轭铁Ⅰ冲压工艺与模具设计

冲压模具毕业设计- 1 -第一章 绪 论模具设计是模具设计与制造专业教学中最后一个实践性教学环节，是学生学完基础课和专业课之后进行的。冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压的基本工序分为分离工序和成形工序两大类。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲模是冲压加工工艺的装备之一，被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以及在国防工业中。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能冲压模具毕业设计- 2 -成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。但同时，冲压技术的推广受到投入成本低，模具成本高，不适应中小生产规模的特点。但是总的说来，随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包括冲模一定会得到更普及地应用。 冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。因此它是一门综合性很强的学科。本次设计零件加工包括了冲孔、落料、和弯曲的加工。通过对冲孔模、落料模、弯曲模的学习，分析和比较了各加工工艺方案，完成了模具总体的结构分析，进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算。绘制了装配草图并进行零部件初步选用设计,然后确定外形尺寸, 选择冲压设备, 绘制总的装配图和零件图。 落料和冲孔都属于冲裁模。冲裁模是从条料、带料或半成品上使材料烟规定的轮廓产生分离的模具，随着科学技术的发展，冲压技术也向高速化、自动化、精密化的方向发展。冲裁模一般分为简单模、级进模、和复合模。简单模在国内应用比较广泛，它是在压力机的冲压行程中完成一次冲裁工艺。简单模也分为无导向简单模、导板式简单模，和导柱式简单模；级进模是在单工序冲模基础上发展的一种多工序、高效率冲模。在压力机一次冲程中，级进模在其有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工艺，在最后工位冲出完整的工件。由于级进模是连续冲压，因此生产效率高，适用于大规模生产，但是因为其结构复杂，定位要求比较严格，因此说制造成本高。复合模是指在压力机的一次冲压行程中，经一次送料定位，在模具的同一部位可以同时完成几道冲裁工序的模具称为复合模。复合模同连续模一样，也是在简单模的基础上发展的一种较先进的模具。与连续模相比，冲裁模冲裁件的位置精度高，对条料的定位精度要求低，复合模的轮廓尺寸较小。复合模虽然生产效率高，冲压件精度高，但模具结构复杂，制造精度要求高，适用于生产批量大，精度要求高，内外形尺寸差较大的冲裁件。 冲压模具毕业设计- 3 -本次设计零件的材料是电工纯铁（DT4） ，适用于冷冲压加工。如何安排合理的加工工艺，确保生产的效率最高，同时也能满足零件的加工要求。这是整个设计的重点。在该零件的加工中，包括了冲孔，落料，以及弯曲等冷冲加工。冲孔属于冲裁加工的一种。冲裁模的结构比较简单，冲裁过程分为弹性变形阶段，塑性变形阶段，断裂分离阶段。其断层直接关系到冲裁加工质量的好坏，一般的，断面分为四个特征区，即圆角带，光亮带，断裂带，和毛刺。我们必须有合理的冲裁模的间隔来保证良好的特征带的分布。冲裁模有刃口尺寸、冲裁力等工艺参数的确定。在设计本零件的冲孔和落料加工时，须首先确定其力学性能，然后设计主要零件，完成结构草图，最后完成装配图。 弯曲是将金属材料完成一定的角度、曲率和形状的冲压工艺方法。通常弯曲加工的材料有板料、棒料、管材和型材。弯曲有回弹的现象，因此回弹会降低弯曲件的精度，是在弯曲加工中不易解决的问题，因此在设计的时候必须考虑这个问题，例如可以考虑通过利用回弹规律补偿回弹，改变弯曲变形区应力状态校正回弹等。在了解了弯曲加工的特点及工艺参数后，安排了加工的合理工序，熟悉各种模具结构。进而完成零件设计和结构设计，绘制零件工作图。 在冲压模的设计过程中，还必须考虑到模具的成本，因此在进行选材，结构设计时，必须尽量不设计形状复杂的结构，同时采用镶嵌式代替整体式的结构。针对模具的定位要求高的特点，在零件的设计中必须要有比较高的加工精度要求。总的一句话，必须在有高的模具寿命和满足加工精度要求的基础上，尽量降低模具材料的成本，简化模具的结构，这样才能有利于这个行业在我国的发展。设计任务与要求课题名称：轭铁冲压工艺与模具设计阅读专业基础教材，深入现场收集现有冲压工艺和模具的资料，了解与工艺相关的生产条件。根据选定工艺方案设计冲压模具，完成 1 到 2 副模具的全套图纸绘图工作。编制“冲压工艺卡”等技术文件。写毕业设计说明书，要求条理清楚，论据可靠，计算准确，既要有一般性论述，还要有一定的创新内容。图文并茂，篇幅争取达到 12 千字。冲压模具毕业设计- 4 -绘图内容：冲压件图、模具总装配图、模具主要零件图。绘图量； 折合 0 号幅面 3 张以上。本次所设计产品如下图所示：技术要求：1. 材料：电工纯铁 （DT4）2. 材料厚度：1.5mm3. 生产批量：大量生产4. 未标注公差：按 IT14 级确定冲压模具毕业设计- 5 -第二章工艺性分析及总体方案的设计2.1 材料的性能分析电磁纯铁（DT4）也叫电工纯铁(electrical pure iron)或阿姆科铁，它的碳含量为 0.22 0.44，杂质总含量一般 0.5 1 1 2 2 3 350 0.3 0.35 0.42 0.5 0.650100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.421002000.15 0.18 0.2 0.24 0.3200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22已知凹模型孔最大长度是 55.9 mm由上图查得 厚度系数 K = 0.28H = K·b = 0.28×55.9 = 15 mm由厚度再来确定总长和总宽度L 值得确定小型模具 L = （1.52）H 凹中、大型模具 L = （23）H 凹已知 H = 15 mm 且是小型模具，故采用 L = 1.75 H 凹 = 1.75×15 = 26.25mm 螺钉孔至模板边缘的距离查表冲压手册机械工业出版社，郑家贤主编 P253 表 5-12 从凹模外缘至螺孔的最小允许尺寸 查得a 大 = 1.13da 小 = 1.13d四周四个紧固螺钉采用 d10 的圆柱头内六角螺钉，其基本尺寸参见国标 GB/T70.1-2000 (单位：mm)代入数据 a = 11.3 mm左右两个紧固螺钉采用 d8 的圆柱头内六角螺钉代入数据 a 小 = 1.13×8 = 9.04tb冲压模具毕业设计- 21 -a = 1.13×8 = 9.04小所以凹模外缘到螺孔的最小允许直径为 9.04 mm 4.3 凸模的设计计算 （如图 4-5）图 4-54.3.1 侧刃的设计采用侧刃的种类及材料根据冲压模具设计实用手册机械工业出版社，郑家贤主编 P282 表 5-43 定距侧刃的结构尺寸 （GB/T 7684.11994） (单位：mm)选用 IB 型定距侧刃 B = 8 , a = 2 材料： 9Mn2V热处理硬度： 5860 HRC 冲压模具毕业设计- 22 -如图 4-6 所示:图 4-64.3.2 落料及冲孔凸模的设计材料：9Mn2V热处理： 淬火硬度：5862 HRC凸模长度的确定凸模长度的计算跟总装配图的结构而定，参见前面的连续模装配图。弹性橡皮自由高度的计算：H = 25%th其中 t 板料厚度h 预压缩量 取 3 mm 冲压模具毕业设计- 23 - 凸模进入凹模的深度 取 2.5 mm (其深度一般为 23 mm)hH = = = 28 mm25%t1.32.5所以弹性橡皮的自由高度为 28 mm 凸模长度 L = h1+h2+h3+h4+h式中： h1凸模固定板的厚度取 20mmh2弹性橡皮的厚度算出 28mmh3卸料板的厚度取 12mmh4导料板厚度取 6mmh 凸模进入凹模的深度以及凸模的修模量取 3mmL = 20+28+12+6+3=69mm由于凸模采用反铆合磨平来装配，故凸模长度还需加 1mm 的反铆余量。所以 L 总=69+1 = 70mm4.3.3 起伏成形凸模的确定：依冲载件图纸“凸包”高度为 0.6mm，且由凸模小易磨损，加上磨损余量0.05，所以确定起伏成形凸模长度比落料孔凸模长 0.65.所以 L=（70+0.05） 0.4=70.65 0.44.4 确定各主要零件结构尺寸模具的工作零件，定位零件，压料和卸料零件，导向零件，连接和紧固零件，弹簧，橡胶等要首先按冷冲模具国家标选用，若无标准，可先选用再进行设计。对于小而长的冲头，壁厚较薄的凹模等还需要要进行强度校核。设计计算确定了凹模的结构尺寸后，可根椐凹模周界选用模架。模具的闭合高度，轮廓大小，压力中心应与选用设备相造应冲压模具毕业设计- 24 -4.4.1 导料板，承料板本套模具中的导料板在进料处为 15 度的倾角，以方便送料，另外由于采用的是双侧刃定距定位，所以要在导料板上开出放置挡料块的梯形槽，还要有侧刃的凹模，为保证精度宜将上下面磨平。承料板用 4 个螺钉将其与导料板紧固。（如图 4-7）图 4-7冲压模具毕业设计- 25 -4.4.2 卸料板，卸料螺钉卸料板的尺寸 L×B 120mm×120mm，弹压卸料板的外形一般与同方向上的固定板的外形一致；固定卸料板一般与凹模外形一致。查冷冲模设计指导得厚度 Hx =12 mm。其成形孔基本与凹模刃口的形状相同。 （如图4-8）图 4-8冲压模具毕业设计- 26 -4.4.3 弹性元件弹性橡皮自由高度为 H = = = 28 mm25%th1.32.5材料厚度 t 为 15mm，预压缩量 h 为 3mm，凸模进入凹模深度 为 2.5mm。如h图 4-9 所示：图 4-9冲压模具毕业设计- 27 -4.4.4 凸模固定板凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致,厚度为凹模的 0.60.8h,h 为凹模的厚度,这里取 0.8h,即 0.8 15=12mm,根据核准选取板的规格为L B H=120 120 12;凸模与凸模固定板的配合为 H7/n6,装配可通过销钉定位,螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角,由以上可得凸模固定板的零件图，如图 4-10 所示:图 4-10冲压模具毕业设计- 28 -4.4.5 模架对角导柱模架，中间导柱模架，四角导柱模架的共同特点是，导向装置都是安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠，所以要求导向精确可靠的都采用这 3 种结构形式，但因对角导柱模架上，下模座，其工作平面的横向尺寸 L 一般大于纵向尺寸 B，常用于横向送料的级进模，纵向送料的单工序模或复合模。参照国标 GB/T2855，21990，因凹模尺寸为 120 mm 120 mm，并考虑压力机的最大封闭高度是 170，故选取长，宽为 125 mm 125 mm，上下模座厚度分别为 35 mm 40 mm。如图 4-11 所示：图 4-11冲压模具毕业设计- 29 -4.4.6 模柄:经认真考虑，宜采用压入式模柄。压入式模柄与上模座孔采用 H7/m6 过渡配合，并加销钉以防止转动。以下图为压入式模柄结构尺寸,并结合本模具实例标出尺寸与及其形状与位置公差，因上模座的高度是 35mm，且已知压力机上的模柄孔是 30 50 mm。参照机械标准 JB/T 7646，11994，单位 mm，选取基本尺寸 d=30 的模柄，其余尺寸参见图 4-12。图 4-124.4.7 导柱导套本套模具采用的是 A 型导柱，参照 GB/T2861，1-1990，并结合实际需要采用了 d=22 的导柱，导套与导柱配用 d=22。其尺寸如图 4-13 所示：冲压模具毕业设计- 30 -图 4-13