杯形件落料、拉深、冲孔、复合模设计.pdf

1 杯形件落料 拉深 冲孔 复合模杯形件落料 拉深 冲孔 复合模 1 冲压件结构工艺性分析 此工件有落料 拉深 冲孔三个工序 材料为 Q235 钢 具有良好的冲压性能 适合冲裁 工件结构相对简单 有 个 mm 的孔 个 mm 的孔 个 mm 的孔 还有一个不规则的孔 孔与孔 孔与边缘之间的距离也满足要求 最 小壁厚为 mm 20mm 的孔与杯形件内壁之间的壁厚 工件属于典型圆筒形件 拉深 形状基本对称 对工件厚度变化也没有作要求 但是零件图上已经给出了 孔心距的公差 由公差可以查得公差等级应为 IT12 级 尺寸精度较低 而工件总 高度尺寸 32mm 可在拉深后采用修边达到要求 普通冲裁完全能满足要求 2 冲压工艺方案的确定 该工件包括落料 拉深 冲孔三个基本工序 可有以下三种工艺方案 方案一 先落料 再拉深 最后冲孔 采用单工序模生产 方案二 冲孔 拉深 落料级进冲压 采用级进模生产 方案三 落料 拉深 冲孔复合冲压 采用复合模生产 方案一模具结构简单 但需要三道工序三副模具 成本高而生产效率低 难以 满足中批量的生产要求 方案二需要一副模具 生产效率高 操作方便 工件精 度也能满足要求 但是由于工件的尺寸相对较大 采用级进模生产需要较大的冲 裁力 模具的尺寸相对较大 对资源产生较大的浪费 对成本的要求也较高 结 构比较复杂 不易冲裁 方案三也只需一副模具 工件的精度及生产效率也较高 消除了方案二的弊端 模具制造也不困难 工件的最小壁厚也能满足要求 且冲 压件质量较高 成本也较低 通过对上述三种方案的分析比较 该工件的冲压生 产采用方案三为佳 3 主要设计计算 3 1 毛坯尺寸的计算 2 根据表面积相等原则 用解析法求该零件的毛坯直径 D 又因为工件是规则 的形状 所以可以根据表 4 3 3 的公式计算毛坯直径 D 具体计算见表一 3 2 排样方式的确定及其计算 设计复合模 首先要设计条料的排样图 杯形件的形状具有对称的特点 没 有必要直对排 直对排时材料的利用率也较低 应采用有废料直排 如图二所示 的排样方法 可显著地减少废料 搭边值取 1 0mm 和 1 2mm 条料宽度为 105 8mm 步距为 103 4mm 一个步距的材料利用率为 59 相关计算见表一 查板材标准 宜选 1000mm 1000mm 的钢板 每张钢板可剪裁为 9 张条料 105mm 1000mm 每张条料可冲 9 个工件 故每张钢板的材料利用率为 52 图 3 1 排样图 3 3 成形次数的确定 该 工 件 为简 单 的杯 形 件 求出 h d 34 79 0 43 根据 毛 坯相 对厚 度 t D 1 5 102 4 1 5 查表 4 4 3 发现 h d 小于表中数值 h d 0 84 0 65 能一次拉深 成形 所以采用落料拉深复合冲压 因为 t D 1 5 查表 4 4 4 可用可不用压料装置 用压料装置 这样可选择较小拉深系数 所以用压料装置 修边余量的选择 当 零件相对高度 h d 很小 并且高度尺寸要求不高时 也可以不用切边工序 考虑到 工件的精度 还是考虑采用切边 3 4 冲压工序压力计算 3 该模具采用正装复合模 固定卸料与顶件 采用落料 拉深 冲孔三个工序复 合 冲压工艺总力的计算相对比较复杂 冲裁力已经包括了拉深中的落料力 因 此在计算的时候要特别的注意 不要做重复的计算 不然就会造成不必要的资源 浪费 具体冲压力的计算见表一 根据冲压工艺总力计算 计算结果并结合工件 高度 初选 J23 63 压力机 表一 主要设计计算 项 目 分 类 项目 公式 结果 备注 毛 坯 毛坯直径 D 222 2 2 21 72 0 56 dd Hrd D r 102 4mm 排 样 冲裁件面 积 A 2 4 AD 6411 6mm 2 查表 4 3 1 得修边余量 h 2mm 查表 2 5 2 得最小搭边 值 a 1 2mm a1 1 0mm 采 用无侧压装置 条 料 与 导 料 板 间 隙 Cmin 1mm n 1 条料宽度 B 2 BDaC 105 8mm 步距S 1 SDa 103 4mm 一个步进 距的材料 利用率 100 nA BS 59 冲 压 力 冲 裁 力 F F KLt b 375336N L 641 6mm b 300mPa 拉深力 1 F 121 Fd tK b 74418 N 查表 4 4 6 的 1 K 0 50 b 400 mPa 压边力 Y F 2 2 2 2 4 YA FDdrp 7058 7N 初定 A r 5 5mm 查表 4 4 5 得 p 2 3 mPa 卸 料 力 x F xX FK F 18766 8N 查表 2 6 1 得 X K 0 05 4 顶 件 力 D F DD FK F 22520 2N 查表 2 6 1 得 D K 0 06 冲压工艺 总力 Z F 1 ZYXD FFFFFF 498099 7 N 弹性卸料 上出件 3 5 压力中心的确定及相关计算 计算压力中心时 先画出凹模型口图 如图三所示 在图中将 xoy 坐标系建立 在图示的对称中心线上 将冲裁轮廓线按几何图形分解成 L1 L11 共 11 组基本线段 用解析法求得该模具的压力中心 C 点的坐标 0 15 8 54 有关计算如表二所示 图 3 2 凹模型口图 表二 压力中心数据表 基本要素长度 L mm 各基本要素压力中心的坐标值 5 x y L1 62 8 17 5 3 L2 62 8 0 25 L3 62 8 17 5 3 L4 15 7 12 5 15 L5 15 7 12 5 15 L6 25 0 10 L7 25 0 20 L8 15 7 20 23 L9 15 7 20 23 L10 9 42 24 23 L11 9 42 29 16 合计 320 04 0 15 8 54 由以上计算结果可以看出 该工件冲裁力不大 压力中心偏移坐标原点 O 较 小 为了便于模具的加工和装配 模具中心仍选在坐标原点 O 若选用 J23 63 冲床 C 点仍在压力机模柄孔投影面积范围内 满足要求 3 6 工作部分尺寸计算 落料和拉深的凸 凹模的工作尺寸计算见表 所示 该工件要求不高 为 简单方便 实际生产中直接按工件尺寸作拉深凸 凹模固定板以及卸料板 这种 加工方法可以保证零件各个孔的同轴度 使装配工作简化 因此 工作零件刃口 尺寸计算就按分开加工的方法来计算 具体计算见下表 表三 工作部分尺寸计算 尺寸及分类 凸 凹模间双面 间隙 尺寸偏 差与磨 损系数 计算公式 结果 备注 落料 102 4 查表 2 3 3 得 Zmax 0 240mm Zmin 0 132mm 0 35 X 0 75 DA Dmax X A 0 035 0 102 14 模具制造公差 是查表 2 4 1 所得 满足 A T Zmax Zmin DT DA Zmin T 0 0 022 102 01 6 拉深 79 查表 4 8 2 得 Z 3 3mm 0 30 DA Dmax 0 75 A 0 05 0 78 78 模具制造公差 是查表 4 8 3 所得 当零件 尺寸标注在外 形时 以凹模 为基准 DT DA Z T 0 0 02 75 48 表四 工作部分尺寸计算 尺寸及分类 尺寸转换 计算公式 结果 备注 冲孔 3 0 10 0 3 dT dA Zmin 2 0 dA dmin X 0 dT 0 0 006 3 05 dA 0 010 0 3 116 查表 2 3 3 得 冲裁双面间隙 Zmax 0 240 Zmin 0 132 磨损系数 X 0 75 模具按 IT6 级 IT7 级制造 校 核满足 A T Zmax Zmin 5 0 12 0 5 dT 0 0 008 5 06 dA 0 012 0 5 126 10 0 15 0 10 dT 0 0 009 10 075 dA 0 015 0 10 141 20 0 18 0 20 dT 0 0 013 20 105 dA 0 021 0 20 171 孔心距 8 80 06 LA L 8 LA 80 015 18 180 08 LA 180 020 20 200 09 LA 200 0225 24 240 09 LA 240 0225 35 350 10 LA 350 025 49 490 10 LA 490 025 3 7 卸料弹簧的设计 卸料弹簧的设计计算见表四 选用的 8 根弹簧的高度务必一致 而且型号完 全相同 不然会造成受力不均匀 运动产生歪斜 影响模具的正常工作 由弹簧 的相关规格工具书查的 初选弹簧规格为 60mm 10mm 20mm 具体参数是 弹 簧中径D 60mm 材料直径d 10mm 节距t 20mm FJ 4180N HJ 27 1mm 自由高 度 H0 75mm n 3 L 848mm 表五 卸料弹簧的设计计算 7 项目 公式 结果 备注 卸料板工作行程 h 工 h 工 h1 t h2 4 5mm h1为凸模凹进卸料板的高度1mm h2 为凸模冲裁后进入凹模的深度 2mm 弹簧的工作行程 H 工 H 工 h 工 h 修 8 5mm h 修为凸模修磨量 取 4mm 弹簧自由高度 H0 75mm 由弹簧的型号及凸模的工作行程 综合考虑的 弹簧的预压缩量 H 预 J J H HF F 预预 15 2mm HJ 为弹簧工作极限负荷下的变形 量 FJ 为工作极限负荷 F预 为 每个弹簧的预压力 每个弹簧承受的载荷 F预 FF 预卸 8 2345 9N 选用 8 个标准的弹簧 由卸料力 计算得到 校核弹簧的实际总压 缩量 H H预 h 工 h 修 23 7mm HJ 满足要求 H 弹簧实际总压缩量 弹簧的安装高度 H 安 H 安 H0 H 预 60mm 4 模具总体设计 8 4 1 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用复合冲压 所以模具类型为复合模 4 2 定位方式的选择 因为该模具采用的是条料 控制条料的送进方向采用导料板 无侧压装置 控制条料的送进步距采用挡料销初定距 导正销精定距 而第一件的冲压位置因 为条料长度有一定余量 可以靠操作工目测来定 4 3 卸料 出料方式的选择 因为工件料厚为 1 5mm 相对较薄 卸料力也比较小 故可采用弹性卸料 又因为是复合模生产 所以采用上出件比较便于操作与提高生产效率 4 4 导向方式的选择 为了提高模具的寿命和工件质量 方便安装调整 该复合模采用中间导柱的 导向方式 5 主要零部件的设计 9 5 1 工作零件的结构设计 由于工件形状简单对称 所以模具的工作零件均采用整体结构 拉深凸模 落料凹模和凸凹模 冲孔凸模的结构如图 所示 为了实现先落料 次拉深 模具装配后 应使拉深凸模的端面比落料端面低 所以图 所示拉深凸模 其长度 L1 可按下式计算 L1 H 固 H 凹 H 低 20 40 5 55mm 式中 H 固 凸模固定板的厚度 H 固 20mm H 凹 凹模的厚度 H 凹 40mm H 低 装配后 拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度 根据板厚大小决定 H 低 5mm 图三所示 凸凹模因为型孔较多 为了防止淬火变形 除了采用工作部分局 部淬火 硬度 58 62HRC 外 材料也用淬火变形小的 CrwMn 模具钢 10 图 5 1 凸 凹模 5 1 1 冲孔凸模 因为所冲的孔均为圆形 而且都不属于需要特别保护的小凸模 一般指孔径 小于被冲板料的厚度或直径 d 1mm 的圆孔和面积 A 1mm 2 的异形孔 所以冲孔凸 模采用台阶式 一方面加工简单 另一方面便于装配与更换 又因为采用的是复 合模冲裁 冲孔凸模相对比较细长 因此 必须对它的强度进行校核 采用阶梯 凸模可以在相同冲压力的条件下 加长了凸模的长度 冲 3 5 20 的孔的凸模 结构如零件图所示 冲孔凸模强度校核 由于凸模形状为圆形 采用有导向的结构 所以根据以下公式校核弯曲应力 校核压应力 11 弯曲应力校核 2 270 d L F L 凸模允许的最大自由长度 mm d 凸模最小直径 mm A 凸模最小断面 mm 2 F 冲裁力 N 压应力校核 4t d 压 t 冲压材料厚度 mm 冲压材料抗剪强度 Mpa 压 凸模 材 料 的许 用 压 应 力 Mpa 碳素工具钢淬火后的 许用压应力一般为淬火前的 1 5 3 倍 根据以上公式的特点 弯曲应力主要受到凸模最小直径 d 的影响 其他的条 件我们无法决定 例如 F KLt b K 常数 t 材料厚度 b 冲压材料抗剪强 度 因此 只要 最小的直径能满足要求 其他的都不用在校核了 通过计算 直径为 3mm 的凸模的最大长度为 32 75mm 因此 必须采用阶梯 形凸模才能满足要求 压应力主要受到凸模材料的制约 因此 必须根据 压 凸模材料的许用压应 力选择相应的材料 根据公式计算得到 凸模材料的许用压应力 压 600 Mpa 根据有关材料 凸模材料应选用 T10A 5 1 2 凹模 凹模采用整体凹模 各冲裁的凹模孔均采用线切割机加工 安排凹模在模架 上的位置时 要依据压力中心的数据 将压力中心与模柄中心重合 又因为冲孔 凹模型孔是开在拉深凸模上 这样拉深凸模的强度受到影响 因此 在进行冲孔 是必须对冲孔的凹模进行强度校核 以及最小壁厚的核实 让它尽可能的满足使 用要求 又冲孔凹模厚度 H Kb 55mm 由表 2 9 5 查得 K 0 02 0 35 b 35 b 凹模刃口的最大尺寸 最小壁厚为 3mm 由工艺性分析可知 凹模校核公式 0 2 1 52 1 3 Fd hd 弯弯 d 凹模型口直径 mm d0 凹模垫板孔直径 mm 12 F 冲裁力 N 0 1 52 1 3 Fd h d 最小 弯 弯 许用弯曲应力 通过计算得到 h最小 30mm 为了使凹模能满足要求 我们取凹模的厚度为 h 60mm 5 2 定位零件的设计 起粗定距的活动挡料销 弹簧 和螺塞选用标准件 规格为 8 16 5 3 导料板的设计 导料板的内侧与条料接触 外侧与凹模齐平 导料板与条料之间的间隙取 1mm 这样就可确定了导料板的宽度 导料板的厚度按表 2 9 7 选择 因为料厚为 t 1 5mm 固定导料销 因此选取 H 7mm 的导料板 导料板采用 45 钢制作 热处 理硬度为 40 45HRC 用螺钉和销钉固定在凹模上 导料板的进料端安装有承料板 5 4 卸料部件的设计 5 4 1 卸料板的设计 因为冲裁板料较厚 大于 0 5mm 卸料力较大 采用固定卸料板 当固定卸 料板兼起导料作用时 一般按 H7 h6 配合制造 但应保证导板与凸模之间间隙小 于凸 凹模之间的冲裁间隙 以保证凸 凹模的正确配合 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同 厚度为 H 卸 20mm 卸料板采用 45 钢制造 淬火硬度为 40 45HRC 5 4 2 卸料螺钉的选用 卸料板上设置 8 个卸料螺钉 公称直径为 12mm 螺纹部分为 M10 10mm 卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间 卸料螺钉拧紧后 应使卸料板超出凸模端 面 1mm 有误差是通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整 5 5 模架及其他零部件设计 13 该模具采用中间导柱模架 这种模架的导柱在模具中间位置 冲压时可防止 由于偏心力矩而引起的模具歪斜 可承受较大的冲压力 为防止装模时 上模误 转 180 度装配 将模架中两对导柱与导套作成粗细不等 以凹模周界尺寸为依据 选择模架规格 导柱 d mm L mm 分别为 50 300 55 300 导套 d mm L mm D mm 分 别为 50 160 63 55 160 63 上模座厚度 H 上模取 65mm 上模垫板厚度 H 垫取 10mm 固定板厚度 H 固取 20mm 下模座厚度 H 下模取 80mm 那么 该模具的闭合高度 H 闭 H 上模 H 垫 L h H 固 H 垫 H 下模 h2 65 10 116 60 20 10 80 2 mm 359mm 式中 L 冲孔凸模长度 L 116mm h 落料凹模厚度 h 60 mm h2 凸模冲裁后进入凹模的深度 h2 2mm 可见该模具闭合高度小于所选压力机 J23 63B 的最大装模高度 360mm 可 以使用 14 6 模架总装图 通过以上设计 可得到如图所示的模具总装图 模具上模部位主要有上模板 垫板 凸模 8 个 凸模固定板 落料凹模等组成 卸料方式采用弹性卸料 以 弹簧为弹性元件 下模部分由下模座 凹模板 卸料板 落料凹模等组成 冲孔 废料由漏料孔漏出 为了实现先落料 后拉深 应保证模具装配后 拉深凸模的端面比落料凹模的 端面低 5mm 模具工作工程 将条料送入刚性卸料板下长方形槽中 平放在凹模面上 并 靠槽的一侧 压力机滑块带着上模下行 凸 凹模下表面首先接触条料 并与凸 模一起压住条料 先落料 后拉深 拉深结束后 继续下行冲孔 冲孔完成后 上模回程 落料后的条料由刚性卸料板从凸凹模卸下 拉深成形后的工件 在完 成冲孔后 卡在小凸模上 由于小凸模的回程 拉深成形的工件在弹簧及凸凹模 作用下 由凸 凹模卸下 用手工将工件取走后 将条料往前送进一个步距 进 行下一个工件生产 图 6 1 总装图 15 7 冲压设备的选定 通过校核 选择 J23 63 开式可倾压力机能满足使用要求 其主要技术参数如下 公称压力 630KN 滑块行程 120mm 最大闭合高度 360mm 连杆调节长度 90mm 工作台尺寸 厚度 孔径 90 230 mm 模柄孔尺寸 50mm 70mm 最大倾斜角度 30 0 发生公称压力时滑块距下死点距离 8mm 行程次数 次 min 1 70 滑块中心到床身距离 260mm 立柱间距离 340mm 垫板厚度 80mm 16 8 模具零件加工工艺 本副模具零件加工的关键工作零件是旋转体 形状比较简单 加工主要采用 车削 固定板以及卸料板 采用线切割加工技术 这些零件变得相对简单 零件的加工工艺卡片见附表 17 9 模具的装配 根据复合模装配要点 本副模具的装配选凸 凹模为基准件 先装上模 再装下模 装配后 应保证间隙均匀 落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作面 5mm 并调整间隙 试冲 返修 具体装配见表 表六 杯形件复合模的装配 序号 工序 工艺说明 1 凸 凹模预配 装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔 是否符合图纸 要求尺寸精度 形状 将各凸模分别与相应的凹模孔相配 检查其间隙是否加工均匀 不适合者应重新修磨或更换 2 凸模装配 以凹模孔定位 将各凸模分别压入凸模固定板的形孔中 并挤紧牢固 3 装配下模 在下模座上划中心线 按中心预装凹模 导料板 在下模座 导料板上 用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置 并分别钻孔 攻丝 将下模座 导料板 凹模装在一起 并用螺钉紧固 打入销钉 4 装配上模 在已装好的下模上放等高垫铁 再在凹模中放入 0 12mm 的纸片 然后将凸模与固定板组合装入凹模 预装上模座 划出与凸模固定板相应螺孔 销孔位置并钻铰螺孔 销孔 用螺钉将固定板组合 垫板 上模座连接在一起 但不要拧紧 将卸料板套装在已装入固定板的凸模上 装上弹簧和卸料螺钉 并调节弹簧的预压量 使卸料板高出凸模下端约 1mm 复查凸 凹模间隙并调整合适后 紧固螺钉 安装导正销 承料板 切纸检查 合适后打入销钉 5 试冲与调整 装机试冲并根据试冲结果作相应调整 18 设计总结 通过这次毕业设计使我从新系统的复习了所学的专业知识同时也巩固了先前 学到的知识 同时感触最深的是 所学知识只有在应用中才能在更深刻理解和长 时间记忆 对一些原来一知半解的理论也有了清楚的认识 特别是原来所学的一 些专业基础课 如机械制图 模具材料 公差配合与技术测量 塑料模具设计与 制造等有了更深刻的理解 使制造的模具既能满足使用要求有不浪费材料 保证 了工件的经济性 设计的合理性 通过塑料模手册 模具制造简明手册 模具标 准应用手册等了解到许多原来未知的知识 由于能力有限 设计中难免有疏漏之 处 恳请老师给予指正 我在此衷心谢谢原老师的大力帮助与指导 此模具为简单的拉深模 此模具结构简单 安装方便 采用了刚性卸料 且 此模具生产成本低 生产效率高 适用于大中小型企业及大批量生产 本次设计我查阅了大量的资