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多孔冲裁模设计说明书


课程编号:

青岛理工大学

专业课程设计说明书

设 计 人: 专业班级: 学 号:

许广良 材料 073 200706168 郑少梅

指导教师:

日期: 2010 年 1 月 7 日

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r />录

一 序言 …………………………………………………………………3 二 设计任务书及零件图…………………………………………………5 三 零件的工艺性分析……………………………………………………6 四 冲裁零件工艺方案的确定……………………………………………7 五 压力计算与压力机的选择……………………………………………9 六 模具刃口尺寸和公差的计算……………………………………… 11 七 凸模与凹模的结构设计……………………………………………14 八 模具总体设计及主要零部件设计…………………………………19 九 其他需要说明的内容………………………………………………20 十 参考资料……………………………………………………………21

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序言

21 世纪,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简单冲裁模具,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冲裁模。 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, 得到了郑少梅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。

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二 设计任务书及产品图
2.1 已知: (1)产品零件图:

图 2-1 零件图主视图

图 2-2 零件图俯视图 零件图 (2)生产批量:大批量

(3)零件材料:08 钢

(4)材料厚度:2.0mm
4

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冲压力计算及压力中心的确定; ②凸凹模刃口尺寸计算; ③模具零件结构尺寸计算; ④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;

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三 零件的工艺性分析
由工件图可见,该工件的加工涉及到落料、拉深、冲孔三种工序内容。根据变 形特点,对于带孔的拉深件,尤其是当孔到直壁的距离较近时,一般应先拉深后 冲孔。因此此次课程设计的模具为在落料和拉深之后使用的冲孔模。

3.1 冲裁件的结构工艺性分析
冲裁件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线,在许可的情况下, 把冲裁件设计成少或无废料形状,以减少废料。 对于所冲孔直径为 10mm,在手册中查得,一般冲孔模对该种材料可以冲压的最 小孔径为 d t,t=2mm,因而该孔符合工艺要求。 查 手 册 知 , 冲 裁 件 上 的 孔 与 孔 、 或 孔 与 边 缘 的 距 离 b 、 b1 为 :
b ? 3.0mm

, b1 ? 2mm 。而零件上各孔的孔边距均大于最小孔边距。以上各项分析

均符合冲裁工艺要求,故可以采用多孔冲裁模进行加工。

3.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度分析
冲裁件的精度要求,应在经济精度范围内,对于普通冲裁件,其经济精度不 高于 IT12,冲孔件比落料件高一级。如果工件精度高于上述要求,则需要在冲裁 后整修或采用精密冲裁。

3.3 冲裁件的尺寸基准分析
冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模的定位基准重合,以避免产生基准不重合 误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上,且不 要与参加变形的部位联系起来。 本次设计中的零件为冲孔件,其精度采用 IT14 级,满足冲裁工艺性的要求。 冲裁件的材料为 08 钢,屈服强度为 196 MPa,弹性模量为 186 错误!未找到引用 源。 MPa,抗剪强度为 255~353MPa,抗拉强度为 324~441 MPa。 综合以上各方面情况,可以确定零件主要冲压工序的工艺性良好。
6

四、冲裁零件工艺方案的确定

由工件图可见,该工件的加工涉及到落料、拉深、冲孔三种工序内容。根据 变形特点,对于带孔的拉深件,尤其是当孔到直壁的距离较近时,一般应先拉深 后冲孔。因此此次课程设计的模具为在落料和拉深之后使用的冲孔模。 所给零件所需的基本工序为冲孔,可以拟定出如下六种工艺方案: 方案一:刚性卸料板+后侧导柱模架。 方案二:刚性卸料板+对角导柱模架。 方案三:刚性卸料板+中间导柱模架。 方案四:弹性卸料板+后侧导柱模架。 方案五:弹性卸料板+对角导柱模架。 方案六:弹性卸料板+中间导柱模架。 根据所给零件的结构与材料情况,模具的受力状况,以及生产的经济性,本 模具选用适合于单个半成品件冲裁的弹性卸料板+中间导柱标准模架,即方案六。 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。

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五 压力计算、压力中心的确定及压力机的选择

5.1 冲压力计算
采用水平布置。

因该冲裁件的结构简单,几何结构呈中心对称形式,故凸模

5.1.1 冲裁力的计算
L ? 2? ? 10 ? 63mm



t ? 2mm

,

?b ? 380 MPa



? KN ? ?. F ? L ? t ??b ? 63? 2 ? 380 ? 47.880? ? ?

5.1.2 卸料力的计算
F卸 ? K卸F ,查《模具设计应用实例》表 2-15,取 K卸 ? 0.45 ;故

?N ? F卸 ? 0.045? 47880? 2147
5.1.3 推件力的计算
选如下图所示的凹模刃口形式,取 h ? 6mm (当 t=(0.5-5)mm 时,h=(5-10) mm). 则 n ? h t ? 3个 ; 查《模具设计应用实例》表 2-15, K推 ? 0.05 ; 故 F推 ? 3 ? 0.05? 47880? 7200 ?N ? ; 选择冲床的总冲压力为: F总 ? F ? F卸 ? F推 ? 57.2?KN ?

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5.2 压力中心的确定
因为冲裁件呈中心对称形结构,材料密度均匀,所以压力中心选在工件的中心 位置即可.

5.3 压力机的选择
查表选用开式双柱可倾压力机 J23-16: 公称压力:160KN 滑块行程:55mm 最大闭合高度:220mm 闭合高度调节量:45mm 滑块中心线至床身距离:160mm 工作台尺寸: 300 mm ? 450 mm 垫板厚度:40mm 模柄孔尺寸: ? 40m m? 60m m

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六 模具刃口尺寸和公差的计算
6.1 计算凸凹模刃口
据 《模具设计应用实例》 表 2-10 查得间隙值 Z min ? 0.22 mm ,Z max ? 0.26 mm 据《模具设计应用实例》表 2-12 查得凸凹模的制造公差

?凸 ? 0.02 mm , ?凹 ? 0.02 mm
校核: Zmax ? Zmin ? 0.04mm, Z max? Z min ? 0.04 mm ,

?凸 ? ?凹 ? 0.04 mm

满足 Zmax ? Zmin ? ?凸 ? ?凹 的条件,可采用凸凹模分开加工的方法。 对零件图中未注尺寸公差的尺寸,由《模具设计应用实例》树末附录 D 和 E 查出其极限偏差:
?0.20 ?100 mm

查《模具设计应用实例》表 2-13 得因数 X: ?10m m 孔

X ? 0.50

6.1.1 凸模刃口尺寸的计算
d凸 ? ?d ? X? ???凸
0

式中 d凸 -------冲孔凸模基本尺寸(mm);

-------工件制造公差(mm); X--------磨损

错误!未找到引用源。 ?凸 -------凸模制造公差(mm); 量,磨损系数为错误!未找到引用源。 :

(零件精度为 IT10 以上时, X ? 1 ;零件精度为 IT11~IT13 时 X ? 0.75 ; 零件精度为 IT14 时, X ? 0.5 。 ) 工件精度为 IT14, X ? 0.50 ; ?凸 ? 0.02mm。 查《互换性与测量》得 ? ? 0.24 ;(表 1-8) 则有 ?10凸 ? ?10 ? 0.5 ? 0.24??0.02 mm
0

6.1.2 凹模刃口尺寸的计算
d凹 ? ?d凸 ? Z min ?0
??凹

式中 错误! 未找到引用源。 d凸 、

凹模基本尺寸(mm); d凹 ----------冲孔凸、
10

错误!未找到引用源。 Zmin --------最小合理间隙(mm); --------工件制造公差(mm); 由上面的计算过程知: X ? 0.5mm ; ?凸 ? 0.02mm, ?凹 ? 0.02mm
?0.02 ?0.02 则 ?10凹 ? ?10 ? 0.22?0 ? 10.22 mm 0

6.2 尺寸计算依据
上述计算冲裁凸凹模刃口尺寸的依据为: ①冲裁变形规律,即落料件尺寸与凹模刃口尺寸相同;冲 孔尺寸与凸模刃口尺寸相同; ②零件的尺寸精度; ③合理的间隙值; ④磨损规律,如圆形件凹模尺寸磨损后变大,凸模尺寸磨 损后变小,间隙磨损后变大; ⑤冲模的加工制造方法。 根据冲裁变形规律,冲孔尺寸等于凸模刃口尺寸,落料件尺寸等于凹模刃口 尺寸。在冲孔时以凸模为基准件,间隙取在凹模上,落料时以凹模为基准件,间 隙取在凸模上。新模具的间隙应是最小的合理间隙,磨损后到最大合理间隙。一 般凹模公差标注成 ? ?凹 ,凸模公差标注成 ? ?凸 。

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七 凸模与凹模的结构设计

7.1

凹模的选用及设计

7.1.1 凹模的外形尺寸
根据冲压件的形状,为了保证凹模有足够的强度,而采用拉深件口部朝上放 置,因此凹模的外形尺寸仍可按常规进行设计。 凹模厚度 H ? Kb ? 0.42?10 ? 4.2?mm??15?mm? ; 凹模壁厚 c ? ?1.5 ~ 2?H ; 式中 b-凹模最大宽度(mm) ; K-因数; H-凹模厚度,其值为 15~20mm; c-凹模壁厚,其值为 26~40mm; 故取 H ? 20 mm , c ? 40 mm .

7.1.2 确定凹模结构形式
查《中国模具设计大典》表 22.5-15,选取标准件:
L ? B ? H ? 160 ?160 ? 20 ;

模具材料为 T10A,热处理为时效; 根据模具结构,取凹模厚度 H ? 20 mm ,凹模壁厚 C ? 40 mm 。凹模上各孔中心 矩的制造公差应比工件精度高 3-4 级,其中 h ? 6mm ,查《冲模设计应用实例》 , 凹模的零件简图如下图所示:

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图 7-1 凹模主视图

图 7-2 凹模俯视图

此为柱形刃口筒形凹模,此模的特点是:刃口强度较高, 修模后刃口尺寸 不变。但孔口容易积存工件或废料,推件力大且磨损大。适用于精度较高工件的 冲裁。当 t ? 0.5 ~ 5mm 时, h ? 5 ~ 10 mm ;此时 t ? 2mm ,取 h ? 6mm 。

7.2 凸模的选用及设计
凸模的长度公式: L ? t1 ? t2 ? t3 ? l ; 式中 L---------凸模长度(mm) ; ; t1 --------凸模固定板厚度(mm) ; t 2 --------卸料板厚度(mm)
13

; t3 --------导料板厚度(mm)
l ---------附加长度(mm),l 包括:凸模进凹模的深度 0.5~1mm;总

修磨量 6~12mm;凸模固定板于卸料板之间的安全距离,一般取 15~20mm。 由前面选取的标准件知:
t1 ? 14mm

,

t2 ? 18mm ,

t3 ? 0mm

附加长度取

l ? 42 mm 所以: L ? t1 ? t2 ? t3 ? l ? 74mm。

根据已经计算的有关凸模刃口的基本尺寸,参照《冲压模具简明设计手册》 表 2.54 圆凸模,设计凸模如下图所示。材料为 T10,HRC58~60

图 7-3 凸模零件图

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八 模具总体设计及主要零部件设计

8.1 模具的总体设计

图 8-1 模具装配图主视图

图 8-2 模具装配图俯视图

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模具装配图组成:1.下模座 2.圆柱销 3.凹模 4.定位板 5.凸模 6.导套 7.弹簧 8.上模座 9.卸料螺钉 10.固定板 11.垫板 12.凸模 13.模柄 14.圆柱销 15.圆柱销 16、17.螺钉 18.卸料板 19.导柱 模具工作过程:人工将经过落料拉深后的毛坯件放入凸凹模之间,通过 4 定位 板的作用准确定位,毛坯件固定好后凸模由上而下以一定的速度运动,进行冲孔 工序,废料由凹模落下,成形件通过卸料板的作用与凸模分离,将成形的工件取 出,进行下一工件的加工。 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。 上模座: L ? B ? H ? 160 mm ?160 mm ? 45mm 下模座: L ? B ? H ? 160 mm ?160 mm ? 55mm 导柱: 导套:
d ? L ? 32 mm ?180 mm

d ? L ? D ? 32 mm ?110 mm ? 43mm

垫板厚度取:8mm 凸模固定板取:16mm[ ?0.6 ~ 0.8?H凹 ] 卸料板厚度取:10mm[(10-20)mm] 模具闭合高度: H 模? 45? 8 ?16 ? 25? 26 ? 2 ? 25? 55 ? 202mm

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8.2 弹簧的选择
(1) 根据模具结构初定四根弹簧,每根弹簧分担的卸料力为:

F卸

n

? 2147 ? 536.75N ; 4

(2)根据预压力 F 预( ? 536 .75 )和模具的结构尺寸,由手册中选出序号 57-61 的 弹簧,其最大工作负荷 F1 为 720N,且大于 536.75N。 (3)检验是否满足 S1 ? S总 .查《模具设计应用实例》附录 C1 及负荷-行程曲线, 并经过计算可得下列数据.

序号

S1 ?H 0?H 1

S预

?F预 ? 536.75N ?
57 58 59 60 61 45 60 80 100 130 30.2 41.2 52.8 65.0 83.8 14.8 19.8 27.2 35 46.2 11 15 20 26 34 17.3 24.3 26.3 32.3 40.3

S工作 ? t ? 1 ? 1.3mm S修模 ? 5mm ,由上述表中数据可知,序号 59-61 的弹簧均
满足 S1 ? S总 ,根据模具结构确定使用 59 号弹簧.该弹簧规格为: 外径: D ? 36 mm ; 钢丝直径: d ? 5.0mm ; 自由高度: H0 ? 80mm; 装配高度: H2 ? H0 ? S预 ? 60 ? 20 ? 40?mm? ;弹簧露出高度为:34mm(60-8-14-4)

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8.3 模柄的选择
根据选取的开式双柱可倾压力机 J23-16,模柄孔尺寸 ? ? 30m m, h ? 55mm 参照 《冲 压模具简明设计手册》 表 15.18, 采用压入式模柄, 初步选取的模柄如右下图所示:

图 8-2 模柄零件图

8.4 卸料螺钉的选择
卸料螺钉与弹簧安装在一起,因此卸料螺钉的 选择就不得不考虑到弹簧的尺寸,弹簧的外径:
D ? 36 mm ,钢丝直径: d ? 5.0mm ,由此得内径:

d ? ?36 ? 2 ? 5? ? 26mm

查《冲压模具简明设计手册》表 15.36 卸料弹簧 安装结构得如右下图所示: D1 ? d ? ?2 ~ 3?mm
[ D1--弹簧内径,mm;d—弹簧芯柱直径,mm] 因此,选取卸料螺钉 M12 如下图所示:

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图 8-3:卸料螺钉

图 8-4:卸料弹簧安装

8.5 卸料板的选择
根据零件的形状、卸料的稳定性、生产效率以及模具的寿命,将卸料板设计 成如下结构:

图 8-5 卸料板零件图

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九 其他需要说明的内容

本套模具中,模板固定都采用 M8 螺钉,上模板 4 个,下模板 4 个,并且对 称分布。 由于在结构设计时,已经确定了个零件的基本尺寸,查相关标准即可得到, 所以说明书中将一些内容省略

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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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