326 张力盘落料、冲孔、拉深复合模
326 张力盘落料、冲孔、拉深复合模,张力,盘落料,冲孔,复合
张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计第一章 绪 论1.1 冲模概述1.1.1 冲模的概念、作用及其特点所谓冲压成形就是利用安装在压力机上的模具,使板料或带料产生 分离或塑性变形,从而获得具有一定尺寸、形状和力学性能的产品或半成品的塑性加工方法。由于冲压通常在常温下进行,因此常被称为冷冲压。在冲压加工过程中,将毛坯材料加工成冲压件的一种特殊工艺装备,被称为冲压模具(或称冲模、冷冲模) 。故此,冷冲压具有一下特点:(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。1.1.2 冲模结构组成对于一套冲模而言,无论其结构形式如何,一般都是由固定部分和活动部分两大块组成。通常,固定部分用压铁、螺栓等紧固零件固定在压力机的工作张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计台上,称为下模;而活动部分一般固定在压力机的滑块上,称为上模。上模随着压力机的滑块按照一定的运动规律做周期性的往复直线运动,从而完成冲压加工。一套冲模根据其复杂程度不同,一般都由几个、几十个甚至更多的零件组成。但无论其结构形式和复杂程度如何,大多都可以将模具零件分为工作零件、定位零件、卸料和推料零件、导向零件、安装和固定零件等五种类型。当然,并不是所有的冲模都必须具备上述五部分零件。对于试制或小批量生产的情况,位了缩短生产周期、节约成本,可把冲模简化成只有工作部分零件如凸模、凹模和几个固定部分零件即可;而对于大批量的连续生产,为了提高生产效率和保证冲压生产的顺利进行,还应增加自动送料装置等。1.1.3 冲模分类冲模的结构形式和分类方式多种多样,可以分别根据冲模的工艺特点、冲模工序的组合方式和组合程度、冲模的结构形式、凸(凹)模的材料等进行分类。(1) 根据冲模的工艺特点,可将冲模分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模、翻边模等。(2) 根据冲模工序的组合方式和组合程度,可将冲模分为单工序模、复合模和连续模等。(3) 根据冲模的结构形式进行分类。按上、下模的导向方式,可分为无导向模、导柱模和导板模等;按卸料装置的形式,可分为固定卸料板冲模和弹性卸料板冲模;按挡料形式,可分为固定挡料销冲模、活动挡料销冲模、导正销冲模和侧刃定距冲模等。(4) 根据冲模工作部分的材料,可将冲模分为普通冲模、硬质合金模、钢结硬质合金模、钢带冲模、橡皮冲模和聚氨酯冲模等。1.2 冲模技术现状及发展分析1.2.1 冲模设计与制造水平冲模设计是一项技术性很强的工作,设计过程是一个创造性的工作过程,设计包括合理的模具结构的选择和各部分的详细设计,要依据制定的冲压工艺规程,充分考虑毛坯的定位、出件、废料排除等问题,模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素以及可供选用的冲压设备。冲模的制造更是受到来自软件的、硬的两方面因素的影响。所谓软的因素就是指参与模具制造有关的技术人员和加工人员,而硬的因素则是指与模具制造紧密联系的加工装备的水平以及各种环境因素等。20 世纪 80 年代以来,我国冲模的设计与制造能力经过几十年的发展,在现代信息、计算机技术的支撑下,已具有了相当高的水平,然而与国际先进水平相比仍有教大差距。目前,应该进一步提高和改进的方面包括:加大力度发展大型、精密、复杂、长寿命的模具;进一步发展多工位级进模和多功能模具;开发和利用先进的冲模加工方式和装备;大力培养冲模设计和制造的高级专门人才;进一步改进管理水平,提高组织实施能力,包括建立信息化平台等;深张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计入研究与冲模制造有关的技术,包括新材料的开发、表面处理新技术的应用等。1.2.2 冲模 CAD/CAM 技术近几十年来,计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结合,形成了计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)这一新技术,而且一直在不断的发展和提高。CAD/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高技术、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员能借助计算机对冲压产品、模具结构、成形工艺、数控加工及生产成本等进行设计和优化。冲模 CAD/CAM 技术能显著缩短冲模设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量,这已称为人们的共识。我国模具 CAD/CAM 技术的发展已有 30 多年的历史。在“八五” 、 “九五” 、“十五”期间,国内几乎所有的模具企业已推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量的商业化 CAD/CAM 系统。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现,以三维造型为基础、基于并行工程(CE)的模具 CAD/CAM/CAE 技术正成为模具行业的重点发展方向,它能实现面向制造和装配的设计,实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真,使设计、制造、分析(CAD/CAM/CAE)一体化。然而,目前的模具 CAD 技术大多停留在计算机辅助绘图的层面上,如何实现真正意义上的计算机辅助设计、实现 CAD/CAM/CAE 技术的一体化,是有关人员应该密切关注和深入研究的重点。1.2.3 冲模专业化程度模具专业化包含有多层意思:模具生产独立于其他产品生产,作为专业模具生产厂家生产模具外供;按模具种类划分,专门从事某一类模具生产,如冲模制造企业等;在某一类模具中,按其服务对象或模具工艺及尺寸大小,选取该模具中的某种模具进行专业化生产,如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具生产等;专业生产模具中的某一些零件供给模具生产企业,如模架、冲头、弹性元件生产企业等;按工序开展专业化协作,如我国江浙一带某些进行模具生产的民营企业,它们专业化程度高、分工细、投资少、合作灵活、见效快。相比国外先进水平,我国模具行业专业化程度还比较低,模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般位 30%,我国冲模自产自配比例为 60%,这就对冲模专业化产生了很多不利影响。1.3 模具标准化1.3.1 模具标准化的意义由于冲压生产的高效率以及冲压产品良好的综合力学性能,在现代工业产品中越来越多的冲压件取代机械加工零件已是大势所趋。要想很好地满足日趋张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计增长的冲压产品的需要,必须有高效批量的冲模生产方式和手段与之相适应,这就需要冲模工业打破传统的生产制造模式,其关键是大力提倡和发展冲模标准化。模具的标准化是把模具的每一个零部件的外形尺寸和各零件的装配尺寸进行标准化、系列化,制定出在模具设计与制造中应遵循和应用的一系列技术规范与基准。例如:除对模架中各零部件进行标准化、系列化以外,对凸模、凹模、垫板、凸(凹)模固定板、卸料板、顶件装置等其他零部件的外形尺寸和模具安装螺孔、销孔的位置尺寸与模架一起进行标准化、系列化。而且,各系列零部件的安装位置尺寸也必须进行统一。在新产品开发上,为使新产品更早更快地投放市场,在模具设计和制造上,模具采用标准化,就可以制造出模具的模块,然后把旧产品的同一系列模具中的模块更换下来,在做适当加工就能很快投入使用。这就能够在很大程度上缩短模具制造、生产周期,并且也可以减少产品的一次性投资成本。1.3.2 中国模具标准件产需概况由于中国模具标准化工作起步晚、进展慢,中国模具标准件长期以来一直是一种品种规格少、生产规模小、流通不畅通的状态。即使是目前生产较多的模架、导向件、弹性元件等,也是中低档产品多、中高档产品少的局面。目前,冷冲模架和弹性元件已达到了很高的使用覆盖率,然而其中的钢板模架和精密模架的需求缺口还是比较打的。此外,模板模块、导向件、标准凸凹模等模具标准件的品种规格少,使用覆盖率低,自产自用的多。1.3.3 冲模标准制定原则制定冲模标准时,必须使制定出的标准能全面有效地控制、保证和提高模具设计和制造质量,最大限度地节约原材料,提高材料利用率和生产效率。其制定原则主要包括以下几个方面。 保证模具产品标准的通用性。制定模具通用零件标准,必须保证其通用性强。 基于国家的模具标准尺寸。冲模的零、部件的主要尺寸和尺寸系列须采用国家标准标准尺寸 。 采纳或等效采纳国际通用模具标准。在制定、修定模具技术标准时,采纳或等效采纳国际通用标准,参照或采纳国际先进的模具技术标准,是我国标准化工作的一项技术政策。 参照或采纳国际先进标准。制定我国模具技术标准时,参照或采纳国际先进企业标准,也是一条重要的技术政策。 执行和采用国家基础标准。张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计设计要求:张力盘落料、冲孔、拉深复合模工件简图如下图 1-1 所示。图 1-1冲压技术要求:工件名称:张力盘生产批量:大批量材 料:Q235-A 钢 厚度 t=0.8mm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计第二章 冲裁模设计计算2.1 冲件工艺分析2.1.1 冲压件的工艺分析从工件简图看,图样所示零件均未标注公差的一般尺寸,按惯例取 IT14 级,符合一般冲压的精度要求。图样零件材为 Q235 钢板,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到这种材料,价格适中;外形落料的工艺性: 零件属于中小零件,材料厚 t= 0.8mm,外形简单,尺寸精度要求一般,因此可用冲裁落料工艺;冲孔工艺: 冲中心孔孔径为 7.4mm,三个腰形孔孔径为16 mm,24mm,R2孔尺寸精度要求一般可采用冲孔工艺;该工件从变形的程度来看属局部浅拉深起伏件。因此,在起伏过程中能否一次成形,保证工件平整且无裂纹是该工件模具设计的关键。2.1.2 确定工艺方案方案一:采用单工序模。即分多次对该工件进行冲压加工,但对工作效率有一定的影响,且该工件位大批量生产,故该方案排除。方案二:采用级进模。级进模可以进行多工序连续冲裁,甚至成形和装配,比单工序模生产率高,减少模具数量。但其结构相对复杂。更者,该工件工序较多,结构较复杂,故此方案也不宜选用。方案三:采用复合模。对该工件应采用复合模方可实现落料、冲孔、拉深等工序。经多方论证,方案三可行,且实惠。2.2. 冲裁工艺设计计算2.2.1 凸、凹模间隙值的确定冲裁凸模和凹模之间的间隙,不仅对冲裁件的质量有极重要的影响,而且还影响模具寿命、冲裁力、卸料力和推件力等。因此,间隙是一个非常重要的工艺参数。由于理论计算法在生产中使用不方便,常用查表法来确定间隙值。有关间张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计隙值的数值,可在一般冲压手册中查到。查冲压工艺与冲模设计中表 3-5,得:, min0.72z0.14maxz2.2.2 排样设计冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。排样正确与否将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命等。根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种:(1) 有废料排样 沿冲件全部外行冲裁,在冲件周边都留有撘边。(2) 少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁,只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有撘边。(3) 无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得冲件,无任何撘边。冲件的质量和模具寿命更差一些,但材料利用率最高。本冲裁件为中心对称图行,采用有废料排样,如下图 2-1 所示:图 2-1毛坯尺寸的计算 由于该冲裁件板料厚度小于 1mm,故可按外形尺寸来计算其毛坯尺寸。查冲压工艺与冲模设计中表 5-4,得毛坯计算公式:2423.4DdHrd代入数据得: 20.510=47.5 mm从冲压工艺与冲模设计中表 5-3 查得拉深的修边余量 =2.0mm。R张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计则毛坯的直径 D=47.5mm+2x2.0mm=51.5mm, 故取 D=50 mm有废料排样的撘边值可从冲压工艺与冲模设计中表 3-14 查得:工件间撘边 , 侧边撘边值 1.0am 1.2am则: 条料宽 525.4ba条料步距 1h冲裁单件材料的利用率按下式计算,即:A=0%bh=73.43%214D2.2.3 凸、凹模刃口尺寸的确定对于该工件均为未注公差,可按 IT14 计算,双面间隙上面已查得。(1) 落料刃口尺寸计算 的凸、凹模的制造公差由表 2-1 查得:0.625m, 0.3A0.2T表 2-1 规则形状(圆形、方行)冲裁时凸模、凹模的制造偏差(mm)基本尺寸凸模偏差 T凹模偏差 A1818303080801201201801802602603603605005000.0200.0200.0200.0250.0300.0300.0350.0400.0500.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.0600.070由于 , 故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由表minTAaxZ2-2 查得,x=0.5 。 则:0AADx张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计0.350.62.3049m按凹模尺寸配制,其双面间隙为 0.0720.104mm 。 TD 0.2496TDm表 2-2 系 数 x非 圆 形 圆 形1 0.75 0.5 0.75 0.5料厚 tmm1122440.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09注:卸料力系数 在冲多孔,大撘边和轮廓复杂制件时取上限值。XK 拉深力计算 由于该零件为浅拉深,故可按有压边圈的圆筒形计算,按下式: labFKdt式中 -拉深力(N) ;laFd-拉深件的直径,d=30mm;t-板材厚度;-材料的强度极限(Mpa),查机械工程材料得b;380bMPaK-修正因数。拉深系数 0.6dmD故拉深力可得出为: .931483laF=26.63 KN 压边力 压边力计算公式为: QAp式中 A-压边圈面积,p-单位压边力,可查表得。则压边力为 1390.24.17QFKN故总压力为以上个力之和。 8.5zong 根据总冲压力选则冲压设备 对于浅拉深可按 ,估算公称压力来选取压力机。由(1.6)yazongF机械模具设计大典得其主要技术参数为:公称压力:160KN滑块行程:55mm最大闭合高度:220mm封闭高度调节量:45mm工作台尺寸:300mmX450mm模柄孔尺寸:45mmX60mm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计2.3 冲裁模主要零部件的结构设计(冲裁模结构设计参考冲压模具标准件选用与设计指南 ,化学工业出版社)2.3.1 凸模的结构设计凸模(即冲头)是以外形为工作表面的零件,是冲模中直接成形冲压件(或进行分离)的凸形工作零件。其结构主要包含两部分,即凸模的工作部分与凸模的安装部分。 圆孔凸模采用标准 A 型圆凸模。其结构形式参见下图 2-5 所示,各部分的参数取值查表 4-2(冲压模具标准件选用与设计指南 )可得。其凸模标记为“A Cr12” 。7.5834/057.19JBT图 2-5腰形孔凸模为三个非圆形凸模,故可选用低熔点合金浇注固定直通式。可以简化凸模固定板加工工艺,便于在装配时保证凸模与凹模的正确配合。此时,凸模固定板上安装凸模的孔的尺寸较凸模大,留有一定的间隙,以便充填粘结剂。为了粘结的牢靠,在凸模的固定端或固定板相应的孔上,应开设一定的槽形。常用的粘结剂有低熔点合金、环氧树脂、无机粘结剂等,各种粘结剂均有一定的配方,也可在市场上直接买到。其结构如图 2-6 所示:张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-6落料凸模,其尺寸较大,为节约贵重模具钢,减少锻造,热处理和机械加工的困难,因而采用镶拼式结构。2.3.2 凹模的结构设计 落料凹模结构设计落料凹模采用整体式结构,各部分结构尺寸计算如下:凹模厚度 H(不小于 8)Hks垂直于送料方向的凹模宽度 B 2.540SH送料方向凹模长度 12Ls式中 s=49.69 mm,垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离,即刃口尺寸;=49.69mm,送料方向的凹模刃壁间最大距离;1s=28mm,送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离,由表 2-5 查2得;=0.30.40,考虑板料厚度影响的系数,由表 2-4 查得。k将以上数据代入上式,可得:,由标准凹模参数得,H=20 mm 0.49.61.87Hm;,取 B=100mm;.2.509.612.9Bm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计,取 L=100 mm 。49.628105.69Lm表 2-4 凹模厚度系数 k材 料 厚 度 t/mms/mm 13 3650501001002002000.300.400.200.300.150.200.100.150.350.500.220.350.180.220.120.180.450.600.300.450.220.300.150.22表 2-5 凹模孔壁至边缘的距离 2s材 料 厚 度 t/mm材料宽度B/mm 0.80.81.5 1.53.0 3.05.04040505070709090120120150202228343840222530364245283036424852323540465255 冲孔凹模结构设计冲孔凹模采用直通式 A 型圆凹模,凹模的厚度和壁厚等,可根据冲压件的形状和尺寸按 JB/T8057.4-1995 中的圆凹模进行选用。一般以 H7/m6 或 H7/r6的配合关系压入凹模固定板,然后再通过螺钉、销钉将凹模固定板固定在模座上。凹模的孔口部分采用直刃壁结构形式,刃口锋利,这种凹模主要用于冲孔。其各部分尺寸可查冲压模具标准件选用与设计指南中表 4-10 得出,结构形式见下图 2-7 所示。图 2-7张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计2.3.3 冲模模板的设计与标准模座属于板类零件,是组成模架的主要零件之一,一般都是由平面和孔系组成,用来连接及固定工作零件,使其构成完整的模具结构。其中,上模板是上模最上面的板类零件,工作时固定在压力机滑块上。而下模板是下模底面的板状零件,工作时直接固定在压力机工作台面或垫板上。冷冲模架根据上、下模做所采用材料性质的不同,可分为铸铁模架与钢板模架两种;而根据导向装置中导柱与导套间的摩擦性质的不同,又可分为滑动导向模架与滚动导向模架两大类。 模柄的选择设计模具时,选择模柄的类型要考虑模具结构的特点和使用要求,模柄工作段的直径应与所选定的压力机滑块模柄孔的直径相一致。本套模具采用压入式模柄,如图 2-8 所示,它与上模座孔采用 过渡配合,并加销钉防转,7/6Hm使用于中、小型模具。图 2-8 本套模具板材厚度为 t=0.8 mm, 故选用铸铁后侧导柱上模座,其材料选用 HT200,各部分的结结构参数见表 2-4冲压模具标准件选用与设计指南 ,技术条件按 JB/T8070-1995 的规定。 本凹模周界 L=100 mm 、B=100 mm ,厚度选 H=25 mm 的后侧导柱上模座的标记为 “后侧导柱上模座 100X100X25 GB/T2855.5”。其结构图如 2-9 所示:张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-9 同上 ,模具板材厚度为 t=0.8 mm, 故选用铸铁后侧导柱下模座,其材料选用 HT200,各部分的结结构参数见表 2-4冲压模具标准件选用与设计指南 ,技术条件按 JB/T8070-1995 的规定。 本凹模周界 L=100 mm 、B=100 mm ,厚度选 H=30 mm 的后侧导柱下模座的标记为“后侧导柱下模座100X100X30 GB/T2855.5”。其结构图如 2-10 所示:图 2-10张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计2.3.4 定位零件的设计与标准为了保证模具正常工作和冲出合格冲裁件,必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置,即必须定位。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位:一是在与送料方向垂直的方向上限位,保证条料沿正确的方向送进,称为送进导向。二是在送料方向上的限位,控制条料一次送进的距离(步距) ,称为送料定距。 复合模送进导向的限位多采用导料销。导料销一般设两个,并位于条料的同一侧,从又向左送料时,导料销装在后侧;从前向后送料时,导料销装在左侧。本设计为后者。 本设计中送料定距采用固定挡料销。其结构简单,制造容易,广泛用于冲制中、小型冲裁件的挡料定距,其缺点是销孔离凹模刃口较近,削弱了凹模的强度。国家标准结构的固定挡料销如图 2-11 所示:图 2-112.3.5 卸料与推件零件的设计卸料装置可以卸下废料,也可以卸下冲件。其结构形式有固定的、弹压的和废料切刀等。本设计采用固定卸料装置。2.3.6 导向零件的设计与标准冲模导向零件属于结构性零件,主要用于保证凸模和凹模之间的均匀间隙。冲模导向零件对冲压生产的影响很大,其制造和装配精度直接影响着冲压件的张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计精度。模具导向零件主要包括导柱导套(滑动式、滚动式) 、导板、背靠块等。模具行业中应用最广的导向装置为滑动式导柱导套。其外形为圆形,加工方便,容易装配,导柱与下模座导柱孔、导套与上模座导套孔采用过盈配合,导柱与导套之间采用间隙配合。导套长度必须保证在冲压前导柱进入导套 10mm 以上。本套冲模选用 A 型导柱与导套,A 型导柱、导套结构形式参考冲压模具标准件选用与设计指南图 3-1、3-2 所示,材料选用 20 钢,热处理要求渗碳深度 0.81.2mm,硬度 5862 HRC,技术条件按 JB/T8070-1995 的规定。其各部分尺寸查冲压模具标准件选用与设计指南中表 3-2 与表 3-3 可得。导柱:A20h5X130 GB/T2861.1导套:A32H5X65 GB/T2861.62.3.7 固定板与垫板的选用 垫板:当冲压件的厚度较大而外形尺寸又较小时,在冲压成形中凸模上端面或凹模下端面对模板作用有较大的单位压力,有时可能超过模板的允许抗压应力,此时就采用垫板。垫板的作用是直接承受和扩散凸、凹模传递的压力,以降低模板所承受的单位压力,防止模板局部破坏导致模具寿命的降低。冲模中最为常见的是凸模垫板,它被装于凸模固定板与模板之间。本套模具采用矩形垫板,材料选用 45 钢。其尺寸参数可查冲压模具标准件选用与设计指南表 7-4,结构形式参考冲压模具标准件选用与设计指南图 7-4 所示。 固定板(凸、凹模固定板)主要用于固定中、小型的凸模与凹模,小型的凸、凹模零件一般通过固定板间接地固定在模板上,以减少模具钢的用量。为了保证安装、固定牢靠,固定板必须有足够的厚度,此厚度可以由下面的经验公式求出。凸模固定板 1.5HD凹模固定板 068式中 H固定板的厚度;凹模高度与垫板高度之和;0D凸模与固定板相配合部分的直径。由凸模结构尺寸知配合部分直径 D=10mm, 故 H=1015mm, 取 H=12 mm.由垫板和凹模高度之和 =26mm, 可得,H=15.620.8 mm, 取 H=20 mm.0H本套模具采用矩形固定板,材料选用 Q234 钢。其尺寸参数可查冲压模具准件选用与设计指南表 7-2,结构如下图 2-12 所示。张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-122.3.8 冲模紧固零件与弹性元件的选用 在设计模具的过程中,当需要选用紧固零件时,一般要根据此处连接的结构特点来选择连接方式或紧固零件的类型,并根据计算(或凭经验)得出所需要承受负荷的类型和大小,然后选择所需要的紧固零件。冲模中常用螺钉都是标准件,设计模具时按标准选用即可。螺钉用于固定模具零件,冲模中广泛应用的是内六角螺钉和圆柱销钉,其中 M6M12 的螺钉最为常用。内六角螺钉紧固牢靠,螺钉头部不外露,可以保证模具外形安全美观。内六角圆柱头螺钉如图 2-13 所示,可作为卸料螺钉,也可用于凹模垫板和下模板的固定等。张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-13 弹性元件利用材料的性能和结构特点,在工作时产生弹性,把机械功或动能转变为变形能,或把变形能转化为机械功或动能。本套模具选用橡胶弹簧即橡胶制造的带孔或不带孔的圆柱状弹性体,模具中使用的橡胶弹簧的介质材料主要有聚氨酯橡胶和耐油的丁腈橡胶。橡胶弹簧具有重量轻、弹性大、形状不受限制、较高的内阻、可吸收冲击和高频振动的能量、工作平稳、噪声小、安装和调整方便、便于维护和保养等优点。但橡胶弹簧也存在一些不足之处,如耐高温、低温和耐油性差,容易老化变脆,弹簧刚度受温度等影响大,压缩变形时要求有足够的横向变形空间,由于材质不是纯弹性体,属于黏弹性材料,其力学性能比较复杂,特性曲线的非线性度大,不易精确计算弹力等,这些问题在使用中必须引起足够重视,防止出现破碎、发粘、弹力不足或“胀死”等故障。橡胶弹簧弹性力的计算公式为:P=Aq式中 P-橡胶弹簧的弹性力;A-橡胶弹簧的横截面积;q-与橡胶压缩量有关的橡胶弹簧的单位压力,一般通过实验获得。 上卸料采用橡胶作为弹性元件 按式 0(3.54)xH式中 -橡胶的自由高度(mm) ;0H-工作行程与模具修磨量(46mm)之和。x所以 =33.2538mm , 则取 。0(3.54).15035Hm由式 1089)H可计算橡胶的装配高度 =(0.850.9)X35=29.7531.5 mm, 取1=30mm。1H 下顶块压边采用橡胶作为弹性元件 采用上面中的方法与公式,可得: 0(3.54)xH=(3.54)(3.5+5)=29.7534 mm取 =30mm;0=25.527mm1(.85.9)H取 =26mm。1张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计第三章 拉深模工艺与模具设计3.1 拉深模简介及工艺计算3.1.2 拉深模概述拉深是利用拉深模使平面坯料(工序件)变成开口空心件的冲压工序。拉深可以制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其它复杂形状的薄壁零件,可以拉深从轮廓尺寸为几毫米、厚度仅为 0.2mm 的小零件到轮廓尺寸达 23m、厚度 200300mm 的大型零件。拉深过程中应注意拉深凸缘部分的起皱和底面圆角部分的拉裂,设拉深的“危险断面”.3.1.2 拉深工艺计算 零件拉深次数的确定(零件图如下 2-14 所示)张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-14因为工件厚度 t1mm,故可以不考虑厚度的影响。判断能否一次拉深成形可按 3.5012hd8.tD6730t.5dm根据冲压工艺与冲模设计中表 5-9、表 5-10、图 5-20 都说明工件能够一次拉深成形。 工序件刃口尺寸 的确定0.623拉深凸模和凹模的单边间隙可按 Z/2=1t 计算,Z/2=0.8由于拉深工件的公差为 IT14 级,故凸、凹模的制造公差可采用 IT10 级精度,查机械设计手册 (软件版)标准公差可得: 0.84TAm故凹模刃口尺寸可按下式计算得; 0.75AAd.8429由配作加工得; 00.847TTAdzm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计参考文献【1】 翁其金 主编,冲压工艺与冲模设计,机械工业出版社,1999-10【2】 高军,李熹平,修大鹏 等编著,冲压模具标准件选用与设计指南,化学工业出版社,2007-7【3】 谭建荣,张树有,陆国栋,施岳定 编,图学基础教程,高等教育出版社,1999-10【4】 王新华,袁联富 编,冲模结构图册,机械工业出版社,2003-1【5】 孙岩,陈晓罗,熊涵 主编,机械设计课程设计,北京理工大学出版社,2007-3【6】 于永泗,齐发 主编,机械工程材料,大连理工大学出版社,2003【7】 夏巨谌,李志刚 主编,中国模具设计大典(电子版)张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计致 谢为 了 完 成 大 学 学 业 任 务 , 总 结 四 年 来 的 生 活 , 学 习 、 工 作经 验 所 得 和 巩 固 大 学 期 间 所 学 的 各 科 知 识 技 能 , 系 统 地 在 实 践中 回 顾 所 掌 握 知 识 本 领 , 按 照 院 系 毕 业 设 计 的 指 导 计 划 , 本 着严 肃 认 真 的 学 习 态 度 , 我 按 时 胜 利 地 完 成 了 大 学 最 后 一 个 关 键的 学 习 环 节 毕 业 设 计 。根 据 院 校 的 按 排 和 要 求 , 在 指 导 老 师 吴 彦 红 老 师 的 悉 心指 导 与 帮 助 下 我 全 身 心 地 投 入 到 此 次 课 题 设 计 中 , 认 真 地 查 找各 种 有 关 机 械 设 计 方 面 的 资 料 , 发 扬 求 真 务 实 的 学 习 作 风 , 以严 谨 笃 学 的 态 度 , 独 立 思 考 , 保 质 保 量 地 完 成 了 这 次 毕 业 设 计张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计的 任 务 。这 次 我 设 计 的 课 题 虽 不 是 一 个 新 的 课 题 , 但 也 没 有 现 成的 版 本 供 参 考 , 设 计 难 度 大 , 工 作 量 大 。 这 个 课 题 的 设 计 共 历时 一 个 月 左 右 , 其 主 要 内 容 包 括 工 艺 性 分 析 , 排 样 方 案 设 计 、零 件 的 选 材 和 模 具 零 件 的 设 计 。 它 涉 及 到 多 学 科 的 知 识 和 技 能的 综 合 运 用 , 它 要 应 用 到 : 机 械 设 计 、 工 程 材 料 、 理 论 力 学 、材 料 力 学 、 机 械 设 计 制 造 基 础 、 计 算 机 辅 助 与 制 造( CAD/CAM) 等 现 代 多 学 科 知 识 技 能 。 为 了 灵 活 熟 练 地 掌 握 电脑 制 图 , 加 强 自 身 的 电 脑 操 作 水 平 , 本 次 设 计 的 所 有 零 件 图 和装 配 图 一 律 是 在 电 脑 进 行 的 。 这 不 但 克 服 了 原 始 徒 手 绘 图 的 脏 、慢 、 效 率 低 、 修 改 难 等 缺 点 , 而 且 提 高 了 制 图 质 量 , 降 低 了 劳动 强 度 , 缩 短 了 设 计 时 间 。本 课 题 设 计 主 要 参 考 了 冲 压 工 艺 与 模 具 设 计 和 模 具 的 设 计 及 制 造 的 基 本 原 理 , 把 基 本 知 识 与 实 际 应 用紧 密 结 合 起 来 , 各 部 分 尽 可 能 用 简 明 扼 要 的 公 式 计 算 、 概 括 性语 句 来 说 明 设 计 思 路 和 过 程 。 为 了 让 各 位 导 师 及 同 学 清 楚 地 了解 我 的 设 计 和 想 法 , 我 非 常 注 重 用 图 形 来 表 达 思 想 。 敬 请 各 位导 师 审 阅 指 教 。 由 于 这 是 我 第 一 次 在 实 践 中 搞 的 设 计 , 设 计 过程 中 难 免 有 许 多 疏 漏 或 错 误 , 恳 求 各 位 导 师 、 教 授 、 专 家 多 多指 教 批 正 , 殷 切 希 望 广 大 老 师 批 评 指 点 。 编 者 : 王 志 刚2009 年 5 月,学校代码:10410序 号:050444本 科 毕 业 设 计题目: 张力盘落料、冲孔、拉深复合模 学 院: 工 学 院 姓 名: 王志刚 学 号: 20050444 专 业:机械设计制造及其自动化 年 级: 机制 052 指导教师: 吴彦红 二 OO 九年 五 月张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计摘 要通过对冲裁工件工艺的正确分析,设计了一副一模一腔的有废料排样的复合模。本设计详细地叙述了模具成型零件包括凸模、凹模及其他零件如卸料板、固定板、垫板、导柱、导套等的设计与加工工艺过程,重要零件的工艺参数的选择与计算,冲裁机构与卸料装置以及其它结构的设计过程,并对着重对模具的设计部分作了详细介绍。关键词: 模具设计 有废料排样 复合模AbstactBy blanking of the workpiece to the correct analysis, design a model of a cavity in a row kind of cross-blank die. Design of the detailed description of the mold components, including punch, die and other components such as discharge plate, plate, plate, Pillar I. sets in the design and fabrication process, important parts of the process parameters and options, Blanking agencies and discharge devices and other structural design process, and focuses on the design of the mold gave a detailed briefing.Key words: die design cross-nesting blanking Die 江西农业大学毕业设计(论文)任务书设计(论文)课 题 名 称张力盘落料、冲孔、拉深复合模学生姓名 王志刚 院(系) 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 吴彦红 职 称 教授 学 历毕业设计(论文)要求:1、 能独立拟定设计方案,提出方案的构思以及技术、经济条件等方面的可行性论证报告。2、 能熟练应用已学过的理论知识,采用工程分析计算方法或数值计算方法,正确完成设计中的计算工作。3、 能熟练掌握机械制图的方法和技巧,并运用计算机绘图、计算机辅助设计等,按国家标准正确地完成绘图工作。4、 能按设计任务书的要求,编写出设计说明书。毕业设计(论文)内容与技术参数:内 容:1参观工厂,了解相关模具的工作原理。2设计并绘制机器各零部件的 Pro/E 三维图,再组装成机器。3确定冲模成型方案,编写设计说明书。4通过理论计算及校核,修改各零部件尺寸。5参考已经绘制的三维图,绘制各非标零件的零件图,绘制装配图。毕业设计(论文)工作计划:1、调查实习、查阅文献、收集资料:2008.122009.12、 方案选择设计:2009.23、总体设计:2009.24、详细计算、结构设计:2009.35、 工程图的绘制:2009.46、编写设计说明书:2009.47、 修改设计、准备答辩:2009.5接受任务日期 2008 年 12 月 1 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日学 生 签 名 年 月 日指导教师签名 年 月 日院长(主任)签名 年 月 日张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计第一章 绪 论1.1 冲模概述1.1.1 冲模的概念、作用及其特点所谓冲压成形就是利用安装在压力机上的模具,使板料或带料产生 分离或塑性变形,从而获得具有一定尺寸、形状和力学性能的产品或半成品的塑性加工方法。由于冲压通常在常温下进行,因此常被称为冷冲压。在冲压加工过程中,将毛坯材料加工成冲压件的一种特殊工艺装备,被称为冲压模具(或称冲模、冷冲模) 。故此,冷冲压具有一下特点:(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。1.1.2 冲模结构组成对于一套冲模而言,无论其结构形式如何,一般都是由固定部分和活动部分两大块组成。通常,固定部分用压铁、螺栓等紧固零件固定在压力机的工作张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计台上,称为下模;而活动部分一般固定在压力机的滑块上,称为上模。上模随着压力机的滑块按照一定的运动规律做周期性的往复直线运动,从而完成冲压加工。一套冲模根据其复杂程度不同,一般都由几个、几十个甚至更多的零件组成。但无论其结构形式和复杂程度如何,大多都可以将模具零件分为工作零件、定位零件、卸料和推料零件、导向零件、安装和固定零件等五种类型。当然,并不是所有的冲模都必须具备上述五部分零件。对于试制或小批量生产的情况,位了缩短生产周期、节约成本,可把冲模简化成只有工作部分零件如凸模、凹模和几个固定部分零件即可;而对于大批量的连续生产,为了提高生产效率和保证冲压生产的顺利进行,还应增加自动送料装置等。1.1.3 冲模分类冲模的结构形式和分类方式多种多样,可以分别根据冲模的工艺特点、冲模工序的组合方式和组合程度、冲模的结构形式、凸(凹)模的材料等进行分类。(1) 根据冲模的工艺特点,可将冲模分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模、翻边模等。(2) 根据冲模工序的组合方式和组合程度,可将冲模分为单工序模、复合模和连续模等。(3) 根据冲模的结构形式进行分类。按上、下模的导向方式,可分为无导向模、导柱模和导板模等;按卸料装置的形式,可分为固定卸料板冲模和弹性卸料板冲模;按挡料形式,可分为固定挡料销冲模、活动挡料销冲模、导正销冲模和侧刃定距冲模等。(4) 根据冲模工作部分的材料,可将冲模分为普通冲模、硬质合金模、钢结硬质合金模、钢带冲模、橡皮冲模和聚氨酯冲模等。1.2 冲模技术现状及发展分析1.2.1 冲模设计与制造水平冲模设计是一项技术性很强的工作,设计过程是一个创造性的工作过程,设计包括合理的模具结构的选择和各部分的详细设计,要依据制定的冲压工艺规程,充分考虑毛坯的定位、出件、废料排除等问题,模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素以及可供选用的冲压设备。冲模的制造更是受到来自软件的、硬的两方面因素的影响。所谓软的因素就是指参与模具制造有关的技术人员和加工人员,而硬的因素则是指与模具制造紧密联系的加工装备的水平以及各种环境因素等。20 世纪 80 年代以来,我国冲模的设计与制造能力经过几十年的发展,在现代信息、计算机技术的支撑下,已具有了相当高的水平,然而与国际先进水平相比仍有教大差距。目前,应该进一步提高和改进的方面包括:加大力度发展大型、精密、复杂、长寿命的模具;进一步发展多工位级进模和多功能模具;开发和利用先进的冲模加工方式和装备;大力培养冲模设计和制造的高级专门人才;进一步改进管理水平,提高组织实施能力,包括建立信息化平台等;深张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计入研究与冲模制造有关的技术,包括新材料的开发、表面处理新技术的应用等。1.2.2 冲模 CAD/CAM 技术近几十年来,计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结合,形成了计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)这一新技术,而且一直在不断的发展和提高。CAD/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高技术、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员能借助计算机对冲压产品、模具结构、成形工艺、数控加工及生产成本等进行设计和优化。冲模 CAD/CAM 技术能显著缩短冲模设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量,这已称为人们的共识。我国模具 CAD/CAM 技术的发展已有 30 多年的历史。在“八五” 、 “九五” 、“十五”期间,国内几乎所有的模具企业已推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量的商业化 CAD/CAM 系统。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现,以三维造型为基础、基于并行工程(CE)的模具 CAD/CAM/CAE 技术正成为模具行业的重点发展方向,它能实现面向制造和装配的设计,实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真,使设计、制造、分析(CAD/CAM/CAE)一体化。然而,目前的模具 CAD 技术大多停留在计算机辅助绘图的层面上,如何实现真正意义上的计算机辅助设计、实现 CAD/CAM/CAE 技术的一体化,是有关人员应该密切关注和深入研究的重点。1.2.3 冲模专业化程度模具专业化包含有多层意思:模具生产独立于其他产品生产,作为专业模具生产厂家生产模具外供;按模具种类划分,专门从事某一类模具生产,如冲模制造企业等;在某一类模具中,按其服务对象或模具工艺及尺寸大小,选取该模具中的某种模具进行专业化生产,如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具生产等;专业生产模具中的某一些零件供给模具生产企业,如模架、冲头、弹性元件生产企业等;按工序开展专业化协作,如我国江浙一带某些进行模具生产的民营企业,它们专业化程度高、分工细、投资少、合作灵活、见效快。相比国外先进水平,我国模具行业专业化程度还比较低,模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般位 30%,我国冲模自产自配比例为 60%,这就对冲模专业化产生了很多不利影响。1.3 模具标准化1.3.1 模具标准化的意义由于冲压生产的高效率以及冲压产品良好的综合力学性能,在现代工业产品中越来越多的冲压件取代机械加工零件已是大势所趋。要想很好地满足日趋张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计增长的冲压产品的需要,必须有高效批量的冲模生产方式和手段与之相适应,这就需要冲模工业打破传统的生产制造模式,其关键是大力提倡和发展冲模标准化。模具的标准化是把模具的每一个零部件的外形尺寸和各零件的装配尺寸进行标准化、系列化,制定出在模具设计与制造中应遵循和应用的一系列技术规范与基准。例如:除对模架中各零部件进行标准化、系列化以外,对凸模、凹模、垫板、凸(凹)模固定板、卸料板、顶件装置等其他零部件的外形尺寸和模具安装螺孔、销孔的位置尺寸与模架一起进行标准化、系列化。而且,各系列零部件的安装位置尺寸也必须进行统一。在新产品开发上,为使新产品更早更快地投放市场,在模具设计和制造上,模具采用标准化,就可以制造出模具的模块,然后把旧产品的同一系列模具中的模块更换下来,在做适当加工就能很快投入使用。这就能够在很大程度上缩短模具制造、生产周期,并且也可以减少产品的一次性投资成本。1.3.2 中国模具标准件产需概况由于中国模具标准化工作起步晚、进展慢,中国模具标准件长期以来一直是一种品种规格少、生产规模小、流通不畅通的状态。即使是目前生产较多的模架、导向件、弹性元件等,也是中低档产品多、中高档产品少的局面。目前,冷冲模架和弹性元件已达到了很高的使用覆盖率,然而其中的钢板模架和精密模架的需求缺口还是比较打的。此外,模板模块、导向件、标准凸凹模等模具标准件的品种规格少,使用覆盖率低,自产自用的多。1.3.3 冲模标准制定原则制定冲模标准时,必须使制定出的标准能全面有效地控制、保证和提高模具设计和制造质量,最大限度地节约原材料,提高材料利用率和生产效率。其制定原则主要包括以下几个方面。 保证模具产品标准的通用性。制定模具通用零件标准,必须保证其通用性强。 基于国家的模具标准尺寸。冲模的零、部件的主要尺寸和尺寸系列须采用国家标准标准尺寸 。 采纳或等效采纳国际通用模具标准。在制定、修定模具技术标准时,采纳或等效采纳国际通用标准,参照或采纳国际先进的模具技术标准,是我国标准化工作的一项技术政策。 参照或采纳国际先进标准。制定我国模具技术标准时,参照或采纳国际先进企业标准,也是一条重要的技术政策。 执行和采用国家基础标准。张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计设计要求:张力盘落料、冲孔、拉深复合模工件简图如下图 1-1 所示。图 1-1冲压技术要求:工件名称:张力盘生产批量:大批量材 料:Q235-A 钢 厚度 t=0.8mm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计第二章 冲裁模设计计算2.1 冲件工艺分析2.1.1 冲压件的工艺分析从工件简图看,图样所示零件均未标注公差的一般尺寸,按惯例取 IT14 级,符合一般冲压的精度要求。图样零件材为 Q235 钢板,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到这种材料,价格适中;外形落料的工艺性: 零件属于中小零件,材料厚 t= 0.8mm,外形简单,尺寸精度要求一般,因此可用冲裁落料工艺;冲孔工艺: 冲中心孔孔径为 7.4mm,三个腰形孔孔径为16 mm,24mm,R2孔尺寸精度要求一般可采用冲孔工艺;该工件从变形的程度来看属局部浅拉深起伏件。因此,在起伏过程中能否一次成形,保证工件平整且无裂纹是该工件模具设计的关键。2.1.2 确定工艺方案方案一:采用单工序模。即分多次对该工件进行冲压加工,但对工作效率有一定的影响,且该工件位大批量生产,故该方案排除。方案二:采用级进模。级进模可以进行多工序连续冲裁,甚至成形和装配,比单工序模生产率高,减少模具数量。但其结构相对复杂。更者,该工件工序较多,结构较复杂,故此方案也不宜选用。方案三:采用复合模。对该工件应采用复合模方可实现落料、冲孔、拉深等工序。经多方论证,方案三可行,且实惠。2.2. 冲裁工艺设计计算2.2.1 凸、凹模间隙值的确定冲裁凸模和凹模之间的间隙,不仅对冲裁件的质量有极重要的影响,而且还影响模具寿命、冲裁力、卸料力和推件力等。因此,间隙是一个非常重要的工艺参数。由于理论计算法在生产中使用不方便,常用查表法来确定间隙值。有关间张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计隙值的数值,可在一般冲压手册中查到。查冲压工艺与冲模设计中表 3-5,得:, min0.72z0.14maxz2.2.2 排样设计冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。排样正确与否将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命等。根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种:(1) 有废料排样 沿冲件全部外行冲裁,在冲件周边都留有撘边。(2) 少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁,只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有撘边。(3) 无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得冲件,无任何撘边。冲件的质量和模具寿命更差一些,但材料利用率最高。本冲裁件为中心对称图行,采用有废料排样,如下图 2-1 所示:图 2-1毛坯尺寸的计算 由于该冲裁件板料厚度小于 1mm,故可按外形尺寸来计算其毛坯尺寸。查冲压工艺与冲模设计中表 5-4,得毛坯计算公式:2423.4DdHrd代入数据得: 20.510=47.5 mm从冲压工艺与冲模设计中表 5-3 查得拉深的修边余量 =2.0mm。R张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计则毛坯的直径 D=47.5mm+2x2.0mm=51.5mm, 故取 D=50 mm有废料排样的撘边值可从冲压工艺与冲模设计中表 3-14 查得:工件间撘边 , 侧边撘边值 1.0am 1.2am则: 条料宽 525.4ba条料步距 1h冲裁单件材料的利用率按下式计算,即:A=0%bh=73.43%214D2.2.3 凸、凹模刃口尺寸的确定对于该工件均为未注公差,可按 IT14 计算,双面间隙上面已查得。(1) 落料刃口尺寸计算 的凸、凹模的制造公差由表 2-1 查得:0.625m, 0.3A0.2T表 2-1 规则形状(圆形、方行)冲裁时凸模、凹模的制造偏差(mm)基本尺寸凸模偏差 T凹模偏差 A1818303080801201201801802602603603605005000.0200.0200.0200.0250.0300.0300.0350.0400.0500.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.0600.070由于 , 故采用凸模与凹模配合加工方法。因数由表minTAaxZ2-2 查得,x=0.5 。 则:0AADx张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计0.350.62.3049m按凹模尺寸配制,其双面间隙为 0.0720.104mm 。 TD 0.2496TDm表 2-2 系 数 x非 圆 形 圆 形1 0.75 0.5 0.75 0.5料厚 tmm1122440.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09注:卸料力系数 在冲多孔,大撘边和轮廓复杂制件时取上限值。XK 拉深力计算 由于该零件为浅拉深,故可按有压边圈的圆筒形计算,按下式: labFKdt式中 -拉深力(N) ;laFd-拉深件的直径,d=30mm;t-板材厚度;-材料的强度极限(Mpa),查机械工程材料得b;380bMPaK-修正因数。拉深系数 0.6dmD故拉深力可得出为: .931483laF=26.63 KN 压边力 压边力计算公式为: QAp式中 A-压边圈面积,p-单位压边力,可查表得。则压边力为 1390.24.17QFKN故总压力为以上个力之和。 8.5zong 根据总冲压力选则冲压设备 对于浅拉深可按 ,估算公称压力来选取压力机。由(1.6)yazongF机械模具设计大典得其主要技术参数为:公称压力:160KN滑块行程:55mm最大闭合高度:220mm封闭高度调节量:45mm工作台尺寸:300mmX450mm模柄孔尺寸:45mmX60mm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计2.3 冲裁模主要零部件的结构设计(冲裁模结构设计参考冲压模具标准件选用与设计指南 ,化学工业出版社)2.3.1 凸模的结构设计凸模(即冲头)是以外形为工作表面的零件,是冲模中直接成形冲压件(或进行分离)的凸形工作零件。其结构主要包含两部分,即凸模的工作部分与凸模的安装部分。 圆孔凸模采用标准 A 型圆凸模。其结构形式参见下图 2-5 所示,各部分的参数取值查表 4-2(冲压模具标准件选用与设计指南 )可得。其凸模标记为“A Cr12” 。7.5834/057.19JBT图 2-5腰形孔凸模为三个非圆形凸模,故可选用低熔点合金浇注固定直通式。可以简化凸模固定板加工工艺,便于在装配时保证凸模与凹模的正确配合。此时,凸模固定板上安装凸模的孔的尺寸较凸模大,留有一定的间隙,以便充填粘结剂。为了粘结的牢靠,在凸模的固定端或固定板相应的孔上,应开设一定的槽形。常用的粘结剂有低熔点合金、环氧树脂、无机粘结剂等,各种粘结剂均有一定的配方,也可在市场上直接买到。其结构如图 2-6 所示:张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-6落料凸模,其尺寸较大,为节约贵重模具钢,减少锻造,热处理和机械加工的困难,因而采用镶拼式结构。2.3.2 凹模的结构设计 落料凹模结构设计落料凹模采用整体式结构,各部分结构尺寸计算如下:凹模厚度 H(不小于 8)Hks垂直于送料方向的凹模宽度 B 2.540SH送料方向凹模长度 12Ls式中 s=49.69 mm,垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离,即刃口尺寸;=49.69mm,送料方向的凹模刃壁间最大距离;1s=28mm,送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离,由表 2-5 查2得;=0.30.40,考虑板料厚度影响的系数,由表 2-4 查得。k将以上数据代入上式,可得:,由标准凹模参数得,H=20 mm 0.49.61.87Hm;,取 B=100mm;.2.509.612.9Bm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计,取 L=100 mm 。49.628105.69Lm表 2-4 凹模厚度系数 k材 料 厚 度 t/mms/mm 13 3650501001002002000.300.400.200.300.150.200.100.150.350.500.220.350.180.220.120.180.450.600.300.450.220.300.150.22表 2-5 凹模孔壁至边缘的距离 2s材 料 厚 度 t/mm材料宽度B/mm 0.80.81.5 1.53.0 3.05.04040505070709090120120150202228343840222530364245283036424852323540465255 冲孔凹模结构设计冲孔凹模采用直通式 A 型圆凹模,凹模的厚度和壁厚等,可根据冲压件的形状和尺寸按 JB/T8057.4-1995 中的圆凹模进行选用。一般以 H7/m6 或 H7/r6的配合关系压入凹模固定板,然后再通过螺钉、销钉将凹模固定板固定在模座上。凹模的孔口部分采用直刃壁结构形式,刃口锋利,这种凹模主要用于冲孔。其各部分尺寸可查冲压模具标准件选用与设计指南中表 4-10 得出,结构形式见下图 2-7 所示。图 2-7张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计2.3.3 冲模模板的设计与标准模座属于板类零件,是组成模架的主要零件之一,一般都是由平面和孔系组成,用来连接及固定工作零件,使其构成完整的模具结构。其中,上模板是上模最上面的板类零件,工作时固定在压力机滑块上。而下模板是下模底面的板状零件,工作时直接固定在压力机工作台面或垫板上。冷冲模架根据上、下模做所采用材料性质的不同,可分为铸铁模架与钢板模架两种;而根据导向装置中导柱与导套间的摩擦性质的不同,又可分为滑动导向模架与滚动导向模架两大类。 模柄的选择设计模具时,选择模柄的类型要考虑模具结构的特点和使用要求,模柄工作段的直径应与所选定的压力机滑块模柄孔的直径相一致。本套模具采用压入式模柄,如图 2-8 所示,它与上模座孔采用 过渡配合,并加销钉防转,7/6Hm使用于中、小型模具。图 2-8 本套模具板材厚度为 t=0.8 mm, 故选用铸铁后侧导柱上模座,其材料选用 HT200,各部分的结结构参数见表 2-4冲压模具标准件选用与设计指南 ,技术条件按 JB/T8070-1995 的规定。 本凹模周界 L=100 mm 、B=100 mm ,厚度选 H=25 mm 的后侧导柱上模座的标记为 “后侧导柱上模座 100X100X25 GB/T2855.5”。其结构图如 2-9 所示:张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-9 同上 ,模具板材厚度为 t=0.8 mm, 故选用铸铁后侧导柱下模座,其材料选用 HT200,各部分的结结构参数见表 2-4冲压模具标准件选用与设计指南 ,技术条件按 JB/T8070-1995 的规定。 本凹模周界 L=100 mm 、B=100 mm ,厚度选 H=30 mm 的后侧导柱下模座的标记为“后侧导柱下模座100X100X30 GB/T2855.5”。其结构图如 2-10 所示:图 2-10张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计2.3.4 定位零件的设计与标准为了保证模具正常工作和冲出合格冲裁件,必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置,即必须定位。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位:一是在与送料方向垂直的方向上限位,保证条料沿正确的方向送进,称为送进导向。二是在送料方向上的限位,控制条料一次送进的距离(步距) ,称为送料定距。 复合模送进导向的限位多采用导料销。导料销一般设两个,并位于条料的同一侧,从又向左送料时,导料销装在后侧;从前向后送料时,导料销装在左侧。本设计为后者。 本设计中送料定距采用固定挡料销。其结构简单,制造容易,广泛用于冲制中、小型冲裁件的挡料定距,其缺点是销孔离凹模刃口较近,削弱了凹模的强度。国家标准结构的固定挡料销如图 2-11 所示:图 2-112.3.5 卸料与推件零件的设计卸料装置可以卸下废料,也可以卸下冲件。其结构形式有固定的、弹压的和废料切刀等。本设计采用固定卸料装置。2.3.6 导向零件的设计与标准冲模导向零件属于结构性零件,主要用于保证凸模和凹模之间的均匀间隙。冲模导向零件对冲压生产的影响很大,其制造和装配精度直接影响着冲压件的张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计精度。模具导向零件主要包括导柱导套(滑动式、滚动式) 、导板、背靠块等。模具行业中应用最广的导向装置为滑动式导柱导套。其外形为圆形,加工方便,容易装配,导柱与下模座导柱孔、导套与上模座导套孔采用过盈配合,导柱与导套之间采用间隙配合。导套长度必须保证在冲压前导柱进入导套 10mm 以上。本套冲模选用 A 型导柱与导套,A 型导柱、导套结构形式参考冲压模具标准件选用与设计指南图 3-1、3-2 所示,材料选用 20 钢,热处理要求渗碳深度 0.81.2mm,硬度 5862 HRC,技术条件按 JB/T8070-1995 的规定。其各部分尺寸查冲压模具标准件选用与设计指南中表 3-2 与表 3-3 可得。导柱:A20h5X130 GB/T2861.1导套:A32H5X65 GB/T2861.62.3.7 固定板与垫板的选用 垫板:当冲压件的厚度较大而外形尺寸又较小时,在冲压成形中凸模上端面或凹模下端面对模板作用有较大的单位压力,有时可能超过模板的允许抗压应力,此时就采用垫板。垫板的作用是直接承受和扩散凸、凹模传递的压力,以降低模板所承受的单位压力,防止模板局部破坏导致模具寿命的降低。冲模中最为常见的是凸模垫板,它被装于凸模固定板与模板之间。本套模具采用矩形垫板,材料选用 45 钢。其尺寸参数可查冲压模具标准件选用与设计指南表 7-4,结构形式参考冲压模具标准件选用与设计指南图 7-4 所示。 固定板(凸、凹模固定板)主要用于固定中、小型的凸模与凹模,小型的凸、凹模零件一般通过固定板间接地固定在模板上,以减少模具钢的用量。为了保证安装、固定牢靠,固定板必须有足够的厚度,此厚度可以由下面的经验公式求出。凸模固定板 1.5HD凹模固定板 068式中 H固定板的厚度;凹模高度与垫板高度之和;0D凸模与固定板相配合部分的直径。由凸模结构尺寸知配合部分直径 D=10mm, 故 H=1015mm, 取 H=12 mm.由垫板和凹模高度之和 =26mm, 可得,H=15.620.8 mm, 取 H=20 mm.0H本套模具采用矩形固定板,材料选用 Q234 钢。其尺寸参数可查冲压模具准件选用与设计指南表 7-2,结构如下图 2-12 所示。张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-122.3.8 冲模紧固零件与弹性元件的选用 在设计模具的过程中,当需要选用紧固零件时,一般要根据此处连接的结构特点来选择连接方式或紧固零件的类型,并根据计算(或凭经验)得出所需要承受负荷的类型和大小,然后选择所需要的紧固零件。冲模中常用螺钉都是标准件,设计模具时按标准选用即可。螺钉用于固定模具零件,冲模中广泛应用的是内六角螺钉和圆柱销钉,其中 M6M12 的螺钉最为常用。内六角螺钉紧固牢靠,螺钉头部不外露,可以保证模具外形安全美观。内六角圆柱头螺钉如图 2-13 所示,可作为卸料螺钉,也可用于凹模垫板和下模板的固定等。张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-13 弹性元件利用材料的性能和结构特点,在工作时产生弹性,把机械功或动能转变为变形能,或把变形能转化为机械功或动能。本套模具选用橡胶弹簧即橡胶制造的带孔或不带孔的圆柱状弹性体,模具中使用的橡胶弹簧的介质材料主要有聚氨酯橡胶和耐油的丁腈橡胶。橡胶弹簧具有重量轻、弹性大、形状不受限制、较高的内阻、可吸收冲击和高频振动的能量、工作平稳、噪声小、安装和调整方便、便于维护和保养等优点。但橡胶弹簧也存在一些不足之处,如耐高温、低温和耐油性差,容易老化变脆,弹簧刚度受温度等影响大,压缩变形时要求有足够的横向变形空间,由于材质不是纯弹性体,属于黏弹性材料,其力学性能比较复杂,特性曲线的非线性度大,不易精确计算弹力等,这些问题在使用中必须引起足够重视,防止出现破碎、发粘、弹力不足或“胀死”等故障。橡胶弹簧弹性力的计算公式为:P=Aq式中 P-橡胶弹簧的弹性力;A-橡胶弹簧的横截面积;q-与橡胶压缩量有关的橡胶弹簧的单位压力,一般通过实验获得。 上卸料采用橡胶作为弹性元件 按式 0(3.54)xH式中 -橡胶的自由高度(mm) ;0H-工作行程与模具修磨量(46mm)之和。x所以 =33.2538mm , 则取 。0(3.54).15035Hm由式 1089)H可计算橡胶的装配高度 =(0.850.9)X35=29.7531.5 mm, 取1=30mm。1H 下顶块压边采用橡胶作为弹性元件 采用上面中的方法与公式,可得: 0(3.54)xH=(3.54)(3.5+5)=29.7534 mm取 =30mm;0=25.527mm1(.85.9)H取 =26mm。1张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计第三章 拉深模工艺与模具设计3.1 拉深模简介及工艺计算3.1.2 拉深模概述拉深是利用拉深模使平面坯料(工序件)变成开口空心件的冲压工序。拉深可以制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其它复杂形状的薄壁零件,可以拉深从轮廓尺寸为几毫米、厚度仅为 0.2mm 的小零件到轮廓尺寸达 23m、厚度 200300mm 的大型零件。拉深过程中应注意拉深凸缘部分的起皱和底面圆角部分的拉裂,设拉深的“危险断面”.3.1.2 拉深工艺计算 零件拉深次数的确定(零件图如下 2-14 所示)张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计图 2-14因为工件厚度 t1mm,故可以不考虑厚度的影响。判断能否一次拉深成形可按 3.5012hd8.tD6730t.5dm根据冲压工艺与冲模设计中表 5-9、表 5-10、图 5-20 都说明工件能够一次拉深成形。 工序件刃口尺寸 的确定0.623拉深凸模和凹模的单边间隙可按 Z/2=1t 计算,Z/2=0.8由于拉深工件的公差为 IT14 级,故凸、凹模的制造公差可采用 IT10 级精度,查机械设计手册 (软件版)标准公差可得: 0.84TAm故凹模刃口尺寸可按下式计算得; 0.75AAd.8429由配作加工得; 00.847TTAdzm张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计参考文献【1】 翁其金 主编,冲压工艺与冲模设计,机械工业出版社,1999-10【2】 高军,李熹平,修大鹏 等编著,冲压模具标准件选用与设计指南,化学工业出版社,2007-7【3】 谭建荣,张树有,陆国栋,施岳定 编,图学基础教程,高等教育出版社,1999-10【4】 王新华,袁联富 编,冲模结构图册,机械工业出版社,2003-1【5】 孙岩,陈晓罗,熊涵 主编,机械设计课程设计,北京理工大学出版社,2007-3【6】 于永泗,齐发 主编,机械工程材料,大连理工大学出版社,2003【7】 夏巨谌,李志刚 主编,中国模具设计大典(电子版)张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计致 谢为 了 完 成 大 学 学 业 任 务 , 总 结 四 年 来 的 生 活 , 学 习 、 工 作经 验 所 得 和 巩 固 大 学 期 间 所 学 的 各 科 知 识 技 能 , 系 统 地 在 实 践中 回 顾 所 掌 握 知 识 本 领 , 按 照 院 系 毕 业 设 计 的 指 导 计 划 , 本 着严 肃 认 真 的 学 习 态 度 , 我 按 时 胜 利 地 完 成 了 大 学 最 后 一 个 关 键的 学 习 环 节 毕 业 设 计 。根 据 院 校 的 按 排 和 要 求 , 在 指 导 老 师 吴 彦 红 老 师 的 悉 心指 导 与 帮 助 下 我 全 身 心 地 投 入 到 此 次 课 题 设 计 中 , 认 真 地 查 找各 种 有 关 机 械 设 计 方 面 的 资 料 , 发 扬 求 真 务 实 的 学 习 作 风 , 以严 谨 笃 学 的 态 度 , 独 立 思 考 , 保 质 保 量 地 完 成 了 这 次 毕 业 设 计张力盘落料、冲孔、拉深复合模设计的 任 务 。这 次 我 设 计 的 课 题 虽 不 是 一 个 新 的 课 题 , 但 也 没 有 现 成的 版 本 供 参 考 , 设 计 难 度 大 , 工 作 量 大 。 这 个 课 题 的 设 计 共 历时 一 个 月 左 右 , 其 主 要 内 容 包 括 工 艺 性 分 析 , 排 样 方 案 设 计 、零 件 的 选 材 和 模 具 零 件 的 设 计 。 它 涉 及 到 多 学 科 的 知 识 和 技 能的 综 合 运 用 , 它 要 应 用 到 : 机 械 设 计 、 工 程 材 料 、 理 论 力 学 、材 料 力 学 、 机 械 设 计 制 造 基 础 、 计 算 机 辅 助 与 制 造( CAD/CAM) 等 现 代 多 学 科 知 识 技 能 。 为 了 灵 活 熟 练 地 掌 握 电脑 制 图 , 加 强 自 身 的 电 脑 操 作 水 平 , 本 次 设 计 的 所 有 零 件 图 和装 配 图 一 律 是 在 电 脑 进 行 的 。 这 不 但 克 服 了 原 始 徒 手 绘 图 的 脏 、慢 、 效 率 低 、 修 改 难 等 缺 点 , 而 且 提 高 了 制 图 质 量 , 降 低 了 劳动 强 度 , 缩 短 了 设 计 时 间 。本 课 题 设 计 主 要 参 考 了 冲 压 工 艺 与 模 具 设 计 和 模 具 的 设 计 及 制 造 的 基 本 原 理 , 把 基 本 知 识 与 实 际 应 用紧 密 结 合 起 来 , 各 部 分 尽 可 能 用 简 明 扼 要 的 公 式 计 算 、 概 括 性语 句 来 说 明 设 计 思 路 和 过 程 。 为 了 让 各 位 导 师 及 同 学 清 楚 地 了解 我 的 设 计 和 想 法 , 我 非 常 注 重 用 图 形 来 表 达 思 想 。 敬 请 各 位导 师 审 阅 指 教 。 由 于 这 是 我 第 一 次 在 实 践 中 搞 的 设 计 , 设 计 过程 中 难 免 有 许 多 疏 漏 或 错 误 , 恳 求 各 位 导 师 、 教 授 、 专 家 多 多指 教 批 正 , 殷 切 希 望 广 大 老 师 批 评 指 点 。 编 者 : 王 志 刚2009 年 5 月
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