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垫板 冲压 工艺 分析 模具设计

资源描述：

T型垫板冲压工艺分析与模具设计,垫板,冲压,工艺,分析,模具设计

内容简介：

摘 要本套模具设计是垫板冲裁模的设计及加工制造全过程。垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力。为了保证模具的正常工作一般采用5-12mm,外形尺寸与固定板相同。设计内容是从零件的工艺性分析开始的。根据工艺要求来确定设计的大体思路计算出利用率、压力、推件力.主要零部件包括凸模凹模以及其他的如定位零件、卸料板、导柱导套等。通过对零件的了解可知有冲孔和落料2个工序。材料为10号钢，具有良好的冲裁性能，适宜冲裁。工件外形结构简单，形状规则，生产批量为大批量生产，再经过方案比较，故选择复合冲裁作为该副模具工艺生产方案即比较加工又便于经济；经过计算分析完成该模具的主要设计计算；选出符合该模具的定位方式、卸料出件方式导向方式；设计模具的工作部分即凸、凹模的设计，选择模具的材料即确定每个零部件的加工方案；仅接着根据模具的装配原则，完成模具的装配装配模具试冲通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给予纠正，并对模具进行适当的调整和修理。关键词：垫板 模具 冲压 II引 言引 言模具生产的工艺及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定产品的质量，效益，决定着一个国家制造业的国际竞争力。鉴于模具在国民经济的发展有十分的重要的地位和作用。国家颁布了(关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械工业技术改造序列第一位、生产和基本建设序列第二位。当前要加强技术改革创新完善体系。在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。通过改革与发展，采取各种有效措施，在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，逐渐缩小与世界先进水平的差距。“十一五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。T型垫板冲压模具设计目 录摘 要I引 言II目 录III1 冲压件的工艺性分析与方案确定11.1 冲压件工艺性分析11.2 冲裁工艺方案的确定22 主要设计计算22.1 排样方案的确定及计算22.2 冲压力的计算32.3 压力中心的确定及相关计算52.4 工作零件刃口尺寸计算63 模具总体设计83.1 模具类型的选择83.2 定位方式的选择83.3 卸料出件方式的选择83.4 导向方式的选择94 凸模、凹模、凸凹模的结构设计94.1 凸模结构的设计94.2 凹模结构的设计94.3 凸凹模的的结构设计105 模具材料的选用和模架的选择115.1 模具材料的选用115.2 模架的选择136 主要零部件的设计136.1 定位零件的设计136.2 导料板的设计146.3 卸料部件的设计147 模具总装图148 冲压设备的选择169 模具的装配和工作过程169.1 模具的装配169.2 模具的工作过程17结 论18致 谢19参考文献20201 冲压件的工艺性分析与方案确定1.1 冲压件工艺性分析工件名称：垫板零件简图：如图1所示生产批量：大批量材 料：10钢材料厚度：图1 零件图冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。 冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽。 腰圆形冲裁件，如允许圆弧半径，则R应大于料宽的一半，即能采用少废料排样；如限定圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生。 冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。此工件只有落料和冲孔两个工序。材料为10号 钢良好的冲压性能，适合冲裁。该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。根据所标注的尺寸公差可知，冲裁件内外形所能达到的经济精度为，工件的未标注尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，孔中心与边缘距离尺寸公差为。将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。1.2 冲裁工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案。方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。方案二：先落冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本较高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，制造难不大，成本相对比较低些，并且操作十分方便工件精度也能满足要求。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求但由于本副模具比较简单，仅有冲一个的孔采用该方案造价相对比较高，由于需要再定位装置精度很难达到工件上所标注的尺寸公差，故而采用该方案不符合市场经济规律（降低成本提高生产效率）。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二复合冲裁为佳。2 主要设计计算2.1 排样方案的确定及计算 设计复合模，首先要设计条料的排样图。垫板的形状具有一头大一头小的特点，直排样时材料利用率低，应采用直队排样，如图2所示的排样方法，设计成隔位冲压，可显著地减少废料。隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转1800，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隙中冲裁出第二部分工件。搭边值取由表2.1查得最小搭边值：。表1 最小搭边值a卸料板型式条料厚度t/mm搭边值/mm用于圆形及r2t用于矩形 L50aa1aa1aa1弹性卸料板0.251.21.01.51.21.82.61.52.50.250.51.00.81.21.01.52.51.22.20.51.01.82.61.52.51.01.51.31.01.51.22.23.21.82.81.52.01.51.21.81.52.43.42.03.0图2 排样图计算冲压件毛坯面积： 条料宽度： 布距： 一个步距距的材料利用率： 式中一个布距内冲裁件数目 冲裁件面积 条料宽度 布距2.2 冲压力的计算平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力（N）可按下式计算： 式中： 冲裁件周长 材料厚度 材料抗剪强度材料抗剪强度，材料厚度 落料力 冲孔力 落料时的卸料力 查表2.2：取表2 卸料力、顶件力、推件力系数材料及厚度/mm钢0.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0650.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03铝、铝合金0.0250.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09故 冲孔时的推件力取图3的凹模刃口形式，则个查表2.1：故选择冲床时的总冲压力为： 该模具采用弹性卸料和下出料方式。根据计算结果，冲压设备拟选J23-40。图3 凹模刃口形式图4 压力中心2.3 压力中心的确定及相关计算确定模具压力中心按比例画出零件形状，选坐标系，如图4所示。因零件左右对称，即，故只需计算。将工件冲裁周边分成基本线段，求出各段长度及各段的重心位置： 故压力中心C坐标为：（0，46.27）有以上计算结果可看以出，若选用J23-40冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。2.4 工作零件刃口尺寸计算在确定工件零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对比较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法计算。查表2.3得间隙值 ，。表3初始双面间隙Zmax、Zmin材料厚度t/mm08、10、3509M2、Q235Q34540、5065MnZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmaxZmin18-300.0200.025260-3600.0350.05030800.0200.030360-5000.0400.060801200.0250.0355000.0500.0701201800.0300.040校核： 满足 条件查表2.5得因数 按式 表5 磨损系数材料厚度t/mm非圆形冲件圆形冲件10.750.50.750.5冲件公差/mm10.360.16120.420.20240.500.2440.600.30对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用分开加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：当以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。零件图中未注公差的尺寸，查查表2.6找出其极限偏差：表6 冲裁件外径与内孔尺寸公差料厚/mm冲件尺寸/mm0.20.50.51122446一般精度冲裁件100.08/0.050.12/0.050.18/0.060.24/0.030.30/0.0110500.10/0.080.16/0.080.22/0.100.28/0.120.35/0.15501500.14/0.120.22/0.220.30/0.160.40/0.200.50/0.251503000.20.30.50.71.0较高精度冲裁件100.025/0.020.03/0.020.04/0.030.06/0.040.10/0.0610500.03/0.040.04/0.040.06/0.060.08/0.080.12/0.10501500.05/0.080.06/0.080.08/0.100.10/0.120.15/0.151503000.080.100.120.150.20查表2.5得因数为：当 时,当 时, 按式：3 模具总体设计3.1 模具类型的选择模具类型分为三种分别是：单工序模、复合模和级进模。单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模切口模等。复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两到以上不同冲裁工序的模具。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几个具有双重作用的工作零件凸凹模，如落料冲孔复合模中有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。级进模是指压力机在一次行程中依次在模具几个不同位置 同时完成多道冲压工序。由冲压工艺分析可知，该模具采用复合冲压，所以模具类型为复合模。3.2 定位方式的选择定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。因为该模具采用是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测定。3.3 卸料出件方式的选择卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置弹性卸料装置和废料切刀三种。固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把准过载上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为2.2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料，又因为是复合模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。3.4 导向方式的选择在冲压过程中，导向结构一般情况下直接与模架联系在一起，该模具采用后侧导柱的导向方式，提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，故该复合模采用后侧导柱的导向方式。4 凸模、凹模、凸凹模的结构设计4.1 凸模结构的设计冲孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直柱的形状，尺寸标注如图5。图5 圆形凸模4.2 凹模结构的设计凹模的刃口形式，考虑到本例生产量大，所以采用刃口强度较高的凹模，即图3所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，凹模的厚度（）和外径分别为：式中：式中：K有b和材料厚度t决定的凹模厚度系数查表4.1B垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离凹模壁厚c：尺寸标注如图6所示。表7 凹模厚度系数图6 凹模外形4.3 凸凹模的的结构设计本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凸模外，必然还有一个凸凹模。凸凹模的结构图如图7所示。校核凸凹模强度：凸凹模的最小壁厚: 而实际最小壁厚为，故符合强度要求。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保证双面间隙。凸凹模上孔中心与边缘距离尺寸的公差，应比零件图标注精度高级，即定为。图7 凸凹模5 模具材料的选用和模架的选择5.1 模具材料的选用 冷冲模用钢应具有的力学性能：1）应具有较高的变形抗力；2）应具有较高的断裂抗力；3）应具有较高的耐磨性及抗疲劳性能；4）应具有较高的冷热加工工艺性。 冷冲模零件材料选用原则：1）要选择能满足模具工作要求的最佳综合性能的材料；2）要针对模具失效形式选用钢材；3）要根据制品的批量大小，以最低成本的选材原则选材；4）要根据冲模零件的作用选择材料；5）要根据冲模精度程度选择钢材。 综合各种材料进行比较及材料的用途查下列表5.1和5.2可选择为冷冲模工作零件所用的钢材。表8 冷冲模工作零件材料零件名称使用条件选用材料凸模，凹模，凸凹模，凸、凹模镶块，连续模，侧刃凸模形状简单，冲裁材料厚度t小于等于3mm，中小批量生产的冲裁T8、T8A、T10、T10A冲裁件厚度t3mm，形状复杂，或冲裁厚度t3mm的中小批量冲裁Gr12、GrWMn、GGr15、Gr12MoV要求批量较大，使用寿命较长的冲裁模W18Gr4V、Gr4W2MoV、W6Mo5GrV2、YG15、YG20需要加热冲裁模3Gr2W8V、5GrNiMo、6Gr4Mo3NiWV选择说明：在选择冲裁凸模、凹模材料时，应根据模具的工作条件和失效特点，量材而用。如形状简单、尺寸较小、受力较小的凸、凹模，只需要热处理工艺适当。性能可以满足使用，生产批量不大时，可选用碳素工具钢，这样可以降低成本；反之，就应该选用变形较小，耐磨性高的合金工具钢。对于大、中型冲裁模，其材料成本与模具总成本10%18%左右，故应选用变形小、耐磨性高的合金工具钢较适宜。表9 冷冲模辅助材料的选用零件名称选用材料热处理硬度HRC上模座、下模座HT2040HT2547、ZG25、ZG35A3、A5模柄A3、A5凸模固定板、凸、凹模固定板A3、A5侧面导板45淬火4348导柱20渗碳0.815862导套20淬火5860导正销、定位销T7、T8淬火5256挡料销、挡料板45淬火4548垫板、定位板45、T7A淬火4348螺母、垫圈A3固定螺栓、螺钉A3、45销钉45淬火4548顶杆、摧杆45淬火43485.2 模架的选择模架选用中等精度的中，小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向送料，操作方便上模座：下模座：导柱：导套：垫板厚度：凸模固定板厚度：卸料板厚度取： 弹簧外露高度：模具闭合高度：可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-40的最大装模高度，由此可见，可以使用。6 主要零部件的设计6.1 定位零件的设计落料凸模下部设置两个导正销，分别借用工件上和两个孔作导正孔。导正孔的导正销的结构。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸凹模断面1mm，所以导正销直线部分的长度为1.8mm。导正销采用H7/h6配和。起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件，规格为816。图8 导正销6.2 导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定两导料板的宽度，导料板的厚度按表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。6.3 卸料部件的设计1卸料部件的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为14mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HRC.2螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉。公称直径为12mm,螺纹部分为M1010mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模断面1mm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。7 模具总装图该复合冲裁模将凹模即小凸模装在上模上，是典型的倒装结构，图9所示为本例的模具总图。模具上模部分主要由上模板、垫片、凸模、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以弹簧为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔漏下。两个导正销控制条料送进的导向，固定挡料销控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉、弹簧组成。冲制的工件由推件杆推简办推销和推件块组成的刚性推件装置推出。条料送经时采用活动挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装两个导正销利用条料上和孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在活动挡料销上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。活动挡料销位置电话设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成后，当导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距，用这种方法定距，精确可达到0.02mm。9 装配图8 冲压设备的选择通过校核，选择开式双柱可倾压力机能满足使用要求。其主要技术参数如下： 公称压力：滑块行程：最大闭合高度：连杆调节量：工作台尺寸：垫板尺寸：模柄孔尺寸：最大倾斜角度：9 模具的装配和工作过程9.1 模具的装配根据复合模装配要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间隙、试冲、返修，具体装配见表11。表11垫板复合模的装配序号工序工艺说明1凸、凹模预配（1）装配前仔细检查各凸模形状以及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度、形状。（2）将各凸模分别与相应的凹模孔相配，检查其间隙是否加工均匀。不合适者应重新修磨或更换。2凸模装配以凹模孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板7的形孔中，并拧紧牢固3装配下模（1） 在下模座上划中心线，按中心预装凹模、导料板；（2） 在下模座、导料上，用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置，并分别钻孔，攻丝（3） 将下模座、导料板、凹模、活动挡料销、弹簧装在一起，并用螺钉紧固，打入销钉4装配上模（1） 在已装好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入0.12mm片，然后将凸模与固定板的组合装入凹模；（2） 预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔。销孔位置并钻绞螺孔、销孔；（3） 用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起，但不要拧紧；（4） 将卸料板套装在已装入固定板的凸模上，装上橡胶和卸料螺钉，并调节橡胶的预压量，使卸料板高出凸模下端约1mm；复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉