离合器壳体中心大孔冲孔成型修边复合膜设计

1 目 录 摘 要 2 1 分析冲压件的工艺性 7 1 1 冲裁工艺性 7 1 2 成形工艺性 8 2 分析计算确定工艺方案 9 2 1 确定所需的冲压基本工序 9 2 2 确定工序数目 9 2 2 1 确定拉伸次数 9 2 2 2 顶面起伏成形加工次数的确定 10 2 2 确定工序顺序 11 2 3 确定工序的组合 11 3 主要工艺参数的计算 13 3 1 计算毛尺寸 13 3 2 计算冲压力 15 3 2 1 起伏成形的压力计算 15 3 2 2 中心冲大孔的冲裁力 15 3 2 3 修边时的冲裁力 16 3 2 4 冲中心大孔时的御料力 16 3 2 5 外缘修边时的御料力 16 3 2 6 冲孔时的推件力 17 3 2 7 计算压边力 17 3 3 初选压力机 17 3 4 计算压力中心 18 3 5 计算凸凹模刃口尺寸及公差 18 3 5 1 冲中孔时凸 凹模刃口尺寸计算 19 3 5 2 修边凸凹模刃口尺寸计算 20 3 5 3 成形凸凹模的刃口尺寸计算 20 4 模具整体结构设计 22 2 4 1 修边凹模的设计 22 4 1 1 凹模的尺寸计算 22 4 1 2 凹模的结构形式 23 4 2 冲孔凸模的设计 24 4 2 1 计算 24 4 2 2 凸模的结构设计 25 4 3 凸凹模 冲孔凸模和修边凹模 的设计 26 4 4 冲模的导向装置 27 4 4 1 无导向冲裁 27 4 4 2 导板导向 28 4 4 3 模架的导向 28 4 5 定位装置 31 4 5 1 条料的横向定位装置 31 4 5 2 条料的纵向定位装置 32 4 6 卸料装置 33 4 6 1 固定卸料装置的形式 33 4 6 2 固定卸料板的固定方式 33 4 7 推件装置的设计 33 4 7 1 推件板的结构形式 34 4 7 2 推件板的尺寸与公差 34 4 7 3 推件板的极点位置 34 4 7 4 打杆与打板的设计 34 5 其它冲模零件设计 35 5 1 模柄的类型及选择 35 5 2 凸模固定板 36 5 3 垫板 36 5 4 紧固件 37 5 5 定位销 37 6 模具的装配 38 6 1 复合模的装配 38 3 6 2 凸 凹模间隙的调整 38 7 具体零件的工艺方案 39 总结 41 参考文献 42 致 谢 43 4 1 1 分析冲压件的工艺性 1 1 冲裁工艺性 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性 即冲裁件的结构形状 尺寸大小 精度等级是否符合冲裁加工的工艺要求 良好的结构工艺性应保证 材料消耗少 工序数目少 模具结构简单而寿命高 产品质量稳定 操作简单 等等 通常对冲裁件的工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求 对几何 形状的要求是冲裁件的形状应尽可能简单 对称 最好采用圆形 矩形等规则 的几何形状或由这些形状所组成 使排样时废料最少 冲裁件的凸出悬臂和凹 槽的宽度不宜太小 以免凸模折断 冲裁件的外形或内形的转角出 要避免夹 角出现 应以圆弧过渡 以便于模具加工 减少热处理或冲压时的在尖角处开 裂的现象 同时可以防止尖角部位的刃口磨损过快而使模具寿命降低 对精度 的要求是冲裁件的经济精度一般不高于 IT11 级 最高可达 IT8 10 级 冲孔比 落料的精度约高一级 该零件的形状如图 1 其冲裁工艺性为 结构与尺寸 该零件结构较简单 形状对称 完全由圆弧和直线组成 没有长的悬臂和狭槽 精度 零件尺寸最大凸缘尺寸精度为 IT11 高度尺寸略低于 IT12 其余 尺寸均为自由尺寸 中心大孔的冲孔尺寸要求不高 可以经过普通的冲裁方法 加工形成 修边时 相应的尺寸要求和冲孔时相比较高 其凸缘尺寸为 IT11 级精度 因此 进行模具设计时 应保证修边时所用模具的精度 另外 零件图中还对 下顶面与下底面的平行度 下底面的平面度有一定要求 因此加工时最好能使 外缘的修边和顶面的成形在同一付模具上进行加工 以保证相对的位置精度和 形状精度 而在冲模加工方法中 复合模能在一付模具上对工件进二道或更多 的工序加工 而保持被加工零件没有相对的位移 有利于得到较高精度的加工 件 因此 相对来说 该零件的冲裁加工要求可以得到保证 材料 该零件材料为 10 号钢 屈服强度为 206Mpa 此材料具有良好的 结构强度和塑性 其冲裁加工性较好 5 生产批量 大批量生产 根据以上分析 该零件的冲裁性较好 可以冲裁加工 图 1 工件图 1 2 成形工艺性 上图所示零件为离合器壳体的剖视图 是经过本道模加工后应达到的要求 其前一道工序的零件图和该图相比 没有顶面的下凹锥形及中心的大孔 其它 形状尺寸和本道工序的尺寸几乎相同 只是下凸缘留有修边余量 为了得到本 道工序所要求的形状 要对该离合器壳体的顶面进行局部拉延的变形加工 其 成形特点为伸长类与形 伸长类成形的破坏形式主要是由于材料的延伸率不足而造成的破裂 如伸 长类翻边 扩口 扩孔 凸包 平板的圆筒 锥台及各种复杂曲面胀形等 当 其各部分材料伸长不均匀时 常伴有起皱 翘曲等缺陷 对于该种破裂的成形 常用其变形前后的相对伸长与材料延伸率之比来衡 6 量成形极限 由于该零件采用 10 号钢进冲压成形 材料的延伸率较大 朔性较 好 经过初步的估算可知 该零件的成形工艺性较好 2 分析计算确定工艺方案 2 1 确定所需的冲压基本工序 由零件图可知 该零件主要外形是留有小凸缘的锥形件 锥形件开口向下 其顶面还有一小锥形的下凸包 凸包下底面冲有一个大中心孔 要加工成具有一定深度的冲压件 必需要进行成形加工 如为了得到零件 的外轮廓锥形 要对零件进行拉伸或纯胀形加工 由于进行冲压加工的毛坯多 为板材或型材 面拉伸成形一般要求其毛坯外形为圆形或尺寸一定的非圆毛坯 因此在拉伸加工前需进行落料冲裁 而在拉伸加工时 为了拉伸的计算的简便 有时不需要对拉伸件的毛坯进行精确的计算 只需留有一定的修边余量 在其 后的加工中再把多余的材料去掉 这就需要在后续工序中配有修边加工 上顶 面的小凸包加工时 可以采用与外面大锥形成形方法一致的拉伸成形 也可以 根据其形状和尺寸确定其它的冲压加工 由于上顶面凸包的高度尺寸相对较小 而径向尺寸较大 可利用胀形加工方法对其进行加工 因此 该零件的加工所需要的冲压基本工序有 落料 拉伸 拉延成形 冲孔及修边 2 2 确定工序数目 2 2 1 确定拉伸次数 零件外形的拉伸属于圆锥型件的拉伸成形 圆锥型零件厚度不同 可以分 为下述的三种情况 浅锥型件 相对高度 h d 0 1 0 25 一般半锥角 50 80 在成形过程中毛坯的 00 变形程度小 拉深后的回弹大 为保证工件的形状 尺寸精度 必需加大径向 7 拉应力 提高胀形成分 具体措施有 无凸缘可以补加凸缘 采用带拉 1 2 深筋的凹模 用像皮或者液压代替凸模进行拉深 3 中锥形件 相对高度 h d 0 3 0 7 一般锥角 45 中等深度的锥形件毛坯 15 的变形程度不大 由于有很大一部分毛坯在压边圈外呈悬空状态 因此成形的 主要工艺缺陷是悬空部分拉深变形的起皱失稳 同样 可以利用加在径向拉应 力的方法来防止 根据毛坯相对厚度 t D100 的不同 大致可以分为三种情 况 当 t D1000 8 一般半锥角 深度较大的锥形件毛坯的变 10 30 形程度较大 只靠息坯与凸模接触 局部面积传递成形力 极易引起毛坯的局部 过度变薄乃至破裂 所以需要经过多次过渡渐渐成形 具体方法有 阶梯过渡法 1 用这种方法是将毛坯分数道工序逐步拉深成阶梯 阶梯与成品的内形相切 最后在成形模内整形 缺点是 壁厚不均匀 有明显的印痕 工作表面不光滑 所用模具套数多 结构 加工都较复杂 锥面逐步成形法 2 这种方法是将毛坯拉成圆筒形 使其等于或大于成品圆锥表面积 而直径 等于圆锥大端直径 以后各道工序逐步拉出圆锥面 使其高度逐渐增加 最后 形成所需的圆锥件 与阶梯法下比 表面光滑与壁厚均匀方面都有所好转 但 所需的模具套数仍然较多 在这个零件的拉伸加工中 h d 56 248 0 22 半锥角为 65 属于浅 锥型件的拉伸 在成形过程中毛坯变形程度小 可以一次拉伸成功 8 2 2 2 顶面起伏成形加工次数的确定 起伏成形是依靠材料的延伸使工序件或工件形成局部凹起或凸起的冲压工 序 起伏成形中材料厚度的改变为非意图性的 即厚度改变形过程中自然形成 的 不是设计指定的要求 对于一定厚度及性能的材料 要使起伏成形能够顺利进行 则材料的变形 程度必需要在材料本身充许的变形程度范围之内 因此 当材料性能一定时 有一个极限的变形程度 该变形程度就决定了起伏成形时 材料所能成形的一 个极限尺寸 当实际尺寸超过此成形极限尺寸时 起伏成形不能顺利进行或者 需要经过几道成形工序才能达到零件所要求的尺寸 起伏成形的变形程度 可用延伸率表示 1 100 1 LLL 式中 变形的沿截面的材料长度 mm 1 L L 变形前材料原有长度 mm 延伸率 一次起伏成形的延伸率 不能超过材料拉伸试验的延伸率的 70 75 即 0 7 0 75 由于零件材料为 10 号钢 查表得其延伸率为 29 变形长度尺寸如下所示 图 2 工件图 L 132mm L 1 6 13845sin 45sin1 25 9 210 225 9 180454 6 96 0000 所以 295100132 132 6 138 100 1 LLL 故顶面凸包可以通过一次工序加工完成 9 2 2 确定工序顺序 对于外锥形轮廓的加工 采用先落料再拉伸 对于顶面的内凸包和冲孔加工时 为了使孔在冲压后尺寸不受到较大影响 采用先成形凸包 在成形快终了时 对中心大孔冲孔 修边是为了保证离合器壳体的大凸缘尺寸 因此应该在胀形和冲孔完成时 再进行 作为该步骤零件加工的最后一道工序 2 3 确定工序的组合 工序的组合方案及比较 方案一 1 落料 2 拉深 3 成型 4 冲孔 5 修边 方案二 1 落料与拉深复合 2 成型与冲孔复合 3 修边 方案三 1 落料 2 拉深与成型复合 3 冲孔与修边复合 方案四 1 落料与拉深复合 2 形型 冲孔与修边复合 方案一 采用单工序生产 模具结构简单 安装 调试容易 但生产道次 多 效率低 不适合大批量生产 故很少使用 方案二 将落料与拉深进行复合 工序少 生产效率较高 但模具结构较 复杂 安装 调试难于控制 同时模具强度较低 方案三 将拉深与成型复合 方案四 复合程度最高 模具结构复杂 安装调试困难 模具成本提高 同时可能降低模具的强度 缩短模具的寿命 根据以上四个冲压工艺方案的比较 四种冲压工艺方案各有其优点和缺点 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 故在此设计 中选择方案四进行冲制离合器壳体 加工出该形状的零件需要经过两付模具 这付复合模加工的零件毛坯为经过前一付模具加工的半成品 在后面相关的设 10 计计算中 主要钉对第二付模具的设计进行计算 3 主要工艺参数的计算 3 1 计算毛尺寸 由于所设计的本套模具用于离合器壳体的第二步的冲裁加工 其前一步骤 为板形条料的落料及拉伸 为了对本道步骤的加工方法有更好的了解 仍需对 上一道步骤加工时所用材料的毛坯尺寸进行计算 以确定所留的合理修边余量 便于本工序加工时得到可靠的数据 拉深时 由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的 方向性 反映到拉深过程中 就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳 此外 如果板料本身的金属结构组织不均匀 模具间隙不均匀 润滑的不均匀等等 也都会引起冲件口高低不齐的现象 因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进 行修边处理 这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯 的展开尺寸计算 由于第一道工序拉伸的零件是锥形件 其拉伸工艺与圆筒形件的拉伸基本 相似 因此可以根据圆筒形件拉伸时的修边余量来确定该锥形件的修边余量 其误差相比较不大 在拉深时 虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化 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 同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变 因而 在 计算拉深件的的毛坯展开尺寸时 可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面 积相等 11 图 3 如图 凸缘直径为 锥形件换算为圆筒形件后的相当直径为 d 252 f d 206 相对凸缘直径 5 123 1 206 252 dd f 由表 4 17 查得修边余量为 冲压工艺与模具设计 mmd6 故修边前的凸缘直径为 2 mmddD ff 26412252 计算零件的毛坯尺寸时 把拉伸形件分为五个部分进行计算 即 凸缘直 边段 凸缘圆角段 倾斜直边段 顶部圆角段以及顶部圆底段 凸缘直边段和凸缘圆角段的计算如下 图 4 凸缘直边段的表面积计算 222 1 639 6043 249264 4 mmA 凸缘圆角段的表面积计算 Z LRA 2 2 其中 12 圆角段母线重心到旋转轴 y y 的距离 z R L 母线长度 bRCRZ 3 666 0 65cos1 65 180 cos1 180 0000 b 圆弧中心角 R 5 13 5 32sin 65 5 143602sin 360 000 0 0 RX 因此 509 115 5 13666 0 2249 Z R 450 16 5 1418065 180 000 RL 825 11938509 115450 162 2 A 同理可得到其它段的表面积为 29880 4 3 A 74 5802 4 A 2 21799 5 A 因此 毛坯尺寸为 54321 2 0 4AAAAAD 54321 4AAAAAD 217995803298801193960444 0 D mm 310 0 D 3 2 计算冲压力 3 2 1 起伏成形的压力计算 采用刚性凸模对平板毛坯进行胀形时所需的胀形力 F 按下式估算 F KLT N b 4 式中 K 胀形区周边长度 mm T 板料厚度 mm 板料抗拉强度 MPa b K 考虑变形程度大小的系数 一般取 K 0 7 1 查表取材料的抗拉强度为 300MPa b 所以3005 27 0 dF 13 式中 d 为顶面胀形锥形凸包的相对直径 取锥形凸包的大端直径与小端直径的 中间值 经计算为 d 144 3 mm N 5 1883005 2 3 1147 0 F 3 10 3 2 2 中心冲大孔的冲裁力 冲孔力可按下式计算 5 bC LtF 1 式中 冲孔力 N 1C F L 冲件的内轮廓长度 mm t 板料厚度 mm 材料的抗拉强度 MPa b 因此 该零件的冲孔力为 N 8 2233005 295 1 C F 3 10 3 2 3 修边时的冲裁力 修边时冲裁可按下式计算 6 bC LtF 2 修边冲裁力 N 2C F L 冲件的内轮廓长度 mm t 板料厚度 mm 材料的抗拉强度 MPa b 因此 该零件修边时的冲裁力为 N 76 5933005 2252 2 C F 3 10 3 2 4 冲中心大孔时的御料力 一般情况下 冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响 会使落料件 梗塞在凹模内 而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上 从凸模上将冲件或废料 卸下来所需的力称卸料力 影响这个力的因素较多 主要有材料力学性能 模 具间隙 材料厚度 零件形状尺寸以及润滑情况等 所以要精确地计算这些力 是困难的 一般用下列经验公式计算 14 7 CX FKF 11 式中 冲孔时的冲裁力 C F 卸料力系数 其值可查表得到 在此取 0 05 1 K 1 K NFX 33 1 10 1 1110 8 22305 0 3 2 5 外缘修边时的御料力 8 CX FKF 12 式中 冲中心大孔时的冲裁力 C F 卸料力系数 其值可查表得到 在此取 0 05 1 K 1 K N 33 2 10 7 291076 59305 0 X F 3 2 6 冲孔时的推件力 将卡在凹模中的材料逆着冲裁力凹模中的所需要的力称为推件力 在这付 模具设计中 当上模上行时 推件块把该次冲压形成的废料或工件推出凹模口 外 凹模口内没有废料积存 取 n 为 1 推件力为 9 CT nFKF 2 式中 推件力 的意义同前 T F C F n 同时卡在凹模孔内的工件或废料片数 推件力系数 其值由表查得 在此取 0 05 2 K 2 K N 33 10 1 11110 8 22305 0 T F 3 2 7 计算压边力 平板胀形及起伏成形本质上是以伸长变形为主的局部成形 其外缘尺寸一 般不发生变化 但在靠近凹模口附近 低碳钢4 铝5 黄铜 d d d d 5 5 的材料仍有径向伸长 为主 切向收缩 为辅 并伴有厚度变薄 d d 的变形 在非旋转体胀形起伏成形中 也会由于材料流入不均匀产生横向应力 松弛现象 这些都会造成工件在凸缘或侧壁上出现皱褶 因而需要足够的压边 力 压边力 Q 的取值可按下述公式选取 冲模设计基础 P 成形力 3 d dD PQ 3 d dD PQ21 15 3 d dD PQ21 式中 毛坯直径 mm D 凹模口直径 d d Q 压边力 因此 在该零件的成形加工中取压边力为 Q 200 N 3 10 3 3 初选压力机 压力机吨位的大小的选择 首先要以冲压工艺所需的变形力为前提 要求 设备的名义压力要大于所需的变形力 而且还要有一定的力量储备 以防万一 从提高设备的工作刚度 冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发 要求 设备容量有较大的剩余 由于在起伏成形快终了时再进行冲孔和修边 此时所需成形力不是很大 因 此在计算冲压力时以只把冲孔和修边所需的力相加 另外起伏成形时提供压边 力的压料板在上模上行时 以充当外缘修边时的御件板 而压边力比御料力大 很多 则在回程时还能提供一定的压力以作御料 因而外缘修边时的御料力可 以不必计算在压力机的公称压力之内 则总的冲压力为 10 QFFFF XCC 121 3 10 200 1 1176 593 8 223 1028 5 N 3 10 因此初选开式压力机 1600KN 3 4 计算压力中心 为了保证压力机和模具平稳的工作 必须使冲模的压力中 心与压力机滑块 中心线重合 对于使用模柄的中小型模具就是 要使其压力中心与模柄轴线相重 合 否则将会使冲模和压力机滑块承受侧向力 产生偏移 引起凸 凹模间隙 不均匀和导向零件加速磨损 还会引起压力机导轨的磨损 影响压力机精度 严重时会损坏模具和设备 造成冲压事故 任何几何图形的重心就是其压力中心 对于复杂工件和多凸模冲裁的压力 中心 可利用力矩原理用计算法求得 即分力对某坐标轴力矩之和等于其合力 对该坐标轴的力矩 在实际生产中 可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生冲压变形的情况 16 或者由于冲压件形状的特殊性 从模具结构考虑不宜于使压力中心与滑块中心 重合 这时应注意使压力中心偏离不致超出所选压力机所允许范围 因为本零件为圆形其压力中心就在其圆心 所以不必计算它的压力中心 3 5 计算凸凹模刃口尺寸及公差 冲裁件的尺寸精度取决于凸 凹模刃口部分的尺寸 冲裁间隙的合理也要 靠凸 凹模刃口部分的尺寸来实现和保证 所以正确确定刃口部分的尺寸是相 当重要的 在决定模具刃口尺寸及制造公差时 需考虑以下原则 落料件的 尺寸取决于凹模的磨损 冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸 考虑到冲裁时凸 凹模的磨损 在设计凸 凹模刃口尺寸时 对基准件刃口尺寸在磨损后变大的 其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值 对基准件刃口尺寸在磨损后 减少的 其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值 这样 在凸模磨损 到一定程度的情况下 仍能冲出合格的零件 在确定模具刃口制造公差时 要既能保证工件的精度要求 又要保证合理的间隙数值 采用凸凹模分别加工 凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上 标注的尺寸及公差进行加工 冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证 这样就 需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差 并标注在凸凹模设计图样上 这样加工方法具有互换性 便于成批制造 主要用于简单 规范形状 图形 方法或矩形 的冲件 由于零件中心冲孔及外缘修边都是简单的圆形 可以采 用凸凹模分开加工 即采用公差法制模 冲孔 修边凸凹模刃口尺寸的计算如 下所述 3 5 1 冲中孔时凸 凹模刃口尺寸计算 冲孔时 因为冲孔件表面尺寸与凸模刃口尺寸基本一致 应该先计算刃口 尺寸 合理间隙值依靠改变凹模刃口尺寸获得 冲中心孔时 11 0 min TP xdd 12 A PD Zdd 0min 式中 冲孔凸模刃口设计尺寸 mm P d 冲孔凹模刃口设计尺寸 mm D d 工件充许最小尺寸 mm min d x 补偿刃口磨损系数 17 工件公差数值 T 凸模尺寸下偏差 上偏差为零 A 凹模尺寸上偏差 下偏差为零 最小冲裁间隙 min Z 对于未注尺寸公差取 IT14 级 并且对于 轴类尺寸 取单向负偏差 孔 类尺寸 取单向正偏差 则中心孔的相关尺寸为 87 0 00 95 由表 1 3 查得 10 号钢冲裁时间隙值为 t 0 07x2 5 0 175 7 min Z 9 t 0 09x2 5 0 225 max Z 对于凸凹模的偏差按四六分配原则处理 即 02 0 05 0 4 0175 0 225 0 4 0 4 0 min ZZT man 03 0 05 0 6 0175 0 225 0 6 0 6 0 min ZZA man 所以 00 02 0 00 02 0 0 min 435 95 87 0 5 095 TP xdd 03 0 00 03 0 000min 26 95 175 0 435 95 A PD Zdd 3 5 2 修边凸凹模刃口尺寸计算 修边时 修边废料留在凸模外面 工件留在凹模里面 为了保证工件冲压加工 后的尺寸精度 应该先计算凹模的刃口尺寸 合理间隙值依靠改变凸模刃口尺寸 获得 13 A D xDD 0max 14 0 min TDP ZDD 式中 落料凹模刃口设计尺寸 D D 落料凸模刃口设计尺寸 P D 工件充许最大尺寸 max D 由于零件的公差要求为 IT11 级 其尺寸及偏差为 252 056 0 376 0 t 7 x2 5 0 175 7 min Z 9 t 0 09x2 5 0 225 max Z 对于凸凹模的偏差按四六分配原则处理 即 02 0 05 0 4 0175 0 225 0 4 0 4 0 min ZZT man 03 0 05 0 6 0175 0 225 0 6 0 6 0 min ZZA man 所以 18 03 0 0 03 0 00max 704 251 32 0 75 0 056 0 252 A D xDD 0 02 0 0 02 0 0 min 592 251 175 0 704 251 TDP ZDD 3 5 3 成形凸凹模的刃口尺寸计算 由于成形加工与相同尺寸的拉伸加工有点类似 其凸凹模的结构形式可以 与拉伸时的凸凹模结构形式一致 只是成形极限尺寸不同 所需压边力不同 在计算该零件的局部成形凸凹模尺寸时 可以依照拉伸相同尺寸的锥形件 凸凹模的设计尺寸进行计算 拉延凸模的轮廓确定 一般情状下 取拉延件侧壁与压料面的交线 如下图所示 就是凸模的外轮廓直径 123 302 为经计算得到的工件尺 P d 寸 取 IT14 级公差 则其实际尺寸为 1 0 302 123 图 5 锥形凸模大端尺寸为 15 41 5 0 ddP 式中 锥形凸模大端工作尺寸 1P d d 成形件内形尺寸 25 0 25 0 1 802 123 15 0302 123 P d 同理 217 0 217 0 2 109 97 87 0 5 0674 96 P d 取工件的圆角半径值 8 P R P R 成形凹模尺寸的计算 凹模磨损后 冲压成形的零件尺寸有增大的倾向 因此其工作尺寸应接近 19 工件尺寸的极限最小值 其大端工作部分尺寸的计算如下 25 0 25 0 4 max1 25 132 175 0133 75 0 ddd 凹模圆角半径取工件的圆角半径值 10 5 d R 217 0 4 2 59 105 87 0 75 0 87 0 373 105 d d 4 模具整体结构设计 4 1 修边凹模的设计 4 1 1 凹模的尺寸计算 凹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 凹模壁厚 C 凹模壁厚 C 是指凹模刃口到凹模外边缘的最短距离 凹模壁厚将直接影响 凹模板的外形尺寸 即长度与宽度 L x B 故在设计过程中应选择合适的凹 模壁厚 C 凹模壁厚 C 值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要 同时也能保证凹 模强度和刚度 在选择凹模壁厚时 还应注意以下几点 工件落料时取表中较 小值 反之取较大值 型孔为圆弧时取小值 为直边时取中值 为尖角时取大 值 当设计标准模具或虽然设计非标准模具 但凹模板毛坯需要外购时 应将 计算的凹模外形尺寸 L X B 按模具国家标准中凹模板的系列尺寸进行修正 取 较大规格的尺寸 所以根据以上的要求查表 9 6 得零件毛坯直径为 157 板 料厚度为 1 5mm 的凹模壁厚 C 为 42mm 2 凹模厚度 H 凹模板的厚度 H 主要不是从强度需要考虑的 而是从连接螺钉旋入深度与 凹模刚度的需要考虑的 凹模板的厚度一般应不小于 10mm 特别小型的模具可 20 取 8mm 随着凹模板外形尺寸的增大 凹模板的厚度也应相应的增大 整体凹模板的厚度可按如下的经验公式估算 H K1 x K2 x 0 1F 1 3 16 式中 F 冲裁力 N 在前面计算冲裁力得 F 299929N K1 凹模材料修正系数 合金工具钢 K1 1 碳素工具钢 K1 1 3 该凹模的材料为 T12 故取 K1 1 3 K2 凹模刃口周边长度修正系数 见表 2 18 凹模厚度按刃 口长度修正系数 K2 可得 K2 1 37 把 K1 1 3 K2 1 37 F 299929N 代入 H K1 x K2 x 0 1F 1 3 可得 H K1 x K2 x 0 1F 1 3 1 3 x 1 37 x 0 1 x 299929 1 3 55 33mm 在求得凹模壁厚和厚度后 就初步有了凹模的外形的尺寸 这个外形尺寸 还须向国家标准靠拢 由凹模壁厚 C 42mm 凹模厚度 H 55 33 知 凹模长 L 157 2 x 42 241mm 凹模宽 B 157 2 x 42 241mm 凹模板外形尺寸 L x B x h 241 x 241 x 55 33 查表 14 6 摘自 GB2858 81 矩形和圆形凹模外形尺寸知 将上述凹模板外形尺寸改为 250 x 250 x 40mm 凹模外形尺寸形状如下图所示 图 6 凹模外形尺寸图 凹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 凹模尺寸 强度和刚度足够 一般不再进行强度和刚度的核算 21 4 1 2 凹模的结构形式 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 其凹模 结构图如下图所示 图 7 修边凹模结构形式 凹模的固定方法用螺钉固定 具体的固定方法见装配图 4 2 冲孔凸模的设计 在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前 首先要考虑工作零件的加工方 法及模具装配方法 冲孔部分以冲孔凸模为基准计算 冲孔凹模按间隙值配制 既以落料凹模 冲孔凸模为基准 凸凹模按间隙值配制 具体计算如下 由于未注尺寸精度都为 IT14 级 查机械设计手册摩擦系数 X 0 5 最大冲裁间隙为 0 5mm 最小冲裁间隙为 0 35mm 1 冲孔 B bmin x 0 4 17 95 0 5 0 037 0 0 037 95 0190 0 009 则冲孔凸凹模尺寸按凸模刃口实际尺寸配制保证双面间隙在 0 35mm 0 5mm 4 2 1 计算 确定各零件结构尺寸 冲孔凸模 L 固定板 垫板 工件高度 工件厚度 自由高度 30 40 46 2 5 3 5 122mm 成型凸凹模 1 22 L 固定板 压料板 成型高度 成型余量 30 30 10 7 77mm 橡胶块的选择和高度 根据该模具的工作要求和环境选用耐油聚氨橡胶 橡胶极限压缩量 hj jH 式 9 1 其中 H 是自由高度 橡胶预压量 hy yH 式 9 2 两式相减得 H hg j y hg t 1 j 0 4 y 0 3 2 5 1 0 4 0 3 11 67mm hj 4 67mm hy 1 167mm 螺钉的选用 M14 90 的内六角螺钉与模板的装配关系如图 材料 45 钢 圆柱销的装配 选用 D10 90 材料 45 钢 23 4 2 2 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 2 冲孔凸模结构 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 其凸模结构图如下所示 24 图 8 冲孔凸模结构 4 3 凸凹模 冲孔凸模和修边凹模 的设计 凸凹模即冲孔时为冲孔凸模 修边时为修边凹模 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 4 4 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 4 4 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 25 图 9 修边凸模结构 图 10 冲孔凹模结构图 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 4 4 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 26 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 4 4 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 模具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 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 适于各种冲裁模使用 特别适于级进冲裁模的使用 为 27 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 设计与装配模具时 还应注意下列事项 当模具处于闭合位置时 导柱的上端面与上模座的上平面应留 10 15mm 的 距离 导柱下端面与下模座下平面应留 2 5mm 的距离 导套与上模座上平面应 留不小于 3mm 的距离 同时上模座开横槽 以便排气 导柱导套滚动导向模架 在导柱与导套之间加多排钢球 组成滚动导向装 置滚动导向的突出特点是 钢球与导柱 导套之间不但没有间隙 而且有 0 01 0 02mm 的过盈量 成为无间隙导向 因此其导向精度非常高 为了减少磨损 钢球沿导柱与导套工作面的滚动轨迹应不重合 为此 钢 球在保持圈内的排列 横向应当错开 纵向连线与导柱轴线成 8 度角 为了防止保持圈在工作时下沉 脱离导套而减少配合长度 可在导柱上另 加一个支承弹簧 滚动导向装置属于无间隙导向 精度高 寿命长 使用于高速冲模 薄料 t 小于 0 5mm 无间隙冲裁 精密冲裁 硬质合金模及其它精密冲裁 28 标准模架 标准模架是指列入模具国家标准的模架 标准模架有如下特点 1 标准模架是模具标准件中商品化程度最高的 有各种型号与规格可供 选购 2 出售的标准模架均由专业厂成批制造 质量有保障 价格便宜 3 虽然每个模具都是单件生产的 但是模架却可以批量生产 为适应批 量生产的需要 降低生产成本 提高模架质量 模座采用铸铁制造 普通模架 的导柱与导套选用 20 号钢制造并经渗碳淬火 硬度为 58 62HRC 而滚动导向 模架的导柱与导套则采用轴承钢 GCr15 制造 淬火硬度为 62 68HRC 4 标准模架严格按冷冲模模架技术条件 GB2854 81 制造与验收 可见 标准模架的质量是很高的 设计模具时应尽量选用 根据以上对各种模架的比较 为了提高生产率 降低模具的成本 故在选 择模架时 根据以上模架的使用和装配要求 在此设计中选用中间导柱标准模 架 其结构图如装配图所示 图 11 导柱导套模架结构图 4 5 定位装置 冲压加工时 条料或坯料在冲模内处于正确的位置 称为定位 定位的基本形式有如下三种类型 1 导向定位 2 接触定位 3 形状定位 在此设计模具中选用接触定位 4 5 14 5 1 条料的横向定位装置条料的横向定位装置 条料的横向定位也称为导料 主要作用是保证条料的横向搭边值 故在此 29 次设计中采用导料板进行条料的横向定位 其设计过程如下所述 导料板一般由两块组成 装配模具时保证两导向面互相平行 称为分体式 导向板在简单落料模上 有时将导料板与固定卸料板制成一体 称为整体式导 料板 采用整体式导料板的模具 结构较简单 但是 固定卸料板的加工量比 较大 且不便于安装调整 在固定卸料式冲模和级进模中 条料的横向定位使用导料板 而不用导料 销 导料板比导料销耐用 安装调整方便 1 导料板的长度 对于无承料板的模具 导料板的长度就等于凹模板的长度 即 L 250mm 2 导料板的宽度 当凹模型孔横向尺寸沿对称轴线均分时 无论型孔是否对称 则两块导料 板的宽度是相同的 其宽度 b 应按下式计算 b 0 5 B B0 B1 18 式中 b 导料板的宽度 mm B 凹模板的宽度 mm B 250mm B0 条料板的宽度 mm B0 159 4mm B1 双面导料间隙 mm B1 0 17mm 把 B 250mm B0 183 4mm B1 0 17mm 代入 b 0 5 B B0 B1 中可得 b 0 5 B B0 B1 0 5 x 250 159 4 0 17 0 5 x 90 43 45 215mm 3 导料板的厚度 查表 2 22 导料板厚度可得 由于此零件的厚度为 1 5mm 故取导料板的厚 度为 6mm 其导料板的结构图如下图所示 30 图 12 导料板的结构图 4 5 2 4 5 2 条料的纵向定位装置条料的纵向定位装置 条料纵向定位也称为挡料 在落料模与复合模中 挡料的主要作用是保证 条料的纵向搭边值 而在级进模中还将影响制件的形位尺寸精度 因此要求更 高 考虑模具的结构简单 故在此选用固定挡料销进行条料的纵向定位 其设 计过程介绍如下 固定挡料销装在凹模型孔出料一侧 利用落料以后的废料孔进行挡料 控 制送料距离 简称定距 模具国家标准规定的固定挡料销有两种型号即 A 型 和 B 型 具体结构查阅相关资料 但是 B 型用于废料孔较窄时挡料较方便 但 应用不多 一般都采用 A 型 故在此设计中选用 A 型 固定挡料销设置在近凹模刃口出为推式挡料 设置在远离凹模刃口处为拉 式挡料 在此选用推式挡料 推式挡料的挡料销孔离凹模刃口较近 损害凹模 强度 拉式挡料可克服这一缺点 冲厚料时可考虑采用 但在落料纵向尺寸较 大时 将使凹模长度乃至整个模具尺寸都增大 因此 应用并不多 采用挡料 销定距时 每次送料均需将条料抬起 因此 只能单冲 不便连冲 生产效率 较低 拉料挡料更是如此 固定挡料销主要用在落料模与顺装复合模上 在 2 3 个工位的简单级进模 上有时也采用 工位多的级进冲裁模不宜采用挡料销定距 采用固定挡料销定 距时 如果模具为弹压卸料方式 卸料板上要开避让孔 以防卸料板与挡料销 碰撞 4 6 卸料装置 卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后 将条料或工件与落料凸模或冲孔 凸模脱离 以便进行下一次冲裁 在这里只介绍固定卸料装置 4 6 1 固定卸料装置的形式 1 整体式卸料板 结构简单 但装配调整不便 2 分体式卸料板 导料板装配方便 应用较多 3 悬臂式卸料板 用于窄长件的冲孔或切口后的卸料 31 4 拱桥十卸料板 用于空心件或弯曲件冲底孔后的卸料 4 6 2 固定卸料板的固定方式 1 卸料板和凹模用同一螺钉和销钉紧固到下模座上 螺钉数量为 4 个 其结构简单 但为了刃磨凹模 在拆下卸料板同时 也使凹模脱离了下模座 如模具是用导柱导向的 刃磨后再重新装配模具 很可能使冲裁间隙不如初装 时均匀而损害模具的精度 2 卸料板只连接到凹模上 凹模再单独连接到下模座上 螺钉一般要增 加 4 6 个 销钉要增加 2 个 其结构复杂些 但拆下卸料板时 凹模不脱离下 模座 也就克服了前者的缺点 应注意 在下模座与卸料板定位销对应处 应 钻直径稍大于销直径的通孔 以便拆卸料板时顶出销钉 如果板料较薄 采用固定卸料方式 会引起板料严重翘曲 使工件质量不 好 在间隙过大时 还容易出现卡死现象 严重时可能损坏模具 因此 采用 固定卸料方式 按生产经验 板料厚度不宜大于 0 8mm 而且不适于冲软铝板 固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同 其厚度可取凹模厚度的 0 8 倍 板料厚度超过 3mm 时 可与凹模厚度一致 固定卸料板形孔与凸模的单面 间隙可以取 0 2 0 5mm 厚料与硬料可取大值 4 7 推件装置的设计 复合模出件均为逆出件 冲入凹模内的工件需由出件装置反向推出或顶出 倒装复合模的出件装置在上模 也称为推件装置 顺装复合模的出件装置在下 模 也称为顶件装置 推件装置一般由推件板 推杆 打板 打杆组成 在回程 当滑块内的打 杆横梁撞击到床身两侧的限为螺钉时 便产生推件力 并通过打杆 打板 推 杆传至推件板 类似的装置如果用于顺装