方形冲压模具设计(共17页)

1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学 院 机电工程学院 专 业： 飞行器制造工程 姓 名： 齐 瑞 萍 学 号： 0801034102 课程设计题目： 典型冲压件冲压模具设 指 导 教 师： 张 春 元 完成设计日期：2012年01月07日目 录1、 冲材件工艺性分析-41.1冲压件材料1.2工件结构形状1.3尺寸精度2、 冲压工艺方案的确定-53、 工艺计算-53.1计算冲压力3.2初选压力机3.3排样设计及材料的利用率分析 3.4模具压力中心的确定4、 模具结构形式的确定-94.1模具类型的选择4.2操作与定位方式4.3卸料、出件方式4.4确定送料方式4.5确定导向方式5、 模具总体设计-

2、105.1模具类型的选择5.2操作与定位方式5.3卸料、出件方式5.4确定送料方式5.5确定导向方式6、 模具刃口尺寸计算-137、 模具主要零部件的设计与选用-157.1落料凹模7.2凹模具体设计7.3冲孔凸模设计7.4凸凹模的设计7.5卸料部件的设计7.6模架及其他零部件的选用8、校核模具闭合高度及压力机有关参数-178.1校核模具闭合高度8.2冲压设备的选定参考文献 -181、冲裁件工艺性分析工件名称：典型冲压件工件简图：如图1-1所示生产批量：年产量10万件，为中批生产材料：Q235材料厚度：2mm图 1-11.1冲压件材料查冲压手册知：零件的材料Q235为普通碳素结构钢，强度一般，具

3、有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件，可以冲裁。1.2工件结构形状该零件属于较典型冲裁件，形状简单对称，内外形无尖角，孔与边缘之间的距离远大于凸凹模允许的最小壁厚，故可以考虑复合冲压工序。4个M6的螺纹孔螺纹在冲裁完成后攻丝完成。产纲领为十万件，属中批生产，应重视模具材料的选择和结构的选择，保证一定的模具寿命。1.3尺寸精度查相关手册，零件外形：75±0.1属于9级精度；零件内形：螺纹间距75±0.2属于12级精度；零件图上未注公差为IT13级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求，模具按七、八级精度制造可达到尺寸精度要求。1.4结论：

4、该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。2、冲裁工艺方案的确定该零件所需的冲压工序为落料和冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料；采用单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压；复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压；级进模生产。结合所学飞机钣金成形冲压模具设计知识分析知：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案三只需一套模具，生产效率高，但零件的冲压精度不宜保证，且模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且零件孔边距大于凸凹模许用最小

5、壁厚，模具强度也能满足要求。尽管模具结构较方案一三复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产以采用方案二为佳。3、工艺计算1、计算冲压力该模具采用倒装式的复合冲裁模，拟选弹性卸料，刚性出件，冲压力为冲裁力、卸料力、以及推荐力的总和，计算如下：1)、冲裁力的计算查书，用平刃冲裁时，其冲裁力P一般按下式计算：P=KLtb式中P冲裁力； L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料抗剪强度； K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取K=1.3。a.计算落料轮廓周长L L

6、= 4b (公式5-4）式中 b落料件边长； L=4x75=300(mm)查表取b =300Mpa所以P1=1.3Ltb=1.3×300×2×300=234(KN)； b. 计算冲孔力 P2=1.3×4×3.14×5×2×300=48.984（KN） 所以冲裁力P=P1+P2=234+48.984=282.984。2）、卸料力、推料力的计算查P93选择锥形孔口凹模，由表315得：KT =0.055，KX=0.040.05取0.05。卸料力PX PX=KXP （公式5-5）推料力PT PT =nKTP （公式5-6）

7、n梗塞在凹模内的制件或废料数量；选取锥形孔口凹模，所以n=1。所以：PX=KXP=0.05×283=14.15(KN) （KX、KT为卸料力、推件力系数，其值查表5-3可得）PT=nKTP =1×0.055×283=15.56(KN)所以总冲压力PZ=P+PX+PT=282.984+14.15+15.56=312.69 (KN)2、初选压力机 根据总冲压力的计算，初选压力机J23-403、排样设计及材料的利用率分析 1）、排样方式的选择方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方

8、案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。故排样方式为有废料直排。2）、计算条料宽度搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。根据零件形状，文

9、献一表3-17，搭边值2.03.0mm，取工件之间搭边值a=2.0mm, 工件与侧边之间搭边值a1=2.5mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值B=【Dmax2（a+）+b0】-0 （公式5-1）式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 冲裁件之间的搭边值； 板料剪裁下的偏差（其值查表5-2）；查表3-18，b0=0.2mm，=0.6mm带入数据得到条料宽B=81.4mm3)、确定步距送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定

10、的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。送料步距S 75+277(mm)排样图如图5-2所示。图5-2 排样4）、由文献二表4-1，板料规格选用750mmx3000mmx2mm 5)、条料长度L=3000mm6）、每张板料可裁剪的条料数750/80=9条7）、每条条料可冲裁的零件数3000/80=378)、每快板料可冲裁的零件数37x9=333个9）、一条条料的材料利用率37x75x75/3000x80=86.710）、一块板料的材料利用率333x75x75/750x3000=83.25冲裁件的实际面积与所用板

11、料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率n/BS×100% (公式5-2)式中A一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距；=75x7577×80×100%=91.31%4、模具压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。该零件为中心对称图形，其几何中心即为压力中心。4、 模具结构形式的确定正装式复合模和倒

12、装式结构比较：正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。根据零件分析，制件的精度要求较低，孔边距较大，为提高经济效益和简化模具结构，适宜 采用倒装复合模生产。根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产较为合适。5、 模具总体设计5.1模具类型的选择经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序

13、集中的工艺方案，弹性卸料装置，自然漏料的倒装复合结构方式。5.2操作与定位方式5.2.1操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。5.2.2定位方式因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距，采用固定式导料销 5.3卸料、出件方式5.3.1卸料方式弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料

14、模、冲孔模。工件平直度较高，料厚为2mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。 5.3.2出件方式因采用倒装复合模生产，故采用下出件为佳。5.4确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送料。5.5确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧

15、，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。单只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用后侧导柱的导向方式，即方案一最佳。6、 模具刃口尺寸计算6.4工作零件刃口尺寸计算6.4.1落料凹、凸模刃口尺寸计算该制件外形为一正方形，相对简单，适合采用分别加工制作。分别加工发的特点是需较核是否满足dpZmaxZmi

16、n的条件，初选偏差/4，校核若不满足，则调整取p0.4（Zmax-Zmin），d0.6（Zmax-Zmin）查表3-3，Zmax=0.360mm Zmin=0.246mm落料凹模刃口磨损后，刃口尺寸只有一种变化，全部变大。其刃口尺寸一般按式5-7计算。Dd=（Dmax-x）0+d （式5-7）落料凸模刃口磨损后，刃口尺寸只有一种变化，全部变小。其刃口尺寸一般按式5-8计算。Dp=（Dmax-x-Zmin）0-p（式5-8）式中 Dmax垂直于送料方向的凹模刃口间的最大距离； x 凸凹模磨损系数； 刃口制造公差；1） 凸凹模刃口尺寸计算基本尺寸75-0.1+0.1，R2按IT13级将其转化为R2

17、0 -0.22。由文献一查表3-14得x1=1，圆角R2：x2=0.5p0.05 ； d0.05；p20.055；d0.055 ；校核：1-pd=0.1mm（ZmaxZmin）=0.114；2-pd=0.11mm（ZmaxZmin）=0.114；均满足pdZmaxZmin的条件。1- 75-0.1+0.1Dd=（75.10.2×1）0d=74.90+0.05(mm)D p =（75.10.2×1-0.246）p0 =74.78-0.050(mm)将Dd、D p转化为整数尺寸：Dd1=74.90-0.050 Dp1=74.780-0.052-R20-0.22Dd=（20.5&

18、#215;0.22）0d=1.890+0.055(mm)D p =（20.5×0.220.246）p0=1.644-0.0550(mm)所以Dd2、D p2 分别为：Dd2=1.89+0.0550 D p=1.6440-0.0552） 冲孔凸凹模刃口尺寸计算制件精度不高，为IT13级，孔径的基本尺寸为5+0.30 偏差有文献二表4-17查得，确定刃口间隙时主要考虑模具寿命，故应该取较大间隙。分别制造，取p =d =/4=0.075校核：1-pd=0.15mm>（ZmaxZmin）=0.114；调整p0.4（Zmax-Zmin）=0.0456 d0.6（Zmax-Zmin）=0.

19、0684 所以取p=0.04，d=0.06查文献一表3-14取x=0.5冲孔凸模刃口尺寸 dP=（dmin+x）-p0 则dP =(5+0.5x0.3) -0.0405.15-0.040冲孔凹模刃口尺寸 dd=（dmin+xZmin）d则dd（5+0.5x0.3+0.246）=5.39600.06所以：dP5.15-0.040 dd5.39600.067、模具主要零部件的设计与选用7.1落料凹模1）初定凹模外形尺寸落料凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其外形尺寸按相关公式计算：凹模厚度H=Kb=0.28×

20、;75=21(mm)，其中K由文献二表3-21取得取凹模厚度H=20凹模壁厚 c=(1.52)H=(3040)mm取凹模壁厚c=40凹模宽度B=b2c=7540×2=155(mm)取凹模宽度B=160mm凹模长度L=b2c2=752×40=155(mm)取凹模长度L=160mm凹模整体轮廓尺寸L×B×H=160mm×160mm×20mm2）选择典型组合查文献二表5-4，选择典型组合凹模：200×160×32mm凸凹模长度：56mm配合模架闭合高度：H=190225垫板：200×160×8mm固定

21、板：200×160×18mm卸料板：200×160×14mm螺钉：M12×70圆柱销：12×707.2凹模具体设计1）型孔位置。从排样图上被冲切的位置获得；2）型孔尺寸。由刃口尺寸计算获得；3）刃口形式。采用锥形。4）销孔。各螺孔、销孔的大小、数量、位置均可以从典型标准组合中查得；5）材料及技术要求。材料选用45钢，热处理6064HRC，表面粗糙度如下图所示；6）凹模零件图。由设计结果绘成凹模零件图，如下图。 7.3冲孔凸模设计1）凸模校核。凸模截面尺寸较大，可不进行强度、刚度校核；2）凸模的结构形式。圆形界面的凸模采用阶梯式，查标准

22、GB2873.2，采用固定板压入式固定；3）凸模工作部分尺寸。由刃口尺寸计算获得；4）凸模长度的计算。查标准GB2873.2，得凸模固定板=20mm，空心垫板=16mm，凸模厚度计算得=25mm，则L=+=20+25+16=61mm。5）材料及技术要求。材料选用T10A，热处理硬度5862HRC；6）凸模零件图。由设计结果绘成凸模零件图，如下图。7.4凸凹模的设计1）凸凹模的壁厚。凸凹模壁厚最小值（75-40）/2=17.5mm,满足倒装式复合模的最小壁厚要求；2）凸凹模的结构形式。采用直通式，形状从排样图上被冲切的位置获得。固定方法：采用螺钉、固定板固定法；3）凸凹模工作部分尺寸。由刃口尺寸

23、计算获得；4）凸凹模长度的计算。参考标准典型组合GB2873.2得固定板配合段=20mm，卸料板=14mm，弹性体元件安装高度t=20mm，卸料板高出凸凹模1mm,得凸凹模长度：L=+t1=53mm5）材料及技术要求。材料选用Cr12,热处理硬度5862HRC，各表面粗糙度如下；6）凸凹模零件图。由设计结果绘成凸凹模零件图，如下图。7.5卸料部件的设计1）卸料板的设计卸料板采用45钢制造，淬火硬度4045HRC，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度为15mm。2）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M12×55mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。卸料螺钉拧紧后，应使卸料螺板超出凹模端面1mm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。7.6模架及其他零部件的选用以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。选一大一小两组导套、导柱。导柱 d/mm×L/