毕业设计（论文）-地漏冲压模具的设计

I 毕毕 业业 论论 文文 设设 计计 题 目 地漏冲压模具的设计 英文题目Design of the Leak Stamping Die 院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 年 级 指导教师 摘摘 要要 II 冲压模具随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展 已成 为了制造汽车 飞机 家庭电器等产品的主要生产技术手段 文中 简单介绍了冲压模具的概念 特点 现状及发展方向 阐述了冲压 模具的设计原理 介绍了冲压模具设计的一般流程 在设计过程中 通过对地漏的工艺性分析 确定冲压工艺方案 初步确定模具的结构式 进行凸 凹模刃口尺寸的计算 对模具零 部件的设计及选用 完成了地漏冲压模具的设计 在冲压模具的设 计过程有多个核心环节 在本文的设计过程中 主要详细介绍了产 品冲压工艺方案的确定 模具刃口尺寸的计算方法 以及模具非标 准零部件的设计计算和标准零部件的设计及选用 最后 通过计算 机辅助设计软件 完成了地漏的模具设计 绘制了地漏冲压模具的 总装图和模具的主要零部件图 关键词关键词 冲压模具 工艺方案 刃口 标准件 全套图纸加扣 3012250582 III IV Abstract With the continuous progress of science and technology and the rapid development of industrial production stamping die has become the main means of production technology on the manufacturing of automotive aircraft household appliances and other products The concept features application development trend of the stamping die are introduced in brief The design principle of the stamping die is expounded and a general stamping die design process is introduced In the design process through analysising the process of leak stamping process programme the structure of mold is determined tentatively Convex and concave edge size is calculated the mold parts are designed and selected At last completing the design of the leak stamping die Stamping die in the design process have more than one center of the paper in the design process the main details of the stamping process for products identified die cutting edge method of calculating size and die of non standard components of the calculation and design standards Parts of the design and selection Finally a leak in the mold design is completed by CAD Then the assemble drawing and the mould parts to the leak are drawed Keywords Stamping Dies Process Cutting Edge Standard Parts 1 目目 录录 摘摘 要要 II ABSTRACT III 前前 言言 1 第第 1 章章 绪论绪论 2 1 1 冲压的概念 特点冲压的概念 特点 2 1 2 冲压技术的现状及发展方向冲压技术的现状及发展方向 3 1 3 冲压的基本工序及模具结构冲压的基本工序及模具结构 6 第第 2 章章 冲压模具的设计冲压模具的设计 9 2 1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 9 2 2 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 10 2 3 模具结构式的初步确定模具结构式的初步确定 13 2 4 主要设计计算主要设计计算 14 2 5 主要零部件的设计计算与选用主要零部件的设计计算与选用 21 2 6 绘制模具总装图和模具零部件图 附图 绘制模具总装图和模具零部件图 附图 25 2 7 小结小结 25 第第 3 章章 总结与展望总结与展望 26 3 1 总结总结 26 3 2 展望展望 26 结束语结束语 27 参考文献参考文献 28 致致 谢谢 29 2 前前 言言 模具工业是技术密集型 资本密集型和投资密集型的产业 就冷冲模具而 言 在冲模设计与制造上 模具结构与精度正朝着两个方面发展 一是为了适 应高速 自动 精密 安全等大批量自动化生产的需要 冲模正向高效 精密 长寿命 多工位 多功能方向发展 另一方面 为适应市场上产品更新换代迅 速的要求 各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造也得到了迅速的发 展 同时 计算机技术 信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用 使模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化 目前最为突出的是模具 CAD CAE CAM 在这方面 国际上有许多应用成熟的计算机软件 我们不但 能消化 应用国外的有关软件 少数单位还能自行开发或正在开发模具软件 尽管其总体水平与国际上的还有差距 但它代表了我国模具技术的发展成果与 发展方向 专家调查结果表明 经过几十年的发展 我国的冲压模具总量位居 世界第三位 加工技术装备基本已与世界先进水平同步 以汽车覆盖件为代表 的大型 复杂 精密冲压模 用 CAD CAM CAE 软件进行三维设计和模拟 靠 高速 精密的加工设备生产 用新型研磨或抛光代替传统的手工研磨抛光 提 高模具质量 这些都代表了冲压模具高速发展的趋势 3 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 冲压的概念 特点冲压的概念 特点 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 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 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 4 从而获得较好的经济效益 1 2 冲压技术的现状及发展方向冲压技术的现状及发展方向 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 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 5 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 2 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 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 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 6 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 加工精度 可达 1 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 3 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 7 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 4 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 3 冲压的基本工序及模具结构冲压的基本工序及模具结构 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 8 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 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 的不同工位上完成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 如图 1 1 所示 复合模 如 图 1 2 所示 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 以进行下一次冲压循环 9 1 凸模固定板 2 橡皮 3 凸模 4 下模座 5 凹模 6 固定挡料销 图 1 1 无导向单工序模具基本结构 图 1 2 复合模的基本结构 10 第第 2 章章 冲压模具的设计冲压模具的设计 2 1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 1 结构尺寸 该零件结构简单 如图 2 1 形状对称 尺寸较中 厚度 t 1mm 最小尺寸8 0 9t 0 9mm 孔至边缘最小距离为 4 1 5t 1 5mm 1 0 1 0 均适宜于冲裁加工 2 精度 如图 2 1 所示 该零件尺寸公差均低于 IT10 级 亦无其他特 殊 图 2 1 零件的外形尺寸 要求 从表 2 1 可知 利用普通冲裁方式便可以达到零件图样要求 3 材料 奥氏体 304 不锈钢 由相关材料工具书中可知其抗拉强度 530MPa 抗剪强度 210MPa 材料具有较好的冲裁加工性 b b 4 规模 该零件为日常家具卫浴用品 市场需求量大 生产批量大 适 用冲压生产 11 根据以上的分析 该零件的冲压工艺性良好 考虑到零件的生产工艺 适 合用冲裁加工 表 2 1 冲裁件外形与内孔尺寸公差 mm 2 2 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 该零件一般有以下四种冲压工艺方案 方案一 用二次工序进行冲压 如图 2 2 所示 图 2 2 冲压工艺方案一 工序 1 先用单工序模将零件冲成半成品 工序 2 用装有分度装置的冲孔模进行单孔冲压 每次冲好一个孔就将工 件转过 60 依次冲出六个孔形 方案二 用二次工序进行冲压 如图 2 3 所示 工序 1 先用冲模冲出零件半成品 工序 2 用冲孔模将六个孔形一次冲出 料厚冲裁件尺寸 一般精度的冲裁件较高精度的冲裁件 t 1010 50 50 150 150 300 1010 50 50 150 110 300 0 2 0 5 05 0 08 0 08 0 10 0 12 0 14 0 0 20 02 0 025 0 04 0 03 0 08 0 05 0 0 08 0 5 1 05 0 12 0 08 0 16 0 12 0 22 0 0 30 02 0 03 0 04 0 04 0 08 0 06 0 0 10 1 2 06 0 18 0 10 0 22 0 16 0 30 0 0 50 03 0 04 0 06 0 06 0 10 0 08 0 0 12 2 4 08 0 24 0 12 0 28 0 20 0 40 0 0 70 04 0 06 0 08 0 08 0 12 0 10 0 0 15 12 图 2 3 冲压工艺方案二 方案三 在复合模中将六个孔与外形一次冲出 方案四 用三工步连续模在一次压力机行程中将零件冲出 如图 2 4 所示 图 2 4 冲压工艺方案四 第一工步冲出二个工艺孔 第二工步冲出全部孔形 第三工步将外形落料 压力机在一次行程中生产一个完整的零件 先分析比较各个方案的优缺点 第一方案的特点是化整为零 将原先复杂的工件形状分解成孔形和外圆两 个形状比较简单的单元 从而简化了模具刃口形状 使模具制造简便 这方案 的缺点是需要二次冲压工序 且第二次工序又是单孔冲出 生产效率较低 冲 13 孔过程中要进行多次分度定位 操作不便 由于多次分度定位 冲裁出来的工 件 其孔形同轴度与分度误差都较大 精度太低 多工序冲裁生产效率低 累 积误差大 与本零件生产批量大和尺寸精度要求较高之间产生矛盾 第二方案与第一方案基本相同 差异在于第二方案可一次冲出八个孔形 故孔的分度误差较第一方案小 精度相对第一方案高 但第二方案在冲完外形 后冲孔时 精度仍不如在复合模中一次成形 且效率也不高 第三方案由于将各工序复合在一起一次冲成 能保证较高的生产率 而且 操作比较安全 再者 复合模冲裁时 零件精度主要决定于模具制造精度 当 采用较高精度复合模冲压本零件时 可以保证零件所要求的各项精度指标 但 在复合模中 至少有一个凸凹模 复合模的主要一个缺陷是凸凹模的内外缘均 为刃口 内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸 从强度考虑 壁厚要受最小 值限制 凸凹模的最小壁厚值 一般由经验数据决定 正装复合模的凸凹模的 最小壁厚 对于黑色金属和硬材料 最小壁厚约为工件料厚的 1 5 倍 但不小 于 0 7mm 对于有色金属及软材料 约等于工件料厚 但不小于 0 5mm 倒装 复合模凸凹模的最小壁厚可参考表 2 2 而本文中的零件厚度为 1mm 零件上 的最小孔边距为孔形为外圆的边距 4mm 如图 2 5 所示 显然 无论是正装复 合模还是倒装复合模 其最小壁厚值都大于凸凹模的最小壁厚限制 故是安全 的 表 2 2 凸凹模最小壁厚 a mm 料厚 t0 40 50 60 70 80 91 01 21 51 75 最小壁厚 a1 41 61 82 02 32 52 73 23 84 0 料厚 t2 02 12 52 753 03 54 04 55 05 5 最小壁厚 a4 95 05 86 36 77 88 59 310 012 0 14 图 2 5 凸凹模立体示意图 第四方案由于最终成品零件与孔废料都可由压力机台下排出 操作方便安 全 生产效率高 该方案的主要缺点是冲出的零件精度不如复合模 虽然在带 料两侧预先冲出工艺孔用导正销定位 但冲出零件的同轴度仍不如复合模 此 外 为了工艺孔 加宽了带料宽度 使材料的经济利用率过低 浪费过多材料 再者 连续模的加工比起复合模要困难多 综合以上四个方案分析比较 结果表明 本零件采用第三方案 在复合 模中将六个孔与外形一次冲出 最为适宜 2 3 模具结构式的初步确定模具结构式的初步确定 1 模具结构型式 在确定采用复合模后 便要考虑采用正装式还是倒装式复合模 大多数情 况采用倒装复合模 这是因为倒装式复合模的冲孔废料可以通过凸凹模 从压 力机工作台孔漏出 工件由上面的凹模带上后 由推件装置推出 再由压力机 上附加的推件装置接走 这样操作方便而且安全 能保证较高的生产率 而正 装复合模 冲孔废料由上模带上 再由推件装置推出 工件则由下模的推件装 置向上推出 条料由上模卸料装置脱出 三者混杂在一起 如果来不及排除废 15 料或工件而进行下一次冲压 就容易崩裂模具刃口 因此 该复合模采用倒装结构 2 推件装置 在倒装式复合模中 冲裁后的工件嵌在上模部分的落料凹模内 需由刚性 或弹性推件装置推出 刚性推件装置推件可靠 可将工件稳当地推出凹模 且 刚性推件装置结构紧凑 维护方便 故该复合模采用刚性推件装置 3 卸料装置 在复合模冲裁时 条料卡在凸凹模外缘 因此需要在下模装弹性卸料装置 将弹性元件装设在卸料板与凸凹模固定板之间 4 导向装置 由于工件精度要求较高 且材料厚度较薄 模具间隙小 故采用导向平稳 的中间导柱模架 2 4 主要设计计算主要设计计算 1 排样与搭边的确定 冲裁件在条料上的布置方法叫排样 排样分为有废料 少废料和无废料三 种 按工件的外形特征又可分为直排 斜排 直对排 斜对排 混合排 多行 排 及裁搭边等形式 本文 的零件为圆形零件 结 构对称 外形简单 可 采用有搭边 直排样式 进行排样 如图 2 6 结 构所示 在条料上冲裁时 工件之间以及工件和条 料侧边之间的余料称为 搭边 搭边的作用是补 偿送料误差 保证 图 2 6 排样方式 16 条料刚度利于送料 避免废料丝进入模具间隙损坏模具 图 2 7 最小搭边值 本零件的排样图如图 2 7 所示 其中工件间最小搭边值 a 0 8mm 侧边 1 a 1 0mm 条料宽度 B 102mm 2 计算压力机和压力中心 初选压力机 表 2 3 卸料力 推件力和顶件力系数 冲裁力的计算 根据冲裁力的计算公式 F 1 3Lt Lt 冲b b 代入数值 可得 F 824 1 530 436720N 冲 式中 L 冲裁总周长 L 六个椭圆孔周长 为 510mm 1 L 落料外形周长 为 314mm 2 L L L 824mm 12 材料的抗剪强度 为 210MPa b 料 厚 K卸K推K顶 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 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 紫铜 铜 0 025 0 08 0 02 0 06 0 03 0 07 0 03 0 09 17 材料的抗拉强度 为 530MPa b t 材料厚度 为 1mm 卸料力的计算 根据卸料力的计算公式 F K F 0 045 436720 19652 4N 卸卸冲 式中 K 0 045 由表 2 3 查得 卸 推件力的计算 本复合模中有 2 个推件力 分别是由上模刚性推件装置产生的和冲孔时 冲孔凸模产生的 根据推件力的计算公式 F K F 0 055 436720 24019 6N 由刚性推件装置产生 1推推冲 式中 K 0 055 由表 2 3 查得 推 F K F n 0 055 270300 118932 N 2推推冲孔 1 8 式中 K 0 055 由表 2 3 查得 推 n h t h 根据材料厚度 取凹模刃口直壁高度 h 8mm t 材料厚度 F L t 510 1 530 270300N 冲孔1b 所以 F 总 F F F F 436720 19652 4 24019 6 118932 599324 600KN 冲卸1推2推 初选压力机 压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的 1 1 1 3 倍 即 P 1 1 1 3 F 1 1 1 3 600KN 660 850 KN 总 初选公称压力为 1000KN 的压力机 压力中心的确定 由于此零件是轴对称零件 故其压力中心也受力对称 即该零件的对称 18 中心就是该零件的压力中心 3 计算凸 凹模的刃口尺寸及公差 以落料凹模配作落料凸模 表 2 4 以落料凹模为基准的刃口尺寸计算 工序性质落料件尺寸落料凹模尺寸落料凸模尺寸 A 类尺寸 A 0 A A x dmax 4 0 B 类尺寸 B 0 B B x dmin 0 4 落料 C 类尺寸 C 2 C C 0 5 8 dmin 按凹模实际刃口尺寸配 作 保证间隙 Z Z min max 注 A B C为落料凹模刃口磨损后的尺寸 A B C 为落料件的基本尺寸 A B C dddmaxminmin 为落料件的极限尺寸 为落料件的公差 x 为磨损系数 冲件精度 IT10 级以上 x 1 冲件精度 IT11 13 级 x 0 75 冲件精度 IT14 以下 x 0 5 参考表 2 4 的计算公式 由于落料凹模工作后 尺寸逐渐变大 如图 2 8 所示 则从表 2 4 中可 知用以下公式进行计算 A A x dmax 4 0 图 2 8 落料凹模尺寸变化 则落料凹模的刃口尺寸为 A 100 1 0 15 99 85 4 0 04 0 0 落料凸模刃口尺寸按落料凹模 的实际刃口尺寸以单面间隙 0 03mm 来 进行配作 单面间隙在表 2 5 中可以 查得 本零件材料为中度硬钢 查得 的数值为双面间隙 单面间隙为双面 间隙的一半 表 2 5 冲裁模初始双面间隙 Z mm 材料厚度 t 软铝 纯铜 黄铜 软铜 W 0 08 0 2 c 杜拉铝 中等硬钢 W 0 3 0 4 c 硬钢 W 0 5 0 6 c 19 以冲孔凸模的尺寸配作冲孔凹模 参考表 2 6 的计算公式 从图 2 9 可知 尺寸变大的有22 IT11 级 0 1 0 从表 2 6 中可知 按公式 a a x 计算 pmax 4 0 得 a 22 0 75 0 1 21 93mm p 4 0 03 0 0 尺寸变小的有92 IT10 级 1 0 0 ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 2 1 5 0 008 0 012 0 016 0 020 0 024 0 028 0 032 0 036 0 040 0 050 0 075 0 012 0 018 0 024 0 030 0 036 0 042 0 048 0 054 0 060 0 084 0 105 0 010 0 015 0 020 0 025 0 030 0 035 0 040 0 045 0 050 0 072 0 090 0 014 0 021 0 028 0 035 0 042 0 049 0 056 0 063 0 070 0 096 0 120 0 012 0 018 0 024 0 030 0 036 0 042 0 048 0 054 0 060 0 084 0 105 0 016 0 024 0 032 0 040 0 048 0 056 0 064 0 072 0 080 0 108 0 135 0 014 0 021 0 028 0 035 0 042 0 049 0 056 0 063 0 070 0 096 0 120 0 018 0 027 0 036 0 045 0 054 0 063 0 072 0 081 0 090 0 120 0 150 20 图 2 9 冲孔凸模的尺寸变化图 从表 2 6 中可知 按公 式 b b x 计 pmin 0 4 算 得 b 92 1 0 1 p 92 1 0 4 0 3 0 尺寸不变的有 30 0 1 IT10 级 和 70 0 1 IT10 级 从表 2 6 中可知 按公 式 c c 0 5 pmin 得8 c 29 9 0 5 0 1 1p 29 95 0 01mm8 c 75 9 0 5 0 1 2p 75 95 0 01mm8 表 2 6 以冲孔凸模为基准的刃口尺寸计算 工序性质冲件孔尺寸冲孔凹模尺寸冲孔凹模尺寸 a 类尺寸 a 0 a a x pmax 4 0 b 类尺寸 b 0 b b x pmin 0 4 冲孔 c 类尺寸 c 2 c c 0 5 8 pmin 按凸模实际刃口尺寸配 作 保证间隙 Z Z min max 注 a b c为冲孔凸模刃口磨损后的尺寸 a b c 为落料件的基本尺寸 a b c dddmaxminmin 为冲件孔的极限尺寸 为冲件孔的公差 x 为磨损系数 冲件精度 IT10 级以上 x 1 冲件精度 IT11 13 级 x 0 75 冲件精度 IT14 以下 x 0 5 冲孔凹模刃口尺寸按冲孔凸模零件的实际刃口尺寸以单面间隙 0 03mm 配作 由以上的计算 及单面间隙值的配作 可得凸 凹模的刃口尺寸大小 21 如图 2 10 2 11 图 2 l 10 落 料 凹 模 的 刃 口 尺 寸 图 22 图 2 l 11 凸 凹 模 的 刃 口 尺 寸 图 2 5 主要零部件的设计计算与选用主要零部件的设计计算与选用 1 落料凹模轮廓尺寸的确定 凹模外形尺寸 一般按经验方式确定 有两种方法 第一种是查表确定凹模的外形尺寸 第二种是按经验公式计算 按第二种方法经验公式来计算 凹模高度 h kb h 15mm 表 2 7 系数 k 的值 料厚 t mm b mm 0 5123 3 50 50 100 100 200 200 0 3 0 2 0 15 0 10 0 35 0 22 0 18 0 12 0 42 0 28 0 20 0 15 0 50 0 35 0 24 0 18 0 60 0 42 0 30 0 22 23 式中 k 系数 其值见表 2 7 取其值为 0 22 b 最大孔口尺寸 其值为 100 mm 则凹模厚度 H 0 22 100 22mm 1 凹模壁厚 c 1 5 2 0 h c 30 40mm 则凹模壁厚 c 1 5 2 0 22 33 44 mm 取 c 44 mm 那么 凹模的外形轮廓尺寸 L B b 2c 100 2 44 188 取凹模轮廓尺寸为 200 200 22 2 冲孔凸模固定板 凸模固定板的作用是将凸模或凸凹模固定在上模座或下模座的正确位置上 凸模固定板为矩形或圆形 外形尺寸通常与凹模一致 厚度可取凹模厚度的 60 80 则其厚度 H 60 80 H 13 2 17 6 mm 21 取标准固定板 200 200 16 GB2858 2 8 3 冲孔凸模 考虑到该模具的型式是倒装式复合模 因此冲孔凸模的结构采用直通式 固定方式采用铆接 如图 2 12 2 13 所示 图 2 12 直通式冲孔凸模 图 2 13 凸模的铆接固定 冲孔凸模的长度 L H H h 22 16 1 39mm 112 式中 h 为磨平余量 其值为 1 一般情况下 凸模的强度和刚度是足够的 没有必要进行校核 但是当凸 模截面尺寸很小而冲裁板料厚度较大 则应进行承压能力和纵向弯曲能力的校 核 而本文中的冲孔凸模截面较大 且板料厚度较薄 因此不用校核 4 凸凹模固定板 取其与冲孔凸模固定板一样的厚度 H H 16mm 固定板与凸凹模的 32 24 配合采用 H7 m6 的过渡配合 尺寸大小则选取标准固定板 定其参数 200 200 16 GB2858 2 8 5 卸料板的设计 弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板尺寸 厚度取凹模厚度的 0 6 0 8 倍 卸料板与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定 一般取 0 3 0 5mm 料厚时取大值 料薄时取小值 卸料板的厚度 H 0 6 0 8 H 0 6 0 8 22 13 2 17 6mm 41 按标准件选取卸料板尺寸 200 200 14 6 卸料弹簧的设计 初定弹簧个数 n 4 则每个弹簧的预压力为 F F 2 n 19652 4 2 4 2456 5N y卸 初选弹簧规格 按 2F 估算弹簧的极限工作压力 F yj F 2F 4913N jy 查 GB2089 80 初选弹簧规格 d D h 10 45 58 F 5170N 极 20j 限工作压力 h 14 1mm 弹簧极限压缩量 j 计算所选弹簧的预压量 h y h F h F 2456 5 14 1 5170 6 7mm yyjj 校核所选弹簧是否合适 取凸模刃磨量 h 4mm 卸料板工作行程 h 1 1 2mm 则弹簧工作时 mx 的总压缩量为 h h h h 6 7 2 4 12 7 h 14 1mm yxmj 故所选规格的弹簧满足要求 所选弹簧的安装高度 h h h 58 6 7 51 3mm a0y 7 凸凹模的设计 在计算凸凹模的长度时 卸料板工作平面应高出凸模刃口端面 25 0 3 0 5mm 则凸凹模长度 L H H h h 0 3 14 51 3 1 0 3 66mm 234a 式中 h 为磨平余量 其值为 1 而 0 3 为卸料板高出凸凹模端面的数值 图 2 14 冲孔凹模的刃口形式 凸凹模为直通圆加肩 采用铆接 凸凹模上的凹 模 即冲孔凹模的刃口形 状左图所示 8 垫板的选用 垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力 以防止模座被挤压损伤 因此 当凸模或凹模与模座的端面上产生的单位压力超过模座材料的许用挤压 应力时 就应在与模座的接触面上加上一块淬硬磨平的垫板 倘若凸模或凹模 在模座的端面上产生的单位压力不大 则可加可不加 本文中的冲压零件 在冲压过程中产生的冲压力大 且在复合模中 垫板 的作用更是不可忽略 垫板的外形尺寸与凸模固定板即冲孔凸模固定板相同 厚度可取 3 10mm 选取垫板尺寸 200 200 8 GB2858 3 81 9 模架的选用 模架是上 下模座与导向零件的组合体 冲模模架已经标准化 本文采用 传动平稳的中间导柱模架 根据凸凹模固定板的尺寸 选取模架 200 200 200 245 上模座 200 200 50 下模座 200 200 60 10 压力机的确定 前面初定的压力机公称压力应为 1000KN 根据模具的闭合高度 h 上模 模 座厚 下模座厚 垫板厚 冲孔凸模长度 凸凹模长度 50 60 8 39 82 239mm 选压力机 J23 1000 其主要参数 公称压力 1000KN 最大封闭高度即 26 最大装模高度为 480mm 模柄孔尺寸为50 75 所设计冲模的闭合高度 应小于压力机的最大装模高度 则 h 239 h 5 480 5 475mm 所以所选的压力机符合条件 模max 如果模具闭合高度过小 可在压力机台面上加放垫板 11 模柄的选用 模柄的作用是把上模座固定在压力机滑块上 同时使模具中心通过滑块的 压力中心 选模柄时 先根据模具的大小 上模结构 模架类型及精度等确定模柄的 尺寸规格 一般模柄直径应与模柄孔直径相等 本文选压入式模柄 B50 100 GB2862 1 83 12 打杆长度的计算 L 模柄长度 垫板厚度 冲孔凸模固定板厚度 落料凹模厚度 3 100 8 16 22 146mm 此处h 为推件块伸出量 13 紧固件的选择 冲模中用的的紧固件主要是螺钉和销钉 其中螺钉起联接固定作用 销钉 起定位作用 本文中选内六角螺钉和圆柱销 螺钉选 M10 圆柱销的公称直径 可取与螺钉相等 2 6 绘制模具总装图和模具零部件图 附图 绘制模具总装图和模具零部件图 附图 2 7 小结小结 本章主要通过对地漏的尺寸 精度等的工艺性分析 拟定冲压工艺方案 通过对工艺方案的比较 确定最合适的工艺方案及模具的基本结构式 确定完 模具的基本结构后 进行排样 计算压力及凸 凹模的刃口尺寸 然后进行模 具零部件的设计计算及选用 最后 通过绘制模具总装图和模具零部件图 完 成地漏冲压模具的设计 第第 3 章章 总结与展望总结与展望 27 3 1 总结总结 本次模具的设计工作已基本完成 在最早的设计选题及前期对设计课题的 了解 到后期的具体设计工作 整个过程是我在大学期间 继课程设计之后 独自完成的最大的课程 其间 我不断的去图书馆查阅相关资料 上网去了解 模具方面的知识 渐渐地熟悉了模具设计这个课题 在本次设计中 我主要做了如下几点 1 在网上与图书馆中查阅相关资料 在本文的绪论中介绍了冲压技术的 相关知识及其在国内 外的现状与发展方向 2 对本设计中的地漏进行工艺分析 确定冲压工艺方案 3 初步确定模具的结构式 4 对模具的刃口尺寸进行计算 及对模具标准件