托板冲压工艺及模具设计说明书.docx

托板冲压工艺及模具
设计说明书

单位：重庆工业职业技术学院
部门：机械工程学院
设计者：
指导老师：
日期：2011.11.01～2012.2.20

前言
本设计在介绍冲压成型和计算方法的基础上，讲述常用冲压设备的选用、结构、使用、维护等方面的基础知识，客观简单分析的冲压工艺、冲压模具、冲压设备、冲压材料及冲压件质量与经济性的关系。
本书作为高职师范学院--模具专业学生及其机械类专业参考使用。
本书由重庆工业职业技术学院——机械工程学院——10模具304班陈波主编，机械工程学院教授xx给予指导，xx、xxx等同学提出宝贵意见，在此表示深切感谢。
由于由于这是我第一次接触冲压模设计，水平有限，书中错误和缺点在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者
2012年2月

目录
前言
第一章 托板零件冲压工艺性分析……...............................................5
第二章 冲压工艺流程设计及优化……...............................................9
第三章 冲工艺组合方式分析……...………………………………………………11
第四章 排样设计.………………………………………………………………………..12
第五章 托板冲压模具参数计算……...………………………………………….18
第六章 托板冲裁模结构设计...……………………………………………………23
第七章 托板冲裁模主要零部件设计与选用……………………………….24
第八章 模具的使用及维护……………………………………… 35
结束语……………………………………………………………………………………………36
参考文献………………………………………………………………………………………..37

托板零件图：

一．托板零件冲压工艺性分析
1.批量经济分析
根据该托板零件图得知，该零件为大批量生产，非常适合于冲压成型。
2.材料的适用性
由托板零件图可知，该产品的材料为08F，根据《冲压模具及设备》表2-3（29页）得知，08F适合冲压，并且为常用冲压材料。
3.托板的形状与结构
3.1 形状与结构
由客户提供的托板零件图可知：该托板零件形状简单、规则、对称，且零件较小，非常适合冲压成形。
3.2 内外处尖角
由客户提供的托板零件图可知，该托板零件共有8处内外处尖角。然而尖角在冲压过程中非常难以加工，并且冲压模具在加工过程中容易崩刃，所以在日常冲压生产中通常将尖角加工为圆角。若客户对尖角部分要求不大，尖角处也没有装配关系，则与客户进行协商，绘制出经过协商后的零件图并重新签约。就该托板零件而言，根据查《冲压模具及设备》表4-2（88页）可知，08F为软钢，最小圆角半径应取R0.25t，即该托板零件的8处尖角的最小半径应为R=0.25t，t=2mm，所以该托板零件的8处尖角均改为R0.5mm的圆角。
3.3 过长的悬臂与凹槽
根据客户提供的托板零件图可知，该托板零件没有过长悬臂及凹槽。因此该托板零件在冲压成形中不用考虑过长悬臂及凹槽。
3.4 小孔冲压
该托板零件只有一个直径为10mm的内孔，ϕ10mm≥1.5t，所以冲裁的尺寸完全符合生产的特性及凸模强度、模具结构。
3.5 孔间距与孔边距
该冲裁件托板只有一个中心孔，因此不需要考虑孔间距。孔边距则为：30-10/2=10mm，10mm≥（1～1.5）t，故符合冲裁件对孔边距的要求。
4.工艺性分析（精度及粗糙度）
4.1 精度
冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料公差等级最好低于IT10级，冲孔件的公差等级最好低于IT9级，该托板零件的公差要求如下：
① 58mm的上偏差为0，下偏差为-0.74，可知其公差为+0.74，查《互换性与技术测量》表2.3(19页)得，该值公差等级为IT14级。
② 38mm的下偏差、上偏差均要求，因此冲裁时不需要考虑。
③ 30mm的上偏差为0，下偏差为-0.52，其公差为+0.52，查《互换性与技术测量》表2.3知，该值公差等级为IT14级，
④ R8mm的上偏差为0，下偏差为-0.22，其公差为+0.22，查《互换性与技术测量》表2.3知，该值公差等级为IT13级。
⑤ ϕ10mm的上偏差为+0.03，下偏差为0，其公差为+0.03，查《互换性与技术测量》表2.3知，其公差等级在IT7～IT8级之间。
因一般精度的冲裁件采用IT7～IT8级精度的普通冲裁模，因此以上尺寸均符合冲压要求。
4.2 粗糙度
有该托板零件图可知，Ra值为6.3um，而用普通冲裁方式冲裁厚度为2mm及以下的金属板料，其断面粗糙度值Ra一般可达到3.2～12.5um，故该托板零件适合普通冲裁。
根据以上所有对托板零件冲压工艺性分析该托板零件适合冲压。故该托板冲压工艺图如下：
二.托板冲压工艺流程设计及优化
1.冲压工艺类型
2.冲压工艺次数
3.冲压工艺顺序
4.冲压工艺组合方式
5.其它辅助工序
2.1冲压工艺类型
根据该托板冲压工艺图可以看出，其所需的基本工序为落料，冲孔。
2.2冲压工艺次数
由托板冲压工艺图可看出，其工艺次数可分为落料，冲孔2个工序组成。
2.3冲压工艺顺序
当多工序冲压件有冲孔和落料时，一般先落料再冲孔，以减少定位误差和避免尺寸换算。
2.4冲压工艺组合方式
1）单工序模
先落料后冲孔、先冲孔后落料
2）复合模
冲孔+落料、落料+冲孔
3）级进模
先冲孔再落料
2.5其它辅助工序
由于此托板零件结构简单，无其它机加、非机加（如焊接、热处理）等其它辅助工序。
三.冲压工艺组合方式分析
1）单工序模
单工序模制造成本较低，尺寸和冲压件的厚度不受限制，但冲压出来的工件精度低、冲压件平整度差、生产效率低，生产时的安全性低，需要采取安全保护措施，只适合小批量生产。
由该托板零件的冲压工艺图可知，该托板零件的生产批量较大，若采用单工序模就加长了生产周期，故不采用单工序模。
2）复合模
复合模的加工精度可达到IT10～IT8级，压料较好，冲压件平整，尺寸在300mm以下，冲压件厚度在0.05mm～3mm之间。冲裁复杂零件时它的模具制造成本和工作量低于级进模，操作是出件困难且不太安全，也需要采取安全措施，适合大批量生产。
根据该托板工艺图可以看出，该托板零件的加工精度一般，厚度为2mm，且结构简单、生产批量为大批量，若采用复合模，明显优于单工序模。
3）级进模
级进模的加工精度可以达到IT13～IT10级，冲压件尺寸在250mm以下，冲压件厚度在0.1mm～6mm之间，工序间可以自动送料，冲件和废料一般从下模漏下，生产效率较高，模具制造的工作量和成本在制造形状简单零件时比复合模低，比较安全，可使用高速压力机，适合大批量生产。
若该托板零件采用级进模生产，无论是生产效率、生产批量还是产品尺寸均符合该零件的生产要求，但由于级进模加工精度达不到要求，故不采用。（ϕ10内孔精度达不到要求，需要后期加工，延长生产周期）
综合分析：
单工序模由于生产效率、生产批量、冲件精度均达不到该托板零件的产品要求，故不采用。
级进模虽然生产效率、生产批量都能达到产品要求，但由于冲件的内孔精度达不到该托板零件的产品要求，也不能采用。
复合模无论是生产效率、生产批量还是产品精度都符合该托板零件的产品要求，故被采用。
根据该托板零件的冲压工艺顺序确定复合模：落料+冲孔为最终的冲压工艺方式。
四.排样
4.1排样
排样的是否合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构与寿命，因此排样在冲压件的前期准备工作中十分重要。排样可分为以下3种：
① 有废料排样
② 少废料排样
③ 无废料排样
对于3种排样的分析：
有废料排样对冲压件的尺寸有保证，冲出的产品质量较好，而且模具寿命较高，但它的材料利用率较低，增高了产品的生产成本，用于形状复杂、尺寸精度要求较高的零件。
少废料排样的材料利用率较高，用于形状简单、尺寸精度要求不高的零件。
无废料排样用于形状结构简单、尺寸精度要求不高的零件，但不易操作加工。
本托板零件的形状结构简单、尺寸精度要求不高，本应选用无废料排样，但由于无废料排样难以保证零件的尺寸精度，而且 无废料排样本身就难以实现，因此本托板的排样方案应选择少废料排样。
4.2材料利用率
全进距η=×100%
A为单个冲件表面积
n为板料最多冲件个数
B为条料宽度
L为条料长度
4.3条料宽度与搭边、料边的计算
①托板横排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，
a1=1.2 a=1.5
②托板竖排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，
a1=1.8 a=2.5
4.条料的宽度B，采用初级定位
B1= Dmax+2a=30+1.5×2=33
B2= Dmax+2a=58+2.5×2=63
查《冲压模具及设备》31页t=2mm时，选用长为2200mm，宽为1000mm的冷轧钢板。
查《冲压模具及设备》表4-19得，条料宽度偏差∶
B1=33
B2=63
根据材料利用率公式∶η=×100%
托板横排材料利用率∶
η=×100%=65.1%
托板竖排材料利用率∶
η=×100%=61.5%
η横＞η竖，∴应选托板横排为最终排样方案。
托板横排示意图如下∶

导料销与条料之间的最小间隙Zmin，查《冲压模具及设备》表4—20，
知∶Z=0.5mm，所以Bo=B+Z=33mm+0.5mm=33.5mm
4.5压力计算
冲压力P=P冲裁+P卸+P顶（或P推）
冲裁力P1=K·L·t·τb
=1.3×（3.14×16+38×2+14×2+4×2+3.14×10）×2×250
=125866N
卸料力F卸=P1·K卸
=125866×0.05
=6293.3N
顶料力P顶=P1·K顶
=125866×0.06
=7551.96N
推件力P推=P1·n·K顶
=125866×0.055×5
=34613.15N
∴P冲=P1+P卸+P推=125866+6293.3+34613.15=166772.28N
P冲=( P1+P卸+P推)÷0.8=208466N
查《冲压模具及设备》表3-4，开式固定台压力机主要参数规格表得∶
此托板需要的冲压力应大于200吨，所以应选JA21-35开式固定台压力机。
4.6压力中心的计算
由该托板零件图可以看出该托板上下、左右均对称，所以压力中心应在该托板的对称中心（ϕ10的圆心）上。
五.托板冲压模具参数计算
5.1模具凸凹模间的间隙
1）间隙对冲压件质量的影响
间隙越大，模具的寿命可以延长，但冲件的质量普遍不高，反之，间隙越小，冲件的质量越高，但模具的寿命会进一步缩短。因此，在保证冲压件质量的前提下，应选较大的间隙，若采用较小的间隙就必须提高模具的硬度和精度，从而减小模具的粗糙度，减小模具磨损，得以在保证冲压件质量的前提下，延长模具的使用寿命。
2）间隙对冲压工艺的影响
试验表明，冲件的单面间隙在材料厚度的5%～20%范围内时，冲裁力的降低不多，一般不超过冲裁力的5%～10%。间隙对Fx、Fo的影响较为显著，而当单面间隙增大到材料厚度的15%～25%时，卸料力几乎为零。
3）冲裁间隙的确定
一般采用经验法来确定。
查《冲压模具及设备》表4-10得（93页）
Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm
由于此托板冲件对尺寸要求不高，又采用的初级定位，故应取较大的间隙值，即∶Zmax=0.360mm
5.2冲裁模刃口尺寸的计算
1）冲裁模具刃口尺寸计算三原则
①落料时应以凹模为基准，先确定凹模，再确定凸模。
冲孔时应以凸模为基准，先确定凸模，再确定凹模。
②凹模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近下限值。
凸模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近上限值。
③模具的设计精度应比冲件的精度高2～3级。
2）冲裁模具刃口尺寸的计算
A、凹凸模分开制作
B、凹凸模配合制作
本托板的外形尺寸简单，且为复合模，因此采用凹凸模配合制作。
① 该冲裁件中心孔为冲孔件，故应以凸模为基准，对ϕ10的圆形冲孔时∶
dp=(dmin+x△) 查《冲压模具及设备》表4-14（97页）得x=0.75，凸模磨损后的尺寸∶ϕ10
所以，dp=ϕ（10+0.03×0.75）=ϕ10.0225
故∶

技术要求∶凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作
保证双面间隙为0.34mm
② 由于外形尺寸为落料，以凹模为基准
凹模磨损后扩大的尺寸∶
A1（58）A2（38）A3（R8） A4（30）
Add=(Amax-x△)
查表得∶x1=0.5，x2=1，x3=0.5，x4=0.5
Add1=（58-0.5×0.74）=57.63
Add2=(38-1×0.03)=37.97
Add3=R（8-0.5×0.22）=R7.89
Add4=（30-0.5×0.52）=29.74
故该托板的凹模刃口尺寸示意图如下∶

5.3模具闭合高度
由所选设备JA21-35可知，
它的最大闭合高度为Hmax=280mm，Hmin=220mm
（220-T）≤Hm≤（280-T）-5，T=5
∴215mm≤Hm≤270mm
5.4弹簧的选用
（1）选用弹簧的三原则∶
① 为保证卸料正常工作，在非工作状态下，弹簧应该预压，其预压力Fy应该大于等于单个弹簧承受的卸料力。即
Fy≥Fx/n
Fy—弹簧的预压力（N）
Fx—卸料力（N ）
n—弹簧数量
②弹簧的极限压缩量应该大于或等于弹簧工作时的总压缩量。即
hj≥h=hy+hx+hm
hj—弹簧的极限压缩量（mm）
h—弹簧工作时的总压缩量（mm）
hy—弹簧在预压力作用下产生的预压量（mm）
hx—卸料板的工作行程（mm）
hm—凸模或凹模的刃磨量（mm），通常取hm=4～10mm。
③选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。
（2）卸料弹簧的选用及计算
1）初定弹簧个数n=4，则每个弹簧的预压力为∶
Fy≥Fx/n=6293/4≈1573N
2）初选弹簧规格。按2Fy估算弹簧的极限工作压力Fj∶
Fj=2×1573N=3146N
查标准GB/T2089-1994,初选弹簧规格为∶
d×D2×h0=3.5×20×60，Fj=3140N，hj=20.9mm
3）所选弹簧的预压量hy
hy=Fy·hj/Fj=1573N×20.9mm/3140N≈10.45mm
4）校核所选弹簧是否合适。卸料板工作行程hx=t+1mm=3mm，取刃磨量hm=6mm，则弹簧工作时的总压缩量为∶
h=hy+hx+hm=10.45mm+3mm+6mm=19.45mm
∵h<hj，故所选弹簧合适。
弹簧安装高度Ha=Ho-Hy=60mm-10.45mm=49.55mm
取整Ha=50mm
六.托板冲裁模结构设计
具体托板冲裁模结构设计详见托板冲裁模装配图
借鉴于《冲压摸具及设备》P116图4-33

七.托板冲裁模主要零部件设计与选用
7.1落料凹模
1）根据对该托板零件形状分析，该托板冲裁模落料凹模应为整体式∶
落料凹模尺寸为∶L×B×H
L=l+2c B=b+2c H=Kb1
其中l=58mm，b=30mm，K=0.38，c=32mm，b1=58mm
∴L=58mm+2×32mm=122mm,标准为125mm
B=30mm+2×32mm=94mm,标准为100mm
H=0.38×58mm=22mm
但由于卸料弹簧的安装高度为50mm，所以空心垫板的高度H=50mm
将空心垫板与落料凹模做成整体，则H=50mm+22mm=72mm
凹模的尺寸为∶125mm×100mm×72mm
∴落料落料凹模如图∶

7.2凹凸模
凹凸模的尺寸如图∶

凹凸模其刃口尺寸按该托板的凹模刃口尺寸加工
7.3推件块
由于要完全要使冲件完全推出，所以其尺寸也应该按该托板的基本尺寸加工。但ϕ10的孔应略大于ϕ10mm，取ϕ11mm。
如图∶

7.4圆形冲孔凸模
该托板冲裁凸模刃口尺寸应按前面4.2中所计算出的凸模刃口尺寸计算，而它的长度应等于∶
L=h1+h2+ha，h1=22mm×0.8=17.6mm，h2=30mm，ha=50mm
所以冲孔凸模的长度为L=17.6mm+30mm+50mm=97.6mm,由于要保证凸模的强度，故将凸模设计成阶梯式，如图∶

7.5凸模固定板
凸模固定板的尺寸L×B×H
其中基本尺寸L=125mm，B=100mm，H=0.8×H凹=22mm×0.8=17.6mm，
凸模固定板的尺寸125mm×100mm×17.6mm

7.6凹凸模固定板
凹凸模固定板基本尺寸与6.5凸模固定板基本尺寸相同∶
125mm×100mm×17.6mm

7.7垫板
垫板的基本尺寸L×B×H，由于垫板的厚度H通常在3mm～10mm之间，所以垫板的基本尺寸为∶
125mm×100mm×8mm

7.8卸料板
卸料板的基本尺寸为125mm×100mm×13mm
7.9上下模座
由于上下模座的长度应比凹模长40mm～70mm，而宽则根据具体情况来定，厚度为凹模的1～1.5倍，上模座要比下模座厚度小5mm～10mm，所以∶
上模座尺寸为225mm×170mm×33mm
下模座尺寸为225mm×170mm×40mm
7.10导柱与导套
导柱的基本尺寸为L×D，
L=模具闭合高度-（导柱上端面与上模座顶面的距离+导柱底面与下模座的距离）=218.6mm-(10mm+3mm)=205.6mm，D=24mm

导柱

导套

7.11圆柱销

7.12导料销与挡料销
该模具的挡料销与倒料销均选用ϕ4的圆柱销

7.13模柄

7.14卸料弹簧

7.15螺钉

八.模具的使用及维护
模具的使用
模具安装在型号为J23-35，最大闭合高度为280mm的开式双柱可倾压力机：
1、安装前江模具安装表面清理干净，确认模具正确安装在机床上。
2、安装后空合模数次将模具闭合高度，使用合理的垫块高度，调整模具为最佳冲压高度。
3、模具使用过程中应充分保证工作人员的活动范围。
4、在冲裁过程中若发现有异常声音时应立即停止运行机床，排除故障后方可继续使用。
5、冲裁过程一段时间后应及时清理模具凸凹模上的毛刺，防止积瘤的产生。
6、所有工件冲裁完成后应江模具从压力机上卸下，按模具维护说明书正确有效防止。
模具维护方式
1、按总装图正确装配模具。
2、按所选压力机安装模具并保证压力中心与模具中心重合。
3、打开磨具确认模具型面无异物，确定挡料销、导料板的位置正确。
4、运行压力机空合模数次，保证正确运动和定位。
5按模具设计参数调试模具并生产。
6、在冲裁过程中时刻检查肥料是否排放顺畅，若出现堵塞情况应立即停止机床，对废料进行排除。
7、模具使用人员应站立在模具工作台面前端的两侧。
8、模具使用时应经常检查模具的工作台面和工作刃口，清楚材料的积瘤，排除在不正确使用过程中的废料，以免产生废料张模。
9、使用完毕后应该压料面，型面应出去材料积瘤。
10、按照每生产3000——5000件后，按上述模具保养以延长使用寿命。
结束语
时间飞逝，寒假已经结束了，而上学期的专业课—冲压模具设计让我度过了一个美好而充实的学期，在这一学期的学习中让我认真了解了模具的结构、设计等诸多方面；在学习中同时也遇到了许许多多的困难，但是在老师和同学们的探讨下都得到了良好的解决，掌握了知识与经验，使我对这门学科产生了浓厚的学习气氛，但还有诸多不足的地方，以待这学期进一步的学习与改善。在以后的学习中我会更加的努力，争取尽可能多掌握技能，为以后打下结实的基础。

参考文献

1、徐正坤主编.冲压模具及设备.北京.机械工业出版社.2010
2、屈波主编.互换性与技术测量.西安电子科技大学出版社.2007
3、杨玉萍、高龙士主编.机械制图与AutoCAD.北京.机械工业出版社.2009
4、李名旺主编.冲压工作实用手册.2010