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冲压工艺及模具设计课程设计指导书
2016-12-13 16:19   审核人:

第一章 概述…………………………………………………… 2

第二章 冲压件工艺设计…………………………………………4

第三章 工艺计算…………………………………………………5

第四章 冲压模具设计……………………………………………6

第五章 选定冲压设备……………………………………………8

第六章 图形绘制…………………………………………………10

第七章 编写设计说明书…………………………………………15

附录:设计用数据…………………………………………………16

第一章 概 述

一、冲压课程设计的目的、内容和进行方式

(一)冲压课程设计目的

1、通过设计进一步巩固所学知识、培养学生运用所学知识解决实际生产问题的能力,使学生受到制订合理冲压工艺过程和模具设计的基本训练,初步掌握冲压设计方法、步骤和技能;

2、进一步进行基本技能训练。例如:计算、绘图,运用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验数据进行经验估算和处理数据等。

(二)内容和进行方式

冲压课程设计是在学完《冲压工艺与模具设计》课程后进行,时间为2周,一般以若干个形状较为简单的典型的中小型冲压件作为设计对象,要求学生完成:

1、冲压件的工艺设计;

2、冲压件的模具设计;

3、冲压模具总装配图(一张);

4、模具零件图若干张;

5、设计说明书一份。

整个设计过程是在教师指导下分阶段进行的,在设计过程中提倡独立思考、深入钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改,使设计精益求精的工作态度,反对不求甚解、照搬照抄、容忍错误的做法。要求每一阶段的设计经认真检查无误后,方可继续进行,完成现定的全部作业才可参加设计答辩。

二、冲压课程设计的一般步骤

(一)设计准备

1、收集原始资料

2.熟悉课题和相关知识

(二)冲压件的工艺设计

1.工艺分析

2.工艺方案确定

(三)模具结构形式的选择

1、模具类型的选择

2、模具零件结构形式的选择

(四)必要的工艺计算

1、排样设计

2、冲压工艺力的计算并初选设备

3、刃口尺寸及公差的确定

4、压力中心的计算

5、弹性元件的选用

6、模具强度的校核

(五)模具主要零件的设计及标准的选用

设计时应尽量选用标准,对于非标准件应按有关的设计要求进行设计。

(六)绘图

按要求绘制模具装配图和设计件的零件图。

(七)验算已选设备

主要验算模具的平面尺寸和高度尺寸是否与已选压力机相配套。

(八)编写设计计算说明书

按规定的格式将上述设计过程以文档的形式编写出来。

上述过程是冲模设计的一般程序,在实际的模具设计中,上述顺序可以交叉进行。

第二章 冲压件工艺设计

一、冲压零件的工艺性分析

冲压零件的工艺性包括技术和经济两个方面。在技术方面,主要根据产品图纸,分析冲压件形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺要求;在经济方面,主要根据冲压件的生产批量分析产品成本,阐明采用冲压生产可取得的经济效益。因此,冲压件的工艺性好与差,主要是指在不影响使用要求的前提下,能否以最简单、最经济的方法冲压出来。

影响冲压件工艺性的因素主要有:

1.冲压件的形状和尺寸

2.冲压件的尺寸精度

3.尺寸标注

4.原材料性能

5.冲压件的技术要求

通过工艺分析,若发现冲压件工艺性很差,则可以会同产品设计人员,在不影响使用要求的前提下对冲压件的形状、尺寸或精度等进行修改,以改善冲压件的工艺性,使产品设计、工艺和工装设计与制造三者更好地结合,取得完美的效果。

二、工艺方案的确定

(一)制定工艺方案的基本方法

工艺方案的确定主要是解决基本工序数、工序顺序的安排以及工序的组合,是在工艺分析的基础上考虑生产批量等因素制定的。制定工艺方案的基本方法是:

1. 确定所需的冲压基本工序,如落料、冲孔、拉深、弯曲、整形等。

2.初步进行工艺计算,确定工序数目,如能否一次弯曲成功、拉深次数等。

3.根据生产批量和条件(冲压加工条件和模具制造条件)确定工序组合。

(二)制定工艺方案的基本步骤

1、列出冲压本制件所需的基本工序。

2、按批量(年纲领)、模具结构的可能性、产品精度要求、生产的经济性、生产现场的设备、技术、人员条件、确定是采取单工序生产、复合工序生产或连续模生产。

3、 列出所有可能的工艺方案

4、分析比较各方案,选出经济上合理、技术上可行的最佳方案

5、编制制件的冲压工艺流程卡。

第三章 工艺计算

一、毛坯尺寸和形状的确定

根据零件图确定毛坯尺寸,如弯曲零件的毛坯展开尺寸,拉深零件的毛坯形状与尺寸等。

二、排样设计

需要解决:

1.排样的方式

2.材料的利用率

3.搭边

4.条料宽度

5.裁板方式

6.绘制排样图

上述工作做完之后,应用排样图的形式表达出来,排样图上要求标注搭边a、侧搭边b、进距L和材料的宽度B。

图2.6 排样图

三、冲压工艺力计算

不同的冲压工艺有其自己的计算公式,可以参考《冲压设计手册》。

四、确定模具压力中心

模具的压力中心是指模具所受压力的合力作用点。要使模具能平衡地工作,须使压力中心与模具的模柄中心以及压机的滑块中心相重合,否则模具将受到偏载,造成磨损加剧,导致模具的损坏。通常在冲裁形状复杂件或多凸模冲压时需求压力中心。具体求法见《冲压设计手册》。

五、计算凸、凹模工作部分尺寸及公差

凸、凹模尺寸精度决定得合理与否,直接影响到冲压件的尺寸精度及合理间隙值能否保证,也关系模具的加工成本和寿命。具体计算公式见《冲压设计手册》

第四章 冲压模具设计

一、冲压模具的总体设计

冲压模的总体设计是具体结构设计的基础,总体设计的任务主要包括:

1. 模具类型的确定,包括正装或倒装。

2. 操作方式、进出料方式的确定;

3. 定位、卸料、推件、导向、联接固定等形式的确定;

4. 模具外形尺寸的确定。

(一) 模具类型的确定

表4.1是几种模具类型的比较,具体采用哪种模具类型,应根据冲压件的结构尺寸、精度要求、生产批量、模具加工条件等。

表4.1 单工序模、级进模和复合模的比较

比较项目

单工序模

级进模

复合模

工件尺寸精度

较低

一般IT11级以下

较高,IT9级以下

工件形位公差

工件不平整,同轴度、对称度及位置度误差大

工件不太平整,有时较平,同轴度、对称度及位置度误差较大

工件平整,同轴度、对称度及位置度误差小

冲压生产率

低,冲床一次行程内只能完成一个工序

高,冲床一次行程内能完成多个工序

较高,冲床一次行程内能完成两个以上工序

实现操作机械化、自动化的可能性

较易,尤其适合多工位冲床上实现自动化

容易,尤其适合单机上实现自动化

难,工件与废料排除较复杂,只能在单机上实现部分机械化操作

对材料的要求

对条料宽度要求不严,可用边角料

对条料或带料要求严格

对条料宽度要求不严,可用边角料

生产安全性

安全性较差

比较安全

安全性较差

模具制造的难易程度

较易,结构简单,制造周期短,价格低

形状简单件,比用复合模制造难度低

形状复杂件,比用级进模的制造难度低

应 用

适于精度低、大中型件的中、小批量生产或大型件的大量生产

适于形状复杂,精度要求不高的中小型件的大批量生产

适于形状复杂、精度要求高的大批量生产

(二)模具外形尺寸的确定

对于冲裁模来说,其外形尺寸包括模柄尺寸、模具闭合高度、模座俯视尺寸。这三个尺寸的确定都与所选的冲床的规格有密切关系,必须相互协调。

二、模具主要零件结构设计及标准的选用

一副模具,不论其结构复杂如否,按照组成零件功能的不同,都可以分为工作零件,定位零件,出件零件,导向零件以及固定及支撑用零件五大部分。国家标准中,模具的典型组合都应包括这五部分零件。

要想得到一副模具,就必须将上面各个零件全部设计并加工出来。冷冲模中已有一部分零件是标准件,如凹模板、模柄、模座、导柱、导套、卸料螺钉、导正销、侧刃、螺钉、销钉等,对于这些标准件,只需按一定的条件选用,而对于非标准件,则需进行设计,具体各零件的设计方法及标准件的选用参考《冲压设计手册》。

第五章 选定冲压设备

将模具安装在压力机上,依靠压力机实现上模运动、提供冲压力、完成冲压工作。这就要求正确地选择压力机的形式、力、功率、台面尺寸、装模高度、刚度等,它们直接关系列产品质量、模具寿命、冲压效率和生产成本,对安全操作也有着重大影响。冲压设备的选择主要取决于工艺要求和生产批量及原材料性能等因素。冲压设备规格的选定,主要取决于工艺参数及模具结构尺寸。

一、冲模与压力机尺寸的协调关系

冲压用压力机的种类很多,有开式曲柄压力机、闭式曲柄压力机等,中小型的普通冲模多采用开式曲柄压力机。模具与压力机之间应满足下述的尺寸关系:

1.上模座与滑块

上模座的平面尺寸一般不应超过滑块的下平面尺寸。

2.下模座与工作台台面

下模是通过下模座安装在压力机工作台台面上的。为了留有固定下模座的余地,下模座的平面尺寸应小于压力机工作台台面尺寸,一般压力机工作台台面尺寸比下模座大约大50~70mm。当冲压件或废料的外廓尺寸大于压力机工作台上的漏料孔尺寸时,冲压件和废料就不能从漏料孔漏出,应采用相应的出件或出料机构,保证工序料可靠出模。

3.装模高度和闭合高度之间

当压力机滑块在行程下极点时,压力机工作台面到滑块下平面的距离叫做压力机的装模高度。由于压力机的连秆长度可以调节,影响滑块的下极点位置,所以,压力机的装模高度随连杆长度增加而减小。连杆长度最小时对应的装模高度最大,称之为压力机的最大装模高度Hmax,连杆长度最大时对应的装模高度最小,称之为压力机的最小装模高度Hmin。设冲模的闭合高度为A,压力机备用垫扳厚度为A1,冲模闭合高度与压力机装模高度之间应满足如下关系:

Hmax一5mm > A >Hmin+10mm

这样才可将冲模安装在压力机上。

二、压力机主要技术参数与模具关系

冲压工作是将冲压模具置于压力机上进行的,因而模具的设计要与压力机的主要参数相匹配,否则是不能工作的。

压力机的主要技术参数有以下几项:

(1)公称压力 压力机在工作中能安全地(压力机不致破坏,能保持加工时的精度)产生的最大压力,叫做公称压力或公称吨位,以t(吨)来表示。对压力机来说,公称压力和容许最大压力是一致的。公称吨位要与模具设计所需的总压力相等或略大,它是选择压力机的主要依据。

(2)滑块行程 是指滑块的最大运动距离,即上死点到下死点之间的距离。滑块行程与加工工件的最大高度(或长度)有关系,应能保证成形零件的取出与放进。例如:对于拉深件所需滑块行程,至少要大于成品零件高度的两倍以上。

(3)公称压力行程 是指发生公称压力时,滑块距下死点的距离。

(4)滑块行程次数n 是指滑块每分钟从上死点到 下死点,然后再回到上死点的次数。n越大,则生产效率越高。

(5)模柄孔尺寸 在滑块底平面中心位置设有模具安装孔即模柄孔,其直径和深度是选用模柄的依据。模柄和模柄孔之间尽量不用衬套,以便于模具的安装。

第六章 图形绘制

当模具各零件的结构与尺寸确定之后就可以开始绘图了,一般绘图的步骤是先绘装配图,再绘设计件的零件图。

一、图样幅面及比例

模具总图和零件图的图纸幅面,按照机械制图国家标准GB4457.1─84的规定,选择适当的图幅。绘图比例尽量采用等大比例(1:1),这样直观性好,特殊情况下可以采用放大或缩小比例。

二、模具总装配图

模具总装图是拆绘模具零件图的依据,应清楚表达各零件之间的装配关系以及固定连接方式。总装图应严格按照制图标准绘制,模具总装图的一般布置情况如图6.1所示,考虑到模具的特点,完整的总装图应符合下述要求:

1. 主视图

模具处于闭合状态时,可以直观地反映出模具的工作原理,对确定模具零件的相关尺寸及选用压力机的装模高度都极为方便。主视图是模具总装图的主体部分,应画成上、下模闭合状态的全剖视图。剖视图的画法一般应按GB4485.1-84规定执行,但在冲模图中,为了减少局部视图,在不影响剖视图表达剖面迹线通过部分结构的情况下,可将剖面迹线以外的部分旋转或平移到剖视图上,如螺钉、销钉、推杆等。主视图中应标注闭合高度尺寸,并用涂黑的方式绘出工件和毛坯的断面。

2. 俯视图

下模俯视图是假设将上模去掉以后的投影图,可以明确表达模具各个零件的平面布置、排样方法以及凸模和凹模孔的分布位置。上模俯视图,是假设将下模去掉以后的投影图(从上向下看)。对称的模具,上模和下模的俯视图可以对称线为界各画一半表示。在下模俯视图上以双点画线的形式绘出排样图,以表明条料在模具中的定位方式。在上模俯视图中需标注螺钉销钉孔的位置。

3. 侧视图或局部视图

一般情况下,主视图和俯视图就能表达清楚模具的结构,但对于有复杂结构的模具或局部结构复杂而又难以表达的模具,就需用侧视图或局部视图。

4. 工件图和排样图

工件图是经本副模具冲压后所得到的冲压件图形,一般画在总图的右上角。若图面位置不够,或工件较大时,可另立一页。工件图应按比例画出,一般与模具图的比例一致,特殊情况可以缩小或放大。工件图的方向应与冲压方向一致(即与工件在模具图中的位置一样),有时也允许不一致,但必须用箭头注明冲压方向。有落料工序的模具,还应画出排样图,一般也布置在总图的右上角,放置在工件图的下方,排样图的方向一般也应与其在模具中的方向一致,特殊情况下允许旋转,并注明料宽、进距、搭边和侧搭边。

5. 标题栏和明细表

标题栏和明细表一般放在总图的右下角。若图面位置不够时,可另立一页。总装图中的所有零件(含标准件)都要详细填写在明细表中。标题栏和明细表的格式各工厂也不尽相同,图6.2所示为模具总装图标题栏和明细表的格式,可供参考。

标题栏中图号的组成:产品代号/类组代号,分组号(一般设计顺序号),其中类组代号为C(冲压),R(热锻)

分组号:00(冲裁模),01(弯曲模),

02(拉深模),03(成形模),

04(复合模),05(连续模),

06(非金属用模),07(板料、冲压用工具)

设计顺序号为零件设计顺序号。

如产品代号为LSJ,该产品需要三副模具完成,模具第一副总装图为落料模,则第一副总装图图号为LSJ/C00,该总装图中的零件图图号为:LSJ/C00-01-01,其中第一个01代表是第一副模具,第二个01代表的是该副模具中的第一个零件。

6. 技术要求

技术要求中一般只简要注明对本模具在使用、装配等过程中的要求和应注意的事项,例如应保证凸模、凹模周边间隙均匀,冲压力大小、所选设备型号、模具标记及相关工具等。模架的技术要求,可按GB2854─81《冷冲模模架技术条件》中的规定进行。当模具有特殊要求时,应详细注明有关内容。

7. 绘图步骤

绘制模具总装图时,一般是先按比例勾画出总装草图,经仔细检查认为无误后.再对草图进行加深,成为正规总装图。绘图的一般步骤如下:

首先把工件图的主、俯视图画在图中的适当位置,然后画出工作零件.再依次画出其他各部分零件。主、俯视图的绘制最好同时对应进行,这样有利于零件尺寸的协调。当主、俯视图(必要时还有其他视图)绘制完成后,再绘制出零件图、排样图、标题栏和明细表,最后写出有关技术要求并标注相关尺寸。

8.尺寸标注 一般注出模具的闭合高度以及模具的总长、总宽。

图6.1 模具总装图内容及布置

注:注意粗细线的位置

图6.2 装配图中的明细表和标题栏格式

图6.3 零件图中的标题栏格式

应当指出,模具总装图中的内容并非是一成不变的,在实际设计中可根据具体情况做出相应的增减。

三、绘制模具零件图

拆绘模具零件图时,应尽量按该副模具明细表中所标注的内容进行,凡是明细表中未注明标准件代号的均属非标准零件,均需画出零件图。模具零件图是模具加工的重要依据,应符合如下要求:

1)视图要完整,且宜少勿多,以能将零件结构表达清楚为限。

2)要求标注详细的尺寸及公差(尺寸公差、形位公差),且标注符合国家标准。

3)制造公差、形位公差、表面粗糙度选用要适当。既要满足模具加工质量要求,又要考虑尽量降低制模成本。

4)标题栏格式各工厂也不尽相同,图6.3所示为模具零件图的标题栏,可供参考。

零件图的一般的绘图程序也是先绘工作零件图,再依次画其他各部分的零件图。有些标淮零件需要补充加工(例如上、下模座上的螺孔、销孔等)时,也需绘出零件图,但在此惰况下,通常仅画出加工部位,而非加工部位的形状和尺寸则可省去不画,只需在图中注明标准件代号与规格即可。绘制模具零件图时,需要强调指出的是:

1)应尽量按该零件在总装图中的装配方位画出,不要任意旋转或颠倒,以防影响模具审核及模具装配,造成不必要的麻烦,尤其对于带有对称多孔的零件更是如此。

2)对于总装图中有相关尺寸的零件,应尽量一块标注尺寸及公差,以防出错。例如备孔的中心距尺寸、配合尺寸及工作零件的刃口尺寸等。

3)在对零件图的视图、尺寸标注、配合公差、形位公差、表面粗糙度等检查认为无误后,再填写有关技术要求和标题栏内容。

4)在标题栏中注明所用材料牌号,在技术要求中注明热处理要求以及其他技术要求,冲模零件的技术要求,可按GB2870─81《冷冲模零件技术条件》中的规定进行,当有特殊要求,或不是专业模具厂(或模具车间)生产时,要详细注明技术要求。技术要求通常放在标题栏的上方。在图纸的右上角用“其余”注明在零件图中未标注表面粗糙度的表面粗糙度值。

四、冲模图的一些习惯画法

模具图的画法主要按机械制图的国家标准规定。考虑到模具图的特点,采用一些习惯画法。

1、 六角螺钉和圆注销的画法

同一规格、尺寸的内六角螺钉和圆注销,在剖视图中可各画一个,各引一个件号。当剖视图中不易表达时,也可从俯视图中引出件号。内六角螺钉和圆注销在俯视图中分别用双圆(螺钉头外径和窝孔)及单圆表示。当剖视位置比较小时,螺钉和圆注销以中心线为界可各画一半。在总装配图中,螺钉过孔一般情况下要画出。为了简化画图,可以不画过孔,但在同一套模具图中应当一致。

2、 圆柱螺旋压缩弹簧的画法

在冲模图中,弹簧可采用简化画法,用双点划线表示,当弹簧较多时,在俯视图中可画出一个弹簧,其余只画窝座。

3、 弹顶器

装在下模座下面的弹顶器起压料或卸料作用。目前很多工厂均有通用弹顶器可供选用,但有些模具的弹顶器也需专门设计,故在画图时可以全部画出,也可不画出,只在下模座上画出连接的螺孔。

第七章 编写设计说明书

设计说明书是设计计算的整理和总结,是图纸设计的理论依据,也是审核设计的技术文件之一。因此,编写设计说明书是整个设计工作中的一个重要组成部分。

一、设计说明书的内容:

目录

正文部分包含:

一、设计任务及产品图

二、工艺设计(工艺分析与方案确定)

三、排样设计

四、模具总体结构设计

五、模具零件详细设计

六、设备选用

七、结束语

八、主要参考资料

二、编写设计说明书的要求和注意事项

1.说明书一律用碳素墨水书写或是打印。一般用16K设计专用纸或A4打印纸,并按规定顺序装订成册。

2.计算部分的书写,首先列出用文字符号表达的计算公式,再代入各文字符号的数值,最后写下计算结果。

3.对所引用的计算公式和数据,要注明来源——参考文献编号。

4.为清楚说明计算内容,应附有必要的插图。如凸模、凹模的结构示意图等。

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