弯曲板冲压工艺及模具设计.docx

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弯曲板冲压工艺及模具设计

课程设计

论文题目：

弯曲板冲压工艺及模具设计

课程名称：

冲压工艺及模具设计课程设计

学院材料及能源学院

专业班级材料成型及控制工程专业14（4）

学号

姓名

联系方式

任课教师

2015年6月21日

广东工业大学课程设计任务书

题目名称

弯曲板冲压工艺及模具设计

学生学院

材料及能源学院

专业班级

材料成型及控制工程专业14（4）班

姓名

学号

一、课程设计的内容

根据给定的冲压零件图进行产品的冲压工艺分析和比较，制定合理的冲压工艺方案，进行有关工艺计算，确定冲压模具的类型和结构，选择冲压设备，绘制模具的装配图及零件图，编制冲压工艺卡，并撰写设计说明书。

二、课程设计的要求及数据

1.课程设计时间共2周，按时独立完成课程设计任务，符合学校对课程设计的规范化要求；

2.绘制所设计模具的装配图和非标件零件图：

图纸整洁，布局合理，图样和标注符合国家标准；

3.编制冲压工艺卡，撰写设计计算说明书：

要求公式使用准确，计算正确，语言流畅，书写工整，插图清晰整齐；

4.设计说明书及图纸按学校规定装订成册。

三、课程设计应完成的工作

1.冲压工艺设计：

包括分析零件的冲压工艺性，拟订冲压件的工艺方案，确定合理的排样形式、裁板方法，并计算材料的利用率；确定模具结构及尺寸等；

2.根据总冲压力及考虑模具的结构尺寸选择成形设备的型号；

3.模具结构及其零部件设计：

设计一道工序的冲模，绘制冲模总装配图及主要零件图；

4.冲压工艺过程卡片；

5.设计计算说明书。

四、课程设计进程安排

序号

设计各阶段内容

地点

起止日期

1

布置题目，工艺分析及工艺计算

教1-210

6.12-6.13

2

工艺方案比较及模具结构草图

教1-210

6-14-6-15

3

绘制模具总装配图

教1-210

6-16-6-20

4

绘制零件图，编冲压工艺卡

教1-210

6-21

5

编写设计说明书

教1-210

6-22

6

答辩，提交所有资料

教1-210

6-23

五、应收集的资料及主要参考文献

[1]自编.冲模设计课程设计指导书[M].广东工业大学，2011.

[2]薛啟翔编.冲压模具设计1结构图册[M].北京工业出版社，2009.

[3]王孝培主编.冲压手册[M].机械工业出版社,1988

[4]柯旭贵张荣清主编.冲压工艺及模具设计[M].机械工业出版社,2012.

发出任务书日期：

2016年6月12日指导教师签名：

计划完成日期：

2016年6月22日基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

一、引言……………………………………………………………………………5

二、弯曲件工艺分析………………………………………………………………6

三、冲裁工艺方案的确定…………………………………………………………7

四、排样形式和各道工序的计算…………………………………………………8

五、工序压力计算及选择压机……………………………………………………10

六、模具刃口尺寸及公差计算……………………………………………………13

七、装配图为级进模………………………………………………………………14

八、模具材料的选取………………………………………………………………16

九、确定装配基准………………………………………………………………16

十、模具零件的加工……………………………………………………………17

十一、结束语……………………………………………………………………18

十二、工艺卡………………………………………………………………………19

设计内容

计算及说明

结果

一、引言

零冲压工艺规程是模具设计的依据,而良好的模具结构设计又是实现工艺过程的可靠保证,若冲压工艺有所改动,往往会造成模具的返工,甚至报废,冲裁同样的零件,通常可以采用几种不同方法,工艺过程设计的中心就是依据技术上先进,经济上合理,生产上高效,使用上安全可靠的原则,使用上安全可靠的原则,使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下达到最佳的技术效果和经济效益。

设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图入手，分析零件图包括技术和经济两个方面：

（1）冲压加工方法的经济性分析

冲压加工方法是一种先进的工工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用，由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用。

批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能会更有效果。

（2）冲压件的工艺性分析

冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度，在技术方面，主要分析该零件的形状特点，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求，良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，而且寿命长产品质量稳定，操作简单，方便等。

不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何，其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序加工出图纸所要求的零件。

对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削焊接或铆接等加工才能完成。

二、弯曲件工艺分析

本设计的零件为弯曲板﹑零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，材料比较厚，系典型的板料冲压件。

主要生产工序为落料、弯曲、冲孔，其外形尺寸精度无特别公差要求。

弯曲件内侧圆角半径r2，相对弯曲圆角半径r/t=0.5，大于表相关资料所示的最小许可弯曲圆角半径，因此可以一次弯曲成型。

该零件冲裁时，采用刚性卸料装置。

通过上述工艺分析，该零件为薄板冲裁弯曲件，尺寸精度要求不高，属于冲裁弯曲成形问题。

零件草图：

如下图示。

2-1零件草图

名称：

弯曲板

生产批量：

大批量

材料:

H62

材料厚度：

4mm

三、冲裁工艺方案的确定

方案一，采用单工序模。

单工序模的特点是结构简单、制造费用低，但工序复合程度低、生产效率低，适合大、中、小批量生产。

方案二，采用复合模加工。

复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔及外缘的相对位置精度高，冲裁的轮廓尺寸较小。

但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。

复合模主要用于生产批量大精度要求高的冲裁件。

方案三，采用级进模加工。

级进模比简单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现自动化生产。

对于特别复杂或孔边距离较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。

但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适于大批量生产小型冲压件。

比较如图：

3-1加工方案比较图

通过比较三个方案，对于所给出的零件，精度要求比较高，且要求大批量生产，在模具结构和强度方面得到实现和保证的条件下，故采用级进模。

四、排样形式和各道工序的计算

1、毛坯尺寸

展开弯曲部分毛坯尺寸：

式中圆角半径r=2mm

材料厚度t=4mm

r=2=t/2，即圆角半径r=t/2的弯曲件，根据冲压手册P135可知毛坯的尺寸是根据弯曲前后材料体积不变的原则进行计算的。

L=L1+L2+L3+1.57（r1+x0t）+1.57（r2+x0t）

L1=10mm

L2=7mm

L3=48mm

r1=r2=2mm

X0=0.25

所以L=100.84mm，取100mm

2、排样﹑计算条料尺寸、步距以及材料利用率

查《冲压工艺及模具设计》表2-13得到搭边值：

零件之间的搭边值a1=3.6mm，取a1=4；侧边的搭边值a=4.2mm，取a=5mm；工件的面积A=20*100=2000mm2

查《冲压工艺及模具设计》表2-14得条料宽度公差△=-1.0

零件轮廓尺寸比较简单，考虑操作方便，采用单排冲压。

如图1中的排样所示。

4-1排样工件图

则条料宽度：

B=（D+2a+△）-△=110mm

步距：

S=20+4=24mm

材料的利用率：

η=A/BS=（2000-/110*24）=74.7%

弯曲部分展开的尺寸L=100mm

条料宽度：

B=110mm

步距：

S=24mm

材料的利用率：

η=74.7%

五、工序压力计算及选择压力机

1、工序压力计算

工件材料为H62，查《冲压手册》力学性质：

（1）第一道工序——第一次冲裁

①平刃口模具冲裁时，卸料力按下式计算：

查《冲压手册》公式F卸1=K卸Ltτ

被加工余料的周长L=58mm

系数K=0.02-0.06，取K=0.04

厚度t=4mm

H62材料的抗剪强度τ=330MPa

得：

F卸1=0.04*240*4*330=3062.4N=3.0KN

②求冲裁时的推件力：

F推1=K顶Ltτ

查《冲压手册》表2-37得：

K顶=0.03-0.09，取K顶=0.05

得：

F推1=0.05*58*4*330=3828N=3.8KN

（2）第二道工序——第二次冲裁

①求冲裁时的卸料力：

被加工余料的周长L=106.56mm

系数K=0.02-0.06，取K=0.04

厚度t=4mm

H62材料的抗剪强度τ=330MPa

得：

F卸2=0.04*1.6.56*4*330=5626.37N=5.6KN

②求冲裁时的推件力：

F推2=K顶Ltτ=0.05*106.56*4*330=7032.96N=7.0KN

（3）第三道工序——冲孔

冲压1个φ6孔

①求冲孔力

F卸3=0.04Ltτ=0.04*37.68*4*330=1989.50N=2.0KN

②求推件力

F推3=0.05*37.68*4*330=2486.88N=2.5KN

（4）第四道工序——首次弯曲成型

①求曲件的最大自由弯曲力：

F自1=0.7kbt2σb/（r+t）

安全系数k=1.3

料宽b=20mm

料厚t=4mm

弯曲半径r=2mm

材料强度极限σb=330MPa

则F自1=16016N=16.0KN

②求曲件的校正弯曲力：

F校1=Ap

弯曲的投影面积A=60*20=1200mm2

单位校正力p=40-60，取p=50

则F校1=1200*50=60000N=60KN

③求曲件的压料力：

F压1=（0.3-0.8）F自1，取系数0.5

则F压1=8008N=8KN

（5）第五道工序——落料、二次弯曲成型

①求曲件的最大自由弯曲力：

F自2=2*0.6kbt2σb/（r+t）

安全系数k=1.3

料宽b=20mm

料厚t=4mm

弯曲半径r=2mm

材料强度极限σb=330MPa

则F自2=40128N=40.1KN

②求曲件的校正弯曲力：

F校2=Ap

弯曲的投影面积A=60*20=1200mm2

单位校正力p=40-60，取p=50

则F校2=1200*50=60000N=60KN

③求曲件的落料力：

F落=K落Ltτ，取系数K落=0.04

则F落=0.04*45.12*4*330=2382.34N=2.4KN

2、选择压力机

压力机公称压力：

F总=F卸1+F卸2+F卸3+1.2（F自1+F压）+1.2F自2+F推总+F落

=3.0+5.6+2.0+1.2（16+8）+1.2*40+2.4+13.3=103.1KN

从总压力出发，应选择160KN开式压力机

查《冲压手册》表9-3，落料工序压力机的技术参数如下：

JC23－16

公称压力：

160KN

滑块行程：

70mm

最大闭合高度：

220mm

封闭高度调节量：

60mm

工作台尺寸（前后mm×左右mm）：

300×450

垫板厚度：

40mm

模柄孔尺寸（直径mm×深度mm）：

φ30×50

最大可倾角：

30°

F卸1=3.0KN

F推1=3.8KN

F卸2=5.6KN

F推2=7.0KN

F卸3=2.0KN

F推3=2.5KN

F自1=16.0KN

F校1=60KN

F压1=8KN

F自2=40.1KN

F校2=60KN

F落=2.4KN

压力机公称压力：

F总=

103.1KN

六、模具刃口尺寸及公差计算

七、装配图为级进模

1、冲裁模刃口双面间隙

冲废料时，以凹模为基准件，该零件凸模刃口部分尺寸按上述凹模相应部分尺寸配制。

对于未标注公差按IT14级计算。

查《冲压手册》表2-25，

双面间隙值：

Zmin-Zmax=0.40-0.32mm。

①第一次冲裁时：

凹模最大极限尺寸D=68mm

查《冲压手册》表2-28，凹模制造公差

=+0.030

凹模刃口尺寸：

D凹=（D-x△）+

=68+0.030mm

②第二次冲裁时：

凹模最大极限尺寸D=106.56mm

查《冲压手册》表2-28，凹模制造公差

=+0.035

凹模刃口尺寸：

D凹=（D-x△）+

=106.56+0.035mm

冲孔时，以凸模为基准件，该零件凸模刃口部分尺寸按上述凸模相应部分尺寸配制

孔径最小极限尺寸d=6mm

查《冲压手册》表2-28，凹模制造公差

=-0.020

凸模刃口尺寸：

d凸=（d-x△）-

=6-0.020mm

2、弯曲模工件部分尺寸计算

①凹凸模的圆角半径

凸模的圆角半径r凸应该等于弯曲件内侧的圆角半径r，

r凸=r=2mm

查表3-20得

凹模的圆角半径r凹=5mm

凹模的深度l=15mm,

②凹凸模的单边间隙c=t+△+Kt

料厚t=4mm

根据弯曲件高度h和弯曲曲线长度b而决定的系数K，查表3-18得K=0.08

得c=4.32mm

当工件精度要求高时，可取c=t=4mm

可得：

凸模宽度尺寸b凸=（b凹-2c）

=52-0.018mm

为凸模制造公差，按IT8级公差查

=0.018mm

1、模具类形的选择

由冲压工艺分析可知，采用简单的弯曲模按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准模架。

按GB2855.5－81选对角导柱模架

上模座：

L×B×t＝250mm×220mm×50mm

下模座：

L×B×t=250mm×220mm×60mm

2、定位方式的选择

因为该模具是级进模，需要完成冲裁、冲孔、弯曲、落料工艺，在冲裁部分，采用导尺定位，在弯曲成形部分，采用楔紧块定位

3、卸料、出件方式的选择

根据模具的运动特点,该模具手动取出工件比较方便。

因为工件料厚为4mm，采用弹压卸料。

4、导柱、导套位置的确定

为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模具，该复合模采用后侧导柱模架导柱导套：

按GB2861.1－81选d＝32mm导柱，其中导柱长度选L＝195mm

按GB2861.6－81选d＝32m导柱，导套D=55mm，L＝120mm

5、弯曲凹模、凸模如尺寸如上计算所确定，表示图如下：

7-1第一次弯曲凹模

7-2第一次弯曲凸模

7-3第二次弯曲凹模

7-4第二次弯曲、落料凸模

7、模柄

d=30mm，D=75mm，h=64mm

8、卸料板的设计

卸料板的形状设计为长方体形，其工作部分的尺寸由工件部分的凸凹模来决定，并且及凸凹模保持1mm的间隙。

9、凸模的固定

本模具采用凸台式凸模，凸台镶嵌在凸模固定板上，而凸模固定板用螺栓及销钉紧固在下模座上

10、凹模的固定

凹模及下模座用螺钉、销钉紧固

八、模具材料的选取

凸模的材料为Cr12，凹模的材料为Cr12，热处理硬度为56-60HRC，垫板、下固定板、上固定板的材料的45号钢，热处理硬度为HRC43-48

九、确定装配基准

模具的常用配合：

1、H7/h6的间隙定位配合，导柱和导套的配合。

2、H7/r6的过度配合，用于较高的定位，凸模及固定板的配合，导套及模座，导套及固定板，模柄及模座的配合。

3、H7/m6的过度配合，能以最好的定位精度满足零件的刚性和定位要求，凸模的固定导套及模座的固定、导柱及固定板的固定。

其余未在此给出的零件，均按装配图及零件图上所示

1．刃口配合尺寸要均匀。

2．工件毛刺高度不得大于0.5mm

3．卸料板的定位面及凹模平面平行度0.025mm

4．模柄装入上模座后模柄的轴心线对上模座上平面的垂直度公差在全长范围不大于0.05mm。

5．零件未注明倒角尺寸（刃口除外）均应倒角，倒角尺寸为2×45

十、模具零件的加工

普通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕，再进行总装。

而模具零件的加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的，要待部件组装或整模组装时修配或配钻，所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来，还要根据模具加工的装配方法而定。

若以凸模凹模为基准装配时，零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工，若以四导柱导套作型腔，凸模相对位置控制基准时，则凹模及凸模固定板的导柱孔应及凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。

使用铣床加工一个零件时，必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参数确定下来，保证加工能顺利完成，同时，设计方面也要考虑到加工的难易程度，以减少加工的困难，例如这次我们在设计时没有充分考虑到材料对加工带来的问题，导致加工使用Cr12材料的零件很困难，刀具无法加工这么硬的材料，所以在加工前要慎重考虑各种细节。

在买回来的模板里，要确定模板的加工基准，哪些面是基准面，这一般在订购模板时会标明哪几个面是经过打磨，之后就是把加工基准定下来，当然事前必须准备好零件图，根据零件图来定位加工方案，如果要用到数控编程，就必须把加工原点定出来。

定好加工方案后，就可以开始加工，先把工件装夹到虎口钳上，使用铜锤敲击以使工件被夹紧，然后打表，在打表时要非常小心，当表很靠近工件时，不能使用加速进给，否则很容易碰坏仪器，在校平行度时，最好先来回走几遍，观察大概偏向，然后要小心敲击工件，使其保持在很小的偏差范围就行了，把两个基准方向的平行度定好后，就要用分中器确定原点坐标，在设置坐标时要将分中器的半径算进去，这样才能使主轴对应工件原点，x-y平面的坐标定下来后，就要把刀具装到铣床上，使用半径范围内的夹具把刀具夹紧，装上道具后就是确定z方向上的原点，一般选择工件表面为0以方便编程。

之后就是加工，如果是选用数控加工，必须使程序和当前铣床的刀具起点相一致，否则加工位置就会错误，同时还要察看刀具路线是否会超出铣床的工作行程，防止出事故。

如果程序没错，就可以传到数控铣床运行。

不同刀具要使用不同转速，钻孔要比铣槽的转速慢，进给速度要根据观察来手动调试，加工时要时刻观察走刀情况，同时适当加冷却液及扫除铁屑，若发生事故，必须马上停止。

当程序完成后，刀具就会回原点，继续做下一工序。

十一、结束语

在冲裁、冲孔、弯曲的级进模的设计、计算中，我对冲压模的设计流程有了更深一层的了解，包括冲裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总装图及零件图的绘制等等。

很多步骤都是围绕着数据来进行，因此需要极大的耐心，以做到认真细心。

在这次设计中，可以更加深入地了解到了冲压模的相关知识。

表1-1冲压工艺过程卡

广东工业大学

冲压工艺过程卡

产品型号

B03

零（部）件名称

共1页

产品名称

弯曲板

零（部）件型号

第1页

材料牌号及规格

材料技术要求

毛坯尺寸

每个毛坯可制件数

毛坯重量

辅助材料

H62

4×110×1000

工序号

工序名称

工序内容

弯曲板生产工序

设备

工艺装备

备注

0

下料

剪床上裁板110×1000

J23-16

材料厚度为

4mm

1

冲裁

第一次冲裁余料

5×24

J23-16

冲裁

2

冲裁

第二次冲裁

J23-16

冲裁

3

冲孔

冲一个φ6圆孔

J23-16

冲孔

3

弯曲

第一次弯曲

J23-16

弯曲

5

落料、弯曲

将工件的连接部分切断、第二次弯曲

J23-16

落料、弯曲

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标记

处数

更该文件号

签字

日期