冲孔、切断、弯曲级进模的设计与制造

弯曲 冲压级进模设计 第 1 页 Hefei University 本本科科课课程程设设计计 论论文文 BACHELOR DISSERTATION 论文题目 冲冲 孔孔 弯弯 曲曲 级级 进进 模模 学科专业 材控 二 班材控 二 班 作者姓名 金金 国国 忠忠 导师姓名 周周 伟伟 完成时间 2014 年 6 月 弯曲 冲压级进模设计 第 2 页 目 录 第一章零件工艺分析 3 1 工件材料 3 2 工件结构形状 3 3 工件尺寸精度 3 第二章冲压零件工艺方案的拟定 4 第三章弯曲件尺寸 排样形式 裁板方法和材料利用率计算 5 1 弯曲件展开尺寸的计算 5 2 排样方式的选择 5 3 裁板方法 6 4 计算材料利用率 6 第四章冲裁力 弯曲力 压力中心的确定和压力机的选择 6 1 冲裁力 7 2 弯曲力 7 3 卸料力 7 4 推件力 7 5 压力中心的确定 8 第五章冲裁间隙的确定 9 第六章模具主要结构的设计 10 1 模具类型的选择 10 2 操作方式 10 3 出件方式 10 4 确定送料方式 10 5 确定导向方式 10 第七章冲孔刃口尺寸的计算 11 第八章主要零部件的设计 13 1 冲裁凸模 13 2 冲裁凹模 13 弯曲 冲压级进模设计 第 3 页 3 弯曲凸模 凹模的设计 14 4 定位零件 15 5 卸料板的设计 15 6 上下模座 15 7 模柄 16 8 模具的闭合高度 17 第九章压力机技术参数校核 17 第十章模具零件制造工艺编制 17 1 冲孔凸模加工工艺过程 17 2 冲孔凹模加工工艺过程 18 3 弹压卸料板加工工艺过程 19 第十一章模具工作原理与使用注意事项 19 第十二章设计感受 20 参考资料 21 弯曲 冲压级进模设计 第 4 页 第一章第一章 工艺分析工艺分析 图 1 1 1 工件材料 工件材料 主要特征 10 号钢塑性 韧性很好 易冷热加工成形 正火或冷加工后切削 加工性能好 焊接性优良 无回火脆性 淬透性和淬硬性均差 制造要求受力不大 韧性高的零件 如汽车车身 贮器 深冲压器皿 管子 垫片等 可用作冷轧 冷冲 冷镦 冷弯 热轧等工艺成形 也可用作心部强 度不高的渗碳件 碳氮共渗件等 2 工件结构形状 工件结构形状 工件结构简单 U 型弯曲 有一个圆孔 厚为 1 5mm 满足许用壁厚要求 可 以冲裁 弯曲加工 3 3 工件尺寸精度 工件尺寸精度 根据零件图上所注尺寸 工件要求不高 尺寸精度要求较低 采用 IT10 级精度 普通冲裁完全可以满足要求 弯曲 冲压级进模设计 第 5 页 第二章加工工艺方案确定第二章加工工艺方案确定 各类模具结构及特点比较 模具种 类比较项目 单工序模 无导向 有 导向 级进模复合模 零件公差等级低一般 可达 IT13 IT10 级 可达 IT10 IT8 级 零件特点 尺寸不 受限制 厚度不 受限制 中小 型尺 寸厚 度较 厚 小零件厚度 0 1 6mm 可加工 复杂零件 如宽度 极小的异形件 形状与尺寸受模具 结构与强度限制 尺寸可以较大 厚 度可达 3mm 零件平面度低一般 中小型件不平直 高质量制件需较平 由于压料冲件的同 时得到了较平 制 件平直度好且具有 良好的剪切断面 生产效率低较低 工序间自动送料 可以自动排除制件 生产效率高 冲件被顶到模具工 作表面上 必须手 动或机械排除 生 产效率较低 安全性 不安全 需采 取安全措施 比较安全 不安全 需采取安 全措施 模具制造工作 量和成本 低 比无导 向的稍 高 冲裁简单的零件时 比复合模低 冲裁较复杂零件时 比级进模低 适用场合 料厚精度要求 低的小批量冲 件的生产 大批量小型冲压件 的生产 形状复杂 精度要 求较高 平直度要 求高的中小型制件 的大批量生产 弯曲 冲压级进模设计 第 6 页 方案一 先冲孔 后切断 弯曲 单工序模生产 方案二 冲孔 切断 弯曲复合冲压 复合模生产 方案三 冲孔 切断 弯曲级进冲压 级进模生产 根据分析结合表分析 方案一模具结构简单 制造周期短 制造简单 但需要两副模具 成本高 而生产效率低 难以满足大批量生产的要求 方案二只需一副模具 制件精度和生产效率都较高 且工件最小壁厚大于 凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求 冲裁件的内孔与边缘的相对位置 精度较高 板料的定位精度比方案三低 模具轮廓尺寸较小 方案三只需一副模具 生产效率高 操作方便 精度也能满足要求 模具 制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低 通过对上述三种方案的分析比较 该工件的冲压生产采用方案三为佳 第三章弯曲件尺寸 排样形式 裁板方法和材料利用率计算第三章弯曲件尺寸 排样形式 裁板方法和材料利用率计算 以及步距精度计算以及步距精度计算 1 弯曲件展开尺寸的计算弯曲件展开尺寸的计算 弯曲属于 90 角弯曲 取圆角半径 r 0 1t 0 1 r 0 5 此类工件可视mmt 为无圆角弯曲件 因弯曲弯曲变形程度较大 压弯时板料变形区变薄情况严重 而且断面畸变也较大 此情况应依据变形前后毛坯体积和工件体积相等的原则 来进行计算 查 冲压工艺与模具设计 P120 x 0 5 可知弯曲件毛坯长度按下 式计算 L l l 0 5 14 5 20 5 0 5 1 5 35 75 12 tmm 2 2 排样方式的选择排样方式的选择 题目已给出采用少废料排样 3 3 裁板方法裁板方法 弯曲 冲压级进模设计 第 7 页 4 4 计算材料利用率计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率 它是衡量合理 利用材料的重要指标 20 25290 50 5 20 350 S S 工 总 5 5 步距精度步距精度 步距的精度直接影响冲件的精度 步距的精度直接影响冲件的精度 由于步距的误差 不仅影响分段切除余料 导致外形尺寸的误差 还影响冲件 内 外形的相对位置 也就是说 步距精度愈高 冲件精度也愈高 但步距精 度过高 模具制造也就愈困难 所以步距精度的确定必须根据冲件的具体情况 而定 影响步距精度的因素很多 但归纳起来主要有 冲件的精度等级 形 状复杂程度 冲件材质和厚度 模具的工位数 冲制时条料的送进方式和定距 形式等 根据多年来的实践 总结归纳出多工位级进模步距精度的经验公式 为 3 2 k n 多工位级进模步距对称偏差值 冲件沿条料送进方向最大轮 廓基本尺寸 指展开后 精度提高三级后的实际公差值 n 模具设计的工 位数 k 修正系数 k 1 03 3 0 035 1 030 0125 2 3 第四章冲裁力 弯曲力 压件力压力机的选择和压力中 心的确定 1 1 冲裁力冲裁力 模具共有 2 个冲裁区 冲裁力由下式计算 弯曲 冲压级进模设计 第 8 页 tLF 式中 冲裁力 N 冲裁件周边长度 材料厚度FLmmt t 1 5 材料抗剪强度 MPa mm 400 各冲裁区只是冲裁线的长度不同 材料抗剪长度和材料厚度均相同 用上 式可分别计算各冲裁区的冲裁线长度和冲裁力 见表 4 1 表 4 1 冲裁线长度和冲裁力 部 位mmL NF 第 1 工 位 17 32028 第 2 工 位 125 175060 总 计 2 2 弯曲力弯曲力 该零件弯曲属于 V 形件弯曲 弯曲力公式 3 23 冲 2 0 7 F b kbt rt 自 压工艺与模具设计 式中 自由弯曲力 自 FN b 弯曲件宽度 B 40mm 弯曲件材料厚度 t 0 15tmm 弯曲件内半径 R 0 1t 0 1Rmm 材料抗拉强度 b 350 b 安全因数 KK3 1 0 7 1 3 10 1 5 400 1 5 1 5 2730 N 自 F 3 3 卸料力和推件力的确定卸料力和推件力的确定 1 1 卸料力卸料力 卸料力不仅是设计卸料板是的重要参数 它还是冲小孔是 影响凸模使用寿命 的一个主要因素 合理地确定卸料力可以使模具结构紧凑和保证冲裁生产过程 的稳定 生产上常以经验公式来估算卸料力 P 即 FKFN 卸 弯曲 冲压级进模设计 第 9 页 式中 F 冲裁力 K 卸料力系数 查 模具设计使用手册 查得 K 0 05 0 08 取 K 0 05 F 卸 0 05 5354 4 N 2 2 推件力推件力 查 模具设计使用手册 2 26 查得 N FnKF 推 式中 F 弯曲力 K 卸料力系数 查 模具设计使用手册 查得 K 0 05 0 08 取 K 0 05 n 同时卡在凹模内冲裁件 或废料 数 n h t h 为凹模洞口的直刃壁 高度 t 为材料厚度 n 3 F 推 3 0 05 2730 4095 N 3 3 顶件力顶件力 查 冲压工艺与模具设计 2 27 DD FK F 顶件力系数 见表 2 15 D K0 06 D K 0 06 6425 28 N D F 4 4 压力中心的确定压力中心的确定 利用 CAD 计算出压力中心 弯曲 冲压级进模设计 第 10 页 第五章冲裁间隙第五章冲裁间隙 设计模具时一定要选择合理的间隙 以保证冲裁件的断面质量 尺寸精度 满足产品的要求 所需冲裁力小 模具寿命高 但分别从质量 冲裁力 模具 寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值 只是彼此接近 考虑到 制造中的偏差及使用中的磨损 生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间 隙 只要间隙在这个范围内 就可以冲出良好的制件 这个范围的最小值称为 最小合理间隙 Zmin 最大值称为最大合理间隙 Zmax 考虑到模具在使用过程 中的磨损使间隙增大 故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 Zmin 冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响 此外 冲裁间隙 还影响模具寿命 卸料力 推件力 冲裁力和冲裁件的尺寸精度 冲裁过程中 凸模与被冲的孔之间 凹模与落料件之间均有摩擦 间隙越小 模具作用的压 应力越大 摩擦也越严重 而降低了模具的寿命 较大的间隙可使凸模侧面及 材料间的摩擦减小 并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制 虽然提高了 弯曲 冲压级进模设计 第 11 页 模具寿命而 但出现间隙不均匀 因此 冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的 一个非常重要的工艺参数 查 冲压工艺与模具 表 2 5 得mm mm min 0 132Z max 0 240Z 第六章模具结构形式的确定第六章模具结构形式的确定 1 1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺分析可知 采用级进模方式冲压 所以模具类型为级进模 2 2 操作方式操作方式 零件的生产批量为大批量 但合理暗盘生产可用手动送料方式 既要满足生产 要求 又可以降低生产成本 提高经济效益 3 3 出件方式出件方式 采用推件出料 4 4 确定送料方式确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向 的凹模长度 L 故采用横向送料方式 即由右向左 或由左向右 送料 5 5 确定导向方式确定导向方式 方案一 采用对角导柱模架 由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线 上 所以上模座在导柱上滑动平稳 常用于横向送料级进模或纵向送料的落料 模 复合模 方案二 采用后侧导柱模架 由于前面和左 右不受限制 送料和操作比 较方便 因为导柱安装在后侧 工作时 偏心距会造成导套导柱单边磨损 严 重影响模具使用寿命 且不能使用浮动模柄 方案三 四导柱模架 具有导向平稳 导向准确可靠 刚性好等优点 常 用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件 以及大量生产用的自动冲压 模架 方案四 中间导柱模架 导柱安装在模具的对称线上 导向平稳 准确 但只能一个方向送料 弯曲 冲压级进模设计 第 12 页 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式 为提高模具寿命和工 件质量 该级进模采用对角导柱的导向方式 即方案一最佳 第七章冲孔刃口尺寸计算第七章冲孔刃口尺寸计算 按下面关系选取 工件精度 IT10 以上 x 1 工件精度 IT11 IT13 x 0 75 工件精度 IT14 x 0 5 A 0 5 A A 凹模制造偏差 通常取 A 4 系数 x 选取 非圆形圆形 x 1x 0 75x 0 5x 0 75x 0 5料厚 t mm 工件公差 mm 1 1 2 2 4 4 0 16 0 20 0 24 0 30 0 17 0 35 0 21 0 41 0 25 0 49 0 31 0 59 0 36 0 42 0 50 0 60 0 16 0 20 0 24 0 30 0 16 0 20 0 24 0 30 maxmin 0 4 ZZ0 40 2400 1320 0432 ppp maxmin 0 6 ZZ0 60 2400 1320 0648 ddd 1 1 冲孔模冲孔模 第一次冲裁为冲孔工序 采用凸凹模分别加工法 这种方法适合于圆形或简单规则形状的 工件 使模具制造简单 精度得到保证 由 冲压工艺与模具设计 公式 2 4 25 得 0 min p p ddx A min0minmin0 dd dp ddZdxZ A 式中 冲孔凸模丶凹模的尺寸 mm pd dd 冲孔极限的最小尺寸 mm min d 2 2 孔中心距 孔中心距 孔心距属于模具刃口磨损后基本不变的尺寸 若工件上冲出的孔心距尺寸为其凹模 L A 弯曲 冲压级进模设计 第 13 页 型孔的孔心距可按下式确定 或 4 d LL A 8 d LL A 00 10 04320 0432 12 1 0 07 12 07 p d 0 06480 0648 100 12 070 132 12 202 d d 00 20 04320 0432 5 1 1 048 5 048 p d 0 06480 0648 200 5 0480 132 5 18 d d 校核 maxmin 0 04320 06480 108 dp ZZmm 孔心距尺寸 1 19 0 084 19 0 0105 8 d Lmm 3 3 落料模 落料模 第二次冲裁 冲制形状复杂的工件 采用配做加工 设计是以凸模为基准 凹模磨损后有 三类尺寸 A B C A 类尺寸 扩大 25 5 B 类尺寸 缩小 20 10 C 类尺寸 不变 9 按照入体原则查 冲裁模课程设计 表 2 3 确定冲裁件内形尺寸公差 工作零件刃口尺寸 计算如图 第八章第八章 主要零件的设计主要零件的设计 1 1 冲裁凸模冲裁凸模 凸模材料选用 Cr12MoV 凸模刃口淬火硬度为 HRC58 60 尾部回火至 40 50HRC 此凸模为圆形凸模所以凸模的固定方式使用阶梯固定方式 如图所示 凸模长度计算 模具采用弹性卸料装置 根据 冲压工艺标准件 表 4 5 查得 L1 45mm L2 80mm 2 2 冲裁凹模冲裁凹模 弯曲 冲压级进模设计 第 14 页 凹模的刃口形式 查 冲压工艺与模具设计 冲孔凹模采用形刃口形式 此凹模固定采用螺钉和销钉直接直接固定在支撑板上 凹模大小按照固定板和垫板的大小 冲孔凹模凹模厚度 公式 H kb 式中 k 系数 b 凹模刃口最大尺寸 查表取 K 0 3 凹模厚度系数 K 材料厚度 t mm S mm 1 1 3 3 6 50 0 30 0 400 35 0 500 45 0 60 50 1000 20 0 300 22 0 350 30 0 45 100 2000 15 0 200 18 0 220 22 0 30 2000 10 0 150 12 0 180 15 0 22 取凹模厚度 H 10mm 壁厚 C 10mm 凹模宽度 B 32mm 凹模长度 L 51mm 3 3 弯曲凸模 凹模的设计弯曲凸模 凹模的设计 1 弯曲凸凹模的圆角半径 1 此弯曲件的相对弯曲半径较小 所以凸模的圆角半径就取弯曲件的弯 曲半径 t 1 5mm 2 凹模圆角半径 材料厚度 t2 2 44 凹模圆角半径 r 3 6 t 2 3 t 2t 因为弯曲件的相对弯曲半径较小 所以据表取凹模的圆角半径为 3t 2 弯曲凹模深度 弯曲 冲压级进模设计 第 15 页 弯曲 U 件的凹模深度值 0 L 材料厚度 弯曲件边长 L1 1 22 44 64 10 50 1520253035 50 752025303540 75 1002530354040 100 1503035405050 150 2004045556565 据表 弯曲凹模深度取 20 3 弯曲凸模与凹模间的间隙 1 0 05 1 1 51 575 2 Z nt 式中 Z 弯曲模的凸 凹模单边间隙 t 工件材料厚度 n 间隙系数 冲压模具课程设计 表 3 15 4 4 定位零件定位零件 1 导料板 2 导正销 5 卸料板的设计卸料板的设计 卸料板采用Q235制造 卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同 厚度根 据 冲压模具标准件 表7 8 7 9得厚度H 12 卸料板孔与凸模的单边间隙 c 0 15 6 上下模座上下模座 模座分带导柱和不带导柱两种 根据生产规模和生产要求确定是否带导柱 的模座 本模具采用四角导柱 导套来保证模具上 下模的精确导向 滑动导柱 导套都是圆柱形的 其加工方便 可采用车床加工 装配容易 导柱的长度应 保证上模座最底位置时 闭合状态 导柱上端面与上模座顶面的距离 15mm 而下模座底面与导柱底面的距离为 5mm 导柱的下部与下模座导柱孔采用 R7 h5 的过盈配合 导套的外径与上模座导套孔采用 R7 h5 的过盈配合 导套的长 弯曲 冲压级进模设计 第 16 页 度 需要保证冲压时导柱一定要进入导套 10mm 以上 导柱与导套之间采用 H7 h6 的间隙配合 导柱与导套均采用 20 钢 热处理硬度渗碳淬硬 56 60HRC 导柱的直径 长度 按标准选取 导柱 d mm L mm 分别为 32 170 导套 d mm L mm Dmm 分别为 32 65 30 根据 冲压模标准件 表 2 24 模座的的尺寸 L mm B mm 为 160mm 100mm 上模座厚度 32 下模座厚度 40 凸模固定板厚度 25 凹模固定 板厚度 13 7 模柄模柄 模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上 常用的模柄形式有 1 整体式模柄 模柄与上模座做成整体 用于小型模具 2 带台阶的压入式模柄 它与模座安装孔用 H7 n6 配合 可以保证较高的同轴 度和垂直度 适用于各种中小型模具 3 带螺纹的旋入式模柄 与上模连接后 为防止松动 拧入防转螺钉紧固 垂 直度较差 主要用于小型模具 4 有凸缘的模柄 用螺钉 销钉与上模座紧固在一起 使用与较大的模具 5 浮动式模柄 它由模柄 球面垫块和连接板组成 这种结构可以通过球面垫 块消除冲床导轨位差对对冲模导向精度的影响 适用于滚珠导柱 导套导向的 精密冲裁 本模具采用带台阶的压入式模柄 在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度 模柄直径应与 模柄孔径一致 8 模具的闭合高度 模具的闭合高度 该模具的闭合高度为 H 闭 H 上模 H 垫 L H H 下模 h2 mm 190 mm 式中 L 凸模长度 L 62 弯曲 冲压级进模设计 第 17 页 H 凹模厚度 H 30 h2 凸模冲裁后进入凹模的深度 h2 2 9 综上所述 根据 模具设计与制造简明手册 表 1 308 选用 L 80mm B 63mm 10 橡胶的选用橡胶的选用 根据模具安装位置拟用八个弹簧 Fx 1 6 3 75 6 0 668KN 由 冲压标准件选用与设计指南 表 6 3 得选 20 40 11 螺钉与定位销 导正销的选用螺钉与定位销 导正销的选用 根据 冲压模具标准件 表 5 6 表 5 11 选用螺钉 M5 45 销钉 销 GB T 119 1 5m6 45 A1 导正销根据 模具设计与制造简明手册 表 1 233 选用 第九章压力机技术参数校核第九章压力机技术参数校核 通过校核 该冲裁件所需的冲裁力为 124 12Kg 选择开式双柱可倾压力机 J23 16 能够满足使用要求 其主要技术参数如下 公称压力 160KN 滑块行程 55mm 最大闭合高度 120mm 最大装模高度 220mm 工作台尺寸 前后 左右 300mm 450mm 垫板尺寸 厚度 孔径 40mm 6mm 模柄孔尺寸 40mm 60mm 最大倾角高度 35 弯曲 冲压级进模设计 第 18 页 主视图 俯视图 弯曲 冲压级进模设计 第 19 页 第十章模具零件制造工艺编制第十章模具零件制造工艺编制 1 1 冲裁凸模加工工艺过程冲裁凸模加工工艺过程 材料 T8A 硬度 56 60HRC 序号工序名称工序内容 1 备料锻件 退火状态 30 20 70mm 2 粗洗洗六面到尺寸 13 13 63mm 注意两大平面与相邻侧面 用标准角尺测量达到基本垂直 3 热处理淬火 硬度至 HRC56 60 4 线切割切割外型 保留 0 01 0 02mm 磨削余量 5 磨削磨削端面尺寸到表面粗糙的要求 6 检验检验 7 钳装配 钳修并装配 检修 2 2 冲孔凹模加工工艺过程冲孔凹模加工工艺过程 材料 Gr12MoV 硬度 56 60HRC 序号工序名称工序内容 1 备料锻件 退火状态 220 150 40mm 2 粗洗洗六面到尺寸 202 127 32mm 注意两大平面与相邻 侧面用标准角尺测量达到基本垂直 3 平面磨磨光两大平面厚度达到 31mm 并两相邻侧面达到四面 垂直 垂直度 0 02mm 4 钳 划线 画出各孔径中心线并画出凹模洞口轮廓尺寸 钻孔 钻螺纹底孔 销钉底孔和凹模洞口穿线孔 绞孔 绞销孔到要求 攻丝 攻螺纹到要求 5 热处理淬火 使硬度达到 56 60HRC 6 磨平面磨光两大平面 使厚度达到 30 3mm 弯曲 冲压级进模设计 第 20 页 7 线切割割凹模洞口 并留有 0 01 0 02 的研磨量 8 钳研磨洞口内壁侧面达到 0 08um 9 钳用垫片层保证凹模与凸凹模间隙均匀后 凹模与上模 座配做销钉孔 10 平磨研磨凹模板上面达到厚度尺寸要求 3 3弹压卸料板模加工工艺过程弹压卸料板模加工工艺过程 材料 45钢 硬度 48 60HRC 序号工序名称工序内容 1 备料锻件 退火状态 165 65 7mm 2 粗洗洗六面到尺寸 160 60 6mm 注意两大平面与相邻侧 面用标准角尺测量达到基本垂直 3 平面磨磨光平面厚度达到 6m 并两相邻侧面达到四面垂直 垂直度 0 02mm 4 钳 划线 画出各孔径中心线并画出凹模洞口轮廓尺寸 钻孔 钻螺纹底孔 销钉底孔和凹模洞口穿线孔 绞孔 绞销孔到要求 攻丝 攻螺纹到要求 5 热处理淬火 使硬度达到 56 60HRC 6 磨平面磨光两大平面 使厚度达到 30 3mm 7 线切割割凹模洞口 并留有 0 01 0 02 的研磨量 8 钳研磨洞口内壁侧面达到 0 08um 9 钳用垫片层保证凹模与凸凹模间隙均匀后 凹模与上模 座配做销钉孔 10 平磨研磨凹模板上面达到厚度尺寸