整理中小型冲压模具设计.docx

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整理中小型冲压模具设计

中小型冲压模具设计开题报告

专业：

机械设计制造及其自动化班级：

第二组

一、设计题目：

弯曲—冲裁模具设计

技术要求：

1、未注尺寸公差符合GB/T1804-的要求。

2、未注形位公差符合GB/T13916的要求。

3、毛刺高度≤0.02mm。

4、材料20钢。

生产批量为中小批量生产。

二、工艺分析

1、材料性能：

零件材料为20钢，其冲压和弯曲性能较好。

2、工序分析：

由于采取块料加工（一块材料加工出一个工件），所以可以预先准备外形尺寸一致的毛坯，即在加工过程中无落料和排样步骤

3、零件结构：

该零件有弯曲、冲孔等结构特征，形状简单，可采取复合加工。

4、尺寸精度：

零件图上形状尺寸，冲压、弯曲工序可以实现。

三、工艺方案

方案一：

先弯曲，后冲孔。

该方案符合零件的加工工序，能正确加工出零件，保证孔的间距。

方案二：

先冲孔，后弯曲。

该方案冲孔后弯曲零件，无法保证两孔的间距，不合理。

采取复合模进行加工，将弯曲、冲孔两道工序复合在一起，做成复合模。

四、材料的选取

通过对零件图结构和工艺进行分析，选取宽20mm，长度115mm，厚5±0.05的20钢板为加工材料。

其中，材料两侧面需用铣床进行加工。

五、进度安排

第2周：

查阅资料，对零件图进行分析，确定加工方案，制定任务说明书。

第3-6周：

1、弯曲工艺力、弯曲工件毛坯展开尺寸的计算，确定压力机，设计出弯曲模具结构图。

2、冲裁模具间隙、凹凸摸刃口、冲裁力的计算，确定压力机，设计出冲孔模具结构图。

3、落料模间隙、凹凸模刃口、冲裁力的计算，确定压力机，设计出落料模具结构图。

第7-10周：

1、弯曲模的结构设计，确定弯曲模的主要零件结构参数。

2、冲裁模的结构设计，确定冲裁模的主要零件结构参数。

3、落料模的结构设计，确定落料模的主要零件结构参数。

4、复合模的结构设计，设计出复合模具结构图，并确定其主要零件结构参数

第11-12周：

对模具总体结构进行设计，并对模具结构不当之处进行修改，整理说明书，准备答辩。

六、分组

第一组（连续模）：

第二组（复合模）：

一、弯曲模具的设计：

1、弯曲工序的设计：

方案：

弯曲件一次弯曲成形

优点：

模具结构简单，易进行加工。

缺点：

凸模肩部阻碍了材料转动，加大了材料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁易擦伤、弯薄，成形后零件两肩部与底面不易平行。

改进：

在弯曲时用压边圈压住毛坯，这样可以有效保护零件，从而保证零件精度。

2、弯曲模的结构设计

由于零件的进度较低，采用一次弯曲成形的复合弯曲模结构。

如下图：

3、自由弯曲时的弯曲力，由零件图可知，零件为U形弯曲件：

F自=

=0.7×1.3×20×5×5×410/2+5=26650N。

其中：

k为安全系数，取1.3；由图可知：

弯曲件宽b=20mm，材料厚t=5mm，弯曲半径r=2mm,

δb=410mpa（查表得20钢拉强度为410mpa）

4、校正弯曲时的弯曲力

校正弯曲是在自由弯曲阶段后进一步对贴合凸模、凹模表面的弯曲件进行挤压，其校正力自由压弯力大得多，由P123公式有：

F校=

A:

校正部分垂直投影面积，

q：

单位面积的校正力，MPa

由零件图知：

A=600

，查表3.3.2取q=70MPa

故F校=42000N

5、顶件和压料力:

FQ=（0.3~0.8）F自=0.5F自=13325N.

6、压力机吨位的确定

自由弯曲时压力机吨位应为：

F≥F自

由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值较大，则按校正弯曲力选择压力机的吨位：

F≥F校

故：

F≥42KN

综上，由课本附录A知：

选双柱可倾式压力机J23-6.3

7、弯曲件毛坯展开长度:

（1）应变中性层位置的确定：

有零件图可知：

r/t=2/5=0.4

有经验公式:

ρ0=r+xt查表3.3.3得x=0.368

所以ρ0=2+0.368×5=3.84mm.

（2）弯曲件毛坯的展开长度计算：

由零件图可知：

r=2≤0.5t=0.5×5=2.5若一次同时弯曲四个角

由表3.3.4得：

L=L1+2L2+2L3+t=30+2×20+2×20+5=115mm

8、弯曲凹模工作部分

弯曲U形件时，若弯边高度不大，或要求两边垂直，则凹模深度应大于零件高度。

由零件图并查表3.4.3知：

l0=30mm

9、弯曲凸模、凹模之间的间隙

根据已知有弯曲黑色金属，即c=t+nt

式中：

c为弯曲凸模与凹模的单面间隙，mm；t为材料厚度的基本尺寸和最小尺寸，mm;n为间隙系数

由表3.4.4知：

n=0.03。

故c=5+5×0.03=5.15mm

10、凸凹模工作尺寸及公差

凸模凹模分别按IT6和IT7级加工制造，对于零件中未注公差的尺寸按IT14级可知：

由于弯曲件标注内形尺寸（如下图），且弯曲件为双向对称偏差，故

凸模尺寸为：

LP=

凹模尺寸为：

Ld=

11、凸凹模弯曲长度

由零件图知：

凸模长度H1=30mm

凹模长度H2=20+5=25mm

12、回弹量

弯曲件属于小半径弯曲，而其相对弯曲半径r/t=2/5=0.4＜5～8，此时弯曲半径的变化一般很小，可以不予考虑，即无回弹现象出现。

二、冲孔模的设计

（一）凸模与凸模组件的结构形式

1、凸模的结构形式

由于凸模结构通常分为两大类，一类是镶拼式，另一类为整体式。

在我们的凸模结构中，选取整体式，而根据加工方法的不同，采用台阶式

2、凸模长度的确定

采用压边圈和定位销结构，其中H凹=25mm，由P68公式有：

L=h1+h2+h3+（15～20）mm

式中：

h1——凸模固定板厚度

h2——卸料板厚度

h3——定位销高度

则：

凸模1：

取h1=1.5H凹=37.5mm，h2=10mm，h3=4mm

故L1=75mm,d1=10mm

凸模2：

取h1=1.5H凹=37.5mm，h2=10mm，h3=4mm

故L2=70mm,d2=5mm

凸模3：

取h1=1.5H凹=37.5mm，h2=10mm，h3=4mm

故L3=70mm,d3=5mm

3、凸模的材料

模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲击时的冲击力。

因此应有高的硬度与适当的韧性。

根据零件图及相关情况知，选用硬质合金材料（60Si2CrVA）

4、凸模承压能力和失稳弯曲极限长度校核

（1）凸模承载能力校核

凸模最小断面承受的压应力δ必须小于凸模材料强度允许的压力[δ],即

δ=FP/Amin≤[δ]

变换后有：

dmin≥4t

/[δ]

式中：

——冲裁材料抗剪强度，MPa,

t——冲裁材料厚度，mm

[δ]——凸模材料的许用压应力，MPa

查表知：

=410MPa，t=5mm，[δ]=1665MPa

故：

dmin≥4.9mm

所以，所用凸模符合要求。

（2）凸模失稳弯曲极限长度

凸模在轴向压力的作用下，不产生失稳的弯曲极限长度Lmax与凸模的导向方式有关，对于有卸料板和卸料板对凸模导向，其凸模不发生失稳弯曲的极限长度为：

Lmax≤85

式中：

——凸模的冲裁力，N；d——凸模的直径，mm

其中：

=128740N，dmin=5mm

故Lmax≤762457.6mm

而实际L1＜Lmax，L2＜Lmax，L3＜Lmax

所以不会出现凸模失稳情况。

（二）凹模的结构设计

1、凹模洞口的类型

零件冲孔过程中采用直筒式刃口凹模，其结构如下图：

凹模后角

和洞口高度h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取

=

～

，h=4～10

2、凹模的外形尺寸

凹模的外形为圆形，如下图，根据P72公式有：

凹模厚度：

H=Kb（≥15mm）

凹模壁厚：

C=（1.5～2）H（≥30～40mm）

式中，b为冲裁件的最大外形尺寸；K是考虑板料厚度的影响系数，

查表2.8.1知：

K≥3

故：

H≥15取H=20mm

则C=30～40取C=30mm

3、冲裁力的计算：

若采用平刃冲裁模，其冲裁力FP

FP=KPtlτ=1×5×62.8×410=128740N

其中取KP=1，材料厚t=5mm,

冲裁周边总长L=2×∏×5+∏×10=62.8mm

取τ=410mpa

4、压力机公称压力的选取：

而压力机的公称压力≥FP

所以取压力机的公称压力为63KN

综上，由于采用复合模结构，同上述弯曲压力机吨位比较，应选用压力大的，所以最后选双柱可倾式压力机J23-6.3

5、冲压模具压力中心的确定：

该零件的形状为对称的零件，故冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心，即φ10孔的中心。

6、间隙值的确定：

使用经验确定法确定，20钢为硬材料，t=5MM,则间隙值：

c=（8%~13%）t=10%t=0.5mm

7、凸模与凹模刃口尺寸计算：

由零件图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲裁件，2×φ50+0.12冲孔获得

查表2.2.4得2Cmin=0.90mm,2Cmax=1.00mm

由公差表表查得：

φ50+0.12为IT12级公差，取X=0.75；设凸凹模分别按IT6IT7级加工制造。

凸模基本尺寸：

dp=（dmin+xΔ）

=

=

mm

凹模基本尺寸：

dd=（dp+2Cmin）0+δd=

+0.0120mm=5.99+0.0120mm.

校核：

|δp|+|δd|=0.008+0.012=0.020≤2Cmax-2Cmin=0.10mm

满足间隙公差条件

凹模型孔中心距：

Ld=（Lmin+0.5Δ）±0.125Δ=（60+0.5×0.12）±0.125×0.12=60.06±0.015mm.

8、冲孔模的结构设计方案：

方案：

采用复合膜一次加工三个孔。

优点：

加工工序减少，有效缩短加工周期。

三、模具零件设计

1、定位零件

（1）挡料销

挡料销的作用是挡住条料搭边或冲压件轮廓以限制条料的送进距离。

我组采用固定挡料销，其安装在凹模上，用来控制条料的进距，由于采用条料无须落料，所以在设计中用该挡料销进行定位，该结构特点是结构简单，制造方便。

零件示意图如下：

（2）压边圈

压边圈的作用是防止弯曲件边缘部分发生起皱。

由于我组复合模是先弯曲再冲孔，所以在弯曲的时候添加压边圈以保证零件质量，从而使后续冲孔能顺利进行，压边圈安放在弯曲凸模上。

如下图：

2、弹压卸料装置

（1）工件的卸除

采用打料装置（卸料螺钉）将工件从弯曲凸模上推下，落在模具工作表面上。

（2）冲孔废料的卸除

下模座上采用漏料孔排出，在冲孔废料在凹模上积累到一定数量后，就从漏料孔卸料。

3、推件和顶件装置

推件的目的是将成件从弯曲凸模中推出来，该目的通过旋转上模座上的卸料螺钉来完成；顶件的目的是将成件从弯曲凹模中顶出来，该目的通过旋转下模座上的卸料螺钉来完成。

4、连接与固定零件

（1）凸模固定板

凸模固定板主要用于凸模零件的固定。

固定板的形状与凸模一致，固定板厚度为24mm，材料选用45号钢。

如下图：

（1）前期准备工作。

包括明确评价对象和评价范围，组建评价组，收集国内外相关法律、法规、规章、标准、规范，收集并分析评价对象的基础资料、相关事故案例，对类比工程进行实地调查等内容。

（2）垫板

（三）环境价值的定义垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力，防止过大的冲击力在上下模板上压出凹坑，影响模具正常工作。

垫板的形状与凸模固定板一致，垫板淬硬后两面应磨平。

上模座与凸模固定板之间安装垫板，厚度为6mm。

如下图：

（二）环境保护法律法规体系

四、选用标准模架，确定闭合高度

另外,环境影响评价三个层次的意义，环境影响评价的资质管理、分类管理，建设项目环境影响评价的内容，规划环境影响评价文件的内容，环境价值的衡量还可能是将来考试的重点。

我组采用中间导柱圆形模架，其特点是导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便。

查《冲压模具简明设计手册》有：

环境影响的经济损益分析，也称环境影响的经济评价，即估算某一项目、规划或政策所引起的环境影响的经济价值，并将环境影响的经济价值纳入项目、规划或政策的经济费用效益分析中去，以判断这些环境影响对该项目：

规划或政策的可行性会产生多大的影响。

对负面的环境影响估算出的是环境费用，对正面的环境影响估算出的是环境效益。

选用上模座160×80×40

（二）安全预评价范围选用下模座160×80×45

导柱28×100×38

（四）规划环境影响评价的审查则由表知，模架的闭合高度为：

最大220mm，最小180mm

五、模具总体尺寸

模具的闭合高度H=上模座厚度+上垫板厚度+凸模长度+凸凹模高度+下模座厚度－（1~2）t

3）按行业分。

国家污染物排放标准分为跨行业综合性排放标准和行业性排放标准。

由上可知：

上模座的厚度为40mm，上垫板厚度为6mm，凸模长度85mm，凸凹模高度35mm，下模座厚度为45mm,

（1）结合评价对象的特点，阐述编制安全预评价报告的目的。

因此得出H=211mm，由于模架的闭合高度为：

最大220mm，最小180mm，211mm介于180～220mm之间，故模具闭合高度设计合理。

2.环境保护行政法规综上所述，模具的总体尺寸为长160mm，宽80mm,高211mm。

六、零件装配图