冲压模具设计chbch3-2PPT课件.ppt

1 125 1 认识冲裁模典型结构 尤其是级进模和复合模 及特点 2 了解模具标准 掌握模具零部件设计及模具标准应用方法 3 掌握冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤 学习目的与要求 第三章冲模的结构与设计 2 125 1 冲裁模典型结构及特点 2 冲裁模结构设计及模具标准应用 3 冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤 重点 难点 1 模具结构设计及模具标准应用 2 冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤 3 125 本章目录 3 1冲模的基本构造及分类 3 2冲模的典型结构 3 3冲模零件的构造与设计 3 4凸 凹模材料选用 3 5冲模总体设计 3 6精密冲裁工艺及精冲模具设计 3 8冲裁工艺设计 3 7硬质合金冲裁模 4 125 3 1冲模的基本构造及分类 一般来说 冲模都是由固定和活动两部分组成的 一 冲模的基本构造 任何一副冲模都是由各种不同的零件组成的 根据其作用都可以分成五种类型的零件 固定部分用压板 螺栓等紧固在压力机的工作台上 称为下模 活动部分一般紧固在压力机的滑块上 称为上模 上模随着滑块作上 下往复运动 从而进行冲压工作 5 125 1 工作零件作用是使被加工材料变形 分离 从而加工成工件 如凸模 凹模 凸凹模等 2 定位零件作用是控制条料的送进方向和送料进距 确保条料在冲模中的正确位置 包括挡料销 导正销 导尺 定位销 定位板 侧压板和侧刃等 3 压料 卸料与顶料零件作用是保证将工件或废料从模具中排出 以使下次冲裁顺利进行 包括冲裁模的卸料板 顶出器 废料切刀 拉深模中的压迫圈等 压边圈主要作用是防止板料毛坯发生失稳起皱 4 导向零件作用是保证上模对下模相对运动有精确的导向 使凸模与凹模之间保持均匀的间隙 如导柱 导套 导板 导筒等即属于这类零件 6 125 因此 在分析冲模结构时 应从这五个类别去识别和研究模具上的各个零件 5 固定零件作用是使上述四类零件联结和固定在一起 构成上 下模两部分 并使冲模能安装在压力机上 包括上模板 下模板 模柄 凸模和凹模的固定板 垫板 限位器 弹性元件 螺钉 销钉等 当然 并非所有的冲模都必须具备上述五类零件 在试制或小批量生产时 为了缩短试制周期和降低成本 可把冲模简化成只有工作零件 卸料零件和几个固定零件的简单模具 在大批量生产时 为了确保工件的质量和模具寿命及提高劳动生产率 冲模上除了包括上述五类零件外 甚至还附加自动送 出料装置 7 125 主视图一般表示上模工作到下死点时的情况 为了把各个零件的结构和相互间的装配关系表述清楚 主视图通常以剖视的形式画出 在不影响剖视图表达剖面迹线通过部分结构的情况下 可将剖面迹线以外部分旋转或平移到剖视图上 像螺钉 圆柱销 推杆等就可以这样画出 模具图的绘制与识读 下模的俯视图 是假设将上模去掉以后的投影图 另外 在模具总图的右上角要绘出该模上所冲压的工件图和排祥图 上模的俯视图 就是假设将下模去掉以后的投影图 对称模具上模和下模的俯视图可各画一半表示 模具装配图的绘制要求 8 125 9 125 二 冲模分类 1 按工序的性质可分为落料模 冲孔模 切断模 切口模 剖切模 切边模等 2 按工序的组合方式可分为单工序的简单模和多工序的连续模 复合模以及连续复合模 3 按模具上 下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模 导柱模 滚珠导柱模 滚柱导柱模等 4 按控制送料步距的方法可分为固定挡料销式 活动挡料销式 自动挡料销式 导正销式 侧刃式等 5 按凸 凹模的材料可分为碳素工具钢冲模 合金工具钢冲模 硬质合金冲模 锌基合金冲模 橡皮冲模 聚氨酯橡胶冲模等 6 按凸 凹模的结构形式可分为整体模与拼块模 7 按凸 凹模的位置形式可分为正装模和倒装模 8 按模具的卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模 10 125 定义 无导向模 openingdie 简单 敞开性好间隙不均 精度低 易磨损 指在压力机的一次行程内 只完成一个工序的模具 3 2冲模的典型结构 1 单工序模 singleoperationdie 11 125 导板模 guideplatedie 导板模的导向精度比无导向模高 寿命长 使用安装容易 操作安全 由于受到热处理变形的影响 导板常常是不经淬火处理的 适用于小行程 形状不复杂 小件 1 模柄2 止动销3 上模座4 8 内六角螺钉5 凸模6 垫板7 凸模固定板9 导板10 导料板11 承料板12 螺钉13 凹模14 圆柱销15 下模座16 固定挡料销17 止动销18 限位销19 弹簧20 始用挡料销 12 125 导柱模 guidepillardie 导柱 导套导向会加大模具轮廓尺寸 使模具笨重多 增加模具成本 导柱导套导向比导板可靠 导向精度高 使用寿命长 更换安装方便 所以 大量和成批生产中广泛采用导柱式冲裁模 13 125 14 125 图2 6冲孔模1 定位插销 2 凹模支架 3 凹模 4 支座 5 凸模 6 定位螺钉 15 125 2 级进模 连续模 progressivedie 用连续模冲制零件 必须解决条料的准确定位问题 才有可能保证工件的质量 送料导向 导尺及侧压 定义 送进定位 活动档料销 导正销 侧刃定距 特点 可采用自动送料和自动出料 生产率高 压力机一次行程中 在一副模具的不同位置 工位 上同时完成两道或多道工序的冲模 0520 16 125 有侧刃的连续模 17 125 连续模爆炸图 18 125 19 125 正装复合模 正装式复合模 凸凹模装在上模 3 复合模 compounddie 定义 压力机的一次行程中 在一副模具的同一位置上同时完成几个不同工序的冲模 凸凹模孔内不积存废料 所受胀力小 不易胀裂 冲孔废料落在冲模工作面上 不易排除 给操作带来不便 正装复合模用于冲制料厚较薄且要求平直度较高的工件 20 125 21 125 倒装式复合模 凸凹模装在下模 优点 冲孔废料由凸凹模孔下漏 使结构简单 操作方便 缺点 凸凹模孔内由于积存一定数量的废料 所受胀力大 当凸凹模壁厚小 强度不足时易破裂 而且 工件由刚性推件装置推出 这种结构对工件不起压平作用 因此冲下的工件不够平整 22 125 23 125 24 125 4 冲模形式比较 工件质量 工件的尺寸精度 断面质量 形状位置精度高 生产率高 工件安全性好 冲模制造的难易程度 复合模 连续模 连续模 形状复杂 复合模制造模易 形状简单 连续模制造模易 25 125 26 125 我国国家标准总局对冷冲模已制定了国家标准 代号为GB285l 2875 81 标准包括 冷冲模模架及其技术条件 冷冲模零件及其技术条件 冷冲模典型组合及其技术条件 3 3冲模零件的构造与设计 设计模具时应尽量选用已标准化的零件 对于非标准件可参考标准零件设计 要做到对标准件正确选用 对非标准件合理设计 必须具备各类冲模零件的结构特点和设计方面的基本知识 设计和选用冲模零件时 应充分考虑到各类零件的工作条件 装配关系 维修 制造等方面的要求 以使冲模零件具有良好的工作性能 足够的使用寿命 并使加工 装配容易 成本低廉 可以简化模具设计 缩短设计和制造周期 提高模具质量 降低模具成本 27 125 一 工作零件 1 凸模 凸模的结构和尺寸 结构 圆形 小孔 8 30mm 凸模铆平 护套 28 125 中型孔 阶梯压入 29 125 图3 25大圆凸模1 模板2 凸模 图3 24镶块式凸模1 凸模固定座2 凸模镶块 大孔 窝孔定位 窝孔与凸模为过渡配合 图3 25 为了减少凸模的磨削面积 将其中部挖成空心 镶块镶套在凸模固定座上 中间用一个大螺钉紧固 然后再将凸模固定座用螺钉和销钉紧固在模板上 图3 24 30 125 非圆形 类似圆形 类似方形 安装部分做成圆形或长方形 具有复杂外形的凸模应设计成直通式 以便于成形磨削或线切割加工 其固定方式为铆开磨平 31 125 凸模的固定方法 直接固定 螺钉销钉 凸模固定板 铆接 可换 浇注固定 环氧树脂 低熔点合金图3 31图3 32 32 125 凸模强度校核 其它断面 凸模长度尺寸 L h1 h2 h3 15 20 式中 L 凸模长度 mm h1 凸模固定板厚度 mm h2 卸料板厚区 mm h3 导尺厚度 mm 耐压 圆形 33 125 其它Lmax 425 有导向 圆形凸模Lmax 270 其它截面Lmax 120 稳定性 34 125 2 凹模 1 凹模的结构及固定尺寸 结构 常见的有 整体式凹模和组合式凹模两种形式 整体式凹模 组合式凹模 凹模固定方法 螺钉 销钉 35 125 2 凹模的孔口形式 直壁形 锥形 刃口强度较低 孔壁所受的胀力 摩擦力小 所以凹模的磨损及每次的刃磨量小 且刃口尺寸在修磨后略有增大 刃口强度高 刃磨后孔口尺寸不变 制造方便 36 125 3 尺寸 凹模高度 凹模的外形尺寸应保证有足够的强度和刚度 由于凹模的结构型式不一 受力状态又比较复杂 目前还不能用理论计算法确定凹模的外形尺寸 凹模壁厚 刃口到外边缘的距离 C 1 5 2 H H K b 式中b 冲裁件最大外形尺寸 K 系数 考虑坯料厚度的影响 其值可查表2 8 1 30 40mm 15mm 在实用中 一般根据冲裁件尺寸和板料厚度 按下列经验公式作概略计算 37 125 3 凸凹模 凸凹模内外外缘均为刃口 内外缘之间的壁厚取决于工件的尺寸 它不像凹模那样可以将外缘轮廓尺寸扩大 所以从强度考虑 壁厚受最小值限制 4 凸模与凹模的镶拼结构 大型 中型和形状复杂 局部薄弱的整体凸模或凹模 往往给锻造 机械加工或热处理带来很大的困难 当它局部磨损后又会造成整个凸 凹模的报废 采用原因 38 125 镶拼结构设计的一般原则为 1 每个拼块可以磨削 因而刃口尺寸和模具间隙可以得到精确控制 1 便于加工制造 减少钳工工作量 减少热处理变形 2 便于维修更换与调整 3 满足冲裁工艺要求 凸 凹模的镶拼结构的优点 其缺点 2 冲模制造精度高 使用寿命长 3 分块后消除了应力集中 断面均匀 减少或消除热处理的内应力 变形与开裂 4 便于维修与更换损坏部分 减少模具制造与维修费用 节约模具钢 5 凸 凹模分块后 可以用小设备加工大模具 镶拼结构的装配和调整也比整体结构复杂 拼块尺寸精度高 加工工艺复杂 39 125 二 定位零件 作用 使毛坯正确送进及在冲模中处于正确位置 保证冲出合格制件 不致冲缺而造成浪费 送料导向 横向定位 导销 导尺及侧压 送进定位 纵向定位 档料销 导正销 定距侧刃 定位板 1 定位装置 主要指定位板或定位销 一般用于对单个毛坯的定位 这种定位可以以外轮廓定位 也可以内孔定位 单个坯料定位 40 125 1 工件外形简单时 应以外缘定位 外形复杂时以内孔定位 2 定位要可靠 放置毛坯和取出工件要方便 操作要安全 3 对于形状不对称的工件 定位板要有鲜明的方向性 以防出现废品或由于操作不当而引起事故 4 若工件需经几道冲压工序完成时 则各套冲模应尽可能利用工件上同一个定位基准 即使定位基准统一 以避免定位基准不一致而造成工件的积累误差 设计定位板与定位销时 应注意以下几点 41 125 42 125 导销 固定 活动 2 导料装置 主要指导料销 导尺和侧压装置 作用 控制条料毛坯的送进方向 导尺 图3 2 侧压图3 46 43 125 1 固定档料销 3 挡料装置 作用 限定条料送进距离 并起定位作用 主要有 固定 活动 临时挡料销和侧刃等 适用于手工送料的简单模或连续模 一般装在凹模上 44 125 2 活动档料销 a b 型 弹性卸料板 倒装式模具 c 型 固定卸料板 45 125 3 临时档料销 级进模 46 125 4 定距侧刃 定距位确 生产率高 料耗大 t 0 5 侧刃长等于一个工位间的距离 图3 15 矩形侧刃演示 成形侧刃演示 47 125 4 导正销 图3 53 档料销与导正销的位置关系 48 125 三 顶 推 卸料装置及零件 1 卸料装置 卡在凸模上的料 刚性 卸料力大 操作不方便 用于平整度不高的件 弹性 适于工件平整度较高的情况 t小 49 125 2 推顶件装置 卡在凹模中的料 刚性 打杆装置 弹性 527 50 125 3 压边装置 刚性 弹性 51 125 四 导向零件 1 导柱导套 配合 相互 与模板 装配位置 导套在上模 导柱在下模 52 125 长度 闭合状态与导柱上表面离上模板上平面10 15 布置 图3 63 滚珠导向 无间隙图3 66 滚珠导柱导套 53 125 滚珠导向装置 滚珠导向装置钢球保持架 54 125 滚珠导向装置实物图片 55 125 滚珠导柱导套在模具中的安装位置 56 125 对角导柱模架 后侧导柱模架 中间导柱模架 四角导柱模架 中间导柱圆形模架 57 125 58 125 2 导板图3 4 配合 H h 厚度 H 0 8 1 0 HaHa 凹模厚度 59 125 五 安装固定零件 1 模柄 2 模板 校核 抗压强度校核 结构 方 圆 尺寸 外形尺寸 大于凸模固定板外形厚度 Hb 1 1 5 Ha 60 125 3 固定板 垫板 4 螺钉 销钉 固定板 与凸模的配合H r 厚度H 1 1 5 d d 凸模安装直径图3 2 作用 加强模板图3 68 调整闭合高度图3 14 垫板 图3 2 外形 平面尺寸与凹模同 61 125 六 弹性元件的选用 外形尺寸与数量与模具结构相适应 预压力 顶推卸料力或压边力 总压缩量 预压量 行程 凸模总修磨量 允许的最大压缩量 装在封闭腔中 留间隙 稳定性H D 1 5 分层 62 125 3 4冲模零件的材料选用 凸 凹模 一 黑色金属材料 冲压件的批量小 工件形状简单 65Mn T8A T10A 二 硬质合金 优点 硬度高HRA89 92 8 HRC70 75 寿命800万次 冲压件的批量大 工件形状复杂 9SiCr CrWMn Cr12 Cr12MOW 缺点 脆性 导向精度要高 适当加大C 安装牢靠 牌号 YG10YG15YG20 63 125 三 工程塑料 大型覆盖件 材料 环氧树脂 浇注方便 修补易适于 大型复杂曲面 结构不易准确控制 基体 铸铁 钢板面层 环氧树脂滑动多 金属镶块镍铬 铜铬 钼钒铸铁 表面火淬火 四 锌基合金模具 锌为基体 加入铝 铜和少量的镁机械性能 低碳钢加工性能 青铜铸件熔点 380 浇铸温度 420 450 64 125 3 5冲模总体设计 冲模设计时应具备下列技术资料 一 冲模设计应具备的技术资料 2 产品工艺文件 1 冲压件的产品零件图及生产纲领 产品图上标有零件的形状 尺寸 精度 材料牌号及有关的技术要求 生产纲领即是产品零件的生产批量 两者是冲模设计最主要的依据 设计出来的模具最终必须保证出合格的产品零件 并能满足生产批量的要求 主要是冲压工艺规程卡 冲模设计前 首先要进行冲压工艺设计 确定工序次数 工序的组合 工序的顺序及工序简图等 并把这些内容编写成冲压工艺规程卡 冲压工序数和工序的组合确定了这一冲压零件的模具数量和模具复合类型 如简单模 连续模或复合模等 因此 冲压工艺规程卡也是冲模设计的重要依据 冲模设计者必须按照工艺规程的工艺方案 模具数量 模具类别和相应的工序简图来设计冲压模具 65 125 3 冲压设备资料 4 有关冲模标准化的资料 主要是冲压设备说明书 其内各主要有 技术规格 结构原理 调试方法 顶出和打料机构以及安装模具的各种尺寸参数 如闭合高度 模柄孔尺寸 工作台尺寸等等 设计冲模时 应全面了解设备的结构特点和尺寸参数 并使模具的有关结构和尺寸与设备相适应 优先采用冲模的标准零部件 以提高设计效率和设计质量 缩短冲模的设计与制造周期 有关冲模标准化的资料可查阅GB2851 2875 81等 66 125 1 确定模具的总体结构 进行必要的工艺参数计算 二 冲模设计一般程序与内容 2 确定模具的压力中心 3 确定模具的闭合高度 4 凸 凹模和垫板等零件的强度计算及弹性元件的计算和选用 5 选择冲压设备 6 绘制模具总图及模具零件图 67 125 冲模设计时 首先要根据工艺方案选定的模具种类 简单模 连续模或复合模 三 模具总体结构型式的确定 确定出具体的模具总体结构形式 这是冲模设计的关键一步 它直接影响冲压件的质量 成本和冲压生产率 所以必须予以十分的重视 模具的结构形式很多 可根据冲压件的形状 尺寸和生产批量及工艺方案的要求来设计 设计时 在满足冲压件质量要求的前提下 对小批量生产 模具结构力求简单 制造周期短 成本低 对大批量生产 模具结构力求完善 生产率高 寿命长 68 125 1 根据冲压件的形状和尺寸 确定凸 凹模的结构形式和固定方式 确定模具结构形式的内容包括以下几个方面 2 根据毛坯的特点 冲压件的精度和生产批量 确定定位 导料和挡料方式 3 根据工件和废料的形状大小 确定出件和排除废料的方式 4 根据板料的厚度和冲压件的精度要求 确定压料与卸料方式 压料或不压料 弹性卸料或刚性卸料 5 根据生产批量 确定操作方式 手工 自动或半自动操作 6 根据冲压件的精度和对模具寿命的要求 确定导向方式 7 根据所使用的设备 确定模具的安装与固定方式 69 125 1 大型复杂形状的模具零件 加工困难时 应考虑采用镶拼结构 以利于加工 说明 2 模具结构应保证磨损后修磨方便 尽量做到不拆卸即可修磨工作零件 影响修磨而必须去掉的零件 如模柄等 可做成易拆卸的结构等 3 冲模的工作零件较多 而且使用寿命相差较大时 应将易损坏及磨损的工作零件做成快换结构的形式 而且尽量做到可以分别调整和补偿易磨损件的高度尺寸 4 质量较大的模具应有方便的起运孔或钩环等 5 模具的结构应保证操作者的手不必进入危险区 而且各活动零件 如卸料等 的结构尺寸 在其运动范围内不致压伤操作者的手指等 70 125 四 模具压力中心 模柄的中心线 定义 冲压合力的作用点 目的 使模具的压力中心与压力机滑块中心相重合 1 对称形状 几何中心 2 非对称形状或多凸模 一个平均力系的合力对一个坐标轴的力矩 等于各分力对该轴的力矩之和 力大小 线段长度 凸模周长 力作用点 线段中心 凸模几何中心 71 125 非对称形状图3 72 多个凸模图3 73 a 按比例画出凸模刃口图形 选定坐标系 b 以各基本线段长代表冲压力的大小 l1 l2 c 计算各基本线段重心至x y轴之距 x1 x2 y1 y2 d 求合力的作用点 l1 l2 x l1x1 l2x2 l1 l2 y l1y 1 l2y2 72 125 73 125 五 模具的闭合高度图3 74 模具的闭合高度 hm 冲模的闭合高度是指模具在最低工作位置时 上模板的上平面与下模