冲压工艺与模具设计ppt课件.ppt

1 第2章冲裁工艺与模具设计 时间 4次课 8学时 2 第2章冲裁工艺与模具设计 教学目标 本章介绍冷冲压模具设计的重要内容 也是最基础的内容 通过本章的学习 将达到能设计中等复杂程度冲裁模具的水平 为此 应了解冲裁变形过程及冲裁端面的特征 掌握冲裁间隙对冲裁件精度和模具的影响 掌握确定合理冲裁间隙的方法 掌握排样方法 学会确定条料宽度 掌握冲裁力及压力中心的计算 3 第2章冲裁工艺与模具设计 教学重点和难点 各种模具及其组成零件的结构及特点 冲裁模的设计步骤及模具刃口尺寸的计算 4 第2章冲裁工艺与模具设计 案例导入 要大批量冲制如下图所示的工件 材料为08F 材料厚度为2mm 制件精度为IT14级 应选择何种模具 如何提高板料的材料利用率 凸模和凹模的间隙应是多少 如何计算凸模和凹模刃口尺寸和公差 模具主要零件的结构及尺寸如何设计 如何选择标准模架和选用压力机 5 第2章冲裁工艺与模具设计 6 第2章冲裁工艺与模具设计 2 1冲裁变形过程分析2 2冲裁间隙2 3冲裁模刃口尺寸计算2 4冲压力及压力中心计算2 5冲裁件的工艺性2 6排样2 7精密冲裁2 8模具设计2 9冲裁模的设计步骤2 10冲裁模设计实训习题与练习 7 2 1冲裁变形过程分析 2 1 1冲裁变形过程2 1 2冲裁断面特征 8 2 1冲裁变形过程分析 冲裁是利用模具在压力机上使板料沿一定轮廓形状产生分离的一种冲压工序 它包括落料 冲孔 切口 切边 剖切等多种工序 落料和冲孔是两种最基本的冲裁形式 从板料上冲下所需形状的零件 或毛料 叫落料 在工件上冲出所需形状的孔 冲去部分为废料 叫冲孔 9 2 1冲裁变形过程分析 图2 1平板垫圈 10 2 1 1冲裁变形过程 如图2 2所示变形过程 如果模具间隙正常 冲裁变形过程大致可分为如下3个阶段 1 弹性变形阶段见图2 2 a 在凸模和凹模压力的作用下 板料产生弹性压缩 拉伸和弯曲变形 2 塑性变形阶段见图2 2 b 间隙越大 弯曲和拉伸变形也越大 3 断裂分离阶段见图2 2 c d e 11 2 1 1冲裁变形过程 12 2 1 2冲裁断面特征 断面分析 圆角带 光亮带 断裂带 毛刺区 13 2 1 2冲裁断面特征 圆角带a 当凸模刃口压入材料时 刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形 材料被拉入间隙 形成圆角带 材料的塑性越好 凸模和凹模的间隙越大 圆角带也越大 光亮带b 当刃口切入材料后 材料受到凸模和凹模剪切应力 和挤压应力 的作用而形成光亮垂直的断面 通常光亮带占整个断面的1 2 1 3 断裂带c 是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面 毛刺区d 毛刺 14 2 2冲裁间隙 2 2 1冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响2 2 2冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响2 2 3冲裁间隙对冲裁力 卸料力 推料力 顶件力的影响2 2 4冲裁间隙对模具寿命的影响2 2 5合理间隙值的确定 15 2 2冲裁间隙 冲裁模凸模与凹模刃口部分横向尺寸之差成为冲裁间隙 用Z表示 式中 Z 冲裁间隙 mm Dd 凹模尺寸 mm Dp 凸模尺寸 mm 16 2 2冲裁间隙 图2 4冲裁间隙 17 2 2 1冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响 在4个特征区中 光亮带越宽 断面质量越好 塑性较差的材料容易断裂 材料被剪切不久就会出现裂纹 分离 使断裂带增宽 而光亮带和圆角带所占的比例较小 毛刺也较小 材料塑性较好 冲裁时裂纹出现得较晚 材料被剪切的深度较大 光亮带所占的比例就大 圆角和毛刺也大 冲裁间隙对冲裁件断面的影响如图2 5所示 在设计和制造模具时 应使冲裁间隙保持在一个合理的范围之内 18 2 2 1冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响 图2 5冲裁间隙对冲裁件断面的影响 19 2 2 2冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度 是指冲裁件的实际尺寸与图纸上的基本尺寸之差 差值越小 精度越高 这个差值包括两方面的偏差 一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差 二是模具本身的制造偏差 20 2 2 3冲裁间隙对冲裁力 卸料力 推料力 顶件力的影响 随着间隙的增大 材料在冲裁时所受的拉应力将增大 材料容易断裂分离 冲裁力有一定程度的降低 但在正常情况下 间隙对冲裁力的影响并不很大 间隙对卸料力 推件力的影响比较显著 随间隙增大 卸料力和推件力都将减小 一般当单面间隙增大到材料厚度的15 25 时 卸料力几乎降到零 但间隙继续增大时会引起毛刺增大 又将引起卸料力 顶件力的迅速增大 21 2 2 4冲裁间隙对模具寿命的影响 冲模失效的形式一般有磨损 崩刃 变形 胀裂和折断 冲裁力主要集中在凸模和凹模的刃口部分 刃口变形和端面磨损加剧 甚至崩刃 所以为了减少凸 凹模的磨损 延长模具使用寿命 在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的 若采用小间隙 就必须提高模具的硬度和耐磨性 提高模具的制造精度 冲裁时采用良好的润滑 以减小磨损 22 2 2 5合理间隙值的确定 因此 在冲压实际生产中 主要根据冲裁件断面质量 尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑 给间隙规定一个范围值 这个间隙范围就称为合理间隙 这个范围的最小值称为最小合理间隙 Zmin 最大值称为最大合理间隙 Zmax 考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大 故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙Zmin 确定合理间隙值有理论确定法和经验确定法两种 1 理论确定法2 经验确定法 23 2 3冲裁模刃口尺寸计算 2 3 1凸 凹模刃口尺寸计算原则2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 24 2 3冲裁模刃口尺寸计算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差 直接影响冲裁件的尺寸精度 模具的合理间隙值也靠凸 凹模刃口尺寸及其公差来保证 所以 正确确定凸 凹模刃口尺寸和公差 是冲裁模设计中的一项重要工作 25 2 3 1凸 凹模刃口尺寸计算原则 冲裁件的断面带有锥度 在冲裁件尺寸的测量和使用中 都是以光面的尺寸为基准 在模具的使用过程中 凸模和凹模的刃口会产生磨损 凸模越磨越小 凹模越磨越大 结果使间隙越来越大 所以 在计算凸模和凹模的刃口尺寸时 落料和冲孔应区别对待 遵循的原则如下 26 1 由于落料件尺寸由凹模尺寸决定 冲孔件孔的尺寸由凸模尺寸决定 故设计落料模时 先确定凹模刃口尺寸 再以凹模为基准 间隙取在凸模上 即凸模尺寸以凹模尺寸减去冲裁初始间隙来确定 设计冲孔模时 先确定凸模刃口尺寸 再以凸模为基准 间隙取在凹模上 即凹模尺寸以凸模尺寸减去冲裁初始间隙来确定 27 2 考虑到冲裁中凸 凹模的磨损 设计落料模时 凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸 设计冲孔模时 凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸 不论是落料还是冲孔 冲裁间隙都取最小合理间隙值 28 3 确定冲模刃口制造公差时 应考虑制件的公差要求 一般来说 模具制造精度比制件精度高3 4级 冲压件的尺寸公差和冲模刃口尺寸公差都应按 入体 原则标注为单向公差 即落料件和凸模刃口尺寸上偏差为零 下偏差为负 冲孔件和凹模刃口尺寸上偏差为正 下偏差为零 若磨损后不变化的尺寸 如两孔中心距等 应按双向对称标注 29 2 3 1凸 凹模刃口尺寸计算原则 30 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 由于模具的加工方法不同 凸模与凹模刃口尺寸的计算方法也不同 基本上可分为两种情况 31 对于冲孔工序 孔尺寸为 32 对于落料工序 工件尺寸为 33 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 例2 1冲制如图2 8所示的工件 其材料为08钢 料厚t 1mm 试计算凸模和凹模刃口尺寸和公差 34 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 图2 8零件图 35 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 a 冲裁件 36 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 图2 9落料时的冲裁件和凹模 37 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 a 冲裁件 38 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 b 凸模 图2 10冲孔时的冲裁件和凸模 39 2 3 2凸 凹模刃口尺寸的计算 例2 2冲裁如图2 11所示的制件 材料为10钢 料厚0 8mm 用配作方法加工冲模 试确定落料模具刃口尺寸和公差 解 因为制件的冲裁属于落料 故先确定凹模的刃口尺寸 然后再以凹模为基准件配作凸模 凹模磨损后其尺寸变化有三种情况 40 2 4冲压力及压力中心计算 2 4 1冲压力计算2 4 2压力中心计算 41 2 4冲压力及压力中心计算 平刃冲裁 F 冲裁力 N L 冲裁轮廓总长 mm t 材料厚度 mm 材料抗拉强度 MPa 42 2 4 1冲压力计算 冲压力是指冲裁过程中冲裁力 卸料力 推件力和顶件力的总称 它是在模具设计时选择冲压设备和校核模具强度的重要依据 1 冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力 它是随凸模进入材料的深度而变化的 通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值 43 2 4 1冲压力计算 2 卸料力 推件力和顶件力的计算为了使冲裁工作继续进行 必须将箍在凸模上的料卸下 将卡在凹模内的料推出 从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力 用FX表示 将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力 用FT表示 逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力 用FD表示 如图2 12所示 k系数 44 2 4 1冲压力计算 图2 12卸料力 推件力和顶件力 45 2 4 1冲压力计算 3 压力机公称压力的确定冲裁时 压力机的公称压力必须大于或等于冲压力 FZ FZ为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力 推件力或顶件力的总和 46 2 4 2压力中心计算 模具的压力中心也就是冲压力合力的作用点 为了保证压力机和模具的正常工作 应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合 否则 冲压时滑块就会承受偏心载荷 导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损 还会使合理间隙得不到保证 从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具 所以 在设计模具时 必须要确定模具的压力中心 并使其通过模柄的轴线 从而保证模具压力中心与压力机滑块中心重合 47 2 5冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性 良好的冲裁工艺性是指在满足冲裁件使用要求的前提下 能用普通的冲裁方法 在生产率较高 模具寿命较长 成本较低的条件下稳定地获得合格质量的冲裁件 因此 在开始设计冲裁模之前 首先应进行冲裁件的工艺性分析 审查冲裁件的结构形状 尺寸大小 精度要求 材料性能及厚度等方面是否符合冲裁的工艺要求 力求使其具有良好的冲裁工艺性 48 2 6排样 2 6 1冲裁排样2 6 2搭边值和条料宽度的确定2 6 3材料利用率的计算 49 2 6排样 制件在条料 带料或板料上的布置方法叫排样 合理排样对于提高材料利用率 降低成本 保证冲件质量及提高模具寿命具有十分重要的意义 是模具设计的重要内容之一 50 2 6 1冲裁排样 根据材料的合理利用情况 条料排样方法可分为3种 如图2 17所示 1 有废料排样 图2 17 a 沿制件全部外形冲裁 制件与制件之间 制件与条料侧边之间都留有搭边废料 因此精度高 并且模具寿命也高 但材料利用率低 2 少废料排样 图2 17 b 沿制件部分外形切断或冲裁 只在制件与制件之间或制件与条料侧边之间留有搭边 材料利用率较高 3 无废料排样 图2 17 c 制件周围无任何搭边 制件由切断条料直接获得 材料利用率最高 51 2 6 1冲裁排样 52 2 6 1冲裁排样 53 2 6 1冲裁排样 54 2 6 1冲裁排样 续表 55 56 2 6 2搭边值和条料宽度的确定 1 搭边排样时制件之间以及制件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边 搭边的作用一是补偿定位误差 确保冲出合格的制件 二是保证条料具有一定的刚度 便于条料送进 从而提高劳动生产率 一般来说 硬材料的搭边值比软材料 脆材料的搭边值要小一些 制件形状大而复杂 圆角半径较小时 搭边值取大些 材料越厚 搭边值越应大些 用手工送料 有侧压装置时 搭边值可以小一些 用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些 57 2 6 2搭边值和条料宽度的确定 2 条料宽度1 送料时在一侧导料板装有侧压装置时 计算公式如下 58 2 6 2搭边值和条料宽度的确定 图2 18有侧压装置的条料宽度计算 59 2 6 2搭边值和条料宽度的确定 2 在无侧压装置的导料板之间送料时 条料可能会产生左右摆动或转动 因此 条料宽度应增加一个条料可能的摆动量 60 61 62 2 6 3材料利用率的计算 材料利用率是指冲裁制件的实际面积与所用板料面积的百分比 它是衡量是否已合理利用材料的经济性指标 也是检验排样是否合理的重要参数 63 2 6 3材料利用率的计算 若考虑料头和料尾的材料消耗 则可按下式计算 一般来说 所用材料价格高或生产批量较大时 应选择材料利用率较高的排样 而生产批量较小时 则应尽可能选择比较简单的排样 以便于模具制造 64 2 7精密冲裁 精密冲裁之所以能获得尺寸精度高 断面质量好的冲裁件 其机理主要是改变冲裁条件 以增大变形区的静水压力 使板料处于三向压应力状态 抑制材料裂纹的产生 精密冲裁根据其冲裁机理的不同 可分为齿圈压板精密冲裁和半精密冲裁两大类 半精密冲裁包括小间隙圆角刃口冲裁 负间隙冲裁 上下往复冲裁等 65 2 8模具设计 2 8 1工艺方案的确定2 8 2模具类型的确定2 8 3模具主要零部件的设计 66 2 8 1工艺方案的确定 确定工艺方案的主要任务是确定冲裁工序的性质和数目 冲裁工序的组合以及冲裁工序的顺序 一般来说 确定工艺方案关键是确定冲裁工序的顺序 在确定冲裁工序的顺序时 应考虑冲裁件的结构特点 形状尺寸 精度等级以及生产批量等因素 还要考虑冲裁模具的类型 坯料在模具上的定位等问题 一般按下列原则来确定 67 1 先冲裁部分要为后面的冲裁工序提供可靠的定位 后冲裁部分不能影响先冲裁部分的质量 2 若多工序冲裁件采用单工序模冲裁时 应先落料使坯料与条料分离 再以落料所得的工序件外轮廓定位进行冲孔或冲缺口 并且后继工序的定位基准要前后一致 以免出现定位误差 3 若多工序冲裁件采用级进模冲裁时 为了便于送料和定位 应先冲孔或冲缺口 然后以冲出的孔为后续工序定位 最后进行落料或切断 将冲裁件与条料分离 当定位要求较高时 还可首先冲裁两个工艺孔 再以工艺孔定位完成后续工序 如图2 26所示 68 2 8 1工艺方案的确定 图2 26工艺孔在级进冲裁时的应用 69 2 8 1工艺方案的确定 4 若采用定距侧刃的级进模冲裁时 定距侧刃切边工序应与首次冲孔同时进行 以便控制送料进距 采用两个定距侧刃时 可以安排成一前一后 也可并列安排 5 若多工序冲裁件采用复合模冲裁时 冲孔和落料往往同时进行 以提高冲孔和落料的位置精度 6 冲裁大小不同 相距较近的孔时 为减少孔的变形 应先冲大孔和一般精度的孔 后冲小孔和精度较高的孔 70 2 8 2模具类型的确定 1 模具类型的确定冲裁模的结构类型按工序性质 落料模 冲孔模 切断模 切口模 切边模 剖切模等 按工序组合程度 单工序模 又称简单模 级进模 又称连续模 复合模 按冲模有无导向 无导向的开式模和有导向的导板模 导柱模 最终选择的模具结构类型 不仅要满足冲裁件精度和生产率的要求 还应满足制造容易 使用方便 操作安全 成本低廉等要求 71 2 8 2模具类型的确定 2 冲裁模的典型结构单工序冲裁模单工序冲裁模在压力机的一次行程中只能完成一个冲裁工序 它结构简单 便于制造 成本低廉 但生产率和冲裁精度都较低 图2 27为无导向简单落料模 该模具的上模部分由上模座1和凸模2组成 凸模2采用螺钉直接安装在上模座1上 下模部分由卸料板3 导料板4 凹模5 下模座6 定位板7组成 凹模5靠上压侧顶的方式安装在下模座6上 条料靠左右导料板4导向 由前向后送料 送料方向靠定位板7定位 冲裁后废料箍在凸模上 由左右两个卸料板3卸下 模具上 下模之间没有直接导向关系 72 2 8 2模具类型的确定 图2 27无导向简单落料模1 上模座 2 凸模 3 卸料板 4 导料板 5 凹模 6 下模座 7 定位板 73 2 8 3模具主要零部件的设计 1 工作零件 1 凸模 凸模的结构形式及其固定方法凸模按截面形状不同分为圆形凸模和非圆形凸模 按结构分为整体式 镶拼式 阶梯式 直通式和带护套式等 按凸模的固定方法分为台肩固定 铆接 螺钉和销钉固定 粘结剂浇注法固定等 74 常见的圆形凸模如图2 34所示 图2 34 a 为用于较小直径的凸模 图2 34 b 为用于较大直径的凸模 这两种结构都是采用阶梯式 凸模强度刚性较好 装配修磨方便 其安装部分做成台肩 便于固定 保证工作时凸模不被拉出 适用于卸料力较大的场合 75 图2 34 c 为用于较小直径的凸模 为了改善凸模强度 在其中部增加了过渡阶梯 这种结构采用铆接方式固定 适用于卸料力较小的场合 图2 34 d 为护套式凸模 用于冲制孔径与料厚相近的小孔 图2 34 e 为用于大直径冲裁的凸模 它采用螺钉吊装在固定板上 为了减少磨削面积 其外径和端面都做成凹形 76 2 8 3模具主要零部件的设计 77 凸模与凸模固定板通常采用过渡配合H7 m6或H7 n6制造 图2 35 a 和图2 35 b 为台阶式 图2 35 a 采用台肩固定 图2 35 b 采用铆接固定 由于工作部分截面是非圆形的 而固定部分是圆形的 所以必须在固定端接缝处加防转销 根据工作部分截面的形状 台阶式的固定部分也可采用矩形结构 78 图2 35 c 和图2 35 d 为直通式 这种结构便于采用线切割加工或成形铣 成形磨削加工 截面形状复杂的凸模广泛应用这种结构 图2 35 c 采用铆接固定 图2 35 d 采用黏结固定 黏结剂一般使用低熔点合金或环氧树脂 为了黏结得牢靠 在凸模的固定端或固定板相应的孔上应开设一定的槽形 黏结固定法可以简化凸模固定板的加工工艺 便于凸模的装配 79 2 8 3模具主要零部件的设计 80 81 2凸模长度的确定 若采用卸料板和导料板结构 凸模的长度应该为 L h1 h2 h3 15 20 mm若采用弹压卸料板 凸模的长度为 L h1 h2 t 15 20 mm式中 h1 h2 h3 t分别为凸模固定板 卸料板 导料板 材料的厚度 15 20mm为附加长度 包括凸模的修磨量 凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板之间的安全距离 82 83 2 8 3模具主要零部件的设计 2 定位零件冲模定位零件的作用是保证所冲裁材料的正确送进及在模具中的正确位置 从而保证冲压件的质量及冲压生产的顺利进行 使用条料时 条料在模具中必须保证两个方向的位置 一是在送料方向上的定位 用来控制条料每次送进的步距 通常称为挡料 常用的零件有挡料销 导正销 侧刃等 二是在与条料送进方向垂直的方向上的定位 目的是保证条料沿正确的方向送进 通常称为送料导向 常用的零件有导料销 导料板 侧压板等 对于块料或工序件的定位 往往也要保证这两个方向上的位置 常用的定位零件有定位销 定位板等 84 1 挡料销根据工作特点及作用 挡料销可分为固定挡料销 活动挡料销和始用挡料销三种 固定挡料销又分为圆头挡料销 见图2 41 a 和钩形挡料销 见图2 41 b 两种 圆头挡料销结构简单 制造容易 广泛用于冲制中 小型冲裁件的挡料定距 当定位销孔离凹模孔口太近时 为了保证凹模有足够的强度 应采用钩形挡料销 但为了防止钩头在使用过程发生转动 需考虑防转 85 2 8 3模具主要零部件的设计 86 2 8 3模具主要零部件的设计 活动挡料销的常见结构如图2 42所示 图2 42 a 为弹簧弹顶挡料销 通常装在弹压卸料板上 冲压前起挡料作用 冲压时被压入卸料板孔内 上模回程时由弹簧复位 图2 42 b 为回带式活动挡料销 其销头对着送料方向带有斜面 送料时条料搭边碰撞斜面使挡料销抬起 当搭边越过后 弹簧使挡料销复位 将条料后拉 使搭边抵住挡料销而定位 回带式活动挡料销常用于具有固定卸料板的模具上 87 2 8 3模具主要零部件的设计 88 2 8 3模具主要零部件的设计 3 卸料装置与出件装置1 卸料装置按结构的不同 卸料装置分为刚性卸料装置和弹压卸料装置两种 刚性卸料装置的常见结构形式如图2 51所示 图2 51 a 为封闭式 广泛用于冲裁板料较厚 平直度要求不很高的零件 图2 51 b 为悬臂式 主要用于窄而长零件的冲孔和切口 刚性卸料装置一般安装在下模上 其结构简单 卸料力大 卸料可靠 采用刚性卸料装置时 如果板料较薄 会引起板料翘曲 使冲件不平 严重时还会损坏模具 因此 刚性卸料装置不宜于冲裁材料较软 料厚小于0 8mm的制件 89 2 8 3模具主要零部件的设计 90 2 8 3模具主要零部件的设计 当卸料板仅起卸料作用时 卸料板与凸模的单边间隙一般取0 2 0 5mm 板料薄时取小值 板料厚时取大值 当固定卸料板兼起导板作用时 导板与凸模之间一般按H7 h6配合制造 但导板与凸模之间间隙应小于凸 凹模之间的冲裁间隙 以保证凸 凹模的正确配合 91 弹压卸料装置的常见结构形式如图2 52所示 弹压卸料装置由卸料板 弹性元件 弹簧或橡胶 卸料螺钉等零件组成 图2 52 a 的卸料板装在上模上 常用于正装式的单工序冲裁模 图2 52 b 的卸料板装在下模上 常用于倒装式的复合模 图2 52 c 为带小导柱的弹压卸料装置 用于弹压卸料板给凸模作导向时 弹压卸料既起卸料作用又起压料作用 所得冲裁件质量较好 平直度较高 因此 质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置 92 设计时 弹压卸料板与凸模之间应有合适的间隙 当弹压卸料板无精确导向时 它与凸模之间的单边间隙可取0 05 0 15mm 为了确保卸料可靠 装配模具时 弹压卸料板的压料面应超出凸模端面0 2 0 5mm 当弹压卸料板有精确导向时 它与凸模按H7 h6配合制造 93 2 8 3模具主要零部件的设计 94 2 8 3模具主要零部件的设计 2 出件装置出件装置的作用是将卡在凹模中的冲件或废料推下或顶出 向下推出的机构称为推件机构 一般装在上模内 向上顶出的机构称为顶件机构 一般装在下模内 推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种 刚性推件装置如图2 53所示 它由打杆 推板 连接推杆和推件块组成 其工作原理是在冲压结束后上模回程时 利用压力机滑块上的打料杆 撞击上模内的打杆与推件板 块 将凹模内的工件推出 其推件力大 工作可靠 弹性推件装置如图2 54所示 它不仅起推件作用 还兼起压料作用 由于采用弹性元件 故推件力较小 但推件力均匀 出件平稳 多用于冲压薄板大件以及工件平整度要求较高的模具 95 2 8 3模具主要零部件的设计 图2 53刚性推件装置1 打杆 2 推板 3 推杆 4 推件块 96 2 8 3模具主要零部件的设计 a b 图2 54弹性推件装置1 橡胶 2 推板 3 连接推杆 4 推件块 97 2 8 3模具主要零部件的设计 4 模架模架一般由上模座 下模座 导柱 导套四部分组成 模架及其组成零件现已标准化 设计时可根据模具要求按国标规定的技术条件进行选用 根据导柱与导套配合性质的不同 模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两种 滑动导向模架的导柱 导套结构简单 加工 装配方便 应用非常广泛 滚动导向模架在导套内镶有成行的滚珠 导柱通过滚珠与导套实现微量过盈配合 过盈量一般为0 01 0 02mm 从而使导向精度高 运动平稳 使用寿命长 主要用于高精度 高寿命的硬质合金模 薄材料的冲裁模以及高速精密级进模 98 滑动导向模架的结构形式如图2 58所示 图2 58 a 为对角导柱模架 它的两个导柱 导套位于模具的对角线上 冲裁时受力均衡 不易引起模具偏斜 并且能实现纵向和横向送料 常用于一般精度的冲裁模和级进模 图2 58 b 为后侧导柱模架 它的两个导柱 导套位于模具的后侧 操作方便 能实现纵向和横向送料 但由于导柱 导套偏置 易引起模具偏斜 适用于冲裁一般精度 冲件较小的模具 不宜于大型模具 99 图2 58 c 为后侧导柱窄型模架 其特点与后侧导柱模架相同 适用于窄长零件的冲裁 图2 58 d 为中间导柱模架 它的两个导柱 导套位于模具的左右对称线上 冲裁时受力均衡 导向精度较高 但只能沿前后单方向送料 常用于复合模 图2 58 e 为中间导柱圆形模架 主要用于冲裁圆形制件的模具 图2 58 f 为四角导柱模架 它具有四个沿四角分布的导柱 导套 冲裁时受力均衡 导向精度高 并且模具刚性好 适用于大型模具 100 上 下模座是模具的基础件 设计时必须具有足够的强度和刚度 尺寸规格也应满足一定的要求 为了便于安装和固定 对于圆形模座 其外径应比圆形凹模直径大30 70mm 矩形模座的长度应比凹模长度大40 70mm 其宽度可以略大或等于凹模的宽度 模座的厚度可参照凹模板厚度估算 通常为凹模板厚度的1 0 1 5倍 以保证有足够的强度和刚度 下模座的最小轮廓尺寸 应比压力机工作台上漏料孔的尺寸每边至少要大40 50mm 101 2 8 3模具主要零部件的设计 102 2 8 3模具主要零部件的设计 103 2 8 3模具主要零部件的设计 为了正常使用和保持导向精度 导柱 导套的装配也应当注意 如图2 59所示 当模具处于闭合位置时 导柱上端面与上模座的上平面之间应留10 15mm距离 以保证凸 凹模经多次刃磨而使模具闭合高度减小后 导柱仍能正常工作 导柱下端面与下模座下平面之间应留2 3mm距离 以保证模具在压力机工作台上的安装固定 导套上端面与上模座的上平面之间的距离应大于2 3mm 同时在上模座上开横槽 以便排气 导柱 导套一般按配合H7 r6分别压入下模座和上模座的安装孔中 导柱与导套之间采用H7 h6或H6 h5的间隙配合 但其配合间隙必须小于冲裁间隙 104 2 8 3模具主要零部件的设计 图2 59导柱与导套的安装 H 模具闭合高度 105 2 8 3模具主要零部件的设计 5 其他零件 1 模柄中 小型模具一般都是通过模柄将上模固定在压力机滑块上 因此模柄的直径和长度应与所选压力机的滑块尺寸相一致 常见的标准模柄如图2 60所示 图2 60 a 为旋入式模柄 通过螺纹与上模座连接 上端两平行平面供扳手旋紧用 骑缝螺钉用于防止模柄转动 这种模具拆装方便 但模柄轴线与上模座的垂直度较差 多用于有导柱的中 小型冲模 图2 60 b 为压入式模柄 它与模座孔采用过渡配合H7 m6 并加骑缝销防止转动 这种模柄可较好地保证轴线与上模座的垂直度 适用于各种中 小型冲模 生产中最常见 106 图2 60 c 为凸缘模柄 其凸缘与上模座的沉孔采用H7 js6过渡配合 用3 4个内六角螺钉紧固于上模座 多用于大型的模具或上模座中开设推板孔的中 小型模具 图2 60 d 和图2 60 e 为通用模柄和槽型模柄 优点是凸模更换方便 均用于直接固定凸模 主要用于简单模和弯曲模中 图2 60 f 为浮动模柄 主要特点是压力机的压力通过凹球面模柄和凸球面垫块传递到上模 以消除压力机导向误差对模具导向精度的影响 主要用于硬质合金模等精密导柱模 图2 60 g 为推入式活动模柄 模柄接头1与活动模柄3之间加一个凹球面垫块2 使模柄与上模座采用浮动连接 避免了压力机滑块由于导向精度不高对模具导向装置的不利影响 主要用于精密模具上 107 2 固定板固定板的作用是将凸模或凹模连接固定在模座的正确位置上 凸模固定板有圆形和矩形两种 其平面尺寸除了保证能安装凸模外 还应该能够正确地安装定位销钉和紧固螺钉 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0 6 0 8倍 与凸模采用H7 m6或H7 n6的过渡配合制造 压装后将凸模尾部与固定板一起磨平 108 2 8 3模具主要零部件的设计 3 垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸模传来的压力 降低模座单位面积上所受的压力 防止模座被压陷损伤 在模座与凸模固定板之间是否需要加装垫板 要根据凸模端面对模座单位压力的大小进行判断 如果凸模端面上的单位压力大于模座材料的许用压应力时 就应加装垫板 如果凸模端面上的单位压力小于模座材料的许用压应力时 则可以省略垫板 垫板厚度一般取3 8mm 外形与固定板相同 109 4 紧固件模具上的紧固件包括定位销钉和连接螺钉 销钉常采用圆柱销 一般使用2个 螺钉最好采用内六角螺钉 其优点是紧固牢靠 螺钉头沉入模板内 模具外形比较美观 设计时螺钉的位置要均匀 相互距离以及与内外边缘距离不应过近 以防强度降低 螺钉的规格可根据凹模厚度来确定 具体可参见表2 28 110 2 8 3模具主要零部件的设计 111 2 8 3模具主要零部件的设计 112 2 8 3模具主要零部件的设计 113 2 8 3模具主要零部件的设计 114 2 9冲裁模的设计步骤 在进行冲裁模设计时 设计人员必须遵循这样的原则 在保证能冲裁出符合图纸质量要求的制件的前提下 力求使模具结构简单 成本低 寿命长 并且操作方便 安全可靠 设计冲裁模的基本步骤如下 1 进行冲裁件工艺性分析 在设计模具之前 首先应进行冲裁件工艺性分析 也就是分析冲裁件的结构形状 尺寸精度 所用材料等是否符合冲裁的工艺要求 从而确定进行冲裁的可能性 若冲裁件工艺性较差 则应建议设计部门或人员做必要的修改 115 2 确定冲裁工艺方案 在工艺分析的基础上 确定冲裁件的工序性质 数量 工序组合以及先后顺序 当可能存在几个冲裁方案时 要通过认真分析比较 最后确定其中比较符合生产实际并且成本最低的一种方案 3 选择模具的结构形式 根据生产批量 尺寸大小 精度要求 形状复杂程度和实际的生产条件 合理确定模具的结构形式 即确定采用单工序模还是采用级进模或复合模进行冲裁 4 进行必要的工艺计算 包括条料宽度和导料板间距的计算 材料利用率的计算 合理间隙值的确定 凸模和凹模刃口尺寸与公差的计算等 116 5 选择和确定模具的主要零部件的结构与尺寸 主要包括确定凸模和凹模的结构和尺寸 选择坯料的定位方式和所用定位零件 确定卸料和出件方式 选择和设计弹性元件 选择模架的结构以及确定模具主要零件的材料和热处理等 117 2 9冲裁模的设计步骤 6 计算总冲裁力 闭合高度 压力中心 选择压力机的型号 总冲裁力是指冲裁过程中冲裁力 卸料力 推件力和顶件力的总称 它是在模具设计时选择冲压设备的重要依据 在确定了卸料和出料方式以后 总冲裁力可根据有关公式进行计算 参见2 4 1 模具的闭合高度应与压力机的闭合高度相适应 以便于模具的安装和调试 冲裁时的压力中心应与压力机的滑块几何中心重合 特殊情况下可有一定偏差 但不能超出滑块允许的偏差值 根据计算得到的总冲裁力来选择合适的压力机吨位 同时 还要统筹考虑闭合高度 工作台尺寸 卸料和出料等要求 最终选择适合实际生产的压力机型号 118 7 绘制模具总装图 尽可能按1 1比例绘制符合国家机械制图标准规定的模具总装图 绘制时还要考虑模具的特点 采用一些常用的模具习惯画法 119 2 9冲裁模的设计步骤 主视图一般应按剖视图绘制 上 下模可以画成闭合状态 也可以画成开启状态 当模具为左右对称时 可将主视图画成半剖 上模被剖的一半画成闭合状态 上模未剖的一半画成开启状态 为了看图方便 主视图中条料和工件的剖切面最好涂红或涂黑 在主视图的左侧应标注模具的闭合高度 俯视图一般是表示模具下模的上平面 对于左右对称的模具 可以一半表示上模的上平面 一半表示下模的上平面 对于非对称的模具 如果需要 上 下模俯视图可以分别画出 俯视图需标注下模座的轮廓尺寸 侧视图应尽量不画 当模具结构比较复杂 局部表达不清楚时 可采用局部视图 总之 在绘制总装图时 应力求以最少的视图将结构表达清楚 120 模具总装图绘制完毕后 习惯上要在图幅的右上角画出冲压件图和排样图 冲件图用来表达该冲模冲压后所得冲件的形状及尺寸 冲件图应严格按比例画出 其方向应尽量与冲压方向一致 假如不能一致 必须用箭头注明 在冲件图上要注明冲件的名称 材料牌号 板料厚度及有关技术要求 在排样图上 主要应表达清楚冲裁的轮廓形状和顺序 同时也能表示出凸模的截面形状和凹模形孔的形状 数量及位置 在一张完整的排样图上 还应标注条料宽度 条料长度 板料厚度 端距 步距 搭边值 见图2 61 121 2 9冲裁模的设计步骤 图2 61排样图 122 2 9冲裁模的设计步骤 对总装图的技术要求 一般是应注明本模具所使用的压力机型号 模具总体的形位公差及装配 安装 调试等要求 8 绘制模具零件图 对模具总装图中的非标准零件 均应按国家机械制图标准规定绘制零件图 绘制时应尽量按该零件在总装图中的方位画出 视图要能够清楚地表达零件的结构 尺寸标注 公差配合 形位公差 表面粗糙度 材料牌号 热处理要求以及其他技术要求均应齐全 合理 不得遗漏 123 9 整理并书写模具设计说明书 模具设计说明书的内容一般包括下列方面 设计的题目 冲裁件的工艺性分析 冲裁工艺方案的确定 必要的工艺计算 主要包括排样方式确定 坯料尺寸及材料利用率的计算 凸模和凹模工作部分尺寸的计算 冲压力和压力中心的计算 弹性元件的选用与计算等 模具结构的设计 包括模具结构形式的确定 卸料和出料方式的确定 定位和导向方式的确定 凸模和凹模结构与固定方式的确定 主要结构零件材料和精度的确定等 其他需要说明的内容 主要参考资料 124 2 10冲裁模设计实训 2 10 1实训 一 2 10 2实训 二 125 2 10冲裁模设计实训 通过冲裁模的设计实训 掌握模具设计的基本流程和步骤 冲裁件的工艺性分析和冲裁方案的确定方法 模具结构形式的选定和工艺计算方法及计算过程 掌握冲压力 压力中心 模具闭合高度的计算 标准模架及压力机的查找与选用 126 2 10 1实训 一 1 实训内容冲裁件如图2 62所示 材料 08F 材料厚度 2mm 生产批量 大批量 制件精度 IT14级 根据冲裁件尺寸及精度要求设计一套模具 并选择一种合适的压力机进行生产 127 2 10 1实训 一 图2 62制件图 128 2 10 1实训 一 2 实训过程 1 冲裁件工艺分析 零件的尺寸精度分析 该冲件尺寸精度等级为IT14 用一般冲裁模就能达到 不需要采用精冲或整修等特殊冲裁方式 工件结构工艺性分析 冲裁件外形和内孔应尽量避免有尖锐的角 在各直线或曲线连接处 应有适当的圆角 为提高模具寿命 建议将所有直角改为半径等于1mm的圆角 冲裁件材料分析 08F钢含碳量低 塑性好 易成形 具有良好的可冲压性能 结论 根据以上分析 此产品冲压工艺性能较好 可以选择冲裁方法进行加工 2 确定工艺方案由工艺分析知 该冲件具有尺寸精度要求不高 尺寸较小 生产批量较大等特点 工艺包括落料 冲孔两个基本工序 可有以下三种工艺方案 129 2 10 1实训 一 方案一 先落料 后冲孔 采用单工序模生产 方案二 落料 冲孔 复合冲压 采用复合模生产 方案三 冲孔 落料 连续冲压 采用级进模生产 采用方案一 模具结构简单 但需两道工序两副模具 生产率较低 难以满足该零件的大批量加工要求 采用方案二 只需一副模具 冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证 且生产率也高 尽管模具结构较方案一复杂 但由于零件的几何形状简单对称 模具制造并不困难 采用方案三也只需要一副模具 生产率也很高 但零件的冲压精度稍差 欲保证冲压件的形位精度 需要在模具上设置导正销导正 故模具制造 安装较复合模复杂 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为佳 考虑到冲裁件的结构特点和冲裁生产率的要求 模具采用倒装式复合模结构 上模采用打杆装置推件 下模采用弹性卸料装置卸料 冲孔的废料通过凸凹模的内孔从冲床台面孔漏下 130 2 10 1实训 一 131 2 10 1实训 一 图2 63排样图 132 2 10 2实训 二 1 实训内容零件简图 如图2 68所示 材料 Q235钢 材料厚度 2mm 生产批量 大批量 要求设计此工件的冲裁模并选用合适的压力机进行生产 133 2 10 2实训 二 图2 68零件图 134 2 10 2实训 二 2 实训过程1 冲压件工艺分析该零件形状简单 对称 是由圆弧和直线组成的 冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14 孔中心与边缘距离尺寸公差为 0 2mm 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 其他尺寸标注 生产批量等情况 也均符合冲裁的工艺要求 故决定采用利用导正销进行定位 刚性卸料装置 自然漏料方式的冲孔落料模进行加工 方案一 采用复合模加工 复合模的特点是生产率高 冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高 冲模的轮廓尺寸较小 但复合模结构复杂 制造精度要求高 成本高 复合模主要用于生产批量大 精度要求高的冲裁件 方案二 采用级进模加工 级进模比单工序模生产率高 减少了模具和设备的数量 工件精度较高 便于操作和实现生产自动化 对于特别复杂或孔边距较小的冲压件 用简单模或复合模冲制有困难时 可用级进模逐步冲出 但级进模轮廓尺寸较大 制造较复杂 成本较高 一般适用于大批量生产小型冲压件 比较方案一与方案二 对于所给零件 由于两小孔比较接近边缘 复合模冲裁零件时受到壁厚的限制 模具结构与强度方面相对较难实现和保证 所以根据零件性质故采用级进模加工 135 习题与练习 1 填空题 1 从广义来说 利用冲模使材料 叫冲裁 它包括 等工序 2 冲裁变形的过程大致可分为 三个阶段 3 冲裁件的切断面由 四个部分组成 4 圆角带是由于冲裁过程中刃口附近的材料 的结果 光亮带是紧挨圆角带并与 的光亮部分 它是在塑性变形过程中凸模与凹模挤压切入材料 使其受到 和挤压应力的作用而形成的 冲裁毛刺是在刃口附近的侧面上材料出现 时形成的 5 塑性差的材料 断裂倾向严重 增宽 而 所占比例较少 毛刺和圆角带 反之 塑性好的材料 光亮带 6 增大冲裁件光亮带宽度的主要途径为 对凸模下面的材料用 施加反向压力 此外 还要合理选择塔边 注意润滑等 7 减小塌角 毛刺和翘曲的主要方法有 等措施 136 习题与练习 8 冲裁凸模和凹模之间的 不仅对冲裁件的质量有极重要的影响 而且还影响模具 和推件力等 9 冲裁间隙过小时 将增大 力 力 力以及缩短模具寿命 10 冲裁间隙越大 冲裁件断面光亮带区域越 毛刺越 断面上出现二次光亮带是因间隙太 而引起的 11 导致冲裁件毛刺增大的原因是 间隙大 12 间隙过大时 致使断面光亮带 塌角及斜度 形成 的拉长毛刺 13 所选冲裁间隙值的大小 直接影响冲裁件的 和 精度 14 影响冲裁件尺寸精度的因素有两大方面 一是 二是冲裁结束后冲裁件相对于 尺寸的偏差 影响冲裁件尺寸精度的因素有 材料 工件的 材料的 等 其中 起主导作用 15 当间隙值较大时 冲裁后因材料的弹性回复使 凹模尺寸 冲孔件的孔径 137 习题与练习 16 当间隙较小时 冲裁后因材料的弹性回复使落料件尺寸 冲孔件的孔径 17 对于比较软的材料 弹性变形量 冲裁后的弹性回复值 因而冲裁件的精度 对于较硬的材料则 18 间隙过小 模具寿命会 采用较大的间隙 可 模具寿命 19 凸 凹模磨钝后 其刃口处形成圆角 冲裁件上就会出现不正常的毛刺 凸模 在落料件边缘产生毛刺 刃口磨钝时 在冲孔件孔口边缘产生毛刺 凸 凹模刃口均磨钝时 则 均产生毛刺 消除凸 凹 模刃口圆角的方法是 20 冲裁间隙的数值 等于 之差 21 在设计和制造新模具时 应采用 的合理间隙 22 材料的厚度越大 塑性越低的硬脆性材料 则所需间隙 而厚度越薄 塑性越好的材料 所需间隙 23 在冲压实际生产中 主要根据冲裁件的 和 三个因素给间隙规定一个范围值 138 习题与练习 24 落料件的尺寸与 刃口尺寸相等 冲孔件的尺寸与 尺寸相等 25 凸 凹模分别加工的优点是凸 凹模具有 性 制造周期短 便于 其缺点是 小 模具制造 26 配作加工法就是先按 加工一个基准件 凸模或凹模 然后根据基准件的 再按间隙配作另一件 27 落料时 应以 为基准配作 凹模刃口尺寸按磨损的变化规律分别进行计算 冲孔时 应以 为基准配作 凸模刃口尺寸按磨损的变化规律分别进行计算 28 冲裁件的经济公差小于等于 一般落料件公差最好低于 级 冲孔件最好低于 级 29 冲裁件在条料 带料或板料上的 叫排样 30 排样是否合理将影响到材料的 模具的 等 31 冲裁产生的废料可分为两类 一类是 另一类是 32 减少工艺废料的措施是 设计合理的 选择合理的 和合理的搭边值 利用 139 习题与练习 33 无废料排样是沿直线或曲线切断条料而获得冲件 无任何 冲裁件的质量要差一些 但材料的 高 34 搭边是一种 废料 但它可以补偿 误差和 误差 确保制件合格 搭边还可 提高生产率 此外还可避免冲裁时条料边缘的毛刺被 从而提高模具寿命 硬材料的搭边值可 软材料 脆材料的搭边值要 冲裁件尺寸大或者有尖突复杂形状时 搭边值取 材料厚的搭边值要取 35 在冲裁结束时 由于材料的弹性回复及摩擦的存在 将使冲落部分的材料梗塞在 而冲裁剩下的材料则紧箍在 36 从凸模或凹模上卸下的废料或冲件所需的力称 将梗塞在凹模内的废料或冲件顺冲裁方向推出所需的力称 逆冲裁方向将冲件从凹模内顶出所需的力称 37 采用弹压卸料装置和下出件方式冲裁时 冲压力等于 之和 采用刚性卸料装置和下出料方式冲裁时 冲压力等于 之和 采用弹性卸料装置和上出料方式冲裁时 冲压力等于 之和 38 为了实现小设备冲裁大工件或使冲裁过程平稳以减少压力机的震动 常用 法来降低冲裁力 140 习题与练习 39 采用斜刃冲裁时 为了保证冲件平整 落料时应将 做成平刃 冲孔时应将 做成平刃 40 按工序组合程度分 冲裁模可分为 和 等几种 41 在压力机的一次行程中 冲压工序的冲模称为单工序模 在条料的送进方向上 具有 并在压力机的一次行程中 在不同的工位上完成 的冲压工序的冲模称为级进模 在压力机的一次行程中 在模具的 完成 叫复合模 42 组成冲模的零件有 零件 零件 零件 压料 零件 零件 紧固及其他零件等 43 级进模中 典型的定位结构有 和 等两种 44 无导向单工序冲裁模的特点是结构 制造成本低 但使用时安装调整凸 凹模间隙较 冲裁件质量 模具寿命 操作不安全 因而只适用于精度 的冲裁件的冲压 45 复合模在结构上的主要特征是有 的凸凹模 46 复合模的特点是生产率高 冲裁件的内孔与外形的相对位置精度高 板料的定位精度高 冲模的外形尺寸 但复合模结构复杂 制造精度高 成本高 所以一般用于生产 的冲裁件 141 习题与练习 47 直刃壁孔口凹模 其特点是刃口强度 修磨后刃口尺寸不变 制造 但是在废料或冲件向下推出的模具结构中 废料会积存在 凹模胀力 刃壁磨损快 且每次修磨量 斜刃壁孔口凹模 其特点是孔口内不易 每次修磨量小 刃口强度较差 修磨后刃口尺寸会 这种刃口一般用于 的冲件冲裁 并一般用于 的下出件的模具 48 条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位 一是在与 方向上的限位 保证条料沿正确的方向送进 称为送进导向 二是在送料方向上的限位 控制 称为送料定距 49 属于条料导向的定位零件有导料销 导料板 侧压板 属于送料定距的定位零件有始用挡料销 挡料销 导正销 侧刃等 属于块料或工序件的定位零件有 等 50