托板冲压工艺及模具设计固态成型工艺及模具课程设计.doc

固态成型工艺及模具课程设计

设计题目： 卡板零件的冲压工艺及模具设计
姓 名： 吴佳鹏
学 号：
学 院：
专业班级：
指导教师： 高术振

前言
本设计在介绍冲压成型和计算方法的基础上，讲述常用冲压设备的选用、结构、使用、维护等方面的基础知识，客观简单分析的冲压工艺、冲压模具、冲压设备、冲压材料及冲压件质量与经济性的关系。
由于由于这是我第一次接触冲压模设计，水平有限，书中错误和缺点在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者
2016年12月

目录
前言
第一章 托板零件冲压工艺性分析……...............................................5
第二章 冲压工艺流程设计及优化……...............................................9
第三章 冲工艺组合方式分析……...………………………………………………11
第四章 排样设计.………………………………………………………………………..12
第五章 托板冲压模具参数计算……...………………………………………….18
第六章 托板冲裁模主要零部件设计与选用……………………………….24
结束语……………………………………………………………………………………………36
参考文献………………………………………………………………………………………..37

托板零件图：

一．托板零件冲压工艺性分析
1.批量经济分析
根据该托板零件图得知，该零件为大批量生产，非常适合于冲压成型。
2.材料的适用性
由托板零件图可知，该产品的材料为08F，根据《冲压模具及设备》表2-3（29页）得知，08F适合冲压，并且为常用冲压材料。
3.托板的形状与结构
3.1 形状与结构
由客户提供的托板零件图可知：该托板零件形状简单、规则、对称，且零件较小，非常适合冲压成形。
3.2 内外处尖角
由客户提供的托板零件图可知，该托板零件共有8处内外处尖角。然而尖角在冲压过程中非常难以加工，并且冲压模具在加工过程中容易崩刃，所以在日常冲压生产中通常将尖角加工为圆角。若客户对尖角部分要求不大，尖角处也没有装配关系，则与客户进行协商，绘制出经过协商后的零件图并重新签约。就该托板零件而言，根据查《冲压模具及设备》表4-2（88页）可知，08F为软钢，最小圆角半径应取R0.25t，即该托板零件的8处尖角的最小半径应为R=0.25t，t=2mm，所以该托板零件的8处尖角均改为R0.5mm的圆角。
3.3 过长的悬臂与凹槽
根据客户提供的托板零件图可知，该托板零件没有过长悬臂及凹槽。因此该托板零件在冲压成形中不用考虑过长悬臂及凹槽。
3.4 小孔冲压
该托板零件只有一个直径为25mm的内孔，25mm≥1.5t，所以冲裁的尺寸完全符合生产的特性及凸模强度、模具结构。
3.5 孔间距与孔边距
该冲裁件托板只有一个中心孔，因此不需要考虑孔间距。孔边距则为：(70-25)/2=22.5mm，22.5mm≥（1～1.5）t，故符合冲裁件对孔边距的要求。

二.托板冲压工艺流程设计及优化
1.冲压工艺类型
2.冲压工艺次数
3.冲压工艺顺序
4.冲压工艺组合方式
5.其它辅助工序
2.1冲压工艺类型
根据该托板冲压工艺图可以看出，其所需的基本工序为落料，冲孔。
2.2冲压工艺次数
由托板冲压工艺图可看出，其工艺次数可分为落料，冲孔2个工序组成。
2.3冲压工艺顺序
当多工序冲压件有冲孔和落料时，一般先落料再冲孔，以减少定位误差和避免尺寸换算。
2.4冲压工艺组合方式
1）单工序模
先落料后冲孔、先冲孔后落料
2）复合模
冲孔+落料、落料+冲孔
3）级进模
先冲孔再落料
2.5其它辅助工序
由于此托板零件结构简单，无其它机加、非机加（如焊接、热处理）等其它辅助工序。
三.冲压工艺组合方式分析
1）单工序模
单工序模制造成本较低，尺寸和冲压件的厚度不受限制，但冲压出来的工件精度低、冲压件平整度差、生产效率低，生产时的安全性低，需要采取安全保护措施，只适合小批量生产。
由该托板零件的冲压工艺图可知，该托板零件的生产批量较大，若采用单工序模就加长了生产周期，故不采用单工序模。
2）复合模
复合模的加工精度可达到IT10～IT8级，压料较好，冲压件平整，尺寸在300mm以下，冲压件厚度在0.05mm～3mm之间。冲裁复杂零件时它的模具制造成本和工作量低于级进模，操作是出件困难且不太安全，也需要采取安全措施，适合大批量生产。
根据该托板工艺图可以看出，该托板零件的加工精度一般，厚度为2mm，且结构简单、生产批量为大批量，若采用复合模，明显优于单工序模。
3）级进模
级进模的加工精度可以达到IT13～IT10级，冲压件尺寸在250mm以下，冲压件厚度在0.1mm～6mm之间，工序间可以自动送料，冲件和废料一般从下模漏下，生产效率较高，模具制造的工作量和成本在制造形状简单零件时比复合模低，比较安全，可使用高速压力机，适合大批量生产。
若该托板零件采用级进模生产，无论是生产效率、生产批量还是产品尺寸均符合该零件的生产要求，但由于级进模加工精度达不到要求，故不采用。（25内孔精度达不到要求，需要后期加工，延长生产周期）
综合分析：
单工序模由于生产效率、生产批量、冲件精度均达不到该托板零件的产品要求，故不采用。
级进模虽然生产效率、生产批量都能达到产品要求，但由于冲件的内孔精度达不到该托板零件的产品要求，也不能采用。
复合模无论是生产效率、生产批量还是产品精度都符合该托板零件的产品要求，故被采用。
根据该托板零件的冲压工艺顺序确定复合模：落料+冲孔为最终的冲压工艺方式。
四.排样
4.1排样
排样的是否合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构与寿命，因此排样在冲压件的前期准备工作中十分重要。排样可分为以下3种：
① 有废料排样
② 少废料排样
③ 无废料排样
对于3种排样的分析：
有废料排样对冲压件的尺寸有保证，冲出的产品质量较好，而且模具寿命较高，但它的材料利用率较低，增高了产品的生产成本，用于形状复杂、尺寸精度要求较高的零件。
少废料排样的材料利用率较高，用于形状简单、尺寸精度要求不高的零件。
无废料排样用于形状结构简单、尺寸精度要求不高的零件，但不易操作加工。
本托板零件的形状结构简单、尺寸精度要求不高，本应选用无废料排样，但由于无废料排样难以保证零件的尺寸精度，而且 无废料排样本身就难以实现，因此本托板的排样方案应选择少废料排样。
4.2材料利用率
全进距η=×100%
A为单个冲件表面积
n为板料最多冲件个数
B为条料宽度
L为条料长度
4.3条料宽度与搭边、料边的计算
①托板横排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，
a1=1.2 a=1.5
②托板竖排：

根据《冲压模具及设备》107页可知，圆形或圆角r＞2t的工件，
a1=1.8 a=2.5
4.条料的宽度B，采用初级定位
B1= Dmax+2a=70+1.5×2=73
B2= Dmax+2a=160+2.5×2=165
查《冲压模具及设备》31页t=2mm时，选用长为4400mm，宽为2000mm的冷轧钢板。
根据材料利用率公式∶η=×100%
托板横排材料利用率∶
η=×100%=65%
托板竖排材料利用率∶
η=×100%=61.5% 记得乘2
η横＞η竖，∴应选托板横排为最终排样方案。
托板横排示意图如下∶

导料销与条料之间的最小间隙Zmin，查《冲压模具及设备》表4—20，
知∶Z=0.5mm，所以Bo=B+Z=73mm+0.5mm=73.5mm
4.5压力计算
冲压力P=P冲裁+P卸+P顶（或P推）
冲裁力P1=K·L·t·τb
=1.3×（3.14×40+80X2+40×2+60+3.14×25）×2×250
=327665N
卸料力F卸=P1·K卸
=327665×0.05
=16383.25N
顶料力P顶=P1·K顶
=327665×0.06
=19659.9N
推件力P推=P1·n·K顶
=327665×0.055×5
=90107.88N
∴P冲=P1+P卸+P推=327665+16383.25+90107.88=434156.13N
P（实）冲=( P1+P卸+P推)÷0.8=542695.16N
查《冲压模具及设备》表3-4，开式固定台压力机主要参数规格表得∶
此托板需要的冲压力应大于200吨，所以应选JA21-35开式固定台压力机。
4.6压力中心的计算
由该托板零件图可以看出该托板上下、左右均对称，所以压力中心应在该托板的对称中心（10的圆心）上。
五.托板冲压模具参数计算
5.1模具凸凹模间的间隙
1）间隙对冲压件质量的影响
间隙越大，模具的寿命可以延长，但冲件的质量普遍不高，反之，间隙越小，冲件的质量越高，但模具的寿命会进一步缩短。因此，在保证冲压件质量的前提下，应选较大的间隙，若采用较小的间隙就必须提高模具的硬度和精度，从而减小模具的粗糙度，减小模具磨损，得以在保证冲压件质量的前提下，延长模具的使用寿命。
2）间隙对冲压工艺的影响
试验表明，冲件的单面间隙在材料厚度的5%～20%范围内时，冲裁力的降低不多，一般不超过冲裁力的5%～10%。间隙对Fx、Fo的影响较为显著，而当单面间隙增大到材料厚度的15%～25%时，卸料力几乎为零。
3）冲裁间隙的确定
一般采用经验法来确定。
查《冲压模具及设备》表4-10得（93页）
Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm
由于此托板冲件对尺寸要求不高，又采用的初级定位，故应取较大的间隙值，即∶Zmax=0.360mm
5.2冲裁模刃口尺寸的计算
1）冲裁模具刃口尺寸计算三原则
①落料时应以凹模为基准，先确定凹模，再确定凸模。
冲孔时应以凸模为基准，先确定凸模，再确定凹模。
②凹模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近下限值。
凸模的刃口尺寸在设计时，其基本尺寸应靠近上限值。
③模具的设计精度应比冲件的精度高2～3级。
2）冲裁模具刃口尺寸的计算
A、凹凸模分开制作
B、凹凸模配合制作
本托板的外形尺寸简单，且为复合模，因此采用凹凸模配合制作。
① 该冲裁件中心孔为冲孔件，故应以凸模为基准。
技术要求∶凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作
保证双面间隙为0.34mm
② 由于外形尺寸为落料，以凹模为基准

5.3模具闭合高度
由所选设备JA21-35可知，
它的最大闭合高度为Hmax=280mm，Hmin=220mm
（220-T）≤Hm≤（280-T）-5，T=5
∴215mm≤Hm≤270mm
5.4弹簧的选用
（1）选用弹簧的三原则∶
① 为保证卸料正常工作，在非工作状态下，弹簧应该预压，其预压力Fy应该大于等于单个弹簧承受的卸料力。即
Fy≥Fx/n
Fy—弹簧的预压力（N）
Fx—卸料力（N ）
n—弹簧数量
②弹簧的极限压缩量应该大于或等于弹簧工作时的总压缩量。即
hj≥h=hy+hx+hm
hj—弹簧的极限压缩量（mm）
h—弹簧工作时的总压缩量（mm）
hy—弹簧在预压力作用下产生的预压量（mm）
hx—卸料板的工作行程（mm）
hm—凸模或凹模的刃磨量（mm），通常取hm=4～10mm。
③选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。
（2）卸料弹簧的选用及计算
1）初定弹簧个数n=4，则每个弹簧的预压力为∶
Fy≥Fx/n=P卸/4≈4096N
2）初选弹簧规格。按2Fy估算弹簧的极限工作压力Fj∶
Fj=2×4096N=8192N
查标准GB/T2089-1994,初选弹簧规格为∶
d×D2×h0=3.5×20×60，Fj=8190N，hj=20.9mm
3）所选弹簧的预压量hy
hy=Fy·hj/Fj=4096N×20.9mm/8190N≈10.45mm
4）校核所选弹簧是否合适。卸料板工作行程hx=t+1mm=3mm，取刃磨量hm=6mm，则弹簧工作时的总压缩量为∶
h=hy+hx+hm=10.45mm+3mm+6mm=19.45mm
∵h<hj，故所选弹簧合适。
弹簧安装高度Ha=Ho-Hy=60mm-10.45mm=49.55mm
取整Ha=50mm
七.托板冲裁模主要零部件设计与选用
7.1落料凹模
1）根据对该托板零件形状分析，该托板冲裁模落料凹模应为整体式∶
落料凹模尺寸为∶L×B×H
L=l+2c B=b+2c H=Kb1
其中l=160mm，b=70mm，K=0.38，c=80mm，b1=160mm
∴L=160mm+2×80mm=320mm,标准为320mm
B=70mm+2×80mm=220mm,标准为220mm
H=0.38×160mm=60mm
但由于卸料弹簧的安装高度为50mm，所以空心垫板的高度H=50mm
将空心垫板与落料凹模做成整体，则H=50mm+60mm=110mm

7.2推件块
由于要完全要使冲件完全推出，所以其尺寸也应该按该托板的基本尺寸加工。但25的孔应略大于25mm，取26mm。
如图∶

7.4圆形冲孔凸模
该托板冲裁凸模刃口尺寸应按前面4.2中所计算出的凸模刃口尺寸计算，而它的长度应等于∶
L=h1+h2+ha，h1=22mm×0.8=17.6mm，h2=30mm，ha=50mm
所以冲孔凸模的长度为L=17.6mm+30mm+50mm=97.6mm,由于要保证凸模的强度，故将凸模设计成阶梯式，如图∶

7.5凸模固定板
凸模固定板的尺寸L×B×H
其中基本尺寸L=125mm，B=100mm，H=0.8×H凹=22mm×0.8=17.6mm，
凸模固定板的尺寸125mm×100mm×17.6mm

7.6凹凸模固定板
凹凸模固定板基本尺寸与6.5凸模固定板基本尺寸相同∶
125mm×100mm×17.6mm

7.7垫板
垫板的基本尺寸L×B×H，由于垫板的厚度H通常在3mm～10mm之间，所以垫板的基本尺寸为∶
125mm×100mm×8mm

7.8卸料板
卸料板的基本尺寸为125mm×100mm×13mm
7.9上下模座
由于上下模座的长度应比凹模长40mm～70mm，而宽则根据具体情况来定，厚度为凹模的1～1.5倍，上模座要比下模座厚度小5mm～10mm，所以∶
上模座尺寸为225mm×170mm×33mm
下模座尺寸为225mm×170mm×40mm
7.10导柱与导套
导柱的基本尺寸为L×D，
L=模具闭合高度-（导柱上端面与上模座顶面的距离+导柱底面与下模座的距离）=218.6mm-(10mm+3mm)=205.6mm，D=24mm

导柱

导套

7.11圆柱销

7.12导料销与挡料销
该模具的挡料销与倒料销均选用4的圆柱销

7.13模柄

7.14卸料弹簧

7.15螺钉

结束语
时间飞逝，寒假将至，而这学期的冲压模具课程设计让我度过了一个美好而充实的学期，在这一学期的学习中让我认真了解了模具的结构、设计等诸多方面；在学习中同时也遇到了许许多多的困难，但是在老师和同学们的探讨下都得到了良好的解决，掌握了知识与经验，使我对这门学科产生了浓厚的学习气氛，但还有诸多不足的地方，以待下学期进一步的学习与改善。在以后的学习中我会更加的努力，争取尽可能多掌握技能，为以后打下结实的基础。

参考文献

1、冲压模具及设备.
2、互换性与技术测量.
3、机械制图与AutoCAD.
4、冲压工作实用手册
目 录

第一章 总 论 1
一、项目提要 1
二、可行性研究报告编制依据 2
三、综合评价和论证结论 3
四、存在问题与建议 4
第二章 项目背景及必要性 5
一、项目建设背景 5
二、项目区农业产业化经营发展现状 11
三、项目建设的必要性及目的意义 12
第三章 建设条件 15
一、项目区概况 15
二、项目实施的有利条件 17
第四章 建设单位基本情况 19
一、建设单位概况 19
二、研发能力 20
三、财务状况 20
第五章 市场分析与销售方案 21
一、市场分析 21
二、产品生产及销售方案 22
三、销售策略及营销模式 22
四、销售队伍和销售网络建设 23
第六章 项目建设方案 24
一、建设任务和规模 24
二、项目规划和布局 24
三、生产技术方案与工艺流程 25
四、项目建设标准和具体建设内容 26
五、项目实施进度安排 27
第七章 投资估算和资金筹措 28
一、投资估算依据 28
二、项目建设投资估算 28
三、资金来源 29
四、年度投资与资金偿还计划 29
第八章 财务评价 30
一、财务评价的原则 30
二、主要参数的选择 30
三、财务估算 31
四、盈利能力分析 32
五、不确定性分析 33
六、财务评价结论 34
第九章 环境影响评价 35
一、环境影响 35
二、环境保护与治理措施 35
三、环保部门意见 36
第十章 农业产业化经营与农民增收效果评价 37
一、产业化经营 37
二、农民增收 38
三、其它社会影响 38
第十一章 项目组织与管理 40
一、组织机构与职能划分 40
二、项目经营管理模式 42
三、技术培训 42
四、劳动保护与安全卫生 43
第十二章 可行性研究结论与建议 46
一、可行性研究结论 46
二、建议 47

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