广东工业大学冲压工艺及模具设计课程设计 说明书

课程名称 冲压工艺及模具设计 题目名称 电器盒冲压工艺及模具设计 学生学院 材料与能源学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师

2012 年 6 月 20 日

目录

广东工业大学课程设计任务书 一、冲模设计流程 二、冲压工艺分析

2.2冲压方案确定 三、胀形模设计

2.1零件图分析

3.1模具类型和结构形式的确定 3.2 胀形变形程度的计算 3.3胀形力的计算 3.3.1胀形力的计算 3.3.2卸料力的计算 3.3.3总成形力的计算 3.4 凸模的设计

3.4.1凸模圆角半径𝐫𝐩的计算 3.4.2凸模刃口尺寸的计算 3.4.3凸模长度的计算 3.5凹模的设计

3.5.1凹模圆角半径𝐫𝐝的计算 3.5.2凹模刃口尺寸的计算 3.5.3凹模高度H的计算 3.5.4凹模厚度的计算

3.6固定板和垫板的设计 3.6.1凸模固定板的设计 3.6.2凹模固定板的设计 3.6.3垫板的设计

3.7.1卸料板尺寸选择 3.7.2卸料弹簧的选择 3.7.3卸料螺钉的选择 3.8模架的选用

3.7 卸料装置的设计

3.9上下模座螺钉和定位销的选用 3.10 模柄的选用 3.11 压力机的选用 四、设计总结 4.1模具特点

4.2设计过程中存在的问题 4.3心得体会 五、参考文献

广东工业大学课程设计任务书

题目名称 学生学院 专业班级 姓 名 学 号

电器盒冲压工艺及模具设计 材料与能源学院

材料成型及控制工程专业

一、课程设计的内容

根据给定的冲压零件图进行产品的冲压工艺分析和比较，制定合理的冲压工艺方案，进行有关工艺计算，确定冲压模具的类型和结构，选择冲压设备，绘制模具的装配图及零件图，编制冲压工艺卡，并撰写设计说明书。

二、课程设计的要求与数据

1. 课程设计时间共2周，按时完成课程设计任务，符合学校对课程设计的规范化要求；

2. 绘制所设计模具的装配图和非标件零件图：图纸整洁，布局合理，图样和标注符合国家标准；

3. 编制冲压工艺卡，撰写设计计算说明书（约20页）：要求公式使用准确，计算正确，语言流畅，书写工整，插图清晰整齐； 4. 设计说明书与图纸按学校规定装订成册。

三、课程设计应完成的工作

1. 冲压工艺设计：包括分析零件的冲压工艺性，拟订冲压件的工艺方案，确定合理的排样形式、裁板方法，并计算材料的利用率；确定模具结构及尺寸等；

2. 根据总冲压力及考虑模具的结构尺寸选择成形设备的型号；

3. 模具结构及其零部件设计：设计一道工序的冲模，绘制冲模总装配图及主要零件图； 4. 冲压工艺过程卡片； 5. 设计计算说明书。

四、课程设计进程安排

序号 设计各阶段内容 地点 起止日期 1 2 3 4 5 6 布置题目，工艺分析与工艺计算 工艺方案比较与模具结构草图 绘制模具总装配图 绘制零件图，编冲压工艺卡 编写设计说明书 答辩，提交所有资料 教2-431 教2-431 教2-431 教2-431 教2-431 教2-431 6.11~6.12 6.13～6.14 6.15 6.18 6.19 6.20~6.22 五、应收集的资料及主要参考文献

[1] 自编. 冲模设计课程设计指导书[M]. 广东工业大学，2011. [2] 自编. 冲模图册[M]. 广东工业大学，2011.

[3] 王新华编着. 冲压设计与制造实用计算手册（第二版）[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011,7:167-169.

[4] 齐卫东主编. 简明冲压模具设计手册[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2010.8：349

[5] 熊志卿主编. 冲压工艺与模具设计[M]. 北京: 高等教育出版社,2011.6 [6]蒙以嫦，梁艳娟主编. 冲压模具设计与制造[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2010.4

发出任务书日期： 2012 年 6 月 11 日 指导教师签名：

计划完成日期： 2011 年 6 月 22 日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章： 设计内容 设计计算及过程 计算结果 设计内容 设计计算及过程 计算结果 F=51.5 一、冲模设计流程 二、冲压工艺分析 三、胀形模设计 四、设计总结 五、参考文献 2.1零件图分析 如图1-1所示为电器盒的CAD和UG图纸，该制件属于带凸缘的矩形高盒形件，经多次拉伸成形后胀形，再冲制数孔。其材料为：Q235A，厚度0.8mm。Q235A韧性和塑性较好，σb=450MPa，有一定的伸长率，适合冲压成形。零件外形尺寸无公差要求，即公差等级为IT14；5个孔的形位公差要求较高，需使用高精度（IT7级以上）冲孔模冲制。 图1-1 电器盒 材料：Q235A；料厚：0.8mm 一、冲模设计流程 零件图样与技术条件→审查冲裁工艺性→确定冲压工艺方案→排样、确定条料宽度和导料板间距→选择模具结构类型→计算冲压力→确定压力中心→确定凸、凹模间隙→确定凸、凹模刃口尺寸→设计凹模→设计凸模→设计凸模固定板→选择垫板→选择导向→设计上、下模座→设计卸料（顶件）方式→设计导料板、导料销→确定模具闭合高度、开启高度→选择压力机→绘制模具总装配图、零件图 查阅相关资料，在明确冲模设计的整个流程之后，便开始冲模的设计。 kN F卸=0.52 kN F总=52.02kN rp=1mm Ap= 63.345+0.185 mm Bp= 24.435+0.155mm二、冲压工艺分析 mm L= 70.8mm rd=1mm Ad= 66.005−0.185 mm Bd= 26.965−0.155 mm H=40mm 凸模固定板 设计内容 设计计算及过程 计算结果 150×1002.2冲压方案确定 所需工序：落料、拉伸、冲孔、切边 可能的工艺方案有： 方案1：落料→3次拉伸→冲孔→切边（10副单工序模） 方案2：落料→2次拉伸→胀形→冲孔→切边（10副单工序模） 方案3：落料+第一次拉伸→拉伸→最后一次拉伸+冲顶孔→冲侧孔、底孔→切边（6副单工序模+2副复合模） 方案1、2模具结构简单，但需要10道工序、10副模具才能完成零件的加工，生产率较低；方案3采用复合冲裁，结构复杂，但生产率较高。 根据课程设计需要，结合生产实际，经过小组讨论分析，方案2为最佳方案。因此，小组成员围绕方案2进行分工，每个人负责设计一套单工序模。 ×30mm 凹模固定板 130×100×20mm 垫板 150×100×10mm 卸料板 120×100×10mm 卸料弹簧： 3×18×35 卸料螺钉三、胀形模设计 3.1模具类型和结构形式的确定 根据以上分析，初步确定采用单工序胀形模，使用弹性卸料装置卸料（压边）、后侧滑动导柱铸铁模架、带台肩式凸模、整体式凹模等。结合生产实际，在设计过程中不断地修改，直至设计出最佳、最合理的胀形模。 M6×100 JB/T 7650.5 上模座：160×125×35 下模座：160×125×40 A型导柱：3.2 胀形变形程度的计算 20×130 A型导套：设计内容 设计计算及过程 胀形变形的特点是材料受切向拉伸，其变形程度受材料的极限延伸率，常以胀形系数K表示胀形变形程度： dmaxK= d0式中 dmax——胀形后最大直径，mm； d0——胀形前毛坯的直径，mm； K——胀形系数。 结合制件实际，胀形部分为矩形，无法用以上公式来计算，但其胀形深度仅1mm，变形量非常小，凭经验可判断其胀形系数小于极限胀形系数。以上分析表明，材料性能满足工艺过程变形程度的要求，可以一次成形。 计算结果 20×85×33 上模座螺钉：M10×50 上模座定位销：6mm×40mm 下模座螺钉：M8×45 下模座定3.3胀形力的计算 3.3.1胀形力的计算 采用刚性凸模对平板毛坯进行胀形时所需的胀形力F按下式估算: F=KLtσb(N) 式中 L——胀形区周边长度，L=178.85mm； t——板料厚度，t=0.8mm； σb——板料抗拉强度，σb=450MPa； K——考虑变形程度大小的系数，取K=0.8。 将数值代入，可求得胀形力为： F=0.8×178.85×0.8×450=51.5(kN) 位销：6mm×50mm 压入式模柄A30×73 160kN开式压力机 3.3.2卸料力的计算 设计内容 设计计算及过程 生产实际中常采用以下经验公式计算卸料力： F卸=K卸F 式中 K卸——卸料力系数，根据《冲压工艺与模具设计》P52表2-11选K卸=0.01； F——胀形力，F=51.5kN。 将数值代入，可求得卸料力为 F卸=0.01×51.5=0.52kN 计算结果 3.3.3总成形力的计算 F总=F+F卸=51.5+0.52=52.02kN 根据总成形力的大小，可初步选用63kN的开式压力机，在接下来的计算中进一步调整和确认。 3.4 凸模的设计 常用的凸模结构形式有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式的等。凸模的固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定、粘结剂浇注法固定等。本课程设计选用整体式凸模，并使用台肩固定。如图3-1所示。 图 3-1 凸模 3.4.1凸模圆角半径𝐫𝐩的计算 当r/t较小时，凸模圆角半径等于胀形件角部圆角半径，即 rp=r=1mm 设计内容 设计计算及过程 3.4.2凸模刃口尺寸的计算 Ap=（A−0.75?−2c）Bp=（B−0.75?−2c）+σP计算结果 +σP式中 A、B——制件基本尺寸，mm； ?——工件公差，mm； σP——凸模制造公差，mm； c——凸、凹模单边间隙值，一般取c=（1-1.1）tmax=0.8mm。 将数值代入，可求得凸模刃口尺寸为： Ap=（65.5−0.75×0.74−2×0.8）=63.345+0.185mm Bp=（26.5−0.75×0.62−2×0.8）=24.435+0.155mm +0.25×0.62+0.25×0.743.4.3凸模长度的计算 L=h1+h2+t+h0 式中 L——凸模长度，mm； h1——凸模固定板厚度，h1=35mm； h2——卸料版厚度，h2=15mm； t——材料厚度，t=0.8mm； h0——附加长度，包括凸模的修磨量、凸模进入凹模的深度、凸模固定板与卸料版之间的安全距离等，一般取10-20mm。 将数值代入，可求得凸模长度为： L=35+15+0.8+20=70.8mm 设计内容 设计计算及过程 计算结果 3.5凹模的设计 3.5.1凹模圆角半径𝐫𝐝的计算 实际生产中，凹模圆角半径常根据材料的厚度t选取 rd=1mm 3.5.2凹模刃口尺寸的计算 Ad=（A+0.75?）−σ PBd=（B+0.75?）−σ P式中 A、B——制件基本尺寸，mm； ?——工件公差，mm； σP——凹模制造公差，mm。 将数值代入，可求得凹模刃口尺寸为： Ad=（65.5+0.75×0.74）−0.25×0.74=66.005−0.185mm Bd=（26.5+0.75×0.62）−0.25×0.62=26.965−0.155mm 3.5.3凹模高度H的计算 凹模高度H的计算： H=kb 式中 k——系数，其值按《简明冲压模具设计手册》P258表2-10选k=0.35； b——最大孔口的宽度尺寸，b=65.5mm。 设计内容 设计计算及过程 将数值代入，可求得凹模高度为： H=0.35×65.5=22.925mm 根据实际零件的外形尺寸，将凹模高度H取为： H=40mm 计算结果 3.5.4凹模厚度的计算 该模具无挡料销定位，而是用凹模外形定位，故凹模的厚度取决于制件的内表面尺寸，采用整体式凹模，故能满足强度要求。如图3-2所示。 图3-2 凹模 3.6固定板和垫板的设计 3.6.1凸模固定板的设计 根据《简明冲压模具设计手册》P302经验公式 Hp=（1~1.5）D 将凸模固定板的尺寸设计为150×100×30mm，如图3-3所示。 图3-3 凸模固定板 3.6.2凹模固定板的设计 根据《简明冲压模具设计手册》P302经验公式 Hd=（0.6~0.8）H0 将凹模固定板的尺寸设计为130×100×20mm，如图3-4所示。 图3-4 凹模固定板 设计内容 设计计算及过程 3.6.3垫板的设计 根据《简明冲压模具设计手册》P302表6-61将垫板尺寸设计为150×100×10mm，如图3-5所示。 图3-5 垫板 计算结果 3.7 卸料装置的设计 该胀形件所需的卸料力较小，因此选用弹性卸料板卸料。弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产率高，冲压前对毛坯有预压作用。 3.7.1卸料板尺寸选择 卸料板的厚度可根据《简明冲压模具设计手册》P286表6-43选为10mm；卸料板与凸模之间的单边间隙取0.1mm；根据胀形件的外形尺寸，选用120mm×80mm×10mm的方形卸料板，用2根弹簧和2个卸料螺钉来实现卸料，如图3-6所示。 图3-6 卸料板 3.7.2卸料弹簧的选择 生产实际中常采用以下经验公式计算卸料力： F卸=K卸F 式中 K卸——卸料力系数，根据《冲压工艺与模具设计》P52表2-11选K卸=0.02； F——胀形力，F=51.5kN。 设计内容 设计计算及过程 将数值代入，可求得卸料力为 F卸=0.02×51.5=1.03kN 每个弹簧所承受的负荷为 F卸1.03F预==×1000N=258N n4根据每个弹簧所承受的负荷F预，从课程设计指导书《冲模设计》P81表10-1，初选弹簧圆柱螺旋压缩弹簧：弹簧3×18×35 其参数为d=3、D2=18、t=6.13、Fj=388、h0=45、n=6.5、hj=18.2、L=481 弹簧最大压缩量必须满足： hj≥h预+h工作+h修磨 式中 h预——弹簧预压缩量，h预=12.2mm h工作——卸料板工作行程，一般取料厚+1mm h修磨——凸、凹模修磨量，一般取4~10mm。 将数值代入，可求得弹簧最大压缩量为： h预+h工作+h修磨=12.2+1.8+4=18mm hj=18.2>18 故所选的弹簧是合适的。 计算结果 3.7.3卸料螺钉的选择 从《简明冲压模具设计手册》P292表6-49选取圆柱头卸料螺钉M6×100 JB/T 7650.5,其直径d=M6、长度L=100mm。 设计内容 设计计算及过程 计算结果 3.8模架的选用 上、下模板上不仅要安装冲模的全部零件，而且要承受和传递冲压力。因此，模板应具有足够的强度和刚度。如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具零件迅速磨损或破坏．使冲模寿命显着降低。 上、下模板与导向装置的总体称为模架，而无导向装置的一套上、下模板称为模座。模具设计时，通常是按标准选用模架或模座。进行模板设计时，圆形模板的外径应比圆形凹模直径大30～70mm。同样，矩形模板的长度应比凹模长度大40～70mm．而宽度取凹模宽度相同或稍大。另外，下模板的轮廓尺寸还应比压力机工作台漏料孔每边至少大40～50mm。模板厚度可参照凹模厚度估算，通常为凹模厚度的l～1．5倍。 上、下模板的导柱、导套安装孔通常采用组合加工，以保征上、下模板孔距的一致。模板上、下平面之间吨有平行度要求。模板大多是铸铁或铸钢件，其结构应满足铸造工艺要求。另外，大型模板上还直设置起重孔或起吊装置，便于模具起吊运输。 导柱导套的布置方式常见的有后侧布置、中间两侧布置、对角布置和四角布置等几种。后侧布置时，导柱、导套受力不平衡，影响导向精度。但它三个方向敞开，送料操作方便容易实现机械化、自动化生产。对导向要求不太严格且冲压偏移力不大时广泛采用这种布置方式。中间两侧市置时，受力平衡，但只能一个方向送料，多用于弯曲模和拉深模。对角布置方式设计内容 设计计算及过程 受力也较平衡，使用时可以两个方向送料，操作较为方便。采用四个导柱、导套四角布置的导向装置。受力最均匀，导向精度高，但结构复杂，仅用于大型冲模或对工件精度要求特别高的场合。采用中间两侧布置和对角布置时，两导柱(导套)的直径一般不相等，以避免装错方向时损坏凸、凹模刃口。 根据《简明冲压模具设计手册》P312表6-73选用后侧滑动导柱铸铁模架，由凸模固定板长度Ld=150mm、宽度Bd=100mm，选取的模架尺寸如下： 上模座：160×125×35 GB/T 2855.5 下模座：160×125×40 GB/T 2855.6 A型导柱：20×130 GB/T 2861.1—1990 A型导套：20×85×33 GB/T 2861.6—1990 计算结果 3.9上下模座螺钉和定位销的选用 由于该冲模属于小型模具，成形力较小，故采用4个圆柱头内六角螺钉(GB/T70—1985)紧固，4个螺钉呈对称分布。圆柱头内六角螺钉紧固牢靠，且螺钉头埋在凹模内，使模具结构紧凑，外形美观。 销钉起定位作用，防止零件之间发生错移，销钉本身承受切应力。销钉多用圆柱销（GB/T119-1986）与零件上的销孔采用过渡配合，其直径与螺钉上的螺纹直径相同。 上下模座螺钉和定位销的选用如下： 上模座螺钉：M10×50 上模座定位销：6mm×40mm 下模座螺钉：M8×45 设计内容 设计计算及过程 下模座定位销：6mm×50mm 计算结果 3.10 模柄的选用 中、小型冲模一般通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。模柄的结构形式很多，主要有以下几种： 1)旋人式模柄。通过螺纹与上模板连接，为防止松动，拧入防转螺钉固紧。这种结构的模柄，装卸方便，多用于有导柱的小型冲模。 2)压入式模柄。它与模板安装孔的配合采用H7／m6过渡配合，并用销钉防止转动，适用于模板较厚的中、小型模具。 3)凸缘模柄。用3个或4个螺钉固定在上模板的窝孔内。多用于较大型模具。 4)浮动模柄。它由模柄、球面垫块和接头等零件组成。这种结构可以通过球面垫块消除压力机滑块导向精度不足所产生的导向误差。适用于需精确导向且导向装置在工作中始终不脱开的精密冲模，如硬质合金模、精冲模等。 根据所选压力机模柄孔尺寸 ?30mm×50mm选用压入式模柄A30×73 GB2862.1/81?A3,其直径为d=30mm，高度h=73mm，材料为A3。 3.11 压力机的选用 冲床的公称压力应大于计算出的总压力F＝51.5kN；最大闭合高度应大于冲模闭合高度（冲模闭合高度H=190mm）5mm；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合实际，可选用公称压力设计内容 设计计算及过程 为160kN的开式压力机。 选用的压力机的参数： 公称压力：160kN 滑块行程：70mm 最大闭合高度：220mm 模柄孔尺寸（直径mm×深度mm）：?30mm×50mm 计算结果 四、设计总结 4.1模具特点 该胀形模结构简单，其主要难度在于模具设计的尺寸计算。由于很少有文献资料是关于胀形模设计计算的，所以该胀形模的尺寸计算公式是结合冲裁模和拉深模和一些经验公式得来的。该胀形模具采用弹性卸料装置卸料（压边）、后侧滑动导柱铸铁模架、带台肩式凸模、整体式凹模等，无挡料销定位，而是根据制件的外形特点，利用凹模外形进行定位，简化了模具结构，降低了生产成本。 4.2设计过程中存在的问题 一开始没有重视草图的绘制，装配草图的绘制比较潦草，没有考虑模具的尺寸，这导致了画装配图时，模具结构出现了比较大的错误，影响绘图质量，浪费绘图时间。 4.3心得体会 设计内容 设计计算及过程 通过本次冲压模具的设计，我对这门课程有了新的了解，学到了与课堂不同的新东西，增强了自己的动手能力和解决问题的能力，为我未来就业工作能力的提高打下了坚实地基础！ 计算结果 五、参考文献 参考文献： [1] 自编. 冲模设计课程设计指导书[M]. 广东工业大学，2011. [2] 自编. 冲模图册[M]. 广东工业大学，2011. [3] 王新华编着. 冲压设计与制造实用计算手册（第二版）[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011,7:167-169. [4] 齐卫东主编. 简明冲压模具设计手册[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2010.8：349 [5] 熊志卿主编. 冲压工艺与模具设计[M]. 北京: 高等教育出版社,2011.6 [6]蒙以嫦，梁艳娟主编. 冲压模具设计与制造[M]. 北京:北京理工大学出版社, 2010.4