冲孔落料复合模毕业设计论文.doc

湘潭大学

课程设计说明

题 目： 弹簧卡箍

学 院： 机械工程学院
专 业： 材料成型及控制工程
学 号： 2009501205
姓 名： 1232
指导教师： 肖良红老师
完成日期： 2013-03-13

目 录
前言
第一章 设计任务————————————————3
1.1零件设计任务———————————————3
1.2分析比较和确定工艺方案——————————3
第二章 计算冲裁压力、压力中心和选用压力机———5
2.1排样方式的确定及材料利用率计算——————5
2.2计算冲裁力、卸料力————————————5
2.3确定模具压力中心—————————————6
第三章 模具工作部分尺寸及公差—————————7
3.1冲孔部分—————————————————7
3.2落料部分—————————————————7
第四章 确定各主要零件结构尺寸—————————9
4.1凹模外形尺寸确定—————————————9
4.2其他尺寸的确定——————————————9
合模高度计算———————————————9
第五章 模具零部件结构的确定—————————————9
感言 ———————————————10

前 言
　在现代工业生产中，模具时重要的工艺装备之一，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型，模具车成型由于具有优质高产省料和低成本等特点现已在国民经济各个部门得到了广泛的应用。
模具产业是高新技术产业的一个组成部分，目前我国模具企业就达到3万多家，电子产品、航天航空领域都离不开精密模具。许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。
模具课程设计是一个很专业的训练环节，学生通过对金属制件的冲孔和落料，成型工艺和模具的综合分析设计，训练，要求达到如下目的：
1·通过课程设计，帮助学生具体运用和巩固模具设计课程及相关课程的理论知识，了解冷冲模的一般设计的方法和程序。
2·训练学生查询相关资料，如：《冲压模具简明设计手册》，《冲压模具设计和加工计算速查手册》，使学生能熟练地运用有关资料，熟悉有关国家标准，规范，使用经验数据，进行估算等方面的全面的训练。
3·掌握模具的基本设计方法和程序，综合运用相关专业的理论知识，并按照有关的设计技术规范，进行冲压模具设计的基本技能训练，为今后在实际的工程设计中打好必要的基础。

一、零件工艺性分析
工件为图1所示的落料冲孔件，材料为10钢，材料厚度1mm，生产批量为大批量。工艺性分析内容如下：

1材料分析
10钢为优质碳素结构钢，具有良好的成型性能，抗剪切强度，为260~340 Mpa，屈服强度为295-430 MPa，屈服强度为210 MPa，伸长率26%。其力学性能是强度，硬度低，塑性韧性好具有较好的冲裁成形性能。

2结构分析
零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中部有一圆孔，孔的最直径为6mm，满足冲裁最小孔径dmin≥1.0t=1mm的要求。另外，经计算圆孔距零件外形之间的最小孔边距为9.5mm，满足冲裁件最小孔边距lmin≥1.5t=1.5mm的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。
3精度要求
零件上的尺寸均未标注尺寸偏差，为自由尺寸，可按IT10~IT14级精度补标工件尺寸公差。选定IT10确定尺寸的公差, 孔Φ9取IT9。
。
二、冲裁工艺方案的确定
零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下：
方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。
方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。
方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。
方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，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。方案二只需一副模具，冲压件的形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复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。
所以，比较三个方案采用方案二生产。
三、零件工艺计算
1.刃口尺寸计算
根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。
查得凸、凹模最小间隙Zmin=0.10mm，最大间隙Zmax=0.14mm，X=0.7
Zmax－Zmin＝ 0.14mm－0.10mm＝0.04mm
1）落料件尺寸的基本计算公式为

查得磨损系数x=1
凸模制造公差,
凹模制造公差
长47.08mm， ，
，
长5mm， ，
，
高12mm，
，
高6.5mm， ，
，
2）冲孔件尺寸的基本计算公式为

查得磨损系数x=0.75
凸模制造公差,
凹模制造公差
孔Φ6，

2.排样计算
分析零件形状，应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有图2所示两种。
查表得延边a=,1.8工件间a1=1.5

方案a

方案b
比较方案a和方案b，方案b所裁条料宽度过窄，剪板时容易造成条料的变形和卷曲，所以应采用方案a。现选用4000mm×1000 mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。
（1）裁成宽60.68mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

（2）裁成宽60.68mm、长4000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

比较以上两种裁剪方法，应采用第1种裁剪方式，即裁为宽60.68mm、长1000mm的条料。其具体排样图如图3所示。
3.冲压力计算
计算冲裁力的目的是为了合理地选用压床和设计模具。压床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。
平刃模具冲裁是，其冲裁力F0可按下式计算：

式中 t——材料厚度，1mm;
——材料抗剪强度（Mpa）；
L——冲裁周长，164.16mm;

m——与相对间隙有关的系数，取1.2;
——材料抗拉强度，取400MPa
考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，十级所需冲裁力还须增加30%，即

经计算≈260 Mpa
冲孔冲裁力为： ;
推荐力：
顶件力：
卸料力：
F——冲材力；
n——同时梗塞在凹模内的零件数，;
t——为材料厚度；
h——圆柱形凹模腔口高度；
K1、 K2 、K3——推件力、顶件力及卸料力系数，查表得0.055 ，0.06 ，0.05
计算得：
9141N;
3324N;
2770N;
采用弹性卸料装置和上出料方式的总冲裁力为：
=67.3KN;
初选设备为开式压力机J23—16B。

4.压力中心计算
零件外形为对称件，中间的异形孔虽然左右不对称，但孔的尺寸很小，左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小，所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。

四、冲压设备的选用
根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾压力机J23—16B，其主要技术参数如下：
公称压力：160kN
滑块行程：70mm
最大闭合高度：220 mm
闭合高度调节量：60 mm
滑块地面尺寸：180mm×220mm
工作台尺寸：300 mm×450 mm
工作台孔尺寸：110 mm×220 mm
模柄孔尺寸：φ30 mm×50 mm
五、模具零部件结构的确定
1.标准模架的选用
标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。由凹模高度和壁厚的计算公式得，凹模高度，
凹模壁厚。
所以，凹模的总长为 （取121mm），
凹模的宽度为 。
模具采用后置导柱模架，如图：

图6 模架
1——上模座 2——下模座 3——导柱 4——导套
本次设计选用导柱导套式，其布置方式为后侧布置。根据冲压工序性质、冲件精度以及模具寿命等要求，导柱和导套的配合精度选择。导柱和导套为间隙配合，要求配合便面坚硬和耐磨，且有一定的强韧性，常用20号钢制作，表面经过渗碳淬火处理，硬度为HRC58～62，渗碳层深度0.8～1.2mm。

根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座125mm×100mm×35mm，下模座125mm×100mm×45mm，导柱22mm×130mm，导套22mm×70mm×28mm。

2 .卸料板的设计
卸料装置有刚性卸料装置、弹性卸料装置和废料切力等形式。本次设计选择弹性卸料板，属于弹性卸料装置，装在凹模和导料板上。它结构简单，卸料力较小，主要用于板厚在1.5mm以下薄件的卸料工作。
弹性卸料板厚度与卸件尺寸与卸料力有关，对于中小件卸料一般取5至10mm，该处取8mm。
3. 冲孔凸模的设计
①凸模的结构形式与固定方法
凸模的固定方法很多，一般凸模固定时要注意下列问题：
（1）异形凸模要有防转措施；
（2）有导向装置的凸模，稳定性好，可利用卸料板是凸模导向，但要注意他们的配合尺寸；
（3）冲小孔，凸模必须考虑导向和保护；
（4）快速装换凸模机构可靠性要好。
本次设计所选用的圆形凸模结构及固定方法如图8所示：

图8 冲孔凸模
为了增加凸模的强度和刚度，凸模做成台阶式，用固定板固定，台阶处圆滑过渡，以避免应力集中。小端是工作部分，其尺寸和公差根据工件尺寸和制造方法确定。中间台阶与凸模固定板过渡配合（H7/m6）。最大台阶是用其台肩保证凸模在卸料时不被拉出。
②凸模长度的确定
凸模长度一般是根据模具的具体结构来确定。本次设计采用固定卸料板和导尺的模具结构，凸模长度用下列公式计算：
（公式19）
式中 L——凸模长度（mm）;
——凸模固定板厚度（mm）；
——凸凹模固定板（mm）；
——卸料板厚度（mm）；
——凸模进入凹模的深度（0.5～1mm）；
——附加长度，包括凸模的修模量及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板之间的安全距离等。一般取h=15～20之间。
所以凸模长度为
L=8+13+1+3=25（mm）
③凸模强度校核
对于特别细的凸模或小凸模冲裁厚而硬的材料是，必须进行凸模承压能力和抗纵向弯曲能力的校核。但是一般情况下，凸模的强度时足够的，没有必要作强度校核。

4.卸料装置中弹性元件的计算
模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：
橡胶工作行程=卸料板工作行程+模具修磨量（4mm~6mm）
即 H工作=h工作+h修磨
h工作=h1+h2+t
式中 h1—凸模进入卸料板的高度1mm;
t—板料厚度0.5mm
即 h工作=h1+h2+t=1+0.5=1.5
H工作=h工作+h修磨 =1.5+（4~6）=5.5~7.5
取 H工作=6mm
橡胶的自由高度H自由，橡胶的工作高度取自由高度的25%，即可得
H自由=4H工作=24mm
查表得 矩形橡胶在预压量为30%时的单位压力为1.52MPa 橡胶截面积：
式中 A—橡胶垫横截面积（mm）
F—橡胶产生的压力，设计时取大于或等于卸料力(N)；
P—与橡胶垫压缩量有关的单位压力(Mpa)

选取两块橡皮，即每块橡皮的面积为A1= 471mm2
D= = 24.5mm
取 D=25mm
橡胶的校核：
橡胶的校核要求橡胶的高径比在0.5～1.5之间。
在此0.5＜==0.96,＜1.5
选用的两块φ25×28的橡胶垫即可以满足要求
凸模、凹模固定板的计算
凹模固定板的平面尺寸与凹模的外型尺寸相同，厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍根据凹模的外形尺寸可以得到凸模固定板的长度L=110mm,宽度B=80mm，H=(0.6～0.8) ×16=9.6～12.8;
查中国模具设计大典续表22.5-15, 取其高度H=12mm
选用材料为45钢,固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6,压装后将凸模端面与固定板一起磨平。9.3、上下垫板
垫板的用于直接承受凸模的压力，以降低模坐的单位压力，防止模坐被局部被压陷。查表取垫板厚度为6mm.
其外形尺寸为121×90×6mm

六、模具装配图(在后页)

结束感言
在这一个星期的学习中，经过老师的辛勤的指导，我受益颇多。这次实训，可以说这次是大学学习生涯中最重要的一次实训，以前的实训，都是为这次打好基础。在这期间，我学习了如何合理的设计一整套模具，对自己的能力有一个完整的认识，同时也提升了自己的多方面能力，为大学毕业以后找工作奠定了坚实的基础，不会茫然不知所措，不会问什么都一窍不通。然而，这次实训我们学习的只不过是一些皮毛，更深层的还在于我们以后自己的学习探索，俗话说：“要想为事业多添一把火，自己就得多添一捆材”。我对此话深有感触。要想事业更加成功，在校期间我们就应该更加努力学习。我们和老师交流的时，使我们对社会工作经验有了许多认识，工作时要求是严格的，不会马马虎虎，自己做出的东西自己要负责。同学之间也互相帮助，和同学讨论，帮助别人的同时也充实巩固了自己。
在以后的学习中，应该更加努力，不能荒废时间，渊博的知识对自己的工作是一个极其强大的助力。不能粗心，要仔细。
最后，对耐心指导我们的老师们，祝你们工作顺利，天天开心

附送装配图
拍样图

凹模，

凹凸模固定板

凸模

装配图

主图