机械专业综合 课程设计说明书-板材复合冲裁模设计

机械专业综合课程设计说明书板材复合冲裁模设计学院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化目录1冲裁任务书 12零件工艺分析 22.1冲压材料 22.2工序性质 22.3结构形状 32.4尺寸精度 33工艺方案的确定及制定 43.1工序比较 44模具结构的选择 54.1模具形式 54.2送料方式 54.3卸料以及出件方式 54.4定位方式的选择 54.5模架及导向零件的选择 65工艺计算 65.1排样设计 65.1.1无搭边排样形式 65.1.2无搭边排样形式 65.1.3材料利用率 65.2落料凸、凹模刃口尺寸计算 85.2.1冲裁的结构分析 85.2.2刃口计算原则 85.2.3落料凸凹模刃口计算 95.3冲孔凸、凹模刃口尺寸计算 106冲裁力计算与压力机选择及压力中心确定 116.1冲裁力计算 116.2压力机的选择 116.3压力中心的确定 127凹模设计 137.1凹模孔口结构形式确定。 137.2凹模精度与材料的确定。 137.3凹模外形尺寸计算。 138凸凹模设计计算 148.1凸凹模精度和材料确定 148.2凸模长度确定 158.3模架形式以及上下模座的选择 158.4模具总装配图以及工作原理 16总结 17参考文献 18PAGE2–PAGE18–1冲裁任务书

2零件工艺分析图1.1零件图2.1冲压材料该冲压件板件，厚度为3mm，大批量生产。材料为Q235钢，低碳钢，塑性好，易成形，具有良好的可冲裁性能。其抗剪强度，抗拉强度2.2工序性质由零件图可知该零件结构简单，只需落料、冲孔2个工序即可。2.3结构形状零件结构简单为一矩形，长和宽分别为50和31。零件中心为一直径为8的圆孔，左上方和右下方各有一个直径为5的圆孔。冲裁件外形应避免尖锐清角。建议将所有90°清角改为R2的圆角过度。2.4尺寸精度由零件图可知，工件尺寸精度可按照IT14级制造，不需精冲或者其他特殊冲裁。冲孔时应该有一定的凸凹模间隙。3工艺方案的确定及制定 根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔两种。按其先后顺序组合，可得如下几种方案：（1）先冲孔，后落料，单工序冲压；（2）冲孔——落料，单件复合冲压（3）冲孔——落料级进冲模。采用级进模生产。3.1工序比较（1）单工序模：单工序模是指只有一个工位，只完成一道工序的冲模，它可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模、翻孔模和整形模等。由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。级进模：级进模又叫连续模，压力机的一次行程中，在模具的不同位置完成两道或两道以上的工序。级进模生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制复杂，调整维修麻烦工作精度低。复合模：压力机的一次行程中，在模具的相同位置完成两道或两道以上的工序。采用复合模加工成形，生产率较高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。综上所诉：由于任务书要求和此工件有落料有冲孔，单工序不易于实现，而工件精度要求不高，在冲孔和落料之间有足够的距离，由于该工件较简单，复合模的制造不是很复杂，所以应该选择容易实现且符合工件工艺条件的复合模。利用复合模能够在模具的同一部位上同时完成制建的落料和冲孔工序，从而保证冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度和平整性、成产效率高，且适合于大批量成产。4模具结构的选择4.1模具形式复合模又可分为正装式和倒装式。正装式特点。工件和冲孔废料都落在凹模孔，必须加以清除后才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直。倒装式特点。冲料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凹凸模承受的张力较大，因此凹凸模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，此工件有三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便，另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也低，所以从操作方便、模具制造简单等方便考虑，决定采用倒装式复合模。4.2送料方式送料装置有手动送料和自动送料两种；自动送料装置是独立完整的控制机构，在一定时间内不需要人工进行操作而自动完成冲压工作适合零件的大批量生产。4.3卸料以及出件方式因为条料的厚度不是很厚，可采用弹性卸料装置；由于固定卸料方式结构简单但调整不太方便，废料切刀装置适合尺寸大、厚度大的条料，而弹性卸料装置既能起卸料作用又能起压料作用，所得工件质量较好，平直度较高；故综合考虑选择弹性卸料装置比较合适，采用弹性卸料版。该模具采用倒装式复合模，其推件装置一般是刚性的，由打杆、推板、连接杆和推件块组成；由于刚性推件装置的推件力大，工作可靠，适合条料较厚的条料。该推件装置是安装在上模座上，把工件向下从凹模内推出，故为下出件方式。4.4定位方式的选择为保证冲裁出外形完整的合格零件，毛坯在模具中应该有正确的位置，正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多，设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销。控制条料的送进步距采用挡料销。4.5模架及导向零件的选择模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定其上，并承受冲压过程的全部载荷。上下模间的精确位置，由导柱、导套的导向实现。由于模具没有什么特殊要求以及送料方式，最终选择中间导柱模架。中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。只能一个方向送料。5工艺计算5.1排样设计排样方法很多，有直排、斜排、直对排、混合排、多排和冲裁搭边。对于简单几何形状，如矩形的冲件宜采用直排排样形式。直排可采取无搭边和有搭边的两种方式。5.1.1无搭边排样形式无搭边排样其产生的废料极少，此种排样方法是沿直线或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具的寿命更差一些，但材料的利用率最高。5.1.2无搭边排样形式此种排样方式是沿冲件全部外形冲裁，在冲裁周边都留有搭边，因此材料的利用率低，但冲件的尺寸完全有冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，生产中绝大多数冲裁件都是采用这种有废料排样。a.搭边。查《冲压工艺与冲模设计》表3-12，确定搭边值a，a1。当t=3mm时，a=2.2,a1=2.5。b.条料宽度。采用无测压装置。所以B=D+2a+Z（5-1）式中D—条料的宽度，Z—导尺与最宽条料之间的最小间隙，查《冷冲压工艺与冲模设计》表3－15得Z=0.5mm。所以B=（50+2.2×2+0.5）=54.9（mm）步距：对于无搭边排样S=31mm，对于有搭边排样S1=(31+2.2)mm=33.2mm。5.1.3材料利用率=n×A1L式中n—板料上实际冲裁的零件数量；A1—一个冲裁件的实际面积，;L—条料长度，；A—条料宽度，。若取工件数n=10件，则料长为L=10D1+9b+2b=10×31+9×2.2+2×2.5=334.8（mm）（5-3）所以条料规格为334.8×55.5×3所以材料利用率为：=n×A=10×(31×50-3.14×824-2×3.14×5对于无搭边的材料利用率：=n×A1L×A=87%综合以上两种排样方法的材料利用率相差不大。且无搭边排样对模具精度要求高，一般模具无法满足。故此次设计采用有搭边直排排样方式。图5.1排样图5.2落料凸、凹模刃口尺寸计算5.2.1冲裁的结构分析如工件零件图所示，外形长度50和宽度31属于落料件，内形Φ8和Φ5属于冲孔件。工件公差如零件图所示图5.2零件图5.2.2刃口计算原则落料落料件光面尺寸与凹模尺寸基本一致，故应以凹模尺寸为基准；又因落料件的尺寸会随凹模尺寸的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，则落料凹模尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减去最小初始间隙。冲孔冲孔件光面的孔径与凸模尺寸基本一致，故应以凸模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凸模尺寸的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加上最小初始间隙。5.2.3落料凸凹模刃口计算a.外形长度为50的刃口尺寸计算查《冲压工艺与冲模设计》表3-6和表3-5得，δT=0.02，δA=0.03，Zmin校核间隙δT+所取凸凹模公差满足间隙校核DA=(DDT=(Db.外形长度为31的刃口尺寸计算查《冲压工艺与冲模设计》表3-6和表3-5得，δT=0.02，δA=0.03，Zmin校核间隙δT所取凸凹模公差满足间隙校核DA1=(Dmax-x∆)0δDT1=(Dmax-x∆-式中DADTδTδA—凸凹模最小初始双面间隙；—凸凹模最大初始双面间隙；—冲裁件制造公差。5.3冲孔凸、凹模刃口尺寸计算a.内形Φ8的刃口，其凸凹模的公差等级分别按IT6和IT7计算。查《冲压工艺和冲模设计》表3-5、3-6得，δT=0.02，δA=0.02，Zmin校核间隙δT+所取凸凹模公差满足间隙校核dA=(dmin+x∆)-δdT=(dmin+x∆+b.内形Φ5的刃口，其凸凹模的公差等级分别按IT6和IT7计算。查《冲压工艺和冲模设计》表3-5、3-6得，δT=0.02，δA=0.02，Zmin校核间隙δT+所取凸凹模公差满足间隙校核dA=(dmin+x∆)-δdT=(dmin+x∆+式中dAdT—落料凸模刃口尺寸6冲裁力计算与压力机选择及压力中心确定6.1冲裁力计算计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F一般可以按下式计算：(6-1)式中：-系数查表取K=1.3；-冲孔周长，-材料厚度,t=3mm；-材料抗剪强度，Q235抗拉强度取188MPa。由任务书可知：L=2×F=1.3×281.52×3×188=2.064×10卸料力：Fx=kxF=1.032×10式中—卸料力系数，一般取0.5推件力：(6-3)式中—推件力系数，一般取0.045；n—同时梗塞在凹模内的工件数，。查《冲压模具简明设计手册》得h=30.1F=9.14，取n=9（6-4）=9×0.045×2.064×105F总=F+Fx+FT6.2压力机的选择压力机的公称压力必须大于总的冲压力F总表6-1开式可倾压力机主要技术参数主要技术参数型号J23-6.3J23-10J23-16J23-25J23-40J23-63J23-100公称力/631001602504006301000滑块行程/354565100130130130滑块行程次数/170145120105455038最大闭合高度/150180220270330360480最大装模高度/120145180220265280380连杆调节长度/303545556580100工作台尺寸/前后200240300370460480710左右3103704505607007101080垫板尺寸/厚度303540506580100孔径140170210200220250250模柄孔尺寸/直径30304040505060深度50556060708075最大倾斜角度/(°)453535303030306.3压力中心的确定应用解析法计算压力中心，计算过程如下：F1F2F3F=F1+F2+Fx0Fy0x0=Fy0=F1经过计算可知工件压力中心在工件的几何中心。7凹模设计7.1凹模孔口结构形式确定。经过分析，模具采用下出件方式，且形状简单，要求精度不高所以采用直筒形式的凹模口，该类刃口强度高，修磨后尺寸不变。7.2凹模精度与材料的确定。根据凹模作为工作零件，其尺寸精度要求较高，外形精度为IT11级，内型腔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um，上下平面的平行度为0.02，材料选Cr12MoV。7.3凹模外形尺寸计算。凹模厚度H：H=Ks=20mm(7-1)垂直送料方向的凹模宽度B：B=s+（2.5～4.0）H=109.97mm(7-2)送料方向的凹模长度L：L=s1+s2式中：s—垂直送料凹模刃壁间最大距离s1—s2—送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离，其值查教材《冲压工艺与冲模设计》表3-22得K—系数，查教材《冲压工艺与冲模设计》表3-23得K=0.4最后算得凹模尺寸为L×B×H=126.97mm×109.97mm×20mm查表7-1得凹模尺寸为140mm×125mm×20mm表7-1矩形和圆形凹模尺寸矩形凹模的长度和宽度L×B矩形和圆形凹模厚度圆形凹模直径d63×50、63×6310、12、14、16、18、206380×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×8012、14、16、18、20、2280、100125×100、125×125、140×80、140×10014、16、18、20、22、25125140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×12516、18、20、22、25、28140160×160、200×140、200×160、200×125、250×14016、20、22、25、28、32160200×200、250×160、250×200、280×16018、22、25、28、32、35200250×250、280×200、280×250、20、25、28、32、35、40250315×25020、28、32、35、40、45280、3158凸凹模设计计算8.1凸凹模精度和材料确定根据凸模作为工作零件，其尺寸精度要求较高，外形精度为IT11级，内型腔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um，上下平面的平行度为0.02，材料选Cr12MoV。8.2凸模长度确定凸模长度L：L=h1式中h1—凸模固定板厚度，一般为凹模厚度的0.6～h2—h—增加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度。一般取10～20mm。所以凸模长度为：L=h18.3模架形式以及上下模座的选择本模具采用中间导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。中间导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离5mm。而下模座底面与导柱底面的距离为14mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用H7/m6的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用H7/r6的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/r6的间隙配合，导柱与导套均采用45钢，热处理硬度渗碳深度0.8～1.2mm，淬硬58～62HRC。导柱的直径、长度，按标准选取。导柱：Φ25×130Φ28×130导套：Φ25×85×33Φ28×85×338.4模具总装配图以及工作原理图8.1模具装配图1）打