课程设计（论文）双孔垫片复合模设计

塑性成形工艺课程设计题 目： 双孔垫片复合模设计 姓 名： 学 号： 系 别： 材料工程系 专 业： 材料成型及控制工程 年 级： 指导教师： 2015年 月 日目 录1 课程设计任务书12 冲压工艺分析12.1 结构与尺寸12.2 精度22.3 材料23 冲裁工艺方案的确定23.1冲裁工艺分析23.2工艺设计与工艺计算33.2.1排样图设计33.2.2冲裁力的计算43.2.3卸料力和推件力计算53.2.4总冲压力的计算53.2.5压力中心计算54必要工艺计算54.1 凸模和凹模具尺寸计算的依据和计算原则64.2 凸模和凹模工作部分尺寸和公差65 主要工作零件设计85.1 凹模的尺寸85.2 凹模洞口的类型85.3 凸模的尺寸95.4 凸凹模的尺寸95.5 凸模固定板105.6 上、下垫板105.7 弹性元件的尺寸105.8 推件装置的选择105.9 卸料装置105.10 辅助零件与结构的设计105.11 模架的选用115.11.1 上、下模架的选择115.11.2 导柱、导套的选择126 模柄127 闭合高度确认128 压力机的确定13参考文献152 1 课程设计任务书设计题目：双孔垫片复合模设计工件图：如图1毛坯直径：50mm材料：45#钢厚度：1.5mm技术要求：零件公差按IT13选取图1 零件尺寸图2 冲压工艺分析2.1 结构与尺寸该零件结构比较简单，尺寸较小，应用较广泛，主要由冲孔和落料组成，工件为圆形双孔垫片。垫片外圆直径：D=50mm，上下偏差分别为0和-0.46。内部孔心距为：25mm，上下偏差都0。两个内孔直径：d=14mm，上下偏差分别为+0.27和0。板料厚度为 T=1.5mm。孔与工件外边沿最小尺寸为5.5mm。以上尺寸均符合B2T，此零件适合冲裁加工。2.2 精度冲裁件的精度一般可达IT12IT10级，较高精度可达IT10 IT8级，该工件精度要求IT13级，精度要求不高，此零件适合冲裁加工。2.3 材料工件加工材料为45号钢，查冷冲模设计1表2-3：45号钢力学性能：抗拉强度539MPa屈服强度353 MPa伸长率 16%剪切强度432 MPa45号钢机械强度低，塑性、韧性好，冷状态下容易模压成形，容易切削加工，焊接性能好，为提高表面硬度可进行渗碳和氰化处理。45号钢用于制造强度不高的焊接件、冷冲压件、锻件和渗碳零件如螺栓、垫圈，隔板、外壳等。强度硬度不高，但塑性韧性都很好。由于此材料具有较高的弹性和良好的塑性故适合适合冲裁。3 冲裁工艺方案的确定3.1冲裁工艺分析根据之间工艺性分析，其本工序有落料，冲孔二种，可有以下三种工艺方案：落料冲孔，单工序模生产；落料冲孔，复合模生产；冲孔落料，级进模生产。单工序模结构简单，但需要两道工序两模具、生产率低，零件质量差，难以满足该零件的生产要求。复合模只需要一副模具，冲压件的形状精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高。尽管模具较方案（1）复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不苦难。级进模也只需一副模具，生产率也很高，但零件的冲压精度稍差，欲保证冲压件的形位公差，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装角复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的冲压生产采用方案（2）为佳3.2工艺设计与工艺计算3.2.1排样图设计设计复合模，首先要设计调料排样图。排样方法可分为有废料排样法，少废料排样法和无废料排样法，垫片的形状呈圆形特点，多排时因冲件尺寸较大影响冲件质量，应采用直排式。排样如下图查冷冲模设计 P61表3-10 确定搭边值：两工件间的搭边 a =1.0mm; 工件边缘搭边 a1=1.2mm; 步距为 A =D+a=50+1=51mm; 条料宽度查冷冲模设计有 公式（1） D 平行于送料方向的冲裁件宽度，取D=50mm；冲裁件与条料侧边之间的搭边，取=1.2mm；板料剪裁时的下偏差，取=0.5mm；条料与导料板之间的间隙，取=0.8mm。 =(50+21.2+20.5+0.8） =54.2 确定后排样图如下图2所示 图2 排样图一个进距内的材料利用率（根据冷冲模设计 P63式327查得）： =S/AB100% 公式（2） 式中，S 一个步距内冲裁件的实际面积（） B 条料宽度（） A 送料步距(） 公式（3） =2525-277=1655.62（） =1655.62/（5154.2）100%=64.5%3.2.2冲裁力的计算冲压力的大小主要与材料的力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。用平刃口冲裁时，冲裁力F（N）可按下式进行计算：F = KLt 公式（4）式中， L冲裁件周边长度，取L=（50+215）mm； T 材料厚度，取T=1.5mm； 材料抗剪强度（MPa）； K 系数。考虑到模具刃口的磨损。模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3，查冷冲模设计 P38表23取 =500MPa。故F = 1.3（D+2d）1.5500=1.3（50+215）1.5500 =245.04KN3.2.3卸料力和推件力计算卸料力：从凸模上卸下板料料所需的力F卸= K卸F；推件力：从凹模内向下推出工件或者废料所需的力F推= nK推F。查冷冲模设计 P57表3-8可知：K卸=0.04 、K推=0.05。则：F卸= K卸 F=0.04245.04=9.802KN F推= nK推F =40.05245.04 = 49.008KN 式中，F 冲裁力； K卸 卸料系数； K推 推件系数； n 梗塞在凹模内的冲件数（n=h/t）h由冷冲模设计1 P101表4-2取h=6； F卸 卸料力； F推 推件力。3.2.4总冲压力的计算采用弹压卸料装置和上出件，所以 F总=F+F卸+F推 公式（5） =245.04+9.802+49.008 =303.85KN 3.2.5压力中心计算 因为冲裁件形状是对称冲件，而对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上，因此该模具的压力中心坐标为（0，0）。4必要工艺计算4.1 凸模和凹模具尺寸计算的依据和计算原则1）落料部分以落料凹模为基准计算 ,落料凸模按间隙值配制。2）冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。3）孔心距孔心距由凹模孔心距保证。由于凸模和凹模具磨损不影响孔心距变化，故凹模孔心距的基本尺寸取用工件孔心距公差的中点上，按双向对称偏差标注。4）冲模刃口制造公差。凸凹模具刃口尺寸精度的选择应以能保证工件精度要求为准，保证合理的图凹模间隙，保证模具一定的使用寿命。4.2 凸模和凹模工作部分尺寸和公差以凸模与凹模分别加工法，根据多工位级进模设计与制造2 P18表2-4查得计算如下：Zmin=0.190mm Zmax=0.230mmZmax-Zmin=0.2300.190mm=0.04mm落料部分制造偏差：凸= -0.020mm 凹=0.03mm|凸 |+|凹|=0.05mm0.04mm不能满足|凸|+|凹| Zmax- Zmin条件将数据带入黄金分割公式，即可得到：凸=0.4（Zmax-Zmin）=0.40.04mm=0.016mm 凹=0.6（Zmax-Zmin）=0.60.04mm=0.024mm 冲孔部分： Zmin=0.190mm Zmax=0.230mm 凸= -0.020mm 凹=0.020 mm |凸 |+|凹|=0.04mm=0.04mm能满足|凸|+|凹| Zmax- Zmin条件1） 落料 D凹 =（Dmax-x) 公式（6） D凸 = ( D凹 Zmin） 公式（7） 2）冲孔d凸 = (Dmin+） 公式（8） d凹=(d凸+ Zmin ） 公式（9） 式中 D凸、D凹 落料凹凸模尺寸； D凸、d凹 冲孔凸凹模尺寸； 凸、凹 凸、凹模的制造公差； Dmax 落料件最大极限尺寸，取Dmax=50mm； Dmin 冲孔件最小极限尺寸，取Dmin=14mm； 冲裁件制造公差，取=0.46mm； 最小初始双面间隙，取Zmin=0.19mm； X 系数，在0.51之间，根据冷冲模设计 查表3-5，取X=0.5。故1）落料 D凹 =（Dmax-x) = 49.77mm D凸 = ( D凹 Zmin） = 49.58mm 2）冲孔d凸 =（Dmin+） = 14.135m d凹 =（d凸+ Zmin ） = 14.325mm综上所述，模具刃口尺寸如下：类型名称公称尺寸上偏差下偏差落料49.580-0.02049.77+0.0300冲孔14.1350-0.02014.325+0.0200孔心距25005 主要工作零件设计5.1 凹模的尺寸凸凹模中落料凹模高度计算，采用直壁式，根据冲压模具设计手册3 查得P101表4-2取得h=6 =2；由P102 根据材料厚度1.5mm，b为50100 表4-3取得k=0.4 。凹模厚度 H落= kb 公式（10） 凹模壁厚 c=（1.52）H落 公式（11） 送料方向的凹模宽度 公式（12）凹模长度 公式（13）式中，H落落料凹模的厚度（H落15mm）； c落料凹模的壁厚（c3040mm）； b工件最大外形尺寸，取b=50mm； k系数，取k=1.5。 故H落=20mm c=30mm B=110mm L=110mm 凹模的外形尺寸110mm110mm20mm根据冲压模具标准件选用与设计指南4查得P16 表2-2 取125mm125mm20mm。5.2 凹模洞口的类型冲孔凹模的孔口形式通常有如图3所示的几种。图中a、e为 直壁形，刃口强度高，刃磨后空口尺寸不变，制造方便。但是在孔口 内 易于积存工件或废料，增大了凹模的胀力、推件力和孔壁的磨损； 磨损后每次的修磨量大，模具的总寿命较低。此外，凹模磨损后孔口可能成倒锥，使冲成的工件或废料反跳到凹模表面上，造成操作困难。直壁形孔口 凹模适用于冲裁精度较高、厚度较大的工件。对于上顶出工件（或废料）的模具也采用此种孔口形式。a适用于圆形或矩形工件；e适用于形状复杂的工件。b、c、d的孔口为锥形，孔口内不易于积存工件或废料，孔壁所受的胀力、摩擦力小，所以冲孔凹模的磨损及每次的饿刃磨量小。但刃口强度较低，且刃口的尺寸在修磨后略有增大。一般用于形状简单，精度要求不高和较薄的冲裁件。c适用于较复杂的冲裁加件；d用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。f为凸台式凹模，适用于冲裁软而薄的金属与非金属材料，这种材料一般不淬火或淬火强度不高（3538）HRC，可以用手锤敲打凸台斜面以调整模具间隙，直到试冲出满意的冲压件为止。 图3 凹模洞口而根据上述分析本模具采用 b 为合理。5.3 凸模的尺寸两个冲孔凸模采用B型根据冲压模具设计手册 查得P92表4-3 d=14mm D(m6)=18mm H=40mm5.4 凸凹模的尺寸凸凹模长度计算 查最新冲压模具标准及应用手册5 P36查公式4-4可有：L=H1+H2+ t +Y 公式（14）式中，H1凸凹模固定板的厚度，取H1=16mm； H2弹性卸料板的厚度，取H2=12mm； T 板料的厚度；，取T=1.5mm； Y 附加长度，包括凸模刃口修模量，凸模进入凹模的深度（0.51）mm，凸模固定板与卸料板的安全距离A等，其中A取1520mm，取Y=15.5mm。 所以 L=H1+H2+ t +Y= 16 + 12 + 1.5+ 15.5=45mm5.5 凸模固定板凸模固定板厚度 H =（11.5）D 公式（15）式中，D凸模与固定板相配合部分的直径，取D=14mm。故 H =1.414=19.6mm根据冲模模具设计手册P165表72 总结得到凸模固定板尺寸如下：冲孔凸模固定板长度125mm宽度125 mm厚度20 mm5.6 上、下垫板采用垫板加固设计，上下垫板厚度取6mm。根据冲模模具设计手册查得P167 表7-4 取125mm125mm6mm。5.7 弹性元件的尺寸 根据冲压模设计指导6P86表3-45 弹性导料销的标准圆柱螺旋压缩弹簧型号0.5620；弹性卸料螺钉的弹簧型号取标准1mm14mm20mm。5.8 推件装置的选择1）推杆：根据冲模设计手册7P191表241选择带肩推杆A型d=6mm L=90mm2）顶板：根据最新冲压模具标准及应用手册P190表240选择A型D=50mm H=6mm3）顶杆：根据冲压模设计指导P75表3-34 取d=6mm 取L=35mm5.9 卸料装置本方案采用弹性卸料板卸料，因为模具采用倒装复合模，落料凹模装在上模上，废料从凸凹模的凹模中落下，卸料可靠。根据冲模模具设计手册P170表78选取125mm125mm12mm。5.10 辅助零件与结构的设计1）螺钉的选择：根据冲压模具设计手册P132表58取M10型号。2）导料销的选择：采用弹簧弹顶导料装置，导料销放在弹性卸料板，根据冲模设计手册P168 表2-8 d=4mm。 3）销钉的选择：根据冲压模具设计手册P134表52查得圆柱销钉孔选d（m6/h8）=10mm。4）卸料螺钉的选择：根据冲压模具设计手册P132表59选用圆柱头卸料螺钉M10型号。5）弹簧的选择：根据弹性卸料螺钉的规格查冲压模设计指导P86表345选择弹簧GB/T2089 2mm14mm15mm；根据弹性导料销的规格查冲压模设计指导P86表345选择弹簧GB/T2089 1mm6mm20mm。5.11 模架的选用5.11.1 上、下模架的选择常用的导柱导套式模架，是由上、下模座和导向零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱、导套的导向来实现。四种模架类型如下图： （a） （b） （c） （d）图（a）为后侧导柱模架。优点：左、右不受限制，送料和操作比较方便。缺点：工作时偏心距会造成导柱导套单边磨损且不能使用浮动模柄结构 。 图（b）为中间导柱模架。优点：向平稳、准确。缺点：能一个方向送料。 图（c）为对角导柱模架。优点：模座在导柱上滑动平稳。 图（d）为四导柱模架。优点：动平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。根据以上特点选用a较为适合。以凹模周界尺寸为依据，根据冲压模具设计手册P18表2-3和P20表2-4选择模架规格如下：后侧导柱上模L=125mm B=125mm H=35mm D(H7)=35mm后侧导柱下模L=125mm B=125mm H=35mm d(R7)=22mm5.11.2 导柱、导套的选择根据上、下模座的选择查冲压模具设计手册P67表3-2选用A型导柱和P68表3-3A型导套导柱d=22mm L=150mm导套D=35mm L=80mm H=33mm零件尺寸名称尺寸A导柱dL（mm）22150A导套dLD（mm）228035后侧导柱上模座LBH（mm）12512535后侧导柱下模座LBH（mm）125125356 模柄模柄:根据冷冲模设计P12表1-3选择压力机的型号JH23-40可查得模柄孔的直径为50mm,，深度为60mm，根据冲压模设计手册P83表3-41选用旋入式模柄。7 闭合高度确认模具闭合高度应为上模座板、下模座板、上下垫板、凸凹模固定板、落料凹模固定板、弹性卸料板等厚度的总和。即 H上+H下+H冲固+H凹+H上垫+H凸凹固+H下垫+H弹+A= H1 式中，H上 上模座的厚度，取H上=35mm； H下下模座的厚度，取H下=35mm； H冲固冲孔凸模固定板的厚度，取H冲固=20mm； H凹凹模的厚度，取H凹=20mm； H上垫上模座垫板厚度，取H上垫=6mm； H凸凹固凸凹模固定板厚度，取H凸凹固=16mm； H下垫下模座垫板厚度，取H下垫=6mm； H弹弹性卸料板厚度，取H弹=12mm； A安全距离，取A=17mm； H1 曲柄压力机的最大装模高度，取H1=330mm。 故模具闭合高度为 H上+H下+H冲固+H凹+H上垫+H凸凹固+H下垫+H弹+A =35+35+20+20+6+16+6+12+17 =167mm8 压力机的确定在选择冲压设备的类型后，要进一步根据冲压加工中所需的冲压力包括卸料力、压料力，变形功以及模具的结构形状或闭合高度、外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。 1）公称压力 压力机滑块离下止点前一特定距离,既压力机的曲轴旋转侄离下止点前某一角度时滑快上所容需的最大工作压力。压力机的工称压力一般情况下应大于或等于冲压工艺力的1.11.3倍。 2）滑快行程 滑快从上止点到下止点所经过的距离压力机的行程的小来保证毛胚或半成品的放入及成型零件的取出。 3）闭合高度 滑快在下止点时，滑快底平面到工作台面之间的高度模具的闭合高度必须适合于压力机闭合高度范围的要求：+10mm-5mm- 公式（16）式中，Hmin 当连杆调至最长时压力机的最小装模高度，取Hmin =260mm； H1 垫板的厚度，取H1 =120mm； H模具模具在最低工作位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度，取=167mm； Hmax 当连杆调至最短时压力机的最大装模高度，取Hmax =330mm。故 +10mm-H1-5mm-H1 150mm 167mm205mm模具的闭合高度符合使用要求。 根据冷冲模设计P12 表1-2 选择开式固定台压力机 型号JH21-40标称压力400 KN标称行程3.2 mm滑块行程80 mm滑块行程次数 80次/min工作台尺寸460700mm电动机功率5.5KW模柄孔尺寸直径50mm深度70mm最大装模高度330 mm连杆调节长度 70mm 参考文献1 丁松聚. 冷冲模设计. 机械工业出版社，20122 陈炎嗣. 多工位级进模设计与制造. 高等教育出版社，19923 马朝兴. 冲模模具设计手册. 化学工业出版社，19984 高军. 冲压模具标准件选用与设计指南. 化学工业出版社，20075 杨占尧. 最新冲压模具标准件及应用手册. 化学工业出版社，20106 王立人. 冲压模设计指导. 北京理工大学出版社，2009 7 郑展 . 冲模设计手册 . 机械工业出版社，2013 16