开关座冲裁、弯曲成型、切断连续式复合模设计

湖南农业大学东方科技学院湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计全日制普通本科生毕业设计 开关座冲裁 弯曲成型 切断连续式复合模设计开关座冲裁 弯曲成型 切断连续式复合模设计 CONTINUOUS COMPOUND DIE DESIGN OF SWITCH BLOCK WITH BLANKING BENDING CUTTING 学生姓名学生姓名 杨杨 超超 学学 号 号 200741914222200741914222 年级专业及班级 年级专业及班级 20072007 级机械设计制造及其自动级机械设计制造及其自动 化学 化学 2 2 班 班 指导老师及职称 指导老师及职称 周光永周光永 副教授副教授 湖南 长沙 提交日期 2011 年 5 月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本人郑重声明 所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下 进行研究工作所取得的成果 成果不存在知识产权争议 除文中已经注 明引用的内容外 本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确 的说明并表示了谢意 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 毕业设计作者签名 年 月 日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 1 1 1 研究课题的目的和意义 1 1 2 国内外研究概况及发展趋势 3 1 3 课题研究的主要内容和方案 4 1 3 1 课题研究的主要内容 4 1 3 2 课题研究的方案 4 1 4 研究课题的主要目标和特色 5 2 开关座冲裁 弯曲成型 切断连续式复合模设计 5 2 1 开关座冲裁工艺性分析 5 2 2 工件排样与搭边 6 2 2 1 排样 6 2 2 2 材料的利用率 7 2 2 3 搭边 7 2 3 冲裁间隙 8 2 3 1 冲裁间隙的选取 8 2 4 冲压力计算 9 2 4 1 冲裁力计算 9 2 4 2 卸料力 推件力和顶出力 10 2 5 模具压力中心计算 11 2 6 凸 凹模刃口尺寸计算 12 2 6 1 凸 凹模刃口尺寸公差计算的原则 12 2 6 2 凸 凹模刃口尺寸计算的方法 13 2 7 复合模凹 凸凹模的结构设计 17 2 7 1 凹模 17 2 7 2 凸凹模外型结构 18 2 8 模固定板 19 2 8 1 凸模 19 2 8 2 凸模垫板 20 2 8 3 定位零件 21 2 8 4 卸料装置 21 2 8 5 推件装置 21 2 9 模具闭合高度与压力机装模高度的关系 21 2 10 模架主要零部件 22 2 10 1 模架 22 2 10 2 导柱与导套 23 2 10 3 模座 23 2 10 4 模柄 23 2 11 压力机选用原则 24 3 开关座弯曲模设计 24 3 1 开关座弯曲工艺性分析 24 3 2 开关座弯曲工艺力的计算 24 3 3 开关座弯曲回弹计算 25 3 4 多弯角支架弯曲模结构设计 27 3 5 弯曲模总体设计与标准零件选用 30 结 论 31 参考文献 32 致 谢 32 附 录 33 1 开关座冲裁 弯曲成型 切断连续式复合模设计 学 生 杨超 指导老师 周光永 湖南农业大学东方科技学院 长沙 410128 摘摘 要要 开关座在电器行业应用广泛 且不同的用途决定了盒形件技术要求的不同 在冲压 工艺中 解决开关座成型工艺具有重要意义 本文针对其结构和工艺特性进行连续式复合模设计 解决工艺及模具设计问题 是保证产品质量的前提 该设计对开关座的冲压工艺进行了分析论证 具有一定的使用价值 关键词 冲压 工艺分析 复合模具 Design of Switch Seats with a curved shape and Rushed out cutting continued in the Molds Students Yang Chao Tutor Zhou Guang yong Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University Changsha 410128 Abstract Switching Block apply widely in the electrical industry and the different uses determines the different technical requirements of rectangular box In the stamping process the solution switch blocks forming process is of great significance In this paper the characteristics of its structure and process design of continuous composite die and die design problem solving process is to ensure the quality of products The design of the seat of the stamping process switching is analyzed demonstrated with certain value Keywords Stamping technology analysis composite die 1 前言 1 1 研究课题的目的和意义 近年来 由于模具技术的迅速发展 模具设计与制造已成为一个行业越来越来引 起人们的重视 模具是现代工业生产中重要的工艺装备 他在各种生产行业 特别是冲 2 压和塑料成形加工中 应用极为广泛 我国模具工业总产值中 冲压模具的产值约为 50 现代模具技术的发展 在很大程度上依赖于模具标准化的程度 优质模具材料的 研究 先进的模具设计和制造技术 专用的机床设备及高水平的生产技术管理等等 但 其中模具设计是至关重要的一个方面 利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段 它 对于保证制品质量 缩短试制周期 进而争先进入市场 以及产品更新换代和新产品开 发都具有决定性意义 因此德国把模具成为 金属加工中的帝王 把模具工业视为 关键 工业 美国把模具成为 美国工业的基石 把模具工业视为 不 可估量其力 量的工业 日本把模具说成 促进社会富裕繁荣的动力 把模具工业视为 整个工 业发展的秘密 由于模具工业的重要性 模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用 使得模 具行业的产值已经大大超过机床 刀具工业的产值 这一情况充分说明在国民经济蓬勃 发展的过程中 在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中 越多越多地采用模 具来进行生产 模具工业明显地成为技术 经济和国力发展的关键 从我国的情况来看 不少工业产品质量上不 去 新产品开发不出来 老产品更新速 度慢 能源消耗指标高 材料消耗量大 这些都与我国模具生产技术落后 没有一个强大 的 先进的模具工业密切相关 因此 要使国民经济各个部门获得高速发展 加速实现社会主义四个现代化 就必 须尽快将模具工业搞上去 使模具生产形成一个独立的工业部门 从而充分发挥模具工 业在国民经济中的关键的作用 冲压生产靠模具和压力机完成加工过程 与其他机械加工方法相比 其在技术和经 济方面有如下特点 1 冲压加工的生产效率高 且操作方便 易于实现机械化和自动化 普通压力机 每分钟可以生产十几个零件 高速压力机每分钟可生产几百甚至上千件零件 所以它是 一种高效率的加工方法 2 冲压件的尺寸精度由模具来保证 所以质量稳定 互换性好 3 冲压可加工出尺寸范围较大 形状较复杂的零件 小到仪表零件 大到汽车覆 盖件 还可获得其他加工方法难以制造的壁薄 质量轻 刚性好 表面质量高 形状 复杂的零件 4 冲压加工一般不需要加热毛坯 也不像切削加工那样 需大量切削金属 所以 3 它不但节能 而且节约金属 故冲压件的成本较低 由于冲压工艺具有上述突出的特点 因此在国民经济各个领域广泛应用 例如 航 空航天 机械 电子通信 交通 兵器 日用电器及轻工等产业都有冲压加工 不 但在工业生产中广泛才用冲压工艺 而且可以说每个人每天都直接与冲压产品发生联 系 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 越来越多地才用冲压加工方法加工零件部件 如汽车 农机 仪表 仪器 电子 航空 航天 军工 家电及轻工等行业 在这些工业部门中 冲压件所占比例相当 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 现在大多也被质量轻 刚度好的冲压件所代替 因此可以说 如果生产中不广泛才 用冲压工艺 许多工业部门要提高生产效率和产品质量 降低生产成本 快速进 行产品更新换代是难以实现的 1 2 国内外研究概况及发展趋势 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 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 冲压成型理论及冲压工艺方面 冲压成型理论的研究是提高冲压技术的基础 目前国内外对冲压成型理论的研究 非常重视 在材料冲压性能研究 冲压成型过程应力应变分析 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取得了较大进展 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型过程的计算 机模拟技术 即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成型过程 根据分析结果 设计人员可预测某一工艺方案成型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 也缩短了制造模具的周期 目前国内外相继涌现出了精密冲压工艺 高能 高速成型工艺 超塑性成型工艺 及无模多点成型工艺等精密 高效 经济的冲压新工艺 2 冲模设计与制造方面 冲模是实现生产的基本条件 在冲模的设计和制造基础上 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 安全等大批量现代化生产的需要 冲 模正向高效率 高精度 高寿命及多工位 多功能方向发展 与此相适应的新型模具 4 材料及其表面热处理技术与表面处理 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 技术也正在迅速发展 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 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匹配 近年来 为了适应市场的激烈竞争 对产品质量的要求越来越高 且更新换代的 周期大为缩短 冲压生产为适应这一新的要求 开发了多种适合不同批量生产的工艺 设备和模具 其中 无需设计专用模具 性能先进的转塔数控多工位压力机 激光切 割和成型机 CNC 折弯机等新设备已投入使用 特别是近几年在国内外已经发展起来 国内已开始使用的冲压柔性制造单元和冲压柔性制造系统代表了冲压生产的新的发展 趋势 1 3 课题研究的主要内容和方案 1 3 1 课题研究的主要内容 多弯角支架零件冲压模具设计 原始资料及设计技术要求如下 1 零件图 2 零件材料牌号及厚度 10 号冷轧钢板 料厚 1 5mm 设计技术要求如下 1 年生产纲领 100000 件 2 绘制系统装配图 0 号图纸一张 3 完成模具装配过程三维 CAD 设计 4 测绘零件图 1 号图纸一张 5 编制设计计算说明书 不少于 10000 字 6 按技术规范要求的参数设计进行强度设计 7 图纸绘制符号按国家标准要求 1 3 2 课题研究的方案 1 分析冲压件的工艺性 根据设计题目的要求 分析冲压件成型的结构工艺性 分析冲压件的形状特点 5 尺寸大小 精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求 2 制定冲压件工艺方案 在分析了冲压件的工艺性后 通过可以列出几种不同工艺方案 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寿命高低 工艺成本 操作方便 和安全程度等方面 进行综合分析 比较 然后确定适合于工厂具体生产条件的最经 济合理的工艺方案 3 确定毛坯形状 尺寸和下料方式 在最经济的原则下 决定毛坯的形状 尺寸和下料方式 并确定材料的消耗量 4 确定冲模类型及结构型式 5 进行必要的工艺计算 6 选择压力机 7 绘制模具总图和非标准零件图 1 4 研究课题的主要目标和特色 利用模具成型零件的方法 实质上是一种少切削 无切削 多工序重合的生产方 法 采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺 可以提高生产效率 保证零件的 质量 节约材料 降低生产成本 从而取得很高的经济效益 从冷冲压方面来看 冷 冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工 便于实现自动化 生产效 率 操作简便 对于普通压力机 每台每分钟可生产几件到几十件冲压件 而高速冲 床每分钟可生产百件至千件以上冲压件 冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工 因而是一种节约能源 节约原材料的无 或少 切削加工方法 由于冷冲压所用原料 多是表面质量好的板料 冲件的尺寸公差由冲模来保证 所以产品尺寸稳定 互换性 好 利用模具的生产优势 通过落料 冲孔 弯曲三道工序完成零件的加工 能够实 现满足零件加工的各项指标 2 开关座冲裁 弯曲成型 切断连续式复合模设计 2 1 开关座冲裁工艺性分析 本设计是开关座冲裁 弯曲成型 切断连续式复合模 开关座简图 如图 2 1 所 示 生产批量 大批量 材料 10 6 材料厚度 1 5mm 由零件图可知 开关座的加工涉及到落料 冲孔和弯曲三道工序 该零件形状简 单 尺寸不大 是由简单的直线组成 工艺性好 冲裁件的经济精度不高于 IT11 级 一般要求落料件精度最好低于 IT10 级 冲孔件最好低于 IT9 级 汽车耳片零件的加 工精度要求为 IT14 能达到经济精度 适合大批量的生产 生产成本经济 经济性好 几何形状 尺寸和精度等情况均符合冲裁的工艺要求 图 1 开关座零件图 Fig 1 Part drawing of switch seat 2 2 工件排样与搭边 2 2 1 排样 冲裁件在板料或条料上的布置方式 称为冲裁件的排样 简称排样 排样的合理 与否 不但影响到材料的经济利用率 降低零件成本 还会影响到模具结构 生产率 制件质量 生产操作方便与安全等 排样如图所示 图 2 排样图 7 Fig 2 Arrangement figure 根据设计所给数据 板裁条料 B 123 mm 送料进距 S 145 mm 2 2 2 材料的利用率 排样的目的是为了合理利用原材料 衡量排样经济性 合理性的指标是材料的利 用率 所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比 排样合理与 否 对材料的利用率的大小直接影响 材料利用率的计算公式如下 一个进距的材料利用率 的计算如下 100 2 1 nA bh 式中 A 冲裁件面积 包括内形结构废料 mm2 n 一个进距内冲裁件数目 b 条料宽度 mm h 进距 mm 一张板料上总的材料利用率 总的计算如下 总 100 2 2 A LB n总 式中 总 一张板料上冲裁件总数目 L 板料长 mm 2 2 3 搭边 排样中相邻两制件之间的余料或制件与条料边缘间的余料称为搭边 其作用是补 偿定位误差和保持有一定的强度和刚度 防止由于条料的宽度误差 送进步距误差 送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品 保证冲出合格的工件 便于送料 搭边是废料 从节省材料出发 搭边越小越好 但过小的搭边值容易挤进凹模 增加刃口磨损 降低模具寿命 并且也影响冲裁件剪切表面质量 一般来说 搭边值 是由经验确定的 由设计数据料厚为 1 5mm 且开关座为非圆形零件 送料方式为手工送料 查 冷冲压模具设计与制造 第二版 14 页表 2 8 得侧搭边值 a 2 5 工作间 2 1a 由开关座零件图和排样图 2 2 可得知 因为开关座毛坯经落料冲孔后 还须进行弯曲工序才能得到最后开关座零件 故 8 在进行模具设计的排样时 必须先进行弯曲展开计算 开关座弯曲展开长度为 L S 145 2 1431a 冲裁件面积 A 13850mm2 条料宽度 B 123 mm 进距 H 145 mm 一个进距的材料利用率 1 13850 123 145 100 77 66 2 3 冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的间隙 单边用间隙用 C 表示 双边用 Z 表 示 圆形冲裁模双边间隙为 Z D凹 D凸 式中 D凹 冲裁模凹模直径尺寸 mm D凸 冲裁模凹模直径尺寸 mm 冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数 间隙的选取是否合理直接影响到冲 裁件质量 冲裁力 冲模的使用寿命和卸料力等 2 3 1 冲裁间隙的选取 冲裁间隙对冲裁件断面的质量 尺寸精度 模具寿命以及冲裁力 卸料力 推件 力等有较大影响 冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关 材料越硬 厚度越 大 则间隙值应越大 选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考 虑 其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下 使模具寿 命最长 设计时一般采取查表法确定 在冲模制造时 也可按材料厚度的百分比估算 查表 2 1 选得间隙值为 Zmin 0 21mm Zmax 0 25mm 表 1 冲裁模刃口始用间隙 Tab 1 Punch die with clearance blade beginning 材料名称08F 10 35 09Mn Q235 B2Q23440 50 初始间隙 Z 厚度 t ZminZmaxZminZmaxZminZmax 1 00 100 140 100 140 100 14 9 1 20 120 180 130 180 130 18 2 00 2460 3600 170 240 2600 380 为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件 提高模具的利用率 一般设计模 具时取 Zmin 作为初始间隙 由于根据设计数据 选取单边冲裁间隙 C 0 075 mm 2 4 冲压力计算 冲裁力是设计模具 选择压力机的重要参数 计算冲裁力的目的是为了合理地选 择冲压设备和设计模具 选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力 所设计 的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力 以适应冲裁的要求 冲裁时的总力包括冲 裁力 卸料力 推件力 顶件力的计算 2 4 1 冲裁力计算 冲裁力的大小主要与材料性质 厚度 冲裁件周长 模具间隙大小及刃口锋利程 度有关 根据 冷冲压模具设计与制造 第二版 中 17 页公式 2 9 2 10 计算方法如下 一般对于普通平刃口的冲裁 其冲裁力 F 可按下式计算 F L t 2 3 式中 F 冲裁力 N L 冲裁件的冲裁长度 mm t 板料厚度 mm 材料的抗剪强度 Mpa 有时也可用材料的抗拉强度进行计算 F L t b 2 4 式中 b 为材料的抗拉强度 Mpa 在落料冲孔复合模中 冲裁力包含落料力和冲孔力 由卸料板零件图可得 落料力 L 200 600 800mm t 1 5 mm b 300MPa F落 L t b 800 1 5 300 N 360000N 10 冲孔力 L1 20 2 45 2 130mm t 1 5 mm b 300MPa F孔 L t b 130 1 5 300 N 58500N 2 4 2 卸料力 推件力和顶出力 从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力 把落料件从凹模洞口顺着冲裁方 向推出去的力叫推件力 逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力 卸料力 推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算 见式 2 5 卸料力 F卸 K卸 F 落 推件力 F推 n K推 F孔 顶出力 F顶 K顶 F 落 2 5 式中 K卸 K推 K顶 分别为卸料力 推件力系数 其值见表 2 2 n 同时卡在凹模内的零件数 h 凹模直壁洞口的高度 表 2 推件力 顶件力 卸料力系数 Tab 2 coefficient of pushing a force the top pieces force unloading force 料厚 mm K推K顶K卸 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 2 5 6 5 0 1 0 065 0 050 0 040 0 014 0 08 0 06 0 05 0 06 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 卸料力 F卸 K卸 F 落 0 05 360000 N 18000N 推件力 F推 n K推 F孔 4 0 055 58500 N 12870N 11 n h t 8mm 2 mm 4 个 F总 F 落 F孔 F卸 F推 360000 58500 18000 12870 N 449370 449 37KN 2 5 模具压力中心计算 压力中心的计算采用空间平行力系的合力作用而得求解方法 画出所示制件 选定坐标系 xoy 如图 2 3 所示 图 3 零件图 Fig 3 Spare drawing L1 10mm X1 5 mm Y1 5 mm L2 5mm X2 10mm Y2 2 5mm L3 38mm X3 29mm Y3 0 mm L4 5mm X4 48mm Y4 2 5 mm L5 10mm X5 53 mm Y5 5mm L6 64mm X6 58 mm Y6 34 5 mm L7 28mm X7 44 mm Y7 69mm L8 50mm X8 30mm Y8 94 mm L9 20mm X9 20 mm Y9 119 mm L10 15 mm X10 10 mm Y10 76 5mm L11 10 mm X11 5mm Y11 104mm 12 L12 99 mm X12 0 mm Y12 54 5mm L13 20mm X13 29mm Y13 10mm L14 35mm X14 39mm Y14 27 5mm L15 5mm X15 36 5mm Y15 45mm L16 10mm X16 34mm Y16 50mm L17 15mm X17 16 5mm Y17 55mm L18 45mm X18 19mm Y18 35mm 故 X0 L1 X1 L2 X2 L3 X3 L4 X4 L5 X5 L6 X6 L7 X7 L8 X8 L9 X9 L10 X10 L11 X11 L12 X12 L13 X13 L14 X14 L15 X15 L16 X16 L17 X17 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 L14 L15 L16 L17 26 mm Y0 L1 Y1 L2 Y2 L3 Y3 L4 Y4 L5 Y5 L6 Y6 L7 Y7 L8 Y8 L9 Y9 L10 Y10 L11 Y11 L12 Y12 L13 Y13 L14 Y14 L15 Y15 L16 Y16 L17 Y17 L18 Y18 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 L14 L15 L16 L17 L18 29 42mm 则压力中心为 26mm 29 42mm 2 6 凸 凹模刃口尺寸计算 模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度 因而 正确确定冲裁凸模和凹模刃口的 尺寸及公差 是冲模设计的重要环节 2 6 1 凸 凹模刃口尺寸公差计算的原则 1 落料件的尺寸是由凹模决定的 故应以落料凹模为基准 冲孔件的尺寸是 由凸模决定的 故应以冲孔凸模为基准件 2 凸模和凹模之间应保证有合理间隙 计算时先计算基准件尺寸 间隙是在 计算非基准件时才考虑的 对于落料件 凹模为基准件 间隙由减小凸模尺寸来取得 对于冲孔件 凸模为基准件 间隙由增大凹模尺寸来取得 3 考虑到间隙在模具使用过程会随磨损而增大 故设计凸模和凹模时初始间 隙应取最小值 4 应区分模具磨损过程中凸模和凹模尺寸的变化趋势 凹模尺寸愈磨愈增大 13 凸模愈磨愈减小 因此 在设计新模具过程时 落料凹模尺寸应接近于落料件的最小 极限尺寸 也就是落料件的最大极限尺寸减去全部磨损量 冲孔凸模尺寸应接近于 冲孔件的最大极限尺寸 也就是冲孔件的最小极限尺寸加上全部磨损量 5 凸模和凹模的制造公差与冲裁的尺寸精度相适应 其上下偏差值应按入体 方向来标注 6 模具有两种制造方式 一种方式是凸模凹模分别加工 成批制造 可以互 换 另一种方式是单配加工 先加工基准件 然后非基准件按基准件配 加工后的凸 凹模不能互换 2 6 2 凸 凹模刃口尺寸计算的方法 由于凸模和凹模的加工方法不同 设计时其刃口尺寸计算应分别进行计算 1 凸模与凹模分开加工 采用凸模与凹模分开加工这种方法 要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差 它适用于圆形或简单形状的工件 为了保证间隙值 应满足 2 6 条件 凸 凹 Zmax Zmin 2 6 式中 凸 凸模的制造公差 凹 凹模的制造公差 凸 凹的值见表 2 3 表 3 规则形状冲裁时凸模 凹模的制造公差 Tab 3 when the regular shape blanking punch and die manufacturing tolerances 基本尺寸凸模公差 凸凹模公差 凹 180 0200 020 18 300 0200 025 120 1800 0300 040 下面对冲孔和落料两种情况加以分析讨论 冲孔 冲孔应先确定凸模刃口尺寸 间隙取在凹模上 设工件孔的尺寸为 d 其计算 公式为 d凸 d x 2 7 0 凸 d凹 d凸 Zmin 2 8 0 凹 14 式中 d凸 d凹 冲孔凸 凹模基本尺寸 mm 工件制造公差 mm X 因数 其值可查表 2 4 落料 根据刃口尺寸计算原则 落料时应首先确定凹模刃口尺寸 由于基准件凹模的刃 口尺寸在磨损后会增大 因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸 再 减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值 Zmin 仍然是凸模取负偏差 凹模取正偏差 设 工件尺寸为 D0 其计算式如下 D凹 D x 2 9 0 凹 D凸 D凹 Zmin 2 10 0 凸 表 4 因数 x Fig 4 Factor x 材料厚度 t mm 非圆形 x 值圆形 x 值 10 750 50 750 5 工件公差 mm 1 0 160 17 0 35 0 36 0 16 0 16 1 2 0 200 21 0 41 0 42 0 20 0 20 2 4 0 240 25 0 49 0 50 0 24 0 24 4 0 300 21 0 59 0 60 0 30 0 30 15 2 凸模与凹模配合加工 对于形状复杂或材料薄的零件 为了保证凸 凹模之间一定的间隙值 必须采 用配合加工 此方法是先加工好其中的一件 凸模或凹模 作为基准件 然后以此基 准件为标准来加工另一件 使它们之间保持一定的间隙 但用此方法制造的凸 凹模 是不能互换的 由于复杂工件形状各部分尺寸性质不同 凸模与凹模磨损情况也不同 所以基准 件的刃口尺寸需要按不同方法计算 如图 2 4 a 为一落料件 应以凹模为基准件 凹 模的磨损情况可分为三类 第一类是凹模磨损后增大的尺寸 图中 A 类尺寸 第二类是凹模磨损后减小的尺寸 图中 B 类尺寸 第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸 图中 C 类尺寸 a 落料件 b 冲孔件 图 4 落料 冲孔件的尺寸分类 Tab 2 4 Size classification of blanking punching 同理 对于图 2 4 b 的冲孔件 应以凸模为基准件 可根据凸模的磨损情况 按图示方法将尺寸分为 A B C 三类 当凸模磨损后 其尺寸的增减情况也是增大 减小 不变这一同样的规律 因此 对于复杂形状的落料件或冲孔件 其模具基准件 的刃口尺寸均可按下式计算 A 类 Aj Amax x 4 0 B 类 Bj Bmin x 0 4 C 类 Cj Cmin 0 5 2 11 8 式中 Aj Bj Cj 基准件尺寸 mm 16 Amax Bmin Cmin 工件极限尺寸 mm 工件公差 mm 对于与基准件相配合的非基准件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在图样上标 注 而是仅标注基本尺寸 并注明其公差按基准件凹模或凸模的实际尺寸配做 并保 证应留的间隙值 另外 如果按照加工的需要 希望对落料件以凸模为基准 对冲孔件以凹模为基准 件 则模具基准件的刃口尺寸可按式 2 12 计算 A 类 Aj Amax x Zmin 0 4 B 类 Bj Bmin x Zmin 4 0 C 类 Cj Cmin 0 5 2 12 8 由上文中间隙选择中 查表得间隙值 Zmin 0 21mm Zmax 0 25 mm 凸模和凹模采用分别加工的方法 根据如下 Zmax Zmin 0 25 0 21 0 04mm 查表 2 3 规则形状冲裁时凸模和凹模的制造公差 冲孔部分 凸 凹 凸 0 02 mm 凹 0 020 mm 凸 凹 0 020 0 020 0 040 mm Zmax Zmin 0 04 mm 可见能满足分别加工时 凸 凹Zmax Zmin 要求 故凸 凹模刃口部分尺寸计算如下 冲孔 d凸 d x d凹 d凸 Zmin 0 凸 0 凹 凸模 d凸 d x 0 凸 5 0 75 0 30 0 02 0 5 23 mm 0 02 0 查表 2 4 0 30 X 0 75 凹模 d凹 d凸 Zmin 0 凹 5 21 0 21 02 0 0 5 42 mm 02 0 0 17 查 冲压模具简明设计手册 凸凹模最小壁厚 材料厚度 t 1 5 mm 最小壁厚 a 3 8 mm 最小直径 D 21 mm 凸模尺寸按凹模尺寸配制 保证单面间隙为 Zmin 2 Zmax 2 2 7 复合模凹 凸凹模的结构设计 2 7 1 凹模 1 凹模的类型 按凹模的刃口孔形可分为圆柱形孔口凹模 锥形孔口凹模 按凹模的结构可分为整体式凹模和镶拼式凹模 2 凹模刃口形式 锥形刃口 如图 5 所示 冲裁件或废料容易通过 凹模磨 损后的修磨量较小 但刃口强度较低 刃口尺寸在修磨后略有增大 适用于形状简单 精度要求不高 材料厚度较薄工件的冲裁 当 t 2 5mm 时 15 当 t 2 5 6mm 时 30 当采用电火花加工凹模时 4 20 a b 图 5 凹模刃口形式 Tab 5 Blade form of dies 柱形刃口 如图 5 所示 刃口强度较高 修磨后刃口尺寸不变 但孔口容易积存 工件或废料 推件力大且磨损大 适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁 当 t1 3 3 6 50 0 30 0 400 35 0 500 45 0 60 50 1000 20 0 300 22 0 350 30 0 45 本设计开关座零件 是非标准尺寸凹模 则按上述公式有 H Kb 0 5 45 mm 22 5 mm C 2H 但该件上还需要冲一些小孔 且均在同一凹模上进行 所以凹模的厚度应当增加 故取 H 25mm 凹模的壁厚为 C 2H 2 25mm 50mm 由上述外形尺寸和查国家标准 可选用 250 160 45 GB T 2855 5 国家标准矩 形凹模板制取 其他尺寸根据凸凹模及固定要求而定 见凹模零件图 2 7 2 凸凹模外型结构 凸凹模的内 外缘均为刃口 内 外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸 为保证 凸凹模的强度 凸凹模应有一定的壁厚 凸凹模的最小壁厚值 m 一般可按经验数据决定 不积聚废料的凸凹模最小壁厚 19 值见式 2 15 冲裁硬材料时 m 1 5t 冲裁软材料时 m t 2 15 对于倒装复合模 因为孔内会积聚废料 所以最小壁厚要大些 其他外形尺寸按 零件冲裁要求及固定配合要求而定 见凸凹模零件图 2 8 模固定板 凸模固定板将凸模固定在模座上 其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外 还要 考虑螺钉与销钉孔的设置 其型式有圆形和矩形两种 厚度一般取凹模厚度的 0 6 0 8 倍 取 H1 0 7H 0 7 25 18 mm 选用固定板 250 160 25 45 钢 JB T7653 2 材料 45 钢 摘自 JB T7643 2 1994 技术条件 按 JB T7653 1994 的规定 其尺寸设计根据推件块 凸模及其固定需要设计 见固定板零件图 固定板的外 形尺寸一般与凹模大小一样 可由标准中查得 固定凸模用的型孔与凸模固定部分相 适应 型孔位置应与凹模型孔位置协调一致 凸模固定板内凸模的固定方法通常是将 凸模压入固定板内 其配合为 H7 m6 直通式凸模用 N7 h6 P7 h6 对于大尺寸的凸 模 也可直接用螺钉 销钉固定到模座上而不用固定板 对于小凸模还可以采用粘结 固定 2 8 1 凸模 1 凸模的类型 按工作性质 冲裁凸模可分为落料凹模 冲孔凸模等 按工 作断面形状 冲裁凸模有圆形 方形 矩形等 按其结构 冲裁凸模分为镶拼凸模和 整体凸模 按固定方式 冲裁凸模又背台式 叠装式 压块式 护套式 组合式等 2 凸模结构形式 凸模的结构形式分为无固定台阶式和有固定台阶式两种 无固定台阶式的凸模 其工作部分和固定部分为等断面形式 故非常适合凸模刃口用 线切割或成型磨削成型 有固定台阶的凸模 其中间台阶和凸模固定板以过渡配合相 配 而凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模 在卸料时不至于从凸模固定板中拉 出 工作部分可采用车削 磨削或采用仿形刨加工 最后用钳工进行精修 凸模长度 凸模长度一般是根据模具装配图结构上的需要确定的 本设计中凸模 20 的长度的设计根据 冲压工艺与模具设计 的公式来计算如下 L H1 H2 H3 Y 式中 H1 凸模固定板的厚度 H2 卸料板的厚度 H3 导料板的厚度 Y 附加长度 包括凸模刃口的修磨量 凸模进入凹模的深度 0 5 1mm 凸模固定板与卸料板之间的安全距离 A 15 20 mm 等 固定板 由上文可知固定板的厚度为 H1 18 mm 卸料板 卸料板兼有压料作用 冲裁件平整 卸料板与凸模之间的单边间隙取 0 1 0 2 t 即 0 2 0 4 mm 厚度一般为 5 15 mm 在此设计当中取卸料板厚度 H2 15mm 导料板 导料板的作用是导正材料的送进方向 导料板的厚度确定由材料厚度 和挡料销高度决定 查 冷冲压模具设计与制造 第二版 书 64 页 表 2 27 可知材料厚度 t 1 5 mm 导料板 H 20 mm 则 L H1 H2 H3 Y 18 15 20 18 1 72mm 凸模材料 模具刃口要有高的耐磨性 并能承受冲裁时的冲击力 因此应有高 的硬度与适当的韧性 形状简单的凸模常选用 T8A T10A 等制造 形状复杂 淬火变 形大 特别是用线加工方法加工时 应选用合金工具钢 如 Cr12 9Mn2V CrWMn 等 制造 热处理硬度取 58 62HRC 本设计选用 T10A 热处理硬度 56 60HRC 本设计中开关座冲孔凸模选用 B 形凸模 凸模 B 11 04 45JB T8057 2 1995 T10A 技术条件 按 JB T7653 1994 的规定 2 8 2 凸模垫板 凸模垫板装在凸模和上模座之间 它的作用是分散凸模传递的压力 当凸模尾端 传递的压强大于模座材料的许用压应力时 一般铸铁取 100 MPa 铸钢取 120 MPa 为防止凸模尾端压损模座 或选用压入式模柄的上模座 为避免模柄受到直接冲击作 21 用 在上模座和凸模固定板之间必须安装淬硬磨平的垫板 注 计算凸模传递的单 位压力时 应取凸模承受的总压力 不能仅取冲裁力 一般冲裁模使用的垫板 厚度可在 4 12mm 内按标准选用 外形尺寸应与凸模固 定板相同 为便于模具装配 销钉通孔直径可以比销钉直径大 0 3 0 5mm 垫板材料 可选用 45 钢 淬火硬度 HRC43 48 或选用 T7A T8A 淬火硬度为 HRC54 58 垫板 200 160 12 45 钢 JB T7643 3 材料 45 钢 技术条件 按 JB T7643 3 1994 的规定 2 8 3 定位零件 冲模定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确定位 不同的定位方式 根据毛坯的形状 尺寸及模具的结构形式进行选择 该冲模采用一对成型侧刃为送料 进距限位 而成型侧刃沿送料方向的长度等于送料进距 侧刃切边又是冲件展开毛坯 半个外廓 故该成型侧刃控制送料进距精准 可靠 2 8 4 卸料装置 卸料装置是将材料从凸模上卸下的装置 有固定卸料板和弹性卸料板两种 本设 计采用固定卸料装置 可用于料厚大于 0 5mm 平面度要求不高的工件 特别适用于 卸料力较大的情况 固定卸料板的结构形式分为四种 a 整体式 卸料板与导料板做成一体 适 用于条料宽度比较小的情况 b 分离式 适用于条料宽度比较大的情况 c 悬臂卸 料板 主要用于料厚不小于 2mm 大型零件边缘处的冲裁加工及在弯曲件上冲孔 d 拱形卸料装置 用于空心件或弯曲件冲底孔时卸件 e 半固定式卸料板 与 d 适用范围类似 此结构可以使用凸模高度尺寸减小 2 8 5 推件装置 刚性推件装置 常安装在上模部分 推件力是由压力机的横杆通过推杆 顶板 顶杆传给推件板 推杆长短要一致 分布要均匀 顶板一般装在上模座的孔内 形状 按被推下的工件形状来决定 1 顶板 2 推杆 推杆 A15 120JB T7650 1 22 材料 45 钢 热处理硬度 43 48HRC 技术条件 按 JB T7653 1994 的规定 3 顶杆 2 9 模具闭合高度与压力机装模高度的关系 模具的闭合高度 H 是指模具在完成冲压工序时上模座的上平面与下模座的下平面 之间的高度 模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应 由于压力机的连杆长 度可以调节 所以压力机的装模高度可以调节的 当连杆调节到最短时为压力机的最 大装模高度 Hmax 当连杆调节到最长时为压力机的最小装模高度 Hmin 模具的闭合高 度 H 应介于压力机的最大装模高度 Hmax 与最小装模高度 Hmin 之间 否则就不能保证 正常的安装与工作 其关系为 Hmax 5 H Hmin 10 2 16 若模具的闭合高度 H Hmax 则压力机不能用 若 H Hmin 则可用加垫板 设垫板厚度为 H1 则有 Hmax H1 5 H Hmin H1 10 2 17 2 10 模架主要零部件 2 10 1 模架 模架由模座 导柱及模柄等零件组成 模架是整副模具的骨架 模具的全部零件都固定在它的上面 并且承受冲压过程 中的全部负荷 模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连 下模座螺钉压板固定在压 力机工作台面上 上 下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置 以引导凸模的 运动 保证冲裁过程中间隙均匀 一般模架均已标准化 设计模具时 应加以正确选 用 模架的要求 要有足够的强度与刚度 要有足够的精度 如上 下模座要平行 导柱 导套中心要与上 下模座垂直 模柄要与上模座垂直等 上 下模之间的导 向要精确 导向件之间的间隙要很小 上 下模之间的移动应平稳和无滞住现象 模架的形式 在标准模架中 应用最广泛的是用导柱和导套作为导向装置的模 架 根据导柱和导套配置的不同有以下四种基本形式 23 1 后侧导柱模架 后侧导柱送料方便 可以纵向和横向送料 但是冲压时如 果有偏心载荷 则导柱 导套会单边磨损 它不能用于模柄与上模座浮动连接的模具 2 中间导柱模架 两导柱左右对称分布 受力平衡 所以导柱 导套磨损均 匀 但是只有一个送料方向 3 对角导柱模架 导柱的布置是对称的 而且纵横都能送料 对角导柱模架 的两导柱之间距离较远 在导柱 导套之间同样间隙的条件下 这种模架的导向精度 较高 4 四导柱模架 其导向精度与刚度都较好 用于大型冲模 在本设计中采用滑动对角导向后侧导柱模架 2 10 2 导柱与导套 导柱与导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取 在选用时应注意 因为模具修 磨后其闭合高度将减小 故导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时 导柱上端面与 上模座顶面的距离不小于 10 15 下模座底面与导柱底面的距离应为 0 5 1 导柱与导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用 当冲裁板厚载 0 8 以下的模具 时 选用 H6 h5 配合的 I 级精度模架 当冲裁板厚为 0 8 4 时 选用 H7 h6 配合的 级精度模架 1 导柱 导柱 A32h5 150 45 GB T2861 2 材料 20 钢 热处理 渗碳深度 08 1 2 mm 硬度 58 62HRC 技术条件 按 GB T2861 2 90 的规定 2 导套 导套 A48H6 100 38 GB T2861 7 材料 20 钢 热处理 渗碳深度 08 1 2 mm 硬度 58 62HRC 技术条件 按 GB T2861 6 90 的规定 2 10 3 模座 1 后侧导柱上模座标准 24 上模座 250 160 45GB T2855 5 技术条件 按 GB T2854 的规定 下模座 250 160 50GB T2855 6 技术条件 按 GB T2854 的规定 2 10 4 模柄 模柄有刚性与浮动两大类 所谓刚性模柄是指模柄与上模座是刚性连接 不能发 生相对运动 所谓浮动模柄是指模柄相对上模座能做微小的摆动采用浮动模柄后 压 力机滑块的运动误差不会影响上 下模的导向 常用的刚性模柄有四种型式 整体式 压入式 旋入式和凸缘式 本设计采用压入式 模柄 A50 120 GB2862 1 81 材料 Q235 2 11 压力机选用原则 确定压力机规格时 一般应遵循以下原则 1 压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力 2 压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸 并在冲压后能顺利地 从模具上取出工件 3 压力机的闭合高度 工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装 尤 其是压力机的闭合高度应于冲模的闭合高度相适应 4 压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求 冲孔 修边及弯曲工序 3 开关座弯曲模设计 3 1 开关座弯曲工艺性分析 弯曲是使材料产生塑性变形 形成有一定角度形状零件的冲压工序 弯曲工序可 以用模具在普通压力机上进行 也可以在专用的弯曲机上或弯曲设备上进行 具有良 好的工艺性的弯曲件 不仅能简化弯曲工艺过程和模具设计 而且能够提高弯曲件的 精度和节省材料 由零件图 2 1 所示 开关座属于板材弯曲 整个弯曲只需一次弯曲成型 整体弯 曲过程符合弯曲的工艺性要求 弯曲零件的孔离弯曲线大于要求的最小距离 弯曲时 25 不会发生孔变形 具有良好的弯曲工艺性 足以达到制件精度质量要求 3 2 开关座弯曲工艺力的计算 1 合理地选择弯曲用的压力机和设计模具 必须计算弯曲力 弯曲力的大小不 仅与毛坯的尺寸 材料的力学性能 弯曲半径等有关 而且与弯曲方式也有很大关系 从理论上计算弯曲力是比较繁杂 精确度也不高 因此生产中常用经验公式进行计算 根据 冷冲压模具设计与制造 第二版 98 页可知如下公式 V 形自由弯曲 3 1 2 10 6 b KB F Rt t U 形自由弯曲 3 2 2 10 7 b KB F Rt t 式中 弯曲力 N1F K 安全因数 一般