双圆头连接片冲压模课程设计说明书概要.doc

河 池 学 院

冲压模具课程设计
设计说明书

题目：双圆头汽车连接片冲压模设计

学生姓名：
指导老师： 毛献昌
学 号： 2009105628
专 业：机械设计制造及其自动化
日 期： 2012.11.28

河池学院物理与电子工程系

目 录
1. 冲压件工艺性分析———————————————————————2
2. 冲压工艺方案的确定——————————————————————2
3. 主要设计计算
3.1排样设计———————————————————————————3
3.2冲裁力的计算—————————————————————————3
3.3压力机公称压力的确定—————————————————————4
3.4冲裁压力中心的确定——————————————————————4
3.5刃口尺寸的计算————————————————————————5
4. 模具总体设计
4.1模具类型的选择————————————————————————6
4.2定位方式的选择————————————————————————6
4.3卸料、出件方式的选择—————————————————————6
4.4导向方式选择—————————————————————————6
5. 主要零部件设计
5.1主要零件的结构设计——————————————————————6
5.2定位零件的设计————————————————————————9
5.3导料板的设计—————————————————————————9
5.4卸料板部件设计————————————————————————9
5.5模架及其他零部件设计—————————————————————10
6．冲压设备的选定———————————————————————10
7.工作零件的加工工艺—————————————————————10
8. 模具的装配—————————————————————————12
9．模具总装图—————————————————————————12
参考文献————————————————————————————14

工件名称：双圆头汽车连接片
工件图：如下图
生产批量：大批量
材料为40钢，料厚t=3mm，图中未注公差均为一般公差（自由公差），且取中等精度。

工件图
1. 冲压件工艺性分析
此工件只有冲孔和落料两个工序。材料为40钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结果简单，第一道工序是冲孔，冲一个直径12mm和一个直径20mm的内孔，第二道工序是落料，冲一个外圆直径为36mm和一个外圆直径为40mm的外圆，孔与边缘之间的距离满足要求，工件的尺寸落料按ITl4级，冲孔按IT13级计算，工件的尺寸精度一般，普通冲裁就能满足要求。

2. 冲压工艺方案的确定
该工件包括落料 冲孔 两个基本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。
方案二：落料—冲孔复合冲压。采用复合模生产。
方案三：冲孔—落料级进冲压。采用级进模生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序两套模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。
方案二只需一套模具，工作精度及生产效率都比较高，但制造难度大，并且冲压成品件留在模具上，清理模具上的物料影响冲压速度，操作不方便。
方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，设计简单，由于工件精度要求不高，完全能满足工件技术要求。
所以经过比较，根据经济的承受能力和设计的需要，在结合工件的材料力学性能，采用方案三最为合适。

3.工艺尺寸计算
3.1排样设计
a．排样方法的确定根据工件的形状。确定采用无废料排样的方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用直排法。 b．确定搭边值查表，40#钢属于中等硬度钢，取最小搭边值：工件间al=1.62mm，侧面a=1.98mm。为了方便计算取al=2mm，a=3mm。
c. 确定条料步距步距：42mm，宽度：118+3+3=124mm．
d．条料的利用率
e．画出排样图根据以上资料画出排样图，如下图
排样图
3.2冲裁力的计算
a．冲裁力F
查表取材料40#钢的抗拉强度σb=570MPa
由 F≈Ltσb
则 F=280.94×3×570＋62.83×3×570＋37.7×3×570＝652.32kN
b．卸料力FX
由FX=KXF，已知KX=0．04
则 FX=KXF=0.0×652.32=26.1kN
c．推件力FT
由FT=nKTF，已知n=3 ，KT=0.045
则 FT=nKTF=3×0.045×652.32=88.1kN
d．顶件力FD
由FD=KDF，已知KD=0.05
则 FD=KDF=0.05×652.32=32.62kN
3.3压力机公称压力的确定
本模具采用刚性卸料装置和下出料方式，所以
FZ=F+FT=740.42kN
根据以上计算结果，冲压设备拟选JA21-100。
3.4冲裁压力中心的确定
a． 按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置，并确定坐标系，标注各段压力中心坐标点，如下图所示。

b．画出坐标轴x、y。
c．分别计算出各段压力中点及各段压力中点的坐标值，（x1，y1）=（20，58.323），（x2，y2）=（62，98），（x3,y3）=（62，18）
又 F1=280.94×3×570=480.41kN，F2=62.83×3×570=107.44kN，
F3=64.465×3×570=64.465kN
则
综上所述，冲裁件的压力中心坐标为(31.1，60.87)。
3.5刃口尺寸的计算
a．加工方法的确定。在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸模，凹模，凸模固定板，卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见表一所示。需要在配作时保证最小双面合理间隙值Zmin=0.48mm，Zmax=0.66mm(查表)。
表一
尺寸及分类
尺寸转换
计算公式
结果
备注
落料
Φ40

磨损系数x=0.5
查表得冲裁双面间隙
Zmin=0.48mm
Zmax=0.66mm
模具按IT14级制造。校核满足

Φ36

磨损系数x=0.5
冲孔
Φ20

磨损系数x=0.75
Φ12

磨损系数x=0.75
孔心距
80
80±0.15

4. 模具总体设计
4.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。
4.2定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，弹簧压块式侧压装置。控制条料的送进步距采用固定挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置可由始用挡料销定距。
4.3卸料、出件方式的选择
因为工件料厚3mm，卸料力也比较大，故可采用刚性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。
4.4导向方式选择
为了提高模具寿命和工件治疗，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。

5. 主要零部件设计
5.1主要零件的结构设计
a.落料凸模
结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M10螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。总长L可按公式计算
L=h1+h2+h3+h=30+20+10+20=80mm
其中h1 为凸模固定板厚度，h2 为卸料板厚度，h3 为导板厚度，h为自由长度。
落料凸模结构如下图所示

b.冲孔凸模
因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，加工简单，便于装备与更换。冲孔凸模结构如下图所示。

12冲孔凸模结构如下图所示

20冲孔凸模结构如下图所示

c.凹模
凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模具在模架上的位置时。要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄范围内。其轮廓尺寸可按公式计算：
凹模厚度H=kb=0.45x118=53.1mm，为了方便，取H=50mm
凹模壁厚c=（1.5-2）H=45~60mm，取c=50mm
凹模宽度 B=b+2c=118+2x50=218mm 取B=230mm
凹模长度 L取190mmmm（送料方向）
凹模轮廓尺寸为230mm190mm50mm，凹模结构如下图所示

5.2定位零件的设计
落料凸模下部设置两个导正销，借用工件直径12mm和直径20mm两个孔作为导正孔。导正销采用H7/h6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。导正销材料采用Cr12，热处理硬度为52~56HRC。
5.3导料板的设计
导料板内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板厚度取10mm，采用45钢制作，热处理硬度为40-45HRC，用螺钉固定在凹模上。导料板上有始用挡料销凹槽。
5.4卸料板部件设计
卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为20mm。采用45钢制造，淬火硬度为40-45HRC。
5.5模架及其他零部件设计
该模具采用中间式导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。导柱分别为32190、35190,导套分别为3210545、3510550。
上模座厚度取45mm，上垫板厚度取10mm，固定板厚度取30mm，下模座厚度取50mm，那么该模具的闭合高度：
==45+10+80+50+50-2=233mm
式中：h2为凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm
L—凸模长度，L=80mm
H—凹模厚度，H=50mm
可见该模具闭合高度小于所选压力机JD21-100的最大装模高度（400mm），可以使用。
6.冲压设备的选定
通过校核，选择开式双柱可倾压力机JD21-100能满足要求。起主要参数如下：
公称压力：1000kN
滑块行程：10~120mm
滑块行程次数：75次／min
最大闭合高度：400mm
封闭高度调节量:85mm
滑块中心线至床身距离：325mm
立柱距离：480mm
工作台尺寸（前后x左右）：6001000 mm
垫板尺寸（厚度x直径）：100x200 mm
模柄孔尺寸：60x80 mm
滑块底面尺寸(前后左右)：380mm×500mm
7.模具零件的加工工艺
本副冲裁模，模具零件加工的关键在于工作零件、固定板以及卸料板。若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。表二所示为落料凹模的加工工艺过程。
表二
工序号
工序名称
工序内容
工序简图

1

备料

将毛坯锻成长方体24052200mm

2
热处理
退火

3
粗刨
刨六面,互成直角，留单边余量0.5mm

4
热处理
调质

5
磨平
磨六面，互成直角

6
钳工划线
划出各孔位置线、型孔轮廓线

7
加工螺钉孔、销孔及穿丝孔
按位置加工螺钉孔、销孔及穿丝孔

8
热处理
按热处理工艺，淬火，回火达到60~64HRC

9
磨平面
精磨上下平面

10

线切割

按图切割型孔达到尺寸要求

11
钳工精修
全面达到设计要求

12
检验

8.模具的装配
根据级进模装配要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间隙，试冲，返修。具体的情况见表三所示。
表三
序号
工序
工艺说明
1
凹、凸模预装
1）装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度，形状。
2）将各凸模分别与相应的凹模孔相配，检查其间隙是否加工均匀。不适合的应重新修磨或更换。
2
凸模装配
以型孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板的形孔中，并用开槽沉头螺钉紧固在垫板上。
3
装配下模
将卸料板、导板、凹模、下模座装在一起，打入销钉，并用螺栓紧固。
4
装配上模
将上模座、垫板、凸模固定板、凸模装在一起，打入销钉，并用螺钉紧固。
5
试冲与调整
装机试冲，并根据试冲结果作相应调整
9.模具总装图
通过以上设计，可得如图所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模座、垫板、凸模（3个）、凸模固定板等组成。卸料方式采用刚性卸料，以固定卸料板推出条料，下模部分由下模座、凹模板、导料板和卸料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采用固定挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装2个导正销，利用条料上的12与20孔作为导正销孔导正，以此作为条料送进的精确定距。
1. 上模座 2.凹模 3.小导柱 4.弹簧 5.弹簧芯柱 6.12冲孔凸模 7.小导套 8.下模座
9. 圆锥销 10.模柄 11.开槽沉头螺钉 12.紧固螺钉13.垫板 14.凸模固定板 15.大导套
16.紧固螺栓 17. 卸料板 18.导料板 19.M8螺钉 20.弹簧 21.大导柱 22.20导正销
23.紧固螺钉 24.12导正销 25.落料凸模 26.侧压块 27.始用挡块
模具总装图

参考文献：
[1] 魏春雷, 徐慧民. 冲压工艺与模具设计 [M]. 北京:北京理工大学出版社,2009 .
[2] 林承全. 冲压模课程设计指导与范例 [M]. 北京: 化学工业出版社, 2008.
[3] 李柱,徐振高,蒋向前.互换性与测量技术 [M]. 北京:高等教育出版社,2004.
[4] 赵大兴.工程制图 [M].北京:高等教育出版社,2004.
[5] 徐慧民,贾颖莲.模具制造工艺 [M]. 北京:北京理工大学出版社,2010.
[6] 卢秉恒.机械制造技术基础 [M]. 北京:机械工业出版社,2007.
[7] 鞠鲁粤.工程材料与成型技术基础 [M]. 北京:高等教育出版社,2007.
[8] 肖庆和,吴军.数控技术 [M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2011.
[9] 孙凤勤.冲压与成型设备 [M] 北京:高等教育出版社,2008.
[10] 郑家贤.冲压模具设计实用手册 [M]. 北京:机械工业出版社,2007.