毕业设计托板零件冲压工艺及模具设计

南昌航空大学科技学院学士学位论文11引言模具是工业生产中使用最为广泛的基础性工艺装备,被广泛用于制造业的各个领域。模具生产的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗是其他加工制造方法所不能比拟的。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通讯、家电和轻工业等行业中，60%～80%的零件都要靠模具成形，随着近几年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求也越高，结构也越来越复杂。模具技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标准，并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。目前，国内外模具工业迅猛发展，其产值已超过机床工业的产值。而我国的模具工业起步晚，底子薄，但是我国模具工业作为一个独立、新型的工业，正处于其自身的飞速发展阶段，已经成为我国国民经济的基础工业之一，其发展前景是十分广阔的。社会主义经济体制的一基本原则就是一切的改变都是根据市场的需要来定，市场的需要就是我们所随之改变的。现代工业需要的高精度、高效率的模具产品。而板料冲压加工具有生产效率高、生产成本低、尺寸精度好、易于实现机械化和自动化等优点，使其在模具制造业中占据十分重要的地位。现代工业需要先进的模具设备，更需要大批掌握模具技术的专业人才。我校的材料与工程系在毕业设计的环节开设了模具设计方面的课题供学生选择，旨在加强学生对模具行业以及对模具制造全过程的一个了解跟认识。作为一名大四机械设计制造及其自动化专业的学生来说，选择模具作为毕业设计的课题，是一个很好锻炼的机会，它将我四年所学的一些基础课程和专业课程更加综合的运用，更是为我提供了一个良好的平台，为我将来走进工厂打下了一个良好的开局。本论文阐述的是托板的落料冲孔复合模及弯曲模设计。复合模是在压力机的一次行程中，在同一工位上完成两种或两种以上的冲压工序，其机构形式分为正装和倒装两种。而此次的托板的落料冲孔复合模的结构形式采用的是倒装结构，凹模安装在模具上模座，而增加了一个凸凹模安装在模具的下模座上。这样，倒装复合模废料清理无须二次清理，生产效率较高，操作方便安全。复合模的结构紧凑，生产效率高，冲压件的精度高，适合大批量的生产，符合此次设计的基本技术要求。但复合模的结构复杂，制造时相对困难。弯曲模的设计过程与复合模的设计大致相同，但弯曲模的结构设计较复合模的结构设计更为简单些。弯曲过程是对复合模冲裁后的落料件进行弯南昌航空大学科技学院学士学位论文2曲，而且弯曲后的弯曲件是最后所需要的标准零件，故在设计的时候我们需要对其精度进行必要的控制，以达到零件所需达到的要求。南昌航空大学科技学院学士学位论文3根据模具的特点，此次托板复合模具设计中主要是对凸模、凹模和凸凹模的结构设计及尺寸计算，其中主要是对各自工作部分的尺寸设计及其标准的选用，用以保证托板的精度和质量要求。而弯曲模具设计中主要是对凸模、凹模的结构设计、弯曲半径计算和工作部分尺寸的设计，由于模具许多零件大多已经标准化，如模架、模座、导柱、导套、螺钉、销钉等，这为我们在设计中，提供了许多的标准选用。这样一来，在此次托板设计中就不需要对这些标准件进行设计，只要根据模具的整体设计及生产需要进行选用，为设计的过程提供不小的方便。而弯曲模具设计中主要是对凸模、凹模的结构设计及工作部分尺寸的设计，由于本人水平有限，加之初次接触模具方面的设计，故在设计中不免存在不少纰漏及错误之处，敬请评阅老师批评指正。南昌航空大学科技学院学士学位论文42托板落料冲孔复合模设计冲裁是利用模具使板料在凸、凹模刃口剪切作用下，沿一定轮廓形状分离的一种冲压工序。从广义上说，冲裁是分离工序的总称，它包括落料、冲孔、切断、修边等多种工序，其中用的最多的是落料和冲孔。从板料上冲下所需的零件（或毛坯）称为落料；在工件上冲出所需形状的孔称为冲孔。此次设计采用的是落料冲孔复合模，这种模具能在压力机的一次行程中，完成落料、冲孔两道工序，所冲压出的工件精度较高，不受送料误差的影响，内外形的相对位置重复性好，表面较为平直。2.1托板冲裁工艺性分析本设计是托板落料冲孔复合模及弯曲模，托板零件简图如图2－1所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文5图2-1托板零件图设计使用的数据及设计技术要求如下：生产纲领：大批量；材料：08F；材料厚度：1.5mm；零件制造精度：IT10。冲压之前应对冲裁件进行必要的工艺性分析。所谓冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求，是否符合冲裁加工的要求。良好的冲裁工艺性可以保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单且寿命长、产品质量稳定、操作安全方便等优点。因此，冲裁件的工艺性是否好，对冲裁件质量、生产效率及冲裁模的使用寿命均有影响。冲裁件的工艺性主要包括结构工艺性和尺寸精度，以下就对这两方面加以分析说明。南昌航空大学科技学院学士学位论文62.1.1托板的结构工艺性1）托板的外形冲裁件的外形应尽可能的简单、对称、规则，或由简单的几何图形组成的外形，避免有过长的悬臂或狭槽，若有的话，则悬臂或狭槽的宽度应满足：宽度b≥1.5t，并且冲孔的尺寸不能太小。由托板的零件图2-1可得知，托板的外形满足工艺性要求。2）托板的孔间距和孔边距冲裁件的孔间距和孔边距不能太小，否则将影响模具强度和零件质量。一般，取孔间距b≥1.5t，孔边距b1≥t。由托板的零件图2-1得知，孔间距有两个：77mm和30mm，孔边距有两个：25mm和15mm，均满足工艺性要求。2.1.2托板的尺寸精度普通冲裁件内外形尺寸的经济精度等级一般不高于IT11，落料件的公差等级最好低于IT10，冲孔件比落料件高一级，最好低于IT9。普通冲裁件外形与内孔尺寸公差、孔中心距公差、孔中心与边缘尺寸公差见表2－1、表2－2、表2－3。表2-1冲裁件内外形能达到的经济精度≤33～66～1010～1818～500≤1IT12～IT13IT111～2IT14IT12～IT13IT112～3IT14IT12～IT13表2－2两孔中心距公差(mm)料厚t普通冲裁模高级冲裁模孔距基本尺寸5050～150150～3005050～150150～3001±0.10±0.15±0.20±0.03±0.05±0.081～2±0.12±0.20±0.30±0.04±0.06±0.10基本尺寸/mm材料厚度t/mm南昌航空大学科技学院学士学位论文72～4±0.15±0.25±0.35±0.06±0.08±0.12表2－3冲裁件孔中心与边缘尺寸公差(mm)料厚（mm）孔中心与边缘尺寸≤5050～120120～220220～320≤2±0.5±0.6±0.7±0.82～4±0.6±0.7±0.8±1.0根据上述的表格数据与零件图2－1上的尺寸及尺寸精度要求相比较可以得知，托板的尺寸精度满足冲裁的工艺性要求。2.2托板冲裁间隙冲裁模凸模和凹模刃口之间的间隙称为冲裁间隙，单面用间隙用C表示，双面间隙用Z表示。如无特殊说明，冲裁间隙一般是指双边间隙。冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，如图2－2所示，即Z＝D凹－D凸（2－1）式中：Z——冲裁间隙（mm）；D凹——冲裁模凹模直径尺寸（mm）D凸——冲裁模凹模直径尺寸（mm）。图2－2冲裁间隙2.2.1冲裁间隙对冲裁工艺的影响冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中一个很重要的工艺参数。间隙的大小不仅对冲裁断面质量及尺寸精度有很重要影响，而且还对冲裁工艺力、模具寿命等也有极大的影响。1）对冲裁断面质量的影响南昌航空大学科技学院学士学位论文8间隙过小时，上、下裂纹不能相遇重合，板料将被第二次剪切，断面产生两个光亮带，并造成夹层，毛刺被拉长。间隙合理时，上、下表面产生的初始裂纹相重合，光亮带较大，塌角带、断裂带、毛刺区都较小，锥度也较小。间隙过大时，上、下裂纹仍不能相遇重合，因应力状态中的拉应力增大，材料容易产生裂纹，使塑性变形较早结束。所以光亮带变窄，毛刺相对较大，锥度也较大。2）对冲裁件的尺寸精度的影响所谓冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值，它由两方面组成：一是冲裁件相对凸、凹模尺寸的偏差；另一个是模具的制造偏差。所以说冲裁间隙的选取对冲裁件的尺寸精度的影响是相当的大。当间隙过小时，板料在冲裁过程中除受剪切作用外还受到较大的挤压作用，这样由于冲裁后的材料回弹的影响，使得冲裁件的尺寸向实体的反方向胀大，即落料件的尺寸将会小于凹模的尺寸，冲孔件的的尺寸将会小于凸模的尺寸，这样使得需要的零件的尺寸达不到要求，造成零件的报废。当间隙适当时，冲裁过程中板料的变形区受到比较纯的剪切作用下被分离，使得落料件的尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的尺寸等于凸模尺寸，保证了零件的尺寸精度要求。当间隙过大时，则板料在冲裁过程中除受剪切作用外还产生较大的拉伸与弯曲变形，这样冲裁后由于材料回弹的影响，将使得冲裁件的尺寸向实体方向收缩，即落料件的尺寸将会小于凹模的尺寸，而冲孔件的尺寸将会大于凸模的尺寸。3）对冲裁工艺力的影响间隙愈小，冲裁变形区的压应力越大，拉应力越小，材料变形抗力大，冲裁力越大；反之，冲裁力减小但不明显。间隙对卸料力、推件力、顶件力的影响很显著，随着间隙的增大，从凸模上卸料和从凹模中顶出工件都很省力，这些力都明显降低。4）对模具寿命的影响冲裁时，凸、凹模上受到被冲材料的反作用力，由于材料与模具实际接触面积很小，故接触面上的单位压力极高。在高压的作用下，加上材料的塑性流动和滑动，刃口的端面和侧面就会发生磨损。若间隙过小，则摩擦越严重，模具寿命越短。而较大的间隙，不仅可以减小磨损，也可以缓解间隙不均匀的影响。从而提高模具的寿命。南昌航空大学科技学院学士学位论文92.2.2冲裁间隙的选取由上述可知道：冲裁间隙对冲裁件质量、冲压力、模具寿命等都有很大的影响，所以，并不存在一个绝对合理的间隙值，能同时满足冲裁件断面质量最佳、尺寸精度最高、冲模寿命最长、冲压力较小等各方面的要求。因此,必须根据冲裁件的情况、模具结构、冲压方法以及模具加工方法等因素，酌情增减间隙值，如：1）对于尺寸精度、断面垂直要求高的冲裁件，应选用较小的间隙值，反之对于尺寸精度和断面垂直度要求不高的冲裁件，应从降低冲裁力、提高模具寿命出发，选用大间隙值；2）在同样条件下，非圆形凸、凹模刃口形状应比圆形的间隙要取大些。冲孔比落料的间隙要大；3）凹模为斜壁刃口时的间隙值比直壁刃口间隙要小；4）高速冲裁时模具容易发热，间隙应增大；由以上所述可以得知，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力和保证模具有一定的寿命，冲裁间隙有一个合理的范围，称为合理间隙，只要间隙取在在这个范围内，就可以冲出良好的零件。这个范围的最小值称为最小合理间隙(Zmin)，最大值称为最大合理间隙(Zmax)。同时考虑到冲模在使用时会逐渐磨损，间隙会增大，故在设计和制造新模具时，应采用最小合理间隙值。由表2－4可查得最大、最小间隙值。表2－4冲裁模刃口始用间隙材料名称08F、10、35、09Mn、Q23516Mn45、T7厚度（t）初始间隙ZZminZmaxZminZmaxZminZmax1.00.100.130.100.140.170.201.20.130.160.140.180.210.241.50.150.190.170.240.270.31由上表可查得：托板的冲裁间隙可取Z＝Zmin＝0.15mm。2.3托板凸、凹模刃口尺寸及制造公差的计算在冲裁过程中，凸、凹模刃口部分尺寸及制造公差将直接影响冲裁件的尺寸精度，南昌航空大学科技学院学士学位论文10同时，模具的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来实现和保证的。因此，正确确定冲裁模凸、凹模刃口的尺寸及制造公差是相当重要的。2.3.1凸、凹模刃口尺寸及制造公差计算的原则生产实践证明，由于凸、凹模刃口间隙的存在，落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的尺寸接近于凹模刃口的尺寸，冲孔件的尺寸接近于凸模刃口的尺寸。所以，计算凸、凹模刃口尺寸及制造公差时应遵循的原则如下：1）落料时，落料件的尺寸取决于凹模尺寸；冲孔时，孔的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，