冲孔、落料级进模冲压工艺与模具设计

课 程 设 计 报 告题目：冲孔、落料级进模专业：07材料成型及控制工程姓名：吴飞翔导师：赵茂俞老师时间： 2010.6.25第一章 零件设计任务1第二章 冲裁件的工艺分析22.1工件材料22.2工件结构形状22.3工件尺寸精度2第三章 冲裁工艺方案3第四章 模具结构形式的选择54.1模具的类型的选择54.2卸料装置54.2.1条料的卸除54.2.2卸料方式54.3定位装置54.3.1送料形式54.3.2定位零件：54.4.模架类型及精度64.4.1模架64.4.2.精度6第五章 冲压工艺计算：75.1排样75.1.1排样方案分析75.12计算条料宽度75.1.3确定布距：85.1.4计算材料利用率852冲压力计算95.2.1冲裁力计算95.2.2卸料力、顶件力的计算105.3压力中心的计算115.4模具工作部分尺寸及公差125.4.1落料尺寸大小为125.4.2冲孔尺寸大小为13第六章 主要零部件设计146.1凹模的设计146.1.1.落料凹模146.1.2冲孔凹模的设计166.2凸模的设计176.2.1.冲孔圆形凸模：176.2.2腰孔的设计186.2.3.落料凸模186.2.4凸模的校核：196.3卸料板的设计206.4固定板的设计216.4.1. 凹模固定板:216.4.2.凸模固定板:226.5模架以及其他零部件的选用23第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数247.1 校核模具闭合高度247.2 冲压设备的选定24第8章 设计并绘制模具总装图及选取标准件25第9章 结论26参考文献2727第一章 零件设计任务零件简图：如图1-1 所示材料：10号钢材料厚度：2mm未标注尺寸按照IT10级处理.第二章 冲裁件的工艺分析2.1工件材料由图1-1分析知：10#钢为优质碳素结构钢，具有良好的塑性性、焊接性以及压力加工性，主要用于制作冲击件、紧固件，如垫片、垫圈等。适合冲裁加工。2.2工件结构形状工件结构形状相对简单，有四个圆孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为2mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。2.3工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。第三章 冲裁工艺方案完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工工艺方案分为以下3种：1.方案一：单工序模生产。先冲孔，后落料；2.方案二：级进模生产。冲孔落料级进冲压；3.方案三：复合模生产。冲孔落料复合冲压。各模具结构特点及比较如下表3-1：表 3-1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案二低，模具轮廓尺寸较小。综上对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。第四章 模具结构形式的选择4.1模具的类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。4.2卸料装置4.2.1条料的卸除因采用级进模生产，故采用向下落料出件。4.2.2卸料方式考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生产率。4.3定位装置4.3.1送料形式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向手动送料方式，即由右向左（或由左向右）送料既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。4.3.2定位零件：零件尺寸较大，厚度较高，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正，为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。4.4.模架类型及精度4.4.1模架1若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，但只能一方送料;2. 若采用对角导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料;3. 若采用后侧导柱导柱模架，可三方送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑的，但模具受力不平衡，滑动不平稳。综上，结合本冲孔、落料级进模的特点，决定采用后侧导柱模架。4.4.2.精度由于零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用级模架精度。第五章 冲压工艺计算：5.1排样5.1.1排样方案分析方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。5.12计算条料宽度根据零件形状，查工件之间搭边值a=1.2mm, 工件与侧边之间搭边值a1=1.5mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值 公式（5-1）式中：Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a1-冲裁件之间的搭边值；b1-侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表6）可得=2.0mm。板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得=0.6mm。B0=7521.522.0=82.00-0.60mm故条料宽度为82.0mm。5.1.3确定布距：送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。级进模送料步距S 公式（5-2）Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边S751.576.5mm排样图如图2所示。5.1.4计算材料利用率一个步距内的材料利用率 /BS100% 公式（5-3）式中 A一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距；一个步距内冲裁件的实际面积A=37.52-13.52-33.752-3(30234/360-26.25234/360)= 3807.73539mm2所以一个步距内的材料利用率=BS100% = 3807.73539（76.582）100%=60.7%考虑料头 、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率总为总= nA1LB100% 公式（5-4）式中 n一张板料上冲裁件的总数目；A1一个冲裁件的实际面积；L板料长度；B板料宽度。查板材标准，宜选用850mm1700mm的钢板，每张钢板可剪裁为11张条料（82mm1700mm）,每张条料可以冲25个工件，所以每张钢板的材料利用率总 = nA1/LB100% =253807.73539/821700100%=68.3%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达68.3%，满足要求。52冲压力计算5.2.1冲裁力计算用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： 公式（5-5）式中：F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗剪强度；10钢b的值查冲压成型工艺与模具设计附录表2为255-333pa,取b=300Mpa系数；一般取=1.3。1、冲孔力计算冲孔周长：L=27+33.752+3（26.25+33.75）34/360+276.5+212 =764.98mm所以冲孔力F=KLtb=1.3764.982300=596.69kN2落料力的计算落料周长落料冲裁力F2= KLtb =1.3752300=183.78kN。5.2.2卸料力、顶件力的计算一般按以下公式计算：卸料力 公式（5-6）顶件力 公式（5-7） （为卸料力系数，其值查表5-1可得）所以总冲压力 公式（5-8）表5-1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09由 ,即冲压时工艺力的总和不能大于压力机公称压力的50%-60%，取,则公称压力. 初选压力机的公称压力为1600Kn,即JA21-160型压力机。5.3压力中心的计算用解析计算法求出冲模压力中心。X0=（L1x1L2x2Lnxn）/(L1L2Ln) 公式（5-9）Y0=（L1y1L2y2Lnyn ）/（L1L2Ln）用解析法计算压力中心时，先画出凹模形口图，如图5-3所示。在图中将XOY坐标系建立在建立在图示对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L5共 3组基本线段 (注：由于图中3个圆弧形孔均以一个点为圆心的等分列阵排列，所以其几何图形为一组) ，用解析法求得该模具压力中心的坐标。由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具压力中心依然选在坐标原点。图5-35.4模具工作部分尺寸及公差5.4.1落料尺寸大小为 为保证冲出合格冲件。冲裁件精度IT10以上，X取1. 冲裁件精度IT11IT13,X取0.75. 冲裁件精度IT14，X取0.5。由于本产品采用IT14级精度，所以X取0.5.查表知：Zmax =0.360，Zmin =0.246。750-0.62 查冲压成型工艺与模具设计P45表3-5知：p=0.04mm，d=0.06mm 公式（5-10） 公式（5-11）5.4.2冲孔尺寸大小为1、圆形孔凸、凹模基本尺寸的计算 公式（5-12） 公式（5-13）2、腰孔凸、凹模基本尺寸的计算： 公式（5-14） 公式（5-15）第六章 主要零部件设计6.1凹模的设计6.1.1.落料凹模落料凹模如图6-11、凹模厚度H的计算：查表得K取1.25 公式（6-1） =32.66mm, 取H=33mm 图 6-1 2、模长度和宽度W=1.2H 公式（6-2）=1.233=39.6mm L=B=D+2W 公式（6-3）=74.69+239.6=153.89 取L=B=154mm3、凹材料的选用:根据表8-3,材料选用45钢。4、凹模的固定方法下图是带肩圆形凹模，直接装入凹模固定板中，采用过渡配合（H7/m6）。零件图6-2如下：图6-26.1.2冲孔凹模的设计设计同落料凹模零件图6-3如下图6-36.2凸模的设计6.2.1.冲孔圆形凸模：1、冲孔圆形凸模：冲孔圆形凸模的结构图6-4如下：图6-4长度：冲孔凸模在凹模里面开孔，为便于凸模和固定板的加工,可通过这设计成铆接方式与固定板固定.冲孔凸模由于相隔很近,不宜采用阶梯结构,设计成铆接方式.凸模的尺寸根据凸模固定板尺寸h1、卸料板尺寸h2、材料厚度h3和h，h一般取22mm。所以凸模的尺寸为 L=30+16+2+22=70mm. 公式（6-4）凸模材料：参照冲压模具设计与制造简明手册选用Cr122、冲孔凸模零件图6-5如下图6-56.2.2腰孔的设计1、长度：有关计算同冲孔凸模2、材料：参照冲压模具设计与制造简明手册选用Cr123、腰孔零件图6-6如下图：6.2.3.落料凸模1、长度：有关计算同冲孔凸模；2、材料：参照冲压模具设计与制造简明手册选用Cr123、落料凸模零件图6-7如 图6-6图6-76.2.4凸模的校核：考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模8.06进行强度和刚度校核：1、刚度的校核：根据凸模校核公式：L90d/ 公式（6-5）可得：L90d/= L：为凸模的允许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为2228.28,所以钢度得以校核.2、强度校核:凸模的最小直径d应满足: 公式（6-6）所以8.062.6,凸模强度得以校核.参照ISO 8020-1986 B型圆形冲孔凸模。6.3卸料板的设计卸料板采用Q235制造，卸料板轮廓尺寸与凹模固定板轮廓尺寸相同，厚度根据JB/T 8066.2-1995规定，选用315mm250mm14-17组模具参考，取其厚度为16mm。查模具设计简明手册P298典型卸料横向送料组合得相应组合的零件尺寸:两圆柱销销孔之间的距离S1=175mm,两内六角螺钉之间的横向距离S=279mm,两内六角螺钉之间的横向距离S2=214mm. 零件图6-8如下6.4固定板的设计6.4.1. 凹模固定板: 1、凹模固定板的厚度:其厚度与凹模的厚度尺寸一致，取33mm；2、凹模固定板的外形尺寸：与卸料板的外形尺寸一致，根据核准选取板的规格为。3、材料：选用Q235钢4、配合及连接件：凹模与凹模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与下模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致,顶部与模铆接,因此必须倒角。 由以上可得凹模固定板的零件图如图6-9所示:图6-96.4.2.凸模固定板: 1、凸模固定板的厚度：其厚度与凸模的厚度尺寸一致，取30mm；2、凸模固定板的外形尺寸：与卸料板的外形尺寸一致，根据核准选取板的规格为。3、材料：选用Q235钢；4、配合及连接件：凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凸模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角,由以上可得凸模固定板的零件图如图6-10所示:6.5模架以及其他零部件的选用该模具采用后侧导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模送。以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。上模座按GB/T 2855.2-1990规定，厚度取45mm,垫板厚度取10mm,固定板厚度取30mm,卸料板厚度取16mm,下模座按GB/T 2855.2-1990规定，厚度取50mm，固定板厚度取33mm。根据上下模座选取导柱为32h5mm170mm45mm,导套为40H6 mm140 mm48mm。模具闭合高度H 公式（6-7）上模座高度为45mm，垫板高度为10mm，凸模长度为70mm，凹模固定板高度为33mm，下模座高度为50mm，h1指凸模进入凹模的深度，这里取1mm。第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数7.1 校核模具闭合高度 公式（7-1）式中 压力机最大闭合高度； 压力机最小闭合高度； 垫板厚度。根据前面初选压力机JA21160，查模具设计与制造简明手册P49表1-81得： ，将以上数据带入公式7-1，得200H315.经计算该模具闭合高度H=210mm，在200mm315mm内，且开式压力机JA21-160最大装模高度300mm,大于模具闭合高度210mm ,可以使用。7.2 冲压设备的选定通过较核，选择开式双柱可倾式压力机J21-160能满足使用要求。其主要技术参数如下：公称压力：1600KN滑块行程：160mm最大闭合高度：450mm最大装模高度：300mm工作台尺寸（前后左右）：710mm1120mm 模柄孔尺寸：60mm80mm第8章 设计并绘制模具总装图及选取标准件按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准件。绘制模具装配图，见图8-1。2-下模座，3-固定板，4、8-螺栓，5落料凹模，6-自动挡料销，7-卸料板，9-拉簧，10-导套，11-上模座，12-圆柱销，13-落料凸模，14-导正销，15-螺钉，16-模柄，17-内六角螺钉，18、20-冲孔凸模，19-垫板，23-凸模固定板，24-导柱，25-冲孔凹模。第9章 结论本次设计是在导师赵茂俞教授的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 学生；吴飞翔2010年6月于合肥学院参考文献1冯炳尧，韩泰荣，蒋文森，丁战生. 模具设计与制造建明手册. 上海：上海科学技术出版社. 1998. 2周玲. 冲模设计实例. 北京：化学工业出版社. 2007.3甘永立. 几何量公差与检测. 上海:上海科学技术出版社.2008.4侯洪生. 机械工程图学. 北京:科学出版社. 2007.5李奇涵. 冲压成型工艺与模具设计. 北京:科学出版社. 2009.6姜伯军. 级进冲模设计与模具结构实例 北京:机械工业出版社. 2008.