模具课程设计3546689462doc.docx

1、模具课程设计3546689462doc1 引言我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注 在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，6O 一8O 的零部件都要依靠模具成形(型)。用模具生产制件所具备的高精度，高复杂程度 高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。近几年 我国模具工业一直以每年1 5 左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。现代模具行业是技术、资金密集的行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。模具是工业生产中使用广泛的基础工艺装备。有人说，现代模具是高技术背景下的工艺密集型工

2、业。模具技术水平的高低，在很大的程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。我国模具工业作为一个独立、新型的工业，正处于飞速发展阶段，已经成为国民经济的基础工业之一，其发展前景是十分广阔的。模具的CAD/CAE/CAM涉及面广、及多种学科与工业技术于一体，是综合型、技术密集型产品。随着计算机软件的发展和进步，CADCAECAM技术也日益成熟，在现代模具中的应用将越来越广泛。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业与此同时也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。本

3、设计是小角板零件，材料是Q235，本次设计采用AUTO CAD辅助设计，大大缩短了模具设计过程的工作周期，提高了模具设计的效率。由于本人所学模具知识水平有限，视野狭小,在设计中还存在这样那样的问题和错误，敬请老师批评指正。2 小角板落料冲孔复合模及弯曲模设计2.1小角板工艺性分析材 料：Q235材料厚度：2 mm制造精度：IT10生产批量：大批量零件简图：如图2.1所示图2.1 小角板零件图工件厚度t=2mm，孔的边缘线距弯曲线的距离L2t。弯曲时，孔不会变形。因此在工艺安排上应该先冲裁，再弯曲便可以达到图纸要求。根据以上分析，该工件宜先冲孔落料，再弯曲达到图纸要求。2.2 小角板冲裁模设计2

4、.2.1小角板冲裁工艺性分析1）制造精度工件尺寸公差按IT10级制造。查标准公差表，各尺寸公差如图2.2所示。无其他特殊要求。查有关手册可知，利用普通冲裁方式可以达到零件图纸要求。 图2.2 小角板尺寸公差示意图2）结构与尺寸工件结构简单，外形对称。孔的直径（相对厚度）大，孔壁1.5t，这些结构因素均宜冲裁。3）材料表2.1 常用冲压材料的性能和规格碳素结构钢Q235，抗拉强度b=380470MPa，抗剪强度=310380 MPa，断后伸长率10=2125%。此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性能比较好。根据以上分析，该小角板零件的工艺性较好，可以进行冲裁加工。2.2.2确定冲裁工艺

5、方案该零件冲裁包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁工艺方案有单工序冲裁，复合冲裁和级进冲裁。一般对于上面这样的工件通常采用先落料再冲孔的加工方法。由于该工件的生产批量为大批量，则有以下几种方案进行比较。该零件包括落料、冲孔两个基本工序，表2.2中列有三种工艺方案。序号工艺方案结构特点1单工序模生产：落料冲孔 模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件中批量生产的需求。且两道工序中的定位误差，将导致孔心距尺寸精度难以保证2复合模生产：落料-冲孔复合 同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高了生产效率，也能提高压力机等设备的

6、使用效率；操作简单、方便，适合中批量生产；能可靠保证孔心距尺寸精度3级进模生产：冲孔-落料连续 同一副模具不同工位完成两道工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两工位之间的定位要求非常高，否则无法保证孔心距尺寸精度 表2.2 方案比较经过比较：由于零件属于大批量生产，因此采用单工序冲裁效率太低，而且不便于操作；级进冲裁设备要求高，定位非常难难于保证精度；而采用复合冲裁，冲出的零件精度和平直度都较好，生产效率也高，而且零件的孔边距不小，模具强度也能够保证。根据以上分析，该零件宜采用复合冲裁工艺方案。由此确定工序如下：下料冲孔落料检验。2.2.3确定模具总体结构方案1）模

7、具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。如图2-4所示。图2.3 复合模表2.3 根据上表比较：采用倒装复合模。2）操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，而且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑零件尺寸以及厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料销导向、固定挡料销定距的定位方式。3）卸料与出件方式考虑零件的厚度较薄，采用弹性卸料方式。4）模架类型与精度由于零件厚度较薄，冲裁间隙较小，因此采用受力平衡、导向平稳的后置导柱模架。考虑零件精度以及冲裁间隙，采用级模架精度。2.2.4工艺与设计计算1）冲裁件总长计算工件相对弯曲半径r/t

8、0.5，弯曲前，后中性层长度不变的原则。中性层曲率半径可按下式计算： =r+Kt （2-1）式中中性层曲率半径，为mm；r弯曲半径，r为mm；K中性层位移系数，查表取K=0.32；t材料厚度，t为mm。可以算得： =r+Kt=2+0.322=2.64mm当工件的弯曲角为90度时：L=l1+l2+/2=（90-4）+（40+15-4）+ 3.142.64/2 141mm（取整）根据以上计算，冲裁件如图2.4所示： 图2.4 工件展开图2）排样设计（1）排样冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产

9、率、制件质量、生产操作方便与安全等。（2）材料的利用率排样的目的是为了合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。材料利用率的计算公式如下： 一个进距的材料利用率的计算如下： =100% （2-2）式中： A 冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）； n 一个进距内冲裁件数目; B 条料宽度，（mm）; S 进距,（mm）。（3）方案比较为满足工件的尺寸要求和力求工作的简单话有以下两种方案：该零件是一梯形，因此采用对头直排。这样的排样对模具的要求的比较简单，生产方便。考虑到补偿条料的定位误差，保证冲裁出合格的工件，在

10、工件之间以及工件与条料侧边之间要求留有搭边。根据工件厚度，查手册可得搭边：c=1.6 mm ,d=2.5 mm 方案一：如下2.5图所示：图2.5 排样方案一 图根据排样图的几何关系，可以算出条料宽度为 B=141+22.5=146 mm进距为 S=80+30+21.6=113.2mm冲裁件面积为 A =8055+30（141-55-15）+/2152-(10/2)2-(20/2)2-(55-/452=6484.5mm2因此，材料利用率为 =nA/BS100%=26484.5/(146113.2) 100%78.39%方案二：如下图2.6所示： 图2.6 排样方案二 图根据排样图的几何关系，可

11、以算出条料宽度为 B = 141+32.5+55 = 203.5 mm进距为 S = 80+1.6= 80.16mm冲裁件面积为 A =8055+30（141-55-15）+/2152-(10/2)2-(20/2)2-(55-/452=6484.5mm2因此，材料利用率为 =nA/BS100%=26484.5/(203.581.6) 100%=78.043%由上面二种方案比较看出方案一的材料利用率要高些，在相同的要求保证下采用方案一比较好。3）冲裁力计算 冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲压力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所

12、设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。（1）冲裁力计算及压力机的选择冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算： F= K Lt （2-3）式中： F 冲裁力, N；K安全系数，取K=1.3； L 冲裁件的冲裁长度, mm；t 板料厚度，mm； 材料的抗剪强度, Mpa；在落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。由小角板零件图可知:落料力：L=（80-10）+3/225+2（55-10）+（80-30-20）+2（71.15-5）+1/2

13、215=416.5 mm2 t = 2 mm = 345 MPaF落= K Lt=1.3 416.52345 = 373.6 KN冲孔力：L1= 210= 62.8 mmL2= 25= 31.4 mmt = 2 mm = 345 MPaF孔1 = K L1t=1.362.82345 = 56.3 KNF孔2 = K L2t=1.331.42345 = 28.2 KN2）卸料力、推件力和顶出力从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力； 卸料力和推件力通常采用经验公式进行计算，见式（2-4）。卸料力：F卸=K卸F 落推件力：F推=nK推F孔 （2-

14、4）式中： K卸、K推 分别为卸料力、推件力系数,其值见表2.2；n 同时卡在凹模内的零件数；h凹模直壁洞口的高度。表2. 4 推件力、顶件力、卸料力系数料厚/（mm）K推K顶K卸 钢0.10.10.50.52.52.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.10.0630.0550.045 0.140.080.060.05卸料力：F卸=K卸F 落 = 0.05373.6 KN=16.7 KN推件力：F推1=nK推F孔1= 30.05556.3 KN = 9.3 KNF推2=nK推F孔2= 30.05528.2 KN = 4.7 KN（n=ht=6mm

15、2 mm = 3个）F总 = F 落F孔F卸F推 = 373.6+56.3+28.2+9.3+16.7+4.7 KN= 528.4 KN4）压力中心的计算图2.7 冲孔落料压力中心图选定坐标系xoy如图2.7所示。按照压力中心的计算公式（2-5）： （2-5）因为冲件对称于y轴，所以x0=0L1=80mm y1=0 mmL2=55mm y2=27.5 mmL3=25mm y3=55 mm L4=71.15mm y490.58 mmL5=15 =47.1mm y5=215sin 90/3.14=135.7 mmL6=25=31.4mm y6=126.15 mmL7=210=62.8mm y730

16、 mm故：y0 =( L1y1+ L2y2+ L3y3+ L4y4+ L5y5+ L6y6+ L7y7+)/ (L1+ L2+ L3+ L4+ L5+ L6+ L7)=58.74 mm5）计算凸、凹模刃口尺寸及公差模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度，因而，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。1）凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则实践证明，落料件的尺寸接近于其凹模刃口尺寸，而冲孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。所以，落料时取凹模作为设计的基准件；冲孔时取凸模作为设计的基准件。计算凸模和凹模尺寸时应遵循的原则如下：（1）冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的

17、最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内也可使用。而凹模的基本尺寸则按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小间隙值。（2）落料时，应先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格的零件。凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小间隙值。（3）在确定模具刃口制造公差时，既要能保证工件的精度要求，又能保证合理的间隙数值。一般模具制造精度比工件精度高34级。对冲孔20mm、10mm采用凸、凹模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：根据材料厚度，查手册可得： 图2.8 冲裁间隙 Zmax=0.36mm Zmin=0.246mm Z

18、max-Zmin=0.114mm查手册得，凸、凹模制造公差： 凸模、凹模制造公差 工件公差图2.9 冲孔、落料时各部分尺寸公差的分配位置 -凸=0.014mm +凹=0.029mm|-凸|-+|凹|=0.043| Zmax-Zmin |=0.114满足| Zmax-Zmin |-凸|-+|凹|条件冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。设工件孔的尺寸为d+，其计算公式为： d凸 = （dx） （2-6） d凹 = （d凸Zmin） （2-7） 式中 d凸、d凹 冲孔凸、凹模基本尺寸，mm； 工件制造公差，mm；X 因数，当冲裁件精度在IT10以上时，x=1; 冲孔20mm d凸20=（d1

19、+ x）（2010.084） mm 20.08 mm d凹20（d凸 1Zmin ）（20.080.246） mm 20.33 mm 冲孔10mm d凸10=（d 2+ x）(1010.058) mm 10.06 mm d凹10（d凸 2Zmin ）(10.06+0.246) mm 10.31 mm由于小角板落料形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：以凹模为基准件，因凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此属于A类尺寸。按式（2-8） Aj (Amaxx) （2-8） 80凹 （8010.12） mm 79.88 mm 55凹 （5510.12） mm 54.88 mm

20、30凹（3010.084） mm 29.92 mm 141凹（14110.14） m 140.86 mm凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证单面间隙为Zmin/2 Zmax/22.2.5模具零、部件设计选用1）凹模设计因冲件的批量较大，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm，凹模轮廓尺寸计算如下：沿送料方向的凹模型孔壁间最大距离为： l=80mm垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离为： b=141mm查手册得，凹模壁厚c取40mm因此，沿送料方向的凹模长度为： L=l+2c=141+240=221mm垂直于送料方向的凹模宽度为： B=b+2c=80+240=160mm

21、凹模厚度可根据经验公式： h=kb（h15mm）式中h凹模厚度，h为mm；k系数，查手册取k=0.2；b垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离，b为mm。凹模厚度为 h=kb=0.2141=28.2mm15mm 查手册得：H=28 mm根据算得的凹模轮廓尺寸，根据GB/T2851.8-81选取标准凹模板轮廓尺寸为L*B*H=250mm200mm28mm。其具体零件图2-10如下：图2.10 凹模零件图2）凸凹模设计凸凹模的内、外缘均为刃口，内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。凸凹模的最小壁厚值m一般可按经验数据决定。不积聚废料的凸凹模最小壁厚值见式（2

22、-15）。冲裁硬材料时m=1.5t冲裁软材料时m t （2-15）对于倒装复合模，因为孔内会积聚废料，所以最小壁厚要大些。其他外形尺寸按零件冲裁要求及固定配合要求而定。具体凸凹模零件图2-11如下：图2.11 凸凹模零件图3）凸模设计采用B型圆形凸模，广泛采用台阶式结构，以防止卸料时从凸模固定板中拉出。由于凸模形状简单，材料可以选用T10A，热处理硬度5862HRC。表2.5 B型凸模（摘自JB/T8057.2-1995） (mm)根据凸模尺寸及冷冲模标准，如表2-6，选用： B10.1560JB/T8057.2-1995 T10AB20.2 60JB/T8057.2-1995 T10A 材料

23、：T10A 技术条件：按JB/T7653-1994的规定（1）凸模固定板表2.6 矩形固定板（摘自JB/T7643.2-1994）根据落料凹模尺寸及冷冲模标准，查手册，应该选用： 固定板2502002445钢JB/T7643.2-1994 材料：45钢 技术条件：按JB/T7653-1994的规定（2） 凸模垫板表2.7 矩形垫板（摘自JB/T7643.3-1994）根据落料凹模尺寸及冷冲模标准，查手册，应该选用： 垫板250200645钢JB/T7643.3-1994 材料：45钢 技术条件：按JB/T7653-1994的规定4）模架的选用为了保证模架有足够的强度、刚度和精度以使冲裁的工件达

24、到应有的质量，选用应用最广泛的用导柱和导套作为导向装置的模架。本设计选用后侧导柱模架导柱，导套分别装在上，下模架的后侧，凹模面积是导套前的有效区域，可用于冲压较宽条料，且可用边角料。送料及操作方便，可纵向，横向送料。此类模架适用于大批量生产。表2.8 后恻导柱模架（摘自GB/T2851.3-1990）根据冷冲模标准，如图2-10，选用：模架250200220265GB/T2851.3-1990技术条件：按JB/T8050-1999的规定 下模座表2.9 后恻导柱下模架（摘自GB/T2855.6-1990）根据模架尺寸及冷冲模标准，选用： 下模座25020060GB/T2855.6-1990 技

25、术条件：按JB/T8070-1995的规定 上模座根据模架尺寸及冷冲模标准，选用： 上模座25020050GB/T2855.5-1990 技术条件：按JB/T8070-1995的规定 导柱表2.10 A型导柱（摘自JB/T7187.1-1995）根据模架尺寸及冷冲模标准，选用：导柱A32m5210JB/T7187.1-1995 技术条件：按JB/T7653-1994的规定 导套根据模架尺寸及冷冲模标准，选用：导套A32H610045JB/T7187.3-1995技术条件：按JB/T7653-1994的规定表2.11 A型导套（摘自JB/T7187.3-1995） 模柄表2.12 凸缘模柄（摘自

26、JB/T7646.2）根据冷冲模标准，选用：B50JB/T7646.2 材 料：Q235 技术条件：按JB/T77653-1994的规定5）卸料装置设计本设计采用的是用于薄件冲裁的弹性卸料装置，包括卸料板、弹性元件和卸料螺钉。 弹性元件根据配合尺寸以及冷冲模标准，如表2-9，可以选用：聚胺酯弹性体3210.520JB/T7650.9-1995表2.13 聚酯氨弹性体（摘自JB/T7650.9-1995） （mm） 卸料螺钉根据尺寸以及冷冲模标准，可以选用：表2.14 圆柱头内六角卸料螺钉（摘自JB/T7650.461994） 圆柱头内六角卸料螺钉M1070JB/T7650.6 材料：45 热处

27、理硬度3540HRC 技术条件：按GB/T3098.3-2000的规定 数量：4个 卸料板根据凸凹模尺寸，卸料板轮廓尺寸定为200mm200mm18mm。其他尺寸根据卸料装置和安装固定要求确定。材料可以选用45钢。6）推件装置设计 顶板根据模架尺寸以及冷冲模标准，顶板选用：表2.15顶板（摘自JB/T7650.4-1994） （mm） 顶板A40JB/T7650.4 材料：45 热处理硬度4348HRC 技术条件：按JB/T7653-1994的规定 推杆根据尺寸及冷冲模标准，可以选用：表2.16 带肩推杆（摘自JB/T7650.1-1994） （mm）推杆1 推杆A8120JB/T7650.1

28、 材料：45 热处理硬度4348HRC 技术条件：按JB/T7653-1994的规定 顶杆根据尺寸及冷冲模标准，可以选用：表2.17 顶杆（摘自JB/T7650.3-1994） （mm） 顶杆840 JB/T7650.3 材料：45 热处理硬度4348HRC 技术条件：按JB/T7653-1994的规定 数量：2个7）定位零件设计 固定挡料销根据冷冲模标准，如表2-13，选用适当尺寸的固定挡料销：表2.18 活动挡料销 JB/T7649.9-1994 (mm) 活动挡料销6x16 JB/T7649.9 材料：45热处理硬度4348HRC 技术条件:按JB/T7653-1994的规定 导料销根据冷冲模标准，如表2-14，选用适当尺寸的导料销：表2.19 导正销（摘自JB/T7647.3-1994） (mm) 导料销2M616/T119.1 数量：4个 螺钉根据冷冲模标准，如表2.20选用适当尺寸的螺钉：螺钉M10x60GB/T70.1表2.20 圆柱头六角螺钉JB/T770.1-2000 销根据冷冲模标准，选用适当尺寸的销：表2.21销1 销M655GB/T119.1销2 销A880GB/T119.12.26压力机选择及模具的闭合高度1） 压力机选用原则确定压力机规格时，一般应遵循以下原则。