《方形盖板冲压成形工艺与模具设计》8700字

方形盖板冲压成形工艺与模具设计目录1绪论 11.1冷冲压模具概述 11.2冲压模具的发展趋势 11.3冲压模具的现状和市场需求 12冲裁件工艺分析 32.1材料分析 32.2零件结构 32.3尺寸精度 43冲裁方案的确定 53.1冲裁工艺方案的确定 53.2冲裁工艺方法的选择 54模具总体结构的确定 64.1模具类型的选择 64.2送料方式的选择 64.3定位方式的选择 64.4卸料方式的选择 64.5导向方式的选择 65工艺参数计算 75.1毛坯尺寸计算 75.2排样方式的选择 85.3冲裁力的计算 106刃口尺寸计算 136.1模具间隙及刃口尺寸 137主要零部件设计 167.1凹模设计 167.2凸模的设计 177.3卸料板的设计 187.4固定板的设计 197.5垫板的设计 207.6上下模座、模柄的选用 208.1冲裁设备的校核 21结论 22参考文献 24第6页共25页1绪论1.1冷冲压模具概述模具的起源至今已无法考证，但是从如今的考古发现，早从石器时代开始，人类已经开始使用简单的单型腔形式对食物进行造型，或许那时的人类还没有模具的概念，但是到了青铜器时代，模具的发展已经初具规模，特别是我国的青铜器，在已经采用模具对大量的兵器和乐器进行造型，并且厚度均匀，产品刚性较强，说明从古至今，模具行业一直都潜移默化的影响着人们的生活[1]。1.2冲压模具的发展趋势在现代社会，我国的模具行业起步较晚，上世纪我国对于模具重视程度不够，导致我国和他国的模具行业制造水平存在较大差距，但是自从改革开放以后，我国认识到了模具行业作为轻工业的基础的重要性，开始大力扶持模具行业，不仅大量的学校开设模具课程，还大量引进外企，带动了国内就业岗位的同时，学习大量的外国先进的模具技术，时至今日，我国的沿海城市特别是广东珠三角地区，模具行业依然处理模具中心地带，龙头带动了龙身，全国大大小小的模具企业拔地而起，从中可以看出国家对于模具行业的重视。直到现在，虽然我国的模具制造水平已经名列世界前茅，但是依然存在着不小的差距，其差距体现在对于精密模具以及大型和高速模具的设计与制造上，虽然我国的进口量减小，出口量增加，但是如何解决高端型模具的问题依然比较严峻，这是亟待我们从业人员解决的重中之重[2]。在现代产品制造技术上，虽然科技不断进步，涌现出大量的新型产品制造技术，比如3D打印等，3D打印技术的发展迅速，能够通过建模后打印出几乎任何产品，但是至少在近数十年内无法真正做到取代模具行业的作用，虽然模具行业在国内外已经非常成熟，新型的模具技术任然在不断发展和进步，比如由英法德等国以及我国高等院校都研发出了CAE/CAM软件，是一种建立在数字系统基础上的模拟分析软件，能够直接通过软件分析出材料的变形和成型程度，很大程度上的节省了模具的设计和制造的时间以及成本，对模具行业存在极大的意义，但是软件的操作复杂，属于高端的行业软件，现如今来说，我国CAE/CAM软件的普及率较低，大多数企业被制约在利润的条件下，无法投入大量的精力去培育和学习CAE/CAM软件，因此，我国如今需要迅速普及模拟分析软件技术[3]。1.3冲压模具的现状和市场需求冲压模具从古至今发展的非常迅速，通过我们现在的发展速度来看，冲压模具制造出来的产品尺寸公差可以精确到±0.02mm，模具的速度最大的运转速度提高了很多，于此同时，线切割快线&慢线、磨床工艺、带电的脉冲、电火花穿孔机、车床、铣床、刨床、钻床等都是我们常用的模具加工的设备，然而，因为一些精度比较高的加工设备价格非常昂贵，所以模具加工的成本也提高，比如线切割、工艺磨床这些加工装备，好多中小企业运用了其他精度比较低的设备来代替价格高的设备，从而节省了模具的加工成本，但是模具加工的精度却变得比较低了，生产效率也越来越低了，劳动力的生产成本确越来越高，工厂的订单也开始变少，这也是我国的一些小工厂特别是是沿海地区的一些小工厂面临的问题。从古至今，模具行业有着跨越性的进步，并有着很大的变化。伴随着数控车床的大规模使用，模具生产出来的产品的精度大大提高，从而模具对设计师的能力要求也有着提高，在一些大的企业中，运用数控压力机和气动自动送料替代了之前的手动送料方法，该装置的优点是特用、稳固、准确、活动性强，价格比较低廉[4]。我们在模具设计之前，对零件先分析它的工艺。随着数控机床的使用，它使我们之前使用的钳工所制作出来的模具已不再使用，现在线切割是一种重要的设备尤其是用在模具加工中，线切割快走丝加工的尺寸公差为±0.02mm，线切割加工精度为±0.005，比较好设定其下料的尺寸，当我们在设计模具和加工模具时弯曲工艺是比较困难的，也是模具设计的重中之重。它之所以比较难是因为它不好控制它折弯时的角度和它回弹时所产生的力度比较难判定；另外，零件展开后的尺寸代表着弯曲成形后的轮廓尺寸，因此根据零件的材料特性，仅仅通过我们的个人经验算出来它经过弯曲后又弹回来的回弹值，算出弯曲冲模的极限偏差值，在模具试模的过程中总结弯曲冲模尺寸，能够减少模具的试模次数，剪短模具设计及加工的时间。[5]。

2冲裁件工艺分析2.1材料分析a3钢材是一种含碳量偏低的碳素钢，在现行的标准GB221-79标准中对应的牌号是Q235碳素结构钢。Q235抗拉强度约是375-460MPa抗剪强度约是300-368Mpa。图2-1方形盖板样件工件要求大批量生产，材料使用Q235碳素结构钢，工件厚度为1mm后续工艺计算中运用IT14精度标准。表2-1常见零件公差等级表2.2零件结构该工件应包括冲孔、拉深、落料等工序，材质是A3，性能高，适合下料，工件外形比较容易加工，工件中有1个方形拉深和6个圆孔；孔距边缘符合要求。2.3尺寸精度工件的厚度为1mm，材料A3，由于本次设计任务书对于工件的精度没有具体要求，查公差等级表可知采用通用的IT14即可，在后续设计的工艺计算中将运用IT14精度的标准进行计算。

3冲裁方案的确定3.1冲裁工艺方案的确定包含落料、冲裁、工件拉深和翻边这4个工位，能够得到以下的3个加工案：1：落料、拉深、冲孔、修边工艺按单模具生产方案2：落料、拉深、冲孔、修边工艺，冲裁用复合模生产方案3：冲裁前、拉深、冲裁、落料适用于进模生产方案3.2冲裁工艺方法的选择方案一：单工序冲裁模工艺结构简单，但是需要四个步骤，上一个工序进入下个工序后降低工件质量和精度，适用于小批量生产的工件。方案二：复合模能够在一副模具中完成，即落料拉深冲孔复合模加上拉深单工序，是一种常见的具有极高可行性的模具形式，模具结构相对而言并不复杂，并且精度很高，生产效率也高，由于单个复合模只存在一个工位，同时完成冲裁和成型，因此模具的整体尺寸也较小，更小的模具尺寸表示这匹配的压力机更小，更容易满足生产需求，节省了生产成本。方案三:级进模的形式能够应对各种工序，本次设计的工件工序较少，但是级进模中条料的递进同样需要多次定位，精度相比单工序模具高，但是略低于复合模，虽然生产效率高，但是由于多工位的存在，模具整体尺寸较大，并且模具的结构较为复杂，因此生产成本更高；总结：经过三种方案的对比，从精度、效率、成本各方面考虑，选用级进模。

4模具总体结构的确定4.1模具类型的选择由3.2冲裁工艺方法的选择可知，采用级进模冲裁。4.2送料方式的选择由于工件需要大批量生产，而且用哪种类型的模具已经决定好了，所以选用横向送料的方式进行送料。4.3定位零件的确定应为冲裁模由圆柱材料制成，选用导料板操作更简便的控制条料的导向，没有侧向冲压设备，止动销决定条料的进给距离，首件冲孔位置因条料长度有一定余量，可通过操作员的目视检查确定。4.4卸料方式的选择刚性卸料是指固定卸料板的结构，通常用于下料后卸下坚硬、厚实、精度低的工件[7]。弹性卸料不光能够卸料而且还可以压料。大部分是用在比较薄的板材上。因为有压力，下料部分比较光滑，卸压板、弹性元件和卸料螺杆由压力装置组成。因为工件料厚为1mm，表面精度要求也不是很多高，所以选用弹性卸料板。4.5导向方式的选择经由以上方案分析和模具外的外形以及送料方式，为了能够加工出更加精准的工件和使模具使用的时间更长远，采用模架b，操作者可以看到材料在模具中的送料动作，由于前后左右不限，能满足工件成形的要求。(a)中间导柱(b)后侧导柱(c)对角导柱(d)调角导柱图图4-1导柱模架

5工艺参数计算5.1毛坯尺寸计算方形拉深直边可近似看做弯曲来计算毛坯尺寸按弯曲件展开来计算，由式（5-1） （5-1）式中——中性层半径（mm）；——弯角半径1.5mm；——中性层位置因素；——材料厚度，1mm。图5-1方形盖板毛坯则中性层半径 （5-2）中性层长度 （5-3）直线部分长度为：（5-4）图5-2方形盖板毛坯同上：宽度方向展开尺寸B=72.6mm所以，毛坯的尺寸为80.6mmx72.6mm表5-1中性层位置因素R∕tKR∕tKR∕tKR∕tK0.10.210.60.261.50.3650.460.20.220.70.272.00.377.50.50.30.230.80.32.50.400.40.241.00.313.00.420.50.251.10.334.00.445.2排样方式的选择5.2.1排样及搭边值的计算冲压模具通常是以条料的形式送进模具，通过模具将条料冲裁出单个的产品，因此在设计模具时，需要对条料能够冲裁出多少产品进行一定顺序的排列，此种排列就叫做排样图，排样图能够反映出材料的利用率，排样越紧凑，材料的利用率越高，反之则越低，设计时尽量的提高材料利用率能够减少模具的生产成本，但是在排样设计时，不能一味的追求高利用率，还需要保证产品的精度。因此，排样图的设计通过排列的紧凑程度，搭边值的大小，分为三种方式：无搭边、少搭边和有搭边。搭边值就是指工件与工件或者条料侧边的距离，搭边值越小，材料利用率越高，反之越低，无搭边排样指工件不论是工件与侧面皆无距离，此种排样方式只存在于简单外形的工件，并且由于没有搭边值的过渡，一旦凸模或者凹模发生定位偏差或者长期的生产之后产生磨损之后，工件的质量将难以保证，因此，除非特定情况下，否则不会采用此种搭边方式。少搭边是指工件间不存在距离，但是与侧面存在距离，此种方式能够减少无搭边排样方式带来的误差，但是同样紧凑的工件间排列也会影响产品的精度，因此同样不常用。相比前两种排样方式，有搭边排样方式最为常用，不管是工件间还是工件与侧边都存在搭边值，当模具发生磨损或者偏差时，能够将搭边值补入产品，实现高精度的冲裁，虽然材料利用率相对较低，但是产品的精度最高。条料排样的方式有直排，对排，斜排等等，是根据工件在条料上的组合形式而定，对于简单外形的对称工件，可以直接利用直排或者对排，类似于整列的方式在条料上呈现，但是对于异形工件，当直排难以将材料利用率提高的情况下，可以利用斜排，将工件斜向整列排序，得到比直排更高的材料利用率，因此，在设计排样图时，需要结合工件的外形选择尽量高的排样方式。在进行排样的设计时，还需要注意一下的几个方面：1.相同的工件需要断面毛刺一致，特别是对于不对称工件，在采用对排时，尽可能的选择旋转方式而不是整列方式，否则生产出的工件会产生两种断面。2.设计级进模排样时，需要注意尽可能减少模具的工位，以及设置一定的空工位，减少模具工位是为了减小模具尺寸，从而减少模具的制造成本，设置一定的空工位是为了保证模具产品质量，防止模具结构过于拥挤，产生干涉或者模具强度降低的现象。3.设计级进模时，经常会遇到外形尺寸较为复杂的情况，此时就需要将复杂的刃口多段冲裁，逐步冲裁，降低了凸模凹模的加工难度的同时，还能够避免锐角尖角，增强模具的寿命。排样方式如下图所示，第一步预冲孔，然后进行拉深，第三步冲成型的孔，最后一步落料。图5-3排样方式5.2.2步距的计算条料每次前进的距离步距计算：(5-5)式中——步距；——条料送进方向的宽度值；——搭边值。5.2.3条料宽度的确定理论上条料宽度可按下式计算：(5-6)式中为，为，为，为。条料宽度计算如下：5.2.4材料利用率的计算材料利用率反映出模具的经济性，同样的工件材料利用率的大小根据排样方式的不同会产生变换，和条料的搭边值，排列方式息息相关。单个步距的材料利用率为：(5-7)式中——；——调料宽度(mm)；——步距(mm)。工件的面积A经CAD测量得：A=5090.11mm2将送料步距S以及条料宽度B带入上式：=[5090.11÷(84.6×74.1)]×100%≈81.2%5.3冲裁力的计算5.3.1落料力的计算我们通过计算冲裁力可以选择一个相对于来说比较合适的冲床，从而可以更加合理的设计模具结构及计算其强度，冲床的吨位一定要﹥算出来的冲裁力才可以达到，冲裁力F按下式计算：（5-8）式中ι——；L——产品需要冲裁部分的周长；t——；——；——，本次设计取1.3。：t=1mm：L=299.708mm=1.3*299.708*1*320N=124.68KN5.3.2卸料力的计算当上模完成落料后，掉落在上模里的零件和废弃料会堵在上模内，通过弹性收缩，模具外表面的材料将夹在冲头上。为了使落料持续不断并且操作方便，使冲头上的材料去除。从凸模上去除材料所用到的力，称为卸料力卸料力：=KF(5-9)查下表5-2得到本次设计冲裁部分的卸料力系数为，取。由公式（5-9）得卸料力=KF≈0.05*（124.68+99.3）KN=11.2KN表5-2系数选取料厚t/mmKzKtKd0.10.140.0630.080.0550.060.0450.050.0250.035.3.3拉深力的计算(5-6)方形拉深力：5.3.4总压力的计算模具的总压力可以由下式计算得出=＋＋+F拉=124.68+99.3+11.2+1.1（5-7）=236.28KN所以模具的总压力236.28KN5.3.5初选压力机F总=237KN，由表5-3可知选择JC23-25型压力机。表5-3开式压力机规格及参数

6刃口尺寸计算6.1模具间隙及刃口尺寸冲裁凸模和凹模的计算有分开计算法和配做法两种，分开计算法是指单独分开计算凸模和凹模的尺寸，配做法是指利用凹模或者凸模为基准，通过冲裁间隙的联系，配做凸模或者凹模的尺寸。分开计算法和配做法各有优势，其中分开计算法由于计算较为复杂，所以常常用于工件的刃口尺寸和结构形式简单的情况，在复杂情况下，常用配做法进行计算。6.1.1模具间隙在大多数的现实工厂生产加工时，不光要确保切断材料时截面的平整光滑还要保证工件的公差要求，并且尽量让模具能够使用的时间变长。在加工中，我会根据以下的表格来选取合适的间隙值。查得：Zmin=0.07，Zmax=0.096.1.2刃口尺寸的计算，计算公式。第一种情况A：凹模损耗尺寸增大第二种情况B:凹模损耗尺寸第三种情况C：凹模损耗后尺寸没有变化第一类尺寸;落料尺寸以凹模为基准计算，查公差表可知，IT12级可满足，凸凹模的尺寸精度要求应更高，我们采用IT10级计算查《冷冲压模具课程设计与毕业设计指导》[1]表3-13得△=0.12，x△=0.12mm，δA=0.03，～=。，，查公差表可知，IT14级可满足;，查公差表可知，IT13级可满足;为自由公差尺寸，凸凹模的尺寸精度要求应更高，我们采用IT10级计算查《冷冲压模具课程设计与毕业设计指导》[1]表3-13得△=0.058，x△=0.058mm，δA=0.014△=0.084，x△=0.08mm，δA=0.021△=0.1，x△=0.1mm，δA=0.23，～=：查《冷冲压模具课程设计与毕业设计指导》[1]表3-13得△=0.12，x△=0.12mm，δA=0.03△=0.1，x△=0.1mm，δA=0.023，～=图6-1冲裁间隙图表6-1冲裁模初始双边间隙值图6-2刃口尺寸图

7主要零部件设计虽然一些冲裁模具的组成和难易程度不一样，但是它们的零部件类型不尽相同。在选择主要零部件时，首先要考虑到部件的位置、固定和整体的配合方法，此套模具主要采用螺杆固定模具零件，采用导板送料定位，无侧压装置。以下是各部分的设计。7.1凹模设计7.1.1凹模外形的确定根据凹模的形状、厚度、尺寸偏差和模具架构来选择。由于此模具尺寸较大，边缘呈凸形。这种强度较高，磨削后刃口尺寸基本没有变化。如图7-1所示。凹模各尺寸计算公式如下：H=Kl1（7-11）c>1.5H（7-12）凹模板边长L=l1+2c（7-13）凹模板边宽B=l2+2c（7-14）式中：H——凹模边壁厚l1——长度方向最大距离；l2——宽度方向最大距离；——系数。查7-1系数K值表得：K=0.3。由（7-11）可计算落料凹模板的厚度的尺寸：H=Kl2=0.3×80=24取凹模厚度25mm由公式（7-12）可计算凹模边壁厚的尺寸：c>1.5H=1.5×25=37.5（mm）取凹模边壁厚为40mm。 根据上式计算的凹模厚度和边壁厚，由此可以确定凹模板长的尺寸和宽的尺寸。B=80+2*40=240mm;L=74.1*4+2*40=377.6mm查标准模架取：L×B×H=400mm×250mm×25mm表7-1系数K值7.1.2凹模刃口尺寸的确定凹模的刃口结构可以通过它的外形、厚度、尺寸偏差和模具架构来选择。凹模人口结构有直壁刃口和锥形刃口，因为这个冲裁工件的外观尺寸比较大点，刃口选择直壁刃口。这种结构的刃口强度较高，冲裁后刃口的尺寸不会改变适合这种精度要求较高的工件。7.1.3凹模精度与材料的确定在冲裁模具中凹模是主要的零部件，对于精度的要求较高，外轮廓选择精度为IT17级，表面粗糙度Ra3.2，，材质是使用Cr12。7.2凸模的设计7.2.1凸模的确定凸模是冲裁模主要的零部件，因为工件的外形、尺寸多变，所以凸模由镶拼式和整体式两种类型，本次设计的工件形式简单，结构单一，可以选择整体阶梯形凸模，固定板与凸模设计H7/M6配合图7-1凹模7.2.2凸模高度设计凹模的长度如下：L=a1+a2+t+（10～15）+（1～2）(7-5)式中:a1——固定板厚度；a2——卸料板厚度；t——料厚；10～15——安全距离。。图7-2凸模高度尺寸7.2.3凸模材料的确定通常我们会选用耐磨性较好的材料来提高模具的使用时间，Cr12具有良好的耐磨性非常适合作为冲头的材料，热处理58~62HRC。7.2.4冲孔凸模精度冲孔凸模是主要的零部件，对于精度的要求很高，公差等级选择IT7，表面粗糙度选为Ra1.6um。图7-2冲孔凸模7.3卸料板的确定7.3.1卸料板形状、尺寸在实际工作中，凸模在进行冲孔等冲裁工序后，条料的冲裁部分会附着到凸模上，在开模时，上模上行，凸模会将条料带离下模，造成下一次合模不能顺利送进条料，造成卡料，严重影响连续冲裁，因此，在进行一个冲裁之后，需要一个把条料从凸模上卸下的机构，这个机构就叫做卸料机构。卸料机构根据运动的方式分为弹性卸料和刚性卸料，通常情况下弹性机构由弹性元件驱动，刚性卸料机构则直接规定在上模或者下模，弹性卸料机构通常作用于工件较薄，卸料力较小的情况，能够有效的保证产品的平直度，刚性卸料则作用于较厚的工件，结构简单。一般弹性机构由卸料板，卸料螺钉和弹性元件构成。方形盖板毛坯厚度为1mm，厚度较薄，可以选择弹性卸料。弹性卸料不仅用于较薄的工件，还能有效的保证工件的平直度。图7-3卸料板7.3.2卸料板材料的选择卸料板顾名思义就是卸料用的，在整个模具中很重要，所以它的的强度和硬度要达到很高的，所以材质会选择使用是45钢。它很结实，不易变形，而且重塑性高，硬度高，强度高。7.4固定板选择凸模的固定板是用来固定凸模，可以保证凸模能够垂直模具平面，可以使零部件之间不会发生移动，固定板与凸模之间可以采用H7/m6配合。固定板厚为（7-6）式中：；。（mm）凸模固定板厚度取20mm。图7-4凸模固定板7.5垫板尺寸的确定垫板的形状尺寸和凸模固定板形状尺寸相似，它的厚度一般是3～10mm，查阅相关机械类文献，可以选取垫形状尺寸为长400mm，宽250mm，高10mm。7.6上模座、下模座以及模柄的设计7.6.1上模座、下模座的设计上摸座材料选用HT200，400×250×50mm，标准为GB/T2855.5。下模座的标准为GB/T2855.6。导套材料使用20钢，导柱的材料为20钢。两者之间采用间隙配合H7/r6,热处理硬度渗碳深度0.8～1.2mm，淬硬58～62HRC[5]。详细尺寸、参数参照表7-2模架组合表7-2模架组合零部件数量材料参数标准上模座1400x250x50mmGB/T2855.5下模架1400x250x60mmGB/T2855.6导柱1120D40*200mmGB/T2861.1导套1120D40*125*d48mmGB/T2861.67.6.2模柄的选用由于本次设计模具尺寸较小，在中小型模具的模柄选择上，通常采用压入式模柄即可，因此本次设计采用模柄选择压入式模柄A40JB/T7646.3-1994。

8冲裁设备的校核与选定8.1冲裁设备的校核压力机最大闭合高度为Hmax=270mm，而模具和压力机的闭合高度关系需要满足：Hmin=Hmax–M=270-55=215即270-5≥H模≥205+10模具闭合高度220mm，因此满足校核。

结论毕业设计的课题是方形盖板冲压成形和模具设计，早期任务是寻找外文参考然后进行文献翻译，了解课题的研究意义以及国内外发展趋势。正式设计时首先确定了工件的材料，工件的尺寸精度。然后从精度、效率、成本各方面考虑，最终选用级进模生产方案。采用有搭边的排样方式，当模具发生磨损或者偏差时，能够将搭边值补入产品，实现高精度的冲裁，虽然材料利用率相对较低，但是产品的精度最高。其次重要的零部件如凹模刃口结构选用直通式，这种刃口强度较高磨削后尺寸不变。凸模设计成阶梯式，选用耐磨性较好的材料来提高寿命。卸料板选择弹性卸料来保证冲裁件的平直度。后续还有的设计，上下模座、模柄的选用。从整体设计来看，模具适合大批量生产，操作简单，极大的提高生产工作效率

参考文献[1]柯旭贵，张蓉清.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2012.9[2]甘永立.几何量公差与检测[M].上海：上海科学技术出版社，2013.11[3]彭建生.模具设计与加工速查手册[M].北京:机械工业出版社，2005.6[4]翁其金，徐新成.冲压工艺及冲模设计[M].北京:机械工业出版社，2012.1[5]郑家贤.冲压模具设计使用手册[M].北京:机械工业出版社，2007.7][6]贾俐俐.冲压工艺与模具设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.9[7]冯炳尧，韩泰荣，蒋文森.模具设计与制造简明手册[M].上海：上