冲压模具课程设计-衬板模具设计.doc

江苏理工学院冲压模具课程设计说明书序 言近年来，我国模具制造行业有了较大的发展，冲压模具在实际工业生产中应用越来越广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。由于当今科技的发展， 工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。模具工业的快速发展，我们不断地提高对模具加工制造技术要求，模具制造的水平的高低，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。当计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，主要以以计算机辅助设计技术为主，像CAD和PRO/E等绘图软件，CAE/CAM的计算机辅助模拟软件与计算机辅助制造软件。技术经验与软件模拟是未来模具发展的趋势。随着科学技术的发展，模具制造技术越来越先进，模具设计制造向着现代化、标准化和专业化生产方向发展。高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝线切割技术和磨削及抛光加工技术等等，必将成为模具制造技术的主流。此次课程设计对制件的冲压工艺进行了分析，冲压工艺方案及模具的结构类型进行了确定，并进行了必要的冲压工艺参数计算及模具工艺零件与结构零件的选用。首先采用倒装式复合模进行冲孔落料，然后选择有废料直排法排样，其压力中心位于零件的集合中心，因为此零件是轴对称的，最后冲压压力机的应选用J23-63型号的压力机。冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。所以先进上的生产技术成为现代模具发展的趋势，随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快而完善的得到解决。第1章 零件工艺性分析1.1设计任务书如下图1-1所示，该零件为衬板，材料为30钢的板材，厚度为2mm，大批量生产。图1-1 衬板零件图1.2冲压材料该冲压件的材料为30钢，优质碳素钢，塑性好，易成形，具有良好的可冲裁性能。其抗剪强度，抗拉强度。1.3工序性质该零件结构简单，只需冲孔和落料两个基本工序即可。1.4结构形状工件的结构简单，为一带圆角的长方形，长宽分别为62和44；零件呈轴对称分布，零件中心为一直径为17的圆孔，在零件的四角分布直径为6.4的圆孔；在长度方形上两圆孔的中心距为50，宽度方向上的中心距为32。冲裁件的外形应尽量避免有尖锐的角，在各直线连接处，应由适当的圆角。所以将连接处用R为6mm的圆角过渡。1.5尺寸精度和粗糙度该工件只有冲孔和落料两个工序，材料30钢为软料钢，在冲孔是应有一定的凸凹模间隙。工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁就能满足要求，不需要采用精冲或修整等特殊冲裁方式。第2章 生产工艺方案制定2.1工艺方案根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔两种。按其先后顺序组合，可得如下几种方案：（1）先冲孔，后落料，单工序冲压；（2）冲孔落料，单件复合冲压（3）冲孔落料级进冲模。采用级进模生产。2.2工艺方案的比较（1）单工序模：单工序模是指只有一个工位，只完成一道工序的冲模，它可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模、翻孔模和整形模等 。由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。（2） 级进模：级进模又叫连续模，压力机的一次行程中，在模具的不同位置完成两道或两道以上的工序。级进模生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制复杂，调整维修麻烦工作精度低。（3） 复合模：压力机的一次行程中，在模具的相同位置完成两道或两道以上的工序。采用复合模加工成形，生产率较高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。综上所诉：由于此工件有落料有冲孔，单工序不易于实现，而工件精度要求不高，在冲孔和落料之间有足够的距离，由于该工件较简单，复合模的制造不是很复杂，所以应该选择容易实现且符合工件工艺条件的复合模。利用复合模能够在模具的同一部位上同时完成制建的落料和冲孔工序，从而保证冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度和平整性、成产效率高，且适合于大批量成产。2.3模具结构的选择2.3.1模具形式复合模又可分为正装式和倒装式。正装式特点。工件和冲孔废料都落在凹模孔，必须加以清除后才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直。倒装式特点。冲料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凹凸模承受的张力较大，因此凹凸模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，此工件有两个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便，另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也低，所以从操作方便、模具制造简单等方便考虑，决定采用倒装式复合模。2.3.2送料方式送料装置有手动送料和自动送料两种；自动送料装置是独立完整的控制机构，在一定时间内不需要人工进行操作而自动完成冲压工作适合零件的大批量生产。2.3.3卸料及出件方式因为条料的厚度不是很厚，可采用弹性卸料装置；由于固定卸料方式结构简单但调整不太方便，废料切刀装置适合尺寸大、厚度大的条料，而弹性卸料装置既能起卸料作用又能起压料作用，所得工件质量较好，平直度较高；故综合考虑选择弹性卸料装置比较合适，采用弹性卸料版。该模具采用倒装式复合模，其推件装置一般是刚性的，由打杆、推板、连接杆和推件块组成；由于刚性推件装置的推件力大，工作可靠，适合条料较厚的条料。该推件装置是安装在上模座上，把工件向下从凹模内推出，故为下出件方式。2.3.4定位方式定位方式分为横向和纵向两种，横向定位只能保证条料有正确的送进方向，而纵向定位能控制条料一次送进的步距，可保证纵向搭边值，故选择纵向定位方式为宜，选择弹顶式挡料销纵向定位，安装在复合模的弹压卸料板上，工作是可随凹模下行而压入孔内，工作很方便。2.3.5导向方式导向装置有许多，分为导板式导向装置、导柱导套式导向装置和滚珠式导向装置；如用导板导向，则在模具上安装不方便，而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，则虽然导向精度高，寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；针对这次加工的产品精度要求不高，采用滑动式导柱导套进行导向即可。而且零件在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。2.4排样设计排样方法很多，有直排、斜排、直对排、混合排、多排和冲裁搭边。对于简单几何形状，如矩形的冲件宜采用直排排样形式。直排可采取无搭边和有搭边的两种方式。2.4.1 无搭边排样方式无搭边排样其产生的废料极少，此种排样方法是沿直线或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具的寿命更差一些，但材料的利用率最高。如下图2-1所示： 图2-1 无搭边排样 2.4.2 有搭边排样方式此种排样方式是沿冲件全部外形冲裁，在冲裁周边都留有搭边，因此材料的利用率低，但冲件的尺寸完全有冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，生产中绝大多数冲裁件都是采用这种有废料排样。a.搭边。查冲压工艺及模具设计表2-1，确定搭边值a，a1。当t=2mm时，a=2,a1=2。表2-1 最小工艺搭边值材料厚度 t圆件r2t的圆角矩形件边长l50矩形件边长l50或r2taa1aa1aa11.62.01.21.51.82.02.02.2b.条料宽度。采用无测压装置。所以 B=D+2a+C （2-1）式中 L制件垂直送料方向的基本尺寸，C送料保证间隙间隙，查冷冲压工艺及模具设计表22得Z=0.2mm。所以 B=（44+22.2+0.2）=48.2（mm） 表2-2最小双面导料间隙C条料宽度B板料厚度 t11223341000.10.20.40.61002000.20.30.50.72003000.30.40.60.8c.有搭边排样图，如下图2-3；图2-3 有搭边排样2.5工艺尺寸计算2.5.1刃口尺寸计算(1)冲裁件的结构分析如上图6-1所示，外形长度62和宽度为44属于落料件，内形17和6.4属于冲孔件，工件的尺寸全部为自由公差，即公差等级IT14。(2)刃口计算原则a. 落料 落料件光面尺寸与凹模尺寸基本一致，故应以凹模尺寸为基准；又因落料件的尺寸会随凹模尺寸的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，则落料凹模尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减去最小初始间隙。b. 冲孔 冲孔件光面的孔径与凸模尺寸基本一致，故应以凸模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凸模尺寸的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加上最小初始间隙。(3)落料凸凹模刃口计算a.外形长度为62的刃口，其凸凹模的公差等级分别按IT6和IT7计算。查冲压工艺和冲模设计表2-19、2-20和附表N标注公差值得： 校核间隙：说明所取的凸、凹模公差不能满足条件，但相差不大，可调整如下： （2-2） （2-3）将已知和查表的数据代入公式，即得 （2-4） （2-5） b.外形长度为44的刃口，其凸凹模的公差等级分别按IT6和IT7计算。查冲压工艺和冲模设计表2-19、2-20和附表N标注公差值得： 校核间隙：（2-6）说明所取的凸、凹模公差不能满足条件，但相差不大，可调整如下： （2-7） （2-8） 将已知和查表的数据代入公式，即得 （2-9） （2-10）c.矩形凹模圆角处刃口，其凸凹模的公差等级分别按IT6和IT7计算。查冲压工艺和冲模设计表2-19、2-20和附表N标注公差值得： 校核间隙： （2-11）说明所取的凸、凹模公差满足条件，将已知和查表的数据代入公式，即得： （2-12） （2-13） 式中 落料凹模刃口尺寸； 落料凸模刃口尺寸； 凸模刃口尺寸制造偏差； 凹模刃口尺寸制造偏差； 凸凹模最小初始双面间隙； 凸凹模最大初始双面间隙； 冲裁件制造公差。(4)凸模刃口计算a.内形17的刃口，其凸凹模的公差等级分别按IT6和IT7计算。查冲压工艺和冲模设计表2-19、2-20和附表N标注公差值得： 校核间隙：（2-14）说明所取的凸、凹模公差满足条件，将已知和查表的数据代入公式，即得 （2-15） （2-16）b.内形6.4的刃口，其凸凹模的公差等级分别按IT6和IT7计算。查冲压工艺和冲模设计表2-19、2-20和附表N标注公差值得： 校核间隙：（2-16）说明所取的凸、凹模公差满足条件，将已知和查表的数据代入公式，即得 （2-17） （2-18） 式中 落料凹模刃口尺寸； 落料凸模刃口尺寸；2.5.2冲压力及压力中心的计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作， 应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不到保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，甚至损坏模具。在实际的生产中，可能会出现由于工件的形状特殊或排样特殊。从模具设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线相重合，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选压力机允许的范围。在生产中，常用悬挂法确定复杂冲件的压力中心。其具体做法：用匀质金属丝沿冲裁轮廓弯制成模拟件，然后用裁缝线讲模拟件悬挂起来，并从吊点做铅垂线；在取模拟件的另一点，以同样的方法做另一铅垂线，两垂线的交点即为压力中点。如零件图2-4所示，通过分析该工件，可以发现该工件属于完全对称的，所以冲裁压力中心位于该零件的几何中心。图2-4 衬板压力中心图(1)冲压力冲压力就是凸模对条料施加的压力；通常说的冲压力是指冲压力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。(2)冲压力的计算冲压力F一般按下式计算： (2-19)式中 F冲压力（N）； L冲裁周边长度（mm）； t材料厚度（mm）； 材料抗剪强度（MPa），取400MPa； K系数，一般取K =1.3。由题意， (3)卸料力 (2-20)式中 卸料力系数，一般取0.5。(4)推件力 (2-21)式中 推件力系数，一般取0.055； n同时梗塞在凹模内的工件数，。查冲压模具简明设计手册得所以，n取17则(5)压力机公称压力的确定压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。计算总冲压力，原则上只计算同时发生的力，并根据不同的模具结构分别对待。由于该零件采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模，所以 (2-22)所以 2.5.3冲压设备选择因为，即公称压力不是很大，故可选公称压力相对中等类型的压力机，可查简明冲压模具设计手册表9-2如下： 表9-2 开式双柱可倾压力机主要技术参数主要技术参数型 号J23-63J23-10J23-16J23-25J23-40J23-63J23-100公称力/631001602504006301000滑块行程/354565100130130130滑块行程次数/170145120105455038最大闭合高度/150180220270330360480最大装模高度/120145180220265280380连杆调节长度/303545556580100工作台尺寸/前后200240300370460480710左右3103704505607007101080垫板尺寸/厚度303540506580100孔径140170210200220250250模柄孔尺寸/直径30304040505060深度50556060708075最大倾斜角度/()45353530303030查表可选得，开式双柱可倾压力机，型号为J23-63，公称力630，滑块行程130，滑块行程次数，最大闭合高度360mm，最大装模高度280mm，连杆调节长度80mm，工作台尺寸前后480mm，工作台左右尺寸710mm，垫板厚度尺寸80mm，垫板尺寸孔径250mm，模柄孔尺寸直径50mm，模柄孔尺寸深度80mm，最大倾斜角度30。第3章 模具结构和零件设计图3-1 冲大孔凸模3.1冲孔凸模的设计3.1.1冲大圆孔凸模的设计由于所冲的孔为圆形，而且不属于需要特别保护的小凸模。所以，冲孔凸模采用直通式,直接有线切割加工。一方面加工简单；另一方面又便于装配与更换 。 其结构形式如图 3-1 所示 。凸模长度的计算凸模长度一般是根据模具结构的需要而确定的，其长度可由下列公式计算：L = h 1 + h 2 + h 3 + h 4 + h式中: h 1 固定板厚度（mm） ;h 2 卸料板厚度（mm） ;h 3 导料板厚度（mm） ;h 4 凸模进入凹模深度（mm） ;h 附加长度,一般取15-20mm ;查表 取 h 4 = 2 m m 。在满足使用要求的前提下，综合考虑个方面因素， 为提高模具制造的经济性。取固定板厚度为16mm,卸料板厚度为 16mm,附加长度取 2 0 m m 。代入数据得凸模的长度为 55 m m 。由于该凸模的尺寸相对较大， 且不是特别细长的凸模， 冲裁件的料厚相对较薄。所以不必对凸模进行强度校核。3.1.2冲小圆孔凸模的设计同冲大圆孔凸模的设计一样计算，如图6-2所示。图3-2 冲小孔凸模计算得L=55mm3.2落料凹模的设计3.2.1落料凹模的刃口型式该倒装复合模的冲件是由弹性推件装置推出且是上出料方式。所以凹模的结构形式如图6-3 所示。采用这种结构，推件力大，适用于冲件形状复杂的模具。因此，比较适合本副模具。图3-3 落料凹模的刃口型式3.2.2落料凹模外形尺寸的确定查表可得：落料凹模的外形尺寸为： 1 3 2 m m9 0 m m2 0 m m 。3.2.3落料凹模的结构形式及固定方式凹模刃口的结构形式有整体式和镶拼式两种，而整体凹模刃口形状分为直壁式。选用刃口形状时。主要根据冲裁件的形状，厚度，尺寸精度，模具的具体结构等多方面的因素来决定。我的工件由于结构比较简单精度要求不是很高，我采用直壁式的刃口形式。冲裁件的形状和尺寸的不同，凹模外形的结构和固定形式也不一样。生产中常常在外形为圆形或者矩形的凹模板上，加工出所需要的凹模刃口，凹模板直接用螺钉和销钉固定在模座上。而我们就是采用的这种方法。凹模采用螺钉和销钉固定时，要保证螺钉（或沉孔）间。螺孔与销孔件及螺孔销孔与凹模刃壁间的距离太近，否则会影响模具的受用寿命。3.3 凸凹模的设计凸凹模是复合冲裁中的一个特殊零件，其内形刃口其冲孔凹模的作用。按凹模设计，其外形刃口其落料凸模的作用，按凸模设计。内外缘之间的壁厚由冲裁件形状和尺寸觉定， 从强度考虑，壁厚受到最小壁厚的限制，对于我们采用的倒装复合模具， 若采用直壁式刃口下出件时，孔会聚积工件， 所以最小壁厚要大一些。凸凹模设计时经常采用镶拼式的结构。镶拼结构的设计原则：（1）改善加工工艺性能，减小钳工的工作量，提过模具的加工精度。（2）便于装配，调整和维修。拼块之间能通过磨削或增减垫片的方法调整其间隙或保证中心距公差。可以方便的定位，防止在冲压过程发生相对运动。（3）满足冲压工艺要求，提高冲压件质量镶拼结构的固定。形式：1平面式固定： 用螺钉和销钉把各个拼块固定到固定板或底座的平面上，这种固定方式多用于大型模具和多孔冲裁模具。2嵌入式固定：把个拼块拼合后嵌入固定板凹槽内。3压入式固定：把各拼块拼合后以过盈配合压入固定板孔内。采用镶拼结构你呢个节约优质钢材， 便于加工， 可以提高模具的制作精度和使用寿命，便于维修等优点。由上述分析可知，采用镶块式凸、凹模，有许多优点。尤其是对形状复杂， 尺寸较大的大型模具更具有使用性。所以，该冲裁件的落料凸、凹模均采用镶块式。为了避免凸模与凹模在拼接处产生毛刺，凸模与凹模的拼接线应错开 3 5 m m。在满足凸凹模结构性能的前提下， 为了减少凸模的磨削面积，可将其中部分挖成空心。凸凹模的结构形式及其固定形式如图 3-4 所示：凸凹模总长可由下列公式计算：L = h 1 + h 2 + h （3-1）式中：h 1 取 5 m m 8 m m ；h 2 卸料板厚度（m m） ;h 附加长度,一般取 1 5 - 2 0 m m ；代入数据得： L =40 m m图3-4 凸凹模3.4 凸凹模固定板的设计如图3-5所示就是凸凹模固定板的结构图3-5 凸凹模固定板3.5导向零件的选用该冲裁件的形状较为复杂，尺寸较大。若采用导板导向装置，则导板孔加工困难。为了避免热处理变形，时常不进行热处理。所以，其耐磨性差，实际上很难达到和保持稳定的导向精度。因此，生产中广泛地采用导柱导套导向。由于该冲裁件为一般的冲压加工，采用滑动导柱导套能够保障导向精度，即该模具采用滑动导柱导套形式。导套：查GB/T 2861.1-90 型号A22xH7x70x28导柱：查GB/T 2861.1-90型号22h 6x1303.6 模架的及模柄选用查GB/T 2855.5-90选用标准后侧导柱木架模柄： 选压入模柄 查JB/T 7646.1-94 选A32x653.7 模具总装图 图3-6 装配图如图3-6所示为装配图由以上设计，可得到模具的总装图。使用时条料沿着两个导料销从右向左送进，活动挡料销控制其送料步距。上模下行，进行冲裁，导柱导套对上下模座的运动起到可靠的导向。凹模接触挡料销时，挡料销被压下，上端面与板料平齐。冲裁完毕时，卡在凸凹模外的条料搭边废料由下模部分的弹性卸料装置卸下，冲孔废料由下模部分的漏料孔落下（下模积聚废料，易将凹模胀裂），冲裁下的工件卡在上模内，随上模一起回程，上行到一定位置时由刚性推件装置将工件推出。该模具的优点是：冲孔废料从下模引出，工件从上模推出，易引出工件和废料，结构简单，操作方便安全。缺点：凸凹模内积聚工件，胀力大，不易冲裁孔边距离较小的冲裁件。总 结通过对衬板零件冲孔落料复合模的设计，更深一层地了解冲裁模的设计流程，包括冲裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择，以及条料的送进和条料送进时利用活动挡料销时的步距确定。在设计过程中，在设计过程中要细心仔细，不能因为自己的小疏忽而导致整个设计的数据发生错误。在这这次冲压课程设计中我们花了很长时间，仔细认真的完成课程设计的相关要求，虽然过程很长，但是我感觉收获很多。在这次设计过程中，我们熟悉了以前学的一些专业基础知识，设计的过程让我们将所学知识融会贯通，也为我们以后做产品设计提供的宝贵的经验。在设计过程中，我们先后进行了冲压工艺性分析和生产方案的确定，排样设计，冲压力的计算，刃口尺寸的计算。我还运用到了AutoCAD、Word等一些基本的软件，加强了这方面的操作能