冲压成形工艺及模具设计课设说明书.docx
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冲压成形工艺及模具设计课设说明书
长春工业大学
课程设计说明书
血垣石H々琏《冲压成形工艺与模具设计》
课程戌TT省称课程设计
专业机械工程及其自动化(模具)
班级
学生姓名
指导教师
2015年12月29日
1、设计目的、任务3
2、」一艺分析4
2.1零件功能4
2.2尺寸及精度4
2.3结构分析4
2.4材料分析4
2.5丨】艺分析4
2.6拟定工艺方案5
2.7模具的结构形式分析5
3、排样与搭边设计6
4、工艺力计算7
4.1冲裁力7
4.2卸料力7
4.3推件力7
4.4冲压工艺力总和7
5、压力机的选择8
6、工序工艺尺寸计算9
7、压力中心计算10
8、冲模设计10
8.1、凸凹模设计11
8.2模架的选择13
8.3卸料板的设计14
8.4凸模固定板的设计15
8.5紧固零件的选择15
&6弹簧的选用16
9、模具装酉己17
9.1冲模装配的技术要求17
9.2冲模的装配方法17
9.3冲模的装配工艺过程17
9.4冲模的调试19
9.5冲模的安装19
10、设计总结21
11、参考资料22
1、设计目的.任务
课程设计是在学习专业基础课程的基础上,综合运用所学知识,进行模具设计的基本训练过程。
目的是帮助学生具体运用和巩固《冲压工艺与模具设计》课程及相关的理论知识,了解设计冲压模具的一般程序。
使学生能够熟练地运用有关技术资料,如《冷冲模国家标准》、《模具设计与制造简明手册》、《冷冲压模具结构图册》及其它有关规范等。
训练学生初步设计冷冲压模具的能力,为以后的工作打下初步基础。
设计内容为应用所学冲压工艺学和冲模设计知识,结合给定产品零件图纸,设计
该制件名称为支板,其技术要求为:
1.木产品为落料冲孔件,材料为20钢,厚度为0.8mm;
2.工件对公差要求不高,未注尺寸公差按IT14级制造;
3.工件外观必须平顺,毛边物等均需去除;
4.大批量生产。
2、工艺分析
2.1零件功能
该零件整体属于落料冲孔件,大批量生产,可以作为其他零件的支板。
2.2尺寸及精度
该零件加工要求不高,采用IT14级精度,普通冲裁可满足要求。
2.3结构分析
该零件为落料冲孔件,结构较为简单,整体形状由落料得到,零件右上方为一个冲孔。
该孔的尺寸为4)7.5mm,满足冲裁最小孔径dmin^l.Ot=O.8mm的要求。
孔距己拉伸边之间的最小孔边距为3.75mm,满足冲裁最小孔边距lmin^2t=l.6mm的要求。
所以,该零件的结构满足冲裁要求。
2.4材料分析
20钢的20是指含碳量,含碳量为0.2%,属于低碳钢。
钢中含碳量越高其韧性越差,铁中含碳量越高其韧性越好。
该钢属于优质低碳碳素钢,冷挤压、渗碳淬硬钢。
该钢强度低,韧性、塑性和焊接性均好。
抗拉强度为253-500MPa,伸长率224%,具有较好的冲压成形性能。
2.5工艺分析
零件整体形状简单、对称,直线、曲线的连接处为圆角过渡。
其主要的形状、尺寸可以由冲裁和冲孔工序获得。
且选用20号钢,其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径,且工件精度要求不高,不需要校形。
因此,该零件可以用冷冲压加工成形。
2.6拟定工艺方案
该零件包括落料,冲孔多道工序,可以采用以下三种方案进行加工。
方案一:
采用单工序模生产。
方案二:
采用复合模生产。
方案三:
采用级进模生产。
方案一为单工序模,模具简单,但需要多道工序,多副模具,生产效率低,零
件精度较差,在生产批量较大的情况下不适用。
方案二为复合模,只需一副模具,冲压件的行位精度和尺寸精度易保证,且生产效率高,尽管模具结构较方案一较复朵,但由于零件的几何形状简单,模具制造并不困难。
方案三为连续级进模。
虽然也只需要一副模具,生产效率也很高,但与方案二相比较生产的零件精度不高,欲保证零件的形位精度,需在模具上设置导正销导正,模具制造装配略复杂。
因此在分析三个方案以后,和大批量生产工件等多个方面因素考虑,采用方案二生产最佳,即复合模生产。
2.7模具的结构形式分析
根据零件的冲裁工艺方案,采用倒装式复合模。
倒装式复合模通常采用刚性推件装置把卡在凹模中的冲件推下,刚性卸料装置由打杆、推板、连接推杆和推件块组成。
冲孔废料直接由冲孔凸模从凸、凹模内孔推下,无顶件装置,结构简单,操作方便。
3、排样与搭边设计
本设计采用直对排形式,如图3-1所示。
图3-1
1/1
由排样图,查表3-9知搭边值a=l.2mm,b=l.Omm
式中d——侧面搭边值b——冲件之间的搭边值
1)导料板之间无侧压装置时条料宽度:
B=(Qm/2")=4O.5+2xl.2=42.9mm
2)导料板间距离:
A=D_+2“+C=42.9+0.5=43.&nm代值表3-12)
3)送料步距:
5=D+b=45.0+1.0=46mm
4)裁板方法
板料规格选用0.8mmX1000mmX500mm,
每张钢板裁板条数nl:
灿=500+42.9=11.6取n每条裁板上的工件数仏:
仏=&-3於=(1000-1)/46=21.7取21每张钢板上的工件总数:
M广灿><^=11x21=231
5)材料利用率A«1091cm2
n=—x100%=50.4%
人LB
4、工艺力计算
4.1冲裁力F=kLtT
F-冲裁力,N;L-冲裁周边长度,mm;
丫-材料厚度,mm;K-系数。
取1.30
材料抗剪强度,MPa;查《冲压成形工艺与模具设计》附录2,因为材料为20钢,故取t=350MPao
(1)外形落料冲裁力人L^161mm
F=l.3X161X350X0.8=58.6KN
(2)切边冲裁力笃
Ll=7.5X3.14X2二47.1mm
Fl=l.3X47.1X350X0.8=17.1KN
(3)总的力为Fz=58.6+17.1=75.7KN
4.2卸料力Fx=KXF
K-卸料力系数,查《冲压成形工艺与模具设计》表取0.05,
Fx=心10.05x75.7=3.79KN
4.3推件力FT=nKTF
KT-推件力系数,查《冲压成形工艺与模具设计》表取0.55,
斤-同时卡在凹模内的冲裁件(或废料数),“i",取1。
・•・Ft=\x0.55x75.7=41.64KN
4.4冲压工艺力总和
采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模
Fz=F+Fx+Ft
・・・Fz=75.7+3.79+41.64=121.13A7V
5、压力机的选择
根据总冲压力121.13KN,故选择公称压力为160KX的开式双柱可倾压力机就能满足生产要求。
型号为JH23-16,具体数据如下。
型号
JH23-16
单位
公称力
160
KN
滑块行程
50
mm
滑块行程次数
150
次/min
最大闭合高度
220
mm
最大装模高度
180
mm
闭合高度调节量
45
mm
丄作台尺寸前后
300
mm
左右
450
mm
垫板尺寸
厚度
40
mm
孔径
210
mm
模柄孔尺寸
直径
40
mm
深度
60
mm
电机功率
1.5
KW
模具的闭合高度计算
H二20+10+15+(20-5-0.8)+15+10+20二104.2符合要求
6、工序工艺尺寸计算
冲裁刃口尺寸,冲裁模初始间隙值,查《冲压成形工艺与模具设计》表3-5,取,
Zmin=°・gZmax-°・°56则Zmaj.-Zmin=0.016W/72。
磨损系数x,查《冲压成形工艺与模具设计》表3-7。
孔7.5mm,取x=0.75;45mm,x=l;33mm,x=0.5。
凸凹模制造公差按IT6和IT7级设计。
冲孔.%=(〃min+xA)纭,=(7.5+0.75x0.l)Zo.oo8—7.575^0008
%=©+Z丽沪=(7.575+0.04)捫2=7.615捫2
校核
^+K|^zmax-zmin
0.008+0.012>0.016(不满足间隙公差条件)
5p=0.4x0.016=0.0064mm
戈=0.6x0.016=0.0096nm
i/i
+=x0.12丄nm
落料件:
A/=(Anax-^)4=(45-1x0.12)。
“=44.88严如
Bd=(Cmin+丄△)±丄△=(22-0.22+-x0.44)±-x0.44=22±0.055mm
2828
Ed=(Cluin+-A)±-A=(33-0.5+-xl)±-xl=33±0.125mm
2828
Rrf=(Rmax-xA)^=(7.6-0.75x0.1)严§=7.525捫§
Rp&-Zmax)^=(7.525—0.040)爲6=7.485爲6
校核
5+0后乙疵-ZmH1
0.025+0.016>0.016(不满足间隙公差条件)
心=0.6x0.016=0.010mm5p=0.4x0.016=0.006mm
R厂7.485九
模具压力中心是指冲压时各个冲压部分冲压力合力的作用点。
为了确保压力机和
模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
对于带有模柄的冲压模,压力中心应通过模柄的轴心线。
否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨之间产生过大的磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心,可按下述原则来确定:
(1)对称形状的单个冲裁件,冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
冲裁直线段
时,其压力中心位于直线段的中点。
(2)工件形状相同且分布位置对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
(3)冲裁形状复杂的零件或多凸模的零件时,其压力中心可以通过解析计算法求出。
1/1
现在需要冲孔的零件是一个非对称件,其压力中心就是其几何中心。
8、冲模设计
模具结构组成
工作零件一一直接对坯料、板料进行冲压加工的冲模零件如冲孔凸模、落料凹模;
定位零件一一确定坯料在冲模中正确位置的零件,如导料销和挡料销;
卸料及压料零件一一将冲切后的零件或废料从模具中卸下来的零件,如卸料板;
导向零件一一用以确定上下模的相对位置,保证运动导向精度的零件,如导柱导套;
支撑零件一一将凸模、凹模固定于上、下模上,以及将上下模固定在压力机上的零件,如上模座、下模座等;
连接零件一一把模具上所有的零件连接成一个整体的零件,如螺钉、销钉等。
8.1、凸凹模设计
1、具有落料凹模,冲孔凸模作用的凸凹模,结构如8-1所示
当材料厚度t=0.8mm时,查宛强表3-24得K二0.35
凸凹模厚度H二Kb二0.30X45=13.5mm取H二15mm
则凸凹模外形尺寸=80x100x15
图8-1
2、具有落料凸模,冲孔凹模作用的凸凹模,结构如8-2所示
凸模是以外形为工作表而的零件,是冲模中直接成形冲压件的凸形工作零件。
冷冲模的凸模结构主要包含两部分,即工作部分和安装部分。
工作部分是直接完成冲压加工的部位,安装部分是通过固定板安装在模座上。
通常凸模都设计为整体式。
45
图8-2
8.2模架的选择
后侧导柱模架的特点是导柱装置在后侧,横向和纵向送料都比较方便,但由于偏心载荷的作用将加剧导向装置以及凸、凹模之间的磨损,从而影响磨具寿命。
次模架一般用于较小的冲模。
模架:
选用后侧导柱模架
凹模周界:
140mm,
闭合高度:
90~130mm;
上模座:
140X20;
下模座:
140X20;
导柱:
20X90;
导套:
20X23X65;
得到的模架如下图8-3所示
图8-3
8.3卸料板的设计
卸料板包括刚性卸料板和弹性卸料板两种形式,通过螺钉、弹簧固定在模板上。
弹性卸料板的卸料力较小,但在冲压成型过程中还能起到压料作用,冲裁质量较好,多用于薄板的卸料。
采用弹性卸料板时,工作空间敞开,操作方便,生产效率较高。
弹性卸料板载冲压前对毛坯有预压作用,冲压后也可以是冲压件平稳卸料。
如图8-4所示
弹性卸料板的选择:
(1)卸料板作为凸模导向,卸料板孔与凸模按H7/h6配合
(2)卸料板底部高出凸模底面的尺寸为0.2~0.8mm,取0.5mm
(3)卸料螺钉底部距卸料板底面a>0.3mm
(4)卸料板厚度取5mm,外形80x100mm
图8-4
8.4凸模固定板的设计
固定板主要用于固定中小型的凸模和凹模。
用固定板固定凸模或凹模时,应紧固牢靠并保证平面与凸模或凹模的中心线有良好的垂直度。
固定板的上、下表面应磨平,并与凸模安装孔的轴线垂直。
凸模固定板厚度H二15mm,外形80x100mm
8.5紧固零件的选择
紧固零件是将两个或两个以上的零件(或构件)紧固连接成为一个整体式所采用的一类机械零件。
常用的冲模紧固零件主要包括螺栓、螺钉、螺母和圆柱销等。
内六角螺钉紧固牢靠,螺钉头部不外露,可以保证模具外形安全美观,其中M6〜M12mni的螺钉最为常用。
销钉用于连接两个带通孔的零件,起定位作用,承受一般的错移力。
同一个组合的圆柱销不少J•两个,一般选用d二6mm、8mm、10mm、12mm等几种尺寸。
其配合深度不小于其直径的两倍,也不宜太深。
8.6弹簧的选用
弹簧选择的原则:
(1)所选弹簧必须满足压力的要求,即
(2)所选弹簧必须满足压缩量的要求。
(3)所选弹簧必须满足模具空间结构的要求。
选择适用的弹簧:
(1)根据模具结构空间尺寸,拟选弹簧个数「20
(2)计算每个弹簧应有的预压力Fy二Fx/n二3790/20二189.5N
(3)由2Fy估算弹簧极限工作负荷Fj=2Fy=2X189.5=379No查GB/T2089-2009普通圆柱螺旋压缩弹簧国标,初选弹簧的规格为弹簧直径d二3mm,弹簧中径》=14mni,弹簧圈数n=2.5圈,弹簧自由高度H^lSmm,弹簧极限工作负荷Fj二1376N,弹簧极限压缩量hj=12mm
(4)计算弹簧预压缩量
hy=Fy•hj/Fj二189.5X12/1376=1.6mm
(5)校核h二hy+hx+hm二1.6+1.5+l+5=9.1mm<12mm
所选弹簧是合适的。
(6)该弹簧的装模高度
h'=h0-hv=18-l.6=16.4mm
9、模具装配
9.1冲模装配的技术要求
冲模装配后,模具上、下模座的上平面与下平面要保持相互平行,其平行度公差在400mm测量范围内为IT5-IT6级,在400mm以上测量范围内为IT6-IT7级;模柄的轴心线应与上模座的上平面垂直,其垂直度公差在全长范围不大于0.05mm;导柱、导套的轴心线应分别垂直于下模座的下底面与上模座的上平面,同时保证导柱、导套的配合间隙均匀,上模座沿导柱上、下移动时应平稳无阻滞现象;凸模与凹模的间隙沿工作型面应均匀一致,符合设计要求;模具的闭合高度及安装于压力机上各配合部位的尺寸,均应符合所选压力机的规格要求;模具装配时应考虑易损零件便于更换。
9.2冲模的装配方法
冲模的装配方法有配作装配法和直接装配法两种。
配作装配法是在零件加工时,只需对有关工作型面或型孔部位进行高精度加工,其余部位则按经济加工精度确定制造公差,装配时,由钳工采取配作或调整等方法使各零件装配后的相对位置保持正确关系,满足预定的装配精度要求。
这种方法装配时耗费的工时较多,且需要的钳工有很高的实践经验和技术水平。
直接装配法是装配前将模具所有零件的型而、型孔及安装孔等全部按图样加工完毕,装配时只需把各零件按一定的顺序和方法联接在一起即可。
这种装配方法简便迅速,且便于零件的互换。
综合考虑,选用直接装配法为冲模的装配方法。
9.3冲模的装配工艺过程
冲模装配的工艺过程就是将冲模零件装配成模具整体的过程。
在冲模装配前,认真研究模具设计图样和冲模装配技术验收条件,根据装配图上的零件明细表清点和清洗零件,清理布置好装配场地,准备好必要的装配工具、夹具、量具和所需辅助材料。
组件装配:
组件装配是指在冲模总装配前,将两个或两个以上的零件按照规定的技术要求连接成一组件的局部装配工作。
(1)模柄的装配。
压入式模柄的装配方法是先将上模座翻转并用等高垫铁支承后将模柄压入,然后用角尺检查模柄轴线与上模座上平面的垂直度,符合要求后再加工防转销孔,并装入防转销,最后在平面磨床上将模柄端面与上模座的下平面一起磨平。
(2)导柱、导套的装配。
因为导柱、导套与模座的配合均为过盈配合,所以一般都在压力机上将导柱、导套压入模座的。
压入导套时,先将上模座反置套在导柱上,以导柱为引导件将导套适量压入上模座,再取走下模座,继续将导套的配合部分全部压入。
压入后导柱、导套其固定端端面应比相应模座的底面低2~3和“。
(3)凹模与凸模的装配。
凹模直接用螺钉和销钉与下模座联接。
凸模与固定板以钏接固定和台肩固定。
装配时,在压力机上调好凸模与固定板的垂直度,然后将凸模压入固定板,再检查凸模对固定板支承面的垂直度,合格后对钏接式凸模用锤子和凿子将凸模上端钏合,最后在平面磨床上将凸模上端面与固定板一起磨平。
(4)卸料板的装配。
卸料板直接采用卸料螺钉和弹簧安装在凸模固定板上,并要求安装完成后凸模与卸料板之间的双边间隙为02讪。
总装配:
总装配是将模具零件和组件结合成一副完整模具的过程。
由于该模具采用的是导柱、导套导向装置,装配时先装配模架(由上模座、下模座、导柱导套构成),再进行凸、凹模零件和其他结构零件的装配。
9.4冲模的调试
冲模的调试要求从冲模的外观、试冲材料、试冲设备、试冲零件数量、模具交付要求等进行调试。
主要是为了鉴定冲压件和模具的质量,确定冲压件的形成条件,确定冲压件的毛坯形状尺寸及用料标准,通过调试过程中发现问题、分析问题和解决问题,可不断积累经验,从而有助于提高模具设计与制造水平。
9.5冲模的安装
(1)检查冲模及压力机的技术状态。
安装冲模以前,应先检查冲模的安装及使用要求与压力机的有关技术规格是否协调一致,部件是否灵活可靠,压力机的离合、制动及操纵机构等是否能正常工作。
(2)清除压力机滑块底面、工作台面及冲模上模座的上平面与下模座的下底面异物,不得有任何污物及金属渣屑存在。
(3)准备好安装冲模用的紧固螺栓、螺母、压板及垫块等。
(4)用手扳动压力机飞轮,将压力机的滑块调至上止点位置,并转动压力机调节螺杆,将连杆长度调到最短。
(5)将冲模置于压力机工作台或垫板上,移至近似工作位置。
(6)用手扳动压力机飞轮,使滑块慢慢靠近上模,并将模柄对准滑块孔,然后再使滑块缓慢下移,直至滑块下平面贴紧上模座的上平面后,拧紧紧固螺钉,将上模固紧在滑块上。
(7)通过调整连杆长度,将压力机闭合高度或装模高度调至与模具闭合高度相符。
(8)启动压力机,使滑块停在上止点。
擦净导柱、导套及滑块各部位,加以润滑油,再开动压力机空行程2~3次,依靠导柱和导套的自动调节把上、下模导正。
然后将滑块停于下止点,用压板、垫铁和螺栓将下模固紧。
(9)送入条料进行试冲。
根据试冲情况,调整压力机闭合高度(或装模高度),直到能冲出合格冲压件。
10、设计总结
通过木次课程设计,让我更加熟悉的掌握了模具的结构和基本设计,稳固了这学期学习的知识,将理论与实践联系在了一起,同时也让我们从中得到锻炼,更加熟练的掌握了CATIA、CAD软件的使用,为了使这次课程设计做得更好,通过小组的不懈努力,圆满的完成了这次任务,也使我们从中体会了“团队合作”力量。
在这次设计中遇到的种种问题,通过不断的查阅资料,也让我们补充了新的知识。
这次的课程让我对冲压工艺及模具的设计有了更加深入的了解,尤其是在查阅资料的经验方面,受益尤多。
因为我们以后到了工作中的时候,就没有老师在指导你应该干什么了,必须靠自己的力量,主动的解决在工作中遇到的问题。
这就对我们自己搜集资料,通过各种渠道获取自己想要信息的能力提出了很高的要求。
而课程设计刚好锻炼了我们的这种能力。
因为在整个课程设计中,查阅到自己所需的资料可以说是一个很重要的组成部分。
他对我们搜集资料的能力的提升无疑是巨大的。
这次的课程设计我学到了很多的东西,这些东西对我以后的工作都有很大的帮助,我即将带着这笔巨大的财富开始自己的职业生涯,以积极的态度面对以后的学习和工作。
6.《冲压工艺及模具设计》(第2版),侯义馨编,兵器工业出版社;
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