冷冲压模具设计要点

目 录 前言 1 1 确定工件的工序方案 3 2 弯曲件的展开尺寸 4 3 落料模的设计 5 3.1 冲裁件的工艺性 5 3.2 冲裁间隙 5 3.3 凸凹模工作部分尺寸制造公差的确定 5 3.4 冲裁力、卸料力和推件力的计算 7 3.5 排样、搭边与料宽 8 3.6 凸、凹模的设计 8 3.7 定位零件的设计与选用 9 3.8 模架的尺寸和结构形式 10 3.9 卸料零件 103.10 压力机的选择 103.11 导向零件 113.12 落料模的说明 114 冲孔模的设计 124.1 冲裁件的工艺性 124.2 冲裁间隙 124.3 凸凹模工作部分尺寸与公差 124.4 冲裁工艺力的确定 134.5 冲模压力中心的确定 134.6 凹模设计 144.7 凸模设计 144.8 凸模与凹模的固定 144.9 定位装置 144.10 卸料装置 144.11 漏料孔 154.12 模架的结构形式和有关尺寸 154.13 导向零件 154.14 压力机的选择与模具的安装 164.15 说明 165 第一道弯曲模设计 175.1 弯曲件的工艺性 175.2 弯曲件的回弹 175.3 弯曲力的计算 185.4 弯曲模间隙 185.5 弯曲模工作部分尺寸计算 195.6 压力机的选择 195.7 模架的设计与有关尺寸 205.8 导向零件 205.9 顶出机构 205.10 模具的安装 206 最后一道弯曲模设计 226.1 弯曲件的工艺性 226.2弯曲件的回弹 226.3 弯曲力的计算 236.4弯曲模的间隙 236.5 弯曲模工作部分尺寸计算 246.6 压力机的选择 246.7模架的设计与有关尺寸 256.8 顶出机构 256.9 模具的安装 257结论 26致谢 27参考文献 28附件清单 29前言冷冲模是冲压加工工艺的装备之一，被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以及在国防工业中。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。但同时，冲压技术的推广受到投入成本低，模具成本高，不适应中小生产规模的特点。但是总的说来，随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包括冷压模一定会得到更普及地应用。随着冲压工艺的广泛应用于国民经济中，再加上随着数控技术和机械CAD/CAM的发展，冷冲模的发展和迅速。它以生产率高、成本相对低廉被广泛应用。外国的冲压模发展水平相当高，无论是设计还是制造，都达到较高的水平。以精确的定位，合理的工艺，连续加工精度很高的薄臂零件。而国内模具行业的起步较晚，基本上以单模为主，因此，加工精度够高。冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。因此它是一门综合性很强的学科。经过了三个多月的学习，设计，绘图，我学会了冲裁的机理，冲压的基本理论；理解了冲裁力，卸料力等工艺参数的确定；熟悉了冲裁模的结构，内部的结构零件及其设计的控制点；同时对于弯曲模、冲孔模、拉深模、落料模的结构能够熟悉了解。电机碳刷架的加工包括了冲孔、落料、和弯曲的加工。通过对冲孔模、落料模、弯曲模的学习，分析和比较了各加工工艺方案，完成了模具总体的结构分析，进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算。绘制了装配草图并进行零部件初步选用设计,然后确定外形尺寸,选择冲压设备,绘制总的装配图和非标准的零件图。落料和冲孔都属于冲裁模。冲裁模是从条料、带料或半成品上使材料烟规定的轮廓产生分离的模具，随着科学技术的发展，冲压技术也向高速化、自动化、精密化的方向发展。冲裁模一般分为简单模、级进模、和复合模。简单模在国内应用比较广泛，它是在压力机的冲压行程中完成一次冲裁工艺。简单模也分为无导向简单模、导板式简单模，和导柱式简单模；级进模是在单工序冲模基础上发展的一种多工序、高效率冲模。在压力机一次冲程中，级进模在其有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工艺，在最后工位冲出完整的工件。由于级进模是连续冲压，因此生产效率高，适用于大规模生产，但是因为其结构复杂，定位要求比较严格，因此说制造成本高。复合模是指在压力机的一次冲压行程中，经一次送料定位，在模具的同一部位可以同时完成几道冲裁工序的模具称为复合模。复合模同连续模一样，也是在简单模的基础上发展的一种较先进的模具。与连续模相比，冲裁模冲裁件的位置精度高，对条料的定位精度要求低，复合模的轮廓尺寸较小。复合模虽然生产效率高，冲压件精度高，但模具结构复杂，制造精度要求高，适用于生产批量大，精度要求高，内外形尺寸差较大的冲裁件。电机的炭刷架的材料是冷轧钢板，适用于冷冲压加工。如何去安排合理的加工工艺，确保生产的效率最高，同时也能满足零件的加工要求。这是整个设计的重点。在该零件的加工中，包括了冲孔，落料，以及弯曲等冷冲加工。冲孔属于冲裁加工的一种。冲裁模的结构比较简单，冲裁过程分为弹性变形阶段，塑性变形阶段，断裂分离阶段。其断层直接关系到冲裁加工质量的好坏，一般的，断面分为四个特征区，即圆角带，光亮带，断裂带，和毛刺。我们必须有合理的冲裁模的间隔来保证良好的特征带的分布。冲裁模有刃口尺寸、冲裁力等工艺参数的确定。在设计电机炭刷架的冲孔和落料加工时，须首先确定其力学性能，然后设计主要零件，完成结构草图，最后完成装配图。弯曲是将金属材料完成一定的角度、曲率和形状的冲压工艺方法。通常弯曲加工的材料有板料、棒料、管材和型材。弯曲有回弹的现象，因此回弹会降低弯曲件的精度，是在弯曲加工中不易解决的问题，因此在设计的时候必须考虑这个问题，例如可以考虑通过利用回弹规律补偿回弹，改变弯曲变形区应力状态校正回弹等。在了解了弯曲加工的特点及工艺参数后，安排了炭刷架的合理的工序，熟悉各种模具结构。进而完成零件设计和结构设计，绘制零件工作图。在冲压模的设计过程中，还必须考虑到模具的成本，因此在进行选材，结构设计时，必须尽量不去设计形状复杂的结构，同时采用镶嵌式代替整体式的结构。针对模具的定位要求高的特点，在零件的设计中必须要有比较高的加工精度要求。总的一句话，必须在有高的模具寿命和满足加工精度要求的基础上，尽量降低模具材料的成本，简化模具的结构，这样才能有利于这个行业在我国的发1 确定件的工序方案 根据工件的形状.材料.厚度及实际加工的需要,生产工件的工序过程如下: 1. 从板料上冲出落料件(该落料件即为弯曲体的展开图的外轮廓形体。根据弯曲体的展开尺寸,设计出冲模,将所需工件冲下。所冲工件如图所示： 2第一次冲孔，冲五个间距要求不太高的圆孔。（这五个圆孔如上图所示的五处分布）。 3第二次冲孔，冲方孔。 4第一次弯曲，选弯曲复杂部分，即如上图所示的a. b部分。 5第二次弯曲，弯曲两边，即U形弯曲。弯折线如上图中虚线所示。 6第三次弯曲，弯曲中间，弯折线如上图红线所示。. 第三次冲孔，此乃最后一道工序，因为此两孔间距要求较高，如果放在其它工序中冲，则可能影响定位要求，故最后工序冲此两孔比较合适。2弯曲件的展开尺寸2.1长度方向上的计算： 表-r/t0.250.30.40.5K0.310.320.350.37根据r/t=0.25查表得此中性层系数k=0.31。 L圆弧=2P/360 =（r+kt） =90（0.5+0.312） =1.7627(mm)L直线=10.5+9+14.5+342 =102(mm) 长度方向上展开总长度为： 4L圆弧+L直线=41.7627+102=109(mm)2.2 宽度方向上的计算： 根据r/t=0.5查表得中性层系数k=0.37 L圆弧=（r+kt）/180 =90（1+0.372） =2.7318(mm) L直线=11+10=21(mm) L1= L直线+ L圆弧=21+2.73(mm)另一边: L直线=11+31=42(mm) L2=L直线+L圆弧=42+2.7318=44.73(mm)3 落料模的设计3.1冲裁件的工艺性3.1.1冲裁体的精度应该在经济范围内进行选择,在本冲裁中,属于一般性常见的普通冲裁,因此精度应选择在IT12IT14极（）。3.1.2毛刺毛刺的高度与冲裁方式，材料，厚度有关，正常冲裁中的毛刺高度为: a 试模时0.05mm b 生产时0.15mm3.2 冲裁间隙 确定冲裁间隙的原则是：落料时，因制件尺寸随凹模尺寸而定，故间隙应在减小凸模尺寸上取得；冲孔时，因孔的尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应在增大凹模尺寸的方向上取得。 根据经验公式确定合理冲裁间隙： c=mt冲裁间隙系数m=20% c=mt =20%2=0.4(mm)3.3 凸凹模工作尺寸制造公差的确定3.3.1凸凹模尺寸计算应遵循如下原则：落料时，先确定凹模刃口尺寸，其大小应取接近或等于制件的最小极限尺寸,以保证凹模在磨损到一定的尺寸范围内也能冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙。3.3.2 凸凹模的工作尺寸的计算:弯曲体的展开图的形状比较复杂,材料厚度不太厚,因此,凸凹模的工作尺寸应配合加工法进行计算。冲裁凸凹模间隙如下: Zmax=0.36mm Zmin=0.246mm 未注公差的按IT14级计算 当尺寸为23.73mm时,公差为0.52mm, x=0.5; 当尺寸为12mm时,公差为0.43mm, x=0.5; 当尺寸为44.73mm时,公差为0.62mm, x=0.5; 当尺寸为9.5mm和9.73mm时,公差为0.36mm, x=0.5; 当尺寸为13.76mm时,公差为0.43mm, x=0.5; 当尺寸为R5时,公差为0.3mm, x=0.75; 当尺寸为109mm时,公差为0.87mm, x=0.5; 当尺寸为12mm时,公差为0.43mm, x=0.5; 其余x=0.75 用配合加工法时,应当以凹模为基准,凹模尺寸的计算公式如下表:尺寸分类凹模魔损后尺寸变化制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料 增 大 D 按凹模尺寸配合加工保证双面间隙D凹=(D-x) 减 小 dD凹=(d+x) 不 变 L/2L凹=L凹/2 注:取凹=/4 参照上表,本设计落料凹模的计算结果如下表:凹模磨损后尺寸变化制件按入体原则变化后尺寸计算 公式计 算 凹模尺寸 增 大12D凹=(D-X)D凹=(12-0.50.43) =11.7911.79 23.73D凹=（23.73-0.50.52） =23.4723.47 44.73D凹=（44.73-0.50.62） =44.4244.424D凹=（4-0.750.3） =3.783.7828.3D凹=（28.3-0.20.75） =28.228.25.5D凹=（5.5-0.750.3） =5.285.2852.5D凹=（52.5-10.2） =52.352.39.5D凹=（9.5-0.750.36） =9.239.235D凹=（5-0.750.3） =4.784.78不 变13.5450.215L凹=L凹/2L凹=13.5450.43/8 =13.50.0513.50.05180.15L凹=180.3/8=180.0375180.0375落料凸模的基本尺寸与凹模相同,但不必标注公差。 注明:以0.2460.36mm间隙配制。3.4 冲裁力、卸料力和推件力的计算:3.4.1冲裁力的计算 F冲=1.3Lt=260360（）,取=300。L为工件的周长 L=304.92(mm)。冲裁力F冲=1.3Lt=1.3300304.924=.6(N) 3.4.2 卸料力的计算:表双面间隙（）t.（）t.（）t. F卸=K卸F冲 查表 K卸=0.02 F卸=K卸F冲 =0.02.6 =4756.75(N)3.4.3 推件力的计算: F推=K推F冲 查表 取K推=0.03 F推=K推F冲=0.03.6=7135.128(N)3.5 排样、搭边与料宽3.5.1 排样 排样就是在板料、条料或带料上的布置方法,称作排样。排样是否合理,影响到材料的利用率、冲模结构、冲裁件的质量和生产率。根据所冲的落料件的形状采用搭边排样中的斜对排,一模冲两件。其排样图如装配图中的排样所示,工件的最长边与横向的方向的角度为10.25。3.5.2 搭边 搭边是指排样时制件与制件之间、制件与毛刺坯侧边之间多余的料。其作用是补偿定位误差,使条料在送进时有一定的刚度,以保证送料的顺利进行,从而提高制件的质量。 根据材料的厚度t=2由9查得工件与工件之间的搭边值a=2mm,工件与料边的搭边值为a=2.2mm。3.5.3 条料宽度的确定：B=109COS10.25+244.73sin10.25+22.2 =130(mm) 由于两边是采用侧刃控制送料步距，所以适当放宽，条料的宽度采用132.2mm3.6 凸、凹模的设计3.6.1 凸模的设计a.固定部分：由于所冲工件形状较复杂，并且要求具有防转要求，所以固定部分根据要求，设计成如图所示的形式，这样，不仅解决了防转问题，而且还节约了材料。b.台阶部分起防止凸模被拉下的作用，即承受卸料力的作用，其尺寸在此固定部分长23mm左右。c.工作部分 工作部分的尺寸前面已标注。由于其形状复杂，加工时采用仿形刨。d.凸模长度的计算 L=h1+h2+h3+h其中：L为凸模长度 h1为凸模固定板厚度，取25mm; h2为卸料板厚度，取15mm; h3为导料板厚度，取5mm; h为附加长度，一般取1020mm,这里取12mm 凸模总长 L=h1+h2+h3+h =25+15+5+12 =57(mm)3.6.2 凹模的设计 根据工件的形状、大小以及一模冲两件的特点来选择凹模的形状，由于中小型凹模常采用整体式凹模，只有大型凹模通常选用镶拼式，本落料模系中小型，所以选取整体式凹模。此处省略NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字6.1.2 最小弯曲半径 弯曲件的最小弯曲半径与材料的力学性能、硬化程度、纤维方向、表面质量等因素有关。其值： r=0.1t=0.22=0.2mm6.1.3 弯曲件直边高度 如上图所示的弯曲件，直边高度为H=33mm,满足H2t=22=4mm,所以符合弯曲条件。 弯曲件孔边距离为15.5，最小孔边距为S=2.2mm,15.5远大于最小孔边距，不处于弯曲变形区内，因此，弯曲基本不影响小孔的精度和形状。6.1.4 弯曲件的精度（1）弯曲件的角度公差为2。（2）弯曲件的直线尺寸公差为IT14级。6.2 弯曲件的回弹回弹是指金属材料在塑性弯曲时总是伴随着弹性变形，因此，当弯矩去掉之后，弯曲件的弯曲角与弯曲半径变的与模具尺寸不一致，回弹值通常以回弹角表示。 =-0 其中：表示回弹后制件的实际角度； 0：表示模具的角度6.2.1 影响回弹的因素（1）材料的力学性能 与弹性模数成反比；（2）相对弯曲半径r/t r/t大则回弹角大；（3）弯曲中心角 愈大，则愈小；（4）弯曲方式 校正弯曲比自由弯曲回弹角小；（5）制件形状 U形件回弹小于V形件。6.2.2 回弹角的大小 在实际设计时，通常按实验的数据来修正，或经试冲后再修正。 该弯曲为U形弯曲，且为自由弯曲 回弹角为=2。6.2.3 减小回弹的措施因为本弯曲件形状已设计好，所以，常常就以以下几个方面采取措施： （1）弯曲工艺方面压弯前将坯料进行退火处理。 （2）在模具结构方面： a.补偿回弹； b.增加压料力或减小凸凹模之间的间隙的方法减少回弹； c.弯曲时在弯曲件的端部加压的方法，不但能获得精确的弯曲高度，而且能减小回弹。6.3 弯曲力的计算6.3.1 弯曲力的大小通常采用经验公式 该弯曲为U形自由弯曲 弯曲力采用公式F=0.7KBt2b/(r+t) 其中：F 为自由弯曲力 B 为弯曲件的宽度为12 t 为厚度为2 r 弯曲件的内弯曲半径为0.5 b 为材料的抗拉强度,其值为400MPa K为安全系数，一般取K=1.3 弯曲力F=0.3KBt2b/(r+t) =0.71.31222400 =6.9888（KN）6.3.2 顶件力或压料力F1 顶件力一般取自由弯曲力的30%80%，现取自由弯曲力为50%。 顶件力F1=0.56.9888=3.4944（KN）6.3.3 弯曲时压力机公称压力的确定 F压F自=6.9888+3.4944=10.4832（KN）6.4 弯曲模的间隙U形件弯曲时，凸凹模间隙的大小对弯曲件质量有直接影响，过大的间隙会引起较大的回弹，过小的间隙会使制件厚度变薄，增加模具的磨损。因此必须确定合理的间隙值。凸凹模的合理间隙值可按下式进行计算： Z/2=t+ct其中： Z/2 弯曲凸、凹模单边间隙； t 坯料厚度； 坯料厚度正偏差； C 根据弯曲件高度H和弯曲线长度L决定的系数，这里取C为0.04。 t=2, 为零， C为0.04 Z/2=2+0.042=2.08 mm6.5 弯曲模工作部分尺寸计算6.5.1 凸模圆角半径rp 若弯曲件的内侧半径rrmin(材料所允许的最小弯曲半径,见冷冲模及塑料成型工艺与模具设计资料表1-3-1),则应取rp=r 凸模圆角半径rp=r=0.5mm6.5.2 凹模圆角半径rd及凹模深度L0 (1)凹模圆角半径 凹模圆角半径一般为不小于3mm,以免弯曲时材料表面产生划痕。 弯曲凹模圆角半径由冷冲模及塑料成型工艺与模具设计资料表1-3-16查得： rd=5mm （2）凹模深度L0 当弯曲U形件时，如果弯曲边长较大，而对平直度要求不太高时，可采用冷冲模及塑料成型工艺与模具设计资料表1-3-19空中的数值，查得：L0=20mm6.5.3 凸、凹模工作部分的尺寸公差 L凸=（Lmin+0.75） =（10+0.750.2） =10.15(mm) L凹=（L凸+ Zmin） =(10.15+2.08) =12.23(mm)6.6 压力机的选择6.6.1 由上面已确定为压力机的公称压力了,为10.4832KN。 6.6.2 压力机各参数如下: 发生公称压力时滑块离下死点距离SP=3mm 滑块行程:固定行程S=40mm 调节行程S1=40mm S2=6mm 标准行程次数 n=200次/min 最大闭合高度 H=160mm 闭合高度调节量 H=35mm 滑块中心到压力机的距离 C=100mm 工作台尺寸:前后 B=180mm 左右 L=280mm 工作台孔尺寸 前后B1=60mm 左右L1=130mm 立柱间距 A130mm6.7 模架的设计与有关尺寸采用中间导柱模架,根据L、B为125、80查冷冲模及塑料成型工艺与模具设计资料第九章表1-9-1、表1-9-5得到模架模座的有关尺寸,再查表1-9-7查得导栓、表1-9-9得导套尺寸及表1-9-11得模柄尺寸等等。6.8 顶出机构6.8.1 顶板与凹模的配合 弯曲件的形状相对比较复杂 顶板与凹模 采用非配合关系6.8.2 顶板的尺寸 顶板的长度一般根据弯曲件的长度而确定,或由凹模的长度确定。在前面的模具工作尺寸的计算中已求出了L凹=12.23mm,可知能够选顶板的长度为12.1mm。顶板的厚度由国家标准GB2867.4-81查得为9mm。6.9 模具的安装6.9.1 模具安装的注意事项: (1)检查模具的闭合高度与压力机的闭合高度是否合理; (2)模具安装前应将上下模板和滑块底面的油污揩试干净,并检查有无遗物,防止影响正确安装和发生意外事故。6.9.2 模具安装的一般次序如下: (1)根据冲模的闭合高度调节压力机滑块的高度,使滑块在下死点时与工作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。 (2)先将滑块升到上死点,冲模放在压力机工作台面规定位置,再将滑块停在下死点,然后调节滑块的高度,使其底平面与冲模上模座上平面接触。 （3）将压力机滑块上调35mm开动压力机，空行程12次，将滑块停于下死点，固定住下模座。结论在近两个月的毕业设计过程中，我从对模具一知半解到独立设计开发的过程中，我始终做到勤勤恳恳，坚持按照一般的冷冲模设计过程来严格地计划和安排进程。由于模具结构的精度要求高，各零件也较复杂，我始终学习基础的知识，熟悉各零件的作用及设计方法。在考虑加工工艺时，把一般的机械零件加工工艺知识与模具加工工艺结合起来。考虑零件的精度要求和模具的寿命确定合理的模具结构及各零件的配合精度。通过整个过程的学习体会。我觉得受益匪浅，也对这一行业充满了兴趣。冷冲模主要利用压力通过模具对钣金零件完成冲孔、落料、弯曲、胀形等加工。冷冲模加工的精度高，生产率高。通过毕业设计我熟悉了冷冲模的结构及设计方法。在此基础上，按照一般的设计程序，针对电机碳刷架的结构特点，安排了加工工序，设计了一套模具。总的说来，模具结构的设计应保证有足够的加工精度，确保较长的寿命。对于模具寿命和加工精度而言是相对矛盾的，因此为保证了精度要求我考虑了寿命的控制点，在安排压力机确定凸凹模间隙时考虑到寿命问题。模具