196 夹子冲压件设计含全套说明书和CAD图纸DOC.docx
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设计（论文）题目夹子冲压件设计
目录
第一章、课题简介…………………………………………3
第二章、工艺分析…………………………………………4
一、零件工艺分析………………………………………………4
二、工艺方案的确定……………………………………………4
三、工艺参数的确定……………………………………………5
第三章、工作力的计算及压力机的选择…………………10
一、冲压力的计算………………………………………………10
二、粗选压力机…………………………………………………12
三、机床压力中心………………………………………………12
第四章、填写冲压工序卡……………………………………14
第五章、模具结构设计………………………………………15
一、模具结构形式的选择………………………………………15
二、模具结构的分析与说明……………………………………15
三、模具工作部分的尺寸和公差的确定………………………16
四、模具结构设计………………………………………………20
五、校核压力机安装尺寸………………………………………23
第六章、弯曲模具的设计…………………………………24
一、制件弯曲工艺分析…………………………………………24
二、冲压工艺参数的确定………………………………………25
第七章、弯曲模的结构设计………………………………27
一、模具结构的分析说明…………………………………………27
二、弯曲模的卸料装置的设计说明………………………………28
第八章、弯曲模的工作尺寸计算…………………………29
毕业设计小结…………………………………………………………33
参考文献………………………………………………………………35
第一章课题简介
零件分析说明
1零件形状及其一般要求
制件如图1-1所示，材料为不锈钢，材料厚度为0.5mm，制件尺寸精度按图纸要求，未注按IT12级，生产纲领年产10万件。
图1-1
第二章工艺分析
1、零件工艺分析
本制件形状简单、尺寸、厚度适中，一般批量生产，属于普通冲压件，但在设计冷冲压模具时要注意以下几点：
2制件的外形轮廓、结构都算简单，但是要考虑几个孔的加工
A、两个2的孔的位置要求，B、由于要装配，C、两孔必须有一定的同D、轴度要求，E、其值为0.15mm。
3此制件的加工难点主要在孔2的中心距的定位。
7由于几个孔的直径都较小，并且有一定的批量，在设计时要重视模具的材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。
二、工艺方案的确定
根据制件的工艺的分析，其基本工序有落料、冲孔、弯曲三种。
按其先后顺序组合以及合理的加工方案有以下几种：
1、落料-冲孔-弯曲，单工序冲压。
2、落料-弯曲-冲孔，单工序冲压。
3、落料冲孔-弯曲压筋，复合冲压。
方案1）为单工序冲压模具。
由于此制件有一定的生产批量，过多的工序，降低产品的精度，而且此方案生产效率底，不宜批量生产，故不宜采用此方案。
方案2）也为单工序冲压模具。
它除有方案1的毛病外，还有孔的位置精度难以保证，在并且在弯曲时也缺少定位精度难保证，故不宜采用此方案。
方案3）复合冲压模具。
由于制件的结构，材料的厚度较薄，冲孔与落料一次冲压完成。
故最宜采用此方案
具体方案示意如下：
A、零件的排样方案图2-1
图2-1
三、工艺参数的确定
1毛坯尺寸的计算
●外形尺寸的长度计算
零件相对弯曲半径为：
R/t=2/0.5=4>0.5
式中R弯曲半径；
T料厚。
可见，制件属于圆角半径较大的弯曲件，应现求弯曲变形区的中性层曲率半径ρ。
由课本p145中性层位置计算公式
ρ=R+Xt
式中X——由实验测定的应变中性层位移系数
由课本p145表4-5查出X取0.42
所以：
ρ=R+Xt
=2+0.42×0.5
=2.21mm
圆角半径较大（R>0.5t）的弯曲件毛坯长度计算公式
L=∑L直+∑L弯
L弯=［（180-a）/180］*πρ
图2-2
所以制件长度为如图2-2
L=LAB+LBC+LCD+LDE+LEF+LFG+LGH+LHI+LIJ+LJK+LKL
L=3+3.0342+8.54+14+1+1+1.8028+13+1.8028+1+2
L=50.1798
DE段属于工艺设置,目的是为了减少弯曲回弹,其半径很大,可看成是直线，所以DE段长度按直线计算。
1外形轮廓宽度的计算:
由于考考虑到板料的利用率和排样的方便，此制件由CAD生成的工艺尺寸为：
外形轮廓宽度为L=53.74mm
2排样尺寸的计算
1搭边值的确定：
由课本上P46表3-14查得L>50的工件间a1的值为2.2*0.8=1.76
侧边a的值为2.5*0.8=2
3条料宽度的计算
在设计模具是为了方便，采用无侧压装置送料方式条料宽度计算公式如下：
B=（D+2a+Z）0-δ
式中B——为条料宽度的基本尺寸；
D——为条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸a——侧面搭边
Z——导料板与最宽条料之间的间隙
δ——条料宽度的负向偏差
搭边距a如上所示
间隙δ、剪切公差Z查课本p47表3-17查得δ=0.5mm、Z=0.5mm
由上面公式计算得B=（53.74+2*2+0.5〉0-0.5=56.240-0.5mm
2步距的计算
由制件的展开图（见右图2-3）
所生成的横向有效尺寸为Ls=53.74mm
图2-3
步间距计算公式为：
L=Ls+a1
式中L——为步间距
Ls——为横向有效尺寸
a1——搭边距
L=53.74+2=55.74mm
由此可得模具排样图如下：
图2-4
根据要求查《模具设计指导》史铁梁主编表4-1，选板的规格1500×800×0.5每块板可剪1500×56规格条料14块，材料利用率达80%以上。
3计算材料利用率
由课本p43式子3-19
η=nA/BL×100%
η——为材料利用率；
A——一个步距内冲裁件的实际面积；
B——条料的宽度
L——条料的长度
n——一张板料上冲裁件的总数目
η=28*1932.765/（56*1500）=65%
第三章工作力的计算及压力机的选择
工作力的计算以落料冲孔模具为例计算：
一、冲压力的计算
完成本制件所需的冲压力由冲裁力、弯曲力、及卸料力、推料力、顶料力和压料力组成
1.冲裁力F冲的计算
由本课本p49式子3-28
F冲=KtLτ
式中：
τ——为材料的抗剪强度（Mpa）
F冲——冲裁力（N）
L——冲裁周边总边长（mm）
t——材料厚度（mm）
说明：
系数K是考虑到冲裁刃口的磨损、凸模与凹模的波动（数值的变化或分布不均）、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3。
当查不到抗剪强度τ时，可用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1的近似计算法计算。
τ查《模具设计指导》p90表4-12取τ=350Mpa
所以冲裁力F冲=1.3×0.5×211.059×350=48016N=48.016KN
2.卸料力Fx、推料力FT、顶料力FD的计算
在实际生产中影响卸料力、推料力、顶料力的因素很多，要精确计算很困难。
在实际生产中常采用经验公式计算：
（查课本p50公式3-303-313-32）
卸料力：
Fx=KxF
推料力：
FT=nkTF
顶料力：
FD=KDF
式中：
F冲裁力（N）
Kx卸料力系数，其值为0.045--0.055（薄料取大值、厚料取小值）；
kT——推件力系数，其值为0.063
KD——顶件力系数，其值为0.08
n——时卡在凹模内的冲裁件数（或废料）数
n=h/t
h——凹模洞口的直刃壁高度
t——板料厚度
卸料力和顶料力是设计卸料装置和弹顶装置的依据。
因此：
Fx=0.045×48.016=2.17KN
FT=0.063×48.016=3.025008KN
FD=0.08×48.016=3.84128KN
总压力F总的计算
F总=F冲＋Fx＋FD=54.02728KN
二、粗选压力机
由于该制件是一普通制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾压力机。
它具有工作台三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。
由于冲孔落料复合模的压力行程的特点是在开始阶段即需要很大的压力，而在后面阶段所需要的反倒要小的多。
因此若按总的压力来选取压力机，很可能出现虽然总的压力满足要求，但是在初始阶段冲裁时已经超载。
同时，选用拉深压力机还应该对冲裁功进行核算，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低过大，损坏电动机。
因此精确确定压力机压力应当根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。
但是在一般条件下，可以根据生产车间的实际条件，在现有压力机中选取。
在这里根据总压力为54.02728KN,从《模具设计指导》史铁梁主编一书中表4-33提供的压力机公称压力序列中选取100KN的压力机，型号为J23-10.由此可知，电动机的功率远远大于拉深所需压力机的电动机功率。
故可以选用此电动机。
三、计算压力中心
由于制件图形规则，上下对称，所以其压力中心必在中心线上，用实验法测的该制件的压力中心坐标为X24，Y0如下图：
第四章、填写冲压工序卡
由上可知该制件共有两道工序：
即落料冲孔，弯曲压筋。
冷冲压工艺卡片如下图
常州纺织服装职业技术学院
冲压工艺卡片
产品型号
零（部）件名称
共页
产品名称
夹子
零（部）件型号
第页
材料牌号及规格
材料技术要求
毛坯尺寸
每毛坯可制件数
毛坯质量
辅助材料
1CrB
条料1500*800
29
工序号
工序名称
工序内容
加工简图
设备
工艺设备
工时
0
下料
剪床上撬板1500*800
11-6°
2500
1
落料冲孔
落料与冲孔
J23-250
落料冲孔复合模
2
弯曲压筋
弯曲制件并压筋
J23-250
弯曲模
3
检查
4
5
6
7
8
9
第五章、模具结构设计
根据确定的冲压工艺方案和制件的形状、特点、要求等因素确定冲模的类型及结构形式。
1模具结构形式的选择
在模具设计中虽然单工序模具比较简单也比较容易制造,但是制件孔离制件边缘尺寸较小在落料后冲孔势必会影响模具的精度。
且，两孔在单工序模具中很难保证两孔的位置精度。
所以考虑到用落料冲孔复合模具来加工第一工序。
又因为冲孔在前，落料在后，以凸模插入材料和凹模内进行落料，必然材料的切向流动的压力，有可能使φ4的凸模变形，因此考虑采用弹压卸料装置的复合冲压。
这样既提高了工作效率又提高了模具的寿命，这样一来提高了模具的使用价值。
因为制件精度不是多高，采用两副模具，一副是冲孔落料复合模、一副是弯曲模。
这样就降低了模具的制造难度，且适合生产条件不是很好的企业生产模具，给模具生产带来一定的广度。
给生产降低了成本，带来了更大的经济利益。
二、模具结构的分析与说明
1、冲孔落料模结构的分析与说明
本道模具主要用来完成落料冲孔，目的明确简单，看似易设计。
但对于本制件来说它是一个上下对称的制件并且有两个Φ4的小孔，为了保证两孔在弯曲后的精度，所以要在本工序中做到两孔的精度。
在本制件考虑到形状有一定的复杂，且较薄（0.5mm），为了保证制件有较高的平直度本，故采用正装式复合模。
制件制造时还要考虑到制件的定位，根据制件的特征，为了保证凹模的强度，故采用钩形当料销、和采用外形定位的定位销。
2、弯曲模结构的分析与说明
为了保证坯料在弯曲时不发生偏移，在设计时用Φ5的孔为定位孔，用定料销定位。
为了防止坯料转动，采用左右定位销定位。
三、模具工作部分的尺寸和公差的确定
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口尺寸精度，模具的合理间隙值也主要靠刃口尺寸及制造精度来保证。
正确决定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模具的主要任务之一。
在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下列原则：
8落料件尺寸由凹模尺寸决定。
故设计落料精度时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙在凹模上。
14考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计时，凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。
这样，在凸、凹磨损到一定的程度的情况下，仍能冲出合格的制件。
凸凹模间隙则取最小合理间隙值。
31确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。
如果对刃口尺寸精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口尺寸精度要求过低（即制造精度公差过大），则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。
若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形件，一般可按IT7~IT6级制造模具。
冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。
1）、计算落料凸、凹模的刃口尺寸：
本制件为简单的轴对称图形，故按配作法计算凸、凹模刃口尺寸。
根据凸、凹模刃口尺寸计算公式，先计算出落料凹模刃口尺寸
课本p35式子3-3,3-4（落料）
DA——落料凹模的基本尺寸mm
DT——落料凸模的基本尺寸mm
Dmax——落料件最大极限尺寸mm
Zmin——凸凹模最小初始双面间隙mm
δT——凸模制造下偏差，可查表3-6,或取δT≤0.4（Zmax－Zmin）
δA——凹模制造上偏差，可查表3-6,或取δA≤0.6（Zmax－Zmin）
△——冲裁件制造公差
x——系数，为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸（落料时偏向最小尺寸，冲孔时偏向最大尺寸）,X值在0.5—1之间,与工件精度有关。
可查课本p36表3-7或按下列关系取值：
当制件公差为IT10以上时，取x=1；
当制件公差为IT11~IT13时，取x=0.75；
当制件公差为IT14以下时，取x=0.5。
由课本p33表3-43-63-7得
Zmin=0.035mm,Zmax=0.045mm,
δT=0.02mm，δA=0.03mm
X=0.75mm
则Zmax-Zmin=（0.045--0.035）=0.01mm
｜δT｜＋｜δA｜=（0.02+0.03）=0.05mm＞0.01mm
说明所取凸凹模公差不满足｜δT｜＋｜δA｜≤Zmax-Zmin条件,此时可调整如下:
δT=0.4（Zmax-Zmin）=0.4×0.01=0.004
δA=0.6（Zmax-Zmin）=0.6×0.01=0.006
校核：
0.004+0.006=0.01mm
由此可得该尺寸能保证间隙在合理的范围内，故可取
故有：
=（50-0.75×0.1）
=49.925
mm
=（49.925-0.035）
=49.89
mm
由课本p36式子3-53-6（冲孔）
DA——冲孔凹模的基本尺寸mm
DT——冲孔凸模的基本尺寸mm
dmin——冲孔件最小极限尺寸mm
Δ——冲裁件制造的公差mm
Zmin——凸凹模最小初始双面间隙mm
δT——凸模下偏差，可查表3-6,或取δT≤0.4（Zmax－Zmin）
δA——凹模上偏差，可查表3-6,或取δT≤0.6（Zmax－Zmin）
x——系数，为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸（落料时偏向最小尺寸，冲孔时偏向最大尺寸）,X值在0.5—1之间,与工件精度有关。
可查课本p36表3-7或按下列关系取值：
当制件公差为IT10以上时，取x=1；
当制件公差为IT11~IT13时，取x=0.75；
当制件公差为IT14以下时，取x=0.5。
计算孔Φ4的凸、凹模尺寸
查课本p33表3-4得
Zmin=0.035mm,Zmax=0.045mm,
δT=0.02mm，δA=0.02mm
X=0.75mm
则Zmax-Zmin=（0.045--0.035）=0.01mm
｜δT｜＋｜δA｜=（0.02+0.02）=0.04mm＞0.01mm
说明所取凸凹模公差不满足｜δT｜＋｜δA｜≤Zmax-Zmin条件,此时可调整如下:
δT=0.4（Zmax-Zmin）=0.4×0.01=0.004
δA=0.6（Zmax-Zmin）=0.6×0.01=0.006
校核：
0.004+0.006=0.01mm
由此可得该尺寸能保证间隙在合理的范围内，故可取
故:
dT=4+0.75×0.12=
DA=4.09+0.035=
四、模具结构设计
1、凹模周界尺寸计算:
因制件形状简单,尺寸不大,又是对称零件。
考虑到为了便于加工，故选用整体式凹模比较合理.
1凹模厚度尺寸H的计算:
由凹模的计算公式为
=
=16mm
又因为冲裁轮廓线全长为211.059mm,超过了50mm,故应乘以修正系数K.由《模具设计指导》表4-21可得凹模厚度的修正系数K的值为k=1.37
则H凹=1.37*16=21.92mm
将凹模厚度圆整成22mm
2落料凹模周界尺寸L×B的计算:
因为凹模孔口轮廓为直线和圆弧形组成所以：
B＝S＋（2.5—4）H＝53.74＋（55—88）≈109—142mm
L＝S1＋2S2＝53.74＋2×28＝109.74≈110mm
2、选择模架及确定其他冲模零件的有关标准:
根据凹模周界尺寸B＝109—142mm、L＝110mm,查《模具设计指导》史铁梁主编表5-8选取典型结构并结合实际125×125×150—190I（GB/T2851.3——1990）,并选用滑动导向后侧导柱模架.
3、落料凸模的强度和刚度校核
凸模承载能力的校核：
凸模最小断面承受的压应力
，必须小于凸模材料强度允许的压应力[]，即
--凸模的最小断面面积（
）
--凸模纵向总压力包括冲裁力和推件力（N）
[
bc]-凸模材料的许用抗弯强度
对于一般工具钢，凸模淬火硬度HRC为58～62时，取1000～1600MPa；如果有特殊导向时，可取2000～3000MPa
＝51.85728/50.265482457437＝1.032MPa
由已知[
bc]＝450MPa
即落料凸模承载压力完全合格。
由于本产品的生产纲领为10万件,即在冲裁过程中由于材料本身属于硬质材料,为此需要经常磨刃口,适当给落料凸模适当加厚。
3、卸料.压边弹性元件的确定
冲压工艺中常见的弹性元件有弹簧和橡胶等,但是由于这副模具的结构和结合实际生产,因此我们选用橡胶作为卸料的弹性元件.
1确定卸料橡胶
<1>确定橡胶的自由高度H自,有资料查《模具设计指导》史铁梁主编表3-9得:
H自=L工/（0.25-0.30）+h修磨
式中的L工为模具的工作行程再加1-3mm.本模具的工作行程为冲孔落料,故L工≥1mm,h修磨的取值范围为4-6mm,在这里取中间值5mm.
H自=（1/0.3+5）mm≥9mm
<2>确定L预和H装.由表3-9可得如下计算公式:
L预=（0.1-0.15）H自=0.15*9=1.35mm
H装=H自-L预=（9-1.35）mm=7.65mm
<3>确定橡胶横截面积A
A=F/q
F由前可知为F=2.17KN,q=0.26-0.5MPa.在这里,由于该模具的工作行程比较小,因此取q=0.4MPa
则A=2170/0.4mm=5425mm
<4>核算橡胶的安装空间:
可以安装橡胶的空间可按凹模外形表面积与凸凹模底部面积之差的80％估算.经计算为S=13692.235mm,则可以安装橡胶的面积S=10953.788mm,大于所需的橡胶面积,因此满足安装橡胶的需要.
五、校核压力机安装尺寸
模座的外形尺寸为125×125,闭合高度为160mm,,由资料查《模具设计指导》史铁梁主编表4-33查得J23-10型压力机的工作台尺寸为360mm×240mm,最大闭合高度为180mm,连杆调节长度为50mm,故符合安装要求.
第六章弯曲模具的设计
弯曲是使材料产生塑性变形，形成有一定角度或一定曲率形状零件的冲压工序。
弯曲的材料可以是板材、型材，也可以是棒料、管料。
弯曲工序除了使用模具在普通压力机上进行外，还可以使用其他专门的弯曲设备进行，以下几例可看出：
图6-1
1制件弯曲工艺分析
本制件弯曲为综合的折弯，折弯角度为165度和90度，弯曲半径为2mm，并且制件为对称件的，弯曲形状为U和V形弯曲的综合弯曲。
在弯曲过程中要考虑弯曲回弹。
最小弯曲半径计算r/t=2/0.5=4<5~8，弯曲半径变化一般很小，可不考虑，而仅考虑弯曲角度的回弹变化。
回弹角以弯曲前后工件弯曲角度的变化量Δθ表示。
回弹角Δθ=θ0-θt，其中θ0为工件弯曲后的实际弯曲角度，θt为回弹前的弯曲角度（即凸模的弯曲角）。
可以运用相关手册查取回弹角修正经验系数值。
本制件在弯曲时带有压筋，在减小回弹上有一定的作用，即它在结构上改良了弯曲，使制件更容易达到要求。
2冲压工艺参数的确定。
1、冲压力的计算
（1）弯曲力的计算
为了选择合适的压力机需要对弯曲力进行计算，影响弯曲力的因素很多，如材料的性能，工件的形状尺寸，板料厚度，弯曲方式，模具结构等。
此外模具间隙和模具的工作表面质量也会影响弯曲力的大小。
因此，理论分析的方法很难精确计算弯曲力。
在生产实际中，通常根据板料的机械性能以及厚度和宽度，按照经验公式计算弯曲力（查课本p147式子）。
弯曲力的计算F弯（为了有效控制回弹,采用校正弯曲）
由《模具设计指导》史铁梁主编一书中文献
（2）知
F自=0.7Kbtσb/（r+t）
b——为弯曲件的宽度mm
t——为弯曲件的厚度mm
r——为内圆弯曲半径mm
σb——为弯曲材料的抗拉强度MPa，查<模具设计指导>表4-12得σb=450MPa
K——为安全系数，一般取1.3
故有：
F自=0.7×1.3×53.74×0.25×450/（2+0.5）=2.200653KN
3顶料力和压料力的计算，计算公式：
FQ=（0.3～0.8）F自
=0.6601959ＫＮ～1.7605224KN
4总压力F总>F自+FQ=2.200653+1.7605224＝3.9605224653KN
5F压机>1.3F总=5.14867920489ＫＮ
根据F压机可选压力机类型为J23-4
第七章弯曲模的结构设计
弯曲模具的结构设计是在弯曲工序确定后的基础上进行的，设计时应考虑弯曲件的形状要求、材料性能以及生产批量等因素。
一、模具结构的分析说明
本制件为U形弯曲和V形弯曲的综合，并且在下面两侧还有加强压筋，假如把模具设计成整体的，凸凹模难以加工制造，而且也会增加成本，即使能制造出来也
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