模具课程设计3546689462doc.docx
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模具课程设计3546689462doc
1引言
我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，6O％一8O％的零部件都要依靠模具成形（型）。
用模具生产制件所具备的高精度，高复杂程度高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。
近几年我国模具工业一直以每年15％左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。
现代模具行业是技术、资金密集的行业。
它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。
模具是工业生产中使用广泛的基础工艺装备。
有人说，现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。
模具技术水平的高低，在很大的程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
我国模具工业作为一个独立、新型的工业，正处于飞速发展阶段，已经成为国民经济的基础工业之一，其发展前景是十分广阔的。
模具的CAD/CAE/CAM涉及面广、及多种学科与工业技术于一体，是综合型、技术密集型产品。
随着计算机软件的发展和进步，CAD／CAE／CAM技术也日益成熟，在现代模具中的应用将越来越广泛。
可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来．而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业．与此同时．也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。
本设计是小角板零件，材料是Q235，本次设计采用AUTOCAD辅助设计，大大缩短了模具设计过程的工作周期，提高了模具设计的效率。
由于本人所学模具知识水平有限，视野狭小,在设计中还存在这样那样的问题和错误，敬请老师批评指正。
2小角板落料冲孔复合模及弯曲模设计
2.1小角板工艺性分析
材料：
Q235
材料厚度：
2mm
制造精度：
IT10
生产批量：
大批量
零件简图：
如图2.1所示
图2.1小角板零件图
工件厚度t=2mm，孔的边缘线距弯曲线的距离L>2t。
弯曲时，孔不会变形。
因此在工艺安排上应该先冲裁，再弯曲便可以达到图纸要求。
根据以上分析，该工件宜先冲孔落料，再弯曲达到图纸要求。
2.2小角板冲裁模设计
2.2.1小角板冲裁工艺性分析
1）制造精度
工件尺寸公差按IT10级制造。
查标准公差表，各尺寸公差如图2.2所示。
无其他特殊要求。
查有关手册可知，利用普通冲裁方式可以达到零件图纸要求。
图2.2小角板尺寸公差示意图
2）结构与尺寸
工件结构简单，外形对称。
孔的直径（相对厚度）大，孔壁>1.5t，这些结构因素均宜冲裁。
3）材料
表2.1常用冲压材料的性能和规格
碳素结构钢Q235，抗拉强度σb=380～470MPa，抗剪强度τ=310~380MPa，断后伸长率δ10=21~25%。
此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性能比较好。
根据以上分析，该小角板零件的工艺性较好，可以进行冲裁加工。
2.2.2确定冲裁工艺方案
该零件冲裁包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁工艺方案有单工序冲裁，复合冲裁和级进冲裁。
一般对于上面这样的工件通常采用先落料再冲孔的加工方法。
由于该工件的生产批量为大批量，则有以下几种方案进行比较。
该零件包括落料、冲孔两个基本工序，表2.2中列有三种工艺方案。
序号
工艺方案
结构特点
1
单工序模生产：
落料→冲孔
模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件中批量生产的需求。
且两道工序中的定位误差，将导致孔心距尺寸精度难以保证
2
复合模生产：
落料-冲孔复合
同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高了生产效率，也能提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合中批量生产；能可靠保证孔心距尺寸精度
3
级进模生产：
冲孔-落料连续
同一副模具不同工位完成两道工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两工位之间的定位要求非常高，否则无法保证孔心距尺寸精度
表2.2方案比较
经过比较：
由于零件属于大批量生产，因此采用单工序冲裁效率太低，而且不便于操作；级进冲裁设备要求高，定位非常难难于保证精度；而采用复合冲裁，冲出的零件精度和平直度都较好，生产效率也高，而且零件的孔边距不小，模具强度也能够保证。
根据以上分析，该零件宜采用复合冲裁工艺方案。
由此确定工序如下：
下料——冲孔落料——检验。
2.2.3确定模具总体结构方案
1）模具类型
根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。
如图2-4所示。
图2.3复合模
表2.3
根据上表比较：
采用倒装复合模。
2）操作与定位方式
虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，而且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。
考虑零件尺寸以及厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料销导向、固定挡料销定距的定位方式。
3）卸料与出件方式
考虑零件的厚度较薄，采用弹性卸料方式。
4）模架类型与精度
由于零件厚度较薄，冲裁间隙较小，因此采用受力平衡、导向平稳的后置导柱模架。
考虑零件精度以及冲裁间隙，采用Ⅰ级模架精度。
2.2.4工艺与设计计算
1）冲裁件总长计算
工件相对弯曲半径r/t>0.5，弯曲前，后中性层长度不变的原则。
中性层曲率半径可按下式计算：
ρ=r+Kt（2-1）
式中ρ——中性层曲率半径，[ρ]为mm；
r——弯曲半径，[r]为mm；
K——中性层位移系数，查表取K=0.32；
t——材料厚度，[t]为mm。
可以算得：
ρ=r+Kt=2+0.32×2=2.64mm
当工件的弯曲角为90度时：
L=l1+l2+πρ/2=（90-4）+（40+15-4）+3.14×2.64/2≈141mm（取整）
根据以上计算，冲裁件如图2.4所示：
图2.4工件展开图
2）排样设计
（1）排样
冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。
（2）材料的利用率
排样的目的是为了合理利用原材料。
衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。
所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。
材料利用率的计算公式如下：
一个进距的材料利用率η的计算如下：
η=
×100%（2-2）
式中：
A——冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）；
n——一个进距内冲裁件数目;
B——条料宽度，（mm）;
S——进距,（mm）。
（3）方案比较
为满足工件的尺寸要求和力求工作的简单话有以下两种方案：
该零件是一梯形，因此采用对头直排。
这样的排样对模具的要求的比较简单，生产方便。
考虑到补偿条料的定位误差，保证冲裁出合格的工件，在工件之间以及工件与条料侧边之间要求留有搭边。
根据工件厚度，查手册可得搭边：
c=1.6mm,d=2.5mm
方案一：
如下2.5图所示：
图2.5排样方案一图
根据排样图的几何关系，可以算出条料宽度为
B=141+2×2.5=146mm
进距为
S=80+30+2×1.6=113.2mm
冲裁件面积为
A=80×55+30（141-55-15）+π/2×152-π（10/2）2-π（20/2）2-（5×5-π/4×52=6484.5mm2
因此，材料利用率为
η=nA/BS×100%=2×6484.5/（146×113.2）×100%≈78.39%
方案二：
如下图2.6所示：
图2.6排样方案二图
根据排样图的几何关系，可以算出条料宽度为
B=141+3×2.5+55=203.5mm
进距为
S=80+1.6=80.16mm
冲裁件面积为
A=80×55+30（141-55-15）+π/2×152-π（10/2）2-π（20/2）2-（5×5-π/4×52=6484.5mm2
因此，材料利用率为
η=nA/BS×100%=2×6484.5/（203.5×81.6）×100%=78.043%
由上面二种方案比较看出方案一的材料利用率要高些，在相同的要求保证下采用方案一比较好。
3）冲裁力计算
冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。
计算冲压力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。
选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。
冲裁力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。
（1）冲裁力计算及压力机的选择
冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。
一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：
F=K·L·t·τ（2-3）
式中：
F——冲裁力,N；
K——安全系数，取K=1.3；
L——冲裁件的冲裁长度,mm；
t——板料厚度，mm；
τ——材料的抗剪强度,Mpa；
在落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。
由小角板零件图可知:
落料力：
L=（80-10）+3/2×2π×5+2（55-10）+（80-30-20）+2（71.15-5）+1/2×2π×15=416.5mm2
t=2mm
τ=345MPa
F落=K·L·t·τ=1.3×416.5×2×345=373.6KN
冲孔力：
L1=2×10×л=62.8mm
L2=2×5×л=31.4mm
t=2mm
τ=345MPa
F孔1=K·L1·t·τ=1.3×62.8×2×345=56.3KN
F孔2=K·L2·t·τ=1.3×31.4×2×345=28.2KN
2）卸料力、推件力和顶出力
从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力；
卸料力和推件力通常采用经验公式进行计算，见式（2-4）。
卸料力：
F卸=K卸·F落
推件力：
F推=n·K推·F孔（2-4）
式中：
K卸、K推——分别为卸料力、推件力系数,其值见表2.2；
n——同时卡在凹模内的零件数；
h——凹模直壁洞口的高度。
表2.4推件力、顶件力、卸料力系数
料厚/（mm）
K推
K顶
K卸
钢
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.1
0.063
0.055
0.045
0.14
0.08
0.06
0.05
卸料力：
F卸=K卸·F落=0.05×373.6KN=16.7KN
推件力：
F推1=n·K推·F孔1=3×0.055×56.3KN
=9.3KN
F推2=n·K推·F孔2=3×0.055×28.2KN
=4.7KN
（n=h／t=6mm／2mm=3个）
F总=F落＋ΣF孔＋F卸＋ΣF推
=373.6+56.3+28.2+9.3+16.7+4.7KN
=528.4KN
4）压力中心的计算
图2.7冲孔落料压力中心图
选定坐标系xoy如图2.7所示。
按照压力中心的计算公式（2-5）：
（2-5）
因为冲件对称于y轴，所以x0=0
L1=80mmy1=0mm
L2=55mmy2=27.5mm
L3=25mmy3=55mm
L4=71.15mmy490.58mm
L5=15π=47.1mmy5=2×15×sin90°/3.14=135.7mm
L6=2×5π=31.4mmy6=126.15mm
L7=2×10π=62.8mmy730mm
故：
y0=（L1×y1+L2×y2+L3×y3+L4×y4+L5×y5+L6×y6+L7×y7+）/（L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7）
=58.74mm
5）计算凸、凹模刃口尺寸及公差
模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度，因而，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。
1）凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则
实践证明，落料件的尺寸接近于其凹模刃口尺寸，而冲孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。
所以，落料时取凹模作为设计的基准件；冲孔时取凸模作为设计的基准件。
计算凸模和凹模尺寸时应遵循的原则如下：
（1）冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。
凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内也可使用。
而凹模的基本尺寸则按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小间隙值。
（2）落料时，应先确定凹模刃口尺寸。
凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格的零件。
凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小间隙值。
（3）在确定模具刃口制造公差时，既要能保证工件的精度要求，又能保证合理的间隙数值。
一般模具制造精度比工件精度高3～4级。
对冲孔
20mm、
10mm采用凸、凹模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：
根据材料厚度，查手册可得：
图2.8冲裁间隙
Zmax=0.36mm
Zmin=0.246mm
Zmax-Zmin=0.114mm
查手册得，凸、凹模制造公差：
——凸模、凹模制造公差
——工件公差
图2.9冲孔、落料时各部分尺寸公差的分配位置
-δ凸=0.014mm
+δ凹=0.029mm
|-δ凸|-+|δ凹|=0.043<|Zmax-Zmin|=0.114
满足|Zmax-Zmin|≥|-δ凸|-+|δ凹|条件
冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。
设工件孔的尺寸为d+△，其计算公式为：
d凸=（d﹢xΔ）
（2-6）
d凹=（d凸﹢Zmin）
（2-7）
式中d凸、d凹——冲孔凸、凹模基本尺寸，mm；
Δ——工件制造公差，mm；
X——因数，当冲裁件精度在IT10以上时，x=1;
冲孔
20mm
d凸20=（d1+xΔ）
＝（20＋1×0.084）
mm
＝20.08
mm
d凹20＝（d凸1＋Zmin）
＝（20.08＋0.246）
mm
＝20.33
mm
冲孔
10mm
d凸10=（d2+xΔ）
＝（10＋1×0.058）
mm
＝10.06
mm
d凹10＝（d凸2＋Zmin）
＝（10.06+0.246）
mm
＝10.31
mm
由于小角板落料形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：
以凹模为基准件，因凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此属于A类尺寸。
按式（2-8）
Aj＝（Amax－x△）
（2-8）
80凹＝（80－1×0.12）
mm＝79.88
mm
55凹＝（55－1×0.12）
mm＝54.88
mm
30凹＝（30－1×0.084）
mm＝29.92
mm
141凹＝（141－1×0.14）
m＝140.86
mm
凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证单面间隙为Zmin/2~Zmax/2
2.2.5模具零、部件设计选用
1）凹模设计
因冲件的批量较大，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm，凹模轮廓尺寸计算如下：
沿送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：
l=80mm
垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：
b=141mm
查手册得，凹模壁厚c取40mm
因此，沿送料方向的凹模长度为：
L=l+2c=141+2×40=221mm
垂直于送料方向的凹模宽度为：
B=b+2c=80+2×40=160mm
凹模厚度可根据经验公式：
h=kb（h≥15mm）
式中h——凹模厚度，[h]为mm；
k——系数，查手册取k=0.2；
b——垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离，[b]为mm。
凹模厚度为
h=kb=0.2×141=28.2mm≥15mm查手册得：
H=28mm
根据算得的凹模轮廓尺寸，根据GB/T2851.8-81选取标准凹模板轮廓尺寸为L*B*H=250mm×200mm×28mm。
其具体零件图2-10如下：
图2.10凹模零件图
2）凸凹模设计
凸凹模的内、外缘均为刃口，内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。
为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。
凸凹模的最小壁厚值m一般可按经验数据决定。
不积聚废料的凸凹模最小壁厚值见式（2-15）。
冲裁硬材料时 m=1.5t
冲裁软材料时 m≈t （2-15）
对于倒装复合模，因为孔内会积聚废料，所以最小壁厚要大些。
其他外形尺寸按零件冲裁要求及固定配合要求而定。
具体凸凹模零件图2-11如下：
图2.11凸凹模零件图
3）凸模设计
采用B型圆形凸模，广泛采用台阶式结构，以防止卸料时从凸模固定板中拉出。
由于凸模形状简单，材料可以选用T10A，热处理硬度58～62HRC。
表2.5B型凸模（摘自JB/T8057.2-1995）（mm）
根据凸模尺寸及冷冲模标准，如表2-6，选用：
BⅡ10.15×60JB/T8057.2-1995T10A
BⅡ20.2×60JB/T8057.2-1995T10A
材料：
T10A
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
（1）凸模固定板
表2.6矩形固定板（摘自JB/T7643.2-1994）
根据落料凹模尺寸及冷冲模标准，查手册，应该选用：
固定板250×200×24—45钢JB/T7643.2-1994
材料：
45钢
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
（2）凸模垫板
表2.7矩形垫板（摘自JB/T7643.3-1994）
根据落料凹模尺寸及冷冲模标准，查手册，应该选用：
垫板250×200×6—45钢JB/T7643.3-1994
材料：
45钢
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
4）模架的选用
为了保证模架有足够的强度、刚度和精度以使冲裁的工件达到应有的质量，选用应用最广泛的用导柱和导套作为导向装置的模架。
本设计选用后侧导柱模架导柱，导套分别装在上，下模架的后侧，凹模面积是导套前的有效区域，可用于冲压较宽条料，且可用边角料。
送料及操作方便，可纵向，横向送料。
此类模架适用于大批量生产。
表2.8后恻导柱模架（摘自GB/T2851.3-1990）
根据冷冲模标准，如图2-10，选用：
模架250×200×220～265ⅠGB/T2851.3-1990
技术条件：
按JB/T8050-1999的规定
⑴下模座
表2.9后恻导柱下模架（摘自GB/T2855.6-1990）
根据模架尺寸及冷冲模标准，选用：
下模座250×200×60GB/T2855.6-1990
技术条件：
按JB/T8070-1995的规定
⑵上模座
根据模架尺寸及冷冲模标准，选用：
上模座250×200×50GB/T2855.5-1990
技术条件：
按JB/T8070-1995的规定
⑶导柱
表2.10A型导柱（摘自JB/T7187.1-1995）
根据模架尺寸及冷冲模标准，选用：
导柱A32m5×210JB/T7187.1-1995
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
⑷导套
根据模架尺寸及冷冲模标准，选用：
导套A32H6×100×45JB/T7187.3-1995
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
表2.11A型导套（摘自JB/T7187.3-1995）
⑸模柄
表2.12凸缘模柄（摘自JB/T7646.2）
根据冷冲模标准，选用：
B50JB/T7646.2
材料：
Q235
技术条件：
按JB/T77653-1994的规定
5）卸料装置设计
本设计采用的是用于薄件冲裁的弹性卸料装置，包括卸料板、弹性元件和卸料螺钉。
⑴弹性元件
根据配合尺寸以及冷冲模标准，如表2-9，可以选用：
聚胺酯弹性体32×10.5×20JB/T7650.9-1995
表2.13聚酯氨弹性体（摘自JB/T7650.9-1995）（mm）
⑵卸料螺钉
根据尺寸以及冷冲模标准，可以选用：
表2.14圆柱头内六角卸料螺钉（摘自JB/T7650.461994）
圆柱头内六角卸料螺钉M10×70JB/T7650.6
材料：
45
热处理硬度35～40HRC
技术条件：
按GB/T3098.3-2000的规定
数量：
4个
⑶卸料板
根据凸凹模尺寸，卸料板轮廓尺寸定为200mm×200mm×18mm。
其他尺寸根据卸料装置和安装固定要求确定。
材料可以选用45钢。
6）推件装置设计
⑴顶板
根据模架尺寸以及冷冲模标准，顶板选用：
表2.15顶板（摘自JB/T7650.4-1994）（mm）
顶板A40JB/T7650.4
材料：
45
热处理硬度43～48HRC
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
⑵推杆
根据尺寸及冷冲模标准，可以选用：
表2.16带肩推杆（摘自JB/T7650.1-1994）（mm）
推杆1推杆A8×120JB/T7650.1
材料：
45
热处理硬度43～48HRC
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
⑶顶杆
根据尺寸及冷冲模标准，可以选用：
表2.17顶杆（摘自JB/T7650.3-1994）（mm）
顶杆8×40JB/T7650.3
材料：
45
热处理硬度43～48HRC
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
数量：
2个
7）定位零件设计
⑴固定挡料销
根据冷冲模标准，如表2-13，选用适当尺寸的固定挡料销：
表2.18活动挡料销JB/T7649.9-1994（mm）
活动挡料销6x16JB/T7649.9
材料：
45
热处理硬度43～48HRC
技术条件:
按JB/T7653-1994的规定
⑵导料销
根据冷冲模标准，如表2-14，选用适当尺寸的导料销：
表2.19导正销（摘自JB/T7647.3-1994）（mm）
导料销2M6×16/T119.1
数量：
4个
⑸螺钉
根据冷冲模标准，如表2.20选用适当尺寸的螺钉：
螺钉M10x60GB/T70.1
表2.20圆柱头六角螺钉JB/T770.1-2000
⑹销
根据冷冲模标准，选用适当尺寸的销：
表2.21
销1销M6×55GB/T119.1
销2销A8×80GB/T119.1
2.26压力机选择及模具的闭合高度
1）压力机选用原则
确定压力机规格时，一般应遵循以下原则。
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