冲压模具课程设计-弹性夹弯曲模具设计(含CAD图纸+文档资料】
摘 要模具是大批量生产同型产品的工具,是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。模具可保证冲压产品的尺寸精度,使产品质量稳定。而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零件可以采用冶金厂大量的廉价的轧制钢板或钢带为材料,而且在生产中不需要加热,具有生产效率高,质量好,重量轻,成本低节约能源和原材料等一系列的优点,是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平的提高,很大程度上取决于模具工业的发展。本设计进行了冲压模具的设计。文中简要概述了冲压模具目前的发展状况和趋势。对产品进行了详细工艺分析和工艺方案的确定。进行了凹、凸模的闭合高度的计算并确定了模具的结构。计算并设计了本套模具上的主要零部件,如:凸模、凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导板、挡料销等。选定了合理的冲压设备。设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。此外,本模具采用挡料销挡料。模具的冲压凸模用固定板固定,便于调整间隙;冲压凹模则采用整体固定板固定。关键词:凹模;凸模;设计计算;校核。AbstractMolds to form a mass production of industrial production facilities, is the main techniques and equipment。Mold industry is the foundation of the national economy industry。Tool to ensure accuracy of the ram of the product sizes, and make products quality。And the process of the surface of the product。Die in the production of parts of the metallurgical factory of rolled steel plates or with a material,And in production dont need, with high efficiency, quality, light weight and low cost to save energy and raw materials for a range of advantages,is Other process could compare with。Use of molds has become an important means of industry and technology development. modern industrial development and technical level, much depends on industrial development of the mold。This design has been blanking, punching, progressive die design. This paper briefly outlines the current development of stamping die situation and trends. Carried out a detailed process of product analysis and identification technology program. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the mold of this set of key components, such as: punch, die, punch retainers, plate, fixed die plate, stripper plate, guide plate, block material or marketing. Mold using standard mold, use a suitable stamping device. Design specifications of the working parts and the press were carried out the necessary checking calculation. In addition, the mold used beginning with the gauge pin gauge. Die punching and blanking punch were fixed with different fixation plate, easy to adjust the gap; Key words: Gang dies; punch; die; Blanking; calculate and design; Checking. 目录摘要 1Abstract 2目录 3第 1 章 绪论 51.1 冲压的概念、特点及应用 51.2 冲压的基本工序及模具 .61.3 冲压技术的现状及发展方向 .7第 2 章 零件的分析 112.1 零件的工艺性分析 .112.2 工艺方案分析 .122.2.1 方案的确定 122.2.2 方案比较 122.3 弯曲工艺计算 .13第 3 章 模具间隙和凸凹模尺寸的确定 143.1 模具间隙的确定 .143.2 凸凹模尺寸 .16第 4 章压力中心的计算 204.1 压力中心的计算 .204.2 设备的选择 .20第 5 章 排样设计 235.1 搭边 245.2 条料宽度的确定 245.3 材料的经济利用率 25第 6 章 模具总体设计 266.1 垫板的设计 .266.2 定位零件的设计 .266.3 模柄的选择 .266.4 连接件与紧固件的选取 .266.5 下模板的确定 .266.6 挡料螺钉 .27结论与展望 28致谢 29参考文献 30第 1 章 绪论1.1 冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。1.冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。2.冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。3.冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。4.冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。但是,冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具 制造的精度高,技术要求高,是技术密集形产品。所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下,冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益。冲压地、在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件,如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当的大,少则 60%以上,多则 90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说,如果生产中不谅采用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压 在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压 在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进 在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可看成是由上模和下模两部分组成,上模被固定在压力机工作台或垫板上,是冲模的固定部分。工作时,坯料在下模面上通过定位零件定位,压力机滑块带动上模下压,在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形,从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时,模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来,以便进行下一次冲压循环。1.3 冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现,因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。1.冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前,国内外对冲压成形理论的研究非常重视,在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善,近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术,即利用有限元(FEM)等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程,根据分析结果,设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题,并通过在计算机上选择修改相关参数,可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用,也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺,也是冲压技术的发展方向之一。目前,国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中,精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法,它扩大了冲压加工范围,目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25mm,精度可达IT1617 级;用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺,能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件,在特定生产条件下具有明显的经济效果;采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件,具有很重要的实用意义;利用金属材料的超塑性进行超塑成形,可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序,这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性;无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术,我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备,解决了多点压机成形法,从而可随意改变变形路径与受力状态,提高了材料的成形极限,同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力,实现无回弹成形。无模多点成形系统以 CAD/CAM/CAE 技术为主要手段,能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。2.冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 CAD/CAM 技术也在迅速发展;另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前,50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米,多功能级进模不仅可以完成冲压全过程,还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达 2 5 微米,进距精度 23 微米,总寿命达 1 亿次。我国主要汽车模具企业,已能生产成套轿车覆盖件模具,在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平,但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平,模具结构、功能方面也接近国际水平,但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量(主轴转速一般为1500040000r/min),加工精度一般可达 10 微米,最好的表面粗糙度 Ra1 微米),而且与传统切削加工相比具有温升低(工件只升高 3 摄氏度) 、切削力小,因而可加工热敏材料和刚性差的零件,合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料(60HRC)加工;电火花铣削加工(又称电火花创成加工)是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样) ,因此不再需要制造昂贵的成形电极,如日本三菱公司生产的 EDSCAN8E 电火花铣削加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM 集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花加工机床的技术水平;慢走丝线切割技术的发展水平已相当高,功能也相当完善,自动化程度已达到无人看管运行的程度,目前切割速度已达到 300mm /min,加工精度可达1.5 微米,表面粗糙度达 Ra=010.22微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤,使得现场自动化检测成为可能。此外,激光快速成形技术(RPM)与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 RPM 技术快速成形三维原型后,通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS- 型多功能快速原型制造系统 ”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺(分层实体制造 SSM 和熔融挤压成形 MEM)的系统,它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造,具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型为基础,采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。3.冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件,高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要,目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展,加之机械乃至机器人的大量使用,使冲压生产效率得到大幅度提高,各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后,在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲,从而大幅度提高精度和生产率;在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时,一分钟可冲几百片,并能自动叠成定、转子铁芯,生产效率比普通压力机提高几十倍,材料利用率高达 97%;公称压力为 250KN 的高速压力机的滑块行程次数已达 2000 次/min 以上。在多功能压力机方面,日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用 CNC 控制,只需 5min 时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作;美国惠特尼公司生产的 CNC 金属板材加工中心,在相同的时间内,加工冲压件的数量为普通压力机的 410 倍,并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来,为了适应市场的激烈竞争,对产品质量的要求越来越高,且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求,开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中,无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元(FMC)和冲压柔性制造系统( FMS)代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲压设备为主体,包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统,生产过程完全由计算机控制,车间实现 24 小时无人控制生产。同时,根据不同使用要求,可以完成各种冲压工序,甚至焊接、装配等工序,更换新产品方便迅速,冲压件精度也高。第 2 章 零件的分析2.1 零件的工艺性分析2.1.1 冲压件的形状和尺寸材料:10材料厚度:1.5mm零件简图:如下图所示此工件既又弯曲,又有落料两个工序。材料为 15,厚度 t=1.5mm,具有良好的冲裁性能,适合冲裁。工件结构相对简单且对称,满足冲裁的加工要求。2.1.2 冲压件的尺寸精度零件图上的尺寸示标注公差,冲裁件的精度按 IT13 确定,冲模制造精度按IT6IT7 确定。2.1.3 生产批量生产批量:大批量2.2 工艺方案分析2.2.1 方案的确定该零件包括冲孔、落料两个基本工序,可以采用以下四种工艺方案:方案一:直接落料获得产品和弯曲,采用单工序模生产。方案二:先落料后弯曲,采用复合模生产。方案三:采用形状倒置的复合模具获得落料产品。方案四:采用落料的级进模。2.2.2 方案比较方案一:模具结构相对而言比较简单,经济性高,但相对精度较低,不能很好的保证产品的允许公差尺寸。方案二:先采用来定位工件毛坯料,然后再落下成品。既能很好的保证工件有一定的定位精度,又能减少一次冲压的合力,并且保证机构能在相对小的载荷下工作。方案三:采用此种生产方式可以大大的提高工作效率,而且可以提高毛坯料的利用效率,但是该种方式会大大增加压力机的吨位,在实际生产中还得考虑减噪、安全、灵活等。况且该零件垫片本来就已经属于尺寸较大的工件了,采用一次落两个会使模具的体积扩大,不便于装卸等。方案四:供需相对分散,两次冲裁对精度具有一定的影响,且同样具有方案三的问题,且不适合实际生产,工作效率也没有什么实质性的提高,而且模具规模也大大加大,同时模具的结构相对较复杂。综上所述以及实际生产的相关条件和要求,我决定选择第二种方案。2.3 弯曲工艺计算(1)无圆角半径(较小)的弯曲件(r0.5t)根据毛坯与制件等体积法计算。(2)有圆角半径(较大)的弯曲件(r0.5t )根据中性层长度不变原理计算。因为 r=20.5t=0.5*2=1mm,属于有圆角半径(较大)的弯曲件.所以弯曲件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算.视直边区在弯曲前后长度不变,圆角区展开长度按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算.LZ=l+A该零件的展开长度为Lz=15.5+7.5+1.57x(3+1.5x0.38)28.6(mm)同理该零件的展开宽度度为Lz=33.26+2x27x3.14x(10.5+1.5x0.38)/18043.69(mm)以上格式中 P-中性层曲率半径,mm; k-中性层位系数,查表得 k=0.38 r-弯曲内弯曲半径,mm t-弯曲件材料厚度,mm LZ-弯曲件的展开长度 ,mm a-弯曲中心角 - 弯角第 3 章 模具间隙和凸凹模尺寸的确定3.1 模具间隙的确定在模具设计时确定一个合理的间隙值,能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。因此在冲压实际生产中,主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命的三个因素综合考虑,给间隙规定一个合理的范围值。只要间隙在这个范围内,就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙,这个范围的最小值称为最小合理间隙,最大值称为最大合理间隙。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大,故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙。确定合理间隙值有理论法和经验法两种。1、理论确定法主要是根据凸、凹模刃口产生的裂纹相互重合进行计算。查1得凸、凹模的合理间隙:Z=2(t-b)tan (2.1)=2t(t-t/b)tan式中:Z 双面间隙值(mm) ;t材料厚度(mm) ;b产生裂纹时凸模挤入的材料深度(mm) ;b/t 产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度;剪切裂纹与垂线间的夹角。由上式可见,影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。材料厚度越大,塑性越低的硬脆材料,所需间隙 Z 值就越大;材料厚度越薄,塑性越好的材料,所需间隙 Z 值就越小。由于理论计算法在生产中计算不方便,故目前广泛采用的是经验法确定间隙。2、经验确定法根据研究与实际生产经验,间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值,这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件,在满足冲裁件要求都前提下,应以降低冲裁力,提高模具寿命为主,选用较大的双面间隙值。查2得表 2.1。表 2.1 冲裁模初始用间隙 2c mm 65Mn、45、T730、硅钢片08、10、15、H62、Q235H62、H68、LF21材料厚度t(mm)2Cmin2Cmax2CminCmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax0.2 0.0080.0120.010.0140.0120.016 0.0140.0180.3 0.0120.0180.0150.0210.0180.024 0.0210.0270.4 0.0160.0240.020.0280.0240.032 0.0280.036注:当模具采用线切割加工,若直接从凹模中制取凸模,此时凸凹模间隙决定于电极丝直径,放电间隙和研磨量,但其总和不能超过最大单面初始间隙值。本设计选用经验确定法,零件厚度为 0.2mm,材料型号为 Q10A.故查表2.1 得:2Cmin=0.012mm2Cmax=0.016mmV 形件弯曲时,凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但在模具设计中,必须考虑到要使模具闭合时,模具的工作部分与工件能紧密贴合,以保证弯曲质量。U 形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙,间隙过大则回弹大,工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小会加大弯曲力,使工件厚度减薄,增加摩擦,擦伤工件并降低模具的寿命。U 形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算:;2ZtCt式中:Z/2 凸、凹模的单面间隙;t 板料厚度的基本尺寸; 板料厚度的正偏差;C根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数,其值按表 4-16 选取。表-5 间隙系数 C 值(单位 mm)当工件精度要求较高时,间隙值应适当减小,可以取 Z/2=t。查有关资料板料厚度的正偏差为 0.15m由公式可得: 22.2Ztkt3.2 凸凹模尺寸凸模与凹模刃口尺寸和公差,直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。因此正确确定凸凹模刃口尺寸和公差,是冲裁模设计中的一项重要工作。冲裁时凸、凹模的制造公差由2得表 2.2,如下: 表 2.2 凸、凹模的制造公差基本尺寸凸模偏差凹模偏差基本尺寸凸模偏差凹模偏差18 0.020 0.0201802600.030 0.0451830 0.020 0.0252603600.036 0.0503080 0.020 0.0303605000.040 0.060801200.025 0.0351201800.030 0.040500 0.050 0.070零件的冲孔基本尺寸为18 之间,故取凸模偏差为 0.020mm,凹模偏差为0.020mm。由于凸凹模之间存在间隙,所以冲裁件断面都带有锥度,而在冲裁件尺寸的测量和使用中,都以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带处于大端尺寸,冲孔件的光亮带处于小端尺寸。落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料而产生的,而冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的小端尺寸等于凹模尺寸。冲裁过程中,凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦,凹模轮廓越磨越小,凹模轮廓越磨越大,结果使间隙越用越大,因此确定凸凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔,并遵循如下原则:1、根据冲孔落料的特点 落料件的尺寸取决于凹模的尺寸,故落料模以凹模为设计基准,先确定凹模的尺寸,再按照间隙值确定凸模刃口尺寸;冲孔时孔径的尺寸取决于凸模的尺寸,故冲孔模以凸模为设计基准。2、先考虑凹、凸模的磨损 凹、凸模在冲裁过程中有磨损,凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小,凹模尺寸磨损使落料尺寸增大。为了保证冲裁件的尺寸精度要求,并尽可能提高模具使用寿命,设计落料模时,凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸;设计冲孔模时,凸模刃口的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。3、刃口制造精度与工件精度的关系 凹、凸模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准,保证合理的凹、凸模间隙值,保证模具的一定使用寿命。由于冲模加工方法不同,刃口尺寸的计算方法也不同,基本上可分为两类。冲孔:凸模刃口尺寸: (2.5)0TppKd凹模刃口尺寸: (2.6)d0minZ式中:d 冲孔件豁孔的最大极限尺寸(mm) ;冲孔凸模基本尺寸(mm) ;p凸模刃口制造公差,可按 IT8 选用(mm ) ;T 制件公差(mm) ;K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。查2 得,详见上表 2.3;冲孔凹模基本尺寸(mm) ;d最小合理间隙(mm) 。minZ落料:凹模刃口尺寸: (2.7)pT0dKD凸模刃口尺寸: (2.8)minppZ-式中: 落料件的最小极限尺寸(mm) ;落料凹模基本尺寸(mm ) ;pD落料凸模基本尺寸(mm ) 。d采用凸凹模分开加工时,为了保证凹凸模间一定的间隙值,必须严格限制冲模制造公差。因此,造成冲裁制造困难。为了保证凹、凸模间一定的合理间隙,必须满足关系式 ,pmaxindZ这对于 、 差值很小时,将使凹、凸模刃口尺寸公差值更小,给凹、凸maxZin模的制造带来困难。这种情况必须采用配合加工配合加工就是先按设计尺寸制造一个基准件,然后再根据基准件的实际尺寸,按要求的间隙值配制另一件。对于冲制薄材料的冲裁,或冲制复杂形状的工件的冲模,或单件生产的冲模,常常采用凸模与凹模配作的方法加工。落料时应以凹模为基准件,根据凹模的实际尺寸按最小合理间隙配置凸模。冲孔时应以凸模为基准件配制凹模。该冲裁工件为尺寸相对较多的,故根据磨损情况进行详细单个计算。查4得表 2.5。表 2.5mm磨损后工件尺寸变化分类相关尺寸 计算公式凸模磨损尺寸减小 0.15,35 0TppKA凸模磨损尺寸增大 孔 4.5,孔 0.8 0-B偏差正标注 2.5Cpp偏差负标注 T0.pp凸模磨损尺寸不变 偏差对称标注 2Cpp冲豁凹模磨损尺寸增大 9.4,0.2 pT0pK-A凹模磨损尺寸减小 pB偏差正标注 20.5Cp凹模磨损尺寸不变偏差负标注 T.pp落料第 4 章压力中心的计算4.1 压力中心的计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力全力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模压力中心与压力机滑块的中心生命。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的磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。此工件为中心对称工件,可取压力中心为工件中心。4.2 设备的选择(一) 常用压力机的分类压力机的种类很多,按照不同的观点可以把压力机分成不同的类别.如:按驱动滑块力的种类分机械的、液压的、气动的等;按滑块个数可分为单动的、双动的、三动的等;按驱动滑块的机构的种类又可分为曲轴式、肘杆式、摩擦式;按机身结构形式可分为开式的、闭式的等等。另外还有许多种分类方法,一般按驱动滑块力的种类而把压力机分为机械压力机、液压机。(二) 压力机类型的选择压力机类型的选择,主要是根据冲压工艺的性质、生产批量大小、制件的几何形状、尺寸及精度要求,以及安全操作等因素来确定的。开式曲柄压力机虽然刚度差,降低了模具寿命和冲件的质量。但是它成本低,且有三个方向可以操作的优点,故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高,只能两个方向操作,适于大中型冲压件的生产。双动曲柄压力机有两个滑块,压边可靠易调,适用于较复杂的大中型拉深件的生产。高速压力机或多工位自动压力几适用于大批量生产。液压机没有固定的行程,不会因为板材厚度超差而过载,全行程中压力恒定,但是压力机的速度低、生产效率低.适用于小批量,尤其是大型厚板冲压件的生产。摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。在小批量生产中用来完成弯曲、成形等冲压工件。肘杆式精压机刚度大、滑块行程小,在行程末端停留时间长,适用于校正、校平和整形等类冲压工序。(三) 确定设备规格(1) 压力机的行程大小,应该能保证成形零件的取出与毛坯的放进,例如拉伸所用压力机的行程,至少应大于成品零件高度的两倍以上。(2) 压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸,且还需留有安装固定的余地,但过大的工作台面上安装小尺寸的冲模时,工作台的受力条件也是不利的。(3) 所选压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适应。模具的闭合高度是指上模在最低的工作位置时,下模板的底面到上模板的顶面的距离.压力0H机的闭合高度 是指滑块在下死点时,工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机,其连杆长短能调节,也即压力机的闭合高度可以调节,故压力机有最大闭合高度 和最小闭合高度 。maxminH设计模具时,模具闭合高度的数值应满足下式:H105in0ax无特殊情况应取上限值,即最好取在: ,这是为了避免连杆0LH31min调节过长,螺纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小,可以在压床台面上加垫板。综合上述,考虑到所设计的冲裁件尺寸不大,精度要求不是很高,所以选择开式曲柄压力机。其参数如下:公称压力/ 250kN固定行程/ 80m调节行程/ 80行程次数/(次/ ) 100in最大闭合高度/ 250闭合高度调节量/ 70m工作台尺寸/ 左右 560前后 200 工作台孔尺寸/ 左右 260前后 130直径 180工作台板厚度/ 70模柄孔尺寸(直径 深度) 50 70第 5 章 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(1)有废料排样。沿冲件全部外形冲裁,冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证,因此精度高,模具寿命也高,但材料利用率低。(2)少废料排样。沿冲件部分外形切断或冲裁,只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响,其冲件质量稍差,同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命,但材料利用率较高,冲模结构简单。(3)无废料排样。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边,沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量和模具寿命更差一些,但材料利用率最高。另外,当送进步距为两倍零件宽度时,一次切断便能获得两个冲件,有利于提高劳动生产率。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。由于零件为大批量生产,为了提高模具的寿命,所以选用少废料排样。排样图如图 4.1 所示。图 4.1 排样图5.1 搭边搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差,确保冲出合格零件;二是增加条料刚度,方便条料送进,提高劳动生产率;同时,搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙,从而提高模具寿命。搭边通常有经验确定,由参考文献1根据材料的性能、厚度和形状可确定搭边值5.2 条料宽度的确定由于上节确定的 a 值已经考虑了剪料公差所引起的减小值,所以条料宽度的计算一般采用下列的简化公式。(1)有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进,故按下式计算:条料宽度: (4.1)0Ta2Db导料板间距: (4.2)ZB式中:b条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a 侧搭边值;条料宽度的单向(负向)偏差; TZ导料板与最宽条料之间的间隙;(2)无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离侧压装置的模具,应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。为了补偿侧面搭边的减少,条料宽度应增加一个条料可能的摆动量,应按下式计算:条料宽度: (4.3)02ZaDb导料板间距: (4.4)Z4a2DbB式中:b条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a侧搭边值;条料宽度的单向(负向)偏差; Z导料板与最宽条料之间的间隙;(2)无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离由于模具设计时有冲孔凸模起定位作用,落料尺寸要求不高,所以选用无侧压装置。同时用无测压装置公式(4.3、4.4)来计算。条料宽度: 05.02ZaDB5.3 材料的经济利用率参考文献1中公式= 100%(4.5)BLnA=(1063.35 ) /(5030)=70.89%式中: 材料利用率n张板料(或帯料、条料)上冲件的数目A整个冲裁件的实际面积L板料长度B板料宽度第 6 章 模具总体设计6.1 垫板的设计在设计冲模时,由模板所承受压力的大小来判断是否加装垫板。因为模板承受的压应力大于模板材料所承受压力大小,所以使用垫板。在冲压凸模固定板和模板之间加置一淬硬的垫板,从而提高了冲模耐用度。其外形与固定板相同。材料采用 45 号钢。如下图所示:6.2 定位零件的设计定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位:一是送进导向;二是送料定距。送进导向的定位零件有导正销、导料板、侧压板等;送料定距的定位零件有用挡料销、侧刃等;在本次设计中使用的是定位销。如下图所示:6.3 模柄的选择模柄的直径根据所选压力机的模柄孔径确定,模柄根据此次设计的特点,选取 B 型模柄,如下图所示:6.4 连接件与紧固件的选取下模座与下凸模固定板的固定选用内六角螺钉,定位销选用圆柱销。上模座与弯曲凸模的固定选用内六角螺钉,定位销选用公称直径圆柱销。卸料板用圆柱头卸料螺钉连接。6.5 下模板的确定在上文中模架的尺寸已经确定,下面来确定下模板的尺寸。上模座的尺寸与形状与下模座基本相同。在导柱导套的配合方面有细微差别。差别在与上模座厚,下模座与导柱配合,上模座与导套配合。如下图所示:6.6 挡料螺钉挡料销的选用查6中表 2-7-5,查得具体尺寸如图所示。相关精度根据12确定。 1?45?1?45?0.53.58.5 11M51.61.6图 6.5 挡料螺钉结论与展望通过这次模具 CAD/CAM 设计,我深深体会到了学习知识的重要性。通过这次实践,我对冲压模的理论知识有了更深的理解,在设计的过程中翻阅了大量的参考书及手册,让我对一些参数有一个新的认识。通过参考一些别人的设计作品和查阅资料,吸取其中的精华,去除糟粕,自己也可以学会许多东西。这次设计,也让我对以前学过的制图软件有了加深,比如 CAD,以前根本不懂模具的装配过程和爆炸方法,现在通过 CAD/CAM 设计,重新学到了很多知识,受益颇深。也让我以后在工作中打下了良好的基础。通过这次设计,让我知道,模具的设计和制造只有理论知识是不行的,任何模具的设计都要有一定的实际经验才可以设计出更合理的模具。所以,在今后的学习和工作中,我更应该保持严谨的态度去学习,去工作,争取成为一名优秀的模具设计人员,为模具行业的发展贡献自己的一份力量。致谢从这设计的选题一直到设计完成以及一些资料的搜集过程中,直接得益于老师的亲自指点。他精心的指导、渊博的知识、严谨的工作态度和认真勤勉的工作作风令我深感敬佩,相信他的言传身教必定会对我今后的工作和学习产生深远的影响。在设计即将完成之即,我应该感谢我的指导老师,如果没有他的指导我和我的同伴是不会顺利地把本次设计做完的。所以我要在这里对他说一句:“老师您辛苦了!”是他把理论与实践很好的结合起来,让我们能够更好的理解并开阔了眼界;还有就是要感谢曾经教育过我的辛勤工作、无私奉献和提供便利条件的资料室的老师们,并祝他们在未来的工作岗位上建功立业、继续辉煌!最后感谢所有曾经关心和帮助过我的人们。由于自己水平有限,错误疏漏之处敬请各位老师同学批评指正。参考文献1、王孝培主编.冲压手册.北京:机械工业出版社,19902、 冲压模具设计与制造 刘建超、张宝忠主编 高等教育出版社3、 模具设计与制造简明手册(第二版) 冯炳尧编 上海科学技术出版社4、李硕本主编.冲压工艺学.北京:机械工业出版社,19825、模具实用技术丛书编委会.冲压设计应用实例.北京:机械工业出版社,19946、高鸿庭,刘建超主编.冷冲压设计及制造.北京:机械工业出版社,20027、 冲模图册李天佑主编 机械工业出版社8、丁松聚主编.冷冲模设计.北京:机械工业出版社,19949、成虹主编.冲压工艺与模具设计.北京:高等教育出版社,200010、李天佑主编.冲模图册.北京:机械工业出版社,198811、国家技术监督局.冲模模架.北京:中国标准出版社,199112、中国机械工程学会锻压学会编.锻压手册 第 2 册.北京:机械工业出版社,199313、王同海编著.实用冲压设计技术.北京:机械工业出版社,199514、模具实用技术丛书编委会.模具制造工艺装备及应用。北京:机械工业出版社,199915、杜东福等编。冷冲压模具设计.长沙:湖南科学技术出版社,198516、赵孟栋主编.冷冲模设计.北京:机械工业出版社,2000.
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