计算机机箱插口封条冲压模具设计

1、第一部分 计算机机箱插口封条冲压模具设计第一章 零件的形状尺寸及要求零件的形状如图1-1。此零件为计算机机箱插口的封条，当不用此插口时，将其装在上面用来防止灰尘等进入机箱内，当需要用此插口时，即将封条取下来。零件材料为08F，年产量800万件。图1-1零件形状尺寸图第二章 零件材料性能分析08F钢板较软，查表的其性能如下：（见表1-1）表1-1 08F钢性能抗剪强度（/Mpa）抗拉强度（0/ MPa ）伸长率（%）屈服点（MPa）22031028039032 180第三章 有关模具结构形式的选择由于零件是大批量生产，故可考虑用级进模或复合模。我们先来分析零件的工艺性。零件的整个成形过程包括冲孔

2、、落料与弯曲三个过程，其中，弯曲部分必须先冲出小孔才能弯曲，因此，若采用复合模，弯曲时，冲孔凸模留在孔内，阻止了弯曲的进行，故我们考虑采用级进模。另外，零件只是密封机箱的一部分，但密封的要求不高，故对零件的精度要求不高，因此，我们在设计模具时，对其精度的要求也可适当的放松，尽量满足其大批量生产的要求，并从经济性要求来考虑，尽量减少材料损失。第四章 几种方案的比较根据零件的形状，我们初步拟订以下几种方案：方案一：冲孔落料弯曲 方案二：弯曲冲孔落料方案三：冲孔弯曲落料方案一首先冲出两个大孔和小孔，然后将外形落料，最后进行弯曲，这种方案看起来很好，但我们考虑模具采用的是级进模，落料后，工件从条料上掉

3、了下来，我们再进行第三步弯曲时，必须用手拿工件放在弯曲模部分，且还要重新进行定位，因此不利于大批量生产。方案二克服了方案一的问题，即工件在落料之前，完成了冲孔与弯曲两个过程，但又产生了一个新的问题。由于压力机是上下作垂直运动，因此，冲孔等工序都应该是在水平面内完成，但弯曲部分还有一小孔，若与弯曲同时进行，则必将阻止弯曲的进行，若放到第二道工序，则冲小孔必须在垂直平面内完成，故无法设计模具。方案三先进行冲孔，跟方案一相同，要克服方案一的问题，我们将弯曲与落料工序调换过来，先进行弯曲，最后才进行落料。在第一个工位，我们将中间两个大孔及弯曲部分的一个小孔冲裁出来，在第二个工位，我们利用前一个工位冲出

4、的两个大孔作为定位孔，对要弯曲的部分进行剪切并弯曲，这两个过程同时进行，在第三个工位，我们将整个工件的外形落料出来，整个过程连为一整体，是一个连续生产的过程。综合以上比较，我们知道方案三的生产率高，克服了其它几中方案的缺点，适合于大批量生产，故我们采用方案三。第五章 有关工艺的计算 1.毛坯尺寸的计算（1） 弯曲件毛坯长度的计算（如图1-2）：图1-2 弯曲件毛坯长度由于弯曲半径 r =1 > 0.5 t，故毛坯的长度应等于零件直线段长度和弯曲部分应变中性层长度之和，即：L=由于零件的弯曲角为，故毛坯的展开长度为： L=查表得：xo= 0.45 L = 8.2 +(1 + 0.45

5、15;0.8) + 118.2 = 2.14 + 126.4= 128.54(2) 搭边值的确定： 为补偿定位误差，维持条料一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，工件与边缘、工件与工件之间应有一定的搭边值，但由于工件的精度要求不高，且材料比较软，从经济性角度考虑，我们优先考虑提高材料的利用率，故工件与工件之间将不增加搭边值，以免增加模具的制造费用及浪费材料。查表得：工件与边缘之间的搭边值为a1=1.8， 故条料宽度为： 式中：B条料标称宽度() D工件垂直于送料方向的最大尺寸() a1侧搭边() 条料宽度的公差()查表得：=0.6 我们将其定为132.5。 (3) 条料长度的确定：工件的宽度为

6、19，故在充分考虑冲裁操作方便性的情况下，我们将条料的长度定为575。故对条料的下料尺寸为575×132.5。2计算排样排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作，排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。由于工件外形规则，且所要求的精度要求不高，故从经济性角度考虑，我们选择少废料排样方式，具体排样方式如图1-3。 3计算材料的利用率条料的毛坯尺寸为575×132.5，故一张条料可冲出30个工件。一个进距内材料的利用率为：= = = 85.4一张条料上总的利用率为：s= = 84.7图1-3 排样图 4冲裁力、卸料力

7、、推件力、弯曲力计算及初选压力机(1) 零件外形落料力：F1 = KLt = 1.3×0.8×250×275= 71500N(2) 冲孔力：F2 = 2KL1t+KL2t = 2×1.3×0.8×250××12 + 1.3×0.8×250×()= 19603.5N + 6960.7N= 26564N(3) 弯曲力计算：由于弯曲时，有一条边同时要被剪开我们先算这个剪切力F3 = KLt = 1.3×8.5×0.8×250 = 2210N最大自由弯曲力(N)为

8、 式中：c 与弯曲形式有关的系数。由于是V形件，查表得c=0.6。K 安装系数，一般取1.3。B弯曲宽度,mmt 料厚,mmr 弯曲半径，r =10材料的强度极限，0=300MPa =1216N(4) 压料力的计算：压料力F压值可近似取弯曲力的30%80%。 (5) 校正弯曲力的计算：为了提高弯曲件的精度，减小回弹，在板材自由弯曲的终了阶段，凸模继续下行，将弯曲件压靠在凹模上，其实质是对弯曲件的圆角和直边进行精压，此为校正弯曲。此时，弯曲件受到凸凹模挤压，弯曲力急剧增大。 =80×19×1.8 =2736N P 单位面积上的校正力,Mpa A 校正面垂直投影面积,mm2(6

9、)卸料力、推料力的计算：查表得：= 0.04, = 0.055；由于弯曲模的影响，在凹模内不能有一个工件，但冲孔有2.5个废料，两个孔，我们算5个。卸料力 FQ1= F1 = 0.04×71500 = 2860N推料力 FQ2 = nF2 = 5×0.055×26564 = 7305.1N故总力 = F1 + F2 + FQ1 + FQ2 + + F3 = 71500 + 26564 + 2860 + 7305.1 + 1216 + 608 + 2210 + 2736 = 114999.1N 115kN初选压力机160kN，其各项技术参数如下：（见表1-2）表1-

10、2压力机技术参数公称压力 (kN)160发生公称压力时滑块下滑的极点距离 ()5滑块的行程固定行程 ()70调节行程 ()870最大闭合高度 ()220闭合高度调节量 ()60工作台尺寸 ()左右：450 前后：300工作台孔尺寸 ()左右：220 前后：110 直径：160模柄尺寸 (直径×深宽)30×50工作台板厚度 ()605冲裁模间隙及凹模、凸模刃口尺寸计算查表得：Zmin= 0.04，Zmax= 0.07凸模偏差p= 0.02，凹模偏差d= 0.02 p+d= 0.04 ZmaxZmin= 0.07-0.04 = 0.03 <p+d故凸凹模采取配作加工的方法

11、，查表得x=0.5。(1) 冲大孔凸模： 工作尺寸为，则凸模磨损后，刃口尺寸变小，则用公式 其它各部分尺寸如图1-4。(2) 冲小孔凸模尺寸：同样，凸模磨损后，刃口尺寸变小 图1-4冲大孔凸模 其它各部分尺寸如图1-5。图1-5冲小孔凸模(3) 落料凹模尺寸：整个工件的尺寸偏差为负偏差0.2，如图1-6。如图中，凹模磨损之后，尺寸A1，A2，A3尺寸变大查表得：x1 = 0.75，x2 = 0.75，x3 = 0.75由公式 得： () () ()图1-6零件尺寸及公差如图中,凹模磨损之后,尺寸B1尺寸减小，x1=0.75。 由公式 ()凹模磨损后，尺寸C1，C2，C3尺寸减小，x1=x2=x

12、3=0.75根据公式 () () ()故凹模尺寸见图1-7。 冲孔凹模与落料凸模的刃口尺寸按相应部分尺寸配制，保证双面间隙值Zmin Zmax = 0.040.07。图1-7凹模尺寸及公差(4) 弯曲凹模的刃口尺寸计算：弯曲部分在弯曲的同时也进行了切边，其刃口部分如图1-8。一般，弯曲凸模的半径应等于弯曲件内侧弯曲半径，但在这个模具中，由于只弯一个单弯角，故应等于工件半径。故 =1，则应为(36)t,我们选择=2.5, 弯曲凸模其它部分尺寸见图1-9。(5) 弯曲模间隙的确定：间隙过大，则制件精度低；间隙过小，则弯曲力过大，制约直边变薄，且模具寿命降低，合理的V形件弯曲凸凹模单边间隙值可按下式

13、计算： c = t + kt式中：c 弯曲凸凹模单边间隙,mmt 材料厚度,mm材料厚度正偏差k 根据弯曲件高度h和弯曲线长度b而决定的系数查表得：k= 0.05， 料厚0.8，无偏差=0故 c = 0.8 + 0 + 0.05×0.8 = (0.8 + 0.04) = 0.84 图1-8弯曲凸模刃口 图1-9弯曲凸模6 卸料弹簧的选择根据卸料力2860N，压料力608N，由于两者不是同时要求，我们满足了卸料力，就满足了压料力，故我们根据卸料力来选择弹簧。我们采用8 个弹簧，故每个弹簧承受的力为357.5N。冲裁时，卸料板的工作行程为h2=(t +2)=2.8，考虑凸模的修模量h3=

14、5，弹簧的预压量为h1，故弹簧的总压缩量为： = h1 + 7.8考虑卸料的可靠性，取弹簧的预压缩量h1时，就应有357.5N的压力，初选弹簧钢丝直径d=4，弹簧中径为22，工作极限负荷为670N，自由高度60，工作极限负荷下变形量20.9。该弹簧在预压h1时，卸料力达357.5N，即 < hj , 能满足要求。弹簧的装配高度为根据凸模、凹模及弹簧、螺钉的布置，取卸料板的平面尺寸为200×125，厚度为20。7选择上下模板及模柄：采用GB2855.681后侧带导柱形式模板，根据最大轮廓尺寸200×125，我们选择标准模板，L×B为200×125，上

15、模板厚40，下模板厚50。选择30×50旋入式模柄8 挡料销、始用挡料销的选择一块新条料在刚开始时，必须很好的定位，在这里，我们选用两个弹性挡料销和一个始用挡料销，两个弹性挡料销的规格为6×10（长度）如图1-10，另外，还要用一个始用挡料销宽度为8。9 垫板、凸模固定板的设计由于凸模比较多，上模板上因模柄为旋入式模柄，必须开孔，故采用垫板加固，垫板厚度为10。平面尺寸与卸料板相同，为200×125，下模板由于要进行弯曲，同时安装弹性挡料销的需要，也要采用垫板加厚，厚度为11，其平面尺寸也为200×125。冲孔凸模、弯曲凸模和落料凸模均采用固定板固定,固

16、定板厚度取为25，其平面尺寸为200×125。图1-10 挡料销10闭合高度模具闭合高度应为上模板、下模板、上垫板、压料板、下垫板之和，再加上压料板与凸模固定板之间的距离7，故 H0 =(40 + 10 + 25 + 7 + 20 + 15 + 18 + 50) = 185所选压力机闭合高度=220,=(22060)=160，满足 5 H0 + 10 的要求。11导柱、导套：按GB2861.281查手册得，选d=25，其中导柱长度有110180，模具的闭合高度H0=185，故选择导柱的长度L=170。查表找相应的导套，其中长度有80，85，90，95，可选较长的80。12卸料螺钉按G

17、B2867.681，选d=16的带肩卸料螺钉，螺柱长L=58。卸料螺钉窝深应满足 h 卸料板行程 + 螺钉头高度 + 修磨量(5) + 安全间隙(26) = 8 + 16 + 5 + (26) = 3135对螺钉进行验算，见图1-11。H = (上模板厚 + 上垫板厚 + 凸模固定板厚 + 15 螺钉杆长) = (40 + 10 + 25 + 15) 58 = 32故所选螺钉长度满足要求，定卸料螺钉窝深为32。图1-11卸料螺钉13模具压力中心的计算在进行模具总体设计时，应使模具压力中心与压力机滑块中心相重合，否则，冲压时会产生偏心载荷，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具和

18、压力机的使用寿命，而且也影响冲压件的质量。下面，我们采用平行力系合力作用线的求解方法来找其压力中心。 我们先单独求各孔的重心。小孔 如图1-12 则重心坐标为( x01,y01) 式中：l1 = l3 = 3， l2 = 3.5， l4 =5.5 x1 = 0， x2 = 1.75， x3 = 3.5， 图1-12x4 = 1.75 y1 =1.5， y2=0， y3 =1.5我们先来求l4的重心的y轴坐标。l4的方程为： (x 1.75)2 + (y 3)2 = 1.752 (为常量) = 积分得： = 4.114 y4= 4.114将各数据代入式中得： =1.75 2.1两个大孔的重心坐标

19、即为其圆心，重心坐标为(x02,y02)切边(如图1-13)：设其重心坐标为(x03,y03)我们同样将其分为l1，l2，l3，l4四段。 图1-13x1= 3.25， x3=8.5y1= 19， y3=9.5l1= 6.5， l2 = l4 = 3.14， l3=15 我们同样用积分的方法来求x2，y2，x4，y4l2的方程为： (x6.5)2+(y17)2 = 22 (为常量)代入积分得： x2=7.77同理可求得： y2=18.27l4的方程为： (x6.5)2+(y2)2 = 22同理，我们利用重心坐标公式： ， 即可积分出：x4=y4=将各数据代入得： =7.1 =11.7弯曲部分（

20、如图1-14）其重心坐标为： =0.185y04 = 9.5 图1-14落料部分（如图1-15）图1-15设重心坐标为(x05,y05)求各数据得：l1=7 l2=l13=3.14 l3=l12=5l4=l11=5.7 l5=l10=102 l6=l9=2.8l7=l8=5x1=0 x2=x13=0.73 x3=x12=4.5 x4=x11=9 x5=x10=62 x6=x9=114 x7=x8=117.5 y1=11.5 y2=16.27 y3=17y4=19 y5=21 y6=20y7=19 y8=0 y9=1y10=2 y11=4 y12=6y13=6.73将各数据代入公式中得： = 5

21、7.5 =11.4压力中心的确定根据前面所算得的数据，我们来求冲压时的压力中心，先建立坐标系如图1-16，然后计算各孔的轮廓线周长l1 ，l2，ln ，其长度也就代表了各凸模的冲孔力，同时确定各重心的坐标。设压力中心的坐标为(x0，y0)，则其公式为： 式中：l1=254.3, l2=l3=37.7, l4=9, l5=27.8, l1=19 x1=57.5, x2=45, x3=75, x4=123.5, x5=127.1, x6=120.185 y1=49.4, y2=y3=11.5, y4=2.1, y5=11.7, y6=28.5,图1-16 压力中心的求算 将各数据代入，得： = 6

22、7.6 = 37.1 故压力中心的坐标为(67.6，37.1)，模柄中心线通过该点。14凸凹模强度的校核(1) 凹模外形尺寸的确定及校核，如图1-17：凹模厚度可查表,根据料厚及外形尺寸，我们查得： c = 32，H = 22这可保证凹模有足够的强度和刚度，故一般凹模尺寸确定后，不再作强度校核。我们还可求得一个最小值。图1-17 凹模厚度 (圆形)= 1.78 < 5故刃口尺寸也能满足其要求。对非圆形件： < 10故都能满足要求。(2) 凸模外形尺寸及强度计算：凸模长度选定后，一般不作强度校核，但对细长或冲料厚的凸模，为防止纵向失稳和折断，应进行凸模承压能力和抗弯能力的校核，我只对

23、冲大孔和小孔的两个凸模进行校核。承压能力的校核圆形凸模：冲裁时凸模缩手的应力，有平均应力和刃口的接触应力k两种，孔径大于冲裁件料厚时，接触应力k大于平均压应力，因而强度核算的条件是接触应力k小于或等于凸模材料的许用应力，查表得 = 1200MPa。即 k = 2(10.5 t / d) = 2×250(10.5×0.8/12) = 483.3Mpa < 式中： t 冲件材料厚度 ()d凸模或冲孔直径 () 冲件材料抗剪强度 (Mpa) k凸模刃口接触应力 (Mpa) 凸模材料许用压应力对于非圆形凸模，当凸模端面宽度B大于冲件材料厚度t时，可按下式计算（如图1-18）：

24、k = L· t ·/Fk L 冲件轮廓长度 () t 冲件材料厚度 ()冲件材料抗剪强度 (Mpa) Fk 接触面积，取接触宽度为t / 2 k凸模刃口接触应力 凸模材料许用压应力 Mpa = 500 Mpa < 故承压能力能满足要求。抗弯强度校核由于压料板同时还起了一个导向作用（如图1-19），故校核公式为：图1-19凸模对于圆形凸模： = 123.6 我们取的L为29 < 123.6，故满足要求。对于非圆形凸模： =95式中： Lmax许用凸模的最大自由长度 () d 凸模的最小直径 p冲裁力 J 凸模最小横断面的轴惯矩我们取的L为29 < 95，故

25、也满足要求第六章 绘制模具结构总图及零件图（见各图纸） 第二部分 方形、圆形和环形热压模具设计第七章 模具材料（三高石墨）的性能石墨又称黑铅、铅粉，是一种结晶形碳。结晶较好的石墨是磷片状、板状，结晶不好的石墨呈土状或块状。石墨性柔软而滑腻，外观黑色或银灰色，具有金属光泽，相对密度2.12.3,莫氏硬度为12级，熔点3850±50。石墨晶体属六方晶系，有特殊的层状结构，由于晶体层面间结合力较弱，以致各向异性、异向比大。石墨的特点是：耐高温，有很强的耐急冷耐急热性；导电性和导热性良好，有自润滑性，可塑性也好，易于加工成型；对酸碱和其它侵蚀性介质有很强的抵抗力，是重要的化工防腐材料。我们在

26、这里用的是高纯石墨，它是采用纯炭素材料与粘结剂经混合、压制、焙烧、浸渍和2500以上的高温石墨化而成。其技术性能指标如下：三高石墨主要性能指标（见表2-1）：表2-1三高石墨主要性能指标型号规格密度抗压强度电阻率气孔率灰份泊松比SMF-650650×200×135>1.80（g /3)>68Mpa(一般取500/2)15×10-4/17%100ppm0.22 第八章 粉末材料(MoSi2粉)性能指标（见表2-2）表2-2 MoSi2粉性能指标密 度(g/3)热膨胀系数(K-1)电阻率(u·)熔 点()抗氧化温度() 热导率(w/mK)6.23

27、8.1×10-615302030160025第九章 方形零件热压模具设计1.零件尺寸要求（如图2-1）图2-1零件尺寸图零件为一长方体制品，其用途为作为实验研究对象，研究其性能。零件的成形过程为，先将MoSi2粉末装入模具内，将模具放入真空热压炉中，加热至高温，同时施加一定的压力，使其成形。2.零件工艺性分析及压力机性能参数由于零件只是作实验用，故我们不必考虑批量生产，应尽量减少不必要的浪费，模具力求简单，易于操作。而且，我们必须考虑的是现有的生产条件，我们所能利用的设备是ZTY-50-20型真空热压炉，其性能指标见表2-3。由于零件是长方体，故零件在成形过程中给模壁的压力是不相等的

28、，对于这副模具，我们必须充分考虑的是其强度的要求，保证模具的寿命。另外，为提高生产效率，我们应考虑采用一模多腔，尽量一次多成形几个制品来。表2-3 ZTY-50-20型真空热压炉主要参数型号最大压力(t)工作温度（）压头直径()工作室尺寸()液压行程()ZTY-50-20201800100180×1601003.模具结构形式的确定前面已经提到，此零件只是作为实验研究对象，不要求批量生产，且现有的条件也限制了模具的结构形式。因此，我们考虑模具由4-5部分组成，包括上模冲、下模冲、阴模、垫板、芯棒等，不要模架脱模机构等部分，操作主要有手工来完成。由于零件比较薄，我们考虑一次成形两个，模具

29、具体结构形式见图2-2。4.压制过程中力的计算(1) 压制压力总压制力F总与压坯的关系为：F总=PS式中 P单位压制压力(MPa)S压坯受压的横截面积(2)图2-2 模具结构形式图单位压制力与压坯密度的关系，反应了压制过程中粉末体变形和致密的规律。在忽略粉末与模壁之间摩擦的同时，对于确定的粉末，单位压制力只取决于压坯的密度要求。在这里，我们只考虑模具的承载能力，我们根据模具的材料性能来计算模具能承受的最大垂直压制力F。 Fmax1= PS1 = 500×9.8×40×25×10-2×10-3 = 49kN(2) 侧压力和剩余侧压力粉末体在压模内

30、受压时，压坯会向周围膨胀，模壁就会给压坯一个等量反向的作用力。压制过程中这种由垂直压力所引起的模壁给予压坯侧面的应力称为侧压压强P侧。由于粉末颗粒之间的内摩擦和粉末体与阴模壁之间的外摩擦等因素的影响，传递到模壁的压力将始终小于压制压力。根据虎克定律，可以得到： 式中 P侧侧压强(MPa)泊松比侧压系数p单位压制力(Mpa)由于我们现在不能得到MoSi2的准确泊松比值，故我们不求算其具体的P侧，在后面，我们将计算阴模所能承受的最大侧压力，然后使正压力小于最大侧压力即可，后面再详叙。卸压后，上模冲回程，先前高应力下变形的压坯和模具趋于恢复相应的未变形的形状和尺寸。由于受粉末施加的横向应力而胀大的阴

31、模发生收缩，对压坯产生压缩，表现为径向剩余侧压强，这个力表征着压坯、阴模、下模冲等之间在卸压后新的平衡状态。由于我们脱模方式为手动脱模，故不考虑剩余侧压强，只是在压制时，保留一定的压力余量，以保证模具的寿命即可。(3) 脱模压力使压坯从模具中脱出所需的力选择在自动压制时非常重要，但由于我们是采用手动脱模，故忽略脱模压力的影响。5.模具尺寸及精度模具为外径为120的圆筒形，以方便模具反的取放，由于受设备的限制，模具的闭合高度不能太高，应尽量保证在165左右，各零件部分的尺寸见零件图。我们查表确定零件的精度为：尺寸精度±0.1，形位公差为0.05，工作表面粗糙度为1.6m，非工作表面为3.2m。（1）阴模尺寸的确定阴模的高度由几部分组成。首先，下模冲先要与阴模配合，配合高度我们定为H1=10，由于我们采用一次成两个的压制方法，故我们需要用两个垫片，垫片高度为H