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模具设计方法 主讲教师 罗云华 第5章冲模设计实例分析 1 2 冲裁模设计的总原则 在满足制件尺寸精度的前提下 力求使模具的结构简单 操作方便 材料消耗少 制作成本低 5 1冲裁模设计实例 3 生产批量 大批量材料 30钢材料厚度 0 3mm精度等级 IT14 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 O X Y 4 零件尺寸精度分析 其两孔中心距的尺寸及公差为 82 0 2 mm 用一般精度的模具即可满足零件的精度要求 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 1 零件工艺性分析 5 零件形状简单 结构符合冲裁工艺性要求 只需一次落料即可 故采用单工序落料模进行加工 零件结构工艺性分析 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 6 30钢的抗剪强度 480MPa 抗拉强度 b 600MPa 伸长率 22 此种材料有足够的强度 适宜于冲压生产 零件冲压件材料分析 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 根据以上分析 此产品冲工艺性较好 故选择冲压方法进行加工 7 该制件属于大批量生产 且零件形状简单 工艺性良好 只需一次落料即可 故采用单工序落料模进行加工 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 2 确定冲压工艺方案 8 采用弹压卸料装置 以便于制造与操作 采用顶件器顶出工件 同时使模具有良好的导向精度 选择导柱 导套导向的简单冲裁结构 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 3 确定模具结构型式 9 排样 因生产批量大 为了简化冲裁模结构 便于定位 采用单排排样方案 如图所示 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 4 冲压工艺设计及计算 10 由表查得 最小搭边值a 1 5mm b 2mm 送料进距 h 34 1 5 35 5mm 条料宽度 B 116 2 2 120mm 冲裁件面积 S 3190mm2 一个进距的材料利用率 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 11 该模具采用弹性卸料和下顶出料方式 a 冲裁力 计算冲压力 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 12 b 卸料力 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 c 顶件力 根据压力初选压力机为123 63kN 查压力机规格表 13 按比例画出工件形状 将工件轮廓线分成 的基本线段 并选定坐标系 因工件对称 其压力中心一定在对称轴上 即 0 故只计算 确定模具压力中心 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 14 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 15 本例零件因形状比较复杂 且为薄料 为保证凸 凹模之间的间隙值 必须采用凸 凹模配合加工的方法 以凹模为基准件 根据凹模磨损后的尺寸变化的情况 将零件图中各尺寸分为 计算凸 凹模刃口尺寸 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 16 凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制 并保证双面间隙0 03 0 05mm 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 17 5 1冲裁模设计实例 5 1 1单工序落料模 18 模具总体设计及主要零部件设计 正装下顶出单工序落料模主视图 19 正装下顶出单工序落料模俯视图 20 生产批量 大批量材料 30钢材料厚度 2 2mm 零件简图如图所示 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 21 1 冲压件工艺性分析 该零件形状简单 对称 是由圆弧和直线结构成的 零件的精度要求和生产批量符合冲裁工艺要求 故采用孔落料复合冲裁模进行加工 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 22 该零件形状宜采用直对排的排样方案 以提高材料利用率 如图所示 2 排样 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 23 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 24 3 排样冲压力计算 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 25 4 冲孔时的推件力 凹模洞口形式如图所示 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 5 总冲裁力 26 按比例画出工件形状 并选定坐标系 如图所示 因零件左右对称 即 0 故只计算 将工件轮廓线分成 的基本线段 4 确定模具压力中心 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 27 求出各段长度及各段的重心的位置 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 28 对冲孔 26mm采用凸 凹模分开加工 5 计算凸 凹模刃口尺寸 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 29 对于外轮廓的落料 由于形状复杂 故采用配合加工 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 30 冲 26mm孔的圆形凸模 由于模具需要在凸模外面装推件块 因此设计成直柱形状加工 如图所示 6 凸模 凹模 凸凹模的结构设计 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 31 凸凹模结构如图所示 凸凹模的最小壁厚m 1 5t 3 3mm 而实际最小壁厚为9mm 故符合强度要求 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 32 7 模具总体设计及主要零部件设计 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 主视图 33 俯视图 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 34 采用侧向送料 两个导料销24控制条料送进方向固定挡料销2控制送料进距 采用由卸料板16 卸料螺钉23和弹簧20组成的弹性卸料装置 冲制的工件由推杆5 推板7 推销8和推块13组成的刚性推件装置推出 冲孔的废料通过凸凹模的内孔从冲床台面孔漏下 5 1冲裁模设计实例 5 1 2冲裁复合模 35 生产批量 大批量材料 35钢 退火 材料厚度 3mm 弯曲成形如图所示的零件 5 2弯曲模设计实例 36 该零件形状简单 批量生产 精度无特殊要求 但结构不对称 应注意弯曲中的偏移问题 该件弯曲半径R 5mm 查表可知rmin 0 8t 2 4mm故不会弯裂 当t 2时 孔边距应满足a 2t 6mm 该件两个的孔边距是14mm 因此可采用先落料 冲孔 再弯曲成形 弯曲时孔不会发生变形 5 2弯曲模设计实例 5 2 1零件的工艺分析及工艺方案的确定 37 为使制件弯曲时不偏移 可以利用两个 16孔定位 由此可见 最终的合理设计方案为 落料 冲孔复合工序 弯曲成形工序 5 2弯曲模设计实例 5 2 1零件的工艺分析及工艺方案的确定 38 1 毛坯展开长度计算 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 39 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 40 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 41 为减少回弹 采用校正弯曲 由公式可知 校正弯曲力F qA 查表得 单位校正力q 50 70Mpa 取q 60Mpa 2 弯曲力的计算和设备的选择 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 42 由于顶件力与校正力相比可略 所以压力机按照校正力选取 初选压力机为 开式以柱可倾式压力机 型号J23 400 考虑压力机滑块行程为100mm 方便制件取出 故此J23 400也是最终选择 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 43 弯曲件是外形尺寸标注 应以凹模为基准进行计算 由于制件公差未注 故此按IT14级选取 0 74mm 宽度尺寸计算 3 模具工作部分尺寸计算 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 44 间隙大小C t kt 其中 板料正偏差 0 2mm 查表可知 间隙系数k 0 05 单边间隙C 3 35mm 间隙大小计算 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 45 凸凹模圆角半径 5 2弯曲模设计实例 5 2 2工艺计算 46 弯曲模结构简图如图所示 5 2弯曲模设计实例 5 2 3模具结构设计 47 毛坯由顶件板上的两个定位钉定位 以保证弯曲时不发生偏移 顶件板除了具有顶件作用 还有压料作用 压料力是利用弹顶器通过两个顶杆来实现的 由于生产批量大 为了调整模具方便 也可采用具有导柱套导向装置的标准模架 5 2弯曲模设计实例 5 2 3模具结构设计 48 弯曲凹模零件图如图所示 材质 T10A 热处理硬度 HRC58 60 5 2弯曲模设计实例 5 2 3模具结构设计 49 弯曲凸模零件图如图所示 5 2弯曲模设计实例 5 2 3模具结构设计 50 5 3拉深弯曲连续模设计实例 工件名称 电位器接线片生产批量 大批量材料 08F钢带料厚 0 4mm 51 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 1工艺分析 该工件体积小 全长只有9 4mm 质量为0 07g 图中A部位需采用连续拉深工序 B和C部位有两个90弯曲工序 D部位需用镦压成形工序 因此其工艺过程比较复杂 在进行其他设计之前 首先应进行拉深的设计 以确定拉深次数和各次拉深的凸 凹模圆角 拉深直径 拉深深度等参数 52 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 2拉深计算 拉深部位的拉深高度h 2 4mm 成品外径d 1 8mm 上凸缘为矩形2 8mm 3 2mm 1 计算毛坯尺寸 当凸缘为矩形毛坯时 则以矩形的对角线为直径的圆形作为工件的凸绦直径 矩形的边长为2 8mm 3 2mm 其对角线长为4 25mm 由表可查得修边余量为1 2mm 加入修边余量后的凸缘直径为5 45mm 毛坯直径为 53 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 2拉深计算 2 检查能否一次拉成 计算相对厚度 计算凸线相对直径 计算工件相对高度 查表可得 一次拉深的最大相对高度为0 35 本工件的相对高度显然超过了允许值 则必须采用连续拉深 由计算结果可知 本工件不具备整料拉深的条件 故在连续拉深中条料应采用切口工艺 3 计算拉深系数 54 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 2拉深计算 4 确定拉深次数和各工序拉深系数 本工件拉深属于有工艺切口工艺 查表可得有法兰圆筒件各极限拉深系数为 由以上计算可知 若采用4次拉深 其前4次拉深系数乘积为0 257 与总拉深系数0 26近似相等 考虑工件体积小 模具的步距较小 多安排一次拉深对模具的尺寸大小影响不大 故增加一次拉深 确定共拉深5次 55 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 2拉深计算 将上述各m的值适当增大后 m值分别为m2 0 76 m3 0 79 m4 0 81 m5 0 84 以最终成品直径1 8mm作为d5 用各次的拉深系数依次向前计算出各次的拉深直径d4 d3 d2 dl 用d1与D相比计算出第一次拉深的拉深系数ml的数值 它应大于或稍大于首次拉深系数0 55 各次拉深工序的工序直径为 此时m1应为ml D1 D 4 39 6 85 0 64 与最小值0 55相比 0 64偏大了一点 故应重新选一组m值进行试算 56 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 2拉深计算 重选的m值为m2 0 77 m3 0 80 m4 0 84 m5 0 88 再重新计算各次拉深工序的工序直径 即 此时m1应为m1 D1 D 3 95mm 6 85mm 0 57 它稍大于最小值0 55 故此次所试选的一组m值较为理想 并且从ml到m5呈递增的趋势 符合材料变形过程中加工硬化规律 因此确定采用此方案 57 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 3排样图设计 各工位的作用 第1工位 冲2个1 5mm导正销孔 第2工位 空工位2第3工位 切口 策4工位 第1次拉深 本工位至第13工位共有5次拉深 每次拉深后均为空工位 以利于安排凸凹模位置 第14工位 空工位 第15工位 拉深部位整形 减小各部位圆角 58 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 3排样图设计 第16工位 空工位 第17工位 切底 将拉深后得到的内径1mm圆筒底部切去 第18工位 冲裁A区外形 第19工位 空工位 第20工位 第一次镦形 凸模工作面为10斜面 第21工位 第二次镦形 凸模工作面为平面 第22工位 冲裁镦形部位的外形 第23工位 空工位 第24工位 工件接脚部位向上90弯曲 完成工件B部位弯曲 第25工位 空工位 第26工位 工件接脚部位向下90弯曲 完成工件C部位弯曲 第27工位 空工位 第28工位 落料 工件从载体上冲下 同时完成工件E部位外形冲裁 59 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 3排样图设计 关于拉深的有关工艺过程已在前面介绍 在此不再重复 其他的设计和计算主要介绍以下两个方面 1 弯曲件展开长度计算按照弯曲件展开长度计算方法得 由圆中心到尾端的长度为9 21mm 2 材料宽度和步距条料采用自动送料 导正销导正 如图所示 步距为8 05mm 材料宽度为18mm 60 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 4模具结构和主要部件设计 61 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 4模具结构和主要部件设计 62 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 4模具结构和主要部件设计 A 送料方式该零件的材料为08F钢带 宜采用自动装置送料 然后通过导正销精确控制送进步距 送进方向则采用导料板控制 由于有拉深和弯曲成形 因此还需采用抬料装置将带料托起以便送进 B 卸料方式该零件材料较薄 宜采用弹性卸料方式 从条料排样图可看出 该零件的成形分为冲裁 拉深 弯曲 对卸料力要求不一样 故应将卸料板分块 另外 由于凸模较小 对每块卸料板应设置小导柱导向 C 模架选择由于材料较薄 冲裁间隙为0 03 0 05mm 因而对模架精度要求较高 为此选用滚珠导向的钢板模架 1 总体结构设计 63 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 4模具结构和主要部件设计 A 凸凹模刃口尺寸计算包括冲裁 弯曲 拉深等凸模和凹模刃口尺寸计算 此处省略 B 凸模结构设计圆形凸模采用台阶式 异形凸模采用直通式 C 凹模结构设计凹模分三大块 1 3工位为一块 4 17工位为一块 18工位以后为一块 其中拉深 整形和切底凹模全部采用镶套结构 其他凹模块采用整体式 2 凸 凹模设计 64 5 3拉深弯曲连续模设计实例 5 3 4模具结构和主要部件设计 总共设置10个导正销 其中8个导正销从第2工位始均匀安排在前17个工位区域 其余2个导正销安排在后面的单侧载体区域 见排样图 3 导正销布置 总共11个抬料钉 分布方式与导正销同 但位置要与导正销位置错开 4 抬料钉布置 65 5 3拉深弯曲连续模设计实例 模具的前3个工位是冲孔 冲裁工序 这种情况下卸料板的作用是冲裁时压料和回程时卸料 第四工位的第1次拉深需要足够的压力 卸料板所具有的压力不够用 因此要单独设置一个卸料装置 用一个圆柱弹簧实现所需的压边力 在第