《冲压模课程设计》word版.doc

1.冲压模具的工艺分析1.1 冲压件工艺分析 该弯曲件尺寸如图所示，材料为10钢，板料厚度t=4mm，成批生产。1.2 总工艺方案的确定 该零件是某汽车底盘上的支撑件，弯曲半径r=6mm，大于0.8t，故弯曲时不会产生裂纹。两个小孔的边距弯曲中心线为12mm,，大于2t=8mm，故可以采用先落料和冲孔，再弯曲成型的工艺，这样孔在弯曲时不仅不会产生变形，而且还可以利用两个14孔作为定位孔。两壁35孔与芯轴配合，有公差要求，表面粗糙度Ra为12.5um。如果在弯曲前冲出两个35孔，不仅表面粗糙度难以达到要求，而且孔因孔边距弯曲中心线太近，弯曲时孔会发生变形，故应在弯曲后通过机加工达到两个孔的技术要求。根据以上分析，较合理的工艺方案为：落料、冲两个14孔复合工序；弯曲成形；机加工两个35孔。2冲裁模具的工艺分析2.1冲裁件工艺分析 由于本零件形状为上下左右对称，选用的冲压材料为10钢，厚4mm，进行大批量生产。2.2 工艺方案的确定 该零件形状简单，对称，是由圆弧和直线组成的。由表查得，冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14，孔中心与边缘距离公差为0.2mm，未注公差都按IT14标注，则该零件的尺寸标注、生产批量等情况，均符合冲裁的工艺要求，故采用冲孔落料模进行加工。 方案一 采用复合模进行加工，复合模虽然结构复杂，制造精度要求高，成本高。但复合模主要特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小，用于生产批量大，精度要求高的冲裁件。 方案二 采用级进模进行加工。级进模比单工序模生产率高，减小了模具与设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化，对于特别复杂和孔边距较小的冲裁件，可用级进模进行加工。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本高，一般适用于大批量生产的小型冲压件。 比较方案一与方案二，此零件更适合用复合模进行生产加工。2.3 冲裁变形过程 1）当凸凹模间隙正常时，其冲裁过程大致分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段。 2）对于普通冲裁零件的断面做进一步分析，我们可以发现这样的规律：零件的断面与零件的表面并非完全垂直，而是带有一定的锥度。除光亮带以外，其余均粗糙，并带有毛刺和塌角。而较高质量的冲裁件断面应该是：光亮带较宽，约占整个断面的1/3以上，塌角、断裂带、毛刺和锥度都很小，整个冲裁件表面无折弯现象。冲裁断面质量随不同材料的性能不同而变化。一般塑形较差的材料，断裂倾向严重。光亮带、塌角及毛刺均较小，且断面大部分是断裂带。塑形较好的材料与其相反，其光亮带所占比例较大，塌角、毛刺均较小。对于同一种材料而言，光亮带、断裂带、塌角及毛刺四部分在断面上所占比例也不是固定的，与材料本身的厚度，冲裁间隙，模具结构，冲裁速度及刃口锋利程度等因素有关，其中影响最大的是冲裁间隙。2.4 冲裁间隙 1）冲裁间隙是指冲裁的凸模与凹模刃口之间的距离，凸模与凹模每一侧的间隙称为单边间隙，两侧间隙之和称为双边间隙。冲裁间隙的数值等于凹模刃口尺寸与凸模刃口尺寸之差。 2）当间隙适当时，在冲裁过程中板料的变形区在比较纯的剪切作用下被分离，使落料件的尺寸等于凹模尺寸，冲孔件尺寸等于凹模尺寸。 当间隙过大时，板料在冲裁过程中除受剪切外还产生较大的拉伸与弯曲变形，冲裁后制件会发生与拉伸弯曲方向相反的弹性恢复。对于落料件，其尺寸会小于凹模尺寸。对于冲孔件，其尺寸会大于凸模尺寸。 当间隙过小时，板料在冲裁过程中除受到剪切外还会受到较大的侧压作用，冲裁后板料发生与侧压方向相反的弹性恢复。对于落料件，其尺寸会大于凹模尺寸。对于冲孔件，其尺寸会小于凸模尺寸。 此外，冲裁间隙会对冲裁件尺寸，冲压力，模具寿命都有影响。间隙选取原则 除了冲裁间隙之外，在冲裁工程中，凸凹模的刃口尺寸及制造公差直接影响冲裁件尺寸精度，并且合理的冲裁间隙也要依靠凸凹模刃口尺寸来保证。在确定刃口尺寸及制造公差时应遵循一下原则：1）落料尺寸取决于凹模尺寸，冲孔尺寸取决于凸模尺寸。2）根据磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的最小值；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取制件尺寸公差范围内的最大值。3）不管是落料还是冲孔，在初始设计模具时，冲裁间隙一般采用最小合理间隙值。 4）冲裁模刃口尺寸的制造偏差方向，原则上是入体原则，即凹模刃口尺寸制造偏差取正值，凸模刃口尺寸制造偏差去负值。 5）根据加工方法不同，可分为单独加工和配合加工。3.冲裁模具的设计计算3.1 排样冲裁件在条料上的布置方法称为排样，排样的设计工作的主要内容包括选择排样方法，确定搭边数值，计算条料宽度及步距，画出排样图。冲裁件的排样与材料的利用率有密切关系，对零件的成本很大，因此应设法在有限的材料面积上冲出最多数量的制件。冲裁排样有以下分类： 1）从废料角度来分可分为有废料排样，少废料排样和无废料排样。2）按制件在板料上的排样方式来分，可分为直排、斜排、对排、混合排、多样排和冲裁搭边排。 根据制件的形状特点，故采用直排的排样方案，如下图：3.2 搭边值的确定： 排样中相邻两冲裁件之间的余料或冲裁件与条料边缘间的余料称为搭边。答辩的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差，送进步距误差，送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保证送料的顺利进行，从而保证制件质量。 搭边值的大小要合适，过大会造成材料利用率低，过小则不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使冲裁产生毛刺，有时还会被拉入凸凹模之间的间隙，损坏模具的刃口，降低模具的寿命。一般来说，搭边值是由经验值确定的，影响搭边值的因素有材料的力学性能，材料的厚度，工件的形状和尺寸，排样的形式及送料、挡料的方式。以下为搭边数值表：板料厚度 手送料 自动送料 圆形 非圆形 往复送料aa1aa1aa1aa111.51.521.5322.521221.52.523.52.532232.52333.53.53.533432.53.544443454345555456545666656865677776876788887 根据零件形状取搭边值，a=3.5 a1=3 ,则进距h=151.36+3=154.36mm3.3 条料宽度的确定 条料是由板料（或带料）剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定条料宽度B的上极限偏差为0，下极限偏差为负值。条料在模具上送进时常用导尺导向，使用导尺导向又分为侧压导向和无侧压导向两种情况。两种情况下条料宽度计算不同，但目的是一致的，要求既能保证条料顺利送进，又能保证冲裁件与条料侧边之间有不低于规定的搭边值。 由表查得条料宽的公差=2mm，则 B=（90+3.52+2）=99mm则，最终的排样如下图所示：3.4 材料利用率的计算 一个步距内制件的实际面积，如图，一个步距内含一个制件，由软件测得其面积为 A1=2397.27mm 一个步距的材料利用率为=A1/Bh100%则=100=44.84A1一个步距内制件的实际面积h送料步距B条料宽度3.5 冲压力计算3.5.1 冲裁力 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入板料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算： F=KLt式中 F冲裁力 L冲裁周边长度 t板料厚度 材料抗剪强度 K系数，考虑冲击载荷等因素，通常取1.3 由于材料的抗拉强度1.3.为计算方便，也可按照下式估算冲裁力 FLt 查表可得10刚抗拉强度=300Mpa，根据工件尺寸可得t=4mm，落料力 零件外轮廓线长度L=252.8mm，则 F1= Lt=252.8300N=303.4KN冲孔力 内孔轮廓线长度L=109.9mm，则 F2=Lt=109.94300N=131.9KN冲裁力F冲=F1+F2=435.3KN3.5.2 冲裁时的卸料力、推件力、顶件力 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，所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，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、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以，要准确的计算这些力是困难的，生产中常用下列经验公式进行计算： F卸=K卸F F推=nK推F F顶=K顶F 式中 F卸、F推、F顶卸料力、推件力、顶件力 K卸、K推、K顶卸料力、推件力、顶料力系数，见下表 F冲裁力 n 同时卡在凹模内的冲裁件数 h凹模洞口的刃壁高度 材料厚度/mm K卸 K推 K顶 钢0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03铝、铝合金0.0250.080.060.04紫铜、黄铜0.020.060.080.05落料时的卸料力 查表得 K卸=0.04，则 F卸=K卸F=0.04303.4KN=12.1KN推件力 取凹模刃口直壁高度h=8mm ，n=2,由表查得推件力系数K推=0.045则 F推=nK推F=2131.90.045KN=11.9KN 选择冲床时的总压力为 F总=F冲+F卸+F推=459.3KN3.6 确定模具压力中心 按比例画出零件形状，选定坐标系，如下图所示。该零件上下对称，左右对称，故压力中心为 : x=0，Y=03.7 冲模刃口尺寸及公差3.7.1 冲孔部分 查表可得双面间隙Zmin=0.640,Zmax=0.880 冲孔部分形状简单，采用凸凹模分开加工方法，由下表可查得凸凹模制造偏差分别为 p=-0.020,d=+0.030基本尺寸pd基本尺寸pd18-0.020.02180260-0.030.0451830-0.020.025260360-0.0350.053080-0.020.03360500-0.040.0680120-0.0250.035500-0.050.07120180-0.030.04 满足 的条件查上表可得磨损系数X=1.03.7.2落料部分外廓的落料，由于形状较复杂，采用配合加工方法。图中未注尺寸公差，按国家标准，GB/T1800.2-2009IT14级选取，则 以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此外轮廓均属A类尺寸。根据上表，当4mm r=2t 另外，凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。 则凹模的圆角半径为2.5t=15mm3.凹模深度 凹模深度要适当，若过小，则坯料两端未受压部分太多，弯曲件回弹大且不平直，影响其质量；若过大，则浪费模具材料并需要较大工作行程的压力机。 U形件弯曲模中，对于直边高度不大或者要求两边平直的U形件，凹模深度应大于弯曲件的高度，均可通过查表得出。 查的凹模深度应为30 mm4.凸、凹模间隙 弯曲U形弯曲件时，设计模具必须确定合理的凸、凹模间隙值。间隙过小会增加摩擦，加大弯曲力，使工件厚度减薄或出现划痕，同时还会降低模具使用寿命；间隙过大，则回弹增加，从而降低弯曲件精度。生产中U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙C一般选取如下： 弯曲有色金属时取 C=(1-1.1)t 弯曲黑色金属时取 C=（1.05-1.15）t则凸、凹模间隙 C=1.1t=4.4mm5.凸、凹模的宽度尺寸及公差 弯曲件是内形尺寸标注，应以凸模为基准进行计算。 P174 由表查出，=0.62mm(按IT14级精度选取)，d=0.062mm(按IT9级精度选取)，计算凹模宽度尺寸如下： 取凸、凹模单边间隙4.4mm,凹模工作部分尺寸按凸模实际尺寸配置，保证双边间隙2C，凹模圆角半径2t=8mm。5、 模具材料选取 模具材料应根据模具的工作特性、受力情况、冲压件材料性能、冲压件精度以及生产批量等因素合理选用。具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次 为碳素工具钢合金工具钢基体钢高碳高铬钢高速钢钢结硬质合金硬质合金。 此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。1.传统模具用钢 长期以来，国内薄板冲裁模用钢为T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV等。 其中T10A为碳素工具钢，有一定强度和韧性。但耐磨性不高，淬火容易变形及开裂，淬透性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。 T10A碳素工具钢的热处理工艺为：760810 水或油 淬，160180 回火，硬度5962HRC。 CrWMn、9Mn2V是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具钢，变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。CrWMn钢的热处理工艺为：淬火温度820840 油冷 ，回火温度200 ，硬度6062HRC。9Mn2V钢的热处理工艺为：淬火温度780820 油冷 ，回火温度150200 ，空冷，硬度6062HRC。注意回火温度在200300 范围有回火脆性和显著体积膨胀，应予避开。 Cr12和Cr12MoV为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲裁时容易出现崩刃 或断裂。其中，Cr12含碳量较高，碳化物分布不均比Cr12MoV严重，脆性更大一些。 Cr12型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（Cr12为950980 淬火，150200 回火；Cr12MoV为10201050 淬火，180200 回火）。 若要提高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火 （Cr12为10001100 淬火，480500 回火；Cr12MoV为11101140 淬火，500520 回火 ）。 高铬钢在275375 区域有回火脆性，应予避免。2.常用模具新钢种 为了弥补传统模具钢种性能的不足，国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用钢： （1）Cr12Mo1V1（代号D2）钢 为仿美国ASTM标准中的D2钢引进 的钢种，属Cr12型钢。由于D2钢中Mo、V含量增加，细化了晶粒，改善了碳化物的分布状况，因此D2钢的强韧性（冲击韧度、抗弯强度、挠度）比Cr12MoV钢有所提高，耐磨性和抗回火稳定性也比Cr12MoV更高。可用深冷处理，提高硬度并改善尺寸稳定性。用D2钢制作的冲裁模具寿命要高于Cr12MoV钢模具。 D2钢的锻造性能和热塑成形性比Cr12MoV钢略差，机械加工性能和热处理工艺与Cr12型钢相似。 （2）Cr6WV钢 为高 耐磨微 变形高碳中铬钢，碳、铬含量均低于Cr12型钢，碳化物的分布状态较Cr12MoV均匀，具有良好的淬透性。热处理变形小，机械加工性能较好。抗弯强度、冲击韧度优于Cr12MoV， 只是耐磨性略低于Cr12型钢。用于承受较大冲击力的高硬度、高耐磨板料冲裁模，其效果好于Cr12型钢。 钢的常用热处理工艺为：淬火温度9701 000，一般可热油或硝盐分级淬火冷却，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回火，回火温度160210 ，硬度58 62HRC。 （3）Cr4W2MoV钢 也是高 耐磨微 变形高碳中铬钢，替代Cr12型钢而研制的钢种，碳化物均匀性好，耐磨性高于Cr12MoV，适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模具，可用于硅钢片冲裁模。 Cr4W2MoV钢的热处理工艺：要求强度、韧性较高时，采用低温淬火、低温回火工艺：淬火温度960980 ，回火温度280320 ，硬度6062HRC。要求热硬性和耐磨性较高时，采用高温淬火、高温回火工艺：淬火温度10201040 ，回火温度50 0540 ，硬度6062HRC。 （4）7CrSiMnMoV(代号CH-1)钢 为 空淬微变形 低合金钢、火焰淬火钢，可以利用火焰进行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火温度（8001000 ），具有良好的淬透性和淬硬性 （可达60 HRC以上），强度和韧性较高，崩 刃 后能补焊。可代替CrWMn、Cr12MoV钢，制作形状复杂的冲裁模。CH-1钢的推荐热处理工艺：淬火温度900920 ， 油冷 ，190200 回火13小时，硬度5862 HRC。 （5）6CrNiSiMnMoV(代号GD)钢 为高韧性低合金钢，淬透性好，空淬变形小，耐磨性较高。其强韧性显著高于CrWMn和Cr12MoV钢，不易崩刃或断裂。尤其适用于细长、薄片状 凸模及 大型、形状复杂、薄壁凸凹模。 GD钢的推荐热处理工艺