冲压模具设计说明书.docx
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冲压模具设计说明书
第一章零件设计任务1
第二章冲裁件的工艺分析2
2.1工件材料2
2.2工件结构形状2
2.3工件尺寸精度2
第三章冲裁工艺方案3
第四章模具结构形式的选择5
4.1模具的类型的选择5
4.2卸料装置5
4.2.1.条料的卸除5
4.2.2卸料方式5
4.3定位装置5
4.3.1.送料形式5
4.3.2.定位零件:
5
4.4.模架类型及精度6
4.4.1.模架6
4.4.2.精度6
第五章冲压工艺计算:
7
5.1.排样7
5.1.1.排样方案分析7
5.1.2.计算条料宽度7
5.1.3.确定布距:
8
5.1.4.计算材料利用率8
5.2.冲压力计算9
5.2.1.冲裁力计算9
5.2.2.卸料力、顶件力的计算10
5.3.压力中心的计算11
5.4.模具工作部分尺寸及公差12
5.4.1.落料尺寸大小为12
5.4.2.冲孔尺寸大小为13
第六章主要零部件设计14
6.1.凹模的设计14
6.1.1.落料凹模14
6.1.2.冲孔凹模的设计16
6.2.凸模的设计17
6.2.1.冲孔圆形凸模:
17
6.2.2.腰孔的设计18
6.2.3.落料凸模18
6.2.4.凸模的校核:
19
6.3.卸料板的设计20
6.4.固定板的设计21
6.4.1.凹模固定板:
21
6.4.2.凸模固定板:
22
6.5.模架以及其他零部件的选用23
第7章校核模具闭合高度及压力机有关参数24
7.1校核模具闭合高度24
7.2冲压设备的选定24
第8章设计并绘制模具总装图及选取标准件25
第9章结论26
参考文献27
第一章零件设计任务
零件简图:
如图1-1所示
材料:
10号钢
材料厚度:
2mm
未标注尺寸按照IT10级处理.
第二章冲裁件的工艺分析
2.1工件材料
由图1-1分析知:
10#钢为优质碳素结构钢,具有良好的塑性性、焊接性以及压力加工性,主要用于制作冲击件、紧固件,如垫片、垫圈等。
适合冲裁加工。
2.2工件结构形状
工件结构形状相对简单,有四个圆孔,孔与边缘之间的距离满足要求,料厚为2mm满足许用壁厚要求(孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚),可以冲裁加工。
2.3工件尺寸精度
根据零件图上所注尺寸,工件要求不高,尺寸精度要求较低,采用IT14级精度,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,综合评比适宜冲裁加工。
第三章冲裁工艺方案
完成此工件需要冲孔、落料两道工序。
其加工工艺方案分为以下3种:
1.方案一:
单工序模生产。
先冲孔,后落料;
2.方案二:
级进模生产。
冲孔—落料级进冲压;
3.方案三:
复合模生产。
冲孔—落料复合冲压。
各模具结构特点及比较如下表3-1:
表3-1各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
(无导向)(有导向)
级进模
复合模
零件公差等级
低
一般
可达IT13~IT10级
可达IT10~IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2~6mm可加工复杂零件,如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制,尺寸可以较大,厚度可达3mm
生产效率
低
较低
工序间自动送料,可以自动排除制件,生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上,必须手动或机械排除,生产效率较低
安全性
不安全,需采取安全措施
比较安全
不安全,需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时,比复合模低
冲裁较复杂零件时,比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂,精度要求较高,平直度要求高的中小型制件的大批量生产
根据分析结合表分析:
方案一模具结构简单,制造周期短,制造简单,但需要两副模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具,生产效率高,操作方便,精度也能满足要求,模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。
方案三只需一副模具,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二低,模具轮廓尺寸较小。
综上对上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案二为佳。
第四章模具结构形式的选择
4.1模具的类型的选择
由冲压工艺分析可知,采用级进模方式冲压,所以模具类型为级进模。
4.2卸料装置
4.2.1.条料的卸除
因采用级进模生产,故采用向下落料出件。
4.2.2卸料方式
考虑零件尺寸较大,厚度较高,采用固定卸料方式,为了便于操作,提高生产率。
4.3定位装置
4.3.1.送料形式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向手动送料方式,即由右向左(或由左向右)送料既能满足生产要求,又可以降低生产成本,提高经济效益。
4.3.2.定位零件:
零件尺寸较大,厚度较高,保证孔的精度及较好的定位,宜采用导料板导向,导正销导正,为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。
4.4.模架类型及精度
4.4.1.模架
1.若采用中间导柱模架,则导柱对称分布,受力平衡,滑动平稳,但只能一方送料;
2.若采用对角导柱模架,则受力平衡,滑动平稳,可纵向或横向送料;
3.若采用后侧导柱导柱模架,可三方送料,操作者视线不被阻挡,结构比较紧凑的,但模具受力不平衡,滑动不平稳。
综上,结合本冲孔、落料级进模的特点,决定采用后侧导柱模架。
4.4.2.精度
由于零件材料较厚,尺寸较大,冲裁间隙较小,又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架,考虑零件精度要求不是很高,冲裁间隙较小,因此采用Ⅰ级模架精度。
第五章冲压工艺计算:
5.1.排样
5.1.1.排样方案分析
方案一:
有废料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:
少废料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:
无废料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。
5.1.2.计算条料宽度
根据零件形状,查<<冲压模具设计手册>>工件之间搭边值a=1.2mm,工件与侧边之间搭边值a1=1.5mm,条料是有板料裁剪下料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,下偏差为负值—△
公式(5-1)
式中:
Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;
a1---冲裁件之间的搭边值;
b1---侧刃冲切得料边定距宽度;(其值查表6)可得△=2.0mm。
△—板料剪裁下的偏差;(其值查表5)可得△=0.6mm。
B0△=75+2×1.5+2×2.0
=82.00-0.60mm
故条料宽度为82.0mm。
5.1.3.确定布距:
送料步距S:
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距,每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关,是决定侧刃长度的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
级进模送料步距S
公式(5-2)
Dmax零件横向最大尺寸,a1搭边
S=75+1.5=76.5mm
排样图如图2所示。
5.1.4.计算材料利用率
一个步距内的材料利用率
η=A/BS×100%公式(5-3)
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积;
B—条料宽度;
S—步距;
一个步距内冲裁件的实际面积
A=π×37.52-π×13.52-3×π×3.752-3(π×302×34/360-π×26.252×34/360)
=3807.73539mm2
所以一个步距内的材料利用率
Η=A/BS×100%
=3807.73539/(76.5×82)×100%
=60.7%
考虑料头、尾料和边角余料消耗,一张板材上的总利用率η总为
η总=nA1/LB×100%公式(5-4)
式中n—一张板料上冲裁件的总数目;A1—一个冲裁件的实际面积;
L—板料长度;B—板料宽度。
查板材标准,宜选用850mm×1700mm的钢板,每张钢板可剪裁为11张条料(82mm×1700mm),每张条料可以冲25个工件,所以每张钢板的材料利用率
η总=nA1/LB×100%
=25×3807.73539/82×1700×100%
=68.3%
根据计算结果知道选用直排材料利用率可达68.3%,满足要求。
5.2.冲压力计算
5.2.1.冲裁力计算
用平刃冲裁时,其冲裁力F一般按下式计算:
公式(5-5)
式中:
F—冲裁力;
L—冲裁周边长度;
t—材料厚度;
τb—材料抗剪强度;10钢τb的值查《《冲压成型工艺与模具设计》》附录表2为255-333Mpa,取τb=300Mpa
K—系数;一般取K=1.3。
1、冲孔力计算
冲孔周长:
L=π×27+3π×3.75×2+3π(26.25+33.75)×34/360+2×76.5+2×12
=764.98mm
所以冲孔力
F=KLtτb=1.3×764.98×2×300
=596.69kN
2.落料力的计算
落料周长
落料冲裁力F2=KLtτb=1.3×π×75×2×300=183.78kN。
5.2.2.卸料力、顶件力的计算
一般按以下公式计算:
卸料力
公式(5-6)
顶件力
公式(5-7)
(
为卸料力系数,其值查表5-1可得)
所以总冲压力
公式(5-8)
表5-1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
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜,黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
由
即冲压时工艺力的总和不能大于压力机公称压力的50%-60%,取
则公称压力
.初选压力机的公称压力为1600Kn,即JA21-160型压力机。
5.3.压力中心的计算
用解析计算法求出冲模压力中心。
X0=(L1x1+L2x2+…Lnxn)/(L1+L2+…Ln)公式(5-9)
Y0=(L1y1+L2y2+……Lnyn)/(L1+L2+…+Ln)
用解析法计算压力中心时,先画出凹模形口图,如图5-3所示。
在图中将XOY坐标系建立在建立在图示对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1~L5共3组基本线段(注:
由于图中3个圆弧形孔均以一个点为圆心的等分列阵排列,所以其几何图形为一组),用解析法求得该模具压力中心的坐标。
由以上计算结果可以看出,该工件冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点O较小,为了便于模具的加工和装配,模具压力中心依然选在坐标原点。
图5-3
5.4.模具工作部分尺寸及公差
5.4.1.落料尺寸大小为
为保证冲出合格冲件。
冲裁件精度IT10以上,X取1.冲裁件精度IT11~IT13,X取0.75.冲裁件精度IT14,X取0.5。
由于本产品采用IT14级精度,所以X取0.5.查表知:
Zmax=0.360,Zmin=0.246。
Φ750-0.62查《冲压成型工艺与模具设计》P45表3-5知:
δp=0.04mm,δd=0.06mm
公式(5-10)
公式(5-11)
5.4.2.冲孔尺寸大小为
1、圆形孔凸、凹模基本尺寸的计算
公式(5-12)
公式(5-13)
2、腰孔凸、凹模基本尺寸的计算:
公式(5-14)
公式(5-15)
第六章主要零部件设计
6.1.凹模的设计
6.1.1.落料凹模
落料凹模如图6-1
1、凹模厚度H的计算:
查表得K取1.25
公式(6-1)
=32.66mm,取H=33mm图6-1
2、模长度和宽度
W>=1.2×H公式(6-2)
=1.2×33=39.6mm
L=B=D+2W公式(6-3)
=74.69+2×39.6=153.89
取L=B=154mm
3、凹材料的选用:
根据表8-3,材料选用45钢。
4、凹模的固定方法
下图是带肩圆形凹模,直接装入凹模固定板中,采用过渡配合(H7/m6)。
零件图6-2如下:
图6-2
6.1.2.冲孔凹模的设计
设计同落料凹模
零件图6-3如下
图6-3
6.2.凸模的设计
6.2.1.冲孔圆形凸模:
1、冲孔圆形凸模:
冲孔圆形凸模的结构图6-4如下:
图6-4
长度:
冲孔凸模在凹模里面开孔,为便于凸模和固定板的加工,可通过这设计成铆接方式与固定板固定.冲孔凸模由于相隔很近,不宜采用阶梯结构,设计成铆接方式.凸模的尺寸根据凸模固定板尺寸h1、卸料板尺寸h2、材料厚度h3和h,h一般取22mm。
所以凸模的尺寸为
L=30+16+2+22=70mm.公式(6-4)
凸模材料:
参照《冲压模具设计与制造简明手册》选用Cr12
2、冲孔凸模零件图6-5如下
图6-5
6.2.2.腰孔的设计
1、长度:
有关计算同冲孔凸模
2、材料:
参照《冲压模具设计与制造简明手册》选用Cr12
3、腰孔零件图6-6如下图:
6.2.3.落料凸模
1、长度:
有关计算同冲孔凸模;
2、材料:
参照《冲压模具设计与制造简明手册》选用Cr12
3、落料凸模零件图6-7如
图6-6
图6-7
6.2.4.凸模的校核:
考虑冲孔凸模的直径很小,故需对最小凸模8.06进行强度和刚度校核:
1、刚度的校核:
根据凸模校核公式:
L≤90d
/
公式(6-5)
可得:
L
≤90d
/
=
L:
为凸模的允许最大工作尺寸,而设计中,凸模的工作尺寸为
22<28.28,所以钢度得以校核.
2、强度校核:
凸模的最小直径d应满足:
公式(6-6)
所以8.06>2.6,凸模强度得以校核.
参照ISO8020-1986B型圆形冲孔凸模。
6.3.卸料板的设计
卸料板采用Q235制造,卸料板轮廓尺寸与凹模固定板轮廓尺寸相同,厚度根据JB/T8066.2-1995规定,选用315mm×250mm×14-17组模具参考,取其厚度为16mm。
查《模具设计简明手册》P298典型卸料横向送料组合得相应组合的零件尺寸:
两圆柱销销孔之间的距离S1=175mm,
两内六角螺钉之间的横向距离S=279mm,
两内六角螺钉之间的横向距离S2=214mm.
零件图6-8如下
6.4.固定板的设计
6.4.1.凹模固定板:
1、凹模固定板的厚度:
其厚度与凹模的厚度尺寸一致,取33mm;
2、凹模固定板的外形尺寸:
与卸料板的外形尺寸一致,根据核准选取板的规格为
。
3、材料:
选用Q235钢
4、配合及连接件:
凹模与凹模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与下模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致,顶部与模铆接,因此必须倒角。
由以上可得凹模固定板的零件图如图6-9所示:
图6-9
6.4.2.凸模固定板:
1、凸模固定板的厚度:
其厚度与凸模的厚度尺寸一致,取30mm;
2、凸模固定板的外形尺寸:
与卸料板的外形尺寸一致,根据核准选取板的规格为
。
3、材料:
选用Q235钢;
4、配合及连接件:
凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凸模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角,由以上可得凸模固定板的零件图如图6-10所示:
6.5.模架以及其他零部件的选用
该模具采用后侧导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模送。
以凹模轮廓尺寸为依据,选择模架规格。
上模座按GB/T2855.2-1990规定,厚度取45mm,垫板厚度取10mm,固定板厚度取30mm,卸料板厚度取16mm,下模座按GB/T2855.2-1990规定,厚度取50mm,固定板厚度取33mm。
根据上下模座选取导柱为Φ32h5mm×170mm×45mm,导套为Φ40H6mm×140mm×48mm。
模具闭合高度H
公式(6-7)
上模座高度为45mm,垫板高度为10mm,凸模长度为70mm,凹模固定板高度为33mm,下模座高度为50mm,h1指凸模进入凹模的深度,这里取1mm。
第7章校核模具闭合高度及压力机有关参数
7.1校核模具闭合高度
公式(7-1)
式中
压力机最大闭合高度;
压力机最小闭合高度;
垫板厚度。
根据前面初选压力机JA21—160,查《模具设计与制造简明手册》P49表1-81得:
,
,
将以上数据带入公式7-1,得200经计算该模具闭合高度H=210mm,在200mm~315mm内,且开式压力机JA21-160最大装模高度300mm,大于模具闭合高度210mm, 可以使用。
7.2冲压设备的选定
通过较核,选择开式双柱可倾式压力机J21-160能满足使用要求。
其主要技术参数如下:
公称压力:
1600KN
滑块行程:
160mm
最大闭合高度:
450mm
最大装模高度:
300mm
工作台尺寸(前后×左右):
710mm×1120mm
模柄孔尺寸:
60mm×80mm
第8章设计并绘制模具总装图及选取标准件
按已确定的模具形式及参数,从冷冲模标准中选取标准件。
绘制模具装配图,见图8-1。
2-下模座,3-固定板,4、8-螺栓,5落料凹模,6-自动挡料销,7-卸料板,9-拉簧,10-导套,11-上模座,12-圆柱销,13-落料凸模,14-导正销,15-螺钉,16-模柄,17-内六角螺钉,18、20-冲孔凸模,19-垫板,23-凸模固定板,24-导柱,25-冲孔凹模。
第9章结论
本次设计是在导师赵茂俞教授的悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成,每一步都是在导师的指导下完成的,倾注了导师大量的心血。
在此,谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!
学生;吴飞翔
2010年6月于合肥学院
参考文献
[1]冯炳尧,韩泰荣,蒋文森,丁战生.模具设计与制造建明手册.上海:
上海科学技术出版社.1998.
[2]周玲.冲模设计实例.北京:
化学工业出版社.2007.
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上海科学技术出版社.2008.
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科学出版社.2007.
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科学出版社.2009.
[6]姜伯军.级进冲模设计与模具结构实例北京:
机械工业出版社.2008.