冲压工艺与模具课程设计

冲压工艺与模具设计课程设计说明书

轴衬套侧冲模模具设计

 1、冲裁件工艺分析

1.1冲压制件介绍

如图1-1所示，零件料后t=1mm,该制件为轴承套，零件结构较为复杂,形状呈中心对称，冲裁过程复杂。

1.2冲压件结构形状

我的工序只是侧向冲槽，侧槽形状为一个宽为3.5mm，长为32mm的矩形和两个半径为3.5mm的四分之一圆组成，具体形状见制件图，沿中心轴均布环绕成7个侧槽。                      

1.3冲压件尺寸精度

零件图上已经标注出了侧槽的尺寸精度，具体内容为mm， mm,对间接计算的尺寸，侧槽宽度3.5mm和四分之一圆半径φ3.5mm属未标注公差的尺寸，可根据互换性将其尺寸与公差换算出来，此处对其不进行处理。

1.4冲压件材料

该制件材料为08F，属于碳素结构钢,查《模具设计指导—史铁梁主编》可知抗剪强度τ=255～333MPa,断后伸长率=32％，屈服极限=196Mpa,弹性模量E=186000Mpa。此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。

根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。

2、确定工艺方案及模具结构形式

2.1工艺方案的确定

我的工序只是侧向冲7个槽，根据不同的加工方法以及冲裁方式，可以用以下几种工艺方案：

方案一：采用侧向冲裁，7个冲头，一次性冲裁侧向的7个槽,单工序冲模；

方案二：采用普通冲裁方式，利用卡盘将制件平放，一个冲头依次进行七次冲裁，单工序冲模。

以上两个方案各有优缺点，方案一生产效率高，周期短，零件尺寸精确，但是模具设计复杂，成本高；方案二模具结构简单，设计容易，冲裁过程较为普遍，但零件制造过程耗时较长，还需要附加的定位装置，能源损耗大。

比较上述两种方案，方案一具有创新点，且不会存在方案二因定位不准确二带来的误差，所以方案以比较合适，故选择方案一。

2.2确定模具总体结构方案

2.2.1  模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，斜滑块侧冲模。其特点是利用斜滑块进行测向冲槽，以实现多个工位同时进行。同时，因为制件四周受力均匀，减少了制件的变形程度，提高零件精度。采用斜滑块式侧冲模，岁结构复杂，但便于操作，因此合理有效。

2.2.2  操作与定位方式

零件的生产批量不确定，但其尺寸精密，因此通过合理安排生产，可用手工送料方式进行送料，这样不仅能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此较为合理。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，以及筒形形状，为了便于操作和保证零件的精度，采用凹模与制件的配合进行周湘定位，采用凹模与卸料板的配合使用对其进行轴向定位。

2.2.3  卸料与出件方式

此处因为模具独特，因此采用专用的曲柄滑块与卸料板联合使用的卸料装置对其进行卸料，卸料力不大，但须脚踏卸料，此种卸料方式可以保证冲裁件表面的平面度。

2.2.4  模架类型及精度

在标准模架中，常用的有四种形式的模架，如图2-1。采用斜导柱滑块机构对其进行一次性冲裁，所以要考虑到侧向冲槽的周向布置，此时会形成一个以模架中心为中心的圆形工作区域，所以模架采用滑动导向中间导柱圆形模架，用导柱导套导向。即图2-1中的d图。

2.2.5  凸模设计

冲槽凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，末尾台阶和导滑块以H7/m6过渡配合，起上下前后定位作用，用定位销和导滑块连接，起径向定位作用。

3、模具斜导柱滑块结构设计

此处模具为斜滑块式侧冲模，其设计主要是斜滑块与斜导柱的设计，此处将各部分设计如下。

3.1  斜导柱设计

3.1.1 斜导柱倾角及配合设计

查塑料成型模具设计手册知一般斜导柱的倾角在15～20，最大不超过25，以20和22选用最多，此处取斜导柱倾角，材料选用T10淬火，淬火硬度为HRC50～55，其抗拉强度，屈服极限，表面粗糙度值为，与其固定板之间采用过渡配合，为了运动灵活，与其斜滑块制件采用间隙配合，使两者之间保持0.5～1.0mm的间隙。斜导柱直径选取。

3.1.2 斜导柱长度计算

斜导柱的总长度与工作行程、斜导柱的直径和斜导柱固定板的厚度等有关。斜导柱的总长度为：      

式中  :斜导柱总长度；

      :斜导柱固定部分大端直径；

       h:斜导柱固定板厚度；

       d:斜导柱工作部分直径；

       S:滑块的工作行程   

斜导柱安装部分的长度为：

式中   ：斜导柱安装固定部分的长度；

       ：斜导柱固定部分的直径。

3.1.2 斜导柱的受力分析与强度计算

1.斜导柱受力分析

斜导柱在冲压与分离过程中，所受的弯曲力是影响其使用的主要应力,受力图如右图所示:

为冲槽力的反作用力，其大小与相同，方向相反。F是斜导柱通过斜导孔施加于滑块上的正压力，其大小与斜导柱所受的弯曲力相等，为斜导柱与滑块之间的摩擦力，为滑块与导滑槽之间的摩擦力,为斜导柱对滑块施加的向下的作用力。由此得：

           则

           则

此处由于摩擦力和其它力相比较一般很小，常常可忽略不计，即=0， =0,则由上可得

冲槽力主要取决于材料的剪切强度，为保证强度，以来进行计算。制件单个切槽时切槽的切向面积

   则要能顺利冲出侧向槽所需的最小冲槽力

所以         

  则         

2、斜导柱的强度校核

此处按理论计算斜导柱的直径，以此对斜导柱进行校核。

斜导柱直径主要受弯曲力的影响，将凸模压力中心沿导柱方向和斜导柱固定板的间距记为，则斜导柱所受的弯矩为

式中   ：斜导柱所受的弯矩；

       ：凸模压力中心沿导柱方向和斜导柱固定板的间距。

有材料力学可知：

式中    ：斜导柱所用材料的许用弯曲应力；

         :抗弯截面系数。

斜导柱的界面一般为圆形，其抗弯截面系数为：

所以斜导柱的直径为：

式中   ：侧冲头所受冲槽力作用线与斜导柱中心的交点到斜导柱固定板的距离，此处。

查《模具设计指导》—史铁梁主编，知T10的安全系数为1.5~2，取=2，则此材料的许用弯曲应力为：

则

4.011mm15mm，所以斜导柱的强度远远满足。      

4、 模具设计计算

4.1 毛坯尺寸与排样

我的前一步拉深工序由其他同学完成，所以我的工步里只需对每个坯料进行侧向冲槽，毛坯寸即前一工步成品，具体尺寸见图3-1。因此也无须排样。

4.2计算材料利用率

由《冲压工艺与模具设计》知材料利用率通用计算公式

式中  :得到制件的总面积（mm）

      :坯料的总面积（mm）

根据制件形状及尺寸得：

  =

得

4.3计算冲压力

4.3.1压力中心确定

冲槽形状与尺寸如右图所示：

因为冲槽孔左右对称，所以

压力中心、：

圆弧段y方向压力中心： 

式中  R:圆弧半径，计算得R=3.5mm;

    s:圆弧两端点之间的距离，此处S=3.5=4.95mm;

    b:圆弧弧长，此处b=

所以           

则整体y方向的压力中心：

即在图示坐标系上，此冲槽孔的压力中心坐标为（19.5,3.34）。

4.3.2  冲裁力的计算及压力机的选择

1、冲裁力的计算

由上知每个斜导柱滑块所需的竖直方向的力,此模具有七个斜导柱导滑槽装置沿制件周向排列，则冲裁力

2、压力机的选择

曲柄压力机为目前生产中最常见的机械压力机，且此模具须操作者从多个方向对其进行操纵，因此选择开式曲柄压力机，开式曲柄压力机机身呈“C”形结构，使操作者可从前、左、右三个方向靠近工作台，便于模具安装、调整、操作。

曲柄压力机在进行冲裁、校正弯曲时，最大冲裁力不大于工程压力的80%～90%，所以曲柄压力机所需的公称压力

查《材料成型机械》——葛正浩 杨立军主编，此处选择的曲柄压力机。选择型号为JH21-80的压力机，即机械开式曲柄压力机，固定台式曲柄压力机，其相关参数如下：

公称压力为800KN；

滑块行程为160mm;

滑块行程次数为40次/min;

最大封闭高度为320mm;

模柄孔尺寸为50mm;

模柄孔深度为70mm.

5、模具刃口尺寸及公差的计算

5.1 冲裁间隙z值得确定

右图所示为冲槽孔基本尺寸：

查《冲压工艺与模具设计》表2-3，知冲裁料厚t=1mm的0.8F材料的冲裁间隙值为：

   Z=2（0.06~0.09）t

Z=20.06~0.09）1=0.12~0.18mm 

即=0.18mm    =0.12mm

5.2 凹模刃口尺寸及公差的计算

凹模的刃口尺寸是根据冲槽孔的尺寸来定的，冲槽孔的刃口尺寸由两部分组成： mm和mm,根据公差值查《冲压工艺与模具设计》表2-5，得磨损系数x=1，则凹模刃口尺寸为：

 式中  ：冲槽凸模刃口基本尺寸，mm;

       :  冲槽凹模刃口基本尺寸，mm；

        d:  冲槽孔对应部位基本尺寸，mm;

       :  冲槽孔对应部位尺寸公差，mm; =T。

由此得： 、mm  

            、mm

将凹模刃口尺寸标注在电子图上如下所示：

5.3  凸模刃口尺寸及公差的计算

凸模的刃口尺寸也是是根据冲槽孔的尺寸来定的，和凹模刃口尺寸计算一样，要对mm和mm两组尺寸进行处理,根据公差值查《冲压工艺与模具设计》得凸模刃口尺寸为：

 式中  :  冲槽凹模刃口基本尺寸，mm；

        d:  冲槽孔对应部位基本尺寸，mm;

       :  冲槽孔对应部位尺寸公差，mm; =T。

由此得： 、mm  

          mm

          、mm

          mm

将凸模刃口尺寸标注在电子图上如下所示：

6、模具结构设计

我选择的模架如下图：

则对模具结构设计如下：

6、1  模架尺寸的选择

制件厚t=1mm，凹模是一个带侧孔的圆筒形，此处制件高50mm，为了不影响滑块运动，将滑块高度设置的稍低于制件高度，取滑块高度。则滑块行程.

现对滑块长度进行粗略估计：

斜导柱直径15mm，换算到水平方向为；

斜导柱孔投影到水平方向的长度；由此估计滑块长度  

取滑块长度为80mm。

大略设定冲裁凸模长15mm，闭合时凸模刃口边缘距模具中心10mm，闭合时滑块外延的定位装置伸出25mm，则此模架的公称直径有：

闭合模高度有：

据此查《模具设计指导》—史铁梁主编，选择滑动导向中间导柱圆形模架的规格为：315-215250，则相关参数为：

公称直径=315mm；

最小闭合高度=215mm；

最大闭合高度=250m；

上模座为31550mm；GB/T 2855.11-1990 

下模座为31560mm；GB/T 2855.12-1990 

导柱为35200mm；GB/T 2861.1-1990 

导套为50200mm；GB/T 2861.6-1990 

6、2  模柄的选择

模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心。中小型模具一般是通过模柄与压力机滑块相连接的。

目前的标准模柄有旋入式模柄、压入式模柄、凸缘式模柄、槽形模柄、通用模柄、浮动式模柄、推入式活动模柄等其中结构。压入式模柄是与上模座以配合并加销钉防转，模柄轴线与上模座的垂直度较好，适用于上模座较厚的各种中小型冲模，生产中最常见，所以此处选择压入式模柄。

模柄适合压力机配合使用的，JH21-80型号的曲柄压力机模柄孔尺寸为50mm,则性选择模柄规格为50110mm。

6、3  模具中各板件的尺寸规格确定

在选择压力机的章节中可知上下模座中间各板的尺寸为

   取各模板的直径为250mm。中间的一般的承压板和固定板厚度在20～30mm,所以斜导柱的承压板厚度取20mm，凹模承压板厚度取 30mm,凹模固定板的厚度取25mm，斜导柱固定板的要求较高，取其厚度为40mm。

7、小结

为期一周的冲压课程设计终于结束了，中间心酸，难以形容，但最终，虽不能说是多么完美，但大体内容还是成形了，甚是欣慰。

总体来说，我觉得这次的课程设计对我来说还是有点偏难，因为之前从没有接触过侧冲模，所以在研究方案时花费了大量的功夫，同时，侧冲模零件比较复杂，所以在电子图上也耗时不少。

但是，本文还是对轴衬套侧冲槽进行了全面细致的研究分析，结合实际情况，利用斜导柱滑块进行侧冲，利用曲柄滑块进行卸料，虽然模具结构复杂，但模具结构灵活、可靠，且能保证产品质量。

经过这次设计，我学到了很多，主要有以下几点：

1、对冲压有了脱胎换骨的认识，不在局限于过去的纯理论知识；

2、通过设计过程中的翻阅资料，查找国标，对冲压模具的结构，运动原理，以及其它零件的标准有了新的认识与了解；

3、自己完整的设计了一套模具，知道了模具设计中应该注意的问题以及流程，对以后的就业与工作起到了莫大的帮助。

经过这次设计，我会在今后需要更加努力，力求作到解决方法简单化，系统化与解决结果最优化的统一。

8、参考文献

1  史铁梁主编·模具设计指导·北京·机械工业出版社·2003.08

2  徐振坤主编·冲压模具及设备·北京·机械工业出版社·2005.01

3  吴生绪主编·塑料成型模具设计·北京·机械工业出版社·2008.01

4  杨占尧主编·冲压模具典型机构图例·北京·化学工业出版社·2008.01

5  申开智主编·塑料成型模具·北京·轻工业出版社·2012.01

6  欧阳波仪主编·现代冷冲模设计应用实例·北京·化学工业出版社·2008.04

7  宁海英、刘占军主编·冲压工艺与模具设计·北京·电子工业出版社·2011.08

8  葛正浩、杨立军主编·材料成型机械·北京·化学工业出版社·2007.08