压圈冲压复合模具设计【冲孔落料复合模】
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冲压模具设计中侧壁起皱的分析F.-k. Chen and Y.-C. Liao台湾 台北市国立台湾大学机械工程部门在冲压过程中,起皱一般发生在有锥度的方形杯子和带有阶梯的矩形杯子成形时。这两种起皱类型的共同特征是起皱都发生在相对没有支撑的侧壁。在冲压一个有锥度的方形杯子时,当发生起皱时,比如冲模间隙和冲压毛坏的压力大小等参数的影响通过有限元模拟方法被检查到。模拟结果显示冲模间隙越大,起皱的就越明显,而且起皱不能通过增加冲压力来被抑制。在研究带有阶梯的矩形杯子冲压过程的起皱时,发现了一个有相似几何类型的实际部分。在侧壁被发现的起皱是因为介于冲头和阶梯边缘的金属板料不平衡伸展造成的。为减少起皱,一个最适宜的冲模设计方法就是利用有限元分析法。在无起皱产品中介于模拟结果和实测结果的好协议使有限元分析法生效,而且证实了利用有限元分析法去设计冲模的优势。关键词:侧壁起皱;冲模;阶梯的矩形杯子;带有锥度的主形杯子1 介绍起皱是在金属板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和视察的原因,在产品中起皱往往不能被接受。在金属板料成形过程中,有三种形式的起皱频繁的发生:边缘起皱,侧壁起皱和由于残余的弹性压力引起的未变形区域的弹性弯曲。在冲压一个复杂形状零件的操作时,侧壁起皱意味着冲模腔中的起皱。由于侧壁区域的金属板料相对于其它区域的金属板料不被工具所保征质量,侧壁起皱的消除比边缘起皱的抑制更难。很明显,在未被加固的侧壁区域中的金属材料的额外拉伸可能防止起皱,而且在实际操作中也可以通过增加冲压力来防止起皱,但是过度的拉力会通过裂痕导致失败。因此,冲压力必须处于一个狭小的范围,一方面,要高于抑制起皱的力,另一方面,要低于产生破裂的力。冲压力的狭小范围很难计算。对于冲压一个复杂形状的零件,当起皱发生在中心区域时,有意义的冲压力范围甚至不存在。 为了检查起皱的形成结构,Yoshida et al.发明了一种测试,在这种测试里,一块薄板料不是均匀的沿着它的斜度被拉伸。他们也计划一个近似的理论模型,在这种模型里面,起皱的开始取决于在压力不均匀区域中有压缩的侧部力的弹性湾曲。Yu et al.从实验性和分析性上研究起皱问题,通过理论分析,他发现带有两个圆周波的起皱可能发生,然而,实验结果显示是四到六个。当通过一个有锥度的模具画出金属板料时,Narayanasamy和sowerby用平底的冲头和半球状的冲头检查金属板料的起皱。他们也试图去把可以抑制起皱的道具分类。 那些努力都被聚中于和简单形状零件关联的起皱问题上,例如:一个圆形的杯子。在90年代早期,金属板料成形中三维动态软件和有限元方法的成功运用使得分析包括在冲压一个复杂形状零件的起皱问题成为可能。在当前的研究中,三维有限元分析法被用来分析在冲压一个带有阶梯的矩形部分的过程中,产生起皱的金属流动制造参数上。 一个带有阶梯的方形杯子,在杯子的每一边都有一个倾斜的侧壁,在带有锥度的杯子也相应的存在倾斜的侧壁。在冲压过程中,侧壁上的金属板料相对没被支撑,因此,这个部位更容易起皱。在当前的研究中,起皱过程中的各种不同的制造参数的影响都在被研究。在冲压一个带有阶梯的方形杯子时,就像图1B显示的一样,可以观测到另一种形式的起皱。为了评估分析的效力,在当前的研究中,一个确切阶梯几何形状的物体被检测。通过使用有限元分析法和用适宜的模具设计来减少起皱,起皱的原因被确定。在观测一个实际产品成形时,通过有限元分析法得到的模具设计方法得到证实。图1带有锥度方形杯子的拉伸(a)和带有阶梯的矩形杯子的拉伸(b)2有限元模型包括冲头、模具和毛坏固定器等工具几何学是用CAD或PRO/E软件来设计的。同样用CAD软件,三节点和四节点的外形元素被采用用来为以上工具生产网眼系统。对于有限元模拟来说,工具被认为是刚硬的,而且对应的网眼被用来定义工具几何学而不是压力分析。同样CAD软件使用四节点外形元素来为板形坏料构造网眼。图2显示工具的完整布置的网眼系统和用来冲压带有阶梯方形杯子的板形坏料。由于对称条件,方形杯子的四分之一被分析。在模拟中,板形坏料放在压力机上,冲模向下移动,逆着压力机夹紧板形坏料。然后冲模上升使得板形坏料按着模腔成形。图2 有限元网眼 为了表演一个精确的有限元分析法,金属板料的真实应力应变曲线被要求是输入数据的一部分。在当前的研究中,拉深成形的金属板料也被用来模拟。为在飞机上切割下的样本测试被进行,它们依次从0度的旋转方向到45度的旋转方向,再到90度的旋转方向进行着。平均的流动力,计算方程为=(0+245+90)/4,因为每一个方法真实应变通常用来模拟带锥度方形杯子和带阶梯矩形的冲压,就如图3显示的那样。 当前研究中所有的模拟利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。为了完成模似所需输入数据的设置,冲头的速度一般设置在10m/s,库仑摩擦系数设置在0.1。图3 金属板料的应力应变关系3 锥度方形杯中的起皱 正像图1a显示的那样,草图暗示着一些有关锥度方形杯子的尺寸,方形冲头每一面的长度(2WP)、模腔的尺寸(2Wd)和高度(H)被认为是影响起皱的至关重要尺寸。在当前研究中,模腔尺寸和冲头尺寸的差距的一半称作冲模间隙(记作G),G= Wd- WP。相关的在侧壁没被支撑的金属板料的宽度取决于冲模间隙,起皱假想通过增加冲压力来被抑制。相对于冲压一个锥度方形杯子,冲模间隙和冲压力两方面的影响在接下来的部分被研究。3.1冲模间隙的影响为了检查冲模间隙对起皱的影响,在冲压一个锥度方形杯子时,分别用20mm,30mm,50mm大小的冲模间隙进行模拟冲压。在每次模拟冲压中,模腔的尺寸都是固定在200mm,而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模拟中使用的金属板料都是380X380的方形尺寸,厚度也都是0.7mm,金属的应力应变曲线如图3所示。图4 G=50mm的带有锥度的方形杯子 模拟结果显示三次模拟中都发生起皱现象,冲模间隙为50mm冲压出来的杯子模拟形状如图4。从图4中可以看出,起皱分布在侧壁,侧壁拐角尤其明显。这就说明在冲压过程中,起皱是由于在侧壁有大面积区域不被支撑,同样,由于冲模间隙不一样,冲头各边的长度和模腔尺寸也不一样。由于横向压力的存大,在冲头和模腔中拉深成形的金属板料越来越不牢固。在压缩下,侧壁金属板料不受限制的拉伸是起皱的主要原因。为了比较三种不同间隙冲压出来的产品,两个主要的应变比率被介绍,=min/max,这里的min和max分别是主要的和次要的应变。Hosford和Caddell已经展示了的实际值比的评论值大,假设当起皱发生时,的实际值越大,起皱的可能性就越大。 在三个冲模间隙不同的冲压中,同一侧壁高度,沿着横截面M-N的值在图4中标记出,在图5中画出。图5中说明严重的起皱一般发生在拐角处,而对三个冲模间隙不同的冲压,在侧壁中心很少发生起皱。还说明了冲模间隙越大,的实际值就越大。因此,增加冲模间隙将增加在锥度方形杯子侧壁处发生起皱的可能性。3.2冲压力的影响众所周知,在冲压过程中,增加冲压力可以帮助排除起皱。为了研究增加冲压力的影响,冲模间隙为50mm与起皱是有关联的,用冲模间隙为50mm的模具冲压带有锥度方形杯子被用不同的冲压力来模拟了。冲压从100KN增加到600KN,这两个力分别产生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分,剩下的模拟条件与给定的是一样的。处于中间的300KN也被用来模拟。模拟结果显示冲压力的增加并没有帮助消除发生在侧壁的起皱。在图4中已标出沿着横截面M-N的值与冲压力为100KN和600KN的值作比较。模拟结果指出两种情况下,沿着横截面M-N的值是一样的。为了检查两种不同冲压力的起皱形状,正如图4和图6标出的那样,侧壁上从底部向上有五处不同位置的横截面。从图6可以看出,两个外壳的波浪形横截面是相似的。这就说明在冲压带有锥度的方形杯子时,冲压力不影响起皱的发生,这是因为起皱的原因主要是由于在有横向压力存在的侧壁处有大面积区域不被支撑。冲压力对冲头和模腔之间材料不稳定的模式并没有影响。图5 沿着横截面M-N不同冲模间隙的值4阶梯矩形杯子在冲压一个阶梯矩形杯子时,起皱发生在侧壁即使冲模间隙并不是那么重要。轮廓1显示冲压阶梯矩形杯子的冲头草图,在这张草图中,侧壁C沿台阶D-E而行。在近期的研究中,在一个实际的产品中检查到了这种几何形状。这种产品使用的原材料的厚度是0.7mm,从拉力测试中获得的应力应变关系如图3所示。这种冲压部分产品的程序包括通过清理焊缝的深拉。在这种深拉过程中,没有焊缝被用在冲模表面来帮助帮助金属的流动。但是,由于冲头拐角处的半径过小和其复杂的几何形状,如图7显示的那样,在冲头边缘上部经常发生拉裂,在真实产品的侧壁处经常发生起皱。从图7中可以看出,皱纹发分布在侧壁上,但是在阶梯边缘拐角处最为严重,就像图1(b)中A-D,B-E显示的那样。在冲头的上部边缘,金属往往被拉裂,就像图7所示。为了进一步的了解冲压过程中板料的变形,诞生了一种有限元的方法。这种有限元模拟方法被在最初的设计中。部分的模拟形状如图8所示。从图8中可以看出,零件上部边缘的网眼被拉深,皱纹分布在侧壁上,类似真实零件中的那样。图6 从图a的100KN到图b的600KN不同侧壁高度的横截面线条图7 产品零件中的拉裂和起皱图8 产品拉裂和起皱的模拟形状如图1(b)就像A-B边缘半径和冲孔拐角处A的半径一样,冲孔的半径也很小,这被认为是拉裂的最主要原因。但是,根据有限元分析的结果,拉裂可以通过增加以半径来避免。这种理念在现实产品中通过增加半径得到证实。个别的尝试也被用来消除起皱。第一,冲压力加到原来的2倍。但是,就像在拉深带有锥度的杯子中得到的结果一样,冲压力对消除起皱现象没有起有很大的效果。通过增加摩擦和毛坯尺寸也得到同样的结论。于是我们推测,这种起皱不能通过增加冲压力来得到抑制。由于在金属屈服于过大压力的区域,往往会因为大量的金属流动而起皱,一种通过在起皱区域增加挂钩用于消除起皱的简单方法被用来吸收多余的材料。为了多余的金属能有效的被吸收,挂钩应该平衡的加在起皱位置。基于这种理念,两个挂钩被加在邻近在壁上吸收多余的材料,如图9如示。模拟结果显示,阶梯拐角处的起皱正如想象的那样被吸收,但是,一些起皱仍然没被吸收。这说明在侧壁处需要更多的挂钩来吸收所有过量的材料,但是这在模具设计中是不允许的。利用有限元分析法分析冲压工序的一个优势是冲压过程中板料的变形形状可以被监测,而这在真实的产品冲压过程中是不可能的。对冲压过程中金属流动的精密监测显示板料最开始通过冲头的力按模腔的形状成形,直到板料接触到如图1(b)阶梯D-E边缘才形成起皱。起皱的形状如图9 加到侧壁的起皱图10显示的那样。这就为模具设计的改进提供了有价值的信息。图10 当板料接触台阶边缘的起皱形成图11 切除了的台阶拐角对于起皱的发生,最初的一个猜想是冲头拐角处范围A和阶梯拐角处范围D之间的金属板料处于不平坦的拉深,就如图1(b)所示。阶梯拐角处被切主要是为了改善拉深条件,这样就允许通过增加阶梯边缘有更多的拉伸被应用到如图11所示,从而使得模具设计的改进得到发展。但是,杯子侧壁处仍然有起皱,这就意味着起皱是因为整个冲头边缘和整个阶梯边缘的不平坦引起的,不仅仅是冲头拐角处和阶梯拐角处之间的不平坦。为了证实这种说法,两种改进过了的模具设计被用来实验:为了描述想象中的形状用两种拉深操作,一种是切去整个阶梯,而另一种是增加更多的拉深操作。前一个方法的模拟形状所图12所示。自从更低的阶梯被切去后,拉深工序与图12中的矩形杯子拉深工序性很相似。从图12中可以看出起皱现象已被消除。在这两种操作的拉深工序中,板料最初是被拉到很深的阶梯处,如图13(a)所示,然后,较低的阶梯在第二步拉深操作中成形,同是,如图13(b)所示的想象形状也得到了。从图13(b)可以清晰的看出,通过两步拉深工序可以造出没有起皱的阶梯矩形杯子,同时也说明在两步拉深工序中,如果相应的顺序被应用,则更低一些的阶梯处的成形是伴随更深阶梯处成形和最深阶梯边缘处成形的最早成形,如图1(b)中的A-B,因为金属不容易通过较低的阶梯进入模具型腔。图12改善模具设计的模拟形状图13 两个操作步骤中的a第一步操作 b第二步操作有限元分析法说明用简单的拉深操作来设计理想产品的冲压模具设计是很难完成的。但是,由于额外的模具费用和操作费用,两个操作的制造费用是很高的。为了保持较低的制造费用,零件的设计师对形状做出了合适的改变,而且通过有限元模拟分析法结果去切除较低的台阶来改善模具设计,如图12所示。随着设计方法的改进,产品真实的冲压模具被制造出来,而且零件还没有起皱,如图14所示。通过有限元模拟分析法得到的零件也没有起皱。为了进一步验证有限元模拟分析法的结果,有限元模拟分析法得到的沿横截面G-H的厚度分布如图14所示,这与产品的尺寸做了比较,比较的结果显示在图15。从图15可以看出有限元模拟分析法得到的预想的厚度分布和产品得到的厚度分布是相符合的。这种吻合证实了有限元模拟分析法的效率。图14 无缺陷产品零件图15 G-H处模拟和测量厚度5概要和结束语通过有限元模拟分析法研究了两种在冲压过程中的起皱,而且还检查了其起皱的原因和消除起皱的方法。第一种形式的起皱发生在冲压带有锥度的方形杯子的侧壁上,这种起皱的原因是因为冲模间隙过大(冲模间隙就是模腔的尺寸和冲头的尺寸的差距)。当金属被拉至模腔中,在冲头和型腔中有一有害的拉深时,大的冲模间隙导致金属板料的大面积区域不被支撑,因此大面积区域不被支撑导致起皱。有限元模拟分析法显示这种起皱不能通过增加冲压力的方法来得到抑制。另一种形式的起皱发生在有阶梯矩形的几何形状物体冲压过程中。起皱往往发生在台阶以上的侧壁,甚至冲模的间隙不是足够的大。通过有限元模拟法得知,这种起皱主要是由于在冲头和台阶边缘存在不平坦的拉伸。在模具设计过程中,通过有限元模拟分析法单独的尝试被用来消除起皱,切除了台阶的模具被建立。通过无缺陷的零件证实了这种模具设计方法对消除起皱的作用。有限元模拟分析法得到的结果和真实产品中看到的结果相吻合说明了有限元模拟分析法的准确性,还证实了用有限元分析法代替真实的模具制造方法的效力。感谢作者希望感谢中国人民共和国民族科学委员会授于NSC-86-2212-E002-028编号才使得这个项目得到发展。他们也希望感谢KYM提供了产品零件。参考文献1. K. Yoshida, H. Hayashi, K. Miyauchi, Y. Yamato, K. Abe, M. Usuda, R. Ishida and Y. Oike,在金属板料,皱纹机械工具的效果取决于不均匀的拉深2. T.X.Yu,W.Johnson 和 W.J.Stronge, “圆形碟子在半球形模具中的冲压成形”,机械学杂志,26,pp.131-148,19843. W.J.stronge,M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu,在冲压期间,圆形碟子的塑性起皱。实验的技巧,pp.345-353,1986.4. R.Narayanasamy和R.Sowerby,“当用一种圆锥形的冲模成形时的金属板料起皱”,材料处理技术杂志,41,pp.275-290,1994.5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell,金属成形:机械和冶金,1993年第二季。第 1 页 共 40 页 XX 学院 毕业设计(论文) 题 目 压圈冲压复合模具的设计 姓 名 学 号 系 部 机电工程系 专 业 模具设计与制造 指导教师 职 称 摘 要 第 2 页 共 40 页 摘 要 本文通过设计压圈该零件的冲裁模.首先对冲压件进行工艺性分析,对冲压模具总体结 构设计,画装配图. 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技术 关键字: 冲压 凸模 凹模 模架 凸凹模 摘 要 第 3 页 共 40 页 Abstract In this paper, through the design of bending plate of this part of the blanking die. First of all, on the technical analysis of the stamping parts, the overall structure of the stamping die design, drawing the assembly drawing. Stamping is installed in the use of stamping equipment (mainly Press) on the mold to exert pressure on the material, to produce plastic deformation or separation, to obtain the necessary parts (commonly known as stamping or punching.) a pressure processing method. Stamping is usually at room temperature cold deformation processing of materials, and mainly used to process sheet metal parts as required, also called cold stamping or sheet metal stamping. Stamping is one of the main methods of pressure processing or plastic materials processing, belonging to the technology of material forming Engineering Keywords: stamping convex die mold punch and die. 目录 第 4 页 共 40 页 目录 前 言 .6 第 1 章 压圈的工艺分析 .7 第 2 章 零件的工艺性分析 .8 1.1 冲裁件的精度与粗糙度 .8 1.2 确定工艺方案 .9 第 3 章 冲压模具总体结构设计 .10 3.1 模具类型 .10 3.2 导向与定位方式 .10 3.3 卸料与出件方式 .10 3.4 模架类型及精度 .10 第 4 章 冲压模具工艺与设计计算 .11 4.1 排样设计与计算 .11 4.2 搭边值的确定 .11 4.3 进距与条料宽度计算 .12 4.4 材料利用率的计算 .14 第 5 章 计算冲压力与压力机的初选 .16 5.1 冲裁力 Fp 的计算 .16 5.2 卸料力 Fq1 的计算 .16 5.3 顶件力 Fq2 的计算 .17 5.4 总的冲压力 F 的计算 .17 5.5 压力机的初选 .17 第 6 章 模具压力中心的确定 .19 第 7 章 冲裁模间隙的确定 .20 7.1 冲裁间隙 Z.20 7.2 冲裁间隙分析 .20 第 8 章 凹、凸模刃口尺寸的计算 .22 8.1 刃口尺寸计算的基本原则 .22 目录 第 5 页 共 40 页 8.2 刃口尺寸的计算 .22 第 9 章 主要零部件的设计 .26 9.1 工作零件的设计与计算 .26 9.2 橡胶的选用 .32 9.3 模架及其零件的设计 .33 第 10 章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 .36 第 11 章 模具总装图与凸、凹模零件图 .36 结论 .38 参考文献 .39 致谢 .40 压图冲压复合模具设计 第 6 页 共 40 页 前 言 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分,又是高新技术产业化的重要 领域。模具在机械,电子,轻工,汽车,纺织,航空,航天等工业领域里,日 益成为使用最广泛的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中 60%90%的产品 的零件,组件和部件的生产加工。 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上,仅以汽车,摩托车行业的模 具市场为例。汽车,摩托车行业是模具最大的市场,在工业发达的国家,这一 市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一, 汽车工业重点是发展零部件,经济型轿车和重型汽车,汽车模具作为发展重点, 已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加,一个型号的汽 车所需模具达几千副,价值上亿元。为了适应市场的需求,汽车将 不断换型,汽车换型时约有 80%的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第 一,据统计, 中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型,1000 多个型号。单辆摩托车约有零件 2000 种,共计 5000 多个,其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生 产需 1000 副模具,总价值为 1000 多万元。其他行业,如电子及通讯,家电建 筑等,也存在巨大的模具市场。 压图冲压复合模具设计 第 7 页 共 40 页 第 1 章 压圈的工艺分析 冲压件图如下图所示: 冲压技术要求: 1. 材料:A3 钢 2. 材料厚度:2mm 3. 生产批量:大批量 压图冲压复合模具设计 第 8 页 共 40 页 第 2 章 零件的工艺性分析 该零件材料为 A3 钢结构简单,抗剪强度为 300mpa.形状对称,有落料,冲孔 2 个工序具有良好的冲压性能,适合冲裁。工件结构相对简单,有 1 个 20mm 的孔;孔与孔、孔与边缘之间的的距离也满足要求,最小壁厚为 9mm. 1.1 冲裁件的精度与粗糙度 冲裁件的经济公差等级不高于 IT11 级,一般落料公差等级最好低于 IT10 级,冲孔 件公差等级最好低于 IT9 级,工件的尺寸全部为自由公差,可看作 IT14 级,尺 寸精度较底,普通冲裁完全能满足要求。 零件图上所注公差经查标准公差表 1.2 为 IT14 级,尺寸精度较低,普通冲 裁完全可以满足要求。 根据以上分析:该零件冲裁工艺性较好,适宜冲裁加工。查公差表得各尺 寸公差: 零件外形:42 mm062. 零件内形:20 mm、22 mm、4 mm.500.50.3 表 1.2 部分标准公差值(GB/T1800.3 1998) 公差等级 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 基本尺寸 /m /mm 36 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 610 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 1018 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1830 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 3050 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 5080 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 80120 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 压图冲压复合模具设计 第 9 页 共 40 页 1.2 确定工艺方案 该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲 裁和级进冲裁三种: 冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。 复合冲裁是在压力机的一次行程中,在模具的同一位置同时完成两个或两 个以上的工序;级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序,排列成一定顺序,组成 级进模,在压力机的一次行程中,模具的不同位置同时完成两个或两个以上的 工序,除最初几次冲程外,每次冲程都可完成一个冲裁件。该工件包括落料、 冲孔两个基本工序,可以有以下五种工艺方案: 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。采用倒装复合模+单工序模生产。 方案三:冲孔-切断级进冲压。采用级进模生产。 方案一结构简单,但需 2 道工序、2 副模具才能完成,生产效率也低,如 此则浪费了人力、物力、财力,从经济性的角度来考虑不妥当,难以满足大批 量的生产要求。 方案二采用倒装复合模生产,与方案一相比,倒装复合模具把凸凹模放在 下模,虽然模具结构较方案二简单,可冲工件的孔边距也较大,但是工件的平 整性较方案一差。也是一次成型实现。 方案三采用冲孔切断级进模具生产,也只需要一副模具,制造精度高,先 冲孔后,切断,但是其模具结构复杂,生产周期长,成本高。 通过上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案二为佳。 压图冲压复合模具设计 第 10 页 共 40 页 第 3 章 冲压模具总体结构设计 3.1 模具类型 根据零件的冲裁工艺方案,采用复合冲裁模. 3.2 导向与定位方式 导向形式:滑动导柱导套导向 定位方式:板料定位靠导料销和弹簧弹顶的活动挡料销完成,因为该模具采用 的是条料,控制条料的送进方向采用的是导料板,无侧压装置。控制条料的送 进步距采用挡料销定距。 3.3 卸料与出件方式 冲孔凸模与凸凹模冲孔,冲孔废料直接落料。利用推件块将制件顶出。 3.4 模架类型及精度 该模具采用后侧导柱模架,以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。 压图冲压复合模具设计 第 11 页 共 40 页 第 4 章 冲压模具工艺与设计计算 4.1 排样设计与计算 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小 材料消耗、提高生产率和延长模具寿命,排样是否合理将影响到材料的合理利 用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。 根据材料经济利用程度,排样方法可以分为有搭边、少搭边和无搭边排样 三种,根据制件在条料上的布置形式,排样有可以分为直排、斜排、对排、混 合排、多排等多重形式。 因此有下列三种方案: 方案一:有搭边排样 沿冲件外形冲裁,在冲件周边都留有搭边。冲件尺 寸完全由冲模来保证,因此冲件精度高,模具寿命高,但材料利用率低。 方案二:少搭边排样 因受剪切条料和定位误差的影响,冲件质量差,模 具寿命较方案一低,但材料利用率稍高,冲模结构简单。 方案三:无搭边排样 冲件的质量和模具寿命更低一些,但材料利用率最 高。 通过上述三种方案的分析比较,综合考虑模具寿命和冲件质量,该冲件的 排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选 择直排最佳(如图 5.1 所示)。 4.2 搭边值的确定 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料,称为搭边。 搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,保证零件质量和送 料方便。搭边过大,浪费材料。搭边过小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会 增大冲件毛刺,有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命。 或影响送料工作。搭边值是废料,所以应尽量取小,但过小的搭边值容易挤进 凹模,增加刃口磨损。根据制件厚度与制件的排样方法查表 5.1 得: 两制件之间搭边值 a1=2mm 侧搭边值 a=2.5mm 表 5.1 搭边值和侧边值 压图冲压复合模具设计 第 12 页 共 40 页 手动送料 圆形 非圆形 往复送料 自动送料材料厚 度 t a a1 a a1 a a1 a a1 1 以下 1.5 1.5 2 1.5 3 2 12 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 23 2.5 2 3 2.5 4 3.5 34 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 45 4 3 5 4 6 5 5 4 56 5 4 6 5 7 6 2.0 5 4.3 进距与条料宽度计算 一、送料进距 A 条料在模具上每次送进的距离称为送料进距,每个进距可冲出一个或多个 零件。 A=D+a1 (5.1) 式中 D平行于送料方向的冲裁件宽度 a1冲裁件之间搭边值 模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向 送料方式,这主要取决于凹模的周界尺寸。就本模具而言,采用纵向送料方式。 图 5.1 排样图 压图冲压复合模具设计 第 13 页 共 40 页 二、条料宽度 B 计算 排样方式和搭边值确定以后,条料的宽度也就可以设计出。计算条料宽度 有三种情况需要考虑: 1.有侧压装置时条料的宽度。 2.无侧压装置时条料的宽度。 3.有定距侧刃时条料的宽度。 有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进。 图 5.2 有侧压装置时条料的宽度确定 本设计采用的是有侧压装置的模具。 所谓条料宽度,是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。因条料是由板料剪 裁下料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,下偏差为负值 。其计 算公式如下: B=D+2a (5.2) 0 - 式中 B条料宽度基本尺寸; D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸; a侧搭边值,查表 5.1; 条料下料剪切公差; 表 5.2 剪切公差 及条料与导料板之间隙 C(mm) 条料宽度(mm) 1 12 23 35条料厚度(mm) C C C C 50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 50100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 压图冲压复合模具设计 第 14 页 共 40 页 100150 0. 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 150220 0.7 0.2 0.8 0.3 1.0 0.5 1.2 0.7 根据零件图查表 5.2 确定剪料公差及条料与导板之间的间隙=0.6。 根据公式(5.2) : B=D+2a+c 0 - =(42+22.5) 6.0 =47 06. 4.4 材料利用率的计算 一、计算冲压件面积、周长 因为该工件图由多段圆弧组成,计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度, 计算面积也需要准确的找到切点,诸多因素采用人工计算时计算量较大,因此 采用三维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长(如图 5.3)。 图 5.3 冲压件的周长和面积 取面积 F=1063.01mm2 周长 L=199.16mm 二、计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。 材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率 压图冲压复合模具设计 第 15 页 共 40 页 表示: =(nF/AB)100% (5.3) 式中 材料利用率(%); n冲裁件的数目; F冲裁件的实际面积 (mm2);包括工件面积与废料面积; B板料宽度(mm); A送料进距; 根据公式(5.3) : =(1063.01/4447)100% 51% 由此可之, 值越大,材料的利用率就越高,废料越少。因此,要提高材 料利用率,就要合理排样,减少工艺废料。 压图冲压复合模具设计 第 16 页 共 40 页 第 5 章 计算冲压力与压力机的初选 计算冲裁力是为了选择合适的压力机,设计模具和检验模具的强度,压力 机的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适宜冲裁的要求,普通平刃冲裁模,其 冲裁力 一般可以按下式计算:PF Fp=Kp Lt =Lt (6.1) 式中 材料抗剪强度( MPa); L冲裁周边总长(mm); t材料厚度(mm); 系数 Kp 是考虑到冲裁模刃口的磨损,凸模与凹模间隙之波动 ,取 Kp =1.3。 5.1 冲裁力 Fp 的计算 据图 5.3 可得一个零件内外周边之和 L=199.16mm。 查碳素结构钢的力学性能表知:A3F 的抗剪强度 =216Mpa304Mpa,取 260Mpa,制件厚度 t=1mm,则 根据公式(6.1) : Fp= Kp Lt =1.32199.16260 137(KN) 5.2 卸料力 Fq1 的计算 Fq1=KxFp (6.2) 式中 Kx卸料力系数,查表 6.1 取 Kx0.05。 根据公式(6.2): Fq1= KxFp =0.05137(KN ) 6.85(KN) 表 6.1 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mm Kx kt Kd 压图冲压复合模具设计 第 17 页 共 40 页 钢 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.A3 0.06 0.05 0.03 5.3 顶件力 Fq2 的计算 Fq2= KdFp (6.3) 式中 Kd顶件力系数。 查表 6.1 得 Kd0.06. 根据公式(6.3): Fq2= KdFp =0.06137(KN) 8.22(KN) 5.4 总的冲压力 F 的计算 根据模具结构总的冲压力 F=FP+Fq1+Fq2 =137+6.85+8.22 =152(KN) 选用的压力机公称压力 P(1.11.3)F ,取系数为 1.3,则: P1.3F=1.3x152(KN)=197.7(KN)。 5.5 压力机的初选 冲裁时,压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。 冲压设备属锻压机械。常见的冷冲压设备有机械压力机。 表 6.2 部分常用开式压力机的主要技术参数 型号 技术参数 单 位 J23-4 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-63 J23-100 滑块公称 压力 KN 40 63 100 160 250 630 1000 滑块行程 次 200 160 135 115 100 70 70 压图冲压复合模具设计 第 18 页 共 40 页 次数 /m m 最大闭合 高度 m m 160 170 180 220 250 360 360 闭合高度 调节量 m m 35 40 50 60 70 90 90 立柱间距 m m 100 150 180 220 260 250 250 左 右 m m 100 140 170 200 300 300滑块 地面 尺寸 前 后 m m 90 120 150 180 340 340 直 径 m m 30 50模柄 孔尺 寸 深 度 m m 50 70 垫块厚度 m m 35 40 50 60 70 80 90 最大倾斜 角 45 35 30 左 右 m m 280 315 360 450 560 630 710工作 台尺 寸 前 后 m m 180 200 240 300 360 420 480 根据冲压力的计算和压力中心的计算,选择开式压力机的型号为 J23-25。 压图冲压复合模具设计 第 19 页 共 40 页 第 6 章 模具压力中心的确定 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置,为了确保压力机和模具正常 工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则,会使冲模和压 力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大磨损,模具导向零件加速磨 损,降低了模具和压力机的使用寿命。 模具的压力中心,可按以下原则来确定: 1.对称零件的单个冲裁件,冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。 2.工件形状相同且分布对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 3.各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的 力矩。求出 合力作用点的坐标位置 0,0(x=0,y=0),即为所求模具的压力中心。 其中 、 、 分别为各冲裁周边长度。1L23NL 由于该零件属于对称结构,故其压力中心在其中心位置 按比例画出零件形状,选定坐标系 XOY。计算出零件压力中心为 (0,0.09) 压图冲压复合模具设计 第 20 页 共 40 页 第 7 章 冲裁模间隙的确定 7.1 冲裁间隙 Z 指冲裁模中凹模刃口横向尺寸 DA 与凸模刃口横向尺寸 DT 的差值(如图 8.1),是设计模具的重要工艺参数。 图 8.1 冲裁间隙 7.2 冲裁间隙分析 一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值,差值越小, 则精度越高,这个差值包括两方面的偏差,一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏 差,二是模具本身的制造偏差。 二、间隙值的确定 凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。设 计模具时一定要选择合理的间隙,以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产 品的要求,所需冲裁力小、模具寿命高,但分别从质量,冲裁力、模具寿命等 方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值,只是彼此接近。考虑到模具制 造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙, 只要间隙在这个范围内,就可以冲出良好的制件,这个范围的最小值称为最小 合理间隙 Zmin,最大值称为最大合理间隙 Zmax。考虑到模具在使用过程中的磨 损使间隙增大,故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 Zmin。 确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 对于尺寸精度,断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值,对于垂直 度与尺寸精度要求不高的制件,应以降冲裁力、提高模具寿命为主,可采用较 压图冲压复合模具设计 第 21 页 共 40 页 大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便,所以常采用查表法来确定间隙 值。 根据间隙表 8.1 查得材料 A3F 的最小双面间隙 Zmin=0.246mm,最大双面间 隙 Zmax=0.360mm 表 8.1 部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙 A3、10、35 、0 9Mn2、A3F 40、50 16Mn 65Mn材料厚 度 m Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 小于 0.5 较小间隙 0.5 0.04 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.90 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 4.0 0.640 0.880 注:A3 钢冲裁皮革、石棉和纸板时,取间隙的 25%。 压图冲压复合模具设计 第 22 页 共 40 页 第 8 章 凹、凸模刃口尺寸的计算 8.1 刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度,模具的合理间隙也 要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差,是 设计冲裁模关键环节。 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则: 1.落料件尺寸由凹模尺寸决定,冲孔尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模 时,以凹模为基准,间隙取在凸模上;设计冲孔模时,以凸模尺寸为基准,间 隙取在凹模上。 2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损,设计落料凹模时,凹模基本尺寸应取尺 寸公差范围的较小尺寸;设计冲孔模时,凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范 围的较大尺寸。 3.确定冲模刃口制造公差时。如果对刃口精度要求过高,增加成本,如果 对刃口精度要求过低,会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差,则对于非 圆形工件按国家“ 非配合尺寸的公差数值 ”IT14 级处理,冲模可按 IT11 级制造; 对于圆形工件按 IT6IT7 级制造。冲压件的尺寸公差应按 “入体”原则标注单项 公差,落料件上偏差为零,下偏差为负;冲孔件上偏差为正,下偏差为零。 8.2 刃口尺寸的计算 根据模具的加工方法不同,凸、凹模刃口尺寸的计算方法分为两种情况。 凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。对于该制件应该选用凸模与凹模 分开加工方法。 凸模与凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。要分别标注 凸模与凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙 Zmax 必须满足下列条件: minmaxpd Z 或者 、inmaxd6.0 minax4.0 一、冲孔凸、凹模计算 压图冲压复合模具设计 第 23 页 共 40 页 设冲孔尺寸为 根据以上原则,冲孔时以凸模设计为基准,首先确定凸d 0 模刃口尺寸,使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸,再增大凹模 尺寸以保证最小合理间隙 Zmin。凸模制造偏差取负偏差,凹模取正偏差。其计 算公式为: 凸模 dp=(dx) 0- p 凹模 dd=( Z min)0+ d(d XZ min) 0+ d 在同一工步中冲出制件两个以上孔时,凹模型孔中心距 Ld 按下式确定: Ld=(Lmin0.5)0.125 式中 dd冲孔凹模基本尺寸(mm); dp冲孔凸模基本尺寸(mm); d冲孔件孔的最小极限尺寸(mm); Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm); Lmin制件孔距最小极限尺寸(mm); 冲孔件孔径公差(mm); Zmin凸、凹模最小初始双面间隙(mm); X磨损系数,是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带 的中间尺寸,与工件制造精度有关,可查表 9.1 取值:当工件精度 IT10 以上, 取 x=1;当工件精度 IT11IT13,取 x=0.75;当工件精度 IT14,则取 x=0.5。 表 9.1 磨损系数 X 非圆形 圆形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 料厚 t(mm) 工件公差/mm 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 根据图 1.1 和表 9.1 查得磨损系数 X 取 0.5,即 X=0.5 设凸、凹模分别按 IT6 和 IT7 级加工制造,所以 凸模: dp =(d+X) 0- p 压图冲压复合模具设计 第 24 页 共 40 页 =(20+0.50.52) 01. =20.26 01. 凹模: dd=( dp +Zmin) d0 =(20.26+0.246) 18. =20.446 0. 校核: p d=0.011+0.018=0.029mm 表 8.1 得 Zmax =0.246;Z min =0.360。 p dZ maxZ min 二、落料凸、凹模计算 凹模: Dd=(DX) d0 凸模: Dp=( DdZ min) (DX Z min)P0P 式中 Dd落料凹模基本尺寸(mm); Dp落料凸模基本尺寸(mm); D落料件最大极限尺寸(mm); 落料件外径公差(mm); Zmin凸、凹模最小初始双面间隙(mm); X磨损系数,是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带 的中间尺寸,与工件制造精度有关。表 9.1 取 X=0.5。 由公差表(1.2)查得:42 mm mm 设凸、凹模分别按 IT6 和 IT7 级加工。062. 所以凹模 42 :Dd4=(D4-X )062. d0 =(42-0.50.62) 30. =41.69 mm 03. 凸模 压图冲压复合模具设计 第 25 页 共 40 页 42 :Dp4=(Dd4- Zmin)062. 0P =(41.69-0.246) 019. =41.444 mm 0. 校核因为 =0.018+0.011=0.029mm1p2d =0.013+0.021=0.034mm2 =0.016+0.025=0.041mm3p3d =0.019+0.030=0.049mm44 ZmaxZ min =0.24-0.132=0.1A3mm(Zmax、Z min 是凸、凹模最大初始双面间隙, 查表 8-1 得 Zmax =0.24、Z min =0.132)满足 Z maxZ min。pd 压图冲压复合模具设计 第 26 页 共 40 页 第 9 章 主要零部件的设计 9.1 工作零件的设计与计算 一、凹模的结构设计和外形尺寸计算 1.凹模的结构设计 凹模:在冲压过程中与凸模配合直接对冲压制件进行分离或成形的工作零 件。 凹模洞口的类型如图 10.1 所示,其中 a、b、c 型为直筒式刃口凹模,其特 点是制造方便,刃口强度高,本设计选用 c 型筒口。 图 10.1 凹模类型 2.外形尺寸计算 凹模结构分为整体式和镶拼式两大类,本设计凹模采用整体式凹模。 凹模厚度: H=Kb(15mm) (10.1) 凹模壁厚: C=(1.52)H(30mm) (10.2) 凹模外形尺寸: B=b+2C (10.3) 式中 b冲裁件的最大外形尺寸;(mm); K系数,考虑板料厚度的影响(见表 10.1); H凹模厚度; C凹模壁厚; B凹模外形最大尺寸。 压图冲压复合模具设计 第 27 页 共 40 页 表 10.1 系数 K 的数值 厚度 t/mm b/mm 0.5 1 2 3 3 50 0.3 0.35 0.42 0.5 0.6 50-100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 100-200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22 根据图 1.1 查表 10.1,取 K=0.25,又 b=75mm,则由公式 10.1 和公式 10.2 得: 凹模厚度: H=Kb=0.25107=26.75mm; 凹模壁厚: C=(1.52)H=(1.52) 26.75=40.12553.5mm 根据表 10.2 取凹模厚度:H=30mm;取凹模壁厚 C=45mm。 根据公式(10.2): B=b+2C =107+245 =197mm L=b+2C =30+245 =120mm 查表 10.2,选取凹模外形尺寸 LB=200mm125mm。 表 10.2 矩形和圆形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994) 矩形凹模的长度和宽度 LB 矩形和圆形凹模厚度 H 6350、6363 10、12、14、16、18、20 8063、8080、10063、10080、100100 、12580 12、14、16、18、20、22 125100、125125、14080、14080 14、16、18、20、22、25 140125、140140、160100、160125 、16 0140、200100、80mm80mm 16、18、20、22、25、28 压图冲压复合模具设计 第 28 页 共 40 页 160160、200140、200160、250125 、25 0140 16、20、22、25、28、32 凹模轮廓尺寸为 200mm125mm40mm。 二、冲孔凸模的结构设计和外形尺寸计算 1.凸模的结构设计 因为零件异行,采用线切割方法进行加工,所以采用整体直通式凸模(如 图 10.3),与凸模固定板采用 H7/m6 配合,按凸模的标准结构形式与尺寸规格 选取。 2.凸模外形尺寸计算 凸模长度尺寸应根据模具的具体结构确定,因为该模具采用的是倒装式复 合模,采用的是弹压卸料上出件方式,其总长按相关公式计算: L = H1 + H2 + H + t 式中 H1凸模固定板厚度;得 H1=0.8H 凹=0.840=32mm。 H2卸料板厚度查表 10.4; t材料的厚度; H冲裁件厚度和凸模进入凸凹模一般 410mm 。则: L =32+20+6.5+1.5=60mm 凸模强度校核:该凸模不属于细长杆,强度足够。 图 10.3 冲孔凸模尺寸 3.凸模材料的选用 模具刃口要求有较高的耐磨性,并能承受冲裁时的冲击力,因此应有高的 硬度与适当的韧性。形状复杂且寿命要求较高的凸模选用 Cr12、Cr12MoV 等制 造。 该凸模材料应选 Cr12MoV,热处理 5862HRC。 压图冲压复合模具设计 第 29 页 共 40 页 三、凸凹模的设计和外形尺寸计算 1.凸凹模的结构设计 凸凹模是复合冲裁中的主要零件。他的内外边缘均为刃口,内外边缘之间 的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑,其壁厚应受最小限制。当模具 为正装结构时,内孔不积存废料,胀力小,最小壁厚可以小些;当模具为倒装 结构时,若内孔为直筒形刃口形式,且采用下出料方式,则内孔积存废料,胀 力大,故最小壁厚应大些。凸凹模的最小壁厚值,倒装复合模的凸凹模最小壁 厚见表 10.3。 表 10.3 倒装复合模凸凹模的最小壁厚 材料厚度 mm 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚 a 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 由于选用的是倒装式复合模,所以查表得:最小壁厚 a=3.8。 2.凸凹模的外形尺寸计算 其长度 可按下式计算:L L = h1+h2+h (10.4) 式中 h1凸凹模固定板厚度;得 h1=0.6H 凹=0.640=24mm。 h2卸料板厚度;查表 10.4 取 15mm。 h附加长度(包括凸模进入凹模深度,弹性元件安装高度); 根据公式(10.4): L = h1+h2+h =24+15+10 =49mm 表 10.4 卸料板厚度 卸料板宽度冲件厚度 tmm 50 5080 80125 125200 200 0.8 6 6 8 10 12 0.81.5 6 8 10 12 14 1.53 8 10 12 14 16 压图冲压复合模具设计 第 30 页 共 40 页 四、工作零件材料的选用 由于冲模为冷冲模,所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、 良好的抗疲劳性、良好的抗粘结能力、可段性、可切削性、可磨削性、热处理 工艺性等。由上要求在该模具中冲孔凸模、凸凹模和凹模板的材料选用 Cr12MoV 钢。Cr12MoV 刚具有较好的淬透性,很高的耐磨性,有较高的冲击 韧度。淬火、回火工艺见表 10.5。 表 10.5 Cr12MoV 钢的淬火、回火工艺 低淬低回工艺 中淬中回工艺 高淬高回工艺 钢号 淬火 温度 / 淬火 硬度 HRC 回火 温度 / 淬火 温度 / 淬火 硬度 HRC 回火 温度 / 淬火温 度 / 淬火 硬度 HRC 回火 温度 / Cr12M OV 950 1000 62 64 200 1030 636 4 400 1A30 1100 406 0 500 520 五、卸料部分的设计 设计卸料零件的目的,是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料 卸掉,常用的卸料方式有:刚性卸料、弹压卸料板。本设计采用弹压卸料装置, 采用弹压卸料装置有一定的装配要求:在模具开启状态,卸料板应高出模具工 作零件刃口 0.3mm0.5mm,以便顺利卸料。 本模具的卸料板仅有卸料作用,卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同, 取 250mm140mm,卸料板的厚度按表 10-4 选择,卸料板厚度为 20mm。卸料 板采用 45 钢制造,热处理淬火硬度 4348HRC。 卸料板上设置 4 个卸料螺钉,公称直径为 10mm,螺纹部分为 M8.510mm, 卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间,以保证卸料的正常运动。 六、定位零件的设计 冲模的定位装置零件是用来保证材料的进料正确及在冲模中保持位置的正 确性。定位零件的种类很多,主要有导料板、导料销、挡料销、侧刃、导正销 和定位板等。 由冲压工艺分析可知,该模具的定位零件是采用的是固定挡料销送进定距 和固定导料销送进定位如简图 10.3 所示。 压图冲压复合模具设计 第 31 页 共 40 页 1.挡料销的设计 常见的挡料销有三种形式。固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。 在此选用 A 型挡料销,作为该模具中的挡料销和导料销。其结构形式和尺 寸规格如图 10.4 和表 10.5。 选取该模具的挡料销和导料销的直径 d8 的 A 型固定挡料销。m 活动挡料销 固定挡料销 图 10.4 挡料销 表 10.5 定挡料销尺寸规格表(mm) d(h11) d1(m6) 基本尺 寸 极限偏差 基本尺 寸 极限偏差 h L 6 0 -0.075 3 +0.0A3 +0.002 3 8 8 2 10 10 0 -0.090 4 +0.012 +0.004 3 13 16 8 3 13 20 0 -0.110 10 +0.015 +0.006 16 25 0 -0.130 12 +0.018 +0.007 4 20 本模具的设计选用固定挡料销(JB/T7649.10-1994 ),材料 45,热处理硬度 4348HRC。 压图冲压复合模具设计 第 32 页 共 40 页 图 10.5 挡料销固定方式 挡料销按图 a)方式固定,其尺寸可按下式计算: S1=A-Dp/2+D/2+0.1 (10.5) =A-(D p -D)/2+0.1 式中 A步距(mm) ; Dp
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