洗衣机多工位级进模设计毕业论文.doc

I 洗衣机多工位级进模设洗衣机多工位级进模设 计毕业论文计毕业论文 目录 摘要摘要 I ABSTRACT II 目录目录 III 第第 1 1 章章 选题背景选题背景 1 1 1 冲压概述 1 1 2 冲压技术国内外的现状及发展方向 3 1 3 本设计的主要内容 7 第第 2 2 章章 总体方案的确定总体方案的确定 8 2 1 产品零件的工艺分析 8 2 2 模具类型的确定 9 2 3 冲裁间隙的选用 10 2 4 排样设计 12 2 5 确定模具压力中心 18 第第 3 3 章章 主要部件的设计计算主要部件的设计计算 20 3 1 刃口尺寸计算的基本原则 20 3 2 刃口尺寸的计算 21 3 3 计算凸 凹模刃口的尺寸 21 3 4 冲裁刃口高度 25 3 5 弯曲部分刃口尺寸的计算 26 第第 4 4 章章 冲裁力的计算冲裁力的计算 30 4 1 计算冲裁力的公式 30 4 2 总冲裁力 卸料力 推料力 顶件力 弯曲力和总冲压力 30 II 第第 5 5 章章 主要零部件的设计主要零部件的设计 34 5 1 工作零件的结构设计 34 5 2 卸料部分的设计 38 5 3 定位零件的设计 40 5 4 模架及其它零件的设计 41 第第 6 6 章章 压力机的选择压力机的选择 43 结论结论 44 参考文献参考文献 45 致谢致谢 46 附件附件 1 47 附件附件 2 56 1 第第 1 1 章章 选题背景选题背景 1 11 1 冲压概述冲压概述 1 1 11 1 1 冲压的概念冲压的概念 冲压是利用安装在冲压设备 主要是压力机 上的模具对材料施加压力 使其产 生分离或塑性变形 从而获得所需零件 俗称冲压或冲压件 的一种压力加工方法 冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工 且主要采用板料来加工成所需零件 所 以也叫冷冲压或板料冲压 冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一 隶属于 材料成型工程术 冲压所使用的模具称为冲压模具 简称冲模 冲模是将材料 金属或非金属 批 量加工成所需冲件的专用工具 冲模在冲压中至关重要 没有符合要求的冲模 批量 冲压生产就难以进行 没有先进的冲模 先进的冲压工艺就无法实现 冲压工艺与模 具 冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素 只有它们相互结合才能得出冲压件 1 1 21 1 2 冲压的特点冲压的特点 与机械加工及塑性加工的其它方法相比 冲压加工无论在技术方面还是经济方面 都具有许多独特的优点 主要表现如下 1 冲压加工的生产效率高 且操作方便 易于实现机械化与自动化 这是因为 冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工 普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次 高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上 而且每次冲压行程就可能得到一个冲件 2 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度 且一般不破坏冲压件的表 面质量 而模具的寿命一般较长 所以冲压的质量稳定 互换性好 具有 一模一样 的 特征 3 冲压可加工出尺寸范围较大 形状较复杂的零件 如小到钟表的秒表 大到 汽车纵梁 覆盖件等 加上冲压时材料的冷变形硬化效应 冲压的强度和刚度均较高 2 4 冲压一般没有切屑碎料生成 材料的消耗较少 且不需其它加热设备 因而 是一种省料 节能的加工方法 冲压件的成本较低 但是 冲压加工所使用的模具一般具有专用性 有时一个复杂零件需要数套模具 才能加工成形 且模具制造的精度高 技术要求高 是技术密集形产品 所以 只有 在冲压件生产批量较大的情况下 冲压加工的优点才能充分体现 从而获得较好的经 济效益 1 1 31 1 3 冲压成型的应用冲压成型的应用 冲压在现代工业生产中 尤其是大批量生产中应用十分广泛 相当多的工业部门 越来越多地采用冲压法加工产品零部件 如汽车 农机 仪器 仪表 电子 航空 航天 家电及轻工等行业 在这些工业部门中 冲压件所占的比重都相当的大 少则 60 以上 多则 90 以上 不少过去用锻造 铸造和切削加工方法制造的零件 现在大多 数也被质量轻 刚度好的冲压件所代替 因此可以说 如果生产中不谅采用冲压工艺 许多工业部门要提高生产效率和产品质量 降低生产成本 快速进行产品更新换代等 都是难以实现的 1 1 41 1 4 冲压的基本工序及模具冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多 各类零件的形状 尺寸和精度要求又各不相同 因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的 概括起来 可分为分离工序和成形 工序两大类 分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状 尺寸和断面 质量的冲压 俗称冲裁件 的工序 成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性 变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序 上述两类工序 按基本变形方式不同又可分为冲裁 弯曲 拉深和成形四种基本 工序 每种基本工序还包含有多种单一工序 在实际生产中 当冲压件的生产批量较大 尺寸较少而公差要求较小时 若用分 散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求 这时在工艺上多采用集中的方案 即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成 称为组合的方法不同 又可 将其分为复合 级进和复合 级进三种组合方式 3 复合冲压 在压力机的一次工作行程中 在模具的同一工位上同时完成两种或 两种以上不同单一工序的一种组合方法式 级进冲压 在压力机上的一次工作行程中 按照一定的顺序在同一模具的不同 工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式 复合 级进 在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序 冲模的结构类型也很多 通常按工序性质可分为冲裁模 弯曲模 拉深模和成形 模等 按工序的组合方式可分为单工序模 复合模和级进模等 但不论何种类型的冲 模 都可看成是由上模和下模两部分组成 上模被固定在压力机工作台或垫板上 是 冲模的固定部分 工作时 坯料在下模面上通过定位零件定位 压力机滑块带动上模 下压 在模具工作零件 即凸模 凹模 的作用下坯料便产生分离或塑性变形 从而 获得所需形状与尺寸的冲件 上模回升时 模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸 凹模上卸下或推 顶出来 以便进行下一次冲压循环 1 21 2 冲压技术国内外的现状及发展方向冲压技术国内外的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展 许多新技术 新工艺 新设备 新材料不断涌现 因而促进了冲压技术的不断革新和发展 其主要表现和发展方向如 下 1 2 11 2 1 冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础 目前 国内外对冲压成形理论的研 究非常重视 在材料冲压性能研究 冲压成形过程应力应变分析 板料变形规律研究 及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展 特别是随着计算机技 术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善 近年来国内外已开始应用塑性成形过程 的计算机模拟技术 即利用有限元 FEM 等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程 根据分析结果 设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题 并通过在计算机上选择修改相关参数 可实现工艺及模具的优化设计 这样既节省了 昂贵的试模费用 也缩短了制模具周期 研究推广能提高生产率及产品质量 降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压 新工艺 也是冲压技术的发展方向之一 目前 国内外相继涌现出精密冲压工艺 软 4 模成形工艺 高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密 高效 经济的冲压新工 艺 其中 精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法 它扩大了冲压加工范围 目前精 密冲裁加工零件的厚度可达 25mm 精度可达 IT16 17 级 用液体 橡胶 聚氨酯等作 柔性凸模或凹模的软模成形工艺 能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形 状的零件 在特定生产条件下具有明显的经济效果 采用爆炸等高能效成形方法对于 加工各种尺寸在 形状复杂 批量小 强度高和精度要求较高的板料零件 具有很重 要的实用意义 利用金属材料的超塑性进行超塑成形 可以用一次成形代替多道普通 的冲压成形工序 这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性 无模多点 成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术 我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备 解决了多点压机成形 法 从而可随意改变变形路径与受力状态 提高了材料的成形极限 同时利用反复成 形技术可消除材料内残余应力 实现无回弹成形 无模多点成形系统以 CAD CAM CAE 技术为主要手段 能快速经济地实现三维曲面的自动化成形 1 2 21 2 2 冲压在冲模设计方面冲压在冲模设计方面 冲模是实现冲压生产的基本条件 在冲模的设计制造上 目前正朝着以下两方面发 展 一方面 为了适应高速 自动 精密 安全等大批量现代生产的需要 冲模正向高 效率 高精度 高寿命及多工位 多功能方向发展 与此相比适应的新型模具材料及 其热处理技术 各种高效 精密 数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 CAD CAM 技术也在迅速发展 另一方面 为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的 需要 锌基合金冲模 聚氨酯橡胶冲模 薄板冲模 钢带冲模 组合冲模等各种简易 冲模及其制造技术也得到了迅速发展 精密 高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲 模的技术水平 目前 50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米 多功能级进模 不仅可以完成冲压全过程 还可完成焊接 装配等工序 我国已能自行设计制造出达 到国际水平的精度达 2 5 微米 进距精度 2 3 微米 总寿命达 1 亿次 我国主要汽车 模具企业 已能生产成套轿车覆盖件模具 在设计制造方法 手段方面已基本达到了 国际水平 但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平 模具结构 功能方面也接 近国际水平 但在制造质量 精度 制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距 5 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础 计算机技术 信息技术 自动化技 术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透 交叉 融合形成了现代模具制造技术 其中高速铣削加工 电火花铣削加工 慢走丝切割加工 精密磨削及抛光技术 数控 测量等代表了现代冲模制造的技术水平 高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好 的加工精度和表面质量 主轴转速一般为 15000 40000r min 加工精度一般可达 10 微米 最好的表面粗糙度 Ra 1 微米 而且与传统切削加工相比具有温升低 工件只 升高 3 摄氏度 切削力小 因而可加工热敏材料和刚性差的零件 合理选择刀具和切 削用量还可实现硬材料 60HRC 加工 电火花铣削加工 又称电火花创成加工 是以 高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工 像数控铣一样 因此不再需要制造 昂贵的成形电极 如日本三菱公司生产的 EDSCAN8E 电火花铣削加工机床 配置有电极 损耗自动补偿系统 CAD CAM 集成系统 在线自动测量系统和动态仿真系统 体现了当 今电火花加工机床的技术水平 慢走丝线切割技术的发展水平已相当高 功能也相当 完善 自动化程度已达到无人看管运行的程度 目前切割速度已达到 300mm min 加工 精度可达 5 微米 表面粗糙度达 Ra 01 0 2 微米 精度磨削及抛光已开始使用数控成 形磨床 数控光学曲线磨床 数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术 模 具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展 现在三坐标测量机除了能高精度地测量 复杂曲面的数据外 其良好的温度补偿装置 可靠的抗振保护能力 严密的除尘措施及 简单操作步骤 使得现场自动化检测成为可能 此外 激光快速成形技术 RPM 与树 脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用 利用 RPM 技术快速成形三维原 型后 通过陶瓷精铸 电弧涂喷 消失模 熔模等技术可快速制造各种成形模 如清 华大学开发研制的 M RPMS 型多功能快速原型制造系统 是我国自主知识产权的世 界惟一拥有两种快速成形工艺 分层实体制造 SSM 和熔融挤压成形 MEM 的系统 它基 于 模块化技术集成 之概念而设计和制造 具有较好的价格性能比 一汽模具制造 公司在以 CAD CAM 加工的主模型为基础 采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的 树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径 1 2 31 2 3 冲压设备和冲压生产自动化方面冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件 高精度 高寿命 高 6 效率的冲模需要高精度 高自动化的冲压设备相匹配 为了满足大批量高速生产的需 要 目前冲压设备也由单工位 单功能 低速压力机朝着多工位 多功能 高速和数 控方向发展 加之机械乃至机器人的大量使用 使冲压生产效率得到大幅度提高 各 式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用 如在数控四边折弯机中送入板 料毛坯后 在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲 从而大幅度提高精度和生产 率 在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时 一分钟可冲几百片 并能自动叠成 定 转子铁芯 生产效率比普通压力机提高几十倍 材料利用率高达 97 公称压力为 250KN 的高速压力机的滑块行程次数已达 2000 次 min 以上 在多功能压力机方面 日 本田公司生产的 2000KN 冲压中心 采用 CNC 控制 只需 5min 时间就可完成自动换模 换料和调整工艺参数等工作 美国惠特尼公司生产的 CNC 金属板材加工中心 在相同 的时间内 加工冲压件的数量为普通压力机的 4 10 倍 并能进行冲孔 分段冲裁 弯 曲和拉深等多种作业 近年来 为了适应市场的激烈竞争 对产品质量的要求越来越高 且其更新换代 的周期大为缩短 冲压生产为适应这一新的要求 开发了多种适合不同批量生产的工 艺 设备和模具 其中 无需设计专用模具 性能先进的转塔数控多工位压力机 激 光切割和成形机 CNC 万能折弯机等新设备已投入使用 特别是近几年来在国外已经发 展起来 国内亦开始使用的冲压柔性制造单元 FMC 和冲压柔性制造系统 FMS 代 表了冲压生产新的发展趋势 FMS 系统以数控冲压设备为主体 包括板料 模具 冲压 件分类存放系统 自动上料与下料系统 生产过程完全由计算机控制 车间实现 24 小 时无人控制生产 同时 根据不同使用要求 可以完成各种冲压工序 甚至焊接 装 配等工序 更换新产品方便迅速 冲压件精度也高 1 2 41 2 4 冲压标准化及专业化生产方面冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产 已得到模具行业和广泛重视 因为冲模属单件小批 量生产 冲模零件既具的一定的复杂性和精密性 又具有一定的结构典型性 因此 只有实现了冲模的标准化 才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化 商品化 从而 降低模具的成本 提高模具的质量和缩短制造周期 目前 国外先进工业国家模具标 准化生产程度已达 70 80 模具厂只需设计制造工作零件 大部分模具零件均从标准 件厂购买 使生产率大幅度提高 模具制造厂专业化程度越不定期越高 分工越来越 7 细 如目前有模架厂 顶杆厂 热处理厂等 甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品 的冲裁模或弯曲模 这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短 我国冲模标准 化与专业化生产近年来也有较大发展 除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外 标准件品种也有扩展 精度亦有提高 但总体情况还满足不了模具工业发展的要求 主要体现在标准化程度还不高 一般在 40 以下 标准件的品种和规格较少 大多数 标准件厂家未形成规模化生产 标准件质量也还存在较多问题 另外 标准件生产的 销售 供货 服务等都还有待于进一步提高 1 31 3 本设计的主要内容本设计的主要内容 本次设计为对洗衣机支撑件的模具设计计算 产品广泛应用于工业生产和日常生 活 1 3 11 3 1 设计要求设计要求 对洗衣机支撑件生产进行冲压模具设计 最大尺寸 Lmax 16mm 冲孔尺寸 L 10mm 板厚 B 0 5mm 生产批量 N 100000 套 1 3 21 3 2 设计的主要内容设计的主要内容 设计主要是对产品零件的工艺分析 模具类型的确定 零件的设计 冲压力的计 算 冲裁间隙的选和冲压机械的选用 以适合市场要求 生产出合适的产品 其中模具类型的选择决和工艺的排样是关键问题 8 第第 2 2 章章 总体方案的确定总体方案的确定 2 12 1 产品零件的工艺分析产品零件的工艺分析 零件的工艺分析决定了模具的设计以及后续的零件选择尺寸计算 是确保设计方 案可行性的第一步 图 2 1 零件简图 该洗衣机支撑件的材料为 40 钢 钢板厚度 0 50mm 具有较高的强度和良好的切削 性 冷变形塑性中等 焊接性不好 经淬火回火后可焊接 热处理时无回火脆性 但 淬透性低 用作承受负荷较大的小截面调质件或应力较小的大型正火零件以及对心部 强度要求不高 表面耐磨的表面淬火件 尺寸精度 冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类 此工件精度要求不高 应采用经济级 经查公差表 冲裁件外形与内孔尺寸公差为 0 16 0 10 经查公差表 弯曲件的公差等级取 IT13 工件结构形状 制件需要进行落料 冲孔 弯曲三道基本工序 尺寸较小 结论 该制件可以进行冲裁 制件为大批量生产 应重视模具材料和结构的选择 保证磨具的复杂程度和模具 9 的寿命 2 22 2 模具类型的确定模具类型的确定 常见的模具形式可分为单工序模 复合模和级进模三种 确定模具形式 应以冲 裁工件的要求 生产批量 模具加工条件为主要依据 冲压生产批量与合理模具形式见表 2 1 单工序模 级进模和复合模的比较见表 2 2 本设计工件产量为 100000 件 为大批量生产 级进模和复合模均可选用 可进行级进模和复合模具的实际生产 比较 选择更加合适的模具类型 保证产品效率 质量和生产成本 表 2 1 冲压生产批量与合理模具形式 批量 千件 每 年 项目 单件小批中批大批大量 大件 中件 小件 1 1 300 1000 5000 模具形式 简易模 单工序模 单工序模 简易模 级进模 复 合模 单工 序模 级进模 复 合模 级进模 复合模 设备形式通用压机通用压机 高速压机 自动和半自 动通用压机 机械化高速 压机 自动机 专用压机 与自动机 10 表 2 2 单工序模 级进模和复合模的比较 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 级以下较高 IT9 级以下 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 有时要较平 同轴度 位置度误差较 大 工件平整 同轴度 对称度及 位置误差大 冲压生产率 低 冲床一次行程内 只能完成一个工序 高 冲床在一次行程内 能完成多个工序 较高 冲床在一次行程内可完 成两个以上工序 实现操作机械 化 自动化的 可能性 较易 尤其适合多工 位冲床上实现自动化 容易 尤其适应于单机 上实现自动化 难 工件与废料排除较复杂 只能在单机上实现部分机械化 操作 对材料的要求 对条料宽度要求不严 可用边角料 对条料或带料宽度要求 严格 对条料宽度要求不严 可用边 角料 生产安全行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 造难度高 应用 通用性好 适合中 小批量生产和大型件 的大量生产 通用性较差 适合于形 状简单 尺寸不大 精 度要求不高件的大批量 生产 通用性较差 适于形状复杂 尺寸不大 精度要求较高件的 大批量生产 通过以上关系比较 此工件是大批量生产 且生产效率要求很高 故采用多工位 级进模具进行加工 该冲裁件包括落料和冲孔 压型 弯曲基本工序 可采用的冲裁方案有单工序冲裁 复 合冲裁和级进冲裁三种 零件属于中批量生产 因此采用单工序须要模具数量较多 生产 率低 所用费用也高 不合理 若采用复合冲 可以得出冲件的精度和平直度较好 生产率 较高 但因零件的孔边距太小 模具强度不能保证 用用级进模冲裁时 生产率高 操作方 便 通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题 根据以上分析 该零件采用级进冲裁工艺方案 11 2 32 3 冲裁间隙的选用冲裁间隙的选用 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 尺寸精度满足产 品的要求 所需冲裁力小 模具寿命高 但分别从质量 冲裁力 模具寿命等方面的 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 模具作用的压应力越大 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而 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 2 3 查得材料 40 钢的最小双面间隙 2Cmin 0 040mm 最大双面间 隙 2Cmax 0 060mm 2 42 4 排样设计排样设计 排样的结果决定级进模的总体尺寸 并直接影响的生产的效率和质量 决定模具 生产出产品市场认同度 2 4 12 4 1 计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸 相对弯曲半径为 R t 1 0 0 5 2 0 0 5 式中 R 弯曲半径 mm t 材料厚度 mm 由于相对弯曲半径大于 0 5 可见制件属于圆角半径较大的弯曲件 应该先 求变形区中性层曲率半径 mm 12 表 2 3 冲裁模初始用间隙 2c mm 08 10 35 09Mn Q235 16Mn 40 50 65Mn 材料 厚度 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 13 r0 kt 公式 2 1 式中 r0 内弯曲半径 t 材料厚度 k 中性层系数 表 2 4 板料弯曲中性层系数 r0 t0 10 20 250 30 40 50 60 81 O K1 V 0 300 330 350 360 370 380 390 410 42 K2 U 0 230 290 310 320 350 370 380 400 41 K3 O 0 720 700 670 63 r0 t1 21 51 8234568 K1 V 0 430 450 460 460 470 480 480 490 50 K2 U 0 420 440 450 450 460 470 480 490 50 K3 O 0 490 560 520 50 查表 2 4 K 0 42 根据公式 2 1 r0 kt 0 5 0 42X0 5 0 71 mm 根据零件图上得知 圆角半径较大 R 0 5t 弯曲件毛坯的长度 公式为 LO L直 L弯 公式 2 2 式中 LO 弯曲件毛坯张开长度 mm L直 弯曲件各直线部分的长度 mm L弯 弯曲件各弯曲部分中性层长度之和 mm L弯 公式 2 3 180 14 图 2 2 计算横向展开尺寸示意图 式中 弯曲中心角 当 时 L弯 1 57 0 90 L1 48 16mm 图 2 3 计算纵向展开尺寸示意图 L2 20 61mm 根据计算得 工件的展开尺寸如图 2 4 所示 15 图 2 4 尺寸展开图 2 4 22 4 2 排样搭边的取值排样搭边的取值 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料 称为搭边 搭边的作 用是补偿定位误差 保持条料有一定的刚度 以保证零件质量和送料方便 搭边过大 浪费材料 搭边过小 冲裁时容易翘曲或被拉断 不仅会增大冲件毛刺 有时还有拉 入凸 凹模间隙中损坏模具刃口 降低模具寿命 或影响送料工作 搭边值通常由经验确定 表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一 搭边值是废料 所以应尽量取小 但过小的搭边值容易挤进凹模 增加刃口磨损 表 4 2 给出了钢 WC0 05 0 25 的搭边值 对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数 钢 WC0 3 0 45 0 9 钢 WC0 5 0 65 0 8 硬黄铜 1 1 1 硬铝 1 1 2 软黄铜 纯铜 1 2 16 表 2 5 搭边 a 和 a1 数值 圆件及 r 2t 的工件矩形工件边长 L 50mm矩形工件边长 L 50mm 或 r 2t 的工件 材料厚度 工件间 a1沿边 a工件间 a1沿边 a工件间 a1沿边 a 0 25 0 25 0 5 0 5 0 8 0 8 1 2 1 2 1 6 1 6 2 0 2 0 2 5 2 5 3 0 3 0 3 5 3 5 4 0 4 0 5 0 5 0 12 1 8 1 2 1 0 0 8 1 0 1 2 1 5 1 8 2 2 2 5 3 0 0 6t 2 0 1 5 1 2 1 0 1 2 1 5 1 8 2 2 2 5 2 8 3 5 0 7t 2 2 1 8 1 5 1 2 1 5 1 8 2 0 2 2 2 5 2 5 3 5 0 7t 2 5 2 0 1 8 1 5 1 8 2 0 2 2 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 2 8 2 2 1 8 1 5 1 8 2 0 2 2 2 5 2 8 3 2 4 0 0 8t 3 0 2 5 2 0 1 8 2 0 2 2 2 5 2 8 3 2 3 5 4 5 0 9t 该制件是矩形工件 根据尺寸从表 2 5 中查出 两制件之间的搭边值 a1 1 5mm 侧搭边值 a 1 8mm 由于该制件的材料使 40 钢 制件之间的搭边值为 a1 1 5 0 9 1 35mm 取 a1 1 4mm 侧搭边值 a 1 8 0 9 1 62mm 取 a 1 7mm 工件冲裁金属材料的搭边设计图如图 2 5 17 图 2 5 搭边设计图 毛坯面积 5 25 45 45 55 4855 05 0 76 228 241516 48 2 A 600 76 2 4 2 mm 条料宽度 b 48 16 1 7 2 51 6 2 5 mm 进距 h 20 6 1 4 22 2 6 mm 材料利用率 2 7 92 52 22 6 51 76 6001 100 bh nA 18 2 4 32 4 3 级进模排样设计级进模排样设计 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 采用少 无废料排样法 材料利用率高 不但有利于一次冲程获得多个制件 而 且可以简化模具结构 降低冲裁力 但是 因条料本身的公差以及条料导向与定位所 产生的误差的影响 所以模具冲裁件的公差等级较低 同时 因模具单面受力 单边 切断时 不但会加剧模具的磨损 降低模具的寿命 而且也直接影响到冲裁件的断面 质量 由于设计的零件是矩形零件 所以采用有费料直排法 为保证冲压模具的生产质量稳定和模具寿命 要让冲压力中心尽量在模具的中心 且较重要的工位在冲模的中间 冲裁周边最长尽量安排在模具中间的原则 得排样简图 图 2 6 排样图 此排样共分 8 个工位 第一工位侧刃定距 第二工位冲中心孔 第三个工位落料 第四个工位压型 第五工位导正 第六工位折弯 第七工位冲裁 第八工位折弯 2 52 5 确定模具压力中心确定模具压力中心 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置 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 否则 会使冲模和压力机滑块产生 19 偏心载荷 使滑块和导轨间产生过大磨损 模具导向零件加速磨损 降低了模具和压 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 Xo L1X1 L2X2 LnXn L1 L2 Ln Yo L1Y1 L2Y2 LnYn L1 L2 Ln 由于该零件是一个矩形图形 属于对称中心零件 所以该零件的压力中心在图形 的几何中心 O 处 如图 2 7 所示 图 2 7 压力中心 20 第第 3 3 章章 主要部件的设计计算主要部件的设计计算 3 13 1 刃口尺寸计算的基本原则刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决与模具刃口的尺寸的精度 模具的合理间隙也要靠模 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 使落下的料和冲出的孔都带有锥度 且落料 件的大端尺寸等于凹模尺寸 冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸 2 在尺量与使用中 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 凸模越磨愈小 凹模越磨 愈大 结果使间隙越来越大 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则 1 落料件尺寸由凹模尺寸决定 冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定 故设计落料 模时 以凹模为基准 间隙去在凹模上 设计冲孔模时 以凸模尺寸为基准 间隙去 在凹模上 2 考虑到冲裁中凸 凹模的磨损 设计落料凹模时 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 凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大 尺寸 这样在凸凹麽磨损到一定程度的情况下 人能冲出合格的制件 凸凹模间隙则 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 会使模具制造困能 增加成本 延长生产周期 如果对刃口 要求过低 即制造公差过大 则生产出来的制件有可能不和格 会使模具的寿命降低 若工件没有标注公差 则对于非圆形工件安国家 配合尺寸的公差数值 IT14 级处理 冲模则可按 IT11 级制造 对于圆形工件可按 IT17 IT9 级制造模具 冲压件的尺寸公 差应按 如体 原则标注单项公差 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 21 3 23 2 刃口尺寸的计算刃口尺寸的计算 冲裁模凹 凸模刃口尺寸有两种计算和标注的方法 即分开加工和配做加工两种 方法 前者用于冲件厚度较大和尺寸精度要求不高的场合 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 0 5 mm 属于薄板零件 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 凹模间隙枝很小 而且还可以放大基准件的制造公差 使制造容易 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 1 第二类 凸模或凹模磨损或会减小的尺寸 2 第三类 凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸 3 3 33 3 计算凸 凹模刃口的尺寸计算凸 凹模刃口的尺寸 凸模与凹模配合加工的方法计算落料凸凹模的刃口尺寸 1 凹模磨损后变大的尺寸 按一般落料凹模公式计算 即 公式 3 1 d xAAd 0 2 凹模磨损后变小的尺寸 按一般冲孔凸模公式计算 因它在凹模上相当于冲 孔凸模尺寸 即 公式 3 2 0 d xBBd 3 凹模磨损后无变化的尺寸 其基本计算公式为 C 0 5 0 5为了方 d C d 便使用 随工件尺寸的标注方法不同 将其分为三种情况 22 工件尺寸为时 0 C C 0 5 0 5 公式 3 4 d C d 工件尺寸为时 0 C C 0 5 0 5 公式 3 5 d C d 工件尺寸为 C 时 C 公式 3 6 d C d 式中 Aa Ba Ca 相应的凹模刃口尺寸 A 工件的最大极限尺寸 B 工件的最小极限尺寸 C 工件的基本尺寸 工件偏差 x 系数 为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸 落料时偏向最小尺寸 冲孔时偏向最大尺寸 x 值在 0 5 1 之间 与工件精度有关可查表 3 1 或按下面关系 选取 工件精度 IT10 以上 x 1 工件精度 IT11 IT13 x 0 75 工件精度 IT14 x 0 5 凹模制造偏差 通常取 4 d d 表 3 1 系数 x 非圆形圆形 10 750 50 750 5 料厚 t mm 工件公差 mm 1 1 2 2 4 4 0 16 0 20 0 24 0 30 0 17 0 35 0 21 0 41 0 25 0 49 0 31 0 59 0 36 0 42 0 50 0 60 0 16 0 20 0 24 0 30 0 16 0 20 0 24 0 30 23 一 落料刃口尺寸计算 图 3 1 计算刃口尺寸示意图 图上的尺寸均无公差要求 安国家标准 IT13 级公差要求处理 查公差表如图 3 1 计算凸 凹模的刃口尺寸 考虑到零件形状比较复杂 采用配作法加工凸 凹模 凹模磨损后其尺寸变化有三种情况 落料时应以凹模的实际尺寸按间隙要求来配作凸 模 冲孔时应以凸模的实际尺寸按间隙要求来配制凹模 落料凹模的尺寸从图 3 1 上可知 属于第一类尺寸的有 0 14 0 2 0 18 0 6 0 22 0 7 0 22 0 8 0 27 0 5 10 0 27 0 15 0 33 0 61 20 0 39 0 16 48 计算公式为 4 d xAAd 0max d 查表 2 2 得 2Cmin 0 04 mm 2Cmax 0 06 mm 查表 3 1 得 1 1 x 75 0 765432 xxxxxx5 0 8 x 落料凹模的基本尺寸计算如下 根据公式 3 1 d xAA 01 035 0 0 4 14 0 0 86 1 14 0 12 24 d xAA 02 045 0 0 4 18 0 0 87 5 18 0 75 06 d xAA 03 055 0 0 4 22 0 0 84 6 22 075 0 7 d xAA 04 055 0 0 4 22 0 0 84 7 22 075 08 d xAA 05 068 0 0 4 27 0 0 30 10 27 0 75 0 5 10 d xAA 06 068 0 0 4 27 0 0 80 14 27 0 75 0 15 d xAA 07 083 0 0 4 33 0 0 36 20 33 0 75 0 61 20 d xAA 08 098 0 0 4 39 0 0 97 47 39 0 5 016 48 凸模安凹模尺寸配制 保证双面间隙 0 04 0 06 mm 落料凹模的尺寸从图 3 1 上可知 属于第二类尺寸的有 22 0 0 5 9 计算公式为 4 0 d xBBd d 查表 3 1 得 1 1 x 0 1 d xBB 25 0 055 0 0 4 22 0 67 9 22 075 0 5 9 落料凹模的尺寸从图 3 1 上可知 属于第三类尺寸的有 14 05 2 22 0 8 27 0 16 计算公式为 C 4 d C d d 035 0 5 2 4 14 0 5 2 1 d CC 055 0 8 4 22 0 8 2 d CC 068 0 16 4 27 0 16 3 d CC 2 冲孔刃口尺寸计算 冲孔时以凸模为基准件 然后配做凹模 的孔凸模磨损时刃口尺寸变小10 计算公式为 4 0 P xBAP P 查表 3 1 得 0 5 1 x 0 P xBAP 0 055 0 0 4 22 0 11 10 22 0 5 010 3 43 4 冲裁刃口高度冲裁刃口高度 表 3 2 刃口高度 料厚 0 5 0 5 1 1 2 2 4 4 刃口高度 h 6 6 8 8 10 10 1 2 14 查表 3 2 刃口高度为 h 6 mm 26 3 53 5 弯曲部分刃口尺寸的计算弯曲部分刃口尺寸的计算 3 5 13 5 1 最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径 rmin trmin t 弯曲时弯曲半径越小 板料外表面的变形程度越大 若弯曲半径过小 则板料的 外表面将超过材料的变形极限 而出现裂纹或拉裂 在保证弯曲变形区材料外表面不 发生裂纹的条件下 弯曲件列表面所能行成的最小圆角半径称为最小弯曲半径 最小弯曲半径与弯曲件厚度的比值 rmin t 称为最小相对弯曲半径 又称为最小弯 曲系数 是衡量弯曲变形的一个重要指标 设中性层半径为 则最外层金属 半径为 R 的伸长率外为 外 R 公式 3 1 设中性层位置在半径为 r t 2 处 且弯曲厚度保持不变 则有 R r t 固有 外 1 2r t 1 公式 3 2 如将 外以材料断后伸长率 带入 则有 r r 转化为 rmin t 且有 rmin t 1 2 公式 3 3 查表得 40 钢的最小弯曲半径为 0 3mm 3 5 23 5 2 弯曲部分工作尺寸的计算弯曲部分工作尺寸的计算 回弹值 由工艺分析可知 固定夹弯曲回弹影响最大的部分是最大半径处 r t 1 0 5 2 5 此处属于小圆角 U 形弯曲 故只考虑回弹值 查表得 回弹值为 40 由于回弹值很小 故弯曲凸 凹模均可按制件的基本尺寸标注 在试模后稍加修磨即 可 表 3 3 中碳钢校正弯曲回弹 材料厚度 t mm 材料 r t 0 80 8 2 2 27 2 203040 2 5 406080 中碳钢 5 60100140 表 3 4 薄钢板 黄铜板 带 铝板厚度公差 材料 薄钢板黄铜板 带 铝板 08FH62 H68 HP 1 2A11 2A12厚度 B 级公差C 级公差冷扎带冷轧板最小公差最大公差 0 2 0 04 0 06 0 03 0 03 0 02 0 04 0 3 0 04 0 06 0 04 0 04 0 02 0 05 0 4 0 04 0 06 0 07 0 07 0 03 0 05 0 5 0 05 0 07 0 07 0 07 0 04 0 12 0 6 0 06 0 08 0 07 0 08 0 04 0 12 0 8 0 08 0 10 0 08 0 10 0 04 0 14 1 0 0 090 12 0 09 0 12 0 04 0 17 1 2 0 11 0 13 0 10 0 14 1 5 0 12 0 15 0 10 0 16 0 10 0 27 2 0 0 15 0 18 0 12 0 18 0 10 0 28 2 5 0 17 0 20 0 12 0 18 0 20 0 30 3 0 0 18 0 22 0 14 0 20 0 25 0 35 3 5 0 20 0 25 0 16 0 23 0 25 0 36 4 0 0 22 0 30 0 18 0 23 0 25 0 37 4 5 0 20 0 26 5 0 0 20 0 26 0 30 0 37 2 模具间隙 弯曲 V 形件时 不需要在设计和制造模具时确定间隙 对于 U 形件的弯曲 必须 选择合模具间隙 弯曲 V 形件时 凸 凹模间隙是用调整冲床的闭合高度来控制的适 的间隙 间隙过小 会使边部壁厚变薄 降低模具寿命 间隙过大则回弹大 降低制 28 件精度 凸 凹模单边间隙 Z 一般可按下式计算 Z t ct 公式 3 4 式中 Z 弯曲凸 凹模单边间隙 t 材料的厚度 材料厚度的正偏差 表 3 4 C 间隙数 表 3 5 查表得 0 05 C 0 05 根据公式 3 4 Z t ct 0 5 0 05 0 05 0 5 0 55 0 025 0 58 mm 表 3 5 U 形弯曲件凸凹模的间隙系数 C 值 B 2L B 2L 材料厚度 t mm 弯曲 件边 长 L mm 0 5 0 6 22 1 4 4 1 5 5 0 0 6 2 2 1 4 4 1 7 5 7 6 12 100 050 050 040 100 100 08 200 050 050 040 030 100 100 080 060 06 350 070 050 040 030 150 100 080 060 06 500 100 070 050 040 200 150 100 060 06 700 100 070 050 050 200 150 100 100 08 1000 070 050 050 150 100 100 08 1500 100 070 050 200 150 150 10 2000 100 070 070 200 150 150 10 3 凸凹模横向尺寸的确定 弯曲模的凸凹模工作