冲压工艺课程设计

JIU JIANG UNIVERSITY课程设计题 目 冲压工艺及冲模设计 院 系 机械与材料工程学院 专 业 模具设计与制造 姓 名 朱 先 森 年 级 B1152班 指导教师 谢 玉 敏 2013 年 4 月目 录前言第一章 概论1第二章 “垫片”零件冲压工艺及模具设计22.1 实验内容及任务22.2 工件的工艺性分析32.3 冲压工艺方案的确定32.3.1 基本工序32.3.2 工序数量及顺序32.3.3 模具类型的选择32.4 排样方式的设计和确定42.5 冲裁力工艺力计算62.5.1 冲裁力的计算62.5.2 卸料力、推件力和顶件力72.5.3设备的选择72.6 模具压力中心的计算72.7 工作零件刃口尺寸的计算82.8 凸模和凹模的设计92.8.1 落料凸模92.8.2 冲孔凸模102.8.3凹模112.9 定位零件的设计112.9.1 卸料橡胶的设计112.10 模具总体设计122.10.1 定位方式的选择122.10.2 卸料、出件方式的选择132.10.3 导向方式的选择132.11 主要零部件的结构设计132.11.1 定位零件的设计132.11.2 卸料板部件的设计142.12 模架及其他零部件设计 142.13 冲压设备142.13.1 模架的选择142.13.2 模柄的选择162.14 模具总装图162.15 模具工作的过程182.16 模具的安装、调整和安全措施18总结20参考文献21第一章 概述冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率很高，操作方便。它与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛，如机械、航空、汽车、电子、轻工、仪表和家电等工业部门生产中的应用。冲压工艺有生产率高、产品一致性好、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件、适合大批量生产等优点，在当今的制造业中，模具设计制造业已经成为一个新兴的朝阳产业。冷冲模设计制造在整个模具设计制造中占有半数以上的产值。因此，冲压技术对发展生产、增强效益、更新产品等方面具有重要作用。塑料成型同样在工业化生产的今天占有很大的比重，塑料具有密度小、质量轻、比强度高、绝缘性能好、介电损耗低、化学稳定性高等特点，因此工业上很多制品需要用塑料成型。成型塑料制件的机械称注塑模，在设计注塑模的过程中必须充分考虑到制件的形状、大小、壁厚等因素来设计各个相对应的部分。总之，注塑模的设计需要相当的细心，只有了解了整个设计过程才真正的算是个设计型人才。第二章 “垫片”零件冲压工艺及模具设计2.1 实验内容及任务一、设计的主要技术参数：见产品图二、设计任务：完成该产品的冲压工艺方案、设计说明书、模具装配图及工作零件图。三、设计工作量 1、制订冲压工艺方案 2、模具总装图1张，凸模及凹模零件图2张 3、设计说明书1份，20页左右四、设计要求 1、图纸用CAD绘制并交纸质图及电子档 2、本任务书应与说明书、图纸一同装订成册，并加封面，装入资料袋中，否则不接收 3、设计必须认真仔细，允许讨论，但严禁抄袭、复制或复印。图2-1 垫片名称：垫片批量：大批量材料：10号钢厚度：1mm2.2 工件的工艺性分析这个零件的工序有冲孔和落料两个工步，材料为10号钢，此工件结构较为简单，需要冲两个直径分别为17mm和20mm的孔，孔与孔之间的距离为27.5 mm并满足的公差，查表可以得到它的公差等级为IT14级，尺寸精度较低，普通精度较低，用简单的冲裁就可以满足零件的要求。2.3 冲压工艺方案的确定2.3.1 基本工序 根据制件的工艺性分析，其工序包括落料和冲孔两个基本的工序。2.3.2 工序数量及顺序 可以按落料和冲孔两个基本工序先后进行组合冲裁，采用如下的三种工艺方案： （1）落料冲孔 单工序冲裁模 （2）落料冲孔 复合冲裁模 （3）冲孔落料 级进冲裁模对分析三个方案进行分析，方案一是单工序冲压，它的结构简单，需要用两道工序，两副模具来对零件进行加工生产效率较低。方案二是复合模，这种生产方式的生产力较高，可视性自动化生产，劳动强度较低，且精度较高，生产成本较为昂贵，且适合少量零件生产。方案三是级进方式，生产效率较高，需要模具、压力机和操作人员较少，劳动强度较低，同时，需要零件形状简单、尺寸较小且适合大批量生产。综上所述，采用第三种级进模生产方式来进行冲裁零件。因为方案一的生产效率较低，且需要两副模具来进行操作，成本较高，工序太多，不适合此零件。方案二则由于效率不高，成本昂贵而不选择。只有级进模可以符合零件的要求：大批量生产，且效率较高，精度也较高，价格不是特别昂贵，合工件的技术要求。所以方案三较为合适，我们在用方案三进行制作。2.3.3 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。2.4 排样方式的设计和确定此零件为简单的模具，分析可得应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有下图所示三种。冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料搭边值分别为0.8mm，1.0mm。比较排样一、排样二和排样三，所以应采用图。现计算一个步距内的材料利用率，看哪种排样的利用率最高。（1）采用直排横放产品的方式，计算可得材料的面积为A=1545.95、B=40.8mm、h=66.5mm，得到材料的利用率为：排样如图2-2所示：图2-2横排样（2）采用直排竖放产品的方式，产品排样如下图所示，计算可得材料的面积为A=1545.95、B=42mm、h=65.3mm，得到材料的利用率为：排样如图2-3所示：图2-3竖排样(3) 此种排样方式由于采用复合模冲裁，与本次冲裁的方式较为复杂，且生产产品的成本较高产品排样如下图2-4所示，所以不采用此种排样方式： 图2-4横排样比较以上三种裁剪方法，应采用第一种横放产品的冲裁方式，即冲裁为宽64.5mm的零件。其具体排样如下图2-5所示。图2-52.5 冲裁力工艺力计算2.5.1 冲裁力的计算此时冲裁件的周长为L=172.53mm，材料的厚度为t=1mm，查表冲压模具设计手册表1-20可得，10号钢的抗剪强度为MPa，可取值为，可知理论冲裁力基本计算公式为：=考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增加，所以应选取:F=1.3281300N=N2.5.1卸料力、推件力和顶件力 由于模具采用弹性卸料装置和推件结构，查表指导书2-20得=0.04，=0.05，以所需卸料力和推件力为 卸料力=F=0.04112.14KN=4.4856KNb 推件力=nF=20.05112.14KN11.214KNc 总冲裁力：则零件所需的总冲压力为：=F+=(112.14+4.4856+11.214)KN=127.8396KN2.5.2 设备的初步选择由于选用的冲压设备标称压力必须大于所冲裁的总冲裁工艺力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的总冲裁力。故初步选择冲压设备为J2325开式双柱可倾压力机。2.6 模具压力中心的计算则可按比例画出冲裁轮廓线如图2-6所示：图2-6 模具压力中心（2） 用下列公式计算求冲模压力中心的坐标值的值：有图可查得和各部分的重心位置的坐标值模具压力中心的位置在坐标中（25,27.5）的位置上。2.7 工作零件刃口尺寸的计算 考虑到零件形状的特点，所以选择刃口尺寸计算采用方法可以采用分别加工法来对刃口尺寸进行计算。2.7.1 落料件刃口尺寸的基本计算公式为 =（X） =()=(X) 零件图的尺寸为R17mm，R20mm，可查冲压工艺及模具设计手册3-4得凸、凹模最小间隙为=0.100mm，最大间隙为=0.014mm，查表冲压工艺及模具设计书中的表3-5得，落料R20，R17制造公差为=0.02mm，=0.030mm，将以上各值代入：+-校验是否成立，经校验，凸、凹模不能满足不等式，所以可按上式调整如下： 得：=0.4（-）=0.016mm =0.6（-）=0.024mm（1）将零件的凸模R17的尺寸代入公式得： =（X）=（17-0.50.62）mm=mm =()=（16.69-0.100）mm=16.59mm将零件的凸模R20的尺寸代入公式得： =（X）=（20-0.50.62）mm=19.69mm=()=（19.69-0.100）mm=19.59mm（2）冲孔基本公式为：=（+X）=（+X+）尺寸mm，mm查互换性测量技术可得其凸模制造公差=0.020mm，凹模制造公差=0.025mm。且的公差值为0.43mm，公差值为0.52mm，经验算，满足不等式,因此尺寸可调整得： =0.4（-）=0.016mm =0.6（-）=0.024mm 将的值代入的圆中代入公式：=（+X）=（17+0.5=17.215mm=（+）=（17.215+0.100）mm=17.315mm =（+X）=（20-0.5=20.260mm=（+）=（20.260+0.100）mm=20.360mm（3） 中心距：两个孔之间的距离为：2.8 凸模和凹模的设计2.8.1 落料凸模 结合工件外形并考虑加工。将落料凸模设计成直通式， 2个M10的螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按。总长可按公式计算：L=+h=14+14+1+20=50mm落料凸模结构如下图2-7所示:图2-7 凸模 2.8.2 冲孔凸模 因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护冲孔凸模采用台阶式，加工简单，便于装备与更换。冲孔凸模结构如下图2-8所示。 图2-6 凸模2.8.3 凹模 凹模采用整体凹模，安排凹模具在模架上的位置时。要根据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄范围内，查冷冲压模具设计手册可得其轮廓尺寸可按公式计算出凹模的相关尺寸： 凹模厚度H=Kb=0.360=18，为了方便橡胶安装，取H=25 凹模壁厚c=（）H=mm，凹模壁厚可取c=35mm 凹模宽度B=b+2c=66.5+235=136.5mm，取B=140mm。 凹模长度 L取120mm（送料方向） 凹模轮廓尺寸为14012025mm，凹模图如下图所示：图2-7 凹模2.9 定位零件的设计2.9.1 卸料橡胶的设计卸料橡胶的设计及计算，选用的4块橡胶板的厚度最好保持相同的高度和大小，不然会造成受力不均匀，运功产生歪斜，影响模具的正常工作。查模具设计手册可查到相关的公式和数据，h为凸模具具凹进卸料板的高度1mm，为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm，为凸模修磨量取5mm，取为的25%，选用4个圆筒橡胶。1. 卸料板工作行程h =4mm2. 橡胶工作行程=9mm3. 橡胶自由高度=4=36mm4. 橡胶的预压缩量=15%=5.4mm5. 每个橡胶承受的载荷=1120N6. 校核橡胶自由高度0.51.5，高度满足零件卸料的要求。7. 橡胶的安装高度=-=30.6mm2.10 模具总体设计2.10.1 定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一个零件的冲裁的冲压位置可由活动挡料销定距。采用直径为的固定档料销钉。图形如下图所示：图2-8 挡料销钉2.10.2 卸料、出件方式的选择由于零件的料厚为1mm，是一个较为薄的产品，卸料力不需要太大，故可采用弹性卸料，可在凸模上安装一些橡胶即可完成卸料。又因为是级进模生产，所以采用向下推出制件，如此操作较为简单，且很容易完成所需操作。2.10.3 导向方式的选择按照零件的大致形状，可选用对称的模架，并且为了提高生产效率和操作方便，模具的安装和拆卸，此级进模可采用中间导柱的导向方式。2.11主要零部件的结构设计2.11.1 定位零件的设计落料凸模下部设置导料板，用工件直径10mm的螺钉将其固定。并采用定位销来使其导正，确保其能够正确的进行冲裁。(1) 导料板的设计导料板内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，导料板与条料之间间隙取1mm，如此即可确定导料板的宽度，导料板厚度取5mm，用螺钉固定在凹模上。导料板上有活动挡料销凹槽。2.11.2 卸料板部件的设计 (1) 卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，成凸台状，板材上有与凸模相配合的孔。(2) 卸料螺钉的选择卸料板上设置4个螺钉，直径为8mm，螺纹部分为M64。2.12 模架及其他零部件设计 该模具采用中间导柱模架，导柱分别为210和，导套分别为和。上模座厚度取30mm，上垫板厚度取20mm，固定板取30mm，下模座厚度取45mm，那么该模具的闭合高度，根据公式：式中：为凸模冲裁后进入凹模的深度，可以取，L为凸模长度，L=50mm，H为凹模厚度，H=25mm可得该模具的闭合高度取值为220H270mm。2.13 冲压设备的选定通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足要求。其只要参数如下：公称压力：250KN最大闭合高度：270mm最大装模高度：200mm工作台尺寸（厚度直径）：50200mm模柄孔尺寸：4570mm2.13.1 模架的选择可见该模具闭合高度小于所选设备为J23-25的最大装模高度（270mm），可以使用。模架图如2-9所示：图2-9 模架2.13.2 模柄的选择此零件模具为小型模具可采用压入式模柄（GB2862.1-81），模柄采用过渡配合配合尺寸为或者，将模柄压入上模座，加有骑缝销防止转动，易于保证与上模座的垂直度要求。如图所示：图2-10 模柄图2.14 模具总装图 综上所述，可得如图所示的模具总装图。模具上模部分主要有上模部分主要由上模板、垫板、3个凸模、凸模固定、板弹性卸料体及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶卸料体为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板等组成。冲孔废料和产品均由凹模上的孔直接漏出。 条料送进时采用活动挡料销13作为粗定距、在落料凸模上安装2个定位销，利用条料上落料后的孔来起导正作用对条料进行导正，用这种方式来将进行送料。且总装图如图2-11所示图2-11 总装图1.模架 2. 凹模3.导料板4.定位销钉5. 矩形卸料板6 卸料螺钉 7.凸模固定板 8. 矩形垫板9弹性橡胶体 10.凸模外形 11冲孔凸模 12. 挡料销13.承料版2.15 模具工作的过程沿导料板将条料送进，并有一个挡料销定位。打杆推动动上模部分下行，对条料实施冲孔。冲完孔和落料之后上模回程，卸料板将紧箍在凸模上的条料推下卡在凹模洞口中的废料则后续冲裁中由凸模依次推落。沿导料板将条料继续送进，再次由挡料销将条料挡住，凸模下行，冲孔和落料同时进行，将上一步的冲孔和落料进行完整，就可以制得所需零件，上模回程并卸料，如此循环挡料销定位下落料。2.16 模具的安装、调整和安全措施 查资料书可了解到一些在压力机上安装、调整冲模安装的一般注意事项：（1） 调整工作台，准备工具，材料图纸，关闭压力机电源开关。（2） 给压力注油，和上让压力机空转，观察设备的运行状况。（3） 检查压力机上的打料装置，应将打料螺钉调整到最高，以免调整压力机闭合高度是在折弯。（4） 检查压力机和冲模的闭合高度。（5） 冲模前，应将上下模座和滑块地卖弄的油污擦拭干净，并检查无异物。总 结通过本次设计，使我对所学的冲压成型模具有了深入的认识，在理论学习的基础上，锻炼了我实际设计的能力，对模具设计的过程有了全面的了解。对各种手册的查法有了亲身的体验。在设计的过程中，遇到了各种挫折和困难，锻炼了我的意志。 同时，通过计算机CAD作图，更加熟练地掌握了CAD制图。并且对冲压工艺与模具设计中的冲模部分的压力中心计算有了进一步的了解，并对卸料装置及固定装置有了进一步的掌握模具，作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制件与零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切削加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员么有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其他加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化特点。设计出正确合理的模具不仅能提高产品质量、生产率、使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部分作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。同时自己也在制作的过程当中发现自己有很多的不足，希望自己在以后的学习当中可以得到改正。参考文献1 王芳.冷冲压模具设计指导.北京：机械工业出版社，19992 马朝兴.冲压模具设计手册.北京：化学工业出版社，20093 韩永杰.冲压模具设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20084 徐新城，冲压工艺及模具设计.北京：机械工业出版社，20125 李军，互换性测量技术基础，武汉；華中科技大学出版社，201127