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1、九片学院JIU JIANG UNIVERSITY课程设计题 目 垫板”零件冲压工艺及模具设计院系机械与材料工程学院专业模具设计与制造姓名 彭清辉年级2012 级(B1252)指导教师 谢玉敏2014年5月第一章绪论 1第二章冲压件工艺性分析及工艺方案的确定 32.1 冲压件工艺分析 32.2 冲压工艺方案的确定 32.2.1 模具结构形式的确定 4第三章冲压工艺计算 53.1 排样设计与计算 53.1.1 搭边值的确定 53.1.2 排样方案的选择 63.2 冲压力的计算 73.2.1 落料力 73.2.2 冲孔力 73.2.3 卸料力 73.2.4 推件力 83.2.5 压力机的初步选定 8
2、3.3 压力中心的确定 83.4 工作零件刃口尺寸计算 83.4.1 间隙值的确定 93.4.2 工作零件刃口尺寸的计算 10第四章模具总体设计及部分零件设计 114.1 工作零件的结构设计 114.1.1 凸模的结构设计 114.1.2 凹模的结构设计 114.1.3 凸凹模的结构设计 124.2 卸料零件的设计 134.3 模架的选用 144.4 冲裁模闭合高度的校核 154.5 定位零件的设计 154.6 模柄的选用 16第五章结束语 17致谢参考文献 18绪论冲压是在室温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力使其产生分离或塑 性变形从而获得所需零件的一种压力加工方法。而我们把在冲压加
3、工中将材料金属 或非金属加 工成零件或半成品的一种特殊工艺设备称为冲压模具俗称冲模。冲模可根据工艺性质 和工序组合程度分类其中按照工艺性质可分为：冲裁模、弯曲模、拉 深模、成形模根据工 序组合又可分为单工序模、复合模、级进模。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。采用模具生产制品和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屑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没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 能制造出其它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
4、化的特点。 设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具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 分了解模具各部件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。与机械加工及塑性加工的其它方法相比冲压 加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下:1冲压加工的生产效率高且操作方便易于实现机械化与自动化。这 是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工普通压机的行程次数为每分钟可达 几十次高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上而且每次冲压行程就可能得到一 个冲件。2冲压时由于模具保证了冲
5、压件的尺寸与形状精度且一般不破坏冲压件的 表面质量而模具的寿命一般较长所以冲压的质量稳定互换性好具有 quot 一模一样 quot的特征。3冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件如小到钟表的秒表 大到汽车纵梁、覆盖件等加上冲压时材料的冷变形硬化效应冲压的强度和刚度均较 高。4冲压一般没有切屑碎料生成材料的消耗较少且不需其它加热设备因而是一种 省料节能的加工方法冲压件的成本较低。但是冲压加工所使用的模具一般具有专 用性有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形且模具制造的精度高技术要求高是技术密集形产品。所以只有在冲压件生产批量较大的情况 下冲压加工的优点才 能充分体现从而获得较好的经济效益。
6、模具的标准化及专业化生产已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产冲模零件既具的一定的复杂性和精密性又 具有一定的结构典型性。因此只有实现了冲模的标准化才能使冲模和冲模零件的生 产实现专业化、商品化从而降低模具的成本提高模具的质量和缩短制造周期。目前国外先进工业国家模具标准化生产程度已达 7080模具厂只需设计制造工作 零件大 部分模具零件均从标准件厂购买使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高分工越来越细如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等甚至某些模具厂仅专 业化制造某类 产品的冲裁模或弯曲模这样更有利于制造水平的提高和制造周期的 缩短。我国冲模标准化与专化生产近年来也有较
7、大发展除反映在标准件专业化生产 厂家有较多增加外标准件品种也有扩展 精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具 工业发展的要求主要体现在标准化程度还不高一般在40以下标准件的品种和规格较少大多数标准件厂家未形成规模化生产标准件质量也还存在较多问题。另外标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。17第二章冲压件工艺性分析2.1 冲压件工艺性分析该材料形状简单只有落料和冲孔两个工序。材料为10号钢具有良好的塑性和冲压性能适 合冲裁。由文献3表9-13查出冲裁件内外形所能达到的精度为IT81T10 工件结构形状相对简单长方体形状的并且存在尖角其中还有两个大小相等直径为小18o0.07的孔，孔中
8、心与孔中心的距离公差为0.08mm可以冲裁。将以上度与工件简图中标注的尺寸公差相比较可认为 该工件的精度要求能够在冲裁加工过程中得到保证其他的尺寸标注等情况也符合冲裁的工艺要求。2.2 冲压工艺方案的确定方案一：先冲孔后落料。单工序模生产。方案二：冲孔-落料复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔-落料级进冲压。级进模生产。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。方案三只需一副模具生产效率高操作方便精度也能满足要求但模具轮廓尺寸较大制造复杂成本较高。方案二也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
9、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三低 模具轮廓尺寸较小制造比方案三简单。通过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。2.2.1 模具结构形式的确定正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件还可 以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件但倒装式复合模结构简单又可以直接利 用压力机的打杆装置进行推件卸件可靠便于操作并为机械化出件提供了有利条件 所以应用十分广泛。根据零件分析制件的精度要求较低孔边距较大为提高经济效益和简化模具结构适宜 采用倒装复合模产。根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产。第三
10、章零件工艺计算3.1 排样设计与计算冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计包括选择排样方法、确定搭边 值、计算条料宽 度和送料步距计算材料利用率画排样图。3.1.1 搭边值的确定搭边的作用是补偿定位误差保持条料有一定的刚度以保证零件质量和送料方 便。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。根据零件形状查冲压模具设计与制造表 2.5.2可知：工件之间搭边值a=2.0mm 工件与侧边之间搭边值a=12.2mm3.1.2 排样方案的选择根据对所给零件的分析综合各方面因素权衡利弊采用直排有废料排样方
11、式这样 可以保 证冲件质量提高模具寿命。可以补偿送料误差以保证冲出合格工件保持条料刚度利于送料 避免废料丝进入模具间隙损坏模具。根据直排的排样方式可以将排样分为横排和竖排。图3-1竖排排样图(1) .计算冲压件的毛坯面积:A=(88 m64)-2 X 3.14 X 82 mm =5230.08 mm23-1(2) .条料宽度：B=(L+2a) =(88+2父2.2)幻6= 92.4 幻6 mm (3-2)(3) .进品E: h=(64+2)mm=66mm (3-3)nA(4) . 一个进距的材料利用率：刈=一X100% =84.05% (3-4)Bh横排排样图如图3-2所示：图3-2横排排样图
12、(1) .计算冲压件的毛坯面积：A=(88 64 -2 3.14 82 5230.08 mm(3-5)(2) .条料宽度：B= ( L +2a)匕=(88+2 M 2.2)幻6=92.4 %.化 mm(3-6)(3) .步距：h=88+2mm=90mm(3-7)(4) . 一个步距的材料利用率：nA二一 100% =83.28% (3-8 )Bh通过两种方案的比较方案一的材料利用率比方案二的材料利用率高所以我们选 择第一种竖排排样方案。3.2冲裁力的计算用平刃冲裁时其冲裁力F 一般按下式计算：F=KL tb(3-9)式中：F-冲裁力L-冲裁周边长度t-材料厚度品材料抗剪强度K-系数系数K是考虑
13、到实际生产中模具间隙值的波动和不均匀刃口磨损、板料 力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数。3.2.1 落料力：F1 = L1yb =(280 2 375)N=2.1 105( 3-10)3.2.2 冲孔力：F2 = L2t二 b=(55.24 2 375)=3.8 104 N (3-11)3.2.3 落料时的卸料力：Fx=KF1(3-12)查表取Kt =0.55 ,故F =0.05 2.1 105 N =1.05 104N3.2.4冲孔时的推件力：Ft =nKTF2(3-13)查表取Kt =0.55,故4 一一 4Ft =1.5 0.55 3.8 10 N =3.1 10 N总压力：F
14、z =Fi 2F2 F2Ft =3.6 105N (3-14)3.2.5冲压设备的初步选定根据总压力FZ =3.6父105 N ,查 冲压模具课程设计指导与范例表 9-9可选用：开式双柱可倾压力机JC23-35公称压力：350KN滑块行程:80mm最大闭合高度:280mm工作台尺寸：380mm610mm前后父左右)滑块中心到床身距离/mm:205mm模柄孔尺寸：50mm 70mm(径父孔深)3.3 冲裁压力中心的确定(1)按比例画出零件的轮廓形状并确定坐标系标注如图 3-3所示(2)分别看坐标轴x, y(3)计算出该冲裁件的压力中心：因为该工件是一个对称工件故其压力中心为工件 的中心。综上所述
15、冲裁件的压力中心坐标为(44, 32)。3.4 工作零件刃口尺寸计算3.4.1 间隙值的确定由冲压模具设计与制造表2.3.3可得：间隙值Zmin =0.246 , Zmax=0.360mm3.4.2 凸凹模刃口尺寸的计算.加工方法的确定在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前首先要考虑工作零件的加工方法及模具 装配方法。因该工作零件的形状相对较简单适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、 凹模、凸模固定板以及卸料板这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度使装 配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算。(2) .冲孔部分对冲孔中16采用凸凹模分开的加工方法其凸凹模刃口部分尺寸分别按I
16、T6和IT7制造计算如下：由互换性与测量技术第二版表3-2可得凸凹模制造公差：cT =0.011 A =0.018查冲压模具设计与制造P63可得磨损系数：X=1尺寸16:dT =(dmin +x以=16.0601011mm(3-15)dA =(dT Zmin)0 A =16.306 00018 mm(3-16)校核：Zmax -Zmin = 0.360-0.246=0.114mm、a =0.029满足：Zmax -Zmin艺不十鼠(3-17)的条件1孔距：Ld =L_1 ： =(40 .0.125 2 0.008)mm=(40 - 0.002)mm(3-18)8(3) .落料部分对外轮廓的落料
17、采用分开加工方法其凸凹模刃口部分尺寸计算如下：由公差表查得880.07mm IT10级,64 0.05为IT10级，故分别取X=1，则其中：落 料1(长): DA1 =(Dmax1x 1)0 A =(88.07-0.14) 00.030 mm=87.93。030 mm (3-19) Dti =(Dai-Zmin)1T =(87.93-0.246) 00.019 mm(3-20)校核：| 不十间 E Zmax-Zmin(3-21)即:0.0490.114(满足间隙公差) 落料2 (宽)：Dai =(Dmax1 x ：i)o,a =(64.05-0.1) (/侬 mm=63.950.030 mm
18、(3-22)Dti =(Dai Zmin)% =(63.95-0.246)mm=63.704 00.030 mm (3-33)第四章模具总体设计及部分零件设计本设计使用复合冲模将凹及凸模固定在上模上是典型的倒装结构。两个导料销 控制条料送进的导向固定卸料板控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置弹性卸料 装置由卸料板、卸料板螺钉和弹簧组成。冲制的工件有推杆和推件块组成的刚性推 件装置推出。冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从压力机台面孔漏下。4.1 工作零件的结构设计4.1.1 凹模的结构设计凹模的刃口形式考虑到实际生产中的应用所以采用刃口强度较高的凹模即如图4-2所示的刃口形式。表可知:k=0.28(
19、4-1)H=24mm(4-2)(4-3)由凹模厚度H=kb凹模壁后C=(1.52)H可得: 由冲压模具课程设计指导与范例H=kb0.28X80=22.4mm因为凹模的高度要为一个整数值故取C=1.5H=1.5X 24mm=36mm凹模宽度：B=b+2c=(64+2 33.6)mm=131.2mm凹模长度：L=(88+2 33.6)mm=155.2mm(4-4)查冲压模具课程设计指导与范例表选模架规格L x B:160mm 135mm所以最终确定凹模的宽度B=135mnfe度L=160mm图4-2凹模4.1.2 凸模的结构设计冲中18孔的圆形凸模由于模具需要在凸模外面装推件块因此设计成直立的形
20、状。尺寸标注 如图4-1所示。根据工件图样工件中有2个孔因此要需设计2个凸模为了方便固定都采用阶梯式长度为：L=凹模+(0.60.8)H+t+h=24+0.6 X 24+2+14.6=55(4-5 )凸模直径取27mm图4-1凸模4.1.3 凸凹模的结构设计本模具为复合冲裁模因此除冲孔凸模和落料凹模外必须还有一个凸凹模。凸凹模的结构简图。校核该凸凹模的强度：按冲压模具设计与制造表可得凸凹模的最小壁厚为4.9mm而实际最小壁厚为16mm故复合设计的强度要求。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制并保证双面间隙为0.2460.360mm之间。凸凹模上的孔 心距尺寸为42mm的公差应比零件图所标精度高34
21、级通过上述凸凹 模刃口尺寸的计算可得：孔中心距尺寸公差为:40 0.002mm凸凹模的高度为：(4-6)H 凸凹=h h2 t h = 14+2+2+14=50mm式中hi为卸料板厚度取14mm h为凸凹模固定板厚度取20mm,t为材料的厚度取 2mm,h为卸料板与固定板之间的安全高度取14mm4.2 卸料零件的设计计算(1)根据分析采用橡胶块卸料用四块聚氨酯橡胶块卸料每块橡胶分担的卸料力为:FD =匚=1.05 10 n=2625N(2)考虑橡胶块的工作压缩量较大取压缩率%=10%,并由表4-1差得单位压力的Fq =1.1MPa。按公式:A=Fy/Fq(4-8)式中:A-橡胶块的面积(mm)
22、Fy-橡胶块所受的压力(N )Fq橡胶块受压时的单位压力 MP。那么:A2625/1.1mm2 =2386.36mm2选取直径为16mm的卸料螺钉查冲压模具课程设计指导与范例 表9-40选取弹性体卸料螺 钉孔的直径为d=16.5mmU弹性体的外径D可按下式求得：(4-9)代入数据，计算得D=57.5mm为了保证足够的卸料力以获得整的工件需要加大压料力故取D=60mm(4)计算预压力Fy=AFq( 4-10)代入数据计算得Fy=2763.2N(5)求橡胶块的自由高度：hgH =(4-11)广；y式中：hg-工作行程 片-橡胶块的极限压缩率对于硬度为邵氏7080A的聚氨酯橡胶则应取与35%硬度越高
23、可值越小这里取 再=30% 名y -橡胶块预压缩率，聚氨酯橡胶% = 102 16. 那么：H =6= 45mm ；查冲压模具课程设计指导与范例表选 H50mm30% -10%橡胶块高度的校核：0.5 H/D 1.5即0.5 50/60 1.5 0经校核合格。(6)求极限压缩量：hj=WjH(4-12)则：hj=30X 50mm=15mm(7)求预压缩量：hy = ；yH(4-13)则：hy=10% 50=5mm(8)橡胶块工作极限下的压缩量：h=H-hj =50-15=35mm橡胶块预压下的高度：h=H-hj =50-5=45mm工作行程的校核：hg hj -hy(4-14)即9015-5=
24、10,经校核合格。4.3 模架的选用根据零件的结构及尺寸，我们模架选用中等精度，中、小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向左送料，操作方便。由文献查表可得：上模座：L/mm B/mm H/mm=160135 35下模座：L/mm B/mm H/mm=160135 40垫板厚度查表可取得412之间，所以我们取垫板厚度为12mm凸模固定板的厚度：查冲压模具简明设计手册表选H=20mnH模的厚度已定为：24mm卸料板的厚度为：查冲压模具简明设计手册表可得：14mm模具的闭合高度：Hf = (35+12+20+24+14+2+40 mm=147mm (4-15)导柱：d/mm L/mm=25 130导套：
25、d/mm L/mm D/mm=25 85 334.4 冲裁模闭合高度的校核：前面有冲压力初选350KN的压力机，最大闭合高度为280mm校核：H min +10 MH +hMHmax-5(4-16)其中h为垫板的厚度，H为模具的闭合高度，Hmax、Hmin分为压力机的最大、最小闭合高度。经校核不难发现所算的闭合高度满足上述式子要求。4.5 定位零件的选用结合本套模具的具体结构，考虑到工件的形状，设置一个6的活动挡料(起定距作用)和两个直径为8的活动导料销。挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧，在 开模时，弹簧恢复弹力把挡料销顶起，使它处于工作状态，旁边的导料销也一 起工 作。4.6 模柄冲模通
26、过模柄将上模固定在冲床滑块上，在安装时应注意模柄直径和压力机 模柄孔直径要一致。本设计采用压入式模柄结构，可以保证较高精度的同轴度和垂 直度，其结构形势如下图：此模柄与上模座的连接，采用过度配合（H7/m6）。查冲压模具课程设计指导与范例表得模柄尺寸为： 直径：50mm高度：70mm第五章结束语通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。通过这次毕业设计，综合运用 本专业所学课程的专业基础知识进行一次冷冲压模具设计工作的设计训练从而培养 和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握 冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷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
27、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。更加提醒我们不断的加强专业知识是 十分重要的。由于本人的设计能力有限，在设计过程中如有出现错误，恳请老师们 多多指教，本人十分的乐意接受您们的批评与指正，本人将万分感谢。随着社会的发展，机械行业的模具专业在我国现代工业发展中成为一个越来越 重要的分支。模具渗透着整个社会。不
28、管在那个行业，都有模具的存在。日常生活 中轻重工业，都离不开模具生产，模具就是为了得到所需要的产品。要什么样的产 品，就可以生产什么样的模具，如（塑料模具 、冷冲压模具、压铸模、橡胶模） 而目前形势的需要，产品更新换代更快更易，所以模具行业的发展空间很大，有待 我们去努力，去探索。模具生产过程是一个循序渐进的过程，生产模具过程中可能 用到的的机器有很多种类，如（电火花成型机、数控线切割、车床、铳床、刨床、 磨床、链床等）。三年的学习，我对模具设计与制造有了深刻的认识。面临毕业期 问，此次单独设计一个模具，让我了解了很多的模具结构、模具加工工艺、模具的 用途。并且学到不少的书本上没有的知识，就拿
29、塑料模来说，对于影响模具寿命的 因素，主要是模具的加工精度和材料的刚度，还有模具的材料，模具生产批量，模 具结构等。影响模具的产品质量的主要因素也是模具的制造精度。通过这次毕业 设计，我从理论和实践上又更进一步的加深。模具结构设计的好坏直接影响产品质 量和经济。中国面临世界的挑战，在模具行业这方面，我希望日后能在模具这一行 有所贡献。在此感谢我的老师廖老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、 学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路更给予我无尽的启迪。同时感 谢对我帮助过的同学们。参考文献1互换性与测量技术第二版 陈于萍、高晓康编著；高等教育出版社，2005 2冲压模具设计结构图册第二版薛翔编；化学工业出版社，2009 3冲压模具课程设计指导与范例林承全、胡绍平主编；化学工业出版，1992 4简明冲模设计手册王新华、陈登主编；机械工业出版社，2008 5金属材料及热处理王英杰，金升主编；北京机械工业出版社， 2006 6冲压模具简明机械设 计手册第二版 郝滨海编著；化学工业出版社，2009 7实用冲压工艺及模具设 计手册杨玉英主编；机械工业出版社，2004 8冲压技术实用数据速查手册张正修主编；机械工业出版社，2008 9冲压模具设计与制造刘建超，张宝忠 主编；高等教育出版社，2010 10模具设计大典