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：2011.11.012012.2.20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，10mm1.5t，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（11.5）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： 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。 38mm的下偏差、上偏差均要求，因此冲裁时不需要考虑。 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， 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。 10mm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IT7IT8级之间。因一般精度的冲裁件采用IT7IT8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3.212.5um，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IT10IT8级，压料较好，冲压件平整，尺寸在300mm以下，冲压件厚度在0.05mm3mm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IT13IT10级，冲压件尺寸在250mm以下，冲压件厚度在0.1mm6mm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。（10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： 有废料排样 少废料排样 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=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、料边的计算托板横排：根据冲压模具及设备107页可知，圆形或圆角r2t的工件，a1=1.2 a=1.5托板竖排：根据冲压模具及设备107页可知，圆形或圆角r2t的工件，a1=1.8 a=2.54.条料的宽度B，采用初级定位B1= Dmax+2a=30+1.52=33B2= Dmax+2a=58+2.52=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=33B2=63根据材料利用率公式=100%托板横排材料利用率=100%=65.1%托板竖排材料利用率=100%=61.5%横竖，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420，知Z=0.5mm，所以Bo=B+Z=33mm+0.5mm=33.5mm4.5压力计算冲压力P=P冲裁+P卸+P顶（或P推）冲裁力P1=KLtb =1.3（3.1416+382+142+42+3.1410）2250 =125866N卸料力F卸=P1K卸 =1258660.05 =6293.3N顶料力P顶=P1K顶 =1258660.06 =7551.96N推件力P推=P1nK顶 =1258660.0555 =34613.15NP冲=P1+P卸+P推=125866+6293.3+34613.15=166772.28NP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（10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=0.360mm5.2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。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。模具的设计精度应比冲件的精度高23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。 该冲裁件中心孔为冲孔件，故应以凸模为基准，对10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10所以，dp=（10+0.030.75）=10.0225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 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=0.5Add1=（58-0.50.74）=57.63Add2=(38-10.03)=37.97Add3=R（8-0.50.22）=R7.89Add4=（30-0.50.52）=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=5215mmHm270mm5.4弹簧的选用（1）选用弹簧的三原则 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FyFx/nFy弹簧的预压力（N）Fx卸料力（N ）n弹簧数量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hjh=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=410mm。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FyFx/n=6293/41573N2）初选弹簧规格。按2Fy估算弹簧的极限工作压力FjFj=21573N=3146N查标准GB/T2089-1994,初选弹簧规格为dD2h0=3.52060，Fj=3140N，hj=20.9mm3）所选弹簧的预压量hyhy=Fyhj/Fj=1573N20.9mm/3140N10.45mm4）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=19.45mmhhj，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LBHL=l+2c B=b+2c H=Kb1其中l=58mm，b=30mm，K=0.38，c=32mm，b1=58mmL=58mm+232mm=122mm,标准为125mmB=30mm+232mm=94mm,标准为100mmH=0.3858mm=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125mm100mm72mm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10的孔应略大于10mm，取11mm。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=22mm0.8=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LBH其中基本尺寸L=125mm，B=100mm，H=0.8H凹=22mm0.8=17.6mm，凸模固定板的尺寸125mm100mm17.6mm7.6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125mm100mm17.6mm7.7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125mm100mm8mm7.8卸料板卸料板的基本尺寸为125mm100mm13mm7.9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225mm170mm33mm下模座尺寸为225mm170mm40mm7.10导柱与导套导柱的基本尺寸为LD，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4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30005000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.20102、屈波主编.互换性与技术测量.西安电子科技大学出版社.20073、杨玉萍、高龙士主编.机械制图与AutoCAD.北京.机械工业出版社.20094、李名旺主编.冲压工作实用手册.2010