冷冲压工艺与模具设计课程设计.ppt

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1、冲压工艺及模具设计课程设计例题,设计任务书(题目一）,编制图示零件冲压工艺规程及冲裁模设计 设计条件：1、生产纲领 8 万件/年 2、钢板 315002000 3、压力机:(160630)kN 开式压力机 设计任务：1、编制冲压工艺规程；2、设计冲孔、落料复合模 装配图1张，凸、凹模 及卸料板零件图；3、编写设计说明书。,设计计算与说明,(一)编制冲压工艺规程1、冲压件的工艺分析：材料：08F塑性好，良好的冲裁性能 尺寸精度：孔10 为 IT12级 尺寸600.23 IT13级 其余:自由公差(未注公差尺寸),+0.15,一般冲压方法可以达到,设计计算与说明,结构工艺性：冲裁结构工艺性-,弯曲

2、结构工艺性-,设计计算与说明,2、确定毛坯形状、尺寸零件展开为矩形 5段直边（L1L5）4段长度相等的园弧（l1l4）须判断、考虑中性层内移 r/t=4/3=1.334，中性层内移 查表0=0.34 li=4 l1=4(r+0t)/2 L=2L1+2L2+L3+li=103.5(mm)毛坯尺寸为 103.536(mm),设计计算与说明,3、排样设计及材料利用率计算 排样方式选择：毛坯为矩形、四角为圆弧 有搭边 中批量 计算条料宽度B：查表 沿边搭边值 a=2.8,工件间搭边 a1=2.5 剪料公差=0.9 拟采用沿导料一侧送料，不考虑导料间隙。B=（L+2a+）-=（103.5+22.8+0.

3、9）-0.9=110-0.9 B计算后实际搭边值为 a=3.25 mm。进距：A=毛坯宽度+a1=36+2.5=38.5mm,设计计算与说明,采用单列直排有搭边排样,设计计算与说明,a=2.8,a1=2.5,进距 A,设计计算与说明,裁板方式选择与材料利用率：纵裁：每张钢板裁条数 n1=1500/110=13(条)，余70mm；每块条料冲件数 n2=(2000-2.5)/38.5=51(件)材料利用率=1351103.536/(15002000)=82.3%(未考虑结构废料)横裁：每张钢板裁条数 n1=2000/110=18(条)，余20mm；每块条料冲件数 n2=(1500-2.5)/38.

4、5=38(件)材料利用率=1838103.536/(15002000)=85%(未考虑结构废料),设计计算与说明,裁板优选方式确定:横裁时，材料利用率高 折弯线与材料纤维垂直 注意：折弯线与材料纤维（钢板轧制方向）平行的排样，容易造成外层（侧）裂纹，尤其r/t较小时。,采用横裁下料,4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式（1）确定基本工序和工序顺序：基本工序：工艺分析 落料、冲孔、弯曲（单工序模）或冲孔、切口（半落料）、弯曲、切断（级进模）弯曲的实现方式：10孔不在弯曲变形区，可 在弯曲前冲出，还可作后 续定位用；2-6孔为保证孔距尺寸，只 能在弯曲后冲。所以 工序顺序：落料 冲10孔 弯曲

5、 冲2-6孔,设计计算与说明,设计计算与说明,4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式（2）工序组合与工艺方案（海选)及模具结构：由于生产是中批量，应进行适当的工序组合。落料与冲10孔组合成复合模：复合模须校核凸凹模最小壁厚：最小壁厚为（36-10）/2=13mm，查表，允许的最小壁厚为6.7mm。大于允许值,所以落料与冲10孔可以组合成复合模,4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式（2）工序组合与工艺方案（海选)及模具结构(续)：弯曲与冲裁的组合,可以得到五种方案:（一）冲10孔与落料复合弯外角成90-弯内角成90-冲2-6孔：,设计计算与说明,设计计算与说明,4、确定工艺方案及模具工作部

6、分的结构形式（2）工序组合与工艺方案（海选)及模具结构(续)：（二）落料与冲10孔复合一次弯四角冲2-6孔：,4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式（2）工序组合与工艺方案（海选)及模具结构(续)：（三）冲10孔与落料复合在一副模具上先后两次弯 四角冲2-6孔：,设计计算与说明,设计计算与说明,4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式（2）工序组合与工艺方案（海选)及模具结构(续)：（四）冲10孔与落料复合弯外角成90 并弯内角 成45弯内角成90 冲2-6孔：,设计计算与说明,4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式（2）工序组合与工艺方案（海选)及模具结构(续)：（五）采用级进模:冲10

7、孔切口弯外角成90 同时弯内角成45弯内角成90 冲2-6孔切断,4、确定工艺方案及模具工作部分的结构形式（3）方案比较并确定工艺方案：方案比较：方案一：单工序模，模具结构简单，制造方便；但工序数量多，需设备多，效率较低。可用于中小批量生产。方案二：比方案一少一道工序；但弯曲部位变形复杂，外角形状不准确，质量差。方案三：工序数量同方案二，且弯曲四角先后进行，其质量比方案二好，但弯曲凹模须较大的内腔空间，外角直边较短时可选。方案四：基本同方案一，但第一次弯曲校正效果好，弯曲精度容易保证。适合中批量生产。方案五：生产率高，但模具设计、制造复杂。适大批量。综合考虑，本设计确定采用工艺方案四。,设计计

8、算与说明,设计计算与说明,5、工艺计算（1）确定工序尺寸：该冲压件尺寸形状比较简单，可以一面分析工序，一面直接在工艺卡片中标注工序尺寸:,(1)冲孔-落料工序,(2)弯外角并弯内角成45,(3)弯内角成 90,(4)冲2-6孔,设计计算与说明,5、工艺计算（续）（2）冲压力计算：冲孔落料工序:须计算：冲裁力；（弹性）卸料力；推件力（冲孔废料）查表：材料剪切强度=260MPa；卸料力系数 Kx=0.04;推件力系数 Kt=0.05;冲孔凹模腔废料数n：取凹模刃口高为8mm，n=8/33 冲孔力：P1=1.3L1t=1.3103260=31.86(kN)落料力：P2=1.3L2t=1.3(230+

9、297.5+4(1/4)6)3260=277.68(kN)冲裁力：P=P1+P2=309.5(k N)卸料力：P x=KxP2=0.04277.68=4.8(kN)推件力：Pt=nKtP1=30.0531.86(kN)总冲压力：P=P+P x+Pt=325.4(kN),设计计算与说明,5、工艺计算（续）（2）冲压力计算：首次弯曲:由于采用校正弯曲，而校正力比弯曲力大得多，故按校正力计算。单位校正力（查表）q=60 M Pa投影面积 A=236(16+24)cos45=2036.5 校正力 P1=Aq=2036.560=122.2（kN）,5、工艺计算（续）（2）冲压力计算：第二次弯曲:第二次弯

10、曲按自由弯曲计算。查表：材料强度极限b=330 MPa；安全系数 k=1.3 弯曲力：P2=0.7kbt2b/(r+t)=0.71.33632330/(4+3)=13.9(kN)压料力：Py=0.5P2=0.513.9=7(kN)总冲压力：P2=P2+Py=20.9(kN),设计计算与说明,设计计算与说明,5、工艺计算（续）（2）冲压力计算：冲2-6 孔:须计算：冲孔力；（弹性）卸料力；推件力（冲孔废料）查表：材料剪切强度=260MPa；卸料力系数 Kx=0.04;推件力系数 Kt=0.05;冲孔凹模腔废料数n：取凹模刃口高为8mm，n=8/33 冲孔力：P1=2(1.3L1t)=21.363

11、260=38.2(kN)卸料力：P x=KxP2=0.0438.2=1.5(kN)推件力：Pt=nKtP1=30.0538.2=5.7(kN)总冲压力：P=P1+P x+Pt=45.4(kN),设计计算与说明,6、初选冲压设备 根据总冲压力和有关设备资料，选择压力机。冲孔落料工序:P=325.4(kN)，选 JG23-40型 曲柄压力机首次弯曲工序:P1=122.2(kN)，选 JG23-25型 曲柄压力机第二次弯曲工序:P2=20.9(kN)，选 JG23-16型 曲柄压力机冲2-6 孔工序:P=45.4(kN)，选 JG23-16型 曲柄压力机(分别为40、25、16 吨),7、填写工艺卡

12、片,设计计算与说明,设计计算与说明,7、填写工艺卡片（续）,设计计算与说明,7、填写工艺卡片（续）,设计计算与说明,7、填写工艺卡片（续）,设计计算与说明,7、填写工艺卡片（续）,设计计算与说明,7、填写工艺卡片（续）,设计计算与说明,7、填写工艺卡片（续）,冲孔落料模具设计,（二）冲孔落料模具设计1、确定模具结构型式、绘制草图模具结构型式：在前面的工艺规程分析拟定 时，已确定为复合模。因零件平整度 无特别的要求，采用倒装式复合模。卸料方式：因橡胶作弹性元件安装较方便 卸料力不是很大 推件采用刚性推件装置导向系统：选用中间导柱模架定位系统：选用沿送料方向的活动挡料销定位（不削弱凹模刃口附近强度

13、）导料系统：送料方向一侧设置两个活动导料销。,采用橡胶作卸料元件,冲孔落料模具设计,绘制草图(冲10+0.15孔+落料),2、模具设计计算（1）凸、凹模刃口尺寸计算 因零件结构简单，采用分开加工方法制造，须分别计算凸、凹模刃口尺寸对孔10+0.15，其精度为IT12级，公差=0.15，取系数=0.75，查表得冲孔间隙Zmin=0.46，Zmax=0.64 凸模制造公差p=0.02，凹模制造公差d=0.02(凸、凹模刃口制造公差也可按IT6、IT7取)公差验算:p+d=0.04(Zmin+Zmax)=0.18 凸、凹模刃口制造公差满足要求。刃口尺寸计算：-冲孔以凸模为基准，间隙取在凹模上 凸模：

14、dp=(dmin+)-p=(10+0.750.15)-0.02=10.11-0.02 凹模：dd=(dp+Zmin)+d=(10.11+0.46)+0.02=10.57+0.02,冲孔落料模具设计,冲孔落料模具设计,对落料103.536-R3，其精度为未注公差尺寸，取IT14级，查表，公差分别为1=0.87，103.5-0.87 2=0.64，36-0.64 R3，取IT14级，3=0.3，R3-0.3，取系数=0.5 落料间隙Zmin=0.46，Zmax=0.64 凸、凹模制造公差：103.5-0.87 p=0.025,d=0.035 36-0.64，p=0.02，d=0.03(凸、凹模刃口

15、制造公差也可按IT6、IT7取)-由于尺寸103.5、36为圆弧连接，应取相同制造公差 公差验算：p+d=0.025+0.035=0.06(Zmin+Zmax)=0.18 凸、凹模刃口制造公差满足要求。刃口尺寸计算：-落料以凹模为基准，间隙取在凸模上,取系数=0.5,冲孔落料模具设计,对落料103.536-R3，刃口尺寸计算：-落料以凹模为基准,间隙取在凸模上凹模刃口(分别对应尺寸103.5-0.87、36-0.64、R3-0.3）：Dd1=(D1max-1)+d1=(103.5-0.50.87)+0.035=103.065+0.035Dd2=(D2max-2)+d2=(36-0.50.64)

16、+0.035=35.680+0.035Dd3=(D3max-3)+d3=(3-0.50.3)+0.018=2.850+0.018 因尺寸R3为半磨损尺寸，其制造公差取d3=d2/2。凸模刃口(分别对应尺寸103.5-0.87、36-0.64、R3-0.3）:Dp1=(Dd1-Zmin)-p1=(103.65-0.46)-0.025=102.605-0.025Dp2=(Dd2-Zmin)-p2=(35.68-0.46)-0.025=35.220-0.025Dp3=(Dd3-Zmin)-p3=(2.85-0.46)-0.012=2.390-0.012,冲孔落料模具设计,2、模具设计计算（续）（2）

17、压力中心计算 0=S11+S22+Snn)/(S1+S2+Sn)=Sii/Si 0=S11+S22+Snn)/(S1+S2+Sn)=Sii/Si 因零件结构简单、对称,压力中心在冲孔、落料件的几何中心上，不必计算。不对称时，必须进行压力中心坐标计算。,2、模具设计计算（续）（3）橡胶板设计计算 1）工作行程压缩量 h=h1+t+h2+h3=1+3+1+5=10(mm)2）橡胶板厚度 H=h/（0.250.35）=10/（0.250.35）=40 29,取 H=35mm。,冲孔落料模具设计,h1凸模滞后量h2闭合时凸模进 入凹模腔深度h3凸模修模量,冲孔落料模具设计,（3）橡胶板设计计算(续)3

18、）橡胶板安装高度 H1=(0.85 0.9）H=29.531.5(mm)，取H1=30(mm)预压缩量近似为15%。4）橡胶板承压面积 A=Px/q A=11.1103/0.5=22200(mm2)橡胶板外形尺寸待凹模轮廓尺寸设计后确定。,Px卸料力,工艺计算时已得q-橡胶板单位压力 查表,得 q=0.5MPa,3、模具零件设计及标准件选用（1）冲孔凸模设计 1）压应力校核 选用材料 Cr12MoV,已知：P1=31.86kN-冲孔力=9811569MPa-许用压应力 p=P1/A=31.86103/(102/4)=405.6 2）凸模结构设计 采用整体阶梯形凸模，选B型标准圆凸模 用固定板定

19、位和固定 凸模长度L=h1+h2=20+25=45mm。其中：h1凸模固定板厚度，取为20mm。h2凹模厚度，取25mm。,冲孔落料模具设计,3、模具零件设计及标准件选用（2）落料凹模设计 1）刃口形式：倒装式（图示），凹模内腔装推件块。为增加刃口强度，取刃口高h=10mm。凹模厚度：H=kb=0.24103.5=24.8，取H=25(mm)系数k查表，得 k=0.24,b冲裁件最大外形尺寸。2）凹模固定方法：采用圆柱销定位、螺钉紧固。凹模长：L=b+2（1.52）H=103.5+(75100)，取200mm；凹模宽：B=b1+2（1.52）H=36+(75100)，取160mm；凹模轮廓尺寸

20、为：20016025。,冲孔落料模具设计,冲孔落料模具设计,3、模具零件设计及标准件选用（3）垫板、固定板、螺钉等零件选择 1）先验算是否需加垫板：模座材料为HT200。查表，得许用压应力=88137MPa，冲孔凸模上端直径D1=17mm，=（P1+Pt）/A=（31.86103+4.8103）/(172/4)=161.5MPa，故需加垫板。式中：P1 冲孔力；Pt 推件力；A凸模与上模座接触面积。,冲孔落料模具设计,（3）垫板、固定板、螺钉等零件选择(续)2）查表或根据凹模轮廓尺寸与所定模具型式（选用典型组合时要与设计一致），得到有关零件规格如下：垫板 2001608 GB2858.3-81

21、 固定板 20016020 GB2858.2-81,包括凸模固定板、凸凹模固定板。厚度暂取与前面相同（取为20mm）。卸料板 20016014 GB2858.2-81 取：螺钉M12；定位销直径12mm；卸料螺钉直径12mm，螺纹部分为M10。,冲孔落料模具设计,（4）凸凹模设计为方便固定，凸凹模采用阶梯式结构凸凹模壁厚验算：最小壁厚=（36-10）/2=13 6.7(容许值,查表)高度 H=h1+h2+h3-1=20+30+14-1=63（mm）,冲孔落料模具设计,(5)导料销、挡料销由于采用倒装式复合模，导料销、挡料销装在弹性卸料板上。选用橡胶垫弹顶挡料销，尺寸为d=6mm，L=18mm。

22、,冲孔落料模具设计,（6）卸料橡胶板取橡胶板每边比卸料板尺寸小5mm，得橡胶板轮廓尺寸为：190150。橡胶板中间开有11040孔用于穿过凸凹模及4个14卸料螺钉孔。橡胶板实际承压面积为 A=190150110404(/4)142=23484（mm2）22200（mm2）满足承压要求。橡胶板尺寸为：19015035,冲孔落料模具设计,（7）上、下模座，导柱、导套选择 根据下模工作部分轮廓尺寸200160，查表（结合有关国家标准GB/T2855.10-90）得 上模座 20016040 GB/T 2855.9-90 下模座 20016045 GB/T 2855.10-90 闭合高度H 18022

23、0mm 下模座轮廓尺寸 345233 导柱 A28h5170 A32h5170 GB/T2861.1-90 导套 A28H610038 A32H610038 GB/T2861.6-90,冲孔落料模具设计,（8）模柄 为了方便在上模座内安装推板，选用凸缘式模柄。根据压力机滑块孔径50、深70，查表，选 C型模柄，d=50、D=100。（9）推杆、推板、打杆 推杆：根据垫板厚、凸模固定板厚、凹模厚及推件块厚度，确定推杆长为50mm，查表，取d=8。标记 顶杆 850 GB2867.3-81 推板：根据落料件形状、尺寸，查表，选B型，取L=80，b=12。标记 B80 GB2867.4-81 打杆：

24、选无肩打杆。根据模柄高度、上模座厚度，查表，取 d=16，L=110。,冲孔落料模具设计,（10）卸料螺钉长 L=凸凹模高+0.5-卸料板厚+下模座厚-卸料螺钉孔深=63+0.5-14+45-22=72.5(mm)查表，取L=70，则卸料螺钉孔深为24.5mm。,冲孔落料模具设计,4、计算模具闭合高度 H=(上模座厚+垫板厚+凸模长)-1+(凸凹模高+下模座厚)=40+8+45-1+63+45=200(mm)所选模架闭合高度为180220，满足要求。,冲孔落料模具设计,5、绘制装配图根据以上设计计算和模具简图，取13比例（最好是11）绘制装配图。,冲孔落料模具设计,6、画凸凹模、凹模、卸料板零件图,凸凹模,冲孔落料模具设计,凹模,冲孔落料模具设计,卸料板,冲孔落料模具设计,7、压力机校核,谢 谢！,