冲压工艺与模具课程设计——复合倒装模.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date冲压工艺与模具课程设计复合倒装模目 录 说明书设计题目： 倒装复合模学 院：机电工程学院班 级：10材料*学 号： *设 计 者： Yeshuai指导老师： * *大学猴年马月-目 录摘 要1前 言1第一章 设计任务及确定工艺方案21.1 零件设计任务21.2 零件工艺性分析21.3 冲裁工艺方案的确定3第二章 排样图设计及材料利用率分析42.1 排样设计42.2 材料利用率分析4第三章 计算冲压力、压力中心和冲压设备的选用和校核53.1 计算冲压力53.2 冲压设备的选用6第四章 刃口尺寸计算74.1 落料(外形)84.2 冲孔(内形)9第五章 冲裁模具零件及结构的详细设计105.1凹模设计：105.2 凸模设计：115.3 凸凹模计算135.4 模座的选用及标准件的选取145.4.1模架的选用145.4.2 凸模固定板145.4.3 卸料板145.4.4 垫板的确定145.4.5 模柄的选择145.4.6 螺栓销钉的选择155.4.7 卸料装置中弹性元件的选择15第六章 模具零件制造加工156.1 模具零件的加工156.2 模具的装配20参考文献21摘 要本次设计的内容为冲裁模，完成落料、冲孔两道工序。模具为倒装复合模结构，由打杆推动顶件块从而顶出制件，橡胶垫驱动的卸料板卸除条料。排样方式为单斜排，由挡料销和导料销定位、导向。模架为后侧导柱矩形模架，凸缘式模柄。选择典型组合，查国家标准GB2873.1，生成装配图和相关的零件图。 关键词：落料 冲孔 倒装 单斜排 前 言冷冲模毕业设计是在理论教学之后进行的实践性教学环节，其目的在于巩固所学知识，让学生会用课堂学到的知识解决设计过程中出现的实际问题，培养学生综合运用冲压工艺理论知识，分析解决一般的冲压过程实际问题的能力，了解和掌握冲压模具设计的一般过程、方法、步骤及零件加工工艺，进一步熟悉冲压模具的类型及结构和零件加工方法，在熟悉相关国家标准和技术规范基础上，提高学生正确查找、判断、选择相关技术参数的能力，培养学生的标准及规范意识，归纳出与相关的冷冲模工作岗位对职业的能力要求，为以后走向工作岗位做好准备。第一章 设计任务及确定工艺方案1.1 零件设计任务工件图： 图1 工件图材料为3A21铝合金，材料厚度1.0mm，生产批量为大批量。1.2 零件工艺性分析（1）材料分析3A21铝为防锈铝，具有较好的冲裁成形性能。（2）结构分析本设计是一个是由冲孔、落料工序制成的工件。该工件结构简单，应用广泛薄垫片。材料为3A21铝合金，厚度为1mm，零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中有一个35mm的孔和2个10mm的孔，满足冲裁最小孔径的要求。另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为5mm，满足冲裁件最小孔边距的要求。，所以该零件的结构满足冲裁的要求。 （3）精度分析零件上的尺寸该制件无特殊要求公差等级，可按IT14精度等级计算，普通冲裁即可实现要求。由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。1.3 冲裁工艺方案的确定 该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。方案二：落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案三：冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件的精度较差，生产效率低，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状对称简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但生产零件的过程中要保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案。由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模采用倒装复合模及弹性卸料板和定位定方式定位。第二章 排样图设计及材料利用率分析2.1 排样设计 (1) 搭边查表确定搭边值：两工件的搭边：a=1.1mm；工件边缘搭边：a1=1.4mm；步距51.53mm； 调料宽度 B 确定后排样图如图1-2所示。导料板的距离B0=B+Z=52.8+0.5=53.3mm 2.2 材料利用率分析该制件的外形面积和周长由CAD计算分别为2015.996mm、446.512mm。一个步距内材料利用率为： A是一个工件的面积mm2；N是一个进距内的工件的数量；B是条料宽度mm；S是进距mm。 选用530mm×1000mm的钢板，每张钢板可剪裁为10条料（35mm×1000mm）,每张条料可冲19个工件，则材料总的利用率为 N是一张板上的工件的总的个数B是板料的宽度L是板料的长度第三章 计算冲压力、压力中心和冲压设备的选用和校核模具采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模，冲压力为冲裁力、推件力、卸料力的总和。3.1 计算冲压力 （1）冲裁力F：基本计算公式 （冲压模具设计与制造1-12）此零件的周长由CAD求得为L=446.512mm，材料厚度1.0mm，3A21铝合金的抗拉强度查（冷冲压工艺手册表2-21，P48）取140MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为 （2） 推件力：基本计算公式为（冲压模具设计与指导）查表（冲压模具设计与指导2-20）取0.05，且凹模洞口直刃高度h取6mm，n=h/t=6/1.0=6,得：（3）卸料力：基本计算公式 （冲压模具设计与制造1-13）查表（冲压模具设计与制造1-8）取0.04，得 =0.0462.5KN=2.5KN（4）冲压力 F= Fc+ Fx+ Ft=62.5+2.5+18.75=83.75KN3.2 冲压设备的选用 （1）初选设备压力机 查（冲压模具课程设计指导与范例表9-9）根据总冲压力选择压力机的标称压力，所以初选J23-10开式双柱可倾压力机。 根据冲压力的大小，查（冲模设计应用实例， P364）选取J23-10开式双柱可倾压力机其中主要技术参数如下：滑块行程/mm45工作台尺寸/mm前后240左右370滑块行程次数/(次/min)145工作台孔尺寸/mm前后130直径170左右200最大封闭高度/mm180垫板尺寸/mm厚度35直径封闭高度调节量/mm35模柄孔尺寸/mm直径30深度55滑块中心线至床身距离130滑块底面尺寸/mm前后左右立柱距离180床身最大可倾角/mm35°（2）压力中心计算冲模对工件施加冲压力的合力的中心称冲压压力中心。所以遵循冲压压力中心原则：（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。零件外形为对称件，中间的异形孔虽然左右不对称，但孔的尺寸很小，左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小，所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。因为该工件是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。如图1-2所示：图3-1 工件几何形状(3) 压力机的校核： 由选的压力机可知： 即： 即： 经计算第四章 刃口尺寸计算 该零件为落料冲孔两种工序，形状简单，精度低，可采用配合加工方法制造。 该零件的材料是3A21铝 ，厚度是1mm，该零件是属于无特殊要求，属于一般冲裁件，查课本表33，确定冲裁间隙为Zmin=0.04mm, Zmax=0.06mm。零件的外形尺寸35、R10由落料获得 ，2×10及25，而中心尺寸60，由冲孔获得。由公差表查得, IT=10， x=1.0 , ，IT=10，x=1.0 设计凸凹模分别按IT6, IT7级别加工制造则：4.1 落料(外形) 冲裁件外形属落料件，选凹模为设计基准件，配合加工方法，只需计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模的实际按间隙需要配制。 以凹模尺寸为基准，凸模、凹模分别以IT6,IT7级加工 。 凸模： 凹模： 经查表可知,x=0.75,x=0.75 校核： + 所以0.02+0.03=0.05> 0.02 不满足间隙公差要求只有缩小值，提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。因此取： 所以，取 以凹模尺寸为基准，凸模、凹模分别以IT6、IT7级加工 。凸模： 凹模： 校核： + 0.02+0.02=0.04 > 0.02 只有缩小值提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。因此取： 所以，取 4.2 冲孔(内形)冲裁件内形属冲孔件，选冲孔凸模为设计基准件，配做加工法，只需计算冲孔凸模刃口尺寸及制造公差，冲孔凹模刃口尺寸由冲孔凸模的实际按间隙需要配制。 凸模按IT6、凹模按IT7加工， 冲孔件为IT10，查表,取X=0.75校核：+ 即 0.009+0.015>0.02 只有缩小值提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。因此取：所以，取 冲孔件为IT9，查表,取X=0.75校核：+ 即 0.016+0.013>0.02 只有缩小值提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。因此取： 所以，取 孔中心距尺寸： 第五章 冲裁模具零件及结构的详细设计 5.1凹模设计： 凹模厚度，H=kb（15mm）,k查表3-15得，k=0.35H=kb=0.35×50=17.5mm 根据考虑强度，H取20 凹模壁厚：，取C=35mm 所以凹模宽度B和长度A分别为： 凹模宽度：B=b+2c=50+2×35=120mm 凹模长度A=b+2c=72.04+2×35=142.04mm 根据查表后侧导柱模架得出国标L=160 B=125 H=20 故确定凹模的外形尺寸为：160×125×20。如图1-3所示凹模材料，因为凹模具有锋利的刃口和刃口有高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，所以凹模应有高的硬度和适应的韧性，故选Cr12M0V5.2 凸模设计：因为在刃口计算是得到是2×10及25孔的尺寸分别为：10孔凸模直径： 凹模直径： 经过查冲压模具简明设计手册表2.5.4可知 取得到凸模的相关数据： 直径：d=10.15mm,基本尺寸： ， ，, l=36 55mm 冲孔凸模如图1-4所示： 图1-4 冲孔凸模凸模长度尺寸的确定。采用弹性卸料时凸模的长度为L=h1+h2+t+A。，取L=42mm强度校核,=41.0140/13000.43mm经过校核凸模强度刚度符合要求.25孔凸模直径： 凹模直径： 经过查冲压模具简明设计手册表2.5.4可知 取得到凸模的相关数据： 直径：d=25.2mm,基本尺寸： ， ，, l=42mm凸模材料，选用Cr12M0V,淬火后硬度（HRC达5862）.采用铆接固定。5.3 凸凹模计算高度计算：h=h1+h2+h3 =21+10+10 =41mm h1 凸凹模固定板厚度；h2橡皮厚度；h3 推料板厚度。如图1-5所示： 图1-5 凸凹模5.4 模座的选用及标准件的选取 5.4.1模架的选用 材料为45钢，热处理淬硬，HRC43-48。上下模座材料选用HT200钢,选用矩形模座,其长度比凹模板大40-70mm,取值200mm.厚度为凹模厚度的11.5倍.选取模架： 上模座选GB/T2855.5 外形尺寸为160×125×40下模座选GB/T2855.6 外形尺寸为160×125×50闭合高度H=170205mm的后侧导柱模架倒装复合模。导柱25mm×180mm，导套25mm×95mm×35mm。（模具设计指导表5-8 P130）5.4.2 凸模固定板的外形尺寸取和凹模外形一样的尺寸，其厚度取凹模厚度的0.60.8倍，（0.6×20=12）凸模固定板的外形尺寸为:160×125×125.4.3 卸料板外形尺寸的确定：材料45钢，长和宽的尺寸取与凸模固定板相同的尺寸,厚度为H=15-2=13mm5.4.4 垫板的确定材料T8A钢，长和宽的尺寸选用典型模架组合尺寸：垫板的外形尺寸：160×125×105.4.5 模柄的选择选用压入式模柄，根据压力机JG23-10的相关参数可知，模柄的外形尺寸为：30×555.4.6 螺栓销钉的选择上模座连接螺栓选用4-M12×42，上模座连接销钉选用2-1054下模座固定螺钉选用4-M12×42；下模座连接销钉选用2-1063；导料板与凹模的连接用4-M6×15;销钉用6×285.4.7 卸料装置中弹性元件的选择模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用弹簧，其尺寸为 第六章 模具零件制造加工6.1 模具零件的加工通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕，再进行总装。而模具零件的加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的，要待部件组装或整模组装时修配或配钻，所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来，还要根据模具加工的装配方法而定。若以凸模凹模为基准装配时，零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工，若以四导柱导套作型腔，凸模相对位置控制基准时，则凹模及凸模固定板的导柱孔应与凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。 使用铣床加工一个零件时，必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参数确定下来，保证加工能顺利完成，同时，设计方面也要考虑到加工的难易程度，以减少加工的困难，在加工模具零件之前要慎重考虑各种细节。在买回来的模板里，要确定模板的加工基准，哪些面是基准面，这一般在订购模板时会标明哪几个面是经过打磨，之后就是把加工基准定下来，当然事前必须准备好零件图，根据零件图来定位加工方案，如果要用到数控编程，就必须把加工原点定出来。定好加工方案后，就可以开始加工，先把工件装夹到虎口钳上，使用铜锤敲击以使工件被夹紧，然后打表，在打表时要非常小心，当表很靠近工件时，不能使用加速进给，否则很容易碰坏仪器，在校平行度时，最好先来回走几遍，观察大概偏向，然后要小心敲击工件，使其保持在很小的偏差范围就行了，把两个基准方向的平行度定好后，就要用分中器确定原点坐标，在设置坐标时要将分中器的半径算进去，这样才能使主轴对应工件原点，x-y平面的坐标定下来后，就要把刀具装到铣床上，使用半径范围内的夹具把刀具夹紧，装上道具后就是确定z方向上的原点，一般选择工件表面为0以方便编程。之后就是加工，如果是选用数控加工，必须使程序和当前铣床的刀具起点相一致，否则加工位置就会错误，同时还要察看刀具路线是否会超出铣床的工作行程，防止出事故。如果程序没错，就可以传到数控铣床运行。不同刀具要使用不同转速，钻孔要比铣槽的转速慢，进给速度要根据观察来手动调试，加工时要时刻观察走刀情况，同时适当加冷却液及扫除铁屑，若发生事故，必须马上停止。当程序完成后，刀具就会回原点，继续做下一工序。凹模加工工艺过程 材料：T10A 硬度：6064HRC序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：160×150×302粗铣铣六面到尺寸155×130×25注意两大平面与相邻邻侧面用标准角尺测量达基本垂直3平面磨磨光两大平面厚度达25，并磨两相邻侧面达四面垂直。垂直度0.02/1004钳划线 划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸钻孔 钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模洞口穿线孔铰孔 铰销钉孔到要求攻丝 攻螺纹丝到要求5热处理淬火使硬度达6064HRC6平面磨磨光两大平面，使厚度达257线切割割凹模洞口，并留0.010.02研余量8钳研磨洞口内壁侧面达0.8um 配推件块到要求9钳用垫片层保证凸凹模与凹模间隙均匀后，凹模与上模座配作销钉孔10平磨磨凹模板上平面厚度达要求11钳总装配凸模加工工艺过程 材料：T1OA 硬度：5660HRC序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）：20×702热处理退火，硬度达180220HB3车 一端面，打顶尖孔。车外圆至16.5；掉头车另一端面，长度至尺寸65；打孔尖孔。双顶尖顶，车外圆尺寸12.24检验检验5热处理淬火，硬度至5660H RC。6磨削磨削外圆尺寸12至要求7线切削切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至要求8磨削磨削端面至Ra0.8um9检验10钳工装配（钳修并装配，保证）凹凸模加工工艺过程 材料：T10A 硬度：6064HRC序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）：65×40×702粗铣铣各面见光3平磨磨高度两平面到尺寸70.44钳 划线 在长度方一侧线切割夹位6后，分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中线 钻孔 按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔锪扩凹模落料沉孔到要求，钻螺纹底孔并攻丝到要求5热处理淬火 硬度达6064HRC6平磨磨高度到707线切割割凸模及两凹模，并单边留0.010.02研磨余量8钳 研配 研凸凹模并配入凸模固定板 研磨各侧壁到0.8um9平磨磨高度到要求10钳总装配凸模固定板加工工艺过程 材料：45 硬度：2428HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料170×130×252热处理调质 硬度2428HRC3粗铣铣六面达155×121×21mm，并使两大平面和相邻两侧面相互基本垂直4平磨磨光两大平面厚度达17，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02/1005钳划线 凸模固定孔中心线，销钉孔中心线，螺纹过中心线，销钉过孔中心线钻孔 凸模固定孔穿丝线，螺纹过孔和销钉过孔到要求6线切割割凸模安装固定孔单边留0.010.02研余量7铣铣凸模固定孔背面沉孔到要求8钳研配凸模9平磨磨模厚度到要求10钳总装配 用透光层使凸模，凹模间隙均匀后，与上模座板配作销孔凸凹模固定板加工工艺过程 材料：45 硬度：2428HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料170×130×352热处理调质 硬度2428HRC 3粗铣铣六面达165×123×30，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直4平磨磨光两大平面，厚度达25，并磨两相邻侧面使 四面垂直，垂直度0.02/1005钳划线 螺纹孔中心线，螺纹过孔中心线，销钉孔中心线，凸凹模固定孔轮廓线钻孔螺纹底孔，螺纹过孔到要求，凸凹模固定孔线切割穿线孔攻丝 攻螺纹底丝到要求6线切割割凸凹模安装固定孔，单边留研余量0.010.027钳研配 将凸凹模配入安装固定孔8平磨磨厚度到要求9钳装配 与下模座配作销钉孔 6.2 模具的装配根据简单模的工作特点,先装上模,再装下模较为合理,并调整间隙、试冲、返修、具体过程如下:（1）上模装配 仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求，形状并作好划线，定位等准备工作； 先将凸模与凸模固定板装配，再与凹模板装配，并调整间隙； 把已装配好的凸模及凹模与上模座，并在次检查间隙是否合理后，打入销钉及拧入螺丝。（2）下模装配 仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求，形状并作好划线，定位等准备工作。 先将凸凹模放在下模座上，再装入凸凹模固定板并调整间隙，以免发生干涉及工件损坏。接着依次按顺序装入销钉，活动挡料销,弹顶橡胶块及卸料板，检查间隙等合理后拧入卸料螺钉，再拧入紧固螺钉，并再次检查调整。 将经调整后的上下模按导柱，导套配合进行组装，检查间隙及其它装配合理后装机进行试冲并根据试冲结果作出相应调整，直到生产出合格制件。 参考文献1 蒙以嫦 梁艳娟.模具设计与制造. 北京：北京理工大学出版社，20102 林慧国.模具材料应用手册. 北京：机械工业出版社，20043 冯炳尧.模具设计与制造简明手册.上海：上海科学科技出版社，19994 史铁梁.模具设计指导.北京：机械工业出版社，20035 任晓莉.公差配合与测量实训.北京：机械工业出版社，20076 王芳，冷冲压模具设计指导，机械工业出版社（2002）7沈智刚、魏春雷，冷冲模设计，江西高校出版社（2006）8 王谟金，机械制图主编，清华大学出版社