托板冲裁模具设计说明书-毕业论文.doc

重庆工业职业技术学院托板冲压工艺及模具设计说明书 系部 机械工程学院姓名 吴 浪专业 模具设计与制造班级 14模具302学号 201410230225指导老师 洪 奕 前言在老师的指导和同学的帮助下，对冲压工艺一窍不通的我慢慢了解冲压。这是我的第一个设计，遵循“理论联系实际，体现应用性、综合性和先进性，勇于创新”的原则，结合老师的指点，查阅相关资料编写而成的。本设计参考了机械制图、互换性与技术测量、金属材料及热处理、冲压工艺及模具以及教材书冲压工艺及模具设计与实践等参考资料，以实际经验为依据，注重工艺和加工。本说明书的主要特点是：1、 根据从事成型工艺及模具设计工程应用型人才的实际要求，理论以“必须、够用”为度，着眼于加强专业知识，积极吸纳新技术，体现了应用性、实用性、综合性和先进性。2、 本设计介绍了冲裁模具的设计思路和方法，着重介绍了工艺方案的确定，重要尺寸的计算、主要零件的设计。3、 各部分均选用了较多的应用实例，重点部分精选了综合应用实例，应用性和可操作性强，便于生产和识读。通过本设计，我深刻体会到了“书到用时方很少”这句话，以前的基础知识没怎么学好，设计时步步艰难。只要一个数据出错，后面全错，必须认真查阅相关书籍，不能有半点马虎。不过也扩展了知识面，学到了不少的东西。由于编者水平有限，错误及不妥之处在所难免，希望老师和广大读者批评指正。 编者 目录第一章 冲裁件的工艺分析51.1 冲裁件的批量和材料1.2 冲裁件的结构和尺寸1.3 冲裁件的精度和粗糙度第二章 冲压工艺流程设计及优化82.1 冲压工艺类型2.2 冲压工艺次数2.3 冲压工艺顺序2.4 冲压工艺组合方式 第三章 冲裁件的工艺参数计算12 3.1 排样 3.2 定位方式 3.3 方案分析 3.4 模具中心压力的确定 3.5 冲裁力的计算与冲裁设备的确定 第四章 冲裁模具参数计算22 4.1 冲裁模具间隙的选用和确定 4.2 冲裁模具刃口尺寸计算第五章 模具总装图26第六章 冲裁模具零部件设计28 6.1 冲裁模具工作零件设计 6.2 冲裁模具卸料与出件装置设计 6.3 弹簧和橡胶的选用 6.4 冲裁模具定位零件设计6.5 标准模架与与导向零件设计6.6 其他支承固定零件 后记40 参考文献41 第一章 冲裁件的工艺分析1.1 冲裁件的批量和材料1、批量由零件图中的相关要求可知：该零件的生产批量为大批量，所以为提高生产效率，降低生产成本，该零件适合冲压。2、材料由零件图中的相关要求可知：该零件所用材料为08F,据金属材料及热处理P101页可得：08F为优质碳素钢，其强度低且硬度、塑性、韧性好、易于冲裁、弯曲、拉深，所以该零件适合冲压。 1.2 冲裁件的结构和尺寸 1、形状 由零件图分析可知：该零件形状相对简单，成对称结构。而冲压要求零件形状相对简单、规则，有利于材料的合理利用，提高模具的使用寿命，所以该零件适合于冲压。 2、尖角 由零件图分析可知：该零件外形有90度的尖角，为提高模具寿命，便于模具加工，零件的内、外形转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，最小圆角半径查教材表4-3，落料时交角大于等于90度的软钢最小圆角半径为0.25t=0.5mm，所以建议将零件所有90度尖角改为R0.5的圆角，并与客户会签。 3、悬臂与凹槽为提高模具寿命及零件质量，尽量避免零件过于窄长和凸出悬臂和凹槽。由零件图分析可知：该零件无过长悬臂和凹槽，所以该零件适用于冲压。 4、冲孔的最小尺寸 冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不宜太小，冲孔的最小尺寸取决于材料的性能、凸模强度和模具结构等。有零件图分析可知：零件只有一个圆形孔，查教材表3-2可知，08F的抗剪强度为230-310Mpa。再查表4-4得：无导向凸模冲孔最小尺寸为2.6mm，由零件图可知，零件唯一的最小的孔的直径dmin=10mm2.6mm，所以零件满足冲压要求。 5、孔间距和孔边距 因为零件只有一个孔，所以不存在孔间距。 由零件图可知，零件为对称结构，其最小边距为10mm，故不影响生产。1.3 冲裁件的精度和粗糙度 1、精度等级冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料件公差等级最好低于IT9级。根据零件图查互换性与技术测量表2-3，零件长度58-0.74的精度等级为IT14级，零件宽度30-0.52的精度等级为IT14级，外圆尺寸R8-0.22的精度等级为IT13级，内孔尺寸的精度等级为IT8级，其余未标注尺寸为自由公差，按IT14级计，所以该零件满足精度要求。 2、粗糙度 冲裁件的断面粗糙度及毛刺高度与材料塑性、材料厚度、冲裁间隙、冲模结构和凹凸模工作部分表面粗糙度有关。用普通冲裁方式冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度值Ra一般可达3.212.5um,由零件图可知该零件的表面粗糙度为6.3um，满足使用要求。 查教材4-8，毛刺高度在试模时小于等于0.05mm,生产时小于等于0.15mm,故满足使用要求。 综合上述分析，该零件适合冲压。冲压件图 第二章 冲压工艺流程设计及优化2.1 冲压工艺类型由冲压件图可以看出，该零件所需的基本工序为落料、冲孔。2.2 冲压工艺次数 由冲压件图可以看出，该零件的工艺次数分为落料和冲孔两个工序。2.3 冲压工艺顺序根据第一章算出零件的孔边距为10mm，如果先冲孔，零件的形状和尺寸很有可能受后续工序的影响，导致变形，所以不宜先冲孔后落料，为减少定位误差和避免尺寸计算，应先落料后冲孔。故零件的冲压工艺顺序为先落料后冲孔。2.4 冲压工艺组合方式单工序模 方案1：落料冲孔 方案2：冲孔落料复合膜 方案3：落料+冲孔 方案4：冲孔+落料 方案5：落料、冲孔同时进行级进模 方案6：落料冲孔 方案7：冲孔落料组合方式分析方案1：采用单工序模，制造成本低，尺寸和冲压件的厚度不受限制，但冲压出来的工件精度低，冲压多工序的冲裁件时，要经过多次定位和变形，产生累积误差大，生产效率低，生产时安全性低，只适合小批量生产。由冲压件图可以看出，该零件生产批量大，若采用单工序模，增加了生产周期，从冲裁质量、经济性、安全性上看，该零件不适合采用单工序模，故不采用单工序模，否定方案一。方案2：采用单工序模，分析同方案1，故不采用方案2。方案3：采用复合模，由教材表4-10可知，复合模的加工精度可达IT9-IT8级，孔与外形的位置精度较高，冲压件平整，冲压件厚度在0.053mm之间，适合大批量生产，能实现废料重新利用，在调校和试模中虽技术要求高，但难度不大。但操作性能不方便，需要手动进行卸料，不太安全。由冲压件图可知，零件加工精度一般，厚度为2mm，结构简单且大批量生产。从冲裁质量、经济性方面来看，复合模明显优于单工序模，本方案满足其生产要求，故暂时保留方案3.方案4：采用复合模，分析如方案三，与方案3工艺顺序相反，一般情况下，有落料和冲孔时，应采取先落料后冲孔以减少定位误差和避免尺寸换算。故不采用方案4.方案5：采用复合模，分析如方案3.但若冲孔与落料同时进行，不但对模具磨损大，而且冲裁时精度互相影响，冲裁质量差，故不采用方案5.方案6：采用级进模，由教材表4-10可知，级进模的加工精度可达IT13IT10级，冲压件料厚为0.66mm之间，冲裁时自动送料，冲件和废料从下模漏下，操作方便安全，可采用高生产效率的高速压力机。在加工形状简单的工件时模具制造成本和工作量低于复合模，适合大批量生产，无论从生产批量、生产效率还是安全性上来看都符合零件的生产要求。由前面的计算可知，零件内孔精度要求较高，若采用级进模，加工精度达不到要求，需要后期加工，延长生产周期，故不采用级进模。否定方案6.方案7：采用级进模。分析同方案6，与方案6工艺顺序不同。故不采用方案7.综合以上分析，确定采用方案3为宜，即冲压工艺组合方式为采用复合模，落料+冲孔。第三章 冲裁件的工艺参数计算3.1排样1.排样方式有废料排样少废料排样无废料排样由冲压件图可以看出，零件结构简单，尺寸精度不高，可选择无废料排样，但无废料排样难以保证尺寸精度，且难以实现材料完全利用。故采用少废料排样为宜。2、排样形式由教材表4.11分析可知，选择具体形式为直排最佳。 3、板料纵裁和横裁的选择 板料一般都是长方形的，故有纵裁和横裁两种方法。横裁和纵裁各有横排和竖排两种方式。3.2 定位方式 1.初级定位 初级定位定位不太准确，适用于单工序模或精度不高的复合模。 2.中级定位 中级定位比初级定位准确，适用于复合模。 3.高级定位 高级定位定位最准确，适用于级进模。 综合以上分析，由零件图可知，该零件精度较高，可采用中级定位，导料板且有侧压装置的模具。3.3 工艺参数的计算 根据排样方式可分为四种方案： 方案一：纵裁竖排 方案二：纵裁横排方案三：横裁竖排 方案四：横裁横排方案分析 ： 查教材表4-15，C=5mm由冲压件图可以看出，零件面积 A1=3830+1622+82-4（-）=1404.85mm2方案一 搭边值：查教材表4-12，a1=2.2mm，a=1.8mm 条料宽度：查表4-13，=0.6mm B0 -0.6=(Dmax+2a)0 -0.6=61.60 -0.6导料板间距：A=B+C=66.6mm条料步距：S=Dmax+a1=32.2mm查冲压模具及设备表2-5，选择长为2000mm，宽为1000mm的板料板料条数：n1=100061.6=16.23 取整数16每条条料上的零件数：n2=62.03取整数62 一张板料上的零件数：n=n1n2=992材料利用率： =100%=69.68% 方案二 搭边 查教材表4-12得，a1=1.5mm,a2=2.2mm 查表4-14 =0.2mm条料宽度 B0 -0.2=(Dmax+2a)0 -0.2=34.40 -0.2导料板间距离 A=B+C=39.4mm条料步距 S=Dmax+a=59.5mm板料条数 n=29.09 取整数29每条板料上零件数 n=33.59取整数33一张板料上的零件数 n=957材料利用率 =100%=67.22%方案三搭边值 查表4-12 a1=1.5mm a2=2.5mm查表4-14 =0.2条料宽度 B0 -0.2=(Dmax+2a+c)0 -0.2=350 -0.2导料板间距离 A=B+C=40mm 条料步距 S=Dmax+a1=59.5mm 板料条数 n1=57.14 取57 每条板料上的零件数 n2=16.76取整数16一张板料上的零件数 n=n1n2=912材料利用率 =100%=64.06%方案四搭边值 查表4-12 a1=2.0 a=1.8条料宽度 查表4-13 =0.6 B0 0.6=(Dmax+2a+c)0 -0.6=61.60 -0.6导料板间距离 A=B+C=66.6mm条料步距 S=Dmax+a1=31.8mm板料条数 n1=32.46 取整数32每条板料上的零件数 n2=31.38 取整数31一张板料上的零件数 n=n1n2=992材料利用率 =100%=69.68%由上述分析可知，方案一和方案四的材料利用率最大，但因为纵裁裁板次数少，冲压时调换材料次数少，工人操作方便，生产率高，所以通常情况下选择纵裁为宜，故采用方案一，即纵裁竖排。排样图3.4 模具中心压力的确定由冲压件图可以看出，该零件是对称的，所以其压力中心是零件的中心，即零件的圆孔中心。3.5 冲裁力的计算和冲裁设备的确定 1.计算冲裁力按F冲=KLt计算因所用模具为复合膜 则L=382+24+142+28+25=193.68mm查教材表3.2得 =300Mpa由零件图可知，t=2mm K常取1.3则冲裁力 F=1.3193.682300=151.0704 KN 2、卸料力、推件力、顶出力卸料力 F卸=K卸F查教材表4-18得 K卸=0.045 K推=0.055 K顶=0.06F卸=0.045193.68=8.7156KNF推=nK推F=30.055193.68=31.9572KNF顶=K顶F=0.06193.68=11.6208KN 3、降低冲裁力的措施为了降低冲裁力采用阶梯凸模冲裁，先落料后冲孔。 4、压力机所需总压力的计算卸料方式选用弹性卸料装置和下出件模具。 5、压力机公称压力的设备型号的选择由前面分析可知，采用弹性卸料的倒装式复合模。F=F+F卸+F推=152.0104+8.7156+31.9572=192.6832KN 考虑到压力机的使用安全，选用压力机吨位时，总工序力F一般不超过压力机额定吨位的80%，即F设备=240.854KN查教材表3-12、3-14，确定压力机的型号为J23-25，其公称压力为250KN.第四章 冲裁模具参数计算 4.1 冲裁模具间隙的确定1. 冲裁模具间隙的影响1） 对冲裁件断面的影响间隙太小，材料中拉应力成分减少，静水压效果增强，不易产生裂纹。若间隙太大，材料中的拉应力增大，容易产生剪裂纹，冲裁件翘曲现象比较显著。一般来说，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值；当对冲裁件断面质量要求较低时，则应适当的增大间隙值，以利于提高模具的寿命。 2）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）对模具寿命的影响冲裁时，凸模与被冲孔、凹模与落料件之间均有摩擦，且间隙越小，摩擦越严重。合理的间隙可使凸凹模侧面与材料间的摩擦减小，并减小间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的使用寿命，所以间隙越大，模具寿命越高。2、冲裁间隙的确定 1）计算法由公式 =（t-b）tan=t(1-)tan可知，若要保证冲裁质量，即b增大，z减小，则冲裁力减小，模具寿命低；当厚度t增大，则z成正比增大，b减小。但b不好确定，所以不宜采用计算法2） 查表法 由冲压件图可以看出，零件材料选用08F，材料厚度为2mm，故查教材表4-21可得，该冲压件凹凸双面间隙为Z=0.246mm，Zmax=0,360mm 模具在使用过程中，间隙会越变越大，最新模具应该要留磨损余量，但由冲压件图可以看出，该冲压件既有冲孔，又有落料，在保证冲裁质量的前提下，为降低冲裁力，提高模具寿命，间隙值取Z=0.25mm 4.2 冲裁模具刃口尺寸的计算 因为模具加工和测量方法不同，尺寸计算方法可分为凹凸模分开制作和配合制作1. 凹凸模分开制作落料凸模尺寸：长边D=38D凸=38-1-0.25=36.75 D凹=37短边D=30D凸=30-0.5-0.25=29.25D凹=29.5冲孔：d凸=10+1=11d凹=10+1+0.25=11.25 2、凹凸模配合制作此方法适用于加工复杂和薄材料的模具，用此方法制造模具效率相对于前者低，但制造、调试、检验、装配方便，缩短了生产周期。根据冲压件图，综合上述分析，选用凹凸模配合加工为宜。冲孔：以凸模为基准，配合制作凹模由冲压件图可以看出，零件中心孔的尺寸为10+0.03 0则凹模磨损后变小的尺寸为10+0.03 0由教材表4-25查得 刃口尺寸按公式B凸=（B+）0 -0.25 计算查教材表4-24得 =0.75则B凸=(10+0.750.03) 0 -0.25=10.02250 -0.0075凹模尺寸按凸模尺寸配制，其双面间隙为Z=0.25 mm其刃口尺寸为10.3225+0.03 0凸模落料：以凹模为基准，配合制作凸模由冲压件图可以看出，凹模磨损后变大的尺寸为A1=580 -0.74 A2=80 -0.22 A3=300 -0.52A4为自由公差，为降低模具加工难度，取公差等级为IT14级，公差为0.56，则 A4=380 -0.56查教材表4-24可得 磨损系数 1=0.5 2=0.75 3=0.5 4=0.5 A1凹=（A1-1）=(58-0.50.74)=57.63A2凹=（A2-2）=(8-0.750.22) =7.835A3凹=（A3-3）=(30-0.50.52)=29.74A4凹=（A4-4）=(38-0.50.56)=37.97落料凸模按落料凹模尺寸配制，其双面间隙为0.3mm凹模: 模具闭合高度的确定由公式（Hmax-H1-5mm）H模Hmin-H1+10mm式中 Hmax、Hmin压力机最大或最小闭合高度 H1压力机工作垫板厚度（工作时尽量不取）H模模具闭合高度查教材表3-14，根据所选设备J23-25可知Hmax=250mm封闭高度调节量 h=70mmHmin=Hmax-h=180mm所以 250- 0-5cmH模180-0+10cm 即 245cmH模190cm托板结构参考冲压模具及设备教材116页图4-33，借鉴了其中的模具框架，并对其工作零件修改。原图冲裁模的冲件图的冲孔是两个孔，而我们的设计是一个孔，则需把原结构的两个冲孔凸模改成一个冲孔凸模并尺寸改为10+0.030 0大小的中心孔，还需要改的是落料凹模的尺寸，改为两个半圆弧的尺寸为R80 -0.220,两半圆弧之间的距离为580 -0.740和距离为38的长方形的长和300 -0.520的宽，凹凸模也需要该，改的尺寸以设计以设计要求为准。第六章 冲裁模具零部件设计6.1 冲裁模具工作零件设计1、落料凹模 1）凹模刃口形式 选用柱形刃口筒形凹模。 2）凹模外形尺寸 凹模厚度 H=kb(H15mm)其中b为凹模孔的最大宽度 由冲压件图可知 b=58mm查教材表4-37得 k=0.38则 H=kb=22.04mm 取H=22mm凹模壁厚 小凹模 c=(1.52)H 大凹模 c=（23）H取 c=1.5H=33mm 3)复合模中凹凸模的最小壁厚C(1.52)t且C3mm取 C=2t=4mm 4)凹模外形结构与固定方式 凹模外形结构选用整体式刃口凹模 固定方法采用螺钉和销钉直接固定在模板上 5）凹模轮廓尺寸的确定 凹模板的平面尺寸 LBL=l+2C1为沿凹模长度方向刃型孔的最大距离1=58mmL=1+2C=124mm 标准取为125mmB=b+2Cb为沿凹模长度方向刃型孔的最大距离 b=30mmB=b+2C=96mm 标准为100mm凹模的尺寸为125mm100mm322mm落料凹模如图 2、冲孔凸模 1）凸模的结构形式与固定方式 根据冲压件图，选用整体式圆形凸模 固定方式采用阶梯形结构，将凸模压入固定板内，采用配合2）凸模的材料及硬度凸模材料选用CrWMn，凸模刃口淬火硬度为5862HRC,尾部回火至4050HRC。3）凸模长度计算采用固定固定卸料版和导料板L=h1+h2+h3+hh 1为凸模固定板厚度，一般取为（0.6-0.8）H凹取h1=16mmh2为卸料版厚度，一般取520mm取h2=12mmh3导料板厚度，查教材表4-40得h3=8mmh为附加长度，一般取h=1520mm取h=17mmL=h1+h2+h3+h=55mm3.凸模固定板凸模固定板的尺寸LBH其中基本尺寸L=125mm，B=100mm，H=0.8H凹=22mm0.8=16mm凸模固定板的尺寸125mm100mm16 mm4. 凸凹模 凸凹模最小壁厚 查【冲压模具及设备】P141表4-31可知：最小壁厚a=4.9mm, 但因倒装式复合模的凸凹模内孔一般积存废料，胀力大，最小壁厚应大一些，故取a=5mm5.推件板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10的孔应略大于10mm，取11mm。如图6、凹凸模固定板凹凸模固定板基本尺寸与凸模固定板基本尺寸相同125mm100mm17.6mm7垫板垫板的基本尺寸LBH，由于垫板的厚度H通常在3mm10mm之间，所以垫板的基本尺寸为125mm100mm8mm6.2 冲裁模具卸料与出件装置设计 1.卸料板 卸料版选用刚性卸料板凸模与刚性卸料板的双面间隙为0,2mm刚性卸料板尺寸为 12510012 2.推件与顶件装置推件装置采用刚性推件装置6.3 橡胶的选择1、橡胶所能产生的压力根据模具结构，选用4个矩形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为 Fy=经计算 Fx=6643.728N Fy=1661N2、橡胶横截面积A取hy=0.1ho,查【冲压模具及设备】表4-35得p =1.1MPa则A=1510mm23、橡胶截面尺寸D 假设选用长为10mm6mm的卸料螺钉，取橡胶上螺钉通过的孔的直径d=4mm，则橡胶外径D=106-4=47.44mm,为了保证卸料力，可取D=50mm4、橡胶的自由高度为 H自由=（3.5-4.0）S工作 S工作 =t+l+S修磨 S修磨取5mm, t是板料厚度，为2mm S工作=2+1+5=8mm H自由=（3.5-4.0）S工作=32mm5、橡胶的装配高度 H装配=0.9 H自由=28.8mm 取整H装配=30mm6、校核橡胶断面面积 必须满足高径比 0.51.5=0.64 故所选橡胶符合要求6.4 冲裁模具定位零件设计 1、挡料销为保证条料进距，选用挡料销。根据冲压件图可知，该托板适合用固定挡料销 2、导料板和导料销采用条料或带料冲裁时，选用导料销来导正材料的送进方向，该模具的挡料销与倒料销均选用4的圆柱销6.5 标准模架与导向零件的设计 1、模架根据冲压件图，结合冲裁模结构，选后侧导柱模架，选用标准模架GB/T2855 2、导向零件 1）导柱 选用A型可卸导柱，用标准GB/T 2861.1取标准件 2）导套 选用A型导套，用标准GB/T 2861.3取标准件 3、上下模座由于上下模座的长度应比凹模长40mm70mm，而宽则根据具体情况来定，厚度为凹模的11.5倍，上模座要比下模座厚度小5mm10mm，所以上模座尺寸为20010040，GB/T2855.1下模座尺寸为20010050，GB/T2855.26.6 其他支承固定零件 1.模柄 根据冲裁模结构，选用A型压入式模柄，用标准JB/T7646 2.紧固件 根据冲裁模结构，选用普通圆柱销，用标准GB/T 119 根据冲裁模结构.选用开槽圆柱头螺钉，用标准CB/T65后记时间如飞，光阴似箭，转眼间寒假已经结束了，老师给我们布置的作业让我度过了一个美好而充实的假期。在上一学期的学习中，通过这个托板冲压模具设计，让我认真了解了模具的结构、设计和制造等诸多方面并且让我对自己的专业有了更深的认识；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兴趣，也让我体会到了团结的意义，实在不理解的地方也通过查询网络和相关资料得到了妥善解决，但还有诸多不足的地方，以待这学期进一步的学习与改善。如果有机会也可以亲自到企业参观实习，锻炼一下自己。在学习过程中，我也遇到一些问题，比如由于相关基础知识掌握不牢固，完成作业时速度比较慢，在此特别感谢欧盼同学的耐心解答。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）洪奕主编，冲压工艺及模具设计实践（2）徐政坤主编，冲压模具及设备，北京，机械工业出版社，2010 （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）屈波主编 ，互换性与技术测量，西安电子科技大学出版社，2007（5）曹立文、王东、丁海鹃、郭士清编，新编实用冲压模具设计手册，北京，人民邮电出版社，200741