冲压工艺与模具设计课程设要点模板.doc

冲压工艺和模具设计课程设计说 明 书设计题目柴油机滤清器外壳底孔 冲压单工序模设计 系 别 _专业班级 _学生姓名 _学 号 _指导老师 _日 期 _目录一、零件说明。3二、零件工艺性分析。41、材料分析。42、结构分析。43、精度分析。4三、工艺方案确定。4四、压力中心计算。5五、冲裁力、卸料力、推件力、顶件力及总压力计算。5六、冲裁凸凹模刃口尺寸计算。6七、其它关键零件设计。71、凹模设计。72、凸模设计。83、模架选择。94、卸料板设计。105、垫板设计。116、定位板设计。127、凸模固定板设计。128、弹簧选择。13八、压力机选择。13九、模柄选择。14十、紧固零件选择。14十一、各零部件材料及要求。15十二、该模具设计优缺点。15十三、心得体会。15十四、参考文件。17一、零件说明制件以下图所表示：该制件名称为柴油滤清器外壳，其技术要求为： 1，未注尺寸公差按GB/T15505m级; 2，毛刺小于0.15; 3，质件要求平整，不许可有拉裂、起皱现象; 4，中批量生产；材料：08F，t=1.5mm设计任务：冲出滤清器外壳底部孔。二、零件工艺性分析1、材料分析（摘自GB/T 699-1999） 该制件材料为08F，属于优质碳素结构钢，强度、硬度低，塑性极好，深冲压、深拉延性好，冷加工性、焊接性好。成份偏析倾向大，时效敏感性大，故冷加工时，可采取消除应力热处理或水韧处理，预防冷加工断裂。化学成份（）：C：0.050.11，Si0.03，Mn：0.250.50，Cr0.10， Ni0.30，Ca0.25力学性能：抗剪强度为270340MPa，抗拉强度b大于300MPa，屈服强度s为180MPa，断面收缩率60%，伸长率大于35%。2、结构分析 该零件为圆筒形件，其底部有一孔，为此次设计内容。该孔尺寸为14.5mm，满足冲裁最小孔径dmin1.0t=1.5mm要求。孔距已拉伸边之间最小孔边距为9.3，满足冲裁最小孔边距lmin1.5t2.25mm要求。所以，该零件结构满足冲裁要求。3、精度分析 图示零件未标注尺寸公差要求，按GB/T15055m级可查得孔尺寸公差为0.40mm，一般冲裁能够达成零件精度要求。由以上分析可知，该零件冲裁性能好，冲裁加工能够达成设计要求。三、工艺方案确定该零件工序有五道，有：落料、一次拉深、二次拉深、三次拉深、冲孔。其工艺路线有两条：方案一： 落料、一次拉深、二次拉深、三次拉深、冲孔方案二： 落料、冲孔、一次拉深、二次拉深、三次拉深因为拉深件上全部孔，均应安排落料以后进行冲孔，以防落料时大变形力使孔边缘变形，所以采取方案一。四、压力中心计算模具压力中心是指冲压时各个冲压部分冲压力协力作用点。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模压力中心和压力机滑块中心相重合。对于带有模柄冲压模，压力中心应经过模柄轴心线。不然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磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机使用寿命。 冲模压力中心，可按下述标准来确定：（1）对称形状单个冲裁件，冲模压力中心就是冲裁件几何中心。冲裁直线段时，其压力中心在直线段中点。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模压力中心和零件对称中心相重合。（3）冲裁形状复杂零件或多凸模零件时，其压力中心能够经过解析计算法求出。 现在需要冲孔零件是一个筒状件，在其底部正中心需要冲孔，所以其压力中心就是其几何中心。五、冲裁力、卸料力、推件力、顶件力及总压力计算计算冲裁力目标在于合理选择压力机和设计模具。冲裁力是指冲裁过程中最大剪切抵御力。它是伴随凸模切入材料深度而改变，当材料达成了剪切强度时，便产生裂纹且材料相互分离，此时冲裁力是最大值。选择压力机就是按冲裁力最大力计算。冲裁后，因为板料弹性恢复，使零件（或废料）仍梗塞在凹模洞口内，需要把零件（或废料）从凹模洞口推出或顶出。把从凹模洞口顺冲裁方向推出力称推件力Ft；把逆冲裁方向从凹模洞口顶出力称顶件力F。一样，因为冲裁后板料弹性恢复，使废料（或零件）紧卡住凸模，需要把这废料（或零件）从凸模上卸下来力称卸料力Fx。此处所设计模具为冲孔模，经过卸料板将卡在凸模上零件卸下来，有卸料力存在。采取凹模刃口为阶梯式，在冲裁是会有废料卡在凹模中，又需要推件力。因为所冲完废料是直接从凹模落下，所以不需要在凹模下设置顶料装置，故不存在顶料力。查参考文件2表2-86得08F抗剪强度=220310MPa，取=300MPa，查参考文件6表3-11得Kx=0.04-0.05mm，取0.045mm，Kt=0.055mm。查参考文件2表4-2，得冲裁刃口高度h810mm，取h=10mm。F= KLt=1.33.1414.51.5300=26.635kNFx=KxF=0.04526.635=1.199KNn=h/t=10/1.5=6件FtnKtF60.05526.635=8.790KNF=FFxFt36.624KN六、冲裁凸凹模刃口尺寸计算 凸模和凹模刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件尺寸精度。模具合理间隙也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来确保。 在计算模具刃口尺寸及其制造公差时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其标准以下： （1）落料 落料件光面是因凹模刃口挤切材料产生，所以其光面尺寸和凹模尺寸相等，故应以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口磨损而增大，为确保凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料件凹模基础尺寸应取工件尺寸公差范围内较小尺寸。而落料凸模基础尺寸，则按凹模基础尺寸减最小初始间隙。 （2）冲孔 孔光面是凸模刃口挤切材料产生，所以其光面孔径和凸模尺寸相等，故应以凸模尺寸为基准。又因冲孔尺寸会伴随凸模磨损而减小，故冲孔凸模基础尺寸应取工件孔尺寸公差范围内较大尺寸。而冲孔凹模基础尺寸则按凸模基础尺寸加最小初始间隙。 （3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件公差要求。假如对刃口精度要求过高( 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；假如对刃口精度要求过低(即制造公差过大)，则生产出来制件可能不合格，会使模具寿命降低。刃口尺寸计算方法 因为模具加工方法不一样，凸模和凹模刃口部分尺寸计算公式和制造公差标注也不一样，刃口尺寸计算方法可分为两类，一个是凹模和凸模分别加工法，另一个是凹模和凸模配合加工法。分别加工法是指凸模和凹模分别按图纸标注尺寸和公差进行加工，冲裁间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来确保，需要分别标注凸模和凹模刃口尺寸和制造公差(凸模p、凹模d)。其优点是含有交换性，但受到冲裁间隙限制，它适适用于圆形或简单规则形状（方形或矩形）冲压件。配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后依据基准件实际尺寸按间隙配置另一件。这种加工方法特点是模具间隙由配置确保，工艺比较简单，而且还可合适放大基准件制造公差，是制造轻易。通常工厂常常采取这种加工方法。冲孔凸凹模刃口计算查参考文件1表19.1-7得Z=0.240mm Z=0.132mm，表19.1-9得=-0.020mm =+0.020mm，表19.1-10得x=0.5冲孔凸模 d=（dx） =14.5mm冲孔凹模d(d + Z)=14.632mm校核间隙|p |+ |d |=（0.02+0.02）mm=0.04mmZnax-ZMIN(0.240-0.132)0.108mm,故符合条件。七、其它关键零件设计1、凹模设计常见凹模结构形式有筒带式、锥孔式、阶梯式、过渡圆锥台式和低硬度凹模等。筒带式凹模优点是刃口强度高，刃磨后凹模工作尺寸不增大，适合于冲裁形状复杂、尺寸精度要求比较高冲裁件凹模选择。锥孔式凹模优点是凹模洞口内集料少，洞壁承受来自冲裁件或废料胀力和摩擦力大为减小，所以卸料力大幅度降低。然而，此种刃口强度比较低，刃磨后凹模工作尺寸略有增大，故适合于冲裁件形状简单、尺寸精度为IT10IT12级，板料厚度较薄、生产批量不大冲裁件凹模选择。阶梯式凹模刃口厚度h较大，对顶件器导向性好，适合于向上推件凹模选择。其缺点是工作时顶件器和冲裁件均频繁和刃口壁摩擦，从而造成刃口尺寸增大。过渡圆锥台阶式凹模优点是可增强刃口强度，漏料部位呈圆形又使得凹模制造方便，这种凹模结构形式关键适合于当冲裁尺寸小于5mm时圆形冲裁件凹模使用。低硬度凹模硬度通常为40HRC左右，适合于冲裁软而薄金属和非金属材料凹模选择。在这里选择阶梯式凹模。当材料厚度t=1.5mm时,查宛强表2-3得K=0.18凹模厚度H=Kb=0.1875=13.5mm 取H=15mm凹模壁厚C1.5-2 H=2H=30mm 取C=35mm凹模刃口高度h取10mm则凹模外形尺寸=75+3+35+35=148mm2、凸模设计凸模是以外形为工作表面零件，是冲模中直接成形冲压件凸形工作零件。冷冲模凸模结构关键包含两部分，即工作部分和安装部分。工作部分是直接完成冲压加工部位，安装部分是经过固定板安装在模座上。通常凸模全部设计为整体式。常见标准圆凸模关键有三种：A型圆凸模、B型圆凸模、快换圆凸模。A型圆凸模刚性很好，直径尺寸范围为1.130.2mm，材料通常选择9Mn2V、Cr12MoV、Cr12、T10A、Cr6WV等。B型圆凸模适适用于外形尺寸较大时候，直径尺寸范围为3.030.2mm，材料和A型圆凸模相同。快换圆凸模是指只用简单工具即可实现快速装卸和更换圆凸模。它和A型和B型圆凸模相比，一是没有头部，二是固定按h6级制造。在此选择A型圆凸模，其具体尺寸以下：凸模长度=固定板+已压缩弹簧+卸料板+料厚+进入深度 =20+34+133.5+1.5+0.5 =189.5mm凸模头部：直径22mm 长度6mm凸模杆部：直径18mm 长度20-6+34=48mm 和固定板按H7/m6配合凸模工作部分：21+4+110+0.5=135.5mm 3、模架选择中间配置两导柱导向直径通常不相等，这么能够避免合模时上模误装方向而损坏凹模刃口。在冲压过程中，在按标准选择导柱长度时，导柱最好不要脱离开导套导向孔，还要确保模具闭合后导柱上端面和上模板上平面距离大于10-15mm，导柱下端面和下模板下平面距离应大于3mm，用以排气和出油，导柱长度必需得确保在冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。模架：选择中间导柱圆形模架依据GB2851.6-90,选择：凹模周界：400mm，闭合高度：305350mm上模座：GB2855.11-90 40060下模座：GB2855.12-90 40075导柱： GB2861.1-90 45290 50290导套： GB2861.6-90 4515058 5015058得到模架以下图 4、卸料板设计卸料板包含刚性卸料板和弹性卸料板两种形式，经过螺钉、弹簧固定在模板上。弹性卸料板卸料力较小，但在冲压成型过程中还能起到压料作用，冲裁质量很好，多用于薄板卸料。采取弹性卸料板时，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，冲压后也能够是冲压件平稳卸料。弹性卸料板选择：（1） 卸料板作为凸模导向，卸料板孔和凸模按H7/h6配合（2） 卸料板底部高出凸模底面尺寸为0.20.8mm，取0.5mm（3） 卸料螺钉孔直径d处最小值，在材料为铸铁时，L=d（4） 卸料螺钉底部距卸料板底面a0.3mm（5） 卸料板厚度取21，上径250mm，下径39mm，孔定位尺寸180mm（6） 总长=21+4+110-1.5=133.5mm 5、垫板设计当冲压件厚度较大而外形尺寸有小时，在冲压成型过程中凸模上端面和凹模下端面对模板作用有较大单位压力，有时可能超出模板许可抗压应力，此时就该采取垫板。垫板作用是直接承受和扩散凸、凹模传输压力，以降低模板所受单位压力，预防模板局部破坏造成模具寿命降低。验证是否需要加装垫板：上模板所受单位压力：=F/A=F+F/D=26635+1199/22=73MPa下模板所受单位压力：=F/A= F/D=36624/145=2.2MPa所选模板材料为HT250，需用压应力=90140MPa，因为上下模板所受单位压力均小于，所以能够不加垫板。6、定位板设计外径 148mm，内径 78mm，高 25mm，孔定位尺寸 118mm 7、凸模固定板设计固定板关键用于固定中小型凸模和凹模。用固定板固定凸模或凹模时，应紧固牢靠并确保平面和凸模或凹模中心线有良好垂直度。固定板上、下表面应磨平，并和凸模安装孔轴线垂直。凸模固定板厚度H=（1-1.5）D=（1-1.5）18=20mm，直径250mm，孔定位尺寸180mm。注：D为凸模头部直径。 8、弹簧选择弹簧选择标准：（1）所选弹簧必需满足压力要求，即FF/n（2）所选弹簧必需满足压缩量要求。（3）所选弹簧必需满足模具空间结构要求。选择适用弹簧：（1） 依据模具结构空间尺寸，拟选弹簧个数n=3（2） 计算每个弹簧应有预压力 Fy=Fx/n=1200/3=400N（3） 由2Fy估算弹簧极限工作负荷 Fj=2Fy=2400=800N。 查GB/T 2089- 一般圆柱螺旋压缩弹簧国家标准，初选弹簧规格为弹簧直径d=6mm，弹簧中径D=41mm，弹簧圈数n=2.5圈，弹簧自由高度H=40mm，弹簧极限工作负荷Fj=1376N，弹簧极限压缩量hj=12mm（4） 计算弹簧预压缩量hy=Fyhj/Fj=40012/1376=3.5mm（5） 校核 h=hy+hx+hm=3.5+1.5+1+5=11mm12mm 所选弹簧是适宜。（6） 该弹簧装模高度h=h-h=40-3.5=36.5mm（7） 在工作极限位置时高度h=h-h-t-1=40-3.5-1.5-1=34mm八、压力机选择选择压力机需要考虑原因关键有:(1) 压力机行程大小，需确保成型零件取出和毛坯放进。(2) 压力机工作台面尺寸应大于模具平面尺寸，而且还需要留有安装固定余地。(3) 所选压力机闭合高度应和模具闭合高度相适用。模具闭合高度H数值应满足H-5mmHH+10mm。H和H分别为压力机最大闭合高度和最小闭合高度。(4) 在冲裁加工时，因为其施力行程较小，近于板材厚度，所以可按冲压过程中作用于压力机滑块上全部力总和F选择压力机。通常压力机公称压力比F大1020。该模具部分参数为：(1)闭合高度=上模板+凸模+凹模-0.5+下模板=60+189.5+15-0.5+75=339(2)上下模板最大外形尺寸 605mm410mm(3)冲孔所需总压力F=37KN查阅参考文件4附表5，选择标称压力为630KN开式压力机。该压力机最大闭合高度H为360mm，最小闭合高度H为270mm，工作台尺寸为710mm480mm，全部参数均能满足所设计模具使用。九、模柄选择模柄尺寸依据所选压力机上模柄孔尺寸选择。标称压力为630KN开式压力机模柄孔尺寸为5070，故依据GB2862.3-81选择50100凸缘式模柄。十、紧固零件选择紧固零件是将两个或两个以上零件（或构件）紧固连接成为一个整体式所采取一类机械零件。常见冲模紧固零件关键包含螺栓、螺钉、螺母和圆柱销等。其中广泛应用是内六角螺钉和圆柱销钉。内六角螺钉紧固牢靠，螺钉头部不外露，能够确保模具外形安全美观，其中M6M12mm螺钉最为常见。销钉用于连接两个带通孔零件，起定位作用，承受通常错移力。同一个组合圆柱销不少于两个，通常选择d=6mm、8mm、10mm、12mm等多个尺寸。其配合深度大于其直径两倍，也不宜太深。圆柱头卸料螺钉是专门用于冲模卸料装置螺钉。螺钉之间、螺钉和销钉之间、螺钉或销钉距离外边缘之间距离，均不应过小，以防降低强度。其最小距离查红黄书表5-17得，从孔中心到边缘距离，在孔为12时，需大于13；为16时，需大于16；为24时，需大于25；为28时，需大于30。卸料螺钉： 圆柱头卸料螺钉， d=M12，L=57，共3个。模柄螺钉： 内六角圆柱头螺钉，d=M10，L=30，共3个。固定板螺钉：内六角圆柱头螺钉，d=M12，L=55，共3个。固定板销钉：淬硬钢和马氏体不锈钢圆柱销，d=10，L=50，共2个。凹模螺钉：内六角圆柱头螺钉，d=M12，L=75，共3个。凹模销钉：淬硬钢和马氏体不锈钢圆柱销，d=10，L=70，共3个。十一、各零部件材料及要求 导套 20钢 渗碳深度0.81.2mm，硬度5862HRC 导柱 20钢 渗碳深度0.81.2mm，硬度5862HRC 模座 HT250凸、凹模 T10A 淬硬至5862HRC，头部回火至4050HRC固定板 45钢 对热处理硬度无特殊要求模柄 Q235 对热处理硬度无特殊要求 弹簧 65Mn 淬硬至60HRC 卸料板 45钢 对热处理硬度无特殊要求 定位板 45钢 对热处理硬度无特殊要求 定位销 45钢 淬硬至550650HV30 螺钉 45钢 十二、该模具设计优缺点该模具优点为结构简单 ,需要辅助设备较少,操作较为安全方便。缺点是因为工作行程较大造成模具闭合高度较高、外形尺寸较大，由此所选择压力机标称压力也较大，造成一定设备浪费。十三、心得体会在刚刚过去两周多时间里，我们进行了冲压工艺及模具设计这门课程课程设计。回顾起此次冲压模具课程设计，我感慨颇多。确实，从选题到完成设计，从理论到实践，在两个多星期时间里，能够说是苦多于甜，不过能够学到很多很多东西，不仅巩固以前所学知识，而且学到了很多在书本上没有碰到过知识。老师是在这次课程设计开始前几周就部署了题目，一领到老师题目后，我就去图书馆借阅了大量资料，因为资料比较分散，所以整理有用资料就显得很关键，有些东西实在是不懂就去和其它同学讨论，经过大家帮助，我获益良多。这次课程设计刚开始时，因为理论知识不足，在加上平时没有什么设计经验，有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师谆谆教导，和同学热情帮助下，我找到了信心。现在想想其实课程设计每一天全部是很累，其实正向老师说一样，模具设计并不简单，你想简单复制或自己胡乱蒙上多个数据骗骗老师全部是行不通，因为你每一个数据全部是有出处，绝对不是空想能想出来。每当有一个问题得四处理时候，就认为很快乐，可是问题还是会不停涌现出来，在整个设计过程中，能够说是困难重重。即使现在，种种困难我全部已经克服，不过还是难免有些疏忽和遗漏地方，完美总是可望而不可求。不再同一个地方跌倒两次才是最关键。抱着这么心理，我一步步走了过来，最终完成了我任务。这次课程让我对冲压工艺及模具设计有了愈加深入了解，尤其是在查阅资料经验方面，受益尤多。因为我们以后到了工作中时候，就没有老师在指导你应该干什么了，必需靠自己力量，主动处理在工作中碰到问题。这就对我们自己搜集资料，经过多种渠道获取自己想要信息能力提出了很高要求。而课程设计刚好锻炼了我们这种能力。因为在整个课程设计中，查阅到自己所需资料能够说是一个很关键组成部分。她对我们搜集资料能力提升无疑是巨大。这次课程设计我学到了很多东西，这些东西对我以后工作全部有很大帮助，我立即带着这笔巨大财富开始自己职业生涯，以主动态度面对以后学习和工作。在这次课程设计过程中，我得到了任课老师悉心教导。在冲压模具设计和部分标准件选择上，老师全部给我提供了很多帮助，并解答了我迷惑，指正了设计中部分错误。在此，我想对老师表示我最真挚敬意。十三、参考文件1 肖祥芷 中国模具设计大典3冲模设计M 江西：江西科学技术出版社 2 薛啓翔 冲压模具设计和加工计算速查手册M 北京：化学工业出版社 3 高军 冲压模具标准件选择和设计指南M 北京：化学工业出版社，4 宛强 冲压模具设计及实例精解M 北京：化学工业出版社，5 关明 冲压模具工程师专业技能入门和精通M 北京：机械工业出版社，6 翁其金 冲压工艺及冲模设计M 北京：机械工业出版社，7 杨占尧 冲压模经典结构100例M 上海：上海科学技术出版社，8 薛啓翔 冲压模具设计结构图册M 北京：化学工业出版社 9 王卫卫 材料成型设备M 北京：机械工业出版社，10 薛啓翔 冲压工艺设计工序图集M 北京：化学工业出版社 11 薛啓翔 冲压模具设计制造难点和窍门M 北京：机械工业出版社，12 杨占尧 冲压模具经典结构图例M 北京：化学工业出版社