冲孔落料弯曲盖板零件的复合模具设计

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1、前 言科学技术发展的进程表明,机械工业是科学技术物化为生产力的重要载体,而模具设计与制造在机械行业占有举足轻重的地位。目前,电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中,6080的零部件,都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗,是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。总体来说中国的模具行业现只达到世界20世纪80年代中期的先进水平,也就是说差距还很大,所以很有发展前途,且模具是很基础的行业,用途非常广。专家认为,我国模具行业日趋大型化,而且精度将越来越高。10年前,精密模具的精度一般为5

2、,现在已达23。不久,精度的模具将上市。随着零件微型化及精度要求的提高,有些模具的加工精度公差就要求在以下,这就要求发展超精加工。本次毕业设计的题目是盖板落料、冲孔、弯曲复合模设计。该零件加工工序有冲孔、落料、弯曲三个工步,采用复合模进行大批量生产。通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算,确定模具类型。该模具采用后侧导柱模架结构形式,采用纵向送料方式,模具的总压力为630KN,选用J23-3.14开式双柱可倾压力机配套使用。此模具结构紧凑,装拆,修磨方便,安全可靠,生产效率比使用传统模具生产提高两倍以上。四 川 理 工 学 院毕业设计论文任务书设计论文题目： 罩板落料、冲孔、弯曲符合模具设计 系：

3、机电系 专业： 材控 _ 031 _ 030130130 学生： 宝莲 指导 王世能 接受任务时间教研室主任签名系主任签名1毕业设计论文的主要容及基本要求1按给定的主要技术参数,完成模具装配图和零件工作图的设计一套；0#图纸1、3#图纸不少于6。2提出所给冲压件的工艺方案至少两种,进行分析、比较和论证。3排样图设计。4总的冲压力及压力中心计算。5刃口尺寸计算。6分析零件的冲压工艺并进行相关计算。7标准模具零件的选择和校核；凸凹模或凸凹模结构设计、计算以及非标准模具零件的设计和计算。8编写冷冲压工艺卡片。9编写冲模零件机械加工工艺过程卡片。10编写设计计算说明书一份字数不少于1.5万字。11毕业

4、设计说明书、冷冲压工艺卡零件机械加工工艺过程卡片、设计图等全部用电子版。2设计论文的原始数据：1工件名称：盖板2生产批量：大批量 3材 料：Q235-A钢4料 厚：3mm5工件简图2指定查阅的主要参考文献及说明1中国模具工业协会标准委员会编.中国模具标件手册.:科学普及,1989.2冷冲模国家标准 国家标准总局 中国标准,1989.3冲压工艺与模具设计 奎华 机械工业,2002.4模具制造工艺 黄毅宏 机械工业,2004.5冲模图册 天佑 机械工业,1998.6冷冲模设计 丁松聚 机械工业,1999.7模具设计与制造简明手册 炳亮等. 科技,1999.8冷冲压与塑性成型工艺及模具设计翁其金 机

5、械工业,1990.9孟栋主编.冷冲模.:机械工业,1997.10王孝培主编.冲压手册.: 机械工业,1990.11肖景容,奎华主编.冲压工艺学.: 机械工业,19903进度安排设计论文各阶段名称起 止 日 期1设计的准备工作,包括收准备参考资查阅文零件结构工艺分析、工艺方案的分析、比较、确定。完成2345注：本表在学生接受任务时下达59 / 70摘 要阐述了落料、冲孔、弯曲复合模的结构设计及工作过程,通过工艺分析,采用落料冲孔弯曲工序,通过冲裁力、顶件力、压料力、卸料力、弯曲力等计算,确定模具类型。该模具采用后侧导柱模架,落料凹模采用镶拼结构,废料从凸凹模的开槽中卸出。本模具结构紧凑,装拆,修

6、磨方便,安全可靠,生产效率比使用传统模具生产提高两倍以上。关键字：冲压,落料冲孔弯曲,复合模,模具结构ABSTRACTThe working process and the structural design of blanking,piercing and the bending compound die are expounded, By the technics analysis, Adopting working process of the piercing,bending and blanking ,Through the calulation of punching force,

7、kickingforce,blank - holder force,discharging force and bending force , we determine the Type of Die. this mold uses the bevel pillars die set from backside,blanking die uses inlay and splice structure,waste materials is unloaded from the Slot of convex and concavedie.This Mould is compact, and it i

8、s convenience to install , dismantle and regrind,also it is very safe,Comparing with the traditional technology which uses conventional Mould,the production efficiencyis will be improved more than 20 times .key words: piercing； the piercing,bending and blanking ； composite mold ；structure of mold目 录

9、摘要I前言.1第一章绪论11.1冷冲压与模具设计简介11.2冷冲压模具技术现状及发展趋势2第二章工件工艺性分析及方案的确定72.1材料分析72.2冲裁件结构工艺性72.3弯曲件的工艺性92.3.1弯曲件的结构工艺性92.3.3排样图的设计及计算11第三章冲裁工艺力的计算153.1冲裁力的计算153.1.1冲压力的行程曲线153.1.2冲裁力的计算163.1.3降低冲裁力的方法163.2卸料力、推件力、压料力和推件力的计算173.3冲压压力中心183.4 主要工艺参数计算19第四章冲裁模工作部分设计计算214.1冲裁间隙214.1.1对冲裁件质量的影响214.1.2 对模具寿命的影响224.1.

10、3 对冲裁力、卸料力的影响234.2合理间隙的选用244.3 模具刃口尺寸的计算254.3.1落料部分刃口设计计算274.3.2冲孔部分刃口设计计算284.3.3孔心距的计算28第五章弯曲部分工艺计算305.1自由弯曲力的计算305.2校正弯曲力305.3顶件力和压料力305.4弯曲时压力机压力的确定315.5弯曲模工作部分的尺寸计算315.6弯曲回弹计算315.6.1弯曲回弹及其影响因素325.5.2减小回弹的措施345.5.3弯曲裂纹355.5.4 偏移36第六章模具总体设计376.1冲压设备的选用376.2模具类型的选择376.3确定送料方式376.4定位方式的选择386.5卸料、出件方

11、式的选择386.6导向方式的选择38第七章卸料零件计算397.1卸料弹簧的选择39第八章主要零部件设计418.1模具材料的选取418.1.1模具材料与热处理418.1.2 Cr12钢的性能418.2落料凹模的设计 .418.2.1落料凹模外形和尺寸的确定428.2.2落料凹模的结构形式428.2.3 凹模框的设计448.3凸、凹模设计458.3.1模具的结构形式和固定方法458.3.2凸凹模长度的确定468.3.3凸凹模结构设计478.4冲孔凸模478.4.1冲孔凸模的固定形式478.4.2冲孔凸模长度的确定478.4.3凸模强度校核488.4.4 冲孔凸模的结构508.4.5弯曲模的设计51

12、第九章标准件的选择529.1模架及模柄的选择529.2凸模固定板及垫板的选择539.2.1凸模固定板的选择539.2.2垫板的选择539.3模具闭合高度的校核539.4 导柱、导套的选择539.5卸料装置及其压料装置549.6推杆的选择559.7打料杆的设计559.8滑块的设计569.9转动板的设计569.10压料弹簧的选择569.11螺栓及定位销的选择579.12 导尺的选择58第十章绘制模具总图及装配图59第十一章结论61参考文献.62符号说明.63致64附录65专题讨论.66第一章 绪论1.1冷冲压与模具设计简介冲压是通过模具对板材施加压力或拉力,使板材塑性成型,有时对板材施加剪切力而使

13、板材分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态下进行,因此也称冷冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带材,故也称板材冲压。冲压加工需要研究冲压工艺与模具两个方面的问题。冲压工艺可以分为分离工序和成形工序。而分离工序又有落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序；成型工序又包括卷圆、扭曲、拉深、变薄拉深、翻孔、翻边、拉弯、胀形、起伏、扩口、缩口、旋压、校形等。冲压加工作为一个行业,在国民经济的加工业中占有重要的地位。根据统计,冲压件在各个行业中均占相当大的比重,尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占的比重更大。冲压加工的应用围极广,从精细的电子元件、仪表指

14、针到重型汽车的覆盖件和大梁、高压容器封头以及航天器的蒙皮、机身等均需冲压加工。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好,一般情况下,可以直接满足装配和使用要求。此外,在冲压过程中由于材料经过塑性变形,金属部组织得到改善,机械强度有所提高,所以,冲压件具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。冲压加工是一种套高生产率的加工方法,如汽车等大型零件每分钟可生产几件,而小零件的高速冲压则每分钟可生产千件以上。由于冲压加工的毛坯是板材或卷材,一般又在冷状态下加工,因此轻易实现机械化和自动化,比较适宜配置机械人而实现无人化生产。特别是适用于定型产品的批生产。冲压要发展,模具是关键,提高模具的效率需从

15、冲模设计和制造开始。冲压加工的材料利用率较高,一般可达70%85%,冲压加工的能耗低,由于冲压生产具有节材、节能和高生产率等特点,所以冲压件呈批量生产时,其成本比较低,经济效益较高。当然,冲压加工与其他加工方法一样,也有其自身的局限性,例如,冲模的结构比较复杂,模具价格偏高。因此,对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模,经济上不合算,目前为了解决这方面的问题,正在努力发展某些简易冲模,如聚氨脂橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等,同时也在进行冲压加工中心等新型设备与工艺的研究。1.2冷冲压模具技术现状及发展趋势近十多年来,随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识,冲压成形技

16、术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展,其特征是与高新技术结合,在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合,推动了先进冲压成形技术的形成和发展。本文着重结合汽车工业的发展需求,讨论冲压技术的现状和发展趋势。1. 冲压技术发展的特征冲压技术的真正发展,始于汽车的工业化生产。20世纪初,美国福特汽车的工业化生产大大推动了冲术的研究和发展。研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开,关键问题是破裂、起皱与回弹,涉及可成形性预估、成形方法的创新,以及成形过程的分析与控制。但在20世纪的大部分时间里,对冲压技术的掌握基本上是经验型的。分析工具

17、是经典的成形力学理论,能求解的问题十分有限。研究的重点是板材冲压性能及成形力学,远不能满足汽车工业的需求。60年代是冲压技术发展的重要时期,各种新的成形技术相继出现。尤其是成形极限图FLD的提出,推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展,成为冲压技术发展史上的一个里程碑。由于80年代有限元方法及CAD技术的先期发展,使90年代以数值模拟仿真为中心的和计算机应用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化,成为材料变形行为研究和工艺过程设计的有力工具。汽车冲压技术真正进入了分析阶段,传统的板成形技术开始从经验走向科学化。纵观上世纪的发展历程可见：（1） 冲压性能的研究和改进是与冲压技术的

18、发展相辅相承的。（2） 汽车、飞机等工业的飞速发展,以及能源因素都是冲压技术发展的主要推动力。进入新世纪,环境因素及相关的法律约束日益突出,汽车轻量化设计和制造成为当前的重要课题。（3） 成形过程数字化仿真技术的发展,推动传统冲压技术走向科学化,进入先进制造技术行列。（4） 冲压技术的发展涉及材料、能源、模具、设备等各方面。工艺方法的创新及其过程的科学分析与控制是技术发展的核心；模具技术是冲压技术发展的体现,是决定产品制造周期、成本、质量的重要因素。2、先进成形技术的发展冲压技术的发展与材料和结构密切相关。预计未来10-15年,环境要求和日益严格的环保法律,将促使汽车材料和结构发生很大变化。为

19、了减少城市CO2的排放量,汽车力求轻量化,其最突出的发展方向是提高所用材料的比强度和比刚度及发展高效的轻量化结构。现代车身结构中,高强度钢约占25%。目前在继续开发超高强度钢的同时,结合发展新的高效结构和制造技术,争取使车身重量减少20%以上。但更引人关注的努力方向是扩大铝、镁等低密度合金材料在汽车上的应用。欧美正在研究开发未来型的铝车身家用小汽车,可使重量减轻40-50%,耗油仅为现行小汽车平均值的三分之一。目前的主要问题是开发低成本铝合金,发展新结构和高效制造方法,以及改进回收技术。一旦成本问题解决了,铝合金可能成为汽车的主要结构材料。自1991年以来,镁的产量每5年增加1倍,是很有前途的

20、未来材料,预计20XX后镁的应用将有明显上升,包括大的车身外部零件。复合板材料在汽车、飞机、医药、食品、化工、日用品等方面也均有广阔应用前景。此外烘烤硬化板、表面改性板等改性材料。80年代,欧美研究镀锌板的冲压技术；90年代,重点研究激光拼焊板的冲压及各种挤压管坯型材的精密成形技术。铝型材骨架件的用量也在不断增加。结构整体化是重要的发展趋势,不仅对于飞机,未来汽车也将扩大应用。 3随着新材料和新结构的扩大应用,迫切需要发展相应的低成本冲压成形技术。当前的研究重点：铝合金覆盖件等车身零件的冲压技术。国外已有实用的工艺及模具设计数据资料。1多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术。2挤压管坯的高压成形技术。

21、3复合板的成形技术等。对于飞机工业来说,钛合金、铝锂合金复杂形状零件及铝合金特殊结构件的成形技术是当前的研究重点。以液体直接或间接作为半模或传感应介质的各种液压成形技术,属于半模成形或软模成形,有很多优点已有近60年历史,是飞机钣金零件的主要制造方法。近十多年来在高压源及高压密封问题解决后,得以迅速发展,在汽车工业中获得重要应用。液压成形包括液压橡皮囊成形、充液拉深成形和高压胀管成形。液压橡皮成形已从航空工业的传统应用扩大到汽车的复杂外板件的成形,在100-140Mpa的压力下,成形质量很好,适用于试制和小批量生产。新兴的高压成形技术已经实用化、工业化,生产发动机的支架、排气管、凸轮轴及框架件

22、等,达到了很好的效率和效益预计液压成形、拼焊毛坯冲压成形及激光焊接装配将是未来汽车轻量化的三项关键技术。此外粘介质压力成形、磁脉冲成形,以及各种无模成形技术的研究也有很大进展,显现出越来越多的工艺柔性。3.数字化成形技术的发展先进成形技术是在传统成形技术的基础上,以计算机为支柱,综合利用信息、电子、材料、能源、环境工程等各项高新技术及现代管理技术,有利于最终实现产品全生命期综合优化的冲压成形技术,是能越大程度地达到精、省、净目标,获得高综合效益的成形技术。发展先进成形技术的关键在于：大力发展冲压成形过程的计算机分析仿真技术CAE。1并行工程CE、并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式。

23、Tu计算机辅助过程分析仿真CAE是20世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步之一,其核心是有限元分析技术。以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿真技术或数值模拟技术,以冲压模具设计、冲压过程设计与工艺参数优化提供了科学的新途径,将是解决复杂冲压过程设计和模具设计的最有效手段。国外大型企业的应用步伐非常迅速,而汽车工业走在前列,现已逐渐成熟,用于模具设计和试模的时间减少50%以上。美国GM居世界领先地位。数值模拟技术的发展趋势可概括如下：进一步提高模拟计算的精度和速度。重点突破回弹精确预测；发展快速有限元模拟技术,实现当天工程、甚至2小时工程；同时加强基础研究,解决复杂变形路径等基础性问题

24、。2降低软件对人员专业素质的要求。目前市场软件功能强大,主要面向分析师,买了先进软件系统,不一定能获得好的模拟结果。面向中小企业,推广更加困难。3降低软件对硬件平台的要求。目前,几乎著名的冲压模拟软件都已完成向微机版的转化。4加强初始化设计环节的研究。初始化设计环节初始方案,作为计算分析的起点和修改的基础,至今仍需要靠有经验的人员完成。迫切需要发展知识库工程KBE,将专家系统ES、人工智能技术AI与有限元模拟软件相结合,实现智能化初始工作,减少对工艺专家的依赖。5加强基础试验。材料性能本构关系、摩擦状态、缺陷判据等数据来自试验,其真实性、准确性是限制模拟分析达到可靠精度的重要因素。 L0 FZ

25、9 6进一步向产品冲压制造系统扩展,实现制造全过程、全生命期的综合优化。目前,成形过程分析,仍重在解决成形问题。未来,将同时向改性发展,实现变形方式、成形过程及成形后性能的综合优化。7普及CAE技术势在必行。CAD技术经过5-10年的大力普及,基本解决了手工绘图问题。未来5-10年,CAE技术的普及将势在必行。中小机械制造企业70多万家,冲压、模具企业为数甚大,以高新技术改造传统技术的任务十分艰巨,结合产业调整,统筹规划,需要提上日程。 /y4、冲压成形技术的发展趋势进入90年代以来,高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展,发展

26、的方向将更加突出精、省、净的需求。2冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展,并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形,从而真正进入实用阶段。3注重产品制造全过程,最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。4对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起,就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度,作出快速分析评估。5

27、冲压技术将具有更大的灵活性或柔性,以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势,加强企业对市场变化的快速响应能力。6重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展,也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。加入WTO以后,中国的汽车工业、航空航天工业等支柱产业必将有大的发展。我国的冲压行业既充满发展的机遇,又面临进一步以高新技术改造传统技术的严峻挑战。国民经济和国防建设事业将向冲压成形技术的发展提出更多更新更高的要求。我国的板料加工领域必须加强力量的联合,加强技术的综合与集成,加快传统技术从经验向科学化转化的进程

28、。加速人才培养,提升技术创新能力,提高冲压技术队伍的整体素质和生产企业的竞争力。第二章 工件工艺性分析及方案的确定冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下,影响冲压件工艺性的因素有几何形状,尺寸,精度, 表面粗糙度及毛刺。冲压件工艺性对冲压件质量,材料利用率,生产率,模具制造难易,模具寿命,操作方式及设备选用等都有很大的影响。良好的冲压件工艺性可显著降低冲压件的制造成本。2.1材料分析冲裁材料为Q235-A,查文献6 ：吴宗泽,罗圣国主编机械设计课程设计手册第二版以下简称文献7P24 表2-6普通碳素结构钢GB700-88摘录,该钢种是普通碳素结构钢,由文献7：先民、许斌等主编

29、机械工程材料P105表8-1查的碳的质量百分数是0.14%0.22,属于沸腾钢,屈服点s=235MPa,抗拉强度b=375460MPa,延伸率不小于26,具有良好的冲压性能,适合冲裁。2.2冲裁件结构工艺性1冲裁件的几何形状 冲裁件的形状应尽可能符合材料合理排样,减少废料。在许可情况下,把冲裁件设计成对称或少无废料的形状。2冲裁件的圆角 冲裁件各直线或曲线的连接处,宜有适当的圆角,在用一道工序冲裁时,拐角处应尽量设计成较大的圆角。如果冲裁件有尖角,不仅给冲裁模的制造带来困难,而且模具也容易损坏。只有在采用少无废料排样或镶拼模具结构时,才允许冲压件有尖锐的清角。3冲裁件的悬臂或窄槽 冲裁件凸出的

30、悬臂或凹入的窄槽不宜太长或太窄,否则会降低模具寿命。一般情况下,B应不小于1.5。当工件材料为黄铜、铝、软钢时,B1.3；当工件材料为高碳钢时,B1.9。当材料厚度1mm时,按=1mm计算。槽宽与槽长的关系为L5B。4端头圆弧尺寸 对于腰圆弧冲裁件,若允许圆弧半径R大于料宽的一半,则能采用少废料排养,否则会有台肩产生。5冲孔极限尺寸 因受凸模强度和稳定性的限制,冲孔的尺寸不宜过小,其数值与孔的形状,材料的力学性能,材料的厚度等有关。6孔间距与孔边距 孔与孔之间或孔与边缘之间的距离a,受模具强度和冲孔均槽位置 有孔的毛坯弯曲时,如果会使fL变形。为了避免这种缺陷出现,必须使这些fL分布住变形区之

31、外：从孔边到弯曲半径R中心的距离为：当2mm时, l,当2mm时,l2。5弯曲件形状和尺寸的对称性 弯曲件的形状和尺寸应尽可能对称,弯曲件左右的高度不府相差太大,弯曲半径应一致,保证弯曲过程中受力平衡,防止产午滑动。 弯曲件的宽度 窄板弯曲时,变形区的截向形状发生畸变表面的宽度bb1,外表面的宽度b2b。当b3时,尤为明显,如果弯曲件的宽度b要求较高,不允许有图14所示的b1b的鼓起现象时,应在弯曲线上预先做出工艺切口,如图1-4所示。 2.3.1.1弯曲件的精度弯曲件的尺寸精度与板料的力学性能、板料的厚度、模具结构和模具精度、工序的数量和工序的先后次序以及工件本身的形状尺寸等因素有关,弯曲件

32、的外形尺寸及角度公差所能达到的精度。 图2-4弯曲毛坯的工艺切口2.3.2工艺方案的分析及确定一般对于这样的工件,通常采用先落料、冲孔、再弯曲的加工方法。由于该工件的生产批量较大,如果把三道工序放在一起,可以大大提高工作效率,并减轻工作量,节约能源,降低成本,而且可以避免原有的加工方法中须将手伸入模具的问题,对保护操作者安全也很有利。将三道工序复合在一起,可以有以下两种不同的工艺方案：1 先落料。然后冲空和弯曲在同一道工步；2 落料、冲孔为同一工步首先完成,然后进行弯曲。方案的分析比较：如果采用方案1,加工工件,不易保证长度尺寸420+0.15mm的精度,而且易使孔冲头磨损,降低模具寿命。经分

33、析、比较最后确定方案2,对于弯曲的回弹,可以用减小间隙的方法来避免或减小回弹。 该冲压工件的形状较为简单对称,弯曲部分有R=2.5mm的圆角过渡。除孔180+0。021mm和420+0.15mm有精度要求外,其余尺寸精度要求不高。材料为Q235-A钢,其冲压性能较好,孔与外缘的壁厚较大,根据文献8表6-1知复合模中的凸凹模壁厚部分有足够的强度。因此该冲裁件可选用落料、冲孔及弯曲的复合模。 2.3.3排样图的设计及计算5一排样的设计冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否,影响到材料的经济利用率,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,因此,排样是冲裁工艺与模

34、具设计中一项很重要的工作。冲冲压件大批量生产成本中,毛坯材料费用占60%以上,排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利用率,就必须减少废料面积,冲裁过程中所产生的废料,可分为两种情况。1 结构废料 由于工件结构形状的需要,如工件孔的存在而产生的废料称为结构废料,它取决于工件的形状,一般不能够改变。2 工艺废料 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边,定位需要切去的料边与定位孔,不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料,它决定于冲压方式和排样方式。,条料沿直线或曲线切断而得工件。如图2-5c所示。 图2-5排样的方法 a有废料排样 b 少废料排样 c无废

35、料排样有废料的排样法材料利用率较低,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,在无废料排样时只有料头、料尾损失, 3工件的形状和尺寸 工件的外形越复杂,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送料及当料方式 用手工送料,有侧压板的搭边值可小一些。搭边值一般由经验确定,根据工件宽和材料厚度,由文献4P59表2-13的,L50 ,a=3.04.0,则取a=3.5m ,a1=2.53.5mm,则取a1=3mm,则条料宽度为：当条料在无侧压装置的导料板之间送料时可用下式计算：=D+2+-5 由文献5公式的式中

36、：条料标称宽度mm工件垂直于送料方向的最大尺寸mm侧搭边mm条料宽度的公差mm值由书冲压工艺与模具设计P73表2-14的,=0.8mm条料与导料板的间隙,由冲压工艺与模具设计表2-15的,=1所以：=D+2+- =95.56+2*3+0.8+1-0.8mm=94.6mm三送料步距的计算条料在模具上每次送进的距离称为送料步距,每个步距可以冲出一个零件,也可以冲出几个零件.送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离.每次只冲一个零件的步距A的计算公式为: A=D+a4 该式由文献4P56式3-24的.式中:D-平行于送料方向的冲裁件方向的冲裁件宽度; D=40mm a-冲裁件之间的搭

37、边值; a=3.5mm所以:A=D+a=40mm+3.5mm=43.5mm 四材料利用率的计算冲裁件的面积A=8915.8608mm2步距S=B+a=40+3.5=43.5mm一个步距的材料利用率h为h=8915.8608/40*47.4100%=47%化的影响,于是冲裁力下降。凸模再继续下压,材料部产生裂纹并迅速扩,冲裁力急剧下降,如图中CD段所示,此为冲裁的断裂阶段。此后所用的力仅是克服摩擦阻力,推出已分离的料。3.1.2冲裁力的计算L=3.14186=75.36所以:F=1.375.363350=102866.4N3.1.3降低冲裁力的方法在冲裁高强度材料或厚度大、周边长时,所需的冲裁力

38、较大。如果超过现有压力机吨位,就有必须采取措施降低冲裁力,主要有以下几种方法：一阶梯凸模冲裁在多凸模冲裁模具中,为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现,可根据凸模尺寸的大小,做成不同高度,形成阶梯布置,从而减少冲裁力。这种模具的缺点是长凸模插入凹模较深,容易磨损,修磨刃口也比较麻烦。大冲裁间隙等方法来降低冲裁力。3.2卸料力、推件力、压料力和推件力的计算当冲裁完成后,由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在,在板材上冲裁出的废料或工件孔径沿径向发生弹性收缩,会箍在凸模上。而冲裁下来的工件或废料径向会扩, 因此会卡在凹模,为了使冲裁过程连续,操作方便,就需要把套在凸模上的材料卸下,把卡在凹模孔的工件或废

39、料推出。从凸模上将零件或废料卸下来的力称卸料力,顺着冲裁方向将零件或废料从凹模腔推出的力称推件力,逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力称。卸料力、推件力是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得的。影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。在此用经验公式计算：卸料力计算：5；由表2-1查的K=0.030.04；则取=0.035=0.035102866.4=3600.324NF=KF=0.035350968.8=12283.908N推件力计算：料厚mmK卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.07

40、50.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。冲裁时,所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和,这些力在选择压力机时是否要考虑进去,应根据不同的模具结构区别对待。3.3冲压压力中心冲裁时的合力作用或多工序模各工序冲压力的合力作用点,称为模具压力中心。如果模具压力中心与滑块的压力中心不一致,冲压时会产生偏载,导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损,降低模具

41、寿命和压力机的使用寿命。计算压力中心时,先画出凹模型口图,如图3-2所示。为了减少计算,坐标设在和、上,此时=0, =0,=0;可少算三个数。如图所示,将xoy坐标系建立在图示的对称中心上,将冲裁轮廓线按集合图形分解为L1L7共7段基本线段。压力中心汁算： 因为该工件是轴对称零件,所以其重心在对称中心线上,计算压力中心时,仅考虑如图32所示x方向的值。设模具的压力中心坐标为 ,则=0,其计算公式如下： 图3-2冲裁时的压力中心=mm=51mm=0式中 x1、x2xn各图形冲裁力的x轴坐标mm；y1、y2yn各图形冲裁力的y轴坐标mm；3.4 主要工艺参数计算毛坯的尺寸计算 该毛坯的工件展开图如

42、图3-3所示。按弯曲件展开来计算,由中性层半径公式的：=R+Xt 3R=2.5mm+0.28*3=3.34中性层长度 ：L= r+X0itI=3.34+0.28390 图3-3毛坯的工件展开图=6.56mm 直线部分长度为：a =15mm-2.5mm-3mm=9.5mm b=86mm-2.5mm-3mm=80.5mm L=a+b+l=9.5mm+80.5mm+6.56mm=95.56mm 则毛坯的外形尺寸为：L3=26mm L4=40mm L2=2mm=80.8mmL1=L-l2=95.56mm-80.8mm=14.76mm第四章 冲裁模工作部分设计计算4.1冲裁间隙冲裁间隙是冲裁模的凸模和凹

43、模刃口之间的间隙。冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙单边间隙用C表示,双边间隙用Z表示。间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大,是冲裁工艺与模具设计中一个极其重要的工艺参数。4.1.1对冲裁件质量的影响冲裁件的质量主要是指断面质量、尺寸精度、和形状误差。断面应平直、光滑；圆角小；无裂纹、撕裂、夹层和毛刺等缺陷。零件表明应尽可能平整。尺寸应在图样规定的公差围。影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值的大小及其分布的均匀性,模具刃口锋利状态、模具结构与制造精度,材料性能等,其中,间隙值的大小与分布的均匀性是主要因素。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与标称尺寸的差值,差值越小,精度越高。这

44、个差值包括两方面的偏差,一是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差,二是模具本身的制造偏差。冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差,主要是由于冲裁过程中,材料受拉伸、挤压、弯曲等作用引起的变形,在加工结束后工件脱离模具时,会产生弹性恢复而造成的。偏差值可能是正的,也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模的间隙。当间隙较大时,材料所受拉伸作用增大,冲裁完毕后,因材料的弹性恢复,冲裁件尺寸向实体方向收缩,使落料件尺寸小于凹模尺寸,而冲孔件的尺寸则大于凸模尺寸。当间隙较小时,凸模压入板料接近挤压状态,材料受凸、凹模挤压力大,压缩变形大,冲裁完毕后,材料的弹性恢复使落料件尺寸增大,而冲孔件的孔径则变小。此外,

45、尺寸变化量的大小还与材料力学性能、厚度、轧制方向、冲裁件形状等因素有关。材料软,弹性变形量小,冲裁后弹性恢复量就小,零件的精度也就高。材料硬,弹性恢复就大。上述讨论的是模具在制造精度一定的前途下进行的,间隙对冲裁件精度的影响比模具本身制造精度的影响要小得多,若模具刃口制造精度低,冲裁出的工件精度也就无法得到保证。模具的制造精度与冲裁件精度之间的关系见表5-1。表4-1 冲裁件精度冲模制造精度材 料 厚 度 t 0.50.81.01.52345681012IT6IT7IT7IT9IT9IT8-IT8IT9-IT9IT10-IT10IT10IT12IT10IT12IT12-IT12IT12-IT1

46、2IT12-IT12-IT14-IT14-IT14-IT14模具的磨损及模具刃口在压力作用下产生的弹性变形也会影响到间隙及冲裁件应力状态的改变,对冲裁件的质量会产生综合性影响。4.1.2 对模具寿命的影响冲裁模具的寿命以冲出合格制品的冲裁次数来衡量,分两次刃磨间的寿命与全部磨损后的总寿命。冲裁过程模具的损坏有磨损、崩刃、折断、啃坏等多种形式。影响模具寿命的因素很多,有模具 图4-1 间隙与磨损的关系间隙；模具制造材料和精度、表面粗糙度;被加工材料特性；冲裁件轮廓形状和润滑条件等模具间隙是其中的一个主要因素。因为在冲裁过程中,模具端面受到很大的垂直压力和侧压力,而模具表面与材料的接触面仅局限在刃

47、口附近的狭小区域,这就意味着即使整个模具在许用压应力下工作,但在模具刃口处所受的压力也非常大。这种高的压力会使冲裁模具和板材的接触面之间产生局部附着现象,当接触面发生相对滑动时,附着部分便发生剪切而引起磨损附着磨损。其磨损量与接触压力、相对滑动距离成正比,与材料屈服强度成反比。它被认为是模具磨损的主要形式。当模具间隙减小时,接触应力垂直力、侧压力、摩擦力会随之增大,摩擦距离随之增长,摩擦发热严重,因此模具磨损加剧图4-1,甚至使模具与材料之间发生粘结现象。而接触压力的增大,还会引起刃口等异常损坏。这些都导致模具寿命大大降低。因此适当增大模具间隙,可使凸、凹模侧面与材料间的摩擦减小,并减缓间隙不

48、均匀的不利因素,从而提高模具寿命。但间隙过大,板料的弯曲拉伸相应增大,使模具刃口端面上的正压力增大,容易产生崩刃或产生塑性变形使磨损加剧,降低模具寿命。同时,间隙过大,卸料力会随之增大,也会增加模具的磨损。所以间隙是影响模具寿命的有一个重要因素。 模具刃口的磨损,带来刃口的钝化和间隙的增加,使制件尺寸精度降低,冲裁能量增大,断面粗糙。刃口的钝化会使裂纹发生点由刃口端面向侧面移动,发生在刃口磨损部分终止处,从而产生大小和磨损量相当的毛刺凸模刃口磨钝,毛刺产生在落料件上,凹模刃口磨钝,毛刺产生在孔上,所以必须注意尽量减小模具磨损。为提高模具寿命,一般需要增大间隙,使2/t达到15%25%,模具寿命

49、可提高35倍,若采用小间隙,就必须提高模具硬度与模具制造精度,在冲裁刃口进行充分的润滑,以减小磨损。4.1.3 对冲裁力、卸料力的影响当间隙减小,凸模压入板材的情况接近挤压状态,材料所受拉应力减小,压应力增大,板料不易产生裂纹,因此最大冲裁力增大；当间隙增大,板料所受拉应力增大,材料容易产生裂纹,因此冲裁力减小。继续增大间隙值,凸、凹模刃口产生的裂纹不相重合,会发生二次断裂,冲裁力下降变缓。间隙大小对卸料力的影响可见间隙增大时,而冲裁件光滑带窄,落料件尺寸偏差为负,冲孔件尺寸偏差为正,因此使卸料力推件力或顶件力减小。间隙继续增大时,而毛刺增大,卸料力、顶件力迅速增大。4.2合理间隙的选用由以上

50、分析可知,凸、凹模间隙是冲裁过程最重要的工艺参数,它对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。因此,设计模具时,一定要选择一个合理的间隙,使冲裁件的断面质量好,尺寸精度高,模具寿命长,所需冲裁力小。但严格来说,并不存在一个同时满足所有理想要求的合理间隙。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损,生产常是选择一个适当的围,就可以基本满足以上各项要求,冲出合格制件。这个围的最小值称为最小合理间隙,最大值称为最大合理间隙。 考虑到模具在使用过程中的逐步磨损,设计和制造新模具时应采用最小合理间隙确定合 图4-4合理冲裁间隙的确定理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。一理论计算法确定间

51、隙时理论计算的依据主要是：在合理间隙的情况冲裁时,材料在凸、凹模刃口处产生的裂纹成直线会合。从图4-4所示的几何关系可得出计算合理间隙的公式： 式中产生裂纹时的凸模压入深度mm；料厚mm；最大切应力方向与垂线间夹角即裂纹方向角。由于这种方法用起来不方便,所以目前生产上普遍使用的是查表选取法。表4 -2 与值材料%t4软钢中硬钢硬钢75706560544770656055474565555548443850404535352556454二查表选取法 如上所述,间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关,但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同,以及生产条件的差异,在生产实践中就很难有一种统一的

52、间隙数值,各种资料中给的间隙值并不相同,有的相差较大,选用时应按使用要求分别选取。对于断面质量和尺寸精度要求高的工件,应选用小的间隙值,而对于精度要求不高的工件,则应尽可能采用大间隙,以利于提高模具寿命、降低冲裁力。同时还必须结合生产条件,根据冲裁件尺寸和形状、模具材料和加工方法、冲压方法及生产率等,灵活掌握、斟情增减。本模具设计冲裁间隙的选取,参考表4-3选取。表4-3 冲裁模具初始双面间隙Zmm材料厚度tT8、451Cr18Ni9Q215Q235 35CrMoQSnP10-108F、10、15 H62、T1、T2、T3L2、L3、L4、L50.350.030.040.090.110.140

53、.190.230.280.370.480.050.080.120.150.180.230.270.320.430.540.020.030.060.080.100.130.170.200.250.330.050.070.100.120.140.170.220.240.310.390.010.020.040.050.070.080.120.130.160.210.030.040.070.080.100.120.160.180.220.27-0.020.0250.040.050.060.070.080.110.14-0.030.0450.060.070.100.110.120.170.200.5 0

54、.81.01.21.51.82.02.53.0本模具所冲裁的材料为10钢,材料厚度为1.2mm,查表得：=0.33mm,=0.39mm.4.3 模具刃口尺寸的计算5冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度,合理的间隙的数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此,正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务之一。一计算原则由于凸、凹模之间存在间隙,所以冲裁件断面都是带有锥度的,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用过程中,落料件是以大端尺寸为 基准,冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中,凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦,凸模越磨越小,凹模越磨越大,

55、结果使间隙越用越大。因此,在确定凸、凹模刃口尺寸时,必须遵循下述原则：1落料模先确定凹模尺寸,其标称尺寸应取接近或者等于制件的最小极限尺寸,以保证凹模磨损到一定尺寸围,也能冲出合格制件,凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。2冲裁模先确定凸模刃口尺寸,其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺寸,以保证凸模磨损到一定尺寸围,也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。3选择模具刃口制造公差时,要考虑工件精度与模具精度的关系,既要保证工件的精度要求,又要保证有合理的间隙值。一般冲裁件精度较工件精度高23级。若零件没有标注意公差,则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14

56、级精度来处理,圆形件一般可按IT10级精度来处理,工件尺寸公差应按入体原则标注为单向公差,所谓入体原则是指标注工件尺寸时应向材料实体方向单向 图4-5间隙变动值的围标注,即：落料件正公差为零,只标注负公差；冲孔件负公差为零,只标注正公差。二计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关,基本上可分为两类。1.凸模与凹模分开加工凸、凹模分开加工,是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件,为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间隙,不仅凸、凹模分别标注公差凸模,凹模,而且要求有较高的制造精度,以满足如下条件：或取也就是说,新制造的模具应该是,否则制造的模具间隙已超过允许的变动围,影响模具的使用寿命。 图4-5 2.凸模与凹模配合加工 对于冲制件形状复杂或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模或凹模作为基准件,然后根据此基准件的实际尺寸,配作凹模或凸模,使他们保持一定距离。因此,只需在基准件上标注尺寸及公差,另一件只标注标称尺寸,并注明尺寸按凸模或凹模配作,保证双面间隙。这样。可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制,制造容易,并容易