广西科技大学冲压课程设计说明书单工序落料模的设计(很详细)

广西科技大学课程设计 广西科技大学冲压工艺与模具设计课程设计说 明 书设计题目 U型垫板单工序落料模的设计 系 别 机械工程学院 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 日 期 目 录一 分析冲裁件的工艺性.3二 确定合理工艺方案.4三 确定模具总体结构.5四 排样设计及材料利用率 .6 4.1 计算毛坯尺寸大小.6 4.2 确定排样方案、计算材料利用率.6五 计算压力中心.10六 冲裁力的计算 .11七 凸、凹模刃口尺寸的计算.12 7.1 间隙值确定的原则12 7.2 凸模、凹模刃口尺寸计算原则.12八 冲裁件主要零部件的选用.14 8.1 冲裁零件的分类.14 8.2 工作零件.14 8.3 定位零件.15 8.4 导向零件. .15 8.5 支撑零件. .15 8.5 紧固零件. .15九 模具总装图.16 10.1. 模架的选择.16 10.2. 上、下模座的选择.17十 压力机的选择 .19总结.20参考文献.2119一.分析冲压件的工艺性冲压件名称：U型盖板冲压件材料：Q235 （碳素结构钢，屈服强度s235MPa）冲压件的表面粗糙度：查简明手册得，Ra值为6.3m。冲压件的尺寸未标注公差：尺寸精度的选择可参考老师所给要求GB/T15055-2007的m级查找。查找公差表后，各尺寸标注为：2101.4 ，601.0 ， 1721.4 ，120.4 ，1400.7 ，1200.55 ，R8。 二确定合理工艺方案 1. 确定基本冲压工序的性质：工件形状对称，结构简单，看图可确定有冲孔，落料，弯曲三 道基本工序。2. 确定基本工序的数量，结合工件的形状尺寸，公差要求，材料性能，生产批量，冲压设备， 模具加工条件等因素： 按照先后顺序组合，可得以下几种方案： （1）落料弯曲冲孔；单工序模冲压。 （2）落料冲孔弯曲；单工序模冲压。 （3）冲孔落料弯曲；复合模冲压。 （4）冲孔落料弯曲；级进模冲压。方案（1）（2）属于单工序模。冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。由于该冲压件生产批量大，尺寸又较这两种方案生产效率低，操作也不安全，劳动强度大，故不宜采用。方案（3）制造精度和生产效率较高，但是因为对冲裁件中的冲孔定位有要求，其精度低于方案（4）。方案（4）只需要一套模具，在大批量生产时，提高了生产率，有利于实现生产的自动化，模具轮廓尺寸较大，制造复杂，但是模具费用在冲裁件成本中所占比例相对较小，模具可使用寿命长，有利于大批量生产。通过对上述四种方案的综合比较，选用方案（4）为该工件的冲压生产方案。三确定模具总结构1.模具类型的确定 通过以上对冲压工艺方案的确定，可知工件形状简单且要求大批量生产，通过冲孔、落料、弯曲级进模可以实现这样的要求。2.导向方式：根据冲件形状，尺寸，精度及生产批量来选择和确定导向方式：级进模：冲压件形状简单，精度中等且为大批量生产，可选用导柱、导套导向。而导柱导套有滑动导向和滚动导向两种，一般用滑动导向。（1） 滑动式模架的选择：用导柱导套导向的模架，根据之前学习的材料成型设备选择原则，一般来说，中小型冲裁件、弯曲件或者浅拉深件多采用具有“C”形机身的开式曲柄压力机，其操作空间三面敞开，易于安装机械化附属装置且成本低廉，是目前中小型冲压件生产的主要设备。所以选择后侧导柱模架，可以三方面送料，操作方便，适合于尺寸精度不高的中小型模具。（2） 压料、卸料方式的确定虽然板料较薄，但由于零件形状很简单，且零件的精度也不高，所以采用固定卸料板卸料可以简化模具结构。（3） 定距方式的确定 由于设计的是单工序模具、单排排样、采用的卸料方式是固定卸料板卸料，条料冲裁后留有搭边，以上条件可以使用固定挡料销定位。 四.排样设计及材料利用率1. 计算毛坯大小变形区中性层曲率半径：= r + kt （4-1）上式：r弯曲件内层的弯曲半径(mm)； t材料厚度（mm）； k中性层系数，可查下表4.1。相对弯曲半径为：r/t=8/2=4式中：r弯曲半径（mm）；R/t1.21.51.823456k0.430.450.460.460.470.480.480.49查表4.1，k=0.48根据公式41：= r + kt =8+0.482=8.96mm由于零件图的圆角半径较大（r=80.5t=1）,所以弯曲件的毛坯长度为： L= （4-2）根据计算得：工件的毛坯尺寸为：318.13172，如下图所示：图4.1毛坯展开图2. 确定排样方案，计算材料利用率：排样是指冲裁件在板料、条料或者带料上的布置方式。排样合理与否，对材料利用率的大小有直接影响。（1） 排样方法：在条料冲裁时，工件之间以及工件和条料之间的余料称为搭边。搭边的作用是：补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度便于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。排样分为有搭边、少搭边和无搭边三种；按工件的外形特征又可分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排及裁搭边等形式。由于零件是大批量生产，所以若采用无搭边容易使模具磨损，不利于模具使用，其寿命降低，所以采用有搭边冲裁，而冲裁件几何形状简单，所以有搭边的排样形式中采用直排。所以该零件排样的方法是：有搭边，直排式排样。以172mm为顺送料方向的长度，318.13mm为垂直送料方向的宽度冲裁。（2） 搭边值、料宽、料宽公差、步距的选择，材料利用率的计算：搭边值：搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，或影响送料工作。硬材料的搭边值可以小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小一些。搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表4.2 搭边和数值 单位：mm材料厚度圆件及圆角r2t的工件矩形工件边长L50mm矩形工件边长L50mm或r2t的工件工件间沿边工件间沿边工件间沿边0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损表4.2给出了钢（WC 0.05%0.25%）的搭边值。对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数：中等硬度钢（WC0.3%0.45）0.9，硬钢（WC0.5%0.65%）0.8硬黄铜 11.1 ，硬铝11.2，软黄铜、纯铝1.2，其他铝1.31.4非金属1.52。由上表可知，两冲裁件之间的搭边值为2mm,条料与冲裁件之间的搭边值为2.2mm。料宽及料宽公差：在排样方案和搭边值确定以后，就可以确定条料的宽度和导料板之间的距离，可分为以下三种情况：有侧压装置：有侧压装置的模具能使条料始终紧靠同一侧导料板送进，因此只需在条料与另一侧导料板间留有间隙。无侧压装置：对于无侧压装置的模具，应该考虑在送料过程中因条料的摆动量而使侧面搭边减小的问题。为了补偿搭边的减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量。有侧刃的定距：当条料的送进步距用侧刃定位时，条料宽度必须增加侧刃切去的部分。冲裁件的外形尺寸精度不高，故采用无侧压装置的模具，可按下式计算：条料宽度： （4-3）式中，为条料宽度方向冲裁件的最大尺寸，根据冲压件未标注公差的要求，查得冲裁件的尺寸及其公差为：3180.7mm，1720.7mm。；为侧搭边值，查表4.2；为条料宽度的单向（负向）偏差，查表4.3；为导料板与最宽条料之间的间隙，查表4.4。表4.3 用斜刃剪床裁条料宽度公差 单位：mm表4.4 导料板与条料间的最小间隙 单位：mm 由表4.3查得料宽公差=1.2带入式4-3中，得： = =导料板之间的距离： （4-4） 由表4.4查得导料板与条料板间的最小间隙Z=1mm带入式4-4中，得： 步距的确定与计算： 条料在模具上每次送进得距离成为送料步距，每次步距可冲一个或多个零件。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。步距S： (4-5) 材料利用率的计算： 冲裁间的实际面积与所用板料面积的百分比称为材料利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。 一个步距内的材料利用率可用下式表示： (4-6) 式中，A为一个步距内冲裁件的实际面积（），；B为板料宽度（），；S为步距（），。将以上数据代入式（4-6）中可得：板料上排样应该注意的事项：注意板料轧制纤维方向，以防止弯曲工件的开裂。手工送料时，条料的长度不宜超过15mm。 已知板厚和料宽，可用标准板料规格确定最终料宽和料宽公差，但在实际生产中，往往根据计算出来的料宽采用卷板下料。 五.计算冲裁力中心 冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。冲裁模对工件施加的冲裁力合力的中心称为冲裁压力中心。 要使冲压模具正常工作，必须使得压力中心与模柄的中心线重合，而使得压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将不可避免的产生弯矩，使得冲压设备的滑块与模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向机构产生不均匀磨损。冲压形状对称的冲压件，如圆形、正多边形。矩形时，压力中心位于其对称中心线的交点，既几何中心上。 该冲裁件的形状为矩形，规则，所以其冲压中心与几何中心重合。 图5.1六冲裁力的计算冲裁力是指冲裁时凹模缩承受的最大压力，包括施加给板料的正压力和摩擦阻力。通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。平刃口冲裁模的冲裁力F一般按下式计算： （6-1）式子中，F为冲裁力（N）；为冲裁周边长度（mm）；t为材料厚度（mm)，t=2mm；为材料抗剪强度（）,查简明手册=310380，取=350；K为系数，一般取1.3。板材经冲裁后，由于弹性变形恢复的作用，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料卸下，将卡在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料需要的力称为卸料力；将梗塞在凹模内的料顺着冲裁方向推出所需要的力称为推件力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力。压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。计算总的冲压力，要视不同情况处理。该冲裁模采用刚性卸料装置和下出料方式时： （6-2）其中，为推件力： （6-3）式中，n为同时梗塞在凹模内的工件数，h为凹模洞口的直壁高度（mm），可查表6.1;t为材料厚度（mm)，t=2mm；为推件力系数,查表取0.055。故得推件力：。故总冲压力为：。初选压力机JH23-125。七凸、凹模刃口大小的计算1. 间隙值确定的原则：凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，两侧间隙之和称为双面间隙。在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这几个因素给间隙范围一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能够得到合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个范围称为合理间隙值，合理间隙的最小值就称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。设计和制造时应考虑到凸模、凹模在使用过程中会因磨损而使间隙增大，故应按照最小合理间隙值确定模具间隙。根据间隙表7.1查得材料Q235的最小双面间隙为表7.1 冲裁模初始双面间隙Z材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065Mn小于0.5极小间隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.5 2.753.0.3.54.04.55.56.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1262. 凸模、凹模刃口尺寸计算的原则：决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则：落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上：设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的制件。凸凹模间隙则取最小合理间隙值。确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困能，增加成本，延长生产周期；3. 凸模、凹模刃口尺寸的计算方法：简单形状的工件一般采用凸模、凹模分开加工的方法。根据刃口尺寸计算原则，计算式如下：落料： （7-1） （7-2）采用凸模、凹模分开加工法时，应在图样上分别标出凸、凹模刃口尺寸与制造公差。凸、凹模的公差可直接按公式确定： （7-3） （7-4）根据查得的间隙值分别带入式(7-3)、(7-4)中，得到：=0.0456,；=0.0684所以可得落料凹模的尺寸： 八冲裁模主要零部件的设计和选用1. 冲模零件的分类一般可分为：工艺零件：这类零件直接参与完成工艺过程并和毛坯直接发生作用，包括工作零件、定位零件、卸料和压料零件；结构零件：这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用，包括导向零件、支撑零件、紧固零件和其他零件。2. 工作零件凹模的设计：凹模采用整体式凹模，落料孔均采用线切割加工；由于承受较大的拉应力，凹模的失效一般是由于刃口部位的磨损。因此这类模具，特别是工件批量大，加工板料强度高的模具，要求模具材料必须具有较高的强度和耐磨性，必须重视模具材料的淬透性。所以采用的材料是,热处理后硬度为5864 HRC。刃口采用的是平刃；凹模孔口的结构形式：参考简明手册，决定采用阶梯形直刃壁型孔，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，适用于非圆形孔。凹模厚度的计算公式为： （8-1）根据凹模刃口轮廓不同，凹模壁厚与凹模高度的关系可由下式确定： （8-2）式中， H为凹模高度（mm）；F为冲裁力（N），C为凹模壁厚(mm)。指刃口到外形边缘的距离。凹模宽度的计算公式： （8-3） 凹模长度的计算公式： （8-4）综上所述，查简明手册，初选凹模轮廓的规格尺寸：。凹模板上的刃口尺寸可以根据冲裁刃口尺寸计算得到，需要注意的是，漏料孔的尺寸比凹模直壁刃口大0.22.2mm。（2） 凸模的设计：凸模的长度一般是根据模具的结构需要而定的，从冲裁刃口的计算可得到凸模工作部分的尺寸。凸模固定端面的压力经过校核： （8-5）凸模固定板与模座直接接触，当其单位压力超过模座压力时，模座表面就会损伤。为此应在凸模顶端加一个淬硬的垫板。当不超过该模座材料（HT200）的许用压力时，可以不需要垫板。但由于凸模的长度：H=凸模固定板厚度+安全距离+固定卸料板厚度+导料板厚度+凸、凹模接触（13）=74mm，H再加上凹模板的厚度和上下模座的厚度与模具的闭合高度的要求不符，所以可加垫板。凸模的固定方式采用铆接法。3. 定位零件： 固定挡料销：采用固定挡料销进行定位。挡料销装配的位置一般在凹模口附近或距离凹模口一个或数个送料步距的位置上，设计时要注意凹模壁的强度，并要求更换方便。挡料销鼻炎用45钢制造，热处理硬度为4448HRC。当料厚3mm以下时，挡料销的高度可高于料厚1mm左右。所以可以确定大端直径为6，小端直径为3，大端高度为3的固定挡料销。导料板：导料板有分离式和整体式两种，导料板与条料的间隙，无侧压板时取0.51.5mm，故取1mm.导料板的厚度一般取材料厚度的2.56倍，材料厚度取小值，故取5mm厚。导料板的材料一般取45钢，下表面磨削以便与凹模装配，工作侧面粗糙度值在1.6m以下。导料板的尺寸可以根据半标准参考，具体的尺寸根据导料板间的间隔和凹模板的长宽来确定。卸料零件：固定卸料板的特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束，常用于料厚大于0.5mm，平面度要求不高的工件，特别使用于卸料力较大的简单冲模。使用条料时固定卸料板可以兼作送料导向。固定卸料板分为整体式和分离式两种，分离式适用于条料宽度较大的情况。固定卸料板孔形和凸模的单边间隙Z=0.4mm。固定卸料板的厚度可查表取12mm,其他外形尺寸可以凹模周界来定。4. 导向零件;模架采用的是滑动导向中间导柱式，而滑动式导柱导套的导向装置是常用的形式，这种结构加工装配方便，易于标准化。导柱设计在底座上，为常用的形式，装配调整较为方便。导向装置设计的注意事项：导柱与导套应在凸模工作前充分闭合，且此时应保证导柱上端距离上模座上平面留有1015mm的间隙。导柱、导套与上、下模座装配后，应保证导柱与下模座的下平面、导套上端与上模座的上平面均留23mm的间隙。对于形状对称的工件，为了区别安装时方向的正反，所以要特别注意两侧的导柱导套组合直径大小不一，一边大一边小。导套应该开设排气孔以排除空气。5. 支撑零件： 支撑零件包括上、下模座，模柄，凸、凹模固定板，垫板。上下模座的规格可见装配图，材料采用的是HT200。模柄选用的结构是压入式模柄，配用一个防转销钉，防止模柄的转动。模柄与上模座之间的配合为H7/m6。凸模固定板一般的厚度为凹模厚度的6080%，所以厚度取为36mm。垫板的平面尺寸与固定板相同，其厚度一般取610mm，该设计选为12mm。6. 紧固零件： 采用标准的螺钉和销钉对容易松动的部位紧固与防转。具体的型号可参考装配图。注：以上零件的具体型号可参考装配图。九总装配图1. 模架的选择：通常中、小型冲模采用后侧式、对角式或者中间导柱型模架。四角导柱式模架主要用于精度要求高的冲压件和大型冲压件。该模具选用的是冲模滑动导向中间导柱模架。根据凹模的规格尺寸查表9.1，查得模具的闭合高度范围：表9.1中间导柱模架的规格尺寸图9.1根据压力机最大闭合高度的校核公式： （9-1）查简明手册JH21-125的为430mm，为120mm，代入式（9-1）中，可得压力机的闭合高度范围：。校核结果：模具在工作台上加入垫板后，其闭合高度范围可在所选压力机闭合高度范围内，模架高度合适。2. 上、下模座的选择：该冲具采用的冲模滑动导向中间导柱上、下模座。根据凹模的规格尺寸查表9.2，查得上模座、下模座的尺寸：上模座外形尺寸：下模座外形尺寸：表9.2中间导柱上、下模座的规格尺寸校核结果：压力机工作台尺寸：；工作孔尺寸：；可以满足工作台尺寸应比模具下模座尺寸长出5070mm以上，下模座的宽度应比工作孔尺寸的孔径每边大4050mm的要求。十压力机的选择 通过校核，该冲裁件所需的冲裁力为1039.04KN，选择开式双柱可倾压力机JH23-125能够满足使用要求。其主要技术参数如下：公称压力：1250 KN滑块行程：140 mm最大闭合高度：430 mm立柱间距： 460 mm工作台尺寸（左右前后厚度）：970 mm 650 mm 120 mm工作台孔尺寸（左右前后）：460 mm 250 mm模柄孔尺寸（直径深度）：11 总结 两周的时间，冲压课程设计让我学会了什么叫做坚强。无论我面临着多么严峻的问题我都告诉自己要冷静，这是一个专业人员所需要的理智。我没有依靠太多的外援，自己真正的独立完成了这个设计。挫折对我来说真的是恩赐，我在挫折中更加深刻地记住了专业知识，也锻炼了我不够细心和谨慎的缺点。我也希望自己在毕业设计的时候能参与到和冲压模具相关的设计，能让我更加深入或是熟练冲压模具设计的过程，这对我今后就业能力的体现有极大帮助。我要感谢老师的耐心辅导和帮助我、陪伴我两周的参考书，甚至是那些让我感受到挫折的一切，让我的心更加坚定地告诉自己，我获得了很大的进步。参考文献1翁其金，徐新成主编.冲压工艺及模具设计.北京：机械工业出版社，2012.12郝斌海主编.冲压模具简明手册.北京：化学工业出版社，2004.113薛启翔主编.冲压模具设计结构图册.北京：化学工业出版社，2005.44张正修主编.冲模结构设计方法、要点及实例.北京：机械工业出版社，2007.25廖念钊，莫雨松，李根硕，杨兴骏主编.互换性与技术测量.北京：中国质检出版社，2012