垫板零件冲压工艺及模具设计.doc

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1、JIU JIANG UNIVERSITY课程设计题 目 “垫板”零件冲压工艺及模具设计 院 系 机械及材料工程学院 专 业 模具设计及制造 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3 形状及尺寸3第二章 零件工艺性分析4 2.1 零件工艺性分析4 2.2 确定冲裁件工艺方案4第三章 冲压模具总体结构设计5 3.1 模具类型5 3.2 导向及定位方式5 3.3 卸料及出件方式5 3.4 模架类型及精度5 3.5 凸模设计5第四章 工艺设计计算6 4.1 排样设计计算6 4.2 计算压力及压力中心、初选压力机7 4.3 计算凸凹模刃口尺寸及公差

2、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9 5.2 凸模设计10 凸模形式及固定方法10 凸模长度计算10 5.2.3 凸模强度、刚度校核11 凸模材料与技术条件11 5.3 凸凹模设计12 5.3.1 凸凹模结构形式及固定方法12 5.3.2 校核凸凹模强度13 5.4 定位零件13 5.5 卸料及出件装置14 5.6 模架及其他零件选用15 5.6.1 模柄15 5.6.2 模座16 5.6.3 垫板16 5.6.4 冲压设备选择18 5.6.5 紧固件选用.18第六章 压力机校核19 6.1 公称压力19 6.2 工作台面尺寸19第七章 模具主要加工工艺规程编制2

3、0 7.1 冲压模具制造技术要求20 7.2 总装工艺20 7.3 加工要求22 7.4 主要零件加工工艺22 7.4.1 垫板加工工艺22 7.4.2 凸模固定板加工工艺22 7.4.3 冲孔凸模加工工艺23 7.4.4 卸料板加工工艺23 7.4.5 落料凹模加工工艺23 7.4.6 凸凹模加工工艺24 7.4.7 凸凹模固定板加工工艺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）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

4、冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工主要方法之一，隶属于材料成型工程。冲压所使用模具称为冲压模具，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专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进冲模，先进冲压工艺就无法实现。冲压工艺及模具、冲压设备与冲压材料构成冲压加工三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。及机械加工及塑件加工其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特优点。主要表现如下。(1)冲压加工生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。(2)冲压时由于模具保证了冲压件尺寸及形状精度，且一般不压件表面质量，而模具

5、寿命一般较长，所以冲压质量稳定，互换性好，具有“一模一样”特征。(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂零件，如小到钟表秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加工冲压时材料冷变形硬化效应，冲压强度与刚度均较高。(4)冲压一般没有切屑碎料生成，材料消耗较少，且不需要其它加热设备，因为是一种省料，节能加工方法，冲压件成本较低。由于冲压加工零件种类繁多，各类零件形状、尺寸与精度要求又各不相同，因而生产中采用冲压工艺方法也是各种各样。概括起来，可分为分离工序与成形工序两大类：分离工序是指将坯料沿一定轮廓线分离而获得一定形状、尺寸与断面质量冲压（俗称冲压件）工序；成形工序是指使坯料在不破坏条件下产生塑性变形而

6、获得一定形状与尺寸冲压件工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉伸与成形四种基本工序，每种基本工序还包括有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散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方案，即把两种或两种以上单一工序集中在一副模具内完成，称为组合方法不同。复合冲压在压力机一次工作行程中，在模具同一个工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序一种组合方式。级进冲压在压力机上一次工作行程中，按照一定顺序在同一模具不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包括复合与级进两种方式组合

7、工序。冲模结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模与成形模等；按工序组合方式可分为单工序模、复合模与级进模等。但不论何种类型冲模，都可看成是由上模与下模两部分组成，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）作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状及尺寸冲件。上模回升时，模具卸料及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。此设计针对所给零件进行了一套冷冲压模具设计，其中设计内容为分析零件冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件

8、冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零部件设计与加工工艺编制，压力机校核。第一章 冲压件1.1 形状及尺寸“垫板”零件冲压工艺及模具设计名称：垫板批量：大批量材料：08F厚度：2mm冲裁件尺寸要求：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零件内形：mm孔心距：mm第二章 零件工艺性分析 2.1零件工艺性分析该零件结构简单，形状对称。08F，属于碳素结构钢，查冷冲压工艺及模具设计附表1可知抗剪强度断后伸长率=32%。此材料具有良好塑性与

9、较高弹性，其冲裁加工性能好。硬钢材料被自由凸模冲圆形孔，查冷冲压工艺及模具涉及鸟3-8，可知该工件冲孔最小尺寸为1.3t，该工件孔径为 由于该冲裁件冲孔边缘及工件外形边缘不平行，故最小孔边距不应小于材料厚度t，该工件孔边距（20）t=2,(10)t=2,均适宜于冲裁加工。根据以上分析，该零件工艺性较好，可以进行冲裁加工。 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加工，生产效率

10、低，难以满足零件大批量生产要求。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，冲出零件精度与平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理模具结构与排样方案可以达到较好零件质量。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。 导向及定位方式导向装置：导套导柱式导向定位方式：板料定位靠导料销与活动挡料销完成，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。 卸料及出件方式采用弹性卸料方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮弹力来卸料，卸

11、料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面平面度。为了方便操作，提高零件生产率，冲件与废料采用凸模直接从凹模洞口推下下出件方式。 模架类型及精度考虑到送料及操作方便性，模架采用后侧式导柱模架，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。 凸模设计落料凸模刃口部分为非圆形，为了便于凸模及固定板加工，可设计成固定台阶式，中间台阶与凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端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

12、为了保证零件精度，采用直排有废料排样。如图1所示：图1送料步距S=30+2=32mm条料宽度：查表得：导料板之间距离:由零件图近似算得一个零件面积为,因此一个进距内材料利用率为 计算冲压力及压力中心，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： 内周边长度之与：查冷冲压工艺及模具设计附表可知：，,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几何中心。

13、 计算凸凹模刃口尺寸及公差1）落料凹模刃口磨损后增大尺寸。按冷冲压工艺及模具设计公式：，制件精度为IT14级，故2)凹模磨损后变小尺寸，3）凹模磨损后不变尺寸，冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力影响并不大，但间隙对卸力、推件力影响却较大。间隙是影响模具寿命主要因素。间隙大小则直接影响到摩擦大小，在满足冲裁件质量前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力与提高模具寿命。查冷冲压工艺及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mm第五章 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图 凹模设计凹模结构形式与固定方法：凹模采用矩形板状结构与通过螺钉、销钉固定在凹模固定板内，其

14、螺钉及销钉及凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度与寿命；凹模轮廓尺寸确定： 查冷冲压模具设计指导2-24得：；凹模厚度根据算得凹模轮廓尺寸，选取及计算值相接近标准凹模板轮廓尺寸为凹模材料与技术要求：选用T10A，工件部分淬硬至HRC5862；外轮廓棱角要倒角。如图所示： 凸模设计 凸模形式及固定方法冲孔部分凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模与固定板加工，将冲孔凸模设计成台阶式。为了保证强度、刚度及便于加工装配，圆形凸模常做成圆滑过渡阶梯形，小端圆柱部分是具有锋利刃口工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它及固定板按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。

15、凸模长度计算凸模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厚度mm 凸模强度及刚度校核 一般情况下，凸模强度及刚度足够，由于凸模截面尺寸较为适中，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：有导向凸模其中对于圆形凸模则由此可知： 5.2.4 凸模材料与技术条件 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 凸凹模设计 凸凹模结构形式及固定方法 凸凹模结构简图如图所示：凸凹模凸凹模及凸凹模固定板采用H7/m6配合

16、。 校核凸凹模强度冲孔边缘及工件外开边缘不平行时，凸凹模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。 凸凹模尺寸确定 凸凹模外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为，内形刃口尺寸按凸模尺寸配作并保证最小间隙。5.3.4 凸凹模材料与技术条件凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至5660HRC. 定位零件定位零件作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确位置。选用固定挡料销一个。挡料销作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进距离，固定挡料销固定在位于下模凸凹模上，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

17、作用是保证条料沿正确方向送进，位于条料后侧（条料从右想左送进）尺寸规格6X2，如图所示：图4 导料销5.5 卸料及出件装置出件方式是采用凸模直接顶出下出料方式。由于卸料采用弹性卸料方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉与弹性元件组成。卸料板：弹性卸料板平面尺寸等于或稍大于凹模板尺寸，厚度取凹模厚度0.60.8倍, 卸料板及凸模单边间隙按冲压工艺及冲模设计表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，卸料板尺寸规格为：125mmX125mmX10mm，材料为:45#钢。卸料螺钉：。卸料装置：由于橡皮允许承受

18、负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮作为弹性元件，卸料橡皮选择原则： 为了保证卸料正常工作，应使橡皮工作时弹力大于或等于卸料力FXFXY=APF式中FXY橡皮工作时弹力，A橡皮横截面积，P及橡橡皮压缩量有关单位压力，一般预压时压缩量为10%15%。2,由冲压工艺及冲模设计表3-33中公式求得橡皮尺寸规格为352624根据工件材料厚度为2mm，冲裁时凸模进如凹模深度为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35%45%否则是皮自由高度应为： H=h/(0.250.3) =6/(0.250.3)

19、=2024mm模具组装时预压缩为：取H=3mm由此可知：安装橡皮高度尺寸为21mm,式中H所需工作行程。由上式所得高度，还在按下式进行校核: H/B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。由冲压工艺及冲模设计表3-33中公式求得橡皮尺寸规格为3526245.6 模架及其其他零件选用5.6.1 模柄模柄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压力中心，模柄直径及长度及压力机滑块一致，模柄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及凹模同界尺寸选用，上模座：125mm 125mm35mm；下模座：125mm

20、125mm45mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好吸震性，采用牌号为HT200。5.6.3 垫板垫板作用是承受并扩散凸模或凹模传递压力，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单位面积压力；F12凸模承受总压力； A凸模头部端面及承受面积。由于计算P值大于冲压工艺及冲模设计表3-34模座材料许应压力，因此在工作零件及模座之间加垫板。垫板用45号钢制造，淬火硬度为HRC4348，其尺寸规格为：125mm125mm10mm。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：LBH =125mm125mm35mm下模座：LBH=125mm1

21、25mm45mm导柱：DL=22mm150mm导套：dLD=35mm85mm38mm模架闭合高度：160190mm垫板厚度：10mm；凸模固定板厚度：22 mm上模底板厚：35 mm，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模具闭合厚度： 冲压设备选择 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 mm560 mm，垫板厚度：50 mm，模柄孔尺寸：40 mm60 mm.5.6.5 紧固件选用3个，45钢，尺寸为6X60.第六章 压力机校核

22、公称压力根据公称压力选取压力机型号J23-25，它压力为25t15.79t,所以压力得以校核。6.2 工作台面尺寸根据下模座且每边留出60100mm,即，冲压件与废料从下模露出，漏料尺寸小于，而压力机孔尺寸为，故符合要求，得以校核。第七章 模具主要零件加工工艺规程编制 冲压模具制造技术要求模具精度是影响冲压件精度重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：a、组成冲压模具所有零件，在材料加工精度与热处理质量等方面均应符合相应图样要求。b、组成模架零件应达到规定加工要求，装配成套模架应活动自如，并达到规定平行度与垂直度要求c、模具功能必须达到设计要求.d、为了鉴别冲压件质量，装配好

23、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与卸料板15固定好，在卸料板上装好导料销23与挡料销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与垫板8一起固定到上模座9上，连同凹模17一起用螺钉3与销钉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把组装好上模座与下模座通过导柱导套组装起来，中间装上2mm厚材料。9试模1

24、0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内加工,落料凸凹模,冲孔凸模及固定板配合后,底部磨平。2）图样中未注明公差一般尺寸其极限偏差按14级精度加工,未注粗糙度按Ra6.3um处理。3）模具中各垫板两承压面平行度公差按GB1184 为5级。4）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔位置公差不大于 2mm，或相应各孔配作。5）模具、模架及其零件工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。6）经热处理后零件，硬度应均匀，不允许有脱碳、软点、氧化斑点及裂纹等缺陷。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

25、模架。7.4 主要零件加工工艺7.4.1 垫板加工工艺1备料（外购标准模块125mm125mm10mm）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 凸模固定板加工工艺1备料（外购标准模块125mm125mm20mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工四个8凸模孔与两个6销钉孔与六个9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 冲孔凸模加工工艺1备料2锻造成直径为14mm55mm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125mm125mm10mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工六个M6螺

26、钉通孔与一个6挡料销孔，与两个8导料销及一个通过冲裁零件孔4在铣床上加工剩余部分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125mm125mmmm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工两个6销钉孔与六个M6螺纹孔4攻M6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 凸凹模加工工艺1备料2锻造成75mm75mm45mm胚料3 按图纸要求画线4 在钻铣床上加工四个4与6组成阶梯孔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 凸凹模固定板加工工艺1备料（外购标准模块125mm125mm22mm）2按图纸要求画线，3在钻铣床上加工1个12盲孔与四

27、个M螺纹孔4攻M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 总结在大学学习过程中，课程设计是一个重要环节。是我们步入社会及实际工作一次极好演示，我十分有幸把课程设计与实际工作有机结合起来。经过一学期对模具整体结构与细节学习及了解，为了更进一步了解模具制造与加工，利用所学模具知识设计一套简单垫片冲孔落料复合模具，来巩固所学模具知识。此次课程设计是我们从大学毕业走向未来工作重要一步，从最初计算、绘图直到完成设计，期间查找资料、教师们指导及同学交流，每一个过程都是对自己能力一次检验与充实。不但是我更进一步理解与懂得了解以前学到知识而且还把以前课本上学到知识连接在一起。系统掌握

28、了产品零件成型工艺分析，模具结构设计基本方法与步骤，非标准零件设计基本方法。使我更进一步地学习与巩固了综合应用、模具课程设计以及相关理论基础与专业知识。此次课程设计是对我专业知识与专业基础知识一次实际检验与巩固，课程设计收获很多，提高自己绘图能力。学会了正确运用技术标准与资料，培养了认真负责、踏实细致工作作风与严谨科学态度，强化了质量意识与时间观念，形成了从业基本职业素质。但是课程设计也暴露出自己专业基础很多不足之处，比如缺乏综合应用专业知识能力，对材料不了解。这次实践是自己大学所学一次大检阅，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人。参考文献1. 冲压工艺及模具设计 徐新成主编 机械工业出版社 20112. 冷冲压模具设计指导 王芳主编 机械工业出版社 20113. 冲压模具设计手册 王孝培主编 机械工业出版社 2009第 30 页