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锁壳冲裁
模具设计
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锁壳冲裁模具设计（全部资料）,锁壳冲裁,模具设计,全部,全体,整个,资料
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第 1页 共 41页 摘 要 模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，他它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。例如，冲压件和锻件是通过冲压和锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的；金属压铸件、粉末冶金零件以及塑件、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制件，绝大多数也是通过模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料、低成本等特点，现已在国民经济各部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。 本设计的题目是锁壳的冲裁模具设计 ,作为冲裁件 ,复合 冲裁件的一般工艺。 冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量其设计是否合理。一般的讲，在满足使用的要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术的水平和设备条件等因素的影响。 关键词： 冲裁件 锁壳 冲压工艺 ie in a of is he it by to a to by in of of to is in of in is of a as of is to of to of in it is is is it is by of 录 摘 要 . 1 . 2 目 录 . 3 第一章 绪论 . 1 压的特点及应用 . 1 裁的现状和发展趋势 . 1 裁工艺方面 . 1 模设计与制造方面 . 2 裁设备及冲裁自动化方面 . 3 裁的基本原理 . 3 第二章 设计任务及总体设计方案 . 4 计任务 . 4 体设计方案的确定 . 4 裁模具的选择 . 4 第三章 冲裁工艺分析及凸模与凹模刃口尺寸计算 . 6 3 裁工艺分析 . 6 裁变形分析 . 6 裁变形过程 . 7 裁件的质量及其影响因素 . 8 排样设计 . 8 料利用率 . 10 裁工艺计算 . 11 压力计算 . 11 模与凹模的刃口尺寸计算 . 12 第四章 上模零件设计 . 15 建上模元件 . 15 模组件 . 15 模的长度 . 16 模材料 . 16 模强度和刚度 . 17 模固定板 . 18 件装置 . 19 第五章 下模零件设计 . 20 模设计 . 20 模的洞口形装选择 . 20 模外形 尺寸 . 20 模的固定方法和主要技术要求 . 21 定板 . 21 料板 . 22 第六章 其它机构设计 . 24 具导向机构 . 24 位装置 . 24 定位板和定位销 . 25 正销 . 25 尺 . 26 刃 . 27 定零件 . 27 柱和导套 . 28 、下模座 . 29 柄 . 30 具的闭合高度 . 31 定模具结构 . 31 具寿命 . 32 具正常寿命 . 32 具失效形式及机理 . 32 具工作条件的影响 . 33 具材料性能的影响 . 34 结 束 语 . 36 致 谢 . 37 参考文献 . 38 第 1页 共 41页 第一章 绪论 压的特点及应用 冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料和复合材料。 冲模是将材料加工成所需冲件的一种工艺装备。冲模在冲 压中至关重要，一般来说，不具备符合要求的冲模，冲压就无法进行 ;先进的冲压工艺也必须依靠相应的冲模来实现。 冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产效率很高，操作简便。对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件冲压件，而高速冲床每分钟可生产数百件甚至上千件的冲压件。冲压所获得零件一般无需冲压切削，因而节省能源 ,节省原材料的无切削加工方法。由于冷冲压所用原材料多是表面质量好的板料或带料，冲件的尺寸公差有冲模来保证，所以产品尺寸稳定，互换性好。冷冲压产品壁薄，质量轻，刚度好，可以 加工成形状复杂的零件，小到钟表的秒钟，大到汽车纵梁，覆盖件等。 由于冲模制造一般是单件小批量生产，精度高，技术要求高，是技术密集型产品，制造成本高。因而，冲压生产只有生产批量大的情况下才能获得较高的经济效益。 冲压与其他加工方法相比，具有独特的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用广泛。相当多的工业部门越来越多的采用冲压加工产品零部件，如机械制造，车辆生产，航空航天，电子，电器，轻工，仪表及日用品行业。在这些工业部门中，冲压件占得比重相当大，不少过去用铸造，锻造，切削加工方法制造的零件，现已被质量轻 ，刚度好的冲压件所代替。通过冲压加工，大大提高了生产率，降低了成本。可以说，如果在生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门的产品要提高生产率，提高质量，降低成本，进行的产品的更新换代是难以实现的。 裁的现状和发展趋势 裁工艺方面 研究和推广应用主要在提高身产率和产品质量，降低成本和扩大冲裁工艺应用范围的各种冲裁新工艺是冲裁技术发展的重要趋势。目前，国内外迅速涌现出各种用于生产的冲裁。先进的冲裁工艺有精密冲裁，柔性模成形，超塑性成形，无模多点成形，爆炸和电磁等高能成形，高效精密的冲裁技 术以及冷挤压技术等。这些冲裁先进技术在实际生产中已 经取得良好的技术经济效果。 精密冲裁时提高冲裁件精度的有效方法，有时扩大冲裁加工范围的重要途径。目前精密冲裁的精度可达 料厚度可达 可以成形（精密弯曲，拉深，翻边，冷挤，压印和沉孔等）柔性模成形能够成形出一普通冲压成形难以成形的材料和复杂形状的零件，并可以改善成形条件，提高极限变形程度。我国自主研制的具有国际先进水平的无模多点成形设备与无模多点成形计算机系统，可以根据需要改变变形路颈与受力状态，提高材料 成型极限，快速经济的实现三维曲面的自动化成形。各种高能成形方法可以快速生产批量小，形状复杂，强度高的板料件，在航天，国防工业中具有重要的实用价值。利用金属在特定条件下具有超常的塑性，一次成形能替代多次常规成形工序，在提高生产率和产品精度，解决一些特殊产品的身产方面具有重要意义。国内外研究在冲裁生产中应用计算机模拟技术，预测，分析和解决板料成形过程中的问题，优化冲裁成形工艺，这是冲压成形技术中特别应注意的发展方向。激光快速成形技术以及快速制模技术为新产品开发和快速制模开拓了广泛的发展前景。 模设 计与制造方面 （ 1） 模具的结构和精度正朝着两方面发展，一方面是高速，自动，精密，安全等大批量自动化生产需要，冲模正向高效，精密，长寿命，多工位，多功能方向发展；另一方面，为适应市场上产品更新换代的要求，各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造业得到迅速发展。 高效，精密，多功能，长寿命多工位级进模和汽车覆盖件冲模的设计制造水平代表了现代冲模的技术要求。我国能够设计制造机电一体化的达到国际先进水平。高效，精密，长寿命，多工位级进模，工作零件精度可达到 2 5距精度可达到 2 3寿命达到一亿 模次以上。 (2) 模具设计与制造的现代化 计算机技术，信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛应用，是模具设计制造水平发生了深刻的革命性变化。目前最突出的是模具汽车行业的主要模具企业，实现了 一体化。尽管其总体水平与国际上的还有差距，但它代表了我国模具技术的发展成果与发展方向。 模具的加工方法迅速现代化。各种加工中心，高速铣削，精密磨销，电火花铣削加工，慢走丝线切割，现代检测技术等等已全面走向数控或计算机数控化。许多加工手段大大突破了传统的技术水平，高速铣削 的加工精度可达到 10面粗糙度 于 1可实现硬材料 60大提高了模具的装配精度，优化了模具的加工工艺。在模具 材料及热处理，模具表面处 理等方面，国内外都进行了不少研制工作，并取得了良好的实际效果，冲模材料的发展方向是研制高强韧性冷作模具钢 如 6512具的标注化和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。这是由于模具表准化是组织模具专业生产化的前提，而模具的专业化生产时提高模具质量，缩短制造周期，降低成本的关键 。我国已颁布了冲压术语，冷冲模部件的标准化。 裁设备及冲裁自动化方面 性能良好的冲裁设备是提高冲裁生产技术水平的基本条件。高效率，高精度，长寿命的冲模需要高精度，高自动化的冲裁设备与之相匹配：为了适应冲裁新工艺的需要，研制了许多新型机构的冲裁设备，为了满足 新产品少批量生产的需要，冲裁设备朝多功能，数控方向发展：为了提高生产率和安全生产，应用各种自动化装置，代表了冲裁新趋势的冲压柔性制造单元（ 和冲压柔性制造系统（ 在我国已广泛使用。 裁的基本原理 冲裁工艺 与冲模设计制造方面的发展，均与冲裁变形基本原理的研究进展是分不开的。通过对锁壳的冲裁工艺性能的研究，冲裁成形过程应力应变分析和计算机模拟，板料变形规律的研究，为逐步建立起紧密结合生产实际的先进冲裁工艺及冲模设计方法而努力，为自己以后的模具设计打下坚实的基础。 第二章 设计任务及总体设计方案 计任务 （ 1）冲裁过程分析 ： 此部分为板料在冲裁时的变形过程，剪切区的应力状态以及冲裁件断面分析。包括冲裁件的形状，尺寸估算。冲裁力的计算。 (2) 冲裁模的设计 ： 包括凸模 与凹模的尺寸计算，冲裁模的结构分析，以及冲裁件主要部件和零件的设计选用 。 （ 3）冲裁件的工艺过程设计 。 体设计方案的确定 锁壳冲裁模具设计总体方案拟定以下内容：冲裁件形状的选择，冲裁力的计算 ，冲裁件的工艺分析 以及冲裁模具的选用等内容。 在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁件的工艺方案。确定冲裁工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定，关键点确定冲裁工序的组合与工序顺序。 一般根据锁壳冲裁的设计任务，冲裁模具 的实际情况提出几个总体方案，进行综合分析，比较和论证。最后选出一个最合理的总体方案。 裁模具的选择 冲裁模的形式很多，本次设计以工序组合程度可分为单工序模，复合模，级进模。 单工序模 分为无导向模和有导向模两类，无导向模结构简单，易于制造和维修，模具在冲床 上安装时，调整间隙的均匀性困难，凸模与凹模的相对正确位置只能靠冲床导轨与滑块的配合精度来保证，因此模具的导向精度低，使用安全性差，不适于薄板料的冲裁。有导向模又分为导板模和导柱模两种。导板模是以导板上的导向孔对凸模进行导向，导向孔与凸模工 作端采用 H7/隙配合，这种模具多安装在偏心冲床上使用。为安全起见，工作时凸模的工作端要始终不脱离导板上的导向孔。由于其导向精度高，因而圆形和简单规则形状冲裁件的冲裁模多采用此结构。导柱模是靠分别安装在上、下模板 (座 )内的导套、导柱二者的良好配合，实现对凸模的导向。这种模具导向精度更好，使用安全方便，在批量生产条件下，冲裁各种尺寸精度较高且形状复杂的制件所用的冲裁模，均可采用此导向结构。尤其在复合模和级进模上采用导柱式模架结构，其优越性就更加明显，再则模架标准化后又可大大降低模具的制造成本。但是由于模具 增加了导柱、导套结构，使模具的外形尺寸增大。 板料在复合模中进行冲裁时，一次定位就可以完成冲裁件的内外形尺寸，故冲裁件的内外形的位置尺寸精度高，生产效率高，适合位置精度高、生产批量大的冲裁件选用。但是这种模具结构复杂，制造困难、周期长，再则冲孔凸模插入凹模深度较大，加剧了冲孔凸模和凸凹模的磨损而降低其使用寿命。另外，当冲裁件内外形尺寸相差较小时也不宜选用复合模。 复合模结构特点之一是具有一个落料凸模又作为冲孔凹模的凸凹模。按落料凹模安装位置不同，又有倒装复合模与正装复合模之分。落料凹模装在上模上，就称为倒装 复合模。若落料凹模装在下模上，就称为正装复合模。落料凹模装在下模上的正装复合模。一般冲孔落料复合模多采用倒装结构，落料拉深复合模采用正装结构；中小尺寸制件的单工序落料模或冲孔模要采用正装结构。 倒装复合模多采用刚性打料装置进行打料出件，结构简单、操作方便，但对制件不起压平作用。正装复合模向上出件，弹性顶件装置安装在下模上，并从压力机工作台上的漏料孔中向下伸出，条料在凸模和顶件器上下压紧的情况下冲裁；故制件平整，适于冲裁薄料。 板料在级进模中，一次冲裁可完成两个乃至十几个冲压工序。它与复合模生产的不同之处 在于，板料是在凹模的不同位置上完成不同的冲压工序，因而形成冲裁的连续生产。级进模有初始挡料装置级进模和侧刃定距连续冲裁模之分。由于模具能完成多道工序形成连续生产，生产效率很高，而且适于自动送料，故应用相当广泛。为了使导正销导正时不碰坏已冲出的制件内孔，一般对板料厚度要有一定要求 (板料厚度大于 3冲裁件的外形、内孔尺寸也不宜过小，否则冲裁件外形的凸模上安装导正销的孔径太小，使凸模难以加工 。 综上所述，本次锁壳冲裁模具 先冲孔，后落料 。故选用级进模。 得出模具制造成本较低、模具寿命较高、操作方便及安全 的工艺方案。 第三章 冲裁工艺分析及凸模与凹模刃口尺寸计算 3 裁工艺分析 锁壳的材料选择一般为不锈钢和普通钢制造。 冲裁是指利用模具在压力机上使板料产生分离的冲压工艺。冲裁可直接冲出所需形状的零件，也可为其它工序制备毛坯。冲裁时所使用的模具称为冲裁模。如 如落料模、冲孔模、切边模、冲切模等 。冲裁工艺的种类 很多，常用的有落料、冲孔、切断、切边、切口等，其中落料和冲孔应用最多。从板料上冲下所需形状的零件 (或毛坯 )称为落料；在零件(或毛坯 )上冲出所需形状的孔 (冲去部分为废料 )称为冲 孔。落料与冲孔的变形性质完全相同， 但在进行模具设计时 ，模具尺寸的确定方法不同，因此，工艺上必须作为两个工序加以区分。 1. 工艺分析 由于锁壳的制件形状简单，尺寸适中 ，板料厚度选用 大批量生产，属 普 通冲压件。但应注意几点： 1） 4 计时应加以注意， 2）制件具有圆弧连接的特性，应注意尺寸的精度。 3）大批量生产，应重视材料与模具结构的选择，保证一定的模具寿命。 2. 工艺方案的确定 本冲件所需的基本工序为冲孔、落料、一般可采用： 方案（ 1） :单工序模；生产率低，积累误差大，生产不够安全，模具简单，制造容易。 方案（ 2） :级进模；生产率高、误差小，生产安全，模具较复杂，制造稍难。 方案 （ 3），复合模；生产率高，误差小，生产不够安全，模具复杂，制造困难。 拟采用方案（ 2） 采用 级进 模冲裁的方案 裁变形分析 冲裁 模具对板料进行冲裁 ，当 凸模下降至与板料接触时，板料就受凸 、凹模端面的作用力。由于 凸 、凹模之间存在间隙，使 凸 、凹模施加于板料的力产生一个力矩 M，其值等于凸 、凹模作用 的 合力与稍大于 间隙的力臂 a 的乘积 。在无压料板压紧装置冲裁时，力矩使材料 产生弯曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触，接触宽度约为板厚的 且， 凸 、凹模作用于板料垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而急剧增大 如下图所示。 1 图 模； 23冲裁是作用于材料上的力 其中： 凸 、凹模对板料的垂直作用力； 、 凸 、凹模对板料的侧压力； P 、 凸 模端面与板料间摩擦力，其方向与间隙大小有关，但一般指向模具刃口 。 裁变形过程 冲裁是分离变形的冲压工序。当 凸 模、凹模之间的间隙正常时，工件受力后必然从弹性变形开始，进入塑性变形，最后以断裂分离告终 。如图所示。 图 (a) 弹性变形 (b)塑性变形 (c)出现裂纹 (d)裂纹贯通 (e)板料完全断分离 (f)剪切断面 2一板料 3一凹模 4一冲孔为工件，落料为废料 5一落料为工件，冲孔为废料 锁壳的冲裁变形阶段，大致可分为三个阶段 如（ a） 所示，当冲裁模的凸模下压接触板料时，材料将产生短暂的、轻 微的弹性变形。 若板料内部的应力没有超过弹性极限时，当凸模卸载后，板料立即恢复原状 。 如 (b)所示，凸模继续下压，板料变形区的应力将继续增大。当 板料内的应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性剪切变形。随着凸模的不断压入，材料的变形程度便不断增加，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，最后在凸模和凹模的刃口附近，达到极限应变与应力值时， 既图（ C） 时， 材料就产生微小裂纹，这就意味着破坏开始，塑性变形结束。 裂纹产生后，此时凸模仍然不断地压入材料，已形成的微裂纹沿最大剪 应 力的 速度方 向向材料内延 伸，向楔形那样发展，若间隙合理，上下裂纹则相遇重合，板料就被拉断分离。由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域。当 凸模再 向 下行， 凸模将 冲落部分全部挤入凹模洞口，冲裁过程到此结束 . 图 (d)、 (e)表示了断裂分离的全过程，图 (d)表示裂纹发展与贯通的情形。图 (e)表示冲裁结束时板料被完全分裂分离的情形。被冲入孔的一块料在落料时为工件，冲孔时为废料。 裁件的质量及其影响因素 冲裁件质量是指断面状况、尺寸精度和形状误差。断面状况尽可能垂直、光洁、毛刺小。尺寸精度应该保证在图样 规定的公差范围之内。零件外形应该满足图样要求；表面尽可能平直，即拱弯小。 冲裁模的制造精度对冲裁件尺寸精度的影响最直接，冲裁模的制造精度愈高，冲裁件的精度愈高。冲裁件尺寸越小，形状越简单其精度越高。 对于断面质量起决定作用的是冲裁间隙。如间隙选的合理，冲裁时上、下刃口处所产生的裂纹就能重合。所得工件断面虽不很光滑，且带有一定锥度，但已满足要求。 凸模或凹模磨钝后，其刃口处形成圆角。在冲裁时，冲裁件的边缘就会出现毛刺。在冲裁工作中，产生很大的毛 刺是不允许的，应查明原因加以解决。如有不可避免的微小的毛刺出现，应在冲裁后设法消除。一般生产中允许的毛刺高度，可查相关资料。 排样设计 图 锁壳排样图 冲裁件在条料或板料上的布置方式称为排样。排样方案对材料利用率、冲裁件质量、生产率、生产成本和模具结构形式都有重要影响。 由于锁壳的冲裁模具的工序为先冲孔后落料。所以排样方式选为 无 搭边，直排如图所示。 模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离称为送料进距或步距。当单个进距内只冲裁一个零件时，送料进距的大小等于条料上两个零件对应点之间的距离。 A=D+ 134+ （ A 送料进距，单位 D 平行于送料方向的冲裁件宽度，单位 冲裁件之间的搭边值，单位 由于板料的厚度为 3 故搭边值 料宽度的确定 冲裁前通常需按要求将板料裁剪为适当宽度的条料。 送料进距 条料下料宽度偏差 于本设计选用有测压装置，则条料宽度为 B=(L+2a+ )0-)(3 2) 式 (3 2)中 B 条料宽度，单位 L 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸，单位 a 冲裁件与条料侧边之间的搭边，单位 条料下料时的下偏差值，见上表，单位 B=(L+2a+ )0-)= 材料利用率 材料利用率是冲压工艺中一个非常重要的经济技术指标。其计算可用一个进 距内冲裁件的实际面积与毛坯面积的百分比表示 : 考虑到料头、带尾和边余料的材料消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率 &总为： & = X 1 0 0 % (3 3) n 一张板料 (或带料、条料 )上冲裁件的总数目； S 一个冲裁件的实际面积，单位 L 板料的长度，单位 B 条料宽度，单位 & = X 1 0 0 %34 75% 本设计的材料利用率达到经济要求。故可行。 裁工艺计算 冲压力及压力中心的计算 压力 计算 冲压力是冲裁力、缷料力、推件力、和顶料力的总称。 F= 式中 F冲裁力，单位 N； L 冲裁件周边长度，单位 K 系数，取 K= 材料抗剪强度 ， 单位 查表约取值 300t 材料厚度为 单位 L=170 2+134 2+2 14+2 8+4 2 3= = 300 80588N 卸料力 ( 推料力 ( 顶件力 (计算 F=480588=2=n K F=86505N 3 F=1 卸料力系数，其值为 料 取大值， 厚料取小值 ) 推料力系数，其值为 料取大值， 厚料取小值 )； 顶件力系数，其值为 料取大值， 厚料取小值 )； n 梗塞在凹模内的制件或废料数量 (n h 直刃口部分的高 ( t 材料厚度 ( 卸料力和 顶件力还是 设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和 . 1+3=6505+=Fz/g=） 故选用 12吨的压力机，冲压机的类型选用开式曲柄压力机。与其它类型的压力机相比具有工作效率高，成
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