冷冲压工艺及模具设计

《冷冲压工艺及模具设计》姓名：黄虹班级：机制093学校：江西农业大学目录前言课程设计指导书设计说明书第一部分、零件的工艺分析第二部分、模具类型的确定第三部分、冲裁模间隙第四部分、零件的工艺计算一、排样与搭边二、冲压力的计算三、计算压力中心四、凸、凹模刃口尺寸计算第五部分、冲压模结构设计计算第六部分、压力机的选择与校核第七部分、模具主要零件加工工艺规程的编制总结参考文献前言冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，零件的工艺计算（排样与搭边、冲裁力和压力中心的计算凸凹模刃口尺寸的计算），冲压模结构设计计算，压力机的选用与校核。《冷冲压工艺及模具设计》课程设计指导书一、课程设计的目的《冷冲压工艺与模具设计》课程设计是冷冲模课程的最后一个教学环节，同时是第一次对学生进行全面的模具设计训练。其基本目的是：（1）综合运用冷冲模课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。（2）学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。（3）通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能。二、课程设计的内容课程设计的题目为常用简单冲压零件的冲模设计，具体题目见每组的分组名单。其具体内容如下：（1）模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、模具类型的确定、压力中心计算、刃口尺寸计算、压力机选择等；（2）模具整装配图和模具重要零件设计；（3）编写设计计算说明书。要求每个学生完成：①模具整体装配图1张，②凸模、凹模、凸凹模、卸料板等零件图3－5张，③设计计算说明书1份（不少于16页）。三、设计成绩课程设计单独计算一门课程成绩，成绩分为优、良、中、及格、不及格五等。四、设计任务名称：卡环，未注公差按IT12级材料：Q235板料厚度：t=2mm生产批量：大批量任务：编制冲压工艺方案、设计模具结构设计说明书第一部分：零件的工艺分析一、零件的材料该冲裁件的材料为Q235，为普通碳素钢，该材料的状态为未经退火的，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。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二、零件的工艺性冲裁件的工艺性是指设计冲裁件时应使工件的形状、结构适应冲裁工艺的特点，使其易于加工。良好的冲裁工艺性能满足材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命长、操作简单等要求。零件的结构如下图所示：该冲裁件为圆片落料、圆片冲孔，形状简单，无狭槽、尖角。孔间距与孔边距：最小距离C应满足C1.5t所以c=20-12.8-4=3.2mm1.5t=1.52=3.0mmC1.5t满足要求冲孔极限尺寸：因受到凸模强度和稳定性的限制，冲孔的尺寸不宜过小，其数值与孔的形状、材料的力学性能、材料的厚度等有关。冲孔的最小尺寸d1.3t=2.6mm故满足。冲裁件的精度、表面粗糙度和毛刺：冲裁件的精度按IT12级，查《公差配合实用手册》得：零件外形：025.040mm零件内形：18.0016mm15.008mm孔心距：12.80.09mm三、确定冲压件的最佳工艺方案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：第1种方案：先冲孔再落料，采用单工序模生产。特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便，但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。第2种方案：采用采用冲孔、落料复合模加工。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。第3种方案：采用冲孔、落料级进模加工。特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。根据本零件的设计要求，以及各方案的特点，决定采用第2种方案。第二部分、模具类型的确定一、模具的形式：采用复合模，它可分为正装式和倒装式。正装式复合模：工件和冲孔废料都得落在凹模表面上，必须加工清除后才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直。倒装式复合模：冲孔废料冲孔凸模冲入凹模洞口中，积聚到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很少，但工件表面平直度较差，凹凸模承受的张力较大。因此凹凸模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，决定采用倒装式复合模。二、定位装置采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在下模座和活动卸料板之间。工作时可随凹模下行而入孔内，工作很方便。三、卸料装置条料的卸除：采用弹性卸料板，因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。工件的卸除：采用打料装置将工件从上模落料凹模中推下，落在模具工作面上。冲孔废料的卸除：采用下模座上漏料孔排出，冲孔废料在下模的凹凸模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。四、导向零件采用滑动式导柱导套进行导向，模具在压力机上的安装比较简单、操作方便，还可以降低成本。五、模架考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。第三部分、冲裁模间隙一、冲裁间隙的概念冲裁模凸凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，其双面间隙用Z表示，单面间隙用Z/2表示。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很大。在实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这几个因素给间隙规定一个范围值，只要间隙在这个范围内，就能得到合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围称为合理间隙，合理间隙的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。设计和制造时应考虑到凸凹模在使用中会因磨损而使间隙增大，故应按最小合理间隙值确定模具间隙。%100LBnF二、查表确定间隙查《使用模具技术手册》得：mmZ246.0minmmZ360.0max第四部分、零件的工艺计算一、排样与搭边采用单行排列，如图所示：查《实用冲压手册》得：工件的搭边值a=2mm，b=1.5mm条料宽度：采用无侧压装置0max0)2(zaDB式中：z----导料板与最宽条料之间的间隙a----侧搭边值maxD----条料宽度方向冲裁件的最大尺寸Δ----条料宽度的单向偏差查表得：Z=0.5mmΔ=0.5mm所以：05.005.005.44)5.02240(B导料板之间的距离：mmZBA455.05.44材料利用率：式中：n----条料上实际冲裁的零件数量F----零件的实际面积L----条料长度B----条料宽度若取n=20则L=20D+19b+2b=831.5mm则取L=832mm%5.67%1005.44832)240(20%1002LBnF所以条料规格为：材料利用为：二、冲压力的计算1、冲裁力公式为：21FFF式中：F----冲裁力1F----冲孔冲裁力2F----落料冲裁力冲孔冲裁力：tKLF孔1式中：K----系数，查表取3.1K孔L----冲孔周长t----材料厚度----材料抗剪强度，取MPa350落料冲裁力力：mmL66.12540落所以总冲裁力：NFFF18296321卸料力：2FKF式中：F----卸料力K----卸料系数。查表05.0~04.0F,取045.0FNFKF8.5145114351045.02mmLLL4.7581621孔孔孔NtKLF6861435024.753.11孔NtKLF114351350266.1253.12落NFnKF3.1132168614055.031NFFFFTX1.1994323.113218.5145182965总NFKFDD9.1097718296506.0推料力：1FnKFn----同时梗塞在凹模内的工件数，取3nK----推料系数，查表取055.0K所以：顶件力：FKFDD式中：DF----顶件力DK----顶件系数，查表取06.0DF所以：总冲压力：冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，本设计采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模。此时总冲压力为：三、计算压力中心冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。采用画图法可得出此零件的压力中心为：XYZ(-0.639900)四、凸、凹模刃口尺寸计算由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料0min)(pxddpddzxdzddpd0minmin0min)()(8)2(minLLd与冲孔两种情况分别进行。由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：（I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；（II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；（III）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比工件精度高2~3级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。1、冲孔凸凹模凸模：凹模：凹模型孔中心距：上式中：pd----冲孔凸模尺寸dd----冲孔凹模尺寸mind----冲孔件孔下极限尺寸x----系数，查《冲压工艺及冲模设计》，取x=0.5Δ----冲裁件制造公差dp----凸凹模的制造公差minz----凸凹模最小初始双面间隙。