冲压_垫片冲孔落料复合模设计说明书.doc

设 计 说 明 书

院 系 机械工程
班 级 11 级
专 业 材控一班
姓 名 李硕
学 号 1106031022
指导教师 周伟

目录

一 序言 --------------------------------------------1
二 设计任务书及零件图-------------------2
三 垫片冲压工艺分析---------------------------------4
四 垫片冲压工艺方案的确定-----------------------5
五 垫片冲模结构的确定-------------------------------6
六 压力计算与压力机的选择---------------------------7
七 模具刃口尺寸和公差的计算-------------------------9
八 凸模、凹模、凸凹模的结构设计---------------------11
九校核模具闭合高度及压力机有关参数------------13
十模具总体设计及主要零部件设计------------------------14
十一 参考资料-----------------------------------------16

一 序言

现代工业的迅猛发展使冲压技术得到越来越广泛的应用,随之而来的便是对冲压模具设计与制造的要求越来越高。冲压模具是冲压生产的主要工艺设备,其设计是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响巨大。因此，研究冲压模具的各项技术指标，对冲压模具设计和冲压技术发展是十分必要的。
我们这次课程设计的任务是设计一套垫片落料、冲孔复合模，即由老师给出零件及生产要求与精度要求，在老师的指导下设计出一套符合要求的复合模。
由于是初次设计,经验不足，因此在设计过程中难免走了不少弯路，犯了不少错误,但是这些都将成为我们以后进行设计的宝贵经验。虽已经过多次计算、修改，但仍可能还存有疏漏和不当之处，敬请批评、指出。
在此次设计过程中，得到了XXX老师的和广大同学的热心帮助，获益非浅,在此表示衷心的感谢。

二 设计任务书及产品图
2.1 已知：
（1）产品零件图：

（2）材料：Ｃr13Ni4Mn9
（3）料厚：2mm
2.2 求作：
（1）进行冲压工艺性分析（从材料、零件结构、尺寸精度几个方面进行）
（2）确定工艺方案及模具结构类型
（3）进行相关工艺计算，包括：
①排样设计；
②冲压力计算及压力中心的确定；
③凸凹模刃口尺寸计算；
④模具零件结构尺寸计算；
⑤设备选择等。
（4）绘制模具总装配图
（5）绘制工作零件及主要零件的零件图
（6）编写课程设计说明书
2.3 要求：
根据所设计工件的尺寸、形状、批量等原始数据和要求，每人独立设计、绘制完成一套冲压模具。包括：
（1）模具装配图1张（按照1：1比例，或适当比例）；
（2）模具工作零件图2-3张（按照1：1比例，或适当比例）；
（3）设计说明书1份；

三 垫片冲压工艺分析
3.1 产品结构形状分析
由图可只，产品为圆片落料、圆片冲孔。产品形状简单，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件边缘之间最小距离c满足c大于1.5t。
3.2产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析
要求普通冲裁尺寸精度低于IT13级，现在产品的设计精度低于IT13级，所以尺寸精度满足要求。
因为一般用普通冲裁方式冲2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.5～3.2μm,毛刺允许高度为0.01～0.05mm；本产品在断面粗糙度和毛刺高度上没有太严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。
3.3产品材料分析
对于冲压材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料是45钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经退火后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。
经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。

四、垫片冲压工艺方案的确定

完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工的工艺方案分为以下3种。
方案一：采用单工序逐步加工
特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。
方案二：采用复合模加工成形
特点：生产效率高，平整度好，工件精度高，板料比较薄，但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。
方案三：采用连续模加工成形
特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。
根据本零件的设计要求，以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。

五、垫片冲模结构的确定

5.1 模具的形式
复合模又分为正装式和倒装式。
（1） 正装式特点。工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，必须加以清除后才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直。
（2） 倒装式特点。冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积聚到一定数量，有下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凹凸模承受的张力较大。因此凹凸模的壁厚应严格控制，以免强度不足。
经分析，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。
5.2 定位装置
采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在下模座和活动卸料板之间。工作时，可随凹模下行而压入孔内，工作很方便。
采用导料螺栓横向定位。因为它结构简单，使用方便，对模具强度削弱小。
5.3 模架
若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对角导柱模架，则受力平衡，滑动平衡，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方送料。操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。
本设计决定采用中间导柱模架。
六 冲压力计算、压力中心的确定及压力机的选择

6.1 计算冲压力
(1) 冲孔冲裁力。
F = K L孔 tτ
式中 K----- 系数，查表取 K = 1.3;
L孔---- 冲孔周长，L=π×11+π×5=50.27mm
mm;
t---- 材料厚度，t = 2mm;
τ----材料抗剪强度；Cr13Ni4Mn9τb的值查表可知：该材料的抗剪强度为392-470Ｍpa则取τb=400Mpa
取 =1.3×50.27×2×400
=52.28kN

（2） 落料冲裁力
F2 = K L落 tτ
L落 =πｘd=π×40=125.66mm

所以 F2 =1.3×125.66×2×400=130.69kN（N）
取 F2 = 131（KN）
（3）卸料力 （KN）
Fx2 = KxF2=6.53KN 公式（2.25）
（为卸料力系数，其值查表5-1可得）
冲孔推件力
落料推件力
所以总冲压力
公式（5-8）
表5-1 卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
KX
KT
KD
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09

由 ,即冲压时工艺力的总和不能大于压力机公称压力的50%-60%，取,则公称压力. 初选压力机的公称压力为1000KN。
6.2 计算模具压力中心
由于该零件完全对称于相互垂直的两条对称线，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。

七 计算模具刃口尺寸

7.1 落料凹模
落料的轮廓尺寸为40。为保证冲出合格冲件。冲裁件精度ＩＴ１１到ＩＴ１３,X取０．７５.查表知：Zmax =0.360，Zmin =0.246。
查表可知： δp=0.020mm，δd=0.030mm
综上所述可得：
落料凹模基本尺寸为
公式（5-10）
验证 δp+δd=0.05和强度校核
8.1 落料凹模
(1) 厚度Ha
=29*0.42=12.18mm,
查表得K取0.42 公式（6-1）
又因为故为安全着想，取H=35mm
(2) 长度和宽度L、B。
L凹模=4×H =4×35=140mm b =70mm
8.2 冲孔凸模长度及强度校核
（1）冲孔凸模长度L。
长度：
凸模的尺寸根据凸模固定板尺寸h1、卸料板-、材料厚度h3和h。
h一般在10-20mm了安全着想取15mm
所以凸模的长度L为：
L=24+2+9.4+15=50.4mm 凸模材料：参照《冲压模具设计》选用Cr12MoV， HRC：58-62
（2） 凸模强度考虑冲孔凸模的直径小，故需对最小凸模29.03mm进行压应力和弯曲应力校核：
1、压应力的校核：
根据凸模校核公式：Fmin >=P/[σ压] 公式（6-5）
P-冲裁力
Fmin-凸模最小断面面积
[σ压]-凸模材料的许用压力
带入数据可得：F=640.88mm 2>528mm 2，符合要求。
2、弯曲应力校核:
Lmax<=380 公式（6-6）
Lmax-允许的凸模最大自由长度，mm
P-冲裁力，N
J-凸模最小断面的惯性矩，mm4
L=18<90 ，符合要求。
8.3 凸凹模长度确定，壁厚校核
凸凹模长度Hta确定。长度同凸模长度。
Hta =50.4mm
8.4固定板的设计
8.4.1.凸模固定板:
1、凸模固定板的厚度：其厚度取22mm,HRC28-32。
2、凸模固定板的外形尺寸根据核准选取板的规格为：
3、材料：选用45#钢。
4、配合及连接件：凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凸模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角。
8.4.2. 压料板
压料板的外形尺寸与凸模固定板一致，各空位置也保持一致。查表可得厚度H=10

8.5模架以及其他零部件的选用
该模具为级进模，采用四导柱模架，能使上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模送。以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。
上模座查表可知：厚度取50mm，外形尺寸为，250×160垫板厚度取5mm,下模座厚度取60mm，外形尺寸与上模座一致为，250×160。根据上下模座选取导柱为Φ32mm×190mm,导套为Φ32mm×115×48

九 校核模具闭合高度及压力机有关参数
9.1 校核模具闭合高度
公式（7-1）
式中 压力机最大闭合高度为400mm
压力机最小闭合高度为300mm
垫板厚度为110mm
将以上数据带入公式7-1，得200其主要技术参数如下：
公称压力：1000KN
滑块行程：100mm
最大闭合高度：400mm
最大装模高度：300mm
工作台尺寸（前后×左右）：600mm×900mm
模柄孔尺寸：60mm×80mm

十 模具总体设计及主要零部件设计
10.1 模具的总体设计

本模具选用适合于单个半成品件冲裁的中间导柱标准模架。这种模架的导柱安装在模具中心对称位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具偏斜，并且便于在卸料板上安装导套。定位板对冲压件起定位作用.弹性卸料板上有与凸模相配合的导向孔,并在卸料板两侧装有两导套与导柱配合,因此该卸料板除了有卸料作用外,在冲孔时还起到压件和对凸模的保护作用.冲出的废料可通过凹模的内孔从冲床台面孔漏下
10.2 螺钉与销钉的选择
（1）螺钉的选择
查《中国模具设计大典》表22.6-1，选取标准件为：
M10×100 mm M10×40 mm 材料为45钢
在上模座与下模座上成对称分布，均为6个。
（1） 销钉的选择
查《中国模具设计大典》表22.6-12，选取标准件为：
销 GB/T119.1 6 M10×100 mm M10×80 mm
在上模座与下模座上成对称分布，均为2个

十一 参考资料

1、梁炳文主编 《冷冲压工艺手册》 北京航空航天大学出版社
2、吴伯杰主编 《冲压工艺与模具》 电子工业出版社
3、高锦张主编 《塑性成型工艺与模具设计》 机械工业出版社
4、中国机械工程学会 《中国模具设计大典3》 江西科学技术出版社
5、李天佑主编 《冲模图册》 机械工业出版社
6、江维健主编 《冷冲压模具设计》 华南理工大学出版社
7、华玉培主编 《冷冲压机模具设计》 山东科学技术出版社
8、冲模设计手册编写组编著 《冲模设计手册》 机械工业出版社
9、丁松聚主编 《冷冲模设计》 机械工业出版社
10、何铭新、钱可强主编 《机械制图》 高等教育出版社
11、郝滨海编著 《冲压模具简明设计手册》 化学工业出版社
12、王新华主编 《冲模设计与计算手册》 机械工业出版社
13、模具实用技术丛书编写组编 《冲模设计应用实例》 机械工业出版社

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