冲压模具_课程设计.doc

课 程 设 计 课程名称 冲压工艺及模具设计 题目名称 齿轮螺栓垫圈冲裁工艺及模具设计 学生学院 材料与能源学院_ 专业班级 _材料成型及控制工程 _ 材料加工0801班_ 学 号 _ 学生姓名 _*_ _ 指导教师 _廖毅娟_ 2011 年 6 月 28 日广东工业大学课程设计任务书题目名称齿轮螺栓垫圈冲裁工艺及模具设计学生学院材料与能源学院专业班级材料成型及控制工程材料加工0801班姓 名 学 号 一、课程设计的内容1、冲压工艺设计：包括工艺分析、方案选择、工艺计算、模具结构尺寸的确定，压力机的选择等；2、模具结构及其零部件设计：设计一道工序的冲模，绘制冲模总装配图及主要零件图（指导老师指定）；3、编写冲压工艺过程卡；4、编写设计计算说明书，用本校设计说明书专用纸书写或A4纸打印，并装订成册。 二、课程设计的要求与数据工艺方案合理、设计计算正确；模具图纸整洁、布局合理、图纸标注等符合国标；设计说明书要求书写工整、条理清晰、数据可靠、计算准确、格式等符合学校统一要求；独立按时完成设计任务。课程设计图纸工作量约1.5张零号图纸（包括工艺卡片）；设计说明书2025页。课程设计时间共1.5周。三、课程设计应完成的工作1、制定冲压件的工艺过程，包括分析零件的冲压工艺性，拟订冲压件的工艺方案，确定合理的排样形式、裁板方法，并计算材料的利用率；2、模具设计，包括模具类型及结构形式的确定，模具零件的选用、设计、计算，绘制模具总装配图，模具零件图等；3、编写完整的设计计算说明书。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1布置题目，工艺分析与工艺计算6.22-6.232工艺方案比较与模具结构草图6.243绘制模具总装配图，绘制零件图6.27-6.284编冲压工艺卡6.295书写设计说明书6.306答辩7.1五、应收集的资料及主要参考文献1、冲压工艺及模具设计课程设计指导书；2、冲裁工艺与模具设计、弯曲工艺与模具设计、拉深工艺与模具设计等；3、冲模设计图册。发出任务书日期： 2011 年 6 月 22 日 指导教师签名：计划完成日期： 2011 年 7 月 1 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章： 目录一、产品零件图及说明、要求 5二、冲压件工艺性分析 5三、冲裁工艺方案及模具类型的确定 5四、零件工艺计算 61、刃口尺寸计算 6（1）落料件尺寸的基本计算 6（2）冲孔件基本尺寸的计算 8（3）中心距 92、排样计算 93、冲压力计算 114、压力中心计算 11五、冲压设备的选用 12六、模具零部件结构的确定 121、模具总体设计 12（1）导料方式的选择与设计 12（2）卸料、出件方式的选择及设计 12（3）导向方式的选择 13（4）挡料件的设计 142、卸料装置中弹性元件的计算 153.确定各主要零件结构尺寸 16（1) 凹模外形尺寸的确定 16（2) 凸模长度Lp的确定 164.标准模架的选用 175.其他零部件结构 17(1) 凸模固定方式 17（2）模柄的选用 18（3）模具材料的选择 18七、模具总装图 18（1）、模具的装配图 18（2）、模具零件加工工艺 19（3）、模具的装配 19八、设计小结 20九、参考文献 21一、产品零件图及说明、要求二、冲压件工艺性分析三、冲裁工艺方案及模具类型的确定 四、零件工艺计算1.刃口尺寸计算 2.排样计算3.冲压力计算4.压力中心计算五、冲压设备的选用六、模具零部件结构的确定1、模具总体设计2、卸料装置中弹性元件的计算3.确定各主要零件结构尺寸4.标准模架的选用5.其他零部件结构七、模具总装图八、设计小结九、应收集的资料及主要参考文献一、产品零件图及说明、要求数据如图1所示，大批量生产，材料为Q235，t=1mm。零件图如下： 图一 产品零件图二、冲压件工艺性分析（1）材料：Q235为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。（2）零件结构：零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中有两圆孔，孔的最小尺寸为11mm，满足冲裁最小孔径mm的要求。另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为4.5mm，满足冲裁件最小孔边距mm的要求。所以该零件的结构满足冲裁的要求3、尺寸精度：零件图上未标注公差的尺寸属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。查公差表2-3可得各尺寸公差为：零件外形：720-0.74mm 170-0.43mm 200-0.52mm 50-0.30 R100-0.36mm R10-0.25mm R1.50-0.25mm R2.50-0.25mm孔内形：110+0.43 mm孔心距：400.31mm结论：适合冲裁。三、冲裁工艺方案及模具类型的确定该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可提出的加工方案如下：方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。所以，比较三个方案欲采用方案二生产。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核，当材料厚度为1mm时，可查表2-24得凸凹模最小壁厚为2.7mm，现零件上的最小孔边距为4.5mm，所以可以采用复合模生产，即采用方案二。四、零件工艺计算1.刃口尺寸计算根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。（1）落料件尺寸的基本计算落料模先确定凹模刃口的尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小最小合理间隙。其计算公式为：尺寸720-0.74mm，有表2-5可查得凸、凹模最小间隙Zmin=0.120mm，最大间隙Zmax=0.180mm，凸模制造公差mm，凹模制造公差mm，查得系数x=0. 5。将以上各值代入ZmaxZmin校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 Dd1=(720. 50.74)0+0.03mm=71.630+0.03mmDp1=(71.630.12)0-0.02mm=71.510-0.02mm尺寸1700.43mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm,查得系数x=0.5。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸200-0.52mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm，查得系数x=0.5。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸50-0.30mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系数x=0.75。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸R100-0.36mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系数x=0.5。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸R10-0.25mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm，查得系数x=0.75。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸R1.50-0.25mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系数x=0.75。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 尺寸R2.50-0.18mm，可查得凸模制造公差mm，凹模制造公差mm, 查得系数x=0.75。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。 即 （2）冲孔件基本尺寸的计算 冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔，凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。尺寸110+0.43，查得其凸模制造公差，凹模制造公差。经验算，满足不等式，查得系数x=0.5,因该尺寸为单边磨损尺寸，所以计算时冲裁间隙减半，得 （3）中心距：尺寸400.31mm2.排样计算冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。分析零件形状，应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有图2所示两种。 a b 图二 零件可能的排样方法比较方案a和方案b，方案b所裁条料宽度过窄，剪板时容易造成条料的变形和卷曲，所以应采用方案a。现选用4000mm1000 mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。（1）裁成宽78.4mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为（2）裁成宽78.4mm、长4000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为比较以上两种裁剪方法，应采用第1种裁剪方式，即裁为宽81.4mm、长1000mm的条料。其具体排样图如图3所示。 图3 零件排样图3.冲压力计算计算冲裁力的主要目的是为了合理选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。可知冲裁力基本计算公式为： 式中 冲裁件周边长度（）材料厚度（）材料抗剪强度（MPa） K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。此例中零件的周长为268.68mm，材料厚度1mm，Q235钢的抗剪强度取350MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为模具采用弹性卸料装置和推件结构，所以所需卸料力和推件力为则零件所需得冲压力为初选设备为开式压力机J2325。4.压力中心计算如图，根据图形分析，因为工件图形左右对称，故零件压力中心在y轴上；但零件的上下不对称，故其压力中心不在x轴。由平衡条件，经计算得：x1=Li*Xi/Li=(21/2-2.5) 0+62.5-62.5-2010+17.510+713.52+517+110/(21/2+62+20+17.5+72+5+11)=1.5mm 图四 零件压力中心五、冲压设备的选用先用冲床的公称压力应大于计算出的总压力F总=148.5KN，最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合工厂实际，可选用J23-25开式可倾压力机。并需要在工作台面上配置垫块，起缓冲作用，垫块实际尺寸可配置。压力机主要技术参数如下：公称压力： 250kN滑块行程： 80mm最大闭合高度： 250 mm闭合高度调节量： 70 mm滑块中心线到床身距离： 190mm工作台尺寸： 3680 mm560 mm工作台孔尺寸： 130 mm260 mm模柄孔尺寸： 50 mm70 mm垫板厚度： 50 mm六、模具零部件结构的确定1、模具总体设计（1）导料方式的选择与设计因为该模具采用的是调料，控制调料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料 板的厚度按取4mm。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。（2）卸料、出件方式的选择及设计因为工件料厚为1.0mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料；又因为是复合模生产，所以采用上出件比较便于操作与提高生产效率。 1）卸料板的设计 卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为12mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HRC。卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M1010mm。2）推件块的设计 由于模具采用正装，零件采用上出方式，故零件在冲裁后需要顶出，使其跟随上模运动，故设计推件块。推件块的各尺寸和形状如图五所示： 图五 推件块（3）导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用后置导柱导向方式，便于进料，操作方便，导柱导套的配合精度为H6/h5或H7/H6。如图六所示： 图六 导柱导套（4）挡料件的设计 挡料件的作用是给予条料或带料送料时以确定进距。主要形式有固定挡料销、活动挡料销、自动挡料销、始用挡料销和定距侧刀等。 根据零件的形状及送料方式，该模具采用固定挡料销方式进行挡料。挡料销的直径D=15mm。如图七所示： 图七 固定挡料销2、卸料装置中弹性元件的计算模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：（1）确定橡胶的自由高度 得 H0=3.89=35mm即得橡胶的自由高度为35mm。（2）确定橡胶的横截面积查得矩形橡胶在预压量为10%15%时的单位压力为0.6MPa，所以（3）确定橡胶的平面尺寸根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为82 mm30mm，外形暂定一边长为140mm，则另一边长b为（4）校核橡胶的自由高度为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为70mm，所以橡胶垫的高径比在0.51.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.8535 mm =30mm。单块橡胶的尺寸和形状如图八所示： 图八 橡胶3.确定各主要零件结构尺寸（1) 、凹模外形尺寸的确定 圆形凹模可由冷冲压国家标准或工厂标准中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论计算方法计算，一般按经验公式概略地计算。1）、凹模高度H的确定：H=Kb式中 b冲压件最大外形尺寸K系数，考虑板材厚度的影响；查表得K的值为0.28故得 H=0.2872=21mm。2）、凹模壁厚C的确定： C=（1.52）H=1.821=38mm3）、凹模长度Ld的确定： Ld=l+2C=72+238=148mm4）、凹模宽度Bd的确定： Bd=b+2(C+12)=27+240=107mm（2)、 凸模长度Lp的确定 凸模的长度一般是根据结构上的需要确定的。 Lp=h1+h2+a 式中 h1固定板的厚度（mm）; h2固定卸料板的厚度（mm）; a 附加长度，它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板的安全距离。这一尺寸如无特殊要求，可取1020mm。1）、上模中凸模长度确定：考虑到上模中凸模的固定困难，需要用化学连接的方法进行连接，故取固定板的厚度h1=25mm；同时考虑到卸料装置中橡胶的高度，故取a=30mm；卸料板的厚度取h2=12mm；得Lp1=h1+h2+a=25+12=30=67mm2）、下模中凸模长度的确定下模中凸模为圆形件，可选用冷冲模国家标准或工厂标准；Lp2=h1+h2+a=12+21+7=40mm4.标准模架的选用标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。根据以上的计算，得凹模长度Ld=148mm，凹模宽度Bd=107mm。按以确定的模具形式及参数，模具采用后置导柱模架，考虑模具的进料方式及下模中凹模与凸模的连接形式，可查得模架规格为：上模座160mm160mm40mm下模座160mm160mm45mm导柱 28mm150mm导套 28mm100mm38mm垫板 160mm160mm8mm凸模固定板 160mm160mm25mm凹模 160mm160mm40mm卸料板 160mm160mm12mm5.其他零部件结构 (1)凸模固定方式 由于凸模形状复杂，难以加工成阶梯状，故凸模的固定采用低熔点合金或高分子塑料的化学结合方法。这种方法是在固定板与凸模连接处留有空槽，装配时将凸模与凹模、凸模与凸模固定板的间隙调整好，然后在空槽上倒入低熔点合金，当合金冷却后体积膨胀，即把凸模固定。如图九所示： 图九 凸模固定方式（2）模柄的选用模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格B50100的模柄。（3）模具材料的选择 凹模、凸模、镶块等非标准模具零件材料为Cr12、Cr12MoV,淬火加低温回火硬度=58HRC； 各种模板、垫块、固定板、支撑块、压块、挡块等材料选T10A，热处理后硬度=55HRC。七、模具总装图（1）模具的装配图通过以上设计，可得到如图十所示的落料冲孔复合模的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、推板、推杆、垫板、凹凸模、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板、推件块、凸模等组成。冲孔成品件由推件块推出，废料由上模推杆推出。条料送进时采用活动挡料销作为粗定距，由于条料留有搭边，故以导料板作为条料送进的导向。操作时上模未合上时，把条料抬起向前移动，用落料孔套在活动挡料销上，并向前推紧，冲压时上模的凹凸模一起作用在调料板上，使成型件分离。冲压完成后，由下模的推件块将制件推出，并由人工或其他机器手取出。废料则通过上模的推板推动推杆将其推出上模的凹凸模，再通过其他方式取出。图十 模具装配图（2）、模具零件加工工艺本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板、推件块以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。（3）、模具的装配根据复合模装配要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间隙、试冲、返修。 八、设计小结通过一个多星期的辛苦奋斗，终于完成了这次的课程设计。 通过这次课程设计，把先修课程（机械制图，机械制造，机械设计，冲压成型工艺学，模具材料与热处理）中所学到的理论知识在实际的设计工作中综合地加以运用。使这些知识得到巩固发展，初步培养了我冷冲压模具设计的独立工作打下良好基础，树立正确的设计思路。刚开始做课程设计的时候，我有种无从下手的感觉！通过不断翻书和同学讨论过程中，不断认识到零件的结构以及模具的构造。在这短短的十几天里，从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书。学到很多原本学到的但不是很懂的知识，了解了一些设计的原理和过程。例如，冲裁模具设计一般步骤：（1）、冲压件工艺性分（2）、冲裁工艺方案及模具类型的确定（3）、零件工艺计算（4）、冲压设备的选用（5）、模具零部件结构的确定还有更多的知识，在这里不做过多的叙述。本次课程设计，不仅培养了我们正确的设计思想；同时也让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，锻炼了我们综合运用知识的能力。通过翻查和阅读各种技术资料及手册，我不仅学会思考和探讨模具设计领域的各种问题，而且学会了对零件进行全面的分析。虽然在设计过程中遇到很多问题与麻烦，但通过辅导老师的耐心教导和帮助，克服了这些困难。在此，我向一直帮助我的各位辅导老师道一声：谢谢！在这次设计中，我总结了：要学会亲自去尝试，不要害怕失败。失败也是一份财富，经历也是一份拥有。此外，这次设计过