冲压模具设计说明书.doc

目 录1 序言11.1绪论11.2目的21.3任务22 工件工艺性分析32.1 工件图32.2 工艺分析32.3工艺方案确定33 模具结构形式的确定44 模具设计计算54.1 排样、材料利用率计算54.2 计算工序压力74.3 确定模具压力中心84.4 冲模刃口尺寸及公差的计算95 模具零件设计116 冲压设备选取167 设计总装图、选取标准件188 心得体会199 致谢2010 参考文献2 附录A：产品图附录B：冲压工艺过程卡 附录C：零件加工工艺过程卡1 序言1.1绪论冲压是使板料经分离或成型而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。模具是大批生产的工具，是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。模具可保证冲压的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产吕表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列的优点，是其它加工方法所不能比拟的，使用模具已成为工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代的制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。目前，工业生产中普遍采用模具成型工艺方法，以提高警惕产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通压力机设备每分钟可生产零件几件到几十件，高速压力机生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品；有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工产品，有90%左右的零件是用模具加工出来的。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位渐为人们所共识。模具的出现可以追溯到几千年前的陶器炼制和青铜器铸造，但其大规模应用却是随着现代工业的崛起而发展起来的。20世纪模具生产得到了进一步的发展，在此期间归纳出的模具设计原则上，使得压力机械、冲压材料、加工方法、模具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进。进入20世纪70年代，不断涌现出各种高效率、高精度、高寿命的多功能自动模具。其代表是五十多个工位的级和十几个工位的多工位传递模。从20世纪70年代中期至今，计算机逐步进入精度进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域；辅助进行零件图形输入、毛坯展开、条料排样、确定模座尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序（用于数控加工中心和线切割编程）等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造周期不断缩短。当前国际上计算机辅助设计（CAD）。计算机辅助工艺（CAE）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：继续发展几何图形系统，以满足复杂零件和模具的要求；在CAD和CAM的基础上建立生产集成系统（CIMS）；开展塑性成形模拟技术CAE（包括物理模拟和数学模拟）的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，发展专家系统和智能CAD等。三维CAD技术的出现，极大地推动了模具工业的发展，使零件设计及模具结构设计在非常直观的三维环境下进行，模具设计完成后，可根据投影关系自动生成工程图。模具属于标准化程度较高的工艺装备，模具设计中使用的模架及各种标准件可以直接从CAD系统中建立的标准库中直接调用，大大提高了模具设计的质量和效率。同时，三维CAD系统中设计生成的三维模型可直接用于有限元模拟零件的成形过程及数控加工编程等后续应用，适应现代化生产，满足了CAD/CAM集成技术的要求。目前，三维CAD技术已广泛地应用于模具的设计，缩短了新产品的开发周期和产品的更新期，使得开发的新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能。1.2目的 应用和巩固本课程及有关选修课的基础理论和专业知识，掌握查阅和使用本专业相关的技术文献和资料的方法，具备对一般冲压件进行工艺分析计算及其模具设计的初步能力，为毕业设计打下基础。1.3 任务学生进行冲压课程设计须完成下列任务： （1）、对老师指定的冲压件进行冲压工艺设计:包括工艺分析及方案选择，工艺计算，模具结构尺寸的确定，选择压力机； （2）、设计一道工序的一套冲模的详细结构：要求绘制冲模总装配图及全套零件图（其中的标准件除外）；完成1.5张零号图纸的工作量； （3）、制定冲压工艺规范，编写冲压工艺过程卡片； （4）、编写设计计算说明书，说明书页数约为2335页，并装订成册。2 工件工艺性分析2.1 工件图图1 工件图零件名称异形垫板图 号A008材 料08钢料 厚0.8mm生产批量大批量2.2 工艺分析材料：该冲裁件的材料08钢，具有较好的可冲压性能 零件结构：该冲裁件结构简单，无尖角、凹陷，悬臂宽度和凹槽宽度均大于1.5倍料厚，形状简单，比较适合冲裁。尺寸精度：该落料件的外形尺寸是根据落料件的尺寸计算，即为该零件的落料的尺寸精度均不超过ST42.3模具工艺方案的确定通常该零件采用的工艺方案是：落料一道工序，采用单一工序模，该方案产品质量好，模具加工维修简单，一副模具，产品加工周期短，本套模具落料模具，冲出一个制件。此工件材料为08钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。通过以上对该零件的结构、形状及精度的分析，并结合零件的生产批量。该零件采用落料单工序就可完成冲压加工。3确定模具总体结构1、模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用单工序模冲压，所以本套模具类型为单工序落料模。2、定位方式的选择因为该模具采用得条料，控制条料得送进方向采用导料板；控制条料的送进步距采用挡料销。3、导柱、导套位置的选择由于落料件的结构简单，大批量生产都使用导向装置。导向方式主要有滑动式和滚动式导柱导套结构。该零件承受侧压力不大，为了加工装配方便，易于标准化，决定使用滑动式导柱导套结构。4、滑动式模架选择由于受力不大，精度要求也不高，同时为了节约生产成本，简化模具结构，降低模具制造难度，方便安装调整，故采用中间导柱导套式模架。该模架可以前后送料，操作特别方便。5、卸料、出件方式的选择在选用卸料装置的形式时，需考虑出料方式是上出料，还是下出料。卸料装置根据冲件平整度要求或料的厚薄来确定，对于冲件平整度要求高，且料薄的宜用弹压卸料板。这样既可压料又可卸料，且卸料板随上模上下运动，直观性强，操作方便，是生产中常用的一种卸料方式。当板料较厚时，用弹压卸料板难以卸料时，选用固定卸料装置卸料，一般在零件形状简单、要求不高时，采用固定卸料方式，它可简化模具结构，但是因为工作部位封闭，送料只能靠手感，操作不便，安全性差。由于零件厚度只有0.8mm，属于薄料，一般采用弹性卸料方式顺便压料，以简化模具结构，降低成本。4 模具设计计算4-1 排样、材料利用率计算排样方案对零件质量、生产率与成本，也会直接影响到材料的利用率以及模具结构和寿命等。材料利用率是衡量排样经济性的一项重要指标。在不影响零件性能的前提下，应合理设计零件排样，提高材料利用率。通过对比观察分析，结合大批量生产的特点，同时考虑模具结构，选择如装配图所示排样方式。采用单排的方案，如图2.2.1所示图2.2.1采用对排的方案，如图2.2.2所示图2.2.2 如图所示的两种排样方案，第一种排样方案相对来说比较简单，冲裁力较小，模具尺寸也较小，但由于要求大批量生产，该排样的生产率较低，且材料利用率不高；第二种排样方案相对第一种来说模具相对较大，且冲裁力较高，材料利用率提高不大，且要二次送料，影响生产效率，故选择第一种方案。一个步距内的材料利用率为:1）单排=NA/BS*100%=1*1097/52*39.5=53.4%2)对排 =NA/BS*100%=2*1097/52*67=62.97%A冲裁面积(包括内形结构废料)；N一个冲距内冲冲裁件数目；B条料宽度；S进距。4-2. 计算工序压力（1）冲裁力F落为：F落KL落tb以上公式中：K安全系数F冲裁力； L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗拉强度；则有：L= 197mm 材料厚度t=0.8mm;材料:08钢，参考相关资料，其抗拉强度b=300Mpa,则：F落1.3*0.8*300*19761.46（kN）（2）卸料力Fx为：根据以上模具结构类型，采用弹性卸料和上出料，FxKxF,取Kx0.045（查表3-8）,则：Fx0.04561.462.77（kN）（3）推件力FT为：FTnKTF凹模刃壁垂直部分高度h5mm,t0.8mm,n5/0.8=6;取KT0.055（查表3-8），则：FT60.05561，4639.66（kN）（4）总冲压力F总F落+Fx+FT61.46+2.77+39.66103.89（kN）4-3. 确定模具压力中心模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了使模具能平衡工作，在设计和加工模具时，应该根据冲件的技术要求及冲件的形状尺寸分析冲裁过程中的受力状态及其对模具的作用与影响，选取相适应的模具压力中心。并使之与冲床滑块中心和模具导向部分的对称中心相重合。否则在冲裁过程中要产生偏心力矩，从而致使冲裁时模具的间隙变得不均匀。因而使冲件的外形发生歪扭，切口断面质量变坏，甚至会导致冲床滑块导轨和模具的严重磨损。冲模的压力中心，的按下述原则确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。由于该落料零件是为异形零件，故冲裁压力中心需解析法计算。根据上图计算压力中心故压力中心为（-2.81，16.23）。4-4. 冲模刃口尺寸及公差的计算刃口尺寸的计算原则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;冲孔部分以凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。2.考虑凸模与凹模的磨损：凸模与凹模在冲裁过程中必然会出现磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损使落料尺寸增大。为了保证冲裁件的尺寸精度，尽可能的提高模具寿命设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸。这样就能保证凹、凸模磨损到一定程度后仍能冲裁出合格的工件。3.把握好刃口制造精度与工件精度的关系：凸、凹模刃口尺寸精度的选择，应以能保证工件的精度要求为前提，保证合理的凸、凹模间隙值，从而保证模具的使用寿命。一般情况下也可按工件公差的1/31/4选取。对于圆形凸、凹模，由于制造容易，精度易保证，制造公差也可按IT6IT7级选取。根据参考文献【2】表3-5知，08钢板的Cmin=0.056mm，Cmax=0.080mm 落料，由于形状复杂，故采用配合加工方法。 当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。 零件图中末注公差的尺寸由附录查出其极限偏差5 模具零件设计1、卸料装置的设计采用的是弹压卸料装置，选用合成橡胶作为弹性元件，已知Fx2.77kN，根据模具安装空间，取圆筒合成橡胶橡胶4个，每个橡胶承受的预压力Fy为：FyFx/n2770/4692.5N取hy32%h,查表得p2MPa,则橡胶的横截面积为：AFy/p692.5/2346.25设橡胶孔直径为Dmm，橡胶上螺钉孔直径d为6mm，则有：A/4（D2-d2）=/4（D2-62）=346，25经计算和保证足够的卸料力,取D33mm橡胶的自由高度：取ha20mm2凹模尺寸的设计落料凹模凹模采用整体凹模，轮廓全部采用数控线切割机床即可一次成形，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。凹模的厚度和外型尺寸，对于其承受的冲裁力，必须具有不引起破损和变形的足够强度。冲裁时凹模承受冲裁力和水平侧向力的作用，受力形态比较复杂，因而在生产实际中，通常都是根据冲裁件的轮廓尺寸和板料厚度、冲裁力的大小等来进行概略估算的。其轮廓尺寸的计算如下：凹模厚度H凹Kb,查表3-11取K0.15，则：H凹0.155211.44mm,取16mm凹模壁厚C:C（1.52）1522.530,壁厚C取30mm凹模宽B：Bs2H凹36,5+230=96.5mm取凹模宽B=100mm凹模长度L: L=52+2*30=112MM,取L=125mm所以凹模的外形尺寸为125mm100mm。故取凹模外形尺寸为125mm100mm16mm。3凸模尺寸的设计凸模在加工时，应注意：1）凸模工作部分的刃口应尖锐锋利，无倒钝、裂纹、黑斑、缺口等缺陷。2）热处理时的硬度必须均匀，无脱碳、软点、裂纹或显著的变形等现象。3）凸模工作部分的直径对配合吧部分直径的同心度允差不应超过配合部分的直径允差的二分之一。4）未注明公差的尺寸，其公差按IT12级精度制造。各非工作部分外缘的锐角必须倒圆或倒角。因为零件为异形，采用整体直通式凸模。凸模长度主要根据模具结构，并考虑修磨、操作安全、装配等的需要来确定。当按冲模典型组合标准选用时，则可取标准长度，否则应该进行计算。采用弹压式卸料装置，凸模长度应按下式计算：凸模长度计算：Lh1h2h式中h1凸模固定板厚度（mm）;h2卸料板厚度（mm）;h附加长度（mm）;凸模固定板的厚度h1=20mm卸料板的厚度一般为1020mm,取卸料板的厚度为12mm附加长度为h橡胶安装高度ha板料厚度t凸模进入凹模的深度f其中，ha=25mm,t=1mm,凸模进入凹模的深度取1mm,所以h=hatf=20+0.8+1=21.8mm则：Lh1h2h=53.8mm。4卸料板的设计材料选用Q235A钢，长和宽的尺寸取与凸模固定板相同的尺寸，厚度为8mm18mm,取12mm.卸料板与凸模之间的间隙大小不致使冲件或废料被拉进间隙为准。根据冲压工艺模具设计实用技术表2.4.6，间隙为0.3mm。5垫板的设计材料选用T10A钢，长和宽的尺寸和凹模尺寸相同。垫板的厚度一般为5mm10mm，取厚度H2=8mm,则外形尺寸为：12510086导料板导料板厚度为4mm，位于条料的两侧，材料采用45号钢，淬火处理，硬度为4045HRC7挡料销挡料销的定位面抵住条料的前搭边或制件内廓的前(后)面，使条料送进步距准确。其结构形式主要有固定挡料销、活动挡料销、自动挡料销、始用挡料销和定距侧刃等。最终选定：固定挡料销挡料销是用来控制送料步距的。选用圆柱销，直径为6、材料采用45号钢，淬火处理，硬度为4045HRC，与凹模的配合为H7/m6。8止转销为了防止模柄转到，采用了一个防转销，其尺寸为：d=6mm,L=30mm。9模柄的选择选用压入式模柄，材料Q235，并加防转销，根据压力机J23-16的相关参数可知，模柄的外形安装尺寸为：3050。10螺栓、销钉的选择上模座连接螺栓选用2-M6*45，下模座固定螺钉选用4-M10*60；上模座连接销钉选用650;下模座连接销钉选用660。11 导向零件用于提高模具精度、减少冲床对模具精度的不良影响，同时还可以节省模具的调整时间，以及提高冲件的精度和模具寿命。常用的导向装置是导柱导套结构形式，本套模具采用导柱导套结构中的光滑圆柱导向装置。选择原则是：导柱导套之间的间隙应小于凸模与凹模之间的间隙。上下模的导向，在凸模与凹模开始作用前，或压料板接触到制件前就应充分合上，以确保导向在冲压工作开始时即已发挥正常的作用。导柱的长度应保证冲模在最低位置时，导柱的上端面与上模座顶面的距离不小于10-15mm；而下模座底面与导柱底面的距离不小于5mm。导柱导套的装配方式是将导柱装在下模座，导套则装在上模座上，分别采用过盈配合H7/r6。导柱、导套与上、下模座装配成套的模架，必须符合技术指标分类标准12 模架模座分为上模座和下模座两部分。整个模具的各个零件都直接或间接的固定在上下模座上，模座还要承受和传递压力，所以模座不仅要有足够的强度，而且还要有足够的刚度。选用模座时还应使下模座的尺寸比冲床漏料孔的尺寸每边大40-50mm以上。对于这样的安装，上模座通过模柄安装在冲床的滑块上，下模座则用压板和螺栓固定在冲床的工作台面上。标准模座根据模架类型及凹模周界尺寸选用。采用非标准模座时，模座的长度尺寸比凹模的长度单边大40-70mm，宽度可以略大或等于凹模宽度。下模座的尺寸要比工作台孔每边大40-50mm。模座的厚度在20-55mm之间，下模座比上模座略厚。模座常用的材料一般为铸铁HT200。因为冲模是在冲击负荷下工作的，灰铸铁有较好的吸镇性。特殊需要时，也有采用抗拉强度更高的普通碳素钢。根据凹模外形尺寸12510016，选凹模材料为HT200钢上模座选外形尺寸为30616035，下模座选外形尺寸为30616045。模具的闭合高度与压力机的装模高度关系：Hmax5HHmin10式中H模具闭合高度（mm）；Hmax压力机的最大装模高度（mm）；Hmin压力机的最小装模高度（mm）； Hmin=HmaxTS式中，T工作台垫板厚度S为滑块行程从已选压力机设备参数已知：Hmax220mm,T=60mm,S=70mm,则有：Hmin=HmaxTS=2206070=90mm故模具闭合高度应为：215mmH1100mm实际模具闭合高度：H模H上H下H垫LH凹f式中H上上模架厚度(mm);H下下模架厚度(mm);H垫垫板厚度(mm);L凸模长度(mm);H凹凹模厚度(mm); f凸模进入凹模的深度(mm)则H模H上H下H垫LH凹f157.8mm6 冲压设备选取冲压设备的选择原则1 .所选压力机的公称压力必须大于总冲压力，即F压F总2. 压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁，弯曲等模具，其行程不于过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成行零件的取出。3 .所选压力机的最大高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。4 .压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受里条件也是不利的。5. 由于在冲压时压力机的各部分都会受力变形，因此在选用冲压设备时，应充分注意到冲床的精度和刚度。机械压力机的刚度由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成。提高机械压力机的结构刚度和传动精度，都可以降低板材性能波动、操作因素和前一道工序的不稳定因素引起的成品零件的尺寸偏差。压力机的选择冲压设备的选择开式曲柄压力机虽然刚度差，但它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件、拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能靠两个方向操作，适用于大中型件的生产。双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。选用的压力机公称压力P(1.31.5)F总取系数为1.5，则P1.5F总1.5103.89155.8（kN）初选压力机公称吨位为160kN,型号为J23-16，因为开式压力机广泛应用于冲压工艺，且允许前后或左右进料操作，操作空间大，操作方便。其主要工艺参数如下：双柱可倾压力机J23-16参数： 公称压力：160KN 滑块行程：70mm 最大闭合高度：220mm 连杆调节量：60m 工作台尺寸（前后左右）：450300 垫板尺寸（厚度孔径）：40 模柄尺寸（直径深度）：3050 最大倾斜角度：307 设计并绘制总装图、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模架。部分零件尺寸：上模座：下模座：导柱：导套：垫板： 凸模固定板：凹模：弹性卸料板：8 心得体会本学期冲压模具课程设计以老师命题为主，为期两周，内容包括数据计算，课程设计说明书制作，图纸绘制以及课程设计小结。我们认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。总的来说课程设计锻炼了我们的动手能力与总体规划能力，也让我们对冲压模具有了更深刻的认识，让我们在模具方面有了更大的成长9 致谢在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这次课程设计得到老师和同学的关心支持和帮助。在此，谨向老师们和帮助过我的同学致以衷心的感谢和崇高的敬意！另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结课的时候，能够将学到的只是应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。感谢所有任课老师和所有同学在这次次课程设计中来给自己的指导和帮助，教会了我相关的专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。通过这次冲压模具设计，我在多方面都有所提高。能够综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行冲压模具设计工作的实际训练从而培养和提高独立工作能力，巩固与扩充了冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冲压模具设计的方法和步骤，掌握冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的老师们.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您们开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于我的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。