冷冲模止动件设计说明书.doc

冷冲模课程设计（说明书）止动件冷冲模课业设计（复合模）系 部： 专 业： 班 级： 编 辑主 编： 指导教师： 前 言冷冲模模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、技术基础和专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是：具体应用和巩固本课程及有关修课的理论知识、生产知识，了解冲压模模具设计的一般设计方法和步骤；培养设计能力，为以后进行设计工作打下基础；结合生产和使用等条件，独立地完成模具总体结构及其零部件的设计。熟练掌握徒手测绘的能力和AutoCAD和UGS NX绘图软件的应用能力，熟悉和运用参考文献、设计手册、了解有关国家（部颁）标准、规范等，加强对模具设计的认识，培养独立分析问题和解决问题的能力。由于个人设计水平有限，本设计定存在许多错误和不妥之处，请各位指导老师批评和雅正，恳请老师不吝赐教，同学提出宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢！目 录前言2目录3第一章：引言41.1模具行业的状41.2冲压工艺介绍41.3冲压工艺的种类41.4冲压行业阻力和障碍与突破5第二章止动件的设计72.1设计题目设计一止动件72.2冲压件工艺分析82.3方案及模具结构类型92.4排样设计102.5压力计算112.6模具压力中心计算122.7作零件刃口尺寸计算132.8冲孔刃口尺寸计算152.9其它模具零件结构尺寸162.10模具的零件设计与计算 162.11冲床选用 212.12模具装配及零件参考图 22设计总结30第一章 引 言1.1 模具行业的发展现状及市场前景 现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2003年我国汽车产销量均突破400万辆，预计2004年产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。1.2 冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。1.3 冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 31 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。 1.4 冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一：机械化、自动化程度低 美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的510倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。 突破点：加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。 阻力二：生产集中度低 许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。 突破点：走专业化道路 迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。 阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套 目前，我国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm以上)等都依赖进口。 突破点：所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。 阻力四：科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。 突破点：走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。 阻力五：大、精模具依赖进口 当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%45%，而国际上一般在70%左右。 突破点：提升信息化、标准化水平必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。力争2005年模具标准件使用覆盖率达到60%，2010年达到70%以上基本满足市场需求。 阻力六：专业人才缺乏 业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。 突破点：提高行业人员素质这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气，有计划、分层次地培养。第二章 止动件的设计2.1设计题目设计一止动件，零件图如下:图1所示冲裁件，材料为材料为Q235A,厚度为2mm，大批量生产。试制定工件冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程.零件名称:止动件生产批量:大批材料: Q235At=2mm （图1）产品零件图2.2冲压件工艺分析：冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单等。1、材料性能：制件成型材料是Q235A，具有良好的塑性；2、冲裁件的形状和尺寸：制件形状简单，结构对称。对于所冲孔23mm,按表1-2查得，一般冲孔模可冲压的最小孔径d1.5t。该冲裁件厚度t=2mm，因而23mm孔符合工艺要求。一般情况，冲裁件的外形不能有尖角，应采用R0.5t的圆角过渡。本冲裁件t=2mm，圆角为R2，故该冲裁件符合要求。3、冲裁件的尺寸精度：该止动件图上所有未注公差尺寸，属自由尺寸，可按IT14级精度等级确定工件的公差。孔边距尺寸34mm的公差为0.21mm,属IT12级精度等级。查标准公差数值表可得各尺寸公差为：止动件外形：150 mm ,60 mm, 90 mm,R80 mm , R2 mm;止动件内形：23 mm; 孔离中心的距离：45 mm.4、尺寸标注分析零件的尺寸标注情况，符合要求。综上所述：该制件适合冲裁，可以利用普通冲裁得到。2.3方案及模具结构类型1、工艺方案分析该冲裁件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下3种工艺方案：方案、先落料，再冲孔，采用单工序模生产。该方案模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，冲压式存在累积送料误差，生产效率低，难以满足大批量生产的需要。方案、落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。该方案只要一副模具，生产精度高，但需人工卸料取件，制件结构简单，模具制造难度不大。方案、冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。该方案也只要一副模具，生产效率高，但送料精度影响制件精度，需采用导正销定位或侧刃定距，模具结构较复杂。2、模具结构类型的选定综上所述，由于该冲裁件结构简单，为了提高生产效率，应因采用复合冲裁或级进冲裁方式。由于孔边距尺寸34 有公差要求，为了更好地保证此尺寸精度，最后确定选用复合模冲裁方式进行生产。2.4排样设计合理的排样是提高材料利用率、降低成本、保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施。1、材料利用率排样时，在保证制件质量的前提下，主要考虑如何提高材料的利用率（冲裁件的实际面积A=7836.59 mm）一个歩距的材料利用率为：=A/Bs100%=(7836.59/15482)100%=62.06%查板材标准冷轧钢板的尺寸，选用7503000mm的钢板，采用横排，每张钢板可剪裁为2、排样方式该冲压件的月生产批量为3000件,属于中等批量生产类型,因此不考虑多排或一模多件的方案。排样方式采用直排。这种排样属于有废料排样，模具沿工件全部外形进行冲裁，工件周边都留有搭边。这种排样能保证冲裁件的质量，冲裁模寿命也长，但材料利用率低。3、搭边经查表模具设计师（冷冲模）2-2,确定冲裁金属材料的搭边值：两工件间搭边距：a=1.5mm，实际取：a=2mm；侧面搭边距：a1=1.8mm，实际取：a1=2mm；条料宽度：B=（D+2a1）=（150+2X2）=154mm;歩距：S=80+2=82mm。确定后排样图如图2所示：（图2）排样图2.5 压力计算2.5.1、冲裁力的计算F冲=F落料力 + F冲孔力F落料力=1.3FoLtb=387.11X2X450348.4 kNF冲孔力=1.3FoLtb=23X2X45065.02 kN F总冲孔力=2 F冲孔力=2X65.02=130.04KnF冲=F落料力+F总冲孔力=348.4+130.4=478.44 kN2.5.2、卸料力和推件力的计算卸料力：Fx=nKx=F落料力=0.05x348.417.4 kN推件力： FT=nKt F冲孔力=24X0.55X65.0228.6 kN其中，n同时卡在凸模洞口的件数，n=h/t,h为凹模刃口直壁高度，这里为8mm：t为料厚。 N=h/y=8/2=42.6 模具压力中心的计算F总=F冲+Fx+Ft=478.44+17.4+28.6=524.44 kN压力中心绘出工件形状，把冲裁周边分成基本线段，并选定坐标系xOy,如图3所示。（图3）由于冲件X方向对称，故压力中心x0=0mm;Y0=L1y1+L2y2+L3y3+.+L8y8/L1+L2+L3+.L8=60x30+150x0+60x30+23.5x60+113x73.2+23.5x60+61.55x29+61.55x29/60+150+60+23.5+113+23.5+61.55+61.5533mm其中： L1=60mm, y1=30mmL2=150mm, y2=0mm L3=60mm, y3= 30mm L4=23.5 mm y4=60mm L5= 113 mm y5=73.2mm L6=23.5 mm y6=60mm L7=61.55 mm y7=29mmL8=61.55 mm y8=29mm计算时，忽略边缘R2的圆角。由以上计算可知，冲压件中心的坐标为（0，33）2.7 作零件刃口尺寸计算落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制;冲孔部分明中孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。2.7.1刃口尺寸计算： 对于孔23的凸凹模的制造公差由表2-12 查得凹=0.025mm, 凸=0.020mm由于凹凸ZmaxZmin，故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由2表2-13查得，X0.5 D= (d+x)=（23+0.50.4）=23.2mm R=1/2d=5.1mm d=(23+0.40.5+0.132)=10.3 mm R=1/2d=5.15mm 冲孔：d=（23.2+0.132） =23.332mm 落料：D=（125-0.2）=29.87mm2.7.2 落料凹模板尺寸:凹模厚度: H=Kb(15mm) K值由表2-16查得：K=0.2，则 H=O. 2 150=30 mm ，实取32mm.凹棋边壁厚:W1=1.2Hd=1.232=38.4mm , 实取45mm凹棋板边长: L=b+2W=150+245=240mm取凹模板宽B=80=245=170mm故确定凹棋板外形为:24017032mm。2.7.3、凸凹模尺寸:凸凹模长度:L=hl+h2+h=16+10+24=50 (mm)其中:h1:凸凹模固定板滚度h2:一弹性卸料板厚度h附加长度(包括凸模进入凹棋深度，弹性元件安装高度等)凸凹模内外刃口间壁厚校核:根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为24-9=15mm,据强度要求查表得，该壁厚为4.9 mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够.2.7.4 冲孔凸模尺寸:凸模长度:L凸=h1+h2+h3=14+12+14 =40mm其中:hl凸模固定板厚 h2空心垫板厚h3凹模板厚凸模强度校核:该凸模不属于细长杆，强度足够.2.8 冲孔刃口尺寸计算对于R80的凸凹模的制造公差由2表2-12查得凹=0.040mm, 凸=0.030mm由于凹凸ZmaxZmin，故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由2表2-13查得，X0.5则d凸(d+X)(10+0.50.52) mm 10.18 mm D凹按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.04 0.06mm. 其工作部分结构尺寸如图4、5图5 冲孔刃口尺寸 图4落料力刃口尺寸 2.9 其它模具零件结构尺寸根据倒装复合模形式特点: 凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94，确定其它模具模板尺寸列于表1：序号名称长宽厚（mm）材料数量1上垫板25016010T8A12凸模固定板2501603045钢13空心垫板2501603045钢14卸料板2501602545钢15凸凹模固定板2501603045钢16下垫板25016010T8A12.10模具的零件设计与计算2.10.1凸模的外形尺寸计算冲裁时所受的应力，有平均应力和刃口的接触应力k两种因为孔径d=30mm，材料厚度t=0.5mmdt, 凸模强度按1式k 式中：T冲件材料的厚度（mm），t=0.5mm；d凸模或冲孔直径（mm），d=30mm；冲件材料抗剪强度（Mpa），310Mpa；k凸模刃口的接触应力(Mpa)；k凸模刃口的许用接触应力Mpa。k =625Mpa1800Mpa凸模在中心轴向心压力的作用下，保持稳定（不产生弯曲）的最大长度与导向方式有关。卸料板导向凸模 最大允许长度Lmax按1 下式计算： Lmax= 式中：Lmax凸模最大允许长度（mm）；E凸模材料弹性模量，对于钢材可取E21000Mpa；其余符号见前式：Lmax=2373.9mm图6凸模因为弹性卸料板，其具体长度如图6 2.10.2 凹模尺寸结构凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定凹模的厚度确定见1式： HKb 凹模壁厚（指凹模刃口与外缘的距离）的确定式1 (1) 冲30小凹模C(1.52)H (2) 冲147大凹模C(23)H式中：b凹模孔的最大宽度（mm）；K因数,按1表 得：K30=0.3，K147=0.15 ； H凹模厚度； C凹模壁厚；则(1)30凹模厚度：H0.330=9mm 壁厚：C=1.59=13.5mm(2)14凹模厚度：H0.15147=9mm 壁厚：C=222.05=44.1mm(3)凸凹模最小壁厚：m=1.5t=1.50.5=0.75mm 图730凹模的刃壁形式凹模的结构形式1冲裁凹模的刃壁形式：(1) 30凹模见图7，定结构 形式见图8参考1表得：h=35mma=5303-11(2)冲裁147凹模见图9 图8 147凹模的刃壁形式图9凹模的固定结构形式2.10.3卸料设计与计算卸料板结构形式采用1B110图：无导向弹压卸料板,广泛应用于薄材料和零件要求平整的落料冲孔复合模，卸料效果好，操作简单。图10卸料板2.10.4 卸料螺钉卸料螺钉结构形式采用标准卸料螺钉结构，凸模刃磨后须在卸料螺钉头下加垫圈调节。2.10.5 卸料螺钉尺寸关系为保持装配后卸料板的平行度，同一付模具中各卸料螺钉的长度L及孔深见如下图11，各尺寸关系如下图11卸料螺钉尺寸关系1卸料螺钉 2凸模H=(卸料板行程)+(模具刃磨量)+h1+(510mm) 模具刃磨量5mm，h1=6则H21+5+6+840mmd1d+(0.30.5)mm 160.416.4mme0.51.0mm取e1.0mm2.11冲床选用2.11.1冲压设备的选择依据：1、所选压力机的公称压力必须大于总冲压力，即F压F总2、压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁，弯曲等模具，其行程不于过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零