中小型冲压模具设计.docx

中小型冲压模具设计开题报告
专业:机械设计制造及其自动化 班级： 第二组
一、设计题目：弯曲—冲裁模具设计
技术要求：
1、 未注尺寸公差符合GB/T1804—的要求。
2、 未注形位公差符合GB/T13916的要求。
3、 毛刺高度≤0.02mm。
4、 材料20钢。
生产批量为中小批量生产。
二、工艺分析
1、 材料性能：零件材料为20钢,其冲压和弯曲性能较好。
2、 工序分析：由于采取块料加工（一块材料加工出一个工件）,所以可以预先准备外形尺寸一致的毛坯，即在加工过程中无落料和排样步骤
3、 零件结构:该零件有弯曲、冲孔等结构特征，形状简单,可采取复合加工.
4、 尺寸精度：零件图上形状尺寸，冲压、弯曲工序可以实现.
三、工艺方案
方案一：先弯曲，后冲孔。
该方案符合零件的加工工序，能正确加工出零件，保证孔的间距。
方案二:先冲孔，后弯曲.
该方案冲孔后弯曲零件，无法保证两孔的间距，不合理。
采取复合模进行加工,将弯曲、冲孔两道工序复合在一起,做成复合模.
四、材料的选取
通过对零件图结构和工艺进行分析,选取宽20mm，长度115mm,厚5±0。05的20钢板为加工材料。其中,材料两侧面需用铣床进行加工。
五、进度安排
第2周：查阅资料,对零件图进行分析，确定加工方案，制定任务说明书。
第3—6周：1、弯曲工艺力、弯曲工件毛坯展开尺寸的计算，确定压力机,设计出弯曲模具结构图.
2、冲裁模具间隙、凹凸摸刃口、冲裁力的计算，确定压力机，设计出冲孔模具结构图。
3、落料模间隙、凹凸模刃口、冲裁力的计算,确定压力机,设计出落料模具结构图。
第7—10周：1、弯曲模的结构设计,确定弯曲模的主要零件结构参数。
2、冲裁模的结构设计,确定冲裁模的主要零件结构参数.
3、落料模的结构设计,确定落料模的主要零件结构参数.
4、复合模的结构设计，设计出复合模具结构图，并确定其主要零件结构参数
第11—12周：对模具总体结构进行设计,并对模具结构不当之处进行修改，整理说明书，准备答辩。
六、分组
第一组（连续模）：
第二组(复合模）:
一、 弯曲模具的设计：
1、弯曲工序的设计：
方案:弯曲件一次弯曲成形
优点:模具结构简单,易进行加工.
缺点：凸模肩部阻碍了材料转动，加大了材料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁易擦伤、弯薄,成形后零件两肩部与底面不易平行。
改进：在弯曲时用压边圈压住毛坯，这样可以有效保护零件,从而保证零件精度。
2、弯曲模的结构设计
由于零件的进度较低，采用一次弯曲成形的复合弯曲模结构。如下图:
3、 自由弯曲时的弯曲力，由零件图可知，零件为U形弯曲件：
F自==0。7×1.3×20×5×5×410/2+5=26650N。
其中:k为安全系数,取1。3；由图可知:弯曲件宽b=20mm，材料厚t=5mm，弯曲半径r=2mm，δb=410mpa(查表得20钢拉强度为410 mpa）
4、校正弯曲时的弯曲力
校正弯曲是在自由弯曲阶段后进一步对贴合凸模、凹模表面的弯曲件进行挤压，其校正力自由压弯力大得多，由P123公式有:
F校=
A:校正部分垂直投影面积， q：单位面积的校正力，MPa
由零件图知：A=600，查表3。3。2取q=70MPa
故F校=42000N
5、顶件和压料力：
FQ=（0。3~0.8） F自=0.5F自=13325N.
6、压力机吨位的确定
自由弯曲时压力机吨位应为：F≥F自
由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值较大,则按校正弯曲力选择压力机的吨位：
F≥F校
故：F≥42KN
综上,由课本附录A知：选双柱可倾式压力机J23-6。3
7、弯曲件毛坯展开长度:
（1）应变中性层位置的确定：有零件图可知:r/t=2/5=0。4
有经验公式：ρ0=r+xt 查表3。3。3得x=0。368
所以ρ0=2+0.368×5=3.84mm.
（2）弯曲件毛坯的展开长度计算:
由零件图可知：r=2≤0。5t=0。5×5=2.5 若一次同时弯曲四个角
由表3。3。4得:L=L1+2L2+2L3+t=30+2×20+2×20+5=115mm
8、弯曲凹模工作部分
弯曲U形件时，若弯边高度不大,或要求两边垂直，则凹模深度应大于零件高度。由零件图并查表3。4.3知:l0=30mm
9、弯曲凸模、凹模之间的间隙
根据已知有弯曲黑色金属，即c= t+nt
式中：c为弯曲凸模与凹模的单面间隙，mm；t为材料厚度的基本尺寸和最小尺寸,mm； n为间隙系数
由表3.4.4知：n=0。03.故c=5+5×0.03=5.15mm
10、凸凹模工作尺寸及公差
凸模凹模分别按IT6和IT7级加工制造，对于零件中未注公差的尺寸按IT14级可知:
由于弯曲件标注内形尺寸(如下图），且弯曲件为双向对称偏差，故
凸模尺寸为：LP=
凹模尺寸为：Ld=
11、凸凹模弯曲长度
由零件图知：凸模长度H1=30mm
凹模长度H2=20+5=25mm
12、回弹量
弯曲件属于小半径弯曲，而其相对弯曲半径r/t=2/5=0.4＜5～8，此时弯曲半径的变化一般很小，可以不予考虑，即无回弹现象出现。
二、 冲孔模的设计
（一)凸模与凸模组件的结构形式
1、凸模的结构形式
由于凸模结构通常分为两大类，一类是镶拼式，另一类为整体式。在我们的凸模结构中，选取整体式,而根据加工方法的不同,采用台阶式
2、凸模长度的确定
采用压边圈和定位销结构，其中H凹=25mm，由P68公式有:
L= h1 +h2 +h3+（15～20）mm
式中：h1—-凸模固定板厚度
h2——卸料板厚度
h3——定位销高度
则:
凸模1:取h1=1。5H凹=37.5mm，h2=10mm，h3=4mm
故L1=75mm， d1 =10mm
凸模2:取h1=1.5H凹=37。5mm，h2=10mm,h3=4mm
故L2=70mm, d2 =5mm
凸模3:取h1=1。5H凹=37。5mm,h2=10mm，h3=4mm
故L3=70mm， d3 =5mm
3、凸模的材料
模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲击时的冲击力.因此应有高的硬度与适当的韧性。根据零件图及相关情况知,选用硬质合金材料（60Si2CrVA）
4、凸模承压能力和失稳弯曲极限长度校核
（1）凸模承载能力校核
凸模最小断面承受的压应力δ必须小于凸模材料强度允许的压力［δ］,即
δ= FP / Amin ≤［δ］
变换后有：dmin ≥4t/［δ]
式中:--冲裁材料抗剪强度，MPa,
t——冲裁材料厚度，mm
［δ］——凸模材料的许用压应力，MPa
查表知：=410 MPa，t=5mm，[δ]=1665 MPa
故：dmin≥4。9mm
所以，所用凸模符合要求.
(2）凸模失稳弯曲极限长度
凸模在轴向压力的作用下，不产生失稳的弯曲极限长度Lmax与凸模的导向方式有关，对于有卸料板和卸料板对凸模导向，其凸模不发生失稳弯曲的极限长度为：
Lmax≤85
式中：——凸模的冲裁力，N；d-—凸模的直径,mm
其中:=128740N，dmin=5mm
故Lmax≤762457。6mm
而实际L1＜Lmax ，L2 ＜Lmax ，L3＜Lmax
所以不会出现凸模失稳情况。
（二）凹模的结构设计
1、凹模洞口的类型
零件冲孔过程中采用直筒式刃口凹模，其结构如下图:
凹模后角和洞口高度h,均随制件材料厚度的增加而增大，一般取=～,h=4~10
2、凹模的外形尺寸
凹模的外形为圆形，如下图，根据P72公式有：
凹模厚度：H=Kb（≥15mm)
凹模壁厚：C=(1。5～2）H(≥30～40mm）
式中,b为冲裁件的最大外形尺寸;K是考虑板料厚度的影响系数，
查表2。8。1知:K≥3
故：H≥15 取H=20mm
则C=30～40 取C=30mm
3、冲裁力的计算：
若采用平刃冲裁模，其冲裁力FP
FP =KP t lτ=1×5×62.8×410=128740N
其中取KP =1， 材料厚t=5mm,
冲裁周边总长L=2×∏×5+∏×10=62.8mm
取τ=410mpa
4、压力机公称压力的选取：
而压力机的公称压力≥FP
所以取压力机的公称压力为63KN
综上,由于采用复合模结构,同上述弯曲压力机吨位比较,应选用压力大的,所以最后选双柱可倾式压力机J23-6.3
5、冲压模具压力中心的确定：
该零件的形状为对称的零件，故冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心，即φ10孔的中心。
6、间隙值的确定：
使用经验确定法确定，20钢为硬材料，t=5MM，则间隙值：
c=(8%～13%）t=10％t=0。5mm
7、凸模与凹模刃口尺寸计算：
由零件图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲裁件，2×φ50+0。12 冲孔获得
查表2。2.4得2Cmin =0.90mm，2Cmax=1。00mm
由公差表表查得：φ50+0。12 为IT12级公差，取X=0.75；设凸凹模分别按IT6IT7级加工制造。
凸模基本尺寸：dp=（dmin+xΔ) = =mm
凹模基本尺寸：dd=（ dp+2Cmin）0+δd=+0.0120mm=5。99+0。0120 mm。
校核：|δp|+|δd ｜ =0.008+0。012=0。020≤2Cmax- 2Cmin=0。10mm
满足间隙公差条件
凹模型孔中心距：Ld=（Lmin+0.5Δ）±0。125Δ=(60+0。5×0.12)±0.125×0。12=60。06±0。015mm。
8、冲孔模的结构设计方案：
方案：采用复合膜一次加工三个孔。
优点：加工工序减少，有效缩短加工周期。
三、模具零件设计
1、定位零件
（1）挡料销
挡料销的作用是挡住条料搭边或冲压件轮廓以限制条料的送进距离。我组采用固定挡料销，其安装在凹模上,用来控制条料的进距，由于采用条料无须落料,所以在设计中用该挡料销进行定位,该结构特点是结构简单，制造方便.零件示意图如下：
（2）压边圈
压边圈的作用是防止弯曲件边缘部分发生起皱。由于我组复合模是先弯曲再冲孔，所以在弯曲的时候添加压边圈以保证零件质量，从而使后续冲孔能顺利进行，压边圈安放在弯曲凸模上。如下图:
2、弹压卸料装置
（1）工件的卸除
采用打料装置（卸料螺钉）将工件从弯曲凸模上推下，落在模具工作表面上。
（2）冲孔废料的卸除
下模座上采用漏料孔排出，在冲孔废料在凹模上积累到一定数量后，就从漏料孔卸料。
3、推件和顶件装置
推件的目的是将成件从弯曲凸模中推出来，该目的通过旋转上模座上的卸料螺钉来完成;顶件的目的是将成件从弯曲凹模中顶出来，该目的通过旋转下模座上的卸料螺钉来完成。
4、连接与固定零件
(1）凸模固定板
凸模固定板主要用于凸模零件的固定.固定板的形状与凸模一致，固定板厚度为24mm，材料选用45号钢.如下图：
（2）垫板
垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力，防止过大的冲击力在上下模板上压出凹坑,影响模具正常工作。垫板的形状与凸模固定板一致，垫板淬硬后两面应磨平。
上模座与凸模固定板之间安装垫板，厚度为6mm.如下图:
四、选用标准模架，确定闭合高度
我组采用中间导柱圆形模架，其特点是导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便。查《冲压模具简明设计手册》有:
选用上模座160×80×40
选用下模座160×80×45
导柱28×100×38
则由表知，模架的闭合高度为：最大220mm，最小180mm
五、模具总体尺寸
模具的闭合高度H=上模座厚度+上垫板厚度+凸模长度+凸凹模高度 +下模座厚度－(1～2)t
由上可知：上模座的厚度为40mm，上垫板厚度为6mm,凸模长度85mm，凸凹模高度35mm,下模座厚度为45mm,
因此得出H=211mm，由于模架的闭合高度为：最大220mm，最小180mm，211mm介于180~220mm之间，故模具闭合高度设计合理。
综上所述，模具的总体尺寸为长160mm，宽80mm，高211mm。
六、零件装配图