垫板零件冲压工艺与模具设计说明.doc

JIUJIANGUNIVERSITY课程设计题 目 “垫板”零件冲压工艺与模具设计 院 系 机械与材料工程学院 专 业 模具设计与制造 姓 名 XXX 年 级 XXX 指导教师 XXX 2014年 4 月目 录前言·····························································1第一章 冲压件···················································31.1形状与尺寸··················································3第二章 零件的工艺性分析·········································4 2.1 零件的工艺性分析············································42.2 确定冲裁件的工艺方案········································4第三章 冲压模具总体结构设计·····································5 3.1 模具类型····················································53.2 导向与定位方式··············································53.3 卸料与出件方式··············································5 3.4 模架类型与精度··············································5 3.5 凸模设计····················································5第四章 工艺设计计算·············································64.1 排样设计计算················································64.2 计算压力与压力中心、初选压力机······························74.3 计算凸凹模刃口尺寸与公差····································8第五章 设计选用零件、部件绘制模具总装草图·······················9 5.1 凹模设计····················································95.2 凸模设计····················································10 5.2.1凸模形式与固定方法·············································105.2.2凸模长度计算···················································105.2.3 凸模强度、刚度校核·············································115.2.4凸模材料和技术条件·············································115.3 凸凹模设计··················································12 5.3.1 凸凹模结构形式与固定方法·······································12 5.3.2 校核凸凹模的强度···············································135.4 定位零件····················································13 5.5 卸料与出件装置··············································14 5.6 模架与其他零件的选用········································155.6.1 模柄···························································155.6.2 模座···························································165.6.3 垫板···························································16 5.6.4 冲压设备的选择·················································185.6.5 紧固件的选用.18第六章 压力机的校核·············································196.1 公称压力····················································196.2 工作台面尺寸················································19第七章 模具主要加工工艺规程的编制·······························207.1 冲压模具制造技术要求········································207.2 总装工艺····················································207.3 加工要求····················································227.4 主要零件加工工艺············································227.4.1 垫板的加工工艺·················································227.4.2 凸模固定板的加工工艺···········································227.4.3 冲孔凸模的加工工艺·············································237.4.4 卸料板的加工工艺···············································237.4.5 落料凹模加工工艺···············································237.4.6 凸凹模的加工工艺···············································247.4.7 凸凹模固定板的加工工艺·········································24第八章 总结·····················································25参考文献·························································26前 言冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工与塑件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，易于实现机械化和自动化。(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不压件的表面质量，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“一模一样”的特征。(3)冲压可加工出尺寸围较大、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，加工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，且不需要其它加热设备，因为是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不一样，因而生产中采用的冲压工艺方法也是各种各样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类：分离工序是指将坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲压件）的工序；成形工序是指使坯料在不破坏的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉伸和成形四种基本工序，每种基本工序还包括有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具完成，称为组合的方法不同。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一个工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包括复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案与模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机与确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零部件设计和加工工艺编制，压力机的校核。第一章 冲压件1.1 形状与尺寸“垫板”零件冲压工艺与模具设计名称：垫板批量：大批量材料：08F厚度：2mm冲裁件的尺寸要求：外形尺寸均未标注尺寸公差，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件的尺寸公差，经查表得，各尺寸公差分别为： 零件外形：mm，mm，mm，mm零件形：mm孔心距：mm第二章 零件的工艺性分析2.1零件的工艺性分析该零件结构简单，形状对称。08F，属于碳素结构钢，查冷冲压工艺与模具设计附表1可知抗剪强度断后伸长率=32%。此材料具有良好的塑性和较高的弹性，其冲裁加工性能好。硬钢材料被自由凸模冲圆形孔，查冷冲压工艺与模具涉与鸟3-8，可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t，该工件孔径为由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行，故最小孔边距不应小于材料厚度t，该工件的孔边距（20）>t=2,(10)>t=2,均适宜于冲裁加工。根据以上分析，该零件的工艺性较好，可以进行冲裁加工。2.2 确定冲裁件工艺方案该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：（1）先落料，在冲孔，采用单工序模生产；（2）采用落料冲孔复合冲压，采用复合模生产；（3）用冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。第三章 冲压模具总体结构设计3.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。3.2 导向与定位方式导向装置：导套导柱式导向定位方式：板料定位靠导料销和活动挡料销完成，控制条料送进方向采用导料板，有侧压装置。控制条料送进步距采用挡料销距。3.3 卸料与出件方式采用弹性卸料方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。3.4 模架类型与精度考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，导套导柱导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用1级模架精度。3.5 凸模设计落料凸模刃口部分为非圆形，为了便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于从凸模固定板中拉出。并将安装部分设计成便于加工的长圆形。第四章 工艺设计计算4.1 排样设计计算零件外形近似矩形，轮廓尺寸为5830 考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。如图1所示：图1查冷冲压工艺与模具设计表3-13，工件的搭边值a=2，沿边的搭边值a1=2.2送料步距S=30+2=32mm条料宽度：查表得：导料板之间的距离:由零件图近似算得一个零件面积为,因此一个进距的材料利用率为4.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机 冲裁力：根据零件图可算得一个零件外周边长度： 周边长度之和：查冷冲压工艺与模具设计附表可知：，,落料力： 冲孔力： 卸料力：推件力：根据材料厚度取凹模刃口直壁h=6, 故：n=h/t=3总冲压力：应选取的压力机公称压力：25t因此可初选压力机型号为J23-25确定压力中心：画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。4.3 计算凸凹模刃口尺寸与公差1）落料凹模刃口磨损后增大尺寸。按冷冲压工艺与模具设计公式：，制件精度为IT14级，故x=0.52)凹模磨损后变小的尺寸，x=0.53）凹模磨损后不变的尺寸，：冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸力、推件力的影响却较大。间隙是影响模具寿命的主要因素。间隙的大小则直接影响到摩擦大小，在满足冲裁件质量的前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。查冷冲压工艺与模具设计可知相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小间隙为0.246mm第五章 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图5.1 凹模设计凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构和通过螺钉、销钉固定在凹模固定板，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命；凹模刃口形式：应冲压的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm，漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5mm凹模轮廓尺寸的确定： 查冷冲压模具设计指导2-24得：K=0.28；凹模厚度根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为凹模材料和技术要求：选用T10A，工件部分淬硬至HRC5862；外轮廓棱角要倒角。如图所示：5.2 凸模设计5.2.1 凸模形式与固定方法冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。为了保证强度、刚度与便于加工装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不至于被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。5.2.2 凸模长度计算凸模的长度是依据模具结构而定。采用弹性卸料时，凸模长度按公式凸模长度，mm凸模固定板厚度，mm卸料弹性元件被预压后的厚度mm5.2.3 凸模的强度与刚度校核 一般情况下，凸模强度与刚度足够，由于凸模的截面尺寸较为适中，估计强度足够，只需对刚度进行校核。 对冲孔凸模进行刚度校核：有导向的凸模其中对于圆形凸模则由此可知： 冲孔部分凸模工作长度不能超过24.00mm，根据冲孔标准中的凸模长度系列，选取凸模的长度：50.55.2.4 凸模材料和技术条件凸模材料采用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 5660，凸模尾端淬火后，硬度为HRC 4348为宜。 如图所示：图3 冲孔凸模5.3 凸凹模的设计5.3.1 凸凹模的结构形式与固定方法 凸凹模的结构简图如图所示：凸凹模凸凹模与凸凹模固定板采用H7/m6配合。5.3.2 校核凸凹模的强度冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=2mm,而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。5.3.3 凸凹模尺寸的确定 凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为，形刃口尺寸按凸模尺寸配作并保证最小间隙。5.3.4 凸凹模材料和技术条件凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至5660HRC.5.4 定位零件定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。选用固定挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，固定挡料销固定在位于下模的凸凹模上，规格为GB/T7694.10-94，材料45号钢，硬度为4348HRC。选用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的后侧（条料从右想左送进）尺寸规格6X2，如图所示：图4 导料销5.5 卸料与出件装置出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。卸料板：弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.60.8倍, 卸料板与凸模的单边间隙按冲压工艺与冲模设计表3-32选取,t1mm时,单边间隙为0.15mm。为了便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口尺寸端面0.30.5，卸料板的尺寸规格为：125mmX125mmX10mm，材料为:45#钢。卸料螺钉：卸料螺钉采用标准的阶梯形螺钉，根据卸料板的尺寸选择4个卸料螺钉，规格为，/T7650.5-94。卸料装置：由于橡皮允许承受的负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮作为弹性元件，卸料橡皮的选择原则： 为了保证卸料正常工作，应使橡皮工作时的弹力大于或等于卸料力FXFXY=APFX=5.48KN式中FXY橡皮工作时的弹力，A橡皮的横截面积，P与橡橡皮压缩量有关的单位压力，一般预压时压缩量为10%15%。由冲压工艺与冲模设计图3-64知，取P=0.6MPa，求得A=91.3cm2,由冲压工艺与冲模设计表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24根据工件材料厚度为2mm，冲裁时凸模进如凹模的深度为1mm，模具维修时刃磨留量为2mm，开启时卸料板高于凸模1mm，则求得总工作行程：h工件=6mm,使用橡皮时，不应使最大压缩量超过橡皮自由高度的35%45%否则是皮的自由高度应为： H=h/(0.250.3) =6/(0.250.3)=2024mm模具组装时的预压缩为：取H=3mm由此可知：安装橡皮高度尺寸为21mm,式中的H所需的工作行程。由上式所得的高度，还在按下式进行校核: 0.5H/B1.5如果H/D超过1.5,应把橡皮分成若干段,并在橡皮之间垫上钢圈。由冲压工艺与冲模设计表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×245.6 模架与其其他零件的选用5.6.1 模柄模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的直径与长度与压力机滑块一致，模柄的尺寸规格选用凸缘模柄，用34个螺钉固定在上模座上。图5 模柄5.6.2 模座标准模座根据模架类型与凹模同界尺寸选用，上模座：125mm ×125mm×35mm；下模座：125mm×125mm×45mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。5.6.3 垫板垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。是否要用板，可按下式校核：式中P凸模头部端面对模座的单位面积压力；F12凸模承受的总压力； A凸模头部端面与承受面积。由于计算的P值大于冲压工艺与冲模设计表3-34模座材料的许应压力，因此在工作零件与模座之间加垫板。垫板用45号钢制造，淬火硬度为HRC4348，其尺寸规格为：125mm×125mm×10mm。上下面须磨平，保证平行。如图所示：图6垫板模架选用后侧导柱标准模架：上模座：L×B×H =125mm×125mm×35mm下模座：L×B×H=125mm×125mm×45mm导柱：D×L=22mm×150mm导套：d×L×D=35mm×85mm×38mm模架的闭合高度：160190mm垫板厚度：10mm；凸模固定板厚度：22 mm上模底板厚：35 mm，凹模厚度：28.5mm橡皮厚：24mm 卸料板厚度10 mm凸凹模固定板厚度：45 mm，下模底板厚：45 mm模具的闭合厚度：5.6.4冲压设备的选择 选用开式双柱可倾压力机J23-25公称压力为25t，滑块行程为65mm,最大闭合高度270mm,滑块中心线至床身距离200 mm，工作台尺寸：370 mm×560 mm，垫板厚度：50 mm，模柄孔尺寸：40 mm×60 mm.5.6.5 紧固件的选用上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上6个，45钢，尺寸为M8X70下模螺钉：6个，45钢，尺寸为M6X55.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上模3个，45钢，尺寸为6X60.第六章 压力机的校核6.1公称压力根据公称压力的选取压力机型号J23-25，它的压力为25t>15.79t,所以压力得以校核。6.2 工作台面的尺寸根据下模座且每边留出60100mm,即，冲压件和废料从下模露出，漏料尺寸小于，而压力机的孔尺寸为，故符合要求，得以校核。第七章 模具主要零件加工工艺规程的编制7.1 冲压模具制造技术要求模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：a、组成冲压模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。b、组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求c、模具的功能必须达到设计要求.d、为了鉴别冲压件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的冲压件为止。7.2 总装工艺图7装配图加工工艺路线：1备料2 把导柱2安装在下模座1上。3 把凸凹模14放在下模座1上面，按中心线装上凸凹模固定板21，用螺钉4把凸凹模固定在下模座上。4 通过卸料螺钉22把橡皮20和卸料板15固定好，在卸料板上装好导料销23和挡料销18。5 把导套安装在上模座上。6 把4个冲孔凸模通过凸模固定板6和垫板8一起固定到上模座9上，连同凹模17一起用螺钉3和销钉10紧固。7 把模柄11装在上模座9上，用螺钉紧固，装上打杆12。8把组装好的上模座和下模座通过导柱导套组装起来，中间装上2mm厚的材料。9试模10调整到合格11入库7.3 加工要求1）模具配合加工零件在允许间隙加工,落料凸凹模,冲孔凸模与固定板配合后,底部磨平。2）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按14级精度加工,未注粗糙度的按Ra6.3um处理。3）模具中各垫板的两承压面的平行度公差按GB1184 为5级。4）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔与其通孔的位置公差不大于 2mm，或相应各孔配作。5）模具、模架与其零件的工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。6）经热处理后的零件，硬度应均匀，不允许有脱碳、软点、氧化斑点与裂纹等缺陷。热处理后应清除氧化皮，脏物油污。7）配通用模架模具，装配后两侧面应进行同时磨削加工，以保证模具能顺利装入模架。7.4 主要零件加工工艺7.4.1 垫板的加工工艺1备料（外购标准模块125mm×125mm×10mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工4检验5入库7.4.2 凸模固定板的加工工艺1备料（外购标准模块125mm×125mm×20mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工四个8的凸模孔和两个6的销钉孔和六个9的螺钉通孔4在电火花慢走丝加工落料凸模孔5检验6入库7.4.3 冲孔凸模的加工工艺1备料2锻造成直径为14mm×55mm的胚料3在数控车床上加工零件按图纸要求4按图纸要求热处理5检验6入库7.4.4 卸料板加工工艺 1备料（外购标准模块125mm×125mm×10mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工六个M6的螺钉通孔和一个6的挡料销孔，和两个8的导料销与一个通过冲裁零件的孔4在铣床上加工剩余的部分5检验6入库7.4.5 落料凹模加工工艺1备料（外购标准模块125mm×125mm×28.5mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工两个6的销钉孔和六个M6的螺纹孔4攻M6的螺纹孔5用电火花加工工作刃口6按图纸要求做热处理7检验8入库7.4.6 凸凹模的加工工艺1备料2锻造成75mm×75mm×45mm的胚料3 按图纸要求画线4 在钻铣床上加工四个4和6组成的阶梯孔5用电火花加工工作刃口6按图纸要求做热处理7 检验8 入库7.4.7 凸凹模固定板的加工工艺1备料（外购标准模块125mm×125mm×22mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工1个10.6×12的盲孔和四个M6.6的螺纹孔4攻M6.6的螺纹孔5用电火花加工工作刃口6按图纸要求做热处理7检验8入库第八章 总结在大学的学习过程中，课程设计是一个重要的环节。是我们步入社会与实际工作的一次极好的演示，我十分有幸把课程设计和实际工作有机的结合起来。经过一学期对模具整体结构和细节的学习与了解，为了更进一步的了解模具制造和加工，利用所学模具知识设计一套简单的垫片冲孔落料复合模具，来巩固所学模具知识。此次的课程设计是我们从大学毕业走向未来工作的重要一步，从最初的计算、绘图直到完成设计，期间查找资料、老师们的指导与同学的交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。不但是我更进一步理解和懂得了解以前学到的知识而且还把以前课本上学到的知识连接在一起。系统的掌握了产品零件的成型工艺分析，模具结构设计的基本方法和步骤，非标准零件的设计基本方法。使我更进一步地学习和巩固了综合应用、模具课程设计以与相关的理论基础和专业知识。此次课程设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，课程设计收获很多，提高自己的绘图能力。学会了正确运用技术标准和资料，培养了认真负责、踏实细致的工作作风和严谨的科学态度，强化了质量意识和时间观念，形成了从业的基本职业素质。但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处，比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解。这次实践是自己大学所学的一次大的检阅，使我明白自己知识还很浅薄。虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。参考文献1. 冲压工艺与模具设计 徐新成主编 机械工业 20112. 冷冲压模具设计指导 王芳主编 机械工业 20113. 冲压模具设计手册 王孝培主编 机械工业 200932 / 32