钣金成型课程模具设计.doc

钣金成型课程设计说明书
制件工艺分析与模具设计
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沈阳航空航天大学
2017年12月1日
摘要
本次综合实训设计垫片得冲压模具,零件结构简单对称,料厚较小,设计者将其设计为级进模模具,主要有冲孔落料两道工序。本说明书以图文并茂得方式对此零件得模具设计加以介绍,主要叙述了从零件得工艺性分析到模具结构得设计、工艺计算、冲模结构得设计以及主要零件设计等,直到最后得模具装配图、零件图、排样图等一系列得设计过程。其中详尽得分析讲述了针对于该零件得冲压模具完整设计方法,读者可以从本说明书中简单、明确得了解该设计得主要思想路线及合理设计制造方案,加深对级进模模具设计知识得了解、应用以及提升关于级进模模具得分析问题、解决问题得能力。
关键词:垫片、级进模、冲孔落料、模具、设计
目录
第1章冲压工艺分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
1、1零件工艺分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
1、1、1产品结构形状及材料分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
1、1、2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析、、、、、、、、、、、
1、2冲压工艺方案得确定、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
1、2、1第一种方案、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
1、2、2第二种方案、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
1、2、3第三种方案、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
第2章冲压工艺计算、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、1排样、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、1、1搭边、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、1、2条料宽度与导尺间距离、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、1、3送料步距、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、1、4材料利用率、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、2计算冲压力、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、2、1冲裁力计算、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
2、2、2卸料力、推件力与顶件力得计算、、、、、、、、、、、、、、
2、3压力中心得计算、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
第3章级进模凸凹模设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、1模具刃口尺寸得计算、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、1、1冲孔凸、凹模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、1、2落料凹、凸模、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、2凹模得设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、2、1凹模厚度H得计算、、、、、、、、、、、、、、、、
3、2、2凹模长度与宽度、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、2、3凹模材料、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、2、4凹模固定方法、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、3凸模得设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、3、1凸模强度——压应力校核、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
3、3、2凸模材料、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
第4章基本冲模结构得确定、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
4、1模具得形式、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
4、2定位装置、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
4、3卸料装置、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
4、3、1条料得卸除、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
4、3、2废料及工件得卸除、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
4、4导向装置、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
4、5模架、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
第5章级进模主要零件设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
5、1卸料弹簧设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
5、2凸模固定板设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
5、3垫板设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
5、4卸料板设计、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
5、5模座得选择、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
第6章压力机校核、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
6、1模柄孔得校核、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
6、2模具闭合高度得校核、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
6、3压力机工作台尺寸得校核、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
6、4冲裁力校核、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
总结、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
参考文献、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、
第1章冲压工艺分析
1、1零件工艺分析
1、1、1产品结构形状及材料分析
由零件图可知,该零件为矩形片落料圆形冲孔,外形简单对称,整个外形光滑、圆整,无狭槽、尖角;孔与孔之间、孔与零件边缘之间最小距离c满足c>1、5t要求(其中料厚t为2、0mm, 可得出c=(62、8950、5)/2=3、3mm, 1、5t=3mm)。
对于冲压件材料一般要求得力学性能就是强度低,塑性高,表面质量与厚度公差符合国家标准。本设计得产品材料就是08号钢,其力学性能就是强度、硬度与塑性指标适中,用冲裁得加工方法就是完全可以成形得。另外产品对于表面质量等没有严格要求,所以尽量采用国家标准板材,其冲裁出得产品得表面质量等就可以保证。
经上述分析,产品得材料性能符合冷冲压加工要求。
1、1、2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析
1)尺寸精度 根据零件图上所注尺寸,工件要求不高,采用IT14级精度,普通冲裁可满足要求。
2)粗糙度、断面质量 查《冲压手册》表212得,一般冲裁件冲材料厚度t≥2、0mm金属板料时,其断面粗糙度为3、2μm;本产品在断面粗糙度与尺寸精度上均要求不高,所以断面质量可以保证,用冲裁得加工方法就是完全可以成形得。
1、2 冲压工艺方案得确定
完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工得工艺方案分为以下三种:
1、2、1第一种方案
采用单工序逐步加工
1)冲孔落料单工序模,工序简图见图1211。
2)落料冲孔单工序模,工序简图见图1212。
特点:由于单工序模,模具制造简单,维修方便。但生产率低,工件精度低,不适合大中批件得生产。

图1211冲孔落料单工序模简图

图1212 落料冲孔单工序模简图
1、2、2第二种方案
采用复合模加工成形,工序简图见122。
特点: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。

图122 冲孔落料复合模
1、2、3第三种方案
采用级进模加工成形,工序简图见图123。
特点:生产率高,便于实现机械化、自动化,适合加工复杂得小型冲裁件,但模具制造复杂,调整维修麻烦,工件精度较低。

图123 冲孔落料级进模
根据本零件得设计要求以及各方案得特点,决定采用第三种方案级进模加工成形比较合理。
第2章 冲压工艺计算
2、1排样
采用直排有废料排样,虽然此零件斜排能够提高材料利用率,但就是设计计算复杂。排样图见211。

图211 排样图
2、1、1搭边
查《冲压手册》表217得,当t=1、0mm时,确定侧搭边值a=2mm,工件间搭边值a1=2、4mm。
2、1、2条料宽度与导尺间距离
采用单边侧刃。
条料宽度:B=L+2a’+nb=L+1、5a+nb (a’=0、75a) 式(21)
导尺间距离:A=B+Z0=L+1、5a+nb+Z0 式(22)
A1=L+1、5a+Y 式(23)
式中L——冲裁件垂直于送料方向得尺寸,L=62、8mm;
n——侧刃数,n=1;
b——侧刃切去得条料宽度,查《冷冲压模具设计难点与技巧》表17得b=1、5mm;
Y——冲切后条料宽度与导料板得间隙,查《冷冲压模具设计难点与技巧》表17得Y=0、10mm;
Z0——条料与导料板之间得间隙,查《冷冲压模具设计难点与技巧》表
16得Z0=0、1mm;
∴
B=62、8+1、5×2+1×1、5=67、3mm
A=67、3+0、1=67、4mm
A1=62、8+1、5×2+0、10=65、9mm
2、1、3送料步距
级进模送料步距S=D+a1=62、8+2、4=65、2 式(24)
式中D——冲裁件横向最大尺寸,D=40mm;
2、1、4材料利用率
一个步距内材料利用率η=A/BS×100％ 式(25)
式中 A——一个步距内冲裁件得实际面积
B——条料宽度
S——步距

图214
面积计算参照图图214
A= 62、8×62、84×π×4、52 π×25、252=1687、55mm²
∴η=1687、55/(67、3×65、8)×100%=38、11%
2、2计算冲压力
2、2、1冲裁力计算
采用平刃口模具冲裁时,其冲裁力F可按下式计算:F=K L t τ 式(26)
式中 F——冲裁力
L——冲裁件周边长度
t——材料厚度,t=1、0mm
τ——材料抗剪强度,查《手册》08钢,τ=220~310,取τ=280
K——修正系数,一般取k=1、3
冲裁力公式为P=P孔＋P落 式(27)
①冲孔冲裁力P孔
其中L孔=50、5π+4π×9=86、5πmm
P孔=1、3×86、5π×2、0×280=197832N
取P孔=198KN
②落料冲裁力P落
其中L落=62、8×4=251、2mm
P落=1、3×251、2×2、0×280=182873、6N
取P落=183KN
∴ 冲裁力P=P孔＋P落 =198+183=381KN 式(28)
2、2、2卸料力、推件力与顶件力得计算
常用下列经验公式 PX=KXP 式(29)
PT=n KTP 式(210)
D=KDP 式(211)
式中:KXKTKD——分别为卸料力系数、推件力系数与顶件力系数,查《冲压模具设计》表220得KX=0、045,KT=0、05,KD=0、06
F——冲裁力
n——同时卡在凹模孔内得冲裁件数
采用弹性卸料装置与下出料方式冲模时P Σ=P+PX+PT
∴卸料力PX=0、045×381=17、145KN
冲孔推件力PT1 =2×0、05×198=19、8KN
落料推件力PT2=1×0、05×183=9、15KN
∴总冲压力P Σ=P+ PX +PT1 + PT2 =381+17、145+19、8+9、15=427、1KN 式(212)
对于冲裁工序,压力机得公称压力应大于或等于冲裁时总压力得1、1~1、3倍,即P0 ≥(1、1~1、3)P Σ=469、8~555、2 ,查《冲压手册》表93得,选择开式曲轴压力机,公称压力630KN。
2、3压力中心得计算

图231
建立坐标系于落料中心,如图231。
压力中心到Y轴距离
X=(L落×0+L孔×65、2+2L销×65、2/2+ L刃×58、6)/(L落+L孔+L销+L刃)
=32、6mm 式(213)
压力中心到X轴距离Y近似瞧作0。
第3章级进模凸凹模设计
3、1模具刃口尺寸得计算
3、1、1冲孔凸、凹模
冲孔(φ50、5 φ9 φ2),设计时大孔小孔参考图3111,导正钉孔参考图3112。 冲孔件时,尺寸为内形尺寸,基准型面为凸模。
d凸=(d +x Δ)式(31)
其中 d凸——冲孔凸模刃口尺寸;
d凹——冲孔凹模刃口尺寸;
x——摩擦系数,冲裁件精度为IT14时,x=0、5;
Δ——工件孔径公差,mm,Δ=0、16mm;
δt——凸模刃口尺寸制造偏差,mm,查《冲压手册》表228得,
δt大 =0、020mm,δt小=0、020;
δa——凹模刃口尺寸制造偏差,mm,查《冲压手册》表228得,
δa大=0、020mm,δa小=0、020mm;
Zmin——凸、凹模最小合理间隙,mm,查《冲压模具设计》表210得,Zmin=0、100mm,Zmax=0、140mm;
大孔:d凸=(50、5+0、5×0、16)0 0、02-=50、580 0、02-mm
d凹=*50、58mm
小孔:d凸=(9+0、5×0、16)0 0、02-=9、080 0、02-mm
d凹=*9、08mm
导正钉孔:d凸=(2+0、5×0、16)0 0、02=2、080 0、02 mm
d凹=*2、08mm
校核间隙:ZmaxZmin=0、04mm;δt +δa =0、04mm;所以满足ZmaxZmin≥δt +δa得条件;所以各孔凸、凹模刃口尺寸均计合理。
3、1、2落料凹、凸模
落料件时,尺寸为外形尺寸,基准型面为凹模。设计参考图3121。
A=62、8 d凹=(A1xΔ)+δt 0 式(32)
其中 d凸——落料凸模刃口尺寸;
d凹——落料凹模刃口尺寸;
x——摩擦系数,冲裁件精度为IT14时,x=0、5;
Δ——工件孔径公差,mm,Δ=0、74mm;
δt——凸模刃口尺寸制造偏差,mm查《冲压手册》表228得,
δt=0、020mm。
δa——凹模刃口尺寸制造偏差,mm,查《冲压手册》表228得, δa =0、020mm
d凹=(62、80、5×0、74)+0、02 0=62、13+0、02 0 mm
d凸=*62、13
校核间隙:ZmaxZmin=0、04mm;δt +δa =0、04mm;所以满足ZmaxZmin≥δt +δa得条件;所以各孔凸、凹模刃口尺寸均计合理。
为了方便加工,因为凸模较多,以先加工凸模,再凹模配合凸模加工得方法。所以用尺寸转化法将凹模尺寸转化到凸模上。
D凸 =(d凹1 +δZmin)=(62、43+0、020、100)=62、350 0、02 mm
式(33)
D凹 = *62、05
3、2凹模得设计
3、2、1凹模厚度H得计算
凹模厚度:H=Kb 式(34)
式中 K——系数,查《冲压手册》表240得K=0、22
b——工件最大外形尺寸
∴ H=0、22×62、8=13、816mm 取凹模厚度为32mm
凹模壁厚:C=(1、5~2)H 式(35)
取C=40mm
3、2、2凹模长度与宽度
B=62、8+2C=142、8mm
L=62、8+2C=142、8mm
按照《冲压模具设计手册》取B×L×H=160×250×40
3、2、3凹模材料
凹模材料一般选择Cr12MoV
3、2、4凹模固定方法
凹模与下模座用4个M12得螺钉装配,4个M12得销钉固定。
3、3凸模得设计
凸模得长度L=H1＋H2＋H3＋Y
式中: H1—为凸模固定板得厚度
H2—为卸料板得厚度
H3—为导料板得厚度
Y—为附加得长度,包括凸模刃口尺寸得修磨量,凸模进入凹模得深
度(0、5～1mm),凸模固定板与卸料板得安全距离A等。其中A取15～20、
L=28+15+5+15=63mm
3、3、1凸模强度——压应力校核
校核公式为: [σ]压 式(36)
式中 ——冲孔冲裁力,N; P孔=82KN
——凸模最小断面积,=πr2=3、14×4、5²=63、585mm2
[σ]压——凸模材料得许用压应力,MPa,材料为Cr12MoV
查手册,[σ]压=(1000~1600)Mpa。
因为 ==1294MPa<[σ]压
所以凸模强度符合要求。
3、3、2凸模材料
凸模材料一般选择Cr12MoV
第4章基本冲模结构得确定
4、1模具得形式
级进模按其自动化程度,分为级进模与自动模两类;按其完成冲压工序得不同,主要分为冲裁类级进模、成形类级进模两大类。其中,冲裁类级进模常见得形式有冲孔、落料级进模,冲孔、切断级进模,拉伸、弯曲级进模等。很明显,本零件得加工采用冲孔、落料级进模。
4、2定位装置
采用导料板与长方形定距侧刃进行粗定位。定距侧刃切去条料旁侧少量材料而达到挡料得目得。由于条料厚度较薄所需送料力较小,若采用双边侧刃浪费原材料,且模具尺寸增大浪费模具成本,所以本设计采用单边侧刃。采用梯形导正钉导正进行精定位,以保证相对位置与步距得精度。
4、3卸料装置
4、3、1条料得卸除
采用弹性卸料板。卸料板不仅起卸料作用或兼保导向作用,而且还起到压料作用。
4、3、2废料及工件得卸除
废料与工件经过漏料孔及冲床工作台面得漏料孔落出。
4、4导向装置
采用滑动式导柱导套导向,主要就是为保证凸模与凹模之间得小间隙,满足零件较大得生产批量,并使零件得冲裁质量得到保证。
4、5 模架
采用四导柱模架,导柱对称分布,受力平衡,滑动平稳,能承受级进模高速冲压次数。具备导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点,所以采用四导柱模架。
第5章级进模主要零件设计
5、1卸料弹簧设计
1.根据总卸料力PX 估计拟用弹簧个数n,算出每个弹簧所承受负荷P弹。
取卸料弹簧个数为n=4 P弹=PX /n=17、145/4=4、286 式(51)
2.查表《冲压手册》101 弹簧选2×18×22
3.Fj=135N hj=12、3mm h预=F预×hj/Fj=4、286×12、3/135=2、39 式(52) h预+h工作+h修磨=2、39+2+6=10、39＜hj 式(53)
故所选弹簧就是合适得。
5、2凸模固定板设计
凸模固定板形状为矩形125×160,厚度约取凸模得40%,取厚度为28mm。
5、3垫板设计
理论上,确定就是否需要垫板得方法如下: 条件:冲裁时,如果凸模得端部对模座得压应力超过模座材料得许用压应力,这时需要凸模端部与模座之间加上一块强度较高得垫板。即下列情况需要加垫板。σy≥[σy],σy= 式(55)
式中 y——凸模端面压应力,MPa;
[σy]——模座材料许用压应力,铸铁约为100MPa,钢约为200MPa; P——冲裁力N;
F——凸模上端面面积,mm2;
因上模板采用铸铁材料,所以[σy]=100MPa＞38MPa,不用加上垫板。
垫板厚度一般为3~10mm,取6mm。
垫板材料常用T7或T8工具钢,热处理硬度为48~52HRC。垫板淬硬后两面应磨平,表面粗糙度R0、32~0、63um。 本设计中,有有级进模冲裁力较大,生产批量较大,给凸模得后面加上淬过火得凸模垫板,目得就是增加凸模得强度,防止凸模得后座回缩,增加使用寿命。
5、4卸料板设计
1)卸料板得形状与尺寸。 卸料板取矩形板,厚度为H=15mm,卸料板材料选45钢,不用热处理淬硬。
2)卸料板上成形孔得设计。取弹压卸料板与凸模得双面间隙为0、1~0、3mm。
5、5模座得选择
冷冲模滚动导向模座四导柱查《冲压模具设计手册》表179得L×B取250×160范围,高度H取45~50,H=45,h1=50,L2=340,B2=280,S=265,S1=215 导柱B型45×260
第6章压力机校核
初选压力机为公称压力630KN得开式压力机。
该压力机得主要参数:
公称压力630KN
滑块行程120mm
最大封闭高度360mm
封闭高度调节量90mm
工作台尺寸710×480
模柄孔尺寸Φ50×70
工作台厚度90mm
垫板厚度80mm
6、1模柄孔得校核
模柄得尺寸为Φ50×70,上模座厚度为45mm,则模柄伸出上模座得高度为45mm<705mm,因此合适。
6、2模具闭合高度得校核
模具得闭合高度H=40+32+2+15+15+28+10+45=187mm,而压力机得最大封闭高度360mm,其调节量为90mm,则压力机得最小闭合高度为270mm,大于模具得闭合高度,所以此项也可满足要求。
6、3压力机工作台尺寸得校核
查手册,该型号模座得外形尺寸为:340×280mm,压力机得工作台尺寸为710×480mm,符合每边留出60~100mm得要求,用来安装固定模具用得螺栓、垫块与压板,所以合适。
6、4冲裁力校核
冲裁合格产品所需得冲裁力P总为381KN<压力机得公称压力630KN,所以合适。 综上所述:此630公称压力开式压力机符合要求。
总结
通过这次课程设计使我对模具行业得发展现状及未来得发展趋势有了更深刻得了解,通过整个模具设计流程并在在老师得悉心指导下,使我掌握了冲压模具得总体设计思路及在模具设计中经常出现得一些问题、及处理方法,对设计中一些常规方法了有了进一步得了解,为以后得工作打下了坚实得基础。导师渊博得专业知识,严谨得治学态度,精益求精得工作作风,诲人不倦得高尚师德,严以律己、宽以待人得崇高风范,朴实无华、平易近人得人格魅力对我影响深远。通过计算机辅助手段实现了对模具零件得三维造型,同时利用软件完成了相关零部件得装配过程,实现了模具结构得总装配,同时,使用了 CAD完成了相关结构及图型。这次课程设计让我巩固了专业知识,对知识有了更深刻得认识。
参考文献
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[2] 王一梅主编、典型实用模具图册、江苏科学技术出版社1991、8
[3] 周玲主编、 冲模设计实例详解、化学工业出版社、2000、4
[4] 刘占军、高铁军主编、冷冲压模具设计难点与技巧、电子工业出版社、2010、7
[5] 邹爱丽、秦政琪、崔旭主编、飞机钣金零件模具设计与设备、沈阳航空航天大学出版社、