机械专业综合课程设计说明书--冲孔 切断 弯曲级进模

机 械 专 业 综 合 课 程 设 计 说 明 书冲孔 切断 弯曲级进模 学 院（系）：机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 目 录1 前言42 冲压件工艺分析52.1 材料分析52.2 冲裁件的结构工艺性分析52.3 冲裁方案的确定62.4 毛坯展开尺寸计算62.5 排样的设计和材料利用的计算83 模具主要受力分析计算113.1 冲压力的计算113.1.1 冲裁力的计算113.1.2 弯曲力的计算113.1.3 卸料力与推件力的计算123.1.4 总冲压力的计算133.2压力机吨位选择133.2.1 冲压设备类型的选择133.2.2 确定压力机设备的规格144 模具工作部分设计计算154.1 冲裁间隙164.1.1 冲裁间隙对冲裁件质量的影响164.1.2 冲裁间隙对模具寿命的影响164.1.3 冲裁间隙对冲裁力、卸料力和推件力的影响174.2 合理间隙的选用174.3 模具刃口尺寸的计算174.4 凹模的设计194.4.1 凹模的选择194.4.2 凹模外形和尺寸的确定204.5 冲孔和弯曲凸模204.5.1 冲孔和弯曲凸模的固定形式204.5.2 冲孔和弯曲凸模长度的确定204.5.3 凸模的强度校核215 模具结构设计和主要零、部件设计235.1定位方式的选择235.2卸料出件方式的选择235.3 模具闭合高度的确定235.4 凹模周界的确定245.5 模座及导套的选取245.6 模柄的选用246 绘制模具装配图、及零件图及编写设计说明书25参考文献261 前言冲压就是利用冲压模具（凸模与凹模及附件）安装在压力机（例如：冲床、油压机等设备）或其他相关设备上，对黑色金属板材和有色金属板材施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状和尺寸零件的加工方法。由于采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低等一系列优点，使得模具的使用范围日益广泛。已成为现代工业生产的重要工艺装备和发张方向。根据国际生产技术协会的预测，21世纪制造业中粗加工零件的75%、精加工零件的50%都需要通过模具来完成。许多工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具的发展水平。据统计，飞机、汽车、电视、电器、电子、仪器仪表、通讯设备、彩电、冰箱、洗衣机、手表、照相机等零部件的60%80%需要通过模具生产出来。例如，生产一辆汽车，无论是载重车还是轿车，所需要的各种模具就超过4000副。模具作为工业产品生产的基础工艺装备，是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具对国民经济和社会发展将起越来越大的作用，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人的经验和常规机械加工技术转向以计算机辅助设计（CAD/ 三维软件）数控加工（CNC）的计算机辅助设计与制造（三维造型/CAM）技术转变。计算机辅助设计软件与模具设计和制造技术相结合的模具设计目前在我国已迅速发展，已形成了CAD/三维造型/CAM这一新兴技术。以三维造型为基础设计软件显著缩短模具设计及制造周期，使设计、制造一体化。降低生产成本、提高产品质量，在行业内已成为共识。例如在自动冲床上用级进冲裁组合冲模进行叠加并铆接好转子与定子成品或其他插接件成品，都是有目共睹的。由此可见，模具技术是先进制造技术的重要代表，模具工业是高新技术产业的一个重要组成部分，模具工业大有前途。2 冲压件工艺分析2.1 材料分析对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料是08F冷轧钢板，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，用冲裁的加工方法是完全可以成型的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以其冲裁出产品的表面和厚度公差就可以保证。2.2 冲裁件的结构工艺性分析产品零件名称：（图2-1），材料：08F5，厚度为3mm，生产批量：大批量。图2-1 零件图a)结构分析。该零件结构对称，形状不复杂，零件左右端有孔，孔的最小尺寸为5mm，满足冲裁最小孔径1.0t=3mm的要求。另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为7.5mm，满足冲裁件最小孔边距1.5t=4.5mm的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求，没有违反冲裁的工艺性原则，零件能满足冲压工艺要求可以进一步设计。 b)精度分析。冲压件的部分尺寸没有给出精度，可按IT10IT14级精度补标工件尺寸公差。2.3 冲裁方案的确定 根据本工件的外形尺寸及形状，可确定本工件属于落料冲孔工序，中间带有孔的凸台。凸台的加工方法有两种：1）凸台采用翻边的中间工序，扩孔成形，即先冲孔，再翻边；2）先进行浅拉深，再采用冲孔的方法将孔冲出。根据上述的加工方法可提出以下几种模具典型结构所设计的模具加工方案：1）单工序模生产 单工序模结构简单，制作周期短，制作成本低廉，生产效率低，冲出的制件精度不高，且工人劳动强度大，不适合大批量的生产。2）复合模生产 复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。但模具结构复杂，模具制造较困难，制造成本高，制造周期长等缺点。3）级进模生产 在一副级进模上可对形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等工序，故生产率高，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产。由于采用条料（或带料）进行连续冲压，所以操作方便安全。级进模的主要缺点是结构复杂，制造精度高，周期较长，成本高。在生产本工件时若采用单工序模生产，制作本工件至少需要5个单工序，也就意味着需要5副以上的模具来进行生产，而且本工件需要长年大批大量生产，采用单工序不但所需的单工序模较多而且会造成产品精度无法保证，经济效益低等缺点，故不宜采用单工序模进行生产。若采用复合模生产，本工件因工件有带孔弯曲部位，若采用弯曲前冲孔，则造成模具中心孔距的不精确，如果弯曲之后冲孔，会使模具制作困难，成本增加。若采用级进模生产，在排样时，只要按正常冲裁工序，保证工件间的精度，同时降低模具的制造难度。综合上述几种方案的比较，应选用级进模进行生产，既可实现大批量生产，也可以节约材料。因此选用级进模生产。2.4 毛坯展开尺寸计算弯曲部分的尺寸计算分析如图2-2：图2-2 弯曲展开计算图展开料长度：由于：r=2>0.5t=1.5展开长度计算公式：式中：r为折弯部分小圆弧半径x为中性层的位移系数 由表查得x=0.25故 去63.3mm。毛坯图如2-3所示：图2-3 毛坯展开图2.5 排样的设计和材料利用的计算根据材料的利用情况，排样的方法分三种：图2-4 排样方法1有废料排样沿工件的全部外形冲裁工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图2-4（a）所示。2少废料排样沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在，如图4-1（b）所示。3无废料排样工件与工件之间，工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得到工件。如图4-1（c）所示。有废料排样法的材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少、无废料排样法的材料利用率较高，同时，少、无废料排样法有利于一次冲裁多个工件，可以提高生产率。由于这两种排样法冲切周边减少，所以还可以简化模具结构，降低冲裁力。但它们的应用范围有一定局限性，受工件形状的限制，且由于条料本身的宽度公差，条料导向与定位所产生的误差，会直接影响工件尺寸而使工件精度降低。同时也会降低冲模的寿命，并会影响到工件的断面质量，所以少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排样。图2-5 排样图本工件对外形尺寸虽无严格的尺寸精度要求，且工件形状比较简单；本工件大批大量生产，因而对模具寿命要求较高，因此排样方法采用有废料排样法的直排法。排样方案如图2-5所示。要提高材料的利用率，就必须减少废料面积，排样图我们选择采用直排的方式（如图2-5）。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。此外，还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。另外，还可以防止冲裁时条料边缘的毛刺拉入模具中损坏模具。影响搭边值大小的因素主要有：1材料的力学性能 塑性好的材料，搭边值要大些，硬度高与强度大的材料，搭边值可小一些。2材料的厚度 材料越厚，搭边值也越大。3工件的形状和尺寸 工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。4排样的形式 对排的搭边值大于直排的搭边。5送料及档料方式 用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。综合上面各种因素，根据文献4第72页表2-13可查得工件间搭边值a=2.5mm；工件侧边的搭边值a1=2.8mm 。由于具有切边工序，将搭边值同一调整为5mm。条料宽度的确定条料方案的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定间隙。工件条料是在有侧压装置的导料板之间送料时，且模具有侧刃，条料宽度参考文献4第72页计算公式计算： 式中 B条料标称宽度（mm）； D工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； 条料宽度的公差（mm），可参见文献4第73页表2-14； n侧刃数，n=2； C侧刃切的料边宽度（mm），由于是成型侧刃，切除板料即为侧搭边,5mm（可参考文献4第74页2-16）查表得排样图一: 则 步距的确定步距又称进距，是指条料在模具上每次送进的距离，进距的计算与排样方式有关，每个进距可以冲出一个零件，也可冲出多个零件，同时进距也是决定挡料销位置的依据。每次只冲一个零件的进距A的计算公式参见文献4第74页公式 式中平行于送料方向工件的宽度；冲件之间的搭边值。材料利用率的确定工件的投影面积通过AutoCAD绘图后几何特性可得知为1266mm2。一个步距的工件材料利用率：3 模具主要受力分析计算3.1 冲压力的计算3.1.1 冲裁力的计算冲裁力可以参考文献4第50页式（2-1）（2-2） 或 3.1.1式中 冲裁件周边长度（mm）； 材料厚度（mm）; 材料抗减强度（）； 系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取=1.3。