冲压模具设计L型弯曲件.doc

目录第一章 绪论 3第二章 冲压工艺分析 5 6 6第三章 落料冲孔弯曲复合模设计 8 8 9 10 10 13 16 17 17 0模具闭合高度、压力机校验 24 第四章 结论 25第一章绪 论1.1 课题研究的目的与意义目的：为了更好的了解模具设计的一些步骤，与一些设计模具时所需要注意的地方，为以后的工作打好基础。意义：此次设计让我知道了自己的理论知识要运用到实际工作中去并不是那么容易的需要经过多次练习与长时间积累的。 1.2 课题国内外研究概况1.1.1 国外模具发展概况目前，欧洲模具业已越来越感受到来自中国同行所带来的影响与压力，预计到2018年，中国将一跃成为全球最大的模具制造业基地之一。”德国亚琛工业大学的亚力山大教授日前在宁海考察该地模具制造业基地时发出这样的感叹。 亚力山大表示，据相关研究部门调查得知，欧洲模具设计与生产的时间要分别比中国快44与61左右。近年来，中国模具市场对精密、大型、复杂型、长寿命模具的需求量有所增长，预计到2010年，国内模具市场需求量将在1，200亿元人民币左右。 综合媒体6月4日报道，中国模具协会企业年报显示：近年来，中国模具市场对精密、大型、复杂型、长寿命模具的需求量有所增长，预计到2010年，国内模具市场需求量将在1，200亿元人民币左右。 专家分析，从1997年开始，随着汽车、装备制造业、家用电器的高速增长，中国国内模具市场的需求开始显著增长。虽然到2006年中国模具工业总产值已达516亿元，但属“大路货”的冲压模具、压铸模具等约占总量的80。已经进入中国的少量外资模具企业开始生产各种高精大多功能模具，但目前仍供不应求。据介绍，目前中国汽车模具潜在市场十分巨大。质量好的冲压模具在汽车整车等行业供不应求；压铸模具在汽车零部件、装备制造业等行业需求激增；注塑模具在家用电器等行业发展潜力也很大。另外，特种模具也有较大的发展前景。1.3 课题研究的主要内容冲压模具的设计在其生产、加工以与使用过程中尤为重要。特别是它的结构设计，对加工、装配、工期、成本乃至冲压产品的质量与生产效率产生极大的影响。所以，此课题主要考虑以下几个方面的内容：1. 分析冲压件的图样与技术条件。2. 对冲压件进行工艺分析，确定排样方案。3. 计算冲裁、拉深力，确定压力机参数，选择合理的冲压设备。4. 确定模具的具体结构，绘制草图。5. 绘制模具的装配图与主要零件图。6. 零件图标注尺寸、公差与技术条件，并进行必要的强度校核。7. 根据开题的研究过程撰写设计说明书。第 25 页第二章冲压工艺设计2.1 冲压件简介形状与尺寸如下图所示。材料为Q235，板材厚度3mm。零件图如下：图 2.1 零件图展开图2.2 冲压的工艺性分析冲压工艺分析主要考虑产品的冲压成形工艺，最主要的是包括技术与经济两方面内容。在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求与材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。 影响冲压件工艺性的因素很多，从技术与经济方面考虑，主要因素：工件的外形为平板形状，外形简单，适宜冲裁。工件无细长的旋臂与窄槽，模具结构不复杂，适合冲压。材料为Q235，是常见的冲压材料。工件尺寸要求不是很高，尺寸未注公差按IT14级处理。生产批量，一般来说，大批量生产时，可选用连续与高效冲压设备，以提高生产效率；中小批量生产时，常采用简单模或复合模，以降低模具制造费用。成型件的尺寸要求不高，表面粗糙度要求不高。综上所述，此工件适宜冲裁。 本冲压件工艺分析如下：1图形分析形状较简单，主要是落料、冲孔形状。2尺寸分析尺寸公差要求不高，未注公差尺寸均取IT14级。3材料Q235，是常见的冲裁材料。零件用的是厚1.5mm的Q235板。力学性能：抗拉强度 b (MPa)：440470（查参考文献2P411页，表7-1）抗剪强度 (MPa)：310380伸长率 10 ()： 2125屈服点s (MPa)：240由于零件是一个平面形状，内部有两个小孔，外部是直线组成。关键是冲孔、落料弯曲能否同时进行？4批量批量生产。5冲压工序落料、冲孔、弯曲。6冲裁间隙根据料厚t=，再查参考文献3P30页，得单面间隙C0.210.3mm2.3 冲压工艺方案的确定经过对冲压件的工艺分析后，结合产品进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺、冲压次数，工艺顺序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案。方案一：单工序模。适当整合各冲压工序，需要两副模具，即落料模与冲孔模，这些模具制造方便、经济，但需要零件二次定位，产品上孔定位精度不高，生产周长一些，占用冲压设备多。方案二：复合模。根据参考文献2P257页，表5-17得到t=3时，最小壁厚a=，由于本产品的最小壁厚为4mm，故可以采用复合模。复合模具结构相对要复杂一些，制造难度也高一些，但因为只需一副模具制造成本并不高多，同时冲压生产周期短，产品质量高，占用设备少，能起到节能、节省劳动力作用。因此综合考虑产品质量，制造周期，生产周期，节省成本等因素，采用方案二。第三章落料冲孔复合模设计3.1 模具结构由于料厚适中，可以保证平整度，故模具结构可采用倒装复合模，即落料凹模装在上模部分，落料凸模（确切说是凸凹模，包括落料凸模与冲孔凹孔模）装在下模部份，冲孔凸模装在上模部份。卸料采用弹性卸料结构，由于结构复杂，冲孔较多建议弹性材料采用聚氨酸脂或矩形弹簧。产品件采用推件块弹性推出，由上而下推出。冲孔废料从下模直接落下。条料采用手动前后送料装置，采用定位销定位方式。如图所示。图3.1 模具结构图3.2 确定其搭边值考虑到成型范围，应考虑以下因素： 材料的机械性能 软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。 冲件的形状尺寸 冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。 材料的厚度 厚材料的搭边值要大一些。 材料与挡料方式 用手工送料，手动侧压。 卸料方式 弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。 材料为：Q235，落料部有带大圆角的形状。综上所述，根据参考文献2P51页，表2-4，两工件间的搭边值：a1=mm工件侧面搭边值：a=mm3.3 确定排样图在冲压零件中，材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料，因此材料的利用率是决定产品成本的重要因素，必须认真计算，确保排样相对合理，以达到较好的材料利用率。排样方法可分为三种：1有废料排样2少废料样3无废料排样少废料排样的材料利用率也可达70%90%。但采用少、无废料排样时也存在一些缺点，就是由于条料本身的公差以与条料导向与定们所产生的误差，使工作的质量与精度较低。另外，由于采用单边剪切，可影响断面质量与模具寿命。根据本工件的形状与批量，对模寿命有一定要求，固采用有废料排样方法。排样时工件之间以与工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的工件。还可以使条料有一定的刚度，便于送进。本产品外形是带大圆弧形，因此排样主要由外形决定，为了提高材料利用率可考虑对排，对排方式可以是直排，具体由下面计算决定。方案一：送料步距Amm。条料宽度B(D+2a) 其中：40，a3，B（40+2×3）=46mm由于在剪板时也有公差，查参考文献4P49页，得条料宽度公差0.7mm所以,剪板宽度B（40+2×3+0.7）=排样图如图3.2所示。图3.2 排样图3.4 材料利用率计算在冲压零件中，材料利用率是一个非常重要的因素，提高利用率是企业降低成本的途径之一。由于本产品采用复合工序的单副模具生产，送料采用手动送料，因此可以假设原材料为板料，再经剪板后成为条料。板料尺寸为定制，厚3mm。材料利用率计算公式：其中：S0板材总面积S 实际产品面积故 S0=×= mm2 S=S落-S孔由于图特征多，外形复杂，故采用CAD软件进行辅助分析计算，要CAD软件中测得S落= mm2，S孔= mm2，所以S=-=mm2故材料总利用率可见材料利用率大于80%，因此材料利用还是可以接受的。3.5 凸、凹模刃口尺寸的确定本模具有2种工序组成，落料与冲孔，外形是落料，内部各孔是冲孔，下面分二部份分别计算。3.5.1落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定（1）计算原则本产品外形属于落料工序，因此计算原则以凹模为基准，配做凸模。由于外形复杂，故采用凸、凹模配合加工法来制造，并进行设计计算。（2）凸、凹模制造公差与凸、凹模刃口尺寸计算。工件尺寸有：，, , , ，。凸、凹模制造公差取对应尺寸公差的1/4。查参考文献3P30页，冲裁双面间隙Zmin=0.42，Zmax=0.60，所以：Zmax -Zmin0.18（3）落料凸、凹模刃口尺寸计算由于以凹模为基准，所以查参考文献1P64-P65页，得公式凹模磨损后尺寸变大的：凹模磨损后尺寸变小的：凹模磨损后尺寸不变小：, , ,属于磨损后尺寸变大的尺寸，属于磨损后尺寸不变的尺寸。1计算A=26，=0.52凹模偏差d=/4=0.13mmt=3，查参考文献4P39页，表，得=所以 2尺寸计算A=40，=0.62凹模偏差d=/4=015mmt=1，查参考文献4P39页，得=0. 5所以 3尺寸计算A=，=0.74凹模偏差d=/4=0.18mmt=1，查参考文献4P39页，得=0. 5所以 4尺寸计算A=51.3，凹模偏差d=t=1，查参考文献4P39页，得=0. 5所以 5. 尺寸计算C=37，=0.52凹模偏差d=/4=0.15mmt=1，查参考文献4P39页，得=0. 5所以 凸模与凹模为基准配做，保证双面间隙为：0.420.60mm。3.5.2冲孔部份凸、凹模刃口尺寸的确定（1）计算原则冲孔计算原则以凸模为基准，配做凹模。圆孔由于加工方便采用分开加工法制造并计算。非圆形孔由于外形复杂，制造不便故采用凸、凹分开配合加工法来制造，并进行设计计算。公差查表确定。（2）凸、凹模制造公差与凸、凹模刃口尺寸计算有两个孔，分别是一个圆孔与一个孔，两圆心距尺寸；查参考文献1P63页，得计算公式： 凸模尺寸： 凹模尺寸：有一个圆孔,尺寸有：与定位尺寸；另一个圆孔，尺寸有：与定位尺寸，。由于以凸模为基准，所以查参考文献1P64-P65页，得公式凸模磨损后尺寸变小的：凸模磨损后尺寸变大的：凸模磨损后尺寸不变小：公差取工件尺寸的1/4。,属于磨损后尺寸变小的尺寸，属于磨损后尺寸变大的尺寸。属于磨损后尺寸不变的尺寸。查参考文献3P30页，表4-2冲裁双面间隙Zmin=0.42，Zmax=0.60，所以：Zmax -Zmin0.18（3）冲孔凸、凹模刃口尺寸计算1圆孔的尺寸计算（分开加工法）查参考文献2P148页，得：凸模偏差p=凹模偏差d=冲裁双面间隙Zmax -Zmin60因此：p+d0.18=Zmax -Zmin所以凸、凹模制造公差合理。所以：mm mm2圆孔的尺寸计算（分开加工法）查参考文献2P148页，得：凸模偏差p=凹模偏差d=冲裁双面间隙Zmax -Zmin因此：p+d=0.020+0.020=0.0400.18=Zmax -Zmin所以凸、凹模制造公差合理。所以：mm mm，前面已经计算过在此不再计算。3.6 冲压力计算因此必须认真计算冲压力。本模具冲压力（F总）有三大部分组成，即落料部分力（F落）、冲孔部分力（F冲）弯曲部分力（F弯）组成，由于落料、冲孔同时进行，然后进行弯曲，因此只需考虑压力机在整个冲压运动过程中是否有足够的动力提供，取三者与，下面分别进行计算。3.6.1 落料部分冲压力根据本模具的结构，冲压力包括落料冲裁力、卸料力与顶件力。已知材料Q235钢板，板材厚mm，材料的抗剪强度取中间值=350MPa进行计算。1冲裁力式中 L落料件的周长，mm t 板料厚度，mm 材料抗剪强度，MPa2卸料力查参考文献3P41页，表4-15表3.53 卸料力、推件力、顶件力系数材料料厚t/mmK1卸K2推K3顶钢铝、铝合金纯铜、黄铜式中 K卸卸料力系数，N 查参考文献3P41页，表4-15，得K卸43落料总冲压力 F落=F冲+F卸=351198+10536= 361733N3.6.2 冲孔部分冲压力根据本模具的结构，冲孔力包括冲裁力与卸料力。已知材料Q235钢板，板材厚3mm，材料的抗剪强度取中间值=350MPa进行计算。1冲孔力式中 L落料件的周长，mm t 板料厚度，mm 材料抗剪强度，Mpa2. 推件力式中 K卸卸料力系数，N 查参考文献3P41页，表4-15，得K卸5冲孔总冲压力 F孔= F卸+F冲=102921+4631=107552N根据本模具的结构，冲孔力包括冲裁力与推件力。已知材料Q235钢板，板材厚3mm，材料的抗剪强度取中间值=350MPa进行计算。1自由弯曲力式中 k安全系数， b弯曲件宽度，mm b材料强度极限，Mpa t材料厚度，3mm2. 压料力式中 K弯弯曲力系数，N 查参考文献3P41页，表4-15，得K卸5弯曲总冲压力 F总= F弯+F压=22974+1149=24123N3.6.3 总冲压力总冲压力 F总=F落+F孔+F弯总=361733+ 107552+24123=493408N3.7压力机选用如果落料与冲孔、弯曲一起进行，压力很大，必须选用很大的压力机，对冲孔凸模不利，也极不经济，因此采用阶梯冲裁，首先落料，等落料冲孔完成后再弯曲，这样可达到降低冲压力，同时压力机的行程有所增大，必须大于20mm。由上面计算可知落料冲孔部份力大于弯曲部份力，并且落料冲孔在前弯曲在后，故取总的落料部份力来计算压力机所需的压力。压力机的冲压力选用倍总冲压力以上。即，FF孔=×493408NKN。综合上述，查参考文献2P478页，附录A，选得开式双柱固定台压力机型号为：JD21-100压力机参数如下：公称压力：1000KN滑块行程：120mm最大封闭高度：400mm工作台尺寸：左右1000mm×前后600mm工作台孔尺寸：200mm模柄孔尺寸：60mm×80mm图3.4双柱可倾压力机3.8 压力中心计算一副模具的压力中心就是这副冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上，否则冲压时会产生偏心载荷，导致模具以与压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具与压力机的使用寿命，而且也影响冲压件的质量，因此必须计算其压力中心。对于对称形状的压力中心就是其几何中心，对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之与”的力学原理求得。本次设计的工件不是对称的，所以压力中心需要计算。查参考文献3P340页，得不规则形状冲裁同时借助CAD软件辅助计算得压力中心为：X0= Y0=0图3.5压力中心3.9落料冲孔模主要零部件的结构设计根据本模具采用倒装复合模结构，其主要零件有：落料凹模、凸凹模、2种冲孔凸模（共2个）、凸凹模固定板、凸模固定板、凸模垫板、卸料板、打杆与推件杆等。3凹模结构与设计1凹模与刃口形状采用直刃口，刃口高度取h=36mm，下方为台阶形，周边大35mm，形状如下图所示。图3.6 凹模刃口形状2凹模材料与热处理查参考文献2P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理6062HRC。3凹模外形尺寸凹模厚度：H=Kb（15mm）b=40，t=3mm查参考文献4P72页，表3.64 系数K值b/mm材料厚度t/mm0.51122335050100100200200得，K=0.5所以 H=0.5×40=20mm，取H=20mm凹模壁厚：C=（1.52.0）H（30mm）×H=×20=40mm，（由于形状复杂，取系数）凹模边长尺寸为：2×40+=175 mm（取整并考虑推件块活动空间）取L=186mm2×40+40=120 凹模高度调整：考虑放置推件块与弯曲的需要，凹模高度再作调整，故取H=80查标准模板得：凹模外形尺寸为：160×250×804凹模固定与定位方式凹模放在上模座上，用螺钉与上模座固定，再用销与上模座定位。形状如下图所示。图3.7 凹模3.9.2 凸凹模结构与设计由于此凸模不仅是起落料作用，还要充当冲孔凹模的作用，因此称它为凸凹模。1凸凹模材料与热处理查参考文献2P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理6062HRC。2凸凹模形状与长度凸模形状为柱体，刃口外形尺寸与落料凹模配做，保证一定的间隙。凸模总长度：L=78mm 图3.8凸凹模3.9.3 圆凸模1结构与设计此圆柱形凸模对应产品基本尺寸为6，共1个。1圆凸模材料与热处理查参考文献2P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理5862HRC。2圆凸模形状与长度圆凸模形状为圆柱形回转体，由于凸模比较细长因此做成台阶形，刃口部份直径最小，头部直径较大。凸模总长度：L=H固+h凹=72mm注：H固、h凹分别为固定板厚度、凹模高度，具体各长度计算确定见后面各相应部分计算。3圆凸模定位、固定方式圆凸模靠与凸模固定板成过渡配合定位，头部台阶来固定。图3.9 圆凸模13.9.4 圆凸模2结构与设计此圆柱形凸模对应产品基本尺寸为18，共1个。1圆凸模2材料与热处理查参考文献2P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理6062HRC。2圆凸模2形状与长度圆凸模2形状为圆形回转体，因此可做成台阶形。圆凸模2总长度：L=H固+h凹-t=72mm注：H固、h凹分别为固定板厚度、凹模高度，具体各长度计算确定见后面各相应部分计算。3圆凸模2定位、固定方式圆凸模靠与凸模固定板成过渡配合定位，头部台阶来固定。图3.10 圆凸模23.9.4 弯曲凹模结构与设计此弯曲凹模产品弯曲成L型。1弯曲凹模材料与热处理查参考文献2P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理6062HRC。2弯曲凹模形状与长度圆凸模2形状为非圆形回转体，因此不可做成台阶形。圆凸模2总长度：L=H固+h凹-t=72mm注：H固、h凹分别为固定板厚度、凹模高度，具体各长度计算确定见后面各相应部分计算。3弯曲凹模定位、固定方式弯曲凹模靠与凸模固定板成过渡配合定位，螺钉固定。弯曲凹模3.9.7凸模固定板设计1凸模固定板确定外形为正方体，中间有与3个凸模成过渡配合的孔。材料为45钢（查参考文献2P439页，表7-20得），热处理硬度4348HRC。 2凸模固定板尺寸确定周界与凹模尺寸相同，尺寸为：160×250，厚度为：20mm中间3个孔与凸模构成H7/m6过渡配合，如下图所示。3 凸模固定板3.9.9压料板设计1压料板确定材料为45钢（查参考文献2P439页，表7-20得），热处理硬度4348HRC2压料板尺寸确定周界与凹模刃口尺寸相同，并构成间隙，同理与各冲孔凸模也构成间隙，各单边间隙约0.20.3mm。厚度为由弯曲高度等因素决定，形状尺寸如下图所示。5 压料板0 卸料板设计1卸料板形状确定材料为45钢（查参考文献2P439页，表7-20得），热处理硬度4348HRC。2卸料板尺寸计算周界与凹模尺寸相同，160×250。如下图所示。厚度取：H卸=14mm卸料板与凸凹模间单面间隙Z16 卸料板3.10 模具闭合高度、校验压力机1模具闭合高度计算H闭=248mm<395mm（400-5）（压力机装模最大高度-5）闭合高度符合压力机要求。2校验压力机实际模具行程27mm，小于压力机公称力行程120mm，符合要求。其它各项略。4结 论L型落料冲孔弯曲模具的设计在教师帮助下即将结束，在进行了为期五个多月的设计，完成了这套模具的装配图与其主要零件图。其实要设计完一套模具图并不难，但设计出的模具图没有错误不容易，要设计出能投入生产的模具就更不容易。设计中的每一步必须认真、严谨，每步设计、每个结构都要明白道理，才能做到设计符合实际的运用。由于本人水平有限，边工作边设计，设计的时间也有限，设计中难免存在一些的缺点，有很多问题还有待解决，设计水平也有待提高。主要表现在以下几个方面：1）由于设计中大量选择标准件，没有对其进行强度校核，虽然不一定存在质量或强度问题，但由于知识有限，没有这样做也是一个遗憾，在此同时可能会出现浪费才料的情况，无形中也提高了制造成本。2）在结构设计方面，没有对零件的结构进行全面的分析，在结构的优化设计方面还不完善，这方面的训练需要进一步提高。作为一名即将毕业的机械专业的大学生，学好、应用好专业知识在以后的学习工作中是非常必要的。把此次设计中存在的问题与一些需要注意的问题带到以后的工作中去，认真学好模具设计。参考文献1 姜奎华冲压工艺与模具设计M 北京：机械工业出版社，2007.2 郑家贤冲压模具设计实用手册M 北京：高等教育出版社，2007.3 王新华简明冲模设计手册M 北京：机械工业出版社，2008.4 成虹冲压工艺与模具设计M 北京：高等教育出版社，2006.5 杨关全等冷冲模设计与指导M 大连：大连理工大学出版社，2009.6 王芳冷冲压模具设计指导M 北京：机械工业出版社，1990.7 姜伯军级进冲模设计与模具结构实例M 北京：机械工业出版社，2008. 8 虞传宝冷冲压与塑料成型工艺与模具设计资料M 北京：机械工业出版社1992.