冲压工艺及模具设计

1《冲压工艺及模具设计》课程设计任务书设计题目：“垫片”零件冲压工艺及模具设计内容及任务：一、设计的主要技术参数：见产品图二、设计任务：完成该产品的冲压工艺方案、设计说明书、模具装配图及工作零件图。三、设计工作量1、制订冲压工艺方案2、模具总装图1张，凸模及凹模零件图2张3、设计说明书1份，20页左右四、设计要求1、图纸用CAD绘制并交纸质图及电子档2、本任务书应与说明书、图纸一同装订成册，并加封面，装入资料袋中，否则不接收3、设计必须认真仔细，允许讨论，但严禁抄袭、复制或复印。2名称：垫片批量：大批量材料：A3（Q235）厚度：3mm摘要冲裁工艺在工业生产中应用广泛，冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验都很强的工作。本次课程设计任务书提供的零件图纸要求，用AutoCAD进行设计分析。根据分析结果选择合理的冲压工艺和合理的模具结构，在此基础上优化零件结构和选择合适的零件材料。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工所需的模具类型，选择所需设计的模具类型。本文首先叙述了冲压模具的发展状况，模具在现代工业中的作用，和在整个国民经济中的地位。说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是简单说明了模具设计的基本概念和模具设计的一般步骤、模具的分类、模具零件的分3类、模具的结构形式、冲压的基本概念、冲压工艺基础理论、塑性力学基础理论。然后对冲压件进行工艺分析，完成了工艺方案的确定，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，为选择冲压设备提供依据。其次对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次模具零件图的绘制和模具的成型提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件和装配图。本次设计阐述了冲压复合模的结构设计及工件过程。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。关键字：冲孔；落料；倒装复合模；模具结构冲压工艺及模具设计课程设计一、原始数据如图所示的垫片，外形直径D=80mm，内孔直径=40mm,厚度t=3mm,材料为A3(Q235),生产批量：大批量。二、工艺分析1、冲压工序只有冲孔、落料两道工序。2、材料性能4A3（即Q235）是普通碳素结构钢，具有良好的冲裁成形性能，其抗拉强度为432~461Mpa,抗剪强度为304~373Mpa。3、零件结构该零件结构简单且中心对称，无尖角，对冲裁成形加工较为有利。零件中间有一圆孔，空的最小尺寸为d=40mm,满足最小直径dmin≤1.0t=3mm的要求。同时，经过计算，孔的边缘距离零件外形的最小尺寸b1=0.5×（80-40）=20mm,满足冲裁最小孔边距bmin≥1.0t=3mm的要求。所以，该零件的结构满足冲裁件的结构要求。综合以上材料性能、零件结构、尺寸精度的分析，该零件可以采用普通冲裁的方法获得。三、冲裁方案及模具类型的选择1、冲压工序安排方案该零件包括冲孔和落料两个基本工序，可提出的加工方案如下：方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。方案二：落料——冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案三：冲孔——落料连续冲压。采用级进模生产。三种类型模具优缺点比较如下：单工序模复合模级进模结构简单较复杂复杂成本、周期小、短小、短高、长制造精度低较高高材料利用高高低5率生产效率低低高维修不方便不方便方便产品精度高高低品质低低高安全性不安全不安全安全自动化易于自动化冲床性能要求低低高应用小批量生产大中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中小零件冲压方案一模具结构简单，模具制造容易，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。6方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差，欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。所以，综上所述，宜采用方案二生产。现对复合模壁厚进行校核，当材料厚度为t=3mm时，可查得凸凹模最小壁厚为C=3mm,现在零件上的最小孔边距为mm20bmin，有,minCb满足该凸凹模结构要求，所以可以采用复合模生产，即采用方案二。2、选用模具确定按照落料凹模安装位置，复合模又分为正装和倒装两种形式。正装复合模冲裁时的冲孔废料由上向下推出，如多孔件，而孔的废料落在下模表面，需要及时清除，而倒装式复合模工作时产生的孔废料直接由下模部分漏出，比较可知倒装模操作方便，且安全。所以选用倒装式复合模进行加工。综上可知，该零件采用冲孔落料倒装式复合模生产。四、零件的工艺计算1、排样、计算条料宽度及确定步距一般而言，排样原则有：提高材料利用率。对冲压件来说，由于产量大，冲压生产效率高，原材料费用常会占到冲压件总成本的60%以上，所以材料利用率是一项很重要的经济指标；使工人操作方便。安全，减轻工人的劳动强度，保证有较高的生产效率，应尽量选条料宽、进距小的排样方法；使模具结构简单，模具寿命较高；排样应保证冲压件的质量。根据零小、短件形状，比较可知应采用单排的有废料方法最合适，如图7①、搭边值的确定由零件外形尺寸D=,mm80查表得5.2,221amma②、条料宽度的确定（导料销导向）条料计算公式：0max0)2(zaDB查表得，mmmmz8.0,4.0代入公式，得mmB08.008.004.85)4.05.2280(③材料利用率%54%100%100)280(4.85)2040(22BSA④确定步距mmaDS8228012、冲压力的计算1）冲裁力的计算计算冲压力的目的是为了合理的选用压力机和设计模具。压力机的吨位必须大于计算的冲裁力，以适应冲压的要求。平刃口冲裁时，其冲裁力0F可按下式计算：8LtF0其中0F~冲裁力【N】;t~材料厚度，【t】为mm;~材料的抗剪强度，【】为Mpa;L~冲裁周长，【L】为mm。考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还必须增加30%，即t0KLKFF其中K=1.3为安全系数材料A3的抗剪强度,pa373~304bM取,350Mpab冲孔冲裁力：kNF5.1713503403.11落料冲裁力：kNF3433503803.122)卸料力、推件力的计算卸料力)(21XFFKFX推件力）21t(FFnKFT其中，3n310th由材料厚度t=3mm,查得卸料力系数,045.0XK推件力系数,05.0TK代入，计算得卸料力：kNFX15.23)3435.171(045.0推件力：kNFT17.77)3435.171(305.0该模具采用弹性卸料装置和下出料装置，所以，总的冲裁力为kN8.61417.7715.233435.17121TXFFFFF根据总的冲裁力，初选设备为开式双柱可倾压力机JB23-63。93、刃口尺寸计算冲孔模刃口尺寸计算公式：凸模：mmp0024.00024.0420.79)210.0630.79(d凹模：dzddpd0min)(落料模刃口尺寸计算公式凹模：dxDDd02max)(凸模：0min)(FZDDdp由620.0040d得mmmmdmmd620.0,000.40,620.401minmax由mmmmDmmDD740.0,260.79,000.80802minmax0740.0得由材料得查表及料厚4-8,33mmA冲裁双边间隙：mmzmmz210.0,270.0minmax凸模制造公差：mmzzd036.0)210.0270.0(6.0)(6.0minmaxmmzz024.0210.0270.04.0)(4.0minmaxp凹模制造公差：由公差表查得，零件的尺寸公差要求为IT14级，依此查得间隙系数x=0.5。将以上数据代入对应公式，得mmdp0024.00024.0310.40620.05.0000.40冲孔模：mm036.00360.00d520.40210.0310.40d落料模：mmD036.00360.00d630.79210.0310.40mmDp0024.00024.0420.79210.0630.794、压力中心的计算零件外形为中心对称图形，所以该零件的压力中心即为零件的几何中心。五、模具零部件的确定101、标准模架的选用标准模架的选用，依据凹模的外形尺寸确定，所以需要计算凹模的周界大小。凹模高度mmkb15h29凹模壁厚mmhC40~302~5.139由材料厚度,35.0k3-9,80,3得查表最大外形尺寸mmbmmt代入，计算得mmh288035.0mmC56~42282~5.1因零件结构较简单，取较小值，。mm45C凹模的长度mmCbL170452802凹模的高度mmCbB170452802选用标准模板mmmmmm28200200因冲压件精度要求不高，故选用后侧导柱模架，根据计算结果，查GB2872.1-90，得，模架的规格如下上模座：mmmm50200mm200mmmmmmmmmmmmmmmmmmHAmmhAmmmmmm20200mm20022200mm2008200mm200481156321905mm3260200200卸料板：固定板：垫板：导套：导柱：下模座：2、卸料装置中弹性元件的选用与计算根据不同橡胶弹性体的性能特点，结合模具卸料的需要，冲裁一般选用较硬的橡胶。聚氨酯弹性体是常用的一种橡胶垫，具有较高的弹性及强度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性，其压缩量一般在10%~35%之间。故选用聚氨酯弹性体作为弹性元件。橡胶的预压力kNFF15.23x橡胶的自由高度mmhHt26~1810~53.0~25.013030.0~25.01mm011取。mm250H橡胶垫预压缩量mm75.3~50.215.0~10.000HH取。mm30H橡胶需在预压后使用，股橡胶的安装高度mm2232500HHH橡胶垫允许最大压缩量mmHH25.11~75.845.0~35.00max橡胶的截面面积25.01015.23463003mmApFx橡胶的直径246300448.24mmDA此时，有的要求，故，不满足5.15.05.01.0008.24225DHDH需将该弹性体分割为若干块。根据需要，选择6个聚氨酯弹性体，每块的直径为。自由高度为mm25,mm450/HD每个橡胶弹性体承受的压力。而该弹NFF385861015.236/3x性体在压缩量，，有时的最大工作负荷为FFNFHH63903.00所以满足要求。综上所述得，选用聚氨酯弹性体。mmmm255.12mm453、其他零部件的结构凸模由凸模固定板固定，两者采用过度配合关系。模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格10050A的模柄。其它零部件参照标准选用。六、冲压设备的选用冲压设备选择的要求：压力机的行程大小，应能保证成型零件的取出与毛坯的放入。12压力机的工作台面尺寸应大于冲模的平面尺寸，还需要留有安装固定的余地，但是在过大的工作台上安装很小尺寸的冲模时，工作台的受力条件也是不理想的。所选用的压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。模具的闭合高度HO：模具在闭合时，上模座的上表