压圈零件的冲压工艺分析与模具设计说明书.docx
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压圈零件的冲压工艺分析与模具设计说明书
第1章.冲压零件的工艺性分析
该零件形状简单、对称,就是由圆弧与直线组成的。
冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT13～IT14。
凡产品图样上没有标注公差等级或者公差的尺寸,其极限偏差数值通常按IT14级处理。
将以上精度与零件的精度要求相比较,可以为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证,其她尺寸标注、生产批量等情况,也均符合冲裁的工艺要求,故决定采用冲压方式进行加工。
经查公差表,各尺寸公差为:
φ60-00、62mmφ32+00、52mm35+00、52mm6+00、3mm
第2章、确定工艺方案及模具结构形式
该工件所需的冲压工序包括落料、冲孔两个基本工序,可以拟定出以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,后冲孔,采用单工序模分两次加工。
方案二:
落料-冲孔复合冲压,采用复合模加工。
方案三:
落料-冲孔级进冲压,采用级进模加工。
方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足顾客的要求,而且工件的累积误差大,操作不方便。
由于该工件大批量生产,所以方案二与方案三更具优越性。
·
该零件φ32mm×35mm的孔与φ60mm的最小距离为25mm,大于此零件要求的最小壁厚（1、2mm）,可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模,复合模模具的形位精度与尺寸精度容易保证,且生产率也高,尽管模具结构比较复杂,但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。
级进模虽生产率也高,但零件的冲裁精度稍差,欲保证冲压件的形位精度,需要在模具上设置导正销导正,故模具制造、安装较复合模复杂。
通过对上述三种方案的分析比较,该零件的冲压生产采用方案二的复合模为佳。
第3章.模具设计计算
3、1排样方式的确定及其计算
设计复合模时,首先要设计条料的排样图,因该零件外形为圆形,可采用有废料排样的直排比较合适。
参考《冲压工艺与模具设计》表2、8确定其排样方式为直排画出排样图
排样图
由于R=30﹥2×2查表2、9最小搭边值可知:
最小工艺搭边值a（侧面）=1、5mma1（工件间）=1、2mm分别取a=2㎜a1=2㎜
计算条料的宽度:
B=60+2×2=64mm
步距:
S=60+2=62mm
材料利用率的计算:
计算冲压件毛坯的面积:
A=π×R2=π×302=2826mm2
一个步距的材料利用率:
η=
=2826/（64×62）=61、21﹪
3、2计算凸、凹模刃口尺寸
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、4得间隙值Zmin=0、246mm,Zmax=0、360mm。
1）冲孔φ32mm×35mm凸、凹模刃口尺寸的计算
由于制件结构简单,精度要求不高,所以采用凹模与凸模分开加工的方法制作凸、凹模。
其凸、凹模刃口尺寸计算如下:
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、5得φ32mm凸、凹模制造公差:
δ凸=0、020mmδ凹=0、025mm
校核:
Zmax-Zmin=（0、360-0、246）㎜=0、114mm
而δ凸+δ凹=（0、020+0、025）㎜=0、045mm
满足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的条件
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、6得:
IT14级时标准公差△=0、52㎜,因为0、52＞0、20所以磨损系数X=0、5,
按式（2、5）d凸=
=（32+0、5×0、52）-00、020=
mm
D凹=
=
=
mm
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、5得2、2mm×4mm的矩形凸、凹模制造公差:
δ凸=0、020mmδ凹=0、020mm
δ凸+δ凹=0、020+0、020=0、040mm
满足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的条件
3、3外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算
由于外形形状简单,精度要求不高,所以采用凸模与凹模分开加工的方法制作凸、凹模。
其凸、凹模刃口尺寸计算如下:
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、5得凸、凹模制作公差
δ凸=0、020mmδ凹=0、030mm
校核:
Zmax-Zmin=0、360-0、246=0、114mm
而δT+δA=0、050mm
满足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的条件
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、6得:
IT14级时磨损系数X=0、5,
按式（2、5）d凸=
=64、26-00、020mm
d凹=
=64、506+00、030mm
3、4冲压力的计算
落料力F落=Ltτb=（2πR×2×450）N=169、56KN
冲孔力F冲=Ltτb=（336、9×10π/180+4+2×2、2）×2×450=60、453KN
冲孔时的推件力F推=nK推F孔
由《冲压工艺与模具设计》书中表2、21得h=6mm则n=h/t=6mm/2=3个
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、7得K推=0、05
F推=nK推F孔=3×0、05×60、453=9、068KN
落料时的卸料力F卸=K卸F落
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、7取K卸=0、04
故F卸=K卸F落=0、04×169、56=6、7824KN
总冲压力为:
F总=F落+F孔+F推+F卸=（169、56+60、453+9、068+4、748）KN=243、829KN
为了保证冲压力足够,一般冲裁时压力机吨位应比计算的冲
F总′=1、3×F总=1、3×243、829=316、9777KN
3、5压力中心的计算
用解析法求模具的压力中心的坐标,建立如下图所示的坐标系XOY、
由图可知工件上下对称,将工件
冲裁周边分成L1、L2、L3、L4、
L5基本线段,求出各段
长度的重心位置:
因工件相对x轴对称,所以Yc=0,
只需计算XC
L1=2πR=188、4㎜X1=0
L2=58、77mmX2=-0、68
L3=L5=2、2mmX3=X5=10、9㎜
L4=4mmX4=12㎜
将以上数据代入压力中心坐标公式
X=（L1X1+L2X2+…+L5X5）/L1+L2+…+L5
X=[188、4×0+58、77×（-0、68）+2、2×10、9+4×12+2、2×10、9]/（188、4+58、77+2、2+4+22、2）=0、28mm
第4章、模具的总体设计
根据上述分析,本零件的冲压包括冲压与落料两个工序,且孔边距较大,可采用倒装复合模,可直接利用压力机的打杆装置进行推件,卸料可靠,便于操作。
工件留在落料凹模空洞中,应在凹模孔设置推件块,卡于凸凹模上的废料可由卸料板推出;而冲孔废料则可以在下模座中开设通槽,使废料从空洞中落下。
由于在该模具中压料就是由落料凸模与卸料板一起配合工作来实现的,所以卸料板还应有压料的作用,应选用弹性卸料板卸下条料。
因就是大批量生产,采用手动送料方式,从前往后送料。
因该零件采用的就是倒装复合模,所以直接用挡料销与导料销
即可。
为确保零件的质量及稳定性,选用导柱、导套导向。
由于该零件导向尺寸较小,且精度要求不就是太高,所以宜采用后侧导柱模架。
第5章、模具主要零部件的结构设计
5、1凸模、凹模、凸凹模的结构设计
①落料凸、凹模的结构设计
在落料凹模内部,由于要放置推件块,所以凹模刃口应采用直筒形刃口,并查《冲压工艺与模具设计》书中表2、21,取得刃口高度h=6mm,该凹模的结构简单,宜采用整体式。
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、22,得k=0、40
即凹模高度H=ks=0、40×60mm=24mm
凹模壁厚C=1、5H=1、5×=36mm
凹模外形尺寸的确定:
凹模外形长度:
L=（30+16×2）㎜=62㎜
凹模外形宽度:
B=（30+16×2）㎜=62㎜
凹模整体尺寸标准化,取为80mm×80mm×40mm
凹模的工艺路线
工序号
工序名称
工序内容
1
下料
将毛坯锻成平行六面体。
尺寸为:
160mm×160mm×30mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各平面,厚度留磨削余量0、8mm,侧面留磨削余量0、5mm
4
磨平面
磨上下平面,留磨削余量0、3～0、4mm磨相邻两侧面,保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线,固定孔及销孔线
6
型空粗加工
在仿铣床上加工型孔,留单边加工余量0、15mm
7
加工余孔
加工固定孔及小孔
8
热处理
淬火回火,保证58～62HRC
9
磨平面
磨上下面及基准面达要求
10
型孔精加工
在坐标磨床上磨型孔,留研磨余量0、01mm
11
研磨型孔
钳工研磨型孔达规定技术要求
②冲孔凸模的设计
为了增加凸模的强度与刚度,凸模固定板厚度取25mm,因凸模比较长,所以选用带肩的台阶式凸模,凸模长度根据结构上需要来确定。
L=h凸模固定板+h落料凹模=（25+24）mm=49mm（取50mm）
③凸凹模的结构设计
本模具为复合冲裁模,除了冲孔凸模与落料凹模外还有一个凸凹模。
根据整体模具的结构设计需要,
凸凹模的结构简图如下图所示:
确定凸凹模安排在模架上的位置时,要依据计算的压力中心的数据,使压力中心与模柄中心重合。
校核凸凹模的强度:
查《冲压工艺与模具设计》书中表2、23得凸凹模的最小壁厚为4、9mm,而实际最小壁厚为9mm。
故符合强度要求。
凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制,并保证双间隙为0、246mm～0、360mm、
5、2卸料弹簧的设计根据模具的结构初选6根弹簧,每根弹簧的预压力≥F卸/n=（4、75×103/6）N=791、7N
根据预压力与模具结构尺寸,初选序号62～67的弹簧,其最大工作负荷F1=1120N>791、7N虽弹簧的最大工作负荷符合要求,但其弹簧太长,会使模具的高度增加,所以选用最大工作负荷为1550N范围内的弹簧。
试选68～72号中69号弹簧,校验弹簧最大许可压缩量Lmax大于弹簧实际总压缩量L总。
69号弹簧的具体参数就是:
弹簧外径D=45mm,材料直径d=9mm,自由高度H0=80mm,节距t=11、5mm,F1=1550N,极限载荷时弹簧高度H1=58、2mm。
弹簧的最大的最大许可压缩量Lmax=（80-58、2）mm=21、8mm
弹簧预压缩量L/=LmaxF0/F1=791、7×21、8/1550=11、13mm
校核:
卸料板工作行程t+h1+h2=2+1+0、5=3、5mm
凸模刃磨量与调节量h3=6mm
弹簧实际总压缩量L总=L/+t+h1+h2+h3=（11、13+3、5+6）mm=24、23mm
由于25、65>24、23,即Lmax>L总,所以所选弹簧就是合适的。
69号弹簧规格为:
外径:
D=50mm
钢丝直径:
d=9mm
自由高度:
H0=80mm
装配高度:
H2=H0-L/=（90-11、13）=78、87mm
弹簧的窝座深度:
h=H0-Lmax+h卸料板+t+1-h凸凹模-h修模
=（90-24、23+14+2+1-58-6）mm=18、77mm
弹簧外露高度:
H3=H2-h-h卸料板窝深=（78、87-18、77、-10）mm=50、1mm
5、3模具主要零件尺寸
1、模柄
2、上模座
3、垫板
4、凹模
5、凸模
6、凹模卸料板
7、垫板
8、下模板
9、凸凹模
10、凸模固定板
5、4模架的设计
模架各零件标记如下:
上模座:
140mm×140mm×35mm
下模座:
140mm×140mm×35mm
导柱:
116mm×22mm
导套:
22mm×65mm×33mm
模柄:
φ42mm×52mm
垫板厚度:
140mm×140mm×16mm
卸料板厚度:
140mm×140mm×24mm
凸模固定板厚度:
140mm×140mm×20mm
模具的闭合高度:
H闭=h上模座+h垫板+h凸模固定板+h落料凹模+t+h卸料板+h橡胶垫
+h下模座
=（25+10+28+24+2+14+50+30）（mm）
=183mm
第6章、冲压设备的选择
6、1压力机类型的选择
（1）中、小型冲压件选用开式机械压力机。
（2）大、中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。
（3）导板模或要求导套不离开导柱的模具,选用偏心压力机。
（4）大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机。
（5）校平、整形与温热挤压工序选用摩擦压力机。
（6）薄板冲裁、精度冲裁选用刚度高的精密压力机。
（7）大型、形状复杂的拉伸件选用双动或三动压力机。
（8）小批量生产中大型厚板件的成形工序多采用液压压力机。
6、2压力机规格的选择
（1）工称压力拉深时压力机吨位比计算出的拉伸力大60%~100%。
（2）滑块行程长度成形拉伸件与弯曲件应使滑行块长度大于制件高度的2、5~3、0倍。
（3）行程次数应根据材料的变形要求与生产率来考虑。
（4）工作台面尺寸当制件或废料需下落时,工作台面尺寸必须大于下落件的尺寸。
对有弹定装置的模具,工作台面孔尺寸还应大于弹顶装置的外形尺寸。
（5）滑块模柄尺寸模柄孔直径要与模柄直径相符合,模柄孔的深度应大于模柄的长度。
（6）闭合高度。
（7）电动机功率的选择必须保证压力机的电机功率大于冲压时所需要的功率。
通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。
其主要技术参数如下表。
公称压力/KN
250
滑块行程/mm
60
行程次数（不小于）（次/min）
100
封闭高度/mm
300
最大封闭高度调节量/mm
70
滑块中心至机身距离/mm
180
（标准型）工作台尺寸（左右×前后）/mm
500×350
（标准型）工作台孔尺寸（直径）/mm
150
（标准型）立柱间距离（不小于）/mm
240
模柄孔尺寸（直径×深度）/mm
Ф42×60
工作台板厚度/mm
55
倾斜角（不小于）（°）
20
电动机/kw
2、2
外形尺寸（前后×左右×高）/mm
1100×800×2000
总重量/公斤
1300
第7章、绘制模具总装图
工作原理:
条料送进时采用固定挡料销进行定位,而有导料销保证送料沿正确的方向送进。
当条料送到指定位置时,上模在压力机的作用下下行,卸料板首先接触条料。
上模部分继续下行,即可完成冲孔落料复合工序。
当冲压完成时,在压力机的作用下上模上行回程,卡在凸凹模上的条料由弹性卸料板卸下,当模具上的打料杆碰到压力机上的打料横梁时,打料横梁给模具打料杆一个作用力,在此作用力的作用下,将冲孔废料推出来。
而制件则有下模座的推件装置推出,此时即完成一次冲裁。
然后,把条料抬起,越过挡料销,在送进一个步距的距离,即可进行下一次冲裁。
（另附页）
第8章、拆画零件图
另附页
第9章、设计小结
以下就是我通过本次的课程设计的一些体会与心得:
（1）在今次的设计过程中,有很多的问题需要独立思考,在用常规的方法解决不了问题时,还要从反向去思考。
从而使我的思维能力得到了很大的提高。
设计中所涉及到一定的创新设计,给我提供了一个很好的提高应变能力的训练机会。
（2）设计时,经过不断的到校图书馆认真地查找与借阅相关的参考资料,不但提高了个人查阅资料的能力,还扩阔了我的知识视野。
（3）本次模具设计采用了autoCAD、UG设计,在设计其间对软件的理解与熟练程度得到了很好的提升。
（4）通过这次课程设计,它让我知道了一种做事的章程,知道了一项计划实现的规划与过程。
更重要的与就是它让我学会了如何查阅资料,如何将理论实际相结合。
在设计的过程中,也出现了一些客观不足的问题,没有实践条件,不能根据实际的情况来作合适、客观地修改,加上我自己的实践经验又不多,这样做出来的设计,难免有不足之处,希望老师能够体谅
【参考文献】:
【1】林承全、冲压模具课程设计、北京:
化学工业出版社,2008
【2】周本凯、冲压模具设计实践100例[J]、北京:
化学工业出版社,2008
【3】王孝培、实用冲压技术手册、北京:
机械工业出版社,2001
【4】张黎骅,郑严、新编机械设计手册、北京:
人民邮电出版社,2008
【5】模具工程大典（2、4卷）、北京:
机械工业出版社,2007
【6】钟翔山、冲压模具精选88例设计分析、北京:
化学工业出版社,2010
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