锁片冲压模具设计毕业论文.doc

锁片冲压模具设计毕业论文锁片冲压模具设计毕业论文 目录 前言前言 1 1 冲压模具概述冲压模具概述 2 1 1 冲压技术概论 2 1 2 我国模具技术的发展趋势 3 1 3 本课题的来源及主要任务 8 2 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析 10 2 1 工件材料 10 2 2 工件结构形 11 2 3 工件尺寸精度 11 2 4 工件展开长度计算 11 2 4 2 中性层的确定 11 2 4 1 毛坯展开尺寸的计算 12 3 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 13 4 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 14 5 模具总体设计模具总体设计 15 I 5 1 模具类型的选择 15 5 2 操作方式 15 5 3 卸料 出件方式 15 5 3 1 卸料方式 15 5 3 2 出件方式 15 5 4 确定送料方式 15 5 5 确定导向方式 16 6 模具设计计算模具设计计算 17 6 1 排样 步距和材料利用率计算 17 6 1 1 排样方式的选择 17 6 1 2 计算条料宽度 17 6 1 3 确定步距 18 6 1 4 计算材料利用率 18 6 2 冲压力的计算 19 6 2 1 冲裁力和弯曲力的计算 19 6 2 2 卸料力的计算 20 6 3 压力中心的确定 21 6 4 模具刃口尺寸的计算 22 6 4 1 冲孔刃口尺寸 22 6 5 模具弯曲部分工作尺寸计算 25 II 6 5 1 凸模圆角半径 25 6 5 2 凹模圆角半径 25 6 5 3 凹模深度 26 6 5 4 凸 凹模的间隙 26 6 5 5 U 形弯曲处的凸 凹模工作部分尺寸及公差 27 7 主要零部件设计主要零部件设计 29 7 1 工作零部件的结构设计 29 7 1 1 凹模的设计 29 7 1 2 凸模的设计 29 8 模具辅助零件设计模具辅助零件设计 31 8 1 卸料板 31 8 2 导向零件 31 8 3 连接与固定零件 31 8 3 1 上 下模座 31 9 模具闭合高度及冲压设备的选择模具闭合高度及冲压设备的选择 33 9 1 模具闭合高度计算的意义 33 9 2 计算模具的闭合高度 33 9 3 选择冲压设备 33 9 4 校核模具闭合高度 35 III 10 设计并绘制模具总装图及选取标准件设计并绘制模具总装图及选取标准件 36 11 模具的安装调试模具的安装调试 37 11 1 确定装配方法和装配顺序 37 11 2 装配要点 37 1212 技术经济分析技术经济分析 38 1313 结论结论 39 致致 谢谢 40 参考文献参考文献 41 附录附录 A 42 附录 附录 49 高飞翔 锁片冲压模具设计 0 前言前言 为了更进一步加强我们的设计能力 巩固所学的专业知识 在毕业之际 特安排了 此次的毕业设计 毕业计也是我们专业在学完基础理论课 技术基础课和专业课的基础 上 所设置的一个重要的实践性教学环节 本次设计的目的 一 综合运用本专业所学的理论与生产实际知识 进行一次冲压模设计的实际训练 从而提高我们独立工作能力 二 巩固复习三年以来所学的各门学科的知识 以致能融贯通 进一步了解从模具 设计到模具制造整个工艺流程 三 掌握模具设计的基本技能 如计算 绘图 查阅设计资料和手册 熟悉标准和 规范等 由于本人设计水平有限 经验不足 错误难免 敬请老师批评 指导 不胜感激 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 1 1 冲压模具概述冲压模具概述 1 1 冲压技术概论 日常生产 生活中所使用到的各种工具和产品 大到机床的底座 机身外壳 小到 一个胚头螺丝 纽扣以及各种家用电器的外壳 无不与模具有着密切的关系 模具的形 状决定着这些产品的外形 模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量 因为各 种产品的材质 外观 规格及用途的不同 模具分为了铸造模 锻造模 压铸模 冲压 模等非塑胶模具 以及塑胶模具 模具工业是制造业中的一项基础产业 是技术成果转化的基础 同时本身又是高新 技术产业的重要领域 在欧美等工业发达国家被称为 点铁成金 的 磁力工业 美 国工业界认为 模具工业是美国工业的基石 德国则认为是所有工业中的 关键工业 日 本模具协会也认为 模具是促进社会繁荣富裕的动力 同时也是 整个工业发展的秘 密 是 进入富裕社会的原动力 日本模具产业年产值达到 13000 亿日元 远远超 过日本机床总产值 9000 亿日元 如今 世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工 业 在模具工业的总产值中 冲压模具约占 50 塑料模具约占 33 压铸模具约占 6 其它各类模具约占 11 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展 冲压加工技术的应用愈来愈广泛 模 具成形已成为当代工业生产的重要手段 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 俗称冲压件或冲件 的一种压力加工方法 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 冲压是一种先进的金属加工方 法 在国民经济的加工工业中占有重要的地位 与机械加工及塑性加工和其它方法相比 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 冲压一般没有切削碎料产生 材料的消耗较少利用率高 一般为 70 85 易 实现机械化和自动化 2 在形状和尺寸精度方面的互换性较好 一般情况下可直接满足装配和使用要求 3 冲压可加工的尺寸范围大 形状复杂的零件 而这些零件用其它方法是不可能 高飞翔 锁片冲压模具设计 2 或很难得到的 如薄壳件 4 被加工的金属在冲压加工过程中产生加工硬化 金属内部组织得到改善 机械 强度有所提高 所以冲压件刚度强度较好 5 冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度 且一般不破坏冲压材料的表面 质量 而模具的寿命一般较长 所以冲压件的质量稳定 互换性好 具有 一模一样 的特征 6 在大量生产的条件下 产品的成本低 经济效益较高 7 冲裁过程能耗较低 由此可见冲压制得的零件具有表面质量好重最轻成本低的优点 所以冲压在现代工 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的采用冲压 方法加工产品零件 如汽车 农机 仪器 仪表 电子 航空 航天 家电及轻工业等 行业 在这些工业部门中 冲压件所占的比重相当的大 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 有些机械设备往往以冲压件所占比例的大小作为评价结构是否先进的指标 之一 2 工业发达国家对冷冲压生产工工艺的发展是很重视的 不少国家 如美国 日本等 模 具工业产值己超过机床工业 从这些国家钢材构成可以看出冷冲压的发展趋势 钢带和 钢板占全部品种的 67 充分说明冲压这种加工方法己成为现代工业生产的重要手段和发 展方向 冲压技术的发展特征是 1 冲压成形科学化 数字化和可控化 2 突出 精 省 净 三大优势 3 冲压成形可以实现全过程控制 4 产品从设计开始即进入控制 考虑工艺 5 冲压生产的灵活性和柔性 1 2 我国模具技术的发展趋势 当前 我国工业生产的特点是产品品种多 更新快和市场竞争激烈 在这种情况下 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 3 用户对模具制造的要求是交货期短 精度高 质理好 价格低 因此 模具工业的发展 的趋势是非常明显的 1 模具产品发展将大型化精密化 模具产品成形零件的日渐大型化 以及由于高效率生产要求的一模多腔 如塑封模已 达 到一模几百腔 使模具日趋大型化 随着零件微型化 以及模具结构发展的要求 如多 工位级进模工位数的增加 其步距精 度的提高 精密模具精度已由原来的 5 m 提高到 2 3 m 今后有些模具加工精度公差要求 在 1 m 以下 这就要求发展超精加工 2 多功能复合模具将进一步发展 新型多功能复合具是在多工位级进模基础上开发出来的 一套多功能模具除了冲压 成 形零件外 还可担负转位 叠压 攻丝 铆接 锁紧等组装任务 通过这种多劝能模 具生产 出来的不再是单个零件 而是成批的组件 如触头与支座的组件 各种小型电机 电器及仪 表的铁芯组件等 3 热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高 由于采用热流道技术的模具可提高制作的生产率和质量 并能大幅度节省制作的原 材料和节 约能源 所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革 国外热流道模具已有 一半用上了热 流道技术 有的厂甚至已达 80 以上 效果十分明显 国内近几年已开始 推广应用 但总体 还达不到 10 个别企业已达到 20 30 制订热流道元器件的国 家标准 积极生产价廉高 质量的元器件 是发展热流道模具的关键 4 气体辅助 注射模具和适应高压注射成形等工艺的模具将积极发展 气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺 它具有注射压力低 制品翘曲变形少 表面好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点 可在保证产品质量的前提下 大幅度 降低 成本 国外 已经较成熟 国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用 气体辅 助注射成 形包括塑料熔体注射和气体 一般均采用氮气 注射成形两面部份 比传统的普 通注射工艺有 更多的工艺参数需要确定和控制 而且气体辅助注射常用于较复杂的大型 制品 模具设计和 控制的难度较大 因此 开发气体辅助成型流动分析软件 显得十分 重要 为了确保塑料件精度 将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成 型工艺与模具 在注射成形中 影响成型件精度的最大因素是成型收缩 高压注射成型 可强制树 脂收缩率 增加塑件尺寸的稳定性 模具要求刚性好 耐高压 特别是精密模 高飞翔 锁片冲压模具设计 4 具的型腔应淬 火 浇口密封性好 模具能准确控制 注射压缩成型技术 是在模具预先 半开模状态或者在 锁模力保持中压或低压 模具在设定的打开量下 注射溶融树脂 然 后以最大的锁模力进行 压缩成型 其效果是 1 成型件局部内应力小 2 可得到缩孔少 的厚壁成型件 3 对于塑件狭窄的部件也可注入树脂 4 用小注射力能得到优良制品 该类模具的理想结构是 1 注射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔 2 充填完后能立 即遮断浇口部 3 压缩作用应 仅限于型腔部 5 快速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种 少批量生产的时代 到下一个世纪 这种生产方式占工业生产的比 例 将达 75 以上 一方面是制品使用周期短 品种更新快 另一方面制品的花样变化频 繁 均 要求模具的生产周期越快越好 因此 开发快速经济具越来越引起人们的重视 例如 研制 各种超塑性材料 环氧 聚脂等 制作或其中填充金属粉末 玻璃纤维等的简 易模具 中 低 熔点合金模具 喷涂成型模具 快速电铸模 陶瓷型精铸模 陶瓷型吸 塑模 叠层模及快速 原型制造模具等快速经济模具将进一步发展 快换模架 快换冲头 等也将日益发展 另外 采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置 快速试模技术 也会得到发展和提高 6 模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期 而且能提高模具质量和降低模具制造成 本 因此 模具标准件的应用必将日渐广泛 为此 首先要制订统一的国家标准 并严 格按标准 生产 其次要逐步形成规模生产 提高标准件质量 降低成本 再次是要进一 步增加标准件 规格品种 发展和完善联销网 保证供货迅速 7 模具使用优质材料及应用 先进的表面处理技术将进一步受重视在整个模具价格构成中 材料所占比重不大 一般在 20 30 之间 因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显 得十分必要 对于模具钢来说 要采用电渣 重熔工艺 努力提高钢的纯净度 等向性 致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢 如采用粉末冶金工艺制作的粉 末高速钢等 粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗大和偏析 从而影响材质的问题 其碳化物微细 组织均匀 没有材 料方向性 因此它具有韧性高 磨削工艺性好 耐磨性高 长年使用尺寸稳定等特点 是一种很有发展前途的钢材 特 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 5 别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具 其优越性更加突出 这种钢材还适用于注射成 型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具 如型腔 形芯 浇口 等主要部件 另外 模具钢品种规格多样化 产品精料化 制品化 尽量缩短供货时间亦是 重要方向 模具 热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节 模具热处理的发展 方向是 采用真空热处理 模具表面处理除完善普及常用表面处理方法 即扩渗如 渗碳 渗 氮 渗硼 渗铬 渗钒外 应发展设备昴贵 工艺先进的气相沉积 TiN TiC 等 等离子 喷 涂等技术 8 在模具设计制造中将全面推广 CAD CAM CAE 技术 模具 CAD CAM CAE 技术是模具技术发展的一个重要里程碑 实践证明 模具 CAD CAM CAE 技术是模具设计制造的发展方向 现在 全面普及 CAD CAM CAE 技术 已基本成熟 由于模具 CAD CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术 近年来模 具 CAD CAM 技术的硬件与软件 价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度 特别是微 机的普及应用 更为广大模具企业普 及模具 CAD CAM 技术创造了良好的条伯 随着微 机软件的发展和进步 技术培训工作也日趋 简化 在普及推广模具 CAD CAM 技术的过 程中 应抓住机遇 重点扶持国产模具软件的开发 和应用 加大技术培训和技术服务的力度 应时一步扩大 CAE 技术的应用范围 对于已普及 了 模具 CAD CAM 技术的一批以家电行业代表的企业来说 应积极做好模具 CAD CAM 技术的深化 应用工作 即开展企业信息化工程 可从 CAPP PDM CIMS VR 逐步深化 和提高 9 快速原型制造 RPM 技术得到更好的发展 快速原型制造 RPM 技术是美国首先推出的 它是伴随着计算机技术 激光成形技术 和 新材料技术的发展而产生的 是一种全新的制造技术 是基于新颖的离散 堆积 即材 料累加 成形思想 根据零件 CAD 模型 快速自动完成复杂的三维实体 原型 制造 RPM 技术是集精 密机械制造 计算机 NC 技术 激光成形技术和材料科学最新发展的 高科技技术 被公认为是继 NC 技术之后的一次技术革命 RPM 技术可直接或间接用于模具制造 首先是通过立体光固化 SLA 叠层实体制造 LOM 激光选区烧结 SLS 三维打印 3D P 熔融沉积成形 FDM 等不同方法得到制件原 型 然后通 过一些传统的快速制模方法 获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具 高飞翔 锁片冲压模具设计 6 主要有精密铸 造 粉末冶金 电铸和熔射 热喷涂 等方法 这种方法制模 具有技术先 进 成本较低 设 计制造周期短 精度适中等特点 从模具的概念设计到制造完成仅为 传统加工方法所需时间 的 1 3 和成本的 1 4 左右 因此 快速制模技术与快速原型制造 技术的结合 将是传统快速 制模技术 进一步深入发展的方向 RPM 技术还可以解决石 墨电极压力振动 研磨 成形法中母模 电极研具 制造困难问题 使该法获得新生 青岛海 尔模具有限公司还构建了基于 RE 逆向工程技术 RPM 的模具并行 开发系统 具有开发 质量高 开发成本低及开发周期短等优点 10 高速铣削加工将得到更广泛的应用 国外近年来发展的高速铣削加工 主轴转速可达到 40000 100000r min 快速进给速 度可达到 30 40m min 换刀时间可提高到 1 3S 这样就大幅度提高了加工效率 如在 加工压铸模时 可提高 7 8 倍 并可获得 Ra 10um 的加工表面粗糙度 形状精度可达 10um 另外 还可加工硬度达 60HRC 的模块 形成了对电火花成形加工的挑战 因此 高速铣削加工技术的发展 促进了模具加工的发展 特别是对汽车 家电行业中大型腔 模具制造方面注入了新的活力 11 模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用 英国雷尼绍公司的模具扫描系统 已在我国 200 多家模具厂点得到应用 取得良好 效 果 该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能 大大缩 短的研 制制造周期 如 RENSCAN200 快速扫描系统 可快速安装在已有的数控铣床及 加工中心上 用雷尼绍的 SP2 1 扫描测头实现快速数据采集 控制核心是雷尼绍 TRACECUT 软件 可自动 生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的 CAD 数据 用于模具制造业的 逆向工 程 该公司又推出了 CYCLON 高速扫描机 这是一台独立 工作的专门用来扫描的设备 不占用加工机床的工作时间 其扫描速度最高可达 3m min 大大缩短了模具制造周期 另外 其数据采集速度比 RENSCAN200 快 定时探 针接触力小 因此可以用非常细的探针 用来扫描细小的模具和细微的特征表面 扩大 模具生产的品种范围 由于模具扫描系统已在汽车 摩托车 定电等行业得到成功应用 相信在 十五 期间将发挥更大作用 12 模具研磨抛光将向自动化 智能化方向发展 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一 模具表面的质量对模具 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 7 使用寿命 制件外观质量等方面均有较大的影响 我国目前仍以手工研磨抛光为主 不 仅效率 低 约占整个模具制造周期的 1 3 且工人劳动强度大 质量不稳定 制约了我国 模具加工 向更高层次发展 因此 研究抛光的自动化 智能化是重要的发展趋势 日本 已研制了数控研磨机 可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化 智能化是重要的发展趋 势 日本已研制了数控研磨机 可实现三给曲面模具研磨抛光的自动化 另外 由于模 具型腔形状复杂 任何一种研磨抛光方法都有一定局限性 应注意发展特种研磨与抛光 如挤压衍磨 电化学抛光 超声抛光以及复合抛光工艺与装备 以提高模具表面质量 1 3 本课题的来源及主要任务 本课题主要任务就是设计一落料拉深复合模和冲孔模 绘制出模具装配图和大部分 零件图 熟悉复合模设计步骤 并与课程设计过的弯曲模和级进模作个比较 了解复合 模的结构特点 本课题任务主要有两个特点 1 涉及冲压模具方面的知识 2 涉及机械制造方面的知识 从上述任务特点可以知道 本课题知识的综合性较强 涉及的知识面较广 冷冲压 是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力 使其产生分离或变形 从而获得一定 形状 尺寸和性能的零件的加工方法 冲压可分为五个基本工序 冲裁 弯曲 拉深 成形和立体压制 冲压模具 在冷冲压加工中 将材料 金属或非金属 加工成零件 或半成品 的一 种特殊工艺装备 称为冷冲压模具 俗称冷冲模 冲压模按照工序组合分为三类 单工序模 复合模和级进模 复合模与单工序模相比减少了冲压工艺 其结构紧凑 面积较小 冲出的制件精度 高 工件表面较平直 特别是孔与制件的外形同步精度容易保证 适于冲薄料 可充分 利用短料和边角余料 适合大批量生产 生产率高 所以得到广泛应用 但模具结构复 杂 制造困难 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备 是技术密集型产品 冲压件的质量 生 高飞翔 锁片冲压模具设计 8 产效率以及生产成本等 与模具设计和制造有直接关系 模具设计与制造技术水平的高 低 是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一 冲压加工作为一个行业 在国民经济的加工工业中占有重要的地位 近年来 冲压 成型工艺有了很多新的进展 特别是精密冲裁 精密成形 精密剪切 复合材料成形 超塑性成形 软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异 冲压件的成形精度日趋精确 生产率有了极大的提高 正把冲压加工提高到高品质 新的发展水平 由于引入了计算 机辅助工程 CAE 冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析而逐步发展到采用计 算机进行工艺过程的模拟与分析 以实现冲压过程的优化分析设计 计算机在模具领域 包括设计 制造 管理等领域发挥着越来越重要的作用 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 9 2 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析 本次设计冲压工件为锁片 锁片 材料 45 钢 批量 年产 200 万件 图 2 1 工件图 Fig 2 1 Working Drawing 2 1 工件材料 45 指的是含碳量碳 C 0 45 特性 强度硬度 塑性 韧性等综合性能好 易于深冲 拉延 弯曲和焊接 用途 钢板用作深冲压和深拉延的容器 如搪瓷制品 仪表板 汽车驾驶室盖板等 圆钢用作心部强度要求 不高的渗碳或氰化零件 化学成分 含碳 C 量是 0 42 0 50 Si 含量为 0 17 0 37 Mn 含量 0 50 0 80 Cr 含量 0 25 Ni 含量 0 30 Cu 含量 0 25 物理性能 密度 7 85g cm3 弹性模量 210GPa 泊松比 0 31 力学性能 正火 850 淬火 840 回火 600 抗拉强度 不小于 600Mpa 屈服强度 不小于 355Mpa 伸长率 16 收缩率 40 冲击功 39J 钢材交货状态硬度 不大于 高飞翔 锁片冲压模具设计 10 未热处理 229HBS 退火钢 197HBS 2 2 工件结构形 此工件材料采用 45 钢 生产批量为大批量生产 需要用模具进行生产 由于该零件 为空间立体结构 因而模具包含有冲孔 落料 弯曲工序 对于孔 由于孔径于大料厚 不属于深孔冲裁 因此在模具设计时不必对冲孔凸模采取适当保护措施加以保护 也不必对凸模进行强度校验 从材质上看 冲裁材料为 45 钢 高延伸性 高延伸率 塑 性及流动性好的软材料 有利于成型 总体来说 强度硬度不高 塑性韧性很好 2 3 工件尺寸精度 根据零件图上所注尺寸 工件要求不高 尺寸精度要求较低 采用 IT12 级精度 普 通冲裁完全可以满足要求 根据以上分析 该零件冲裁工艺性较好 综合评比适宜冲裁加工 2 4 工件展开长度计算 2 4 2 中性层的确定 由于中性层的长度在弯曲变形前后不变 其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度 而欲求中性层长度就必须找到其位置 用曲率半径表示 中性层位置与板料厚度 t 弯 o 曲半径 r 变薄系数等因素有关 在实际生产中为了使用方便 通常采用下面的经验公 式来确定中性层的位置 xtr o 式中 中性层半径 r 弯曲件内弯半径 o x 为中性层位移系数 其值件下表 1 r t0 10 20 30 40 50 60 70 811 2 x0 210 220 230 240 250 260 280 30 320 33 r t1 31 522 534567 8 x0 340 360 380 390 40 420 440 460 480 5 弯曲件弯曲内径计算 弯曲件圆角半径不能过大或过小 过小时弯曲容易产生裂纹 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 11 过大受到弹复影响 弯曲精度不易保证 1 0t 2 在此取圆角半径为 r 3mm 板料厚度 t 1 0mm 查表 1 得 x 0 36 则中性层半径为 2 4 1 毛坯展开尺寸的计算 由于圆角半径 r 0 5t 所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层 展开长度的总和 弯曲件有 1 段直线部分和 2 段弯曲部分 因此代入数据得 L 2 10 5 84 6 5 44 68 45mm 所以工件展开长度 L 取整数 L 45mm 宽度 B 39mm 画出工件展开图如图 2 2 图 2 2 工件展开图 Fig 2 2 The blanking drawing 高飞翔 锁片冲压模具设计 12 3 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 因该工件属大批量生产 根据零件的生产批量 尺寸精度和材料种类与厚度 选择 模具的导向方式与精度 定距方式及卸料方式等 现有如下两种模具结构方案 方案一 采用复合模结构 即 在压力机滑块一次行程中 在模具同一工位同时完成冲孔和拉深 复合模有如下特点 1 冲裁出来的产品精度高 不受送料误差的影响 内外形相对位置一致性好 2 冲件表面较为平整 3 适宜冲薄料 也适宜冲脆性或软质材料 4 冲模面积较少 方案二 采用级进模结构 即 在压力机滑块的一次行程 在模具不同工位分别进行工件的内形和外形冲裁 而在最后工位才制成工件 级进模有如下特点 1 材料利用率较高 2 凸模形状简单 提高模具使用寿命 3 工作效率比较高 方案三 先冲孔 再落料 后弯曲 单工序模生产 该工件材料为 45 钢 厚度为 2mm 大批量生产 精度要求不高 IT12 级即可 对 比以上三种方案决定采用级进模结构 通过到工厂的调研 了解到其工件包括下料 落料 冲孔 弯曲几个工序 经过研 究可设计一套级进模具进行加工 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 13 4 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 级进模是指在条料的送料方向上 具有两个以上的工位 并在压力机的一次行程中 在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模 级进模的定距方式有两种 挡料销定距和侧刃定距 本模具采用侧刃定距 侧刃代替了挡料销控制条料送进距离 步距 侧刃是特殊功 用的凸模 其作用是在压力机每次冲压行程中 沿条料边缘切下一块长度等于送料近距 的料边 在条料送进过程中 切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住 送进的距离即等于 步距 高飞翔 锁片冲压模具设计 14 5 模具总体设计模具总体设计 5 1 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用级进模方式冲压 所以模具类型为级进模 5 2 操作方式 零件的生产批量为大批量 但合理安排生产可用手动送料方式 既能满足生产要求 又可以降低生产成本 提高经济效益 5 3 卸料 出件方式 5 3 1 卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较 刚性卸料是采用固定卸料板结构 常用于较硬 较厚且精度要求不高的工件冲裁后 卸料 当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大 单边间隙取 0 2 0 5 t 当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应 该小于冲裁间隙 此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板 主要用于卸料力较大 材 料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用 主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料由于 有压料作用 冲件比较平整 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 常用作落料模 冲孔 模 正装复合模的卸料装置 工件平直度较高 料厚为 2 0mm 相对较薄 卸料力较小 弹压卸料模具比刚性卸料 模具方便 操作者可以看见条料在模具中的送进动态 且弹性卸料板对工件施加的是柔 性力 不会损伤工件表面 可采用弹性卸料 5 3 2 出件方式 因采用连续模生产 故采用向下落料出件 5 4 确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向的凹 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 15 模长度 L 故采用横向送料方式 即由右向左 或由左向右 送料 5 5 确定导向方式 方案一 采用对角导柱模架 由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上 所以 上模座在导柱上滑动平稳 常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模 复合模 方案二 采用后侧导柱模架 由于前面和左 右不受限制 送料和操作比较方便 因为导柱安装在后侧 工作时 偏心距会造成导套导柱单边磨损 严重影响模具使用寿 命 且不能使用浮动模柄 方案三 四导柱模架 具有导向平稳 导向准确可靠 刚性好等优点 常用于冲压 件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件 以及大量生产用的自动冲压模架 方案四 中间导柱模架 导柱安装在模具的对称线上 导向平稳 准确 但只能一 个方向送料 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式 为提高模具寿命和工件质量 该级进模采用四导柱模架的导向方式 即方案三最佳 高飞翔 锁片冲压模具设计 16 6 模具设计计算模具设计计算 6 1 排样 步距和材料利用率计算 6 1 1 排样方式的选择 冲裁件在条料 带料或板料上布置的方法称为排样 冲件的合理布置与冲件的外形 有很大的关系 按材料的经济利用程度或废料的多少 排样可分为有废料排样与少 无 废料排样两大类 按零件在条料上的布置形式 排样又可分直排 斜排 对排 对头斜 排 多排 混合排等形式 无废料排样是指工件与工件之间 工件与条料侧边之间均无 废料 少废料排样是指沿工件的部分外形切断或冲裁 而废料只有冲裁刃之间的搭边或 侧搭边 无废料排样是全部沿工件外形冲裁 在冲裁刃之间 工件与条料之间均无搭边 根据以上叙述可见 采用少 无废料排样要求工件的相应无搭边部分公差等级于板 材一致或根本上无公差要求 鉴于图示工件的尺寸 外形及公差等级 采用少 无废料 排样均不能满足要求 因此选用有废料排样 且为直排法 排样时工件与工件之间及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边及侧搭边 搭边 值的合理确定关系到工件的质量及模具的寿命 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 6 1 2 计算条料宽度 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 搭边值通常由表所列搭边值和侧搭边值确定 见 模具设计基础及 CAD 根据零件形状 查表得 并考虑到工件的切边 工件之间搭边值 a 3mm 计算条料宽度 B B A 2b 2d 2c 2e 39 3 2 4 2 2 2 2 2 61 A 零件宽度 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 17 d 导正销的直径 b 侧刃冲切得料边定距宽度 其值查表 可得 b 2mm c 导正销距离料边距离 e 导正销距离零件距离 6 1 3 确定步距 送料步距 S 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距 每个步距可冲一个或多个 零件 进距与排样方式有关 是决定侧刃长度的依据 条料宽度的确定与模具的结构有 关 进距确定的原则是 最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值 最大条 料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料 并有一定的间隙 级进模送料步距 S 45 3 48 排样图如图 6 1 所示 图 6 1 排样图 Fig 6 1 blank layout drawing 6 1 4 计算材料利用率 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 料的重要指标 一个步距内的材料利用率 BS 100 式中 A 一个步距内冲裁件的实际面积 B 条料宽度 S 步距 由此可之 值越大 材料的利用率就越高 废料越少 废料分为工艺废料和结构 高飞翔 锁片冲压模具设计 18 废料 结构废料是由本身形状决定的 一般是固定不变的 工艺废料的多少决定于搭边 和余量的大小 也决定于排样的形式和冲压方式 因此 要提高材料利用率 就要合理 排样 减少工艺废料 排样合理与否不但影响材料的经济和利用 还影响到制件的质量 模具的的结构和 寿命 制件的生产率和模具的成本等指标 因此 排样时应考虑如下原则 1 提高材料利用率 不影响制件使用性能的前提下 还可以适当改变制件的形状 2 排样方法使应操作方便 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 一个步距内冲裁件的实际面积 A 45 12 20 13 5 28 940mm2 一次冲裁 1 个工件 所以一个步距内的材料利用率 BS 100 940 61 48 100 32 1 根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 51 8 满足要求 6 2 冲压力的计算 6 2 1 冲裁力和弯曲力的计算 在冲裁过程中 冲裁力是随凸模进入凹模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 它是选用压力机和设计模具重要依据之一 用平刃冲裁时 其冲裁力 一般按下式计算 F KLt s 公式 5 4 式中 F 冲裁力 L 冲裁周边长度 t 材料厚度 s 材料抗剪强度 系数 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 19 L 45 13 39 2 28 13 48 28 18 4 167mm 系数 是考虑到实际生产中 模具间隙值的波动和不均匀 刃口磨损 板料力学性 能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数 一般取 1 3 查表 s 480Mpa 所以 F KLt s 2 1 3 167 2 480 1000 416 8KN 根据计算 模具冲裁力为 416 8KN 弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力 是设计冲压工艺 过程和选择设备的重要依据之一 弯曲力的大小与毛坯尺寸 零件形状 材料的机械性 能 弯曲方法和模具结构等多种因素有关 理论分析方法很难精确计算 在实际生产中 常按经验公式进行计算 1 自由弯曲时的弯曲力公式 V 形弯曲件 U 形弯曲件 tr kBt F b v 2 6 0 tr kBt F b u 2 7 0 式中 自由弯曲力 B 弯曲件的宽度 t 弯曲件厚度 r 内圆弯 v F u F 曲半径 弯曲材料的抗拉强度 K 安全系数 一般取 1 3 b 3 计算 本弯曲件弯曲部分属于 U 形弯曲 U 形弯曲力 tr kBt F b u 2 7 0 19 56N 600MPa b 45 t 2 r 3 b 所以 取 F 弯 20KN 6 2 2 卸料力的计算 在冲裁结束时 由于材料的弹性回复 包括径向回复和弹性翘曲回复 及摩擦的存 在 将使冲落的材料梗塞在凹模内 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 将梗塞在凹模内的材料推出 从凸模上卸下 高飞翔 锁片冲压模具设计 20 箍着的料称卸料力 一般按以下公式计算 卸料力 F x F x K F 0 06 416 8KN 25 008KN x F x K 为卸料力系数 其值查表 2 可得 x KKd 所以总冲压力 F 416 8KN 20KN 25 008 461 808KN Z F u F x F 压力机公称压力应大于或等于冲压力 根据冲压力计算结果拟选压力机为 JB21 500 表 2 卸料力 推件力和顶件力系数 Table 2 unloading force push force and the top of the coefficient 料厚 t mm x KKt Kd 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 2 5 6 5 6 5 0 06 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 0 02 0 03 0 1 0 063 0 050 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 3 压力中心的确定 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 应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合 否则 会使冲模和力机滑块产 生偏心载荷 使滑块和导轨之间产生过大的摩擦 模具导向零件加速磨损 降低模具和 压力机的使用寿命 冲模的压力中心 可以按下述原则来确定 1 对称形状的单个冲裁件 冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心 2 工件形状相同且分布位置对称时 冲模的压力中心与零件的对称中心相重合 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 21 3 形状复杂的零件 多孔冲模 级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力 中心 X0 L1x1 L2x2 Lnxn L1 L2 Ln Y0 L1y1 L2y2 Lnyn L1 L2 Ln 由于该工件在 X 和 Y 方向上都不对称 所以需要计算其压力中心 X 坐标和 Y 坐标 代入数据 其压力中心为 105 8 14 8 其坐标原点如下图 1 4 所示 图 1 4 压力中心分布图 Fig 6 1 Center of pressure distribution map 6 4 模具刃口尺寸的计算 6 4 1 冲孔刃口尺寸 1 圆孔 d 4 冲裁模凸凹模刃口尺寸设计 查 冷冲模设计 冲裁模初始双面间 隙 Z 取 Zmin 0 16mm Zmax 0 18mm 对零件图中未注公差的尺寸 冲压件一般保证精度 IT14 因制件形状简单且对 称 在这里保证精度 IT12 查 互换性与测量技术基础 简单形状冲裁时凸凹模的制造偏差 凹 0 017mm 凸 0 012mm 因此 高飞翔 锁片冲压模具设计 22 凹 凸 0 017 0 012 mm 0 029mm Zmax Zmin 0 18 0 16mm 0 02mm 所以 凹 凸 Zmax Zmin 因此在这里采用单配方法加工 对于冲孔 先做凸模 并以它作为基准配做凹模 查 冷冲模设计 磨损系数取 X 0 5 制造精度 0 1 则 D 凹 4 1 0 xD mm 1 0 4 1 0 1 05 04 mm 025 0 0 95 3 D 凸 0 4 1 min ZxD mm 0 1 0 4 1 16 0 1 05 04 mm 0 025 0 79 3 2 冲裁非圆形孔件 D 6 L 7 的凸凹模尺寸设计 查 冷冲模设计 冲裁模初始 双面间隙 Z 取 Zmin 0 16mm Zmax 0 18mm 对零件图中未注公差的尺寸 冲压件一般保证精度 IT14 因制件形状简单且对称 在这里保证精度 IT12 查 互换性与测量技术基础 简单形状冲裁时凸凹模的制造偏差 对于 L 7 时 凹 0 014mm 凸 0 014mm 对于 D 6 时 凹 0 012mm 凸 0 012mm 因此 凹 凸 0 014 0 014 mm 0 028mm 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 23 Zmax Zmin 0 18 0 16mm 0 02mm 所以 凹 凸 Zmax Zmin 因此在这里采用单配方法加工 对于冲孔 先做凸模 并以它作为基准配做凹模 查 冷冲模设计 磨损系数取 X 1 对于 L 7 制造精度 0 058 D 6 时的制造 精度 0 048 则 D 凹 4 1 0 xD mm 048 0 4 1 0 048 0 6 mm 012 0 0 952 5 D 凸 0 4 1 min ZxD mm 0 048 0 4 1 16 0048 0 6 mm 0 012 0 792 5 L 凹 4 1 0 xD mm 058 0 4 1 0 058 07 mm 0145 0 0 942 6 L 凸 0 4 1 min ZxD mm 0 058 0 4 1 16 0 058 0 7 mm 0 0145 0 782 6 3 非圆孔 D 35 冲裁模凸凹模刃口尺寸设计 查 冷冲模设计 冲裁模初始双 面间隙 Z 取 Zmin 0 16mm Zmax 0 18mm 对零件图中未注公差的尺寸 冲压件一般保证精度 IT14 因制件形状简单且对称 高飞翔 锁片冲压模具设计 24 在这里保证精度 IT12 查 互换性与测量技术基础 简单形状冲裁时凸凹模的制造偏差 凹 0 025mm 凸 0 023mm 因此 凹 凸 0 025 0 023 mm 0 048mm Zmax Zmin 0 18 0 16mm 0 02mm 所以 凹 凸 Zmax Zmin 因此在这里采用单配方法加工 对于冲孔 先做凸模 并以它作为基准配做凹模 查 冷冲模设计 磨损系数取 X 1 制造精度 0 1 则 D 凹 4 1 0 xD mm 1 0 4 1 0 1 035 mm 025 0 0 9 34 D 凸 0 4 1 min ZxD 0 1 0 4 1 16 0 1 035 mm 0 025 0 74 34 6 5 模具弯曲部分工作尺寸计算 6 5 1 凸模圆角半径 当弯曲件的相对弯曲半径 r t 较小时 取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角 半径 r 但不能小于材料所允许的最小弯曲半径 由前面所述 该工件的相对弯曲半径等 于最小相对弯曲半径 那么凸模的圆角半径应等于工件内侧圆角半径 即 2 9mm t R 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 25 6 5 2 凹模圆角半径 凹模圆角半径的大小不会直接影响到弯曲件的圆角半径 但是过小的凹模圆角半径 会使弯矩的弯曲力臂减小 毛坯如凹模困难 会擦伤毛坯表面 另外 凹模两侧的圆角 半径必须相等 否则会引起板料偏移 在实际生产中通常根据材料厚度选取凹模圆角半 径 当 由于 2t tR 63 4 2t tR 32 4t tR2 采取级进模弯曲 且 r 3mm 因此 取 3mm R 6 5 3 凹模深度 凹模深度要适当 若过小则弯曲件两端自由部分太长 工作回弹大 不平直 若深 度过大则凹模过高 浪费模具材料并需要较大的压力机工作行程 对于 U 型弯曲件 如果弯曲件直边较长 凹模深度可以小于工件高度 凹模深度值 见下表 表 3 弯曲 U 型件的凹模深度 mm Table 3 bent U shaped concave mold depth mm 凹模的具体尺寸见凹模零件图 6 5 4 凸 凹模的间隙 V 形件弯曲时 凸 凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的 但在模具设计 中 必须考虑到要使模具闭合时 模具的工作部分与工件能紧密贴合 以保证弯曲质量 U 形件弯曲时必须合理确定凸 凹模之间的间隙 间隙过大则回弹大 工件的形状和 高飞翔 锁片冲压模具设计 26 尺寸误差增大 间隙过小会加大弯曲力 使工件厚度减薄 增加摩擦 擦伤工件并降低 模具的寿命 U 形件凸 凹模的单面间隙值一般可按下式计算 cttZ 2 式中 Z 2 凸 凹模的单面间隙 t 板料厚度的基本尺寸 板料厚度的正偏差 C 根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数 其值按表 4 16 选取 表 4 间隙系数 C 值 单位 mm Table 4 gap coefficient C values in mm 当工件精度要求较高时 间隙值应适当减小 可以取 Z 2 t 查有关资料板料厚度的正偏差为 15 0 由公式可得 其中 C 0 1 6 5 5 U 形弯曲处的凸 凹模工作部分尺寸及公差 凸 凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸 凹模的横向尺寸 当工件标注外形尺 寸时 应以凹模为基准件 间隙取在凸模上 当工件标注内形尺寸时 应以凸模为基准 件 间隙取在凹模上 而凸 凹模的尺寸和公差应根据工件尺寸 公差 回弹情况以及 模具的磨损规律而定 1 弯曲件标注外形尺寸 凹模尺寸为 d LLd 0 4 3 凸模尺寸为 或凸模尺寸按凹模实际尺寸配制 保重单面间隙 Z 2 0 p ZLL dp 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 27 2 弯曲件标注内形尺寸 凸模尺寸为 0 4 3 p dp LL 凹模尺寸为 或凹模尺寸按凸模实际尺寸配制 保重单面间隙 d ZLLd 0 Z 2 式中 L U 形弯曲件基本尺寸 mm 凸 凹模工作部分尺寸 p L d L mm 弯曲件公差 mm 凸 凹模制造公差 选用 IT7 IT9 级精度 p d mm Z 2 凸 凹模单面间隙 由弯曲件图可以看出弯曲件标注外形尺寸 且弯曲件未标注尺寸公差 则按未按公 差 IT14 级来处理 查表得弯曲件公差 凹模制造公差 选用 IT9 级精度52 0 d 0 052 凸模制造公差 选用 IT8 级精度 0 033 d p p 凹模尺寸为 d LLd 0 4 3 23 0 7