三角衬片复合冲裁模

模具设计课程设计题目：三角衬片复合冲裁模设计所属课程：模具设计与制造学校：华东交通大学学院：机电工程学院专业：材料成型及控制工程班级：08材料1班学号:200803100401**姓名：***指导老师：***成绩：时间：2011-**-**—2011-**-**“模具设计”课程设计任务书***指导教师设计地点制品：制品：三角衬片材料：H62规格：1.5mm，2×1.2m数量：100万件课程设计提交的档案材料1.设计计算说明书（A4幅面）1份2.模具装配图（0#或1#图纸）1张3.模具工作零件图（2#或3#图纸）3张4.上述材料电子文档基本要求及设计步骤建议：冲裁工艺设计：对制件的结构、尺寸、精度、数量、材质等要素进行分析，初步确定制件的冲裁工艺，计算搭边尺寸、毛坯尺寸，确定排样图（绘在总装图上）；模具结构方案设计；根据冲裁工艺方案，初步确定模具结构方案和坯料导向、定位方式；计算冲裁力，初步选择冲压设备；了解其行程、吨位、容模尺寸等有关技术参数；计算卸料力，确定卸料方案及卸料元件的规格、尺寸；计算并确定冲裁间隙继而确定凸模、凹模等主要工作零件的尺寸、结构形式；选择凸模、凹模或凸凹模进行强度、刚度的计算并校核；协调模具各零件的结构、尺寸，完善导料、定位等辅助功能件结构及尺寸设计；绘制模具总装配图：1)、考虑采用“半剖法”表示上模使用中的两个极限位置；2)、按装配图要求标注尺寸及配合性质、技术要求等；3)、零件标号无遗漏；明细表内容详实、规范；4)、制图遵照国家标准；排样图按习惯绘在总装图的右上角或适当位置。绘制凸模、凹模零件图，尺寸、粗糙度标注齐全；编写设计说明书一份，要求内容详实，措词准确，具有较好的可读性；10、其它详见《“模具设计”课程设计指导书》。机电工程学院材料成型及控制工程教研室2011.09一、冲裁工艺设计零件（图1-1）为三角衬片，材料为H62（黄铜），厚度为1.5mm，数量为100万件。所选用的板料规格为1.5mm，2×1.2m。图1工件图冲裁件的结构该零件形状简单，结构对称，内、外形五尖角，没有违反冲裁的工艺性原则，零件能满足冲裁工艺要求，可以进行下一步的设计。冲裁件的材料查书【1】表1-8非铁金属的力学性能得硬的H62（黄铜），抗拉强度为σb=420MPa，抗剪强度为τb=420MPa，断后伸长率10％，因此材料具有良好冲裁性，适合冲裁加工。冲裁件的尺寸精度查书【2】表2-3，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12~IT13。分析该零件的尺寸精度，其两孔中心距的尺寸及公差为36±0.06mm，查书【2】表2-4，知采用较高精度的模具能达到的两孔中心距离公差为±0.04，即可满足零件的精度要求。孔径Ø8+0.040mm属于IT9级，其余尺寸未标注公差，属自由尺寸，按IT14级确定工件的公差。确定工艺方案该冲裁件所需冲压工序为落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案1：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案2：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案3：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。方案1虽然模具结构简单，能够保证精度要求，但需用两副模具，生产率较低，难以满足批量生产的要求。方案2只需一副模具，冲压件的精度容易保证，且生产率也高。尽管模具结构较方案1复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案3也只需要一副模具，生产率也很高，能够满足精度要求。但方案3的材料利用率较方案2低。通过对上述三种方案的比较分析，该零件的冲压生产采用方案2较好。排样设计排样方法。有废料排样，因零件为简单的三角形，采用直对排。零件可能的排样方式有图2、图3所示两种。通过考虑操作方便与模具结构等因素，决定选取图3所示排样图。图2排样图图3排样图（2）搭边值。查书【3】表2-7，得工件间a1=1.8mm，沿边a=2.0mm。（3）送料步距S。S=D+a1=68.28+1.8=70.08（mm）。（4）条料宽度。B0－Δ=(Dmax+2a+Z)0－Δ=(81.46+2×2+0.5)0-0.6=85.960-0.6(mm)，取860-0.6mm。（5）板料规格。选用2000mm×1200mm×1.5mm。（6）条料长度。L=1200mm。（7）每张板料可剪裁的条料数。2000÷86=23（条），余22mm。（8）每条条料可冲裁的零件数。n1=(1200－71.88)÷35.04+1=33.20（个），取32个。（9）每张板料可冲裁的零件数。32×23=736（10）一条条料的材料利用率。η1=n1A0/A1×100%=32×2639.41÷(86×1200)×100%≈82%二、计算冲压力，确定模具压力中心，初步选择冲压设备1.计算冲裁力（1）落料力零件周长L1=207.8㎜，根据落料力F1=L1tσb的公式F1=L1tσb=207.8×1.5×420=130.9×103(N)（2）冲孔力孔周长L2=91.36㎜，根据冲孔力F2=L2tσb的公式F2=L2tσb=91.36×1.5×420=57.6×103(N)（3）落料时的卸料力F卸=K卸F1查书【2】表2-15，取K卸=0.04。故F卸=K卸F1=0.04×130.9×103=5.24×103(N)（4）冲孔时的推件力F推=nK推F2取图4所示的凹模刃口形式，取h=5mm，则n=h/t=5÷1.5≈3（个）图4凹模刃口形式查书【2】表2-15，取K推=0.04故F推=nK推F2=3×0.04×57.6×103=6.91×103(N)选择冲床时的总冲压压力为：F总=F1+F2+F卸+F推=130.9+57.6+5.24+6.91=200.65×103(N)2.确定模具压力中心按比例画出零件形状，选定坐标系xOy。如图5所示。因零件左右对称，即xc=0.故只需计算yc。将工件冲裁周边分成l1，l2，…，l6基本线段，求出各段长度及各段的重心位置：图5压力中心l1=108mmx1=0y1=22.39l2=50.24mmx2=0y2=22.39l3=25.12mmx3=18y3=12l4=25.12mmx4=－18y4=12l5=41.12mmx5=0y5=40xc=(l1x1+l2x2+…+l5x5)/(l1+l2+…+l5)=0yc=(l1y1+l2y2+…+l5y5)/(l1+l2+…+l5)=(108×22.39+50.24×22.39+25.12×12+25.12×12+41.12×40)÷(108+50.24+25.12+25.12+41.12)=23.203.初步选择冲压设备查书【1】表1-56，根据总冲压力F总：选择压力机的标称压力，因为200.65kN＜450kN×80%，所以初选JH21－45型开式固定台压力机。公称压力：450KN公称压力行程：3.2㎜滑动行程：120㎜行程次数：80次/min最大闭合高度：270㎜封闭高度调节量：60㎜滑块中心线到机床距离：225㎜工作台尺寸：810㎜×440㎜工作台孔尺寸：150㎜模柄孔尺寸：φ50㎜×60㎜电动机功率:5.5kW三、模具结构方案设计模具结构方案根据前面分析的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。坯料导向因零件的大批量生产，生产安排是可采用手工送料方式，横向送料。定位方式采用两个导料销，一个挡料销对条料进行定位。卸料方式考虑零件尺寸较小，厚度不厚，采用弹性卸料方式卸料力较小。确定冲裁间隙查书【3】表2-2落料、冲孔模冲裁间隙表得黄铜在厚度为1.5㎜时，其双面间隙为Zmin=0.08㎜，Zmax=0.12㎜（模具在使用过程中磨损使间隙值增大，因此在设计时选用最小合理间隙值Zmin）。Z=2C，模具的单面间隙为0.04㎜。计算凸、凹模刃口尺寸及公差未标注公差的毛坯尺寸，查书【3】附录D中查出其偏差，得52.28±0.4mm，53.28±0.4mm，61.28±0.4mm，类椭圆孔槽宽8+0.360mm，类椭圆孔圆中心距8±0.06mm，24±0.3mm，12±0.25mm，R80-0.36mm。对冲孔Φ8+0.040mm，采用凸、凹模分开加工的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查书【3】表2-12，得凸、凹模刃口的制造公差为：δp=0.02mmδd=0.02mm校核：Zmax－Zmin=0.04mmδp+δd=0.04mm满足：Zmax－Zmin>δp+δd条件。查书【3】表2-13，得因数x=0.75。查书【3】公式(2-2)，得：dp=（d+χΔ）0-δp=(8+0.75×0.04)0-0.02=8.030-0.02（mm）dd=（dp+χΔ）+δd0=(8.03+0.08)+0.020=8.11+0.020（mm）图6冲孔Φ8+0.040凸模刃口图7冲孔Φ8+0.040凹模刃口对冲类椭圆孔，采用凸、凹模分开加工的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查书【3】表2-12，得凸、凹模刃口的制造公差为：δp=0.02mmδd=0.02mm校核：Zmax－Zmin=0.04mmδp+δd=0.04mm满足：Zmax－Zmin>δp+δd条件。a.对于孔槽宽8+0.360mm，查书【3】表2-13，得因数x=0.75查书【3】公式(2-2)，得：dp=（d+χΔ）0-δp=(8+0.75×0.36)0-0.02=8.270-0.02（mm）dd=（dp+χΔ）+δd0=(8.27+0.08)+0.020=8.35+0.020（mm）b.对于孔圆中心距8±0.06mm，查书【3】表2-13，得因数x=0.5查书【3】公式(2-2)，得：dp=（d+χΔ）0-δp=(8+0.5×0.5)0-0.02=8.250-0.02（mm）dd=（dp+χΔ）+δd0=(8.25+0.08)+0.020=8.33+0.020（mm）图8冲类椭圆孔凸模刃口图9冲类椭圆孔凹模刃口对孔心距36±0.03mm、12±0.25mm、24±0.30mm属于磨损后基本不变的尺寸。在同一工步中，在工件上冲出孔距为L±Δ/2两个孔时，其凹模型孔中心距可按下式确定。则：36d=36±0.015（mm）12d=12±0.0625（mm）24d=36±0.075（mm）对外轮廓的落料，由于形状有点复杂，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：当以凹模为基准件时，凹模磨损后，尺寸52.28mm、53.28mm、61.28mm、R8mm为不变尺寸，属于分开加工落料C类尺寸。计算公式为：Cd=C±δd（δd=Δ/8）。则：52.28d=52.28±0.1（mm）。53.28d=53.28±0.1（mm）61.28d=61.28±0.1（mm）当以凹模为基准件时，凹模磨损后，尺寸R8mm为变大尺寸，属于分开加工落料A类尺寸。计算公式为：Ad=A－χΔ。查书【3】表2-13，得因数x=0.5。则：R8d=(8－0.5×0.36)+0.090=7.82+0.090(mm)图10外轮廓的落料凹模刃口尺寸四、冲模具体零件设计凹模外形尺寸的计算，确定模具典型组合（1）确定凹模外形尺寸。查书【4】表2-17，得k=0.28，则;凹模厚度HH=kl=0.28×68.28=19.12（mm）凹模宽度BB=b+2c=b+(3~4)H=61.28+3.5×19.12=128.2（mm）凹模长度LL=l+2c=l+(3~4)H=68.28+3.5×19.12=135.2（mm）将计算出的尺寸套国家标准JB/T8067.1,最终确定其外形尺寸为：160mm×160mm×20mm。（2）选择典型组合。采用固定卸料、横向送料，且凹模外形尺寸为：160mm×160mm×20mm，故选用典型组合为:160×160×210~255JB/T8067.1。凹模设计（1）型孔位置。从排样图上被冲切的位置获得。（2）型孔尺寸。见“三、模具结构方案设计”，由刃口尺寸计算获得。（3）刃口形式。采用直壁式，反面扩孔，直壁高度取5mm（4）材料及技术要求。材料选用CrWMn，热处理硬度60~64HRC。各表面的粗糙度如图11所示。（5）凹模零件图。由设计结果绘制成凹模零件图，如图11所示。图11凹模零件图冲孔Φ8+0.040mm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。圆形截面的凸模采用阶梯式，查标准GB2863.2得BII8.15×54。采用固定板压入式固定，如图12所示。（3）凸模工作部分尺寸。见“三、模具结构方案设计”，由刃口尺寸计算获得。（4）凸模长度的计算。查标准典型组合160×160×210~255JB/T8067.1，得凸模固定板h1=18mm，空心垫板h2=16mm，凹模厚度计算得h3=20mm，故凸模长度为：L=h1+h2+h3=18+16+20=54（mm）（5）材料及技术要求。材料选用T10A，热处理硬度58~62HRC。（6）凹模零件图。由设计结果绘制成凹模零件图，如图13所示。图12固定板压入式图13凸模零件图冲类椭圆孔凸模设计（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。圆形截面的凸模采用阶梯式，查标准GB2863.2得BII16.7×54。采用固定板压入式固定，如图14所示。（3）凸模工作部分尺寸。见“三、模具结构方案设计”，由刃口尺寸计算获得。（4）凸模长度的计算。查标准典型组合160×160×210~255JB/T8067.1，得凸模固定板h1=18mm，空心垫板h2=16mm，凹模厚度计算得h3=20mm，故凸模长度为：L=h1+h2+h3=18+16+20=54（mm）（5）材料及技术要求。材料选用T10A，热处理硬度58~62HRC。（6）凹模零件图。由设计结果绘制成凹模零件图，如图15所示。图14固定板压入式图15凸模零件图凸凹模设计（1）凸凹模壁厚。凸凹模的最小壁厚m=1.5t=2.25mm，而实际最小壁厚为8mm，故符合强度要求。（2）凸凹模的结构形式。凸凹模采用直通式，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，如图16所示。（3）凸凹模工作部分尺寸。见“三、模具结构方案设计”，由刃口尺寸计算获得。（4）凸凹模长度的计算。查标准典型组合160×160×210~255JB/T8067.1，得固定板配合段h1=6mm，卸料板h2=16mm，此外卸料板高度高出凸凹模1mm，弹性元件安装高度为h3=20mm，故凸凹模长度为：L=h1+h2+h3-1=6+16+20-1=41（mm）（5）材料及技术要求。材料选用Cr12，热处理硬度58~62HRC。各表面粗糙度如图17所示。（6）凹模零件图。由设计结果绘制成凸凹模零件图，如图17所示。图16凸凹模的固定图17凸模零件图定位零件的设计（1）定位方式的选择。选择采用活动式导料销、挡料销。（2）结构形式及规格。查国家标准JB/T7649.5，得6×26如图18所示。（3）弹簧的规格选择。查国家标准JB/T7649.5，得0.8×8×30GB/T2089。图18活动式挡料销卸料装置的选择1）卸料装置的选择（1）卸料类型的选择。选择弹性卸料方式，如图19所示。（2）卸料螺钉的选择。查国家标准GB/T7650.6，得圆柱头内六角卸料螺钉M10×48，数量为4个。（3）卸料板设计。①卸料板与凸模的间隙取双边0.2mm，与导正销、挡料销的配合为H8/d9。②卸料板的外形尺寸由典型组合标准JB/T8067.1，查得160mm×160mm×16mm。③卸料板的结构尺寸由典型组合标准JB/T8067.1查得。④卸料板的材料由表查得用45号钢。⑤卸料板的螺钉的孔径、孔距均可参考典型组合标准JB/T8067.1。⑥卸料板零件图。如图20所示。图19弹性卸料装置图20卸料板零件图（4）弹性元件的选用。①弹性元件类型的选择。采用圆筒形聚胺酯弹性体。②弹性体的数量、形状和尺寸。数量与卸料螺钉相同为4个，形状和尺寸由标准JB/T7650.9，查得45×12.5×20。③弹性体的弹力校核。单个弹性体要承受的卸料力;F卸/4=5240/4=1310（N）弹性体安装高度20mm，压缩量为10%时的工作负荷为1784N，满足卸料力的要求。2）推件装置的选择（1）推件类型的选择。选用如图21所示的刚性推件方式。（2）打杆。查标准JB/T7650.1,得A14x115。（3）推板。选用如图22所示推板，查标准JB/T7650.4，得A50。（4）推杆。查标准JB/T7650.1,得8x40。（5）推件块如图23所示。图21刚性推件装置图22推板图23推件块模架的选择（1）模架类型的选择。因冲裁件尺寸不大，精度一般，为了送料及操作方便，选用滑动导向后侧导柱模架，如图24所示。（2）模架规格。分别由标准GB/T2855.5和GB/T2855.6，查得：上模座160×160×45，下模座160×160×55。（3）导柱、导套规格。分别由标准GB/T2861.2和GB/T2861.7，查得：导柱B32h5x170x45，导套B32h6x100x43。如图25、26所示。图24滑动导向后侧导柱模架图25B型导柱图26B型导套连接与固定零件的设计1）模柄（1）模柄形式。选用B型旋入式模柄，如图27所示。（2）模柄规格。因选用的JH21－45型开式固定台压力机的模柄孔尺寸为50×60，故查标准JB/T7646.2，得模柄的规格为B50×91·Q235。图27B型旋入式模柄2）