山字形铁心片冲压模设计.docx
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山字形铁心片冲压模设计
XX职业技术学院
毕业设计
题目铁心片冲压模具设计
系别机电工程系
年级专业13模具设计与制造2
学生姓名xxx
指导教师xxx
专业负责人xxx
答辩日期2015年6月6日
摘要
在这次设计中根据所给题目的要求，首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择加工方案。
由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用,使得模具行业的产值已经大大超过机床刀具工业的产值.这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中,在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中,越多越多地采用模具来进行生产,模具工业明显地成为技术经济和国力发展的关键.
因此,要使国民经济各个部门获得高速发展,加速实现社会主义四个现代化,就必须尽快将模具工业搞上去,使模具生产形成一个独立的工业部门,从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键的作用.本设计铁心片零件冲压模具，凸凹模安装在模具下模座上。
倒装复合模废料清理无须二次清理，操作方便安全，生产效率较高。
复合模与弯曲模的设计过程大致相似，复合模较弯曲模结构更为复杂。
设计上主要是对凸模、凹模和凸凹模的设计，其中主要是其工作部分的尺寸设计，以保证制件的精度和质量要求。
关键词：
模具冲裁件凸模凹模凸凹模
AbstractInthisdesignaccordingtotherequirementsofthetopic,firstly,stampingpartsareanalyzed,thedimensionalaccuracyofthepartsoftheanalysisthatthegeneralaccuracyofthemouldcanmeettherequirementsofprecisionparts,fromtheshape,dimensionandmassproductionsituation,selectionandprocessingscheme.Duetotheimportanceofthemoldindustry,moldformingtechnologyhasbeenwidelyusedinvariousindustrialsectors,sothatthemoldindustryoutputvaluehasbeengreatlyexceededthemachinetoolindustryoutputvalue.Thisfullyexplainedintheprocessofnationaleconomyvigorousdevelopment,inthefiercecompetitionforeachindustrialdevelopedcountriesontheworldmarket,moreandmoreusingmoldforproduction,keytechnologyandnationaleconomicdevelopmenthasbecomethemoldindustryobviously.
Therefore,tomakeeachdepartmentofnationaleconomichighspeeddevelopment,acceleratetherealizationofthefourmodernizationsofsocialism,wemustmoldindustrialmakeupassoonaspossible,sothatthemoldproductionformedanindependentindustrialsector,soastogivefullplaytothekeyroleofmoldindustryinthenationaleconomy.Thedesignofbendingplatestampingbracketpartsofthedie,punchanddieinstalledinthemouldofthelowermouldseat.Flipcompositemoduluswastedisposal,withouttwoclean,convenientandsafeoperation,highproductionefficiency.Thedesignprocessofcompounddieandbendingdiecompounddieissimilar,thebendingdiestructureismorecomplex.Thedesignismainlythedesignofthepunch,concavedieandpunchanddie,whichismainlydesigneddimensionofthepartofthework,toensuretheprecisionandqualityrequirements.
Keywords:
Die；Blankingpiece；punchdie；punch
第1章工件分析
1.1材料的工艺分析
近年来,.由于模具技术的迅速发展,模具设计与制造已成为一个行业越来越来引起人们的重视.模具是现代工业生产中重要的工艺装备,他在各种生产行业,特别是冲压和塑料成形加工中,应用极为广泛.我国模具工业总产值中,冲压模具的产值约为50％.现代模具技术的发展,在很大程度上依赖于模具标准化的程度,优质模具材料的研究,先进的模具设计和制造技术,专用的机床设备及高水平的生产技术管理等等,但其中模具设计是至关重要的一个方面.
利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段,它对于保证制品质量,缩短试制周期,进而争先进入市场,以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义.因此德国把模具成为”金属加工中的帝王”,把模具工业视为”关键工业”,美国把模具成为”美国工业的基石”,把模具工业视为”不可估量其力量的工业”,日本把模具说成”促进社会富裕繁荣的动力”把模具工业视为”整个工业发展的秘密”
由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用,使得模具行业的产值已经大大超过机床刀具工业的产值.这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中,在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中,越多越多地采用模具来进行生产,模具工业明显地成为技术经济和国力发展的关键.
从我国的情况来看,不少工业产品质量上不去,新产品开发不出来,老产品更新速度慢,能源消耗指标高,材料消耗量大,这些都与我国模具生产技术落后,没有一个强大的先进的模具工业密切相关.
因此,要使国民经济各个部门获得高速发展,加速实现社会主义四个现代化,就必须尽快将模具工业搞上去,使模具生产形成一个独立的工业部门,从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键的作用.
冲压生产靠模具和压力机完成加工过程,与其他机械加工方法相比,其在技术和经济方面有如下特点:
冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化和自动化.普通压力机每分钟可以生产十几个零件,高速压力机每分钟可生产几百甚至上千件零件.所以它是一种高效率的加工方法.
冲压件的尺寸精度由模具来保证,所以质量稳定,互换性好.
冲压可加工出尺寸范围较大形状较复杂的零件,小到仪表零件,大到汽车覆盖件,还可获得其他加工方法难以制造的壁薄、质量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件.
冲压加工一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样,需大量切削金属,所以它不但节能,而且节约金属,故冲压件的成本较低.
由于冲压工艺具有上述突出的特点,因此在国民经济各个领域广泛应用.例如,航空航天、机械、电子通信、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都有冲压加工,不但在工业生产中广泛才用冲压工艺,而且可以说每个人每天都直接与冲压产品发生联系.
冲压在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛.相当多的工业部门越来越多地才用冲压加工方法加工零件部件,如汽车、农机、仪表、仪器、电子、航空、航天、军工、家电及轻工等行业.在这些工业部门中,冲压件所占比例相当大,少则60％以上,多则90％以上.不少过去用锻造铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多也被质量轻刚度好的冲压件所代替.因此可以说,如果生产中不广泛才用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代是难以实现的。
工件名称：
铁心片工件简图：
如图1.1所示材料：
硅钢片厚度：
0.3mm工件精度：
IT14
图1.1工件简图
1.2材料选择
根据表1.1，硅钢片为碳素钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。
综合评比均适合冲裁加工。
1.3工件结构形状
工件结构形状相对简单，除有3个孔,其余皆为直线，孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。
1.4尺寸精度
零件图上所注公差经查标准公差表1.2为IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。
查公差表得各尺寸公差：
零件外形：
65
mm、20
mm、25
mm
零件内形：
8
mmmm
表1.1黑色金属的力学性能
材料名称
材料牌号
材料状态
极限强度
伸长率
屈服强度
弹性模量E/MPa
抗剪
抗拉
合金钢
硅钢片
已退火的
216-304
275-383
32
177
08
255-353
324-441
32
196
186000
10F
216-333
275-412
30
186
10
255-333
294-432
29
206
194000
15F
245-363
314-451
28
15
265-373
333-471
26
225
198000
20F
275-383
333-471
26
225
196000
2O
275-392
353-500
25
245
206000
25
314-432
329-539
24
275
198000
30
353-471
441-588
22
294
197000
35
392-511
490-637
20
314
197000
40
412-530
511-657
18
333
209000
45
432-549
539-686
16
353
200000
50
432-569
539-716
14
373
216000
表1.2部分标准公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等级
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm/mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
从表1.1中查出硅钢片
抗拉强度：
σ=275～383Mpa
抗剪强度：
τ=216～304Mpa
伸长率：
δ=32%
分析其力学性能较好，故选择硅钢片材料。
第2章冲裁工艺方案的确定
该制件的冲裁工序包括落料和冲孔，其冲裁加工有以下三种方案：
方案一：
先冲孔，后落料。
单工序模生产。
方案二：
冲孔—落料复合冲压。
复合模生产。
方案三：
冲孔—落料级进冲压。
级进模生产。
方案一模具结构简单，投资少，且每次冲裁所需的冲裁力较小，可以解决冲压设备吨位不够的问题。
其缺点在于零件的精度难于保证，并且零件比较小，在第二次冲孔时，准确定位不宜，容易使人受伤，生产率低。
方案二也只需1副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚，模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。
方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。
通过对上述三种方案的分析比较,采用方案二复合模是比较合理的。
第3章模具总体设计
3.1模具类型的选择
经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置的倒装复合模具结构方式。
3.2操作与定位方式
一、操作方式
零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。
二、定位方式
因为导料销和挡料销结构简单，制造方便。
且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。
3.3卸料、出件方式
一、卸料方式
刚性卸料与弹性卸料的比较：
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模。
工件平直度较高，料厚为0.3mm，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。
二、出件方式
因采用倒装复合模生产，故采用弹性上出件。
3.4确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机，采用横向送料方式，即由右向左送料。
3.5确定导向方式
采用后侧导柱模架。
由于前面和左右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
第4章模具工艺参数确定
4.1排样设计与计算
冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。
排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。
根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有搭边、少搭边和无搭边排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。
因此有下列三种方案：
方案一：
有搭边排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少搭边排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无搭边排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳（如图5.1所示）。
4.2搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损。
根据制件厚度与制件的排样方法查表5.1得：
两制件之间搭边值a1=1.5mm，根据实际情况稍微取大一些取a1=2mm
侧搭边值a=2mm
表5.1搭边值和侧边值
材料厚度t
手动送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
4.3进距与条料宽度计算
一、送料进距A
条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。
A=D+a1（5.1）
式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度
a1——冲裁件之间搭边值
模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。
就本模具而言,采用纵向送料方式。
图5.1排样图
二、条料宽度B计算
排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。
计算条料宽度有三种情况需要考虑：
1.有侧压装置时条料的宽度。
2.无侧压装置时条料的宽度。
3.有定距侧刃时条料的宽度。
有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。
图5.2有侧压装置时条料的宽度确定
本设计采用的是有侧压装置的模具。
所谓条料宽度，是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。
因条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值
。
其计算公式如下：
B=[D+2a]
（5.2）
式中B——条料宽度基本尺寸；
D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸；
a——侧搭边值，查表5.1；
△——条料下料剪切公差；
表5.2剪切公差△及条料与导料板之间隙C（mm）
条料厚度（mm）
条料宽度（mm）
≤1
＞1～2
＞2～3
＞3～5
△
C
△
C
△
C
△
C
≤50
0.4
0.1
0.5
0.2
0.7
0.4
0.9
0.6
＞50～100
0.5
0.1
0.6
0.2
0.8
0.4
1.0
0.6
＞100～150
0.
0.2
0.7
0.3
0.9
0.5
1.1
0.7
＞150～220
0.7
0.2
0.8
0.3
1.0
0.5
1.2
0.7
根据零件图查表5.2确定剪料公差及条料与导板之间的间隙△=0.6。
根据公式（5.2）：
B=161
4.4材料利用率的计算
一、计算冲压件面积、周长
因为该工件图由多段圆弧组成，计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度，计算面积也需要准确的找到切点，诸多因素采用人工计算时计算量较大，因此采用三维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长（如图5.3）。
图5.3冲压件的周长和面积
取F=5049.20mm2
L=665.40mm
二、计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。
材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示：
η=（nF/AB）×100%（5.3）
式中η——材料利用率（%）；
n——冲裁件的数目；
F——冲裁件的实际面积（mm2）；包括工件面积与废料面积；
B——板料宽度（mm）；
A——送料进距；
根据公式（5.3）：
η=（2×5049.20/161×84）×100%
≈74.67%
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
第5章计算冲压力与压力机的初选
计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力
一般可以按下式计算：
Fp=KpLtτ=Lt（6.1）
式中τ——材料抗剪强度（MPa）；
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）；
系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动，取Kp=1.3。
5.1冲裁力Fp的计算
据图5.3可得一个零件内外周边之和L=665.40mm。
查合金钢的力学性能表知：
硅钢片的抗剪强度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=0.3mm，则
根据公式（6.1）：
Fp=KpLtτ
=1.3×0.3×665.40×260
=67471.6（N）
≈67.5（KN）
5.2卸料力Fq1的计算
Fq1=KxFp（6.2）
式中Kx——卸料力系数，查表6.1取Kx＝0.05。
根据公式（6.2）：
Fq1=KxFp
=0.05×67.5（KN）
≈3.375（KN）
表6.1卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
kt
Kd
钢
≤0.1
＞0.1～0.5
＞0.5～2.5
＞2.5～6.5
＞6.5
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
5.3顶件力Fq2的计算
Fq2=KdFp（6.3）
式中Kd——顶件力系数。
查表6.1得Kd＝0.06.
根据公式（6.3）：
Fq2=KdFp
=0.06×67.5（KN）
≈4.05（KN）
5.4总的冲压力F的计算
根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2
=67.5+3.375+4.05
=74.925（KN）
选用的压力机公称压力P≥（1.1～1.3）F，取系数为1.3，则：
P≥1.3F=1.3x74.925（KN）=97.4（KN）。
5.5压力
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