支撑连接板冲压工艺及模具设计说明书1.docx

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支撑连接板冲压工艺及模具设计说明书1

摘要I

AbstractII

绪论1

一、设计课题及设计任务书2

1．1设计课题2

1.2模具设计的基本作用2

1.3模具设计的基本内容3

1.4设计任务书4

二、工艺方案分析及确定5

2.1零件的工艺分析5

2.2工艺方案的确定5

2.3排样的确定6

三、落料工艺设计与计算8

3.1冲压力与压力中心的计算8

3.2压力机的选择9

3.3压力机的主要参数为9

3.4凸、凹模刃口尺寸的计算10

3.5主要零部件的设计11

四、主平面上的冲孔模设计与计算16

4.1冲孔冲裁工艺性分析16

4.2冲孔工艺方案的确定17

4.3工件冲孔模结构形式的确定18

4.4冲孔工艺参数计算18

4.5凸、凹模刃口尺寸的计算19

4.6冲孔零部件的设计20

五、弯曲模的设计26

5.1弯曲变形过程的特点26

5.2弯曲冲压的工艺分析27

5.3.弯曲工艺方案的确定27

5.4弯曲工艺计算28

5.5弯曲力的计算机压力机的选择28

5.6凸、凹模工作部分的尺寸计算29

5.7压力机参数校核31

六、弯曲面的冲孔模具设计与计算32

6.1冲孔冲裁工艺性分析32

6.2冲孔工艺方案的确定33

6.4冲孔工艺参数计算34

6.5凸、凹模刃口尺寸的计算35

6.6冲孔零部件的设计36

七、致谢40

八、参考文献40

摘要

模具是工业生产中重要的工艺装备，是国民经济各部门发展的重要基础之一。

单工序模是指只有一个工位，只完成一道工序的冲模，它可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模、翻孔模和整形模等。

单工序模是一种简单、精密的冲压模具，高精度和高寿命等优越性，适用于各种冲压行业的生产。

单工序模模涉及冲压成形理论、冲压工艺、模具设计与制造以及模具材料中的许多关键技术。

因此，从技术综合方面对单工序模进行研究是十分有意义的。

本次设计会分析了支撑连接板的单工序模设计的工艺，介绍其成形的排样,单工序模的零部件的设计。

确定了合理的成形步骤和单工序模的结构，该设计的方案是先落料，再冲孔，后弯曲，最后再冲一次冲孔。

关键词:

单工序模工艺设计冲孔

Abstract

Moldisanimportantcraftequipmentinindustrialproduction,isoneoftheimportantfoundationofthedevelopmentofnationaleconomicsectors.Singleprocessmodelreferstoonlyonestation,onlytocompletetheprocessofpunchingdie,itcanbedividedintotheblankingdie,bendingdie,stretchingmold,turnovertheholepatternandplasticmouldetc.Singleprocessmodelisasimple,precisionstampingdie,manyadvantagessuchashighprecisionandhighservicelife,applicabletoproductionofvariouskindsofstampingindustry.Singleprocesstheoriesofstampingdie,stampingtechnologyanddiedesignandmanufacturing,andmanykeytechnologiesinmouldmaterial.Therefore,fromtheaspectsoftechnicalcomprehensivestudyofsingleprocessmodelisverymeaningful.

Willsupporttheconnectionplateisanalyzedthedesignofsingleworkingprocedureofmolddesignprocess,introducedtheformingofthelayout,singleworkingprocedureofmoldpartsdesign.Determinedthereasonableformingstepsandtheprocessmodelofthestructure,thedesignschemeisfirstblanking,punching,bending,afterthelastflushagainpunching.

Keywords：

SingleDieprocessdesignpunching

绪论 

 冲压是使板料经分离或成型而得到制件的加工方法。

冲压利用冲压模具对板料进行加工。

常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。

模具是大批生产的工具，是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。

模具可保证冲压的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产吕表面。

用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列的优点，是其它加工方法所不能比拟的，使用模具已成为工业生产的重要手段和工艺发展方向。

 现代的制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。

目前，工业生产中普遍采用模具成型工艺方法，以提高警惕产品的生产率和质量。

一般压力机加工，一台普通压力机设备每分钟可生产零件几件到几十件，高速压力机生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。

据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品；有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工产品，有90%左右的零件是用模具加工出来的。

显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位渐为人们所共识。

模具的出现可以追溯到几千年前的陶器炼制和青铜器铸造，但其大规模应用却是随着现代工业的崛起而发展起来的。

20世纪模具生产得到了进一步的发展，在此期间归纳出的模具设计原则上，使得压力机械、冲压材料、加工方法、模具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进。

进入20世纪70年代，不断涌现出各种高效率、高精度、高寿命的多功能自动模具。

其代表是五十多个工位的级和十几个工位的多工位传递模。

从20世纪70年代中期至今，计算机逐步进入精度进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域；辅助进行零件图形输入、毛坯展开、条料排样、确定模座尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序（用于数控加工中心和线切割编程）等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造周期不断缩短。

当前国际上计算机辅助设计（CAD）。

计算机辅助工艺（CAE）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：

继续发展几何图形系统，以满足复杂零件和模具的要求；在CAD和CAM的基础上建立生产集成系统（CIMS）；开展塑性成形模拟技术CAE（包括物理模拟和数学模拟）的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，发展专家系统和智能CAD等。

三维CAD技术的出现，极大地推动了模具工业的发展，使零件设计及模具结构设计在非常直观的三维环境下进行，模具设计完成后，可根据投影关系自动生成工程图。

模具属于标准化程度较高的工艺装备，模具设计中使用的模架及各种标准件可以直接从CAD系统中建立的标准库中直接调用，大大提高了模具设计的质量和效率。

同时，三维CAD系统中设计生成的三维模型可直接用于有限元模拟零件的成形过程及数控加工编程等后续应用，适应现代化生产，满足了CAD/CAM集成技术的要求。

目前，三维CAD技术已广泛地应用于模具的设计，缩短了新产品的开发周期和产品的更新期，使得开发的新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能。

一、设计课题及设计任务书

1．1设计课题

连接板落料、冲孔、弯曲、冲孔单工序模

1.1.1课题来源

与系部相关人员及指导教师探讨，设计一套支撑连接板单工序模。

1.1.2课题研究的目的与基本要求

（1）目的

①用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一项冷冲模设计的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。

②扩充“冷冲压模具设计”课程所学内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。

③掌握冷冲压模具设计的基本知识。

如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。

（2）基本要求

①达到课题研究的目的所提的要求。

②以生产者的身份来设计模具，为求所设计模具适合在所在设备条件下生产，即要综合生产实际，又要满足生产要求，更要提高生产效率和经济效益。

1.2模具设计的基本作用

在现代化的大生产中，模具对实现整个冲压过程有着十分重要的意义。

模具寿命是评价某一冲压方法经济可行的决定因素，模具的设计与制造质量是实现冲压生产高产、优质、低耗的最重要的保证之一。

模具作为生产用精密、高效的工艺装备，本身也是一种精密的机械产品。

该机械产品能否满足对其使用性能和成形精度的要求,必须解决好模具设计与制造、精度与寿命等各方面与模具相关的问题。

同时模具作为中心议题，可以细分成模具设计、制造、材料、成本、精度、寿命、安装、使用，以及标准化等各方面问题。

1）模具设计是模具制造的基础，合理正确的设计是正确制造模具的保证；

2）模具制造技术的发展对提高模具质量、精度以及缩短制造模具的周期具有重要意义；

3）模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率在很大程度上取决于制造模具的材料及热处理工艺；

4）模具成本直接关系到制件的成本以及模具生产企业的经济效益；

5）模具工作零件的精度决定制件的精度；

6）模具的寿命又与模具材料及热处理、模具结构以及所加工制作材料等诸多因素有关；

7）模具的安装与使用直接关系到模具的使用性能及安全；

而模具的标准化是模具设计与制造的基础，对大规模、专业化生产模具具有重要的作用，模具标准化程度的高低是模具工业发展水平的标志。

1.3模具设计的基本内容

模具结构设计主要包括：

1、分析零件的结构工艺性及材料。

2、选择成形的工艺方案和制定工艺卡片。

3、确定坯料的尺寸、重量及备料方法等。

4、计算并确定的各项工艺参数，如压力机等。

5、进行各模具的总体结构设计与校对。

1.4设计任务书

本设计为连接板落料、冲孔、弯曲、冲孔单工序模具，设计工件如图1.1所示

图1.1零件图

技术要求：

1.零件名称：

支撑连接板

2.生产批量：

大批生产

3.材料：

20钢

4镀锌

材料厚度：

t=0.5mm

二、工艺方案分析及确定

2.1零件的工艺分析

冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。

一般来讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。

当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。

以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等是确定冲裁件工艺实应性的主要因素。

根据这一要求对该零件进行工艺分析如下：

1材料:

该冲裁材料为20钢是普通碳素钢,具有良好的可冲压性。

2零件结构：

该冲裁件结构不算复杂，比较适合冲裁。

3尺寸精度：

精度要求采用IT10级。

2.2工艺方案的确定

确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。

确定合理的冲裁工艺方案，应进行全面的工艺分析分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个最佳的合理冲压工艺方案。

模具类型分为三种，分别是：

单工序模、复合模和级进模。

单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模切口模等。

复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两道以上不同冲裁工序的模具。

复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几个具有双重作用的工作零件——凸凹模，如落料冲孔复合模中有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。

由于该工件需要大批量生产，并且材料厚度t=5mm，采用复合膜不能保证模具的强度要求，并容易损坏模具，所以由冲压工艺分析可知，该工件采用单工序生产，所以模具类型为单工序模。

该零件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序,可以采用以下2种工艺方案：

（1）先落料再冲出所有孔，之后弯曲。

需要3副模具。

（2）先落料，再冲出主平面上的5个孔，之后弯曲，在冲出弯曲平面上的两个孔。

单工序模生产，需要4副模具。

如果选择方案1，由于材料厚度t=5mm，弯曲后的由于形变导致弯曲平面上的两个孔无法达到精度要求，并且孔也可能会发生变形。

不能选则方案1。

选择方案2，既能达到工件所需要的精度要求，又能满足工件大量生产的要求，还能减少模具设计费用。

所以选择方案2。

2.3排样的确定

在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。

2.3.1弯曲件坯料长度的计算

因为圆角半径r>0.5t，弯曲件变薄不严重，按中性层的原理，坯料总长度等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，即

（2-1）

=155.85mm

式中Lz——坯料展开总长度，mm；

——弯曲中心角；

l1，l2——弯曲件直边长度，mm。

2.3.1冲裁件的排样

排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。

冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。

根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。

考虑到该制件的生产纲领与加工条件，采用条料加工有余料的排样。

排样图见下图2.1

图2.1拍样图

2.3.2材料利用率

衡量材料经济利用的指标是材料利用率。

本工件可直接购买5mm×166mm×2444mm的板料。

一块板料冲20个工件。

一个进距内的材料利用率为

η=nA/BH×100%=（17884.1/166×122）×100%=88.3%（2-2）

式中：

A——冲裁件面积（包括冲出小孔在内）（mm2）；

B——条料宽度（mm）；

H——进距（mm）.

一张板料上总的材料利用率η∑为：

η∑=NA/LH×100%=（20×17884.1/166×2444）×100%=88.1%（2-3）

式中：

N——张条料上的冲件总数目；

L——板料长度（mm）；

B——板料宽度（mm）；

A——冲裁件面积（mm2）；

2.3.3搭边

排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。

它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。

搭边数值取决于以下因素：

（1）工件的尺寸和形状。

（2）材料的硬度和厚度。

（3）排样的形式（直排、斜排、对排等）。

（4）条料的送料方法（是否有侧压板）。

（5）挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。

搭边值一般是由经验再经过简单计算确定的。

由《冲压模具简明设计手册》第16页，查表2.25得搭边值：

a=4，b=5故取搭边值为：

a=4，b=5。

三、落料工艺设计与计算

3.1冲压力与压力中心的计算

3.1.1冲裁方式与冲压力的计算

当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。

选取的冲裁方式不同时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。

因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量。

3.1.2冲裁力的计算

计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，因此要计算最大冲裁力。

则冲裁力可按下式计算

F=

KLt（3-1）

冲裁力：

F=

KLt

=350×1.3×527×5

=1198925N

式中L——冲裁周边长度，mm；

t——材料厚度，mm；

——材料抗剪强度，MPa；

K——系数。

由冲压手册查的

值取350MPa。

系数K是考虑到十几生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能好厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3。

卸料力

F1=K1F（3-2）

=0.045×1198925

=53952N

顶件力

F2=K3F（3-3）

=0.04×1198925

=1294839N

式中K1、K3--卸料力、顶件力系数，其值见《冲压工艺及模具设计》31页，表2-3.

采用弹性卸料装置的总冲裁力为：

F0=F+F1+F2（3-4）

=1198925+53952+47957

=1300834

3.1.3压力中心选择

本零件属于规则图形，压力中心为几何中心。

3.2压力机的选择

所选压力机的标称压力应大于总冲压力，查《冲压模具简明设计手册》388页，表13.9，初步选择型号为JB23—160的开式压力机。

3.3压力机的主要参数为

公称压力：

1600KN；

滑块行程：

160mm；

压力机工作台面尺寸：

710mm×1120mm（前后×左右）；

工作台孔尺寸：

300mm×530mm（前后×左右），台孔直径

400mm；

滑块模柄孔尺寸：

70mm×80mm；

压力机最大闭合高度：

450mm；

封闭高度调节量：

130mm。

3.4凸、凹模刃口尺寸的计算

3.4.1凸、凹模刃口设计制造方法的选定由《冲压模具设计》表1—10查得：

Zmin=0.9mmZmax=1mm

Zmax-Zmin=1-0.9=0.1mm（3-1）

=0.4（Zmax-Zmin）=0.04（3-2）

=0.6（Zmax-Zmin）=0.06（3-3）

式中Zmin——最小合理间隙（双面），mm；

Zmax——最大合理间隙（双面），mm；

、

——凸、凹模的制造偏差，mm。

落料时首先确定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin,其计算公式为：

（3-4）

（3-5）

式中Dd、Dp——落料凹凸模尺寸，mm。

x

是磨损量，其中系数x是为了使最新冲裁件的实际尺寸为冲裁件公差带允许的偏差尺寸。

x值在0.5~1之间，与工件制造精度有关，或按下列关系取：

工件精度IT10以上，x=1；

工件精度IT11~IT13，x=0.75；

工件精度IT14，x=0.5。

取x

=0.3。

根据式（3-4）、式（3-5）可得：

=（118-0.3）

=117.7

=（155.85-0.3）

=155.55

=（118-0.3-0.9）

=116.8

=（155.85-0.3-0.9）

=154.65

3.5主要零部件的设计

3.5.1凹模的设计

由于工件材料较厚，需要凹模的强度要求很高，就取凹模厚度为70mm。

凹模的壁厚为：

C=40~50mm。

考虑到模具刃磨并参考标准矩形模板尺寸，对以上尺寸适当放大、取整可确定凹模长、宽、高尺寸为；250mm×220mm×70mm。

凹模与下模座连接的螺钉级销孔。

查设计手册，可确定用6颗M12的螺钉按合理的摆放位置安装；确定用

12销孔配合，配合公差为H7/n6，销孔布置在送料方向的螺孔之间。

如下图3-1所示。

图3.1凹模图

3.5.2导料板与挡料销的设计

导料板。

根据板料厚度t=200，查表，可确定导料板厚度h=8mm；导料板和工件有1.5mm的间隙。

可确定两导料板之间的距离为：

B+2×1.5=169mm（B为板料宽度）。

根据凹模的宽度为220mm，可确定导料板的最大宽度为

Bmax=（220-169）/2=40.5mm。

倒料板长度应不小于凹模长度。

所以确定导料板长、宽分别是：

250mm、40.5mm。

挡料销。

该冲模采用A型固定挡料销，根据材料厚度t=5mm，查《冲压模具设计》表1-16可确定固定挡料销高度h=5mm，查附录H1可确定挡料销型号为：

A10JB/T7649.10。

3.5.3卸料板的设计

卸料板厚度为20。

根据本装配的实际情况和卸料方便，将卸料做成台阶形状。

具体尺寸如图3-2所示

图3.2卸料板

3.5.4凸模垫板的设计

凸模垫板的长、宽和凹模的长、宽尺寸一致。

高度去10mm。

可确定凸模垫板的长、宽、高尺寸为：

250mm×220mm×10mm。

3.5.5凸模的设计

由于需冲压的面积大，导致凸的基本尺寸较大。

凸模不需要凸模固定板来固定，可直接用螺钉和上模座连接。

即用M12的螺钉和

12的圆柱销连接。

所以取凸模的长度为65mm即可。

具体尺寸如图3-3所示

图3.3凸模

3.5.6标准模座的选取

根据凹模周界尺寸，可确定模座L×B为315mm×250mm。

查《最新模具应用标准手册》，选取材料为铸铁，滑动导向，凹模周界为L=315mm、B=250mm，下模座厚度为H=70，上模座厚度H=55的中间导柱模架。

3.5.7闭合高度计算机模具的闭合高度校核

模具的闭合高度为：

H=55+10+65+70+70=265mm。

因为压力机的最大闭合高度为450mm，封闭高度调节量为120，因此需要在模座下面加一成垫板才能满足模具闭合高度。

3.5.8模柄的选取

根据压力机滑块模柄孔尺寸（

70mm×80mm）和冲裁装配的具体情况来选取模柄孔，确定选取压人式A型模柄，模柄尺寸为：

70mm×130mm。

3.5.9螺钉、销钉的选取

根据模板厚度及轮廓尺寸，还有实际装配情况的问题可确定螺钉及销钉的个数、直径及长度。

凸模：

螺钉4-M12×60，销钉2-

12×90mm。

导料板：

螺钉6-M12×100，销钉4-

10×115mm。

卸料板：

卸料螺钉4-M8×75。

根据具体的设计确定的零部件结构和参数绘制模具装备图，在绘制过程中要注意检查各个零件的配合尺寸是否正确，若发现问题，应重新修改零件图。

装配图如下图3-4

图3.4落料装配图

四、主平面上的冲孔模设计与计算

4.1冲孔冲裁工艺性分析

4.1.2结构形式、尺寸大小

此工件是个对称的简单工件，唯有中间那个大圆孔为非标准圆孔，其余要冲的4个孔为标准圆孔，孔的直径均为

6.6mm。

其分布也是按几何中心对称分布的。

两空的孔心距分别为：

X轴方向为118mm，Y轴方向为88mm。

中间那不标准的圆孔直径为

57.5mm。

其上端有个凹口。

工件形状如图4.1所示

图4.1冲孔工件图

4.1.2冲裁件材料性能

工件材