冲压工艺及模具设计 课程设计

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1、 广西工学院 冲压工艺及模具设计 课程设计 任 务 书 设计题目 系 别 专业班级 学生姓名 、 学 号 指导教师 日 期 2010-6-22 一、课程设计的主要内容和基本要求 （一）设计目的 1、通过课程设计使学生掌握冲压工艺规程编写和模具设计的基本方法，能够针对所选任务进行文献查阅，熟悉冲模设计的工艺规范

2、、图集、手册、工具书。 2、通过设计使学生综合运用有关课程的知识，巩固、深化、扩展有关冲压工艺设和模具设计方面的知识，树立正确的设计思想。 3、培养学生分析和解决生产实际问题的能力，使学生掌握常见零件冲压工艺规程和模具设计的一般方法和步骤。 4、提高学生的相关设计能力，如绘图能力、工艺设计等，使学生熟悉设计资料的使用，掌握模具设计的基本技能。 5、掌握典型零件的冲压工艺规程的编制。 （二）设计内容 选择一个典型冲压零件，并进行零件的冲压加工工艺和模具设计。 （三）设计要求 1、了解零件的应用场合和技术要求，正确分析零件的工艺性，包括零件的形状特点、尺寸大小、精度要求及材

3、料性能、生产批量等资料。 2、在工艺分析的基础上，拟定若干套可能的冲压工艺方案。综合分析比较各种方案，确定出经济合理、技术可行的最佳工艺方案。 3、确定冲压模具合适的结构形式，并选择冲压设备的类型和规格参数。 4、编制冲压工艺过程卡，编写设计计算说明书。 5、绘制设计工艺方案的冲压模具总装图1张、模具主要部件图若干，其中手绘1张。 6、课程设计说明书不低于3000字。 7、所有设计图纸和文字同时提交纸质版和电子版，资料刻盘。 二、进度计划与应完成的工作 本设计计划在2周内完成，初步设计内容和步骤如下： 1、 第一周： （1） 课程设计计划进度安排，查阅文献，选择冲压零件，下

4、达设计任务书； （2） 进行冲压件工艺分析和冲压加工方案拟定，综合分析比较各种方案，确定出经济合理、技术可行的工艺方案； （3） 编制冲压工艺过程卡，编写设计说明书。 2、 第二周： （1） 完成冲压工艺过程卡编制和设计计算说明书； （2） 绘制设计工艺方案的冲压模具总装图和模具主要部件图； （3） 课程设计成果汇报和讨论。 三、主要参考文献、资料 1、冲压工艺与模具设计 2、冲压模具图册 3、机械设计手册 4、冲压设计手册 5、冲模国家标准：基础标准、工艺与质量标准、产品标准（GB/T 8845、GB/T 14662、GB/T 2851～2861等） 四、完成期限

5、 2010年7月2日。 五、冲压零件图（附） 目录 1. 零件的工艺性分析 1 2. 冲压工艺方案的分析和确定 3 3. 工艺计算 5 4．冲压工艺卡 9 5. 模具工作部分尺寸的计算 10 6. 模具总体结构设计 15 7. 零部件设计 15 8．冲压设备的选定 17 9．模具总装图 18 10. 总结

6、 19 11. 主要参考文献、资料 20 1. 零件的工艺性分析 该零件工作时受力不大，对强度、刚度、精度要求不高。该零件材料为H62(黄铜)，状态取半硬态，抗剪强度τ为300Mpa, 抗拉强度为350 Mpa，伸长率为30%,此材料具有良好的塑性及较高的弹性和强度,不易开裂或变形强度较高，冲裁性和弯曲性能都较好,可以进行冲裁和弯曲加工。 零件立体图： 该零件形状结构相对其它一般复杂制件算是简单制件,冲裁凸出的部分B=16≥1.5 t=2.25(t为材料厚度)。冲孔时因受凸模强度的限

7、制,孔的尺寸不应太小.冲孔的最小尺寸取决于材料性能,凸模的强度和模具结构等。根据[6]中的表1.2-16可查得： 圆形孔最小值为d=1.0t=1.5mm<22mm; 方孔最小值为b=0.9t=0.9X1.5=1.35mm<6 mm; 条形孔最小值为 b=0.7t=0.7X1.5=1.05mm<3 mm 冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离C受模具的强度和冲裁件质量的制约,其值不应过小,当孔边缘与制件外形边缘不平行时C≥t,平行时C1.5t所以由冲件图可知 条形孔和φ22的孔间距为C≈8>11.5=1.5, 方孔与孔边缘间距为C=3≥1.51.5=2.25, 由以上可知孔与孔之间

8、距离满足工艺性要求,而孔到边缘的距离也能满足工艺性要求。 最小弯曲半径由[6]书查中表2.3-2查得 R=0.3t=0.45(弯曲线与轧制方向垂直);R=0.8t=1.2(弯曲线与轧制方向平行)，而零件的内弯曲半径为2>1.2 ，满足弯曲工艺性要求，但冲压时要考虑四个弯角处的回弹，可通过模具措施来控制。 孔、槽边缘距离弯曲变形区距离应保证L≥t， (t<2mm时)。而该零件L=2.5≥t=1.5。 综上所述，该零件的形状和尺寸能同时满足冲裁和弯曲的工艺性要求。 2、冲压工艺方案的分析和确定. 该冲裁件包括落料、冲孔和弯曲三个基本工序, 其工序组合方案如下： 方案1：冲两条形孔、

9、一方孔和落料复合，弯曲两侧，弯曲两小端，冲两圆孔。 方案2：冲两条形孔、一方孔和落料复合,弯曲两侧和两小端，冲两圆孔。 方案3：冲两条形孔、两圆孔、一方孔和落料复合并同时切边，然后在切断落料的同时弯曲两侧和两小端。（工序合并，采用带料级进冲压） 方案4：冲一方孔和落料复合，弯曲两侧和两小端复合，冲两圆孔和两条形孔复合。 方案5：冲两条形孔、两圆孔、一方孔和落料复合，弯曲两侧，弯曲两小端。 方案6：冲两条形孔、两圆孔、一方孔和落料复合，弯曲两侧和两小端复合 方案性能比较如下表所示： 表1-1 冲压工艺方案比较表 项目 方案1 方案2 方案 3 方案 4 方案5

10、 方案6 模具 结构 简单 简单 复杂 较复杂 简单 复杂 模 具 成本 高 低 高 较高 低 低 寿命 较长 长 短 长 长 长 冲件 质量 形状尺寸精度差 形状尺寸精度一般 形状尺寸精度较好，但带料送进时载体刚度不易保证 形状尺寸一般孔位置精度高 形状尺寸精度差 形状尺寸精度一般 模具数量（套） 4 3 1 3 3 2 生产 效率 低 高 最高 高 高 较高 综合分析，考虑到零件精度不高，回弹影响不大，可以采用校正弯曲控制回弹，中等批量生产,因采用单工序须要模具数量较多,生产率低,所用

11、费用也高，不合理。若使工序合并，采用带料级进冲压又因带料送进时载体刚度不易保证，且模具维护修理费用高，不合理，故选定方案6。 3、工艺计算 （1）坯料尺寸计算 由零件图所示,则坯料展开尺寸计算如下： 相对弯曲半径为： r/t=2/1.5=1.3>0.5 t=0.75 式中 r——弯曲半径（mm） t——料厚（mm） 可见，制件属于圆角半径较大的弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径ρ（mm）。由文献[2]中性层的位置计算公式 ρ=r+xt 式中 x——由实验测定的应变中性层位移系数。 由文献[6]表2.3-1应变中性层位移系数x值，查出x =0

12、.34 ρ=（2+0.341.5）=2.51mm 由于圆角半径较大（r>0.5t）的弯曲件毛坯长度计算公式 L=l+πα/180（r+xt） 式中 L——毛坯展开总长度 α——弯曲中心角 x——中心层位移系数 由零件图可知 总长度L=129+9+π15/180（2+0.341.5） =129+9+0.6567 =138.6567 ≈138.7 总宽度L=2（40.5-1.5-2）+（50-21.5-22）π/2（2+0.341.5）2 =74+43+7.8814 =124.8814 ≈

13、124.9 所以零件展开尺寸为：138.7124.9 （2）排样设计与计算 该冲裁件尺寸大，且有凸缘，首先可考虑直排、对排或交错排，但是因为交错排时材料的利用率大打折扣。所以可采用直排和对排进行排样比较，如下图所示，分别为对排和直排。 由文献[6]中的表2.1-18查得搭边值为 a=2.5 =2 ； a=3.5 =2.5 (往复送料) 由[1]中的公式2.5.3， B=[D+2(a+δ)+c)0-δ 计算得料宽为 B1 =[124.9+2(2.5+0.7)+0.3] 0-0.7=131.60-0.7

14、 (采用直排) B2 =[138.7+2(3.5+0.7)+0.3] 0-0.7=147.70-0.7 (采用对排，往复送料) 由零件图在CAD中可算得一个零件的面积S为8273.16mm 一个步距内的坯料面积: B1A1=131.6124=16318.4mm, (直排) B2A2=147.7102.5=15139.25mm, (对排) 因此材料利用率为由公式η=(S/AB)100%得 η1=(8273.16/16318.4)X100%=51% (直排) η2=(8273.16/15139.25)X100%=55% (对排) 经计算对排

15、时的材料利用率最高，为55%。 由利用率可知,图4-2的排样合理 （3）.冲压力的计算 ①落料冲孔复合工序 该零件的落料冲孔总周长为908.72mm，材料厚度1.5mm，黄铜H62的抗剪强度取300Mpa 冲裁力：F=KtLτ=1.3X1.5 X 908.725X300=531604.125（N） 卸料力：F卸=K卸F=0.05 X 531604.1=26580.2(N) 顶件力：F顶=K顶F=0.07 X 531604.1=37212.3(N) 冲压总力F总=（F+F卸 +F顶） =531604.1+26580.2+37212.3 =595396.6(

16、N) 选用压力机P≥（1.1～1.3）F总=1.2X595.4=715 （KN） 初选800KN的开式压力机，但其最大闭合高度为380mm，闭合高度调节量为100mm，经计算模架的闭合高度为195mm～240mm，所以改用JD21-100压力机,其公称压力为1000KN，滑块行程为10～130mm,最大闭合高度400mm，闭合高度调节量为85mm，垫板尺寸厚100mm，模柄孔尺寸直径为60,模柄孔深度为80。 ②弯曲工序 自由弯曲力：F自=0.7kb1t2σ/（r+t）+0.6k（b2 +b3）t2σ/（r+t）=0.7X1.3X60X1.5X1.5X330/3.5+0.6X1.3X1

17、.5X1.5X330X(16+36)/3.5=11583+8604.5≈20188 压料力或顶件力：FQ=（0.3～0.8）F自=0.5X20188=10094 校正弯曲力F校=qA=30X3300 =99000(N)， 查表取q=30 由于 远大于F自+FQ的总和，所以有 ≥ 所以根据校正弯曲力大小，初选100KN的开式压力机，但其最大闭合高度为100mm，闭合高度调节量为60mm，经计算模架的闭合高度为195mm～240mm，所以改用JG23-40压力机,其公称压力为400KN，最大闭合高度300mm，闭合高度调节量为80mm，垫板尺寸厚80mm，模柄孔尺寸直径为50,模柄

18、孔深度为70。 ③压力中心计算 零件的压力中心可用CAD软件中的查询功能查找，便可得出冲孔落料复合时的压力中心,如下图所示：先取原点在O处,则查询得它的压力中心为 (72.9,62.4) 4、冲压工艺卡 该冲件冲压工艺卡见表： 厂名 冲压工艺卡 产品型号 零部件名称 连接固定板 共 页 产品名称 零部件型号 第 页 材料牌号及规格/mm 材料技术要求 毛坯尺寸/mm 每毛坯可制件数 毛坯质量 辅助材料 黄铜H62 条料 工序号 工序名称 工序内容 加工工序简图 设备 工艺装备 备注 0

19、下料 剪板 开式压力机 1 冲孔 落料 冲孔和落料复合 1000kN 落料冲孔 复合模 2 弯曲 弯曲（一次弯曲U型和L型角） 400 kN 弯曲单工序模 3 检验 按零件图样检验 编制（日期） 审核（日期） 会签（日期） 标记 处数 更改文件号 签字 日期 5、模具工作部分尺寸的计算 （1）.计算冲裁模凸、凹模刃口尺寸及公差 由于材料较厚,模具间隙较小,模具的间隙由配作保证,工艺比较简单,并且还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制

20、造容易,因此采用配作加工为宜。落料尺寸以凹模为基准,配作凸模.冲孔尺寸以凸模为基准,配作凹模。 根据[1]中表2.2.4,由材料厚度t=1.5可查得2cmin=0.15mm, 2cmax=0.19mm. ①落料尺寸 凹模磨损后变大的尺寸有: A1=R1,A2=R2,A3=R3,A4=R4,A5=R5,A6=R6,A7=R17,A8=R21,A9=16,A10=22, A11=27, A12=20,A13=36 ,A14=60全为自由尺寸,其公差按IT14查取，查GB/T1800.3-1998得: △1=△2=△3=0.25,△4=△5=△6=0.3, △7=△9=0.43, △8=

21、△10=△11=△12=0.52, △13=0.62, △14=0.74 其中A1至A8和A12为半磨损尺寸，制造偏差δ=△/8 因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数X1=X2=……=X14=0.5, 由[1]中表2.3.2的公式有： A1凹=(A1max-X1△1)=(1-0.5X0.25) =0.875 A2凹=(A2max-X2△2)=(2-0.5X0.25) =1.875 A3凹=(A3max-X3△3)=(3-0.5X0.25) =2.875 A4凹=(A4max-X4△4 =(4-0.5X0.3) =3.85 A5凹=(A5max-X5△5)=(5-0.5X0

22、.3) =4.85 A6凹=(A6max-X6△6)=(6-0.5X0.3) =5.85 A7凹=(A7max-X7△7)=(17-0.5X0.43) =16.785 A9凹=(A9max-X9△9)=(16-0.5X0.43) =15.785 A8凹=(A8max-X8△8)=(21-0.5X0.52) =20.74 A10凹=(A10max-X10△10)=(22-0.5X0.52) =21.74 A11凹=(A11max-X11△11)=(27-0.5X0.52) =26.74 A12凹=(A12max-X12△12)=(20-0.5X0.52) =19.74 A13凹=

23、(A13max-X13△13)=(36-0.5X0.62) =35.69 A14凹=(A14max-X14△14)=(60-0.5X0.74) =59.63 凹模磨损后变小的有: B1凹=10，B2凹=48，B3凹=50.89 按IT14查GB/T1800.3-1998得△1=0.36, △2=0.62，△3=0.74 因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数为X1=0.5，则有 B1凹=(B1min+X1△)=(10+0.5X0.36)=10.18 B2凹=(B2min+X2△)=(48+0.5X0.62)=48.31 B3凹=(B3min+X3△)=(50.89+0.5X

24、0.74)=51.26 凹模磨损后不变的尺寸有： C1=4, C2=9.66, C3=15.44 按IT14查GB/T1800.3-1998得△1=0.36, △2=0.62，△3=0.74 因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数为X1=0.5，则有 C1凹=(C1min+0.5△)0.125△=（4+0.5X0.36）0.063=4.180.063 C2凹=(C2min+0.5△)0.125△=(9.66+0.5X0.62)0.063=9.970.063 C3凹=(C3min+0.5△)0.125△=（15.44+0.5X0.74）0.063=15.810.063 因为以

25、上A、B、C三类尺寸都为落料尺寸,故以凹模为基准,配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值为0.15～0.19mm. ②冲孔尺寸 凸模磨损后变大的尺寸有: a1=3,a2=R6,a3=12,a4=20,全为自由尺寸,其公差按IT14查取，查GB/T1800.3-1998得: △1=0.25, △2=0.3, △3=0.43, △4=0.52 而且a1至a4全为半磨损尺寸，制造偏差δ=△/8 因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系数X1=X2=X3=X4=0.5, 由[1]中表2.3.3的公式有： a1凸=(a1max-X1△1)=(3-0.5X0.2

26、5) =2.875 a2凸=(a2max-X2△2)=(6-0.5X0.3) =5.85 a3凸=(a3max-X3△3)=(12-0.5X0.43) =12.785 a4凸=(a4max-X4△4)=(20-0.5X0.52) =19.74 凸模磨损后变小的尺寸有: b1凸=R1.5,b2凸=6, b3凸=10, b4凸=15,b5凸=22,b6凸=R6且都是自由尺寸可按IT14查GB/T1800.3-1998得 △1=0.25,△2=0.3,△3=0.36,△4=0.43,△5=0.52, 其中b1和b6为半磨损尺寸，制造偏差δ=△/8。因为制件公差不大于IT14级，可取磨损系

27、数X1=X2=X3=X4=X5=0.5, 由[1]中表2.3.3的公式有： b1凸=(b1min+X1△1)=(1.5+0.5X0.25)=1.625 b2凸=(b2min+X2△2)=(6+0.5X0.3)=6.15 b3凸=(b3min+X3△3)=(10+0.5X0.36)=10.18 b4凸=(b4min+X4△4)=(15+0.5X0.43)=15.215 b5凸=(b5min+X5△5)=(22+0.5X0.52)=22.26 （2）. 计算弯曲模主要零部件尺寸及公差 ①凸模圆角半径 在保证不小于最小弯曲半径值的前提下，当零件的相对圆角半径较小时，凸模圆角半径取等于

28、零件的弯曲半径，即。 ②凹模圆角半径 凹模圆角半径不应过小，以免擦伤零件表面，影响冲模的寿命，凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。根据材料厚度取。 ③凹模深度 凹模深度过小，则坯料两端未受压部分太多，零件回弹大且不平直，影响其质量；深度过大，则浪费模具钢材，且需压力机有较大的工作行程。该零件弯边为U形与L形复合的弯曲件，凹模深度应大于零件的高度，查[1]中表3.4.3和3.4.2得U形和V形的凹模深度分别为20和15，综合弯曲件的高度考虑取凹模深度L0=20。如下图所示。 ④凸、凹模间隙 V形弯曲部分，凸、凹模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制。对于

29、U形弯曲部分，凸、凹模之间的单边间隙由以下公式计算： 其中n=0.07是凸、凹模间隙系数值，可由[1]中表3.4.4查得。 ⑤弯曲凸、凹模工作尺寸及公差 零件标注外形尺寸时，应以凹模为设计基准，间隙取在凸模上。零件标注内形尺寸时，应以凸模为基准，间隙取在凹模上。其尺寸公差则应根据零件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。因此，凸、凹模在宽度方向上有外形尺寸L=500.62，长度方向上有内形尺寸L=600.74。由公式得： 外形尺寸（L=500.62） 内形尺寸（L=600.74） 其中δd、δp按IT8级由公差表查取。 6、模具总体结构设计

30、 （1）模具类型 根据零件的冲裁和弯曲工艺方案,分别采用冲孔落料复合模、弯曲单工序模。 （2）操作与定位方式 零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。零件尺寸较大，为了保证孔的精度及较好的定位，冲孔落料复合模宜采用导料板导向，导正销导正。弯曲单工序模采用档料板和档料销。 （3）卸料与出件方式 考虑零件尺寸较大，有足够厚度，冲孔落料复合模、弯曲单工序模都采用上出件方式。冲孔落料复合模废料采用凸模直接从凹模洞口推出。弯曲单工序模采用橡胶弹顶装置把制件从弯曲凹模中向上顶出。 7、零部件设计 ①落料冲孔主要模零部件尺寸的计算：

31、 凹模： 落料凹模采用整体凹模,安排凹模在模架上的位置时,要依据压力中心的数据,尽量保证压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可根据公式计算： 由H=kb可以确定凹模的厚度: k---系数,查表取 k=0.19 b---冲裁件最大外形尺寸，为138.7mm H=Kb= 0.19 138.7 =26.35mm 由c= (1.5～2.0)H可以确定凹模的壁厚: c= 1.526.35=39.5mm 凹模长度L=138.7+235 =208.77 mm 凹模宽度B=124.9+235=194.2 mm 则：凹模轮廓尺寸查标准JB/T 7643.1-1994取250mm200mm

32、28mm。 凸模： 根据模具的结构先确定冲孔凸模固定板的厚度: 一般取其厚度为凹模厚度的0.6～0.8倍 即: h = 0.6H= 0.628 ≈16mm 冲孔凸模的长度为L=h/2 + H = 8+28 =36mm 凸凹模： 凸凹模固定板其厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍 h固 =0.6H≈16mm 卸料板的厚度为凹模厚度的0.6～0.8倍 h卸=0.6H≈16mm 经计算选用弹簧预压缩后的高度为:h压=25mm 为了保证卸料的准确和有效,凸凹模应该低与卸料板0.5～1mm 故凸凹模的厚度为: h= h固+h卸+ h压-1=16+16+25-1=56mm ②弯

33、曲模主要零部件尺寸的计算 凹模高度H=20+4.5+1.5+2+30=58mm 凸模高度h=40.5-1.5+15+30=84mm 凹模轮廓尺寸查标准JB/T 7643.1-1994取200mm160mm58mm。 ③模架及其他零部件的选用 冲孔落料复合模： 冲孔落料复合模选用对角标准模架，可承受较大的冲压力。为了提高模具寿命和工件质量。通过计算选取对角导柱模架,中等精度其参数为 凹模周边界: L=250mm;B=200mm 闭合高度: H=195～240mm 上模座: 25020040 (GB/T2855.1-1990) 下模座:

34、 12510030 (GB/T2855.2-1990) 导柱: A30h5190 (GB/2861.1) 导套: A30H610038 (GB/T2861.6) 弯曲单工序模: 采用中间导柱的标准模架。根据凹模周界查[6]中表可得 标准模架的参数为： 凹模周边界: L=200mm;B=160mm 闭合高度: H=195～240mm 上模座: 20016040 (GB/T7185.4) 下模座: 20016050 (GB/7184.4) 导柱: A24h5160

35、 (JB/7174.1) 导套: A24H68030 (JB/T7187.3) 模具的闭合高度为: H = 58+40+50+10+84-26.5=215.5mm 8、冲压设备的选定 冲孔落料选用JD21-100压力机,其公称压力为1000KN，滑块行程为10～130mm,最大闭合高度400mm，闭合高度调节量为85mm，垫板尺寸厚100mm，模柄孔尺寸直径为60,模柄孔深度为80。 弯曲模选用JG23-40压力机,其公称压力为400KN，最大闭合高度300mm，闭合高度调节量为80mm，垫板尺寸厚80mm，模柄孔尺寸直径为50,模柄孔深度为70。 9、模具总

36、装图 10、总 结 通过课程设计，我从中学到了许多东西，受益匪浅。我从中掌握了许多重要的知识，在老师的指导下，懂得了模具设计的一些基本工艺。自己的各方面能力也得以了很大的提高，即提高了自己的计算能力及动手能力，也提高了自己利用计算机绘图能力。在查找资料过程中，让我对以前所学到的东西有了更深入的了解。为我日后步入社会参加工作打下扎实的基础。我在设计时除了认真思考外,还参考了大量相关模具设计及指导资料，在此过程中我们非常注重每一个设计的细节环节。在遇到难以解决的问题时同学们都能互相讨论与学习，还得到了老师的细心指导，在此向他表示衷心的感谢。在设计过程，虽然辛苦，花了我不少的时间，但总算劳有所获，让我加深了对专业知识的强化和理解。为了不断充实和发展、完善自我，我下定决心继续努力提高自己的专业知识，在今后的日子里继续努力学习，期待更大的进步！ 11、主要参考文献、资料 [1]、冲压工艺与模具设计成虹 [2]、冲压模具图册杨占尧 [3]、机械设计手册王世辉 [4]、冲压设计手册 [5]、冲模国家标准：基础标准、工艺与质量标准、产品标准（GB/T 8845、GB/T 14662、GB/T 2851～2861等） [6]、模具工程大典肖祥芷、王孝培 25