123 冲大小垫圈复合模具设计(含全套说明书和CAD图纸).doc

1 摘要 模具是制造业的重要工艺基础 在我国模具制造属于专用设备制造业 本设计是 空气滤清器壳反拉深 冲孔复合模设计 冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的 高低 选用材料时应考虑模具的工作特性 受力情况 冲压件材料性能 冲压件的精 度 生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素 冲床的选用主要 是确定冲床的类型和吨位 板料冷冲压加工是机械加工的一个重要组成部分 它应用 十分广泛 但由于传统的加工存在着冲压工艺方案选择不合理 冲压间隙选择过大 压力机不相匹配等问题 本文就以空气滤清器壳反拉深 冲孔复合模设计主要介绍了 冲压模具设计的全过程 1 经工艺分析工艺计算 间隙值的选择 确定了该设计工艺流程及冲模结构形 式 2 同时对所设计的模具分别进行了分析说明 3 对压力机做出了合理的选择 4 整个过程采用 AutoCAD 软件绘制模具的二维装配图和个别零件图 关键字 冲压模 空气滤清器壳 冲裁间隙 冲压工艺 Abstract Board material cold to press it processes to be machined one important component It is very extensive that it employs But because the choice with unreasonable choice and pressing the interval that traditional processing is pressing the craft scheme is too big question of matching of the press etc This text presses The automobile rim falls the materal drawing compound mold with the main introduction of mold design to the clutch housing 1 Calculate by analysis craft by craft interval choice of value confirm this design technological process and structural form of trimming die 2 Analyzed separately to moulds designed that explain at the same time 3 Having made the rational choice to the press 4 The whole course adopts AutoCAD software to draw the two dimentional installation diagrams and specific part pictures of the mould Key word Press the mould automobile rim the interval of blanking press the craft 2 目录目录 1 前言前言 4 1 1 冲压技术概述 4 1 2 冲压技术的发展趋势 5 2 冲压工艺分析冲压工艺分析 6 2 1 零件材料的分析 6 2 2 零件工艺性能分析 6 2 3 确定工艺方案与模具形式 6 2 4 冲压工序数确定 7 2 5 模具类型的确定 8 2 6 工艺方案分析 8 3 3 模具结构型式的确定模具结构型式的确定 10 4 4 部分工艺参数计算部分工艺参数计算 10 4 1 毛坯尺寸计算 10 4 2 反拉深次数计算 13 5 5 各部分工艺力计算各部分工艺力计算 13 5 1 反拉深力 13 5 2 顶件力 14 5 3 冲栽力 14 6 6 凸 凹模结构及工作部分主要尺寸计算凸 凹模结构及工作部分主要尺寸计算 16 6 1 反拉深凸 凹模刃口尺寸及公差的计算 16 6 2 冲孔凸 凹模刃口尺寸及公差的计算 17 6 3 冲孔凸模的设计 19 6 3 1 凸模的结构设计三原则 19 6 3 2 凸模的尺寸计算 20 6 3 3 凸模的结构形式 21 6 4 拉深凹模的设计 23 6 4 1 拉深模的凹模圆角半径 20 6 4 2 拉深间隙 20 6 5 凸凹模的设计 25 6 5 1 凸模的结构设计 20 6 5 2 拉深凸模结构 20 7 7 压力设备选择压力设备选择 27 8 模具设计模具设计 28 9 模具其他零件设计及计算模具其他零件设计及计算 28 3 9 1 冲模的导向装置 28 9 1 1 无导向冲栽条件 29 9 1 2 导板导向 29 9 1 3 模架的导向 29 9 2 模架的类型及应用 29 9 3 定位装置 30 9 4 卸料装置 30 9 4 1 固定卸料装置的形式 29 9 4 2 固定卸料板的固定方式 29 9 5 推件装置的设计 30 9 5 1 推件板的结构形式 29 9 5 2 推件板的尺寸与公差 29 9 5 3 推件板的极点位置 29 9 5 4 打杆与打板的设计 29 9 6 模柄的类型与选择 29 9 7 凸模固定板 29 9 8 垫板 29 9 9 紧固件 29 9 10 定位销 29 10 模具的装配模具的装配 38 10 1 复合模的装配 29 10 2 凸 凹模间隙的调整 29 11 凸凹模制造的工艺过程凸凹模制造的工艺过程 37 10 模具的总装配图模具的总装配图 38 1111 设计总结设计总结 40 1212 致谢致谢 41 13 参考文献参考文献 42 4 1 前言前言 1 1 冲压技术概述 冲压是靠压力机和模具对板材 带材 管材和型材等施加外力 使之产生塑性变形或分离 从而获得所需形状和尺寸的工件 冲压件 的成形加工方法 冲压和锻造同属塑性加工 或称压力加 工 合称锻压 冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带 全世界的钢材中 有 60 70 是板材 其中大部分是经过冲压制成成品 汽车的车身 底盘 油箱 散热器片 锅炉的汽包 容器的壳体 电机 电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的 仪器 仪表 家用电器 自行车 办公机械 生活器皿等产品中 也有大量冲压件 冲压件与铸件 锻件相比 具有薄 匀 轻 强的特点 冲压可制出其他方法难于制造的带 有加强筋 肋 起伏或翻边的工件 以提高其刚性 由于采用精密模具 工件精度可达微米级 且重复精度高 规格一致 可以冲压出孔窝 凸台等 冷冲压件一般不再经切削加工 或仅需要少量的切削加工 热冲压件精度和表面状态低于冷 冲压件 但仍优于铸件 锻件 切削加工量少 冲压是高效的生产方法 采用复合模 尤其是多工位级进模 可在一台压力机上完成多道冲 压工序 实现由带料开卷 矫平 冲裁到成形 精整的全自动生产 生产效率高 劳动条件好 生产成本低 一般每分钟可生产数百件 冲压主要是按工艺分类 可分为分离工序和成形工序两大类 分离工序也称冲裁 其目的是 使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离 同时保证分离断面的质量要求 成形工序的目的是使板料 在不破坯的条件下发生塑性变形 制成所需形状和尺寸的工件 在实际生产中 常常是多种工序 综合应用于一个工件 冲裁 弯曲 剪切 拉深 胀形 旋压 矫正是几种主要的冲压工艺 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大 要求冲压材料厚度精确 均匀 表面光洁 无斑 无疤 无擦伤 无表面裂纹等 屈服强度均匀 无明显方向性 均匀延伸率高 屈强比低 加工硬化性低 在实际生产中 常用与冲压过程近似的工艺性试验 如拉深性能试验 胀形性能试验等检验 5 材料的冲压性能 以保证成品质量和高的合格率 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度 模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本 和质量的重要因素 模具设计和制造需要较多的时间 这就延长了新冲压件的生产准备时间 模座 模架 导向件的标准化和发展简易模具 供小批量生产 复合模 多工位级进模 供大 量生产 以及研制快速换模装置 可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间 能使适用于减少 冲压生产准备工作量和缩短准备时间 能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批 量多品种生产 冲压设备除了厚板用水压机成形外 一般都采用机械压力机 以现代高速多工位机械压力机 为中心 配置开卷 矫平 成品收集 输送等机械以及模具库和快速换模装置 并利用计算机程 序控制 可组成高生产率的自动冲压生产线 在每分钟生产数十 数百件冲压件的情况下 在短暂时间内完成送料 冲压 出件 排废料 等工序 常常发生人身 设备和质量事故 因此 冲压中的安全生产是一个非常重要的问题 1 2 冲压技术的发展趋势 进入 90 年代以来 高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展 21 世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展 发展的方向将更加突出 精 省 净 的需求 冲压成形技术将更加科学化 数字化 可控化 科学化主要体现在对成形过程 产品质量 成本 效益的预测和可控程度 成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展 并与数 字化制造系统很好地集成 人工智能技术 智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复 杂形状零件成形 从而真正进入实用阶段 注重产品制造全过程 最大程度地实现多目标全局综合优化 优化将从传统的单一成形环节 向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展 对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展 以便从产品初步设计甚至 构思时起 就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度 作出快速分析评估 冲压技术将具有更大的灵活性或柔性 以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化 个性化需求的发展趋势 加强企业对市场变化的快速响应能力 重视复合化成形技术的发展 以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接 制造零件方向发展 也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展 深入研究冲压变形的基本规律 各种冲压工艺的变形理论 失稳理论与极限变形程度等 应 用有限元 边界元等技术 对冲压过程进行数字模拟分析 以预测某一工艺过程中坯料对冲压的 适应性及可能出现的质量问题 从而优化冲压工艺方案 使塑性变形理论逐步起到对生产过程的 直接指导作用 制造冲压件用的传统金属材料 正逐步被高强钢板 涂敷镀层钢板 塑料夹层钢板和其他复 合材料或高分子材料替代 随着材料科学的发展 加强研究各种新材料的冲压成形性能 不断发 展和改善冲压成形技术 在模具设计与制造中 开发并应用计算机辅助设计和制造系统 CAD CAM 发展高精度 6 高寿命模具和简易模具 软模 低熔点金模具等 制造技术以及通用组合模具 成组模具 快速 换模装置等 以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求 推广应用数控冲压设备 冲压柔性加工系统 FMS 多工位高速自动冲压机以及智能机器 人送料取件 进行机械化与自动化的流水线冲压生产 精冲与半精冲 液压成形 旋压成形 爆炸成形 电水成形 电磁成形 超塑成形等技术得 到不断发展和应用 某些传统的冲压加工方法将被它们所取代 产品的冲压加工趋于更合理 更 经济 2 冲压工艺分析冲压工艺分析 2 2 1 1 零件材料的分析 冷冲压模具包括冲裁 弯曲 拉深 成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模 级进模等各种模具 设计这些模具时 首先要了解被加工材料的力学性能 材料的力学性能是进 行模具设计时各种计算的主要依据 故在分析零件冲压成形工艺 设计冲压模具前 必须要了解 和掌握材料的一些力学性能 以便设计 现将空气滤清器壳零件材料为 10 号钢的力学性能主要 参数及其概念叙述如下 1 应力 材料单位面积上所受的内力 单位是 N mm 用 Pa 表示 10 Pa 1MPa 1MPa 2 6 1N mm 10 Pa 1GPa 2 9 2 屈服点 s 材料开始产生塑性变形时的应力值 单位是 N mm 弯曲 拉深 成形等工 2 序中 材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的 经查表取 s 210 MPa 3 抗拉强度 b 材料受到拉深作用 开始产生断裂时的应力值 单位是 MPa b 340MPa 4 抗剪强度 b 材料受到剪切作用 开始产生断裂时的应力值 单位是 MPa 取 b 255 333MPa 5 弹性模量 E 材料在弹性范围内 表示受力与变形的指标 弹性模量大 表示材料受力后变 形较小 或者说 产生一定的变形需要较大的力 E 194 x 10 MPa 3 6 屈服比 s b 是材料的屈服强度与抗拉强度之比 其值越小 表示材料允许的塑性变形 区越大 在拉深工序中 材料的屈服比较小时 所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小 有利于提高成形极限 7 伸长率 在材料性能实验时 试件由拉伸试验机拉断后 对接起来测量长度 其伸长量 7 与原长度之比称为伸长率 其数值用 表示 其数值越大表示材料的塑性越好 经查表可得 材料为 10 号钢的伸长率 31 综上所述 对空气滤清器壳零件材料 10 号钢的力学性能分析 主要是为了便于模具设计中 各参数的计算 故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算 2 22 2 零件工艺性的分析 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度 虽然冲压加工工艺过程包括 备料 冲压加工工序 必要的辅助工序 质量检验 组合 包装的全过程 但分析工艺性的重点 要在冲压加工工序这一过程里 而冲压加工工序很多 各种工序中的工艺性又不尽相同 即使同 一个零件 由于生产单位的生产条件 工艺装备情况及生产的传统习惯等不同 其工艺性的涵义 也不完全一样 这里我们重点分析零件的结构工艺性 该零件为空气滤清器壳 结构简单 对称 是典型的冲压件 在冲压过程中要注意控制冲载 程度 加工时 根据零件的结构 形状等一些技术要求 应考虑以下几点 1 凸 凹模间隙的决定 对于断面垂直度 尺寸精度要求不高的零件 在保证零件要求的前 提下 应以降低冲载力 提高模具寿命为主 采用大间隙 对于断面垂直度 尺寸精度要求较高 的零件 应选用较小的间隙值 间隙 Z 2t 1 h t tan 2 考虑模具刃口钝利情况 当模具刃口磨损成圆角变钝时 刃口与材料接触面积增加 应力 集中效应减轻 挤压作用大 延缓了裂纹的产生 制件圆角大 光亮带宽 但裂纹发生点要由刃 口侧面向上移动 毛刺高度加大 即使间隙合理 也仍会产生毛刺 根据零件图 初步分析可以知道空气滤清器壳零件的冲压成形需要多道工序才能完成 进行 反拉深 形成外形尺寸形状 其次冲孔 综上所述 空气滤清器壳由原始毛坯冲压成形应包括的基本工序有 反拉深 冲孔复合模等 2 3 确定工艺方案和模具形式 在冲压分析的基础上 找出工艺与模具设计的特点与难点 根据实际情况提出各种可能的冲 压工艺方案 内容包括工序性质 工序数目 工序顺序及组合方式等 有时同一种冲压零件也可 能存在多个可行的方案 通常每种方案各有优缺点 应从产品质量生产效率 设备占用情况 模 具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低 生产成本 操作方便与安全程度等方面进行综合分 析 比较 确定出适合于现有生产条件的最佳方案 故在一定的条件下 以最简单的方法 最快 的速度 最少的劳动量 最少的费用 可靠的加工出符合图样各项要求的零件 在保证加工质量 的前提下 选择经济合理的工艺方案 确定工艺方案及模具形式 1 根据对冲压零件的形状 尺寸 精度及表面质量要求的分析结果 确定冲压所需的基本 的工序 反拉深 冲孔复合 8 2 根据初步工艺计算 确定工艺数目 如冲压次数等 3 根据个别工序的变形特点 质量要求等确定工序顺序 一般可按照下列原则进行 1 对冲带孔的或有缺口的冲裁件 如选用简单模 一般先落料 再冲孔或切口 使用级进 模 则先冲空孔或切口后落料 2 对于到孔的拉深件 一般先拉深 后冲孔 但孔的位置在零件底部且孔径尺寸要求不高 时 也可先冲孔后拉深 3 对于形状复杂的拉深件 为便于材料变形和流动 应先形成内部形状 再拉深外部形状 4 整形或校平工序 应在冲压件基本成型以后进行 4 根据生产批量和条件 冲压加工条件和模具制造条件 确定工序组合 生产批量大时 冲压工序应尽可能组合在一起 用复合模具 小批量生产用单工序简单模 由于离合器冲压成形需要的多道工序完成 因此选择合理的成形工艺方案十分重要 考虑到 生产批量大 应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率 降低生产成本 要提高生产成本 应该尽量选择合理的工艺方案 选择复合能复合的工序 但复合程度太高 模具的结构复杂 安装调试困难 模具成本高 同时可能降低模具的强度 缩短模具寿命 根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序 为了提高生产率 保证模具结构简单 冲 压件尺寸稳定 精度高 冲压该零件的基本工序为反拉深 冲孔复合模 图 1 1 所示为空气滤清器壳零件 材料为 10 号钢 厚度为 t 2mm 大批量生产 而冷冲压 是一种先进的金属加工方法 这是建立在金属塑性变形的基础上 利用模具与冲压设备对板料金 属进行加工 以获得所需要的零件形状和尺寸 冷冲压和切削加工相比较 具有生产率高 加工 成本低 材料利用率高 产品尺寸精度稳定 操作简单 容易实现机械化和自动化等一系列优点 特别适合大批量生产 因此 此零件的生产选用冲压加工较为经济合理 图 1 1 空气滤清器壳 9 2 4 冲压工序数确定 由零件图 1 1 冲压开始 毛坯材料应先进行落料工序 通过计算初步确定毛坯的外形尺 寸 落料件为圆形 压力中心在圆心上 为典型的落料 落料之后包括了正拉深 反拉深 冲孔 等工序 进行拉深时 须用经验公式计算拉深系数 m 判断是否可以一次拉深成形 通过验算可 知此零件可以一次拉深成形 然后在冲中心孔 综上可知 冲压此零件主要有以下几个基本工序 1 落料 2 正拉深 3 反拉深 4 冲中间孔 2 5 模具类型的确定 冲压生产的模具制造费用比较高 占冲压件总成本的 10 30 甚至更高 所以采用冲压 加工的生产方式 必须视生产批量决定采用何种模具形式 由表 2 8 2 生产批量与模具形式之 间的关系 参考知 此工件为大批量生产 如果采用单工序模 虽然单工序模具有结构简单 操 作安全方便 模具使用寿命高 成本低等优点 但最主要是工序数较大 生产批量大 形状较为 复杂 采用单工序模很难达到精度要求 且生产率低 位置误差较大 故不采用单工序模 所以 模具形式采用级进模与复合模较为合理 显然此工件满足冲压工艺的要求 成形时包括了落料 反拉深 冲孔 压筋等工序 整形与车边采用专用模具与车床进行 且工件体积较大 拉深与压 筋都比较容易实现 但由此工件的形状分析知不适合采用级进模 通过表 2 9 2 单工序模 级进 模与复合模的比较 综合考虑各种生产成本和经济性 确定此工件的冲压成形模具采用复合模具 2 6 工艺方案分析 采用落料拉深冲孔复合模 而本人要做的是毛坯已经是落料正拉深之后的零件了 所以工艺 方案为反拉深冲孔复合模 3 3 模具结构型式的确定模具结构型式的确定 通过以上工艺分析与工艺方案的确定 选定模具种类 落料模 拉深模 冲孔模等 而落料 与正拉深复合 反拉深与冲孔复合 整形为一套模具 总共为二套模具 本设计只设计其中的反 拉深与冲孔复合模具 综合上面的分析 画出模具的结构草图 10 50 H7 r6 35 H7 h6 35 H7 r6 16 H7 m6 16 H7 m6 81 H7 h6 16 H7 h6 99 H7 h6 8 H7 h6 8 H7 h6 4 4 部分工艺参数计算部分工艺参数计算 4 1 毛坯尺寸计算 尺寸不变原理 拉深前和拉深后材料的体积不变 对于不变薄拉深因假设变形 中材料厚度不变 既拉深前毛坯的面积与工件面积相等 相似原理 毛坯的形状一般与工件截面形状相似 毛坯的周边必须制成光滑曲 线 无急剧的转折 如图示零件其毛坯既为圆形 这样 当工件的重量 体积或面 积已知时 其毛坯尺寸就可以求得 其具体方法有 等重量法 等体积法 等面积 法 分析图解法和作图法等 在生产上应用的最多的是等面积法 下面就用等面积 法求出图示零件的毛坯尺寸 先计算零件的表面积 因材料厚度为 3mm 则以中径 来计算 由于拉深时材料厚度不均匀 机械性能有方向性 模具的间隙不均匀以及 毛坯定位不准确等原因 拉深后工件的口部是不齐平的 为使工件整齐 应切去不 平的部分 在生产上用的最多的是等面积法来计算零件的毛坯尺寸 先计算零件的 表面积 因材料厚度大于 1mm 如以外径和外高或内部尺寸来计算 则毛坯尺寸误差 大 故对于料厚大于 1mm 的工件 应以零件厚度的中线为准来计算 即零件尺寸从 料厚中间算起 由于拉深时材料厚度不均匀 机械性能有方向性 模具的间隙不均匀以及毛坯定位不准确等 原因 拉深后工件的口部是不平齐的 为使工件整齐 应切去不平的部分 因而计算毛坯时应在 工件高度方向上加一修边量 根据零件的尺寸取修边余量的值为 2mm 查表 5 7 冲压工艺 与模具设计实用技术 在拉深时 虽然拉深件的各部分厚度会发生一些变化 但如果采用适当的工艺措施 则其厚 度的变化量还是并不太大 在设计工艺过程时 可以不考虑毛坯厚度的变化 为了便于计算把零 件和毛坯分解成若干个简单几何体 分别求出其面积后相加 毛坯的外径与零件的外径相等 都为 102 根据面积相等法可以算出平板材料第一次正拉深 11 之后毛坯的高度 h 为 54 27 宽度为 102 4 2 计算反拉深次数 在考虑拉深的变形程度时 必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限 同时还能充分利用材料的塑性 也就是说 对于每道拉深工序 应在毛坯侧壁强度允许的条件下 采用最大的变形程度 即极限变形程度 极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定 即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上 的抗拉强度相等 便可求出最小拉深系数的理论值 此值即为极限拉深系数 但在实际生产过程 中 极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的 我们可以通过查表来取值 该工件反拉深为工件第 2 次拉伸 因此可以计算其拉深系数来确定拉深次数 其反拉深系数为 83 0100 83 Ddm 查表 4 1 m 0 72 0 74 之间 而 m m 所以反拉深过程可以一次拉深成功 22 5 5 各部分工艺力计算各部分工艺力计算 5 1 反拉深力 第 2 次拉深力的计算公式为 F d tk 2 9 2 2b 2 依据 P175 冲压工艺与模具设计实用手册 式中 F 拉深力 N 2 材料的抗拉强度 MPa 10 号钢抗拉强度为 340MPa b d 第 2 次拉深成品的直径 2 t 板料厚度 mm k 修正系数 查表 4 7 为 0 74 2 因此 该零件的拉深力的计算公式为 F d tk 2 10 2 2b 2 2 N74 0 3408314 3 131144 N 拉深功 A Fh 1000 3737 6 W 22 2max2 12 5 2 顶件力 顶件力的计算公式可按下式 2 14 顶 F 拉顶 FK 式中 顶件力 N 顶 F 顶件力系数 查表 2 8 0 06 顶 K 顶 K 顶 F 拉顶 FK 0 06131144 7867 N 5 3 冲裁力 冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力 它是随凸模行程而变化的 通常所说的冲裁力是 指冲裁力的最大值 它是选用压力机 模具设计以及强度校核的重要依据 一般用下列经验公式 计算 冲裁力 2 11 LtF b 式中 F 冲裁力 N 零件周长 mm L 材料的抗拉强度极限 MPa b 板料厚度 mm t 因此 34163 2 N b rtF 2 6 6 凸 凹模结构及工作部分主要尺寸计算凸 凹模结构及工作部分主要尺寸计算 6 1 反拉深凸 凹模刃口尺寸及公差的计算 由式 3 8 d DDd 0 75 0 3 9 0 275 0 p CDdp 依据 P54 冲压工艺模具学 以上各式中 查表可知分别为 0 025 0 035 间隙 C 查表 表 2 10 冲压工艺 pd 模具学 有 3 10mmtC2 0 1 12 0 0 075 0 85 d D 13 mm 12 0 0 85 0 08 0 4075 0 85 p d 0 08 0 81 6 2 冲孔凸 凹模刃口尺寸及公差的计算 对于圆行或 简单规则形状的冲裁件 采用凸凹模分别加工的方法 冲孔时 由于零件孔尺寸为 16 根据冲孔时间隙取在凹模上 则首先确定基准件凸模刃口尺寸 再加上便是凹模刃口尺 p d min Z 寸 3 3 0 p ddp 3 4 d Zdd pd 0 min 式中 冲孔凸 凹模刃口尺寸 p d d d d 零件孔径公称尺寸 mm 零件公差 mm 最小合理间隙 mm min Z 凹 凸模制造偏差 查表其值分别为 0 02 0 02 d p 带入数值可以算出 16 16 246 p d 0 02 0 d d 02 0 0 采用凸凹模分别加工法 需要分别标注凸凹模刃口尺寸及公差 为了保证合理间隙 必须满足下列条 件 带入数值校核间隙可知满足要求 p d minmax ZZ 6 3 冲孔凸模的设计 6 3 1 凸模的结构设计的三原则 为了保证凸模能够正常工作 设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则 精确定位 凸模安装到固定板上以后 在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造 成冲裁间隙不均匀 降低模具寿命 严重时可造成啃模 防止拔出 回程时 卸料力对凸模产生拉伸作用 凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来 防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模 当然不存在防转的问题 可是对于一些截面比较简单的凸模 例如长圆形 半圆形 矩形等 为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易 常常将凸模固定 段简化为圆形 这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动 否则将啃模 以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的 在设计各种凸模的时 应注意都要满足 14 这三条原则 6 3 2 凸模的尺寸计算 凸模工作部分的尺寸计算 参见前面的主要工艺参数的计算 其他部分结构寸的计算如下 1 凸模长度 L 凸模长度 L 应根据模具的结构确定 采用固定卸料板和导尺时 凸模长度应该为 L h h h h 123 式中 h 固定板厚度 mm 1 h 卸料板厚度 mm 2 h 导尺厚度 mm 3 h 附加长度 mm h 主要考虑凸模进入凹模的深度 模具闭合状态下 卸料板到凸模固定板间的安全距离 15 20mm 以及总修磨量 4 6mm 等因素后确定 而本冲孔凸模为下固定板加上外出部分 一般情况下 凸模的强度是足够的 不必作强度效核 但是 在凸模特别细长或凸模的断面 尺寸很小而坯料厚度较大的情况下 必须进行效核 对于本题的凸模 凸模并不特别细长 所以 不须进行强度效核 凸模外形尺寸形状如下图所示 4 1 凸模外形尺寸图 凸模的外形尺寸已标准化 用以上方法求得的外形尺寸应向接近的标准尺寸靠拢 故凸模尺 寸 强度和刚度足够 一般不再进行强度和刚度的核算 6 3 3 凸模的结构形式 当冲裁形状复杂 公差等级高 尺寸大或尺寸较小的零件时 可以采用镶拼式凹模 但对于 此零件的冲裁其凹模结构简单 故采用整体式结构 其凸模结构图如下图所示 15 4 2 冲孔凸模结构形式图 凸模的固定方法用过盈配合与下固定板固定 采用台肩形式放入下固定板 且同时用下模板顶住 具体的固定方法见装配图 6 4 拉深凹模的设计 计算拉深凹模的工作尺寸的计算参见前面的主要工艺参数计算 现将其它参数的计算介绍如下 6 4 1 拉深模的凹模圆角半径 拉深时 材料只有经过凹模圆角流入洞口内才能形成工件的筒壁 所以 r 的大小对拉深工作 的影响非常大 R 小时 材料流过它就困难 弯曲变形阻力 摩擦力 反向弯曲的校直力都大 从而使拉深 力增加 工件筒壁容易刮伤 变薄严重 甚至在危险断面处拉破 同时 材料对凹模的压力增加 磨损增大 使模具的寿命降低 这样 材料变形受限制 必须采用较大的拉深系数 在生产上一 般应尽量避免采用过小的凹模圆角半径 R 太大时 拉深初期不与模具表面接触的毛坯宽度加大 由于这部分材料不受压边力作用 因 而容易起皱 在拉深后期毛坯外缘也会早脱离压边作用而起皱 使拉深件质量不好 在侧壁下部 和口部都形成皱折 尤其当毛坯的相对厚度小时 这个现象更严重 在不产生起皱的前提下 凹模圆角半径越大越好 可按下面公式计算 r 的最小值 r 0 8 d tdD 式中 D 毛坯直径或上道工序拉深件直径 d 本道工序拉深后的直径 t 材料厚度 以后各次拉深时 r 应逐步减小 其值可按关系式 r确定 dn1 8 0 6 0 nd r 式中 前次拉深的凹模圆角半径 1 nd 本次拉深的凹模圆角半径 dn 经计算反拉深凹模圆角半径为 8mm 拉深凸模的圆角半径 r 凸对拉深工作也有影响 当 r 凸过小时 则角部弯曲变形大 危险断 16 面容易拉断 当 r 凸过大时 则毛坯底部的承压面积减小 悬空部分加大 容易产生底部的局部 变薄和内皱 除最后一次拉深 凸模的圆角半径 r 凸应比凹模半径略小 即 r 凸 0 6 1 r 凹 最后 一次拉深时 凸模的 r 凸应等于零件的内圆半径 但不得小于材料厚度 如工件的内圆角半径要 求小于料厚 则要有整形工序来完成 故在此设计中取 r 凸 6mm 6 4 2 拉深间隙 拉深间隙指拉深凸模与凹模之间的单面间隙 用 Z 表示 模具间隙对拉深过程的影响 拉深模的凸模与凹模之间的单边间隙 Z 2 影响拉深力与拉深件的质量 拉深模的凸 凹模间隙 Z 2 大 则摩擦小 能减小拉深力 但如果间隙过大 拉深件的精度 将不易控制 拉深后零件的高度将小于所要求的高度 零件成桶形 拉深模的凸 凹模间隙 Z 2 小 则摩擦大 将增加拉深力 造成许用拉深系数 m 值的增大 如果凸 凹模间隙 Z 2 小于拉深件的材料厚度 则将产生变薄拉深的效果 使得拉深件的精度降 低 拉深模具间隙的取向 A 除最后一道工序外 间隙的取向不作规定 B 对于最后一道工序 当工件外形尺寸要求一定时 以凹模为基准 凸模尺寸按凹模减小 以取得间隙 当工件内形尺寸要求一定时 以凸模为基准 凹模尺寸按凸模放大以取得间隙 C 浅拉深时 拉深间隙可取小些 深拉深时 则应取大些 这是因为变形程度越大 板厚 的增厚量也越大 D 多次拉深时 前几次拉深可取较大的拉深间隙 以便使拉深顺利进行 最后一次拉深则 取较小的拉深间隙 以便获得尺寸精度较高的拉深件 E 在整形拉深时 如果要求工件的精度较高 例如 IT10 12 级 可取拉深间隙稍小于板料 厚度 常取 Z 2 0 9 0 95 t 如果整形时只要求减小圆角半径 拉深间隙可稍大于板料厚度 例如取 Z 2 1 05 1 1 t F 板料较软时 可取较小的拉深间隙 因为软料在凸模与凹模之间容易被挤薄 可消除拉 深过程已出现的微小皱折 相反 硬度则应取较大的拉深间隙 G 实际供应的板料厚度可能与其公称值相比较有较大的误差 甚至超出板厚的公差范围 因此 如果成批生产拉深件的板料已经购入 最好依据实测的板料厚度参考上述原则确定合适的 拉深间隙值 拉深模具间隙的确定 根据以上对拉深间隙的取向原则和拉深间隙对拉深件的影响我们得知 拉深时 不用压边圈 拉深时 考虑到起皱的可能性 取间隙值为 Z 1 1 1 t 2mm max 17 6 5 凸凹模 拉深凸模和冲孔凹模 设计 6 5 1 凸模的结构设计 1 凸模的结构设计的三原则 为了保证凸模能够正常工作 设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则 精确定位 凸模安装到固定板上以后 在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造 成冲裁间隙不均匀 降低模具寿命 严重时可造成啃模 防止拔出 回程时 卸料力对凸模产生拉伸作用 凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来 防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模 当然不存在防转的问题 可是对于一些截面比较简单的凸模 例如长圆形 半圆形 矩形等 为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易 常常将凸模固定 段简化为圆形 这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动 否则将啃模 以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的 在设计各种凸模的时 应注意都要满足 这三条原则 6 5 2 拉深凸模结构 根据以上凸模设计的三个原则 在设计拉深凸模时应满足这三个原则 在学习拉深成形这一 章节时我们知道 拉深凸模结构比较简单 可参见设计模具装配图 在此仅就其结构设计的一些 要点作一简要的介绍 首先每个拉深凸模需钻一通气孔 以防当工件脱离凸模时在凸模端头与工 件底之间的空间形成真空 增加额外的卸件力 严重时会将工件底部抽瘪 通气孔直径一般可在 3 8mm 之间选取 本设计取 6 5mm 受钻头长度限制 一般很难从凸模工件端钻通至固定端 这 时可自工作端先钻一深孔 再从凸模侧壁钻孔与之相通 侧孔中心线到凸模工作端只要稍大于拉 深工序件的高度就可达到通气的目的 其次要确定拉深凸模的固定方法 以便确定其固定端的结构形式 对于顺装顺出件简单拉深 模 如果工件直径与模柄直径相差不大 常将凸模与模柄制成一体 如果两者直径相差较大 或 者拉深模有压边装置 可将凸模固定板设计成凸缘式的 借助固定板与上模板进行连接 许多设 计者喜欢采用下述方法固定拉深凸模 凸模固定端不带凸缘 以过渡配合直接嵌入到模座内一定 深度 并用螺钉联接防止拔出 其优点是模具结构比较的简单 可省去销钉和凸模固定板 但拉 深凸模与模座的垂直度比凸缘式凸模较差 因此不适用于较精密的拉深模 有利于较大的拉深凸 模 从节省模具钢与便于热处理考虑 可采用组合式的结构 凸凹模即拉深时为拉深凸模 冲孔时为冲孔凹模 在设计过程中综合考虑 其一些设计要点 在这里不在叙述 凸凹模结构图如下所示 18 4 3 拉深凸模冲孔凹模结构图 7 7 压力设备选择压力设备选择 根据所要完成的冲压工艺的性质 生产批量的大小 冲压件的几何尺寸和精度要求等来选 择设备的类型 对于中小型的冲裁件 弯曲件或拉深件的生产 主要应采用开式机械压力机 虽然开式冲床 的刚度差 在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁模的间隙分布 降低模具的寿命或冲裁件 的表面质量 可是由于它提供了极为方便的操作条件和非常容易安装的机械化附属装置的特点 使它成为目前中 小型冲压设备的主要形式 对于大中型冲压件的生产 多采用闭式结构形式的机械压力机 其中有一般用途的通用压力 机 也有台面较小而刚度大的专用挤压压力机 精压机等 在大型拉深件的生产中 应尽量选用 双动拉深压力机 因其可使所用的模具结构简单 调整方便 在小批量生产不中 尤其是大型厚板冲压件的生产多采用液压机 液压机没有固定的行程 不会因为板料厚度变化而超载 而且在需要很大施力行程加工时 与机械压力机相比具有明显的 优点 但是 液压机的速度小 生产效率低 而且零件的尺寸精度有时因受到操作因素的影响而 不十分稳定 摩擦压力机具有结构简单 造价低廉 不易发生超负荷损坏等特点 所以在小批量生产中常 19 用来完成弯曲 成形等冲压工作 但是 摩擦压力机的行程式次数较少 生产率低 而且操作也 不太方便 在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中 应尽量选取高速压力机或多工位自动压力机 综合考虑以上因素 在这里冲压此零件选用开式机械压力机 在冲压设备的类型选定之后 应该进一步根据冲压件的尺寸 模具尺寸和冲压力来确定设备的规格 为安全起见 防止设备的超载 对于冲裁工序 压力机的公称压力 P 应大于或等于拉深与冲裁时 较大者总冲压力的 1 1 1 3 倍 即 P 1 1 1 3 Fmax 2 18 取 P 1 3 Fmax P 1 3 Fmax 242 KN 所以可以选择吨位为 250KN 以上的压力机 考虑到拉深成形的行程比较大 选定压力机还 应参考压力机说明书所给出的允许工作负荷曲线 参照书末表 C 1 可选取公称压力为 250KN 的 开式压力机 该压力机与模具设计的有关参数为 表 2 1 名称量值 公称压力 10KN 25 发生公称压力时滑块离下极点距离 mm6 固定行程 mm80 80滑块行程 调节行程 mm 10 标准行程次数 不小于 次 min 100 固定台和可倾 mm250 最低 mm360最大闭合高度 mm 活动台位置 最高 mm180 闭合高度调节量 mm70 滑块中心到机身距离 喉深 mm190 左右560 工作台尺寸 mm 前后360 左右260 前后130工作台孔尺寸 mm 直径180 20 立柱间距离 不小于 mm260 模柄孔尺寸 直径 x 深度 mm 50 x 70 工作台板厚度 mm70 8 8 模具设计模具设计 8 1 模具结构的设计 模具结构形式的选择采用反拉深 冲孔复合模 首先要考虑落料凸模 兼拉深凹模 的壁厚是否过薄 能够保证足够的强度 故采用复合模 如前所述 模具设计包括模具结构形式的选择和设计 模具结构参数计算 模具图的绘制等 内容 现对反拉深 冲孔复合模设计步骤如下 模具结构如图 3 1 所示 50 H7 r6 35 H7 h6 35 H7 r6 16 H7 m6 16 H7 m6 81 H7 h6 16 H7 h6 99 H7 h6 8 H7 h6 8 H7 h6 图 3 1 反拉深 冲孔复合模 2 顶杆 3 螺钉 1 16 凸模 7 导柱 9 螺钉 2 8 导套 10 模柄 14 打杆 6 上模板 13 上固定板 5 凸凹模 15 凹模 4 下固定板 1 下模板 15 顶杆 17 螺杆 12 垫板 11 骑缝螺钉 如图 3 1 所示 已经正拉深过的材料送进来后 压力机加压 滑块夹着模柄带动凸凹模向下 运动 准备反拉深 当到达滑块行程下死点之前 2mm 时 开始冲孔 冲孔凸模不动 凸凹模继续 下走到达死点完成反拉深冲孔复合 至此零件加工成型 8 2 模具的闭合高度 21 根据以上反拉深和冲孔复合模结构图可知 模具的闭合高度 hm 为 Hm 下模板厚度 上模板厚度 凸凹模长度 垫板 冲孔凸模高度 公共长度 50 65 88 10 74 37 250mm 查所选设备的参数 压力机的最大的闭合高度为 360mm 最小闭合高度为 180 mm 则模具的 装模高度应该满足下式要求 Hmax 5 hm Hmin 10 3 2 即 355 170 190 故满足设计要求 9 模具其它零件设计模具其它零件设计及计算及计算 9 1 冲模的导向装置 冲模工作时 除了由压力机滑块对上模与下模进行导向以外 还可单独设置导向装置进行导 向 其主要作用如下 1 模具在压力机上安装调整比较的方便 2 冲制的工件质量稳定 冲裁间隙始终保持一致而不易发生变化 因此工件有较好的互换性 3 冲模不易损坏 故模具的寿命比无导向冲模高 9 1 1 无导向冲裁 1 无导向冲裁的条件 无导向冲裁是指冲裁模本身无导向装置 冲裁时 压力机滑块的导向精度 即滑块横向偏摆 的最大距离将直接影响冲裁间隙的均匀程度 无导向冲裁不啃模的条件是 在凸模与凹模单面间隙调整均匀的条件下 其值应不小于压力 机滑块的导向精度 如果从保证冲裁件断面质量考虑 则单面冲裁间隙允许的波动值 应不小于 压力机滑块的导向精度 2 无导向冲裁的应用 无导向冲裁模的优点是模具结构简单 装配容易 成本降低 其缺点是冲裁过程中冲裁间隙 的波动将造成工件的质量不稳定 精度较低 并加速模具刃口的磨损 调模间隙不好控制 会造 成啃模事故 因此 无导向冲裁模的安全性较差 综上所述 在板料厚度大于 0 8 1mm 精度要 求不高 生产批量较小的落料 冲孔等单工序生产中 可以采用无导向装置 22 9 1 2 导板导向 1 导板导向的特点 将固定卸料板式模具的固定卸料板与凸模制成小间隙配合 一般为 H7 h6 称为导板 导板 的型孔按凸模刃口尺寸配作 导板的功用有两个 一是在冲裁时起上模与下模之间的导向作用 二是在回程时起卸料作用 导板导向式冲裁模突出的优点是使用时非常安全 可以说是所有冲裁中最安全的 因为在使 用过程中 始终不允许凸模与导板脱离 2 导板导向的应用 导板式导向的应用仍有很大的局限性 首先 由于凸模要兼作导向件 其截面尺寸不能太小 以免受侧向力而折断 其截面也不应太复杂 其次 由于使用中不允许凸模与导板脱离 选用压 力机也受到了限制 只能使用行程可调冲床 而且导板导向式冲裁模仍属于固定卸料方式 也不 适宜冲裁薄料 但对于板料厚度大于 0 8mm 形状较简单的落料加工 采用导板导向式冲裁模 还是很适合的 9 1 3 模架的导向 1 模架导向的特点 普通模架由导柱 导套 上模座和下模座组成 从安全考虑 通常导柱安装在下模座 导套 安装在上模座 导柱与导套的配合面取圆柱面 以便容易加工成小间隙配合 使模架的导向精度 高于压力机滑块的导向精度 采用模架进行导向 不仅能保证上 下模的导向精度 而且能提高模具的刚性 延长模具的 使用寿命 使冲裁件的质量比较稳定 使模具的安装调整比较容易 因此在中小型冲模上广泛采 用模架作为上 下模的导向装置 模架可视为模具的一个部件 并且早已高度标准化与商品化 在冲模设计时 特别是中小型 冲模设计时 应尽量选择专业生产的标准模架 对提高模具质量 缩短制模周期有着十分重要的 意义 9 2 模架的类型及应用 按导柱不同的位置 分为如下四种模架 中间导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对称中心线上 两个导柱的直径不同 可避免上模 与下模装错而发生啃模事故 适用于单工序模和工位少的级进模 后侧导柱模架 后侧导柱模架导柱分布在模座的一侧且直径相同 只适用横向送料 其优 点是工作面开敞 是适于在大件边缘冲裁 其缺点是刚性与安全性最差 工作不够平稳 应尽 量少用 对角导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对角线方向上 既可以横向送料 又可以纵向送料 由于导柱间的误差方向与送料方向倾斜 因此一般认为导向精度高于前两种模架 适于各种冲裁 23 模使用 特别适于级进冲裁模的使用 为避免上 下模的方向装错 两导柱直径制成一大一小 四导柱模架 4 个导柱分布在矩形凹模的两对角线方向上 模架的刚性很好 导向非常平稳 但价格较高 一般的冲压加工不需要四导柱模架 只要要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模 以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模才采用 弹压导板式模架 弹压导板除具有弹压卸料板压料及卸料功能外 还能对凸模进行导向 按导柱导套配合性质的不同 有如下两种形式 导柱导套滑动导向模架 将导柱与导套制成小间隙配合 为 H6 h5 时称为一级 模架 为 H7 h6 时称为二级模架 在加工时 导柱导套与模座均为 H7 r6 过盈配合 为避免导套压入模座 因变形而影响与导柱的配合 将导套压入段的内孔直径加大 1mm 不与导柱相配合 装配良好的模架 应能用两手轻轻抬起上模座而下模座不动 但这样的效果很难达到 因 为导柱与模座为过盈配合 压入导柱导套时难以保证垂直度 所以在装配时 导柱 导套与模座 可以较松的过渡配合 H7 m6 代替过盈配合 容易保证导柱和导套的轴线垂直于模座平面 使模架 的导向精度只决定于加工精度 而容易制成精密模架 对于冲裁模 导柱导套的配合间隙应小于单面间隙 当双面冲裁间隙不超过 0 03 时 相当 于板料厚度小于 0 5mm 可选用一级模架 双面冲裁间隙超过 0 03mm 时 可选用二级模架 为了保证使用中的安全和可靠性 设计与装配模具