冲压说明书

冲压模具设计及三维运动仿真1《材料成型CAD/CAE/CAM》期末作业圆形冲压模具三维设计及动画仿真姓名：曾德义学号：11434007班级：材料成型111班指导老师：赵益民完成时间：2014.10.30冲压模具设计及三维运动仿真2目录一．设计要求································2二．零件分析································3三．冲压成型工艺分析······························43.1冲裁工艺方案的确定······························43.2冲裁排样设计································43.3条料宽度计算································5四.冲压力和压力中心的计算·····················64.1确定冲压力································64.2卸料力、推件力的计算·····················84.3压力机公称压力的确定·····················94.4确定模具压力中心······················104.5冲压设备的选用····················104.6凸凹模刃口尺寸的确定····················11五．冲裁模结构设计····················125.1工作部件设计····················12冲压模具设计及三维运动仿真3一．设计要求：完成所给零件的冲压工艺制定，并运用Pro/E软件完成冲压模具三维结构装配设计和动画仿真。具体要求如下：1、在工艺方案确定基础上，完成排样图设计；（10分）2、完成冲裁力计算，选择合理设备；（10分）3、完成凸、凹模韧口尺寸计算；（10分）4、运用Pro/E软件完成设计模具的三维结构装配设计，并完成凸模、凹模的三维零件设计，对凸模和凹模形成完整的零件图。（50分）5、根据模具三维结构装配设计，进行模具动画仿真。（10分）6、撰写相对完善的设计报告。（设计报告体现以上设计内容，规范性10分）二．零件分析零件的结构是φ95mm的圆盘，壁厚为2mm。零件结构如图：·该冲裁件的材料为Q235，为普通碳素钢，查《实用冲压技术手册》得：抗剪强度：材料收到剪切作用，开始产生断裂的应力值，MPa373~304。抗拉强度：材料受到拉伸作用，开始产生断裂的应力值MPab461~432。屈服点：材料开始产生塑性变形是的应力值，MPas235。冲压模具设计及三维运动仿真4伸长率：在材料性能试验时，试件有拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原来长度值比为伸长率，%25~%21。材料的理论质量为15.70kg/2m三．冲压成型工艺分析具有良好的冲压性能，适合冲裁。3.1冲裁工艺方案的确定根据制件工艺性分析，要加工此零件，需要落料一道工序。3.2冲裁排样设计根据零件结构形状采用有搭边的排样方式。排样图排样的计算确定搭边值查表，确定搭边值a、a1,由t=2mm，采用自动送料，取工件间a1=2mm，侧搭边a=3mm。送料步距送料步距（送料步距简称步距或进距），是条料在模具上每次送进的距离。步距是决定挡料销位置的依据，每次只冲一个零件的步距s的计算公式为s=D+a1式中D：平行于送料方向的冲件宽度；a1：冲件之间的搭边值。计算送料步距为s=D+a1=95+2冲压模具设计及三维运动仿真5=97（mm）3.3条料宽度计算条料是由板料剪裁下料而得到的。条料宽度的确定原则为，最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙，进而确定导料板间的距离。由于是自动送料，本设计采用导料板之间有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离的计算方法。因为导板之间有侧压装置或用手将条料紧贴单边导料板的模具，能使条料始终沿着导料板送进，可按下式计算。条料宽度B0-△=（L+2a+△）0-△导料板间的距离B0=B+Z=Dmax+2a+Z式中B：条料的宽度，mm；B0：导料板间的距离，mm;L：冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm；a：侧搭边值，可参考表2-1；Z：导料板与最宽条料之间的间隙，其值见表2-2；△：条料宽度的单向（负向）公差，见表2-3。由表2-2和经验，取Z=1mm导料板间的距离B0=B+Z=98(mm)由表2-3和经验，取△=1mm条料宽度B0-△=（90+2×3+1）0-1=970-1(mm)四.冲压力和压力中心的计算4.1确定冲压力冲裁力的计算冲裁力是冲裁时凸模冲穿板料所需的压力。在冲裁过程中，冲裁力是随冲压模具设计及三维运动仿真6凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的。通常，冲裁力是指冲裁过程中的最大值（Fmax）。影响冲裁力的主要因素是材料的力学性能、厚度、冲件轮廓周长及冲裁间隙、刃口锋利程度与表面粗糙度等。综合考虑上述影响因素，平刃口模具的冲裁力可按下式计算F=KLtτb（式3-1）式中F：冲裁力，N；L：冲件周边长度，mm；t：材料厚度，mm；τb：材料抗剪强度，MPa；K：考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取K=1.3。对于同一种材料，其抗拉强度与抗剪强度的关系为σb≈1.3τb，故冲裁力也可按下式计算F=Ltσb（式3-2）本设计的冲裁力按式3-2进行计算。查表3-1，σb的取值范围为374～460，取σb=450MPa。冲裁件的落料周长查表3-1，σb的取值范围为374～460，取σb=450MPa。冲裁件的落料周长L1=×120=378（mm）则落料力为：F1=L1tb=359（KN）冲压常用金属材料的力学性能材料名称牌号材料状态力学性能抗剪强度τ/MPa抗拉强度σb/MPa屈服点σs/MPa伸长率δ（%）普通碳素钢Q195Q235未经退火255~314315~39019528~33冲压模具设计及三维运动仿真7Q275303~372375~46023526~31392~490490~61027515~20碳素结构钢08F0810F101520354550已退火230~310275~38018027~30260~360215~41020027220~340275~41019027260~340295~43021026270~380335~47023025380~400355~50025024400~520490~63532019440~560530~68536015440~580540~71538013不锈钢1Cr13已退火320~380440~470120201Cr18Ni9Ti经热处理460~520560~64020040铝1060、1050A、1200已退火8070~11050~8020~28冷作100130~14—3~4冲压模具设计及三维运动仿真84.2卸料力、推件力的计算卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具的卸料、顶件和推件装置传递的。所以在选择压力机公称压力和设计以上机构时，都需要对这三种力进行计算。影响这些力的因素较多，主要有：材料的力学性能和料厚；冲件形状和尺寸大小；凸、凹模间隙大小；排样搭边值大小及润滑情况等。生产中常用下列经验公式计算F卸=K卸FF推=nK推F式中F：冲裁力；硬化0材料名称牌号材料状态力学性能抗剪强度τ/MPa抗拉强度σb/MPa屈服点σs/MPa伸长率δ（%）硬铝2A12已退火105~125150~220—12~14淬硬并经时效处理280~310400~43536810~13淬硬后冷作硬化280~320400~4653408~10纯铜T1、T2、T3软1602107029~48硬240300—3黄铜H62软260294~300—25~40半硬300343~46020020硬420≥12—10H68软240294~30010040半硬280340~441—25硬400392~40025013冲压模具设计及三维运动仿真9K卸、K推、：分别为卸料系数、推件系数，其值见表3-2；n：塞在凹模孔口内的冲件数。有反推装置时，n=1；锥形孔口，n=0；直刃口，下出件凹模，n=h/t，其中h是直刃口部分的高度（mm），t是材料厚度（mm）。表3-2卸料力、推件力及顶件力的系数料厚δ/mmK卸K推K推钢≤0.10.1～0.50.5～2.52.5～6.56.50.065～0.0750.045～0.0550.04～0.050.03～0.040.02～0.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜、黄铜0.025～0.080.02～0.060.03～0.070.03～0.09对于本模具设计的计算如下。查表3-2，得K卸=0.03～0.04，K推=0.045，K推=0.05。（1）卸料力F卸=K卸F1=18.34（KN）式中K卸查表3-2，取K卸=0.04。（2）推件力F推=nK推F2=19.675（KN）4.3压力机公称压力的确定冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力（F总），F总为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶件力的总和。根据不同的模具结构，冲压力计算应分别对待，即当模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式时：F总=F+F卸+F推当模具结构采用弹压卸料装置和上出件方式时：F总=F+F卸冲压模具设计及三维运动仿真10当模具结构采用刚性卸料装置和下出件方式时：F总=F+F卸则F总=F+F卸=367.94（KN）冲裁功选择冲裁设备时，除了要计算冲裁力，使压机的公称压力大于冲裁力以外，还要进行冲裁功的验算，使压机的每次行程功不超过额定的数值，以保证其电动机不过载、飞轮转速不致下降太多。因为功是力与其行程的乘积，所以平端刃口的冲裁功按下式计算：W=mPt/1000当计算出的冲裁功大于压机规定的行程功时，就必须改变冲裁工艺或另选更大行程功的设备。压机规定的行程功，可从压机的说明书或有关资料、手册中查询。W=mPt/100=895（N·m）4.4确定模具压力中心该零件的压力中心应位于圆心之上。4.5冲压设备的选用根据总冲压力,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,用J23-40开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下：公称压力：400KN滑块行程：100mm行程次数：45次∕分最大闭合高度：330mm工作台尺寸（前后×左右）：460mm×700mm4.6凸凹模刃口尺寸的确定凸模制造公差按T6级数选取凹模制造公差按T7级数选取=凸=0.028mδ凹=0.038mm冲压模具设计及三维运动仿真11圆盘直径是φ,查《使用模具技术手册》得：mmZ36.0minmmZ5.0max落料（115mm）=（-x）凹0=119.562032.00验算凸+凹maxZ-minZ式中：pdDD----落料凹、凸模刃口尺寸maxD----落料件最大极限尺寸Δ----落料件制造公差。Δ=0.25mmX----系数，查表得x=0.5dp----凹凸模刃口尺寸制造公差凸模强度校核凸模强度校核（忽略推件力）由公式落料F=KLtτ=1.3×361×350×2=329(kN）式中：K—系数，K=1.3；L—冲裁周边长度（mm）；t—冲裁件的厚度（mm）；τ—材料的抗剪强度（MPa）。凸凹模材料选用Cr12MoV工具钢取[σ压]=1000Mpaσ=F/Amin=329/22=15Mpa≤1000Mpa强度足够五．冲裁模结构设计5.1工作部件设计凹模采用整体凹模，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式计算：凹模厚度H=kb=0.35×115mm=40mm（查表得k=0.35）冲压模具设计及三维运动仿真12凹模壁厚c=（1.5～2）H=60mm～80m