冲压模具课程设计锥型件落料冲孔级进模设计.doc

实训冲压模具设计题 目： 落料冲孔级进模设计 院 （系）： 应用科技学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 高级工程师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2011年 07 月01 日目 录目 录- 1 -1 绪 论- 1 -2. 确定零件的基本冲压工序- 2 -3.拟定冲压工艺方案- 3 -4.毛坯排样- 4 -5冲压力的计算- 6 -冲裁力- 6 -卸料力- 7 -推料力- 7 -顶件力- 7 -总压力- 7 -冲裁间隙的计算- 7 -刃口尺寸的计算- 8 -凹模的设计- 9 -冲孔凸模的设计- 10 -凸凹模的设计- 11 -凸模固定板的尺寸- 12 -卸料板的尺寸- 13 -6.模具主要零部件的设计- 14 -模架的结构设计- 14 -下模座的选择设计- 15 -上模座的选择设计- 16 -导柱和导套的选择设计- 16 -模柄的选择设计- 17 -压力机的选择- 17 -7.绘制模具总装配图- 18 -8. 冲压模具装配工艺- 18 -9.心得与体会- 19 -参考文献- 19 -全套图纸，加1538937061 .绪 论 冲裁工艺在工业生产中应用广泛。冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验性都很强的工作。本次毕业设计根据大业机械制造提供的零件图纸和加工要求进行了设计。根据分析结果选择合理的冲压工艺和合理的模具结构，在此基础上优化零件结构和选择合适的零件材料。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用冲孔落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工所需的模具类型，选择所需设计的模具类型。本文首先叙述了冲压模具的发展状况，模具在现代工业中的作用，和在整个国民经济中的地位。说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是简单说明了模具设计的基本概念和模具设计的一般步骤、模具的分类、模具零件的分类、模具的结构形式、冲压的基本概念、冲压工艺基础理论、塑性力学基础理论。然后对冲压件进行工艺分析，完成了工艺方案的确定，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，为选择冲压设备提供依据。其次对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次模具零件图的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。再次根据模具的使用要求和具体加工条件设计了模具零件的加工工艺。模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。2. 确定零件的基本冲压工序零件为落料冲孔件，其冲压工序主要包括：毛坯冲孔落料。图1 零件图零件的工艺性：相对壁厚比b/s=3.8/8=0.47<0.6(可以)，孔径比d/s=8.5/8=1>0.6(合适)。该零件为落料冲孔件，有以下三种冲裁方案可供选择：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。表1-1为各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模级进模复合模无导向有导向零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产结合表1-1分析知：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。 排样图在模具设计中有重要的作用，它具体反映了零件在整个冲压成形过程中，毛坯外形在条料上的截取方式和与相邻毛坯的关系，而且对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著地影响。 排样方式的选择：方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，由于该零件形状对称，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。设计级进模，先要设计条料排样图。工件图可视为一菱形中间四个孔，直排材料利用率最高。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，材料的厚度为8mm,查参考文献1表工件之间搭边值a1=0.6t=mm, 工件与侧边之间搭边值a=0.7t=mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，小偏差为负值B=（Dmax2a）-0式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 冲裁件之间的搭边值； 板料剪裁下的偏差（其值查表4-3）；B=（452×）=0-0.1(mm)所以条料宽度在65mm (表1-2搭边值和侧边值的数值)材料厚度t圆件及r2t圆角矩形边长l50矩形边长l50或圆角 r2 工件间a1侧边a 工件间a侧边a1工件间a1侧边a （表1-3剪裁下的下偏差（mm）条料厚度(mm)条料宽度(mm)505010010020020034确定步距A: 送料步距A：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。 进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。送料步距A 58+=mm毛坯排样的如下图2所示：图2 排样图5冲压力的计算冲裁力由F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7组成。其中F1，F2为冲2-ø14孔的力且F1=F2；F3，F4为侧刃切边力且F3=F4，F5=F6为冲2-ø8孔的力且F5=F6，F7为切边落料力。零件材料为304不锈钢，零件的总周长L约为140mm。F1=F2=ktl 查表 k=1.3 r=520 （查参考文献2冲压模具设计和加工计算手册）F1=F×28×8×260=NF3=F4= ktl×(2.8+38.4)×3×520=41.776KNF5=F6= ktl×1/4×23 ×+2.4+(84-30)÷2×2×3×520=66.741KNF7= ktl×(30××2)×3×520=65.707N冲裁力F=2 F1+ 2F3+ 2P5+ F7 =2×+2×41.776+2×66.741+65.707=N卸料力FQ=×(材料为厚料，k取0.02)推料力推料力FQt=nk1F=10/8××554.503KN=20.794KN(材料为厚料，k1取0.03)×554.503KN=22.18KN。F总=F+FQ+FQt+ FQ2=N确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。经验公式；软材料： t1mm，C=(3%4%)tt=13mm，C=(5%8%)tt=35mm，C=(8%1%)t 硬材料： t1mm，C=(4%5%)tt=13mm，C=(6%8%)tt=38mm，C=(8%13%)t理论确定法：c=( t ) tan=t(1 ) tan=8（1-0.5）tan6°冲裁间的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度。合理间隙数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证正确。确定刃口尺寸及其公差将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果。因此它是设计冲裁模的主要任务之一。落料时以凹模为基准，配作凸模；冲孔时以凸模为基准，配作凹模冲裁件的制造尺寸公差IT14，模具刃口尺寸的公差IT9，冲裁模初始双面间隙：Zmin=0.246 Zmax=0.36（根据参考文献2查表5-1得）落料模具刃口尺寸的计算：以落料凹模为基准的刃口尺寸计算，落料时间隙取在凸模上。凸模和凹模的制造公差选择工件尺寸：=25 0-0.3 凹模尺寸：Dd=（D-x ）D工件的尺寸（2mm），X磨损系数；查参考文献2表工件公差（），凸模凹模的制造公差（+）计算得：Dd= 24.85 0 凸模尺寸：Dp=（DdZmin）Dd凹模的尺寸（），Zmin冲裁模初始双面间隙最小值（）凸凹模的制造公差（）计算得：Dp=24.604 冲孔模具刃口尺寸的计算：以冲孔凸模为基准的刃口尺寸计算，冲孔时间隙取在凹模上。凸模和凹模的制造公差选择工件内孔的尺寸：d=11mm凸模尺寸： d工件的尺寸（18mm）；X磨损系数，查参考文献2工件公差（0.3mm）；凸模凹模的制造公差（）计算得：= 18.15 0-0.04 凹模尺寸：工件的尺寸 d = 18mm；X磨损系数，查参考文献2工件公差；凸模凹模的制造公差；+Zmin冲裁模初始双面间隙最小值（）计算得：dd = 17.94 0综合以上计算得：落料模具刃口尺寸：凹模尺寸Dd= Dd= 24.85 0 凸模尺寸 Dp=24.604 冲孔模具刃口尺寸：凸模尺寸= ；凹模的设计凹模设计应考虑的事项是关于凹模强度、制造方法及其加工精度等。特别是凹模孔的尺寸，在实用上是和制件尺寸一起来考虑的。它关系到制件质量的好坏，因此对其加工表面质量亦必须予以充分的考虑。凹模其外形尺寸查参考文献2可得：凹模厚度 H=60mm;凹模壁厚 c=(1.52)H=(6080)mm;取凹模壁厚c=60mm凹模宽度B=b2c=4060×2=160(mm);取凹模宽度B=168mm凹模长度L=S12S2=1402×60=260(mm)取凹模长度L=260mm。凹模整体轮廓尺寸L×B×H=260mm×160mm×60mm。凹模如图3如所示：图3 凹模冲孔凸模其外形尺寸：冲孔凸模固定板的厚度：5mm冲孔凸模高度 H=90mm冲孔凸模如图4所示:图4 冲孔凸模5.9凸凹模的设计凸凹模其外形尺寸：凸凹模固定板的厚度：15mm凸凹模高度 H=90mm凸凹模如图5所示:图5 凸凹模凸模固定板其外形尺寸：凸模固定板的厚度：50mm凸模宽度 H=160mm凸模固定板的长度：260凸模固定板如图6所示:图6 凸模固定板卸料板其外形尺寸：卸料板板的厚度：15mm卸料板宽度 H=160mm卸料板的长度：260卸料板板如图7所示:图7 卸料板模架的结构设计模架是上模座、下模座、导柱、和导套的组合体。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架可分为滚动导向模架和滑动到相爱那个模架两大类。选择模架结构要根据共建的受力变形特点配件的定位和出件的方式、材料送进方向、导柱的受力状态，以及操作是否方便等方面进行综合考虑。选择模架尺寸时耀从凹模的轮廓尺寸来考虑，一般在长度及宽度上模架都应比凹模大4060mm，模架的厚度一般等于凹模后的的11.5倍选择模架时还要注意模架和压力机的安装关系，在模架与压力机工作台的关系中，模座的狂度应比压力机功能工作台孔的孔径每边约大4050mm。另外，冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度等。考虑到以上的要求以及制件的精度、压力机的最大装模高度、滑块行程确定模具闭合高度为320mm，由此选择对角导柱的模架。对角模架的定位相对于其他几种模架的更加准确。由于所加工的零件的尺寸过大不能选择标准模架。根据模具架的结构的设计标准进行设计上模座，下模座以及其他标准件得选择。1990）选用模架或模座。根据参考文献2，模架的设计的参数下模座参数如下：主参数为：B=310，L=385，h=60下模座具体结构如图8所示：图8 下模座根据模架的设计参数和下模座的设计参数上模座参数如下：主参数为：B=310，L=385，h=50下模座具体结构如图9所示：图9 上模座（1）导柱的选择设计根据参考文献2，模具闭合高度、滑块行程上下模座的参数得标准号为：主参数为：d=55mm L=210mm（2）导套的选择设计根据参考文献2，导柱的参数得导套的主要参数为：d=55 mm，L=90mm根据参考文献2，压力机的结构参数和上模座厚度和结构参数选择模柄标准号为：主参数为： d=80，D=90，D1=71，H=110 在冷冲压生产中，冲压设备的选择是一项非常重要的工作，它直接关系到设备的安全和合理使用，同时也关系到冲压工艺是否能顺利进行和模具的寿命、产品的质量、生产效率以及成本的高低等一系列问题。 选择设备，首先要清楚地了解被加工产品的特点（包括所采用的冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状及尺寸、精度要求、工序的分配、成品取件方法、废料处理等）和各类冲压设备的特点（包括压力及功率的大小，具备哪些辅助装置及功能，行程、速度大小，精度、装模空间大小，操作空间大小等)，然后，进行最适合两者特点的组合。也就是说，使所选用设备的性能与产品的加工对设备性能的要求相适应，尽量不造成欠缺或浪费。最后，确定出设备的类型及其规格。 闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能靠两个方向操作，适用于大中型件的生产。 双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。由于采用了一般冲压，故可选用开始固定台式压力机，由于前计算的冲压力要求，初选J21-160型压力机，该压力机的工作台尺寸为710×710，闭合最大高度为450mm，满足零件模具尺寸要求，据此选定了J21-160型压力机。（参考文献2）落料冲孔件的级进模总装配图见CAD图。8. 冲压模具装配工艺冲压模具装配工序卡片工号工序工艺说明1凸、凹模凸凹模预配1、装配前仔细检查各凸模、凹模、凸凹模的形状及尺寸，是否符合图纸要求和尺寸精度，形状；2、将凸模分别于相应的凹模孔配合，检查间隙是否加工均匀，不合适者应重新修磨或更换。2凸模装配以凹模孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板的孔中，并挤紧牢固。3装配下模1、在下模座1上画中心线，按中心线装配下垫板凸凹模和卸料板；2、在下模座、卸料板上，用机加工好的凹模分别确定其螺孔位置，并分别钻孔，攻丝；3、将下模、卸料板、下垫板、凸凹模、活动当料销，弹簧装在一起，打入销钉，用螺钉钉紧。4装配上模1、在已装好的下模上放等高垫铁，并在凹模中放入0.12的纸片，装上落料凹模，空心垫板，然后将凸模与固定板组合并转入凹模中；2、预装上模，画出与凸模固定板相应的螺孔、销孔位置并钻绞螺孔销孔；3、用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起，但不要拧紧；4、复查凸、凹模间隙并调整合适，紧固螺钉；5、切纸检查，合适打入销钉，宁静螺钉。5试冲与调整装机试冲并根据试冲结果作相应调整。本次级进模设计历时两个星期，这次设计是在学习了冲压工艺与模具设计专业课之后，对所学习的知识进行综合的练习，也是更好的掌握关于本课程的一些常识性知识，达到理论与实践相结合的目的。此次课程设计涉及了模具设计方法，凸模设计，凹模设计，垫板设计，卸料板设计，排样图设计等等模具结构，模具设计相关的工艺知识，实现了对所学习的知识的应用与固化。涉及的问题主要有模型制作的基本过程，对制作模具所用到的设计过程的认识，对相关工具的使用方法以及设计时应注意的问题。还有以前学习的机械制图方面的知识在本次课程设计中也有用到。参 考 文 献12 许树勤.冲模设计手册.M.北京：北京大学出版社20053 样占尧.冲压模具典型结构图例.M.北京：化学工业出版社20084 许发樾.模具结构形式与应用手册.M.北京：机械工业出版社20065 冯柄尧.模具设计与制造简明手册.M.上海：上海科学技术出版社19986 李凤平.机械图学.M沈阳：东北大学出版社2003789 吴伯杰.冲压工艺与模具.M.北京：电子工业出版社200410