机械毕业设计-锁芯套冷冲压工艺及级进模设计（含全套CAD图纸） .pdf

编 号编 号 无锡太湖学院 毕业设计 论文 毕业设计 论文 题目 题目 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 信 机系系机 械 工 程 及 自 动 化专 业专 业 学号 学生姓名 指导教师 职称 副教授 职称 2013 年 5 月 25 日 无锡无锡太湖学院本科毕业设计 论文 太湖学院本科毕业设计 论文 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 锁芯套冷冲压工艺及 级进模设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果 其 内容除了在毕业设计 论文 中特别加以标注引用 表示致谢的内容外 本毕业设计 论文 不包含任何其他个人 集体已发表或撰写的成果作 品 班级 学号 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 i ii 无锡无锡太湖学院太湖学院 信信 机机系系机械工程及自动化机械工程及自动化专业专业 毕毕 业业 设设计计 论论文文 任任 务务 书书 一 题目及专题 一 题目及专题 1 题目锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 2 专题 二 课题来源及选题依据二 课题来源及选题依据 来源于无锡明达电器有限公司 是电器产品上的一个零件 模具是机械工程及其自动化专业的一个专业方向 选择模具方向 的毕业设计题目完全符合本专业的要求 从应用性方面来说 模具又 是生产效率极高的工具之一 能有效保证产品一致性和可更换性 具 有很好的发展前途和应用前景 连续模在模具中技术含量高 制造 装配难度大 因此本课题研究连续模的冲压工艺 排样方案 模具结 构分析等方面 同时要求学生要有良好的心理素质和仔细认真的作 风 对学生也是一次很好的练习机会 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 综合应用各种所学的专业知识 在规定的时间内对产品进行冷冲压工 艺分析 制订完整的冲压工艺方案 并完成整副模具设计 数据计算 和图纸 所有图纸折合 a0 不少于 2 5 张 绘制 具体内容如下 1 完成模具装配图 1 张 a0 或 a1 iii 2 零件图 主要是非标准件零件图 不少于 5 张 3 冷冲压工艺卡片 1 张 4 设计说明书 1 份 15000 字以上 其中参考文献不少于 10 篇 外文不少于 5 篇 5 翻译 8000 以上外文印刷字符 折合中文字数约 5000 字的有关技 术资料或专业文献 内容要尽量结合课题 四 接受任务学生 四 接受任务学生 班班姓名姓名 五 开始及完成日期 五 开始及完成日期 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六 设计 论文 指导 或顾问六 设计 论文 指导 或顾问 指导教师指导教师签名签名 签名签名 签名签名 教 研 室 主 任教 研 室 主 任 学科组组长学科组组长 研究所所长研究所所长 签名签名 系主任系主任签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 iv 摘摘要要 冲压模具的工作原理主要是根据零件的外形及工艺要求选用合适的凸模和凹模将板 料分离或成形而得到所需制件 因为模具主要用于工件的大批量生产 而且模具需要保证 冲压产品的尺寸精度和产品质量 所以要考虑模具的设计能否满足工件的工艺性 能否加 工出合格的零件 以及后来的维修和存放是否合理等 本次设计中不仅要确保设计的模具 做出的零件能满足工作要求 模具要有足够的使用寿命 还要考虑到它的实际工作环境和 必须完成的设计任务 根据一系列的分析 设计 查表 计算 最终确定模具的模架采用 对角型模架 凸模凹模采用分别加工法 这样可以采用线切割等数控设备来一次完成全部 的工序加工 卸料方式采用弹性卸料 排样方式采用有废料斜排的方式以及采用级进冲压 关键词关键词 落料 翻边 冲孔 级进模 v abstractabstract this is a lock core sleeve plate punching flange blanking progressive die mould design the principle of punching mould is to choose the suitable mould to separate sheet metal to get parts needed according to the shape of the parts and technological requirements because the mould major to produce a lot of parts and mould need to ensure the precision and quality of products so the design and manufacture of the mould need to consider the mould design could meet with the technology of the design can work out qualified parts and maintenance and storage whether reasonable etc this design not only need to make sure that the parts can meet the job requirements to make sure it have enough service life to consider its actual work environment and design task must be completed according to a series of analysis designing watch checking calculation and finally determined that the mode of the mould frame with diagonal type formwork the punch concave die processing method was used respectively so can the linear incision and other numerical control equipment to a complete all of the process unloading way using elastic and discharging layout means uses the waste inclined row of style and the stamping means uses level into stamping key words blanking flanging punching progressive die v 目目录录 摘要 iii abstract iv 目录 v 1 绪论 1 1 1 本课题的研究内容和意义 1 1 2 国内外的发展概况 1 1 3 本课题应达到的要求 1 2 工艺性分析和工艺方案的确定 3 2 1 零件图 3 2 2 零件的工艺性分析 3 2 3 模具材料的选用 4 2 3 1 冷冲模材料的选用要求 4 2 3 2 材料的选择原则 4 2 4 冲裁工艺方案的确定 4 2 5 排样 5 2 5 1 排样方法 5 2 5 2 搭边值与条料宽度及工位的确定 6 3 设计计算 9 3 1 翻边力的计算 9 3 1 1 预冲孔大小的确定 9 3 1 2 翻边系数 9 3 2 冲裁力的计算 10 3 3 卸料力 推件力 顶出力的计算 11 3 4 冲压力的计算 12 3 5 冲模压力中心的确定 12 3 6 冲压设备的确定 14 4 结构设计 16 4 1 凹模凸模设计 16 4 1 1 凸 凹模分别加工时的计算法 16 4 1 2凸 凹模配作加工时的计算方法 21 4 2 定位方式的选择 24 4 2 1 浮升两用销 24 4 2 2 引导销 25 4 3 卸料 出件方式的选择 27 4 4 模架及零件 27 4 5 其余零部件的选择与尺寸的确定 29 5 总结和展望 33 vi 5 1 结论 33 5 2 不足之处及未来展望 33 致谢 34 参考文献 35 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 1 1 绪论绪论 1 1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 本课题研究对锁芯套零件的连续模设计 其中包括冲压工艺 排样方案 模具结构分 析等方面 通过平时的学习和专业老师的精心指导以及查阅大量资料 从而进行的模具设 计 首先 要对零件的工艺进行分析 课题的锁芯套零件的方按 采用先冲孔 再预剪 之后翻边 最后落料的工艺 其次 是对零件的排样方按的设定 通过计算 选择最优的 排样方按 之后 则是对冲压凹凸模的设计计算 合理的冲裁间隙关系着冲裁模的冲裁质 量和冲裁模具本身的寿命 也是模具设计中较为重要的一个环节 最后是模架和压力机的 选用 模具是机械工程及其自动化专业的一个专业方向 选择模具方向的毕业设计题目完全 符合本专业的要求 从应用性方面来说 模具又是生产效率极高的工具之一 能有效保证 产品一致性和可更换性 具有很好的发展前途和应用前景 连续模在模具中技术含量高 制造 装配难度大 因此本课题研究连续模的冲压工艺 排样方案 模具结构分析等方面 同时要求学生要有良好的心理素质和仔细认真的作风 对学生也是一次很好的锻炼机会 1 2 国内外的发展概况国内外的发展概况 随着电子 信息等高新技术的不断发展 模具 cad cae cam 正向集成化 三维化 智能化和网络化方向发展 模具 cad cae cam 技术是模具设计 制造技术的发展方向 模具和工件的检测数字 模具软件功能集成化 模具设计 分析及制造的三维化 模具产 业的逆向工程以及模具软件应用的网络化是主趋势 模具发展日新月异 今后其发展趋势大致包括以下方面 1 发展高效模具 对于大批量生产用模具 应向高效率发展 如为了适应当前高速压力 机的使用 应发展多工位级进模以提高生产效率 2 发展简易模具 对于小批量生产用模具 为降低成本 缩短模具制造周期 尽量发展 薄板冲模 锌合金 低熔点合金 环氧树脂等简易模 3 发展多功能模具 为了提高效率和保证制品的质量 要采用多工位级进模及具有组合 功能的双色 多色塑料注射模等 4 发展高寿命模具 高效率必然需要高寿命 为了达到高寿命 除模具本身结构优化外 还要对材料的选用和热处理 表面强化技术予以开发和创新 5 发展高精度模具 要实现模具的高精度 在模具的设计与加工中必然要使用高精度加 工设备和高技术加工工艺 要进一步发展数控机床和加工中心的使用 要发展 cad cae cim 等高新技术 目前 我国的模具工业与国外发达国家相比 精密加工设备在模具加工设备中的比重 还比较低 cad cae cam 技术的普及度不高 许多先进技术应用还不够广泛 特别是在 大型 精密 复杂和长寿命模具技术上存在着明显的差距 1 3 本课题应达到的要求本课题应达到的要求 综合应用各种所学的专业知识 在规定的时间内对产品进行冷冲压工艺分析 制订完 整的冲压工艺方案 并完成整副模具设计 数据计算和图纸 所有图纸折合 a0 不少于 2 5 无锡太湖学院学士学位论文 2 张 绘制 具体内容如下 1 完成模具装配图 1 张 a0 或 a1 2 零件图 主要是非标准件零件图 不少于 5 张 3 冷冲压工艺卡片 1 张 4 设计说明书 1 份 15000 字以上 其中参考文献不少于 10 篇 外文不少于 5 篇 5 翻译 8000 以上外文印刷字符 折合中文字数约 5000 字的有关技术资料或专业文 献 内容要尽量结合课题 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 3 2 工艺性分析和工艺方案的确定工艺性分析和工艺方案的确定 2 1 零件图零件图 工件名称 锁芯套 生产批量 大批量 材料 08f 厚 0 5mm 图 2 1 零件图 2 2 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 此零件的外形 两个1 5mm 的和一个4 0mm 的孔可通过落料 冲孔加工出来 中 间带有凸台的孔可用两种方法冲压 一种是先拉深 然后从底部冲孔 此种方法在进行拉 伸时 圆锥部位的材料一部分是从底面流动而来 另一部分是从主板上流动而来 而后者 若材料流动留有余量 就要增加工件排样的步距 从而增加材料的消耗 第二种方法是先 冲孔再冲压 此则属于翻边工序 翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿着圆周方向 伸长 使材料变薄 而径向材料长度几乎不变 因而不会引起主板上的材料流动 排样时 按正规冲裁设计的搭边值即可 可以节省材料 因此采用第二种方法 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 响最大的是几何形状尺寸和精度要求 冲裁件的形状应能符合材料合理排样 减少废料 下面是冲压需满足的工件的工艺性 1 冲裁各直线或曲线的连接处 宜有适当圆角 2 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 3 腰圆形件 圆弧半径应大于料宽的一半 及能采用少废料排样 如圆弧半径等 于工 件宽度一半 就不能采用少废料排样 否则会有台肩产生 4 冲孔时 由于受到凸模强度的限制 孔的尺寸不宜过小 无锡太湖学院学士学位论文 4 5 冲裁件的孔与孔之间 孔与边缘之间的距离不宜太短 2 3 模具材料的选用模具材料的选用 2 3 1 冷冲模材料的选用要求冷冲模材料的选用要求 冷冲模包括冲裁模 弯曲模 拉深模 成形模和冷挤压模等 冷冲模在工作中承受冲 击 拉深 压缩弯曲 疲劳磨擦等机械的作用 模具常常发生脆断 堆塌 磨损 啃伤和 软化等形成的失效 因此 作为冷冲模主要材料的钢材 应具有的性能有 1 应具有较高的变形抗力 主要抗力指标包括淬火 回火抗压强度 抗弯强度等 其中硬度是模具重要的抗力指标 高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件 工作零件热处 理后的硬度达到 60hrc 才能保证模具具有较高的抗变形能力 2 应具有较高的断裂抗力 主要抗力指标有材料的抗冲击性能 抗压强度 抗弯 强度 冲击载荷下抵抗模具产生裂纹的能力 也是作为防止断裂的一个重要依据 一般情 况下 韧性越高的材料断裂抗力越大 而材料基体中碳含量越高冲击韧性越高 所以载荷 较大的冷冲镦 易受偏心弯曲载荷的剪切模 细长凸模或有应力集中的模具 都需要有较 高的韧性 基体中含碳量要高 3 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能 模具在交变应力条件下易产生疲劳破坏 表面易形成刮痕凹槽等 因此对于在一定条件下工作的模具钢 为了提高耐磨性和抗疲劳 性能 需要在硬度高的基体上均匀分布大量细小的碳化物 4 应具有较好的冷 热加工工艺性 钢材的加工性能包括可锻性 可加工性 淬 透性 淬硬性 脱碳敏感性和较小变形倾向等 以方便模具的加工 易于成形及防止热处 理后变形等 2 3 2 材料的选择原则材料的选择原则 1 钢材的失效是影响模具寿命的主要因素 要针对模具的失效形式选用钢材 为防模具开裂 要选用韧性好的材料 为防磨损 应选用合金元素高的材料 对于大型冲模应选用淬透性好的材料 为保持钢材硬度 要选用耐回火性高的含铬 钼合金钢 为防热处理变形 对于形状复杂的零件应选用含碳量高 淬透性好的合金材料 2 要根据制品批量大小选用材料 对于制品批量大的模具 一般采用优质合金钢 而批量小的模具则采用碳素钢 以降低成本 本模具用于制品的大批量生产 所以选用优 质合金钢 3 要根据冲模零件的作用选择 凸模凹模可采用有色金属或黑色金属 而对于支 撑板 卸料零件 导向件应选用一般钢材 最终选择凸模凹模用 9sigr 支撑板 卸料零 件 导向件等用 45 2 4 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 该零件的加工包括冲孔 翻边 落料三个工序 有以下三种工艺方案 1 先冲孔 后翻边和落料 采用单工序模生产 2 先冲孔翻边后落料复合冲压 采用复合模生产 3 冲孔翻边落料级进冲压 采用级进模生产 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 5 根据零件的特点 经过对模具的分析可知采用级进模生产比较合适 工作效率也高 2 5 排样排样 2 5 1 排样方法排样方法 目前 在我国冲压生产中 冲裁件的坯料形状多数是条料和带料 而条料多数是由大 张板料裁剪而成的 合理的排样对提高材料的利用率 降低材料的消耗 提高冲裁件的精 度和虫牙模具的寿命有着极大的影响 常用的排样方法有三种 1 有废料排样 沿工件全部外形冲裁 在冲件周边都留有搭边因此材料利用率低 但冲件尺寸完全由冲模来保证 因此精度高 模具寿命也高 生产中绝大多数冲裁件都是 采用有废料排样 2 少废料排样 沿着工件部分外形切断或冲裁 只在冲件之间或冲件与条料侧边 之间留有搭边 因受剪裁条料质量和定位误差的影响 其冲件质量稍差 同时边缘毛刺被 凸模带入间隙也影响模具寿命 但材料利用率稍高 冲模结构简单 3 无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得冲件 无任何搭边 冲件的质量和 模具寿命更差一些 但材料利用率最高 劳动生产率也高 少废料 无废料排样的缺点是工件质量差 模具寿命不高 但这两种排样可以节省材 料 还有简化模具结构 降低冲裁力和提高生产率等优点 并且工件须具有一定的形状才 能采用 上述三类排样方法 按工件的外形特征主要分为直排 斜排 直对排 斜对排 混合排 多行排等形式 图 2 2 为此制件的三种排样方案 现就这三种方案进行比较分析 方案 为斜排 方 案 为直排 方案 为对排 三种方案从制件精度 冲模结构及模具寿命相比都差不多 但从材料利用率考虑 方案 的材料利用率最高 方按 次之 方案 的材料利用率最差 但方按 冲裁时材料需要调头 较为麻烦 综合考虑 方案 为最合理的排样方案 根据 以上分析 最终确定采用有废料斜排的方式 图 2 2 排样方案 无锡太湖学院学士学位论文 6 2 5 2 搭边值与条料宽度搭边值与条料宽度及工位及工位的确定的确定 1 搭边值的确定 排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边 搭边的作用一 是补偿定位误差和剪板误差 确保冲出合格零件 二是增加条料刚度 方便条料送进 提 高劳动生产率 同时 搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙 从而提高 模具寿命 搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响 因此一定要合理确定搭边数值 搭边 过大 材料利用率低 搭边过小时 搭边的强度和刚度不够 冲裁时容易翘曲或被拉断 不仅会增大冲裁件毛刺 有时甚至单边拉入模具间隙 造成冲裁力不均 损坏模具刃口 根据生产的统计 正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高 50 以上 搭边值是由经验确定的 查表 2 1 可得排样时选用的最小搭边值 3a 1 2 0a a 为工件与工件搭边 1 a 为工件与条料边缘之间的搭边 1 表 2 1最小搭边值经验表 条料宽度 手工送料 自动送料 圆形非圆形往复送料 a 1 aa 1 aa 1 aa 1 a 11 51 521 53232 1 221 52 523 52 532 2 32 5232 543 532 3 432 53 535443 4 543546554 5 654657665 6 865768776 876879887 2 条料宽度的确定 在排样方式和搭边值确定之后 就可以确定条料的宽度 零件精度要求不高 为了简化模具 采用无测压装置 由表 2 2 查得条料与导料板 间间隙最小值为z0 5mm 表 2 2 导料板与条料之间的最小间隙 zmin 材料厚度 t 无侧压装置有侧压装置 条料宽度 b条料宽度 b 100 以下100 200 200 300 100 以下100 以上 约 10 50 5158 1 50 51158 条料宽度 b 1 bd 2 a 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 7 式子 b 条料宽度尺寸 mm d 工件在条料宽度方向上的尺寸 mm 1 a 工件与条料边缘之间的搭边值 mm 由公式得 b40 552 2 44 55mm 导料板之间的距离 a 1 ad2 a2 z40 552 22 0 545 55mm 图 2 3 料宽步距图 3 步距的确定 步距sd a 式子 s 步距 mm d 工件在送料方向上的尺寸 mm 1 a 工件与工件之间的搭边值 mm 由公式得 s 21 98324 98mm 4 零件加工工位的确定 零件加工分为 5 个工位 如图 2 4 第一工位 冲 2 个1 5mm 孔 第二工位 冲 1 个4mm 孔和翻边预冲工艺孔 第三工位 部分落料 第四工位 翻边 第五工位 最后落料 工件从底孔中漏出 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 2 4 加工工位图 由以上分析可知 该模具的动作过程为 先冲出翻边时用的工艺孔和 3 个冲裁孔 然 后预剪 之后是翻边 最后完全落料 原因是翻边时的拉扯力会导致相临工件变形 预剪 以减少工件变形 模具的动作需要在不同的工位上完成 所以模具的定位要绝对正确 才 能冲制出合格的产品 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 9 3 设计计算设计计算 3 1 翻边力的计算翻边力的计算 翻边的计算有 1 计算翻边前的毛坯孔径 2 变形程度计算 3 翻边力的计算 根据工 件图计算翻边前毛坯孔径 称为底孔孔径 底孔周边材料在翻边时材料没有径向流动 3 1 1 预冲孔大小的确定预冲孔大小的确定 图 3 1 翻边图 毛坯的计算 如图 3 1 2 预冲孔直径 11 dd rt 22 h9 80 30 5 22 1 7 4 68 这里取孔的直径为d4 7mm 翻边后的厚度 10 t tsqrt d d0 5 sqrt 4 7 8 20 379 这里取 1 t0 38mm 翻边后直边的平均直径 1 dd0 t 2 8 20 38 28 39mm 这里取d8 4mm 3 1 2 翻边系数翻边系数 kd d 3 1 式中 k 系数 d 预冲孔直径 d 翻边后直边的平均直径 k 值愈大 变形程度愈小 k 值愈小 变形程度愈大 由公式 3 1 得 k3 7 8 0 385 根据表 3 1 符合要求 无锡太湖学院学士学位论文 10 表 3 1 低碳钢的极限翻孔系数 翻边方法孔的加工方法 比值 do t 1005035201086 5531 球形凸模 钻后去毛刺冲 孔 0 700 600 520 450 360 330 310 300 250 20 0 750 650 570 520 450 440 430 420 42 圆柱形凸模 钻后去毛刺冲 孔 0 800 700 600 500 420 400 370 350 300 25 0 850 750 650 600 520 500 500 480 47 表 3 2材料力学性能 材料名称材料牌号材料状态 抗剪强度 mpa 抗拉强度 mpa 伸长率 屈服点 mpa 弹性模量 mpa 普 通 碳 素 钢 08f 已 退 火 的 220 310 280 390 32180 10f260 360 330 450 32200190000 15f220 340 280 420 30190 8260 340 300 440 29210198000 10250 370 320 460 28 155270 380 340 480 26280202000 3 1 3 翻边力的计算采用以下公式 翻边力的计算采用以下公式 f1 1tdd 3 2 式中 f 翻边里 单位为 n 材料的屈服强度 单位为 mpa d 翻边直径 单位为 mm d 毛坯的预冲孔 单位为 mm t 毛坯厚度 单位为 mm 由公式 3 2 得 f1 10 5 1808 44 71150 n 3 2 冲裁力的计算冲裁力的计算 该模具采用平刃口模具进行冲裁 其理论冲裁力 f n 可按下式计算 fklt 3 3 式中 k 系数 l 冲裁件周长 mm t 材料厚度 mm 材料抗剪强度 mpa 选择设备时 需要考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素 实际冲裁力可能 增大 所以一般取k1 3 因为在该模具中需要冲压的部位主要有外形 两个直径为 1 5 的孔 直径为 4 的孔 直径为 8 2 的孔和直径为 4 7 的工艺孔 计算其周长分别为 99mm 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 11 4 7mm 12 6mm 25 8mm 14 8mm 材料厚度t 0 5mm 材料抗剪强度 310mpa 由公式 3 3 得 f klt1 3 99 0 5 31019948 5 n 外 1 5 f klt1 3 4 7 0 5 310947 05 n 4 f klt1 3 12 6 0 5 3102538 9 n 8 2 f klt1 3 25 8 0 5 3105198 7 n 4 7 f klt1 3 14 8 0 5 3102982 2 n 冲裁力 1 548 24 7 p ff f f f 外 19948 5947 052538 95198 72982 2 31615 35 n 3 3 卸料力 推件力 顶出力卸料力 推件力 顶出力的计算的计算 在冲裁过程结束后 由于材料的弹性恢复 会使冲孔件箍在冲孔头上 落料件卡在凹 模洞口内 为了使冲裁工作能够顺利 连续的进行下去 在冲裁过程完成以后 必须迅速 的由卸料机构和顶出机构完成卸料推件 或顶件 工作 由于卸料推件 或顶件 会使 冲 压设备负荷增加 因此在选择冲床吨位和设计冲模的卸料机构及顶出机构之前 先要计算 出卸料力 推件力和顶件力 卸料力是将箍在凸模上的板料卸下时所需要的力 推件力是将落料件顺着冲裁凹模洞 口推出时所需的力 顶件力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模刃口时所需的力 如下图 图 3 2 卸料力 推件力 顶件力示意图 由于影响卸料力 推件力和顶件力的因素很复杂 所以实际上都是采用经验公式来计 算 pkp n xx 3 4 pkp n tt n 无锡太湖学院学士学位论文 12 pk p n dd 式中 px pt pd 分别为卸料力 推件力和顶件力 k 为系数 其值见下表 3 2 p 沖裁力 n 同时卡在凹模洞口内的落料件数 nh t h 为凹模刃壁垂直部分高度 t 为 料厚 这里采用锥形洞口 因无落料件卡在洞口内 故不计推件力 表 3 3 材料系数 材料种类及厚度 mm kxktkd 钢 0 10 065 0 0750 10 14 0 1 0 50 045 0 0550 0630 08 0 5 0 250 04 0 050 0550 06 2 5 6 50 03 0 040 0450 05 6 50 02 0 030 0250 03 铝及铝合金0 025 0 080 03 0 070 003 0 07 紫铜 黄铜0 02 0 060 03 0 090 03 0 09 由表查得k 0 045 x k0 08 d 由公式 3 4 得 pkp n0 045 31615 351422 69n xx pk p n0 08 31615 352529 228 n dd 3 4 冲压力冲压力的计算的计算 模具采用弹性卸料装置和弹性顶件装置冲裁 冲床要同时克服卸料装置和顶件装置的 弹力和冲裁力及翻边力 故冲压力按下式计算 xd ppppf 冲 3 5 式中 p冲 冲床应具有的最小冲压力 p 冲裁力 x p和 d p 分别为卸料力 顶件力 f 翻边力 由公式 3 5 得 冲压力p31615 35 1422 692529 228 115036717 268 n 冲 3 5 冲模压力中心的确定冲模压力中心的确定 冲压力合力的作用点称为压力中心 为了保证压力机和冲模正常 平稳地工作 必 须使冲模的压力中心与压力机滑块中心重合 对于带模柄的中小型冲模就是要使其压力中 心与模柄轴心线重合 否则 冲裁过程中压力机滑块和冲模将会承受偏心载荷 使滑块导 轨和冲模导向部分产生不正常磨损 合理间隙得不到保证 刃口迅速变钝 从而降低冲裁 件质量和模具寿命 甚至损坏模具 因此 设计冲模时 应正确计算出冲裁时的压力中心 并使压力中心与模柄轴心线重合 若因冲裁件的形状特殊 从模具结构方面考虑不宜使压 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 13 力中心与模柄轴心线相重合 也应注意尽量使压力中心的偏离不超出所选压力机模柄孔投 影面积的范围 对于形状复杂的冲裁件 可先将组成图形的轮廓划分为若干简单的直线段及圆弧段 分别计算其冲裁力 这些即为分力 由各分力之和算出合力 然后任意选定直角坐标轴 xy 并算出各线段的压力中心至 x 轴和 y 轴的距离 最后根据 合力对某轴之矩等于各分力对 同轴力矩之和 的力学原理 即可求出压力中心坐标 由于线段的冲裁力与线段的长度成正比 所以可以用各线段的长度 1 l 2 l 3 l n l代替公式中各线段的冲裁力 1 f 2 f 3 f n f 故压力中心坐标的计算公 式又可表示为 3 n i i n i ii n nn l xl lll xlxlxl x 1 1 21 2211 0 3 6 按比例画出零件形状 选定坐标系 xoy 如图 3 3 图 3 3 压力中心图 该零件上下坐标对称 即 0 0y 故只需计算 x 即可 将工件冲裁周边分成 0 l 1 l 2 l 3 l 4 l 5 l 6 l 7 l 8 l 9 l 10 l 11 l 12 l 基本线段 求出各段长度及各段中心 位置 0 28 9l 0 0x 1 12 6l 1 20 2x 2 4 7l 2 1 5x 无锡太湖学院学士学位论文 14 3 4 7l 3 1 5x 4 9 4l 4 2 7x 5 9 4l 5 2 7x 6 6 9l 6 0x 7 9 6l 7 4x 8 19l 8 17 5x 9 15 2l 9 27x 10 19l 10 17 5x 11 9 6l 11 4x 12 6 9l 12 0x 根据压力中心公式 3 6 得 001 112 12 0112 8 8 l ylyl y x lll 3 6 冲压设备的确定冲压设备的确定 冲压设备作为模具工作的动力机构 是冲压生产的重要组成部分 同时也是冲压工艺 方案设计和模具设计的主要依据 冲压设备的选择包括两部分内容 一是选择设备的类型 二是选用该设备的规格 这 两部分内容对于订制冲压工艺和设计模具都很重要 设备类型的选择要依据冲压零件的生产批量 零件尺寸的规格 冲压工艺特点和生产 效率 安全操作等因素来确定 表 3 4 开式可倾式曲柄压力机的主要技术参数 5 型号j23 6 3j23 16j23 25j23 40j23 63j23 80j23 100 公称压力 kn631602504006308001000 达到公称压力时滑块距 下止点的距离 mm 3 55678910 滑块行程 mm507080100120130140 行程次数 次 分钟 16011510080706060 最大封闭高度 mm170220250300360380400 封闭高度调节量 mm4060708090100110 滑块中心到床身 距离 mm 110160190220260290320 工作台 尺寸 mm 前后315450560630710800900 左右200300360420480540600 工作台孔 尺寸 mm 前后150220260300340380420 左右70110130150180210230 直径110160180200230260300 立柱间距离 mm150220260300340380420 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 15 模柄孔尺寸 直径 深度 mm2 30 50 50 70 50 70 50 70 50 70 60 75 60 75 工作台板厚度 mm4060708090100110 倾角 30303030302525 根据以上计算结果冲压设备选 j23 40 来进行冲压生产 其主要技术参数如下所示 型号j23 40 公称压力 kn 400 公称压力行程 mm 4 滑块行程 mm 100 行程次数 min 1 50 最大模块高度 mm 250 320 装模高度调节量 mm 80 滑块中心至机身距离 mm 230 500 工作台板尺寸 前后 左右 孔直径 mm430 640 80 工作台板厚度 mm 70 滑块底面尺寸 前后 左右 mm430 640 80 工作台板厚度 mm 70 滑块底面尺寸 前后 左右 mm215 245 模柄孔尺寸 直径 尺寸 mm50 70 机身最大可倾斜角度30 立柱间距离 mm 250 电动机 功率 kw 4 外形尺寸 长 宽 高 mm1600 1180 2410 4 结构设计结构设计 无锡太湖学院学士学位论文 16 4 14 1 凹模凸模设计凹模凸模设计 冲裁件的尺寸精度主要决定于凸 凹模刃口尺寸及公差 模具的合理间隙值也是靠凸 凹模刃口尺寸及其公差来保证的 因此 准确确定凸 凹模刃口尺寸及其公差 是冲裁模 设计中的一项重要工作 在冲裁件尺寸的测量和使用中 都是以光面的尺寸为基准 由前述冲裁过程可知 落 料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生 而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的 所以 在计算刃口尺寸时 应按落料和冲孔两种情况分别考虑 其原则如下 落料时 因落料件光面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致 应先确定凹模刃口尺寸 即以凹模刃口尺寸为基准 又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增加 为保证凹模磨损 到一定程度仍能冲出合格零件 故凹模基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸 落料凸模的基本尺寸则是在凹模基本尺寸上减去最小合理间隙 冲孔时 因孔的光面尺寸与凸模刃口尺寸相等或基本一致 应先确定凸模刃口尺寸 即以凸模刃口尺寸为基准 又因冲孔的尺寸会随凸模刃口的磨损而减少 故凸模基本尺寸 应取冲裁孔尺寸公差范围内的较大尺寸 冲孔凹模的基本尺寸则是在凸模基本尺寸上加上 最小合理间隙 凸 凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸 凹模加工方法确定 既要保 证冲裁间隙要求和冲出合格零件 又要便于模具加工 凸 凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关 基本上可以分为两类 4 1 1 凸 凹模分别加工时的计算法凸 凹模分别加工时的计算法 凸 凹模分别加工是指凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工 冲 裁间隙由凸 凹模刃口尺寸及公差保证 这种方法要求分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸 及公差 并标注在凸 凹模设计图样上 其优点是凸 凹模具有互换性 便于成批制造 但受冲裁间隙的限制 要求凸 凹模的制造公差较小 主要适用于简单规则形状 圆形 方形或矩形 的冲裁件 1 表 4 1 冲裁凸 凹模工作部分尺寸的计算公式 表中 pd dd 分别为落料凸 凹模的刃口尺寸 mm pd dd 分别为冲孔凸 凹模的刃口尺寸 mm dp zz 分别为凸 凹模的制造公差 制件的制造公差 mm min z 最小合理间隙值 mm x 磨损系数 凸模长度按下式计算 12 lhhh 工序性质冲件尺寸凸模尺寸凹模尺寸 落料 0 d 0 min p pd z ddz 4 1 0 d z d ddx 4 2 冲孔 0 d 0 p p z ddx 4 3 min 0 d z dp ddz 4 4 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 17 式中 1 h 卸料背板厚度 mm 2 h 卸料板厚度 mm h 增加长度 mm 一般取 10 20mm 根据后面部分对各板料厚度的选择计算出凸模长度为 152021 56mml 表 4 2 初始双面间隙值表 厚度 t mm 材料 08 10 35 09m2 q235 q34540 5065mn zmaxzminzmaxzminzmaxzminzmaxzmin 0 50 0400 0600 0400 0600 0400 0600 0400 060 0 60 0480 0720 0480 0720 0480 0720 0480 072 0 70 0640 0920 0640 0920 0640 0920 0640 092 0 80 0720 1040 0720 1040 0720 1040 0640 092 0 90 0900 1260 0900 1260 0900 1260 0900 126 1 00 1000 1400 1000 1400 1000 1400 0900 126 1 20 1260 1800 1320 1800 1320 180 1 50 1320 2400 1700 2400 1700 240 1 750 2200 3200 2200 3200 2200 320 2 00 2460 3600 2600 3800 2600 380 表 4 3冲裁件和拉深件未注公差尺寸的偏差表 基本尺寸 尺寸的类型 包容表面被包容表面孔中心距 3 0 25 0 25 0 15 3 6 0 30 0 30 6 10 0 36 0 36 0 215 10 18 0 43 0 43 18 30 0 52 0 52 0 31 30 50 0 62 0 62 50 80 0 74 0 74 0 435 80 120 0 87 0 87 120 180 1 00 1 00 0 575 180 250 1 15 1 15 表 4 4 圆形或方形件冲裁时凸模 凹模的制造公差表 公称尺寸凸模制造公差凹模制造公差 无锡太湖学院学士学位论文 18 180 0200 020 18 300 0200 025 30 800 0200 030 80 1200 0250 035 120 1800 0300 040 表 4 5 系数 x 材料厚度 t mm 公差 系数 非圆形冲件圆形冲件 10 750 50 750 5 冲件公差 mm 10 360 16 1 20 420 20 2 40 500 24 4 50 600 30 冲4 孔 因为该工件为一般精度零件 其制件公差为0 2 查表 4 3 可得凸 凹模的制造公差0 02 p z 0 02 d z 查表 4 1 可得该工件中所需的凸凹模初始间隙为 min 0 04z 磨损系数x取 0 5 由公式 4 3 4 4 得 00 0 0 02 0 02 40 5 0 24 1 p p z ddx 0 02 0 02 min0 0 0 4 1 0 044 14 d z dp ddz 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 19 图 4 1 4 1 凹模凸模 冲1 5 孔 冲制该孔时所需的磨损系数x取 0 5 凸凹模的制造公差为0 02 p z 0 02 d z 制件公差0 25 凸凹模初始间隙为 min 0 04z 由公式 4 3 4 4 得 00 0 0 02 0 02 1 50 5 0 251 625 p p z ddx 0 02 0 02 min0 0 0 1 6250 041 665 d z dp ddz 图 4 2 1 625 凹模凸模 冲4 7 孔 冲制该孔时所需的磨损系数x取 0 5 凸凹模的制造公差为0 02 p z 0 02 d z 制件公差0 25 凸凹模初始间隙为 min 0 04z 由公式 4 3 4 4 得 00 0 0 02 0 02 4 70 5 0 254 825 p p z ddx 0 02 0 02 min0 0 0 4 8250 044 865 d z dp ddz 无锡太湖学院学士学位论文 20 图 4 3 4 825 凹模凸模 翻孔凸模 凹模 翻边所用的凸 凹模间隙值按表 4 5 取 1 3 表 4 6 翻边时的凸 凹模间隙值表 材料厚度0 50 70 81 01 21 52 0 平毛坯翻边0 450 60 70 851 01 31 7 拉深后翻边0 40 50 60 750 91 11 5 材料0 5mmt 所以这里取0 45z 当翻边时外孔有尺寸精度要求时 尺寸精度由凸模保证 此时应按下式来计算凸 凹 模的尺寸 0 0 0 0 75 0 752 p d dz z pd dd ddz 4 5 式中 p d d d 凸 凹模直径 p z d z 凸 凹模公差 竖孔内径公差 模对直壁外侧产生挤压作用 从而控制其外形尺寸 在该模具中0 0 02 p z 0 02 d z 0 9 4d 由公式 4 5 得 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 21 00 00 02 0 02 00 0 759 4 0 7528 5 p d dz z pd dd ddz 图 4 4翻边凸模 凹模 4 1 2 凸 凹模配作加工时的计算方法凸 凹模配作加工时的计算方法 凸 凹模配作加工是先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件 一般 落料时以凹模为基准件 冲孔时以凸模为基准件 然后根据基准件的实际尺寸按间隙要 求配作另一件 这种加工方法的特点是模具的间隙由配作保证 工艺比较简单 maxmindp zz 不必校核条件 并且还可以放大基准件的制造公差 一般可取冲裁件 公差的 1 4 使制造容易 因此是目前一般工厂常常才用的方法 特别适用于冲裁薄板件 因其 maxmin zz 很小 和复杂性状件的冲模加工 落料时以凹模为基准 配作凸模 凹模磨损后刃口的变化有增大 减少和不变 3 种情 况 故凹模刃口尺寸也应分 3 种情况进行计算 凹模磨损后变大的尺寸为 a 类尺寸 按一 般落料凹模尺寸公式计算 凹模磨损后变小的尺寸为 b 类尺寸 因它在凹模上相当于冲孔 凸模尺寸 故按一般冲孔凸模尺寸公式计算 凹模磨损后不变的尺寸 可按凹模型孔中心 距尺寸公式计算 具体计算公式见表 4 6 无锡太湖学院学士学位论文 22 表 4 7 工作性质落料件尺寸落料件凹模尺寸落料件凸模尺寸 落料 a 类尺寸 0 a 4 max 0 d aax 4 6 按凹模实际刃口 尺寸配作 保证间 隙 minmax zz b 类尺寸 0 b 0 min 4 d bbx 4 7 c 类尺寸 2 c min 0 5 8 d cc 4 8 注 d a d b d c 为落料凹模刃口尺寸 a b c 为落料件的基本尺寸 max a min b min c 为落料件的极限尺寸 为落料公差 x为磨损系数 图 4 5 凹模磨损后变大的尺寸 0 10 025 22 98a 0 20 02 0 43a 0 30 02 4 098a 0 40 02 6 807a 0 50 02 4 1a 0 60 02 6 801a 0 70 02 17 5a 0 80 02 12 2a 0 90 02 0 455a 0 100 02 1 334a 0 110 025 23 057a 刃口尺寸计算公式为 4 max 0 d aax 查表 4 3 4 4 得 1 0 025 2 0 02 0 75x 由公式 4 6 得 锁芯套冷冲压工艺及级进模设计 23 0 025 0 00625 4 10 0 0 02 0 005 4 20 0 0 02 0 005 4 30 0 0 02 0 005 4 40 0 0 024 5 0 22 980 75 0 02522 96125 0 430 75 0 020 415 4 0980 75 0 024 083 6 8070 75 0 026 792 4 1 0 75 0 024 085 d d d d d amm amm amm amm a 0 005 0 0 02 0 005 4 60 0 0 02 0 005 4 70 0 0 02 0 005 4 80 0 0 02 0 005 4 90 0 0 024 10 0 6 801 0 75 0 026 78