支架弯曲件落料冲孔弯曲冲压模具设计【含CAD图纸、说明书】
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I 支架弯曲冲压模具设计 摘 要 随着中国工业不断地发展,模具行业也显得越来越重要。本文针对支架弯曲 件的冲裁工艺性和弯曲工艺性,分析比较了成形过程的三种不同冲压工艺(单工 序、复合工序和连续工序),确定用一幅级进模完成落料、冲孔和一幅单工序模 完成弯曲的工序过程。介绍了支架弯曲件冷冲压成形过程,经过对支架的批量生 产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究,按照不降低使用性能为前 提,将其确定为冲压件,用冲压方法完成零件的加工,且简要分析了坯料形状、 尺寸,排样、裁板方案,冲压工序性质、数目和顺序的确定,进行了工艺力、压 力中心、模具工作部分尺寸及公差的计算,并设计出模具。还具体分析了模具的 主要零部件(如冲孔凸模、落料凸模、卸料装置、弯曲凸模、垫板、凸模固定板 等)的设计与制造,冲压设备的选用,凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加 工工艺过程。列出了模具所需零件的详细清单,并给出了合理的装配图。通过充 分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结构改进、优化设计、优化工艺方 法能大幅度提高生产效率,这种方法对类似产品具有一定的借鉴作用。 关键词:支架,模具设计,级进模,冲孔落料,弯曲 II STENTS BENDINGS PARTS STAMPING MOULD DESIGN ABSTRACT With Chinas industrial developing constantly, mold industry is becoming more and more important. Based on the stent bending blanking process and bending process, Comparative analysis of the process of forming three different stamping process (single processes, complex processes and continuous processes) confirm completion of the blanking, punching and a single procedure completed the bending modulus processes.On the cover of the cold bending stents, right after the cover of the mass production, quality components, and the use of structural components of the analysis, research, in line with lower performance prerequisite to the identification of stampings, Stamping method used to complete the processing components, and a brief analysis of the blank shape, size, layout, the conference board, stamping processes in nature, number and sequence determination. For the process, the center of pressure, the die size and the tolerance of the calculation, design mold. Also analyzes the mold of the main components (such as mould, punch hole punch, unloader device, punch, plate, bending plate etc) design and manufacturing, stamping equipment selection, punch-gap adjustment and establishment of a vital parts machining process. Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. By fully utilizing modern manufacturing technology to mold traditional mechanical parts for structural improvements, design optimization, process optimization methods can greatly enhance production efficiency, the method of similar products have some reference. KEY WORDS: stents, mold design, progressive die, punching blanking, bending III 目 录 前 言 .1 第 1 章 对加工零件的工艺分析 .2 1.1 零件分析 .2 1.1.1 零件简图 .2 1.1.2 冲压件的工艺分析 .2 1.1.3 分析比较和确定工艺方案 .3 第 2 章 冲裁模 .5 2.1 冲压模具工艺与设计计算 .5 2.2 工作力的计算 .7 2.2.1 落料力 .7 2.2.2 冲孔力 .7 2.2.3 卸料力 .8 2.2.4 推料力 .8 2.2.5 冲侧刃缺口的力 .8 2.2.6 总冲压力 .9 2.3 确定模具压力中心 .9 2.4 计算凸、凹模刃口尺寸 .12 2.4.1 冲孔部分 .13 2.4.2 落料部分 .14 2.5 成型零部件的结构设计 .15 2.5.1 冲孔凸模结构设计 .15 2.5.2 落料凸模结构设计 .16 2.5.3 凹模结构设计 .17 2.6 模具总体设计 .17 2.6.1 选择模具结构形式 .17 2.6.2 操作方式 .18 2.6.3 模架类型 .18 2.6.4 定位方式选择 .18 2.6.5 卸料与出件方式选择 .18 IV 2.6.6 导向方式选择 .18 2.6.7 定位零件设计 .19 2.6.8 导料板设计 .19 2.6.9 卸料板设计 .20 2.6.10 垫板设计 .20 2.6.11 模柄选择 .21 2.6.12 凸模固定板设计 .22 2.6.13 导柱导套选择 .23 2.6.14 模座选择 .23 2.6.15 螺钉、销钉的选用 .24 2.6.16 装配图设计 .24 2.6.18 冲压设备的选择 .25 第 3 章 弯曲模 .26 3.1 冲压零件的工艺分析 .26 3.2 模具结构 .26 3.3 必要的的计算 .27 3.3.1 弯曲力的计算 .27 3.3.2 弹顶器的计算 .28 3.3.3 回弹量的确定 .28 3.3.4 弯曲凸模的圆角半径 .28 3.3.5 弯曲凹模的圆角半径及其工作部分的深度 .28 3.3.6 弯曲凸模和凹模之间的间隙 .29 3.3.7 弯曲凸模和凹模宽度尺寸的计算 .29 3.4 模具总体设计 .30 3.4.1 凹模结构设计 .30 3.4.2 凸模结构设计 .31 3.4.3 定位板结构设计 .31 3.4.4 模柄选择 .32 3.4.5 模架的选取 .32 3.4.6 销钉的选用 .33 3.4.7 压力机的选取 .34 V 3.4.8 装配图设计 .34 第 4 章 模具的技术条件 .36 4.1 表面粗糙度及标准 .36 4.2 加工精度 .37 4.2.1 尺寸偏差 .37 4.2.2 形位公差 .37 4.2.3 配合要求 .38 结 论 .39 致 谢 .40 参考文献 .41 1 前 言 冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力,使其产生分离或塑性 变形,从而获得所需要零件(俗称冲压件或冲件)的一种压力方法。因为它通常 是在压力机室温状态下进行加工,所以称为冷冲压。 冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工,便于实现自动 化,生产率很高,操作简便。对于普通压力机,每台每分钟可生产几件到几十件 冲压件,而高速冲床每分钟可生产数百件甚至几千件以上冲压件。冷冲压所获得 的零件一般无需进行切削加工,因而是一种节省能源、节省原材料的无或少切削 加工方法。由于冷冲压所用原材料多是表面质量好的板料或带料,冲件的尺寸公 差由冲模来保证,所以尺寸稳定、互换性好。冷冲压产品壁薄、质量轻、刚性好, 可以加工成形状复杂的零件,小到钟表的秒针、大到汽车纵梁、覆盖件等。 但由于冲模制造一般是单件小批量生产,精度高,技术要求高,是技术密集 型产品,制造成本高。因而,冷冲压生产只有在大批量的情况下才能获得较高的 经济效应。 综上所述,冷冲压与其他加工方法相比,具有独到的特点,所以在工业生产 中,尤其在大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门都越来越多采用冷冲 压加工产品零部件,如机械制造、车辆生产、航空航天、电子、电器、轻工、仪 表及日用品等行业。在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当大,不少过去 用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件,现在已被质量轻、刚度好的冲压件所 代替。通过冲压加工,大大提高了生产率,降低了成本。可以说,如果在生产中 不广泛采用冲压工艺,许多工业部门的产品 要提高生产率、提高质量、降低成 本,进行产品的更新换代是难以实现的。 随着科学技术的进步和社会的发展,产品对模具的要求愈来愈高,传统的模 具设计与制造方法已经不能适应产品及时代更新的需要。特别是 90 年代以来, 工业产品的品种和数量不断增加,对产品质量、样式和外观提出新的要求,使模 具需求量增加,对模具的质量要求也越来越高,模具技术直接影响直接造业的发 展,产品更新换代和产品竞争力。因此迅速提高模具的技术水平已成为当务之急。 2 第 1 章 对加工零件的工艺分析 1.1 零件分析 1.1.1 零件简图 如图 1-1 所示: 图 1-1 零件图 1.1.2 冲压件的工艺分析 1. 材料:Q235-A 钢为普通碳素结构钢,具有良好的塑性、焊接性以及压力 加工性,主要用于工程结构和受力较小的机械零件。综合评适合冲裁加工。 2. 工件结构:工件形状比较简单,孔边距大于凸凹模允许的最小壁厚 3 (a=6),故可以考虑采用连续冲压工序。 3. 尺寸精度:零件图上未注公差,属于自由公差,按 IT14 级确定工件尺寸 的公差,一般冲压均能满足其尺寸精度要求。 4. 结论:可以冲裁 该工件是典型的冲裁件,其特点是工件尺寸不大,且上下左右对称,材料 强度不高,由于工件尺寸没有明显角标注,故属于一般冲裁件。冲裁件剪断面 的表面粗糙度经查表得为 50Ra/mm,需要采用 IT12 级的冲裁模,便可满足零件 的精度要求,模具制造精度为 IT10 级。 该工件外形整体呈梯形,且上下左右对称。由所给工件图可以看出,工件上 有四个圆孔,圆直径为 8mm,两半圆弧半径为 8 mm。 该零件形状较简单、对称,是由圆弧和直线组成的。冲裁件所能达到的经济 精度为 IT12 IT13。将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较,可以认 为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其他尺寸标注、生产批量等情 况,也均符合冲裁的工艺要求,故决定采用级进冲裁模进行落料冲孔加工和单工 序模进行弯曲成形。 1.1.3 分析比较和确定工艺方案 从零件的结构特点以及冲压变形特点来看,该零件冲压工序性质有冲孔、落 料、两种。根据工序性质可能的组合情况,该零件可能的冲压方案有: 该工件包括冲孔、落料两个基本工序,可有以下三种工艺方案: 方案一:先落料,后冲孔。采用单工序模生产。 方案二:落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三:冲孔-落料连续冲压。采用连续模生产。 方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以 满足中批量生产要求。 方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,模具强度较差, 制造难度大,同时落料、冲孔需要很大的冲裁力,这样就必须使用大的冲压 设备,造成能量的浪费,同时模具各部分的强度、刚度难保证。并且冲压后 成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会影响冲压速度,操作不方便。 如果凸凹模内积存有废料,则对凸凹模的胀形力就会增加,而容易胀裂刃口, 4 为安全起见,应避免凸凹模内积存废料。 方案三也只需一副模具,生产效率高,将零件结构的内外形分解为简单形状 的凸模或凹模,在不同工位上分步逐次冲压,提高了模具强度和模具寿命,操作 方便,工件精度也能满足要求。由于工件和孔废料都可由压力机台下排出,操作 方便安全,生产效率高,同时连续模上如果没有弹性(弹簧和橡皮)卸料装置, 就能在高速冲床上进行连续冲压,而复合模是有困难的。可以利用已冲的孔进行 导正销定位,从而保证了工件的精度。 通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。 1.1.4 弯曲件的工艺分析 本工件在冲孔落料的基础上,只需一尺弯曲即可成型,确定工艺方案为一次 弯曲。弯曲部位为底部四个角。并且为中批量生产,采用一次弯曲连续进行。 5 第 2 章 冲裁模 2.1 冲压模具工艺与设计计算 1. 排样设计与计算 排样是否合理,经济型是否好,可用材料利用率来衡量。材料利用率是指零件 的实际面积与材料面积的百分比。.要提高材料利用率,主要应从减少工艺废料着 手,即设计合理安排方案,选择合适的板料规格及合理的裁料法(废料冲制小件。 在不影响料头,料尾),利用废料冲制小件。在不影响设计要求的情况下,改善 零件结构。 本工件可采用连续排样方案,如图 1-2 所示: 图 1-2 排样图 为节约材料,应合理确定搭边值.查表取搭边 ,2.0ma= 。20m 6.a1= 计算冲压件一个进距的材料利用率: (2-1)10%10S=AB 式中: 一个布局内零件冲裁件面积, ;1 2m 一个布局内所需毛坯面积, ;0S 条料宽度, ;B 送料进距, ;A (1) 送料步距 :=D+a 式中 平行于送料方向的冲裁件的宽度; 6 冲裁件之间的搭边值;A =90+2=92 1m =150.5 2 (2) 送料宽度 : 当导料板板之间有侧压装置时或用手将条料贴近单边导料板(或两个导正 销)时,条料宽度按下式计算: (2-2)01-+)B=(D2a 式中 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸; 冲裁件与条料侧边之间的搭边;1a 板料剪裁时的下偏差; 当条料在无侧压装置的料板之间送料时,条料宽度按下式计算: 0-DB=(+2a1b) 式中 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸;D -冲裁件与条料侧边之间的搭边;1a 板料剪裁时的下偏差; 条料与导料板之间的间隙;0b 0011=(8+26.58)9.Bm 2. 条料利用率: 15.934.0S2 22187=48+8.sin156.19m2 3067.0%6.21359 ( ) 7+ 3. 整个板料的利用率 (2-20nSLB 3) 式中 : 条料(或整个板料)上实际冲裁的零件数;n 条料(或板料)长度;L 条料(或板料)宽度;B 一个零件的实际面积。2S 7 选取 的钢板m30m95L/B/= 可计算 24815.6n0307.910%8.72S%LB 2.2 工作力的计算 冲裁一个零件的周边长度 L 外轮廓周边长度 :1l7848075.22.m3601l 孔周边长度 :2l1.4m2l 2.2.1 落料力 (2-4) F=KLt落 其中: K刃口磨损,间隙波动,料厚等因素设置的安全系数,取 1.3; 冲裁力,单位为 N落 冲裁周边,单位为 mm 材料抗剪强度,单位为 Mpa 材料厚度,单位为 mmt1.327.836028.3=27.8m60Mpa1FKLNt落查 表 2.2.2 冲孔力 (2-5) F=KLt冲 其中: 刃口磨损,间隙波动,料厚等因素设置的安全系数,取 8 1.3; 冲裁力,单位为 NF冲 冲裁周边,单位为 mmL 材料抗剪强度,单位为 Mpa 材料厚度,单位为 mm t1.30.48236940.28N=0.48m26MpaFKLt冲查 表 2.2.3 卸料力 (2-6) F=K卸 卸 落 其中: 落料力,单位为 N;落 卸料力系数,其值为 0.020.06 卸 经查表得 0.45卸 .268.3170NF=K卸 卸 落 2.2.4 推料力 (2-7)F=nK推 推 冲 其中: 冲裁力,单位为 N;冲 推料力系数,其值为 0.030.07;推 经查表得 0.5K推 3.94.281075N F=n推 推 冲 凹模刃口高度取 6mm,则 6/=3 9 2.2.5 冲侧刃缺口的力 ( 2-8) FKLt冲 其中: 刃口磨损,间隙波动,料厚等因素设置的安全系数,取 1.3; 冲裁力,单位为 N冲 冲裁周边,单位为 mmL 材料抗剪强度,单位为 Mpa 材料厚度,单位为 mmt1.36420594N=49m20Mpa2FKtLt冲 侧 刃查 表 2.2.6 总冲压力 2608.394.281703.417.5290445N F=+F总 落 冲 卸 推 冲 侧 刃 所以可选用规格为 630KN 可倾斜式压力机。 该模具采用固定卸料和下出料方式。 2.3 确定模具压力中心 冲裁时冲裁力的合力作用点称为压力中心,在设计模具时,要求模具的模柄 中心(一般情况下也是凹模的几何中心)与压力中心重合,对于要求不高或冲裁 力较小间隙较大的模具,压力中心不允许超出模柄投影面积范围,否则产生偏载, 使模具导向部分偏斜,影响凸凹模间隙,加速模具磨损,降低制件质量和模具寿 命,造成严重后果。确定压力中心就是为了合理的确定模具结构。 求压力中心的方法是:采用求空间平行力系的合力作用点。按比例画出排样 图,选定坐标系 xOy。如图 2-3 所示: 10 图 2-3 解析法解压力中心图 压力中心的计算: 25.1633107.1539.1223 34445L= X= Y L 26940 426356 6777888999 Y=X= L Y5106.33.25.107.845.63417.1 0 2 213 34= X =L Y.6.9.79.43533151516 6717 =X=L Y 11 25.16325.1(-3)25.10725.1(-3)25.163ni=1ini=1ini=12in i=12ini=13i LXXYYLXXLYYXXL冲 孔 凸 模冲 孔 凸 模冲 孔 凸 模 冲 孔 凸 模冲 孔 凸 模 25.1(-3)25.10725.1(-3)1539.41526.442063ni=13ini=1 4ini=14ini=1iYYLXXYYLXX冲 孔 凸 模冲 孔 凸 模冲 孔 凸 模侧 刃 2.95154349426514715ni=1 iLYY 侧 刃 12 90-6.83-25.96(-107.8)35(-.4)6(-10.2)4(-6.8)35(-9.7)(-3.)903.614ni=1ini=1iLXLY落 料 凸 模落 料 凸 模 ( ) ( ) 9.35.6-174.-4-13.594.-309356.5.( ) ( ) ( ) ( ) ( )25.163.21075.632.1076432.951.4-6.85-9.4 25.1-325.1-325.1-325.1-3647291.5ni=10ini=10iLXLY( )( ) ( ) ( ) ( ) 9.6.4 所以压力中心(-19.34,6.4) 故模具压力中心在模柄的投影范围之内,故符合要求。 2.4 计算凸、凹模刃口尺寸 凸、凹模刃口尺寸精度决定的合理与否,直接影响冲裁件的尺寸精度及合理 间隙值能否保证,也关系到模具的成本和使用寿命。 13 1. 保证冲出合格的零件; 2. 保证模具有一定的使用寿命; 3. 考虑冲模制造修理方便、降低成本。 因此,计算凸、凹模的刃口尺寸是一项重要的工作。 计算冲模凸、凹模刃口尺寸的依据为: 1. 冲裁变形规律,即落料件尺寸与凹模刃口尺寸相等,冲孔尺寸与凸模刃口 尺寸相等。 2. 零件的尺寸精度。 3. 合理的间隙值。 4. 磨损规律,如圆形件凹模尺寸磨损后变大,凸模磨损后变小,间隙磨损后 变大。 5. 冲模的加工制造方法。 2.4.1 冲孔部分 (2- 0min-+id=xz凸凹凸凹 凸 ( )( ) 9) 查表得间隙值 : =0.246mm minz =0.360mm ax 0.36.240.1min- 查表得凸、凹模制造公差: =-0.020mm 凸 =+0.020mm 凹 查表取因数 : =0.5x 校核 : |+|=0.4.1m凹 凸 故能满足加工时: axin|z凹 凸 14 00min- -.2-.0+.+2id=x(7.56)=8mz844凸 凹凸凹 凸 ( )( ) 2.4.2 落料部分 工件如图 1-4 所示: 图 2-4 工件图 落料凹模基本尺寸计算如下: 0-()maxinDZ 凹凸+凹 0凸 凹 ( -) (2-10 ) 查表的间隙值 =0.360mm maxz =0.246mmin 0.36.240.1maxi- a b c c d d 5 25. . 03 0.2.凹 凸凹 凸 a凹 凸凹 凸 校核: 15 |+|=0.5.14m|.凹 a凸凹 b凸凹 c凸凹 d凸 查表可得: abcda=90.4 X=0.75b752 c. .dR83 故可计算得: 0.350.350-.25-.20.30.3(9.47)91m1-684(5.)73-aabb+a max0in-ba x0bmin-D=(Z)() 凹凸 凹凸凹凸 凹凹凸 凹 ( )( ) 0-.2-.20.30.30-.25-.20.0(4.74)11-68m(8.3)ccd+ca x0cin-da mx0D=(Z)= 凹凸 凹凹凸 凹凹凸 ( )( ) 0-.2-.2-6 ddin-()凸凹 2.5 成型零部件的结构设计 2.5.1 冲孔凸模结构设计 冲规则圆形孔的凸模,采用台阶式。尺寸标注如图 1-5 所示: 16 图 2-5 冲孔凸模 2.5.2 落料凸模结构设计 落料的凸模采用直通式,其尺寸标注如图 2-6 所示: 图 2-6 落料凸模 17 2.5.3 凹模结构设计 考虑到本例为中批生产, 凹模的刃口形式,应采用刃口强度较高的凹模。 凹模的外形尺寸,按式 H=Kb 和 c=(1.52)H 式中 b-冲裁件的最大外形尺寸; K-系数,考虑板料厚度的影响; 可得:H=0.28 90=25.2mmc 取 1.2H=30.2mm,即取凹模厚度为 32mm.符合要 求.尺寸标注如图 2-7 所示: 图 2-7 凹模 2.6 模具总体设计 2.6.1 选择模具结构形式 确定工艺方案以后,应通过分析比较,选择合理的模具结构型式,使它尽可 能满足以下要求: 1. 能冲出符合技术要求的工件 2. 能提高生产率 3. 模具制造和修模方便 18 4. 模具有足够的寿命 5. 模具易于安装调整,且操作方便、安全 模具结构型式采用连续模。 2.6.2 操作方式 冲压时,条料从右边送入,用始用挡料销限位,上模下行时,冲孔凸模先将 四个孔冲出。松开始用挡料销,条料继续向左送进,由三角型块挡料,这时已冲 出四个孔移至落料工位上。上模再次下行,完成外形落料,与此同时,在冲孔工 位的条料上又冲出四个孔。落料凸模上装有导正销,落料时导正销先进入工件的 孔内定位,用以控制步距和提高孔与落料外形的位置精度。 2.6.3 模架类型 由于在冲孔落料过程中有偏心载荷,且材料幅度相对较大,可靠性有好故采 用对角导柱式模架 2.6.4 定位方式选择 因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用导料板,无侧压装置。 控制条料的送进步距采用一个三角形挡料块初定距,导正销精定距。而第一件的 冲压位置由始用挡料销控制。 2.6.5 卸料与出件方式选择 因为工件料厚为 2mm,采用固定卸料板。又因为是连续模生产,所以采用下 出件比较便于操作与提高生产效率。 2.6.6 导向方式选择 采用对角导柱模架。因为对角导柱模架的特点是导向装置在两对角,横向和 纵向送料都比较方便,但如果有偏心载荷,压力机导向精确,不会造成上模歪斜, 导向装置和凸、凹模都不易磨损,从而不影响模具寿命。 19 2.6.7 定位零件设计 落料凸模下部设置两个导正销,导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考 虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面 lmm ,导正销采用 H7/r6 安装在落料 凸模端面,导正销导正部分与导正孔采用 H7/h6 配合。导正销导正部分的高度 h 与料厚 t 及导正孔有关,一般取 h=(0.81.2)t,料薄时取大值,导正孔大时取大值, 也可查有关冲压资料。 2.6.8 导料板设计 导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙一侧 取 2mm,一侧取 6mm,这样就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度取 10mm。 导料板采用 45 钢制作,热处理硬度为 4045HRC 。如图 2-8 所示: 图 2-8 导料板 20 2.6.9 卸料板设计 当卸料板仅起卸料作用时,凸模与卸料板的双边间隙取决于板料厚度,一般 在 0.5-1.0mm 之间,板料薄时取小值;板料厚时取大值。当固定卸料板兼起导板 作用时,一般按 H7/h6 配合制造,但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹模之 间的冲裁间隙,以保证凸、凹模的正确配合。 固定卸料板的卸料力大,卸料可靠。因此,当冲裁板料较厚(大于 0.5mm)、 卸料力较大、平直度要求不很高的冲裁件时,一般采用固定卸料装置。 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为 8mm。卸料板采用 45 钢 制造,淬火硬度为 4348HRC。如图 2-9 所示: 图 2-9 卸料板 2.6.10 垫板设计 垫板主要用于承受冲击力,垫板相对于固定板稍有移动不会影响正常工作, 垫板上只有螺钉、销钉过孔(螺钉、销钉穿过垫板故称过孔),孔径比穿过的螺 钉、销钉的直径大 1mm,孔距与固定板上的相同。垫板的加工无特殊要求。材料 为 45 钢,淬火 4348HRC。尺寸一般与固定板相同,尺寸为 315mm200mm,厚 度为 10mm。如图 2-10 所示: 21 图 2-10 垫板 2.6.11 模柄选择 采用压入式模柄,它与模座孔采用过渡配合 H7/m6、H7/h6。这种模柄可较 好保证轴线与上模座的垂直度。适用于各种中、小型冲模,生产中最常见。 模柄材料通常采用 Q235 或 A5 钢,其支撑面应垂直于模柄的轴线(垂直度不 应超过 0.02:100)。如图 2-11 所示: 图 2-11 模柄 22 2.6.12 凸模固定板设计 将凸模或凹模按一定相对位置压入固定后,作为一个整体安装在上模座或下 模座上。模具中最常见的是凸模固定板,固定板分为圆形固定板和矩型固定板两 种,主要用于固定小型的凸模和凹模。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的 0.60.8 倍,其平面尺寸可与凹模、 卸料板外形尺寸相同,但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安 装孔与凸模采用过渡配合 H7/m6、H7/n6,压装后将凸模端面与固定板一起磨 平。固定板材料一般采用 Q235 或 A3。凸模固定板的型孔位置应与凹模型孔 位置一致,型孔尺寸与凸模成 0.01mm 的双边过盈,保证板平面与凸模的中心 线有良好的垂直度,上下平面磨平,与凸模安装孔的轴线垂直,基准面的表 面粗糙度为 Ra=1.6m0.8m,另一非基准面可适当降低要求。为保证安 装固定牢靠,固定板要有足够厚度,设计中取凸模固定板厚度为 25mm。外形 尺寸与卸料板外形尺寸一致。螺钉销钉孔位置要与其他板件的一致。 如图 2-12 所示: 图 2-12 凸模固定板 23 2.6.13 导柱导套选择 导柱和导套一般采用过盈配合 H7/r6 分别压入下模座和上模座的安装孔中。 导柱、导套之间采用间隙配合,其配合尺寸必须小于冲裁间隙。 导柱、导套一般选用 20 钢制造。为了增加表面硬度和耐磨性,应进行表面 渗碳处理,渗碳后的淬火硬度为 5862HRC。 2.6.14 模座选择 模座一般分为上、下模座,其形状基本相似。上、下模座的作用是直接或间 接地安装冲模的所有零件,分别与压力机滑块和工作台连接,传递压力。因此, 必须十分重视上、下模座的强度和刚度。模座因强度不足会产生破坏;如果刚度 不足,工作时会产生较大的弹性变形,导致模具的工作零件和导向零件迅速磨损, 这是常见的却又往往不为人们所重视的现象。 在选用和设计时应注意如下几点: 1. 尽量选用标准模架,而标准模架的型式和规格就决定了上、下模座的型式 和规格。如果需要自行设计模座,则圆形模座的直径应比凹模板直径大 3070mm,矩形模座的长度应比凹模板长度大 4070mm,其宽度可以略大或等 于凹模板的宽度。模座的厚度可参照标准模座确定,一般为凹模板厚度的 1.01.5 倍,以保证有足够的强度和刚度。对于大型非标准模座,还必须根据实际需要, 按铸件工艺性要求和铸件结构设计规范进行设计。 2. 所选用或设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应, 并进行必要的校核。比如,下模座的最小轮廓尺寸,应比压力机工作台上漏料孔 的尺寸每边至少要大 4050mm。 3. 模座材料一般选用 HT200、HT250,也可选用 Q235、Q255 结构钢,对于 大型精密模具的模座选用铸钢 ZG35、ZG45。 4. 模座的上、下表面的平行度应达到要求,平行度公差一般为 4 级。 5. 上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致,精度一般要求在 0.02mm 以下;模座的导柱、导套安装孔的轴线应与模座的上、下平面垂直,安 装滑动式导柱和导套时,垂直度公差一般为 4 级。 6. 模座的上、下表面粗糙度为 Ra1.6 0.8m,在保证平行度的前提下,可允 许降低为 Ra3.21.6m。 24 2.6.15 螺钉、销钉的选用 螺钉用于固定零件,而销钉则起定位作用,螺钉要尽量在被固定件的外形轮 廓附近均匀分布,销钉要尽量对角分布。螺钉和销钉都是标准件,设计模具时按 标准件选用即可。本设计中螺钉全部用内六角头螺钉,销钉全部为圆柱销钉。 上 模 座 6 个内六角螺钉: GB 70-86 M1070 2 个圆柱销钉: 销 GB 119-86 A850 下 模 座 6 个内六角螺钉: GB 70-86 M1080 4 个销钉: 销 GB 119-86 A870 2.6.16 装配图设计 如图 2-13 所示的模具总装配图, 图 2-13 落料冲孔装配图 2.6.17 模架的选取 模架选用适用中等精度,中尺寸冲压件的三导柱模架。 模架具体数据如下: 上模座: L/mmB/mmH/mm31520045 GB-T 2855.1-90 HT200 下模座: L/mmB/mmH/mm = 31520050 GB-T 28552-90 HT200 25 导 柱 1: d/mmL/mm40180 GB-T2861.1 导 套 1: d/mmL/mmD/mm=4018043 GB-T2861.6 导 柱 2: d/mmL/mm35180 GB-T2861.1 导 套 2: d/mmL/mmD/mm=3518043 GB-T2861.6 2.6.18 冲压设备的选择 选用开式双柱可倾式压力机(J23-63),其部分参数如下: 公称压力: 630KN 滑块行程: 130mm 行程次数: 50 次/min 连杆调节长度: 80mm 最大装模高度: 280mm 装模高度调节量: 65mm 工作台尺寸前后左右: 480mm710mm 模柄孔尺寸直径深度: 5070mm 机身可最大倾斜角: 30 立柱间距离: 350mm 垫板厚度: 80mm 垫板孔径: 250mm 电动机功率: 5.5KW 26 第 3 章 弯曲模 图 3-1 工件图 3.1 冲压零件的工艺分析 本工件在前面冲孔落料的基础上,只需一尺弯曲即可成型,确定工艺方案为 一次弯曲。弯曲部位为底部四个角,。并且为中批量生产,采用一次弯曲连续进 行。 3.2 模具结构 工件在弯曲工程中极易滑动,必须采取定位措施,采用定位板来进行定位。 27 3.3 必要的的计算 3.3.1 弯曲力的计算 1. 形自由弯曲力计算有公式 (3-1) 2b0.7KtrF自 式中: -冲压行程结束时的自由弯曲力;自 K-安全系数,一般去 K=1.3; b-弯曲件的宽度( mm); t-弯曲材料的厚度(mm); r-弯曲件的内弯曲半径( mm); -材料的强度极限(Mpa)。b 有零件图可知 b=20mm t=2mm r=2mm 查表可知 =450Mpab 故 2b0.7132450819N0.7KtrF自 工件有两处弯曲 故 =16.38KN68N总 自 顶件力和卸料力 值可近似去自由弯曲力的 30%80%,Q 即 =(0.30.8)QF自 取 0.5516380=9009N 故自由弯曲时, =16.38+9.009=25.389KNQ+F机 自 2. 形校正弯曲时的弯曲力有公式: (3-Ap校 2) 式中: -校正弯曲时的弯曲力(N);F校 A-校正部分的垂直投影面积( );2m p-单位面积上的校正力( Mpa)。 经计算得 A=4267 2m 28 经查表得 p=100Mpa =426.7KNFAp=426710N校 校正弯曲时,可忽略顶件力和卸料力,即 =426.7KNF校机 综上 按校正弯曲的力选择合适的压力机。 3.3.2 弹顶器的计算 弹顶器的作用是将弯曲后的工件顶出凹模。由于所需的顶出力很小,在正常 弯曲过程中,弹顶器的力不宜过大,应当小于单边的弯曲力,否则弹顶器将压弯 工件,使工件在直边部位出现变形。 选用橡胶聚氨酯弹性体。 有零件图可知:A=5867.119 t=2mm2m 查表可知: 37.8510/kg635.97.8510.92mAt kg02.GgN/.3=1F预 此力很小,远小于单边弯曲力,故符合要求,选用 4010090 的橡胶。 3.3.3 回弹量的确定 时,弯曲半径的回弹值不大,因此只考虑角度的回弹。查表可得r/t=15. 3.3.4 弯曲凸模的圆角半径 当弯曲件的相对弯曲半径 较小(小于 10)时,凸模圆角半径等于弯曲件r/t 的弯曲半径,但必须大于最小弯曲圆角半径(经查表可知材 为 Q235 的 2mm 的 工件的最小相对弯曲半径为 0.4)。 由于 ,可取 mm。r/t=14 t凹凹凹 ( 3-6)=-( 2) 由于材料 t=2mm, 取r凹 ( -) r4.5t=9m凹 弯曲凹模深度 要适当。若过小,则工件两端的自由部分较长,弯曲零件回0L 弹大,不平直。若过大,则浪费模具材料,且需较大的压力机行程。 弯曲 U 形件时,若弯边高度不大,或要求两边平直,则凹模深度应大于零件 高度。如果弯曲件边长较大,而对平直度要求不高时,可采用一部分工件弯曲之 后不再凹模之内。 该工件弯曲边长较大,故采用一部分工件弯曲之后不再凹模之内。经查表可 得: =20mm0L 3.3.6 弯曲凸模和凹模之间的间隙 对于 U 形弯曲件,凸模和凹模之间的间隙值对弯曲件回弹、表面质量和弯 曲力均有很大的影响。间隙愈大,回弹增大,工件的误差愈大;间隙过小,会 使零件边部壁厚减薄,降低凹模寿命。凸模和凹模单边间隙 Z 一般可按下式计 算: (3-maxZtct+ 3) 式中:Z-弯曲模凸模和凹模的单边间隙; t - 材料厚度基本尺寸; - 材料厚度的上偏差; c- 间隙系数。 当工件精度要求较高时,其间隙值应适当减小,取 。Z=t 经查表得: =0.15 c=0.05 故计算的:Z=2.25 30 3.3.7 弯曲凸模和凹模宽度尺寸的计算 弯曲凸模和凹模宽度尺寸计算与工件尺寸的标注有关。一般原则是:工件标 注外形尺寸则模具以凹模为标准间,间隙取在凸模上。反之,工件标注内形尺寸, 则模具以凸模为基准件,间隙取在凹模上。 当工件标注外形时,则: (3- +dmax0-L=.75(2Z)凹凸凹凸 凹 ( ) 4) 当工件标注内形时,则: (3- 0min-d+L=.75(2Z)凸凹凸凹 凸 ( ) 5) 式中: -弯曲件宽度的尺寸公差; 、 -凸模和凹模的制造偏差,一般按 IT9 级选用。凸 凹 经查表得: =1.2 =-0.074 凸 =+0.074凹 该工件采用标注内形: 经计算得: 00-.74-.74.79.45123m(203)min-d+0L=.5=(Z)凸凹凸凹 凸 ( ) ( ) 3.4 模具总体设计 3.4.1 凹模结构设计 如图 3-2 所示: 31 图 3-2 弯曲凹模 3.4.2 凸模结构设计 如图 3-3 所示: 图 3-3 弯曲凸模 3.4.3 定位板结构设计 如图 3-4 所示: 32 图 3-4 定位板 3.4.4 模柄选择 采用压入式模柄,它与模座孔采用过渡配合 H7/m6、H7/h6。这种模柄可较 好保证轴线与上模座的垂直度。适用于各种中、小型冲模,生产中最常见。 模柄材料通常采用 Q235 或 A5 钢,其支撑面应垂直于模柄的轴线(垂直度 不应超过 0.02:100)。如图 3-5 所示: 33 图 3-5 模柄 3.4.5 模架的选取 模架选滑动中间导柱标准模架: 下模座: /16040LmBHmm GB-T 2855.1090 HT200 上模座: / 35 GB-T 2855.990 HT200 导 柱 1: d/mmL/mm25130 GB-T2861.1 导 套 1: d/mmL/mmD/mm=258533 GB-T2861.6 导 柱 2: d/mmL/mm28130 GB-T2861.1 导 套 2: d/mmL/mmD/mm=288533 GB-T2861.6 3.4.6 销钉的选用 螺钉用于固定零件,而销钉则起定位作用,螺钉要尽量在被固定件的外形轮 廓附近均匀分布,销钉要尽量对角分布。螺钉和销钉都是标准件,设计模具时按 标准件选用即可。本设计中螺钉全部用内六角头螺钉,销钉全部为圆柱销钉。 上 模 座 6 个内六角螺钉: GB 70-86 M1040 2 个圆柱销钉: 销 GB 119-86 A840 下 模 座 6 个内六角螺钉: GB 70-86 M1080 4 个销钉: 销 GB 119-86 A880 3.4.7 压力机的选取 按校正弯曲计算的 选取压力机F校 选取开式双柱可倾式压力机(J23-63),其部分参数如下: 选用开式双柱可倾式压力机(J23-63),其部分参数如下: 34 公称压力: 630KN 滑块行程: 130mm 行程次数: 50 次/min 连杆调节长度: 80mm 最大装模高度: 280mm 装模高度调节量: 65mm 工作台尺寸前后左右: 480mm710mm 模柄孔尺寸直径深度: 5070mm 机身可最大倾斜角: 30 立柱间距离: 350mm 垫板厚度: 80mm 垫板孔径: 250mm 电动机功率: 5.5KW 3.4.8 装配图设计 如图 3-6 所示: 35 图 3-6 弯曲装配图 第 4 章 模具的技术条件 设计模具时,应根据模具零件的功能和固定方式及配合要求的不同,合理选 用其公差配合、形位公差及表面粗糙度。否则,将不仅直接影响模具的正常工作 和冲压件的质量,而且也影响模具的使用寿命和制造成本。 36 4.1 表面粗糙度及标准 为了较少金属流经模腔的阻力,降低摩擦和避免发生粘滞现象,模具表面必 须非常光洁,并应对整个模腔进行仔细研究。 表 4-1 模具零件粗糙度 4.2 加工精度 4.2.1 尺寸偏差 1. 凸、凹模有效部位工作尺寸的极限偏差,按 GB1804-79 规定的 IT7 级, 孔尺寸为 ,轴尺寸为 ,长度尺寸为 。7H7h7js 2. 模具中配合部位的尺寸,采取基孔制。工作及导向部分,采用七级精度 的第一种间隙配合 ;滑动部分 ;紧固部分 。67/89/hH67/mH 使 用 范 围 粗糙度 配 合 面 零 件 部 件 Ra0.2 1.抛光的成形面及表面 2.精密配合的滑动面 凸模成形端部,工作面圆角,导柱导套滑动 面 Ra0.4 1.凸模 2.凹模 工作表面,行腔表面、圆角,高精密导柱和 导套的压入面 1.零件的固定和支撑表面 凹模夹持固定,尾部端面和非工作不分;凹 模的外表面和上下表面;垫板和垫块平面; 凹模支承的断面及外表面 2.工作部分滑动表面 顶料杆与凹模;环形顶出器与凸模和凹模一 般精度的导柱、导套的滑动表面 3. 密合表面 横向分割凹模的接触面 4.导向表面 凸凹模自身导向的
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