垫片落料冲孔复合模设计-冲压模具【三维proe】【含CAD图纸和文档全套】
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凸型垫片冲模 班级 农机1001学生 骆龙敏指导老师 樊十全 主要内容 1 冲裁工艺设计 3 冲裁工艺计算 2 排样设计及利用率计算 4 模具主要零部件结构和设计 冲裁工艺设计 设计要求 材料为08F 材料厚度为0 8mm 制件尺寸精度按图纸要求 大批量生产 冲裁工业设计 方案的确定 该工件有两道加工工序 冲孔 落料 可以有以下三种方案 方案一 先落料后冲孔 采用简单模生产 方案二 落料和冲孔连续加工 采用级进模生产 方案三 落料和冲孔复合加工 采用复合模生产 综合考虑应该选择第三方案进行加工 排样设计及材料利用率计算 排样方案的确定 有废料排样少废料排样无废料排样综上分析 根据零件的形状 尺寸 材料 选取有废料排样 采用直排的形式 排样设计及材料利用率计算 搭边的选取 排样设计及材料利用率计算 利用率的计算 查板材标准应选900mm 1000mm的钢板 每个钢板可剪裁成18个条料 53 6mm 900mm 每张条料可加工27个零件 则材料的利用率为 冲裁工艺计算 冲裁力和压力中心的计算 冲裁力的计算 卸料力 推料力和顶件力的计算总冲压力 总冲压力是各种冲压工艺的总和 冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心 为保证冲模正确平衡地工作 冲模压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心线相重合 以免滑块受偏心载荷 从而减少冲模和压力机导轨的不正常磨损 提高模具寿命 避免冲压事故 算得 冲裁工艺计算 凸凹模刃口尺寸计算 凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0 03mm到0 07mm之间 在计算出凸模尺寸时凹模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0 03mm到0 07mm之间所以满足凸凹模的制造公差之和小于最大与最小合理间隙的的差 模具主要零部件结构和设计 卸料装置 模具主要零部件结构和设计 出件装置 模具主要零部件结构和设计 凸模 模具主要零部件结构和设计 凸凹模 凸型垫片冲模 总结 本文讲述了冲裁复合模设计的一些基本知识 由于本人水平有限 改革探索经验不足 组织工作还有缺陷 何况形势总在不断发展 现在未完远不能说本设计的相关内容特别完善 还需要在改革的实践中不断检验 不断修改 锤炼 不断完善 永无休期 致谢 防止活塞销冷挤压工艺中出现流动缺陷的新方法D.J.Lee ,D.J.Kim, B.M.Kim精密机械工程系,研究生院,釜山国家大学,釜山,韩国机械设计工程部门,研究生院,釜山国家大学,釜山,韩国机械工程系,工程研究中心,釜山国家大学,釜山,韩国编号3Janjeon-董,Kumjeong-顾,釜山609-735,韩国摘要:这份报告主要研究的是作为汽车零部件之一的活塞销的流动缺陷。在联合冷挤压制活塞销的工艺中,起皱就是一种流动缺陷,它是由死金属区引起的。具有这种缺陷的部件带有很明显的外部特征,特征是被一微小而且厚的块状物嵌入材料中,这种缺陷对保证尺寸精度和降低材料损失是不利的,活塞销的这种缺陷对于其强度和疲劳寿命也有不利的影响。因此,在工艺设计的早期预测并防止这种缺陷是非常重要的。防止其产生的最好方法就是通过控制材料流动来限制或减少死金属区。有限元模拟分析方法被应用于流动缺陷研究分析当中,这份研究报告提出了通过去除死金属区防止产生流动缺陷的新工艺方法有限元分析法。将有限元分析的结果与实验结果做比较,结果表明有限元分析的结果与实验结果相符合。关键词:流动缺陷;活塞销钉;材料流动控制;前后双向冷挤压;死金属区;有限元分析1、序言冷加工是一种及其重要而且经济的加工方法,尤其对于大批量制件的加工,其优点更为突出。由于冷加工具有高的成品率、精确的尺寸精度、良好的表面光洁度,优良的机械加工性和冶金工艺性等优点,因此冷加工是工业生产当中应用最为广泛的零件加工工艺。冷锻制件广泛应用于飞机制造、摩托车、螺母和螺栓等生产制造。但是,冷锻制件也有可能产生缺陷,这主要取决于金属材料的变形过程、成形加工的外部条件和材料的流动方式等。可延伸的裂纹缺陷是由材料的引应力状态和变形过程引起的;流动缺陷是由不稳定的材料流动引起的;低的尺寸精度是由低的模具尺寸精度和摩擦情况引起的,总之,锻压制件的缺陷主要包括两类,分别是内部缺陷和外部缺陷。这些缺陷危害到产品的质量和制造成本,因此,在工艺设计中的早期预防是非常重要的。利用有限元分析法中的不同可用标准来研究大型锻件的可延伸裂纹缺陷。KIM和KIM对两道加强筋进行冷挤压件的内部和外部缺陷研究,并还在进行一种防止产生这些缺陷的加工工艺设计。这份报告是一份关于汽车活塞销产生的缺陷的测试报告,而这种活塞销是采用前后双向联合挤压的方式支撑的。这份报告中也提出了新的工艺方法可在工艺设计的早期防止产生流动缺陷,而这些新工艺方案是通过有限元分析研究得出的,实验证明,这些新工艺方案是可行的。2、成形工艺与缺陷形成分析2.1、成形工艺活塞销是汽车零部件当中用来连接活塞与曲轴的并传递动力的部件,当采用冷冲压制活塞销时,设计要求必须保证前后双向冲压时具有相同的高度并且不能出现锻压缺陷,因为活塞销在周期性大载荷作用下工作。制作活塞销的材料是AISI-4135H合金钢,它具有如下材料流动性 768.06*0.139 ,润滑措施是采用润滑油类的磷镀在活塞销表面进行润滑,经试验测试摩擦系数M为0.1。加工活塞销钉以前用的是多步骤加工法(如图3所示),前两步通过导圆角和冲出非圆形的基准孔等预处理工序来减少缺陷的产生,从而可以提高尺寸精度和模具寿命,第三步和第四步相同,分别是从前后双向冲出圆形的腹板,最后一步是修整工序,从而得到活塞销的形状,然而,用普通加工方法加工的结果显示:第三步的早期会在腹板部位形成缺陷,更严重的是在缺陷产生的部位出现了一种不一致的流动形式,这种形式是一种非常坏的流动形式的延伸 图1 活塞销钉的形状和尺寸 图2 活塞销钉的流动缺陷 图3活塞销钉传统的形成过程2.2用有限元分析预测缺陷的产生塑性变形组织分布和有效应力对比图的应用,暗示着有限元精密塑造程序在成形与缺陷分析领域中的商业价值。最初的坯料直径为30mm,深度为61mm,最终成品的体积为43.118,这种成形工艺看上去类似于普通加工结果。最大的裂缝值可以结算出断裂缺陷产生的可能性,在这个冲压过程中,其大小只有0.08mm,而且分布在坯料和冲床活塞冲头接触的端部。因此,可以避免流动缺陷的产生,因此这种缺陷并不能产生可延展的裂纹。金属流动的流线图是由Altan和Knoerr提出的,他们正在从事这种缺陷的分析研究,随着冲头冲压深度的增加,剧烈变动的流线出现了不同的流动速度,从而导致实验中缺陷的产生(如图5所示)。所以金属流动只出现在第四步的反向冲压而不出现在正向冲压,并且在靠近腹板处的金属被拔起形成一条筋,很像是重叠缺陷,因此,活塞销的流动缺陷产生并发展的原因是:正反冲压时由于死金属区域产生而造成的金属流动速度的不同,这种现象在像活塞销这种薄壁件冲出尺寸精度高,材料损耗少的孔的制件中是非常明显的。对于活塞销这类工作温度高,载荷大而且为交变载荷的零件来说,这种流动缺陷的产生会对其强度和疲劳寿命产生有害的影响。因此,有必要研究一种新工艺来防止产生流动缺陷。 图4有效的负荷和裂缝价值的关系图5金属流动和速度的关系3.防止缺陷的工艺分析与设计流动缺陷产生的原因是金属限制死金属区域的流动。为了在传统工艺中早期的冲压部位(第三步)消除死金属区,正冲压或反冲压工艺被改为联合正反冲压工艺,这种工艺在两个完全相反的方向上同时进行同样地动作。由于正反两向不同的冲压率和冲压长度,要使两个方向上同时完成材料流动是很困难的,因此在提前完成材料流动就会出现传统工艺一样出现的死金属区。因此,在活塞销成形这种情况下,两个方向的冲压率和冲压长度都是1.89和51mm。目前,一项关于活塞销的冲压长度的调查研究正在进行开模正反冲压工艺的分析,两个方向上的冲压长度是不同的,正向冲压长度长为24.9mm,反向冲压长度如图6所示要比正向的短。反向金属流动必须强制性的被限制才能满足设计要求,而这就意为着死金属区会产生。因此,要想在两个方向上得到相同的冲压长度,提出了三种控制金属流动的方法,这三种方法都不同程度的强制限制金属流动。图6反向冲压长度3.1 改变初加工的形状在正反双向冲压之前,为了保证从腹板中心处起正反两个方向的冲压长度相等,就得要求初加工要将反向冲压筋的长度设计与双向冲压长度24.9mm有所不同。图7展示了这种改进的工艺的结果,图8展示了在这种情况下采用正反双向冲压工艺时最后一步中金属的流动。从模拟实验的结果可以得出,两个方向的冲压筋的长度都是51mm,这恰好满足设计要求和活塞销的尺寸要求。另外,死金属区的金属流动形式相同,而不像采用普通加工时会产生流动缺陷,而且在两个方向上的流动速度也是连续变化的,这就意为着金属流动在整个过程中是一致的,不会出现限制其流动的死金属区。 图七 多级样板的修改过程 图八金属网的流动 3.2 驱动冲压模膛驱动模膛工艺被用来控制金属流动从而满足设计要求,这种设备采用向相反方向运动的模膛先与已经冲压成形的一侧接触(如图9所示),这样就有助于加快后冲压方向上的金属流动而减慢先冲压方向上的金属流动速度,采用这种工艺制作的活塞销,由于反方向冲压提前完成,而此时活塞正沿着这个方向移动从而增加了金属沿着这个方向的流动,这个工艺的首要变化因素是冲头与活塞的相对速率和金属材料与活塞之间的摩擦条件。在这个研究中,由于摩擦系数m0.1(在毛胚材料和模膛之间),模拟实验只与相对速率这一变量有关。如果相对速率小于满足同时成型最合适的速率,则在反向方向上的冲压过程就会比正向冲压提前完成,这样的话就会像采用普通加工一样在相同部位产生流动缺陷,相反,如果相对速率大于最适宜的速率,则正向冲压过程就会比反向冲压过程提前完成,这样就会在相反地部位产生缺陷。因此,为了满足设计要求,采用半分法可以找出最佳的相对速率,从结果来看,最佳的相对速率是0.48,图10和11显示了相对速率分别为0.1 、0.48、1.0时采用一次冲压变形过程和金属流动情况。图11(c)显示了当采用最佳相对速率0.48时的金属流动形式,它记录了一个可以防止缺陷产生的流动形式。图9轴向移动的箱体示意图图10根据相对速度比率变化的活塞销钉形态图11根据相对速度比率比较的金属3.3 修改模具结构这种被提出的修改模具结构的工艺可以限制金属在反方向上的流动,而在这个方向上容易提前完成变形,从而可以实现在两个方向上同时完成变形,采用这种工艺时,为了能在两个方向上同时完成变形过程而得到相同的变形长度,卸料器又被设计者重新采用,它是一种使冲头从制件中抽出的装置。如果采用普通加工工艺中的固定式卸料器,则由于材料流动受到限制,会出现死金属区,而此时产生的部位与采用双向冲压时产生在中间位置不同。因此,一种利用弹簧弹力的结构可以推迟金属材料沿反方向的流动。图12显示了这种模具结构,采用这种方法,选用合适的弹簧弹力对于满足变形同时完成的要求来讲是很重要的,因而有限元模拟可以计算出这种必要地弹力。从模拟结果来看,需要给卸料器施加5吨的弹力。图13展示了这种工艺下金属流动形式,与其它改进的工艺方法相比,这种工艺在死金属区没有出现不连续的流动速度,此处的金属流动形式是相同的。 图12使用冲压模板的凹模模子结构示意图 图13使用冲压模板的金属流动4.结果和实验通过有限元分析法分析出的三种方法中是适合防止金属的流动缺陷。每个方法的情况如下。第一种方法是初步加工的产品需要三级过程(预制, 正反压挤,穿孔)并且有一个简单的模具结构;第二方法是使用沿轴方向移动的冲孔模板;第三种方法是轴向移动的箱体需要二级过程(前后压挤,穿孔)并且有一个复杂的模具结构。关于在里面形成的负荷,这三个方法都非常相似。特别是在沿轴方向移动的大约10吨的箱体情况下形成最大的负荷比其他方法小,因为在穿孔过程中沿轴方向移动的箱体会增加材料的流动。通过表1分析出的方法为形成做出了比较。在这项研究过程中,一个用在初步加工产品的实验被进行,并且为了证实模拟结果所以使用一个250吨能力的多级样板。在穿孔之前,为了金属的观察蚀刻流动能够正常被进行,所以必须为活塞销做一个流动缺陷检查。图14就是表示这个实验结果,这种方法改变了初步加工的产品。实验结果证明了在缺陷区域内金属流动的缺陷是相同的,并且满足形成同时完成和在两个挤压方向长度相同。这种过程和模拟的结果相符。传统方法初步加工的产品的使用冲压模板的使用移动箱体的用途 最大负荷(吨)97.296.396.184.0挤压的过程2个阶段2个阶段1个阶段1个阶段缺陷存在不存在不存在不存在表1 各个方法的比较 图14 对流动缺陷的消除5.结论在这项研究过程中,流动缺陷过程和预防缺陷的过程都已经被有限元分析重新设计。,缺陷的原因已经被分析,并且通过分析已经模拟出了结果。从模拟结果中可以看出,有限元分析方法是可以防止流动缺陷并且满足生产过程中控制材料的流动状态。通过有限元分析的结果和实验的结果做比较,可以得出以下几个结论:(1)活塞销里存在流动缺陷的原因是材料限制死金属区域的流动。消除这个区域最重要的是控制材料的流动。(2)初步加工的产品设计和改变模具结构是使用轴向运动的挤压箱来消除挤压过程中出现的流动缺陷。(3)被提出的方法满足了工艺的要求,向前挤压的长度部分和落后的部分都是相同的,这些已经由实验所证实。参考文献:1 T.Altan,S.I.Oh,L.Gegel,Metal forming,ASM(1983).2 T. Okamoto,T. Fukuda,H. Hagita,Source Book on Cold Forming,ASTM,1997,pp. 216226.3 S.W.Oh,T.H.Kim,B.M.Kim,J.C.Choi,KSME 19 (12) (1995) 31213129.4 R.C.Batra,N.V.Nechitailo,Int.J.Plast. 13 (4) (1997) 291306.5 A.S. Wifi,A.Abdel-Hamid,N. El-Abbasi, J. Mater. Process. Technol.77 (1998) 285293.6 D.J. Kim,B.M. Kim,J. KSTP 8 (6) (1999) 612619.7 D.C. Ko,Pusan National University Dissertation,1998.8 T. Altan,M. Knoerr,J. Mater. Process. Technol. 35 (1992) 275302.9 K. Osakata,X. Wang,S. Hanami,J. Mater. Process. Technol. 71 (1997) 105112.10 摘要冲压制品已在工业,农业,国防和日常生活中的方面得到广泛应用,特别是在机械业中则为突出。机械产品的外壳大部分是冲压制品,产品性能的提高要求高素质的冲压模具和冲压性能,成型工艺和制品的设计。 冲压制品的成型方法很多。其主要用于是冲孔,落料,弯曲,拉伸等。而冲压模,约占成型总数的60%以上。当然如利用电气控制,可实现半自动化或自动化作业。冷冲冲裁模主要用于金属制品的成型,它是冲压制品生产中十分重要的工艺装置。冲压模的基本组成是:上下模座、下模垫板、下模固定板、凹模镶块、抬料钉、导料板、卸料板,导柱导套、卸料板弹钉、卸料板等。冲裁模成型的广泛适用,正是我这个设计的根本出发点。关键词:冲孔、落料Abstract Stamping products has been extensively applied in the industry, agriculture, national defense and in the daily lives of area, especially in the machinery industry. Mechanical products is the most pressing housing products, and the improvement of product performance requires of high-quality performance stamping molds ,stamping,process and product design. There are many ways of molding products of stamping. Piercing is mainly used for blanking, bending, stretching, etc. And Stamping molds almost form more than 60 percent of the total number. For example ,Electrical Control can be realized as semi-automatic or automatic operation. Cold-metal stamping die mainly used for the molding products, and it is very important in the production of stamping technology devices. The basic component of stamping molds is block model from top to bottom, mould plate, fixed-plate of mould plate, die inserts, raising nails, I. plate, plate unloading I. Introduction sets column, unloading bombs nail plate, plate Discharge and so on. The widely application of blanking moulding is exactly the basic perpose of my design.Key words: Piercing、Blanking目 录1 绪论11.1 冲压的概念、特点及应用11.2 冲压的基本工序及模具21.3 冲压技术的现状及发展方向31.3.1 冲压成形理论及冲压工艺方面31.3.2 冲模是实现冲压生产的基本条件41.3.3 冲压设备和冲压生产自动化方面51.3.4 冲压标准化及专业化生产方面61.4 设计要求72 冲裁工艺设计82.1 冲裁件的工艺分析82.1.1 材料特性分析82.1.2 冲裁件的结构工艺性分析82.2 冲压工艺方案的确定93 排样设计及材料利用率计算113.1 排样方案的确定113.2 搭边的选取113.3 送料步距、条料宽度及导料销与条料间距计算123.4 材料利用率的计算134 冲裁工艺计算144.1 冲裁力和压力中心的计算144.1.1 冲裁力的计算144.1.2 卸料力、推料力和顶件力的计算154.1.3 压力中心的计算164.1.4压力机的选择174.1.5 曲柄压力机的主要技术参数184.1.6曲柄压力机的选用194.2 凸凹模刃口尺寸的计算194.2.1 落料刃口尺寸的计算214.2.2 冲孔刃口尺寸计算225 模具主要零部件结构和设计245.1 卸料装置245.1.1 橡胶的选用255.2 出件装置285.3 定位零件285.4 凹模的设计295.5 凸凹模的设计315.6 凸模的设计315.7 模架325.7.1 模板325.7.2 导向零件335.8 联接与固定零件345.8.1 模柄345.8.2 凸模固定板与垫板345.8.3 螺纹紧固件345.8.4 圆柱销356 确定装配基准377 总结38致谢39参考文献401 绪论1.1 冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下:(1) 冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。(4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。但是,冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具 制造的精度高,技术要求高,是技术密集形产品。所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下,冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益。 冲压地、在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件,如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当的大,少则60%以上,多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说,如果生产中不谅采用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文(设 计)题目: 垫片落料冲孔复合模设计 学 院: 工 学 院 姓 名: 骆 龙 敏 学 号: 20100976 专 业: 农业机械化及其自动化 年 级: 1 0 级 指导教师: 樊十全 职 称:副教授 二0一四 年 五 月摘要冲压制品已在工业,农业,国防和日常生活中的方面得到广泛应用,特别是在机械业中则为突出。机械产品的外壳大部分是冲压制品,产品性能的提高要求高素质的冲压模具和冲压性能,成型工艺和制品的设计。 冲压制品的成型方法很多。其主要用于是冲孔,落料,弯曲,拉伸等。而冲压模,约占成型总数的60%以上。当然如利用电气控制,可实现半自动化或自动化作业。冷冲冲裁模主要用于金属制品的成型,它是冲压制品生产中十分重要的工艺装置。冲压模的基本组成是:上下模座、下模垫板、下模固定板、凹模镶块、抬料钉、导料板、卸料板,导柱导套、卸料板弹钉、卸料板等。冲裁模成型的广泛适用,正是我这个设计的根本出发点。关键词:冲孔、落料Abstract Stamping products has been extensively applied in the industry, agriculture, national defense and in the daily lives of area, especially in the machinery industry. Mechanical products is the most pressing housing products, and the improvement of product performance requires of high-quality performance stamping molds ,stamping,process and product design. There are many ways of molding products of stamping. Piercing is mainly used for blanking, bending, stretching, etc. And Stamping molds almost form more than 60 percent of the total number. For example ,Electrical Control can be realized as semi-automatic or automatic operation. Cold-metal stamping die mainly used for the molding products, and it is very important in the production of stamping technology devices. The basic component of stamping molds is block model from top to bottom, mould plate, fixed-plate of mould plate, die inserts, raising nails, I. plate, plate unloading I. Introduction sets column, unloading bombs nail plate, plate Discharge and so on. The widely application of blanking moulding is exactly the basic perpose of my design.Key words: Piercing、Blanking目 录1 绪论11.1 冲压的概念、特点及应用11.2 冲压的基本工序及模具21.3 冲压技术的现状及发展方向31.3.1 冲压成形理论及冲压工艺方面31.3.2 冲模是实现冲压生产的基本条件41.3.3 冲压设备和冲压生产自动化方面51.3.4 冲压标准化及专业化生产方面61.4 设计要求72 冲裁工艺设计82.1 冲裁件的工艺分析82.1.1 材料特性分析82.1.2 冲裁件的结构工艺性分析82.2 冲压工艺方案的确定93 排样设计及材料利用率计算113.1 排样方案的确定113.2 搭边的选取113.3 送料步距、条料宽度及导料销与条料间距计算123.4 材料利用率的计算134 冲裁工艺计算144.1 冲裁力和压力中心的计算144.1.1 冲裁力的计算144.1.2 卸料力、推料力和顶件力的计算154.1.3 压力中心的计算164.1.4压力机的选择174.1.5 曲柄压力机的主要技术参数184.1.6曲柄压力机的选用194.2 凸凹模刃口尺寸的计算194.2.1 落料刃口尺寸的计算214.2.2 冲孔刃口尺寸计算225 模具主要零部件结构和设计245.1 卸料装置245.1.1 橡胶的选用255.2 出件装置285.3 定位零件285.4 凹模的设计295.5 凸凹模的设计315.6 凸模的设计315.7 模架325.7.1 模板325.7.2 导向零件335.8 联接与固定零件345.8.1 模柄345.8.2 凸模固定板与垫板345.8.3 螺纹紧固件345.8.4 圆柱销356 确定装配基准377 总结38致谢39参考文献401 绪论1.1 冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下:(1) 冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。(4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。但是,冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具 制造的精度高,技术要求高,是技术密集形产品。所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下,冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益。 冲压地、在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件,如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当的大,少则60%以上,多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说,如果生产中不谅采用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可看成是由上模和下模两部分组成,上模被固定在压力机工作台或垫板上,是冲模的固定部分。工作时,坯料在下模面上通过定位零件定位,压力机滑块带动上模下压,在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形,从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时,模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来,以便进行下一次冲压循环。1.3 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现,因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。1.3.1 冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前,国内外对冲压成形理论的研究非常重视,在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善,近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术,即利用有限元(FEM)等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程,根据分析结果,设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题,并通过在计算机上选择修改相关参数,可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用,也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺,也是冲压技术的发展方向之一。目前,国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中,精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法,它扩大了冲压加工范围,目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm,精度可达IT1617级;用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺,能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件,在特定生产条件下具有明显的经济效果;采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件,具有很重要的实用意义;利用金属材料的超塑性进行超塑成形,可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序,这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性;无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术,我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备,解决了多点压机成形法,从而可随意改变变形路径与受力状态,提高了材料的成形极限,同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力,实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段,能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。1.3.2 冲模是实现冲压生产的基本条件 在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展;另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前,50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米,多功能级进模不仅可以完成冲压全过程,还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达25微米,进距精度23微米,总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业,已能生产成套轿车覆盖件模具,在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平,但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平,模具结构、功能方面也接近国际水平,但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量(主轴转速一般为1500040000r/min),加工精度一般可达10微米,最好的表面粗糙度Ra1微米),而且与传统切削加工相比具有温升低(工件只升高3摄氏度)、切削力小,因而可加工热敏材料和刚性差的零件,合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料(60HRC)加工;电火花铣削加工(又称电火花创成加工)是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造昂贵的成形电极,如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花加工机床的技术水平;慢走丝线切割技术的发展水平已相当高,功能也相当完善,自动化程度已达到无人看管运行的程度,目前切割速度已达到300mm/min,加工精度可达1.5微米,表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤,使得现场自动化检测成为可能。此外,激光快速成形技术(RPM)与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后,通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺(分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM)的系统,它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造,具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础,采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。1.3.3 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件,高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要,目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展,加之机械乃至机器人的大量使用,使冲压生产效率得到大幅度提高,各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后,在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲,从而大幅度提高精度和生产率;在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时,一分钟可冲几百片,并能自动叠成定、转子铁芯,生产效率比普通压力机提高几十倍,材料利用率高达97%;公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面,日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制,只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作;美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心,在相同的时间内,加工冲压件的数量为普通压力机的410倍,并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 近年来,为了适应市场的激烈竞争,对产品质量的要求越来越高,且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求,开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中,无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元(FMC)和冲压柔性制造系统(FMS)代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体,包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统,生产过程完全由计算机控制,车间实现24小时无人控制生产。同时,根据不同使用要求,可以完成各种冲压工序,甚至焊接、装配等工序,更换新产品方便迅速,冲压件精度也高。1.3.4 冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产,已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产,冲模零件既具的一定的复杂性和精密性,又具有一定的结构典型性。因此,只有实现了冲模的标准化,才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化,从而降低模具的成本,提高模具的质量和缩短制造周期。目前,国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%,模具厂只需设计制造工作零件,大部分模具零件均从标准件厂购买,使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高,分工越来越细,如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等,甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模,这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展,除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外,标准件品种也有扩展,精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求,主要体现在标准化程度还不高(一般在40%以下),标准件的品种和规格较少,大多数标准件厂家未形成规模化生产,标准件质量也还存在较多问题。另外,标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。1.4 设计要求制件如图1-1所示,材料为08F,材料厚度为0.8mm,制件尺寸精度按图纸要求,大批量生产。 图1-12 冲裁工艺设计2.1 冲裁件的工艺分析冲裁件的的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性,即冲裁件在冲压加工中的难易程度。冲裁件的工艺是否合理,对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响,一般情况下对冲压件工艺性影响最大的是几何尺寸和精度要求。2.1.1 材料特性分析冲压所用的材料,不仅要满足工件的技术要求,同时也必须满足冲压工艺要求:(1)应有良好的塑性。在成形工序中,塑性好的材料,其容许的变形程度大。在分离工序中,良好的塑性才能获得理想的断面质量。(2) 应具有光洁平整且无缺陷损伤的表面状态。表面状态好的材料,加工时不易破裂,也不容易擦伤模具,制成的零件也有良好的表面状态。(3) 材料的厚度公差应符合国家标准。因为一定的模具间隙,适应于一定厚度的材料。本零件采用08F钢,08F钢属于优质碳素结构钢,其中含C量为0.05%0.11%,抗拉强度,屈服强度。其韧性好,强度适中吻合加工的要求。2.1.2 冲裁件的结构工艺性分析(1) 冲裁件的形状应尽量简单,最好是规则的几何形状或由规则的几何形状所组成。同时应避免冲裁件上过长的悬臂与凹槽,它们的宽度要大于料厚的(1.5到2)倍,该零件外形上接近于矩形,没有悬臂和凹槽,冲裁件的最小尺寸为8mm大于1.5t。(2) 一般情况下,冲裁件的外形和内孔应避免尖角,采用的圆角。此零件设有R3的倒角。(3) 冲孔时,因受凸模强度限制,孔的尺寸不宜过小。用一般冲模冲圆孔时,对硬钢,直径;对软钢和黄铜,;对铝及锌,。冲方孔时,对硬钢,边长;对软钢及黄铜,;对铝和锌,。由于08F钢属于软钢。而。所以该条件也满足。(4) 孔与孔之间的距离或孔与零件边缘之间的距离a,因受模具强度和冲裁件质量的限制,其值不能过小,一般应取a.2t(3-4mm),如使用级进模,而且对零件精度要求不高时,a可适当减小,但也不宜于小于板厚。孔与零件边缘的最短距离为11.5mm。(5) 冲裁件的精度一般可达IT10-IT12,高精度可达IT8-IT10级,冲孔比落料的精度约高一级。该零件没有标准公差,则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的公差数值精度来处理,冲模则可按精度制造。2.2 冲压工艺方案的确定该工件有两道加工工序:冲孔、落料。可以有以下三种方案:方案一:先落料后冲孔,采用简单模生产;方案二:落料和冲孔连续加工,采用级进模生产;方案三:落料和冲孔复合加工,采用复合模生产。三种方案比较见表1-1表1-1 三种方案的比较模具种类比较项目简单模级进模复合模冲裁件精度较低高一般生产效率低较高高生产批量批量小或试制冲裁件大批量大批量模具复杂程度简单较复杂复杂模具制造成本较低较高高模具的结构特点结构简单安装容易结构较复杂制造麻烦结构较复杂模具的制造精度较低较高高模具制造周期较快较长长冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好方案一虽然模具结构简单,尺寸较小,重量较轻,模具制造简单,成本低廉。模具依靠压力机导轨导向,模具的安装调整麻烦,很难保证上、下部分对正,从而难以保证凸、凹模之间的间隙均匀,冲裁件精度差,模具寿命低,操作也不安全,需要两套模具,生产率较低而且不适合大批量生产。方案二级进模是多工序冲模,在一副模具上能完成多道工序,使用级进模可以减少模具和设备数量,提高生产效率。级进模容易实现冲压生产自动化。但是,级进模比简单模结构复杂,制造麻烦,成本增加。级进模的条料的准确定位的问题不好解决。方案三复合模也是多工序冲模,在一副模具中一次送料定位可以同时完成几个工序。和级进模相比,冲裁件的内孔和外缘具有较高的位置精度,条料的定位精度要求较低,冲模轮廓尺寸较小,复合模适合于生产批量大、精度要求高的冲裁件,且零件的形位精度容易保证,条料的定位精度要求较低,生产效率较高。综上分析应该选择第三方案进行加工。3 排样设计及材料利用率计算 3.1 排样方案的确定冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。排样的合理与否直接关系到材料利用率的高低,而冲压件的成本中,材料费用一般占60%以上,因此合理排样对提高材料利用率降低成本具有十分重要的意义。根据材料的合理利用情况,条料的排样方法可以分为三种:(一)有废料排样:沿工件全部外形冲裁,工件四周都留有搭边。可由搭边补偿误差,因而能保证冲裁件的精度和质量,冲模寿命也较高,但材料利用率低。(二)少废料排样:沿工件部分外形冲裁,局部有搭边和余料。因受剪裁条料质量和定位误差的影响,其冲件质量稍差就会影响模具的寿命,但材料利用率高,冲模结构简单。(三)无废料排样:工件由条料顺次切下,直接获得零件,无任何搭边。冲件的质量较差,模具寿命低,但材料利用率高。采用少、无废料排样,对节省材料有重要意义。同时,因冲切周边减小,可降低冲压力并简化冲模结构。但采用少、无废料排样也存在一些缺点,如工件所能达到的质量与精度都较差,同时模具寿命也较低。此外,少无废料排样中,工件的毛刺也不在同一方向。无论是有废料、少废料或无废料排样,其排样的型式均可分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排和多行排等。综上分析,根据零件的形状、尺寸、材料,选取有废料排样,采用直排的形式。3.2 搭边的选取排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边虽然形成废料,但在工艺上却有很大的作用。搭边的作用是补偿定位误差,保证冲出合格的零件。搭边还可以保证条料有一定的刚度,利于送进。搭边值要合理确定。搭边值过大,材料利用率低;搭边值过小,在冲裁中有可能被拉断,使零件产生毛刺,严重时会拉入凸模与凹模间隙之中,损坏模具刃口。搭边值的大小通常与材料的机械性能、工件的形状和尺寸、材料厚度以及送料和挡料方式等因素有关。硬材料的搭边值比软材料的搭边值可小一些;工件尺寸大或是有尖突的复杂形状时,搭边值取大些,厚材料的搭边值应取大些;用手工送料,有侧压装置,搭边值可取小些。目前搭边值的大小是由经验确定的。表3-1是常用以确定搭边值的参考数表。 表3-1 搭边a和a1的数值材料厚度tmm圆件及圆角r2t矩形件边长L50mm矩形边长L50mm或圆角r2t工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.501.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.8根据零件矩形形状最长边长为50mm,厚度为0.8mm,所以a1=1.5mm,沿边a=1.8mm。3.3 送料步距、条料宽度及导料销与条料间距计算1. 送料步距:两次冲裁间板料在送料方向移动的距离L,其值等于冲裁件相应部分的宽度加上工件间搭边值a,即 (3-1) 2. 条料宽度及导料销与条料间距的计算条料宽度的计算 (3-2) 查得.所以排样图如图3-1: 图 3-13.4 材料利用率的计算查板材标准应选900mm1000mm的钢板,每个钢板可剪裁成18个条料(53.6mm900mm),每张条料可加工27个零件,则材料的利用率为 (3-3) n-一张板料上冲件的数量A-零件的实际面积B-板料的宽度L-板料的长度即每张板材的材料利用率为63%4 冲裁工艺计算4.1 冲裁力和压力中心的计算4.1.1 冲裁力的计算冲裁力是指冲裁时,材料对凸模的最大抵抗力,它是选择冲压设备和校核模具强度的重要依据。用平刃冲裁模冲裁时,其冲裁力的计算公式为 (4-1) -冲裁力(N)-冲裁件的周长(mm) -板料的厚度(mm)-材料的抗剪强度(2)-系数。这一公式是对冲裁区的变形进行简化,认为是纯剪变形得到的。变形区的实际变形情况比较复杂,因此,采用系数加以修正,一般可取=1.3。抗剪强度的数值,取决于材料的种类和状态,可取。为了计算方便,也可以用下式估算冲裁力: (4-2)式中:-材料的抗拉强度经查机械设计手册得08F钢的抗拉强度b=295MPa.由此可以得出: 4.1.2 卸料力、推料力和顶件力的计算冲模过程中,材料由于弹性变形和摩擦使带孔部分的板料紧箍在凸模上,而冲落部分的板料紧卡在凹模洞口内。为了继续下一步的冲裁工作,必须将箍在凸模上的板料卸下,将卡在凹模洞口的板料推出,从凸模上卸下紧箍着的板料叫卸料,所需的力叫卸料力;顺着冲裁方向将卡在凹模洞口内的板料推出叫推件,所需的力叫推件力;有时需要将卡在凹模洞口内的板料逆着冲裁方向顶出,这就叫顶件,顶件所需的力叫顶件力。影响卸料力、推件力和顶件力的因素有很多,主要有材料的机械性能、材料厚度、模具间隙、零件的形状和尺寸以及润滑条件等。要准确计算这些力是很难的,生产中常用以下经验公式进行计算:推件力 (4-3)顶件力 (4-4)卸料力 (4-5)式中:n-同时卡在凹模洞口内的零件数 -冲裁力(N) 、-推件力、顶件力和卸料力系数,其值见下表、表4-1 推件力系数、顶件力系数和卸料力系数料 厚K1K2K3钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.030.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.03 铝、铝合金紫铜、黄铜0.030.070.030.090.0250.080.020.06注:卸料力系数在冲多孔和轮廓复杂冲裁件时取上限。查表可有:, =0.14,=0.075 总冲压力总冲压力是各种冲压工艺的总和,由于本模具采用弹性卸料装置,则:在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时,所需冲裁力如果超过现有压力机吨位,就必须采取降低冲裁力。一般采用如下几种方法:(1)材料加热红肿。材料加热后抗剪强度可以大大降低,从而降低冲裁力。但材料加热后产生氧化皮,故此法一般只适用于厚板或工件表面质量及精度要求不高的零件。(2)在多凸模冲模中,将凸模作阶梯形布置,即将凸模刃口制成不同高度,使各凸模冲裁力的最大值不同时出现,这样就能降低总的冲裁力。(3)用斜刃口模具冲裁。用普通的平刃口模具冲裁时,其整个刃口平面都同时压入材料中,故在冲裁大型或厚板工件时,冲裁力往往很大,若将凸模刃口平面做成与其轴线倾斜一个角度,冲裁时刃口就不是全部同时切入,而是逐步冲切材料,这就等于减少了剪切断面积,因而能降低冲裁力。斜刃冲模虽然降低了冲裁力,但增加了模具制造和修磨的困难,刃口也容易磨损,故一般情况下尽量不用,只用于大型工件冲裁及厚板冲裁。4.1.3 压力中心的计算冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为保证冲模正确平衡地工作,冲模压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心线相重合,以免滑块受偏心载荷,从而减少冲模和压力机导轨的不正常磨损,提高模具寿命,避免冲压事故。冲模压力中心的计算,是采用空间平行力系合力作用线的求解方法,即根据“合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和”的力学原理求得。对于任何形状,不论单个图形(敞开或封闭的轮廓)或多个图形(如多凸模、复合模和级进模)冲裁,其计算方法相同。首先将组成图形的轮廓线划分为若干基本线段,分别计算其冲裁力(对于多凸模,分别计算各凸模图形的冲裁力),这些即为分力,由各分力之和算出合力。然后,任意选定直角坐标系,确定各线段或各图形的重心坐标,按上述定理列式,即可求出压力中心的坐标。由于线段的长度或图形的轮廓周长与冲裁力成正比,所以可以用线段的长度或图形轮廓的周长代替,这时压力中心坐标公式如下: (4-6) (4-7) 由此可算得所以压力中心为(0,10.22)4.1.4压力机的选择冲压工作是在冲压设备上进行的,目前应用较多的有曲柄压力机、摩擦压力机和液压机。曲柄压力机可用于各类冲模,其中偏心机床尤其适用于导柱、导套不脱开的模具(如导板模),摩擦压力机和液压机主要用于校正模、压铸模等,同时也适用于挤压模。这里简单介绍一下生产中最普遍适用的压力机。曲柄压力机包括各种结构的偏心冲床和曲柄冲床,其基本工作机构都是曲柄连杆机构。偏心冲床也称开式曲柄压力机,启动后,电动机通过小齿轮和大齿轮及离合器将动力传给偏心轴,偏心轴在轴承中作回转运动。连杆把偏心轴的回转运动转变为滑块的直线运动,滑块在床身的导轨作上下往复运动。模具的上模固定于滑块上,模具的下模固定在工作台上。为了控制滑块的运动和位置设有离合器和制动器。离合器的作用是:电动机在飞轮不停的运转下,使曲柄机构开动或停止。工作时,主要踩下脚踏开关,离合器啮合,偏心轴转动,即可带动滑块作上下往复运动,进行冲压。制动器的动作与离合器的动作密切配合,在离合器脱开后,制动器同时将曲柄连杆机构停止在一定的位置上。床身是所有运动部分的支承体,并将压力机的全部机构联接成一个整体。4.1.5 曲柄压力机的主要技术参数曲柄压力机的主要技术参数是反映一台压力机工作能力、所能加工零件的尺寸范围以及有关生产率的指标,分述如下。(1)公称压力曲柄压力机的公称压力,是指曲柄旋转到下死点前某一特定角度(此角度称为公称压力角,约为30度)时,滑块所能容许的承受的最大作用力。它是反映压力机工作能力的重要指标,生产中不容许冲压力大于公称压力。(2)滑块行程滑块行程是指滑块从上死点到下死点所走的距离,它为曲柄半径的两倍。(3)闭合高度闭合高度又称装模高度,是指滑块在下死点位置时,滑块下表面到工作台垫板上表面的距离。当闭合高度调节装置将滑块调整到最上位置时,闭合高度达到最大值,称为最大闭合高度;当闭合高度调节装置将滑块调整到最下位置时,闭合高度达到最小值,称为最小闭合高度。(4)滑块行程次数滑块行程次数是指滑块每分钟从上死点到下死点,然后再回到上死点所往复的次数。4.1.6曲柄压力机的选用确定压力机的规格时,一般应遵循以下原则。(1) 压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。(2) 压力机滑块行程应满足工件在高度上能获得所需的尺寸,并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。(3) 压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应能满足模具的正确安装。 表4-2 开式压力机的主要结构参数公称压力(KN)63160400630滑块离下死点的距离3.5578滑块的行程5070100120行程次数1601158070最大封闭高度(mm)固定式和可倾式170220300360活动台位置最低300400460最高160200220封闭高度调节量(mm)40608090滑块中心到床身的距离(mm)110160220300左右(工作台尺寸)(mm)315450630710前后(工作台尺寸)(mm)200300420480前后(工作台孔尺寸)(mm)70110150180直径(工作台孔尺寸)(mm)110160200230立柱间的距离(mm)150220300340模柄孔尺寸(mm)305050工作台板厚度(mm)40608090倾角(。)30303030该模具的行程为7mm所以选用JB 23-6.3型压力机。4.2 凸凹模刃口尺寸的计算模具刃口尺寸及其公差是影响冲裁件精度的首要因素,模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。因此,正确确定冲裁模凸模和凹模刃口的尺寸及其公差,是冲裁模具设计的重要内容。凸模和凹模刃口尺寸及其公差的确定,必须考虑到冲裁变形的规律、冲裁件的精度要求、冲模的磨损和制造特点等多方面的情况。实践证明,落料件的尺寸和冲孔时孔的尺寸都是以光亮带尺寸为准的,而落料件上光亮带的尺寸等于凹模刃口尺寸,冲孔时孔的光亮带尺寸等于凸模刃口尺寸。因此,计算刃口尺寸时,应按落料和冲孔两种情况分别处理,其原则如下:(1)设计落料模时,因落料尺寸等于凹模刃口尺寸,故应先确定凹模刃口尺寸,间隙取在凸模上;考虑到冲裁中模具的磨损,凹模刃口尺寸越磨越大,因此,凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的尺寸,以保证凹模磨损到一定程度时,仍能冲出合格零件;凸、凹模之间的间隙则取最小合理间隙值,以保证模具磨损到一定程度时,间隙仍在合理间隙范围内。(2)设计冲孔模时,因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸,故应先确定凸模刃口尺寸,间隙取在凹模上,考虑到考虑到冲裁中模具的磨损,凸模刃口尺寸越磨越小,因此,凸模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的尺寸,以保证凸模磨损到一定程度时,仍可使用;凸、凹模之间的间隙取最小合理间隙值。(3)凸模和凹模的制造公差,应考虑工件的公差要求。如果对刃口精度要求过高,势必使模具制造困难,成本增加,生产周期延长;如果对刃口精度要求过低,则生产出来的零件可能不合格,或使模具寿命降低。零件精度与模具制造精度的关系见表4-2。若零件没有标注公差,则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的公差数值IT14精度来处理,冲模则可按IT11精度制造;对于圆形件,一般可按IT6到IT7精度制造模具。凸、凹模刃口尺寸按加工方法的不同,可分两种情况分别计算:一种是凸模和凹模分开加工采用这种方法时,要分别标注凸模和凹模刃口尺寸及其制造公差。这种方法适用于圆形冲裁件;一种是凸模和凹模配合加工,这种方法适用用形状复杂或薄板料的冲裁件,其基本的做法是:先按制件的尺寸和公差加工凸、凹模中的一件再以此为基准件加工另一个件。使它们之间保证一定的间隙。因此,只在基准件上标注尺寸和制造公差,配作的另一个件只需标注基本尺寸,同时标明所留的间隙即可。这样,凸、凹模的制造公差和不再受间隙的限制,根据经验一般取。其中落料部分以凹模为基准,落料凸模按间隙值配合。冲孔部分以凸模为基准,冲孔凹模按间隙值配合。所给零件的尺寸公差根据下表可得 表4-3 标准公差数值基本尺寸(mm)公差等级IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11m034610142540603558121830487561069152236589010188111827437011018309132133528413030501116253962100160由于冲模的制造等级为IT11所以选择零件的主要尺寸及公差分别为4.2.1 落料刃口尺寸的计算冲裁间隙的选择见表4-4 表4-4 冲裁模刃口双面间隙Z材料厚度tT8、45Q215A、Q235A08F、10、15Z minZ maxZ minZ maxZ minZ max0.350.030.050.020.050.010.030.50.040.080.030.070.020.040.80.090.120.060.100.030.07所以冲裁间隙: 磨损系数,与制造精度有关,可按下列关系取值:工件精度以下 =1.0工件精度IT11-IT13 =0.75工件精度 =0.5若零件没有标注公差,则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的公差数值IT14精度来处理,冲模则可以按IT11精度制造,所以磨损系数为0.5.表4-5 凹模刃口尺寸计算过程基本尺寸磨损系数计算公式制造公 差计算结果0.50.04凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.0325凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.0325凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0,50.0275凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.0275凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.015凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间4.2.2 冲孔刃口尺寸计算 表4-6 凸模刃口尺寸计算过程基本尺寸磨损系数计算公式制造公差计算结果0.50.03凹模尺寸按凸模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间由于在计算出凹模尺寸时,凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间,在计算出凸模尺寸时凹模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间所以满足凸凹模的制造公差之和小于最大与最小合理间隙的的差。5 模具主要零部件结构和设计模具的零部件,有很大一部分已实现了标准化,这对于简化设计工作、稳定模具质量、简化模具的制造维修等,都具有重大的意义。在设计模具时,对于标准化的零、部件,例如模架,只需在标准化的资料中正确的选择,大量的设计工作是对非标准件的设计。冲模零、部件的分类可综合如下:工作零件:有凸模和凹模,在复合模中有凸凹模。定位零件:有挡料销、导正销、定位销、导尺、导料销、侧压板、侧刃等。卸料与推件零、部件:有卸料板、压料板、推件器等。导向零件:有导板、导柱、导套、导筒。联接固定零件:有上模板、下模板、模柄、凸模固定板、凹模固定板、垫板、限制器、螺钉、销钉、键等。此外,对于自动化生产的模具,还有自动送料装置、自动出件装置和快速换模装置等。5.1 卸料装置卸料装置分为刚性卸料装置和弹性卸料装置两种形式,视模具的结构要求的选择。刚性卸料装置分为两种:封闭式卸料装置和悬臂式卸料装置。刚性卸料装置结构简单,工作可靠,卸料力大,适用于平整度要求不高或厚板零件的卸料。弹性卸料装置分为两种:一种是用橡胶作弹性元件,一种是用弹簧作弹性元件。弹性卸料装置在各类冲床中广泛应用,特别是材料较薄、制件要求平整的复合模最适宜。弹性卸料板根据需要可装在上模,也可装在下模。弹性卸料装置有敞开的工作空间,操作方便,工件质量也较好,但是冲压力会增加。其中橡胶的选用为设计的一个重点。5.1.1 橡胶的选用橡胶允许承受的载荷较弹簧大,并且安装调整方便,所以在冲裁模中应用最多。冲裁模中用于卸料的橡胶有合成橡胶和聚氨酯橡胶(PUR),其中聚氨酯橡胶的性能比合成橡胶优异,是常用的卸料弹性元件。冲模标准中专门规定了聚氨酯橡胶的规格与尺寸,选用很方便。橡胶常见的形状为矩形、圆筒形、圆柱形。(1)橡胶选择的原则为保证卸料正常工作,应使橡胶的预压力大于或等于,即 (5-1)橡胶的压力与压缩量之间不是线性关系,橡胶压缩时产生的压力按下式计算 (5-2)式中-橡胶的横截面积(与卸料板贴合的面积),; -橡胶的单位压力,。可从表51中选取。表5-1 橡胶压缩量与单位压力压缩量(%)101520253035单位压力聚氨酯橡胶1.12.54.25.6合成橡胶0.260.500.701.061.522.10橡胶极限压缩量应大于或等于橡胶工作时的总压缩量,即 (5-3)式中:-橡胶极限压缩量,保证橡胶经久耐用,聚氨酯橡胶取,为橡胶的自由高度,mm; -橡胶工作时的总压缩量,mm; -橡胶预压缩量,一般合成橡胶选取hy=(0.1-0.5)ho,聚氨酯橡胶选取,mm; -卸料板的工作行程,一般取,t为板料厚度,mm;
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