冲压工艺及模具设计课程设计指导书.doc

冲压工艺与模具设计课程设计指导书学分：1时间：一周课程设计的目的和要求1、课程设计的目的：(1) 培养学生对具体设计任务的理解和分析能力；(2) 培养学生设计冲压模具的能力；(3) 培养学生综合应用专业理论知识，分析问题、解决问题的能力和严谨、科学的工作态度。(4) 为后面的毕业设计做准备。2、课程设计的要求：(1) 要求学生及时了解模具技术发展方向，查阅有关资料，做好设计准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性；(2) 树立正确的设计思想，结合生产实际综合考虑经济性、实用性、可靠性、安全性及先进性等方面的要求，严肃认真的进行模具设计；(3) 要求设计的模具结构合理，凡涉及到国家标准之处均应采用国家标准，图面整洁，图样及标注符合国家标准；课程设计注意事项1、课程设计前必须准备好资料，包括：模具设计手册、图册、绘图仪器、计算器、图板（计算机）、图纸、说明书纸、档案袋等；2、课程设计前应对原始资料进行认真地消化，并明确课程设计的要求后再进行设计工作。原始资料包括：冲压件零件图、生产纲领、原材料牌号与规格、工件技术要求、现有设备的型号与规格等；3、画出模具结构草图经指导教师同意后方可绘制总装图和零件图；4、设计图纸和课程设计说明书呈交给指导教师审阅后进行课程设计答辩。课程设计任务1、绘制模具总装图一张；2、绘制模具零件图若干张；3、编写设计说明书一份。冲模设计的一般步骤一、设计准备工作(1)设计前应预先准备好设计资料、手册、图册、绘图用具、图纸、说明书用纸。(2)认真研究任务书及指导书，分析设计题目的原始图样、零件的工作条件，明确设计要求及内容。(3)熟悉各种可采用的模具结构形式及其优缺点。二、冲件图样分析产品零件图是分析编制冲压方案、设计模具的重要依据，对零件图的分析主要是从冲压工艺的角度出发，对冲压件的形状、尺寸（最小孔边距、孔径、材料厚度、最大外形）等、精度、表面粗糙度、材料性能等逐项分析，确定冲压工序图，若有与冲压工艺要求相悖者，应采取相应的措施解决或与指导教师协商更改。三、确定合理的冲压工艺方案1、工艺分析合理的冲压工艺，既能保证冲件的质量，使冲压工艺顺利进行，以能提高模具寿命，降低成本，提高经济效益，同时给模具的设计、制造与修理带来方便所以必须对指定的冲压件图样，进行充分的工艺分析，在此基础上，拟定出各种可能的不同工艺方案。工艺分析主要是分析冲件的形状、尺寸及使用要求，分析冲件的工艺性；根据成形规律，确定所用冲压工艺方法；根据生产批量、冲压设备、模具加工的工艺条件等多方面因素，进行全面的分析、研究，确定冲件的工艺性质、工序数量、工序的组合和先后顺序，在几种可能的冲压工艺方案中，选择一个经济合理的工艺方案，并填写冲压工艺卡。2、制订冲压工艺制订冲压工艺方案时，应做如下工作：(1)备料：确定板料、条料的规格、要求，并计算材料利用率。(2)确定工序性质、数目、先后顺序、工序的组合形式。(3)确定辅助工序及规范。(4)确定操作及定位方法。(5)进行必要的工艺计算。(6)制定促进冲压工艺稳定和顺利进行的措施。四、模具的总体设计(一)模具类型及导向方式的确定1单工序模(1)冲件形状简单且精度低时，可不用导向，即用敞开模。(2)冲件精度较高、批量较小且所用材料厚而凸模强度较大时，可采用固定导板导向，即采用固定导板模。(3)冲件形状复杂、精度较高且为中、大批生产时，用导柱、导套导向，此种形式生产中常用（导柱导套有滑动式和滚动式两种，一般都用滑动式，只有冲件精度很高时才用滚动式）。(4)冲件孔小，凸模多且强度弱时用弹压导板导向。2.组合工序模组合工序模均有导向，其选择方式与单工序模的(3)、(4)两项相同。(二)滑动式模架选择无导向和用固定导板导向的模具都设有标准模架，查阅手册参照标准规格设计，用导柱、导套导向和弹压导板导向的模具一般都有标准模架，随导柱位置的不同有对角导柱模架、后侧导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架等几种，可根据需要选择。(三)压料、卸料装置的选择在选用压料、卸料装置的形式时，应考虑操作方式，即板料送进和定位是手动操作还是自动化操作（要求学生设计手动操作）；还需考虑出料方式是上出料，还是下出料。压料、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。(四)定距方式的确定单工序模具且单排排样，一般用挡料销定位即可，若用双排排样需调头送料时，有时要联合使用挡料销和始用挡料销。组合工序模中的正装式复合模一般用固定挡料销定距，而对倒装复合模，也可用固定挡料销，但需在凹模上开设让位孔，若挡料销让位孔离凹模型腔太近时，则要用钩形固定挡料销或活动挡料销，以免削弱凹模强度。组合工序的级进模，其定距方式有首次挡料加固定挡料及侧刃定距两种方式，若跳步步数较少(12)且板料较厚时，可用始用挡料销加固定挡料定距，跳步步数较多的则用侧刃定距。由于侧刃定距方便且容易实现自动化送料，所以在现在生产的级进模中应用愈来愈广泛。若定距尺寸要求较高，几可在以上两种方式中增加导正销，以提高定距精度。五、画排样图并计算材料利用率画排样图是极为重要且技术性很强的设计工作，排样图的合理与否，直接影响到材料的利用率、零件质量、生产率与成本以及模具的结构与寿命等。1、排样图的内容排样图的内容包括排样方法、零件的冲裁过程（模具类型）、定距方式（用侧刃定距时侧刃的形状、位置外材料利用率、步距、搭边、料宽及其公差，对有弯曲、卷边工序的零件还要考虑材料的纤维方向。2、画排样图的注意事项(1)能从排样图的剖切线上看出是单工序模还是级进模或复合模。(2)级进模的排样要反映冲压顺序。(3)级进模的排样图要考虑凹模强度，凹模洞口之间的壁厚小于5mm时，要留空步。(4)级进模的排样图要能看到定距方式，一般未反映的为始用挡料加固定挡料，侧刃定距时要画出侧刃冲切条料的位置。(5)排样图上的尺寸、公差要完整。3、排样图的设计方法和步骤。(1)一般是先从排样的角度考虑并计算材料的利用率，对于复杂的零件通常是用厚纸片剪成3-5个样件，排出各种可能的方案。(2)其次从模具尺寸的大小、结构的难易程度、凹模强度、模具寿命、材料利用率等诸方面综合考虑，选择一个合理的排样方案。(3)查出搭边，计算步距和料宽，根据标准板（带）料的规格确定料宽和公差。(4)将选定的排样方案画成排样图，按模具类型和冲裁顺序打上适当的剖切线，标上尺寸和公差。六、工艺计算1、计算压力中心从排样图上找出冲切条料的线段（即模具的受力部分），按公式计算压力中心。2、计算凹模轮廓尺寸从排样图上找出凹模工作洞口，在考虑压力中心影响的同时，计算凹模轮廓尺寸、确定送料方向，查有关标准选择典型的组合形式和有关尺寸、类型、规格及代号。3、计算模具刃口尺寸对于冲裁模，根据冲件的尺寸公差按配作法计算模具刃口尺寸。对于弯曲模、拉深模的工作零件尺寸，按有关要求进行计算。4、计算冲裁力、推件力、卸料力根据所选类型的冲模及规格，校核如下内容：(1)模具与压力机的闭合高度是否相适应。(2)压力机的漏料孔能否漏下冲件和废料；对有弹顶装置的模具，还应使漏料孔大于弹顶器外形尺寸，即工作台漏料孔要大于凹模工作洞口最大壁间距和弹顶器的最大外形尺寸。(3)模具下模座外形尺寸与压力机工作台面尺寸是否相符，按下模座外形尺寸十（5070）mm=冲床工作台面尺寸校核，若其中一项不符，则应重选压力机，一般是类型不变，增大压力机规格。七、绘制模具装配图根据所选模具的结构规格，查出模架外形尺寸。按既定的模具闭合高度及模架外形尺寸，考虑排样图及明细表位置，按1：1确定图纸规格，即可绘制装配草图。1、绘制装配草图(1)先打开上模，画下模的俯视图，再画模具工作位置的主视图，模具工作位置的主视图一般应按模具闭合状态画出，但为了使上、下模重合部分表达清楚，可以将上、下模错开一段距离画图，错开后长宽方向仍应按闭合时的位置状态画图。画模具装配草图时，模具零件的结构、尺寸应相应确定，且应考虑零件的加工工艺性。(2)选择定位元件（定位销、始用挡料销、侧面导板、侧刃等）的类型尺寸，计算定位零件的位置。(3)进行小凸模的强、刚度校核，并根据凸模形状，确定相应的加工方法和固定方式。一般圆凸模用车、磨法加工，用带台肩的固定方式固定，异形凸模用线切割和成形磨削加工，用铆接固定方式固定，无论哪种固定方式，若固定端为圆形，工作端为非圆形，则都必须在固定端的接缝处加防转销。对大截面的凸模一般采用螺钉紧固，但凸模与固定板必须加销钉定位。(4)计算弹压卸料板的台阶高度和宽度尺寸。(5)确定推板、打板的结构形状，计算推板、打板的活动空间。(6)计算顶杆、打杆的长度。(7)确定模柄类型和尺寸，需考虑以下关系：1)模柄台阶固定部分应等于上模座厚度。2)模柄全长应小于上模座厚度压力机滑块的模柄孔深。3)模柄安装部分的直径与压力机滑块的模柄孔径配合。2、标注尺寸应标注侧面导板的进料宽度尺寸和公差、闭合高度尺寸（指实际闭合高度，不是拉开后的画面高度）及模具外形尺寸。3、填写零件明细表按顺时针或逆时针方向标上零件序号并填写零件明细表。明细表中，除序号中名称要全部填写外，标准件应写明标准代号和规格，非标准件要注明零件图的图号，零件的材料及热处理硬度。4、绘制模具零件图绘制完模具装配草图，整个模具结构设计基本完成，零件的结构形状和相关尺寸也已基本上心中有数。绘制零件图时要注意如下事项：(1)结构要合理，工艺性要好。(2)零件形状必须表达清楚，投影要正确。必须以最少的视图表达清楚为宜，且要符合国家最新制图标准的规定画法。(3)尺寸、公差、形状位置公差、表面粗糙度、材料、热处理、硬度及有关技术要求要合理、完整。(4)注意有关零件的相互位置关系。如：1)用侧刃定距时，侧面导板上的侧刃让位孔要与侧刃的形状、位置相对应。2)用始用挡料销固定挡料销组合定位时，侧面导料板上的让位槽形状尺寸应与始用挡料销相适应，位置应与固定挡料销成步距关系。3)卸料板的台阶宽度和高度尺寸与侧面导板的送料宽度及侧面导板的高度相适应。4)推板应与凹模形状尺寸相适应，推板打板的活动空间为58mm。5)顶杆长度应能打下料来，并保证打杆的活动空间为5 8mm。6)固定板的内形应与凸模结构形状相适应。采用台阶固定时，其内形上部要有让位槽，铆接时应有倒角。7）凸模固定板、卸料板、凹模的型孔位置应一致，对于不对称的形状要注意方向以防画反。8）相互联系的螺、销孔的孔距尺寸应相同。另外，在画零件图时，若发现结构形状尺寸与装配草图不符时，要反复推敲，对装配草图上不合理的结构与尺寸要及时修改。5、绘制模具总装配图模具装配图除主、俯视图外，图面右上角为本工序的工序图或排样图，右下角为明细表，要标注模具封闭高度及外形尺寸、技术要求、所选用压力机的规格型号。八、编写设计说明书完成课程设计全部工作后，应将其全部工作依先后顺序编写成设计说明书，要求字迹工整，语言简炼，文字通顺，说明书应以16开纸或专用说明书纸书写，四周留有边框，说明书封面应写明课程设计题目，说明书开始应有前言或序言，说明课程设计题目的选题意义，还可谈谈课程设计的收获及体会。说明书还应包括以下内容：(1)目录。(2)简述设计的任务与要求。(3)冲件的工艺分析。(4)工艺方案的制定及分析比较。(5)排样设计及材料利用率计算。进行排样与模具结构及生产率、操作安全和析，然后确定排样方案，画出排样图。（6)填写工艺规程卡。(7)模具结构设计的分析过程。(8)冲压力、推件力、卸料力的计算过程及选用压力机类型和规格的依据。(9)压力中心的计算过程。(10)凹模轮廓尺寸计算过程和典型组合的选择。(11）冲模主要零件的结构形状、材料、公差的选择及技术要求的说明。(12）小凸模强度、刚度校核过程。(13）凸、凹模工作刃口尺寸计算过程。(14)其它计算过程及需要说明的内容。(15)该设计的优缺点及改进措施。(16)设计所用的参考资料。九、设计举例根据如图1所示冲件，确定其冲压工艺方案，并画出模具结构图。图11、工艺分析此冲件材料为黄铜H68，料厚lmm，冲件尺寸精度为IT14级，形状并不复杂，尺寸大小为小型冲件，年产量20万件，属于普通冲压。此冲件在冲裁时应注意以下事项：(1) 2-3.5 mm孔较小，两孔壁距为2.5mm，这给模具设计和冲裁工艺带来了不便，特别要注意材料冲裁时的金属流动情况，防止3. 5mm凸模弯曲变形。(2) 2-3. 5mm孔，由于2-3. 5mm孔与周边和孔壁距均为2. 5mm，模具设计时应妥善处理。(3)冲件头部有15°角的非对称弯曲，回弹应很好控制。(4）冲件较小，故必须考虑工人操作的安全性。以上四点是此冲件冲压时较为困难之处，要想得到合格的冲件，并适应20万件的生产数量的需要，提高模具寿命是必须处理好的课题。2、工艺方案的分析和确定从冲件的结构形状可知，其基本工序有冲孔、弯曲、落料三种，但根据先后工序顺序的不同排列，可设计出以下五种冲压方案。(1)落料弯曲冲孔，单工序冲压。(2)落料冲孔一弯曲，单工序冲压。(3)冲孔切口弯曲落料，单件冲压复合。(4)冲孔切口弯曲切断落料，两件连冲复合。(5)冲孔切口弯曲切断，两件连冲。方案(1),方案(2)属于单工序冲压，由于此冲件生产批量很大，冲件较小，为了提高劳动生产率，并保证工人操作上的安全，所以此两个方案不宜采用。方案(3）、方案(4)属于复合工序冲压，此冲件结构因尺寸较小，若采用复合式模具，会给装配带来很大的困难；又因落料在后，冲孔在前，以凸模插入材料和凹模内进行落料，必然受到材料切向流动压力的限制，有可能使3. 5mm凸模纵向变形。另外，2-3. 5mm孔的凹模壁厚也薄，模具寿命会受到影响，不能适合20万件生产数量的需要。因此采用复合模冲压除解决操作安全性间题外，其余难点均未克服，使用价值不高，不宜采用。方案(5)属于连续冲压。此方案为最佳方案，既解决了以上四个难点，也给模具装配带来了方便，冲件也平整，操作也安全，故此方案最为合适。3、绘制模具总图根据确定的工艺方案，绘制出模具总装图。此级进模采用侧刃定位，这样可以提高定位精度，生产率也高。两件连冲，可以减少弯曲回弹，改善冲压性能。因为凹模孔孔距太近，而影响凹模壁厚强度，模具设计上有意将两孔在前后不同位置上进行错位冲压，从而增强了凹模壁厚，提高了模具使用寿命。冲件的平整是依靠卸料板在冲裁时起压料作用，在回程时起卸料作用。此模具总的来说结构简单，制造容易，操作方便，生产率高，经济性较好。图2 冲模总装图