托板冲压工艺及模具设计.docx

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托板冲压工艺及模具设计

固态成型工艺及模具课程设计

设计题目：

卡板零件的冲压工艺及模具设计

姓名：

吴佳鹏

学号：

学院：

专业班级：

指导教师：

高术振

前言

本设计在介绍冲压成型和计算方法的基础上，讲述常用冲压设备的选用、结构、使用、维护等方面的基础知识，客观简单分析的冲压工艺、冲压模具、冲压设备、冲压材料及冲压件质量及经济性的关系。

由于由于这是我第一次接触冲压模设计，水平有限，书中错误和缺点在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者

2016年12月

前言

第一章托板零件冲压工艺性分析……...............................................5

第二章冲压工艺流程设计及优化……...............................................9

第三章冲工艺组合方式分析……...………………………………………………11

第四章排样设计.………………………………………………………………………..12

第五章托板冲压模具参数计算……...………………………………………….18

第六章托板冲裁模主要零部件设计及选用……………………………….24

结束语……………………………………………………………………………………………36

参考文献………………………………………………………………………………………..37

托板零件图：

一．托板零件冲压工艺性分析

1.批量经济分析

根据该托板零件图得知，该零件为大批量生产，非常适合于冲压成型。

2.材料的适用性

由托板零件图可知，该产品的材料为08F，根据《冲压模具及设备》表2-3（29页）得知，08F适合冲压，并且为常用冲压材料。

3.托板的形状及结构

3.1形状及结构

由客户提供的托板零件图可知：

该托板零件形状简单、规则、对称，且零件较小，非常适合冲压成形。

3.2内外处尖角

由客户提供的托板零件图可知，该托板零件共有8处内外处尖角。

然而尖角在冲压过程中非常难以加工，并且冲压模具在加工过程中容易崩刃，所以在日常冲压生产中通常将尖角加工为圆角。

若客户对尖角部分要求不大，尖角处也没有装配关系，则及客户进行协商，绘制出经过协商后的零件图并重新签约。

就该托板零件而言，根据查《冲压模具及设备》表4-2（88页）可知，08F为软钢，最小圆角半径应取R0.25t，即该托板零件的8处尖角的最小半径应为R=0.25t，t=2mm，所以该托板零件的8处尖角均改为R0.5mm的圆角。

3.3过长的悬臂及凹槽

根据客户提供的托板零件图可知，该托板零件没有过长悬臂及凹槽。

因此该托板零件在冲压成形中不用考虑过长悬臂及凹槽。

3.4小孔冲压

该托板零件只有一个直径为25mm的内孔，

25mm≥1.5t，所以冲裁的尺寸完全符合生产的特性及凸模强度、模具结构。

3.5孔间距及孔边距

该冲裁件托板只有一个中心孔，因此不需要考虑孔间距。

孔边距则为：

（70-25）/2=22.5mm，22.5mm≥（1～1.5）t，故符合冲裁件对孔边距的要求。

二.托板冲压工艺流程设计及优化

1.冲压工艺类型

2.冲压工艺次数

3.冲压工艺顺序

4.冲压工艺组合方式

5.其它辅助工序

2.1冲压工艺类型

根据该托板冲压工艺图可以看出，其所需的基本工序为落料，冲孔。

2.2冲压工艺次数

由托板冲压工艺图可看出，其工艺次数可分为落料，冲孔2个工序组成。

2.3冲压工艺顺序

当多工序冲压件有冲孔和落料时，一般先落料再冲孔，以减少定位误差和避免尺寸换算。

2.4冲压工艺组合方式

1）单工序模

先落料后冲孔、先冲孔后落料

2）复合模

冲孔+落料、落料+冲孔

3）级进模

先冲孔再落料

2.5其它辅助工序

由于此托板零件结构简单，无其它机加、非机加（如焊接、热处理）等其它辅助工序。

三.冲压工艺组合方式分析

1）单工序模

单工序模制造成本较低，尺寸和冲压件的厚度不受限制，但冲压出来的工件精度低、冲压件平整度差、生产效率低，生产时的安全性低，需要采取安全保护措施，只适合小批量生产。

由该托板零件的冲压工艺图可知，该托板零件的生产批量较大，若采用单工序模就加长了生产周期，故不采用单工序模。

2）复合模

复合模的加工精度可达到IT10～IT8级，压料较好，冲压件平整，尺寸在300mm以下，冲压件厚度在0.05mm～3mm之间。

冲裁复杂零件时它的模具制造成本和工作量低于级进模，操作是出件困难且不太安全，也需要采取安全措施，适合大批量生产。

根据该托板工艺图可以看出，该托板零件的加工精度一般，厚度为2mm，且结构简单、生产批量为大批量，若采用复合模，明显优于单工序模。

3）级进模

级进模的加工精度可以达到IT13～IT10级，冲压件尺寸在250mm以下，冲压件厚度在0.1mm～6mm之间，工序间可以自动送料，冲件和废料一般从下模漏下，生产效率较高，模具制造的工作量和成本在制造形状简单零件时比复合模低，比较安全，可使用高速压力机，适合大批量生产。

若该托板零件采用级进模生产，无论是生产效率、生产批量还是产品尺寸均符合该零件的生产要求，但由于级进模加工精度达不到要求，故不采用。

（

25内孔精度达不到要求，需要后期加工，延长生产周期）

综合分析：

单工序模由于生产效率、生产批量、冲件精度均达不到该托板零件的产品要求，故不采用。

级进模虽然生产效率、生产批量都能达到产品要求，但由于冲件的内孔精度达不到该托板零件的产品要求，也不能采用。

复合模无论是生产效率、生产批量还是产品精度都符合该托板零件的产品要求，故被采用。

根据该托板零件的冲压工艺顺序确定复合模：

落料+冲孔为最终的冲压工艺方式。

四.排样

4.1排样

排样的是否合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构及寿命，因此排样在冲压件的前期准备工作中十分重要。

排样可分为以下3种：

1有废料排样

2少废料排样

3无废料排样

对于3种排样的分析：

有废料排样对冲压件的尺寸有保证，冲出的产品质量较好，而且模具寿命较高，但它的材料利用率较低，增高了产品的生产成本，用于形状复杂、尺寸精度要求较高的零件。

少废料排样的材料利用率较高，用于形状简单、尺寸精度要求不高的零件。

无废料排样用于形状结构简单、尺寸精度要求不高的零件，但不易操作加工。

本托板零件的形状结构简单、尺寸精度要求不高，本应选用无废料排样，但由于无废料排样难以保证零件的尺寸精度，而且无废料排样本身就难以实现，因此本托板的排样方案应选择少废料排样。

4.2材料利用率

全进距η=×100%

A为单个冲件表面积

n为板料最多冲件个数

B为条料宽度

L为条料长度

4.3条料宽度及搭边、料边的计算

①托板横排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，

a1=1.2a=1.5

②托板竖排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，

a1=1.8a=2.5

4.条料的宽度B，采用初级定位

B1=Dmax+2a=70+1.5×2=73

B2=Dmax+2a=160+2.5×2=165

查《冲压模具及设备》31页t=2mm时，选用长为4400mm，宽为2000mm的冷轧钢板。

根据材料利用率公式∶η=×100%

托板横排材料利用率∶

η=×100%=65%

托板竖排材料利用率∶

η=×100%=61.5%记得乘2

η横＞η竖，∴应选托板横排为最终排样方案。

托板横排示意图如下∶

导料销及条料之间的最小间隙Zmin，查《冲压模具及设备》表4—20，

知∶Z=0.5mm，所以Bo=B+Z=73mm+0.5mm=73.5mm

4.5压力计算

冲压力P=P冲裁+P卸+P顶（或P推）

冲裁力P1=K·L·t·τb

=1.3×（3.14×40+80X2+40×2+60+3.14×25）×2×250

=327665N

卸料力F卸=P1·K卸

=327665×0.05

=16383.25N

顶料力P顶=P1·K顶

=327665×0.06

=19659.9N

推件力P推=P1·n·K顶

=327665×0.055×5

=90107.88N

∴P冲=P1+P卸+P推=327665+16383.25+90107.88=434156.13N

P（实）冲=（P1+P卸+P推）÷0.8=542695.16N

查《冲压模具及设备》表3-4，开式固定台压力机主要参数规格表得∶

此托板需要的冲压力应大于200吨，所以应选JA21-35开式固定台压力机。

4.6压力中心的计算

由该托板零件图可以看出该托板上下、左右均对称，所以压力中心应在该托板的对称中心（

10的圆心）上。

五.托板冲压模具参数计算

5.1模具凸凹模间的间隙

1）间隙对冲压件质量的影响

间隙越大，模具的寿命可以延长，但冲件的质量普遍不高，反之，间隙越小，冲件的质量越高，但模具的寿命会进一步缩短。

因此，在保证冲压件质量的前提下，应选较大的间隙，若采用较小的间隙就必须提高模具的硬度和精度，从而减小模具的粗糙度，减小模具磨损，得以在保证冲压件质量的前提下，延长模具的使用寿命。

2）间隙对冲压工艺的影响

试验表明，冲件的单面间隙在材料厚度的5%～20%范围内时，冲裁力的降低不多，一般不超过冲裁力的5%～10%。

间隙对Fx、Fo的影响较为显著，而当单面间隙增大到材料厚度的15%～25%时，卸料力几乎为零。

3）冲裁间隙的确定

一般采用经验法来确定。

查《冲压模具及设备》表4-10得（93页）

Zmin=0.246mmZmax=0.360mm

由于此托板冲件对尺寸要求不高，又采用的初级定位，故应取较大的间隙值，即∶Zmax=0.360mm

5.2冲裁模刃口尺寸的计算

1）冲裁模具刃口尺寸计算三原则

①落料时应以凹模为基准，先确定凹模，再确定凸模。

冲孔时应以凸模为基准，先确定凸模，再确定凹模。

②凹模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近下限值。

凸模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近上限值。

③模具的设计精度应比冲件的精度高2～3级。

2）冲裁模具刃口尺寸的计算

A、凹凸模分开制作

B、凹凸模配合制作

本托板的外形尺寸简单，且为复合模，因此采用凹凸模配合制作。

1该冲裁件中心孔为冲孔件，故应以凸模为基准。

技术要求∶凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作

保证双面间隙为0.34mm

2由于外形尺寸为落料，以凹模为基准

5.3模具闭合高度

由所选设备JA21-35可知，

它的最大闭合高度为Hmax=280mm，Hmin=220mm

（220-T）≤Hm≤（280-T）-5，T=5

∴215mm≤Hm≤270mm

5.4弹簧的选用

（1）选用弹簧的三原则∶

1为保证卸料正常工作，在非工作状态下，弹簧应该预压，其预压力Fy应该大于等于单个弹簧承受的卸料力。

即

Fy≥Fx/n

Fy—弹簧的预压力（N）

Fx—卸料力（N）

n—弹簧数量

②弹簧的极限压缩量应该大于或等于弹簧工作时的总压缩量。

即

hj≥h=hy+hx+hm

hj—弹簧的极限压缩量（mm）

h—弹簧工作时的总压缩量（mm）

hy—弹簧在预压力作用下产生的预压量（mm）

hx—卸料板的工作行程（mm）

hm—凸模或凹模的刃磨量（mm），通常取hm=4～10mm。

③选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。

（2）卸料弹簧的选用及计算

1）初定弹簧个数n=4，则每个弹簧的预压力为∶

Fy≥Fx/n=P卸/4≈4096N

2）初选弹簧规