托板冲压工艺及模具设计.docx

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托板冲压工艺及模具设计

托板冲压工艺及模具

设计说明书

单位：

重庆工业职业技术学院

部门：

机械工程学院

设计者：

指导老师：

日期：

2011.11.01～2012.2.20

前言

本设计在介绍冲压成型和计算方法的基础上，讲述常用冲压设备的选用、结构、使用、维护等方面的基础知识，客观简单分析的冲压工艺、冲压模具、冲压设备、冲压材料及冲压件质量与经济性的关系。

本书作为高职师范学院--模具专业学生及其机械类专业参考使用。

本书由重庆工业职业技术学院——机械工程学院——10模具304班陈波主编，机械工程学院教授xx给予指导，xx、xxx等同学提出宝贵意见，在此表示深切感谢。

由于由于这是我第一次接触冲压模设计，水平有限，书中错误和缺点在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者

2012年2月

前言

第一章托板零件冲压工艺性分析……...............................................5

第二章冲压工艺流程设计及优化……...............................................9

第三章冲工艺组合方式分析……...………………………………………………11

第四章排样设计.………………………………………………………………………..12

第五章托板冲压模具参数计算……...………………………………………….18

第六章托板冲裁模结构设计...……………………………………………………23

第七章托板冲裁模主要零部件设计与选用……………………………….24

第八章模具的使用及维护………………………………………35

结束语……………………………………………………………………………………………36

参考文献………………………………………………………………………………………..37

托板零件图：

一．托板零件冲压工艺性分析

1.批量经济分析

根据该托板零件图得知，该零件为大批量生产，非常适合于冲压成型。

2.材料的适用性

由托板零件图可知，该产品的材料为08F，根据《冲压模具及设备》表2-3（29页）得知，08F适合冲压，并且为常用冲压材料。

3.托板的形状与结构

3.1形状与结构

由客户提供的托板零件图可知：

该托板零件形状简单、规则、对称，且零件较小，非常适合冲压成形。

3.2内外处尖角

由客户提供的托板零件图可知，该托板零件共有8处内外处尖角。

然而尖角在冲压过程中非常难以加工，并且冲压模具在加工过程中容易崩刃，所以在日常冲压生产中通常将尖角加工为圆角。

若客户对尖角部分要求不大，尖角处也没有装配关系，则与客户进行协商，绘制出经过协商后的零件图并重新签约。

就该托板零件而言，根据查《冲压模具及设备》表4-2（88页）可知，08F为软钢，最小圆角半径应取R0.25t，即该托板零件的8处尖角的最小半径应为R=0.25t，t=2mm，所以该托板零件的8处尖角均改为R0.5mm的圆角。

3.3过长的悬臂与凹槽

根据客户提供的托板零件图可知，该托板零件没有过长悬臂及凹槽。

因此该托板零件在冲压成形中不用考虑过长悬臂及凹槽。

3.4小孔冲压

该托板零件只有一个直径为10mm的内孔，

10mm≥1.5t，所以冲裁的尺寸完全符合生产的特性及凸模强度、模具结构。

3.5孔间距与孔边距

该冲裁件托板只有一个中心孔，因此不需要考虑孔间距。

孔边距则为：

30-10/2=10mm，10mm≥（1～1.5）t，故符合冲裁件对孔边距的要求。

4.工艺性分析（精度及粗糙度）

4.1精度

冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料公差等级最好低于IT10级，冲孔件的公差等级最好低于IT9级，该托板零件的公差要求如下：

158mm的上偏差为0，下偏差为-0.74，可知其公差为+0.74，查《互换性与技术测量》表2.3（19页）得，该值公差等级为IT14级。

238mm的下偏差、上偏差均要求，因此冲裁时不需要考虑。

330mm的上偏差为0，下偏差为-0.52，其公差为+0.52，查《互换性与技术测量》表2.3知，该值公差等级为IT14级，

4R8mm的上偏差为0，下偏差为-0.22，其公差为+0.22，查《互换性与技术测量》表2.3知，该值公差等级为IT13级。

5

10mm的上偏差为+0.03，下偏差为0，其公差为+0.03，查《互换性与技术测量》表2.3知，其公差等级在IT7～IT8级之间。

因一般精度的冲裁件采用IT7～IT8级精度的普通冲裁模，因此以上尺寸均符合冲压要求。

4.2粗糙度

有该托板零件图可知，Ra值为6.3um，而用普通冲裁方式冲裁厚度为2mm及以下的金属板料，其断面粗糙度值Ra一般可达到3.2～12.5um，故该托板零件适合普通冲裁。

根据以上所有对托板零件冲压工艺性分析该托板零件适合冲压。

故该托板冲压工艺图如下：

二.托板冲压工艺流程设计及优化

1.冲压工艺类型

2.冲压工艺次数

3.冲压工艺顺序

4.冲压工艺组合方式

5.其它辅助工序

2.1冲压工艺类型

根据该托板冲压工艺图可以看出，其所需的基本工序为落料，冲孔。

2.2冲压工艺次数

由托板冲压工艺图可看出，其工艺次数可分为落料，冲孔2个工序组成。

2.3冲压工艺顺序

当多工序冲压件有冲孔和落料时，一般先落料再冲孔，以减少定位误差和避免尺寸换算。

2.4冲压工艺组合方式

1）单工序模

先落料后冲孔、先冲孔后落料

2）复合模

冲孔+落料、落料+冲孔

3）级进模

先冲孔再落料

2.5其它辅助工序

由于此托板零件结构简单，无其它机加、非机加（如焊接、热处理）等其它辅助工序。

三.冲压工艺组合方式分析

1）单工序模

单工序模制造成本较低，尺寸和冲压件的厚度不受限制，但冲压出来的工件精度低、冲压件平整度差、生产效率低，生产时的安全性低，需要采取安全保护措施，只适合小批量生产。

由该托板零件的冲压工艺图可知，该托板零件的生产批量较大，若采用单工序模就加长了生产周期，故不采用单工序模。

2）复合模

复合模的加工精度可达到IT10～IT8级，压料较好，冲压件平整，尺寸在300mm以下，冲压件厚度在0.05mm～3mm之间。

冲裁复杂零件时它的模具制造成本和工作量低于级进模，操作是出件困难且不太安全，也需要采取安全措施，适合大批量生产。

根据该托板工艺图可以看出，该托板零件的加工精度一般，厚度为2mm，且结构简单、生产批量为大批量，若采用复合模，明显优于单工序模。

3）级进模

级进模的加工精度可以达到IT13～IT10级，冲压件尺寸在250mm以下，冲压件厚度在0.1mm～6mm之间，工序间可以自动送料，冲件和废料一般从下模漏下，生产效率较高，模具制造的工作量和成本在制造形状简单零件时比复合模低，比较安全，可使用高速压力机，适合大批量生产。

若该托板零件采用级进模生产，无论是生产效率、生产批量还是产品尺寸均符合该零件的生产要求，但由于级进模加工精度达不到要求，故不采用。

（

10内孔精度达不到要求，需要后期加工，延长生产周期）

综合分析：

单工序模由于生产效率、生产批量、冲件精度均达不到该托板零件的产品要求，故不采用。

级进模虽然生产效率、生产批量都能达到产品要求，但由于冲件的内孔精度达不到该托板零件的产品要求，也不能采用。

复合模无论是生产效率、生产批量还是产品精度都符合该托板零件的产品要求，故被采用。

根据该托板零件的冲压工艺顺序确定复合模：

落料+冲孔为最终的冲压工艺方式。

四.排样

4.1排样

排样的是否合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构与寿命，因此排样在冲压件的前期准备工作中十分重要。

排样可分为以下3种：

1有废料排样

2少废料排样

3无废料排样

对于3种排样的分析：

有废料排样对冲压件的尺寸有保证，冲出的产品质量较好，而且模具寿命较高，但它的材料利用率较低，增高了产品的生产成本，用于形状复杂、尺寸精度要求较高的零件。

少废料排样的材料利用率较高，用于形状简单、尺寸精度要求不高的零件。

无废料排样用于形状结构简单、尺寸精度要求不高的零件，但不易操作加工。

本托板零件的形状结构简单、尺寸精度要求不高，本应选用无废料排样，但由于无废料排样难以保证零件的尺寸精度，而且无废料排样本身就难以实现，因此本托板的排样方案应选择少废料排样。

4.2材料利用率

全进距η=

×100%

A为单个冲件表面积

n为板料最多冲件个数

B为条料宽度

L为条料长度

4.3条料宽度与搭边、料边的计算

①托板横排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，

a1=1.2a=1.5

②托板竖排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，

a1=1.8a=2.5

4.条料的宽度B，采用初级定位

B1=Dmax+2a=30+1.5×2=33

B2=Dmax+2a=58+2.5×2=63

查《冲压模具及设备》31页t=2mm时，选用长为2200mm，宽为1000mm的冷轧钢板。

查《冲压模具及设备》表4-19得，条料宽度偏差∶

B1

=33

B2

=63

根据材料利用率公式∶η=

×100%

托板横排材料利用率∶

η=

×100%=65.1%

托板竖排材料利用率∶

η=

×100%=61.5%

η横＞η竖，∴应选托板横排为最终排样方案。

托板横排示意图如下∶

导料销与条料之间的最小间隙Zmin，查《冲压模具及设备》表4—20，

知∶Z=0.5mm，所以Bo=B+Z=33mm+0.5mm=33.5mm

4.5压力计算

冲压力P=P冲裁+P卸+P顶（或P推）

冲裁力P1=K·L·t·τb

=1.3×（3.14×16+38×2+14×2+4×2+3.14×10）×2×250

=125866N

卸料力F卸=P1·K卸

=125866×0.05

=6293.3N

顶料力P顶=P1·K顶

=125866×0.06

=7551.96N

推件力P推=P1·n·K顶

=125866×0.055×5

=34613.15N

∴P冲=P1+P卸+P推=125866+6293.3+34613.15=166772.28N

P冲=（P1+P卸+P推）÷0.8=208466N

查《冲压模具及设备》表3-4，开式固定台压力机主要参数规格表得∶

此托板需要的冲压力应大于200吨，所以应选JA21-35开式固定台压力机。

4.6压力中心的计算

由该托板零件图可以看出该托板上下、左右均对称，所以压力中心应在该托板的对称中心（

10的圆心）上。

五.托板冲压模具参数计算

5.1模具凸凹模间的间隙

1）间隙对冲压件质量的影响

间隙越大，模具的寿命可以延长，但冲件的质量普遍不高，反之，间隙越小，冲件的质量越高，但模具的寿命会进一步缩短。

因此，在保证冲压件质量的前提下，应选较大的间隙，若采用较小的间隙就必须提高模具的硬度和精度，从而减小模具的粗糙度，减小模具磨损，得以在保证冲压件质量的前提下，延长模具的使用寿命。

2）间隙对冲压工艺的影响

试验表明，冲件的单面间隙在材料厚度的5%～20%范围内时，冲裁力的降低不多，一般不超过冲裁力的5%～10%。

间隙对Fx、Fo的影响较为显著，而当单面间隙增大到材料厚度的15%～25%时，卸料力几乎为零。

3）冲裁间隙的确定

一般采用经验法来确定。

查《冲压模具及设备》表4-10得（93页）

Zmin=0.246mmZmax=0.360mm

由于此托板冲件对尺寸要求不高，又采用的初级定位，故应取较大的间隙值，即∶Zmax=0.360mm

5.2冲裁模刃口尺寸的计算

1）冲裁模具刃口尺寸计算三原则

①落料时应以凹模为基准，先确定凹模，再确定凸模。

冲孔时应以凸模为基准，先确定凸模，再确定凹模。

②凹模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近下限值。

凸模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近上限值。

③模具的设计精度应比冲件的精度高2～3级。

2）冲裁模具刃口尺寸的计算

A、凹凸模分开制作

B、凹凸模配合制作

本托板的外形尺寸简单，且为复合模，因此采用凹凸模配合制作。

1该冲裁件中心孔为冲孔件，故应以凸模为基准，对

10的圆形冲孔时∶

dp=（dmin+x△）

查《冲压模具及设备》表4-14（97页）得x=0.75，凸模磨损后的尺寸∶

10

所以，dp=

（10+0.03×0.75）

=

10.0225

故∶

技术要求∶凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作

保证双面间隙为0.34mm

2由于外形尺寸为落料，以凹模为基准

凹模磨损后扩大的尺寸∶

A1（58

）A2（38

）A3（R8

）A4（30

）

Add=（Amax-x△）

查表得∶x1=0.5，x2=1，x3=0.5，x4=0.5

Add1=（58-0.5×0.74）

=57.63

Add2=（38-1×0.03）

=37.97

Add3=R（8-0.5×0.22）

=R7.89

Add4=（30-0.5×0.52）

=29.74

故该托板的凹模刃口尺寸示意图如下∶

5.3模具闭合高度

由所选设备JA21-35可知，

它的最大闭合高度为Hmax=280mm，Hmin=220mm

（220-T）≤Hm≤（280-T）-5，T=5

∴215mm≤Hm≤270mm

5.4弹簧的选用

（1）选用弹簧的三原则∶

1为保证卸料正常工作，在非工作状态下，弹簧应该预压，其预压力Fy应该大于等于单个弹簧承受的卸料力。

即

Fy≥Fx/n

Fy—弹簧的预压力（N）

Fx—卸料力（N）

n—弹簧数量

②弹簧的极限压缩量应该大于或等于弹簧工作时的总压缩量。

即

hj≥h=hy+hx+hm

hj—弹簧的极限压缩量（mm）

h—弹簧工作时的总压缩量（mm）

hy—弹簧在预压力作用下产生的预压量（mm）

hx—卸料板的工作行程（mm）

hm—凸模或凹模的刃磨量（mm），通常取hm=4～10mm。

③选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。

（2）卸料弹簧的选用及计算

1）初定弹簧个数n=4，则每个弹簧的预压力为∶

Fy≥Fx/n=6293/4≈1573N

2）初选弹簧规格。

按2Fy估算弹簧的极限工作压力Fj∶

Fj=2×1573N=3146N

查标准GB/T2089-1994,初选弹簧规格为∶

d×D2×h0=3.5×20×60，Fj=3140N，hj=20.9mm

3）所选弹簧的预压量hy

hy=Fy·hj/Fj=1573N×20.9mm/3140N≈10.45mm

4）校核所选弹簧是否合适。

卸料板工作行程hx=t+1mm=3mm，取刃磨量hm=6mm，则弹簧工作时的总压缩量为∶

h=hy+hx+hm=10.45mm+3mm+6mm=19.45mm

∵h

弹簧安装高度Ha=Ho-Hy=60mm-10.45mm=49.55mm

取整Ha=50mm

六.托板冲裁模结构设计

具体托板冲裁模结构设计详见托板冲裁模装配图

借鉴于《冲压摸具及设备》P116图4-33

七.托板冲裁模主要零部件设计与选用

7.1落料凹模

1）根据对该托板零件形状分析，该托板冲裁模落料凹模应为整体式∶

落料凹模尺寸为∶L×B×H

L=l+2cB=b+2cH=Kb1

其中l=58mm，b=30mm，K=0.38，c=32mm，b1=58mm

∴L=58mm+2×32mm=122mm,标准为125mm

B=30mm+2×32mm=94mm,标准为100mm

H=0.38×58mm=22mm

但由于卸料弹簧的安装高度为50mm，所以空心垫板的高度H=50mm

将空心垫板与落料凹模做成整体，则H=50mm+22mm=72mm

凹模的尺寸为∶125mm×100mm×72mm

∴落料落料凹模如图∶

7.2凹凸模

凹凸模的尺寸如图∶

凹凸模其刃口尺寸按该托板的凹模刃口尺寸加工

7.3推件块

由于要完全要使冲件完全推出，所以其尺寸也应该按该托板的基本尺寸加工。

但

10的孔应略大于

10mm，取

11mm。

如图∶

7.4圆形冲孔凸模

该托板冲裁凸模刃口尺寸应按前面4.2中所计算出的凸模刃口尺寸计算，而它的长度应等于∶

L=h1+h2+ha，h1=22mm×0.8=17.6mm，h2=30mm，ha=50mm

所以冲孔凸模的长度为L=17.6mm+30mm+50mm=97.6mm,由于要保证凸模的强度，故将凸模设计成阶梯式，如图∶

7.5凸模固定板

凸模固定板的尺寸L×B×H

其中基本尺寸L=125mm，B=100mm，H=0.8×H凹=22mm×0.8=17.6mm，

凸模固定板的尺寸125mm×100mm×17.6mm

7.6凹凸模固定板

凹凸模固定板基本尺寸与6.5凸模固定板基本尺寸相同∶

125mm×100mm×17.6mm

7.7垫板

垫板的基本尺寸L×B×H，由于垫板的厚度H通常在3mm～10mm之间，所以垫板的基本尺寸为∶

125mm×100mm×8mm

7.8卸料板

卸料板的基本尺寸为125mm×100mm×13mm

7.9上下模座

由于上下模座的长度应比凹模长40mm～70mm，而宽则根据具体情况来定，厚度为凹模的1～1.5倍，上模座要比下模座厚度小5mm～10mm，所以∶

上模座尺寸为225mm×170mm×33mm

下模座尺寸为225mm×170mm×40mm

7.10导柱与导套

导柱的基本尺寸为L×D，

L=模具闭合高度-（导柱上端面与上模座顶面的距离+导柱底面与下模座的距离）=218.6mm-（10mm+3mm）=205.6mm，D=24mm

导柱

导套

7.11圆柱销

7.12导料销与挡料销

该模具的挡料销与倒料销均选用

4的圆柱销

7.13模柄

7.14卸料弹簧

7.15螺钉

八.模具的使用及维护

模具的使用

模具安装在型号为J23-35，最大闭合高度为280mm的开式双柱可倾压力机：

1、安装前江模具安装表面清理干净，确认模具正确安装在机床上。

2、安装后空合模数次将模具闭合高度，使用合理的垫块高度，调整模具为最佳冲压高度。

3、模具使用过程中应充分保证工作人员的活动范围。

4、在冲裁过程中若发现有异常声音时应立即停止运行机床，排除故障后方可继续使用。

5、冲裁过程一段时间后应及时清理模具凸凹模上的毛刺，防止积瘤的产生。

6、所有工件冲裁完成后应江模具从压力机上卸下，按模具维护说明书正确有效防止。

模具维护方式

1、按总装图正确装配模具。

2、按所选压力机安装模具并保证压力中心与模具中心重合。

3、打开磨具确认模具型面无异物，确定挡料销、导料板的位置正确。

4、运行压力机空合模数次，保证正确运动和定位。

5按模具设计参数调试模具并生产。

6、在冲裁过程中时刻检查肥料是否排放顺畅，若出现堵塞情况应立即停止机床，对废料进行排除。

7、模具使用人员应站立在模具工作台面前端的两侧。

8、模具使用时应经常检查模具的工作台面和工作刃口，清楚材料的积瘤，排除在不正确使用过程中的废料，以免产生废料张模。

9、使用完毕后应该压料面，型面应出去材料积瘤。

10、按照每生产3000——5000件后，按上述模具保养以延长使用寿命。

结束语

时间飞逝，寒假已经结束了，而上学期的专业课—冲压模具设计让我度过了一个美好而充实的学期，在这一学期的学习中让我认真了解了模具的结构、设计等诸多方面；在学习中同时也遇到了许许多多的困难，但是在老师和同学们的探讨下都得到了良好的解决，掌握了知识与经验，使我对这门学科产生了浓厚的学习气氛，但还有诸多不足的地方，以待这学期进一步的学习与改善。

在以后的学习中我会更加的努力，争取尽可能多掌握技能，为以后打下结实的基础。

参考文献

1、徐正坤主编.冲压模具及设备.北京.机械工业出版社.2010

2、屈波主编.互换性与技术测量.西安电子科技大学出版社.2007

3、杨玉萍、高龙士主编.机械制图与AutoCAD.北京.机械工业出版社.2009

4、李名旺主编.冲压工作实用手册.2010