托板冲压模具设计

南昌航空大学科技学院学士学位论文11绪论1.1模具行业没有高水平的模具就没有高水平的产品。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具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。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60～80%的零部件都要依靠模具成型。1.2国内外模具发展状况及趋势我国具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。按照中国模具工业协会的划分,我国模具基本分为10大类，其中,冲压模和塑料成型模两大类占主要部分。目前,我国以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。几大汽车模具厂由于采用了国际上先进的模具加工厂设备、制造技术和软件,实现了CAD(计算机辅助设计)/CAE(计算机辅助实验)/CAM(计算机辅助制造)一体化,提高了冲压模具的设计开发和制造能力,缩短了模具的生产周期。国内的模具企业也在充分抓住汽车工业所带来的发展契机,加大设备、产品、生产规模的升级步伐,积极开拓国内外市场。然而，我国模具制造技术与工业发达国家的差距还很大，冲压模具CAD/CAE/CAM技术的开发手段比较落后、技术的普及率不高,应用不够广泛，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD技术,距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面,也才刚刚起步,在应用CAM技术制造模具方面,由于缺乏先进适用的制造装备和工艺设备,只有5%左右的模具制造设备被应用于这项工作。精密加工设备在模具加工设备中所占比重较低,工艺设备落后,直接影响国产模具质量的提高。我国模具工业现有生产能力只能满足需求量的60%左右,大部分模具厂的模具加工设备陈旧,在役期长、精度差、效率低,还不能适应国民经济发展的需要。生产冲压模具的专用技术尚未成熟,大多仍还处于试验摸索阶段，如模具的表面涂层、表面热处理技术、导向副润滑技术、型腔传感及润滑技术、去应力技术、抗疲劳及防腐技术等未完全形成生产能力,走向商品化。一些关键、重要的技术缺少知识产权的保护。南昌航空大学科技学院学士学位论文2模具标准件标准化程度及使用覆盖率较低，在汽车制造业中被大量使用的模具是冲压模。近5年来,汽车模具标准件的使用覆盖率尽管有了较大增长,已从20世纪末的25%～30%提高到目前的45%左右。但这种增长距国际先进水平(一般在70%以上,中小模具在80%以上)差距还很大。这是汽车模具交货期长,也是我国成为模具进口大国的重要原因之一。目前模具技术的发展趋势模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展；快速经济制模技术的广泛应用；模具材料及表面处理技术的研究；模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展；模具标准件的应用将日渐广泛；压铸模、挤压模及粉末锻模比例增加；模具工业新工艺、新理念和新模式。还有模具工业新工艺、新理念和新模式，在成型工艺方面，主要是冲压模具功能复合化，模具加工系统自动化等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和整体制造水平的提高,在模具行业提出新的设计、生产、管理理念与模式。主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。1.3本次设计的主要方向、内容及目的冲压工艺在机电产品制造行业中应用广泛是众目共睹的，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在模具制造行业中占有重要的地位。冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。提高冲模技术水平有利于获得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。冲压—就是在室温下，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。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）。冲压加工的特点：由于冷冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中得到了广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（约占产品成本的10%～30%）的特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲南昌航空大学科技学院学士学位论文3压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。五金配件――冲压件，也称夹紧件，大量用于汽车覆盖件、夹具等夹紧机构上，其形状各异，但作用相同：起定位、防转、固定的作用，一般都是配合紧固件（螺钉、螺母等）使用。冲压件一般是冲裁件，材料是08F，厚度是根据受力情况而定，精度等级也根据用途而定，一般为IT11～IT14级，大批量生产，图1-1为典型的冲压件零件图，即此次设计—冲压件冲压模具设计。本设计注重在模具的设计方案、方法上面。零件简单，但属于金属加工，有较难的模具加工工艺，所以必须采用复合冲裁或级进模冲裁才能冲出工件。这样冲出的工件才具有更高的精度，且加工速度也可得以提高。2冲裁件的工艺分析2.1冲裁件的材料及结构的工艺性材料选0.8Ft=2mm冲裁件需要足够的塑性，在进行冲裁时板料裂开，材料的硬度一般不低于冲模工作部分硬度抗剪强度260~360t/mpa抗拉强度215—410σl/pa屈服点σs/pa伸长率272.2、批量生产：大批量生产南昌航空大学科技学院学士学位论文42.3冲压件工艺分析Ⅰ结构：该零件结构简单对称，没有凸出的悬壁和凹槽，孔边距容易满足要求，为了提高零件的寿命建议将直角都改为R1的工艺圆角II零件中未标注公差尺寸均是未追注公差，定义IT14各尺寸的公差：580-0.74380-0.62300-0.52R80-0.22III该零件的全部表面粗糙度为6、32.4冲裁件工艺设计1）工艺类型：落料和冲孔2）工艺次数：2次3）工艺顺序：工艺路线a落料后冲孔B冲孔后落料C落料后冲孔复合该工艺顺序选择：落料冲孔复合以成本效率人力资源，经济效益等方面考虑故C工艺路线为最佳3冲压设计3.1计算搭边值由经验确定，（冲压模具设计与制造）表2.5.2（最小搭边值），结合本冲压件材料、板厚确定该冲压件搭边值不小于2、2mm,料边值不小于2、5mm取搭边值a1=2、4mm料边值:a=2、8mm本次设计要求冲件精度不高，故采用定位销和导正销定位3.2条料宽度（冲压模具设计与制造）P66公式条料宽度B0-△=（Dmax+2a）0-△表2.5.3条料偏差值t=0.8导料板间距离公式A=B+C=Dmax+2a+2CDmax=58mma=2.8mmC为导料板与最宽料之间的间隙查（冲压模具设计与制造）表2.5.5Cmin=0.5mm去C=0.6mmB0-0.6=(58+2×2.8+0.6)0-0.6=64.20-0.6mm南昌航空大学科技学院学士学位论文5取B=65A=B+C=65+0.6=65.6mm3.3排样图如下：3.4冲裁力的计算本次设计采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力F一般按下式计算F=KLtTb其中L-冲裁周边长度t—材料厚度Tb=材料抗剪强度K—系数一般K去1.3Tb=230MPaL=38χ2+4χ7+4χ2+2χ3.14χ8+3.14χ10=193.64mmF=KLtTb=1.3χ193.64χ0.001χ2χ0.001χ230χ1000000=115796.72=115.8KN3.5卸料力、推件力及顶件力的计算卸料力Fx=KxF推件力FT=nKT顶件力FD=KDF查表2.6.1卸料力推件力顶件力系数Kx=0.05KT=0.55KD=0.06Fx=0.05χ115.8kN=5.79KNFT=nKT=4/2χ0.55χ115.8=127.38KNFD=KDF=0.06χ115.8=192.23kN∑=F+Fx+FT+FD=441.3knn南昌航空大学科技学院学士学位论文63.6压力机吨位的选用压力机吨位=F/0.5=192.23/0.8=240.29KN4冲裁模具相关参数计算4.1计算Z/2=（t/ho）tanB=2t(1-ho/t)tanB4.2经验确定一些经验1）由于模具使用中的磨损会使得间隙增大，因此设计新模具刃口时，建议采用偏小合理间隙。2）冲孔直径较小，而导致板导向又教差时，为防止凸模因偏裁折断，故间隙选大。3）选凹模孔为锥形孔时，起间隙应比圆形孔间隙偏小4）采用弹性顶出时，（上出料）其间隙比下出件增大约50%5）速冲裁时，模具温度增大，使间隙变小，设计模具时应使间隙适当放大，以每分200次，间隙值比普通冲裁增大10%6）硬质合金模具、热膨胀系数其间隙偏小7）非圆形的模具、间隙比圆形模具间隙增大8）冲孔模具间隙比落料模具间隙大确定间隙参考（冲压模具设计与制造）表2.33Zmin=0.246Zmax=0.360Ft为中心的确定：根据零件图分析，该中心压件几何对称、压力中心与几何中心重合，该零件压力为0点南昌航空大学科技学院学士学位论文75冲裁模刃口的计算计算方法：按凸模和凹模分别加工使用范围：a适用于圆形或简单规则形状的刃口B制造周期要求较短△C成批生产的模具D精度要求高成本高5.1确定模具磨损系数由公差表查得：300-0.52mm为IT14级，取X=0.5，380-0.62mm为IT14级，去X=0.5，R80-0.22为IT13级，取X=0.75，∮10+0.03为IT14级，取X=0.55.2凸凹模的加工凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则各尺寸计算如下：冲孔：DT(dmin+X△)0-8T=(10+0.5×0.03)0-0.009mm10.0150-0.009mmdA=(dT+Zmin)￡A0(10.015+0.246)-0.050=10.261+0.015mm校核：бT+бA≤Zmax-Zmin即：0.009+0.015+0.024mm≤（0.360-0.246）=0.14mm满足间隙公差条件落料；DA1=（Dmax-X△）￡A0=(30-0.52×0.5)+0.021mm=29.74+0.021DT1=(DA1-Zmin)0-6T=(29.74-0.246)0-0.013mm=29.490-0.013mmDA2=(Dmax+X△)6A2=(38-0.5×0.62)+0.0250=37.690-0.0016mmDT2=(DA2-Zmin)0-6T2=(37.69-0.246)0-0.016mm=37.440-0.016DA3=(Dmax3-X△)￡A30=(8-0.75×0.22)+0.0150=7.84+0.0150DT3=(DA3-Zmin)0-6T3=7.590-0.019校核：（0.021+0.013+0.025+0.016+0.015+0.09）mm=0.099mm∠(0.36-0.246)mm=0.114mm满足间隙公差条件落料凸、凹模尺寸如下所示模具的闭合高度：根据压力机（J23-25）的技术参数得知、H=270mm,M=55mm由公式H-5≥Hd≥H-M+10计算得Hd=240mm南昌航空大学科技学院学士学位论文86其余模具标准零件6.1固定挡料销及导料销JB/T7649.10—1994南昌航空大学科技学院学士学位论文9查表：（《中国模具设计大典》，P613表22.5－58固定挡料销）固定挡料销A8JB/T7649.10材料：45，热处理硬度43～48HRC技术条件：按JB/T7653—1994的规定图6-1挡料销6.2推杆JB/T7650.1—1994查表：（《中国模具设计大典》，P614表22.5－59带肩推杆）推杆A16×130JB/T7650.1材料：45，热处理硬度43～4