卡板级进模具设计

卡板级进模具设计摘 要：通过对卡板的工艺特点进行分析，提出了冲孔、落料、压弯、翻边等成形工艺，给出了多工位级进模的冲压方案，介绍了卡板多工位级进模的结构特点、模具的工作过程和设计要点。卡板模具经调试、试制，零件成形效果理想。此模具能满足其精度要求，提高了生产效率。关键词：卡板；级进模；模具结构；设计of y of of of in as is it of of an of 摘 要.言. 冲压模具市场情况. 冲压模具水平状况. 冲压模具未来的发展重点与展望.压件工艺分析. 零件介绍. 确定方案. 确定排样图. 主要工艺参数的确定.定毛坯尺寸.定钝角.定预冲孔直径尺寸.定双斜楔结构角度参数.模间隙. 模具结构形式和选材.具结构形式.具材料选择.压工艺方案的确定. 冲压工艺力的计算.裁力.孔部分的力计算：.料力及推件力的计算：.具主要零件设计与选择. 圆形凸模的设计.模长度计算.压应力校验.纵向弯曲应力的校核：.形凸模固定端面的压力. 切断凸模设计.模承压力校核：.纵向弯曲应力的校核：.断凸模固定端面的压力. 翻孔凸模设计.孔凸、凹模圆角半径及工作部分深度的确定.、凹模间隙.料口大小的确定. 凹模的设计.模孔口形式及主要参数.模外形尺寸的确定.模强度校核. 弹簧的设计.计弹簧的一般步骤：.簧类型的选择.簧材料及许用应力.簧相关几何尺寸的计算.拉伸凸模设计.伸凸、凹模圆角半径及工作部分深度的确定.、凹模间隙.料口大小的确定. 凸模固定板的选择. 凸模垫板的选择.模间隙及计算工作部分尺寸. 冲裁间隙值的确定. 凹、凸模刃口尺寸计算.定凹凸刃口尺寸的原则.裁模刃口尺寸的计算方法.裁模刃口尺寸的计算.具总体设计. 定位零件的设计与选择.料销的选择.位板的设计.退块的设计.料板的设计. 卸料装置的设计.料弹簧的选择.料弹簧有关尺寸计算.料弹簧的窝座深度.装孔内径. 凸模固定板的设计. 导向零件的选用. 模架的选用.具结构. 模具主要结构设计. 模具工作过程.压模具市场情况我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。近年来，中国经济的高速发展为模具工业发展提供了巨大动力。近10年来，中国模具工业增长速度保持在15%以上；生产厂2万余家，从业人员50多万人，年产值达450亿元以上。另外，结构调整步伐加快，大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力快速增加。从应用趋势方面分析，受用户要求模具的生产周期缩短影响；快速经济模具的开发将被重视，模具标准件的应用将日渐广泛，且采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。另外，随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，压铸模的数量、寿命和复杂程度要求将更高；随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高，塑料模的比例、精度和复杂度也将随着相应提高。压模具水平状况近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到尺寸（300冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。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为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。这就对专业化产生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地。压模具未来的发展重点与展望2冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具 冲压件工艺分析冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性,即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。冲裁件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大是几何形状、尺寸、精度要求。良好的冲裁件工艺性能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求，从而显著降低冲裁件的制造成本。件介绍图1所示为卡板零件，材料：1剪强度=460520拉强度b =580640服强度 s =200度为1定方案冲裁件的结构形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料，矩形孔两端宜用圆弧连接，以利于模具加工。该工件结构简单，也无复杂形状的曲线。冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命。工件图如图1所示：3图1 零件图料、压弯、翻边4道工序完成。该件结构虽然简单，但是零件宽度尺寸10+/致预冲孔尺寸较小。若用单工序模冲制精度不易保障，而卡板材料为硬钢，需要精密导向，并结合提高材料利用率。经综合分析，最后确定用8工位级进模在3冲床上生产卡板。定排样图经工艺分析设计了图2所示工艺排样图。采用单排排样，条料宽76了增强两侧冲裁凸模的强度，步距定为14同位双侧刃做模具定距，以中间载体运送冲件半成品，为了提高弯曲精度，在料中间冲切了导正孔，在弯曲时对条料进行校正定位。不仅提高了材料的利用率，且由于2个单向弯曲设计在同一工位，抵消了弯曲而产生的侧向力，使弯曲时受力合理，以导正钉精确定距，保证步距精度。为了更好地利用导正钉定位，模具采用反翻边孔结构。图2 定毛坯尺寸由零件可知主要是圆弧处尺寸展开的精确性决定毛坯展开的精度，因该零件有4处弯曲件展开公式进行计算，每处圆弧处展开尺寸按公式：L=/2*（18090 (1)=R+2)式中：L中性层展开长度，中性层半径，弯曲中心角，()K中性层位置系数Rt=1，则K=0325可得：=1325=18492 确定钝角 U 形弯曲的尺寸差由公式X=3)式中：；X凸模、凹模单面尺寸差t材料厚度A系数参见图1，则单侧与竖直面夹角=10，查表可得：A=0839，X=定预冲孔直径尺寸根据以往经验，参见图3，由公式1-(R1+t/2)+2(4)式中：预冲孔直径翻边孔外圆弧圆中心所在直径，翻边孔外圆弧圆半径，翻边孔外圆弧圆中心与翻边孔断面距离，1材料厚度，1)可得：预冲孔直径 确定双斜楔结构角度参数双斜楔具体结构(见图4)。假设从动斜楔1的垂直行程为A，水平滑块2的水平行程为B，升降滑块3的垂直行程也就是翻边孔凸模的行程为C，那么三者的关系为：B=(5)C=B/6)所以C=A*A、此设计中角度x=30，y=60。图4 模间隙从翻边的形状可知，按平面毛坯上翻孔间隙来计算，并参照实际经验，确定凸模、t=1具结构形式该制件主要工序为：冲孔、翻孔、落料。采用多工序级进模，结构紧凑，冲出的制件精度高，生产效率也高，适合大批量生产。采用自动送料，自动卸料，采用弹性卸料装置，具有压料作用，冲裁质量较好，模具精度应比冲裁件精度高23级，不应高太多，以免增加制造成本。具材料选择6冷冲压模具的成本分析 在冷冲压模具设计中，常常要提到模具成本问题，即经济性。所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。在冲压生产中，既要保证产品质量，完成所需的产品数量，又要降低模具的制造费用这样才能使整个冷冲压的成本得到降低。在模具设计中主要考虑的问题是如何降低模具的制造成本。因为产品的成本不仅与材料费(包括原材料费、外购件费)、加工费(包括工人工资、能源消耗、设备折旧费、车间经费等)有关，而且与模具费有关。一副模具少则几万，多则上百万。所以必须采取有效措施降低制造成本。模具费在工件制造成本中占有一定比例。对于小批量生产，采用简易模具。因其结构简单、制造快速、价廉，所以能降低模具费，从而降低工件制造成本。在大批大量生产中应尽量采用高效率、长寿命的级进冲模及发展硬质合金冲压模。硬质合金冲模的刀磨寿命和总寿命比钢模具大得多。总寿命为钢模具的2040倍，而模具制造费用仅为钢模具的24倍。而对中批量生产，首先应尽量使冲模标准化，大力发展冲模标准件的品种，推广冲模典型结构，最大限度地缩短冲模设计与制造周期。制造中、小型冷冲压模具的材料有铸铁、碳素工具钢、合金工具钢、硬质合金、钢结硬质合金以及锌合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨脂橡等。冲模主要零件所使用的模具钢有碳素工具 钢、低合金工具钢、高碳高铬工具钢、高碳中铬工具钢、硬质合金及钢结硬质合金等。凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作的，并伴随有温度的升高，工件条件极其恶劣。所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐有温度的升高，工件条件极其恶劣。所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐冲击性、淬透性和切削性，硬度很大，热处理变形小，而且价格低廉。设计模具时，合理选取模具材料是关系到模具寿命和成本的一项重要工作。冲模的主要零件凸模、凹模和凸凹模等材料的选取尤应慎重通常应考虑如下几点：（1）根据冲压件生产批量的大小来选取模具材料。当冲压件的生产批量很大时，凸 模、凹模和凸凹模应选取质量高、耐磨性好的模具钢。例如2）根据被冲压材料的性能、工序性质和冲模主要零件工作条件和作用来选取模具材料。（3）应考虑模具材料的冷、热加工性能和工厂现有条件。7（4）应考虑我国模具钢的生产和使用情况。对于该制件主要工序为：冲孔、翻孔、落料，且要求大批量生产，所以模具材料应采用质量较高，能保证耐用度的材料。故凹、凸模可以选择高碳高铬工具钢处理硬度：6062 冲压工艺方案的确定工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和工序的顺序安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的方案。冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。级进模是在压力机的一次行程中，一副模具的不同位置上完成多个不同的工序。根据对零件进行分析,综合考虑材料利用率,工艺合理性及模具结构简易等,工序安排:1冲导正孔;2冲预冲孔;3切边;4切边;5空步;6弯曲成型;7翻孔；8切边。工位数的确定：（1）应保证冲件的精度要求和零件几何形状的正确性。对要求零件精度比较高的部位，应尽量集中在一个工位上一次冲压完成。在一个工位完成确实有困难，需分解为两个或多个工位时，最好放在相邻的工位上。（2）对于复杂的形孔和外形分断切除时，只要不受精度要求和模具周边尺寸的限制，应力求做到各段形孔以简单、规则、容易加工为基本原则。（3）在普通低速压力机上冲压的级进模，为了使模具简单、实用缩小模具体积、减少步距的积累误差，凡是能合并的工位，只要模具自身有足够的强度，就不要轻易分解，增加工位。空工位的设置原则：（1）用导正销做精确定具的条料，可适当增加空位，因步距积累误差较小，对产品精度影响不大。反之，定距精度差的，不应轻易增设空工位。（2）当模具步距较大（一般步距大于16，不宜多设置空工位。步距大于30不能轻易设置多个空工位。（3）一般来说，精度高、形状复杂的零件，应少设置空工位。反之，可适当增加空工位。【1】裁力冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料厚度、工件8周边长度、材料的力学性能等参数有关。冲裁模设计时为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。压力机吨位必须大于计算的冲裁力。以适应冲裁的要求。冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。考虑到成本和冲裁件的质量要求，平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力F(N)可按下式计算：F （7）式中 L冲裁件周边长度(t材料厚度( 材料抗剪强度(K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素实际冲裁力可能增大，所以应取F1.3 t （8）式中 F最大可能冲裁力(称冲裁力)；材料抗拉强度( 。圆孔的冲裁力的计算：1F= 1140N/ 2）切断部分的冲裁力计算：3F=40N/ 2）孔部分的力计算：自由力为：2 t （9）式中 C与弯曲形式有关的系数，安全系数，料宽（t料厚（r弯曲半径（b 材料强度极限(则：92 0 ( 4401 =）压料力的计算：压料力80%，即：( F 自 （10）式中 Q压料力， Q=942F F Q 自压力机 =料力及推件力的计算：由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而冲落的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下的板料、带料的力称为卸料力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料顺着冲裁方向推出的力称为推件力。卸料力的大小与凸模和凹模之间的间隙、工件形状、材料的种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关。要准确计算很困难，实际生产中常用下列经验公式计算：【1】卸F （11）式中 F冲裁力（N）；卸料力系数。在整个冲裁过程中均有卸料力，则卸（ 1F+ 2F+ 3F）式中：1F、 2F、 3F分别是大圆孔、小圆孔、切断部分的冲裁力。查表1 取）采用弹性卸料装置和下出料方式的总压力为：F F F F 总 冲 卸 推1F+ 2F+ 3F+推=）表 1 卸料力、推件力及顶件力系数卸 顶10纯铜、黄铜 合金 05.形凸模的设计设计图如5基本尺寸模材料用口部分热处理硬度为60 62部回火至40 50模的固定方法采用台阶式凸模，将凸模压入固定板内，采用H7/5 3圆形凸模模长度计算11凸模的长度应根据冲模的具体结构确定，应留有修磨余量，并且模具在闭合态下。卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。【2】一般按图6所示的结构计算，凸模长度应为：L=2+H3+a （12）式中 凸模固定板厚度；卸料板厚度；导尺(导板)或坯料厚度；a附加长度主要考虑冲头总修量及模具闭合状态下卸料板到冲头固定板间的安全距离。一般取10 20据设计可知，02=203=1mm,a=10凸模进入凹模取2以凸模总长度为：L=626 凸模长度对于特别细长的凸模或凸模断面尺寸小而板料厚度大时则应进行强度校验。压应力校验冲裁时，凸模承受的最小断面压应力 ，必须小于凸模材料强度允许的压应。12即： （13）对圆形凸模，由上式可得 4 （14）即： 式中 凸模最小断面压应力（F凸模纵向总压力（凸模最小截面的面积（ 2；圆形凸模最小截面的直径（t冲裁材料厚度（冲裁材料抗剪强度（ 凸模材料的许用压应力，对于取 =（ 310 模有特殊导向时，可取 =（2 3） 310 4 = 234 0 =于大小圆形冲孔凸模均能满足要求。纵向弯曲应力的校核：无导向装置的圆形凸模90d F （15）有导向装置的圆形凸模270d F （16）式中 凸模允许的最大自由长度（F冲裁力（N）；d凸模最小截面直径（设计中卸料板兼其导向作用，所以对于 5 21(5 )270 =221(12 )270 =形凸模固定端面的压力凸模固定端面的单位压力按下式计算，即q= （17）式中 q凸模固定端面的压力，凸模固定部分最大剖面积， 2F落料或冲孔的冲裁力，N； 模座材料的许用压应力，于 5 q= )2 =219 对于12q= )2 =176 凸模固定端面与模座直接接触，当其单位压力超过模座材料的许用压应力时，模座表面就会损伤。为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。模座材料采用铸铁，许用压应力90 1403】断凸模设计此凸模为非标准件，为保证冲裁质量，避免毛刺的产生，故模具宽度要比冲裁工件宽度宽一些，一般比冲裁材料宽2t。采用线切割或成形磨削加工，固定部分应和工作部分尺寸一致。所以设计凸模结构如下图7所示：切断凸模高度设计为与圆形凸模一样高。凸模固定方式也才用台阶式，将凸模压入固定板内，采用H7/ 凸模承压力校核：冲裁时，凸模承受的最小断面压应力 ，必须小于凸模材料强度允许的压应力。即： 式中 凸模最小断面压应力（14F凸模纵向总压力（凸模最小截面的面积（ 2。= 抗纵向弯曲应力的校核：无导向装置的一般形状凸模25 I F （18）有导向装置的一般形状凸模200 I F （19）式中 凸模允许的最大自由长度（F冲裁力（N）；I凸模最小截面惯性矩（ 4。图7 凸模结构15模形状类似为工字形，可按工字形截面求其近似惯性矩I，则* （20）可以导出 *b式中 *S 中性轴静矩， *S = 22 2 0 00( )8 2 4b hb h h ； （21）最大剪应力。*b = 22 2351250N 0 (23 20 ) 0 2 4 =21200 I F = 41200 16177.2 1250N =断凸模固定端面的压力切断凸模固定端面的单位压力按下式计算，即q= 式中 q凸模固定端面的压力，凸模固定部分最大剖面积， 2F落料或冲孔的冲裁力，N； 模座铸铁材料的许用压应力，q= =90