支架的冲孔落料级进模设计

1 前言 改革开放以来 随着国民经济的高速发展 市场对模具的需求 量不断增长 近年来 模具工业一直以 15 左右的增长速度快速发 展 模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化 除了国有专业 模具厂外 集体 合资 独资和私营也得到了快速发展 近年许多 模具企业加大了用于技术进步的投资力度 将技术进步视为企业发 展的重要动力 一些国内模具企业已普及了二维 CAD 并陆续开始 使用 UG Pro Engineer I DEAS Euclid IS 等国际通用软件 虽 然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展 但许多方 面与工业发达国家相比仍有较大的差距 例如 精密加工设备在模 具加工设备中的比重比较低 CAD CAE CAM 技术的普及率不高 许 多先进的模具技术应用不够广泛等等 致使相当一部分大型 精密 复杂和长寿命模具依赖进口 导柱式冲裁模的导向比导板模的准确可靠 并能保证冲裁间隙 的均匀 冲裁的工件精度较高 模具使用寿命长 而且在冲床上安装 使用方便 因此导柱式冲裁模是应用最广泛的一种冲模 适合大批量 生产 尤其是在我国加入 WTO 之后 在全球化经济竞争的市场的 环境下 为生产符合 交货期短 精度高 质量好 价格低 等要求服务的模具产品 研究 开发 改进模具生产设备与模具设 计方式更具有深远的现实意义和紧迫性 2 目录 1 前言 1 2 任务书 3 3 工艺分析 4 4 工艺方案的确定 4 5 冲孔落料工作部分 工艺设计 1 计算毛坯尺寸 5 2 画排样图 6 3 计算冲压力 8 4 计算中心压力 9 5 凸凹模刃口尺寸的计算 9 6 压力机的选择 11 7 落料冲孔级进模部分尺寸校核 12 六 弯曲模工作部分 工艺计算 1 弯曲工件的毛坯尺寸计算 14 2 弯曲力计算 15 3 凸模与凹模的圆角半径 15 4 弯曲模凸凹模间隙 17 5 凸 凹模工作尺寸 18 6 冲压设备的选择 19 3 7 模具的总体结构 20 8 主要零部件的设计及选择 21 9 模具制造装配要点 23 八 心得与体会 24 九 参考文献 26 4 任务书任务书 一 课题名称 支架的冲孔落料级进模设计一 课题名称 支架的冲孔落料级进模设计 二 工件图 二 工件图 三 设计要求 三 设计要求 1 绘制该工件制作所需的模具总装图 A1 图纸 2 绘制该模具的凸模 凹模零件图一套 3 编写完整的设计说明书 4 将说明书装订成册 各图纸折成 A4 大小 5 将以上所有资料装于档案袋里 并在封面写上班级 名字和学号 4 设计期限 设计期限 2007 年 6 月 25 日 至 2007 年 6 月 29 日 工艺分析 该制件形状简单 尺寸较小 厚度适中 一般批量 属于普通 5 冲压件 应注意以下几点 1 2X 2mm 两孔壁距及周边距仅 1 3mm 在设计模具时应加 以注意 2 制件为对称弯曲 控制回弹是关键 3 制件较小 从安全上考虑 要采取适当的取件方式 4 有一定的批量 应该重视模具材料和结构的选择 保证一定 的模具寿命 工艺方案的确定 根据制件工艺性分析 其基本工序有落料 冲孔和弯曲三种 按其 先后顺序组合 可得如下方案 1 冲孔 落料 弯曲 级进模完成冲孔落料 单工序模完成弯曲 2 落料 冲孔 弯曲 单工序模分别完成落料 冲孔 弯曲 方案 2 属于单工序冲压 由于此制件生产批量较大 尺寸较小 这种方案生产率低 操作不安全 故不宜采用 方案 1 冲裁件内外所能达到的经济精度为 IT14 将以上精度与 零件简图中所标注的尺寸公差相比较 可认为该零件的精度要求能 够在冲裁加工中得到保证 其它尺寸标注 生产批量等情况 也均 符合冲裁的工艺要求 故决定采用利用导板或导柱导套进行定位 刚性卸料装置 自然漏料方式的落料冲孔级进模进行加工 6 工艺设计 1 计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸 相对弯曲半径为 R t 1 0 8 1 25 0 5 式中 R 弯曲半径 mm T 料厚 mm 可见 制件属于圆角半径较大的弯曲件 应先求弯曲变形区中性层 曲率半径 p mm 由文献 2 中性层的位置计算公式 P R Xt 式中 X 由实验测定的应变中性层位移系数 由文献 2 表 4 4 应变中性层位移系数 X 值 查出 X 0 34 P 1 0 34 0 8 1 272mm 由文献 3 圆角半径较大 r 0 5t 的弯曲件毛坯长度计算公式 L l1 l2 180 r xt 式中 L 毛坯展开总长度 弯曲中心角 x 中心层位移系数 见表 4 7 由图 1 可知 L 2 l1 l2 l3 4 180 r xt 查表 4 5 当 r t 1 25 时 x 0 34 可得 L 4 2 7 95 4 4 4 90 180 1 0 34 0 8 7 28 7 7 998 36 688 37 mm 图 1 2 2 画排样图 画排样图 1 冲裁件的面积 分析零件的形状特点及精度要求 考虑采用采用直排有废料排 样方式 如图 2 所示 图图 2 2 冲裁件 计算冲裁件的面积 A A 61 10 4 4 2 4 3 14 568 88 2 2 搭边值 切口宽与条料宽度的确定 由文献 3 表 3 16 搭边值的确定 得 a1 1 5 a 1 5 本设计中采用侧刃定距的模具 故按下式计算 条料宽度 B0 Dmax 2a Z 0 其中查表 3 1703 18 得 保证间隙 Z 0 5mm 条料宽度的单向负 偏差 0 08mm 8 条料宽度 B10 61 2 1 5 0 5 0 0 08 64 50 0 08 步距 S 10 1 5 11 5 图 3 排样图 查文献 1 表 4 1 选板材规格为 1200mmX600mmX0 8mm 每块可剪 600mmX41mm 材料剪裁利用率达 99 9 3 材料利用率计算 由文献 2 材料利用率通用计算公式 A AX100 式中 A 得到制件的总面积 mm A 一个步距的条料面积 LXB mm 得 568 88 64 5 11 5 X100 76 7 9 3 3 计算冲压力 计算冲压力 1 冲裁力 F冲 F冲 KLt 式中 K 系数 K 1 3 L 冲裁周边长度 mm 材料的抗剪强度 MPa b 材料的抗拉强度 MPa 得 b 450 MPa F冲 1 3 2 71 1 450 83 07KN 2 卸料力 F KF卸卸 根据 冷冲压模具设计与制造 北京航空航天大学出版社 王 秀凤主编 提供的表 2 10 得05 0 K卸 F 卸 83 7 0 05 2165N 3 顶出力 F KF顶顶 根据 冷冲压模具设计与制造 北京航空航天大学出版社 王 秀凤主编 提供的表 2 10 得 k 0 06 F 顶 83 07 0 06 4984N 10 4 选择冲床时的总冲压力 F 总 F 冲 F 卸 F 顶 83070 4154 4984 96208N 初选压力机 查文献 2 表 1 8 开式双柱可倾压力机参数 型号规格 为 J23 10 4 计算压力中心 计算压力中心 因冲裁件尺寸较小 冲裁力不大 且选用了双柱导柱式模架 估计压力中心是在模架的中心 不会超出模柄端面之外 因此不必 详细的计算压力中心的位置 5 计算凸 凹模尺寸 计算凸 凹模尺寸 本制件形状简单 可按配作法加工计算刃口尺寸 由于零件是由冲孔 落料两道工序完成的 所以落料以凹模为基准 尺寸 冲孔以凸模为基准尺寸 计算如下 1 凹模磨损后变大的尺寸 IT14 A1 27 A2 10 A3 5 计算公式为 查表 得 x1 x2 x4 0 5 x3 0 75 11 图 4 A1 61 0 5 0 75 0 1880 60 63 0 1880 A2 10 0 5 0 3 0 0750 9 85 0 0750 A3 5 0 5 0 18 0 0450 4 91 0 0450 2 凸模磨损后变小尺寸 B1 4 B2 8 计算公式为 B1 4 0 75 0 3 0 0750 3 775 0 0750 B2 8 0 5 0 36 0 090 7 82 0 090 由文献 3 表 3 4 冲裁模初始双面间隙 Z 得到 Zmin 0 100 Zmax 0 140 落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作 冲孔凹 模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作 保证双面间隙值 0 100mm 0 140mm 压力机的选择压力机的选择 根据压力机选用原则 12 在中小型冲压件生产中 主要选用开式压力机 对于冲孔 落料等施力行程很小的冲压工序 可直接选用公 称压力大于或等于冲压所需工艺力总合的压力机 首先冲床的公称压力应大于计算出的总压力 最大闭合高度应 大于冲模闭合高度 5mm 工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装 按上述要求 结合工厂实际 可称用 J23 10 开式双柱可倾压力机 并需在工作台面上配备垫块 垫块实际尺寸可配制 冲孔落料级进模部分尺寸校核冲孔落料级进模部分尺寸校核 1 冲孔落料级进模模总图 13 图图 5 5 装配图装配图 2 2 凸模外形尺寸的确定 1 凸模结构基本类型 冲裁中小型零件使用的凸模 一般都设计 成整体式 本凸模采用阶梯式 固定部分采用凸缘式 固定方式采用固定板固定 2 凸模长度 采用固定卸料板 故凸模长度应按下式计算 L h h h h 123 式中 h 凸模固定板厚度 取 50mm 1 h 固定卸料板厚度 取 20mm 2 h 导料板厚度 取 8mm 3 h 增加厚度 取 30mm 则 凸模长度 L 50 20 8 30 108mm 3 3 其他主要零部件结构 凸模固定板 100 90 45mm 下模卸料板 100 90 18mm 4 4 闭合高度计算 H 50 90 20 30 5 185mm 90mm 为凸模长度 5mm 是考虑 14 弯曲模具工作部分 工艺计算工艺计算 1 1 弯曲工件的毛坯尺寸计算弯曲工件的毛坯尺寸计算 根据原始数据可得 t 0 8 r 1 所以 r t 1 0 8 1 25 0 5 所以 根据 冷冲压工艺及模具设计 4 4 得 L l直1 2 l直2 l直3 4l弯 L直1 6 2 4mm L直2 9 75 1 0 8 7 95mm L直3 8 2 0 8 2 1 4 4mm L弯 r xt 180 90 1 0 34 0 8 1 997 所以 L 4 2 7 95 4 4 4 1 997 36 688mm 式中 L直1 l直2 l直3 直边区长度 L弯 弯曲部分长度 r 零件内弯曲半径 弯曲中心角 k 中性层内移系数值 取 0 34 冷冲压工艺及模具设计 表 4 7 t 弯曲件厚 2 2 弯曲力计算弯曲力计算 弯曲力受材料力学性能 零件形状与尺寸 弯曲方式 模具结构形 状与尺寸等多种因素的影响 很难用理论分析方法进行准确计算 因此 在生产中均采用经验公式估算弯曲力 F校 AP 15 9 25 5 80MPa 18 36KN 式中 F校 校正弯曲力 A 校正部分投影面积 P 单位面积校正力 根据 冷冲压工艺及模具设计 表 4 7 取 0 34 3 3 凸模与凹模的圆角半径凸模与凹模的圆角半径 1 凸模圆角半径 弯曲件的相对弯曲半径 r t 较小时 凸模角半径 rp可取弯曲 件的内弯曲半径 r 但不能小于允许的最小弯曲半径 如果 r t 值小于最小相对弯曲半径 应先弯成较大的圆角半径 然后再用 整形工序达到要求的圆角半径 当弯曲件的相对弯曲半径 r t 较 大且精度要求较高时凸模圆角半径应根据回弹值进行修正 由于影响 rmin t 的因素很多 rmin t 值的理论计算公式并不实 用 所以在生产中主要参考经验数据来确定 rmin t 值 由 冲压 工艺与模具设计 表 4 1 可查得 10 钢最小相对弯曲半径 rmin t 0 8 2 凹模圆角半径 凹模的圆角半径 rd 不能过小 以免增加弯曲力 擦伤工件表面 对称压弯时两边凹模圆角半径 rd应一致 否则毛坯会产生偏移 16 rd值通常按材料厚度 t 来选取 t 0 8mm 2mm 时 rd 3 6 t 取 rd 4 3 凹模深度 凹模的工件深度将决定板料的进模深度 对于常见的弯曲件 弯 曲时不需全部直边进入凹模内 只有当直边长度较小且尺寸精度要 求高时 才使直边全部进入凹模内 凹模深度过大 不仅增加模具 的消耗 而且将增加压力机的工作进程 使最大弯曲力提前出现 中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工 最大弯曲 力提前出现 对压力机是很不利的 凹模深度过小 可能造成弯曲 件直边不平直 降低其精度 因此 凹模深度要适当 由 冲压工 艺与模具设计 表 4 12 可得 L0 15 4 4 弯曲模凸凹模间隙弯曲模凸凹模间隙 弯曲形时 必须选择适当的凸凹模间隙 间隙过大 会造成 U 形件两边不半径 上宽下窄 降底工件的尺寸精度 间隙过小 使弯 曲力增大 直边壁厚变薄 容易擦伤工作表面 加速凹模的磨损 降低 凹模使用寿命 弯曲凸 凹模间隙是指单边间隙 为了能顺利地进行 弯曲 间隙值应梢大于板料的厚度 同时应考虑下列因素的影响 弯曲件宽度较大时 受模具制造与装配误差的影响 将加大间隙的 不均匀程度 因此间隙值应取大些 宽度较小时间隙值可以取小些 17 硬材料则应取大些 弯曲件相对弯曲半径 r t 较小时可以取大些 此外还应考虑弯曲件尺寸精度和板料厚度偏差的影响 综上所述 对于尺寸精度高要求一般的弯曲件板料为黑色金属 时 单边 Z 可按下式计算 Z tmax Ct 0 87 0 05 0 8 0 91 取单边间隙为 0 92mm 式中 tmax 板料最大厚度 C 间隙系数 见表 4 14 t 板厚公称值 5 5 凸 凹模工作尺寸凸 凹模工作尺寸 弯曲凸 凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关 一 般原则是 当工件标注外形尺寸时 应以凹模为基准件 间隙 取在凸模上 当工件标注内行尺寸时 应以凸模为基准件 间 隙取在凹模上 并来用配作法制模 综上所述 Lp L 0 75 0 p 6 0 75 0 62 0 0 018 18 6 4650 0 018 mm 式中 Lp 凸模宽度基本尺寸 L 工件横向基本尺寸 工件横向尺寸公差 d凸模制造偏差 一般取 IT7 9 级 或取工件公差的 1 3 1 4 6 6 冲压设备的选择冲压设备的选择 因工件是大批量生产 精度要求不高冲裁力较小则选用通用压力 机 通用机身又分开式和闭式两种 开式机身的钢性教弱 适用 中小型冲压加工 而闭式机身适用于大中型冲压加工 选用开式 双柱可倾压力机 JA23 10 其参数如下 公称压力 100KN 滑块行程 45mm 行程次数 145 min 最大封闭高度 180mm 封闭高度调节量高度 35mm 19 工作台尺寸 360 240mm 垫板厚度 35mm 电动机功率 1 10KW 模柄孔尺寸 30 55 7 7 模具的总体结构模具的总体结构 模具采用中间导柱模架 模具由上模板 凸模固定板组成 卸 料方式才用弹性卸料 以橡胶为弹性元件 下模部分由下模座 凹 模板 导板垫板等组成 模具结构如下图所示 20 1 橡胶块 2 销钉 3 导板 4 凹模 5 定位板 6 凸模固定板 7 垫 板 8 螺钉 9 模柄 10 上模座 11 导套 12 凸模 13 顶件块 14 导套 15 下模座 8 8 主要零部件的设计及选择主要零部件的设计及选择 1 凸模的固定方法 凸摸在上模的正确固定应该是既保证凸摸工作可靠和良好的稳 定性 还要使凸摸在更换或修理时 拆装方便 该凸摸的固定方式 21 选用如下图所示的固定方法 用螺钉固定的落料凸模 2 定位板的设计 定位板的侧壁设计成平直的 定位板的内侧与条料接触 外侧 与凹模平齐 这样就确定了定位板的宽度 条料的宽度为9mm 凹模 的宽度是70mm 则定位板的宽度为 B 9 4mm 定位板厚度 2 3 凸模固定板 凸模固定板的外形尺寸与凹模板相同厚度为凹模板厚度的 0 8 1倍 则凸模固定板厚度为 H1 H0 0 6 0 8 20 0 6 0 8 12 16 取凸模固定板厚度为14 直径按H7加工精度 22 4 模柄的选择 模柄有多种型式 要根据模具的结点选用模柄的形式 模柄的 直径根据所选用压力机的模柄孔径确定 本模选用模柄跟上模座为 一整体结构形式 如下图所示 5 连接螺钉选用开槽盘头螺钉用 45 钢制造并淬火硬度 HRC35 40 定位销钉采用普通圆柱销 9 模具制造装配要点模具制造装配要点 凹模板 导尺均是需要淬硬的零件 凹模加工后 在线切割和 淬硬以前在模架的上模板上进行装配 在凹模上画出各个形孔和圆 孔的线 并根据计算数据划出压力中心线 使压力中心与下模座的 中心线对正 钻 攻螺孔 将下模座 凹模板 导尺进行装配 校 正导尺间隙后 钻铰销钉孔 将上述三板固定 钻孔并安装 挡料 销 安装乘料板 然后将下模全部拆开 将凹模板和导尺热处理淬 硬 凹 模钻穿丝孔 后进行线切割加工用平面磨床磨平后重新装 配 固定在上模板的上模部分 各凹模和凸模 垫片都应淬硬 装 配前将凸模淬硬并完成全部加工 垫片在装配前不淬火 装配时将 23 凸模压入凸模固定板 在垫片上钻孔 将外形凸模固定在垫片上 在与卸料板穿在一起 凸 凹模间隙为0 18 在凹模型孔中垫 0 1 的硬纸片 以确定间隙 将已组装为一体的凸模固定板 凸模 卸料板 垫片一同 并使凸模插入凸模孔上 将上模板同过导柱 导套与下模板装在一起 透过上模板钻 攻螺孔 打入销钉 在钻 攻螺孔 使上模板 垫片 凸模固定板固定 检查无误后 钻 铰 销钉孔 打入销钉 再钻 攻螺孔 安装卸料螺钉 上模全部拆开 将垫片淬硬磨平 安装橡胶板 在次装配 完成模具装配 该模具个部分零件参数如下 上模座 HT200 厚 20 mm 凸模固定板 45 号钢 厚 14 长 70 宽 70 导板板 45 号钢 厚 8 长 70 宽 70 定位板 45 号钢 厚 2 长 17 宽 9 4 下模座 HT200 厚 30 长 70 宽 70 凹模 T10A0 长 70 宽 70 热处理 HRC58 60 橡胶厚度 44 5 直径 30 凸模 T10A0 HRC58 60 凸模修磨量为 5 模具闭合高度 H模 108mm 24 心得与体会心得与体会 通过为期三周的模具课程设计 从选题 查阅技术文献和资料 用 Proe 创建模型 AutoCAD 画装配图 零件工作图 到最后编写设 计计算说明书 我接受到了实实在在的设计实践 进一步加强了独 自完成项目设计的能力 更加熟练地掌握了查阅资料的方法 同时 我能够系统而扎实地巩固大学三年来所学的专业知识 独立研究课 题方向 充分利用几年来所学的各种专业知识来进行问题的分析 并通过查阅各种相关文献和交流来解决问题和创新设计 这次设计 是我在进入毕业设计和走上工作岗位前的一次很好的准备活动 是 一次热身赛 它必将对我今后更快 更好的适应社会工作产生积极 而显著的作用 在过去的大学时光里 我学习了大量的基础课程 也学习了许 多机械类的专业课程 同时还进行了金