托板冲压工艺与模具设计.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
班 级：09模具303
姓 名：李俊涛
学 号：20091023331
指导老师：洪 奕
时 间： 2011-1-24

目录
前言
课题………………………………………………………………… 4
第一章 冲裁件的工艺分析 ……………………………………… 5
第二章 冲压工艺设计方案……………………………………… 8
第三章 冲裁件的计算…………………………………………… 12
第四章 模具的计算……………………………………………… 17
第五章 模具使用说明书及维护方式…………………………… 21
第六章 结束语…………………………………………………… 23
第七章 参考文献………………………………………………… 24

前言
本书是根据机械工程学院“关于加强高职师范学院模具教程若干意见”课程基本要求和教学进程所编写的设计说明书，遵循“理论联系实际、体现应用性、实用性、综合性和先进行，激发创新”的原则，结合模具工业的经验的基础上编写的，本设计说明书的主要特点是：
1、根据模具冲压成型工艺级模具设计的工程技术应用性的实际要求，理论以“必须、够用”为度，着眼解决现场实际问题，积极吸纳新技术，体现应用性、实用性、综合性、和先进性。
2、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——09模具303班李俊涛主编，机械工程学院教授洪奕给予指导，方强、方燕青等同学提出宝贵意见，在此表示深切感谢。
由于编者水平有限，书中错误和缺点在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者
2011年2月

课题：

冲 压 件：托板
生产批量：大批量
材 料：08F
T=2mm

第一章 冲裁件的工艺分析
一、 经济性分析
通过如下方面对冲压件的经济性成本进行分析：
（1） 查资料可知材料费占总成本的65%-75%,另加上工人的劳动费
（2） 对于冲压件批量的问题看是否需要大小或者中批量生产，由图纸可知该冲压件为大批量生产，所以冲压式可采用级进连续冲压或者复合模冲压。
（3） 提高材料利用率以降低成本，进行合理的排样充分利用材料空隙，循环利用废料。
（4） 大批量生产时，采用硬质合金材料来增加磨具的寿命，增加利益。
由上可知，冲压生产对于大批量生产具有独特的工艺性、优越性，所以可采用适于大批量生产的冲压工艺生产。
二、 材料
冲压采用的材料不仅要满足冲压件使用要求，还要满足冲压工艺的要求和后续加工的要求，同时冲压工艺对材料也需：①具有良好的冲压成型性，②具有较高的表面质量。
由本图冲压件提供的材料为08F，查表2-3 可知08F的材料抗剪强度τ=216～304Mpa，抗拉强度σ=275～383Mpa，为常用冲压成型的材料，故可知08F适合冲压工艺材料的需要。
三、 结构与尺寸
1、 此冲压件的形状简单、规则，厚度t=2mm，适合冲压生产，可
以有利于材料的合理利用，节约材料。而冲压工艺的冲裁工序 合理布置可提高生产效率，提高模具寿命，降低成本。
2、 在生产过程中应尽量采用最简单快捷、省材料的方法生产，
由此冲压件托板的基本形状、尺寸可知此适合冲压生产，但在冲压生产中冲裁件的内外形转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡以便于模具加工，减少处理开裂。减少冲裁时尖角处的崩刀和尖角处的摩擦而引起的冲件尺寸要求的变化。
根据P88 表4-2知，当落料时交角≥90，最小圆角半径应当为r=0.25t=0.5mm≥0.25mm，而对应冲压件图纸上的几处直角改为r=0.5mm过渡不影响此件的使用前提下与顾客达成一致，然后确定新的冲件图样，并由顾客签字确认。如图：

3、在冲压过程中应尽量避免冲裁件上过于窄长的凸出悬臂和凹槽，否则会降低磨具的寿命和冲裁件的质量，由所提供冲裁件托板的尺寸和形状知无过长凸出悬臂和凹槽，故适合冲压生产的要求。
4、此冲裁件托班的内孔直径为10mm≥1.5t，故冲裁的尺寸完全符合冲压生产材料的性能、凸模强度和磨具结构。
5、此冲裁件托板只有中心孔一个，不需要考虑冲裁件孔和孔之间、孔与边缘之间的距离为10mm，故可知不影响冲压生产。
四、精度和粗糙度
1、冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料公差等级低于IT9级，由图样冲压件托板的尺寸和公差要求与P89 表4-5对照可知 对于t=2mm的托板冲压生产完全可以达到所需产品的精度要求，故可使用冲压生产。
2、 粗糙度影响零件的外观和质量，在冲裁过程中断面、粗糙度及毛刺程度因素有关，对于本冲压件t=2mm的金属材料，Rmax≤0.05 可达到冲压件实际尺寸的要求和公差等级的要求。

第二章 冲压工艺设计方案
一、工艺设计内容方案:
1、工艺类型
2、工艺次数
3、工艺次序
4、工艺组合方式
1、工艺类型
对于一般冲裁件，通常考虑外形采用落料、内形采用冲孔，威力保证模具强度和不是孔变形，一般采用两次或者多次工序，当冲件形状复杂或者尺寸较薄弱时通常可将冲件的外形分步冲出，故采用先落料、后冲孔的工艺类型以保证内孔尺寸和外形的尺寸质量。
2、工艺次数
由此件可知工艺次数可分为落料和冲孔两个工序组成。
3、工艺次序
当多工序冲件有冲件和落料时，一般先落料 后冲孔可使减少定位误差和避免尺寸换算。
4、工艺组合方式
①、单工序模 先冲孔后落料
②、单工序模 先落料后冲孔
③、复合模 落料+冲孔
④、级进模 先冲孔、然后落料同时冲下一个孔
二、方案分析
1、单工序模 ：冲孔+落料
① 单工序冲裁模结构简单，冲裁模是指在压力机的一次行程内只完成一种冲裁工序，此冲孔+落料的单工序模有先冲孔得到冲压件，然后再落料的方式得到产品。冲孔模大多是在工件上进行，为了保证冲裁件的平整，冲孔模一般采用弹性卸料装置，并注意解决好工件的定位和取出问题，冲小孔时必须考虑凸模强度和刚度，以及快速更换凸模结构。
冲裁成型零件上的侧孔时，需要考虑凸模水平运动方向的转换机构等，这样采用了凸模全长导向机构。在行程中其余部分都得到凹模活动护套不断的导向作用，而大打提高凸模稳定性，模具导向精度高，消除压力机导向误差影响，还应采用浮动模柄结构，为了保证卸料时不产生水平偏摆，避免凸模承受侧压力而折断，还应为模具配备较强的压力弹性元件，这是小孔冲裁的共同特点，其卸料力一般取冲裁力的10%，以利于冲孔的质量。
② 落料模
落料模式指沿封闭轮廓江冲件从板料上分离的冲模，分为： 1、误导向落料模，2、导板式落料模，3、导柱式落料模。
无导向落料模的特点是结构简单、制造容易，可用边料冲裁有利于降低冲件成本，但是凸模的运动是靠压力机滑块导向的，不易保证凸凹模间隙均匀，冲裁精度不高，同时模具调整麻烦，容易发生凸凹模刃口啃切，因而寿命较低、操作也不构方便。这种落料模只适合于用于冲裁要求精度不高、形状简单和生产批量小的冲件，导板式落料模的特点是凸模运动依靠导板导向，易于保证凸凹模的间隙均匀性，同时凸模回程时导板又可以起到卸料的作用，导板模与无导向模相比，冲件精度高、模具寿命长、安装容易、卸料可靠、操作安全，但制造比较麻烦，导向模一般用于形状简单、尺寸不大、料厚大于0.3mm的小冲件，导柱式落料模导柱导向比导板模可靠，冲裁精度高、模具寿命长、使用安装方便，但是模具尺寸较大，制造成本高，这种模具广泛应用于冲裁生产批量大、精度高的冲件。
此单工序模设计简单、易于制造，从制造工艺上讲易于设计，冲压件生产过程中省事，而且技术含量不高，对机械设备的要求不高，但是模具寿命却又很大的限制，需用副模来完成最终的冲件成品。
2、单工序模 落料+冲孔
此单工序模类同上一方案的工序，与前者刚好步骤相反，而工艺上先落料后冲孔，这样对冲压件尺寸精度有影响，而这个冲压件分为两模完成不仅需更多的机器、人力资源、空间资源和时间。
3、复合模
复合模是在压力机一次行进过程中在模具同一个工位上同时完成两道或者两道以上不同的冲裁工序的冲模，复合模是一个或者几个具有双重作用的零件，凸凹模如落料冲孔复合模中有一个既能做落料凸模，又能作落料凹模的凸凹模。
复合模又分为正装式复合模、倒装式复合模。
正装式复合模工作时板料在压紧状态下分离，故冲出的冲件平直度高，但是由于弹性顶件和弹性卸料装置的作用，分离后冲件容易嵌入边料中影响操作，从而影响生产率；倒装式复合模一般采用刚性推件装置，冲件不是处于压紧状态就是处于分离状态，冲件平整度不高。正装式复合模适合于冲裁材料较薄、平整度要求高的冲件，还可以冲制孔边距较小的冲件，而倒装式复合模结构简单，便于操作并为机械化出件提供了条件。
4、级进模
级进模是压力机在一次行程中一次在同一模具不同工位上同时完成多种工序冲裁模，在级进模上根据冲件的实际要求，将各工序沿逆料方向按一定顺序安排在模具的各工位上，通过级进冲压便获得所需工件，级进模不但可以完成冲裁工序，还可以完成成型工序，甚至装配工序。许多需要多工序冲压的复杂冲件可以在一副模具上成型，因而它是一种多工序、效率高的冲模，但实际生产过程中对精度一般适合于冲制板料厚度大于0.3mm，材料硬冲件级进距与落料凸模稍大的场合，否则宜用侧刃定位，侧刃定位的级进模不存在上述问题且操作方便、效率高、定位准确，但是材料消耗多冲裁力大，模具复杂、制造麻烦，对机械要求高，对工人的技术要求较高，安装复杂、制造周期长。
综上所述：与本冲压件的材料、尺寸要求、精度要求、和生产批量需既满足精度、尺寸、材料适合车间机械、工人技术、安全生产条件、经济利益、生产周期、产品质量等要求，故采用复合模作为工艺组合方式。

第三章 冲裁件的计算
一、 工艺计算
1、 排样： 有肥料排样
少肥料排样
无肥料排样
对于有肥料排样冲件尺寸完全有冲件保证，冲件质量好、模具寿命长，但是材料利用率低，用于冲裁形状复杂、尺寸精度要求高的冲件。对于少废料排样，材料利用率高、冲模结构简单，用于形状规则、精度要求不高的冲件，但是模具寿命低，冲件质量差，故对于本冲件托板应采用少废料排样，而无废料排样用于结构规则对称、尺寸要求不高，但不易于操作，难实现完全肥料。故采用少废料排样。
2、 排样的制定
利用率η﹦A·n/B·L
A为单个冲压件单面表面和n为板料最多冲压件数
B条料的宽度
L为条料的长度
3、 料边与搭边的计算
由本件外形分析，搭边小时易使塑形形变失稳，不能保证产品的质量，也要满足送料方便等条件。
对于右图的排样方式t=2mm
排样1 由P107 知 圆成圆角r＞2t 时
a=1.5 a1=2.0

排样2 由P107知
a1=1.2 a=2.5

4、T料的宽度B，采用中极定位 且有侧压装置
B1=（Dmax+2a）
=（58+3）
=61
B2=（Dmax+2a）
=(30+5）
=35
对于大批量生产的冲压件应选用既能满足要求在材料和 长宽充分满足的情况下。
查P31知选用2×1000×2200的08F
查表P108表4-19 知
B=61 B2=35
材料利用率
对于排样1
B=1000 n1=1000-2.0/31.5=31
L=2200 n2=2200/61=36
n=n1×n2=1116
对于排样2
B=1000 n1=1000-1.2/59.2=16
L=2200 n2=2200/35=62
η1=A·n1/BL=67.28%
η2=An2/BL=59.81%
故用采用第一种排样方

导料板的最小间隙Zmin 查表4-21
B0=B+Z Z=5
B=61+Z=66
5、压力计算
冲裁力 F=KLtτ
=1.3×193.64×2×304
=153054N
卸料力 Fx=KxF
=0.04×153054
=6123N
顶料力 Fd=KdF
=0.05×153054
=7653N
推件力 Ft=nKTF
=5×0.045×153054
=34438N
重压力P=F+Fx+Ft=193615N
查表P40 结合实际操作性，对于易于卸料和操作 选择开始双柱可倾压力机 型号为Jc23-25。
6、压力中心的计算
由本托板冲件可知，压力中心应在板件中心孔φ10mm的中心孔上。

第四章 模具计算
一、模具间隙
1、冲裁压力的影响
试验表明单面间隙介于料厚5%-10%时，冲裁力降低不多，不超过5%-10%在正常情况间隙对于冲裁力的影响不很大，Ft、Fd、Fx受间隙影响较大，间隙增大冲裁件光面变窄，当单面间隙增大为料厚15%-25%卸料力几乎为零。
2、模具寿命的影响
凸凹模间隙小易产生凸模折断相互啃刃等现象，磨损后刃口尺寸变化影响冲裁件的尺寸精度、模具寿命减小，在保证冲裁件质量的前提下，应选用较大的间隙值，若采用小间隙就必须提高模具硬度和精度减小模具粗糙度、减小摩损。
3、冲裁间隙的确定
1)理论确定法
Z=2t（1-h0/t）tanβ
t—材料厚度
h0/t—产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度
β—剪裂纹与垂线的夹角
查表4-8 h0↑， Z↓；t↑ Z↓。
2)经验确定法
查P93 4-10 得Zmax=0.36,Zmin=0.246,故选Z=0.35
结合本冲件件托板的外形可知应采用经验确定。
二、冲裁模刃口尺寸的计算
1、计算原则
1）落料时以凹模为基准，间隙放在凸模上
冲孔时以凸模为基准，间隙放在凹模上
2）要考虑摩损对冲裁件尺寸的影响
3）模具精度对冲裁件尺寸的影响
4）入体原则
2、计算方法
1）凸凹模分开制作 2）凸凹模配合制作
结合本冲压件托板的外形尺寸和复合模冲压来确定本件采用凸凹模配合制作更适合冲裁薄板件的冲件。
①由于冲件中心孔为冲孔件，故以凸模为基准，对于圆形冲孔时d=(dmax-x△）

查表x=0.75
d=（0.003-0.75×0.03）
=10.075
查表4-10得Zmax=0.360mm，故冲件凸模以实际刃口尺寸配作，双面间隙值0.246-0.360，冲孔凹凸模刃口尺寸标注如上图：
②由于外形为落料，以凹模为基准
凹模磨损后变大的情况：
刃口尺寸计算公式为：Ad=（Amax-xΔ）
x2=0.75，x3=0.55，x4=0.5
Ad1=（58-0.5×0.74 ）=57.63
Ad2= (38-0.5×0.62）=37.69
Ad3=(30-0.5×0.52）=29.74
Ad4=（8-0.75×0.22）=7.385

查表4-10 Zmin=0.246mm，Zmax=0.36mm，故保证多面间隙，
0.246—0.36，故选Z=0.35，落料凹凸模刃口尺寸标准。
三、模具闭合高度
由选的设备Jc23-25
最大闭合高度Hmax=270mm，Hmin=215mm
（Hmin-T）≤Hm≤(Hmax-T)-5 T=5
220≤Hm≤260

第五章 模具使用说明书及维护方式
一、模具的使用
模具安装在型号为JC23-25，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。
二、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，大二上学期已经结束了，而这学期的专业课—冲压模设计 让我度过一个美好的而充实的学期，在这学期的学习中让我真正了解了模具的结构、设计和制造。在学习中也遇到很多问题，在老师和同学额帮助下都得到很好的解决，掌握了更多的实践经验，使我对冲压模具设计这门课程有了更加浓厚的爱好，在以后的学习中我会更加的努力，把这门课程学的更好，在以后的学习、工作生活中一路顺风。

参考文献
【1】 徐政坤主编，冲压模具及设备。北京，机械工业出版社，2010
【2】 曲波主编，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