冲压课程设计说明书加热支架管(冲孔、翻边)冲压复合模具设计

设计说明书

    题    目：加热支架管（冲孔、翻边）冲压复合模具设计

    学    院：机械工程学院

    班    级：成型121（模具）

    *    *** * *

    学    号：**********

    ***** *

                日期：2015年6月20日

第1章概论…………………………………………………………………….1

1.1冲压模地位及冲模技术.................................1

1.2.1冲压模相关介绍................................1

1.2.2冲模在现代生产中的地位........................2

2.3  工艺方案的确定…………………………………………………..3

第一章  概论

1.1引言

    日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。

     随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。

1.2冲压模地位及我国冲压技术  

1.2.1冲压模相关介绍

    冷冲压:是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。

    冲压可分为五个基本工序：冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。

    冲压模具:在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

    冲压模按照工序组合分为三类：单工序模、复合模和级进模。

    复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料，可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但模具结构复杂，制造困难。

    冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 

1.2.2冲模在现代工业生产中的地位

在现代工业生产中，冲模约占模具工业的50%，在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用冲模制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%~70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。

第二章   冲压件的工艺分析

2.1  冲裁工艺性

   如图所示零件，中批量生产，已有毛坯如图所示， 材料为SUS304，为日本材料的标准，相当于中国的0Cr19Ni9，厚度为0.8mm。

                  图2-1 零件三维

SUS304为不锈钢，1.具有高的耐蚀性，在低温、室温及高温下均有较高的塑性和韧性，以及较好的冷作成型和焊接性。但室温下的强度较低，晶间腐蚀及应力腐蚀倾向较大，切削加工性较差。抗拉强度 σb (MPa)≥520，条件屈服强度 σ0.2 (MPa)≥205，硬度：≤187HB;≤90HRB;≤200HV。具有较好的冲裁成形性能，和良好的塑形成型能力。查《冷冲压模具设计与制造》表2.3冲压件内、外形所能达到的经济精度，因制件形状简单、对称，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12-IT13。

由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。

翻边工艺性

1.翻边工件边缘与平面的圆角半径r=（2~3）t

2.翻边的高度h=1

2.2翻边工艺计算

翻孔工艺计算有两方面的内容：一是要根据翻孔的孔径，计算毛坯预制孔的尺寸；二是要根据允许的极限翻孔系数，校核一次翻孔可能达到的翻孔高度。

计算预冲孔的大小

                       图2.3  零件图

平板毛坯翻孔预制孔直径可以近似地安弯曲展开计算

将及h=H-r-t代人上式并整理后可得预孔直径为

=D-2（H-0.43r-0.72t）=4-2X(0.8-0.43X0.2-0.72X0.8)=3.7mm

一次翻孔的极限高度，可以根据极限翻孔系数及k=0.72预制孔直径推导求得。

即  

   式中    

所以最大翻边高度

其中  D—翻边后的中经(mm)                         

Kmin—极限翻边系数                                  

        r—翻边圆角半径(mm)

        t—材料厚度(mm)

根据相对厚度查表可得极限翻边系数=0.68

于是

因为工件翻边高度H<，所以在平板上能一次性翻边成形。

2.3冲压方案的确定

2.3.1初步确定加工方案

根据工件形状，初步确定采用落料、冲孔和翻边等工序，现确定以下方案：

方案一：一套冲孔、翻边复合模

方案二：一套冲孔、翻边单工序模

方案三：一套冲孔、翻边连续模

2.3.2 冲压工艺的制定

单工序模、连续模和复合模的相互比较见表2-2

表2-1单工序模、连续模和复合模的性能比较 

总的看来：

方案一：生产效率高，因为滑块下行一次既完成冲孔和翻边等工序，不存在定位误差，同轴度高，因此冲压出来的制件精度也较高；但模具结构较复杂，因此模具制造难度大。

方案二：生产效率不高，由于要多机床或多道工序完成，致使生产效率和经济效益都降低；但模具制造周期短。

方案三：生产效率较高，完成冲孔的连续模生产效率较高，和方案二一样，由于第二道翻边单工序的存在，降低了生产效率不说，精度也难保证。

因此综合考虑采用方案一，再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。

正装复合模和倒装复合模的比较见下表2-3

从表2-2中可以看出：正装对于薄冲件能达到平整要求，且废料不会在凸凹模孔内积聚，有利于凸凹模减少最小壁厚但是不能冲裁较硬的或厚度大于0.3mm的板料而倒装虽不能达到平整要求，而且废料在凸凹模孔内积聚，但能冲裁较硬的板料。

从保证冲裁件质量、经济性和安全性前提下，综合考虑采用正装复合模，即模具结构为冲孔、翻边倒装复合模。

第三章冲裁力及压力中心计算

    冲裁力和冲裁功是选择和确定冲压设备、及模具强度校核的重要依据，在冲裁模设计中必须进行计算。同时，应掌握影响冲裁力大小的因素及降低冲裁力的方法。

3.1  冲裁力的计算

3.1.1  冲孔力的计算

冲孔力公式F冲=

式中    L————冲裁件周长（mm）

        t————材料厚度（mm）

        ————材料的抗剪强度（MPa）查表知=430~550MPa取530

         K————系数，常取K=1.3

则   F冲=

3.1.2  推件力的计算

                        F推 =nK推F冲

        式中K推————推件力因数，查表知K推=0.055

               n————工件卡在凹槽内的个数，取n=3

       则       F推=   

3.1.3   翻边力的计算

                   F翻=

          式中  —————材料的屈服强度，查表得=205MPa

                 D——————翻边直径（mm）,D=4mm

                 ——————毛坯预制孔直径， =3.7mm

          则    F翻=

3.1.4   总的冲裁力

        F= F冲+F推+F翻                     由于有三个冲孔，F总=28.2KN

       =7.79+1.29+0.32KN=9.40KN

3.2   计算压力中心

计算压力中心的目的是使模柄轴线和压力机滑块的中心线重合，避免滑块受偏心载荷的影响而导致滑块轨道和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。

从制件的形状可以看出，该制件是回转体结构，形状对称，故模具压力中心就在圆心部位，即无须再来计算了。

3.3冲压设备的确定 

由于复合模的特点，为防止设备过载，可按公称压力F压》（1.6~1.8）F选择压力机。

          F压》（1.6~1.8）F》33.84~50.76KN

查表选取公称压力为63KN的开式压力机，参数如下：

公称压力：63KN

滑块行程：50mm

滑块行程次数：160次/min

最大闭合高度：170mm

最大装模高度：120mm

模柄孔尺寸： 30mm50mm

第四章主要工作部分尺寸计算

    冲裁模凸、凹刃口尺寸精度的影响冲裁件尺寸精度的重要因素。凸凹模的合理间隙值也要靠刃口尺寸及其公差保证。因此，在冲裁模设计中，正确确定与计算凸、凹模刃口尺寸及其公差是极为重要的。

4.1冲孔刃口计算

    查表冲裁模初始双面间隙Z取 

Zmin=0.102mm      Zmax=0.176mm

对零件图中未注公差的尺寸，冲压件一般保证精度IT14，因制件形状简单且对称，在这里保证精度IT13。

查《互换性与测量技术基础》表3-6简单形状冲裁时mm的极限偏差，磨损因数查表得x=0.75。

   冲孔凸凹模的制造公差由表差得：凸=-0.020mm   凹=+0.020mm

校核：1凸+凹1=0.040mm<=0.074mm 

则凸模刃口尺寸

               d凸=

4.2翻边工作刃口尺寸计算

如图5-1，由于在翻边过程中，材料沿切向伸长，因此其端面的材料变薄非常严重，根据材料的统一变形情况，翻边凹模与翻边凸模之间的间隙应小于原来的材料厚度。 

图5-1 翻边间隙

查表得平板毛坯翻边时凸凹模之间的间隙取Z/2=1.3mm.

翻边凸模的刃口尺寸计算如下：

查表得翻边凸模极限偏差为： mm

查表磨损系数取 X=0.5

则  =（d+XΔ）

             =(24+0.5*0.28) 

              =24.14  mm

翻边凹模的刃口尺寸计算如下：

根据翻边间隙和翻边凸模的刃口尺寸来确定翻边凹模的人口尺寸

D=（d+2*Z/2）

          =（24.14+2*1.3）

          =26.74 mm

第五章主要零部件及模具结构设计

5.1模架的选择

查《中国模具设计大典》第3卷，表22.4-30后侧导柱模架（GB/T2851.3-1990）

根据凹模周界尺寸选择选择模架160X160mm

凸模长度的计算公式  

式中  ————凸模固定板厚度

      ————固定卸料板厚度

      ————导料板厚度

       h————增加长度

所以 L=15+0+0+38mm=53mm

因为冲裁件形状简单，冲裁材料厚度小于3mm所以冲孔凸模选用材料为T8A钢，淬硬处理。

具体的凸模设计如下：

5.3 凹凸模的设计

凹凸模由下凸模固定板固定，伸出导板的部分起冲裁作用并对毛坯起导向作用。其高度在本模具设计中由凹模固定板高度、导板高度、翻边后高度和预留高度决定。

所以凸凹模高度h=12mm+40mm+14mm+4mm=70mm

因为冲裁件形状简单，冲裁材料厚度小于3mm所以翻边凹模选用材料为T8A钢，淬硬处理。

倒装复合模的冲孔废料容易积存在凸凹模型内，所受胀力大凸凹模最小壁厚要大些。所以查表可知倒装复合模的凸凹模最小壁厚为3.8mm

又（24.14mm-12.70mm）/2=5.72mm>3.8mm

 所以此凸凹模可以满足要求  

具体的凸凹模结构设计如图：

5.4  翻边凹模的设计

翻边凹模由上凹模固定板固定，工作时，凹模下行，对毛坯进行压边从而达到翻边的作用。因为冲裁件形状简单，冲裁材料厚度小于3mm所以翻边凹模选用材料为T8A钢，淬硬处理。

具体结构设计如下图：

5.3其他部件的设计

由以上设计计算，并绘图设计，该外壳零件的落料冲孔倒装式复合模装配图如下：

参考文献

1 王秀凤、万良辉《冲压模具设计与制造》北京航空航天大学出版社

2 杨占尧《冲压模具图册》高等教育出版社

3 肖景容《冲压工艺学》机械工业出版社

4 梁炳文《冷冲压工艺手册》北京航空航天大学出版社

5 王孝培《冲压设计资料》

6.许发樾 《冲模设计应用实例》机械工业出版社

7.余银柱 《冲压工艺与模具设计》北京大学出版社

8.王立人 《冲压模设计指导》北京理工大学出版社

9、王鹏驹 成虹 《冲压模具设计师手册》 机械工业出版社

冲压模课程设计的总结

    通过这次课程设计，把先修课程（机械制图，机械制造，机械设计，冷冲压与塑料成型机械，模具工艺学，模具材料与热处理，冷冲压模具设计资料与指导，冷冲压工艺与模具设计）中所学到的理论知识在实际的设计工作中综合地加以运用。使这些知识得到巩固发展，初步培养了我冷冲压模具设计的工作打下良好基础，树立正确的设计思路。   在这短短的十几天里，从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书。学到很多原本学到的但不是很懂的知识，了解了一些设计的原理和过程。例如，冲裁模具设计一般步骤：   

（1）冲裁件工艺性分析； 

（2）确定冲裁工艺方案； 

（3）选择模具的结构形式 

（4）进行必要的工艺计算；  

（5）选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸；

 (6)选择压力机的型号或验算已选的压力机； 

（7）绘制模具总装图及零件图；   

      还有更多的知识，在这里不做过多的叙述。   虽然在这次设计过程中遇到很多问题与麻烦，但通过辅导老师的耐心教导和帮助，克服了这些困难。在此，我向一直关心支持我的各位辅导老师道一声：谢谢！   在这次设计中，我总结了：要学会亲自去尝试，不要害怕失败。失败也是一份财富，经历也是一份拥有。   此外，这次设计过程中还有许多不如意和不完善的地方，通过这次的经历，希望以后会越做越好。