模具第一章序论.ppt

冷冲压模具设计,主讲人刘泽明,前言,模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、动力机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等制造业中，起着极为重要的作用；模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件和陶瓷件等生产的重要工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。,从20世纪80年代初开始，工业发达国家的模具工业，已从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，中国的模具工业发展十分迅速；近年来,一直以每年15%左右的增长速度快速发展。目前，中国约有17000多个模具制造厂点，从业人数60多万；2001年中国模具工业总产值达320亿元人民币，中国模具工业的技术水平取得了长足的进步。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越多且越来越高的要求，巨大的市场需求推动着中国模具工业更快地发展。2001年中国大陆制造业对模具的市场总需求量约为430亿元人民币；今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。,早在1989年，在国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。97年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。,课程安排,总课时：40内容：分九个部分：导论、冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模、复合模、级进模、模具材料、加工方法及计算机三维实体模具设计。考核方式：设计一套冲压模具。要求：学生课后要自已阅读讲义和参考书。,第一章序论,第一节冲压的基本工序及模具第二节冲压模具的典型结构第三节冲压模具主要零、部件的结构和设计,二、主要冲压工序的分类及相应模具（一）,主要冲压工序的分类及相应模具（二）,切边,模具简图,工序特征,工序简图,工序名称,类别,用模具将工件边缘多余的材料冲切下来,用模具将板料局部切开而不完全分离，切口部分材料发生弯曲,切口,分离工序,主要冲压工序的分类及相应模具（三）,翻边,起伏（压肋）,模具简图,工序特征,工序简图,工序名称,类别,用模具将板料上的孔或外缘翻成直壁,用模具将板料局部拉伸成凸起和凹进形状,成形,用模具使板料弯成一定角度或一定形状,弯曲,变形工序,拉深用模具将板料压成任意形状的空心件,整形,模具简图,工序特征,工序简图,工序名称,类别,将工件不平的表面压平；将原先弯曲或拉深件压成正确形状,用模具对空心件加向外的径向力，使局部直径扩张,用模具对空心件口部施加由外向内的径向压力，使局部直径缩小,缩口,变形工序,主要冲压工序的分类及相应模具（四）,胀形,冲压是使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。冲压主要是利用冲模对板料进行加工。冷加工：常温下进行的板料冲压加工。,第一节冲压的基本工序及模具,一、冲压的基本工序（两大类）分离工序塑性变形工序1、分离工序：是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。2、塑性变形工序：是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，以获得所要求的形状、尺寸和精度的冲压加工方法。为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序复合工序,二、主要冲压工序的分类及相应模具（一）,主要冲压工序的分类及相应模具（二）,切边,模具简图,工序特征,工序简图,工序名称,类别,用模具将工件边缘多余的材料冲切下来,用模具将板料局部切开而不完全分离，切口部分材料发生弯曲,切口,分离工序,主要冲压工序的分类及相应模具（三）,翻边,起伏（压肋）,模具简图,工序特征,工序简图,工序名称,类别,用模具将板料上的孔或外缘翻成直壁,用模具将板料局部拉伸成凸起和凹进形状,成形,用模具使板料弯成一定角度或一定形状,弯曲,变形工序,拉深用模具将板料压成任意形状的空心件,整形,模具简图,工序特征,工序简图,工序名称,类别,将工件不平的表面压平；将原先弯曲或拉深件压成正确形状,用模具对空心件加向外的径向力，使局部直径扩张,用模具对空心件口部施加由外向内的径向压力，使局部直径缩小,缩口,变形工序,主要冲压工序的分类及相应模具（四）,胀形,本节列举冲裁、弯曲、拉深等几套比较典型的冲压模具，介绍它们的工作原理和模具的基本结构。1、冲裁模例：垫圈的落料、冲孔复合冲裁模,第二节冲压模具的典型结构,2、弯曲模例：压弯U形冲压件的弯曲模结构,工作时，毛坯靠定位销12和卸料板8定位。滑块下行，首先由凸模4与压料板14压紧毛坯，然后开始弯曲。夹紧力靠顶杆13传递冲床下部气垫的压力。弯曲后，再由顶杆13和压料板14将冲压件顶出模口。如果冲压件夹在凸模上，则由卸料板8退下冲压件。,3、落料、拉深模,例：单动冲床上使用的落料拉深复合模工作时，送入的毛坯托在凹模21、压边圈17和承料板27上。依靠挡料销8和导料销28定好位置。上模下行时，由卸料板4将毛坯压住，凸凹模10开始落料，随后进行拉深。此时，压边圈17通过顶杆19靠弹簧31的力紧紧的压住了毛坯，防止拉深时起皱。上模回程时，压边圈17将冲压件从凸模15上顶出，卡在凸凹模10内，直到推杆13碰到冲床的打料横梁，推动推件块14将冲压件顶出。该模具采用的由压边圈17、顶杆19、弹簧31及29、30、32组成的弹性压边装置，直接装在模具上，用来防止拉深时的起皱。如果冲压件的拉深深度较深，需要的压边力又较大时，则应采用附设在冲床上的拉深气垫进行压边。,4、双动拉深模（介绍双动冲床用拉深模的工作原理）,拉深凸模3固定在冲床内滑块1上，而压边圈4固定在外滑块2上。在每次冲压行程开始时，外滑块带动压边圈下降，压在毛坯的外边缘上，并在此位置上停止不动，随后内滑块也带动凸模下降，并开始进行拉深变形。当冲压过程结束后，紧跟着内滑块的回升，外滑块也带动压边圈回复到最上位置。这时冲床工作台下部的顶出装置将冲压件由模具推出。有时也利用外滑块完成拉深前的落料工作。,第三节冲压模具主要零、部件的结构和设计,一、工作零件,工作零件包括：冲裁、弯曲、拉深等各种工序中所用模具的凸模、凹模及凸凹模等。,二、定位零件,二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向，如图中的销b,c。,毛坯在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。如图中所示的销a。,1、定位板和定位销,单个毛坯进行冲压加工时，一般采用定位板或定位销定位。其主要形式如前图与右图所示。右图中a,b用于毛坯以外形定位；c,d用于毛坯以内孔定位。,2、挡料销,*挡料销的作用：保证条料送进时有准确的送进距。*挡料销的结构形式可分为三种：固定挡料销、活动挡料销、始用挡料销。,1）固定挡料销,左图a,b所示为固定挡料销，送进时，需要人工抬起条料送进，并将挡料销套入下一个孔中，向前抵住搭边而定位。其中a是圆柱头式挡料销，挡料销的固定部分和工作部分的直径差别很大，不至于削弱凹模的强度，并且制造简单，使用方便。其一般装固在凹模上，适用于带固定卸料板和弹性卸料板的冲模。其中b是钩形挡料销，其固定部分的位置可离凹模的刃口更远一些，有利于提高凹模强度。但此种挡料销由于形状不对称，为防止转动需另加定向装置。适用于加工较大、较厚材料的冲压件。,2）活动挡料销,挡料销在送进方向带有斜面，送进时当搭边碰撞斜面使挡料销跳跃搭边而进入下一个孔中时，然后将条料后拉，挡料销便抵住搭边而定位。每次送料都要先送后拉，做方向相反的两个动作。适用于厚度大于0.8mm的冲压材料，因为废料需带有一定的强度，如料太薄，则顶不起带有弹簧的挡料销。,3）始用挡料销,这种挡料销用于条料送进的首次定位。使用时，用手压出挡料销，条料定位后，在弹簧的作用下挡料销自动退出。,3、导正销,为了保证级进模冲裁件内孔和外缘的相对位置精度，在级进模中的定位可采用如图所示的导正销。导正销安装在落料凸模的工作端面上，落料前导正销先插入已冲好的孔中，确定内孔和外形的相对位置，消除送料和导向中产生的误差。设计有导正销的级进模时，挡料销的位置，应保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能。挡料销的位置e可由以下公式计算e=c-D/2+d/2+0.1式中c送料步距；D落料凸模直径；d挡料销头部直径；0.1导正销往前推的活动余量,1-导正销2-挡料销,4、导尺,采用条料或带料冲裁时，一般选用导尺或导料销来导正材料的送进方向。导尺常用于单工序模和级进模，导料销是导尺的简化形式，多用于有弹性卸料板的单工序模，其结构形式如1-11图。导尺的厚度根据条料的厚度、质量情况和工件的定位形式而定。导尺两侧定位部分之间的距离，应等于条料宽度加上0.21.0mm的间隙。如果条料宽度公差过大，则需在一侧导尺上装侧压装置，来消除条料的宽度误差，如1-12图。这样，条料总是被压向另一侧称之为基准导尺的面上。,5、侧刃（一）,侧刃是以切去条料旁侧少量材料来限定送料进距的，如图1-13。侧刃断面的长度等于步距，侧刃前后导尺两侧之间的距离不等，相差尺寸a，所以只有用侧刃切去长度等于步距的料边后，条料才有可能向前送进一个步距。根据断面形状，常用的侧刃有三种，如图1-13。其中a长方形侧刃制造简单，但当侧刃刃部磨钝后，会使条料边缘出现毛刺而影响正常送进。b成形侧刃可克服上述缺点，但制造较复杂，同时也由于增大了切边宽度，而造成原材料更多的消耗。C尖角形侧刃需与弹簧挡销配合使用，先在条料边缘冲切尖角缺口，然后将条料送进，当缺口滑过弹簧挡销后，反向后拉条料至挡销卡住缺口而定距。其优点是不浪费材料，但操作麻烦，生产效率低。,图1-13侧刃断面形状a)长方形侧刃b)成形侧刃c)尖角侧刃,5、侧刃（二）,总的来说，侧刃定距准确可靠，生产效率较高，但增大总冲裁力和增加材料消耗。侧刃一般用于级进模的送料定距，适用的材料厚度为0.11.5mm。在其他场合，如能用挡料销满足定距要求时，就不采用侧刃。,三、常用卸料、出件及压料零、部件1、卸料板,1）刚性卸料板,刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模上，能承受的卸料力较大，常用于厚板冲压件的卸料。其卸料可靠、安全；但操作不便，生产效率不高。刚性卸料板和凸模的单边间隙一般取0.10.5mm。刚性卸料板的厚度与卸料力大小及卸料尺寸有关，一般取512mm。如图a)适用于冲压厚度在0.5mm以上的条料。如图b)适用于窄而长的毛坯。如图c)适用于简单的弯曲模和拉深模。,2）弹性卸料板,弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高，冲压前可对毛坯有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸料。但由于受弹簧、橡胶等零件的限制，卸料力较小。并且结构复杂，可靠与安全性不如刚性卸料板。,2、推件装置,图a)的模具带有刚性推件装置，其推件力大，推件可靠，但不起压料作用。图b)的模具带有弹性推件装置，在冲压时能压住工件，冲出的工件质量较高，但弹性元件的压力有限，当冲压较厚材料时，推件力量不足或者结构庞大。,3、压边圈,在拉深工序中，为保证拉深件的表面质量，防止拉深过程中材料的起皱，常采用压边圈用合适的压边力使毛坯的变形区部分被压在凹模平面上，并使毛坯从压边圈与凹模平面之间的缝隙中通过，从而制止毛坯的起皱现象。在单动冲床上一般采用弹性压边装置，如“落料、拉深复合模”图所示。在双动冲床上一般采用刚性压边装置，如“双动冲床用拉深模工作原理”图所示。常用的压边圈形式在拉深模中相应介绍。,四、弹簧和橡胶零件,弹簧和橡胶是模具中广泛应用的弹性零件，主要用于卸料、推件和压边等工作。现介绍弹簧和橡胶的选用方法。1、弹簧模具设计时，弹簧一般是按照标准选用:（1）压力要足够即:F预F卸/n.式中:F预-弹簧的预压力(N);F卸-卸料力或推件力(N);n-弹簧根数.（2）压缩量要足够即:S1S总S预+S工作+S修磨.式中:S1-弹簧允许的最大压缩量(mm);S总-弹簧需要的总压缩量;S预-弹簧的预压缩量;S工作-卸料板或推件块、压边圈的工作行程;S修磨-模具的修磨量或调整量,一般取46.（3）要符合模具结构空间的要求。,2、橡胶,橡胶允许承受的负荷比弹簧大,且安装调整方便,价钱又不贵,是模具中广泛使用的弹性元件。为了保证橡胶的正常使用,不至于过早损坏,应控制其允许的最大压缩量S总为自由高度H自由的35%45%而橡胶的预压缩量S预,一般取H自由的10%15%。则橡胶的工作行程为:S工作=S总-S预=（0.250.30)H自由。所以橡胶的自由高度为：H自由=S工作（0.250.30)（3.54.0)S工作。式中S工作卸料板或推件块、压边圈等的工作行程与模具修磨量或调整量（46mm）之和再加1。橡胶的高度H与直径D之比必须在式0.5H/D1.5范围内。如果超过1.5，应将橡胶分成若干段，在其间垫钢垫圈，并使每段橡胶的H/D值仍在上述范围内。,选用橡胶时的计算步骤如下：,（1）根据工作行程S工作计算橡胶的自由高度H自由=（3.54.0)S工作（2）根据H自由计算橡胶的装配高度H2=（0.850.9)H自由（3）在模具装配时，根据模具空间大小确定橡胶的断面面积。,五、导向及支承固定零件,1、导柱和导套对生产批量大，要求模具寿命高，工件精度较高的冲模，一般采用导柱、导套来保证上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动的两种。1）滑动导柱、导套滑动导柱、导套都是圆柱形。其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广的导向装置。如图所示为最常用的导柱、导套的结构形式。导柱的直径一般1660mm之间，长度L在90320mm之间。按标准选用时，L应保证上模座在最低位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面距离不小于1015mm，而下模座底面与导柱底面的距离不小于5mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合。导套的长度L1，须保证在冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。,导柱与导套之间采用间隙配合。根据冲压工序性质、冲压件的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍有不同。例：对于冲裁模，导柱和导套的配合可根据凸、凹模间隙选择。凸、凹模间隙小于0.3mm时，采用H6/h5配合；大于0.3mm时，采用H7/h6配合。拉深厚度为48mm的属板时，采用H7/f7配合。,2）滚珠导柱、导套,滚珠导柱、导套是一种无间隙、精度高、寿命较长的导向装置，适用于高速冲模、精密冲裁模以及硬质合金模具的冲压工作。如图所示为常见的滚珠导柱、导套的结构形式，导套1与上模座导套孔采用过盈配合，导柱5与下模座导柱孔为过盈配合，滚珠3置于滚珠夹持圈4内，与导柱和导套接触，并有微量过盈。设计时，滚珠与导柱、导套之间应保持0.010.02mm的过盈量。为保证均匀接触，滚珠尺寸必须严格控制。滚珠直径一般取35mm。对于高精度模具，滚珠精度取IT5，一般精度的模具，取IT6。滚珠排列对称，分布均匀，与中心线倾斜角一般取510，使每个滚珠在上下运动时都有其各自的滚道而减少磨损。滚珠夹持圈的长度L,应保证上模回程至上止点时，仍有23圈滚珠与导柱、导套配合，起导向作用。导套长度约为L1=L+（510）mm。导柱、导套有国家标准，设计时应尽可能按标准选用。1-导套2-上模座3滚珠4滚珠夹持圈5导柱6-下模座,2、上下模座,模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和产品要求确定是否采用带导柱的模座。带导柱标准模座的常用形式及导柱的排列方式如右图所示,图a为后侧导柱模座，L=63400mm。两个导柱装在后侧，可以三面送料，操作方便，但冲压时容易引起偏心距而使模具歪斜。因此，适用于冲压中等精度的较小尺寸冲压件的模具，大型冲模不宜采用此种形式。图b为对角导柱模座，L=63500mm。两个导柱装在对角线上，便于纵向或横向送料。由于导柱装在模具中心对称位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。适用于在快速行程的冲床上，冲制一般精度冲压件的冲裁模或级进模。图c为中间导柱模座，L=63630mm。适用于横向送料和由单个毛坯冲制的较精密的冲压件。,带导柱标准模座的常用形式及导柱的排列方式图（续）所示,按标准选择模座时，应根据凹模（或凸模）、卸料和定位装置等的平面布置来选择模座的尺寸。一般应取模座的尺寸L大于凹模尺寸4070mm。模座厚度为凹模厚度的11.5倍。下模座的外形尺寸每边应超出冲床台面孔4050mm。上、下模座已有国家标准,除特殊类型外,尽可能按标准选取。导柱、导套和上、下模座装配后组成模架,我国已有部分模架标准化。,图d为四导柱模座，L=160630mm。四个导柱冲模的导向性能最好，适用于冲制比较精密的冲压件。图e为后导柱窄形模座，L=2508