铁心冲片的冲压模具设计.docx
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铁心冲片的冲压模具设计.docx
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铁心冲片的冲压模具设计
毕业设计说明书
题目
专业
班级
姓名
学号
指导教师
20**年5月15日
毕业设计
计算内容
说明
一、设计任务书…………………………………………………
(2)
二、零件的工艺分析及工艺方案……………………………(4)
三、排样方案……………………………………………(6)
四、冲压力计算及设备选择………………………………(10)
五、压力中心计算…………………………………………(12)
六、模具结构草图……………………………………………(15)
七、工作零件设计………………………………………(16)
八、卸料装置的设计…………………………………(28)
九、标准件的选用…………………………………………(30)
一十、设备校核…………………………………………………(35)
十一、设计总结…………………………………………(37)
十二、凸凹模加工工艺规程编制…………………………(38)
十三、参考资料 ……………………………………………(40)
第1页
毕业设计
计算内容
说明
设计任务书
毕业设计(论文)内容及要求:
一、原始数据:
1.产品零件图:
如下图
2.材料:
DR510;厚:
1.0
3.生产批量:
大批量
二、设计要求:
1.在满足生产率保证产品质量的同时,要求成本低,模具寿命长;
2.模具的制造工艺性良好,装配方便;
3.操作安全、方便;
4.便于搬运、安装;
5.外形美观。
三、设计图纸:
1.模具总装图一张
2.全部模具零件图纸(其中至少有一张A2以上电脑绘图)
四、设计说明书
1.资料数据充分,并标明数据出处。
2.计算过程详细、完全。
3.公式的字母含义应标明,有时还应标注公式的出处。
第2页
毕业设计
计算内容
说明
4.内容条理清楚,按步骤书写。
5.说明书要求用计算机打印出来。
五、自选一个重要模具零件编制加工工艺规程
六、参考资料
第3页
毕业设计
计算内容
说明
第二章零件的工艺分析及工艺方案
零件图如下所示:
零件图
1.形状:
铁心冲片形状如“山”字形,其长为48mm,宽为24.6mm,
两边距底边21mm和5mm处各有一个直径为3mm的孔,并与中心线对称。
因此其形状较简单。
第4页
毕业设计
计算内容
说明
2.尺寸:
该零件尺寸最大为48mm,而其孔直径较小,孔中心距边缘距
离也小,因此,对冲孔的精度要求高。
所以按要求取其精度等级
为IT9级。
3.冲孔时工艺:
零件图上四个小孔的直径为Φ3mm,考虑到凸模强度限制,孔的尺寸不宜过小,其数值与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等有关。
4.表面质量:
做为铁心冲片,其平面度、直线度以及对称度要求较高,则
其表面质量要求较高。
5.材料性能:
本零件所给的材料为DR510,即为热轧硅钢。
硅钢的硬度非常高,其抗拉强度在400MPa~600Mpa之间。
6.制定冲压工艺方案:
由零件图及零件图中的工艺要求,制定冲压工艺方案如下:
本零件设计为一套复合模,即落料—冲孔复合模。
同时根据其精度分析如下:
第5页
毕业设计
计算内容
说明
1)本零件采用有较高精度的滑动导向进行冲裁,模架为中间导柱模架;
2)本零件采用条料送进;
3)模具中采用导尺和挡料销定位。
第三章排样方案
1、毛坯尺寸的计算:
1)、排样图如下:
参考《
冷冲压工艺与模具设计》
P56
第6页
毕业设计
计算内容
说明
从工件的形状尺寸来看,为使模具制造更简单、方便,我们优先选用直排。
2)、材料搭边值:
查表2-10,工件最小搭边值a=1.2mm,a1=1.5mm,考虑支撑面刚度问题,在设计中取其搭边值为a=3mm,a1=2mm。
3)、计算步距:
S0=b+a=24.6+3=27.6mm
4)、定位方式:
从工件的形状以及尺寸上看,为使工件能准确定位,本设计中采用
导尺和挡料销来定位。
2.条料宽度计算:
本设计为无侧压装置时的条料宽度计算,计算结果如下:
B=(D+2a1+Δ)0-Δ
=(48+2*2+0.1)0-0.1
=52.10-0.1mm
参考《
冷冲压工艺与模具设计》
P136
参考《
冷冲压工艺与模具设计》
P62
第7页
毕业设计
计算内容
说明
导料板之间的尺寸,即导料尺寸为:
B1=B+C1=52.1+0.1=52.2mm
式中B—条料宽度(mm);
B1—导料板的导料尺寸(mm);
D—工件横向最大尺寸(mm);
a1—横搭边;
Δ—条料宽度公差,见表2-11~表2-12;
C1—条料入端间隙,见表2-13;
3.材料利用率计算:
一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数称为材料利用率。
由于板料冲裁时板厚是一定的,所以材料利用率可用面积之比,即一段条料的有效面积与这段条料的面积之比,来代替重量之比。
同一工件,排样不同时,材料利用率也会不同,材料利用率越高者越省料。
因此,材料利用率是判断排样是否经济的重要参数。
第8页
毕业设计
计算内容
说明
但材料利用率并不是选择排样的唯一标准。
一般按下述原则选择:
对于铜板等较贵重材料,特别是在生产量较大时,应尽量选择材料利用率较高的排样。
如果某种排样不其它排样的材料利用率提高不到5%,且使模具复杂化时,那么这种排样是不可取的。
而在生产量小时,应尽可能选择比较简单的排样,以便模具容易制造。
按条料计算材料利用率来计算:
η=(n*A/L*B)*100%
A=48*24.6-π*3*4-10.6*14*2
=846.3mm2
即:
η=3*846.3/(84.5*52.5)
=57.2%
式中:
n—一根条料能冲出的工件数目;
L—条料的长度(mm);
A—一个工件的实际面积(mm2)。
参考《
冷冲压工艺与模具设计》
P64
第9页
毕业设计
计算内容
说明
第四章冲压力计算及设备选择
1.冲压力的计算:
冲裁的基本工序为落料、冲孔,冲裁方式为弹压卸料逆出件方式,所以冲裁力计算结果如下:
电工硅钢的抗剪强度为450(退火);
落料:
F1=KAτ
=(48*2+24.6*2+10.6*4)*1*450*1.3
=109746N
冲孔:
F2=KAτ
=1.3*4*π*3*1*450
=22053.98N
F=F1+F2=109846+22053.98=131899.98N
卸料力:
FQ1=K1F=0.04*131899.98=5276N
顶件力:
FQ3=K3F=0.06*131899.98=7914N
因此总冲压力:
F0=F+FQ1+FQ3
=131899.98+5276+7914
=145089.98N
参考《
冷冲压工艺与模具设计》
P23~P25
第10页
毕业设计
计算内容
说明
式中A—剪切断面面积(mm2);
τ—板料的抗剪强度(Mpa);
K—安全系数,取1.3;
FQ1、FQ3—分别为卸料力、顶件力;
K1、K3—分别为卸料力系数、顶件力系数,其值见表1-7。
2.设备的选择:
根据零件形状大小以及生产批量要求,同时根据计算所得选定压
力机为开式双柱可倾压力机。
因为F0=145089.98N,所以选定压力机为J23-16,其压力机主要
规格如下:
型号J23-16
公称压力/KN160
滑块行程/mm70
滑块行程次数/(次/min)115
最大闭合高度/mm220
第11页
毕业设计
计算内容
说明
封闭高度调节量/mm60
模柄孔尺寸/mmΦ40x65
倾斜角30º
立柱间距离/mm220
工作台板厚度/mm50
工作台尺寸/mm(左右)450
工作台尺寸/mm(前后)300
滑块底面尺寸/mm(左右)200
滑块底面尺寸/mm(前后)180
电机功率/KW1.5
第五章压力中心计算
冲裁力合力的作用点称为冲裁的压力中心。
为了保证压力机和模具平稳的工作,必须使冲模的压力中心一压力机滑块中心线相重合,对于使用模柄的中小型模具就是要使其压力中心与模柄轴线相重合,
第12页
毕业设计
计算内容
说明
否则将使冲模和压力机滑块承受侧向力,引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损,甚至还会引起压力机导轨的磨损、影响压力机精度。
对与工件外行尺寸大、形状复杂、多凸模的冲裁模和级进模,正确确定其压力中心就显得更为重要。
根据零件图建立坐标系xoy,如下图:
坐标图
各线段及圆的长度和重心坐标如下:
第13页
毕业设计
计算内容
说明
L1=48mmx1=24mmy1=0
L2=3πmmx2=11mmy2=5mm
L3=3πmmx3=37mmy3=5mm
L4=24.6mmx4=48mmy4=12.3mm
L5=7mmx5=44.5mmy5=24.6mm
L6=3πmmx6=44.5mmy6=21mm
L7=10.6mmx7=41mmy7=19.3mm
L8=14mmx8=34mmy8=14mm
L9=10.6mmx9=27mmy9=19.3mm
L10=6mmx10=24mmy10=24.6mm
L11=10.6mmx11=21mmy11=19.3mm
L12=14mmx12=14mmy12=14mm
L13=10.6mmx13=7mmy13=19.3mm
L14=7mmx14=3.5mmy14=24.6mm
L15=3πmmx15=3.5mmy15=21mm
L16=24.6mmx16=0y16=12.3mm
第14页
毕业设计
计算内容
说明
x0=(x1*L1+x2*L2+…+x16*L16)/(L1+L2+…+L16)
=(24*48+11*3π+…+0*24.6)/(48+3π+…+24.6)
=24mm;
y0=(y1*L1+y2*L2+…+y16*L16)/(L1+L2+…+L16)
=(0*48+5*3π+…+12.3*24.6)/(48+3π+…+24.6)
=12.417mm
经计算得压力中心的坐标为:
X0=24Y0=12.417。
可取X0=24Y0=12,作为设计模具的参数。
第2章模具结构草图
结构草图如下:
第15页
毕业设计
计算内容
说明
第七章工作零件设计
1.工作零件设计:
凸模设计的三原则:
为了保证凸模能够正常工作,设计任何结构形式的凸模都必须满足如下三原则:
(1)、精确定位
凸模安装到固定板上以后,在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的位移,否则将造成冲裁间隙不均匀,降低模具寿命,严重时可造成啃模。
第16页
毕业设计
计算内容
说明
(2)、防止拔出
回程时,卸料力对凸模产生拉伸作用。
凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。
(3)、防止转动
对于工作段截面为圆形的凸模,当然不存在防转问题。
可是对于一些截面比较简单的凸模,为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易,常常将凸模固定段简化为圆形。
这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动,否则将啃模。
凸模的设计包括落料凸模(凸凹模)、冲孔凸模。
2.凹模的外形尺寸确定:
(1)、在排样图上沿送料方向与垂直料料方向从凹模孔之间最大距离处画一矩形l*b为凹模有效面积。
凹模有效面积矩形的对称中心应与压力中心重合,以便使模柄的中心线通过压力中心。
经计算,我们所取压力中心与矩形l*b的中心重合。
因此,凹模
有效面积即为凹模形孔。
所以,只要确定凹模壁厚c,就能确定凹模外形尺寸L*B。
凹模壁厚c主要考虑布置连接螺钉和销钉孔的需要,同时也能保证凹模的强度和刚度,设计时可参照2-17选取。
参考《冲压工艺与模具设计》
P74表2-17
第17页
毕业设计
计算内容
说明
因此,估算凹模外形尺寸时,我们从凹模有效面积向外扩大30~40mm,即:
L=48+(30~40)=78~88mm;
B=24.6+(30~40)=54.6~64.6mm
选用标准件:
查表得L*B=80*63
凹模板厚度:
按经验公式H=K1K2(0.1F)1/3算得H=23.62mm
式中K1为凹模材料修正系数,在这取1,K2为凹模刃口周边长度修正系数,见表2-18。
设计中根据要求我们取H=25mm。
为方便凹模的制作加工,凹模采用镶拼式结构。
因此在设计模具时,
还要考虑拼块的固定。
所以,凹模的固定可用具有一定过盈量的外套
箍紧。
为使凹模框有足够强度,其厚度我们定为45*37mm。
所以,凹模周界为L*B=125*100。
分别参考
《冲压工艺与模具设计》与《中国模具设计大典》第三卷冲压模具设计
第18页
毕业设计
计算内容
说明
3.刃口尺寸计算:
刃口尺寸计算的一般原则:
1)刃口尺寸应保证冲出合格工件
2)刃口磨损一些仍能冲出合格工件3)设计时应取最小合理冲裁间隙。
本设计采用配作法制模计算刃口尺寸。
落料:
其工件图和凹模磨损图如下,未注公差为IT14级。
工件图与凹模磨损图
第19页
湖南大学衡阳分校毕业设计
计算内容
说明
首先查标准公差数值表确定每个未注公差尺寸的偏差值勤如下:
轴类尺寸:
480-0.62;60-0.3;70-0.36;
孔类尺寸:
140+043;10.60+0.43;
自由长度尺寸:
24.6±0.52。
画出凹模刃口的磨损图,如上图所示。
刃口磨损后,增大的尺寸有Ad1、Ad2、Ad3、Ad4;减小的尺寸有Bd;不变的尺寸有Cd。
按分类后的刃口尺寸再将工件相应尺寸分类:
a1=480-0.62、a2=(24.6±0.52)、a3=60-0.3、a4=70-0.36、b=140+043、c=10.60+0.43。
全部工件尺寸为IT14级,磨损补偿系数x=0.5,因此,凹模刃口尺寸为:
Ad1=(48-0.5*0.62)+0.62/40=47.69+0.1550
Ad2=(25.12-0.5*1.04)+1.04/40=24.6+0.260
Ad3=(6-0.5*0.3)+0.3/40=5.85+0.0750
Ad4=(7-0.5*0.36)+0.36/40=6.82+0.090
Bd=(14-0.5*0.43)0-0.43/4=13.7850-0.108
Cd=(10.6+0.43/2)±0.43/8=10.815±0.054
查冲裁间隙表1-3得该件冲裁模初始合理双面冲裁间隙Zmin=(6%*1)mm=0.06mm
第20页
毕业设计
计算内容
说明
在凸模零件工作图上,注与凹模刃口尺寸对应的基本尺寸,不注公差。
并在技术要求中注写“刃口尺寸按凹模实际尺寸配作,保证单边间隙为0.03mm”。
冲孔:
其工件图和凸模磨损图如下
工件图与凸模磨损图
第21页
毕业设计
计算内容
说明
由凸模刃口磨损图可确定凸模刃口尺寸磨损后的性质,见上图。
刃口磨损后,凸模尺寸将减小。
工件尺寸为IT12级,磨损补偿系数
x=0.75。
计算如下:
Bd=(3+0.75*0.1)0-0.1/4=3.0750-0.025
工件孔中心距尺寸:
Ld1=(40.9+0.2/2)±0.2/8=41±0.025
Ld2=(25.9+0.2/2)±0.2/8=26±0.025
Ld3=(15.9+0.2/2)±0.2/8=16±0.025
查冲裁间隙表1-3得该件冲裁模初始合理双面冲裁间隙Zmin=(6%*1)mm=0.06mm
在凹模零件工作图上,注与凸模刃口尺寸对应的基本尺寸,不注公差。
并在技术要求中注写“刃口尺寸按凸模实际尺寸配作,保证单边间隙为0.03mm”。
4.工作零件的设计:
1)、落料凸模(凸凹模)的设计及加工:
第22页
毕业设计
计算内容
说明
根据冲裁时凸模所受的力,为满足其需要,设计结构采用直通式,其结构如下:
落料凸模设计以凹模为基准,凸模为配制件,则凸模刃口尺寸为:
Ad1=47.69;Ad2=24.6;Ad3=5.85;Ad4=6.82
Bd=13.785;Cd=10.815±0.054
凸模根据其强度要求,选用Cr12MoV,材料热处理后的硬度为60~62HRC。
直通式凸模采用铆装式固定,凸模与固定板采用H7/m6的过渡配合。
第23页
毕业设计
计算内容
说明
凸模的装配方法为夺压入法,其特点为连接牢固可靠,对配合孔的精度要求高。
加工成本高,因以凹模为配作件,所以凹模以凸模为基准配作,保证单面间隙为0.03mm。
凸模的加工方法:
冲压模具的凸模都需进行淬火等热处理工艺,获得高硬度和高耐磨性,则可采取以下加工方案:
锻造——退火——机加工——淬火、回火——精磨或电火花加工——成品
第24页
毕业设计
计算内容
说明
凸模长度的确定:
设计标准模具时,当选定了典型组合以后,凸模的长度就确定了。
设计非标准模具时,凸模的长度一般根据结构上的需要,并考虑磨损量和安全因素来确定。
因本模具采用的是标准模具,因此凸模的长度就可以通过公式来求,具体计算如下:
弹性卸料方式的凸模长度按下式计算:
(2-7)
L=h1+h2+h4+h5-0.2
=24+20+20-0.2
=63.8mm
式中:
h1——凸模固定板厚度(mm)
h4——弹压卸料板厚度(mm)
h5——预压状态下卸料橡皮厚度(mm),h5=(0.85~0.9)H,
H为自由状态下橡胶的厚度。
公式中的0.2mm是凸模端面缩进卸料板的距离。
第25页
毕业设计
计算内容
说明
2)、冲孔凸模的设计:
冲孔凸模的设计以凸模为基准,凹模为配制件,则凹模的刃口尺寸为:
Bd=3.075
凸模根据其强度要求,选用Cr4W2MoV,材料热处理后的硬度为60~62HRC。
凸模的安装与固定方法如下:
因所设计的凸模为圆凸模,所以其固定方式为凸模固定板上加工出台阶来固定。
(示图如下:
)
凸模与固定板的配合为H7/m6过渡配合。
凸模的装配方法为压入法,其特点为连接牢固可靠,对配合孔的精度要求高。
加工成本高,因以凹模为配作件,所以凹模以凸模为基准配作,保证单面间隙为0.03mm。
参考《中国模具设计大典》
第26页
毕业设计
计算内容
说明
凸模的加工方法:
冲压模具的凸模都需进行淬火等热处理工艺,获得高硬度和高耐磨性,则可采取以下加工方案:
锻造——退火——机加工——淬火、回火——精磨或电火花加工——成品。
凸模长度的确定:
设计标准模具时,当选定了典型组合以后,凸模的长度就确定了。
设计非标准模具时,凸模的长度一般根据结构上的需要,并考虑磨损量和安全因素来确定。
因本模具采用的是标准模具,因此凸模的长度就可以通过公式来求,具体计算如下:
L=h1+h2-t
=20+25-1
=44mm
式中:
h1——凸模固定板厚度(mm);
h2——凹模板厚度(mm);
t——板料厚度(mm)。
第27页
毕业设计
计算内容
说明
第2章卸料装置的设计
卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后,将条料或工序件与落料凸模或冲孔凸模脱离,以便进行下一次冲裁。
因本模具零件精度要求较高,同时为防止零件的变形,能够冲出平整的工件。
因此采用弹性卸料,而因零件精度高,在采用弹性卸料的同时要采用导柱导向。
橡胶块作为弹性元件,具有承受负荷比弹簧大、安全及安装调整方便等优点。
冲裁模的工作行程较小,选用橡胶块作为弹压卸料装置的弹性元件更为多见。
本设计中材料厚度t为1mm,经计算卸料力Fx为5276N,选用卸料橡胶,其计算过程如下:
1)、假设考虑了模具结构,决定用8个厚壁筒形的聚氨脂弹性体。
2)、计算每个弹性体的预压力Fy:
Fy=5276N/8=659.5N
3)、考虑橡胶块的工作压缩量较小,取预压缩率εy=10%,并由表2—27查得单位压力Fq=1.1Mpa。
第28页
毕业设计
计算内容
说明
4)、按式(2—49)计算弹性体的截面面积A:
A=Fy/Fq=659.5/1.1≈599.5mm2
5)、如果选用直径为8mm的卸料螺钉,选取弹性体穿卸料螺钉孔的直径d=Φ8.5mm。
则弹性体的外径D可按下式求得:
π(D²-d²)/4=A
则D=(4A/π+d²)1/2
=(4*599.5/π+8.52)1/2
≈29mm
因此D取30mm。
6)、橡胶高度的确定:
H=hg/(εj-εy)
=2/(0.2-0.1)=20mm
式中:
hg—橡胶块工作压缩量(mm);
εj—橡胶块极限压缩率,取20%;
εy—橡胶块预压缩率,对于聚氨酯,取10%。
对于卸料橡胶块,hg即为弹压卸料板的工作行程,一般取hg=t+1,t为板料厚度。
第29页
毕业设计
计算内容
说明
7)、橡胶块高度的校核:
0.5≤H/D≤1.5
而本设计中H/D=20/30=0.67mm,所以所选橡胶合格。
所以经计算选取卸料橡胶块为:
橡胶块的高度为H=20mm
总计块数为n=8
橡胶块的材料为邵氏70~80A的聚氨酯橡胶
第2章标准件的选用
1.各用途的螺钉、销
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