冲压模具-弯角件冲裁模具设计

I目 录第 1 章 设计任务 2第 2 章 冲裁件工艺性分析 22.1 材料 22.2 零件结构 32.3 冲压工艺经济性分析 32.4 零件结构形状分析 3第 3 章 冲裁方案的确定 43.1 冲压方案 43.2 各工艺方案分析 43.3 工艺方案确定 5第 4 章 零件工艺计算 54.1 刃口尺寸计算 64.2 排样计算 64.3 搭边值和条料宽度确定 84.4 冲压力计算 84.5 压力中心计算 9第 5 章 模具零部件结构的确定 95.1 标准模架的选用 95.2 卸料装置中弹性元件 95.3 定位零件的确定 105.4 卸料装置 105.5 模架的确定 105.6 其他零件 125.7 闭合高度的计算 135.8 压力机的选用 145.9 其他零件结构 15第 6 章 模具装配图 16第 7 章 冲压工艺卡片 17第 8 章 设计总结 19参考文献 202第 1 章 设计任务本设计是一个冲裁件，它是由冲孔和落料、两次弯曲四个工序而制成的。本工件的名称为弯角件，材料为 A3，料厚 1.5mm，大批量生产。零件尺寸如下图：图 1-1第 2 章零件工艺性分析2.1 材料该冲裁件的材料 Q235 是普通碳素钢，具有较好的冲压性能。零件图如下：图 1-132.2 零件结构该冲裁件结构简单，比较适合冲裁。2.3 冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用。但由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用，批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。根据本零件的生产纲领，零件为大批量生产，且尺寸精度要求不高，原料为 A3 的板料且壁厚适宜。因此，采用冲压方法不仅可行而且经济。2.4 零件结构形状分析该零件为弯角件，厚度 较薄，据工件相关尺寸结构可知零件需要进5.1t行冲孔、落料和底部弯曲和侧边弯曲四道工序。除此之外，零件外形比较规整，无尖角、凹陷或其他形状突变，属于典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，底部和两侧均需弯曲。其中，底部的圆角半径为 ，相对圆角半径 ，大于材料的最小弯曲半径；两侧的圆角半径为3r2/tr，相对圆角半径 ，大于材料的最小弯曲半径。因此，均可以实5.107现弯曲成形。另外，零件上有两个 的孔对称分布在零件两侧。为保证弯曲时，孔的5.3形状不发生畸变，据参考文献1可知，当厚度 时，弯曲件上的孔边到2tm弯曲半径 中心的距离应满足 。据图 1-1 的尺寸可知rlt，故满足要求。731.52.1l最后，零件底部弯曲时，两侧边有尺寸突变，为防止弯曲时尺寸突变的尖角处出现撕裂，据参考文献1可知，应保证尺寸突变处到弯曲半径的中心距离；从零件图上可知 ，故应设计工艺槽。rS0S通过上述分析，可以看出该零件为普通的板料弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此用冲压方法生产是完全可行的4第 3 章冲裁工艺方案的确定3.1 冲压方案结合零件图可知，完成此零件需要进行冲孔、落料、底部弯曲、侧边弯曲四道工序。为弯曲方便高效，可考虑将经过冲孔、落料工序后的零件毛胚做成两个零件相连且对称分布的形式，如图 2-1 所示：图 2-1在弯曲时，采用成对弯曲，压力机的一次行程弯曲成形两个零件，然后将两个零件沿对称线切断，这样可以使压力机受力均衡且提高弯曲效率。但考虑到对称分布时，在冲孔、落料工序的材料利用率不高，大批量生产时会因材料浪费严重而影响经济效益，且切断部分沿中心线切断制件的精度难以控制，另外，同时弯曲两个零件所需的的弯曲力较大，对设备的要求也就高了。所以，综合考虑之下决定弯曲时采用单个零件弯曲。由此，冲压方案可分为如下几种：（1）方案一：冲孔落料底部弯曲侧边弯曲。（2）方案二：冲孔、落料复合底部弯曲侧边弯曲。（3）方案三：冲孔、落料复合底部和侧边弯曲复合。（4）方案四：冲孔、落料和底部弯曲复合侧边弯曲。（5）方案五：冲孔、落料、底部弯曲和侧边弯曲复合。（6）方案六：冲孔、落料级进底部弯曲、侧边弯曲。（7）方案七：冲孔、落料级进底部弯曲、侧边弯曲复合。3.2 各工艺方案分析方案一为单工序模生产，模具制造简单，维修方便，但是模具数量较多，大批量生产时，模具更换频繁，生产效率低，生产成本较高，工件精度低，不5适合大批量生产。方案二的冲孔落料采用复合模，可以节省一道工序，提高生产效率；但由于两个弯曲工序分属不同的模具，弯曲后回弹不易控制，同时二次弯曲成本较高，故不宜采用。方案三的冲孔落料采用复合模，底部和侧边弯曲也采用复合模具。可以节省两道工序，同时提高生产效率，生产成本也低。另外，两道弯曲工序在一个模具上，回弹值容易控制，制件形状精度容易把握。方案四的落料、冲孔和底部弯曲采用复合膜，侧边弯曲采用单工序模。可以节省两道工序，但侧边弯曲时，由于工件之前已弯曲过一次，送料和毛胚定位不方便，生产效率低；同时，二次弯曲回弹不易控制，影响产品精度，故不宜采用。方案五为四个工序复合模，生产效率高，工件精度高，但模具制造复杂，制造成本高，调整和维修难度大；故不宜采用。方案六与方案七落料与冲孔采用级进模，生产效率高，但结合本工件的形状和生产批量采用交叉双排的的排样方式可以提高材料利用率，不适合采用级进模，且级进模制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低，固方案六、七不宜采用。3.3 工艺方案的确定 生产的经济性采用方案三是比较合理的。其生产效率高、模具制造成本合理、材料利用率高、制件精度高、模具制造和调整维修相对简单。在本设计中，将设计底部和侧边的弯曲复合模。第 4 章 零件工艺计算4.1 刃口尺寸计算落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为计算基准，冲孔凹模按间隙值配制。以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。根据材料性能和厚度可确定 。minmax0.246,0.36Z6磨损变化工件尺寸 aAt tAa0.624150.62 0.5 41.19 0.1540.15490.80.52 0.5 28.24 3.3028.5230.52 0.5 12.74 .170.60.36 0.75 4.73 0940.9变大 0.310.36 0.75 1.23 .配作保证配作间隙在 0.26和 0.36之间.023不变2.0.52 0.5 20 0.50.658.65变小0.3650.36 0.75 3.77 .940.974.2 排样计算4.2.1 零件弯曲前的毛胚尺寸的计算经计算可得底部和侧边弯曲均满足 ，此类弯曲变性区材料变薄不严tr5.0重，且断面畸变较小，可按应变中心层长度等于毛胚长度的原则来计算毛胚尺寸。其毛胚长度可按参考文献1公式 4-37 计算：7）（ KtrlllL21021式中 毛胚展开长度，mm；工件直边长度，mm；1l2应变中性层位移系数，查参考文献1表 4-3，为 0.38；K弯曲中心角；弯曲件内弯曲半径，mm；r板厚，mm ；t4.2.2 零件在宽度方向上值的计算：据零件图相关尺寸，带入公式可得： mL6.285.130214.57.1）（考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取 28.5mm。4.2.3 零件在长度方向上值的计算：由零件侧边的相关尺寸及侧边弯曲外径 R12 可在制图软件中推出侧边弯曲中心角为 ，具体图形如下：6/30图 4-1据零件图相关尺寸，带入公式可得： mL6.415.380.164.3202 ）（考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取 41.5mm。84.2.4 零件弯曲前的毛胚图：综合和尺寸，可绘制出零件弯曲前的毛胚图如下：图 3-14.3 搭边值和条料宽度的确定根据材料性能、厚度和形状可以确定搭边值：当 t3.7- )4.0(51.6t两工件的搭边 =2.5，工件与边缘搭边 =2。步距 30.5mmbb条料宽度 0 00.5.5 .51(D2)(2)46B ma 确定排样图如图 3-2 所示。一个步距内材料利用率 为：0 097.168.4453ABS选用 900mm*1000mm 的钢板，每张钢板可剪裁为 19 张条料（46.5mm1000mm）每张条料可冲 436 个工件，则 10 068971.265.nLBA总94.4.冲压力计算可知冲裁力基本计算公式为 KLTF计算零件的周长：L=41.5+30+（12.5+5.75+16）2=140，材料厚度1.5mm，Q235 钢的抗剪强度取 450MPa，则冲裁该零件所需冲裁力和冲孔力为：=1.31401.5450=122.85KNF落 料 19.2kN450.32.13. Lt冲 孔模具采用弹性卸料装置和推件结构，所以所需卸料力和推件力为=6.14kN.805.KF卸 料， 取 0.052.89k1.053nT冲 孔推 件 TK（高度 h 取 6）62ht则零件所需得总冲压力 为：总+=12.85+9.6142.89=5.17kNFF总 冲 裁 推 件 冲 孔 落 料根据模具所需要的冲压力的大小选定冲压设备，选用 JG23-40,其最大闭合高度为 300mm，最小闭合高度为 220mm.4.5.压力中心计算零件外形为对称件，所以该零件的压力中心就是零件外形中心线的交点。第 5 章 模具零部件结构的确定105.1 标准模架的选用标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。由凹模高度和壁厚的计算公式得，凹模高度 ，凹0.415m7HKb模壁厚 。(1.52).752m30CH所以，凹模的送料方向长度 ，凹模的宽度124.59.Ls(.40).(41.6.)(8)Bs:校核凸凹模内外刃口间壁厚冲裁 1.5mm 厚的 Q235 钢的凸凹模的最小壁厚为 3.8mm，而该制件 20mm，故该凸凹模侧壁强度足够。凸凹模长度 123Lh式中 凸凹模固定板厚度；1h弹性卸料版厚度；2增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性原件安装高度等） 。32042Lm凸模长度 13=h凸式中 凸模固定板厚度； 空心垫板厚度； 凹模板厚度； 增加长度;1h2 3h4h134=012.5.m凸该凸模强度足够，不属于细长杆。5.2 卸料装置中弹性元件的计算模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：5.2.1 确定橡胶的自由高度 0H工）（ 45.31(0)(1.7.)m10ht工 工 作 修 磨由以上两个公式，取 。03mH115.2.2 确定橡胶的横截面积 ApF/X查得矩形橡胶在预压量为 10%15%时的单位压力为 0.6MPa，所以26140N3m.MPaA5.2.3 确定橡胶的平面尺寸根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为 82 mm25mm，外形暂定一边长为 160mm，则另一边长 b 为16082547m80A5.2.4 校核橡胶的自由高度 0H为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为 80mm，所以 5.0840D橡胶垫的高径比在 0.51.5 之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为 0.8540 mm =20mm。5.2 定位零件的确定为了保证模具正常工作和冲出合格冲裁件，必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置，即必须定位。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与送料方向垂直的方向上限位，保证条料沿正确的方向送进，称为条料横向定位或送进导向；二是在送料方向上限位，控制条料一次送进的距离（步距） ，称为条料纵向定位或送料定距。对于块料或工序件的定位，基本上也是在两个方向上限位。设计采用导料销，在复合膜冲裁模上，通常采用导料销进行导料，由于本设计采用倒装式复合膜故采用弹压式导料销。设计时，两个导正销的中心距应尽量取大一些，以便于送料，并有利于防止条12料偏斜。在复合膜中，纵向定位的主要作用是保证纵向的搭边值；本设计采用固定挡料销。卸料 顶料 推件装置的作用是是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，卸料是指把冲件或废料从凸模上卸下来；推件和顶件一般把冲件或废料从凹模中卸出来。5.3 卸料装置弹压卸料装置的基本零件包括卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶） 、卸料螺钉等。弹压卸料装置卸料力较小，但它既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。所以由上述，选用弹压式卸料装置。卸料板的厚度可按下式确定：H =（0.81.0）H =16mm （式 1-13）弹压卸料板的型孔与凸模之间应有合适的间隙。当弹压卸料板无精确导向时，其型孔与凸模之间的双边间隙可取 0.10.3mm。为了确保卸料可靠，装配模具时，弹压卸料板的压料面应凸出凸模端面 0.20.5mm。当弹压卸料板起导向作用时，其型孔与凸模按 H7/h6 配合制造，但其间隙应比凸、凹模间隙小。凸模与固定板以 H7/h6 或 H8/h7 配合。5.4 推件与顶件装置5.4.1 推件装置 推件装置一般是刚性的，由打杆、推板、连接推杆和推件块组成。有的刚性推件装置不需要推板和连接推杆组成中间传递结构，而由打杆直接推动推件块，甚至直接由打杆推件。由于刚性推件装置推件力大，工作可靠，所以应用十分广泛，不但用于倒装式冲模中的推件，而且用也正装式冲模中的卸料或推出废料，尤其冲裁板料较厚的冲裁模，宜用这种推件装置。5.4.2 顶件装置 顶件装置一般是弹性的。顶件装置的典型结构由顶杆、顶件块的装在下模底下的弹顶器组成。这种结构的顶件力容易嵌入边料中，产生与弹性推件同样的问题。弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是弹簧或橡胶。大型压力机本身有气垫作为弹顶器。推件块和顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准 h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。5.5 模架的选用模架分为滑动导向模架和滚动导向模架。对于 t0.1mm 厚的薄板料冲裁，硬质合金冲裁及精密冲裁均采用滚动导向模架结构，而我们所要冲裁的零件t=1.5mm 的 Q235，因此采用的是滑动导向模架。滑动导向模架分为：对角导柱模架、中间导柱模架、四导柱模架、后侧导柱模13架。后侧导柱模架在使用时，可以从左、右、前三个方向送料。操作方便，使用范围较广，但工作时，由于振动使导套磨损不均，影响导向精度。主要适用于精度要求不是很高及薄板小件冲压模具。因此可采用。由于模架是一种国家标准件，所以尺寸只有根据凹模周界以及模具的结构来确定。上模座：24024040 下模座：24024045据上下模座以及闭合高度，我们选择导柱、导套的型号5.6 其他零件5.6.1 模柄中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。常用的模柄有以下几种。旋入式模柄 这种模柄通过螺纹与上模座连接。骑缝螺钉用于防止模柄转动。压入式模柄 这种模柄主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔的场合。凸缘 模柄 上模座的沉孔与凸缘为 H7/h6 配合，并用 3 个或 4 个内六角螺钉进行固定。这种模柄的优点在于凸缘的厚度一般不到模座厚度的一半，凸缘模柄以下的模座部分仍可加工出形孔，以便容纳推件装置的推板。浮动模柄 浮动模柄主要用于滚动导向浮动模柄的模具必须使用行程可调压力机，保证在工作过程中导柱与导套不脱离。通用模柄 将快换凸模插入模孔内，配合为 H7/h6,再用螺钉从模柄侧面将其固紧，防止卸料时拔出。根据需要可更换不同直径的凸模。槽形模柄 槽形模柄主要用于弯曲模，也可以用于冲非圆孔冲孔模、切断模等。根据模具结构以及制件的要求等我们选用凸缘式模柄5.6.2 凸摸固定板固定板与凸摸为过渡配合（H7/n6 或 H7/m6） ，压装后将凸摸端面与固定板一起磨平。对于弹压导板等模具，浮动凸摸与固定板采用间隙配合。选用时，根据凸模固定和紧固件合理布置的需要确定其轮廓尺寸，其厚度一般为凹模厚度的60%80%。凹模厚度已算出为 20mm。那么凸摸固定板的厚度就可确定为 10mm，垫板在凸模固定板与上模座之间加一块淬硬的垫板，可避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷，致使凸模松动，拼块凹模与下模座之间也加垫板。垫板的平面形状尺寸与固定板相同，其厚度一般取 610mm。如果结构需要，例如在用螺钉吊装凸模时，为在垫板上加工吊装螺钉的沉孔，可适当增大垫板的厚度。因为我们这个垫板是要开吊装螺钉孔的所以我们取 10mm5.6.3 螺钉、销钉的选用模具中的紧固零件主要包括螺钉、销钉。其螺中钉主要起拉紧、连接冲模各类零件，使其成为一体，而销钉则起定位作。螺钉拧入的深度不能太浅，否则紧固不牢靠；也不能太深，否则拆装工作量大。圆柱销钉配合深度一般不小于其直径的两倍，也不宜太深。选项用螺钉和销钉时，应遵循下述原则：14螺钉一般选用内六角螺钉，这种的优点是坚固牢靠，由于螺钉头埋伏在模板内，则模具的外形比较美观，螺钉一般用 45 钢制作，其头部淬火硬度为 3540 HRC。销钉常采用圆柱形结构，圆柱销在每副冲模中，不能小于两个，销钉可选用T7、T8 及 45 钢制成，淬火硬度要求为 4852 HRC。销钉的外表粗糙度 Ra 要求较高，一般应在 1.60 以上。在设计时，销钉与螺钉间的距离不要太小，以防降低强度。具体在模具中选用螺钉、销钉的规格、数量、距离尺寸可参考国标中冷冲模典型组合进行设计。本设计中的螺钉与销钉按装在下模上。所以是根据下模高度来进行选取，而本设计的下模高度为 91mm。所以，在此本设计所用的螺钉与销钉分别是：内六角圆柱头螺钉 GB/T 70012000 M1080 ，其参数为:t=5，r=0.4，s=8， ，b=32， ，全螺纹时最大长度为 40；销钉为 GB/T 119.1 10m690 A1 。参数值为：c=2，商品规格 为 90，1m 长的重量/kg 为 0.611。5.6.4 顶件块 由于顶件块并非标准件，所以只能是根据各模具结构来确定其结构与尺寸而且也并不是唯一值，只须合理即可。本设计在下模上使用顶件装置,并用顶件块将冲下的零件顶出落料凹模。那么其顶件块的工作部份应与零件外形尺寸一致。而其高度的话只要是合理就可以了。5.7 闭合高度的计算根据模具各个部分的尺寸，也就是每一块板子的厚度。将他们相加起来就是其闭合高度：上模座：35mm下模座：45mm垫板： 10mm 固定板（两块）：10mm 共 20mm垫块：10mm落料凹模：20mm橡胶：自由高度 40mm 安装高度：30mm卸料板：16mm所以将其加起闭合高度为：176mm5.8 压力机的选用通用压力机是曲柄压力机的一种类型，它通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动变为冲压生产所需的直线往复运动，在冲压生产中广泛用于冲裁、弯曲、拉深、翻边等工序。根据计算，压力机的公称压力，再根据最大闭合高度，我们选用 J11_16 型的压力机。其主要技术参数如下：型号：J11_16公称压力：160KN滑块行程次数：150 次/min滑块行程: 670mm15最大闭合高度：226mm闭合合高度调节量：45mm滑块中心线主床身距离：160mm工作台尺寸：前后：160mm 左右：1000mm垫板厚度：50mm模柄孔尺寸：直径：40mm 由于我们所用的是凸缘式模柄，而这种模柄的最小直径为 40mm，为了能够更好的装入模柄，本设计就以模柄为准选用此种压力机，其模柄孔为 50 mm,在安装时就可以很顺利的安装。而至于压力机的模柄孔要比所选模柄的直径大，我们可以加一个环形套套在模柄外面以使安装牢固。5.9.其他零部件结构凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格 A4050 的模柄。第 6 章模具装配图模具装配图如图 4 所示。16图 4 装配图1-下模座 2-卸料螺钉 3-导柱 4-凸凹模固定板 5-橡胶 6-导料销 7 落料凹模 8-导套 9-螺钉 10-上模座 11-打杆 12-模柄 13-销钉 14-垫板 16-凸模 17-推件块 18-卸料板 19-凸凹模 20-销钉 21-螺钉 22-挡料销17第