小角板零件冲压工艺及模具设计.doc

1、沈阳理工大学课程设计小角板零件冲压工艺及模具设计小角板落料冲孔复合模及弯曲模设计1.1 小角板工艺性分析材 料：Q235材料厚度：2 mm制造精度：IT10生产批量：大批量零件简图：如图 2.1 所示图 2.1 小角板零件图工件厚度 t=2mm，孔的边缘线距弯曲线的距离 L2t。弯曲时，孔不会变形。因此在工艺安排上应该先冲裁，再弯曲便可以达到图纸要求。根据以上分析，该工件宜先冲孔落料，再弯曲达到图纸要求。2.2 小角板冲裁模设计2.2.1 小角板冲裁工艺性分析11）制造精度工件尺寸公差按 IT10 级制造。查标准公差表，各尺寸公差如图 2.2 所示。无其他特殊要求。查有关手册可知，利用普通冲裁

2、方式可以达到零件图纸要求。 图 2.2 小角板尺寸公差示意图2）结构与尺寸工件结构简单，外形对称。孔的直径（相对厚度）大，孔壁1.5t，这些结构因素均宜冲裁。3）材料表 2.1 常用冲压材料的性能和规格2碳素结构钢 Q235，抗拉强度 b=380470MPa，抗剪强度 =310380 MPa，断后伸长率 10=2125%。此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性能比较好。根据以上分析，该小角板零件的工艺性较好，可以进行冲裁加工。2.2.2 确定冲裁工艺方案该零件冲裁包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁工艺方案有单工序冲裁，复合冲裁和级进冲裁。一般对于上面这样的工件通常采用先落料再冲孔

3、的加工方法。由于该工件的生产批量为大批量，则有以下几种方案进行比较。该零件包括落料、冲孔两个基本工序，表 2.2 中列有三种工艺方案。序号 工艺方案 结构特点1单工序模生产：落料冲孔模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件中批量生产的需求。且两道工序中的定位误差，将导致孔心距尺寸精度难以保证2复合模生产：落料-冲孔复合同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高了生产效率，也能提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合中批量生产；能可靠保证孔心距尺寸精度3级进模生产：冲孔-落料连续同一副模具不同工位完成两道工序，生产效率

4、高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两工位之间的定位要求非常高，否则无法保证孔心距尺寸精度表 2.2 方案比较3经过比较：由于零件属于大批量生产，因此采用单工序冲裁效率太低，而且不便于操作；级进冲裁设备要求高，定位非常难难于保证精度；而采用复合冲裁，冲出的零件精度和平直度都较好，生产效率也高，而且零件的孔边距不小，模具强度也能够保证。根据以上分析，该零件宜采用复合冲裁工艺方案。由此确定工序如下：下料冲孔落料检验。2.2.3 确定模具总体结构方案1）模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。如图 2-4 所示。图 2.3 复合模表 2.3 根据上表比较：采用倒装复合模。2）操

5、作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，而且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑零件尺寸以及厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料销导向、固定挡料销定距的定位方式。3）卸料与出件方式考虑零件的厚度较薄，采用弹性卸料方式。4）模架类型与精度由于零件厚度较薄，冲裁间隙较小，因此采用受力平衡、导向平稳的后置导柱4模架。考虑零件精度以及冲裁间隙，采用级模架精度。2.2.4 工艺与设计计算1）冲裁件总长计算工件相对弯曲半径 r/t0.5，弯曲前，后中性层长度不变的原则。中性层曲率半径可按下式计算：=r+Kt （2-1）式中 中性层曲率半径，为 m

6、m；r弯曲半径，r为 mm；K中性层位移系数，查表取 K=0.32；t材料厚度，t为 mm。可以算得：=r+Kt=2+0.322=2.64mm当工件的弯曲角为 90 度时：L=l1+l2+/2=（90-4）+（40+15-4）+ 3.142.64/2 141mm（取整）根据以上计算，冲裁件如图 2.4 所示：图 2.4 工件展开图2）排样设计（1）排样5冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。（2）材料的利用率排样的目的是为了合理利用原材料。衡量排样经济性、

7、合理性的指标是材料的利用率。所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。材料利用率的计算公式如下：一个进距的材料利用率 的计算如下：= 100% （2-2 ）nAbh式中： A 冲裁件面积（包括内形结构废料） ， （mm 2） ；n 一个进距内冲裁件数目;B 条料宽度， （mm）;S 进距 ,（mm） 。（3）方案比较为满足工件的尺寸要求和力求工作的简单话有以下两种方案：该零件是一梯形，因此采用对头直排。这样的排样对模具的要求的比较简单，生产方便。考虑到补偿条料的定位误差，保证冲裁出合格的工件，在工件之间以及工件与条料侧边之间要求留有搭边。根据工件厚度，查手册可得搭边：c=1.6

8、 mm ,d=2.5 mm 方案一：如下 2.5 图所示：6图 2.5 排样方案一 图根据排样图的几何关系，可以算出条料宽度为B=141+22.5=146 mm进距为S=80+30+21.6=113.2mm冲裁件面积为A =8055+30（141-55-15 ）+/215 2-(10/2) 2-(20/2) 2-(55-/45 2=6484.5mm2因此，材料利用率为=nA/BS100%=26484.5/(146113.2) 100%78.39%方案二：如下图 2.6 所示：7图 2.6 排样方案二 图根据排样图的几何关系，可以算出条料宽度为B = 141+32.5+55 = 203.5 mm

9、进距为S = 80+1.6= 80.16mm冲裁件面积为A =8055+30（141-55-15 ）+/215 2-(10/2) 2-(20/2) 2-(55-/45 2=6484.5mm2因此，材料利用率为=nA/BS100%=26484.5/(203.581.6) 100%=78.043%由上面二种方案比较看出方案一的材料利用率要高些，在相同的要求保证下采用方案一比较好。3）冲裁力计算冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲压力的目的是为了合理地8选择冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁力

10、包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。（1）冲裁力计算及压力机的选择冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力 F 可按下式计算：F= K Lt （2-3）式中： F 冲裁力, N；K安全系数，取 K=1.3；L 冲裁件的冲裁长度, mm；t 板料厚度，mm； 材料的抗剪强度, Mpa；在落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。由小角板零件图可知:落料力：L=（80-10）+3/225+2（55-10）+ （80-30-20）+2（71.15-5）+1/22 15=416.5 mm2t = 2 mm = 345 MP

11、aF 落 = K Lt=1.3 416.52345 = 373.6 KN冲孔力：L1= 210= 62.8 mmL2= 25= 31.4 mmt = 2 mm = 345 MPaF 孔 1 = K L1t=1.3 62.82345 = 56.3 KNF 孔 2 = K L2t=1.3 31.42345 = 28.2 KN2）卸料力、推件力和顶出力从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁9方向推出去的力叫推件力； 卸料力和推件力通常采用经验公式进行计算，见式（2-4） 。卸料力：F 卸 =K 卸 F 落推件力：F 推 =nK 推 F 孔 （2-4）式中： K 卸 、K

12、 推 分别为卸料力、推件力系数,其值见表 2.2；n 同时卡在凹模内的零件数；h凹模直壁洞口的高度。表 2. 4 推件力、顶件力、卸料力系数料厚/（mm） K 推 K 顶 K 卸 钢0.10.10.50.52.52.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.10.0630.0550.045 0.140.080.060.05卸料力：F 卸 =K 卸 F 落 = 0.05373.6 KN=16.7 KN推件力：F 推 1=nK 推 F 孔 1= 30.05556.3 KN= 9.3 KNF 推 2=nK 推 F 孔 2= 30.05528.2 KN= 4.7 KN（n=h t=6mm2 mm = 3 个）F 总 = F 落 F 孔 F 卸 F 推 = 373.6+56.3+28.2+9.3+16.7+4.7 KN= 528.4 KN4）压力中心的计算