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编号:4586443    类型:共享资源    大小:563.04KB    格式:ZIP    上传时间:2020-07-26
  
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1 1 冲压模具毕业设计 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。 2 2 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。 3 3 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, 4 4 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=010.2 微米; 2 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 5 5 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, 6 6 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。 盖冒垫片设计说明书 一、工件工艺性分析 如右图 1 所示:工件为有凸缘圆筒形零件,且在凸缘上均匀分布 4 个相同的孔。 故可得知此工件为:落料拉深冲孔所得,其加工工艺过程为:落料拉深冲 孔,各尺寸关系如图 1 所示 7 7 一、拉深工艺及拉深模有设计 1、设计要点 设计确定拉深模结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度,应注意以下几点 1)拉深高度应计算准确,且在模具结构上要留有安全余量,以便工件稍高时仍 能适应。 2)拉深凸模上必须设有出气孔,并注意出气孔不能被工件包住而失去作用。 3)有凸缘拉深件的高度取决胜于上模行程,模具中要设计有限程器,以便于模 具调整。 4)对称工件的模架要明显不对称,以防止上、下模位置装错,非旋转工件的凸、 凹模装配位置必须准确可行,发防松动后发生旋转,偏移而影响工件质量, 甚至损坏模具。 5)对于形状复杂,需经过多次拉深的零件,需先做拉深模,经试压确定合适的 毛坯形状和尺寸后再做落料模,并在拉深模上按已定形的毛坯,设计安装定 位装置。 6)弹性压料设备必须有限位器,防止压料力过大。 7)模具结构及材料要和制件批量相适应。 8)模架和模具零件,要尽是使用标准化。 9)放入和取出工件,必须方便安全。 2、有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算 有凸缘筒形件的拉深原理与一般圆筒形件是相同的,但由于带有凸缘,其拉 8 8 深方法及计算方法与一般圆筒形件有一定差别。 1)在凸缘拉深件可以看成是一般圆筒形件在拉深未结束时的半成品,即只将毛 坯外径拉深到等于法兰边(即凸缘)直径 df时的拉深过程就结束。因此其 变形区的压力状态和变形特点应与圆筒形件相同。 根据凸缘的相对直径 df/d 比值同有凸缘筒形件可分为:窄凸缘筒形件 (df/d=1.11.4)和宽凸缘筒形件(df/d1.4) 。显然此工件 df/d=50/21=2.381.4 为宽凸缘筒形件。下面着重对宽凸缘件的拉深进行分析, 主要介绍其与直壁筒形件的不同点。 当 rp=rd=r 时(图 2),宽凸缘件毛坯直径的计算公式为: (1) rf ddhd44 . 7 4D 2 根据拉深系数的定义宽凸缘件总拉深系数仍可表示为: (2) d r dhdd D d m f 44 . 3 /4)/( 1 2 3、宽凸缘圆筒形件的工艺计算要点 1)毛坯尺寸的计算,毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行,参考无凸缘筒形 件毛坯的计算方法计算,毛坯直径的计算公式见式(1) ,其中 df要考虑修边余 量,其值可从冲压工艺与模具设计表 4.22 中查得1.6mm 即 df=50+1.6=51.6mm 则 D==54.75mm5 . 3*21*44 . 7 7*21*4 6 . 51 2 根据拉深系数的定义,宽凸缘件总拉深系数仍可表示为: M=38 . 0 475 . 5 21 D d 9 9 2)判断工件是否一次拉成,这只须比较工件实际所需的总拉深系数和 h/d 与 凸缘件第一次拉深系数和极限拉深系数的相对高度即可。m总m1,当 1,h/dh1/d1时可以一次拉成,工序计算到此结束,否则应进行多次拉深。m总 =0.38 h/d==0.33。由冲压工艺与模具设计表 4.2.6 查得此凸缘件的第21 7 一次拉深系数 m1=0.37。由表 4.2.7 查得此凸缘件的第一次拉深最大相对高度 h1/d1=0.280.35 之间,可知 m总m1,h/dh1/d1可一次拉成。 4、拉深凸模和凹模的间隙 拉深模间隙是指单面间隙,间隙的大小对拉深力,拉深件的质量,拉深模的 寿命都有影响,若 c 值大小,凸缘区变厚的材料通过间隙时,校正和变形的阻 力增加,与模具表面间的摩擦,磨损严重,使拉深力增加,需件变薄严重,甚 至拉破,模具寿命降低。间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑,质量较好,精 度较高。 间隙过大时,对毛坯的校直和挤压作用减小,拉深力降低,模具的寿命提高, 但零件的质量变差,冲出的零件侧壁不直。 因此拉深模的间隙值也应合适,确定 c 时要考虑压边状况,拉深次数和工件 精度高。其原则是:即要考虑材料本身的公差,又要考虑板料的增厚现象,间 隙一般都比毛坯厚度略大一些。不用压边圈时,考虑到起皱的可能性取间隙值 为: C=(11.1)tmax 有压边圈时,间隙数值也可按表 4.6.3 取值(冲压工艺与模具设计 ) ,此工 件的拉深间隙可取, C=1.1t=1.1mm 4、拉深凸模,凹模的尺寸及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差决定,因此除最后一道 拉深模的尺寸公差需要考虑外,首次及中间各道次的模具尺寸公差和拉深半成 品的尺寸公差没有必要做严格限制。这是模具的尺寸只取等于毛坯的过渡尺寸 即可。此工件内形尺寸公差有要求,故以凸模为基准,先定凸模尺寸考虑到凸 模基本不磨损, (其尺寸关系如图 3 所示)以及工件的回弹情况,凸模开始尺寸 不要取得过大。其值为: Dp=(d+0.4)-p 1010 凸模尺寸为:Dd=(d+0.4+2C)+ d 凸、凹模的制造公差 p和 d可根据工件的公差来选定。工件公差为 TT13 级 以上时 p和 d可按 TT68 级取,工件公差在 IT14 级以下时,则 p和 d 可按 IT10 级取: Dp=(20+0.40.2)0-0.021=20.080-0.021mm Dd=(d+0.4+2c)0+ d =(20+0.40.2+21.1)0+d=22.280+0.021mm 5、凹模圆角半径 rd 拉深时,材料在经过凹模圆角时不仅因为发生弯曲变形需要克服弯曲阻力, 还要克服因相对流动引起的磨檫阻力,所以 rd大小对拉伸工件的影响非常大。 主要有以下影响: 1)拉伸力的大小;2)拉伸件的质量;3)拉伸模的寿命。rd小时材料对凹模的 压力增加,磨檫力增大,磨损加剧,使磨具的寿命降低。所以 rd的值即不能太 大,也不能太小。在生产上一般应尽量避免采用过小圆角半径,在保证工件质 量的前提下尽量取大值,以满足模具寿命要求。通常可按经验公式计算: rd=tdD)(8 . 0 式中 D 为毛坯直径或上道工序拉深件直径;d 为本道拉深后的直径 rd应大于或 等于 2t,若其值小于 2t,一般很难拉出,只能靠拉深后整形得到所需零件,故 11 11 可取 rd=2.5mm 6、凸模圆角半径 rp 凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大,但其值也必须合格, 一般首次拉深时凸模圆角半径为 rp=(0.71.0)rd 这里取 rp =1.0rd=2.5mm 三、冲裁工艺及冲裁模具的设计 1、凸模与凹模刃口尺寸的计算 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度。模具的合理间隙也要靠 模具刃口尺寸制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差,是设计 冲裁模的主要任务之一。从生产实践可发现:由于凸凹模之间存在间隙,使落 下的料或伸出的孔却带有锥度,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的 小端尺寸等于凸模尺寸;在测量于使用中,落料件以大端尺寸为基准,冲孔件 以小端尺寸为基准。 2、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 由于加工模具的方法不同,凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差 的标注也不同,刃口尺寸的计算方法可分为以下两种情况:凹模与凸模分开加 工,凸模和凹模配合加工,从此工件的结构上分析,选择凸模与凹模分开加工 的制造方法:采用这种方法,凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸,要分别标注 凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差(凸模 p、凹模 d) ,适用于圆形或简单 1212 形状的制件。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙 2Cmax,必须满足下列条 件: minmax 22CC dp 或取: )22(4 . 0 minmax CC p min)2max2(6 . 0cc d 也就是说,新制造模具应该是,否则制造的模具部隙已 max 22CCmia dp 超过允许变动范围 2Cmin2Cmax,影响模具的使作寿命。 下面对落料和冲孔两咱情况分别进行讨论。 1)落料 高工件的尺寸为 D-0,根据计算原则,落料时以凹模为设计基准。首先确定凹 模尺寸,凹模的基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸,再减小凸模尺 寸以保证最小合理间隙值 2Cmin。 名部分分配位置如图 5(a)所示。其计算公式如下 (3)dDDd 0max )( (4) pCnD pCDDp d 0 minmax 0 min )2( )2( 代入数据得 mm mmDd 03 . 0 0 03 . 0 0 96.54 )46 . 0 75 . 0 46 . 0 75.54( mmdpCDDp d 0 019 . 0 0 min 76.541 . 086.54)2( 1313 校核;由此可知,只有缩小、,提04 . 0 1 . 014 . 0 049. 0 pd p d 高制造精度,才保证间隙在合理范围内,此时可取、mm p 016 . 0 04 . 0 4 . 0 ,放得:mm d 024 . 0 04 . 0 6 . 0mmDd 024 . 0 0 86.54 mmDp 0 016 . 0 76.54 2)冲孔 设冲孔尺寸为,根居以上原则,冲孔时以凸模设计为基准,首先确定凸 0 d 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,凸模制造偏差为负偏差,凹模取正偏差,名部分分配位置如图 5.b 所示, 其计算公式如下: dd pd p cdcdd nddp 0minminmin 0 min )2()2( )( 在同一工步制件上冲出两个以上孔时,凹模型孔中心距 Ld按下式确定: p125 . 0 p)5 . 0(LL mind 代入数据mm11 . 5 )15 . 0 75 . 0 (5dp 0 009 . 0 0 009 . 0 mm21 . 5 1 . 011 . 5 d 015 . 0 0d 校核满足间隙条件)(09 . 0 1 . 014 . 0 024 . 0 dp 孔距尺寸: )mm0375 . 0 36( 3 . 05 . 015 . 0 36( 125 . 0 )5 . 0(LL mind 3)凹模洞的类形 常用凹模洞口的类形如图 6 所示: 1414 图 6 其中图 a、b、c 为直筒式刃的凹模,其特点是制造方便,刃口强度高,刃磨后 工作部分尺寸不变,广泛用于冲裁公差要求较小,形状复杂的精密制件。但因 废料(或制件的聚集而增大了推件力和凹模的胀裂力,给凸、凹模的强度都带 来了不利的影响。一般复合模上出件的冲裁模用图 a、c 型,下出件的冲裁模用 图 b 或图 a 型,图 d、e 型是锥筒式刃口,在凹模内不聚集材料,侧壁磨损小, 但刃口强度差,刃磨后刃口径向尺寸略有增大(如 300时,刃磨 0.1mm 时, 其尺寸增大 0.0017mm 凹模锥角 ,后角 和洞高度 h,均随制件材料厚度增加而增大,一般取 15302030 h=4-10mm 综上所述及其对工件孔分析,选 择 B 型凹模洞口,取 h=6mm20 4)凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强 度,刚度和修磨量,凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最 大外形尺寸来确定的如图 7 所示 凹模的厚度为: 1+ kb (15) 凹模壁厚度为 c=(1.52)H (3040mm) 1515 式中 b 为冲裁件的最大外形尺寸;K 为系数,是考虑板料厚度影响的系数可以 冲压工艺与模具设计表 282 中查得代入数据可得冲孔凹模 H=15mm c=30mm 落料凹模 H=0.3554.75=20mm c=40mm 四、模具的其它零件 1、模具除简单冲模外,一般冲模多利用模架的结构。模架的和种类很多, 要根据模具的精度要求,模具的类别,模具的大小选择合适的模架. 模架的选择可从实用模具技术手册P192 页选择标准架。根据查阅的内 容及分析,此复合模可选用后侧导柱模架导、导柱安装在后侧,有偏心裁荷时 容易歪斜,滑动不够平稳,可从左右前三个方向关料操作比较方便。常用于一 般要求的小型工件的冲裁和拉深模。所选模架的结构及尺寸关系如图 8 所示: 1616 L =250mm B=160mm 上模座:25016045 下模座 25016050 导柱,32190 导套 3210543 Hmax=210 Hmin=170mm 其余尺寸见上下模座零件图,可以冲压手册冲压模具常用标准件选择。 2模柄 模柄有多种形式,要根据模具的结构特点,选用模柄的形式模柄的直径根据 所选压力机的模柄孔径确定,模柄可根据实用模具技术手册P201 页选择, 经查阅各种 模柄的特点,选用压入式模柄,这种模柄应用比较广泛压入模柄的结构和尺寸, 可参表 11-10 制造,表中 B 型模柄中间有孔可按装打料杆,用压力机的打料模 杆进行打料,模柄的结构及尺寸关系如图 9 所示。 1717 图 9 d=30mm 065.0 1950.0 D=32mm 025 . 0 009 . 0 D1=42mm h=78mm h2=30mm h1=5mm b=2mm a=0.5mm d1(H7)=6+0.0120 d2=11mm 3、卸料板 1818 卸料板的主要作用是将冲压的料从凸模或凸、凹模上推下来,此外在进模 比较复杂的模具中,卸料板还具有保护小凸模作用,常用的卸料板结构形式及 适用范围见表 11-24 和第八章级进模表 8-10实用模具技术手册卸料板的尺 寸可根据实用模具技术手册表 11-25 查得,本模具选用弹压式卸料板。卸 料板的结构与尺寸关系如图 10 所示, ho=16mm B=150mm C=(0.10.2)t=0.2mm) 4弹顶和推出装置 弹顶装置由弹簧元件组成装于模具的下面通过顶杆起到推料的作用,弹顶 装置通常在压力机的工作台孔中,弹顶装置结构形式见表 11-26实用模具技 术手册 ,具体结构及尺寸见装配图及零件图所示,见图表(10)设计模具时选 用标准的弹簧。已知冲裁时卸料为 FQ=3.8 可选圆钢丝螺压缩弹簧,由表 11-28 查得 d=8.0mm D2=50mm F=1990N. Dmax=38mm Dmin=62mm; 节距 P=14.9mm 5、导向装置(导柱 导套) 导向装置指得是模架上的导柱、导套。模具在开模,闭模过程中,导柱和导 套起导向的作用,使得凸凹模正确的闭合,故此,导柱、导套需要有严格的配 合精度及尺寸要求,导柱、导套的选择可以冲压手册中选取, (取 H7/h6 配 合) 1919 如图 11 a 导柱的具体尺寸为: d=32 L=190mmmm 0 016 . 0 导套的具体尺寸为(图 11 .b) 图 11 D=32 025 . 0 0 D(r6)=45 0050 . 0 034 . 0 L=105mm h=43mm L=25mm 油槽数为 2 b=3;a=1 6、固定零件(固定板、垫板) 1)垫板的作用是承受凸模和凹模的压力,防止过大的冲压,在上下模座上 压出凹坑,影响模具的正常工作,垫板厚度根据压力机的大小选择,一般取 5- 2020 12mm,外形与固定板相同,材料 45 钢,热处理后硬度为 45-48HRC,如图 12a .b 所示: 垫板在模具中的受力情况 2)固定板 固定板的作用起固定凸、凹模,防止其在冲压过程中松动,造 成模具的损坏,固定板的形状要根据凸、凹模而定,而外形尺寸与垫板相似。 固定板和具体形状尺寸见零件图所示。 7、连接零件 此类零件包括螺钉、销钉等,主要作用是联接其它零部伯,使之共同完成工 件的制造,螺钉和销钉可由冲压手册第十章、第七、八章查选,形状及尺 寸见七、八节图所示现选螺钉 M12 圆柱销 d=8,则冲压模上有关螺钉孔的尺 寸见表 10-28冲压手册D=27 d=17.5 卸料螺钉选 M16,具体尺寸见表 10-29冲压手册 五、压力机的选择 压力机的选择要考虑,冲裁力、拉深力以及卸料力、推件力、顶件力,压力机 的总吨位应大于等以上所有力之和 1.3 倍,普通刃冲裁模,其冲裁力 FP一般可 按下式计算。 FP= KPtL 式中 为材料的抗剪强度,L 为冲裁周边总长(mm),t 为材料厚度,系数 KP 是考虑到冲裁模刃口的磨损,凸模与凹模间隙的波动(数值的变化或分布不均 匀) 2121 润滑情况,材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数,一般取 1.3,当查不到强度 时,可用强度,b 代替,而取 KP=1 的近似计算法计算, 材料钢的强度可以冲压工艺与模具设计表 1.4.1 查得 =260MPa360MPa。 现取 =340MPa FP1=1.313.1454.75340=76KN FP2=1.313.145340=7KN 影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多,要精确的计算出很困难,在实际生 产采用经验公式计算: 卸料力:FQ=KFp 推料力:FQ1=nK1Fp 顶件力:FQ2=K2Fp 式中: 卸料力系数,其值为 0.020.06 (薄料取大值,厚料取小值) 推件力系数,其值为 0.030.07 (薄料取大值,厚料取小值) 顶件力系数,其值为 0.040.08 (薄料取大值,厚料取小值) n 为梗塞在凹模内的制件或废料数量,n=h/t,h 为直刃口部分的高,t 为材 料的厚度,h 取 410mm , 现取 h=6mm 本模具中只有卸料力和推件力即可则: FQ=0.0576=3.8KN FQ1=6/10.067=2.52KN 2)拉深力 理论计算拉深力可以推导,但它使用不便,生产中常利用经验公式计算拉深 力,第次拉深(一次拉深成形时) F1=d1tbk1 式中 b 为材料的抗拉强度,K1为系数,查表 4.5.4(冲压工艺与模具设计 ) 代入数据可得 F1=3.142113901=25.7KN 压边力:FQ=0.2525.7=6.4KM 卸料力: FQ==KF=0.0425.7=1.02KN 综上所述:F总=76+7+3.8+2.25+25.7+6.4+1.02=123KN F压力=1.3 F总=1.3123=160 KN 由实用模具技术手册P22 页,应用压力机的选择查表 2-3 可选择 J2316 型压力机,其参数可参考表 23 2222 六、主要组件的装配 1模柄的装配,因为所示模具的模柄是从以上模座的下而向上压入的,所 以在安装凸模固定板和垫板之前,应先把模柄装好。 模柄与上模座的配合要求是 H7/m6.装配时,先在压力机上将模柄压入,再 加工定俭销孔或螺纹孔。然后把模柄端面突出部分锉平或磨平,安装好模柄后, 用角尺检查模柄与上模座上平面的垂有度。 2、凸模和装配,凸模与固定板的配合要求为 H7/m6.。装配时,先在压力机 上将凸模固定板内,检查凸模的垂直度,然后将固定板的上平面与凸模尾部一 起磨平,为了保持凸模刀口锋利还应将凸模的端面磨平。 3、弹压卸料板的装配,弹压卸料板起压料和卸料的作用。装配的保证它与 凸模之间具有适当的间隙,其装配方法是,将弹压卸料板 装入固定板的凸模 内,在固定板与卸料板之间垫上平行垫块,并用平等夹板将它们夹紧,然后按 卸料板上的螺孔在固定板上抽窝,拆开后钻固定板上的螺钉穿过孔。 4、模架的技术要求及装配 组成模架的各零件均应符合相应的技术条件,其中特别重要的是每对导柱,导 套的配合间隙应符合要求。 装配成套的模架,多项技术指标(上模座上平面对下模座下平面的平行度)导 柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座下面垂直度)应符 合相应精度等级要求。 装配后的模架,上模座沿导柱上、下移动平稳无阻滞现象, 压入上、下模座的导柱导柱离其它装表面应有 12mm 距离,压入后就牢固。装 配成套的模架,各零件的工作表不应有碰伤,裂 以及其它机械损伤 模架的装配主要指导柱导套的装配,目前大多数导柱,导套与模座之间采用过 盈配合,但也有少数采用粘 工艺的,即将上下模座孔扩大,降低其加工要求, 同时将导柱、导套之间冷入粘结剂,即可使用导柱,导套固定,滑动导向模架 常用的装配工艺和检验方法有压入导套、压入导套安、装导套。 七、模具的工作过程 本模具是一套倒装的落料拉深冲孔的复合模。前后送料,挡料销 19 限位, 导向销 20 导正。上模下行凸凹模 11 与拉深凹模 18 接触进行拉深,工件成型后, 上模上行,打杆 1 推动打板 12 把工件从凸凹模 11 中打出。落料废料有弹簧 8 2323 推动卸料板 10 推出。 体会 俗话说“凡事必亲躬”,唯有自己亲自去做的事,才懂得其过程的艰辛。 通过做这次大作业,我着实遇到了不少的困难,构思、定数据、画图、写论文 等都得自己去做。每天泡在图书馆,找例证、查资料,个中自有不少困难,而 这些难题都是课本中所不曾提到过的。开始时,由于书本上没有任何提示,我 甚至不知道从何入手,只能与同学们相互切磋,这样我慢慢地入了门,进而也 可以自己搞定了。这其中有一个习惯问题最需要克服。众所周知,课堂、书本 给我们的都是一种确切的数据,但实际上你去做的时候就会发现它们都是经验 性的,也就是说需要你根据从资料上查得的范围靠经验自己去定,这就给习惯 于接受确切数字的我带来了很大的挑战。幸而,最终我还是学会了怎样去查找 自己想要的资料,这应该是这次作业的一大收获吧。 第二大收获就是学会了做一次设计项目的具体流程。从策划构思、总体设 计到各个模块的的具体设计及其组合,再到编写需要提交的论文,这一切如今 仍历历在目。我想,这种对整体设计流程的把握应该是以后走上工作岗位所必 需的技能,而这种技能却只能通过自己的亲身实践才能获得。这也是为什么我 认为机械设计大作业这种教学实践模式值得推广的原因。 毕业设计是我在大学生涯完成的最后一项内容,此时此刻,我感觉自己有 很多想要说的
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