硅钢片模具全解.doc

2.2设计任务书图示冲裁件，材料为硅钢板，厚度为0.5mm，生产批量为80万/年。试制定工件冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺编制。图1 产品零件图 零件名称：铁心片 生产批量：80万/年材料：硅钢板材料厚度：t=0.5mm3冲压工艺与模具设计3.1 冲压件工艺分析材料：该冲裁件的材料硅钢板，具有较好的可冲压性能。零件结构：该冲裁件结构简单，只有两个直径为7的孔，比较适合冲裁。尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。查公差表可得各尺寸公差为：零件外形：75mm 52.5mm 22.5mm 15mm d= mm 11.25mm结论：适合冲裁。3.2 工艺方案及模具结构类型该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：落料冲孔，采用单工序模生产。冲孔落料复合冲压，采用复合模生产。冲孔落料连续冲压，采用连续模生产。方案模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。方案只需要一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，生产效率也高尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何状态简单对称模具制造并不困难。方案也只需要一副模具，生产效率也很高但零件的冲压精度较差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。最后确定用复合冲裁方式。 工件尺寸可知，材料为硅钢板，材料厚度为0.5mm，厚度比较薄，平直度要求高，孔边距较小，但工件结构简单，为便于操作，所以复合模结构采用正装复合模及弹性卸料和定位钉进行定位方式。3.3 排样设计及计算1.材料利用率 力求在相同的材料面积上得到最多的工件，以提高材料的利用率。一个进距的材料利用率k的计算式：k nAbh100%式中：k 材料利用率n 个进距内冲裁件数目b 条料宽度（mm）h 进距(mm)2.生产批量排样时必须考虑生产批量的大小采用直排。根据材料厚度t=0.5mm，工件间搭边值a1=2mm。（1）计算冲压件毛坯面积：A301537522.5262811.42mm（2）条料宽度：b752279mm（3）进距： h52.5254.5mm（4）一个进距的材料利用率： K nA（bh）100%2811.42(7954.5)100%65.3% 图2 排样图 4工艺设计与计算4.1冲压力的计算冲裁力计算：式中：F冲裁力t材料厚度K系数，一般取值为1.3L冲裁周边长度材料抗剪强度该工件材料是硅钢片，它的抗剪强度b=549Mpa，经计算，该工件冲裁周边长度：L152.5215575304=375mmL2=26=37.68mm卸料力计算、顶件力计算式中为卸料力，为顶件力，F为冲裁力，分别为卸料力和顶件力的系数查表可有：=0.055，=0.063=总冲压力那么压力机的理论公称压力查表可得;压力机的公称压力值为250KN4.2确定压力中心由于工件x方向对称, 根据CAD软件作图计算，图形如下:可有结论为：压力中心X: 22.1081 Y: 37.5000由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（22.1081，37.5000）。4.3 凸凹模刃口尺寸计算刃口尺寸计算列于表1中。其中: 落料部分以凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。孔边距11.25mm近似按孔心距计算。A磨损后变大的尺寸：75mm 52.5mm 15mm mm mm B.磨损后变小的尺寸：22.5mm 15mm 11.25mmC.磨损后不变的尺寸：300.1mm 30mm表1 刃口尺寸计算基本尺寸及分类冲裁间隙磨损系数计算公式制造公差计算结果落料凹模D=75Z=0.246Z=0.36Z- Z=0.36-0.25=0.11mm制件精度为：IT14级，故x=0.5/4D=相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.2460.36之间D=D=同上D=D=同上D=同上 同上/4D=同上D=同上 同上/4D=同上冲孔d=同上 同上/4d=相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.2460.36之间孔边距L11.25同上 同上/4Lp=孔心距L=同上x0.5 /8Ld=4.4主要模具零件结构尺寸 1、模具类型的选择由冲压工艺分析可知本设计采用复合冲压， 复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下正装复合模与倒装复合模的比较1 对于薄冲件能达到平整要求 不能达到平整要求2 操作不方便、不安全，孔的废料用打杆打出操作方便、安全，孔的废料通过凸凹模的孔向下漏掉3装凹模的面积较大，有利于凹模镶拼结构的实现如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板4废料不会在凸凹模孔内积聚，每次冲裁后用打杆打出，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度经分析，此工件表面积较大，又有三个细长悬臂，若选用倒装式复合模，不能保证工件平直度要求，另外工件精度要求较高，所以决定采用正装式复合模。2、定位方式的选择为了保证模具正常工作和冲出合格的冲裁件， 必须保证胚料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置，即必须定位。条料在模具送料平面中有两个方向的限位： 一是在与送料方向垂直的方向上限位；二是在送料方向上的限位。本设计胚料为条料所以需在两个方向定位。3、纵向定位零件的选择条料在纵向的定位零件有导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模，导料销则多用于复合模和单工序模中。由于本模具采用正装复合模，并且毛胚为条料，为便于送料和防止条料偏斜，本设计采用导料板。4、横向定位零件的选择条料横向定位的零件有挡料销、侧刃等。侧刃多用于级进模和单工序模中，挡料销则多用于复合模和单工序模中，所以本设计选取挡料销做为横向定位定距零件。在模具闭合后为避免挡料销与卸料板碰撞应在卸料板上开孔。挡料销的高度 h 查得h=3mm。5、卸料装置的选择常见的卸料装置有刚性卸料板和弹性卸料板。前者是刚性结构，主要起卸料作用 ，卸料力大，适用于冲材料厚度大于 0.8mm 的模具，后者是弹性结构，兼有压料和卸料两个作用，其卸料力的大小决定于所选用的弹性元件，主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中。本设计要求冲压后的工件要平整，因此选取弹性卸料板。弹性卸料板与凸模配合间隙值查表得： C =0.15mm。在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口 0.10.3mm。6、推件装置的选择推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种，刚性推荐装置一般装于上模 ，推件力大且可靠，其推件力通过打杆推板推杆推件块传至工件。推杆常选用 34 个且分布均匀、长短一致。弹性推件装置其弹力来源于弹性元件，它同时兼起压料和卸料作用，尽管出件力不大，但出件平稳无撞击，冲件质量较高，它多用于冲压大型薄板以及工作精度要求较高的模具。结合实际情况本设计选用刚性推件装置。凹模板尺寸:凹模的结构有整体式和镶拼式，根据工件的形状特点，本设计采用镶拼式，容易对模具进行加工，安装，后期维护。凹模尺寸计算如下：凹模厚度:H=kb(15mm) H=0.375=22.5mm凹模边壁厚:c(1.52)H =(1.52) 22.5 =(37.545)mm 实取c=40mm凹模模板边长：L=b+2c=155mm凹模板宽B=93mm故确定凹模板外形为: 16014025(mm)。凹模刃口形式的确定：凹模刃口形式有平刃和斜刃两种形式， 因本模具采用上顶出件方式， 所以只能采用平刃刃口。凸凹模的设计凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。 凸凹模的结构分为整体式和镶拼式两种，镶拼式结构适合于大、中型和形状复杂的模具，而本设计所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式。凸凹模的内外缘均为刃口，它的最小壁厚与模具结构有关。本设计中工件有两个圆形孔，孔边距较小，因此要考虑凸凹模强度，为保证凸凹模强度，其壁厚不能小于允许的最小值。选取最小壁厚为 2.7mm。凸凹模尺寸:凸凹模长度:L=h+h+h =25+25+10 =60(mm)其中: h 凸凹模固定板厚度h 橡胶厚度h卸料板厚此凹模内外刃口间壁厚校核:根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为4mm,根据强度要求查得该壁厚为5mm即可,故该凸凹模侧壁强度足够。凸模尺寸:凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、与下模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种，由于本工件是大批量的生产，且内孔有一定的精度要求，模具采用的是复合模， 则从上表的比较中可知本设计选用凸模固定板固定的形式固定凸模， 并以H7/p6过渡配合。凸模的结构形式决定于冲压件的形状。本设计中孔的类型为圆形孔，形状简单， 因此可选用标准圆凸模， 从而不仅可以提高模具设计效率， 而且更重要的是易于实现批量 ，规模生产，保证凸模的质量。凸模长度:L凸=h+h+h2 =20+25+10 =45mm其中:h凸模固定板厚 h空心垫板厚 h凹模板厚凸模强度校核:该凸模不属于细长棒,强度足够。4.5其它模具零件结构尺寸6.1 卸料板的设计弹性卸料板工作空间敞开，操作方便，生产效率高，在冲压前对毛胚有预压作用 ，冲压后也可使冲压件平稳卸料，但卸料力较小。本设计中工件的料厚较薄，平直度要求较高，因此选用弹性卸料板。卸料板外形形状为长方形，厚度 H 取 10mm，长和宽视计算情况而定，但应尽量减小材料的浪费。6.2 凸凹模固定板的设计本次设计中凸凹模结构为整体式，外形尺寸较大特别是长度较长，为保证在冲压过程中使凸凹模能稳定准确的工作，本设计中采用固定板的方式固定凸凹模。凸凹模固定板外形设计为长方形， 内形应与凸凹模外缘相同并应保留一定间隙使其与凸凹模在工作时不发生相互碰撞。其厚度结合实际情况设计为 25mm。6.3 凸模固定板的设计凸模固定板外形为长方形，厚度 H 为：H=(11.5)D =(11.5)12=(1218)mm式中 D 为凸模与固定板相配合部分的直径，结合实际情况 H 取 20mm。6.4 卸料螺钉的选用本次设计中采用弹性卸料装置，弹性元件有弹性橡胶和弹簧，考虑到卸料力的大小和卸料板行程的大小本设计决定采用聚氨酯弹性体作为卸料力的来源。 聚氨酯弹性体一般需卸料螺钉固定。卸料螺钉的种类有很多，本次设计选用圆柱头开槽卸料螺钉，根据卸料弹簧的个数和长度，卸料螺钉的个数和大小应为 4个 M10 的螺钉，长度为 75mm。模架的选择：模架的种类有多种，如对角导柱模架、四角导柱模架、中间导柱模架等。本设计模架选用中间导柱模架，导向装置安装在模架的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。 模柄的选择本模具为中小型模具，结构相对简单，所以采用压入式模柄；它与上模座孔采用H7/m6 过度配合，并加销钉防转，模柄尺寸如下：直径为 40mm；深度为 60mm；材料选用 45 钢。导柱导套的选用导柱导套为模具在工作时的导向零件，可从标准件中选取。它们的工作方式有滑动式和滚动式两种，其中滚动式工作精度高，结构复杂，制造费用高一般适用于精密冲裁。本设计模具结构简单，精度要求较低，所以选用滑动式导柱导套，其相关参数如下：导柱：d(mm)L(mm)分别为：28150 ；导套：d(mm)L(mm)分别为：3810028；导套与导柱间的配合按 H6/h5 配合；柱间的距离232mm；材料为 20 钢。 压力机的选择由以上的设计、计算确定压力机的规格尺寸如下：压力机型号为：J23-25 开式双柱可倾压力机；其最大封闭高度为：270mm；最小装模高度为：130mm；模柄孔尺寸为：直径 40mm、深度 60mm；工作台尺寸左右为：560mm、前后 370mm；工作台孔尺寸：左右 290mm、前后 200mm、直径 260mm；立柱间距离：270mm；倾斜角 30 度。模具闭合高度的校核冲模的闭合高度是指模具在最低工作位置， 上模座上平面与下模座下平面之间的距离 H 0 为了保证模具和压力机相适应， 冲模的闭合高度 H 应小于压力机的最大闭合高度：H=H 上 +H 下 +H 凸 +H 凸凹 -h （6-2）=45+55+95+30-1.5=223.5mm式中 H冲模的闭模高度；H 上 上模座的厚度；H 下 下模座的厚度；H 凸 凸模的厚度；H 凸凹 凸凹模的厚度；H凸模进入凸凹模的深度。可见该模具的闭合高度小于所选压力机的最大闭合高度 270mm，因此所选则的压力机符合要求。模具材料的选用利用模具生产制品零件， 模具质量的好坏， 寿命的长短， 直接关系到产品制造精度 、性能和成本；是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益、尽快使产品占领市场的重要条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时模具材料的选用、热处理工艺、模具零件的配合精度、公差等级和模具的表面质量，因此模具材料的选用是模具设计的重要环节 。一般地说，应根据模具加工能力和模具的服役条件，结合模具材料的性能和其他因素来选择符合要求的模具材料。对于某一种类的模具，很多材料从基本性能上看都能符合要求，然而必须根据所制成模具的寿命、生产率、模具制造工艺的难易程度及成本高低来做出综合评价，这就必须同时考虑模具材料的使用性能、工艺性能和生产成本等因素。各种模具的服役条件不同，对模具材料的性能要求也不相同。模具工作者常要根据模具的服役条件和使用寿命要求，合理地选用模具材料和热处理工艺，使之达到主要性能最优，而其他性能损失最小的最佳状态 12 。冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、 啃伤和软化等形成的失效 13 。因此，用于冷冲模的材料应具有以下几点性能：(1)硬度和热硬性 硬度是模具材料的主要性能指标，模具在应力的作用下，应能保持其形状和尺寸不变。因此，模具应具有足够的硬度，如冷作模具的硬度一般应保持在60HRC 左右，而热作模具和塑料模具的硬度可适当降低，一般要求在 4050HRC 范围内。热硬性是指模具在高温工作条件下，保持其性能和组织稳定的能力，一般要求在500600条件下，仍能保持足够的硬度。(2)耐磨性 决定模具使用寿命的重要因素往往是模具材料的耐磨性， 模具在服役中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩擦下能保持其精度不变。模具的磨损可分为机械磨损、氧化磨损和熔融磨损三种类型。模具的耐磨性不仅取决于材料的成分、组织和性能，而且与模具的工作温度、压力状态，润滑状态等因素有关。(3)强度和韧性 模具在服役中承受拉压、冲击、震动、扭转和弯曲等应力，重负荷的模具往往由于强度不够、 韧性不足， 造成模具局部塌陷、 崩刃和断裂而发生早期失效 。因此，使模具材料保持足够的强度和韧性，将有利于模具的服役期限。(4)抗疲劳性 模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力， 受应力和温度梯度的影响而引起裂纹，往往是在型腔表面形成浅而细的裂纹，他的迅速传播和扩展导致灾难性事故而使模具报废。提高材料的抗疲劳性，可有效的推迟疲劳裂纹的形成与扩展。总上所述：凸模、凹模、凸凹模采用工作部分局部淬火（硬度 5860HRC）材料也用淬火变形小的 Cr12MoV 模具钢。7 模具的装配与检测7.1 模具的装配模具的装配就是根据模具的结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，将符合图纸技术要求的零件，经协调加工，组装成满足使用要求的模具。在组装过程中， 既要保证配合零件的配合精度， 又要保证零件之间的位置精度， 对于具有相对运动的零件 ，还必须保证他们之间的运动精度 14 。因此，模具装配是最后实现冲模设计和冲压工艺的过程，是模具制造过程中的关键工序。模具装配的质量直接影响制件的冲压质量、模具的使用和模具寿命。模具属单件生产， 有些组成模具实体的零件在制造过程中是按照图纸标注的尺寸和公差独立地进行加工的（如落料凹模、冲孔凸模、导柱和导套、模柄等） ，这类零件一般都是直接进入装配； 有些零件在制造过程中只有部分尺寸可以按照图纸标注尺寸进行加工，需协调相关尺寸；与的在进入装配前需采用配置或合体加工，有的需在装配过程中进行配置取得协调，图纸上标注的这部分尺寸值作为参考 15 。因此，模具装配适合于集中装配，在装配工艺上多采用修配法和调整装配法来保证装配精度。从而实现能用精度不高的组成零件，达到较高的装配精度，降低零件加工要求。复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模， 这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产效率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工 16 。本模具为落料冲孔复合模其装配一般按下面的步骤进行：(1)装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨端面齐平。(2)将凸模装入凸模固定板，保持与固定板端面垂直，同磨端面平齐。(3)将凸凹模装在凸凹模固定板上，并保持与固定板端面垂直，同磨端面齐平。(4)确定凸凹模固定板在上模座上的位置，用平行夹板夹紧，作凸凹模固定板上的螺孔和上模座上的螺钉过孔，并保持孔位置一致。(5)划下模板漏料孔线，加工漏料孔，按凸凹模的孔每边加大约 1mm。(6)按凹模上的孔引作凸模固定板和上模座的螺钉过孔。(7)将带凸模的固定板装在上模板上，螺钉不要拧得过紧，进行试装合模，使导柱缓慢进入导套，如果凸模与凸凹模的孔对的不太正，可轻轻敲打凸模固定板，利用硅钢片正装复合模设计第 27 页 共 42 页螺钉过孔的间隙进行调整，直至间隙均匀，此时用划针在上模板上划出凸模固定板位置。(8)在上模组件上增加凹模，重新合模，作冲裁外形和各孔的全面细致的间隙调整 ，其中包括用冲纸法试验，直至获得均匀的间隙。(9)上模和下模分别钻较销孔（防止位置移动） ，装入销钉，并保持销与孔有适当的过盈。其它零件可按图装配，达到要求后打标记。7.2 模具的检测模具检测的目的：(1)鉴定模具的质量；(2)帮助确定产品的成型条件和工艺规程；(3)帮助确定成型零件毛胚形状、尺寸及用料标准；(4)帮助确定工艺和模具设计中的某些尺寸；(5)通过测试，发现问题，解决问题，积累经验，有助于进一步提高模具设计和制造水平。冲模装配前，应该对零、组件进行检查，检查的内容有：(1)冲裁模的刃口部分应锋利，表面粗糟度应符合要求；(2)工作零件热处理后的实际硬度值是否符合要求；(3)外形的非工作锐边是否已经倒角或导圆角；(4)零件不应有沙眼、缩空、裂纹、磨削退火或机械损伤；(5)可卸导柱的椎面与趁套上椎孔的吻合长度面积应不小于 80%。冲模可以选用标准模架，也可使用与其他冲模零件同时加工制造的非标准模架。 在冲模装配前，应检查模架各零件的工作表面不应有划痕、浮锈、沙眼、裂纹和其他机械损伤；上模座沿导柱上下移动要平稳，无滞涩现象。在正常情况下，滑动导向的模架上模与下模脱开后，应较容易复位。滚动式导向的模架上模与下模脱开后，若先将钢球保持圈一端套进导柱，而另一端装进导套孔中，则上模与下模能较容易复位。此外，还应硅钢片正装复合模设计第 28 页 共 42 页使用平板、带指示器的测量架、球面支柱等复查上模座上平面对下平面的平行度，标准模架应符合规定的精度等级，非标准模架应符合其相当于标准中的精度等级数值 17 。 滑动导向模架应符合表 7-1 的规定：表 表 1 7-1 滑动导向模架精度等级公差值被 测 尺 寸精 度 等 级级 级 级公 差 值4063 0.020 0.03 0.0563100 0.025 0.04 0.06100160 0.030 0.05 0.08160250 0.040 0.06 0.10250400 0.050 0.08 0.12400630 0.100 0.15 0.25装配完成后应检测的内容有：(1)冲裁模的间隙应均匀分布，其公差不大于 1520%；(2)凹模的刃口面沿冲裁方向应平直，允许有向后逐渐增大者应不大于 15的斜度，其表面粗糙度 Ra 值不大于 m 8 . 0 ，镶拼要配合紧密无缝隙；冲裁模的凸凹模 、凸模和凹模在装配后应磨口，并分别对上模座的上平面或下模座的下平面平行 ，其表