冲压课程设计

JIU JIANG UNIVERSITY

课程设计

题    目  “垫板”零件冲压工艺及模具设计

院    系        机械与材料工程学院  

专    业          模具设计与制造    

姓    名              彭清辉        

年    级         2012级(B1252)     

指导教师             谢玉敏         

2014年  5月

目  录

第一章  绪 论···························1

第二章  冲压件工艺性分析及工艺方案的确定··············3

  2.1 冲压件工艺分析························ 3

  2.2 冲压工艺方案的确定······················3

    2.2.1 模具结构形式的确定····················4

第三章  冲压工艺计算························ 5

  3.1 排样设计与计算························5

    3.1.1 搭边值的确定·······················5

3.1.2 排样方案的选择······················6

  3.2 冲压力的计算·························7

3.2.1 落料力··························7

3.2.2 冲孔力··························7

3.2.3 卸料力··························7

3.2.4 推件力··························8

3.2.5 压力机的初步选定·····················8

  3.3 压力中心的确定························8

  3.4 工作零件刃口尺寸计算·····················8

3.4.1 间隙值的确定·······················9

3.4.2 工作零件刃口尺寸的计算··················10

第四章  模具总体设计及部分零件设计················11

  4.1工作零件的结构设计······················11

     4.1.1 凸模的结构设计·····················11

     4.1.2 凹模的结构设计·····················11

     4.1.3 凸凹模的结构设计····················12

  4.2 卸料零件的设计························13

  4.3 模架的选用··························14

  4.4 冲裁模闭合高度的校核·····················15

  4.5 定位零件的设计························15

  4.6 模柄的选用··························16

第五章  结 束 语·························17

致谢 参考文献···························18                                                                                                            

绪论

    冲压是在室温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力使其产生分离或塑性变形 从而获得所需零件的一种压力加工方法。而我们把在冲压加工中将材料金属或非金属加 工成零件或半成品的一种特殊工艺设备称为冲压模具俗称冲模。冲模可根据工艺性质 和工序组合程度分类其中按照工艺性质可分为:冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模根据工 序组合又可分为单工序模、复合模、级进模。 模具作为高效率的生产工具的一种是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用 模具生产制品和零件具有生产效率高可实现高速大批量的生产节约原材料实现无切屑 加工产品质量稳定具有良好的互换性操作简单对操作人员没有很高的技术要求利用 模具批量生产的零件加工费用低所加工出的零件与制件可以一次成形不需进行再加工能 制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品容易实现生产的自动化的特点。 设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、 生产率、具使用寿命还可以提高产品经 济效益。在进行模具设计时必须清楚零件的加工工艺设计出的零件要能加工、 易加工。充 分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提新的设计思路必然带来新的模具结构。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独 特的优点。                                  主要表现如下: 1 冲压加工的生产效率高且操作方便易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和 冲压设备来完成加工普通压机的行程次数为每分钟可达几十次高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。 2冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度且一般不破坏冲压件的表面质量而模具的 寿命一般较长所以冲压的质量稳定互换性好具有quot一模一样quot的特征。 3冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件如小到钟表的秒表大到汽车纵梁、覆盖件 等加上冲压时材料的冷变形硬化效应冲压的强度和刚度均较高。 4冲压一般没有切屑碎料生成材料的消耗较少且不需其它加热设备因而是一种省料节能 的加工方法冲压件的成本较低。 但是冲压加工所使用的模具一般具有专用性有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形 且模具 制造的精度高技术要求高是技术密集形产品。所以只有在冲压件生产批量较大的情况 下冲压加工的优点才能充分体现从而获得较好的经济效益。 模具的标准化及专业化生产已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产冲模零件既具的一定的复杂性和精密性又具有一定的结构典型性。因此只有实现了冲模的标准化 才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化从而降低模具的成本提高模具的质量和缩短 制造周期。目前国外先进工业国家模具标准化生产程度已达 7080模具厂只需设计制造工作 零件大部分模具零件均从标准件厂购买使生产率大幅度提高。 模具制造厂专业化程度越不定期 越高分工越来越细如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等甚至某些模具厂仅专业化制造某类 产品的冲裁模或弯曲模这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专 化生产近年来也有较大发展除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外标准件品种也有扩展 精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求主要体现在标准化程度还不高一般 在40以下标准件的品种和规格较少大多数标准件厂家未形成规模化生产标准件质量也还存 在较多问题。另外标准件生产的销售、 供货、服务等都还有待于进一步提高。                                                                                                        

第二章 冲压件工艺性分析                                                  

2.1 冲压件工艺性分析 

    该材料形状简单只有落料和冲孔两个工序。 材料为10号钢具有良好的塑性和冲压性能适 合冲裁。 由文献3表9-13 查出冲裁件内外形所能达到的精度为IT8IT10。工件结构形状相对简 单长方体形状的并且存在尖角其中还有两个大小相等直径为φ 18的孔，孔中心与孔中心的距离公差为0.08mm可以冲裁。将以上度与工件简图中标注的尺寸公差相比较可认为 该工件的精度要求能够在冲裁加工过程中得到保证其他的尺寸标注等情况也符合冲裁的工艺要求。                                                           

2.2 冲压工艺方案的确定                                                    方案一:先冲孔后落料。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。                                                                                                        方案一模具结构简单制造周期短制造简单但需要两副模具成本高而生产效率低难以 满足大批量生产的要求。                                                  方案三只需一副模具生产效率高操作方便精度也能满足要求但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工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁 厚模具强度也能满足要求。 冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高板料的定位精度比方案三低 模具轮廓尺寸较小制造比方案三简单。                    通过对上述三种方案的分析比较该工件的冲 压生产采用方案二为佳。              2.2.1 模具结构形式的确定                                                

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。                     

第三章 零件工艺计算

3.1排样设计与计算                                                         

冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算条料宽 度和送料步距计算材料利用率画排样图。                                   3.1.1 搭边值的确定 

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。                                                                        根据零件形状查《冲压模具设计与制造》表2.5.2 可知:工件之间搭边值a=2.0mm工件与 侧边之间搭边值a=12.2mm。                                                  3.1.2 排样方案的选择                                                          

根据对所给零件的分析综合各方面因素权衡利弊采用直排有废料排样方式这样可以保 证冲件质量提高模具寿命。 可以补偿送料误差以保证冲出合格工件保持条料刚度利于送料 避免废料丝进入模具间隙损坏模具。                              

根据直排的排样方式可以将排样分为横排和竖排。          

图3-1 竖排排样图

(1).计算冲压件的毛坯面积: A=(88)-2×3.14×8 mm =5230.08                  3-1 

(2).条料宽度: B=(L+2a) =(88+22.2) = 92.4mm (3-2)

(3).进距: h=(+2)mm=66mm (3-3)                                               (4).一个进距的材料利用率: =84.05%　(3-4)                        横排排样图如图3-2 所示: 

图3-2 横排排样图

(1).计算冲压件的毛坯面积:                                                       A==5230.08 mm                         (3-5) 

(2).条料宽度:                                                                        B= （L +2a）=(88+22.2) =92.4 mm                 (3-6) 

(3).步距:                                                                h=88+2mm=90mm                                             (3-7)

(4).一个步距的材料利用率:

=83.28%    (3-8 )                                                                                               

通过两种方案的比较方案一的材料利用率比方案二的材料利用率高所以我们选择第一种竖 排排样方案。                                                         3.2 冲裁力的计算                                                              

用平刃冲裁时其冲裁力F 一般按下式计算: 

         F=KL (3-9)  

式中: F-冲裁力

         L-冲裁周边长度

         t-材料厚度

          -材料抗剪强度

K-系数系数K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。

3.2.1 落料力:

F==(280)N=2.1 　 　  ( 3-10) 

3.2.2 冲孔力:

=(55.242375)=3.8N　 　 (3-11)                             3.2.3 落料时的卸料力: 

                               (3-12) 

查表取 =0.55 ,故

F

3.2.4 冲孔时的推件力:

　                           (3-13)

查表取=0.55,故

1.5　 

总压力:

=3.6           (3-14)  

3.2.5 冲压设备的初步选定                                                     

根据总压力,查 《冲压模具课程设计指导与范例》表9-9 可选用:开式双柱可倾压力机JC23-35

公称压力:350KN

滑块行程:80mm

最大闭合高度:280mm

工作台尺寸:380mm610mm(前后左右)

滑块中心到床身距离/mm:205mm

模柄孔尺寸:Ф50mm70mm(直径孔深 )

 3.3 冲裁压力中心的确定

 (1)按比例画出零件的轮廓形状并确定坐标系标注如图3-3 所示

 (2)分别看坐标轴x, y

 (3)计算出该冲裁件的压力中心:因为该工件是一个对称工件故其压力中心为工件的中心。综上所述冲裁件的压力中心坐标为(44， 32)。

3.4 工作零件刃口尺寸计算

3.4.1 间隙值的确定

由《冲压模具设计与制造》表2.3.3 可得:间隙值 =0.246  , =0.360mm

3.4.2 凸凹模刃口尺寸的计算

.加工方法的确定

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。因该工作零件的形状相对较简单适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸 料板这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸 计算就按分开加工的方法来计算。                (2).冲孔部分

对冲孔Ф 16 采用凸凹模分开的加工方法其凸凹模刃口部分尺寸分别按IT6 和IT7 制造计算如下: 由 《互换性与测量技术第二版》 表3-2 可得凸凹模制造公差:                                                         查 《冲压模具设计与制造》 P63 可得磨损系数:X=1                                 尺寸Ф 16:                                                                       =16.060mm                     (3-15)                            =16.306mm　                   (3-16)                               校核: 0.360-0.246=0.114mm　 　　0.029 　                    满足: 　 　 　 　  (3-17) 的条件                           孔距: (400.12520.008)mm=(400.002)mm 　 　 　(3-18) 　 　 　(3).落料部分

对外轮廓的落料采用分开加工方法其凸凹模刃口部分尺寸计算如下:                          由公差表查得880.07mm为IT10级,0.05为IT10级,故分别取 X=1 ,则其中: 落料1(长):                                                                      (88.07-0.14) mm=87.93 mm       (3-19)                  =(87.93-0.246) mm                     (3-20)           校核: 　 　 　 　                       (3-21) 即:0.049<0.114(满足间隙公差）                                                                                                                                  落料2（宽）:                       (.05-0.1) mm=63.95 mm         (3-22)             =(63.95-0.246) mm=63.704 mm        (3-33)                                                             

第四章 模具总体设计及部分零件设计                                        

本设计使用复合冲模将凹及凸模固定在上模上是典型的倒装结构。两个导料销控制条料送 进的导向固定卸料板控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置弹性卸料装置由卸料板、卸料板 螺钉和弹簧组成。冲制的工件有推杆和推件块组成的刚性推件装置推出。冲孔的废料可通过凸凹模 的内孔从压力机台面孔漏下。                       4.1 工作零件的结构设计                                                         4.1.1 凹模的结构设计                                             

凹模的刃口形式考虑到实际生产中的应用所以采用刃口强度较高的凹模即如图 4-2 所示 的刃口形式。                                                               由凹模厚度H=kb凹模壁后C=(1.5~2)H 可得:                                          由《冲压模具课程设计指导与范例》 表可知:k=0.28                                               H=kb0.28×80=22.4mm                           (4-1)                                          因为凹模的高度要为一个整数值故取H=24mm                                         C=1.5H=1.5×24mm=36mm                         (4-2)                                      凹模宽度:                                                                       B=b+2c=(+233.6)mm=131.2mm                    (4-3)                                         凹模长度: L=(88+233.6)mm=155.2mm               (4-4)                                       查《冲压模具课程设计指导与范例》表选模架规格 L×B:160mm×135mm。所以最终确定 凹模的宽度B=135mm长度L=160mm。                                       图4-2凹模                                                                  4.1.2 凸模的结构设计                                                        

冲Ф 18 孔的圆形凸模由于模具需要在凸模外面装推件块因此设计成直立的形状。尺寸标注 如图4-1 所示。                                                       根据工件图样工件中有2个孔因此要需设计2 个凸模为了方便固定都采用阶梯式 长度为: L=凹模+(0.6~0.8)H+t+h=24+0.6×24+2+14.6=55     (4-5 )                   凸模直径取27mm。                                                                 图4-1 凸模

4.1.3 凸凹模的结构设计                                                            

本模具为复合冲裁模因此除冲孔凸模和落料凹模外必须还有一个凸凹模。 凸凹模的结构简图。                                                          校核该凸凹模的强度:                                                              按 《冲压模具设计与制造》表可得凸凹模的最小壁厚为4.9mm而实际最小壁厚为16mm 故复合设计的强度要求。                                            

凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制并保证双面间隙为0.246~0.360mm 之间。凸凹模上的孔 心距尺寸为42mm 的公差应比零件图所标精度高34 级通过上述凸凹模刃口尺寸的计算可得:                                                            孔中心距尺寸公差为:400.002mm。                                             凸凹模的高度为:                                                                   H=14+2+2+14=50mm 　 　 　 　 　 　 　　 　(4-6)              式中为卸料板厚度取14mm ,为凸凹模固定板厚度取20mm,t为材料的厚度取2mm,h为卸料 板与固定板之间的安全高度取14mm。                                                                                                      4.2 卸料零件的设计计算                                                         

(1)根据分析采用橡胶块卸料用四块聚氨酯橡胶块卸料每块橡胶分担的卸料力为:                    　 　　 　 =N=2625N                                                       (2)考虑橡胶块的工作压缩量较大取压缩率=10%, 并由表4-1 差得单位压力的 =1.1MPa 。按公式:                                                       A=Fy/F                                                     (4-8)          式中:A-橡胶块的面积(mm)                                                  Fy-橡胶块所受的压力(N )                                                       F橡胶块受压时的单位压力MP。                                                  那么:A2625/1.1mm =2386.36mm                                                                   (3)选取直径为16mm 的卸料螺钉查《冲压模具课程设计指导与范例》表9-40 选取弹性体卸料螺 钉孔的直径为d=16.5mm则弹性体的外径D可按下式求得:                                                              (4-9)                         代入数据,计算得D=57.5mm。                                                      为了保证足够的卸料力以获得整的工件需要加大压料力故取D=60mm。                (4)计算预压力Fy=AF                            ( 4-10)                        代入数据计算得Fy=2763.2N                                                         (5)求橡胶块的自由高度:                                                             　 　 　                    (4-11)                                            式中: -工作行程                                                             -橡胶块的极限压缩率对于硬度为邵氏70~80A 的聚氨酯橡胶则应取  ≤35%硬度越高值越小这里取=30%                                                 -橡胶块预压缩率,聚氨酯橡胶= 10                                             那么: ; 查《冲压模具课程设计指导与范例》表选H50mm。                                                                       橡胶块高度的校核:0.5≤H/D≤1.5即0.5≤50/60≤1.5。       经校核合格。     (6)求极限压缩量:                                                                                              （4-12）                                                          则: =30×50mm=15mm                                                         （7）求预压缩量:            ( 4-13)                                        则：h=10%50=5mm

（8）橡胶块工作极限下的压缩量：h=H-h=50-15=35mm                                 橡胶块预压下的高度：h=H-=50-5=45mm

工作行程的校核：                                （4-14）        即9≤15-5=10，经校核合格。                                                          4.3 模架的选用

    根据零件的结构及尺寸，我们模架选用中等精度，中、小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向左送料，操作方便。                                                    由文献查表可得：

上模座：L/mmB/mmH/mm=16013535                                           下模座：L/mmB/mmH/mm=16013540

垫板厚度查表可取得4~12之间，所以我们取垫板厚度为12mm。

凸模固定板的厚度：查《冲压模具简明设计手册》表选H=20mm 凹模的厚度已定为：24mm

卸料板的厚度为：查《冲压模具简明设计手册》表可得：14mm 模具的闭合高度：

H模=（35+12+20+24+14+2+40）mm=147mm (4-15)

导柱：d/mmL/mm=25130

导套：d/mmL/mmD/mm=258533                                             4.4 冲裁模闭合高度的校核：

    前面有冲压力初选350KN的压力机，最大闭合高度为280mm。                              校核：         （4-16）

其中h为垫板的厚度，H为模具的闭合高度，H、H分为压力机的最大、最小闭合高度。 经校核不难发现所算的闭合高度满足上述式子要求。                   4.5 定位零件的选用

    结合本套模具的具体结构，考虑到工件的形状，设置一个6的活动挡料（起定距作用）和两个直径为8的活动导料销。挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧，在开模时，弹簧恢复弹力把挡料销顶起，使它处于工作状态，旁边的导料销也一 起工作。                                                                             4.6 模柄

    冲模通过模柄将上模固定在冲床滑块上，在安装时应注意模柄直径和压力机模柄孔直径要一致。本设计采用压入式模柄结构，可以保证较高精度的同轴度和垂直度，其结构形势如下图：此模柄与上模座的连接，采用过度配合(H7/m6)。查《冲压模具课程设计指导与范例》表得模柄尺寸为：                                     直径：50mm               高度：70mm

 第五章 结束语

    通过这次模具设计，本人在多方面都有所提高。通过这次毕业设计，综合运用本专业所学课程的专业基础知识进行一次冷冲压模具设计工作的设计训练从而培养和提高学生工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。更加提醒我们不断的加强专业知识是十分重要的。由于本人的设计能力有限，在设计过程中如有出现错误，恳请老师们多多指教,本人十分的乐意接受您们的批评与指正，本人将万分感谢。

致 谢

    随着社会的发展，机械行业的模具专业在我国现代工业发展中成为一个越来越重要的分支。模具渗透着整个社会。不管在那个行业，都有模具的存在。日常生活中轻重工业，都离不开模具生产，模具就是为了得到所需要的产品。要什么样的产品，就可以生产什么样的模具，如（塑料模具 、冷冲压模具、压铸模、橡胶模 ）。而目前形势的需要，产品更新换代更快更易，所以模具行业的发展空间很大，有待我们去努力，去探索。模具生产过程是一个循序渐进的过程，生产模具过程中可能用到的的机器有很多种类，如（电火花成型机、数控线切割、车床、铣床、刨床、磨床、镗床等）。三年的学习，我对模具设计与制造有了深刻的认识。面临毕业期间，此次单独设计一个模具，让我了解了很多的模具结构、模具加工工艺、模具的用途。并且学到不少的书本上没有的知识，就拿塑料模来说，对于影响模具寿命的因素，主要是模具的加工精度和材料的刚度，还有模具的材料，模具生产批量，模具结构等。影响模具的产品质量的主要因素也是模具的制造精度。通过这次毕业设计，我从理论和实践上又更进一步的加深。模具结构设计的好坏直接影响产品质量和经济。中国面临世界的挑战，在模具行业这方面，我希望日后能在模具这一行有所贡献。在此感谢我的老师廖老师,她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路更给予我无尽的启迪。同时感谢对我帮助过的同学们。

参考文献

   [1]《互换性与测量技术》第二版 陈于萍、高晓康编著；高等教育出版社，2005 [2]《冲压模具设计结构图册》第二版 薛翔编；化学工业出版社，2009 [3]《冲压模具课程设计指导与范例》林承全、胡绍平主编 ；化学工业出版，1992 [4] 《简明冲模设计手册》王新华、陈登主编；机械工业出版社，2008 [5] 《金属材料及热处理》王英杰，金升主编；北京机械工业出版社，2006 [6] 《冲压模具简明机械设计手册》第二版 郝滨海编著；化学工业出版社，2009 [7]《实用冲压工艺及模具设计手册》杨玉英主编；机械工业出版社，2004 [8] 《冲压技术实用数据速查手册》张正修主编；机械工业出版社，2008 [9] 《冲压模具设计与制造》刘建超，张宝忠主编；高等教育出版社，2010 [10] 《模具设计大典》