连接片冲压级进模设计【冲孔落料级进模】
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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。哈尔滨理工大学毕业设计(论文)任务书学生姓名:庞立岩 学号:1101011017学 院: 机械动力工程学院 专业:机械设计制造及其自动化任务起止时间:2015 年 03 月 2 日 至 2015年 06 月 20 日毕业设计(论文)题目:连接片级进模设计毕业设计工作内容:1、设计资料准备和外文资料翻译(第一至第三周)2、模具设计(第四至第七周)3、绘图(第八至十四周)4、攥写毕业论文(十五至第十六周)资料:11、冲压模具设计手册2、冲压模具设计图册3、UG、Pro/E相关资料指导教师意见: 同意签名 邓洪财2015年 3 月2 日系主任意见:签名:年 月 日教务处制表哈尔滨理工大学机械动力工程学院毕业设计(论文)开 题 报 告学生姓名 学 号 专 业 班 级 指导教师 邓洪财 2015 年 3 月 日课题题目及来源:课题题目: 课题的来源: 课题研究的意义和国内外研究现状:课题研究的意义:课题研究的主要内容和方法,研究过程中的主要问题和解决办法:课题研究的主要内容:课题研究所需的参考文献:指导教师审查意见:指导教师签字: 2015 年 3 月 日指导委员会意见审核意见:组长签字: 2015年 3 月 日 名称:连接片材料:Q235厚度:1.5mm 哈尔滨理工大学 本科毕业设计(论文) 题 目 连接片冲压级进模设计 学生姓名 学 号 系 部 专 业 班 级 指导教师 哈尔滨理工大学学士学位论文 II 连接片冲压级进模设计 摘 要 连接片属于典型的冲裁件,本文在分析其工艺性的基础上,根 据生产要求,确定采用级进模结构。本设计主要是落料凸、凹模及 冲孔凸、凹模的设计,需要计算凸、凹模的间隙、工作零件的尺寸 和公差。此外,还需要确定模具工艺零件和结构零件以及模具的总 体尺寸,然后根据上面的设计绘出模具的总装图。 关键词:连接片 级进模 冲孔落料 哈尔滨理工大学学士学位论文 III Design of punching progressive die for connecting plate Abstract Motor rotor core which belongs to the typical punching parts, based on the analysis of the process, according to the production requirements, determine the structure of progressive die. This design is mainly the design of the blanking punch and die and punch and die, need to calculate the punch and die clearance, part dimensions and tolerances. In addition, also need to determine the overall size of mold parts and structural parts and mould, and then according to the design drawing mold assembly diagram above. Keywords: motor rotor core Ji Jinmo punching blanking 哈尔滨理工大学学士学位论文 IV 目 录 摘 要 .II ABSTRACT .III 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题背景.1 1.2 冲压模具发展现状和前景.1 1.2.1 冲压模具发展现状 .1 1.2.2 冲压模具的前景 .2 1.3 课题研究的内容和意义.2 1.4 发展方向.3 第 2 章 冲裁模具毕业设计任务书 .4 2.1 任务书设计内容.4 2.2 任务书的要求.4 2.2.1 技术要求 .4 2.2.2 设计要求 .4 第 3 章 零件的工艺性分析和方案确定 .6 3.1 零件的工艺分析.6 3.1.1 结构与尺寸的分析 .6 3.1.2 精度与断面粗糙度分析 .6 3.2 冲裁工艺方案的确定.7 3.3 模具总体方案的确定.8 第 4 章 零件工艺的设计计算 .10 4.1 排样设计与计算.10 4.1.1 材料利用率 .10 4.1.2 排样设计 .11 4.2 冲裁力.13 4.3 计算凸凹模刃口尺寸 .14 4.4 压力机的确定.15 4.4.1 压力机的选择 .15 4.4.2 开式压力机机床有关参数 .16 4.5 压力中心的计算 .16 哈尔滨理工大学学士学位论文 V 第 5 章 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 .19 5.1 凸、凹模间隙值.19 5.1.1 间隙对冲压力和模具寿命的影响 .19 5.1.2 冲裁间隙的确定 .20 5.2 凸、凹模刃口分别加工的计算法.20 第 6 章 模具零部件的设计计算与总装图设计 .22 6.1 凹模外形设计.22 6.2 凸模的设计.22 6.2.1 落料凸模的设计 .22 6.2.2 冲孔凸模的设计 .23 6.3 其他主要零件的设计.23 6.3.1 凹模的设计 .23 6.3.2 卸料和推件装置的设计 .24 6.3.3 凸模固定板的设计 .24 6.3.4 凸模的设计 .25 6.3.5 垫板设计 .25 6.3.6 弹性元件设计 .26 6.4 标准件尺寸的确定.27 6.5 模具的总体设计.28 6.6 模具装配和装配图.28 6.6.1 级进冲裁模的装配 .28 6.6.2 凸、凹模间隙的调整方法 .29 6.6.3 绘制模具的总装图 .29 第 7 章 总结与展望 .31 致 谢 .32 参考文献 .33 哈尔滨理工大学学士学位论文 1 第 1 章 绪论 1.1 课题背景 我国把模具行业纳入高新技术产业重点领域,另一方面,冲压工 艺广泛应用于民用、航空航天、汽车和工艺品等领域,在产品组件中 所占的比例也越来越大。但由于我国模具工业起步较晚,起点较低, 加工制造手段落后,尤其是技术应用人才缺乏,技术水平落后,制约 了该产业的迅猛发展,已使之成为制约其他相关行业发展的“瓶颈” 。 模具技术是上世纪下半叶制造业中发展最快的技术之一,由于模具的 设计和制造是一个非常复杂的过程,并且是一个不断反复的过程,目 前,采用具有三维参数化特征造型功能的 CAD 支撑软件,在模具设计 中应用并行工程原理,实现模具管理、工艺分析与设计及模具结构设 计的一体化是一种较有代表性也很有应用前景的模具 CAD 系统开发方 法。 1.2 冲压模具发展现状和前景 1.2.1 冲压模具发展现状 改革开放以来,随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量 不断增长。近年来,模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展, 模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂 外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。 浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡” ;广东一些大集团公司和迅速 崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制 造中心;中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际 接轨的脚步不断加快,市场竞争的日益加剧,人们已经越来越认识到 产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链 条中最基础的要素之一,模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业 水平高低的重要标志,并在很大程度上决定企业的生存空间。 近年许 多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发 展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维 CAD,并陆续开始使 用 UG,Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件,个别厂家 还引进了 Moldflow、C-Flow、DYNAFORM 、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件,并成功应用于冲压模的设计中。 哈尔滨理工大学学士学位论文 2 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展,但许 多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如,精密加工设备在 模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高; 许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、 复杂和长寿命模具依赖进口。 1.2.2 冲压模具的前景 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短” 、 “精度高”、 “质量 好”、 “价格低” 的要求服务。下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较 快应用和推广: 1. 超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 2. 多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得 到发展。 3. 为各种快速经济模具,特别是与快速成型技术相结合的 RP/RT 技术将得到快速发展。 4. 模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展 CAD/CAE/CAM/CAPP 及 PDM/PLM/ERP 等将向智慧化、集成化和网络化方 向发展。 更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发 展和推广应用。 5. 更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展,随之将 产生一些特殊的和更为先进的加工方法。 6. 各种模具型腔表面处理技术,如涂覆、修补、研磨和抛光等新 工艺也会不断得到发展。 7. 逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发 展。 8. 热流道技术将会迅速发展,气辅和其它注射成型工艺及模具也 将会有所发展。 9. 模具标准化程度将不断提高。 10. 在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天,“绿色模具” 的概 念已逐渐被提到议事日程上来。 1.3 课题研究的内容和意义 本课题研究的内容如下: 第 1 章为绪论,论述了本课题的研究背景和意义,总结了冲压模 具技术的发展历史和在国内外的发展现状及趋势。 哈尔滨理工大学学士学位论文 3 第 2 章为本次设计的任务书,介绍了设计的零件图和设计的具体 得要求,包括零件的名称、材料和生产批量等等,有技术要求和设计 要求。 第 3 章为设计的第一步,首先分析零件的工艺性,包括尺寸和精 度的分析,还有材料性质的重点分析,然后按照以上的分析初步确定 设计的大体方案,从简单模、复合模和级进模中选择,最终选用级进 模设计。最后查阅相关资料,确定模具的一些工作零件和辅助零件的 设计,以至于确定模具的总体方案。 第 4 章为设计中的重点部分,是承接上一章工艺分析的,所以我 们将进行工艺计算,有排样的设计和计算、材料利用率的计算,冲裁 力图形设计和具体的计算,还有最重要的就是压力机的确定和数据的 校核。 第 5 章为设计的中心部分,有凸、凹模的间隙和凸、凹模设计的 原则,还有凸、凹模的人口尺寸计算,包括基本尺寸的计算和公差的 确定。 第 6 章为模具工作零件的具体设计,包括凹模的设计和尺寸的计 算,还有凸模的长度和硬度校核,还有卸料板、连接片、导料板及标 准件的设计、选用和计算,并有非标准件的零件图形和最终的装配草 图和装配图。 模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重 要标志。模具质量及附加值的高低,取决于模具专业人才的技术水平。 随着产品市场的国际化,如何降低生产成本以适应竞争的激烈和残酷 越来受关注,产品制造的批量化、集约化和标准化,就越来越显得十 分重要了。 目前,在全世界,模具快速发展,已成为大国的重要工业发展对 象,各个行业都需要模具的辅助制造,所以模具对工业的发展有个不 可替代的重要性。未来,模具的发展也许有将成为国家第一产业的可 能。 1.4 发展方向 本章首先介绍了研究该课题的背景和优势,就模具的发展已经纳 入高技术的行业,成为我国工业中重要的一部分,最具有潜力的工业 之一。并促进我国的软件(如 CAD、ProE 和 UG)的快速研发。随后 介绍了冲压模具的发展现状和前景,随着国民经济的快速增长,模具 的需求量也随着增长,国内沿海地区已经把模具行业列为重要产业, 建立了大型的模具城。在过去十年中,模具发展有着瞩目的发展,但 是距离国外,仍有不小的差距,所以未来的模具发展就向模具产品 哈尔滨理工大学学士学位论文 4 “交货期短” 、 “精度高” 、 “质量好” 、 “价格低”的要求服务,以求早 日跟上国际的脚步。 哈尔滨理工大学学士学位论文 5 第 2 章 冲裁模具毕业设计任务书 2.1 任务书设计内容 课题名称:连接片级进模设计 零件名称:连接片 材 料:Q235 厚 度: t=1.5mm 生产批量:大批量 工件图:如图所示 图 2-1 零件图 2.2 任务书的要求 2.2.1 技术要求 1、冲裁件内外精度均为 IT14 2、毛刺小于 0.1mm 3、要求设计制造此工件的冲裁模 2.2.2 设计要求 1、 绘制制作该工件所需的冲裁模具总装图 2、 绘制构成该模具的所有非标准零件图 3、 编制设计说明书 哈尔滨理工大学学士学位论文 6 4、 将设计说明书装订成册、图纸折叠成 A4 尺寸并装订成册 5、 把审题表、任务书全部装入档案袋 哈尔滨理工大学学士学位论文 7 第 3 章 零件的工艺性分析和方案确定 3.1 零件的工艺分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适用性,即冲裁加工的 难以程度。冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构与尺寸、精度与断 面粗糙度和材料 3 个方面。 3.1.1 结构与尺寸的分析 冲裁件的结构分析需要对零件的形状、外形、冲裁件的悬臂件和 窄槽、冲孔的最小尺寸、孔间距的要求和孔壁、冲裁宽度的要求。 零件材料为 10,适合一般的冲压加工。该零件形状对称、简单, 为长方形结构,结构相对比较简单,只有 1 个孔。此工件只有落料和 冲孔两个工序,图示零件的尺寸全部为未注公差的一般尺寸,一般按 IT14 级取,尺寸精度较低,可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,也符合冲裁的工艺要 求,普通冲裁完全可以满足要求 该零件结构较简单,形状对称,尺寸较小。因此,均适宜冲裁加 工。 3.1.2 精度与断面粗糙度分析 冲裁件的精度一般可分为精密级和经济级两大类。精密级是冲压 工艺技术所允许的精度,而经济级是可以用经济手段达到的精度。冲 裁件的尺寸精度是在合理间隙的情况下,对铝、铜、软钢等常用材料 冲裁加工数据。精度要求特别高的工件,需要增加整修等精密冲裁工 件。在冲裁件内外所能达到的经济精度,见表所示。 表 3-1 冲裁件内外形所能达到的经济精度 基本尺寸材料厚度 (mm) 3 36 610 1018 18500 1 IT12IT13 IT11 12 IT14 IT12IT13 IT11 23 IT14 IT12IT13 35 IT14 IT12IT13 哈尔滨理工大学学士学位论文 8 零件的尺寸公差精度均为 IT14 级,未注公差精度也为 IT14 级,并 无其他特殊要求,因此,利用普通冲裁的方式就可以满足零件的图样 要求。 由以上可以看出,该零件工艺性较好,可以冲裁加工。 3.2 冲裁工艺方案的确定 冲裁方案的选择: 在冲裁工艺分析的基础上,根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。 确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数,冲裁工序的组 合以及冲裁工序顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定,关键是确定 冲裁工序的组合与冲裁工序的顺序。冲裁模的结构形式多种多样,如 果按工序的组合分类,可分为单工序模、级进模(连续模或跳步模) 、 复合模等各种冲裁摸的构成大体相同,主要由于工作零件、定位零件、 卸料与推料零件 、导向零件、联接与固定零件组成。 该零件包括落料、冲孔两个基本工序,可有一下三种方案: 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,采用级进模生产 单工序模、级进模、复合模比较如表所示 表 3-2 各类模具结构及特点比较 模具种类 比较项目 单工序模 (无导向) (有导 向) 级进模 复合模 零件公差等级 低 一般 可达 IT13IT10 级 可达 IT10IT8 级 零件特点 尺寸不 受限制 厚度不 受限制 中小型 尺寸厚 度较厚 小零件厚度 0.26mm 可加工复杂零件,如 宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构 与强度限制,尺寸可以 较大,厚度可达 3mm 零件平面度 低 一般 中小型件不平直,高质量制件需较平 由于压料冲件的同时得 到了较平,制件平直度 好且具有良好的剪切断 面 生产效率 低 较低 工序间自动送料,可 以自动排除制件,生 产效率高 冲件被顶到模具工作表 面上,必须手动或机械 排除,生产效率较低 哈尔滨理工大学学士学位论文 9 安全性 不安全,需采取安全措施 比较安全 不安全,需采取安全措施 模具制造工作量 和成本 低 比无导向 的稍高 冲裁简单的零件时, 比复合模低 冲裁较复杂零件时,比 级进模低 适用场合 料厚精度要求低 的小批量冲件的 生产 大批量小型冲压件的 生产 形状复杂,精度要求较 高,平直度要求高的中 小型制件的大批量生产 根据分析结合表分析: 方案一的模具结构简单,但需要两道工序两套模具,成本高而且 生产效率低,难以满足大批量生产的要求 方案二只需要一副模具,工件的精度及生产效率都高,由于查表 2.9.6 可知材料厚度为 1mm 时凸、凹模的许用的最小壁厚为 2.7mm,由 图形可知孔边距小于凸、凹模许用最小壁厚,用方案二模具强度较差, 制造难度大,并且冲压后成品留在模具上,在清理模具上的物料时会 影响冲压的速度,操作不方便 方案三也只需要一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也 能满足要求,且安全性高。通过对比以上方案可知,该工件的冲压生 产采用方案三较好 通过对上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案三 级进模最佳 3.3 模具总体方案的确定 (1)模具类型 根据零件的冲裁工艺方案,采用级进冲裁模。 (2)操作与定位方式 为了提高生产效率和质量,可以采用配合自动装置送料方式。由 于零件尺寸小且厚度适中,可以采用导正销与自动送料装置联合定距 的方式。 (3)卸料与出件方式 考虑到零件厚度薄,可以采用弹性卸料方式,并采用由凸模直接 从凹模洞口直接推下的下出件方式以提高生产率。 (4)模架类型及精度 考虑到零件的结构工艺特点,可以采用导向平稳的中间导柱模架, 。由于零件的精度要求不是很高,可以采用 I 级模架精度。 哈尔滨理工大学学士学位论文 10 以上的各项将在第五章详细说明解释。 哈尔滨理工大学学士学位论文 11 第 4 章 零件工艺的设计计算 4.1 排样设计与计算 冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是 提高材料利用率、降低成本,保证冲件质量及模具寿命有效措施。 4.1.1 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利用率,它是 衡量合理利用材料经济性指标。 材料利用率通用计算公式 = /A100%OA 式中 冲裁件的总面积OA A 个步距的条料面积(LB) 根据材料性能、厚度和形状可确定搭边值,有课本表 3-10 查得 a=2mm,a1=2.5mm.料宽度 B=(D+2a1+)0 - 由课本表 3-11 得 由 CAD 得 S=462.5mm, L=96.2mm. 一个步距内的材 料利用率:=(S1-S)/AB=(30-462.5)/(6162.9)=61.6% 该零件尺寸较小,结构对称,采用直排的排样方案,如图: 哈尔滨理工大学学士学位论文 12 废料可分为工艺废料与结构废料两种。结构废料由工件的形状特 点决定,一般不能改变;搭边和余料属于工艺废料,是与排样形式及 冲压方式有关的废料,设计合理的排样方案,减少工艺废料,才能提 高材料利用率。 4.1.2 排样设计 根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种:有废料排 样、少废料排样和无废料排样。采用少、无废料的排样可以简化冲裁 模结构,减小冲裁力,提高材料利用率。但是,因条料本身的公差以 及条料导向与定位所产生的误差影响,冲裁件公差等级低。同时,由 于模具单边受力(单边切断时) ,不但会加剧模具磨损,降低模具寿命, 而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此,排样时必须统筹兼顾、全 面考虑。 哈尔滨理工大学学士学位论文 13 对有废料排样,少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上 的布置方法加以分类,其主要形式可分为:直排、斜排、直对排、斜 对排、混合排、多排和冲裁搭边。该零件结构简单,生产批量大,精 度要求一般,综合上述可以使用直排少废料的排样的设计。连接片零 件外形是矩形只有冲孔,所以结构比较简单,只需要直排就可以。 因此,如图所示。查表可得,两工件间的搭边 a1=2mm,工件边缘 搭边 a=2.5mm。 具体排样设计如图所示: 哈尔滨理工大学学士学位论文 14 图 4-1 零件排样图 4.2 冲裁力 两个工序,冲孔压力等于冲孔时的冲压力和落料时的冲压力之和,查课本 表 2-3,得 0.5 硅钢片钢的抗剪能力 =255353MPa,取平均值 =304MPa. K 的取值依据冲裁刃口而定,平刃口 K=11.3,斜刃口 K=0.20.6,考 虑刃口的磨损,生产批量和材料厚度等因素,取 K=1.3 4.2.1 落料力 F 落 =KL1 t =1.32R1.5mm304Mpa=59.56KN 4.2.2 冲孔力 F 冲 =KL2t=1.396.2mm1.5mm304Mpa=30.41KN 4.2.3 落料时的卸料力 由课本表 3-8 得 K 卸 =0.03 F 卸 =K 卸 F 落 =0.0359.56KN=1.79KN 4.2.4 冲孔时的推件力 由课本表 3-8 得 K 推=0.05 , 取同时梗塞在凹模内的冲件数为 3 F 推 =nK 推 F 冲 =30.0530.41KN=4.56KN 哈尔滨理工大学学士学位论文 15 4.2.5、冲床的总压力 F 总 =F 落 +F 冲 +F 卸 +F 推 =(59.56+30.41+1.79+4.56)KN=96.32KN 4.2.6、初选压力机 据总冲压力为 96.32KN,考虑压力机的使用安全,总冲压力一般不应超 过压力机额定吨位的 80%. 由指导书表 5-10,初选 J23-16 开式双柱可倾压力机. 公称压力:160KN 滑块行程:55mm 最大封闭高度:220mm 封闭高度调节量:45mm 工作台尺寸:300mm450mm 模柄孔尺寸:40mm60mm 4.3 计算凸凹模刃口尺寸 根据 t=1.5mm, 由课本表 3-3 得: Zmin=0.072mm Zmax=0.104mm 4.3.1、冲孔: 由课本表 3-5 得磨损系数 x=1 由课本表 3-6 得 凸 =-0.02 凹 =+0.025 d 凸 =(d min+x)0 凸 =(29+0.0451)0 -0.02=29.0450 -0.02 mm d 凹 =(d 凸 +Zmin) 0=(29.045+0.072)+0.025 0=29.117+0.025 0 mm 4.3.2、冲孔: 由课本表 3-5 得磨损系数 x=0.5 由课本表 3-6 得 凸 =-0.02 凹 =+0.02 d 凸 =(d min+x)0 凸 =(5.53+0.30.5)0 -0.02 =5.680 -0.02 mm d 凹 =(d 凸 +Zmin) 0=(5.68+0.072)+0.02 0 =5.752+0.02 0 mm 4.3.3、冲孔: 由课本表 3-5 得磨损系数 x=0.75 由课本表 3-6 得 凸 =-0.02 凹 =+0.02 d 凸 =(d min+x)0 凸 =(2.2+0.0250.75)0 -0.02 =2.220 -0.02 mm d 凹 =(d 凸 +Zmin) 0=(2.22+0.072)+0.02 0 =2.292+0.02 哈尔滨理工大学学士学位论文 16 0 mm 4.3.4、落料: 由课本表 3-5 得磨损系数 x=0.75 由课本表 3-6 得 凸 =-0.02 凹 =+0.03 D 凹 =(D max-x) 0=(60-0.0740.75)+0.03 0 =59.945+0.03 0 mm D 凸 =(D 凹 -Zmin)0 凸 =(59.945-0.074) 0 -0.02 =59.8710 -0.02 mm 表 4-1 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mm KX KT KD 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 0.63 0.55 0.45 0.25 0.14 0.0.5 硅钢片 0.06 0.05 0.03 铝、铝合金 纯铜、黄铜 0.0250.0.5 硅钢片 0.020.06 0.030.07 0.030.09 注:卸料力系数 KX,在冲多孔、大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。 然而压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺的总和,则 计算如下所示: = F +F0+F X+F T =110.316KN 总P 4.4 压力机的确定 4.4.1 压力机的选择 对于中小型冲裁件常采用开式曲柄压力机。 根据总冲压力 =110.316KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸总PF 等,并结合现有设备,选用 J23-250 开式双柱可倾冲床,并在工作台 面上备制连接片。其主要工艺参数如下: 公称压力:250KN 滑块行程 :80mm 行程次数:100 次/分 哈尔滨理工大学学士学位论文 17 最大封闭高度:220mm 封闭高度调节量:70mm 工作台尺寸(左右*前后):560mm360mm 工作台板厚度:70mm 模柄尺寸:5070 倾斜角:30 4.4.2 开式压力机机床有关参数 1、机床控制系统: (1)开门断电,漏电保护。电控系统符合国家安全标准。 (2)电动式油缸行程调节,显数器显示。 (3)电动式挡料尺寸调节,显数器显示。 2、机床后挡料的基本配置: (1)普通电机 (2)普通丝杆和光杆 (3)后挡料链轮传动 注:机床参数及配置如需变动敬请另外说明,作为合同附件 3、机床结构: (1) 采用全钢焊接机架, (、拼装工作台组成)振动时效处理,具 有足够的强度和刚性。 (2) 双油缸控制,机械挡块机构保护,液压上传动,扭轴强迫同步 机构。 (3) 滑块行程电动快速调节,并有手动微调,显数器显示 (4) 上模具配有斜楔式挠度补偿机构,以补充折弯精度。 (5) 单边/双边 T 型槽口工作台,调整分段下模快速方便。 (6) 可进行多机联动(需同时购买一台该型号的机床并加装联动同 步装置) ,也可单机单动。 (7) 该设备可折板厚是根据 10 钢板/A3 板的抗拉强度 (450N/mm2)和折弯槽口比例 1 比 8 来计算的,敬请核实好各种锰板 的抗拉强度后与 Q235 板比较进行折算,另外可以通过扩大折弯下模的 槽口尺寸来取得更厚的折板尺寸。 (8) 工作台主立板和台面均可调节。可根据折弯力的需要,适当调 整工作台的加凸量来弥补由于工作台的变形而出现的挠度进行补偿。 4.5 压力中心的计算 模具的压力中心就是冲压合力的作用点。为了保证压力机的模具 的正常工作,应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否 哈尔滨理工大学学士学位论文 18 则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导轨和模具导向部分不 正常在磨损,还会使合理间隙得不到保证,从而影响制件质量和降低 模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中,可能会出现由于冲件的形状 特殊或排样特殊,从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄 中心线重合,这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允 许的范围。 确定该零件的压力中心计算步骤如下: (1)选定坐标轴 X 和 Y (2)计算出各单一图形的压力中心到坐标轴的距离 x1、x 2、x 3、x n和 y1、 y 2、 y 3、y n (3)将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段,求出各线段长 度 L1、L 2、L 3、Ln. (4)按如下公式算出压力中心的坐标(X 0、Y 0) 根据力学定理,合力对某轴的力矩等于各分力对同轴力矩的代数 和,则可得压力中心坐标(x 0 、y 0)计算公式: 因为冲裁力与周边长度成正比,所以式中各冲裁力 F1、F 2、F 3、 、F n 可分别用冲裁周边长度 L1、L 2、L 3、L n 代替, 即 12 10 1ininiixLxxLL 哈尔滨理工大学学士学位论文 19 12 10 1nininiiLyLyLy 其中:L为每段线段的长度或圆弧的周长 X为每段线段的中点或圆弧的中心到 X 轴的距离; Y为每段线段的中点或圆弧的中心到 Y 轴的距离; 由以上计算可以得出模具的压力中心以便装模时与压力机滑块的 中心线相重合 哈尔滨理工大学学士学位论文 20 第 5 章 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 5.1 凸、凹模间隙值 冲裁间隙是指冲裁模凸、凹模刃口之间的空隙。凸模与凹模间每 侧的间隙称为单面间隙,用 Z/2 表示;两侧间隙之和称为双面间隙,用 Z 表示。如无特殊说明,冲裁间隙都是指双面间隙。冲裁间隙的数值等 于凸、凹模刃口尺寸的差值,如图所示,即 dpZD 式中 凹模刃口尺寸;dD 凸模刃口尺寸。p 冲裁间隙对冲裁过程有着很大的影响。此外,间隙对冲压力和模 具寿命也有着较大的影响。 图 5-1 凸、凹模刃口尺寸的差值 5.1.1 间隙对冲压力和模具寿命的影响 间隙很小时,因材料的挤压和摩擦作用增强,冲裁力必然较大。 随着间隙的增大,材料所受的拉应力增大,容易发生断裂分离,因此 哈尔滨理工大学学士学位论文 21 冲裁力减小。但试验表明,当单面间隙在材料厚度的 520范围内 时,冲裁力降低不多,不超过 510。因此,在正常情况下,间隙 对冲裁力的影响不是很大。 模具寿命通常是用模具失效前所冲的合格冲裁件数量来表示。冲 裁模的失效形式一般有磨损、变形、崩刃和凹模胀裂。间隙大小主要 对模具的磨损及凹模胀裂产生较大影响。模具刃口磨损看,使刃口钝 化、间隙增加,从而导致制件的尺寸精度降低冲裁能量增大,断面粗 糙。所以必须注意尽量减少模具的磨损。为提高模具寿命,一般需要 采用较大间隙。 5.1.2 冲裁间隙的确定 凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁 力等有较大影响,所以必须选择合理的间隙。在冲压的实际生产中, 为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力,并保证模具有一定寿命,我 们规定一个间隙值范围,称为合理间隙。这个范围的最小值称为最小 合理间隙(Z min) ,最大值称为最大合理间隙(Z max) 。因冲模在使用过 程中会逐渐磨损,间隙增大,再设计和制造新模具时,一般采用最小 合理间隙。 冲裁间隙数值主要按制件质量要求,根据经验数值来选用。然而 对于电子、电器、仪器等行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高, 可选用较小的间隙值。如下图要求零件内外尺寸精度为 14 级,且该零 件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。 5.2 凸、凹模刃口分别加工的计算法 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度,合理间隙的 数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证。正确确定模具刃口尺寸 及其公差,将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果,因此它是设计 冲裁模的主要任务之一。由于制件结构简单精度要求不高,所以采用 凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸 模和凹模的尺寸和公差。由于零件未标注公差在此均按 IT13 级算。根 据零件的结构特点,刃口尺寸采用配作法加工。 在计算刃口尺寸时,应该落料和冲孔两种情况分别考虑其原则如 下。 a. 落料时,应以凹模刃口尺寸为基准,间隙取在凸模上。凹模基 本尺寸取落料件尺寸公差范围内较小尺寸。凸模的基本尺寸则用凹模 哈尔滨理工大学学士学位论文 22 基本尺寸减去最小合理间隙。由表 2-3 得 Zmin=0.100mm Zmax=0.140mm b. 冲孔时,应以凸模尺寸为基准,间隙取在凹模上。凸模基本尺 寸取冲件公差范围内的较大尺寸。凹模的基本尺寸则是用凸模基本尺 寸加上最小合间隙。由冲压工艺与模具设计表 2.4 得 Zmin=0.100mm Zmax=0.140mm c. 凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模 的加工方法来确定,既要保证冲裁间隙要求并冲出合格的零件,又要 便于模具加工。 d. 根据工件尺寸公差要求,确定模具刃口尺寸的公差等级,见表 所示。 表 5-1 模具刃口尺寸的公差等级 料厚 t(mm) 0.5 1.5 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12 模具 刃口 尺寸 公差 冲裁件尺寸公差 IT6 IT7 IT8 IT8 IT9 IT10 IT7 IT8 IT9 IT10 IT10 IT12 IT12 IT9 IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT14 IT14 IT14 哈尔滨理工大学学士学位论文 23 第 6 章 模具零部件的设计计算与总装图设计 6.1 凹模外形设计 凹模采用整体式凹模结构和直接通过螺钉、销钉于下模座固定的 固定方式。凹模刃口采用直接刃壁结构,刃壁高度 5mm,漏料部分沿 刃口轮廓适当扩大。凹模轮廓尺寸计算如下 凹模高度 H=Kb=0.4034=13.6mm 按表取标准值 15mm 凹模壁厚 c=(1.52)H = 22.530mm 取凹模厚度为 30mm, 凹模宽度 B=b+2c=(34+230)=94mm, 凹模长度 L 取 45mm, 式中 b-凹模刃口的最大尺寸(mm) c-凹模壁厚(mm) 指刃口至凹模外形边缘的距离; K=系数,取 0.40 故凹模轮廓尺寸为:459430 凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取(1.72.0)d 为了更好的选取标准模架,则凹模板轮廓尺寸全取整数: 确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板 10010015(GB/T70.1-2000) 凹模的材料选用 Cr12,工作部分热处理淬硬为 6064HRC。 6.2 凸模的设计 6.2.1 落料凸模的设计 结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计为直通式,采用线切 割机床加工,2 个 M6 的螺钉固定在连接片上,与凸模固定板的配合按 H7/m6。再通过铆接方式与固定板固定。确保因磨损而滑落,从而更为牢靠。凸 模的尺寸根据刃口尺寸,卸料装置和安装固定要求来确定。凸模材料选用 CrWMn,工作部分热处理淬硬为 5862HRC 。其总长 L 可按下列公式计算: L=h1+h2+t+h=(15+12+1+30)=58mm 式中:h1凸模固定板厚度(mm) h2卸料板厚度(mm) t材料厚度(mm) 哈尔滨理工大学学士学位论文 24 h自由高度(mm) 6.2.2 冲孔凸模的设计 因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于需要特别保护的小凸模, 所以冲孔凸模采用台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与 更换。冲 6mm 的孔的凸模结构如图所示: 1、凸模最小直径的校核(强度校核) 凸模用 T10 钢 要使凸模正常工作,必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材 料的许用压应力,即 对于圆形凸模 dmin =41350/450=3.11mm 所以承压能力足够。4t 式中 冲裁材料的抗剪强度,310380Mpa 凸模材料许用强度,取 440470Mpa 抗纵向弯曲力校核 对于圆形凸模(有导向装置) Lmax270d 2/ =2703.22/(4521.2) 1/2=44.8mm 所以长度适宜。F 式中 Lmax 允许的凸模最大自由长度,mm F 冲模力,N 凸模最小截面的直径,mm 凸模固定端面的压力 q = =4521.2/(1.652)=528.2MPa 式中 A 式中 q凸模固定端面的压力,MPa F落料或冲孔的冲裁力,N 模座材料许用压应力,MPa 凸模固定板端面压力超过了 8090a,为此应在凸模顶端与模 座之间加一个淬硬的连接片。 6.3 其他主要零件的设计 6.3.1 凹模的设计 b=60mm, t=0.5 硅钢片 mm 由课本表 4-3 得系数 K=0.21 凹模厚度:H=Kb=0.2160mm=12.6mm 取 H=20mm 凹模壁厚:C=(1.52)H =3040mm 取 C=35mm 哈尔滨理工大学学士学位论文 25 凹模宽度:L=b+2C=(60+235)mm=130mm 凹模长度:L=b+2C=(60+235)mm=130mm 按冲压模标准模架,由指导书表 5-31 取凹模周界尺寸 凹模洞口形状采用直壁式 材料:T10A 热处理硬度:6064HRC 6.3.2 卸料和推件装置的设计 根据要求采用弹性卸料版,取厚度为 14mm 卸料版尺寸为 160mm160mm14mm 材料:Q235 采用刚性推件装置,直接利用压力机的打杆装置进行推件 材料:45 钢 热处理:淬火 硬度:4045HRC 6.3.3 凸模固定板的设计 采用阶梯式 厚度 h=(0.61.5)H 凹 =(0.61.5) 40mm=2432 mm 取 h=25mm 外形尺寸与凹模外形尺寸一致. 外形尺寸:160mm160mm25mm 哈尔滨理工大学学士学位论文 26 凸模与凸模固定板配合为 H7/n6 材料:Q235、 6.3.4 凸模的设计 采用阶梯式凸模 凸模固定板厚度 h1=25mm 卸料版厚度 h2=14mm 条料厚度 t=1.5mm, 刃口修磨量取 6mm 凸模进入凹模深度取 1.5mm 安全距离取 18mm 凸模长度:L= h 1 +h2+t+h=(25+14+6+1.5+1.5+18)mm=64.6mm 凸模材料: T10A 热处理硬度: 58 62HRC 哈尔滨理工大学学士学位论文 27 6.3.5 垫板设计 厚度一般取 512mm, 取 12mm 外形尺寸为 160mm160mm12mm 材料:45 钢 热处理:淬火 硬度:4348HRC 6.3.6 弹性元件设计 弹性元件采用橡胶 橡胶工作行程=卸料版工作行程+模具修磨量 H 橡胶 =H 卸料版 +H 修磨 =t+1+6=(1.5+1+6)mm=7.8mm 橡胶的自由高度 H0=(3.54)H 橡胶 =(27.331.2)mm 取 H0=30mm 矩形橡胶在预压量为 15
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