钣金成型课程模具设计

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.....精品文档......钣金成型课程模具设计钣金成型课程设计说明书制件工艺分析与模具设计院系：专业：班级：学号：姓名：指导教师：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的冲压模具，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的方式对此零件的模具设计加以介绍，主要叙述了从零件的工艺性分析到模具结构的设计、工艺计算、冲模结构的设计以及主要零件设计等，直到最后的模具装配图、零件图、排样图等一系列的设计过程。其中详尽的分析讲述了针对于该零件的冲压模具完整设计方法，读者可以从本说明书中简单、明确的了解该设计的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的了解、应用以及提升关于级进模模具的分析问题、解决问题的能力。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冲压工艺方案的确定...............................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条料宽度和导尺间距离.................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、推件力与顶件力的计算..............2.3压力中心的计算............................第3章级进模凸凹模设计...........................3.1模具刃口尺寸的计算.........................3.1.1冲孔凸、凹模.......................3.1.2落料凹、凸模........................3.2凹模的设计...........................3.2.1凹模厚度H的计算................3.2.2凹模长度和宽度.........................3.2.3凹模材料.....................................3.2.4凹模固定方法............................3.3凸模的设计...................................3.3.1凸模强度——压应力校核....................3.3.2凸模材料.................................第4章基本冲模结构的确定......................4.1模具的形式...............................4.2定位装置...................................4.3卸料装置...........................4.3.1条料的卸除.................................4.3.2废料及工件的卸除.........................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模座的选择.................................第6章压力机校核...............................6.1模柄孔的校核...............................6.2模具闭合高度的校核..........................6.3压力机工作台尺寸的校核......................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=（62.8-9-50.5）/2=3.3mm,1.5t=3mm）。对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料是08号钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。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，其冲裁出的产品的表面质量等就可以保证。经上述分析，产品的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2-12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和尺寸精度上均要求不高，所以断面质量可以保证，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。1.2冲压工艺方案的确定完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工的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1-2-1-1。2)落料冲孔单工序模，工序简图见图1-2-1-2。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，不适合大中批件的生产。图1-2-1-1冲孔落料单工序模简图图1-2-1-2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1-2-2。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1-2-2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1-2-3。特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，适合加工复杂的小型冲裁件，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。图1-2-3冲孔落料级进模根据本零件的设计要求以及各方案的特点，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，但是设计计算复杂。排样图见2-1-1。图2-1-1排样图2.1.1搭边查《冲压手册》表2-17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条料宽度和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（2-1）导尺间距离：A=B+Z0=L+1.5a+nb+Z0式（2-2）A1=L+1.5a+Y式（2-3）式中L——冲裁件垂直于送料方向的尺寸,L=62.8mm;n——侧刃数,n=1；b——侧刃切去的条料宽度,查《冷冲压模具设计难点与技巧》表1-7得b=1.5mm；Y——冲切后条料宽度与导料板的间隙，查《冷冲压模具设计难点与技巧》表1-7得Y=0.10mm；Z0——条料与导料板之间的间隙，查《冷冲压模具设计难点与技巧》表1-6得Z0=0.1mm；B=62.8+1.5×2+1×1.5=67.3mmA=67.3+0.1=67.4mmA1=62.8+1.5×2+0.10=65.9mm2.1.3送料步距级进模送料步距S=D+a1=62.8+2.4=65.2式（2-4）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（2-5）式中A——一个步距内冲裁件的实际面积B——条料宽度S——步距图2-1-4面积计算参照图图2-1-4A=62.8×62.8-4×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=KLtτ式（2-6）式中F——冲裁力L——冲裁件周边长度t——材料厚度，t=1.0mmτ——材料抗剪强度，查《手册》08钢，τ=220~310，取τ=280K——修正系数，一般取k=1.3冲裁力公式为P=P孔＋P落式（2-7）①冲孔冲裁力P孔其中L孔=50.5π+4π×9=86.5πmmP孔=1.3×86.5π×2.0×280=197832N取P孔=198KN②落料冲裁力P落其中L落=62.8×4=251.2mmP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（2-8）2.2.2卸料力、推件力与顶件力的计算常用下列经验公式PX=KXP式（2-9）PT=nKTP式（2-10）D=KDP式（2-11）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2-20得KX=0.045，KT=0.05，KD=0.06F——冲裁力n——同时卡在凹模孔内的冲裁件数采用弹性卸料装置和下出料方式冲模时PΣ=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PΣ=P+PX+PT1+PT2=381+17.145+19.8+9.15=427.1KN式（2-12）对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总压力的1.1~1.3倍，即P0≥（1.1~1.3）PΣ=469.8~555.2，查《冲压手册》表9-3得，选择开式曲轴压力机，公称压力630KN。2.3压力中心的计算图2-3-1建立坐标系于落料中心，如图2-3-1。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（2-13）压力中心到X轴距离Y近似看作0。第3章级进模凸凹模设计3.1模具刃口尺寸的计算3.1.1冲孔凸、凹模冲孔（φ50.5φ9φ2），设计时大孔小孔参考图3-1-1-1，导正钉孔参考图3-1-1-2。冲孔件时，尺寸为内形尺寸，基准型面为凸模。d凸=（d+xΔ）EQ\o(\s\up6(0),\s\do2(-δt))式（3-1）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2-28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2-28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2-10得，Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm；大孔：d凸=（50.5+0.5×0.16）0-0.02=50.580-0.02mmd凹=*50.58mm小孔：d凸=（9+0.5×0.16）0-0.02=9.080-0.02mmd凹=*9.08mm导正钉孔：d凸=（2+0.5×0.16）0-0.02=2.080-0.02mmd凹=*2.08mm校核间隙：Zmax-Zmin=0.04mm；δt+δa=0.04mm；所以满足Zmax-Zmin≥δt+δa的条件；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3-1-2-1。A=62.8d凹=(A1-xΔ）+δt0式（3-2）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2-28得，δt=0.020mm。δa——凹模刃口尺寸制造偏差，mm,查《冲压手册》表2-28得，δa=0.020mmd凹=（62.8-0.5×0.74）+0.020=62.13+0.020mmd凸=*62.13校核间隙：Zmax-Zmin=0.04mm；δt+δa=0.04mm；所以满足Zmax-Zmin≥δt+δa的条件；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的方法。所以用尺寸转化法将凹模尺寸转化到凸模上。D凸=（d凹1+δ-Zmin）EQ\o(\s\up6(0),\s\do2(-δt))=(62.43+0.02-0.100)EQ\o(\s\up6(0),\s\do2(-δt))=62.350-0.02mm式（3-3）D凹=*62.053.2凹模的设计3.2.1凹模厚度H的计算凹模厚度：H=Kb式（3-4）式中K——系数，查《冲压手册》表2-40得K=0.22b——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（3-5）取C=40mm3.2.2凹模长度和宽度B=62.8+2C=142.8mmL=62.8+2C=142.8mm按照《冲压模具设计手册》取B×L×H=160×250×403.2.3凹模材料凹模材料一般选择Cr12MoV3.2.4凹模固定方法凹模与下模座用4个M12的螺钉装配，4个M12的销钉固定。3.3凸模的设计凸模的长度L=H1＋H2＋H3＋Y式中：H1—为凸模固定板的厚度H2—为卸料板的厚度H3—为导料板的厚度Y—为附加的长度，包括凸模刃口尺寸的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5～1mm），凸模固定板与卸料板的安全距离A等。其中A取15～20.L=28+15+5+15=63mm3.3.1凸模强度——压应力校核校核公式为：[σ]压式（3-6）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——凸模材料的许用压应力，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章基本冲模结构的确定4.1模具的形式级进模按其自动化程度，分为级进模和自动模两类；按其完成冲压工序的不同，主要分为冲裁类级进模、成形类级进模两大类。其中，冲裁类级进模常见的形式有冲孔、落料级进模，冲孔、切断级进模，拉伸、弯曲级进模等。很明显，本零件的加工采用冲孔、落料级进模。4.2定位装置采用导料板和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的目的。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，以保证相对位置和步距的精度。4.3卸料装置4.3.1条料的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废料及工件的卸除废料和工件经过漏料孔及冲床工作台面的漏料孔落出。4.4导向装置采用滑动式导柱导套导向，主要是为保证凸模和凹模之间的小间隙，满足零件较大的生产批量，并使零件的冲裁质量得到保证。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=4P弹=PX/n=17.145/4=4.286式（5-1）2．查表《冲压手册》10-1弹簧选2×18×223．Fj=135Nhj=12.3mmh预=F预×hj/Fj=4.286×12.3/135=2.39式（5-2）h预+h工作+h修磨=2.39+2+6=10.39＜hj式（5-3）故所选弹簧是合适的。5.2凸模固定板设计凸模固定板形状为矩形125×160,厚度约取凸模的40%，取厚度为28mm。5.3垫板设计理论上，确定是否需要垫板的方法如下：条件：冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即下列情况需要加垫板。σy≥[σy]，σy=式（5-5）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，给凸模的后面加上淬过火的凸模垫板，目的是增加凸模的强度，防止凸模的后座回缩，增加使用寿命。5.4卸料板设计1)卸料板的形状和尺寸。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）卸料板上成形孔的设计。取弹压卸料板与凸模的双面间隙为0.1~0.3mm。5.5模座的选择冷冲模滚动导向模座四导柱查《冲压模具设计手册》表1-79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的开式压力机。该压力机的主要参数：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80mm6.1模柄孔的校核模柄的尺寸为Φ50×70，上模座厚度为45mm，则模柄伸出上模座的高度为45mm<70-5mm，因此合适。6.2模具闭合高度的校核模具的闭合高度H=40+32+2+15+15+28+10+45=187mm，而压力机的最大封闭高度360mm，其调节量为90mm，则压力机的最小闭合高度为270mm，大于模具的闭合高度，所以此项也可满足要求。6.3压力机工作台尺寸的校核查手册，该型号模座的外形尺寸为：340×280mm，压力机的工作台尺寸为710×480mm，符合每边留出60~100mm的要求，用来安装固定模具用的螺栓、垫块和压板，所以合适。6.4冲裁力校核冲裁合格产品所需的冲裁力P总为381KN<压力机的公称压力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的发展现状及未来的发展趋势有了更深刻的了解，通过整个模具设计流程并在在老师的悉心指导下，使我掌握了冲压模具的总体设计思路及在模具设计中经常出现的一些问题、及处理方法，对设计中一些常规方法了有了进一步的了解，为以后的工作打下了坚实的基础。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的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的三维造型，同时利用软件完成了相关零部件的装配过程，实现了模具结构的总装配，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，对知识有了更深刻的认识。参考文献王孝培主编.冲压手册.机械工业出版社1990.11王一梅主编.典型实用模具图册.江苏科学技术出版社1991.8周玲主编.冲模设计实例详解.化学工业出版社.2000.4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.