铁心片冲压模具设计【硅钢片】【E垫片】【硅钢铁芯片】【山字型垫板】【冲孔落料复合模】
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外文资料翻译系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 外文出处 附 件 1. 原文; 2. 译文 2011年3月热冲压模具冷却系统的设计摘要:热冲压和高强度钢材在汽车行业正越来越受欢迎。热冲压是通过加热和按下推进器水冷工具来实现钢板高强度的一种工艺,冷却系统对该工艺的影响很大。本文提出了一种对冷却管道系统进行优化的设计过程,介绍一种在冷却系统上进行有限元分析与一个特定的进化算法的优化程序。通过对每个单独程序组件进行了优化设计,然后让热冲压工艺和thermo-mechanically热模拟相结合的优化方案。关键词:热冲压、有限元法(FEM),优化1概述近年来,在不降低安全标准的前提下减轻重量已成为汽车工业的研究重点。热冲压、高强度钢对此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘车的安全系数。为了达到高强度,利用热冲压将高强度钢加热奥氏体温度范围,然后对其进行迅速冷却,马氏体转变发生。在热冲压工艺中,工件的温度必须保持在200C以上,实现高强度。到目前为止,很少有对冷却系统进行研究的热冲压模具。本文介绍了一种系统化的设计方法,热冲压工具与冷却系统达到最佳而快速。在这个例子中,冷却系统进行了优化帮助进行有限元分析与一个特定的进化算法,随后一系列的热成形过程的数值thermo-mechanically热模拟以及观察传热和冷却速率来优化冷却系统,在高温的冲压工刀具运动需要的时间相对整个过程的时间较短。因此,热冲压过程必须有足够的工具、合理的准确性计算与短时间的快速设计。模具的冷却系统分析了包括这项议案的一项形成过程是很有必要的,可以提高预测精度。在本文中,第2章介绍了一辆汽车和其相应的热冲压原件,第3章中介绍了优化有限元分析的程序及进化算法。随后,结果通过热分析与热、光的优化为热冲压模具设计提供了科学依据。2热冲压模具的冷却2.1动机提高了工艺流程的经济性和优化了成形零件的特点、热冲压才能达到设计最佳状况。因此,本研究的主要目的是优化设计一种在经济冷却系统热冲压工具才能获得有效的冷却速率的工具。到目前为止,只有很少数的人进行了有关冷却系统在热冲压工具的应用。因此,先进的设计方法配以适当的仿真模型完成要求的优化调查,达到工具和产品的快速完成和尽可能的精确。2.2热冲压和模具冷却的工艺特点在直接热成形工艺中,quenchable boronmanganese合金钢热冲压和模具冷却是常用。同时,热冲压和模具冷却是其中的一个具有代表意义的材料超高强度钢。因此,在此研究中,热冲压和模具冷却的铝预表(阿塞洛USIBOR)被认为是空白的材料。材料热冲压和模具冷却的拉伸强度600MPa在临界状态,材料的拉伸强度通过热冲压工艺显著增加。更高的抗拉强度达到了热冲压工艺是通过快速冷却至少27的速度C / s2。作为在奥氏体冷却淬火过程非常快马氏体相变将发生。该微结构提供与马氏体与硬化的最终产品较高的抗拉强度达到1500兆帕。2.3工具组件和检验原型的组成及其热冲压工具运动学是如图1所示,最初的空白,该试验的一部分,在图2。最初的空白的430mm尺寸x 1.75mm x 170mm和抽签仪式提出了一种深度的检验的一部分是30毫米。2.4冲压模具冷却系统该工具设计必须考虑能够达到的最大的降温速率和热冲压零件的温度分布均匀性。因此,冷却系统需要被整合到工具。这冷却系统冷却管靠近工具轮廓目前认为是一种有效的解决方案。然而,冷却管的几何形状限制因在钻井和约束也应放置导管尽可能在尽可能的靠近但足以有效的冷却远离工具轮廓,以避免任何塑性变形在热成形工艺的工具。保证满意绘制部分的特点,整个活跃部位,该工具(冲压、模具、压边及解决冲床)需要设计冷却充分。3冷却系统的设计3.1优化的进化算法图3为每个工具的优化程序。为优化程序设计的冷却系统呈现在图3。在这个过程中,冷却在每个通道可优化工具通过具体的进化算法(EA),这是在发达的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大学德国),为优化注塑工具适用于设计和冷却系统在热冲压件工具3、4。作为约束条件进行优化,可得到的大小的连接器和插座,最低的墙以及nonintersection厚度的钻孔因素也被考虑在内。反推最小距离冷却风管和卸之间/装载工具轮廓(a / x)和最小距离冷却管(s)通过有限元分析确定。参数的冷却系统如通道的数量(一根链条上的序贯孔),钻孔每通道和直径的孔洞每个工具组件也提供作为神经网络的输入参数的优化。这些输入参数可从现有的设计通过有限元模拟指南或。基于输入初始解生成随机参数通过EA或手动,由用户。从初始解,EA创造新的解决方案经过重组的电流修改他们的解决方案和随机的。定义了随后被用于约束的校正生成的解决方案和消除作废的解决方案。所有的生成方案最优标准等进行有效的冷却率和均匀冷却。最后,最好的解决办法为优化冷却通道选择对选定的工具组件3.2冷却通道的优化在我们的研究,选定的管的直径对8毫米和12mm 8毫米,12mm冲床、毫米到16毫米之间死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米为空白持有人。EA是用于储放冷却通道根据给定的输入翻案和约束条件每个工具组件。优化后的型材的8毫米直径的渠道,为管道在图4。4最佳冷却系统的评价冷却通道的渠道设计产生EA每个工具组件以不同的孔直径和其冷却性能进行了评估,采用铁模拟。4.1热学分析在设计和开发阶段的热冲压件工具,这是很重要的,估计热冲压工艺定性和定量地在很短的时间经济制造的工具。为了这个目的,两个瞬态热模拟的基础上进行利用ABAQUS /标准,一个隐式方法。在这个分析1.2379曾被选为钢的刀具材料。这仿真模型包含4工具组件:冲床,死亡,压边和反拳。如表1所,选择与优化组合的零件冷却通道的方法。V1是这种变体组合优化工具和小冷却风管直径大,而变种冷却风管。V2直径。表1:设计工具的组合进行有限元分析。摘要为了代表一系列生产流程,一个循环数的热冲压的过程模拟为一个周期传热分析。图5的表明有限元模型包括边界conditionsFigure 5:有限元模型和边界条件。这种热成形工艺的部分的样机这样的设计周期时间是30秒。在一个周期内,冲压运动的形成需要3秒,这种工具关闭了17秒的空白,它可以使淬火另一个10秒开发工具和定位的下一步空白的工具。然而,在这种热分析运动和变形工具坯料的却没有考虑到减少了计算量。因此,只有进行了传热分析是在一个封闭的工具。在热分析、淬火过程耗时的地方2017秒秒来代替,因为运动冲压不考虑。假定空白有一个最初的稳态温度(Tb,0C)由于850从950C冷却免费在转运环境。最初的工具的温度(Tt,0)假设为20C在第一个周期和变化周期周期。冷却介质的温度(Tc)假设为室温。边界的旁边条件、材料性能的热冲压和模具冷却的工艺要求从热拉伸试验,获得了LFT举办(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大学Erlangen-Nurnberg、德国),和他在一起共同研究在热冲压被带领2。在分析中,对流从空白和工具的环境(他),办理在每一个工具,对流从工具融入到冷却通道(hc)和传热热空白是considered. c)工具(Here,c,是the(CHTC接触传热系数),描述了热通量的数量从毛坯到工具。这通常取决于系数之间的差距的工具和d空白和接触压力p .它增加通常是作为接触压力的增加而增加。然而,在热分析了CHTC压力是无效的,依赖但是差距是使用相关系数。CHTC是假设为5000WC / m2在零距离之间的空白和工具(缺口)和保持常数,直到差距的增加而增加超越批判价值。4.2 机械分析仿真与传统热成形是不同的板料成形过程模拟,其中的分布规律在温度或压力的工具被忽视。为快速又简单的方法去分析热成形工艺的工具与空白被建成有壳单元在其他的研究5,6。在这些研究中,研究温度可能是分布式沿厚度的壳元素和用户自定义函数的温度,但这件工具是内温度不考虑。同时,在仿真模型的加热,在一系列的工具热冲压过程不被考虑。此外,壳模型,对接触热的问题只是足够于相对较短的接触时间6。因此,我们在研究工具和空白与体积元模拟仿制的顺序的在一系列的传热过程。热力的进行仿真是ABAQUS /显性。在热分析、比较,整个形成和淬火工艺是仿制,而动态温度和应力响应的工具进行了模拟接触热利用空白time-temperature依赖流动应力曲线。热更准确地表达了转会应该使用在接触压力CHTC场所依赖改变在形成过程。此外,气温依赖的热导率和比热也会考虑。然而,在通过热分析,为号元素的增加,铁的复杂性问题显著的增加。在传统的成形有限元模拟提出了一种自适应网格可以通常用来闲了仿真时间,来获得更多的精确解接触面积。然而,自适应网格细化在计算在热力不稳定的原因分析。因此,一个雅致的网格更高的冲压速度被认为是减少模拟时间。传热系数的结垢因此,获得相同的热通量7。凸模固定板工艺过程卡片产 品 代 号零 (部) 件 名 称零 (部) 件 代 号凸模固定板材料45毛 坯 种 类矩形毛坯毛 坯 尺 寸每一毛坯可制零件数1工序序号工序名称工 序 内 容设 备夹 辅 具 名 称刀 具 名 称 规 格量 具 名 称 及 规 格5铸造毛坯锅炉 砂型箱扳钳 10热处理去应力退火扳钳20粗铣粗铣外形六面XK5012台虎钳立铣刀 10游标卡尺 规格0.0230精铣精铣外形六面XK5012台虎钳立铣刀 5游标卡尺 规格0.0240钻削工件对称中心孔ZY5140台虎钳8麻花钻游标卡尺 规格0.0250线切割矩形槽DK7725e螺钉 压板0.18 钼丝游标卡尺 规格0.0260精铣精铣至尺寸XK5012台虎钳立铣刀5游标卡尺 规格0.0270精铣精铣至尺寸XK5012台虎钳立铣刀5游标卡尺 规格0.0280钻削钻削各孔ZY5140台虎钳麻花钻游标卡尺 规格0.0290攻丝攻丝4M10丝锥柄台虎钳M8丝锥游标卡尺 规格0.02100磨削保证Ra1.6 保证平行度 Ra3.2MK2932B工作台磁铁氧化铝砂轮 游标卡尺 规格0.02110热处理淬火 保证HRC46扳钳120检验编 制陈召福校 核审 查共 1 张第 1 张凸模工艺过程卡片产品代号零(部)件名称零(部)件号凸模材料Cr12MoV毛坯种类锻坯毛坯尺寸25105每一毛坯可制零件数 1工序序号工序名称工 序 内 容设 备夹辅具名称刀具名称规格量具名称及规格0下料下料锯床虎钳锯条游标卡尺5车车工作部分一侧的端面 卧式车床三爪自定心卡盘游标卡尺10车车外圆(留磨削余量0.3mm)、车退刀槽、切断卧式车床三爪自定心卡盘、顶尖900车刀15热处理淬火+回火,56-60HRC高频炉20检验检验热处理是否达到要求硬度计游标卡尺35磨外圆磨外圆保证、mm及表面粗糙度达图纸要求平面磨床三爪自定心卡盘砂轮游标卡尺、直尺40切断切断工作部分端有中心孔的部分,保证工作部分长度和端面um 手摇磨床虎钳切断刀游标卡尺45钳工精修刃口型面的磨削或研磨加工,全面达到设计要求H78-1电动抛光机游标卡尺50检验检验各尺寸精度、表面粗糙度、垂直度是否符合要求检测仪编 制学号审 查共 张第 张XX职业技术学院毕业设计题目 铁心片冲压模具设计系 别 机电工程系 年级专业 13模具设计与制造2学生姓名 xxx 指导教师 xxx 专业负责人 xxx 答辩日期 2015年 6月6日 摘 要摘 要在这次设计中根据所给题目的要求,首先对冲压件进行了分析,分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求,再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看,选择加工方案。由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用,使得模具行业的产值已经大大超过机床刀具工业的产值.这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中,在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中,越多越多地采用模具来进行生产,模具工业明显地成为技术 经济和国力发展的关键.因此,要使国民经济各个部门获得高速发展,加速实现社会主义四个现代化,就必须尽快将模具工业搞上去,使模具生产形成一个独立的工业部门,从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键的作用. 本设计铁心片零件冲压模具,凸凹模安装在模具下模座上。倒装复合模废料清理无须二次清理,操作方便安全,生产效率较高。复合模与弯曲模的设计过程大致相似,复合模较弯曲模结构更为复杂。设计上主要是对凸模、凹模和凸凹模的设计,其中主要是其工作部分的尺寸设计,以保证制件的精度和质量要求。关键词:模具 冲裁件 凸模 凹模 凸凹模第5页 共40页摘要Abstract In this design according to the requirements of the topic, firstly, stamping parts are analyzed, the dimensional accuracy of the parts of the analysis that the general accuracy of the mould can meet the requirements of precision parts, from the shape, dimension and mass production situation, selection and processing scheme. Due to the importance of the mold industry, mold forming technology has been widely used in various industrial sectors, so that the mold industry output value has been greatly exceeded the machine tool industry output value. This fully explained in the process of national economy vigorous development, in the fierce competition for each industrial developed countries on the world market, more and more using mold for production, key technology and national economic development has become the mold industry obviously.Therefore, to make each department of national economic high speed development, accelerate the realization of the four modernizations of socialism, we must mold industrial make up as soon as possible, so that the mold production formed an independent industrial sector, so as to give full play to the key role of mold industry in the national economy. The design of bending plate stamping bracket parts of the die, punch and die installed in the mould of the lower mould seat. Flip composite modulus waste disposal, without two clean, convenient and safe operation, high production efficiency. The design process of compound die and bending die compound die is similar, the bending die structure is more complex. The design is mainly the design of the punch, concave die and punch and die, which is mainly designed dimension of the part of the work, to ensure the precision and quality requirements.Keywords: Die; Blanking piece; punch die; punch目录目录第1章 工件分析61.1 材料的工艺分析61.2 材料选择81.3 工件结构形状81.4 尺寸精度8第2章 冲裁工艺方案的确定10第3章 模具总体设计113.1 模具类型的选择113.2 操作与定位方式113.3卸料、出件方式113.4 确定送料方式123.5 确定导向方式12第4章 模具工艺参数确定134.1 排样设计与计算134.2 搭边值的确定134.3 进距与条料宽度计算144.4 材料利用率的计算17第5章 计算冲压力与压力机的初选185.1 冲裁力Fp的计算185.2 卸料力Fq1的计算195.3 顶件力Fq2的计算195.4 总的冲压力F的计算195.5 压力机的初选20第6章 模具压力中心的确定21第7章 冲裁模间隙的确定227.1 冲裁间隙Z227.2 冲裁间隙分析22第8章 凹、凸模刃口尺寸的计算238.1 刃口尺寸计算的基本原则238.2 刃口尺寸的计算24第9章 主要零部件的设计279.1 工作零件的设计与计算279.2 橡胶的选用339.3 模架及其零件的设计34第10章 校核模具闭合高度及压力机有关参数3610.1 闭合高度的计算3610.2 冲压设备的选定36结 论38致谢39参考文献40铁心片零件冲压模设计第1章 工件分析1.1 材料的工艺分析近年来,.由于模具技术的迅速发展, 模具设计与制造已成为一个行业越来越来引起人们的重视.模具是现代工业生产中重要的工艺装备,他在各种生产行业,特别是冲压和塑料成形加工中,应用极为广泛.我国模具工业总产值中,冲压模具的产值约为50.现代模具技术的发展,在很大程度上依赖于模具标准化的程度,优质模具材料的研究,先进的模具设计和制造技术,专用的机床设备及高水平的生产技术管理等等,但其中模具设计是至关重要的一个方面. 利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段,它对于保证制品质量,缩短试制周期,进而争先进入市场,以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义.因此德国把模具成为”金属加工中的帝王”,把模具工业视为”关键 工业”,美国把模具成为”美国工业的基石”,把模具工业视为”不 可估量其力量的工业”,日本把模具说成”促进社会富裕繁荣的动力”把模具工业视为”整个工业发展的秘密”由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用,使得模具行业的产值已经大大超过机床 刀具工业的产值.这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中,在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中,越多越多地采用模具来进行生产,模具工业明显地成为技术 经济和国力发展的关键.从我国的情况来看,不少工业产品质量上不 去,新产品开发不出来,老产品更新速度慢,能源消耗指标高,材料消耗量大,这些都与我国模具生产技术落后,没有一个强大的 先进的模具工业密切相关.因此,要使国民经济各个部门获得高速发展,加速实现社会主义四个现代化,就必须尽快将模具工业搞上去,使模具生产形成一个独立的工业部门,从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键的作用.冲压生产靠模具和压力机完成加工过程,与其他机械加工方法相比,其在技术和经济方面有如下特点:冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化和自动化.普通压力机每分钟可以生产十几个零件,高速压力机每分钟可生产几百甚至上千件零件.所以它是一种高效率的加工方法.冲压件的尺寸精度由模具来保证,所以质量稳定,互换性好.冲压可加工出尺寸范围较大 形状较复杂的零件,小到仪表零件,大到汽车覆盖件,还可获得其他加工方法难以制造的壁薄 、 质量轻、 刚性好 、 表面质量高 、 形状复杂的零件.冲压加工一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样,需大量切削金属,所以它不但节能,而且节约金属,故冲压件的成本较低.由于冲压工艺具有上述突出的特点,因此在国民经济各个领域广泛应用.例如,航空航天、机械、电子通信 、交通 、兵器 、日用电器及轻工等产业都有冲压加工,不但在工业生产中广泛才用冲压工艺,而且可以说每个人每天都直接与冲压产品发生联系.冲压在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛.相当多的工业部门 越来越多地才用冲压加工方法加工零件部件,如汽车 、农机、仪表 、仪器 、电子、航空 、航天 、军工 、家电及轻工等行业.在这些工业部门中,冲压件所占比例相当大,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,如果生产中不广泛才用冲压工艺,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是难以实现的。工件名称:铁心片 工件简图:如图1.1所示 材料:硅钢片 厚度:0.3mm 工件精度:IT14图1.1工件简图1.2 材料选择根据表1.1,硅钢片为碳素钢,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。综合评比均适合冲裁加工。1.3 工件结构形状工件结构形状相对简单,除有3个孔,其余皆为直线,孔与边缘之间的距离也满足要求,可以冲裁。1.4 尺寸精度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:65mm、20mm、25mm零件内形:8mmmm表1.1黑色金属的力学性能材料名称材料牌号材料状态极限强度伸长率屈服强度弹性模量E/MPa抗剪抗拉合金钢硅钢片已退火的216-304275-3833217708255-353324-4413219618600010F216-333275-4123018610255-333294-4322920619400015F245-363314-4512815265-373333-4712622519800020F275-383333-471262251960002O275-392353-5002524520600025314-432329-5392427519800030353-471441-5882229419700035392-511490-6372031419700040412-530511-6571833320900045432-549539-6861635320000050432-569539-71614373216000表1.2部分标准公差值(GB/T1800.31998)公差等级IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14IT15基本尺寸/m /mm36812183048750.120.180.300.48610915223658900.150.220.360.58101811182743701100.180.270.430.70183013213352841300.210.330.520.843050162539621001600.250.390.621.005080193046741201900.300.460.741.2080120223554871402200.350.540.871.40从表1.1中查出硅钢片抗拉强度:=275383Mpa抗剪强度:=216304Mpa伸长率: =32%分析其力学性能较好,故选择硅钢片材料。第2章 冲裁工艺方案的确定该制件的冲裁工序包括落料和冲孔,其冲裁加工有以下三种方案:方案一:先冲孔,后落料。单工序模生产。方案二:冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三:冲孔落料级进冲压。级进模生产。方案一模具结构简单,投资少,且每次冲裁所需的冲裁力较小,可以解决冲压设备吨位不够的问题。其缺点在于零件的精度难于保证,并且零件比较小,在第二次冲孔时,准确定位不宜,容易使人受伤,生产率低。方案二也只需1副模具,制件精度和生产效率都较高,且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚,模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高,板料的定位精度比方案三低,模具轮廓尺寸较小,制造比方案三简单。方案三只需一副模具,生产效率高,操作方便,精度也能满足要求,但模具轮廓尺寸较大,制造复杂,成本较高。通过对上述三种方案的分析比较,采用方案二复合模是比较合理的。第3章 模具总体设计3.1 模具类型的选择经分析,工件尺寸精度要求不高,形状较简单,但工件产量较大,根据材料厚度,为保证冲模有较高的生产率,通过比较,决定实行工序集中的工艺方案,弹性卸料装置的倒装复合模具结构方式。3.2 操作与定位方式一、操作方式零件的生产批量较大,但合理安排生产可用手工送料方式,提高经济效益。二、定位方式因为导料销和挡料销结构简单,制造方便。且该模具采用的是条料,根据模具具体结构兼顾经济效益,控制条料的送进方向采用导料销,控制送料步距采用固定挡料销。3.3卸料、出件方式一、卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较:刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大,单边间隙取(0.20.5)t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用,主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用,冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择(0.10.2)t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时,二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模。工件平直度较高,料厚为0.3mm,卸料力不大,由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便,操作者可以看见条料在模具中的送进动态,且弹性卸料板对工件施加的是柔性力,不会损伤工件表面,故可采用弹性卸料。二、出件方式因采用倒装复合模生产,故采用弹性上出件。3.4 确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机,采用横向送料方式,即由右向左送料。3.5 确定导向方式采用后侧导柱模架。由于前面和左右不受限制,送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧,工作时,偏心距会造成导套导柱单边磨损,严重影响模具使用寿命,且不能使用浮动模柄。第4章 模具工艺参数确定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=1.5mm,根据实际情况稍微取大一些取a1=2mm侧搭边值a=2mm表5.1搭边值和侧边值材料厚度t手动送料自动送料圆形非圆形往复送料aa1aa1aa1aa11以下1.51.521.5321221.52.523.52.532232.5232.543.53432.53.5354434543546554565465762.054.3 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)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)条料厚度(mm)条料宽度(mm)1122335CCCC500.40.10.50.20.70.40.90.6501000.50.10.60.20.80.41.00.61001500.0.20.70.30.90.51.10.71502200.70.20.80.31.00.51.20.7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=1614.4 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F=5049.20mm2L=665.40mm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): =(25049.20/16184)100%74.67%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。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: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=665.40mm。查合金钢的力学性能表知:硅钢片的抗剪强度=216Mpa304Mpa,取260Mpa,制件厚度t=0.3mm,则根据公式(6.1): Fp= Kp Lt=1.30.3665.40260=67471.6(N)67.5(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=0.0567.5(KN)3.375(KN)表6.1卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxktKd钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.035.3 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 =0.0667.5(KN)4.05(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=67.5+3.375+4.05=74.925(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=1.3x74.925 (KN)=97.4 (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技术参数单位型号J23-4J23-6.3J23-10J23-16J23-25J23-63J23-100滑块公称压力KN40631001602506301000滑块行程次数次/mm2001601351151007070最大闭合高度mm160170180220250360360闭合高度调节量mm35405060709090立柱间距mm100150180220260250250滑块地面尺寸左右mm100140170200300300前后mm90120150180340340模柄孔尺寸直径mm3050深度mm5070垫块厚度mm35405060708090最大倾斜角453530工作台尺寸左右mm280315360450560630710前后mm180200240300360420480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J23-10。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。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(0,28.42)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查得材料硅钢片的最小双面间隙Zmin=0.04mm,最大双面间隙Zmax=0.060mm表8.1部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙材料厚度08、10、35、09Mn2、硅钢片40、5016Mn65MnZ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0.50.040.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0921.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2402.00.2460.3600.2600.3800.2600.3802.50.3600.5000.3800.5400.3800.5403.00.4600.6400.4800.6600.4800.6604.00.6400.880注:08钢冲裁皮革、石棉和纸板时,取间隙的25%。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:或者、一、冲孔凸、凹模计算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=(Zmin)0+ d(dXZmin) 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料厚t(mm)非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30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 =(8+X) 0- p=(8+0.50.36)=8.18凹模: dd=( dp +Zmin)=(8.18+0.04)=8.22校核: pd=0.011+0.018=0.029mm表8.1得Zmax =0.04;Zmin =0.06)。pdZmaxZmin二、落料凸、凹模计算凹模: Dd=(DX)凸模: Dp=( DdZmin)(DXZmin)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);r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:65mm、20mm、25mm mm设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工。所以凹模 65mm:Dd2=(D2-X)=(65-0.50.74)0+0.021 =64.63+0.021mm20:Dd2=(D2-X)=(20-0.50.52)0+0.021 =19.74+0.021mm25:Dd2=(D2-X)=(25-0.50.52)0+0.021 =24.74+0.021mm凸模 65mm:Dp2=(Dd2- Zmin)=(64.63-0.04)=65.59mm20:Dp4=(Dd4- Zmin)=(19.74-0.04)=19.74mm25:Dp4=(Dd4- Zmin)=(24.74-0.04)=24.70mm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。表10.1系数K的数值b/mm厚度t/mm0.51233500.30.350.420.50.650-1000.20.220.280.350.42100-2000.150.180.20.240.32000.10.120.150.180.22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=197mm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H6350、636310、12、14、16、18、208063、8080、10063、10080、100100、1258012、14、16、18、20、22125100、125125、14080、1408014、16、18、20、22、25140125、140140、160100、160125、160140、200100、20012516、18、20、22、25、28160160、200140、200160、250125、25014016、20、22、25、28、32凹模轮廓尺寸为100mm100mm20mm。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。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mm1.01.21.41.61.82.02.22.5最小壁厚a2.73.23.64.04.44.95.25.8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 = 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卸料板厚度冲件厚度tmm卸料板宽度505080801251252002000.866810120.81.5681012141.53810121416四、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、回火工艺钢号低淬低回工艺中淬中回工艺高淬高回工艺淬火温度/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/Cr12MOV9501000626420010306364400108011004060500520五、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。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。 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)hL基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差60-0.0753+0.008+0.0023880-0.0904+0.012+0.00421010313160-0.1108+0.015+0.0063132010416250-0.13012+0.018+0.00720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。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-(Dp -D)/2+0.1式中A步距(mm); Dp落料凸模直径(mm); D挡料销头部直径(mm);根据公式(10.5): S1=32-(12-8)/2+0.1 =30.1mm2.导料销的设计条料的送料方向是条料靠着一侧的导料板,沿着设计的送料方向导向送进。本设计采用导料销导向,本设计选用固定式。设计时导料销应选两个且位于条料的同侧,从右向左送料时,导料销应装在后侧;从前向后送料时,导料销应装在左侧。综上,定位零件采用一个固定挡料销和单边两个导料销定位,固定挡料销和导料销固定在卸料板上。导料销材料采用45钢制造,热处理硬度4348HRC。七、推件装置的设计推件和顶件的目的,是将制件从凹模中推出来(凹模在上模)或顶出(凹模在下模)。推件装置可分为弹性推件装置和刚性推件装置两种,弹性推件装置一般装在下模,具有压料作用,冲件质量好
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