中小型冲压模具设计.doc

中小型冲压模具设计开题报告专业：机械设计制造及其自动化 班级： 第二组一、设计题目：弯曲冲裁模具设计技术要求：1、 未注尺寸公差符合GB/T1804-的要求。2、 未注形位公差符合GB/T13916的要求。3、 毛刺高度0.02mm。4、 材料20钢。生产批量为中小批量生产。二、工艺分析1、 材料性能：零件材料为20钢，其冲压和弯曲性能较好。2、 工序分析：由于采取块料加工（一块材料加工出一个工件），所以可以预先准备外形尺寸一致的毛坯，即在加工过程中无落料和排样步骤3、 零件结构：该零件有弯曲、冲孔等结构特征，形状简单，可采取复合加工。4、 尺寸精度：零件图上形状尺寸，冲压、弯曲工序可以实现。三、工艺方案方案一：先弯曲，后冲孔。该方案符合零件的加工工序，能正确加工出零件，保证孔的间距。方案二：先冲孔，后弯曲。该方案冲孔后弯曲零件，无法保证两孔的间距，不合理。采取复合模进行加工，将弯曲、冲孔两道工序复合在一起，做成复合模。四、材料的选取通过对零件图结构和工艺进行分析，选取宽20mm，长度115mm，厚50.05的20钢板为加工材料。其中，材料两侧面需用铣床进行加工。 五、进度安排第2周：查阅资料，对零件图进行分析，确定加工方案，制定任务说明书。第3-6周：1、弯曲工艺力、弯曲工件毛坯展开尺寸的计算，确定压力机，设计出弯曲模具结构图。 2、冲裁模具间隙、凹凸摸刃口、冲裁力的计算，确定压力机，设计出冲孔模具结构图。 3、落料模间隙、凹凸模刃口、冲裁力的计算，确定压力机，设计出落料模具结构图。第7-10周：1、弯曲模的结构设计，确定弯曲模的主要零件结构参数。 2、冲裁模的结构设计，确定冲裁模的主要零件结构参数。 3、落料模的结构设计，确定落料模的主要零件结构参数。 4、复合模的结构设计，设计出复合模具结构图，并确定其主要零件结构参数第11-12周：对模具总体结构进行设计，并对模具结构不当之处进行修改，整理说明书，准备答辩。六、分组第一组（连续模）： 第二组(复合模)： 一、 弯曲模具的设计：1、弯曲工序的设计：方案：弯曲件一次弯曲成形优点：模具结构简单，易进行加工。缺点：凸模肩部阻碍了材料转动，加大了材料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁易擦伤、弯薄，成形后零件两肩部与底面不易平行。改进：在弯曲时用压边圈压住毛坯，这样可以有效保护零件，从而保证零件精度。2、弯曲模的结构设计 由于零件的进度较低，采用一次弯曲成形的复合弯曲模结构。如下图：3、 自由弯曲时的弯曲力，由零件图可知，零件为U形弯曲件： F自=0.71.32055410/2+5=26650N。其中：k为安全系数，取1.3；由图可知：弯曲件宽b=20mm，材料厚t=5mm，弯曲半径r=2mm,b=410mpa(查表得20钢拉强度为410 mpa)4、校正弯曲时的弯曲力校正弯曲是在自由弯曲阶段后进一步对贴合凸模、凹模表面的弯曲件进行挤压，其校正力自由压弯力大得多，由P123公式有： F校=A:校正部分垂直投影面积， q：单位面积的校正力，MPa由零件图知：A=600，查表3.3.2取q=70MPa故F校=42000N5、顶件和压料力: FQ=(0.30.8) F自=0.5F自=13325N.6、压力机吨位的确定自由弯曲时压力机吨位应为：FF自由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值较大，则按校正弯曲力选择压力机的吨位：FF校 故：F42KN综上，由课本附录A知：选双柱可倾式压力机J23-6.37、弯曲件毛坯展开长度: （1）应变中性层位置的确定：有零件图可知：r/t=2/5=0.4 有经验公式:0=r+xt 查表3.3.3得x=0.368 所以0=2+0.3685=3.84mm. （2）弯曲件毛坯的展开长度计算： 由零件图可知：r=20.5t=0.55=2.5 若一次同时弯曲四个角 由表3.3.4得：L=L1+2L2+2L3+t=30+220+220+5=115mm8、弯曲凹模工作部分弯曲U形件时，若弯边高度不大，或要求两边垂直，则凹模深度应大于零件高度。由零件图并查表3.4.3知：l0=30mm9、弯曲凸模、凹模之间的间隙根据已知有弯曲黑色金属，即c= t+nt式中：c为弯曲凸模与凹模的单面间隙，mm；t为材料厚度的基本尺寸和最小尺寸，mm; n为间隙系数由表3.4.4知：n=0.03。故c=5+50.03=5.15mm10、凸凹模工作尺寸及公差凸模凹模分别按IT6和IT7级加工制造，对于零件中未注公差的尺寸按IT14级可知：由于弯曲件标注内形尺寸（如下图），且弯曲件为双向对称偏差，故凸模尺寸为：LP=凹模尺寸为：Ld=11、凸凹模弯曲长度由零件图知：凸模长度H1=30mm 凹模长度H2=20+5=25mm12、回弹量弯曲件属于小半径弯曲，而其相对弯曲半径r/t=2/5=0.458，此时弯曲半径的变化一般很小，可以不予考虑，即无回弹现象出现。二、 冲孔模的设计（一）凸模与凸模组件的结构形式1、凸模的结构形式由于凸模结构通常分为两大类，一类是镶拼式，另一类为整体式。在我们的凸模结构中，选取整体式，而根据加工方法的不同，采用台阶式2、凸模长度的确定采用压边圈和定位销结构，其中H凹=25mm，由P68公式有：L= h1 +h2 +h3+(1520)mm式中：h1凸模固定板厚度h2卸料板厚度h3定位销高度则：凸模1：取h1=1.5H凹=37.5mm，h2=10mm，h3=4mm 故L1=75mm, d1 =10mm凸模2：取h1=1.5H凹=37.5mm，h2=10mm，h3=4mm 故L2=70mm, d2 =5mm凸模3：取h1=1.5H凹=37.5mm，h2=10mm，h3=4mm 故L3=70mm, d3 =5mm3、凸模的材料模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲击时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。根据零件图及相关情况知，选用硬质合金材料（60Si2CrVA）4、凸模承压能力和失稳弯曲极限长度校核（1）凸模承载能力校核凸模最小断面承受的压应力必须小于凸模材料强度允许的压力,即= FP / Amin 变换后有：dmin 4t/式中：冲裁材料抗剪强度，MPa, t冲裁材料厚度，mm 凸模材料的许用压应力，MPa查表知：=410 MPa，t=5mm，=1665 MPa故：dmin4.9mm所以，所用凸模符合要求。（2）凸模失稳弯曲极限长度凸模在轴向压力的作用下，不产生失稳的弯曲极限长度Lmax与凸模的导向方式有关，对于有卸料板和卸料板对凸模导向，其凸模不发生失稳弯曲的极限长度为：Lmax85式中：凸模的冲裁力，N；d凸模的直径，mm其中：=128740N，dmin=5mm故Lmax762457.6mm而实际L1Lmax ，L2 Lmax ，L3Lmax所以不会出现凸模失稳情况。（二）凹模的结构设计1、凹模洞口的类型零件冲孔过程中采用直筒式刃口凹模，其结构如下图：凹模后角和洞口高度h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取=，h=4102、凹模的外形尺寸凹模的外形为圆形，如下图，根据P72公式有： 凹模厚度：H=Kb(15mm) 凹模壁厚：C=(1.52)H(3040mm)式中，b为冲裁件的最大外形尺寸；K是考虑板料厚度的影响系数，查表2.8.1知：K3故：H15 取H=20mm则C=3040 取C=30mm3、冲裁力的计算：若采用平刃冲裁模，其冲裁力FPFP =KP t l=1562.8410=128740N其中取KP =1， 材料厚t=5mm, 冲裁周边总长L=25+10=62.8mm取=410mpa4、压力机公称压力的选取：而压力机的公称压力FP 所以取压力机的公称压力为63KN综上，由于采用复合模结构，同上述弯曲压力机吨位比较，应选用压力大的，所以最后选双柱可倾式压力机J23-6.35、冲压模具压力中心的确定：该零件的形状为对称的零件，故冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心，即10孔的中心。6、间隙值的确定：使用经验确定法确定，20钢为硬材料，t=5MM,则间隙值：c=(8%13%)t=10%t=0.5mm7、凸模与凹模刃口尺寸计算：由零件图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲裁件，250+0.12 冲孔获得查表2.2.4得2Cmin =0.90mm,2Cmax=1.00mm 由公差表表查得：50+0.12 为IT12级公差，取X=0.75；设凸凹模分别按IT6IT7级加工制造。凸模基本尺寸：dp=(dmin+x) = =mm凹模基本尺寸：dd=( dp+2Cmin)0+d=+0.0120mm=5.99+0.0120 mm.校核：|p|+|d | =0.008+0.012=0.0202Cmax- 2Cmin=0.10mm满足间隙公差条件凹模型孔中心距：Ld=（Lmin+0.5）0.125=（60+0.50.12）0.1250.12=60.060.015mm.8、冲孔模的结构设计方案：方案：采用复合膜一次加工三个孔。优点：加工工序减少，有效缩短加工周期。三、模具零件设计1、定位零件（1）挡料销挡料销的作用是挡住条料搭边或冲压件轮廓以限制条料的送进距离。我组采用固定挡料销，其安装在凹模上，用来控制条料的进距，由于采用条料无须落料，所以在设计中用该挡料销进行定位，该结构特点是结构简单，制造方便。零件示意图如下：(2)压边圈压边圈的作用是防止弯曲件边缘部分发生起皱。由于我组复合模是先弯曲再冲孔，所以在弯曲的时候添加压边圈以保证零件质量，从而使后续冲孔能顺利进行，压边圈安放在弯曲凸模上。如下图：2、弹压卸料装置(1)工件的卸除采用打料装置（卸料螺钉）将工件从弯曲凸模上推下，落在模具工作表面上。(2)冲孔废料的卸除下模座上采用漏料孔排出，在冲孔废料在凹模上积累到一定数量后，就从漏料孔卸料。3、推件和顶件装置 推件的目的是将成件从弯曲凸模中推出来，该目的通过旋转上模座上的卸料螺钉来完成；顶件的目的是将成件从弯曲凹模中顶出来，该目的通过旋转下模座上的卸料螺钉来完成。4、连接与固定零件（1）凸模固定板凸模固定板主要用于凸模零件的固定。固定板的形状与凸模一致，固定板厚度为24mm，材料选用45号钢。如下图：（2）垫板垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力，防止过大的冲击力在上下模板上压出凹坑，影响模具正常工作。垫板的形状与凸模固定板一致，垫板淬硬后两面应磨平。上模座与凸模固定板之间安装垫板，厚度为6mm。如下图：四、选用标准模架，确定闭合高度我组采用中间导柱圆形模架，其特点是导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便。查冲压模具简明设计手册有：选用上模座1608040选用下模座1608045导柱2810038则由表知，模架的闭合高度为：