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托板冲压工艺及模具设计说明书

冲压模具及设备

托板冲压工艺及模具设计说明书

单位：

部门：

设计者：

学号：

指导教师：

2011-11-1

前言

课程设计是大学三年的综合性时间环节，目的是通过课题的设计研究培养综合运用各门课程知识的能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。

但专科生的设计不完全等同本科生，应比切与生产世纪相结合，应与培养职业能力相结合，以体现高职的特点。

在指导老师的精心安排和用心指导下，本次设计从确定课题题目，拟定设计方案，设计过程到答辩按照毕业生设计工作进行。

第一，充分调研，确定应用型毕业设计课题。

选好设计题目，设计目标，保证设计质量的前提。

这个课题能较全面的应用学生所学专业知识或者将来工作所需求的专业技术，达到综合运用的目的，既能够解决企业急需解决的生产技术问题，又能培养学生的职业岗位能力。

难度不是很大，但是使设计图纸能直接用于生产，并满足使用要求，也是不容易的。

第二，反复论证，确定产品设计方案。

明确课题性质意义设计内容，设计要求达到的技术经济指标和完成时间，并确定好正确合理的设计方案。

第三，虚心求教，仔细认真。

我们高职学生的基础理论知识较差，设计能力较差，为了使我们尽快进入工作状态，指导老师耐心向我们介绍机械产品设计方法，一般步骤和设计过程等注意事项。

由于本人设计水平有限，设计中存在的缺点和错误在所难免，敬请老师批评指正。

编者

2011.11

冲压件：

托板

生产批量：

大批量

材料：

08F

t=2mm

绪论

一、托板零件冲压工艺性分析

1、批量

2、材料

3、结构与尺寸

4、精度与断面粗糙度

二、托板冲压工艺流程及方案优化

1、冲压工艺类型

2、冲压工艺次数

3、冲压工艺顺序

4、冲压工艺的组合方案

三、托板冲压工艺的工艺设计

1、排样类型

2、排样方式

3、料边与搭边的确定

4、条料宽度的确定

5、材料利用率的计算

6、定位装置的选择

四、冲压设备选择

1、冲裁力的计算

2、卸料力的计算

3、推件力的计算

4、顶件力的计算

5、冲件的卸料方式

6、设备的选择

7、压力中心的确定

5托板冲压模具参数计算

1、模具凹凸模之间的间隙确定

2、冲压模具刃口尺寸的计算

1）基准选取

2）刃口尺寸计算

3）模具制造方法

3、凹模设计

4、凸模设计

5、模具闭合高度计算

6、弹簧的选用及其它零部件的确定

6设计并绘制模具装配图、选取标准件

7绘制非标准件零件图

总结

致谢

参考文献

冲压件：

托板

生产批量：

大批量

材料：

08F

t=2mm

第一章托板零件的工艺性分析

（一）经济性

通过以下几方面对冲压件托板的经济性成本分析：

（1）通过查阅资料可得知材料的费用占总成本的60%~75%，另加上工人的务工费，及加工时需要的电费及机床的维护费。

（2）托板的批量,由用户提供的图纸所知，该冲压件需要大批量生产，适合用冲压的方式加工，可以采用级进模进行冲压，复合模冲压以及单工序模冲压。

（3）后实际生产生产过程可知，在加工时充分地对材料利用，提高材料的利用率，充分利用材料间的缝隙，以循环利用废料。

（4）在大批量生产过程中，采用硬质合金钢来延长模具的使用寿命。

通过以上可得知，托板生产需要大批量生产，符合冲压生产的工艺性，可使用大批量生产。

（二）材料

冲压材料需要满足冲压工艺的要求及后续加工的要求，需满足以下几点

一、具有良好的冲压成型性。

二、具有良好的表面质量。

由图可知冲压件的材料为08F,查《冲压模具及设备》表2-3可知

08F的抗剪强度为

=216~304MPa,抗拉强度为275~383MPa

08F为冲压常用材料，故托板适合进行冲裁。

（三）结构尺寸

1﹑此冲压件的形状应力求简单规则，有利于材料的合理使用，节约材料，减少工序数目。

提高模具的使用寿命，降低冲件成本。

此冲压件的形状简单，规则且厚度t=2mm，适合冲压生产。

2﹑冲压件的内部，外形转交要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具的加工，减少直角处的开裂和冲裁时尖角处的崩刃和磨损，冲裁件的形状可参照《冲压模具及设备》4-2

有图表可知当落料时交角≥90°，最小圆半径为r=0.25t=0.5mm,为加工方便，与客户商量将图上直角改为R0.5，并与顾客签字确认：

如图

冲压件：

托板

生产批量：

大批量

材料：

08F

t=2mm

3﹑冲压过程中尽量避免冲裁件上过长的悬臂和凹槽，否则会降低模具使用寿命和冲裁质量。

由客户提供的图纸确定托板的尺寸和形状无凸出的悬臂和凹槽，故适合冲压生产的要求。

4﹑托板冲孔时，内径直径为10mm≥1.5t，故适合冲压

5﹑此冲压件托只有一个中心孔直径为10mm，不需要考虑孔与孔之间的间距，所以不影响托板的生产。

综上所述冲压件适合进行冲压生产。

（四）粗糙度与精度

1﹑冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料公差等级最好低于IT10级，冲孔公差等级最好低于IT9级。

查《冲压模具及设备》表4-5.表4-6。

托板的公差等级在IT8~IT9之间。

由图样可知托板的尺寸和公差精度要求，故可以使用冲压生产。

2﹑粗糙度影响零件的外观和质量，粗糙度及毛刺高度与材料塑性，材料厚度，冲裁间隙刃口锋利程度，冲模结构及凸模，凹模工作的表面粗糙度有关。

由客户提供的图纸可知托板的表面粗糙度为Ra6.3，且修改后的表面粗糙度为Ra6.3。

第二章冲压件托板产压工艺设计方案

一工艺设计方案

1冲压工艺类型

2冲压工艺次数

3冲压工艺顺序

4冲压工艺的组合方式

1﹑冲压工艺类型

由客户提供的零件图可知，该托板可采用落料和冲孔的工艺。

2﹑冲压工艺次数

由此零件图可知，此零件工艺可分为落料与冲孔。

3﹑工艺次序对于带孔的零件，一般先落料，后冲孔，可减少尺寸误差。

4﹑工艺组合

1.单工序模冲孔——落料

2.单工序模落料——冲孔

3.复合模落料——冲孔

4.级进模冲孔——落料

二方案分析

1.单工序模：

先冲孔后落料

优点：

模具的结构简单，制造方便，成本低，易于维修，但只适合中小批量。

缺点：

两副模具，成本较高，且使用的设备数量增加；先冲孔后落料时会造成较大的误差。

生产效率低，难以满足精度要求和批量要求。

根据托板零件图可知在实际生产过程中应与设备结合，故此方案不建议使用。

2.单工序模:

先冲孔后冲孔

此单工序模先落料后冲孔，对托板的尺寸精度有影响，且需要更多的设备，占用更多的空间，延长加工的时间。

因影响到孔的精度，在实际生产过程中不建议采用此方案。

3.复合模：

落料+冲孔

复合模是压力机一次进行过程中，同时完成两道或两道以上的不同的冲裁工序的冲压模具。

在此零件中，落料与冲孔同时进行。

优点：

结构简单，使用寿命较长，生产效率较高，适合大批量生产。

尺寸和形状精度较高，操作方便，且易于维修。

并且只需一副模具。

缺点：

加工制造模具时比较困难，且安全系数较低，需要采取安全措施。

个人建议：

此方案可行，在实际生产过程中大多采用复合模，在设备允许的情况下，建议使用复合模。

4.级进模先冲孔后落料

优点：

可完成冲裁工序，还可以完成成形工序，甚至装配工序，多道工序都在一副模具上完成，生产效率高，适合大批量生产。

缺点：

安装调试与维修困难，且精度较低，设计比较复杂。

个人认为此方案可行，托板零件结构简单，设计模具。

但此模具对设备的要求更高，故不建议采用。

综上所述：

结合客户提供的托板零件，结合实际生产，采用复合模具生产托板。

三托板冲压工艺分析

一托板零件的冲压工艺计算

1﹑托板零件的排样类型：

1）有废料排样：

冲裁件质量好，模具寿命高，但材料

的利用率低，常使用于冲裁件形状复杂精度尺寸较高的冲件。

2）少废料排样：

冲件质量稍差，同时边缘毛刺易于被凸模带入间隙，影响模具的寿命，但材料利用率较高冲模结构简单，一般用于形状较规则，某些尺寸精度要求不高的冲件。

3）无废料排样：

冲件质量和模具的使用寿命都很低，材料利用率较高，生产效率高，但精度不高。

2﹑排样分析

冲件条料上的不同排列形式，又可分为直对排，斜对排，混合排，多排及冲裁搭边等。

参照《冲压模具及设备》p104~105表4-17与排样方案设计原则；保证在最低的材料消耗和最高劳动生产率条件生产条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作，使冲模结构简单，寿命长，并适应车间生产条件和原材料供应情况等。

二条料宽度

1﹑板料可以横裁和纵裁，横裁和纵裁各有两种排样方式。

2﹑根据用户所提供的图纸可知道，该冲压件的精度不高，可以采用初级定位，导料板。

且无侧压装置。

三冲压工艺计算

1﹑排样方式

分为横裁与纵裁分别有以下四种方案

纵裁：

①竖排方案1

②横排方案2

横裁：

①竖排方案3

②横排方案4

方案1纵裁竖排

方案2纵裁横排

方案3横裁竖排方案4横裁横排

由图纸可知，冲件精度不高，可采用初级定位，采用导料板导，且无侧压装置，查《冲压模具及设备》表4-20

Ζ=0.5mm

零件面积

方案1

查表4-18得ɑ=1.8mmɑ1=2.2mm

条料宽度：

=（58+1.8×2+0.5）

=

导料板间距离：

条料进距：

S=Dmax+

=32.2

查《冲压模具及设备》p30表4-5，板料选择为1000×2000

每块板料条数：

条

每条零件数：

每块板料零件总数：

材料利用率：

方案2

查表4-18得

表4-19得

表4-20得

条料宽度：

=

条料进距：

导料板间距离：

每块板料条数：

每块条料零件数：

每块板料零件总数：

材料利用率：

方案3

查表4-18得

表4-19

表4-20得

条料宽度：

=

导料板间距离：

条料进距：

条料数：

每条零件数:

每板零件总数：

材料利用率：

方案4

查4-18得

表4-19

表4-20

条料宽度：

=

导料板间距：

条料进距：

条料数：

每条零件数：

每块零件总数：

材料利用率：

通过以上的计算可知方案4的材料利用率最高，可考虑到实际操作时条料不宜过长，所以采用方案1。

四、冲压设备的选择

由前面的分析可选用弹性顶件的倒装式复合模，所需的冲压工艺力为：

P=P冲+P卸+P推+P顶

为了降低冲裁力采用阶梯凸模冲裁，先冲孔再落料。

根据《冲压模具与设备》公式4—18可得F=KLT&,根据用户所提供的图纸t=2mm，查《冲压模具及设备》表2—3，29页得抗剪强度&=260Mpa因此可得：

冲压力的计算

F冲=K·L·t·Ʈ

=1.3x264.8x2x260

=130.90064KN

根据《冲压模具及设备》公式4—20、4—21、4—22得，查《冲压模具及设备》得kx=0.045kt=0.055kd=0.06则：

卸料力Fx=Kx·F冲=0.045x130.90064≈0.6255288KN

推件力：

Ft=n·Kt·F冲=3x0.055x130.90064≈28.798141KN

顶件力FD=KD·F冲=0.06x1130.90064≈7.8540384KN

表6卸料力、推件力和顶件力系数

料厚t/mm

KX

KT

KD

钢

≤0.1

＞0.1~0.5

＞0.5~0.25

＞2.5~6.5

＞6.5

0.065~0.075

0.045~0.055

0.04~0.05

0.03~0.04

0.02~0.03

0.1

0.063

0.055

0.045

0.025

0.14

0.08

0.06

0.05

0.03

铝、铝合金

纯铜，黄铜

0.025~0.08

0.02~0.06

0.03~0.07

0.03~0.09

5、产品的卸料方式有：

1）、弹性卸料+下出料

2）、弹性卸料+上出料

3）、刚性卸料+下出料

4）、弹性卸料的倒装式复合模

我们选第1种则P=P冲+P推+P卸+P顶

=170KN

6、设备

P设备=P/0.8=170/0.8≈220KN=22T

查资料《冲压模具及设备》表3-5“开式双柱可倾式压力机主要技术规格”可以选出压力机的型号为J23-25，其标称压力为250.

三、压力中心

分析冲裁件图可知，该零件为对称形零件，故其压力中心为零件的中心，即零件孔的圆心。

四、模具间隙

根据用户所提供的图，可以知道冲裁件的厚度t=2mm，冲裁件的材料是08F，则查《冲压模具及设备》93页表4—10“冲裁模初始双面间隙z

（二），可知Zmin=0.246mm，Zmax=0.360mm。

模具在使用的过程中，间隙是越变越大，而根据用户所提供的图，可知冲压件即有冲孔也有落料，而复合模是选用的无导向装置进料，因此可知冲压的精度要求不是很高，即间隙值可以选取偏大些，因为凹模孔的形式为锥形时，间隙值比圆柱型的凹模间隙值，因此选用锥形的凹模可以提高冲压件的质量。

因此通过上诉的讲解，在保证冲裁件质量的前提下，间隙越大越好，目的是为降低冲裁力提高冲裁的模具寿命，所以间隙为z=0.290mm

六、冲裁模具凹、凸模刃口尺寸的确定。

根据用户的制造方便，调整方便、检验方便、装配方便，则选择配合制作来制造模具。

1、根据用户所提供的图纸，可得落料刃口的计算：

1）凹凸模刃口尺寸计算公式。

配合制作P97查表4-14得X1=X2=X4=0.5

X3=0.5X5=0.15Ad1=38

Ad2=30

Ad3=8

Ad4=58

落料：

落料凹模尺寸

Ad=（Amax-X·∆）

Bd=（Bmin+X·∆）

Cd=（Cmin+0.5∆）

Ad1=（38-0.5x0.62）

=37.69

Ad2=（30-0.5x0.52）

=29.74

Ad3=（8-0.75x0.22）

=7.835

Ad4=（58-0.5x0.74）

=57.63

Ad5=（0.5-0.75x0.25）

=0.3125

故落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配制，保证双面间隙值0.290mm

2）根据用户所提供的图纸，可得冲孔刃口的计算：

冲孔刃口尺寸的计算是以凸模为基准则：

ap=（amax-X·∆）

bp=（bmin+X·∆）

cp=（c+0.5∆）

查表4-14得X=0.75mm

bp=（10+0.75x0.03）

=10.0225

七、闭合高度

在前面的设计中，已经选择了设备，因此必须使模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，这样才能把模具能装到设备上去。

根据前面所选的设备查《冲压模具及设备》表3—5可得：

最大闭合高度：

Hmax=270mm

最小闭合高度：

Hmin=215mm

滑块的行程：

65mm

立柱的距离：

270mm

工作台尺寸：

前后：

370mm

左右：

560mm

工作台孔尺寸：

前后：

200mm

左右:

290mm

直径：

260mm

垫板尺寸：

厚度：

50mm

模柄孔尺寸：

直径：

40mm

深度：

60mm

查《冲压模具及设备》公式3—3：

（Hmax-T）-5>Hm>（Hmin-T）+10

当垫板T=50mm时，则

210mm>Hm>185mm

弹簧的选用

1初定弹簧个数n=4，则每个弹簧的与压力为

Fy=Fx∕n=4205.314≈1051.3N

2初定弹簧规格按2Fy估算弹簧的极限工作压力Fj

Fj=2Fy=2×1051.3=2102.6N

查标准GB∕2089—1994初定弹簧规格为d×D2×h0=8×55×74.3Fj=4052Nhj=20.3mm

3计算所选弹簧的预压力hy

Hy=Fy·hj∕Fj=1051.3N×20.3mm∕2102.6N=10.15mm

4校核所选弹簧是否合适。

卸料板工作行程hx=2+1=3mm，取凸模刃磨量hm=6mm，则弹簧工作时的总压缩量为：

h=hy+hx+hm=10.15mm+3mm+6mm=19.15mm

因为h﹤hj=20.3，故所选弹簧合适。

⑤所选弹簧的主要参数为：

d=8mm，D2=55mm，t=16.8，n=10.5,h0=74.3，Fj=4052N，hj=20.3mm。

弹簧的标记为：

弹簧8×55×74.3GB∕T2089-1994.弹簧的安装高度为ha=h0-hy=74.3-10.15=64.15mm。

九、冲裁模具主要零部件的设计与选用

凹模采用矩形板结构和直接通过螺钉与上模座。

固定板固定的固定方式。

因冲件的批量大，考虑凹模的磨损好保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取5mm。

凹模轮廓尺寸计算如下：

沿送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：

l=58mm

垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：

b=30mm

查资料《冲压模具及设备》P140表4-29，选取凹模壁厚c=40mm。

沿送料方向的凹模长度为：

L=l+2c=58+2x40=138mm

垂直于送料方向的凹模宽度为：

B=b+2c=30+2x40=110mm

凹模厚度为：

H=K1K2

凹模刃口长度l≈38x2+14x2+2x4+2xπx8≈162.3mm

5.凸模设计

为了便于凸模和固定板的加工，可将凸模设计成阶梯形结构，将安装部分设计成长圆形以便于加工。

凸模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定。

凸模的材料也选用CrWMn，工作部分热处理淬硬58~62HRC。

凸模最大长度L应满足：

L≤90d2/

=90x102/

=63mm故取凸模长度为60mm

卸料板尺寸：

170mmx125mmx30mm，卸料板与凸模的双边间隙取0.2mm

垫板尺寸：

160mmx125mmx10mm

凸凹模壁厚：

查资料《冲压模具及设备》P141表4-31可知：

最小壁厚a=4.9mm，因为倒装式复合模的凸凹模内孔一般积存废料，胀力大，最小壁厚应大些，故取a=6.0mm

查冲压模具标准模架可选

上模座尺寸：

200mmx236mmx35mm（GB/T2855.5—90）

下模座尺寸：

250mmx125mmx40mm（GB/T2855.6—90）

导柱尺寸：

25mmx180mm（GB/T2861.1—90）

导套尺寸：

25mmx85mmx33mm（GB/T2861.6—90）

模柄选用通用模柄A3材料：

40mmx75mm固定螺钉为M12

凸模固定板尺寸：

160mmx125mmx20mm

2、定位零件

导料销：

条料从右向左进料，则应设在后侧并且固定在凸凹模固定板上d=6mm

挡料销：

固定在凸凹模固定板上d=6mm

3、卸料与出件装置

1）卸料装置

弹性卸料装置：

弹性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸即118*90，其厚度h=0.7H=42mm则卸料按的厚度h=5mm

卸料板与冲孔凸模双边的间隙为0.4mm

卸料板使用的螺钉个数4个，其螺钉直径M8

2）出件装置选取刚性推件装置

4、模架及其零件

1）模架

根据用户提供的图纸，可知冲裁件的要求不高，则选用滑动导柱导向模架。

滑动导向模架中导柱与导套通过小间隙或无间隙滑动配合，因导柱导向模架。

滑动导向模架中导柱与导套通过小间隙或无间隙滑动配合，因导柱、导套的结构简单，加工与装配也很方便。

2）导向零件

根据用户所提供的图纸可知该冲裁件为大批量生产，为了保证模具有较高的精度和寿命，一般都采用导向零件对上、下模进行导向，以保证上模对于下模的正确运动，则选用导柱、导套导向。

导柱与模座的配合：

H7/r6

寸套在与模座的配合：

H7/m6

导柱与导套的配合：

H7/h6

5、紧固件

冲模中用的紧固件螺钉和销钉，其中螺钉起连接固定作用，销钉起定位作用则：

查《冲压模及设备》查表“螺钉规格选用”得选用M10的螺钉。

螺钉之间、螺钉与销之间的距离、销钉螺钉距凹模刃口及边缘的距离均不应过小，以防降低模板强度，其最小距离查《冲压模及设备》表4—27得

A=14B=17C=5销钉直径取8mmD=11

十、冲模工作零件的材料选用及热处理要求

根据《冲压模具及设备》表9—4

凸模：

材料Cr4W2MoV工作硬度56~58HRC

凹模：

材料Cr4W2MoV工作硬度60~62HRC

上、下模座：

材料HT250

模柄：

Q275

导柱、导套：

T10A20钢渗碳深度0.5~0.8淬火回火60~62HRC

凸凹模固定板：

Q275

承料板：

Q235

卸料板:

Q275

导料板：

45淬火回火43~48HRC

挡料销：

T7A淬火回火52~56HRC

导正销，定位销：

T8淬火回火52~56HRC

垫板:

T8A淬火回火54~58HRC

螺钉：

45头部淬火回火43~48HRC

销钉：

45淬火回火43~48HRC

推杆：

45淬火回火43~48HRC

弹簧;65Mn淬火回火40~45HRC

模具使用及维护说明书

一、模具安装

模具安装在型号为J23-35:

350KN,最大闭合高度是210mm的开式双柱可倾式压力机上。

安装前，检查压力机上的上下模具安装表面的清洁干净，并检查在有无在修磨模具后遗留物防止阻碍准确安装和意外事故。

安装时，根据模具闭合高度调整压力机滑块的高度，使滑块在下止点式其底面与工作台之间规定位置，，将滑块再停于下止点，然后调节滑块的高度，使其模柄进入模柄孔，并通过滑块上的压块与螺钉将模柄固定。

‘

安装完后，将压力机滑块上调3~5mm，开动压力机，空行程1~2次将滑块停于下止点，固定下模座，在进行试冲，逐步调整滑块所需的高度。

将压力机上的卸料板调到需要的位置。

二、模具的工作过程

压力机滑块上升后，模具打开，把条料总装图所示位置送入利用导料销与始用挡料销进行初定位，（完成首件冲压，以后采用导料销和固定挡料销进行定位），定位确定后松开压力机离合，滑块下行模具开始工作即完成完成级进模中的第一次工序（冲直径是10mm的孔），闭合离合，滑块上行，模具打开，被压缩的弹簧要回复长度，给卸料板一定的卸料力，卸料板将余下的条料卸下后走一个步距32mm，以导料销与固定挡料销定位再重复上述动作完成冲裁件的成形，冲裁件通过自然卸料方式排出，再以以上次的废料边在导料销和挡料销重新定位，准备下次冲裁。

三、模具的维护

1、按总装图正确装配模具，并保证模具结构（见装配图）

2、按设计说明书中所选的压力机（J25:

250KN最大闭合高度是210mm的开式双柱可倾式压力机）安装模具在工作台面上，并正确安装模具，保证模具中心与压力机中心重合。

3、打开模具确认模具型面无杂物，确定导料销、挡料销的位置正确。

4、确定模具导料部分无杂物。

5、打开压力机，空合模数次，保证正确运动和定位。

6、按模具设计参数调试模具并生产。

7、模具使用生产过程中操作人员应在模具前端两侧。

8、模具使用时应该经常检查模具的工作台面和工作刃口，清理材料的积瘤，排除灾不正确使用过程中的废料，以免废料涨模，导致模具破裂。

9、模具在使用过程中发出异常声音时应立即停止工作，由现场的模修