L型工件冲压模具设计含全套CAD图纸

1、全套设计（图纸）q 401339828说明书 设计题目： l型工件冲压模具设计 专业年级： 机械设计制造及其自动化2011级 学 号： 姓名： 指导教师、职称： 2015 年 05 月 27 日目录摘要iabstractii1 引言- 3 -1.1本设计的目的与意义- 1 -1.2冲压模具在国内外发展概况及存在问题- 1 -1.3课题应解决的主要问题、指导思想和应达到的技术要求- 2 -2产品的结构分析和构成- 2 -2.1产品设计- 3 -2.2制作图及产品基本要求- 3 -2.3冲裁件的工艺分析- 4 -2.4确定工艺方案- 4 -3.计算冲裁力、压力中心和选用压力机- 5 -3.1排样方

2、式的确定及材料利用率的计算- 6 -3.2计算冲裁力、卸料力- 7 -3.3压力机的选用- 8 -3.4确定模具压力中心- 9 -3.5冲裁模间隙与凸凹模刃口尺寸及公差的计算- 10 -4.设计需要的模具- 12 -4.1确定模具的结构- 13 -4.2橡胶的选用- 14 -4.3模柄的尺寸选用- 16 -4.4凸模的外形尺寸- 17 -4.5凸模强度校核- 18 -4.6落料凹模尺寸的计算- 18 -4.7定位零件- 19 -4.8卸料装置- 19 -4.9模具的闭合高度- 19 -结束语- 19 -参考文献- 20 -致谢- 22 -摘要本设计压模进行了冲孔、落料级进模的设计。文中简要概述

3、了冲具目前的发展状况和趋势。对产品进行了详细工艺分析和工艺方案的确定。按照冲压模具设计的一般步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、凸凹模、卸料板、挡料销。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠和冲压产品大批量生产的需要。关键词：冲孔 落料 模具 复合模 冲压 iabstractthe design of the punching and blanking multiple modulus design. this paper briefly outlined the

4、 stamping die current development status and trends. the product of a detailed analysis and the identification process. stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the sets on the main mold parts, such as : punch and die, punch plate, plate, die plate and dump pl

5、ates i. feet behind the salesand marketing is. die-standard model planes, to choose a suitable stamping equipment. so the structure is designed to ensure reliable operation of die stamping products and mass production requirements.key words : punching drawing blanking mould & die progressive die sta

6、mping ii1 引言1.1本设计的目的与意义随着制造业的快速发展，将我国由“制造业大国”转变为“制造业强国”的呼声越来越高。要实现这个大的转变，一定离不开冲压技术的改进提升。因为在发达国家，冲压产品的数量远远高于传统机床生产的产品数量，甚至可以用冲压产品在机器中所占的比例来衡量一个国家制造业的发展水平。冲压获得的产品一般无需进行切削加工，所以是一种节约能源的无（少）切削加工方法。相当多的工业部门越来越多地采用冲压加工零部件，如航空航天、机械制造、医疗、仪器仪表等行业。可以说，如果不采用冲压工艺，许多部门要提高生产率、提高质量、降低成本简直是难以实现的。冲压生产便于实现自动化，生产率高，将来

7、定会越来越受到重视！本次模具设计是以08钢为坯料的复合冲裁模。本套模具结构紧凑，制造精度一班，零件是l型工件（大孔孔径20mm,小孔孔径10mm，中孔孔径15mm）,其圆角半径17.5mm。主要制造工艺过程是落料、冲孔、切边四大工序，最终生产出需要的工件。通过本次设计，锻炼了设计冲压件的工艺过程和比较复杂的冲模的能力；锻炼了运用已学基础知识，分析和解决生产中常见的产品质量、工艺以及模具方面的问题的能力；了解了冲压成型新工艺、新模具及其发展方向。这次设计是对之前所学知识的一次综合运用和考验。相信本次设计对以后自己从事冲压工艺与模具设计有很大的帮助。1.2冲压模具在国内外发展概况及存在问题由于我国

8、的模具行业起步较晚，与国外相比，仍然有很大的差距，如产需矛盾、企业结构不合理、产品水平低下等。此外模具行业的整体装备水平也存在相对落后、利用率低下的现象。随着近年来我国模具行业的快速发展，已经取得一些突破，如模具的加工方法迅速现代化、代表冲压生产新趋势的冲压柔性制造单元（fmc）和冲压柔性制造系统（fms）在我国也已开始使用、一些国内企业已经普及二位cad、并陆续开始使用ug、pro/engineer、euclid-is等国际通用软件。当前模具结构与精度朝着两个方面发展。一方面为了实现大批量自动化生产的需要，冲模正向多工位、多用途、高效方向发展；另一方面，为了适应市场的需求跟上时代潮流，现在产

9、品更新换代越来越快，各种快速成型方法和经济模具的设计和加工制造得以快速发展。随着时代的进步，模具的设计与制造也更加现代化。我国不但能够消化、应用国外的有关软件，一些企业甚至开始自行研发模具cad/cae/cam软件。总之，为了更好的与国际接轨，我们应该着力发展以下几个方面 (1)全面推广cad/cam/cae技术 （2高速铣削加工 (3)模具扫描及数字化系统（4)提高模具标准化程度 (5)模具自动加工系统整合各种资源，最大程度是实现多目标全局综合优化。优化将从单一的成形环节向整个生产制造全过程发展 (6)重视复合化成形技术的发展存在的问题：我国冲压模具在数量，质量，技术和研发能力方面与国民经济

10、发展需求和发达国家相比仍有较大差距。一些关键核心技术仍然要靠从国外进口，同时还面临外国技术垄断的尴尬局面。1.3课题应解决的主要问题、指导思想和应达到的技术要求本次课题设计来自于实际的生产和生活，具有重要的现实意义和应用价值。综合运用所学基础知识和技能，能够熟悉模具开发、设计的思路和过程，提高搜索信息和查阅资料的能力，有利于养成独立思考的习惯，提高分析和解决问题的能力，检验一段时期来的学习效果，提高理论联系实际的能力，为进入社会大家坚实的基础。基本要求和主要内容：零件所用的材料是08钢。用到的冲压工序有落料、冲孔和切边。大批量生产；根据要求设计合适的模具，以此提高产品质量、生产率和经济效益。装

11、配图0号图纸一张以及所有非标准件的零件图。根据工艺分析选定模具种类，确定模具结构型式；确定模具的压力中心；确定模具闭合高度；凸、凹模和垫板等零件的强度计算。解决问题：选择合适的模具结构类型，解决各工序刃口的设计。2产品的结构分析和构成2.1产品设计产品外观图如下2-1所示图2-1 零件图2.2制作图及产品基本要求 该产品名为l型工件；其产品所用材料为08钢；为大批量生产；所用材料厚度为2mm 工件尺寸如下图所示:产品整体要求光滑，所以在加工过程中不产生裂痕或起皱。表面粗糙度ra12.5。标注尺寸公差去it14级精度。2.3冲裁件的工艺分析l型工件所用的材料为08刚，标准:gb/t 699-19

12、88材料特性及使用范围：08刚为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而塑性和任性极高，具有良好的深冲、拉延等加工性能、焊接性能。其力学性能：抗拉强度b (mpa)：295屈服强度s (mpa)：175伸长率 5 ()：30断面断面收缩率 ()：60硬度：未热处理131hb符合冲裁要求。由于工件相对简单，只有落料、冲孔两个工序。将其外形视为落料需要冲的孔只有如图的四个。未标注尺寸公差为默认公差it14，尺寸精度要求较低，普通冲裁即可满足要求。2.4确定工艺方案该工件的加工工程包括落料、冲孔两个基本工序，可以运用如下三种工艺方案：方案一：采用单工序模方案二：采用级进模方案三：采用复合膜单工序模的分析：单

13、工序模只有一个工位，在冲床的一次行程中，只能完成一种冲压基本工序的冲模。工件为大批量生产若用单工序模效率低下，所以不宜用单工序模。另外单工序模精度不太高，也达不到生产要求，由此来看采用级进模或复合膜。级进模的分析：是一种工位多、效率高的冲模。整个冲件的成形是在连续过程中逐步完成的。但是由于本次l型工件需要冲的孔较多，且是在几个不同的位置，所以要好控制冲裁孔与外形相对位置精度就需要严格控制送料步距，为此常用两种不同的类型：侧刃定距的弹压导板级进模和用导正销定位的级进模。从整体来看级进模需要多个工位没有复合模效率高，而且级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。复合模的分析：是在压力机的一次工作行

14、程中，在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。它不存在定位时的定位误差。优点是：生产率高，不受送料误差的影响，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度较高，冲模的轮廓尺寸较小，适合应用于大批量、高精度生产。复合模有正装和倒装两种类型，各有自己的优点和缺点。正装复合模适于冲制工件上孔与外形尺寸较小的工件，对于料厚较小的薄件能达到平整要求，尺寸精度较高。倒装复合模冲孔废料在凸凹模上有积累，需要安装自动拨料装置。值得注意的是凸凹模壁厚太薄会导致凸凹模分裂，所以可以采用正装复合模来提高凸凹模强度。经过以上分析比较工件的冲压选用正装复合模。3.计算冲裁力、压力中心和选用压力机3.1排样方式的确定及材料利用率的

15、计算 根据t=1.5mm，可以得知搭边值为a=1.8，=2.0。一个步距内的材料利用率为： 式中： a一个步距内冲件的面积 b条料宽度 s一个步距内条料的面积 一张条料的材料利用率为：式中： n一张板料上冲件总数目（mm） a冲裁件面积（mm） b条料宽度（mm） l板材长度（mm）设计冲压模具时，先要设计条料排样图，从工件形状等因素综合分析，采用直排式比较好，如图所示: 图3-1 排样图利用cad计算出其冲裁件面积为：下偏差=1.0mm条料宽度b= 54.6步距a= 32+2.0=34mm一个步距的材料利用率为87.5%。3.2计算冲裁力、卸料力由表查得=260360mpa，取=310mpa

16、由表查得：脱卸系数k1=0.05 推出系数k2=0.06冲裁总压力的确定： 冲孔周边尺寸：l=78+60+36+24+42+18=265.12冲孔的冲裁力为f冲孔=1.3l t=1.3265.123001.5=15509n式中t冲裁厚度 材料的抗剪强度落料:l1=78+60+36+24+42+18=296.52mm落料力 f落料=1.3296.523001.5=173464nf=f冲孔+f落料=15509+173464=188973n由冲压模具简明设计手册表2.10，取故=0.004515509=69790n=69kn （3-6） 冲压模具简明设计手册取=0.055 故 f推=0.055173

17、464=9540.52n总压力=f+f推=342.93kn3.3压力机的选用压力机选用的标准为:（1）压力机的行程的多少，应该能保证成行零件的取出与毛坯的放进。（2）压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还须留有安装固定的余地，但是过大的工作平面上安装小尺寸的冲模对工作台的受力是不利的。压力机工作台面的尺寸大于压力机滑块底面积, 压力机滑块底面积必须大于模具的尺寸,所以只须考虑压力机滑块底面积的大小.（3）所选的压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适用。模具的闭合高度h0是指上模在最低的工作位置时，下模座的底面到上模座的顶面的距离。压力机的闭合高度h是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端

18、面的距离。大多数压力机，其连杆长短能调节，也即压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大闭合高度hmax和最小闭合高度hmin。设计模具时，模具闭合高度h0得数值应满足下式hmax-5mmh0hmin+10mm无特殊情况h0应取上限值，即最好取在：h0hmin+1/3l，这是为了连杆调节过长，罗纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小，可以在压床台面上加垫板。表3-1 压力机的参数表:型号参数公称力/kn450标称行程/mm3.2滑块行程/mm120滑块行程次数/次.min-180最大封闭高度/mm270封闭高度调节/ mm60滑块中心线至床身距离/ mm225工作台尺寸/（前后/mm左

19、右/mm）440810工作台孔尺寸/mm150模柄孔尺寸/（直径/mm深度/mm）5060电动机功率/kw5.5即选取型号为j23- 16的开式固定台压力机。3.4确定模具压力中心冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。要使冲压模具正常地工作，必须使压力中心与模柄的中心线相重合，否则会使冲模压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均，使导向零件加速磨损，降低模具的寿命，甚至会引起压力机导轨的磨损加重，损坏压力机。压力中心的确定原则：（1） 简单形状工件的压力中心：具有中心对称的工件，其压力中心与重心重合。凡是质量分布均匀,具有中心对称形状的冲栽件,其压力中心与重心相重合。此时的压力中心均位

20、于工件轮廓图形的几何中心。 （2）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。以拍样图左下角为坐标原点建立坐标轴（横轴为x轴、竖轴为y轴） 为了使压力机和模具能够平稳、正常的工作作业，应当让模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。本工件压力中心与几何中心不重合，所以要算出其压力中心。 x0= y0= 式中 x1、x2、xn各图形冲裁力的x轴坐标； y1、y2、yn各图形冲裁力的y轴坐标； x0=150.51mm y0= =51.87mm压力中心的坐标为：（150.51，51.87）3.5冲裁模间隙与凸凹模刃口尺寸及公差的计算在复合模中，凸凹模的刃口尺寸和公差，直接关

21、系到冲裁件的尺寸精度。另外，模具的合理间隙也需要靠凸凹模尺寸和公差来保证。所以设计合理的间隙值和凸凹模刃口尺寸关系到复合模设计的成败。冲裁工件中含有圆角、毛刺、光面、毛面四个部分。经过实践发现落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸。落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。计算原则是：设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。 根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或

22、等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。用x、表示，其中为工件的公差值，x为磨损系数，其值为0.51.0，根据工件制造精度进行选取：工件精度it10以上x=1；工件精度it11it13，x=0.75;工件精度it14，x=0.5. 冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（zmin）。选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按it6it7级来选取；对于形状复杂的刃口制造偏差可按工

23、件相应部位公差的1/4来选取；对于刃口磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8来选取。工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。 凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本可以分为三类：1）a类 随模具刃口的磨损，零件尺寸逐渐增大，如图中尺寸a2）b类 随模具刃口的磨损，零件尺寸逐渐减小，如图中尺寸b3）c类 随模具刃口的磨损对零件尺寸基本无影响，如图中尺寸c分开加工时凹模与凸模的间隙纯靠加工精度保证，多用于圆形制件的加工。故采用凸模于凹模分别加工的方法加工。因为冲裁件的尺寸公差为默认公差it14级。所以我们应该将凹模的精度比制件高两级为it12

24、级。由表查得：凹模和凸模的最大间隙=0.240mm 工件公差=0.62 磨损系数x=0.5 落料： 刃口初始用间隙值查表2.5 zmin=0.246mm zmax=0.360mm查的标准公差值=0.016mm =0.025mm= (3-15)= (3-16)校核：zmax -zmin =0.114mm+=0.041，满足间隙公差条件同理，落料模尺寸；=校核：zmax -zmin =0.114mm+=0.034，满足间隙公差条件4.设计需要的模具4.1确定模具的结构模具的连接与固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等。这些模具的连接与固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等这些零件大多有国家

25、准，设计时可按国家标准选用。模具的零部件，根据在模具中的功能和特点，可以分成两类：工艺零件：这类零件直接参与完成工艺过程并和毛坯直接发生作用。结构零件：这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用。根据以上分析出的工艺方案，模具结构应采用前后送料、挡料销定距、弹性卸料装置正装式冲裁结构形式。模架应该用中间导柱的模架。鉴于工件料厚为2mm，相对较薄，卸料力也较小，可采用弹性卸料装置，复合模生产。 由于本次加工制作的工件尺寸较小，所以这次我们选用中小型的模具即可满足要求。零件名称选用材料牌号热处理硬度hrc上、下模座ht200模柄q275导柱155862导套155862凸、凹模固定板q2

26、75打料杆q235卸料板q235导尺45淬火挡料销t8a淬火5256导正销、定位销t8a淬火5256垫板t8a淬火5458螺钉45头部淬火4348销钉45淬火4348推杆45淬火4348顶杆45淬火4348推板45淬火4348顶件块45淬火4348凸模t8a淬硬5862凹模t8a淬硬6064对于凸模和凹模材料的选用主要满足以下几点：凸模和凹模材料要有一定的硬度，而且材料的耐磨性要高，进行冲裁时才能达到要求。4.2橡胶的选用橡胶在模具中多应用于弹顶机构和卸料装置中。常用橡胶的力学性能如表3-3牌号伸长率（）/%永久变形（）/%11202503511303003511403503512504003

27、0300125025表3-3(1)橡胶产生的压力p：p=fq式中 f橡胶的横截面积 q与橡胶压缩量有关的单位压力，一般情况下我们取q=22mpa橡胶高度之计算。我们在选择它，除了需要满足工艺方面的要求和模具结构方面设计要求外，橡胶能够承受的最大压缩量为其正常情况下高度的35%45%，也就是h1=(0.350.45)h （2）橡胶预压缩量h预为：h预=（0.10.15）h其工作的量程h工=h1-h预=（0.25-0.3）h （3）截面尺寸的计算如果一直p、q，则截面面积f=p/qd=根据以上分析，对于卸料装置选择用牌号为1140的橡胶较为可靠，而对于推荐装置则选用牌号为1250的橡胶较为可行。4

28、.3模柄的尺寸选用类型及应用场合：旋入式：图10a）所示，通过螺纹与上模座连接，为防止松动，常用防转螺钉紧固。这种模柄装拆方便，但模柄轴线与上模座的垂直度较差，多用于有导柱的小型冲模。压入式：图10b）所示，它与模座孔采用过渡配合h7/m6，并加销钉防转这种模柄可较好保证轴线与上模座的垂直度。适用于各种中、小型冲模，生产中最常用。凸缘式：图10c）所示，用3 4个螺钉固定在上模座的窝孔内，模柄的凸缘与上模座的窝孔采用h7/n6过渡配合。多用于较大型的模具。槽型模柄和通用模柄：图10d）、e）所示，均用于直接固定凸模，也称为带模座的模柄，它更换凸模方便，主要用于简单模。模柄的选用：首先应根据模具

29、的大小及零件精度等方面的要求，确定模柄的类型，然 后根据所选压力机的模柄孔尺寸确定模柄的规格。选择模柄时模柄安装直径d和长度l，应与滑块模柄孔尺寸相适应。模柄直径取与模柄孔相等，采用间隙配合h7/n6，模柄长度不得大于压力机滑块里模柄孔的深度一般小5mm10mm。根据选择的压力机型号尺寸，模柄选择压入式模柄5055总长50mm长54mm长52mm长64mm长105 mm55 mm37 mm3 mm10 mm其他连接零件的选取 垫板厚度取：12mm 材料：45钢 凸模固定板厚度取：24mm 材料：45钢卸料板厚度取：20mm 材料：ht2004.4凸模的外形尺寸对采用弹性卸料板的冲裁模，其凸模的

30、长度应根据模具的具体结构确定。这里需要考虑凸模固定板厚度，卸料板厚度，导板厚度，凸模进入凹模深度，以及由凸模修模量和在模具闭合状态下固定板与卸料板间的安全距离等因素需要增加的长度h取19mm（一般h取1520mm）其中初定：凸模固定板卸料板厚导尺厚度24mm20mm3mm则l2420319=66mm总长9mm圆柱长13圆柱长15mm圆柱长刃口偏差(mm)66mm42mm20mm4mm上0 下0.024.5凸模强度校核在一般情况下，凸模的刚度和强度是足够的，不必进行强度校核。但是对于特别细长的凸模或凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较厚时，则必须进行承压能力和抗纵弯曲能力的校核。其目的是检查其凸

31、模的危险断面尺寸和自由长度是否满足要求，以防止凸模纵向失稳和折断。1） 凸模压应力校核对圆形有导向凸模承压强度校核公式： (4-2) 式中 -冲压材料的抗剪强度（mpa） -凸模材料的许用压应力（mpa）材料为cr12mov，许用压应力为1.2103mpa，抗剪强度为1 n/mm2 d=4mm因此凸模承压能力满足要求。4.6落料凹模尺寸的计算 凹模高度 h=kb (mm) 凹模壁厚 c=(1.52)h (3040mm) 对于多孔凸模，刃与刃之间的距离，应满足强度要求，可按复合模的凸凹模最小壁厚进行设计。查冲压工艺与模具设计表2.27复合模的凸凹模最小壁厚：当t=2时，凹模的最小壁厚为4.9mm

32、. 式中b-冲压件最大外形尺寸 k-系数凹模高度h取30mm 凸凹模的材料选用：根据冲裁零件加工强度，变形抗力大，模具承受载荷增加，刃口部位磨损加快，且生产批量为大批量，则考虑选用合金含量高，耐磨性好的材料。凸模为cr12mov，凹模为t10a。cr12mov钢有高淬透性，可用来制造断面较大，形状复杂，经受较大冲击负载的各种模具，热处理硬度为hrc6163。4.7定位零件为了保证模具正常工作和冲出合格冲裁件，必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置，即必须定位。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与送料方向垂直的方向上限位，保证条料沿正确的方向送进，称为条料横向定位或

33、送进导向；二是在送料方向上的限位，控制条料一次送进的距离（步距），称为条料纵向定位或送料定距。对于块料或工序件的定位，基本上也是在两个方向上的限位。1)条料横向定位装置：采用导料板进行导料，经行横向定位。2)条料纵向定位装置：第一工位采用定位孔保证定位。4.8卸料装置卸料板载级进模中是一个非常重要的零件，不仅卸料，还起导正凸模，平压材料的作用。卸料可分为刚性和弹性卸料装置两种形式，依模具结构来选择。本次设计中为级进模，易采用弹性卸料装置。弹性卸料装置卸料力较小，所得质量较好，平直度较高采用外螺纹式卸料螺钉。4.9模具的闭合高度模具的闭合高度h模 是指模具在最低工作位置时，上、下模之间的距离。为使模具正常工作，模具闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应。2应介于冲床最大和最小闭合高度之间: h最大-5h模h最小+10 h模 =50+12+24+20+19+3+30+60=217mm结束语毕业设计即将结束，在徐洪烟老师的指导和同学的帮助下，我理解了模具设计的总体思路，提高了我查阅文献的能力、计算与分析能力、c