三角形水阀垫片冲压模具设计与加工毕业论文.doc

三角形水阀垫片倒装复合模设计与加工 摘 要 本文设计的是冲孔 落料 复合模 模具结构比较简单实用 使用方便可靠 因为模具生产大批量的生产 而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量 模具的设计与加工主要考虑到模具的设计能否满足工作的工艺性设计 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 在本次设计中除垫片孔的精度外 更重要的是外圆圆角尺寸精度 不仅要考虑做出的零件能满足工作要求 还要保证 它的使用寿命 最后加工出三角形水阀垫片冲压模具模型产品一套 关键词 倒装复合模 冲压 设计 加工 Valve gasket Stamping die Design and Processing Abstract Author SheJiWuZu Tutor YuanYongFu This article is designed punching blanking Progressive Die Die practical examples of relatively simple structure easy to use and reliable Stamping die mainly of sheet metal forming have been separated or parts of the processing methods Because the production of large quantities of mold manufacturing mold and stamping products to ensure dimensional accuracy and quality of products Die Design and Manufacture of the main mold design taking into account the work of the process can meet the requirements of design can be processed into qualified parts as well as subsequent maintenance and storage such as is reasonable In the design of the gasket hole accuracy is more important outside the outer fillet size precision not only have to consider so that the parts made to meet the job requirements but also to ensure his life the card order process non standard parts of the process of card processing technology Keywords Progressive Die Stamping Design Processing 目目 录录 1 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 课题相关工作 1 1 3 本文主要研究内容 1 2 冲裁模设计与制造简介 2 3 零件工艺性分析 2 3 1 工艺分析 2 3 2 冲裁工艺方案的确定 4 4 模具总体结构设计方案 5 4 1 模具类型的选择 5 4 2 操作与定位方式 5 4 3 卸料和出料方式 5 4 4 导向方式的选择 5 5 模具设计工艺计算 5 5 1 排样 计算条料宽度及步距的确定 5 5 1 1 排样设计与计算 5 5 1 2 搭边值的确定 6 5 1 3 送料步距与条料宽度计算 7 5 1 4 计算材料利用率 9 6 冲压力的计算 11 6 1 计算冲裁力的公式 11 6 1 1 冲孔力 F冲计算 12 6 1 2 落料力 F落计算 12 6 1 3 卸料力和推件力的计算 12 6 1 4 总压力的计算 13 6 2 压力中心的确定和初选压力机 13 6 2 1 确定压力中心 13 6 2 2 初选压力机 14 7 冲裁间隙的确定 16 8 凸模和凹模刃口尺寸计算 17 8 1 冲裁模刃口尺寸计算基本原则 17 8 2 冲裁模刃口尺寸的方法 18 8 3 落料凹模 凸模刃口尺寸磨损分析方法 20 9 模具主要工作零件部件设计 23 9 1 凹模的设计 23 9 1 1 冲孔凸模的设计 25 9 1 2 校核冲孔凸模的强度 26 9 1 3 凸模与卸料板间隙选取 27 9 1 4 凸凹模高度的确定 27 9 1 5 冲裁刃口高度 28 9 1 6 凸凹模内外刃口间隙壁厚校核 28 9 2 卸料装置的确定 28 9 2 1 卸料零件 28 9 2 2 卸料板的设计 28 9 2 3 卸料螺钉的选用 28 9 2 4 弹性元件的选用和计算 28 9 3 推件装置设计 30 9 3 1 定位方式的选择 30 9 4 模架及导柱导套的设计 32 9 4 1 上下模坐的确定 32 9 4 2 导柱与导套的设计 33 9 4 3 模柄及尺寸的计算 34 9 4 4 确定模具闭合高度 34 9 5 工作零件结构材料的选用 34 9 6 其它螺钉长度选用标准 35 9 7 圆柱销尺寸选用标准 35 9 8 其它模具零件结构确定 35 9 9 冲压设备的选用 35 10 模具三位建模 36 10 1 三维装配模型 36 10 2 三维爆炸图 37 10 3 装配图 37 11 主要模具零件加工工艺过程的确定 38 11 1 工作零件加工工艺过程 38 11 1 1 落料凹模加工工艺过程 39 11 1 2 冲孔凸模加工工艺过程 39 11 1 3 凸凹模加工工艺过程 39 11 2 其它模具零件的加工 40 11 2 1 凸模固定板加工工艺过程 40 11 2 2 卸料板加工工艺过程 40 11 2 3 上垫板加工工艺过程 41 11 2 4 上模座加工工艺过程 41 11 2 5 下模座加工工艺过程 41 11 2 6 推件块加工工艺过程 41 11 2 模具的装配 41 结论 43 致谢 44 参考文献 45 附录 46 附录 A 47 附录 B 48 1 绪论绪论 1 11 1 课题背景课题背景 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度 将技术进步视为企业发展 的重要动力 一些国内模具企业已普及了二维 CAD 为适应模具产品 交货期短 精度高 质量好 和 价格低 的服务要求 并陆续开始使用 UGNX4 0 CAXA Solidworks AutoCAD2007 Pro Engineer 等国际通用软件 个别 厂家还引进了 Moldflow C Flow DYNAFORM Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件 并成功应用于冲压模的设计中 UGNX4 0 和 Solidwork 是比较常用的三维机械设计软件 能满足中小型企业模 具设计需求 并能大大减少了设计师的工作量 节约了工作时间 提高了工作效率 使设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上 1 21 2 课题相关工作课题相关工作 通过老师的指导及同学的讨论 了解本次毕业设计的主要任务 确定各自完成 的重点部分 我们小组所要完成的重点部分是冲压模具的总体设计与加工 绘制模 具的三维模型和装配图 查阅相关资料 完成开题报告 做好毕业设计前期的知识 储备等 由给定的目标冲压零件对其进行冲压模具的设计 其过程包括分析冲压件工艺 确定工艺方案及模具结构类型 进行必要的毛坯尺寸计算及工艺计算 模具的总体 设计 模具主要零部件的结构设计 选定冲压设备 绘制模具各零部件的三维图 总装成三维装配图 再制作出模具实物模型 最后整理资料 做好毕业答辩的最后准备 1 31 3 本文主要研究内容本文主要研究内容 1 根据所提供的零件图纸 对其进行冲压件工艺分析 确定工艺方案及模 具结构类型 进行必要的毛坯尺寸计算及工艺参数计算 2 在上述分析的基础上 进行模具的总体设计 并初步确定模具的闭合高 度 概略地定出模具的外形尺寸 3 进行模具主要零部件的结构设计 确定工作部分零件 定位零件 卸料 和推件装置 导向零件 紧固零件的结构形式和尺寸及固定形式 选定合理的冲压 设备 4 利用 AutoCAD CAXA Solidworks 和 UGNX4 0 软件绘制模具零件图和装 配图及三维图 2 冲裁模设计与制造简介冲裁模设计与制造简介 冲裁是冲压工艺中最基本的工序之一 它即可直接冲出成品零件 又可为弯曲 拉深和成形等其他工序制备工序件 因此在冲压加工应用非常广泛 冲裁可以分为 普通冲裁和精密冲裁两大类 普通冲裁是以凸 凹模之间产生剪切裂纹的形式实现 板料的分离 精密冲裁是以塑性变形的形式实现板料的分离精密冲裁冲出的零件不 但断面垂直 光洁 而且精度也比较高 但一般需要专门的精冲设备和精冲模具 根据制件精度选择为普通冲裁 3 零件工艺性分析零件工艺性分析 3 13 1 工艺分析工艺分析 工件简图 如图 3 1 所示 零件名称 三角形水阀垫片 生产批量 中批量 材料 Q235 材料厚度 t 1 0mm 图图 3 13 1 制件图制件图 分析如下 材料 该冲裁件的材料 Q235 钢 具有较好的可冲压性能 适合冲裁 零件结构 该冲裁件结构相对简单 需要进行冲孔 落料两道基本工序 尺 寸适中有30mm 的孔 R5mm R7 mm 和 R23 mm 的圆弧和 3 个8mm 的孔 孔与 孔 孔与边缘之间的距离也满足要求 尺寸精度 零件图上的形状尺寸均未标注公差 属自由尺寸 尺寸精度较低 可按 IT14 级确定工件的公差 普通冲裁完全能满足冲裁要求 查公差表可得各尺寸公差为 零件外形 mm mm mm 0 300 0 5 0 360 0 7 0 520 0 23 零件内形 mm mm 360 0 0 8 620 0 0 30 孔心距 23mm 12 0 结论 经分析该制件可以进行冲裁 由于制件为大批量生产 应重视模具材料和结构的选择 保证模具的复杂程度 和模具的寿命 表表 3 13 1 普通结构碳素钢的成分 性能普通结构碳素钢的成分 性能 s Mpa 5 Mpa 化学成分钢材厚度或 直径 16mm 钢号等级 WC 不小于 b Mpa Q1950 06 0 1219533315 390 A Q215 B 0 19 0 1521531335 410 A0 14 0 22 B0 12 0 20 C 0 18 Q235 D 0 17 23526375 460 A Q255 B 0 18 0 2825524410 510 Q2750 28 0 3827520490 610 表表 3 23 2 部分碳素钢抗剪性能部分碳素钢抗剪性能 材料名称牌号材料状态抗剪强度 Mpa Q195 260 320 Q235 310 380 普通碳素钢 Q275 未退火 400 500 从表 3 1 表 3 2 中查出 Q235 抗剪强度 310 380Mpa 抗拉强度 375 460Mpa 伸 长 率 26 屈服强度 s 235Mpa 分析其化学性能较好 此材料具有较高的弹性和良好的塑性 其冲裁加工性好 故选择 Q235 钢材料 根据以上分析 该零件的工艺性较好 可以冲裁加工 3 23 2 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 该零件生产为冲孔 落料工序 由于零件结构较简单 精度较较高 采用装复 合模冲裁时 倒装复合模结构简单 又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件 卸件可靠 便于操作 通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质 量和避免模具强度不够的问题 该零件在冲裁时它包括冲孔和落料两道基本工序 可采用以下三种方案 1 先落料 再冲孔 采用单工序模生产 2 冲孔 落料复合冲压 采用复合模生产 3 冲孔 落料连续冲压 采用连续模生产 其三种方案的性能比较见表 3 3 表表 3 33 3 单工序模 级进模 复合模比较单工序模 级进模 复合模比较 比较项目单工序模级进模复合模 工件尺寸精度较低一般 IT11较高一般 IT9 工件形位公差 工件不平整 同轴度 对称度及位置度误差 大 不太平整 有时要校 平 同轴度 对称度 及位置度误差大 工件平整 同轴度 对 称度及位置度较小 冲压生产率 低 冲床一次行程内 只能完成一个工序 高 冲床一次行程内 完成多个工序 较高 冲床一次行程可 完成两个以上工序 实现操作机械化自 动化的可能性 较易 尤其适合多共 位冲床上实现自动化 容易 尤其适合于单 机上实现自动化 难 工作与废料排除较 复杂 只能在单机上实 现部分机械化操作 对材料的要求 对条料要求不严 可 用边角料 对条料或宽度要求严 格 对条料要求不严 可用 边角料 生产安全性安全性较差比较安全安全性较差 模具制造的难易程 度 较易 结构简单 制 造周期短 价格低 形状简单件 比用复 合模制造难度低 形状复杂件 比用级进 模的制造难度低 应用 通用性好 使用中 小批量生产和大型件 大批量生产 通用性好 适合于形 状简单 尺寸不大 精度要求不高件的大 批量生产 通用性差 适合于形状 复杂 尺寸不大 精度 要求较高件的大批量生 产 综合表 3 3 分析 由于零件的结构简单 制造相对比较简单 操作也方便 为 提高生产率 综合以上三种方案分析采用第二种冲孔 落料倒装复合冲裁模作为冲 裁工艺方案 4 模具总体结构设计方案模具总体结构设计方案 4 14 1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用复合冲压 即模具类型为倒装复合模 4 24 2 操作与定位方式操作与定位方式 根据零件的生产批量小 但合理安排生产可用手工送料方式一能够达到批量要 求 且能降低模具成本 因此采用手工送料的方式 考虑零件尺寸较小 材料厚度 较薄 为了便于操作和保证零件精度 采用后侧导柱的导向方式 定位方式为导料 销 同侧 2 个 定位 采用固定挡料销定距控制条料的送进步距 4 34 3 卸料和出料方式卸料和出料方式 由于冲裁件厚度为 1 0mm 相对较薄 卸料力不大 故采用弹性卸料装置由 卸料板 卸料螺钉和弹簧组成 出件方式为下出件方式 由推杆和推件块组成的刚 性推件装置推出 冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔掉下 4 44 4 导向方式的选择导向方式的选择 为了提高模具寿命和工作质量 方便安装调整 该复合模采用后侧导柱的导向 方式 5 模具设计工艺计算模具设计工艺计算 5 15 1 排样 计算条料宽度及步距的确定排样 计算条料宽度及步距的确定 5 1 15 1 1 排样设计与计算排样设计与计算 排样合理与否不但影响材料的经济利用 还影响到制件的质量 模具的结构与 寿命 制件的生产率和模具的成本等技术 经济指标 因此 排样时应考虑如下原 则 9 提高材料利用率 不影响制件使用性能前提下 还可适当改变制件形状 2 排样方法应使操作方便 劳动强度小且安全 3 模具结构简单 寿命高 4 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求 如图如图 5 15 1 排样图排样图 根据材料经济利用程度 排样方法可以分为有废料 少废料和无废料排样三种 根据制件在条料上的布置形式 排样有可以分为直排 斜排 对排 混合排 多排 等多重形式 该零件厚度较薄 尺寸较小 3 个 R7 的圆弧位于整个圆的 120 的特点 考虑 到模具寿命要求不是很高 为了保证加工和设计计算方便 采用直排排样方法 这 种排样有很大的缺点就是材料利用率很低 如图 2 所示的排样方法 5 1 25 1 2 搭边值的确定搭边值的确定 表表 5 15 1 搭边搭边 a a 和和 a1a1 数值数值 低碳钢低碳钢 搭边是废料 从节省材料出发 搭边值应愈小愈好 但过小的搭边容易挤进 凹模 增加刃口磨损 降低模具寿命 并且也影响冲裁件的剪切表面质量 一般 来说 搭边值是由经验确定的 考虑 1 材料的力学性能 塑性好的材料 搭边值要大 些 硬度高与强度大的 材料 搭边值小一些 2 材料的厚度 材料越厚 搭边值也越大 3 工件的形状和尺寸 工件外形越复杂 圆角半径越小 搭边值也越大 4 排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边 5 运料及挡料方式用手工送料 有侧压板导向的搭边值可小一些 该制件是非圆形制件 根据尺寸从表 5 1 中查出 两制件之间的搭边值 a1 0 8 mm 侧搭边值 a 1 0 mm 由于该制件的材料是 Q235 钢 所以两制件之间的搭边值为 a1 0 8 1 1 2 0 8 0 96 mm 取 a1 0 8 mm 侧搭边值 a 1 0 1 1 2 1 0 1 2 mm 取 a 1 0 mm 5 1 35 1 3 送料步距与条料宽度计算送料步距与条料宽度计算 在排样方案和搭边值确定之后 就可以确定条料的宽度 进而确定导料板间的 距离 1 送料步距 A 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距 每个步距可冲 出一个或多个零件 送料步距公式由公式 5 1 计算 A D a1 5 1 式中 D 平行于送料方向的冲裁件宽度 a1 冲裁件之间搭边值 A D a1 53 8 0 8 54 6mm 2 计算条料宽度有三种情况需要考虑 有侧压装置时条料的宽度 无侧压装置时条料的宽度 有定距侧刃时条料的宽度 表表 5 25 2 条料宽度偏差条料宽度偏差 mm 材料厚度 t mm条料宽度 B mm 0 5 0 5 1 1 2 20 0 050 080 10 20 30 0 080 100 15 30 50 0 100 150 20 根据模具设计要求和每次能保证顺利冲裁采用无侧压装置的模具 能使条料始 终沿着导料销 两个 送进 条料宽度 B 计算 条料是由板料剪裁下料而得 为保证送料顺利 规定其上偏 差为零 下偏差为负值 条料宽度由公式 5 2 计算 B D 2a C 5 2 0 式中 D 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸 a 冲裁件与条料侧边的搭边 C 条料与导料板之间的间隙 即条料的可能摆动量 经查表 5 2 和表 5 3 得 0 15mm C 0 5mm B D 2a C 0 53 8 2 1 0 5 0 0 15 56 30 0 15 mm 表表 5 35 3 导料板与条料之间的最小间隙导料板与条料之间的最小间隙 ZminZmin mm 无 侧 压 装 置 条 料 宽 度 B mm材料厚度 t mm 100 以下100 以上 0 5 0 5 1 1 2 2 3 3 4 4 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 1 1 1 1 5 1 45 1 4 计算材料利用率计算材料利用率 定义 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率 它是衡量 合理利用材料的指标 一个步距内的材料利用率计算公式如下 5 3 100 BS A 式中 一个步距内冲裁件的实际面积 A 条料宽度 B 步距 S 由公式 5 3 得 100 BS A 36 100 6 54 3 56 79 1058 查板材标准 宜选的钢板 mmmm 1000500 横裁时的条料数为 n1 1000 B 1000 56 3 17 可冲 17 条 每条件数为 n2 500 a S 500 0 8 54 9 可冲 9 件 板料可冲总件数为 n n1 n2 17 9 153 件 横裁时一张板料的利用率由公式 5 3 计算得出 100 1 BS nA 总 式中 一张板料上冲裁件的总数目 n 一个冲裁件的实际面积 1 A 板料 或带料 条料 长度 L 板料 或带料 条料 宽度 B 由公式 5 3 得 100 1 LB nA 总 32 100 1000500 79 1058917 即一张板材的材料利用率为 32 纵裁时的条料数为 n1 500 56 3 500 28 8 8 可冲 8 条 每条件数为 n2 1000 a S 1000 0 8 54 6 18 5 可冲 18 件 板料可冲总件数为 n n1 n2 8 18 144 件 纵裁时一张板料的利用率由公式 5 3 计算得出 100 1 BS nA 总 式中 一张板料上冲裁件的总数目 n 一个冲裁件的实际面积 1 A 板料 或带料 条料 长度 L 板料 或带料 条料 宽度 B 由公式 5 3 得 100 1 LB nA 总 5 30 100 1000500 79 1058818 即一张板材的材料利用率为 30 5 经分析计算板料横裁的利用率要高于竖裁 所以选用横裁 由于采用的是直排 排样方法在加上冲裁件的本身外形决定了材料利用率很低 6 冲压力的计算冲压力的计算 6 16 1 计算冲裁力的公式计算冲裁力的公式 计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机 设计模具和检验模具的强度 压 力机的吨位必须大于所计算的冲裁力 以适应冲裁的需求 普通平刃冲裁模 其总 冲裁力 FP按公式 6 1 计算 Fp KptL 6 1 式中 材料抗剪强度 见附表 MPa L 冲裁周边总长 mm t 材料厚度 mm 系数是考虑到冲裁模刃口的磨损 凸模与凹模间隙之波动 数值的变化或 P K 一般取 1 3 在此模具中取 1 3 当查不到抗剪强度 r 时 可以用抗拉强度 P K b 代替 而取 Kp 1 的近似计算法计算 的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态 可在设计资料及有关手册中查 找 本设计的取值通过查表 3 2 确定 取 320 MPa 6 1 16 1 1 冲孔力冲孔力的的计算的的计算 冲 F 冲孔时的周边长度为 L1 3 2 d 2 d 3 2 3 14 4 2 3 14 15 169 56 mm 冲孔力由公式 6 1 计算 1tLKF P 冲 N96 70536 32056 1690 13 1 6 1 26 1 2 落料力落料力的计算的计算 落 F 冲裁落料周边总长为 L2 170 25mm 落料力由公式 6 1 2tLKF P 落 N70824 32025 1700 13 1 总冲裁力 Fp 70536 96 70824 141360 96 冲 F 落 FN 6 1 36 1 3 卸料力和推件力的计算卸料力和推件力的计算 在冲模结束时 由于材料弹性回复 包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复 及 摩擦的存在 将冲落部分材料强塞到凹模内 而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上 为使冲裁工作继续进行 必须将紧箍在凸模上的料卸下 将凹模内的料推出 从凸 模上卸下箍着的料所需力称卸料力 将强塞到凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的 力称推件力 因此 需要有推件力和卸料力的作用 卸料力和推件力计算公式如下 卸料力 6 2 PQ KFF 推件力 6 3 PQ FnKF 11 式中 冲裁力 P FN 卸料力系数 其值为 0 02 0 06 薄料取大值 厚料取小值 K 推料力系数 其值为 0 03 0 07 薄料取大值 厚料取小值 1 K 梗塞在凹模内的制件或废料数量 nthn 直刃口部分的高 hmm 卸料力和推料力的系数通过查表 6 1 确定 卸料力系数取K 0 05 推件力系 数取 0 055 1 K 梗塞在凹模内的制件或废料数量取 4n 由公式 6 2 得卸料力 PQ KFF N04 7068 96 14136005 0 由公式 6 3 得推料力 PQ FnKF 11 N41 31099 96 141360055 0 4 表表 6 16 1 卸料力 推件力和顶件力系数卸料力 推件力和顶件力系数 料厚 t mm 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 0 25 2 5 6 5 6 5 0 065 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 0 02 0 03 0 1 0 063 0 055 0 045 0 025 0 14 0 08 0 06 0 05 0 03 铝 铝合金 纯铜 黄铜 0 025 0 08 0 02 0 06 0 03 0 07 0 03 0 09 6 1 46 1 4 总压力的计算总压力的计算 总压力等于该模具中所用压力之和 采用弹性卸料装置下出件的模具时的总压 力为 1QQ FFFFF 落冲总 N 53 179 41 3109904 06870824796 05367 故模具的总压力为 179 53N 6 26 2 压力中心的确定和初选压力机压力中心的确定和初选压力机 6 2 16 2 1 确定压力中心确定压力中心 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置 为了确保压力机和模具 正常工作 应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合 对于带有模柄的冲压 模 压力中心应通过模柄的轴心线 否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷 使 滑块和导轨之间产生过大的磨损 模具导向零件加速磨损 降低模具和压力机的使 用寿命 模具的压力中心 可安以下原则来确定 1 对称零件的单个冲裁件 冲模的压力中心为冲裁件的几何中心 2 工件形状相同且分布对称时 冲模的压力中心与零件的对称中心相重合 3 各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩 求出合力 作用点的坐标位置 0 0 x 0 y 0 即为所求模具的压力中心 其中 L1 L2 L3 LN分别为各冲裁周边长度 图图 6 16 1 压力中心简图压力中心简图 按比例画出零件形状 选定坐标系 XoY 因零件形状相同且分布位置对称 压 力中心中心与零件的对称中心相重合 即 所以该零件的压力中心0 0 0 0 在图形的几何中心 O 处 如图 6 1 所示 6 2 26 2 2 初选压力机初选压力机 图图 6 26 2 开式固定压力机开式固定压力机 J21G 20J21G 20 表八表八 压力机规格表压力机规格表 型号 JG21 14J21 16J21G 20J12 25JA21 35 公称压力 吨 1416202535 划块行程 mm 5056306035 划块行程次数 次 min 10080100 350105130 最大闭合高度 mm 175200280312280 闭合高度调节量 mm 4040505560 划块中心线至床身距 离 mm 130140150200205 前 后 185185280160210 215270 工作台尺 寸 mm左 右 190190165 垫块厚度 mm 4040755060 直径 2525405060 模柄孔尺 寸 mm 深度 3040558080 根据冲压力的计算和压力中心的计算 选择开式固定压力机的型号为 J21G 20 如图 6 2 所示 7 冲裁模间隙的确定冲裁模间隙的确定 设计模具时一定要选择合理的间隙 以保证冲裁件的断面质量 尺寸精度满足 面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值 只是彼此接近 考虑到制造中的偏差 及使用中的磨损 生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙 只要间隙在这 个范围内 就可以冲出良好的制件 这个范围的最小值称为最小合理间隙 Cmin 最大值称为最大合理间隙 Cmax 考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大 故 设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 Cmin 冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响 此外 冲裁间隙还影 响模具寿命 卸料力 推件力 冲裁力和冲裁件的尺寸精度 冲裁过程中 凸模与 被冲的孔之间 凹模与落料件之间均有摩擦 间隙越小 模具作用的压力越大 摩 擦也越严重 而降低了模具的寿命 较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小 并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制 虽然提高了模具寿命 但出现间隙不 均匀 因此 冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数 根据实用间隙表 7 1 查得材料 Q235 钢的最小双面间隙 2Cmin 0 100mm 最 大双面间隙 2Cmax 0 140mm 表表 7 17 1 冲裁模初始用间隙冲裁模初始用间隙 2 2c mm 材料 厚度 08 10 35 09Mn Q235 16Mn 40 50 65Mn 2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax 小于 0 5 极 小 间 隙 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 2 1 5 1 75 2 0 2 1 2 5 2 75 3 0 3 5 4 0 4 5 5 5 6 0 6 5 8 0 0 040 0 048 0 064 0 072 0 092 0 100 0 126 0 132 0 220 0 246 0 260 0 260 0 4000 460 0 540 0 610 0 720 0 940 1 080 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 360 0 380 0 500 0 560 0 640 0 740 0 880 1 000 1 280 1 440 0 040 0 048 0 064 0 072 0 090 0 100 0 132 0 170 0 220 0 260 0 280 0 380 0 420 0 480 0 580 0 680 0 680 0 780 0 840 0 940 1 200 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 380 0 400 0 540 0 600 0 660 0 780 0 920 0 960 1 100 1 200 1 300 1 680 0 040 0 048 0 064 0 072 0 090 0 100 0 132 0 170 0 220 0 260 0 280 0 380 0 420 0 480 0 580 0 680 0 780 0 980 1 140 0 060 0 072 0 092 0 104 0 126 0 140 0 180 0 240 0 320 0 380 0 400 0 540 0 600 0 660 0 780 0 920 1 040 1 320 1 500 0 040 0 048 0 064 0 064 0 090 0 090 0 060 0 072 0 092 0 092 0 126 0 126 注注 取 08 号钢冲裁皮革 石棉和纸板时 间隙的 25 8 凸模与凹模刃口尺寸的计算凸模与凹模刃口尺寸的计算 8 18 1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度 模具的合理间隙值也要靠 模具刃口尺寸及制造精度来保证 正确确定模具刃口尺寸及其制造公差 是设计冲 裁模主要任务之一 从生产实践中可以发现 1 由于凸 凹模之间存在间隙 使落下的料或冲出的孔都带有锥度 且落料 件的大端尺寸等于凹模尺寸 冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸 2 在测量与使用中 落料件是以大端尺寸为基准 冲孔孔径是以小端尺寸为 基准 3 冲裁时 凸 凹模要与冲裁件或废料发生摩擦 凸模愈磨愈小 凹模愈磨 愈大 结果使间隙磨摩愈大 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时考虑下述原则 1 落料件尺寸由凹模尺寸决定 冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定 故设计落 料模时 以凹模为准 间隙取在凸模上 设计冲孔模时 以凸模为基准 间隙取在 凹模上 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 这样在凸 凹模磨损到一定程度的情况下 仍能冲出合格制件 凸 凹 模的间隙应取最小合理间隙值 3 确定冲模刃口制造公差时 应考虑制件的公差要求 如果对刃口精度要求 过高 即制造公差过小 会使模具制造困难 增加成本 延长生产周期 如果对 刃口精度要求过低 制造公差过大 则生产出来的制件可能不合格 会使模具的 寿命降低 若制件没有标准公差 则对于非圆形件按国家标准 非配合尺寸的公差 数值 IT14 级处理 冲模则可按 IT11 级制造 对于圆形件 一般可按 IT7 IT9 级 制造模具 冲压件的尺寸公差应按 入体 原则标注为单向公差 落料件上偏差为 零 下偏差为负 冲孔件上偏差为正 下偏差为零 生产中对普通冲裁件 凹模刃 口尺寸制造公差按 IT7 级精度选取 凸模刃口尺寸公差按 IT6 级精度选取 若采用 配合方法加工时 凹模或凸模刃口尺寸的制造公差可按制件的尺寸精度提高三 四 级取值 也可以按下表 8 1 选取 表表 8 18 1 冲裁模刃口制造精度与制件精度关系冲裁模刃口制造精度与制件精度关系 板料厚度 t mm 制件精度 刃口制造精度 0 50 81 01 52 03 04 05 0 6 0 IT6 IT7 IT8IT8IT9IT10IT10 IT7 IT8 IT9IT10IT10IT10IT12IT12 IT9 IT12IT12IT12IT12IT12IT14 8 28 2 冲裁模刃口尺寸的方法冲裁模刃口尺寸的方法 由于模具的加工方法不同 凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的 标注也不同 刃口尺寸的计算方法可分为两种情况 分别为凸模与凹模分开加工的 计算方法和凸模与凹模配合加工计算方法 前者用于冲件厚度较大和尺寸精度要求 不高的模具 后者用于形状复杂或波板工件的模具 对于该工件厚度只有 1 0 mm 属于薄板零件 并且四个孔有位置公差要求 为了保证冲裁凸 凹模间有一定的间隙值 必须采用配合加工 此方法是先做好其 中一件 凸模或凹模 作为基准件 然后以此基准件的实际尺寸来配合加工另 一 件 使它们之间保留一定的间隙值 因此 只在基准件上标注尺寸制造公差 另一 件只标注公称尺寸并注明配做所留的间隙值 这 p 与 d 就不再受间隙限制 根 据经验 普通模具的制造公差一般可取 4 精密模具的制造公差可选 4 6 m 这种方法不仅容易保证凸 凹模间隙值很小 而且还可以放大基准件的 制造公差 使制造更容易 在计算复杂形状的凸凹模工作部分的尺寸时 可以发现 凸模和凹模磨损后 在一个凸模或凹模上会同时存在三种不同磨损性质的尺寸 这 时需要区别对待 第一类 凸模或凹模磨损会增大的尺寸 第二类 凸模或凹模磨损或会减小的尺寸 第三类 凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸 经分析在此采用配合加工的方法计算凸凹模刃口尺寸 落料部分以落料凹模为 基准计算 料凸模按间隙值配制 冲孔部分以冲孔凸模为基准计算 冲孔凹模按间 隙值配制 既以落料凹模 冲孔凸模为基准 凸凹模按间隙值配制 计算公式如下 落料凹模 7 1 4 0max xDDd 冲孔凸模 7 2 0 4 min xddp 在同一工步中冲出制件两个以上孔时 凹模型孔中心距按下公式计算 d L Lmin 0 5 0 125 d L 式中 落料凹模基本尺寸 d Dmm 落料件最大极限尺寸 max Dmm 冲孔凸模基本尺寸 p dmm 冲孔件孔的最小极限尺寸 min dmm 同一工步中凹模孔心距基本尺寸 d Lmm 孔心距最小极限尺寸 min Lmm 制件公差 mm 磨损系数 是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带X 的中间尺寸 与工件制造精度有关 可查表 8 2 或按下列关系取值 当制件公差为 IT10 以上 取 1 X 当制件公差为 IT11 IT13 取 75 0 X 当制件公差为 IT14 者 取 5 0 X 表表 8 28 2 磨损系数磨损系数X 非圆形圆形 10 750 50 750 5 材料厚度 mmt 工件公差mm 1 0 16 0 17 0 35 0 36 0 16 0 16 1 2 0 20 0 21 0 41 0 42 0 20 0 20 2 4 0 24 0 25 0 49 0 054 0 30 0 31 0 59 0 601 3 3 6 50 0 30 0 400 35 0 500 45 0 60 50 1000 20 0 300 22 0 350 30 0 45 100 2000 15 0 200 18 0 220 22 0 30 表表 9 29 2 矩形和圆形凹模外形尺寸矩形和圆形凹模外形尺寸 矩形凹模的长度和宽度 BL 矩形和圆形凹 模厚度 h 圆形凹模直径 d 5063 6363 10 12 14 16 18 20 63 6380 8080 63100 80100 100100 80125 12 14 16 18 20 22 80 100 100125 125125 80 140 100 140 14 16 18 20 22 25 125 125 140 140 140 100160 125160 140 160 100200 125200 16 18 20 22 25 28 140 160160 140 200 160200 125200 140 250 16 20 22 25 28 32 160 凹模各尺寸计算公式如下 凹模厚度 9 1 KbH mm15 凹模边壁厚 9 2 Hc 25 1 mm4030 凹模板边长 9 3 cbL2 式中 b 冲裁件的最大外形尺寸 K 系数 考虑板料厚度的影响 查表 9 1 按上式计算后 选取的 H 值不应小于 15 20 mm 根据以上公式 9 1 则可计算落料凹模板的尺寸 1 凹模厚度 查表 9 1 得 K 0 30 根据公式 9 1 KbH mm15 16 84 5330 0 取凹模厚度 H 20 mm 2 凹模边壁厚的确定公式为 Hc 25 1 mm4030 18 25 1 27 36mm 取凹模壁厚 C 30mm 3 凹模长度的计算公式为 cbL2 53 84 2 30 113 84mm 凹模的长度要考虑导料销发挥的作用 保证送料粗定位精度 取标准取 L 125mm 由于制件似圆形把凹模设计成圆形根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的直径 和高度的尺寸 凹模直径 mmL84 11330284 53 凹模高度 H 20mm 即 mmHL2084 113 参照表 9 2 将上述尺寸设为标准尺寸为 mm20125 9 1 19 1 1 冲孔凸模的设计冲孔凸模的设计 冲孔小凸模采用 A 型圆凸模 按 GB T7653 1994 规定 直接用车床加工即可 可以直接用 2 个 M8 的螺钉固定在垫板上 凸模与凸模固定板的配合按 H7 m6 冲孔 大凸模采用圆柱式 可以直接 1 个 M6 的螺钉固定在垫板上 凸模长度尺寸应根据 模具的具体结构确定 同时考虑凸模的修模量及固定板 与卸料板之间的安全距离 等因素 采用弹压卸料板时 凸模的长度计算公式为 9 21 hhL 4 其中 凸模长度 L 凸模固定板厚度 1 h 凹模厚度 2 h 其中凸模固定板的厚度 0 8 H凹 0 8 20 16 0mm 标准为 30mm 1 h 由 9 4 式得 12 Lhh 30 10 40mm 9 1 29 1 2 校核冲孔凸模强度校核冲孔凸模强度 在一般情况下 凸模的强度是足够的 不必进行强度计算 但是对细长凸模 或凸模断面尺寸较小而毛坯厚度又比较大的情况下 必须进行承压能力和抗纵向弯 曲能力两方面的校验 该冲孔凸模的强度校核公式如下 9 5 k k F Lt 式中 L 冲件轮廓的周长 mm t 冲件材料厚度 mm 冲件材料抗剪强度 a MP 接触面积 取接触宽度为 t 2 k F 2 mm 凸模刃口接触应力 k a MP 凸模材料许用应力 对于常用合金模具钢 可取 1800 a MP 校核冲孔凸模由于冲件轮廓周长为 339 81 冲件材料厚度 1 0 接触面mmmm 积 1058 79 冲件材料抗剪强度取 320 凸模材料许用应力取 1800 2 mm a MP a MP 由公式 9 5 得 k k F Lt 1 79 1058 3200 181 339 0 015 0 025 0 005 0 007约为 0 003 2 0 025 0 05 0 007 0 015约为 0 006 3 0 05 0 10 0 015 0 025约为 0 01 9 29 2 卸料装置的确定卸料装置的确定 9 2 19 2 1 卸料零件卸料零件 设计卸料零件的目的 是将冲裁后卡在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉 保证下次冲压正常进行 9 2 29 2 2 卸料板的设计卸料板的设计 因为该模具为复合模具 卸料装置采用弹压式卸料板 它既起卸料作用 起压 料作用 由于在工作前对板料有预压作用 所得冲裁零件的质量较好 平直度较高 该冲裁件厚度在 1 5mm 以下的板料 弹压卸料板与弹性元件 弹簧或橡皮 卸料 螺钉组成弹压卸料装置 卸料板与凸模之间的单边间隙选择 0 1 0 2 t 若弹压 卸料板还要起对凸模导向作用时 二者的配合间隙应小于冲裁间隙 弹压元件的选 择 应满足卸料力和冲模结构的要求 在前面冲压工艺分析中已经选择了卸料装置为弹性卸料 采用卸料板卸料 卸 料板的厚度一般取5 20mm 考虑到材料厚度不大所以取10mm 卸料板的周界尺 寸与凹模的板的周界尺寸相同 卸料板与凸凹模的间隙值由表4 2确定 取 0 01 卸料板的具体结构形式和尺寸详见非标准零件图 卸料板采用45钢制造 mm 淬火硬度为42 48HRC 表表9 9 7 7 弹压卸料板与凸模间隙值弹压卸料板与凸模间隙值 mm 材料厚度t mm 0 50 5 1 1 单边间隙Z mm 0 050 10 15 9 2 39 2 3 卸料螺钉的选用卸料螺钉的选用 卸料板上设置4个卸料螺钉 公称直径为12mm 螺纹部分为M10 10mm 卸料 螺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端面 1mm 有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整 9 2 49 2 4 弹性元件的选用与计算弹性元件的选用与计算 在冲裁模卸料与出件装置中 常用的元件是弹簧和橡胶 考虑本模具的结构 该模具采用的弹性卸料且弹性元件为弹簧 在卸料装置中 常用的弹簧是圆柱螺旋 压缩弹簧 这种弹簧已标准化 GB2089 1980 设计时根基所要求的压缩量和生 产的压力按标准选用即可 冲模常用圆柱螺旋压缩弹簧 一般用 65Mn 或 60Si2Mn 等钢丝卷绕而成 两端 拼紧并磨平 热处理后硬度一般为 43 48HRC 卸料弹簧的选用步骤如下 1 初步确定弹簧个数 n 一般选 2 4 个 结构允许时可选 6 个 但受力不容 易均匀 2 根据总卸料力 Fx 和初选的弹簧个数 n 算出每个弹簧的预压力 Fy Fy Fx n N 7068 04 4 1767 01 N 3 根据预压力 Fy 初选弹簧的规格 使其极限工作压力 Fj 大于预压力 Fy 一般取 Fj 1 5 2 Fy Fj 1 5 2 Fy 1 5 2 1767 01 2650 52 3534 02 N 4 根据弹簧压力与其压缩量成正比的特性 可按下式计算弹簧的预压量 hy 其中 hy Fy hj Fj mm 式中 hj 弹簧极限压缩量 mm 一般取 16 mm Fj 弹簧极限工作负荷 N Fy 弹簧预压力 N hy Fy hj Fj 1767 01 16 3500 8 08mm 5 检查所选弹簧是否合适 使弹簧工作时的总压缩量 h 不超过弹簧允许的 极限工作负荷下的压缩量 hj 即应满足下式 hj h hy hx hm 式中 hx 卸料板的工作行程 mm 一般可取 hx t 1 t 为板料厚 度 hm 凸模或凸凹模的刃模量 通常可取 hm 4 10mm 即 hj h hy hx hm 8 08 2 5 15 08mm 经检查满足下 hj h hy hx hm 弹簧选取