冲压落料冲孔复合模课程设计报告.docx

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冲压落料冲孔复合模课程设计报告

一、设计任务

冲压件7、塑料件7见附件产品图，并取第一组尺寸。

具体任务：

1、拟定所指定的冲压件、塑料件的成型工艺，正确选择成型设备；

2、合理选择模具结构，正确确定模具成型零件的形状和尺寸；

3、正确绘制模具装配图和工作零件图；

4、正确确定冲模、塑模（各选一个）工作零件的工艺流程；

5、撰写模具设计说明书；

6、课程设计完成工作量：

（1）冲模、塑模装配图各一张；冲模、塑模工作零件零件图；

（2）设计说明书一份（其中包含冲压件、塑料件的成型工艺；冲模、塑模工作零件的工艺流程；模具设计计算过程）（约1万字）。

二、设计要求

1、在课程设计中，学生要独立思考和钻研，学会根据具体情况灵活运用所学过的知识，不应盲目照搬其他样本或他人的设计；

2、课程设计中的每一个环节都必须认认真真、一丝不苟地去完成；

3、设计应按计划进行，并确保所设计的模具结构合理、操作方便、制造方便、造价便宜，设计图纸符合国标和行业标准，设计说明书规范；

4、设计时间安排：

（1）冲压件工艺、冲模设计并绘制模具装配图、工作零件图1.2~1.5周；

（2）塑件成型工艺、模具设计并绘制模具装配图、工作零件图1.2~1.5周；

（3）撰写设计说明书、答辩0~0.6周（是否需要答辩由指导老师决定）。

前言

第1章冷冲压工艺与模具设计……………………………………1

1.1设计内容及要求……………………………………………………………………1

1.2冲压工艺性分析……………………………………………………………………1

1.3工艺方案的确定……………………………………………………………………1

1.4确定模具类型及结构形式…………………………………………………………2

1.5工艺计算……………………………………………………………………………2

1.6编写冲压工艺文件……………………………………………………………………5

1.7选择和确定模具主要零部件的结构与尺寸………………………………………5

1.8校核所选压力机……………………………………………………………………6

1.9编制工作零件机械加工工艺卡……………………………………………………6

第2章塑料成型工艺与模具制造………………………………8

2.1设计内容及要求……………………………………………………………………8

2.2塑料制品工艺性分析………………………………………………………………8

2.3成型设备的选择与模塑工艺参数的确定…………………………………………8

2.4模具结构方案及尺寸的确定………………………………………………………9

2.5注射机有关工艺参数的校核……………………………………………………12

2.6编制零件机械加工工艺…………………………………………………………12

第3章结束语………………………………………………………13

第4章参考文献……………………………………………………14

前言

冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率很高，操作方便。

它与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛，如机械、航空、汽车、电子、轻工、仪表和家电等工业部门生产中的应用。

冲压工艺有生产率高、产品一致性好、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件、适合大批量生产等优点，在当今的制造业中，模具设计制造业已经成为一个新兴的朝阳产业。

冷冲模设计制造在整个模具设计制造中占有半数以上的产值。

因此，冲压技术对发展生产、增强效益、更新产品等方面具有重要作用。

塑料成型同样在工业化生产的今天占有很大的比重，塑料具有密度小、质量轻、比强度高、绝缘性能好、介电损耗低、化学稳定性高等特点，因此工业上很多制品需要用塑料成型。

成型塑料制件的机械称注塑模，在设计注塑模的过程中必须充分考虑到制件的形状、大小、壁厚等因素来设计各个相对应的部分。

总之，注塑模的设计需要相当的细心，只有了解了整个设计过程才真正的算是个设计型人才。

第1章冷冲压工艺与模具设计

1.1设计内容及要求：

工件如下图，材料为Q235，料厚1mm，年产量8万件，表面不允许有明显的划痕。

设计成型该零件的模具。

图1

1.2冲压工艺性分析

1、材料：

该零件的材料是Q235，是普通的碳素工具钢，板厚为1mm，具有良好的可冲压性能。

2、该零件结构简单，所冲的孔是Ø5和Ø6的尺寸，工艺性比较好。

整个零件的结构工艺性好。

3、尺寸精度，零件上的孔的尺寸精度为IT12级，孔与圆弧的同轴度也是IT12级，其余尺寸都是未注公差，属于自由公差，精度比较低。

结论：

适合冲压。

1.3工艺方案确定

该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：

先落料，后冲孔。

采用单工序模生产。

方案二：

落料—冲孔复合冲压。

采用复合模生产。

方案三：

冲孔—落料级进冲压。

采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产率低，难以满足中批量生产要求。

方案二只需一副模具，工件的精度和生产效率都较高。

方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，但位置精度不如复合模具冲裁精度高。

通过对上述三种方案的分析比较，成形该零件采用方案二复合模具成形。

1.4确定模具类型及结构形式

1、该零件质量要求不高，板的厚度有1mm，孔边距有4mm，所以可以选用倒装复合模。

2、定位方式的选择：

控制条料的送进方向采用两个导料销，控制条料的送进步距采用挡料销。

3、卸料、出件方式的选择：

采用弹性卸料。

下出件，上模刚性顶件。

4、导向方式的选择：

为了方便操作，该模具采用后侧导柱的导向方式。

冲压件的形状简单、精度要求不高、生产批量为中批量，为了使得模具寿命较高，采用有导向、弹性卸料、下出件的模具结构形式。

1.5工艺计算

1、确定最佳排样方式，并计算材料利用率，选择板料的规格。

该零件为角形零件，设计直排、对排、斜排三种排样方式，如图：

直排

对排

斜排

图2排样比较

查《冲压模具简明设计手册》表2.26，最小搭边值是：

工件间1.5mm、侧边1.8mm。

工件面积：

14*36+25*12+1/2*7*7*π+1/2*6*6*π-（22*22-1/4*22*22*π）-（14*14-1/4*14*14*π）-（9*π+25/4*π）=828mm2

直排：

取搭边值2mm。

条料宽度B=47mm步距L=41mm；

材料利用率：

η=828/（47*41）=43%

对排：

取搭边值3mm。

条料宽度B=64mm步距L=39mm；

材料利用率：

η=828*2/（64*39）=66.3%

斜排：

搭边值2.5mm左右

条料宽度B=57mm步距L=21mm；

材料利用率：

η=828/（57*21）=62.6%

比较直排、对排、斜排三种排样方式，对排材料利用率最高，但对排不便于操作，斜排便于操作，材料利用率只比对排少3.7%，所以设计模具时，冲裁工件的排样可以采用斜排方式，也可以采用对排方式。

本题采用斜排方式设计模具。

排样图如下：

选用1mm*900*1200，可以裁15条，每一条可以冲57件。

总的材料利用率：

15*57*828/（900*1200）=61.2%

图3斜排排样图

2、计算冲压合力并预选冲床

L=（7π+6π+75+25+24-44-28+11π+7π）+34.54=149.34+34.54=183.88mm

t=1mmσb=450Mpa

冲压力：

F=Ltσb=（149.34+34.54）*1*450=67203+15543=82746N

查《冲压工艺及模具设计》表3-11K卸=0.05K推=0.055K顶=0.06

卸料力：

F卸=K卸*F落料=0.05*67203=3360.2N

倒装复合模：

顶件力等于零

推件力：

刃口高度为10n=10/1=10

F推=K推*F冲孔*10=0.055*15543*10=8548.7N

冲压合力：

F合=F+F卸+F推=82746+3360.2+8548.7=94655N

根据冲压合力预选J23-16的曲柄压力机。

3、确定冲裁压力中心如下图4

X1=0x2=7x3=7x4=14x5=24x6=35.5x7=35x8=33x9=27.5x10=20

Y1=29y2=40.4y3=36y4=31y5=-6y6=12y7=6y8=6y9=0y10=8

L1=14L2=16L3=27L4=20L5=27L6=40.8L7=16L8=37.7

X0=11.62

Y0=13.21

取X0=11Y0=13作为模具压力中心的位置。

图4压力中心

4、确定冲裁凸模和凹模工作刃口尺寸

落料以落料凹模为基准计算，落料凸模根据凹模和最小间隙计算，也可以根据凹模实际尺寸和间隙值配做。

冲孔以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模根据凸模和最小间隙计算，也可以根据凸模实际尺寸和间隙值配制。

冲孔用分别加工法进行计算，落料、中心尺寸用配合加工法进行计算。

间隙查《冲压工艺及模具设计》表3-4，Zmin=0.10，Zmax=0.14落料凹模磨损后变大尺寸R7-0.36、R6-0.36、R14-0.43、R22-0.52，凹模公差按Δ/4

磨损系数查《冲压工艺及模具设计》表3-5，X=0.5.

A1=（6-0.5*0.36）+0.36/4=5.82+0.09

A2=（7-0.5*0.36）+0.36/4=6.82+0.09

A3=（22-0.5*0.52）+0.52/4=21.74+0.13

中心尺寸凹模磨损后不变，尺寸有26±0.17，30±0.17，凹模公差按Δ/4

C1=26±0.17/4=26±0.04

C2=30±0.17/4=30±0.04

凸模（凸模固定板）按凹模实际尺寸配做，保证间隙0.100—0.140mm

冲孔凸模磨损后变小尺寸Φ60.12，Φ50.12，公差为IT12级

凸、凹模公差按IT18级，取凸模制造公差δp=0.014mmδd=0.020mm

校核间隙︱δp︱+︱δd︱=0.014+0.020=0.034>Zmax-Zmin=0.04，

可行

磨损系数查《冲压工艺与模具设计》表3-5，X=0.5

B1凸模=（6+0.5×0.12）-0.014=6.06-0.014B1凹模=（6.06+0.1）0.020=6.16+0.020

B2凸模=（5+0.5×0.12）-0.014=5.06-0.014B2凹模=（5.06+0.1）0.020=5.16+0.020

5、确定弹性元件

聚氨酯橡皮允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调整方便，所以选用橡皮。

卸料力为F卸=3360.2N

橡皮高度：

H自由=H工作/（0.25~0.3）=23.3~28取30

式中H工作=t+1+H修模=1+1+6=8（H修模取4~7）

橡皮的面积：

A=F卸/p=12924~6720mm²

式中p为橡皮预压（压10%~15%H自由）时单位面积上的压力，取0.26~0.5

取一块整开凸模孔和四个卸料螺钉孔140*140*30的聚氨酯橡皮。

面积校核：

140*140-1752-4*6*6*3.14=17395.84mm²＞6720mm²可行。

1.6编写工艺文件

表1冲压工艺卡片

材料牌号及规格

材料技术要求

毛坯尺寸

每件毛坯可制件数

毛坯重量

辅助材料

Q235[1（±

0.15）*900*1200]

条料[1*57*1200]

57件

工序号

工序名称

工序内容

加工简图

设备

工艺装备

0

下料

剪板机上裁板57*1200

1

落料冲孔

落料冲孔复合冲裁

J23-16

落料冲孔复合模

1.7选择和确定模具主要零部件的结构与尺寸

1、工作零件的结构及尺寸设计

（1）凸凹模：

为了便于加工凸凹模设计成直通式，1个M8沉头螺钉固定在垫板上，与凸凹模固定板的配合按H7/m6.

其总长L=H固定板+H卸料板+（H橡胶-H预压）=58mm；

（2）冲孔凸模：

冲孔凸模采用台阶式，与凸模固定板的配合按H7/m6.

其总长L=H固定板+H凹模+H空心垫板=50mm，小端长32mm；

（3）凹模：

凹模采用薄凹模结构，薄凹模厚度尺寸H=Ks=0.27*51.1=13.8mm，取16mm。

凹模壁厚尺寸C=（1.5~2）H=30~40mm

式中K查《冲压工艺与模具设计》表3-15，取0..27，s=51.1mm

凹模板边长：

B≥51.1+2*（30~40）=111.1~131.1

L≥30.41+2*（30~40）=90.41~110.1

B取140，一般情况下，B≥L，所以L取140，故薄凹模板长，宽，厚度尺寸140*140*16mm。

（4）模具刚性校核

凸凹模尺寸较大，模具强度较大，所以不需要进行模具强度的校核。

小凸模冲裁力：

7771.5N；推件力（倒装复合模）4274.4N；

冲压合力：

7771.5+4274.4=12045.9N

无导向：

Lmax≤95*6*6/√12045.9=32.7mm

32mm≤32.7mm可行。

2、其他板的尺寸（参考典型组合结构（GB2872.1-81））

凸凹模垫板：

140*460*8

凸凹模固定板：

140*140*20

卸料板：

140*140*14

空心垫板：

140*140*16

小凸模固定板：

140*140*18

小凸模垫板：

140*140*8

3、模架的规格

上模座的规格140*140*40（GB2855.5-81）

下模座的规格140*140*40（GB2855.6-81）

模柄的规格A50*100（GB2862.1-81）

导套A28H7*90*38（GB2861.6-81）

导柱A28h6*200（GB2861.1-81）

4、模具闭合高度的计算

H=40+8+58+16+16+18+8+40-1=203mm

1.8校核所选压力机

通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-16能满足要求。

其主要参数如下：

公称压力：

160kN

滑块行程：

60（次/min）

最大闭合高度：

220mm

最大装模高度：

260mm

连杆调节长度：

45mm

工作台尺寸（前后x左右）：

300x450mm

模柄孔尺寸：

32×60

1.9编制工作零件机械加工工艺卡

表2凹模机械加工工艺规程卡

凹模机械加工工艺规程材料Cr12硬度60~64

序号

工序名称

工序内容

1

备料

锻件（退火状态）145*145*18

2

粗铣

铣六面到尺寸140.3*140.3*17.注意两大平面与两相邻侧面用标准角度尺测量达到基本垂直要求。

3

磨平面

磨光两大平面厚度达16.6mm，并磨四个侧面，达到两相邻侧面垂直，垂直度0.02mm/100mm

4

钳工

1划线划出各孔和凹模洞口穿丝孔中心线

2钻孔钻螺纹、销钉底孔和凹模洞口穿丝孔

3铰孔铰销钉孔到要求

4攻丝攻螺纹丝到要求

5

热处理

淬火+低温回火使材料硬度达到60~64HRC

6

磨平面

磨光六面消除淬火变形和氧化皮，并达到工艺所要求的尺寸

7

退磁

消除坯料残余磁

8

线切割

割凹模洞口，并留0.01~0.02mm的研磨余量

9

钳工

研磨凹模洞口内壁侧面到尺寸，粗糙度0.8μm

10

检验

按图纸检验

第2章塑料成型工艺与模具制造

2.1设计内容及要求

工件如下图，材料ABS，年产量8万件。

要求确定零件的成型工艺参数，设计成型零件的模具、编制模具的加工工艺。

图1

2.2工艺分析

1、原材料分析

ABS为热塑性塑料，化学稳定性比较好，机械强度较好，有一定的耐磨性，但耐热性较差。

ABS吸水性较大，成型前原料要干燥；在升温时粘度增高，成型压力较高，塑件上的脱模斜度易稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响较小，总的成型性能很好。

表1ABS主要技术指标

密度

吸水率（24h）

收缩率

熔点

抗拉强度

抗弯强度

硬度HB

1.02~1.16

0.2~0.4

0.4~0.7

130~160

50Mpa

80Mpa

9.7R121

2、塑件的结构、精度、质量分析

该塑件为长方形结构壳体零件，腔体深6.5mm，壁厚1.5mm，中间有一个圆形孔，整体尺寸不大不小，成型工艺性较好。

零件上有R6为未注公差，按IT14级分别为R6+0.30，其余尺寸分别为IT13级或IT14级，精度比较低，成型工艺性较好。

塑件质量没有较高的要求，表面光度Ra1.6um，内部粗糙度为Ra3.2um，成型工艺性较好。

2.3成型设备的选择与模塑工艺参数的确定

1、确定制品的成型方法、型腔数。

根据塑件所用材料和批量，成型该零件采用注射成型方法来成型。

根据塑件外形尺寸（25*26）的大小，去一模二件。

2、计算制品的体积、质量及制品的正面投影面积

塑件体积：

V1=1.339cm³，浇注系统体积V2=0.2678cm³。

一次浇注所用塑料总体积V=1.339+0.268=1.607cm³。

塑件质量：

查《塑料制品成型及模具设计》ABS的密度取ρ1.1*106

塑件的质量M1=1339*1.1*10-3=1.47g

一次浇注所用塑料总的质量M=1607*1.1*10-3=1.77g

正面投影面积7.8cm²

所需锁模力：

5000*7.8=39KN

3、预选注射机的型号

卧式注射机机身低，利于操作和维修；机身因重心较低，故较稳定；成型后的制

可利用其自身自动落下，容易实现全自动操作。

所以选用卧式注射机。

每次的实际需要的塑料体积为1.607cm³，初步选用SZ-60/450型注射机，理论注射量为78cm³。

4、拟定制品成型工艺参数

注射机类型：

螺杆式

预热和干燥：

温度（℃）80~85时间（h）2~3

料筒温度（℃）：

前段：

180~200中段：

165~180后段：

150~170

喷嘴温度（℃）：

170~180

模具温度（℃）：

50~80

注射压力（Mpa）：

60~100

成型时间（s）：

注射时间：

20~90高压时间：

0~5

冷却时间：

20~120总周期：

50~220

螺杆转速：

30（r/min）

2.4模具结构方案及尺寸的确定

1、选择制品发的分型面

分型面的形式和位置会影响到模具加工、排气、脱模、塑件的表面质量及工艺操作。

选择分型面时一般应遵循一下几项原则：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。

（3）保证塑件的精度要求。

（4）满足塑件的外观质量要求。

（5）便于模具加工制造。

（6）应合理安排塑件在型腔中的位置。

（7）有利于排气。

综合考虑，分型面选塑件截面最大处。

（如图2所示）

分型面

图2分型面

2、型腔布置

该塑件采用一模二件成型，型腔布置在模具的中间，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

3、浇注系统

普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。

在设计浇注系统时应考虑到塑件质量、塑件大小及形状，壁厚，技术要求等因素、型腔布局设计。

另外还要考虑去除、修整进料口方便，同时不影响塑件外表美观、防止喷嘴端部的冷料注入型腔影响塑件质量、注射机安装模板的大小等等。

主流道：

注射机的喷嘴直径为4mm，注射机的喷嘴头球面半径为20mm。

主流道衬套的球面半径应比注射机的喷嘴头球面半径大1~2mm，主流道小端直径应比注射机的喷嘴直径大0.5~1mm。

取浇口套的球面半径为22mm，主流道小端直径为4mm。

流道为圆锥形，其锥度取3°。

分流道：

分流道取半圆形，D=6mm。

浇口：

采用侧浇口，从塑件上端两边圆形孔进料。

冷料穴：

采用倒锥头形拉料杆和冷料穴。

4、溢流、排气系统的设计

根据该制品的形状与浇注系统，不设溢流槽。

利用型芯与固定板和分型面的间隙进行排气。

5、选择脱模方式

该模具的型芯在动模一侧，开模后塑件包紧型芯留在动模一侧，根据塑件壳体零件的特点，采用推板退出形式。

这样退出平稳，有效保证了塑件推出后的质量，模具结构也比较简单。

设置四根Φ10的的推杆推推板，中间一根Φ5的拉料杆。

脱模行程大于等于10mm。

脱模力F=

=

=3.74KN

P=10MpaA=7.2cm²f=0.5

6、成型零件工作尺寸的计算

参考《塑料制品成型及模具设计》（材料的收缩率=0.6%）得：

型芯的径向尺寸：

lM=[ls（1+s）+3/4Δ]-δz

型芯的高度尺寸计算：

hM=[hs（1+s）+2/3Δ]-δz

型腔的径向尺寸计算：

LM=[Ls（1+s）-3/4Δ]+δz

型腔的高度尺寸计算：

HM=[Hs（1+s）-2/3Δ]+δz

中心距尺寸：

LM=[Ls（1+s）]±δz

式中Ls、Hs、ls、hs为名义尺寸

Δ为塑件的公差

δz=1/3Δ~1/4Δ为模具的制造公差

（1）型芯径向尺寸有Φ22+0.52、Φ13+0.43，高度尺寸有6.5+0.36、1.5+0.25

LM1=[22*（1+0.006）+0.75*0.52]-0.13=22.52-0.13

lM2=[13*（1+0.006）+0.75*0.43]-0.12=13.4-0.12

hM1=[6.5*（1+0.006）+2/3*0.36]-0.12=6.78-0.12

hM2=[1.5*（1+0.006）+2/3*0.25]-0.07=1.68-0.07

（2）型腔径向尺寸有R6-0.3、Φ25-0.52、28.5-0.52，高度尺寸有4-0.30、8-0.36

LM1=[6*（1+0.006）-0.75*0.3]+0.1=5.8+0.1

LM2=[25*（1+0.006）-0.75*0.52]+0.13=24.76+0.13

LM3=[28.5*（1+0.006）-0.75*0.52]+0.13=28.3+0.13

HM1=[4*（1+0.006）-2/3*0.3]+0.1=3.8+0.1

HM2=[8*（1+0.006）-2/3*0.36]+0.12=7.8+0.12

7、模具主要零件的结构和尺寸设计

1.型芯和型腔板的结构和尺寸确定

考虑到加工方便，将型芯分成大型芯和中间圆孔形小型芯两部分结构，大型芯采用台阶式，与型芯固定板的配合按H7/m6，小型芯与大型芯的配合按H7/m6，用两边挂台式固定在大型芯上。

型腔板（定模板）采用整体式，型腔壁厚，参考《塑料制品成型及模具设计》得：

表2型腔壁厚预算

侧壁厚度

底板厚度

按刚性条件计算

按强度条件计算

按刚性条件计算

按强度条件计算

S≥（cph4/E[δ]）1/3

S≥[3h²p（1+wα）/[σ]]½

hs≥（C1pL4/E[δ]）1/3

hs≥L2[p/2[σ]（1+β）]½

s≥2.8mm

s≥6.0mm

hs≥10.5mm

hs≥10.8mm

式中E=2.1*105