冲压工艺及模具设计 课程设计

广西工学院 冲压工艺及模具设计 课程设计任 务 书设计题目 系 别 专业班级 学生姓名 、学 号 指导教师 日 期 2010-6-22 一、课程设计的主要内容和基本要求（一）设计目的1、通过课程设计使学生掌握冲压工艺规程编写和模具设计的基本方法，能够针对所选任务进行文献查阅，熟悉冲模设计的工艺规范、图集、手册、工具书。2、通过设计使学生综合运用有关课程的知识，巩固、深化、扩展有关冲压工艺设和模具设计方面的知识，树立正确的设计思想。3、培养学生分析和解决生产实际问题的能力，使学生掌握常见零件冲压工艺规程和模具设计的一般方法和步骤。4、提高学生的相关设计能力，如绘图能力、工艺设计等，使学生熟悉设计资料的使用，掌握模具设计的基本技能。 5、掌握典型零件的冲压工艺规程的编制。（二）设计内容选择一个典型冲压零件，并进行零件的冲压加工工艺和模具设计。（三）设计要求1、了解零件的应用场合和技术要求，正确分析零件的工艺性，包括零件的形状特点、尺寸大小、精度要求及材料性能、生产批量等资料。2、在工艺分析的基础上，拟定若干套可能的冲压工艺方案。综合分析比较各种方案，确定出经济合理、技术可行的最佳工艺方案。3、确定冲压模具合适的结构形式，并选择冲压设备的类型和规格参数。4、编制冲压工艺过程卡，编写设计计算说明书。5、绘制设计工艺方案的冲压模具总装图1张、模具主要部件图若干，其中手绘1张。6、课程设计说明书不低于3000字。7、所有设计图纸和文字同时提交纸质版和电子版，资料刻盘。二、进度计划与应完成的工作本设计计划在2周内完成，初步设计内容和步骤如下：1、 第一周：（1） 课程设计计划进度安排，查阅文献，选择冲压零件，下达设计任务书；（2） 进行冲压件工艺分析和冲压加工方案拟定，综合分析比较各种方案，确定出经济合理、技术可行的工艺方案；（3） 编制冲压工艺过程卡，编写设计说明书。2、 第二周：（1） 完成冲压工艺过程卡编制和设计计算说明书；（2） 绘制设计工艺方案的冲压模具总装图和模具主要部件图；（3） 课程设计成果汇报和讨论。三、主要参考文献、资料1、冲压工艺与模具设计2、冲压模具图册3、机械设计手册4、冲压设计手册5、冲模国家标准：基础标准、工艺与质量标准、产品标准（GB/T 8845、GB/T 14662、GB/T 28512861等）四、完成期限2010年7月2日。五、冲压零件图（附）目录1. 零件的工艺性分析 12. 冲压工艺方案的分析和确定 33. 工艺计算 54冲压工艺卡 95. 模具工作部分尺寸的计算 106. 模具总体结构设计 157. 零部件设计 158冲压设备的选定 179模具总装图 1810. 总结 1911. 主要参考文献、资料 201. 零件的工艺性分析 该零件工作时受力不大，对强度、刚度、精度要求不高。该零件材料为H62(黄铜)，状态取半硬态，抗剪强度为300Mpa, 抗拉强度为350 Mpa，伸长率为30%,此材料具有良好的塑性及较高的弹性和强度,不易开裂或变形强度较高，冲裁性和弯曲性能都较好,可以进行冲裁和弯曲加工。零件立体图：该零件形状结构相对其它一般复杂制件算是简单制件,冲裁凸出的部分B=161.5 t=2.25(t为材料厚度)。冲孔时因受凸模强度的限制,孔的尺寸不应太小.冲孔的最小尺寸取决于材料性能,凸模的强度和模具结构等。根据6中的表1.2-16可查得：圆形孔最小值为d=1.0t=1.5mm22mm;方孔最小值为b=0.9t=0.9X1.5=1.35mm6 mm;条形孔最小值为 b=0.7t=0.7X1.5=1.05mm11.5=1.5,方孔与孔边缘间距为C=31.51.5=2.25,由以上可知孔与孔之间距离满足工艺性要求,而孔到边缘的距离也能满足工艺性要求。最小弯曲半径由6书查中表2.3-2查得R=0.3t=0.45(弯曲线与轧制方向垂直);R=0.8t=1.2(弯曲线与轧制方向平行)，而零件的内弯曲半径为21.2 ，满足弯曲工艺性要求，但冲压时要考虑四个弯角处的回弹，可通过模具措施来控制。孔、槽边缘距离弯曲变形区距离应保证Lt， (t0.5 t=0.75式中 r弯曲半径（mm） t料厚（mm）可见，制件属于圆角半径较大的弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径（mm）。由文献2中性层的位置计算公式=r+xt式中 x由实验测定的应变中性层位移系数。 由文献6表2.3-1应变中性层位移系数x值，查出x =0.34=（2+0.341.5）=2.51mm 由于圆角半径较大（r0.5t）的弯曲件毛坯长度计算公式L=l+/180（r+xt）式中 L毛坯展开总长度 弯曲中心角 x中心层位移系数由零件图可知总长度L=129+9+15/180（2+0.341.5） =129+9+0.6567 =138.6567 138.7总宽度L=2（40.5-1.5-2）+（50-21.5-22）/2（2+0.341.5）2 =74+43+7.8814=124.8814124.9 所以零件展开尺寸为：138.7124.9 （2）排样设计与计算该冲裁件尺寸大，且有凸缘，首先可考虑直排、对排或交错排，但是因为交错排时材料的利用率大打折扣。所以可采用直排和对排进行排样比较，如下图所示，分别为对排和直排。 由文献6中的表2.1-18查得搭边值为 a=2.5 =2 ；a=3.5 =2.5 (往复送料)由1中的公式2.5.3， B=D+2(a+)+c)0- 计算得料宽为B1 =124.9+2(2.5+0.7)+0.3 0-0.7=131.60-0.7 (采用直排) B2 =138.7+2(3.5+0.7)+0.3 0-0.7=147.70-0.7 (采用对排，往复送料) 由零件图在CAD中可算得一个零件的面积S为8273.16mm一个步距内的坯料面积:B1A1=131.6124=16318.4mm, (直排) B2A2=147.7102.5=15139.25mm, (对排)因此材料利用率为由公式=(S/AB)100%得1=(8273.16/16318.4)X100%=51% (直排)2=(8273.16/15139.25)X100%=55% (对排)经计算对排时的材料利用率最高，为55%。由利用率可知,图4-2的排样合理（3）.冲压力的计算落料冲孔复合工序该零件的落料冲孔总周长为908.72mm，材料厚度1.5mm，黄铜H62的抗剪强度取300Mpa冲裁力：F=KtL=1.3X1.5 X 908.725X300=531604.125（N）卸料力：F卸=K卸F=0.05 X 531604.1=26580.2(N) 顶件力：F顶=K顶F=0.07 X 531604.1=37212.3(N) 冲压总力F总=（F+F卸 +F顶）=531604.1+26580.2+37212.3=595396.6(N)选用压力机P（1.11.3）F总=1.2X595.4=715 （KN）初选800KN的开式压力机，但其最大闭合高度为380mm，闭合高度调节量为100mm，经计算模架的闭合高度为195mm240mm，所以改用JD21-100压力机,其公称压力为1000KN，滑块行程为10130mm,最大闭合高度400mm，闭合高度调节量为85mm，垫板尺寸厚100mm，模柄孔尺寸直径为60,模柄孔深度为80。弯曲工序自由弯曲力：F自=0.7kb1t2/（r+t）+0.6k（b2 +b3）t2/（r+t）=0.7X1.3X60X1.5X1.5X330/3.5+0.6X1.3X1.5X1.5X330X(16+36)/3.5=11583+8604.520188压料力或顶件力：FQ=（0.30.8）F自=0.5X20188=10094校正弯曲力F校=qA=30X3300 =99000(N)， 查表取q=30由于 远大于F自+FQ的总和，所以有 所以根据校正弯曲力大小，初选100KN的开式压力机，但其最大闭合高度为100mm，闭合高度调节量为60mm，经计算模架的闭合高度为195mm240mm，所以改用JG23-40压力机,其公称压力为400KN，最大闭合高度300mm，闭合高度调节量为80mm，垫板尺寸厚80mm，模柄孔尺寸直径为50,模柄孔深度为70。压力中心计算零件的压力中心可用CAD软件中的查询功能查找，便可得出冲孔落料复合时的压力中心,如下图所示：先取原点在O处,则查询得它的压力中心为 (72.9,62.4)4、冲压工艺卡该冲件冲压工艺卡见表：厂名冲压工艺卡产品型号零部件名称连接固定板共 页产品名称零部件型号第 页材料牌号及规格/mm材料技术要求毛坯尺寸/mm每毛坯可制件数毛坯质量辅助材料黄铜H62条料工序号工序名称工序内容加工工序简图设备工艺装备备注0下料剪板开式压力机1冲孔落料冲孔和落料复合1000kN落料冲孔复合模2弯曲弯曲（一次弯曲U型和L型角）400 kN弯曲单工序模3检验按零件图样检验编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期5、模具工作部分尺寸的计算（1）.计算冲裁模凸、凹模刃口尺寸及公差由于材料较厚,模具间隙较小,模具的间隙由配作保证,工艺比较简单,并且还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制造容易,因此采用配作加工为宜。落料尺寸以凹模为基准,配作凸模.冲孔尺寸以凸模为基准,配作凹模。根据1中表2.2.4,由材料厚度t=1.5可查得2cmin=0.15mm, 2cmax=0.19mm.落料尺寸凹模磨损后变大的尺寸有:A1=R1,A2=R2,A3=R3,A4=R4,A5=R5,A6=R6,A7=R17,A8=R21,A9=16,A10=22, A11=27, A12=20,A13=36 ,A14=60全为自由尺寸,其公差按IT14查取，查GB/T1800.3-1998得: 1=2=3=0.25,4=5=6=0.3,7=9=0.43, 8=10=11=12=0.52, 13=0.62, 14=0.74其中A1至A8和A12为半磨损尺寸，制造偏差=/8因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数X1=X2=X14=0.5, 由1中表2.3.2的公式有：A1凹=(A1max-X11)=(1-0.5X0.25) =0.875A2凹=(A2max-X22)=(2-0.5X0.25) =1.875A3凹=(A3max-X33)=(3-0.5X0.25) =2.875 A4凹=(A4max-X44 =(4-0.5X0.3) =3.85A5凹=(A5max-X55)=(5-0.5X0.3) =4.85A6凹=(A6max-X66)=(6-0.5X0.3) =5.85A7凹=(A7max-X77)=(17-0.5X0.43) =16.785A9凹=(A9max-X99)=(16-0.5X0.43) =15.785A8凹=(A8max-X88)=(21-0.5X0.52) =20.74A10凹=(A10max-X1010)=(22-0.5X0.52) =21.74A11凹=(A11max-X1111)=(27-0.5X0.52) =26.74A12凹=(A12max-X1212)=(20-0.5X0.52) =19.74A13凹=(A13max-X1313)=(36-0.5X0.62) =35.69A14凹=(A14max-X1414)=(60-0.5X0.74) =59.63凹模磨损后变小的有:B1凹=10，B2凹=48，B3凹=50.89按IT14查GB/T1800.3-1998得1=0.36, 2=0.62，3=0.74因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数为X1=0.5，则有B1凹=(B1min+X1)=(10+0.5X0.36)=10.18B2凹=(B2min+X2)=(48+0.5X0.62)=48.31B3凹=(B3min+X3)=(50.89+0.5X0.74)=51.26凹模磨损后不变的尺寸有：C1=4, C2=9.66, C3=15.44按IT14查GB/T1800.3-1998得1=0.36, 2=0.62，3=0.74因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数为X1=0.5，则有C1凹=(C1min+0.5)0.125=（4+0.5X0.36）0.063=4.180.063C2凹=(C2min+0.5)0.125=(9.66+0.5X0.62)0.063=9.970.063C3凹=(C3min+0.5)0.125=（15.44+0.5X0.74）0.063=15.810.063因为以上A、B、C三类尺寸都为落料尺寸,故以凹模为基准,配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值为0.150.19mm.冲孔尺寸凸模磨损后变大的尺寸有:a1=3,a2=R6,a3=12,a4=20,全为自由尺寸,其公差按IT14查取，查GB/T1800.3-1998得:1=0.25, 2=0.3, 3=0.43, 4=0.52而且a1至a4全为半磨损尺寸，制造偏差=/8因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数X1=X2=X3=X4=0.5, 由1中表2.3.3的公式有：a1凸=(a1max-X11)=(3-0.5X0.25) =2.875a2凸=(a2max-X22)=(6-0.5X0.3) =5.85a3凸=(a3max-X33)=(12-0.5X0.43) =12.785a4凸=(a4max-X44)=(20-0.5X0.52) =19.74凸模磨损后变小的尺寸有:b1凸=R1.5,b2凸=6, b3凸=10, b4凸=15,b5凸=22,b6凸=R6且都是自由尺寸可按IT14查GB/T1800.3-1998得1=0.25,2=0.3,3=0.36,4=0.43,5=0.52, 其中b1和b6为半磨损尺寸，制造偏差=/8。因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数X1=X2=X3=X4=X5=0.5, 由1中表2.3.3的公式有：b1凸=(b1min+X11)=(1.5+0.5X0.25)=1.625b2凸=(b2min+X22)=(6+0.5X0.3)=6.15b3凸=(b3min+X33)=(10+0.5X0.36)=10.18b4凸=(b4min+X44)=(15+0.5X0.43)=15.215b5凸=(b5min+X55)=(22+0.5X0.52)=22.26（2）. 计算弯曲模主要零部件尺寸及公差凸模圆角半径在保证不小于最小弯曲半径值的前提下，当零件的相对圆角半径较小时，凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径，即。凹模圆角半径凹模圆角半径不应过小，以免擦伤零件表面，影响冲模的寿命，凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。根据材料厚度取。凹模深度凹模深度过小，则坯料两端未受压部分太多，零件回弹大且不平直，影响其质量；深度过大，则浪费模具钢材，且需压力机有较大的工作行程。该零件弯边为U形与L形复合的弯曲件，凹模深度应大于零件的高度，查1中表3.4.3和3.4.2得U形和V形的凹模深度分别为20和15，综合弯曲件的高度考虑取凹模深度L0=20。如下图所示。凸、凹模间隙V形弯曲部分，凸、凹模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制。对于U形弯曲部分，凸、凹模之间的单边间隙由以下公式计算：其中n=0.07是凸、凹模间隙系数值，可由1中表3.4.4查得。弯曲凸、凹模工作尺寸及公差零件标注外形尺寸时，应以凹模为设计基准，间隙取在凸模上。零件标注内形尺寸时，应以凸模为基准，间隙取在凹模上。其尺寸公差则应根据零件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。因此，凸、凹模在宽度方向上有外形尺寸L=500.62，长度方向上有内形尺寸L=600.74。由公式得：外形尺寸（L=500.62） 内形尺寸（L=600.74）其中d、p按IT8级由公差表查取。6、模具总体结构设计（1）模具类型根据零件的冲裁和弯曲工艺方案,分别采用冲孔落料复合模、弯曲单工序模。（2）操作与定位方式零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。零件尺寸较大，为了保证孔的精度及较好的定位，冲孔落料复合模宜采用导料板导向，导正销导正。弯曲单工序模采用档料板和档料销。（3）卸料与出件方式考虑零件尺寸较大，有足够厚度，冲孔落料复合模、弯曲单工序模都采用上出件方式。冲孔落料复合模废料采用凸模直接从凹模洞口推出。弯曲单工序模采用橡胶弹顶装置把制件从弯曲凹模中向上顶出。7、零部件设计落料冲孔主要模零部件尺寸的计算：凹模：落料凹模采用整体凹模,安排凹模在模架上的位置时,要依据压力中心的数据,尽量保证压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可根据公式计算：由H=kb可以确定凹模的厚度: k-系数,查表取 k=0.19b-冲裁件最大外形尺寸，为138.7mmH=Kb= 0.19 138.7 =26.35mm由c= (1.52.0)H可以确定凹模的壁厚: c= 1.526.35=39.5mm凹模长度L=138.7+235 =208.77 mm凹模宽度B=124.9+235=194.2 mm则：凹模轮廓尺寸查标准JB/T 7643.1-1994取250mm200mm28mm。凸模：根据模具的结构先确定冲孔凸模固定板的厚度:一般取其厚度为凹模厚度的0.60.8倍即: h = 0.6H= 0.628 16mm冲孔凸模的长度为L=h/2 + H = 8+28 =36mm凸凹模：凸凹模固定板其厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍h固 =0.6H16mm卸料板的厚度为凹模厚度的0.60.8倍h卸=0.6H16mm经计算选用弹簧预压缩后的高度为:h压=25mm为了保证卸料的准确和有效,凸凹模应该低与卸料板0.51mm故凸凹模的厚度为: h= h固+h卸+ h压-1=16+16+25-1=56mm弯曲模主要零部件尺寸的计算凹模高度H=20+4.5+1.5+2+30=58mm凸模高度h=40.5-1.5+15+30=84mm凹模轮廓尺寸查标准JB/T 7643.1-1994取200mm160mm58mm。模架及其他零部件的选用冲孔落料复合模：冲孔落料复合模选用对角标准模架，可承受较大的冲压力。为了提高模具寿命和工件质量。通过计算选取对角导柱模架,中等精度其参数为凹模周边界: L=250mm;B=200mm闭合高度: H=195240mm上模座: 25020040 (GB/T2855.1-1990)下模座: 12510030 (GB/T2855.2-1990)导柱: A30h5190 (GB/2861.1)导套: A30H610038 (GB/T2861.6)弯曲单工序模:采用中间导柱的标准模架。根据凹模周界查6中表可得标准模架的参数为：凹模周边界: L=200mm;B=160mm闭合高度: H=195240mm上模座: 20016040 (GB/T7185.4)下模座: 20016050 (GB/7184.4)导柱: A24h5160 (JB/7174.1)导套: A24H68030 (JB/T7187.3)模具的闭合高度为:H = 58+40+50+10+84-26.5=215.5mm8、冲压设备的选定冲孔落料选用JD21-100压力机,其公称压力为1000KN，滑块行程为10130mm,最大闭合高度400mm，闭合高度调节量为85mm，垫板尺寸厚100mm，模柄孔尺寸直径为60,模柄孔深度为80。弯曲模选用JG23-40压力机,其公称压力为400KN，最大闭合高度300mm，闭合高度调节量为80mm，垫板尺寸厚80mm，模柄孔尺寸直径为50,模柄孔深度为70。9、模具总装图10、总 结通过课程设计，我从中学到了许多东西，受益匪浅。我从中掌握了许多重要的知识，在老师的指导下，懂得了模具设计的一些基本工艺。自己的各方面能力也得以了很大的提高，即提高了自己的计算能力及动手能力，也提高了自己利用计算机绘图能力。在查找资料过程中，让我对以前所学到的东西有了更深入的了解。为我日后步入社会参加工作打下扎实的基础。我在设计时除了认真思考外,还参考了大量相关模具设计及指导资料，在此过程中我们非常注重每一个设计的细节环节。在遇到难以解决的问题时同学们都能互相讨论与学习，还得到了老师的细心指导，在此向他表示衷心的感谢。在设计过程，虽然辛苦，花了我不少的时间，但总算劳有所获，让我加深了对专业知识的强化和理解。为了不断充实和发展、完善自我，我下定决心继续努力提高自己的专业知识，在今后的日子里继续努力学习，期待更大的进步！11、主要参考文献、资料1、冲压工艺与模具设计成虹2、冲压模具图册杨占尧3、机械设计手册王世辉4、冲压设计手册5、冲模国家标准：基础标准、工艺与质量标准、产品标准（GB/T 8845、GB/T 14662、GB/T 28512861等）6、模具工程大典肖祥芷、王孝培25