焊片冲压成形工艺及模具设计【止动件】【含11张CAD图纸+说明书全套文件】

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平 面 应 力 的 应 力 坐 标 系 中 冲 压 应 力 图 与 相 应 的 两 向 应 变 坐 标 系 中 冲 压 应 变 图 以 应 力 与 应 变 坐 标 决 定 的 位 置 来 表 示 也 就 是 说 冲 压 应 力 图 与 冲 压 应 变 图 中 的 不 同 位 置 都 代 表 着 不 同 的 受 力 情 况 与 变 形 特 点 1 冲 压 毛 坯 变 形 区 受 两 向 拉 应 力 作 用 时 可 以 分 为 两 种 情 况 即 0 t 0 和 0 t 0 再这两种情况下 绝对值最大的应力都是拉应力 以下 对这两种情况进行分析 1 当 0 且 t 0 时 安全量理论可以写出如下应力与应变的关系式 1 1 m m t t m k 式中 t 分别是轴对称冲压成形时的径向主应变 切向主应变 和 厚度方向上的主应变 t 分别是轴对称冲压成形时的径向主应力 切向主应力和厚度 方向上的主应力 m 平均应力 m t 3 k 常数 在平面应力状态 式 1 1 具有如下形式 2 3 2 3 2 t 3 t t k 1 2 因 为 0 所以必定有 2 0 与 0 这 个 结 果 表 明 在 两 向 拉 应 力 的 平 面 应 力 状 态 时 如 果 绝 对 值 最 大 拉 应 力 是 则 在 这 个 方 向 上 的 主 应变一定是正应变 即是伸长变形 又因为 0 所以必定有 t 0 与 t2 时 0 当 0 的变化范围是 0 在双向等拉力状态时 有 式 1 2 得 0 及 t 0 且 t 0 时 有式 1 2 可知 因为 0 所以 1 定有 2 0 与 0 这个结果表明 对于两向拉应力的平面应力状 态 当 的绝对值最大时 则在这个方向上的应变一定时正的 即一定是 伸长变形 又因为 0 所以必定有 t 0 与 t 0 当 0 的变化范围是 0 当 时 0 也 就 是 在双 向等拉力状态下 在两个拉应力方向上产生数值相同的伸长变形 在受单 向 拉应力状态时 当 0 时 2 也就是说 在受单向拉应力状态 下 其变形性质与一般的简单拉伸是完全一样的 这种变形与受力情况 处于冲压应变图中的 AOC 范围内 见图 1 1 而 在冲压应力图中则处于 AOH 范围内 见图 1 2 上述两种冲压情况 仅在最大应力的方向上不同 而两个应力的性质以及 它们引起的变形都是一样的 因此 对于各向同性的均质材料 这两种变形是 完全相同的 1 冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 这种变形也分两种情况分析 即 o t 0 和 0 t 0 1 当 0 且 t 0 时 有 式 1 2 可 知 因 为 0 一定 3 有 2 0 与 0 这个结果表明 在两向压应力的平面应力状态时 如果 4 绝对值最大拉应力是 0 则 在 这 个 方 向 上 的 主 应 变 一 定 是 负 应 变 即 是 压 缩变形 又因为 0 与 t 0 即在板料厚度 方 向上的应变是正的 板料增厚 在 方向上的变形取决 于 与 的数值 当 2 时 0 当 2 时 0 当 0 这时 的变化范围是 与 0 之间 当 时 是 双 向 等 压 力 状 态 时 故有 0 当 0 时 是受单向压应力状态 所以 2 这种变形情况处于冲压应变图中的 EOG 范 围 内 见 图 1 1 而 在 冲 压 应 力 图 中则处于 COD 范围内 见图 1 2 2 当 0 且 t 0 时 有 式 1 2 可 知 因 为 0 所 以 一定有 2 0 与 0 这个结果表明 对于两向压应力的平面应 力状 态 如果绝对值最大是 则在这个方向上的应变一定时负的 即一 定是压 缩变形 又因为 0 与 t 0 即在板料厚度 方 向上的应变是正的 即为压缩变形 板厚增大 在 方向上的变形取决 于 与 的数值 当 2 时 0 当 2 0 当 0 这时 的数值只能在 0 之间变化 当 时 是双 向 等压力状态 所以 0 这种变形与受力情况 处于冲压应变图中的 GOL 范围内 见图 1 1 而在冲压应力图中则处于 DOE 范围内 见图 1 2 1 冲 压 毛 坯 变 形 区 受 两 个 异 号 应 力 的 作 用 而 且 拉 应 力 的 绝 对 值 大 于 压 应 力的绝对 值 这种变形共有两种情况 分别作如下分析 1 当 0 时 由 式 1 2 可 知 因 为 0 所以一定有 2 0 及 0 这个结果表明 在异号 的 平面应力状态时 如果绝对值最大应力是拉应力 则在这个绝对值最大的 拉应 力方向上应变一定是正应变 即是伸长变形 又因为 0 所 以 必 定 有 0 0 0 时 由式 1 2 可知 用与 前 项 相 同 的 方 法 分 析 可 得 0 即 在 异 号 应 力 作 用 的 平 面 应 力 状 态 下 如 果 绝 对值最大应力是拉应力 则 在 这 个 方 向 上 的 应 变 是 正 的 是 伸 长 变 形 而 在 压应力 方 向 上 的 应 变 是 负 的 0 0 0 时 由式 1 2 可知 因为 0 所以一定有 2 0 及 0 0 必定有 2 0 即在拉应力方向 上 的应变是正的 是伸长变形 这时 的变化范围只能在 与 0 的范围内 当 时 0 0 0 时 由式 1 2 可知 用 与前 项相同的方法分析可得 0 0 AON GOH 伸长类双向受拉 o 0 0 o AOC AOH 伸长类 o EOG COD 压缩类双向受压 o 0 0 o MON FOG 伸长类异号应力 o 0 LOM EOF 压缩类 COD AOB 伸长类异号应力 o 0 DOE BOC 压缩类 表 1 2 伸长类成形与压缩类成形的对比 项目 伸长类成形 压缩类成形 9 变形区质量问题的表 现形式 变形程度过大引起变形区 产生破裂现象 压力作用下失稳起皱 成形极限 1 主要取决于板材的塑 性 与厚度无关 2 可用伸长率及成形极 限 DLF 判断 1 主要取决于传力区的 承载能力 2 取决于抗失稳能力 3 与板厚有关 变形区板厚的变化 减薄 增厚 提高成形极限的方法 1 改善板材塑性 2 使变形均匀化 降低局 部变形程度 3 工序间热处理 1 采用多道工序成形 2 改变传力区与变形区 的力学关系 3 采用防起皱措施 扩口 图 1 3 冲压应变图 1 0 图 1 3 体系化研究方法举例 1 1 Categories of stamping forming Many deformation processes can be done by stamping the basic processes of the stamping can be divided into two kinds cutting and forming Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut form the other It mainly includes blanking punching trimming parting and shaving where punching and blanking are the most widely used Forming is a process that one part of the blank has some displacement form the other It mainly includes deep drawing bending local forming bulging flanging necking sizing and spinning In substance stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and to be studied systematically The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state Usually there is no force or only small force applied on the blank surface When it is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equal to zero two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material Due to the small thickness of the blank it is assumed approximately that the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction Based on this analysis the stress state and 10 the deformation characteristics of the deformation zone in all kind of stamping forming can be denoted by the point in the coordinates of the plane princ ipal stress diagram of the stamping stress and the coordinates of the corresponding plane principal stains diagram of the stamping strain The different points in the figures of the stamping stress and strain possess different stress state and deformation characteristics 1 When the deformation zone of the stamping blank is subjected toplanetensile stresses it can be divided into two cases that is 0 t 0and 0 t 0 In both cases the stress with the maximum absolute value is always a tensile stress These two cases are analyzed respectively as follows 2 In the case that 0and t 0 according to the integral theory the relationships between stresses and strains are m m t t m k 1 1 where t are the principal strains of the radial tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming and tare the principal stresses of the radial tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming m is the average stress m t 3 k i s a constant In plane stress state Equation 1 1 3 2 3 2 t 3 t t k 1 2 Since 0 so 2 0 and 0 It indicates that in plane stress state with two axial tensile stresses if the tensile stress with the maximum absolute value is the principal strain in this direction must be positive that is the deformation belongs 11 to tensile forming In addition because 0 therefore t 0 and t2 0 and when 0 The range of is 0 In the equibiaxial tensile stress state according to Equation 1 2 0 and t 0 and t 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 This result shows that for the plane stress state with two tensile stresses when the absoluste value of is the strain in this direction must be positive that is it must be in the state of tensile forming Also because 0 therefore t 0 and t 0 and when 0 12 The range of is 0 When 0 that is in equibiaxial tensile stress state the tensile deformation with the same values occurs in the two tensile stress directions when 0 2 that is in uniaxial tensile stress state the deformation characteristic in this case is the same as that of the ordinary uniaxial tensile This kind of deformation is in the region AON of the diagram of the stamping strain see Fig 1 1 and in the region GOH of the diagram of the stamping stress see Fig 1 2 Between above two cases of stamping deformation the properties of and and the deformation caused by them are the same only the direction of the maximum stress is different These two deformations are same for isotropic homogeneous material 1 When the deformation zone of stamping blank is subjected to two compressive stresses and t 0 it can also be divided into two cases which are 0 t 0 and 0 t 0 1 When 0 and t 0 according to Equation 1 2 2 0 与 0 This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses if the stress with the maximum absolute value is 0 the strain in this direction must be negative that is in the state of compressive forming Also because 0 and t 0 The strain in the thickness direction of the blank t is positive and the thickness increases The deformation condition in the tangential direction depends on the values 13 of and When 2 0 when 2 0 and when 0 The range of is 0 When it is in equibiaxial tensile stress state hence 0 when 0 it is in uniaxial tensile stress state hence 2 This kind of deformation condition is in the region EOG of the diagram of the stamping strain see Fig 1 1 and in the region COD of the diagram of the stamping stress see Fig 1 2 2 When 0and t 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses if the stress with the maximum absolute value is the strain in this direction must be negative that is in the state of compressive forming Also because 0 and t 0 The strain in the thickness direction of the blank t is positive and the thickness increases The deformation condition in the radial direction depends on the values of and When 2 0 when 2 0 and when 0 The range of is 0 When it is in equibiaxial tensile stress state hence 0 This kind of deformation is in the region GOL of the diagram of the stamping strain see Fig 1 1 and in the region DOE of the diagram of the stamping stress see Fig 1 2 3 The deformation zone of the stamping blank is subjected to two stresses with opposite signs and the absolute value of the tensile stress is larger than that of the compressive stress There exist two cases to be analyzed as follow 14 1 When 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 This result shows that in the plane stress state with opposite signs if the stress with the maximum absolute value is tensile the strain in the maximum stress direction is positive that is in the state of tensile forming Also because 0 therefore When then 0 0 0 according to Equation 1 2 by means of the same analysis mentioned above 0 that is the deformation zone is in the plane stress state with opposite signs If the stress with the maximum absolute value is tensile stress the strain in this direction is positive that is in the state of tensile forming The strain in the radial direction is negative When then 0 0 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 and 0 therefore 2 0 The strain in the tensile stress direction is positive or in the state of tensile forming The range of is 0 When then 0 0 0 according to Equation 1 2 and by means of the same analysis mentioned above When then 0 0 AON GOH TensileBiaxial tensile stress state 0 0 AOC AOH Tensile EOG COD Compress ive Biaxial compressive stress state 0 0 MON FOG TensileStateof stress with opposite signs 0 LOM EOF Compress ive COD AOB TensileState of stress with opposite signs 0 DOE BOC Compress ive 20 Table 1 2 Comparison between tensile and compressive forming Item Tensile forming Compressive forming Representation of the quality problem in the deformation zone Fracture in the deformation zone due to excessive deformation Instability wrinkle caused by compressive stress Forming limit 3 Mainly depends on the plasticity of the material and is irrelevant to the thickness 4 Can be estimated by extensibility or the forming limit DLF 4 Mainly depends on the loading capability in the force transferring zone 5 Depends on the anti instability capability 6 Has certain relationship to the blank thickness Variation of the blank thickness in the deformation zone Thinning Thickening Methods to improve forming limit 4 Improve the plasticity of the material 5 Decrease local 4 Adopt multi pass forming process 5 Change t he mechanics 21 deformation and increase deformation uniformity 6 Adopt a n intermediate heat treatment process relationship between the force transferring and deformation zones 6 Adopt anti wrinkle measures Fig 1 1 Diagram of stamping strain 4 4 expanding Fig 1 2 Diagram of stamping stress 22 Fig 1 3 Examples for systematic research methods 焊片冲压成形工艺及模具设计 摘要 本设计题目为复合模具设计 体现了典型复合模具设计的要求 内 容与方向 通过工艺分析 工艺方案的确定 确定了模具设计的方向 对 毛坯尺寸的确定 计算冲裁力 来计算压力中心 选择压力机和压力机的吨 位 复合模是指冲床在一次行程中 完成落料 冲孔等多个工序的一种模具 结构 相对其他冷冲压模具结构而言 它具有以下一些优点 工件同轴度 较好 表面平直 尺寸精度较高 生产效率高 受条料外形尺寸的精度 限制较小 但需考虑的问题是 模具零部件加工制造比较困难 成本较高 并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制 本设计运用了冲裁工艺及模具设计的基础知识 首先 分析了板材的性能 要求 为选去模具的类型做了准备 同时 也为凸 凹模的材料有了依据 后 分析冲裁件的特征 确定了模具设计参数 选择其他零件及卸料装置 也为凸 凹模尺寸的计算有了根据 还有零件的加工工艺 关键词 复合模 工艺性能 凸凹模 模具制造 Soldering lug ramming superposable die design Abstract This design topic designs for The piercing die design of the dunnage backup plate body now typical model The piercing die design of request contents and direction Pass the craft analysis the craft project really settles making sure the direction of The piercing die design really settling to the blank product size computing to the blanking pressure compute the pressure center choose the tonnage of the pressure machine and the pressure machine The compound mold mean the punching machine is in a route of travel completing to fall to anticipate a kind of molding tool structure of several work prefaces of etc of blunt bore Opposite and other cold hurtle to press the molding tool structure but speeches it has following some advantageses The work piece is together the stalk degree is better the surface is straight and even the size accuracy is higher The produces the efficiency high be subjected to the anticipates the shape size of accuracy limit smaller But need the problem of the consideration is The molding tool zero partses process the manufacturing more difficulty the cost is higher and the convex and cave mold is subjected to the thick restrict of minimum wall easily This design made use of to hurtle foundation knowledge of blanking craft and The piercing die design First Analyzed the function request of the plank material did preparation for the type that chooses to the die is also convex in the meantime the material of punch and cavitydie had a basis Analyze to hurtle a characteristic of cut the piece behind make sure the molding tool design parameter choose other spare partses and unload to anticipate device Is also convex the calculation of the cave mold size had a basis Still there is spare parts to process a craft Keywords Compound mold craft function The convex and cave mold molding tool manufacturing 零件号 零 件 名 称 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 01 06 凹模板 设 备 夹 具 刀 具 量 具 工序号 工 序 名 称 名 称 型 号 名 称 规 格 名 称 规 格 名 称 规 格 工 时 01 下料 110 100 40 锯床 G7116 虎钳 标准 锯条 直尺 150mm 0 2 02 粗铣六面 铣床 虎钳 标准 面铣刀 游标卡 尺 100mm 0 3 03 磨削 磨床 M1432 A 磁力夹 具 虎 钳 标准 砂轮 游标卡 尺 100mm 0 2 04 钳工 钻床 虎钳 标准 钻刀 铰刀 攻丝刀 高度尺 游标卡 尺 100mm 0 4 05 热处理 淬火 回火 电热炉 火钳 标准 0 100mm 1 06 磨削 磨床 M1432 A 磁力夹 具 虎 钳 标准 砂轮 游标卡 尺 100mm 0 2 07 线切割 线切割 机床 复式支撑夹具 标准 铜丝 游标卡 尺 0 3 08 钳工 研磨工 具 游标卡 尺 编制 金猛 校对 审核 原 红 玲 批准 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 1 页 1 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 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 2 页 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 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 3 页 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 IT16 17 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 2 3 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 15000 40000r min 加工精度一般可达 10 微 米 最好的表面粗糙度 Ra 1 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 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 4 页 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2 精度可达 1 5 微米 表面粗糙度达 Ra 01 0 2 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 4 10 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 4 冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产 已得到模具行业和广泛重视 因为冲模属单件小批量 生产 冲模零件既具的一定的复杂性和精密性 又具有一定的结构典型性 因此 只 有实现了冲模的标准化 才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化 商品化 从而降 低模具的成本 提高模具的质量和缩短制造周期 目前 国外先进工业国家模具标准 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 5 页 化生产程度已达 70 80 模具厂只需设计制造工作零件 大部分模具零件均从标准件 厂购买 使生产率大幅度提高 模具制造厂专业化程度越不定期越高 分工越来越细 如目前有模架厂 顶杆厂 热处理厂等 甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲 裁模或弯曲模 这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短 我国冲模标准化与 专业化生产近年来也有较大发展 除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外 标 准件品种也有扩展 精度亦有提高 但总体情况还满足不了模具工业发展的要求 主 要体现在标准化程度还不高 一般在 40 以下 标准件的品种和规格较少 大多数标 准件厂家未形成规模化生产 标准件质量也还存在较多问题 另外 标准件生产的销 售 供货 服务等都还有待于进一步提高 2 零件的工艺性分析 2 1 零件的工艺性分析 原始资料 如图 1 1 所示 材料 H62 材料厚度 0 7mm 生产批量 大批量 未注公差 按 IT14 级确定 图 1 1 该零件材料为 H62 黄铜 结构简单 形状对称 是由圆弧和直线组成的 冲孔时有尺 寸为 6 3 根据课本知冲孔时 因受凸模强度的限制 孔的尺寸不应太小 冲孔的最小尺 寸取决于材料性能 凸模的强度和模具结构等 根据表 3 3 可查得圆形孔最小值得 d 0 9t 0 9 0 7 0 63mm 1 5 2 t 所以经分析计算可知孔与孔之间距 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 6 页 离满足工艺性要求 可以用冲裁进行加工 2 2 冲裁件的精度与粗糙度 冲裁件的经济公差等级不高于 IT14 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 由表 3 5 可得落料公差 冲孔公差分别为 0 40 0 08 而冲 件落料公差 最高精度冲孔公差分别为 0 5 0 15 由表 3 6 得孔中心距公差 0 15 而冲 件孔中心距最高精度公差为 0 25 因此可用于一般精度的冲裁 普通冲裁可以达到要 求 由于冲裁件没有的尺寸公差为自由公差 所以使用冲裁加工可以满足该工件要求 2 3 冲裁件的材料 由表 1 3 可得 H62 黄铜 抗剪强度 255Mpa 断后伸长率 35 此材料具有良好 的塑性级较高的弹性 冲裁性较好 可以冲裁加工 2 4 确定工艺方案 垫板零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔 可拟订出以下三种工艺方案 方案一 用简单模分两次加工 即先落料 后冲孔 采用单工序模生产 方案二 落料 冲孔复合模 采用复合模生产 方案三 冲孔 落料级进模 采用级进模生产 分析各方案的优缺点 方案一 生产率低 工件的累计误差大 操作不方便 由于该工件为大批量生产 方案二和方案三更具有优越性 方案二 冲压生产率较高 压力机一次行程内可完成两个以上工序 实现操作机械 化 自动化难 制件和废料排除较复杂 另外复合模制造的复杂性和价格较高 方案三 只需要一副模具 生产率高 压力机一次行程内可完成多个工序 实现操 作机械化自动化容易 尤其适应于单机上实现自动化 冲模的制造复杂性和价格低于 复合模 精度也可也得到保证 通过上述三个方案的比较 该件的冲压生产采用方案三更佳 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 7 页 3 冲压模具总体结构设计 3 1 模具类型 由冲压工艺分析可知 采用级进方式冲压 所以模具类型为级进模 本零件的冲压 包括冲孔和落料两个工序 为方便小孔废料和成形工件的落下 采用正装结构 即冲 孔凹模和落料凹模都安排在下模 3 2 操作与定位方式 零件大批量生产 安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产 且能降低模具成 本 因此采用手工送料方式 零件尺寸较大 厚度较高 保证孔的精度及较好的定位 宜采用导料板导向 导正销导正 为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销 3 3 卸料与出件方式 考虑零件尺寸和厚度 以及模具结构 采用固定卸料方式 为了便于操作 提高生 产率 冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式 3 4 模架类型及精度 经过对制件的分析可知 该制件的尺寸较小 厚度较薄 又是级进模为了提高开敞 性和导向均匀性 因此采用导向平稳的对角导柱模架 考虑零件精度要求不是很高 冲裁间隙较小 因此采用 级模架精度 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 8 页 4 冲压模具工艺与设计计算 4 1 排样设计与计算 排样图是排样设计的最终表达式 是编制冲压工艺和设计模具的重要工银文件 它 应绘在冲压工艺规程卡片上和冲裁模总装图的右上角 画排样图时应注意的事项 按选定的排样方案画出排样图 按照模具类型和冲裁顺序画上剖面线要能从排样图 的剖面线上看出是单工序模 还是级进模或复合模 采用斜排方法排样时 应注明倾斜角度的大小 对有纤维方向的排样图 应用箭头 表示出纤维方向 级进模的排样要反映出冲压的顺序 空工位 定距方式等 侧刃定距时要画出侧刃 冲切条料的位置 排样的原则 a 提高材料利用率 b 便于工人操作 减轻工人劳动强度 c 使模具结 构简单 模具寿命提高 d 排样应保证冲裁件质量 不能只考虑材料的利用率 而不考 虑冲裁件的性能 由于该零件具有 T 形的特点 直排列时材料的利用率较低 采用直对排的排样方案 可以提高材料的利用率 减少废料 搭边的作用和影响因素 作用 a 补偿误差 b 是凸凹模双边受力 c 增加条料刚度 方便条料送进 影响因素 a 材料的力学性能 b 材料厚度 c 冲裁件的形状和尺寸 d 送料及挡料 方式 e 卸料方式 搭边和搭肩值一般是由经验确定的 查表 2 9 取得搭边值为 1 2mm 和 1 0mm 排样图 如图 4 1 所示 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 9 页 图 4 1 排样图 计算条料宽度 B Dmax 2a z 24 2 1 2 5 31 4 mm 进距为 s 12 a1 12 1 13mm 根据 3 14 导板间距为 B0 B C 31 4 5 36 4mm 由零件图在 CAD 用计算机算得一个零件的面积为 346 81mm2 一个步距内的坯料面积 B S 34 1 13 443 3 mm 2 因此材料利用率为 S1 BS 100 式中 S1 一个步距内零件的实际的面积 mm 2 B 一个步距内板料宽度 mm L 一个步距内板料长度 mm 所以材料的利用率为 346 81 34 1 13 100 78 23 4 2 设计冲压力与压力中心 初选压力机 冲裁模设计时 为了合理的设计模具和选用冲压设备 必须合理的计算冲裁工艺力 压力机的吨位必须大于所计算的冲裁工艺力 以适应冲裁间隙的要求 冲裁工艺力主 要包括冲裁力 F 卸料力 F 推件力 F 和顶件力 F 卸 推 顶 裁力的大小随凸模进入材料的深度 凸模行程 而变化 本模具采用普通平刃口模 具冲裁 其冲裁力 F 按下式计算 4 2 1 冲裁力 根据零件图 用 CAD 可计算出冲一次零件内外周边之和 L 88 6mm 首次冲裁除外 又 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 10 页 因为 255Mpa t 0 7mm 取 K 1 3 则根据式 2 18 可知 F KLt 式中 F 冲裁力 L 冲裁周边长度 t 材料厚度 材料抗剪强度 K 系数 系数 K 是考虑到实际生产中 模具间隙值的波动和不均匀 刃口的磨 损 板料的力学性能和厚度的波动等因素的影响而给出的修正系数 一般 K 1 3 所以冲裁力为 F KLt 1 3 88 6 0 7 255 11 8 KN 冲裁时 材料分离前存在着弹性变形 在冲裁结束时 由于材料的弹性回复及摩擦 的存在 将落料件或冲孔废料梗塞在凹模内 而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上 为 使冲裁工作继续进行 必须将箍在凸模上的料卸下 将梗塞在凹模内的料推出 卸料 力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力 而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向 推出所需的力 顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力 卸料力 推件力和顶 件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的 所以在选择设备公称压力或设计 冲裁的时候应分别予以考虑 影响这些力的因素较多 主要有材料的力学性能 厚度 模具间隙 凹模洞口结构 搭边大小 润滑情况 制件的形状和尺寸等 现在按照下 面的经验公式计算 卸料力 Px Px P 落K 式中 Px 卸料力 卸料系数 查表 2 7 取 0 025 0 06 取 0 06x xKxK 所以 Px 0 06 11 8 0 71KN 推料力 t P 孔 ntt 式中 推料系数 查表 2 7 取 0 09tKt n 同时卡在凹模洞孔内的件数 取直筒形刃口的凹模刃口形式 由表 2 21 查得 h 5mm 则 n h t 5mm 0 7 7 个 所以 0 09 0 71 7 0 45KNtP 由于采用固定卸料和下出件方式 所以 F F FT 11 8 0 45 12 25 KN 为了保证冲压力足够 一般冲裁时压力机的吨位应比计算的冲压力大 30 左右 即 F 1 3 F 1 3 12 25 16 0KN 初选开式可倾压力机参数压力机型号为 JB23 3 15 查手册选择压力机的主要技术参数如下 公称压力为 31 5KN 滑块行程 25mm 最大闭合高度 120 mm 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 11 页 闭合高度调节量 25mm 标准型 工作台尺寸 左右 前后 160mm 250mm 标准型 工作台孔尺寸 左右 前后 90mm 120mm 110mm 标准型 立柱间距离 不小于 120mm 模柄孔尺寸 直径 深度 25mm 40mm 床身最大可倾角 45 垫板尺寸 30mm 4 2 2 压力中心 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点 为了保证压力机和模具的正常工作 应 使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合 否则冲压时滑块会承受偏心载荷 导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损 还会使合理间隙得不到保证 从而影 响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具 根据排样 我们可以在 CAD 里使用查询便能得出冲孔的压力中心 如图 4 2 所示 xO 图 4 2 压力中心 因工件左右对称 即 Xc 0 故只需计算 Yc 经查寻可知制件的压力中心为 Yc 10 142mm 4 2 3 计算凸凹模刃口尺寸及公差 该零件属于无特殊要求的一般冲孔落料件 外形尺寸由落料 获得 而中间的小孔尺 寸则是由冲孔得到 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 12 页 查表 2 3 得间隙值 Zmin 0 035mm Zmax 0 049mm 冲孔 6 3mm 2mm 凸 凹模刃口尺寸的计算 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造凸模 和凹模 1 凸 凹模刃口尺寸计算如下 查表 2 5 得凸 凹模制造偏差 凸 0 020 凹 0 020 校核 Zmax Zmin 0 049 0 035 mm 0 014mm 而 凸 凹 0 040 满足 Zmax Zmin 凸 凹的条件 查表 2 6 得 IT14 级时磨损系数 x 0 5 冲孔时 间隙取在凹模上 则 凸模尺寸 d tdmin 0 凹模尺寸 Zmin at 0 式中 冲孔凸模刃口尺寸t 冲孔凹模刃口尺寸ad d 冲孔件孔的最小极限尺寸 mm min Zmin 双面间隙 mm 工件公差 mm x 磨损系数 凸模和凹模的制造公差 mm d 凸 1 dmin x 6 3 0 5 0 36 6 48 mm 0 凸 02 02 d 凹 1 d 凸 Zmin 6 48 0 035 6 515 mm 凹 0 0 0 d 凸 2 dmin x 2 0 5 0 25 2 125 mm 凸 2 2 d 凹 2 d 凸 Zmin 2 125 0 035 2 16 mm 凹 0 0 0 2 落料凸 凹模刃口的计算 因此落料件为一般复杂的制件 所以利用凸凹模配合法 这种方法有利于获得最小 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 13 页 的合理间隙 放宽对模具的加工设备的精度要求 采用配作法 计算凹模的刃口尺寸 首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断 出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小 还是不变这三种情况 然后分别 按不同的计算公式计算 a 凹模磨损后会增大的尺寸 第一类尺寸 A 第一类尺寸 Aj Amax x 0 0 25 b 凹模磨损后会减小的尺寸 第二类尺寸 B 第二类尺寸 Bj Bmax x 0 0 25 c 凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸 C 第三类尺寸 Cj Cmin 0 5 0 125 工件图中未标注公差的尺寸 差相关资料得出其极限偏差 12 4 5 4 5 043 03 03 查表 2 6 地磨损系数为 当 0 16 时 X 0 5 当 0 16 时 X 0 75 第一类尺寸 磨损后增大的尺寸 A1 Amax x 0 0 25 12 0 5 0 43 11 79 mm 43 0 25 1 0 A2 Amax x 0 0 25 4 5 0 5 0 30 4 35 mm 075 0 A3 Amax x 0 0 25 4 5 0 5 0 30 4 35 mm 3 25 落料凸模的基本尺寸与凹模相同 分别是 11 79mm 4 35mm 4 35mm 必标注公差 但要在技术条件中注明 凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制 保证最小双面合理间隙 值 Zmin 0 035 3 磨损后保持不变的尺寸 孔心距属于磨损后基本不变的尺寸 在同一工步中 在工件上冲出孔距为 L 1 2 两个孔时 其凹模型孔中心距 Ld 可按下式确定 Ld L 1 8 Ld 1 1 8 0 25 1 0 03mm 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 14 页 5 模具的总装图与零件图 5 1 根据前面的设计与分析 我们可以得出如级进模具的总装图如附图所示 5 2 冲压模具的零件图 5 2 1 凹模设计 凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉和销钉将凹模直接固定在支撑件上 凹模刃口 为直壁式 凹模采用销钉和螺钉固定时要保证螺钉 或沉孔 间 螺孔与销孔间及螺孔 与凹模刃壁间的距离不能太近 否则会影响模具的寿命 凹模采用整体式凹模 各冲裁 的凹模孔均采用线切割加工 安排凹模在模架上的位置时 要依据计算的压力中心的 数据 使压力中心与模柄中心重合 整体式凹模装于下模座上 由于下模座孔口较大因而使工作时承受弯曲力矩 若凹 模高度 H 及模壁厚度 C 不足时 会使凹模产生较大变形 甚至破坏 但由于凹模受力 复杂 凹模高度可按经验公式计算 即 凹模轮廓尺寸的确定凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 L B 长 宽 及厚度 尺寸 H 从凹模外边缘的最短距离称为凹模壁厚 c L l 2c B b 步距 2c l 沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离 mm b 沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离 mm c 凹模壁厚 mm 主要考虑布置螺钉与销钉的需要 同时也要保证凹模的强度和 刚度 凹模厚度 H K1K231 0F F 冲裁力 N K1 凹模材料修正系数 合金工具钢取 K1 1 碳素工具钢 K1 1 3 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 15 页 K2 凹模刃口周边长度修正系数 经查相关资料得 K2 1 由以代入数据经计算得 H 11 7mm 经查表确定凹模厚度 H 20mm 凹模外形尺寸的确定 t 0 7mm 冲件 b 24mm c 26mm 凹模外形长度 凹模的长度选取要考虑以下因素 a 保证有足够的安装弹性卸料板的位置 b 便于导尺发挥作用 保证送料粗定位精度 L 24 2 26 mm 76mm 凹模外形宽度 B 12 13 2 26 mm 77mm 上算得凹模轮廓尺寸 L B 76mm 77mm 20mm 查有关国家标准 因此选 L B H 为 标准尺寸 得 L B 100mm 80mm 20mm 热处理硬度为 58 62HRC 凹材料的选用 材料选用 Cr12 凹模的结构简图如图 5 1 所示 图 5 1 凹模 5 2 2 凸模设计 凸模的结构形式主要取决于冲裁件的形状和尺寸冲模的加工以及装配工艺等实际条 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 16 页 件不同 所以在实际生产中 使用的凸模结构形式很多 常见的整体式凸模有 圆形 凸模 非圆形凸模 大 中型凸模和冲小孔凸模等结构形式 由于该工件的孔一个为圆形 一个为非圆形 所以凸模的结构形式根据需要选择 圆形凸模选为台阶式的凸模 台阶式的凸模强度刚性较好 装配修模方便 其工作部 分的尺寸由计算而得 与凸模固定板的配合部分按过渡配合 H7 m6 或 H7 n6 制造 非圆形凸模 凸模截面是非圆形 又称为异型凸模 为使凸模加工方便 异形凸模做 成等断面 称为直通式凸模 其固定方式采用 N7 h6 P7 h6 铆接固定 凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的 设计该模具为冲孔落料级进模 采用 刚性卸料板 其凸模长度用下列公式计算 L h1 h2 h3 h 式中 L 凸模长度 mm h1 凸模固定板高度 mm 经查可知 h1 12mm h2 卸料板高度 mm 经查可知 h2 10mm h3 导料板厚度 mm 经查可知 h3 4mm h 附加高度 一般取 15 20mm 冲裁 6 3mm 孔凸模 凹模各尺寸及其组件确定和标准化 包括外形尺寸和厚度 小凸模长度 L 12 10 4 18 44mm 小凸模强度校核 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 校核公式为 minFP孔 式中 P 孔 冲孔冲裁力 N P 孔 4590N Fmin 凸模最小断面积 Fmin 4 31 12214 3d2m 凸模材料的许用压力 Mpa 如凸模材料选用 Cr12 查手册 1000 160 Mpa 取 1200 Mpa 因为 147 Mpa minFP孔 1 34590 所以凸模强度符合要求 冲裁 3mm 孔凸模 凹模各尺寸及其组件确定和标准化 包括外形尺寸和厚度 凸模长度 L 12 10 4 18 44mm 凸模强度校核 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 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 17 页 料的许用压应力 即 校核公式为 minFP孔 式中 P 孔 冲孔冲裁力 N P 孔 1921N Fmin 凸模最小断面积 Fmin 1 4 4 142m214 3d2m 凸模材料的许用压力 Mpa 如凸模材料选用 Cr12 查手 册 1000 160 Mpa 取 1200 Mpa 因为 464 Mpa minFP孔 14 92 所以凸模强度符合要求 外形落料凸模 凹模各尺寸及其组件的确定和标准化 包括外形尺寸和厚度 外形凸模的设计 外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模 用两个 M8 的螺钉固定 在垫板上 由于采用弹性卸料板 凸模按下式计算 L h1 h2 t h 其中 h 1为固定板厚度 12 mm h 2为卸料板厚度 10mm t为材料的厚度 0 7 mm h为附加长度 主要考虑凸模进入凹模的深度 1mm 及模具闭合状态下 卸料 板到凸模固定板间的安全距离 15mm 20mm 等因素 所以 L 12 10 0 7 1 18 41 7 mm 凸模材料 参照冲压模具设计与制造选用 Cr12 热处理硬度为 56 60HRC 对凸模的 说明 1 反铆反磨平是为了装配的要求 2 装配的尺寸为 H7 m6 可得 6 3 3 的上下偏差 3 圆形凸模要有同轴度的要求 参照 ISO 标准得出 4 刃口尺寸由前面计算可得 5 淬硬 58 62HRC 是为了提高模具的寿命 6 工件表面粗糙度要求较高 取 0 8 其余的可取 6 3 7 保持刃口锋利 为了减小毛刺 8 材料为 Cr12 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 18 页 冲孔凸模 1 落料凸模 冲孔凸模 2 图 5 2 凸模 5 2 3 选择坚固件及定位零件 螺钉规格的选用 经查表 由凹模板的厚度可选用 M6 在根据实际要求 查标准选用 GB 70 85 M6 70 据 查表 选取材料为 45 钢 销钉规格的选用 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格 因此根据标准选用 GB 119 86 A6 70 据查表 选取材料为 45 钢 根据定位方式及坯料的形状与尺寸 选用合适的标准定 位零件 挡料销 固定挡料销 经查表可知 挡料销高度 h 5 根据表 选取材料为 45 钢 数量为 2 查标 准 GB2866 11 81 如图 5 8 固定挡料销所示 始用挡料销 根据导料板间距 36 4 及凹模 L 100 可得导料板宽度 100 36 4 2 31 8mm 在根据表 由 t 0 7mm 可得导料板厚度为 12mm 根据 GB2866 1 81 选取始用挡料销规格长 X0 5 其余 图 5 3 固定挡料销 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 19 页 L 70mm 厚度 H 12 的始用挡料销装置 规格为 始用挡料销 块 70 12 GB2866 1 81 弹簧 1 0 10 20 GB2089 81 弹簧芯柱 8 18 GB2866 2 81 材料 块 根据表 8 3 选取材料为 45 钢 弹簧芯柱 根据 GB700 79 为 A3 热处理 块 硬度 HRC43 48 其 余 6 0 12图 5 4始 用 挡 料 销 块 图 5 始 用 挡 料 销 弹 簧 芯 柱淬 硬 导料板 根据凹模 L B 100mm 80mm 始用导料销 70mm 12mm 查标准 GB2865 5 81 选规格为 长 度 L 100mm 宽度 B 32mm 厚度 H 4mm 材料为 A3 的导料板 即导料板 100mm 32mm 4mm GB2865 5 81 A3 热处理 HRC28 32 如图 5 6 所示 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 20 页 图 5 6 导料板 导正销 使用导正销的目的是消除送料时用挡料销和导料板等定位零件作粗定位时的误差 保 证冲件在不同工位上冲出的内形与外形之间的相对位置公差要求 导正销主要用于级进 模 也可用于单工序模 导正销通常设在落料凸模上 与挡料销配合使用 因此我们采用导 正销 其中 A 型用于导正 d 2 12mm 的孔 安装处按 H7 n6 配合查表 根据 GB 2864 1 81A 型导正销可得出导正销 如图 5 7 5 8 所示 其 余 其 余图 5 7 型 导 正 销 图 5 8 型 导 正 销 5 2 4 设计和选用卸料与出件零件 卸料以固定板卸料 出件是以凸模往下冲即可 因此不用设计出件零件 固定卸料板的平 面外形尺寸一般与凹模板相同 其厚度可取凹模厚度的 0 8 1 倍 所以卸料板的 L B H 100mm 80mm 30mm 卸料板在此仅起卸料作用 凸模与卸料板间的双边间 隙一般取 0 2 0 5mm 这里取 0 5mm 据表 材料为 Q275 由以上根据凸模和凹模可设计出 卸料板如图 5 9 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 21 页 图 5 9 卸料板 5 2 5 选择模架及其它模具零件 选择模架 根据 GB T 2851 5 90 由凹模周界 100mm 80mm 及安装要求 选取 凹模周界 L B 125mm 100mm 闭合高度 H 160mm 190mm 上模座 125mm 100mm 35mm 下模座 125mm 100mm 45mm 导柱 22mm 150mm 25mm 150mm 导套 22mm 80mm 33mm 25mm 80mm 33mm 模柄 由压力机的型号 JB23 3 15 可查得模柄孔的直径为 25mm 深度为 40mm 由装配要求 模柄与模柄孔配合为 H7 m6 并加销钉防转 模柄长度比模柄孔深度小 5 10mm 由于采用 固定卸料 上模座回程时受力较大 因此选用压入式模柄较合理 所以根据 GB2862 1 81 得图 5 10 所示 垫板 垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力 以防止模座被挤压损伤 因此在与模座接触 面之间加上一块淬硬磨平的垫板 垫板的外形尺寸与凸模固定板相同 厚度可取 3 10mm 这里设计时 由于压力较大 根据 GB2865 2 81 选取规格为 L B H 100mm 80mm 6mm 凸模固定板 配 钻 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 22 页 图 5 10 模柄 凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致 厚度为凹模的 0 6 0 8h h 为凹模的厚 度 这里取 0 6h 即 0 8 26 20 8mm 根据核准选取板的规格为 L B H 100mm 80mm 24mm 凸模与凸模固定板的配合为 H7 n6 装配可通过 2 个 销钉定位 4 个螺钉与上模座连接固定 各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致 顶部与凸模 铆接 因此必须倒角 5 3 压力机的校核 1 公称压力 根据公称压力的选取压力机型号为 JB23 3 15 它的压力为 31 5 16 所 以压力得以校核 2 滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出 这里只是材料的厚度 t 0 7mm 导料板的厚度 H 4mm 及凸模冲入凹模的最大深度 1mm 即 S1 0 7 4 1 5 7mm S 25mm 所以得以校核 3 行和次数 行程次数为 45 min 因为生产批量为大批量 又是手工送料 不能太快 因 此是得以校核 4 工作台面的尺寸 根据下模座 L B 125mm 100mm 且每边留出 60 100mm 即 L1 B1 185mm 160mm 而压力机的工作台面 L2 B2 310mm 200mm 故符合要求 得以校核 5 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔的直径为 30mm 模柄孔深度为 55mm 而所选的模 柄夹持部分直径为 30mm 长度为 50mm 故符合要求 得以校核 6 闭合高度 模具闭合高度 H 闭 h1 h2 h3 h4 h5 h6 t 代入数据计算得 H 闭 35 6 12 26 10 45 0 7 mm 134 7mm 由压力机型号知 Hmax 120mm M 25mm H1 10mm Hmin Hmax M 120 25 95mm M 为闭合高度调节量 mm H1 为垫板厚度 mm 由式 1 24 Hmax H1 5 H Hmin H1 10 得不满足条件 所以改选用型号为 JB23 6 3 由压力机型号知 Hmax 150mm M 30mm H1 10mm Hmin Hmax M 150 30 120mm 由式 1 24 Hmax H1 5 H Hmin H1 10 得 150 10 5 134 7 120 满足条件 所以所选压力机合适 即压力机得以校核 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 23 页 结论 大学三年的学习即将结束 毕业设计是其中最后一个实践环节 是对以前所学的知 识及所掌握的技能的综合运用和检验 随着我国经济的迅速发展 采用模具的生产技 术得到愈来愈广泛的应用 在完成大学三年的课程学习和课程 生产实习 我熟练地 掌握了机械制图 机械设计 机械原理等专业基础课和专业课方面的知识 对机械制 造 加工的工艺有了一个系统 全面的理解 达到了学习的目的 对于模具设计这个 实践性非常强的设计课题 我们进行了大量的实习 经过在新飞电器有限公司 在洛 阳中国一拖 中信重型矿山机械厂的生产实习 我对于冷冲模具 塑料模具的设计步 骤有了一个全新的认识 丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识 而 对于模具的制造工艺更是有了全新的理解 在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的 讲解下 我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识 同时在实习现场亲 手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料 通过这些实践 我们熟练掌握 了模具的一般工作原理 制造 加工工艺 通过在图书馆借阅相关手册和书籍 更系 统而全面了细节问题 锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质 设计中 将充分利用和查阅各种资料 并与同学进行充分讨论 尽最大努力搞好 本次毕业设计 在设计的过程中 将有一定的困难 但有指导老师的悉心指导和自 己的努力 相信会完满的完成毕业设计任务 由于学生水平有限 而且乏经验 设计 中不妥之处在所难免 肯请各位老师指正 致谢 毕业设计是我们进行完了三年的模具设计与制造专业课程后进行的 它是对我们三 年来所学课程的又一次深入 系统的综合性的复习 也是一次理论联系实践的训练 它在我们的学习中占有重要的地位 通过这次毕业设计使我在温习学过的知识的同时又学习了许多新知识 对一些原来 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 24 页 一知半解的理论也有了进一步的的认识 特别是原来所学的一些专业基础课 如机械 制图 模具材料 公差配合与技术测量 冷冲模具设计与制造等有了更深刻的理解 使我进一步的了解了怎样将这些知识运用到实际的设计中 同时还使我更清楚了模具 设计过程中要考虑的问题 如怎样使制造的模具既能满足使用要求又不浪费材料 保 证工件的经济性 加工工艺的合理性 在学校中 我们主要学的是理论性的知识 而实践性很欠缺 而毕业设计就相当于 实战前的一次演练 通过毕业设计可是把我们以前学的专业知识系统的连贯起来 使 我们在温习旧知识的同时也可以学习到很多新的知识 这不但提高了我们解决问题的 能力 开阔了我们的视野 在一定程度上弥补我们实践经验的不足 为以后的工作打 下坚实的基础 通过对支架拐件冷冲模的设计 我对冲裁模 弯曲模有了更为深刻的认识 特别是 这种冲孔落料模具的设计 弯曲模的主要零件的加工一般比较复杂 多采用线切割进 行加工 弯曲回弹的影响因素多 不容易从纯理论的角度精确的计算出来 多需要在 试模后再进行调整 在模具的设计过程中也遇到了一些难以处理的问题 虽然设计中 对它们做出了解决 但还是感觉这些方案中还是不能尽如人意 如压力计算时的公式 的选用 凸凹模间隙的计算 卸件机构选用 工作零件距离的调整 都可以进行进一 步的完善 使生产效率提高 历经近三个月的毕业设计即将结束 敬请各位老师对我的设计过程作最后检查 在 这次毕业设计中通过参考 查阅各种有关模具方面的资料 请教各位老师有关模具方 面的问题 并且和同学的探讨 模具设计在实际中可能遇到的具体问题 使我在这短 暂的时间里 对模具的认识有了一个质的飞跃 在这次设计过程中得到了老师以及许多同学的帮助 我受益匪浅 在此 再次感谢 各位老师特别是我的指导老师原红玲老师在这一段时间给予无私的帮助和指导 并向 他们致于深深的敬意 对关心和指导过我各位老师表示衷心的感谢 参考文献 1 原红玲 冲压工艺与模具设计 机械工业出版社 2 杨占尧 冲压模具图册 高等教育出版社 3 寇世瑶 机械制图 高等教育出版社 4 曹立文 新编使用冲压模具设计手册 人民邮电出版社 5 王小彬 冲压工艺与模具设计 电子工业出版社 6 陈于萍 高晓康 互换性与测量技术 高等教育出版社 7 刘建超 张宝忠 冲压模具设计与制造 高教社出版 8 王孝培 冲压手册 机械工业出版社 9 李硕本 冲压工艺学 机械工业出版社 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 第 25 页 10 丁松聚 冷冲模设计 机械工业出版社