冲裁模具课程设计说明书.docx
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冲裁模具课程设计说明书
课程设计(说明书)
题目:
冲裁模设计
学生姓名:
学号:
完成日期:
2012年5月30日
第一章设计任务.................................................................................3
第二章确定工艺方案及模具结构形式...............................................3
2.1冲压工艺分析.............................................................................3
2.2冲压工艺方案的确定.................................................................4
第三章模具总体结构的设计..............................................................4
3.1模具类型的确定...........................................................................4
3.2定位方式的选择...........................................................................5
3.3卸料装置的选择...........................................................................5
3.4导向装置的确定...........................................................................5
第四章排样图设计..............................................................................5
4.1排样相关尺寸的计算..................................................................5
4.2绘制排样图.................................................................................5
第五章主要工艺计算..........................................................................6
5.1压力中心的计算..........................................................................6
5.2冲压力的计算.............................................................................6
5.3工作零件刃口尺寸计算..............................................................8
第六章主要零件结构尺寸的设计......................................................9
6.1凹模结构的设计.........................................................................9
6.2凸模结构的设计.........................................................................11
6.3定位零件的设计........................................................................15
6.4卸料装置的设计........................................................................15
6.5销钉和螺钉的设计......................................................................15
6.6模柄的确定................................................................................15
6.7矩形垫板的确定........................................................................15
6.8弹性卸料装置的确定.................................................................16
6.9矩形固定板的确定....................................................................16
6.10导料板的确定…………………………………………………..16
第七章模架及其它零件的设计.........................................................18
第八章冲压设备的选用......................................................................19
8.1压力机的选择.............................................................................19
8.2模具的闭合高度的计算.............................................................20
第九章固定方式的确定......................................................................20
9.1凸和凹模的固定........................................................................20
9.2确定装配基准.............................................................................20
第十章绘制模具装配图...........................................................................21
结束语………………………………………………………………………..23
参考文献…………………………………………………………………………24
第一章设计任务
冲压工艺及模具设计
材料:
Q235厚度:
3mm
图1零件图
第二章确定工艺方案及模具结构形式
2、1冲压工艺分析
该该零件材料为Q235,料厚为3mm,制件的尺寸精度为IT7级,生产批量为中批量。
其结构简单,形状对称,尺寸较小,设计该零件的冲裁模。
冲孔时有尺寸φ4.20+0.08根据课本P67页知冲孔时,因受凸模强度的限制,孔的尺寸不应太小。
冲孔的最小尺寸取决于材料性能,凸模的强度和模具结构等。
根据表3-3可查得圆形孔最小值得d=0.9t=0.9×3=2.7mm<φ4.20+0.08所以满足工艺性要求.
2零件尺寸精度
工件结构相对简单,只有落料和冲孔两个工序。
将外形视为落料,需要冲的孔有1个,为Ф4.2mm,零件尺寸公差除Ф4.2接近于IT16级以外,其余尺寸均低于IT7级,亦无其他特殊要求。
通过查阅冲裁件尺寸公差表可知,利用普通冲裁方式可达到零件图样要求。
3材料
该零件材料为Q235,抗剪强度303~372Mpa,伸长率26%~31%,此材料具有良好的弹性和塑性,其冲裁加工性较好。
综上所述,此零件可用冷冲压加工成型。
2、2冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可以有以下三种工艺方案:
1方案一:
先落料,后冲孔,采用单工序模生产。
2方案二:
落料冲孔复合,采用复合模生产。
3方案三:
先冲孔再落料,连续冲压,采用级进模生产。
进行比较:
方案一模具结构简单,但需两道工序和两副模具,成本较高,而生产效率低。
方案二只需要一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但工件最小壁厚3mm小于凸凹模许用的最小壁厚3.2mm,模具强度较差。
方案三生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较,同时考虑到加工的经济性。
该件的冲压生产采用方案三为佳。
第三章模具总体结构的设计
3、1模具类型的确定
由冲压工艺分析可知,采用级进冲压,选用冲孔落料级进模。
3、2定位方式的选择
因为该模具选用的是条料,控制条料的送进方向采用导料板,无侧压装置。
控制条料送进步距采用挡料销,而第一次冲压的位置因为条料长度有余量,所以可采用目测来定。
3、3卸料装置的选择
该模具采用级进模,材料厚度为3mm,由后面算出的冲裁力较大,拟选择固定卸料、下出件,采用固定卸料装置。
3、4导向装置的确定
为了提高模具的寿命和工件的质量,方便安装和调整,该级进模采用导柱来导向,同时考虑到进料的方便性,所以应采用导向平稳的对角导柱模架。
导柱采用滑动型。
第四章排样图设计
4、1排样相关尺寸的计算
排样采用如图所示的直对排方法。
搭边值a1取2.5mm,a取2.8mm,条料宽度为B=[D+2(a+δ+c]=41.2mm,步距为S=22.5mm,一个步距的材料利用率为65.95%(计算见表2)。
4、2绘制排样图
计算材料利用率η材料利用率计算的通用公式η=nA/BS×100%
式中A——冲裁件面积;
n——一个进距内冲件数目;
B——条料宽度(mm);
S——进距(mm)。
采用直对排排样方式。
图2零件排样图
第五章主要工艺计算
(1)冲裁力根据零件图,用CAD可计算出冲一次零件内外周边之和L=114.85mm(首次冲裁除外),又因为τ=160Mpa,t=3mm,取K=1.3,则根据式3-18,F=KLtτ=1.3×114.85×3×160=71.6664KN
卸料力:
查表3-16,取K卸=0.06,则F卸=K卸×F=0.06×71.6664=4.KN
推件力:
由表3-28,根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h≥8mm,为了修模时能保证模具仍具有足够的强度,所以直壁高度取h=8+6=14mm,故n=h/t=14/4=3.5,查表3-16,取K推=0.09,
F推=nK推F=3.5×0.09×471.99=148.68KN。
由于采用固定卸料和下出件方式,所以
F∑=F+FT=148.68+471.99=620.67KN
由式3-23应选取的压力机公称压力为:
P0≥(1.1~1.3)F∑=(1.1~1.3)×620.67=682.74KN
因此可选压力机型号为JD21-80。
5、1压力中心的计算
建立坐标系如下图。
由AutoCAD画出排样图,由软件计算可得零件的压力中心为(0,1.1275),冲孔的压力中心为(67.3866,50),(67.3866,0),(67.3866,-25)在整个级进冲裁模的压力中心为(32.93,0.2)不会超过模柄的面积之外。
5、2冲压力的计算
冲裁力F冲——由落料时的冲裁力F1和冲孔时的冲裁力F2组成。
冲裁力可由公式F=KLtτb计算
式中K——系数,K=1.3;
L——冲裁周边长度(mm);
τb——材料的抗剪强度(Mpa);
t——材料的厚度(mm)。
推件力FT=nKTF;
式中KT——系数,由文献[1]中表2-11可得KT=0.045;
冲压工艺总力Fz=F+FT
计算结果见下表
图3压力中心图
条料及冲压力的相关计算
项目分类
项目
公式
结果
备注
排样
冲裁件面积A
A的面积由AutoCAD计算算出
1421.8mm2
查表2-5得,最
小搭边值
a=1.8mm,a1=2.2mm
条料宽度B
B=96.4+0.5
96.9mm
步距S
S=67.39
67.39
一个步距的材料利用率η
η=nA/SB×100%
43.5%
冲压力
冲裁力F
F=KLt
b=1.3×320.67×3×337.5
N
L=320.67mm;K=1.3
b=337.5MP
推件力FT
FT=nKTF=5×0.045×
94968N
查表2-11得
KT=0.045
冲压工艺总力F
Fz=F+FT
=+94968
517KN
固定卸料,
下出件
冲压设备拟选JB23-63。
5、3工作零件刃口尺寸计算
由于材料较厚,模具间隙较小,故凸、凹模采用分开加工为宜。
表2工作零件刃口尺寸计算(单位:
mm)
项目
直径(尺寸)
凸模尺寸
凹模尺寸
校核
冲孔
符合
符合
符合
落料
符合
符合
符合
符合
符合
参考公式:
落料:
冲孔:
校核:
δ
+δ
<=Z
-Z
相关表格:
见参考文献[1]2-102-112-122-13
第六章主要零件结构尺寸的设计
6、1凹模结构的设计
1.凹模外形尺寸的确定与选择
凸模和凹模刃口尺寸和公差,直接影响冲裁件的尺寸精度,模具的合理间隙值也是靠模具的刃口尺寸和公差来保证,因此要进行刃口相关尺寸的计算。
因工件结构相对简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度,使装配工作简化。
凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直,凹模的底面与顶面应保持平行。
为了提高模具寿命与冲裁件精度,凹模的底面和型孔的孔壁应光滑,表面粗糙度为Ra=0.8~0.4um。
底面与销孔的Ra=1.6~0.8um。
凹模采用矩形板状结构和直接用螺钉、销钉与下模座固定的方式。
因冲裁件的批量为大中型,考虑凹模的磨损和保证冲裁件的质量,凹模刃口采用直刃结构,刃壁高度取15mm,漏料部分沿刃口轮廓适当扩大。
凹模可采用整体凹模板,其轮廓尺寸可按公式2-45计算:
凹模厚度H=K1K2(0.1F)1/3=1.3×1.37×(0.1×)1/3mm=62mm式中K1取1.3,K2=1.37(查课本表2-19)但考虑到凸模和固定板的长度取H=62mm。
沿送料方向的凹模型孔壁间最大距离为l=125mm
垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离为b=96.9mm
凹模壁厚c取50mm(课本表2-18)。
凹模长度L=l+2c=(125+2×50)mm=225mm取200mm。
凹模宽度B=2c+b=2×50+96.9mm=196.9mm取200mm。
查GB2858.1-81
凹模轮廓尺寸为200mm×200mm×62mm。
凹模采用Cr12MoW加工,要求淬火达到58~62HRC。
图4凹模结构图
6、2凸模结构的设计
凸模采用台阶型,一方面便于加工,另一方面又便于装备和更换。
凸模长度可根据H=H1+H2+H3+T=36+10+8+(15~20)=69~74mm尺寸与结构如下图。
凸模采用Cr12MoW加工,要求淬火达到58~62HRC。
头部回火同样达到40~50HRC。
考虑到最小凸模直径为4mm的冲孔凸模进行强度刚度校核。
(1)凸模最小直径的校核
由于d>1.3t(其中d=4,t=3),故不需校核。
(2)凸模最大自由长度校核(稳定性校核)
凸模最大自由长度L应满足
L<=90d2/(F)1/2=90×42/(1.3*3.14*4*3*337.5)1/2=11.2mm
即小冲孔凸模工作部分长度不能超过11.2mm。
取10mm。
冲孔凸模:
落料凸模:
图5凸模结构图
6、3定位零件的设计
在凹模板上设置一个固定挡料销,挡料销采用标准件A10JB/T7649.10。
材料45钢热处理43~48HRC按JB/T7653-1994的规定。
导正销选用标准件B型导正销:
25×19.88×63JB/T7647.2材料:
9Mn2V热处理硬度52-56HRC,技术条件:
按JB/T7653—1994的规定。
6、4卸料装置的设计
卸料板周界尺寸与凹模周界尺寸相同,厚度为10mm。
卸料板采用45钢制造,淬火硬度为40~45HRC。
6、5销钉和螺钉的设计
为了便于安装和定位,防止下模座和凹模板和导料板的位置发生移动,所以定位采用4个销钉,销钉采用标准件GB/T117-86A8×110。
同理凸模和固定板跟上模座也采用4个销钉,销钉采用标准件GB/T119-86A8×70。
6、6模柄的确定
通过查找手册确定选用凸缘式模柄,查表5-51《冷冲压模具设计指导》[1]
模柄的尺寸如下
d=50m极限扁差+0.050,-0.050
D=61mm
材料为Q235-A·F压入式模柄的A型模柄50*120,JB/T7646.1的规定。
6、7矩形垫板的确定
矩形垫板周界尺寸与凹模周界尺寸相同,厚度为8mm。
垫板采用45钢制造,淬火硬度为40~45HRC。
垫板200×200×8-45钢JB/T7643.2。
技术条件:
按JB/T7653—1994的规定。
6、8卸料装置的确定
本例采用固定卸料板,固定卸料板装于下模,具有卸料力大、工作可靠、模具安装方便等特点;但是冲裁时卸料板压不住材料,冲出的工件平整度差。
采用45钢制造。
固定卸料板与凸模的间隙一般为0.2~0.6mm,本例间隙值取0.5mm。
固定卸料板的外形尺寸与凹模外形一致。
厚度直接查表为10mm.成形孔基本与凹模刃口的形状相同。
固定卸料板的尺寸为200×200×10,如图6所示。
6、9凸模固定板的确定
矩形固定板周界尺寸与凹模周界尺寸相同,厚度为20mm。
固定板采用45钢制造,淬火硬度为40~45HRC。
固定板200×200×20,材料45钢JB/T7643.2。
技术条件:
按JB/T7653—1994的规定。
如下图7所示。
6、10导料板的确定
导料板内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙取0.5mm
导料板厚度取8mm,采用45钢制作,热处理硬度HRC40~45,用螺钉和销钉固
定在凹模上。
图6卸料板结构图
图7凸模固定板
第七章模架及其它零件的设计
一般根据凹模,定位和卸料装制的平面布置,来选择模座位的形状和尺寸。
该模对角导柱形式,查《模具制造与设计简明手册》[3]选择模架规格为200×200×220~265mm,,零件精度要求不高,采用Ⅰ级模架精度。
上模座尺寸200×200×50mmGB/T2855.1
下模座尺寸200×200×60mmGB/T2855.2
外型尺寸L=200mmB=200mm
导柱的型号为A32×210,A35×210GB/T2851.1-1990
导套的型号为32×115×48,35×115×48GB/T2851.1-1990
为了方便安装,上模垫板、凸模固定板外围尺寸应和凹模一样200×200,垫板厚度H取8mm,凸模固定板厚度H取20mm。
第八章冲压设备的选用
8、1压力机的选择
压力机对模具寿命的影响也不容被忽视。
压力机在不加载状态下的精度称为静精度,加载状态下的精度称为动精度。
当压力机的动精度不好时,就等于精度不好的压力机进行冲压加工。
由于测量动精度很困难,目前还没有压力机动精度的标准,生产厂家也只保证压力机的静精度。
因此压力机的动精度一般只能根据其静精度的好坏、框架结构形式和尺寸以及对压力机生产厂家的信任程度来推断。
根据以上原因和总的冲裁力必须小于或等于压力机的公称压力,故选压力机型号为JB23-63其技术规格如下:
公称压力630KN
滑块行程120mm
最大封闭高度360mm
最大装模高度250mm
工作台尺寸前后480mm
工作台尺寸左右710mm
8、2模具的闭合高度的计算
冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时,上模座上平面与下模座下平面之间的距离H。
冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。
压机的装模高度是指滑块在下死点位置时,滑块下端面至垫板上平面间的距离。
当连杆调至最短时为压机的最大装模高度Hmax;连杆调至最长时为为最小装模高度Hmin。
冲模的闭合高度H应符合关系:
Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm260-5>H>220+10
根据H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-H2=50+8+70+62+60-2=248mm。
式中L---凸模长度,H---凹模厚度,H2—凸模进入凹模厚度
如果冲模的闭合高度大于压力机最大装模高度时,冲模不能在该压力机上使用。
反之小于压力机最小装模高度时,可加经过磨平的垫板使用。
第九章固定方式的确定
模柄采用压入式模柄,由防转销紧固在上模座上。
9、1凸模和凹模的固定
本模具采用台阶式凸模,凸台镶嵌在凸模固定板上,而凸模固定板,垫板和卸料板用螺纹与销钉紧固在上模座上。
螺钉规格为M8×60
9、2确定装配基准
首先确定凹模在模架中的位置,安装凹模组件,确定凹组件在下模座的位置,然后用螺钉和销钉将凹模和导料板固定在下模座上。
冲裁模具材料的选取:
可查《冷冲压模具设计指导》表8-8和8-9:
凸模的材料为Cr12MoW,凹模的材料为Cr12MoW,热处理硬度为58-62HRC,垫板、凸模固定板、凸模固定板的材料的45钢,热处理硬度为HRC43-48。
冲裁模的常用配合:
①H6/h5的间隙定位配合,导柱和导套的配合。
②H7/r6的过度配合,用于较高的定位,凸模与固定板的配合,导套与模座,导套与固定板,模柄与模座的配合。
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,凸模的固定导套与模座的固定、导柱与固定板的固定。
第十章绘制模具装配图
结束语
通过几天的模具设计,综合运用所学课程理论和生产实际知识,进行了一次冷冲压模具设计工作,不但培养和提高了独立思考能力,还巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容,熟悉了冷冲压模具设计的方法和步骤,掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能,懂得了怎样分析零件的工艺性,怎样确定工艺方案,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了规范和标准,本人在多方面都有所提高,受益匪浅。
设计过程是体现学生单独设计能力及综合运用知识的能
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