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冲模工艺设计与计算

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2020年5月29日
文档仅供参考

绪 论
板料冲压是金属加工的一种基本方法,她用以生产各种板料零件,具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低并易于实现机械化和自动化等特点。在现代汽车、拖拉机、电器电机、电子仪表、日用生活用品、航空航天以及国防工业等各个工业部门中均占有越来越重要的地位。
冲压加工与其它加工方法相比,无论在技术方面还是在经济方面都具有许多独特的优点,其生产出来的工件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗的特点,是其它加工方法所不能比拟的。但需要指出的是,由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具,而模具是技术密集新产品,其制造是单间小批量生产,具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高的特点。因此只有在冲压零件生产批量大的情况下,冲压成型加工的优点才能充分体现,从而获得好的经济效益。
由于冲压加工具有上市突出的有点,因此在批量生产中得到了广泛应用,在现代工业生产中占有十分重要的地位,是国防工业机敏用工业生产中比不得少的加工方法。
冲压工序根据材料的变形特点可分为分离工序好变形工序两类。
分离工序是指坯料再冲压力作用下,变形部分的应力达到强度极限以后,使坯料发生断裂而产生分离。分离工序包括:切断、落料、冲孔、切口、切边、剖边等。
成型工序是指坯料在冲压力作用下,变形部分的应力达到屈服极限,但未达到强度极限,是坯料发生塑性变形,成为居于有定形状尺寸与精度制件的加工工序。成型包括:弯曲、拉深、翻边、旋转、校平、压花等。
1.冲模介绍
1．1 冲模分类
根据工艺性质可分为:冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模。冲裁模是
指沿封闭或长空的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等;弯曲模是指板料毛坯或其它坯料沿着直线或弯曲线产生弯曲变形,从而获得一定角度或形状的工件的磨具;拉深模是把板料毛坯制成开口空心件进一步改变形状和尺寸的模具;成型模具是指将毛坯或半成品工件按凸凹模的形状直接复制成形,而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。
根据工序组合成都分,可分为单工序模、复合模、和级进模。单工序
模是指在压力机的一次行程中,只完成一道冲压工序的模具,复合模是指只有一个工位,在压力机的一次行程中,在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具;级进模又称连续模,是指在毛坯的送进方向上,具有两个或更多的工位,在压力机的一次行程中,在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。
1．2 冲模的零部件
一般模具由两类零件组成,一类是公益零件,这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触,包括工作零件、定位零件、卸料与压料零件等;另一类是结构零件,这类零件不直接参与完成工艺过程,也不和坯料直接接触,只对模具完成工艺过程起保证作用,或对模具功能起完善作用,包括导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等。
当前中国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后,主要原因是中国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家上有相当大的差距,导致中国模具在使用寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距很大。
随着工业产品质量的不断提高,冲压产品的生产正呈现多品种、少批量、精密、更新速度快等变化特点,冲压模具正向高效精密、长寿命、大型化方向发展,为适应市场变化,随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计,依靠人工经验和常规机制加工技术向以计算机辅助设计、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造技术转变。
至今,中国模具制造行业的产值已经超过机床工业。有关板料冲压技术方面的问题愈来愈为人们所关注,相应的冲压工艺理论的研究及冲压加工机理的探讨也随之不断深化,如何从冲压工序基本应力与变形状态的分析着手,改进冲件的质量精度,并提高模具的使用寿命也就显得愈为重要。

摘要:本论文应用所学专业理论课程和生产实际知识进行了冷冲压模具设计工作的实际训练,从而培养和提高学生独立工作能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容。经过本次设计,掌握冷冲压模具设计的方法和步骤,掌握冷冲压模具设计的基本技能,懂得了怎样分析零件的工艺性,怎样确定工艺方案,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了相应工程设计规范和标准,同时对相关的课程进行了全面的复习,使独立思考能力有了提高。本设计采用落料单工序模,模具设计制造简便易行。落料冲裁效果好,能极大地提高生产效率。本设计主要工序包括:落料。本设计分别论述了产品工艺分析,冲压方案的确定,工艺计算,模板及主要零件设计,模具装配等问题。本设计的内容是确定复合模内型和结构形式以及工艺性,绘制模具总图和非标准件零件图。
关键词:冷冲压;冲裁;落料 模具

前 言

随着科学技术的发展需要,模具已成为现代化不可缺少的工艺装备,模具设计是模具专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科,是我们对所学知识的综合运用,经过对专业知识的综合运用,使学生对模具从设计到制造的过程有了一个基本的了解和认识,为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。
毕业设计的主要目的有两个:一是让学生掌握查阅查资料手册的能力,能够熟练的运用工程软件进行模具设计。二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。
本文是连接板落料、单工序模设计说明书,结合模具的设计,广泛听取各位人士的意见,经过多次修改和验证编制而成。为了达到设计的规范化,标准化和合理性,本人经过查阅多方面的资料文献,力求内容简单扼要,文字顺通,层次分明,论述充分。文中附有必要的插图和数据说明。

模具(冷冲压)毕业设计任务书

一、完成任务工作量:(具体要求详见补充说明)
1、毕业设计模具总装配图纸;
2、相关非标准零件图(待加工零件图);
3、模具毕业设计论文;
4、完成模具实物零件的加工和装配;
二、设计课题任务(各小组按照不同的图纸要求)
第二小组:设计一副落料模具(零件见下图)

板料厚度为:1.2mm,要求用导料板导料、刚性挡料销定位。

1 设计课题及设计任务书
1．1 设计课题
1.1.1课题名称;连接板落料、单工序模
1.1.2课题研究的目的与基本要求
(1)目的
①用本专业所学课程的理论和生产实际知识,进行一项冷冲模设计的实际训练,从而培养和提高学生独立工作的能力。
②扩充”冷冲模设计”课程所学内容,掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。
③掌握冷冲压模具设计的基本知识。如计算、绘图、查阅设计资料和手册,熟悉标准和规范等。
(2)基本要求
①按制图技术要求,生产加工安排,模具装备调试技能。
②以生产者的身份来设计模具,为求所设计模具适合在所在设备条件下生产,即要综合生产实际,又要满足生产要求,更要提高生产效率和经济效益。

1.2 设计任务
本设计为连接板落料单工序模具,设计工件如图1.1所示:

图1.1
技术要求:
1.零件名称:连接板
2.生产批量:大批
3.材料:08F
4材料厚度:t=1.2mm

2 工艺方案分析及确定
2.1 零件的工艺分析
冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一般来讲,在满足工件使用要求的条件下,能以最简单最经济的方法将工件冲制出来,就说明该件的冲压工艺性好,否则,该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相正确,它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定冲压件的结构,形状,尺寸等是确定冲裁件工艺实应性的主要因素。根据这一要求对该零件进行工艺分析如下:
1材料:该冲裁材料为08 F是普通碳素钢,具有良好的可冲压性。
2零件结构:该冲裁件结构简单,比较适合冲裁。
3尺寸精度:只有槽精度要求较高。
2.2 工艺方案的确定
确定方案就是确定冲压件的工艺路线,主要包括冲压工序数,工序的组合和顺序等。确定合理的冲裁工艺方案,应进行全面的工艺分析分析与研究,比较其综合的经济技术效果,选择一个最佳的合理冲压工艺方案。
该零件包括落料基本工序,能够采用以下4种工艺方案:
(1)模具结构相对比较的简单采用一道的落料工序就能完成零件的加工。
方案(1)冷冲压是少,无切屑的高效加工方法,材料费料少,利用率高 。
(2)冷冲压零件在形状和尺寸精度方面互换性较好,能够满足一般装配和使用要求。
(3)冷冲压零件经过塑性变形,金属内部正在得到改进,机械强度有所提高。
(4)冷冲压操作简单,易于实现机械化和自动化,生产效率高。
2.3 排样的确定
在冲压生产中,节约金属和减少废料具有非常重要的意义,特别是在大批量生产中,较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。
2.3.1 冲裁件的排样
排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。冲件的合理布置(即材料的经济利用),与冲件的外形有很大关系。
根据不同几何形状的冲件,可得出与其相适应的排样类型,而根据排样的类型,又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。
考虑到该制件的生产纲领与加工条件,采用条料加工有余料的排样。排样图见图2.1:

图2.1

2.3.2 材料利用率
衡量材料经济利用的指标是材料利用率。
一个进距内的材料利用率为
η= (2.1)
式中:　　　A——冲裁件面积(mm2);
B——条料宽度(mm);
H——进距(mm).
η=
=9403/1354
=6943%
一张板料上总的材料利用率η∑为:
η∑ =
式中: N——张条料上的冲件总数目;
L——板料长度(mm);
B——板料宽度(mm);
A——冲裁件面积(mm2);
查板材标准.选600mmx mm的钢材,每张钢板可剪裁为5张条料(5mmx mm),每张条料可冲47个工件:
η∑ =
=65.4%
2.3.3 搭边
排样时,冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。它的作用是补偿定位误差,保证冲出合格的冲件,以及保证条料有一定刚度,便于送料。
搭边数值取决于以下因素:
(1)工件的尺寸和形状。
(2)材料的硬度和厚度。
(3)排样的形式(直排、斜排对排等)。
(4)条料的送料方法(是否有侧压板)。
(5)挡料装置的形式(包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式)。搭边值一般是由经验再经过简单计算确定的。
查表2—得搭边值:a=2.5mm,a1=2mm ,故取搭边值为:a=2.5mm,a1=2mm。

3 工艺设计与计算　
3.1 冲压力与压力中心的计算
3.1.1 冲裁方式:
当一次冲裁完成以后,为了能够顺利地进行下一次冲裁,必须适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。选取的冲裁方式不同时,出件、卸料及排除废料的形式也就不同。因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式,并影响冲裁件的质量。
3.1.2 冲裁力的计算
计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力,因此要计算最大冲裁力。则冲裁力可按下式计算:
F=ktlτ (3.1)
式中:t为剪切断面面积,τ为板料的抗剪强度。
考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响,可取安全系数为1.3,于是在生产中冲裁力便可按下式计算:
F=1.3LTτ (3.2)
式中 :L ——冲裁轮廓的总长度(mm);
T——板料厚度(mm);
τ——板料的抗剪强度(MPa)。
经查资料取τ=280,τ按非退火08F钢板计算

将相应数据代入,得冲裁力为:
落料力 F=140.6×1.2×280×1.3=61KN
3.1.3 卸料力、推件力的计算

表3.1

由于影响卸料力、推件力的因素很多,无法准确计算。在生产中均采用下列经验公式

计算:FQ2=K2nF (N) (3.4)
式中: FQ1、FQ2——分别为卸料力、推件力;
K1 、K2——分别为卸料力系数、推件力系数,其值见表3.1
n——同时卡在凹模孔内的工件或废料数,
F——冲裁力(N),按式(3.4)计算。
表3.1卸料力、推件力系数表
材料种类
板料厚度/mm
K1
K2

08F
~0.1
0.06~0.09
0.1
>0.1~0.5
0.045~0.07
0.065
>0.5~2.5
0.025~0.06
0.050
>2.5~6.5
0.02~0.05
0.045
>6.5
0.15~0.04
0.025
查表3.1得K1=0.05 K2=0.04。代入公式得:
卸料力FQ1=K1F=0.05×61=3KN
推件力FQ2=K2nF=0.04×5×61=12KN

3.1.4 总冲裁力的计算
根据工件的要求已及对模具的要求,故选总冲压力为:
F总=61+3+12+=76KN
3.1.5 压力中心的计算
该零件是对称的,因此压力中心在该零件的几何中心。

3.2 工作零件刃口尺寸计算
落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配置。既已落料凹模、凸模为基准。
具体刃口尺寸计算见下表:
基本尺寸及分类
冲裁间隙
磨损系数
计算公式
制造公差
计算结果
落料凹模
08F
Zmin=0.126
Zmax=0.18
Zmax-Zmin=0.054
工件公差为IT14级,故X=0.75

凸模:保证模具能够正常工作行程要求。
落料凹的基本尺寸计算:

3.3 工作零件结构设计与其它模具结构零件
3.3.1 凹模尺寸
凹模厚度 H=Kb(≥15mm)
=0.4×37.5=15mm 取 H=40mm 符合强度设计要求
其中K查表3.2,利用插值法得K=0.4。
凹模边缘壁厚 C≥(1.5-2)H
C=(1.5-2)×26=(39-52),实取C=50mm
凹模边长 L=b+2C=100+2×50=200mm
查标准JB/T 6743.1-94;凹模宽160mm。
因此确定凹模外形尺寸为200×160×26mm,将凹模板做成薄型形式并加垫板后实际凹模尺寸为200×160×20mm。
表3.2凹模厚度系数K
t
b

1
2
≤50
0.35
0.42
＞50-100
0.22
0.28

3.3.3 其它模具结构零件
根据凹模零件尺寸,结合倒装式复合模结构特点,查JB/T 2885.1-94,确定其它模具结构零件,如下表所示:
序号

名称
长×宽×厚
材料
数量
1
上垫板
200×160×8
T8A
1
2
凸模固定板
200×160×20
45
1
4
卸料板
200×160×20
45
1
根据模具零件结构尺寸,结合倒装单工序模结构特点,查JB/T 2855.5-94选取后侧导柱200×160标准模架一副。

模架

3.3.5 典型零件加工工艺方案如下
以凹模板的加工为例,典型零件的加工工艺为:备料——热处理——磨平面——钳工——磨平面——热处理——线切割。工艺过程如表3.3 。

表3.3 凹模板加工工艺
序号
工序名称
工序的主要内容
1
备料
根据图纸下适合的毛胚料
2
热处理
退火
3
磨平面
铣(刨)六平面
4
钳工
划线、打螺纹孔、销钉孔和穿丝孔
5
热处理
淬火、回火达到硬度要求
6
磨平面
光上下平面至图纸要求
7
线切割
线割内型,保证间隙达到要求
4冲压设备的选用与校核
3.4.1压力机的选用:压力机对模具寿命的影响也不容被忽视。压力机在不加载状态下的精度称为静精度,加载状态下的精度称为动精度。
当压力机的动精度不好时,就等于用精度不好的压力机进行冲压加工。由于测量动精度很困难,当前还没有压力机动精度的标准,生产厂家也只保证压力机的静精度。因此压力机的动精度一般只能根据其静精度的好坏、框架结构形式和尺寸以及对压力机生产厂家的信任程度来推断。
根据总的冲裁力、模具闭合高度、冲床工作台面尺寸等,故选压力机型号为J23----10A,并在工作台面上备制垫块。其技术规格如下:
公称压力: 100KN
滑块行程 : 60mm
滑块行程次数: 145次/分
最大的封闭高度为: 180mm
连杆调节长度: 35mm
工作台尺寸前后: 前后240mm左右360mm

3.4.2模具参数的校核
由175≥H≥155得到压力机与模具的闭合高度应符合式关系,由于设计模具时闭合合高度142mm应加块垫板h=20。

1. 下模座2.导柱3.凹模4.挡料板5.凸模6.导套7.上模架8.内六角沉头螺钉
9.模柄10.止转销11.凸模垫板12.固定板

3.4.3模具总装配图

总 结
经过这次模具设计,本人在多方面能力都得到了提高。首先对于AUTOCAD的应用更加熟练;其次,经过模具设计我对于模具设计的流程基本上熟悉。在这次毕业设计,综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实际知识进行一次冷冲压模具设计,经过实际设计从而培养和提高了自己的独立工作能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容,掌握冷冲压模具设计的方法和步骤,掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能,懂得了从分析零件的工艺性入手,确定工艺方案,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了相应规范和标准,同时对各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。并提高了查阅设计资料和手册的能力,熟悉了设计中的标准和规范等。
在这次毕业设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互探讨,相互学习,相互监督。学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容,学会了理解,也学会了做人与处世。体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
在此感谢我们的三位老师.,老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次模具设计的每个实验细节和每个数据,都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度,帮助我能够很顺利的完成了这次毕业设计。
同时感谢对我帮助过的同学们,谢谢你们对我的帮助和支持,让我感受到同学的友谊。

致谢
本文是在论文指导老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。在此次毕业设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识,对其现状和未来发展趋势有了很大的了解。
感谢各位老师与同学们的帮助。
由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师们多多指教,我十分的乐意接受你们的批评与指正,本人将万分感谢。

参 考 文 献
［1］杨关全.模具设计与制造基础［M］.第2版.北京:北京师范大学出版社, .
［2］李澄,吴天生,闻百桥.机械制图［M］.第2版.北京:高等教育出版社, .
［3］杨关全,熊良猛.冷冲模设计资料与指导［M］.第1版.大连:大连理工大学出版社, .
［4］高祥芷,王孝培.中国模具工程大典［M］.第2版.北京:电子工业出版社, .
［5］刘建超,张宝忠.冲压模具设计与制造［M］.第2版.北京:高等教育出版社, .
［6］郝滨海.冲压模具简明设计手册［M］.第2版.北京:化学工业出版社, .
［7］王运炎,叶尚川.机械工程材料［M］.第2版.北京: 机械工业出版社, .
[8] 杨关全,匡余华.冷冲压工艺与模具设计.第2版.大连理工大学出版社, `