空调零部件冲压工艺与模具设计.doc

准考证号 准考证号 本本科科生生毕毕业业论论文文 设设计计 空调零部件 导流板 的冲压工艺与模具设计空调零部件 导流板 的冲压工艺与模具设计 学学 院 院 江江 西西 科科 技技 学学 院院 专专 业 业 模具设计与制造模具设计与制造 班班 级 级 1010 模具四 一 班模具四 一 班 学生姓名 学生姓名 陈俊橙陈俊橙 指导老师 指导老师 黄雁彬黄雁彬 完成日期 完成日期 20132013 年年 9 9 月月 2525 本科论文原创性申明本科论文原创性申明 本人郑重申明 所呈交的论文 设计 是本人在指导老师的指导下独立 进行研究 所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论 文 设计 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式表明 本人完全 意识到本申明的法律后果由本人承担 学位论文作者签名 手写 签字日期 年 月 日 本科论文版权使用授权书本科论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查 阅和借阅 本人授权江西科技学院江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文 学位论文作者签名 手写 指导老师签名 手写 签字日期 年 月 日 签字日期 年 月 日 I 摘要摘要 在一系列方式中 传统模具设计方法存在许多缺点 众所周知 热处理对模 具起着非常重要的作用 为了克服模具热处理工艺存在的缺点 一种新的模具 热处理工艺并行设计方法已经被开发出来了 热处理 CAD CAE 技术是集成了 并行环境和有关模型而建立的 这些调查研究可以显著提高效率 降低成本 并保证产品质量达到 R 和 D 级 关键词关键词 模具设计 热处理 模具 Abstract Many disadvantages exist in the traditional die design method which belongs to serial pattern It is well known that heat treatment is highly important to the dies A new idea of concurrent design for heat treatment process of die and mould was developed in order to overcome the existent shortcomings of heat treatment process Heat treatment CAD CAE was integrated with concurrent circumstance and the relevant model was built These investigations can remarkably improve efficiency reduce cost and ensure quality of R and D for products Key words die design heat treatment mould 第 页 目 录 第 1 章 绪 论 1 1 1 冲压及冲压模具的概念 特点 1 1 2 冲压的基本工序及模具 1 1 3 冲压加工的优点 2 1 4 本课题的目的和意义 2 第 2 章 冲裁件的工艺分析 3 2 1 工件材料 3 2 2工件结构形状 4 2 3 工件尺寸精度 4 2 4 翻边孔尺寸计算 5 2 5 拉深展开长度计算 6 第 3 章 冲裁工艺方案及模具结构的确定 7 3 1冲裁工艺方案的确定 7 3 2 模具结构形式的确定 8 第 4 章 模具总体设计 9 4 1 模具类型 9 4 2 操作与定位方式 9 4 3 卸料与出件方式 9 4 4 模架类型及精度 9 第 5 章 模具设计计算 10 5 1 排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率 11 5 1 1 排样方式的选择 11 5 1 2 计算条料宽度 11 5 1 3确定步距和排样方式 13 5 1 4 计算材料利用率 14 5 2 冲压力的计算 15 5 2 1 冲裁力和弯曲力的计算 15 5 2 2 卸料力的计算 16 5 3 压力中心的确定 18 5 4 模具刃口尺寸的计算 19 5 4 1 冲裁间隙分析 19 5 4 2 落料尺寸 20 第 6 章 主要零部件设计 21 6 1 工作零部件的结构设计 21 6 1 1 凹模的尺寸 21 第 I 页 6 1 2 模具的其它零件 22 6 1 2 1 导向零件的设计 22 6 1 2 2 固定与联接零件的设计与选取 23 第 7 章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 24 7 1 校核模具闭合高度 25 7 2 冲压设备的选定 26 第 8 章 设计并绘制模具总装图及选取标准件 27 第 9 章 模具制造要点 28 第 10 章 模具的装配与调试 30 10 1 模具的装配与调试 30 10 2 在压力机上安装与调试 31 总 结 32 参考文献 33 附 录 34 致 谢 35 第 0 页 第 1 章 绪 论 1 1 冲压及冲压模具的概念 特点 冲压工艺是利用安装在冲压设备 主要是压力机 上的模具对材料施加压力 使其产生分离或塑性变形 从而获得所需零件 俗称冲压或冲压件 的一种压力加 工方法 冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工 且主要采用板料来加工成所 需零件 所以也叫冷冲压或板料冲压 冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法 之一 隶属于材料成型工程术 冲压所使用的模具称为冲压模具 简称冲模 冲模是将材料 金属或非金属 批量加工成所需冲件的专用工具 冲模在冲压中至关重要 没有符合要求的冲模 批量冲压生产就难以进行 没有先进的冲模 先进的冲压工艺就无法实现 冲压工 艺与模具 冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素 只有它们相互结合才能得 出冲压件 1 2 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多 各类零件的形状 尺寸和精度要求又各不相同 因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的 概括起来 可分为分离工序和成 形工序两大类 分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状 尺寸和 断面质量的冲压 俗称冲裁件 的工序 成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产 生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序 上述两类工序 按基本变形方式不同又可分为冲裁 弯曲 拉深和成形四种基 本工序 每种基本工序还包含有多种单一工序 冲模的结构类型也很多 通常按工序性质可分为冲裁模 弯曲模 拉深模和成 形模等 按工序的组合方式可分为单工序模 复合模和级进模等 但不论何种类型 的冲模 都可看成是由上模和下模两部分组成 上模被固定在压力机工作台或垫板 上 是冲模的固定部分 工作时 坯料在下模面上通过定位零件定位 压力机滑块 带动上模下压 在模具工作零件 即凸模 凹模 的作用下坯料便产生分离或塑性 变形 从而获得所需形状与尺寸的冲件 上模回升时 模具的卸料与出件装置将冲 件或废料从凸 凹模上卸下或推 顶出来 以便进行下一次冲压循环 第 1 页 1 3 冲压加工的优点 与机械加工及塑性加工的其它方法相比 冲压加工无论在技术方面还是经济方 面都具有许多独特的优点 主要表现如下 1 冲压加工的生产效率高 且操作方便 易于实现机械化与自动化 这是因为 冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工 普通压力机的行程次数为每分钟可达几十 次 高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上 而且每次冲压行程就可能得到一 个冲件 2 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度 且一般不破坏冲压件的表 面质量 而模具的寿命一般较长 所以冲压的质量稳定 互换性好 具有 一模一样 的特征 3 冲压可加工出尺寸范围较大 形状较复杂的零件 如小到钟表的秒表 大到 汽车纵梁 覆盖件等 加上冲压时材料的冷变形硬化效应 冲压的强度和刚度均较 高 4 冲压一般没有切屑碎料生成 材料的消耗较少 且不需其它加热设备 因而 是一种省料 节能的加工方法 冲压件的成本较低 冲压加工所使用的模具一般具有专用性 有时一个复杂零件需要数套模具才能 加工成形 且模具制造的精度高 技术要求高 是技术密集形产品 只有在冲压件 生产批量较大的情况下 冲压加工的优点才能充分体现 从而获得较好的经济效益 1 4 本课题的目的和意义 本课题的题目是 空调导引板成型工艺与成型模具进行设计 本次设计零件加 工包括了拉深 冲孔 翻边 落料的加工 通过对冲孔模 落料模 弯曲模的学习 分析和比较了各加工工艺方案 完成了模具总体的结构分析 进行毛坯尺寸 排样 工序尺寸 冲压压力 压力中心 模具工作部分尺寸等工艺计算 绘制了装配草图 并进行零部件初步选用设计 然后确定外形尺寸 选择冲压设备 绘制总的装配图和 零件图 该课题是通过空调导引板的成型工艺分析和成型模具设计 对冲压成型工 艺进行分析并对冲压模具设计的一般步骤和方法进行研究和探讨 通过查阅相关资 料和对生产实际进行调研 对冲压成形技术和模具设计的现状和发展趋势提出自己 的认识和看法 该课题不仅具有实际意义并且也有很强的启发性 可以起到总结和 第 2 页 考核作用 以下就是本文的详细论述 第 2 章 冲裁件的工艺分析 本次设计冲压工件为空调导流板如图 2 1 图 2 1 工件图 零件名称 空调导流板 生产批量 大批量 材料 Q235 材料厚度 1mm 2 1 工件材料 由图 2 1 分析知 工件材料采用 Q235 Q235 是一种钢材的材质 Q 代表的是这种材质的屈服度 后面的 235 就是指 这种材质的屈服值 在 235MP 左右 并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小 由于含碳适中 综合性能较好 强度 塑性和焊接等性能得到较好配合 用途最广 泛 常轧制成盘条或圆钢 方钢 扁钢 角钢 工字钢 槽钢 窗框钢等型钢 中 厚钢板 大量应用于建筑及工程结构 用以制作钢筋或建造厂房房架 高压输电铁 塔 桥梁 车辆 锅 炉 容器 船舶等 也大量用作对性能要求不太高的机械零 第 3 页 件 Q235 的机械性能 抗拉强度 b MPa 375 500 伸长率 5 26 a 1 6mm 25 a 1 6 4 0mm 24 a 4 0 6 0mm 23 a 6 0 10 0mm 22 a 10 0 15 0mm 21 a 15 0mm 其中 a 为钢材厚度或直径 2 2工件结构形状 图 2 2 工件三维立体图 工件结构形状相对简单 如图 2 2 所示 有一个拉深 另外有 2 个非圆形孔和 3 个圆孔 有 2 个翻边 孔与边缘之间的距离满足要求 料厚为 1mm 满足许用壁厚 要求 孔与孔之间 孔与边缘之间的壁厚 可以冲裁加工 2 3 工件尺寸精度 第 4 页 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 IT14 级精 度 普通冲裁完全可以满足要求 根据以上分析 该零件冲裁工艺性较好 综合评比适宜冲裁加工 2 4 翻边孔尺寸计算 翻边孔尺寸计算如图 2 3 所示 图 2 3 翻边孔计算 在进行翻边之前 需要在坯料上加工出待翻边的孔 其孔径 d 按弯曲展开的原 则求出 即 d D 2 H 0 43r 0 72t 式中符号均表示图 2 3 中 代入数据 d 4 5 2 2 0 43 0 5 0 72 1 2 37mm 取 2 4mm 竖边高度则为 H D d 2 0 43r 0 72t 或 H D 2 1 K 0 43r 0 72t 如以极限翻边系数 K min 代入 便求出一次翻边可达到的极限高度为 Hmax D 2 1 Kmin 0 43r 0 72t 代入数据 第 5 页 Hmax 4 5 2 1 0 36 0 43 0 5 0 72 4 45mm 所以经过验证 最大翻边高度 4 45mm 所以可以一次翻边成形 2 5 拉深展开长度计算 工件有拉深和翻边 需要计算展开长度 拉深方式如图 2 4 所示 图 2 4 拉深简图 展开计算公式为 D 2 2 2 321 2 1 d 2dddld 代入数据 D 222 12 3 36 3 127 427 36 72mm 取 D 36 8mm 第 6 页 第 3 章 冲裁工艺方案及模具结构的确定 3 1冲裁工艺方案的确定 该冲裁件包括落料 冲孔 翻边 拉深成形工序 可采用的冲裁方案有单工序 冲裁 复合冲裁和级进冲裁三种 但零件属于大批量生产 若采用单工序模需要模 具数量较多 生产率低 费用较高 故不予采用 用复合模可以使冲件的精度和平 值度得到保证 生产率也较高 但应零件的孔边距较小 模具强度不能保证 用级 进模冲裁时 生产率高 操作方便 通过合理的设计可以达到较好的零件质量和避 免模具强度不够的问题 根据以上分析 该零件采用级进模冲裁工艺方案 方案种类 该工序包括落料 冲孔 翻边 拉深成形等工序 可有以下三种工艺方案 方案一 先拉深 再冲孔 再翻边 后落料 单工序模生产 方案二 拉深 冲孔 翻边 落料级进冲压 级进模生产 方案三 落料 拉深 冲孔 翻边复合模冲压 复合模生产 三种类型模具优缺点比较如表 3 1 表 3 1 单工序模复合模级进模 结构简单较复杂复杂 成本 周期小 短小 短高 长 制造精度低较高高 材料利用率高高低 生产效率低低高 维修不方便不方便方便 产品精度高高低 品质低低高 安全性不安全不安全安全 自动化易于自动化 冲床性能要求低低高 小批量生产大批量生产大批量生产 第 7 页 应用大中型零件的冲 压试制 内外形精度要求高中小零件冲压 根据分析结合表 3 1 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 可以完成复杂零件的冲裁 虽然工位数量增加但是不影 响生产效率 方案三只需一副模具 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 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二最佳 3 2 模具结构形式的确定 级进模是指在条料的送料方向上 具有两个以上的工位 并在压力机的一次行 程中 在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模 级进模的定距 方式有两种 挡料销定距和侧刃定距 本模具采用侧刃定距 侧刃代替了挡料销控制条料送进距离 步距 侧刃是 特殊功用的凸模 其作用是在压力机每次冲压行程中 沿条料边缘切下一块长度等 于送料近距的料边 在条料送进过程中 切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住 送 进的距离即等于步距 除定距外 条料送进时 需要定位 本设计采用 10 个定位螺钉代替导料板对 条料进行定位 第 8 页 第 4 章 模具总体设计 4 1 模具类型 根据前面对零件的冲压工艺性分析 模具的类型采用级进模见 3 1 分析 加工 工序依次为拉深 冲孔 翻边 落料 4 2 操作与定位方式 零件虽属于大批量生产 但在此安排手工送料方式能够达到批量生产 且能够 降低模具的成本 初次送料时为了便于顺利将板材推进模具中安装一个承料板 承料板是用于接 长凹模上平面 由于零件轮廓复杂 厚度较高 为保证两孔的中心距 宜采用导尺导向 由自 动挡料销进行初定位 导正销进行精确定位 4 3 卸料与出件方式 考虑到零件结构较复杂 厚度较高等因素 在此采用刚性卸料装置 另外为了 安装采用自动挡料销安装刚性卸料装置是必要的 卸料板与各凸模没有配合的要求 卸料板上穿过凸模的孔一般制成与凸模仿形的 可有明显的间隙 由于是大批量生产 为了便于操作 提高生产效率 冲件和废料采用凸模直接 从凹模洞口推出的下出件方式 4 4 模架类型及精度 模架主要有以下几种用途和功能如表 4 1 表 4 1 类型用途和功能 对角导柱模架 在凹模面积的对角中心线上 装有前 后导柱 其有效区在毛 坯进给方向的导套间 受力平衡 上模座在导柱上运动平稳 适用于纵向或横向送料 使用面宽 常用于级进模或复合模 其凹模周界范围为 mmmmmmmm500500 5063 后侧导柱模架 两导柱 导套分别装在上 下模座后侧 凹模面积是导套前的 有效区域 可用于冲压较宽条料 且可用边角料 送料及操作 方便 可纵向 横向送料 主要适用于一般精度要求的冲模 不宜勇于大型模具 因有弯曲力矩 上模座在导柱上运动不平 第 9 页 稳 其凹模周界范围 mmmmmmm250400 5063 后侧导柱窄形模架 主要用于窄形零件盒特殊冲压工工艺的冲模 起凹模周界范 围为mmmmmmmm200800 80250 中间导柱圆形模架 常用于电机行业冲模 或用于冲压圆形制件的冲模 其凹模周 界范围为 mmmmmmmm380630 10063 中间导柱模架 其凹模面积是导套间的有效区域 仅适用于横向送料 常用于 弯曲模或复合模 具有导向精度高 上模座在导柱上 运动平 稳的特点 其凹模周界范围为mmmmmmmm500500 5063 四导柱模架 模架受力平衡 导向精度高 适用于大型制件 精度很高的冲 模 以及大批量生产地自动冲压生产线上的冲模 其凹模周界 范围为mmmmmmmm400630 250160 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 该级复合模采用了四导柱导柱模架的导向方式 四导柱模架导向平稳 导向准 确可靠 刚性好等优点 第 10 页 第 5 章 模具设计计算 5 1 排样 计算条料宽度 确定步距 材料利用率 5 1 1 排样方式的选择 方案一 有废料排样 沿冲件外形冲裁 在冲件周边都留有搭边 冲件尺寸完 全由冲模来保证 因此冲件精度高 模具寿命高 但材料利用率低 方案二 少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响 冲件质量差 模具寿 命较方案一低 但材料利用率稍高 冲模结构简单 方案三 无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些 但材料利用率最高 通过上述三种方案的分析比较 综合考虑模具寿命和冲件质量 该冲件的排样 方式选择方案一为佳 考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最 佳 5 1 2 计算条料宽度 搭边的作用是补偿定位误差 保持条料有一定的刚度 以保证零件质量和送料 方便 搭边过大 浪费材料 搭边过小 冲裁时容易翘曲或被拉断 不仅会增大冲 件毛刺 有时还有拉入凸 凹模间隙中损坏模具刃口 降低模具寿命 搭边值通常由表 5 1 所列搭边值和侧搭边值确定 根据零件形状 查表 5 1 并考虑到工件的切边 工件之间搭边值 a 1mm 工 件与侧边之间搭边值取 a1 1 5mm 条料是有板料裁剪下料而得 为保证送料顺利 规定其上偏差为零 下偏差为负值 B0 Dmax 2a1 2b1 0 式 5 1 式中 Dmax 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a1 冲裁件之间的搭边值 b1 工件与侧边之间搭边值 板料剪裁下的偏差 其值查表 5 2 可得 0 4mm B0 36 8 2 1 5 2 1 41 80 0 40mm 故条料宽度为 41 8mm 第 11 页 表 5 1 搭边值和侧边值的数值 圆件及类似圆形制件 矩形或类似矩形制 件长度 50 矩形或类似矩形制件长度 50材料厚度 t mm 工件间 a侧边 a1 工件间 a侧边 a1工件间 a侧边 a1 0 251 01 21 21 51 5 2 51 8 2 6 0 25 0 5 0 81 01 01 21 2 2 21 5 2 5 0 5 1 0 0 81 01 01 21 5 2 51 8 2 6 1 1 5 1 01 31 21 51 8 2 82 2 3 2 1 5 2 0 1 21 51 51 82 0 3 02 4 3 4 2 0 2 5 1 51 91 82 22 2 3 22 7 3 7 表 5 2 普通剪床用带料宽度偏差 mm 条料宽度 b mm 条料厚度 t mm 50 50 100 100 200 200 0 40 50 60 7 2 0 50 60 70 8 2 3 0 70 80 91 0 3 5 0 91 01 11 2 第 12 页 表 5 3 侧刃冲切得料边定距宽度 b1 mm 条料宽度 b mm 条料厚度 t mm 金属材料非金属材料 1 51 52 0 1 5 2 5 2 03 0 1 5 2 5 2 54 0 5 1 3确定步距和排样方式 排样设计的原则 提高材料的利用率 冲裁件生产批量大 生产效率高 材料费用一般会占总成本 的 60 以上 所以材料利用率是衡量排样经济性的一项重要指标 应合理的设计 零件外形及排样 提高材料利用率 改善操作性 冲裁件排样应使工人操作方便 安全 劳动强度低 一般来说 在 冲裁生产时应尽量减少条料的翻动次数 在材料利用率相近的情况下 应选用条料 宽度及进距小的排样方式 使模具结构简单合理 使用寿命高 保证冲裁件的质量 冲裁件在板料 条料或带料上的布置法称为排样法 称为排样 排样是否合理 直接影响到材料的利用率 零件质量 生产率 模具结 构与寿命等 因此 在冲压工艺中和模具设计中 排样是一项极为重要的技术性很 强的工作 根据工件的形状 排样采用直排形式 采用始用挡料销控制初始步距 采用 活动挡料销控制冲压过程中的送料步距 根据材料的厚度查 模具实用技术设计综 合手册 表 2 7 附录 3 最小工艺搭边值 工件间距 a1 1mm 边距 a 2 5mm 送料方式采用手动送料 由于工件本身形状的限制 故菜用了有废料 的排样方式 这虽然在材料利用率方面没有少废料排样和无废料排样高但能够消除 条料宽度误差和条料导向误差的影响 并可以感受模具的受力状态提高模具的寿命 排样图如图 5 1 送料步距 S 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距 每个步距可冲一个 或多个零件 进距与排样方式有关 是决定侧刃长度的依据 条料宽度的确定与模 具的结构有关 第 13 页 进距确定的原则是 最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值 最 大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料 并有一定的间隙 级进模送料步距 S S Dmax a1 式 5 1 Dmax 为零件横向最大尺寸 a1为搭边值 S 22 8 1 23 8mm 排样图如图 5 1 所示 1 拉深2 冲孔 3 翻边4 落料 1 拉深2 冲孔 3 翻边4 落料 1 拉深2 冲孔 3 翻边4 落料 图图 5 15 1 排样图 5 1 4 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 一个步距内的材料利用率 A BS 100 式 5 1 式中 A 一个步距内冲裁件的实际面积 B 条料宽度 S 步距 第 14 页 由此可之 值越大 材料的利用率就越高 废料越少 废料分为工艺废料和 结构废料 结构废料是由本身形状决定的 一般是固定不变的 工艺废料的多少决 定于搭边和余量的大小 也决定于排样的形式和冲压方式 因此 要提高材料利用 率 就要合理排样 减少工艺废料 排样合理与否不但影响材料的经济和利用 还影响到制件的质量 模具的的结 构和寿命 制件的生产率和模具的成本等指标 因此 排样时应考虑如下原则 1 提高材料利用率 不影响制件使用性能的前提下 还可以适当改变制件的 形状 2 排样方法使应操作方便 劳动强度小且安全 3 模具结构简单 寿命高 4 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求 一个步距内冲裁件的实际面积 根据 CAD 工具 查询 面积得 A 721mm2 所以一个步距内的材料利用率 H A BS 100 式 5 1 代入数值得 H 721 41 8 23 8 100 72 5 根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 72 5 满足要求 5 2 冲压力的计算 5 2 1 冲裁力和弯曲力的计算 在冲裁过程中 冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的 通常说的冲裁 力是指冲裁力的最大值 它是选用压力机和设计模具重要依据之一 用平刃冲裁时 其冲裁力 一般按下式计算 F KLt b 式 5 2 式中 F 冲裁力 L 冲裁周边长度 t 材料厚度 b 材料抗剪强度 系数 第 15 页 工件周长 L 计算为 L 25 4 2 22 8 4 11 109 396mm 取 L 110mm 系数 是考虑到实际生产中 模具间隙值的波动和不均匀 刃口磨损 板料力 学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数 一般取 1 3 b的值查表为 303 372Mpa 取 b 370Mpa 所以 F KLt b 1 3 110 1 370 52910N 根据计算 模具冲裁力约为 53KN 翻边力计算 查 冷冲模设计 第 216 页 翻边力公式为 F 翻 1 1 D d t s 其中 F 翻 翻边力 N D 翻边后中经 mm d 翻边直径 mm t 材料厚度 mm s 材料的屈服点 MPa 这里 D 4 5mm d 2 4mm t 1mm s 500MPa 于是 F 翻 2 1 1 3 14 4 5 2 4 1 500 7253 4 N 5 2 2 卸料力的计算 在冲裁结束时 由于材料的弹性回复 包括径向回复和弹性翘曲回复 及摩擦 的存在 将使冲落的材料梗塞在凹模内 而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上 为使 冲裁工作继续进行 必须将紧箍在凸模上的料卸下 将梗塞在凹模内的材料推出 从凸模上卸下箍着的料称卸料力 一般按以下公式计算 卸料力Fx KxF 式 5 3 第 16 页 Fx KxF 0 055 53KN 2 915KN Kx KD为卸料力系数 其值查表 5 3 可得 所以总冲压力 Fz F Fx FD 式 5 4 53KN 7 25KN 2 915KN 63 165KN 压力机公称压力应大于或等于冲压力 根据冲压力计算结果拟选压力机为 J23 10 J23J23 1010 压力机技术参数表压力机技术参数表 5 4 标称压力 Fg 10KN 6 3 标称压力行程 Sg mm 3 5 滑块固定行程S mm 50 滑块调节行程 S mm 50 6 标称压力行程次数 n 次 mm 1 160 快速型 标称压力行程Sg mm 1 快速型 滑块行程S mm 20 快速型 标称行程 快速型 次数 不小于 n 次 mm 1 350 最大封闭高度 固定和可损 H mm 170 最大封闭高度 活动台最低 H2 mm 最大封闭高度 活动台最高 H1 mm 封闭高度调节量 H mm 40 标准型滑块中心到机身距离 C mm 110 标准型工作台尺寸左右 L mm 315 标准型 工作台尺寸前后 B mm 200 第 17 页 标准型 工作台孔尺寸左右 L1 mm 150 标准型 工作台孔尺寸前后 B1 mm 70 工作台孔尺寸直径 D1 mm 110 磨柄孔尺寸 直径 高度 磨柄孔尺寸 直径 高 度 30 50 表 5 5 卸料力 推件力和顶件力系数 料厚 t mmKXKTKD 钢 0 1 0 1 0 5 0 5 2 5 2 5 6 5 6 5 0 06 0 075 0 045 0 055 0 04 0 05 0 03 0 04 0 02 0 03 0 1 0 063 0 050 0 045 0 025 0 14 0 08 0 06 0 05 0 03 铝 铝合金 纯铜 黄铜 0 025 0 08 0 02 0 06 0 03 0 07 0 03 0 09 5 3 压力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置 为了确保压力机和模具 正常工作 应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合 否则 会使冲模和力 机滑块产生偏心载荷 使滑块和导轨之间产生过大的摩擦 模具导向零件加速磨损 降低模具和压力机的使用寿命 冲模的压力中心 可以按下述原则来确定 1 对称形状的单个冲裁件 冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心 2 工件形状相同且分布位置对称时 冲模的压力中心与零件的对称中心相重 合 3 形状复杂的零件 多孔冲模 级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲 模压力中心 X0 L1x1 L2x2 Lnxn L1 L2 Ln 式 5 5 Y0 L1y1 L2y2 Lnyn L1 L2 Ln 公式 5 6 由于该工件在 Y 方向上高度对称 所以代入数据计算得 压力中心为 11 4 19 第 18 页 5 4 模具刃口尺寸的计算 5 4 1 冲裁间隙分析 根据 JB Z271 86 规定 冲裁间隙是指凸 凹模刃口间隙的距离 用符号 C 表示 其值可为正也可为负 在普通冲裁模中均为正值 它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 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 1 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值 差值越小 则精 度越高 这个差值包括两方面的偏差 一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差 二是 模具本身的制造偏差 2 间隙对模具寿命的影响 模具寿命受各种因素的综合影响 间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数 之一 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 而且间隙 越小 模具作用的压应力越大 摩擦也越严重 所以过小的间隙对模具寿命极为不 利 而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 出现间隙不均匀的不利影响 从而提高模具寿命 3 间隙对冲裁工艺力的影响 随着间隙的增大 材料所受的拉应力增大 材料容易断裂分离 因此冲裁力减 小 通常冲裁力的降低并不显著 当单边间隙在材料厚度的 5 20 左右时 冲裁力 的降低不超过 5 10 间隙对卸料力推料力的影响比较显著 间隙增大后 从凸模 里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的 15 25 左右时的卸料 力几乎为零 但间隙继续增大 因为毛刺增大 又将引起卸料力 顶件力迅速增大 4 间隙值的确定 由以上分析可见 凸 凹模间隙对冲裁件质量 冲裁工艺力 模具寿命都有很 大的影响 因此 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 第 19 页 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 模具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 Cmin 最大值称为最大合理间隙 Cmax 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 Cmin 确定合理间隙的方法有经验法 理论确定法和查表法 根据近年的研究与使用的经验 在确定间隙值时要按要求分类选用 对于尺寸 精度 断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值 对于垂直度与尺寸精度要求 不高的制件 应以降冲裁力 提高模具寿命为主 可采用较大的间隙值 其间隙暂 取厚度的 12 所以由公式 Zmin 厚度 12 式 5 7 取中间间隙可得 Zmin 1 12 0 12mm 由于工件形状较简单 所以可分别加工凹 凸模 5 4 2 落料尺寸 落料凹模刃口尺寸大小为 为保证冲出合格冲件 冲裁件精度 IT10 以上 X 取 1 冲裁件精度 IT11 IT13 X 取 0 75 冲裁件精度 IT14 X 取 0 5 由于本产品采用 IT14 级精度 所以 X 取 0 5 360 0 32 Dd Dmax x 0 020 36 0 32 0 5 0 020 35 74 0 020 Dp Dd Zmin 0 0 02 35 74 0 12 0 0 02 35 620 0 02 220 0 24 Dd Dmax x 0 020 22 0 24 0 5 0 020 21 88 0 020 Dp Dd Zmin 0 0 02 21 88 0 12 0 0 02 21 760 0 02 150 0 16 Dd Dmax x 0 020 15 0 16 0 5 0 020 14 92 0 020 Dp Dd Zmin 0 0 02 14 92 0 12 0 0 02 14 8 0 0 02 40 0 08 Dd Dmax x 0 020 4 0 08 0 5 0 020 3 96 0 020 第 20 页 Dp DA Zmin 0 0 02 3 96 0 12 0 0 02 3 84 0 0 02 2 40 0 06 Dd Dmax x 0 020 2 4 0 06 0 5 0 020 2 37 0 020 Dp DA Zmin 0 0 02 2 37 0 12 0 0 02 2 25 0 0 02 Dd Dp 落料凹模 凸模尺寸 mm Dmax 落料件的最大极限尺寸 mm X 磨损系数 详见附录 1 凸模 凹模制造公差 mm 详见附录 2 d p Zminz 最小合理间隙 mm 备注 凸模相应切边的尺寸按照凹模刃口尺寸进行配做 保证间隙在 0 16 0 18mm 之间 第 21 页 第 6 章 主要零部件设计 6 1 工作零部件的结构设计 6 1 1 凹模的尺寸 凹模厚度 1 kb 15 凹模壁厚度为 c 1 5 2 H 30 40mm 式中 b 为冲裁件的最大外形尺寸 K 为系数 是考虑板料厚度影响的系数可以 冲压工艺与模具设计 表 2 8 2 中查得代入数据可得冲孔凹模 落料凹模 H 16mm 选取凹模尺寸为 凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 L X B 长 X 宽 及 厚度尺寸 H 从凹模外边缘的最短距离称为凹模壁厚 C 对于简单对称形状刃口凹模 由于压力中心即对称中心 所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周扩大一个凹 模壁厚来确定 所以 L 230 B 125 6 1 2 模具的其它零件 辅助结构零件不直接参与完成工艺过程 也不与毛坯直接发生作用 只对模具 完成工艺过程起保证作用或是对模具的功能起到完善的作用 辅助零件包括导向零 件 固定零件 紧固及其它零件 6 1 2 1 导向零件的设计 导向装置用于冲裁模具上 下模之间的定位连接和运动导向 导向零件可以消 除压力机滑块运动误差对模具运动精度的影响 保证凸 凹模间间隙分布均匀 便 于模具安装和调整 因而可以提高模具的使用寿命和冲裁件精度 因此 在设计生 产冲裁件批量较大的冲裁模时 一般均采用导向装置 以保证上 下模的精确导向 常用的导向装置有导板式 导柱导套式 滚珠导套式 其中圆柱形导柱 导套 式导向装置加工容易 装配简单 滑动导向刚度大 精度高 稳定性好 是冷冲模 应用最广泛的导向装置 本模具采用导柱导套式 导柱 导套的设计 第 22 页 1 根据模座可配合的导柱和的导套 长度依据闭合高度进行选择 82 24 长 195mm 2 配合 导套孔径与导柱相配 一般采用 H7 r6 精度要求很高的时候为 H6 r5 配合 为了保证导向 要求导柱 导套的配合间隙小于凸 凹模之间的间隙 外径 D 与上模座相配 采用 H7 r6 过盈配合 导柱一端与下模座过盈配合 H7 r6 另一端则与导套滑动配合 两端的标称尺寸相同 公差不同 导套与导柱采用间隙 配合 一般精度为 H7 h6 结构及配合关系如图 6 1 2 所示 图 6 1 导柱导套 6 1 2 2 固定与联接零件的设计与选取 固定与联接零件用来将凸 凹模固定在上下模座上 以及将上下模座固定在压 力机上 主要的固定与联接零件有模柄 模座和固定板 以及垫板 螺钉和销钉等 1 模柄 模柄的尺寸与所选压力机相适配 选直径 40mm 长度为 88mm 模柄是将上模安装在压力机滑块上的零件 模柄安装在上模座上的垂直度影响导 向装置的配合精度和使用寿命 因此设计模具时应根据需要选择合适的模柄 常用 的模柄形有压入式 凸缘式 旋入式和浮动式 综合考虑到导向精度 制造成本 安装难易程度等因素 现采用压入式模柄 通过过渡配合 H7 m6 将模柄压入上模 座 并用止转销防止转动 这种模柄易于保证其与上模座的垂直度要求 适合于上 第 23 页 模座较厚的冲模 模柄通常用 Q235 钢制造 装入上模座后 其中心线与上模座上 平面的垂直误差在全长范围内不大于 0 05mm 图 6 2 模柄 2 模架与模座 上 下模座用以安装全部模具零件 构成模具的整体和传递冲压力 因此 模 座不仅要有足够的强度 还要有足够的刚度 上 下模座中间联以导向装置的总体 称为模架 模架是模具的主体结构 冷冲模的主要零件都要通过螺钉 销钉等连接 到模架上 以构成一副完整的冲模 模架在起连接作用的同时 还用于保证凸模和 凹模具有正确的位置 即起导向作用 模架的结构形式 按导柱在模座上的固定位 置不同 有对角导柱模架 后侧导柱模架 中间导柱模架和四导柱模架 设计时 矩形模座的外径应比凹模直径大 40 70mm 宽度取与凹模相同的尺寸 下模座轮廓 尺寸应比压力机工作台漏料孔至少大 40 50mm 模座厚度通常取为凹模厚度的 1 1 5 倍 1 根据凹模周界的特点可以知道 该模具较长但较窄 故选用 4 导柱窄形上 下模座 查 简明设计手册 可得 上模座选用 L B H 400 300 40mm 下模座选用 L B H 400 300 50mm 如图 6 3 第 24 页 2 结构形式 见装配图 图 6 3 下模座 3 材料一般选用铸铁或铸钢 HT200 QT400 18 4 技术要求 1 上 下两平面应保持平行 平行度偏差不应该超过规定的数值 2 安装导柱 导套的孔位置应该一致 而且要求孔与地面垂直 3 一般加工过程为毛坯经过时效处理后在铣 或刨 床上粗加工上 下两平面 留精加工余量 最后在平面磨床上精磨到符合图样要求 3 垫板 垫板置于模座和固定板之间 分散凸模传递的压力 选用矩形垫板 由于整 个模具较大 冲裁力也较大 垫板的厚度 h 20mm 其外形尺寸和轮廓应与凸模固定 板相同 故整体外形尺寸为 L B H 230 125 20mm 材料选用 45 钢 热处理硬 度 43 48HRC 为便于模具装配 垫板上的销孔通孔可以比销钉直径大 0 3 0 5mm 4 螺钉与销钉 螺钉与销钉用于对模具板件固定与定位 通常两者选用相同的直径 螺钉的直 径与布置参见图 上模座与凸模固定板之间靠 8 个内六角螺钉固定连接 其垫板相 应处采用过孔 垫板与凸模固定板之间采用销钉定位 在左右对角处用两个销钉将 三者定位连接 凹模板与下模座采用 4 个内六角螺钉固定连接 再用 4 个销钉定位 连接 第 25 页 第 7 章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 7 1 校核模具闭合高度 模具闭合高度 H 应该满足 Hmin H1 10 H Hmax H1 5 式 7 1 式中 Hmax 压力机最大闭合高度 Hmin 压力机最小闭合高度 H1 垫板厚度 根据拟选压力机 J23 63 查开式压力机参数表得 Hmax 275mm Hmin 165mm H1 55mm 将以上数据带入公式 10 得 130 H 215 经计算该模具闭合高度 H 184mm 在 130mm 215mm 内 且开式压力机 J23 63 最大装模高度 220mm 大于模具闭合高度 184mm 可以使用 7 2 冲压设备的选定 通过较核 选择开式双柱可倾式压力机 J23 160 能满足使用要求 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 220mm 最大装模高度 275mm 工作台尺寸 前后 左右 710mm 480mm 模柄孔尺寸 50mm 70mm 最大倾斜角度 300 第 26 页 第 8 章 设计并绘制模具总装图及选取标准件 按已确定的模具形式及参数 从冷冲模标准中选取标准件 上模座选用 L B H 400 300 40mm 下模座选用 L B H 400 300 50mm 导柱 25 140 导套 25 80 38 绘制模具装配图 见图 8 图 8 装配图 第 27 页 第 9 章 模具制造要点 要保证 NCL20 旋轉承架的产品精度 上下模座的导柱导套孔和定位销孔需采用 高精度的座标磨一次装夹加工 要求位置精度 0 002mm 各块板上的所有型腔和销 孔由高精度的线切割经多次切割而成 每块模板中的冲裁型腔与定位销孔在一次装 夹中加工出 要求位置精度 0 002mm 板腔之间的相对位置精度 取决于上下底座 中定位销孔的加工精度来满足模具的步距精度 0 005mm 要达到如此高的步距和 产品精度 必须使机床处于最佳的工作状态和严格控制有可能影响加工精度的各种 潜在因素 则是成败的关键 1 将环境温度严格控制在 采取措施使机床处于热平衡之中 CC 00 122 2 高精度的线切割正式加工前 要对导向口 进电块 拖丝皮带以及自动穿 丝射流部件进行认真的保养和必要的更换 3 模具产品在机床上要进行正确的装夹和严格的找正 4 在工艺上 采用四至五次循环切割工艺 5 对加工出的模具进行精密测量 周密地分析加工中产生误差的原因和采用 符合实际的修正措施 高精度 NCL20 旋轉承架级进模 为了满足一次刃磨寿命 100 万次以上 总寿命 1 亿次以上 凹凸模需选用特制的硬质合金材料 硬质合金材料具有硬度高 耐磨性好 等优点 但是切削加工性差 在制作高精度硬质合金凹凸模时 必须采用高精度慢走 丝线切割机床加工 这样在加工表面产生一种表面腐蚀层 0 003 0 005mm 应予以 去除 最为行之有效的工艺是采用玻璃丸喷射处理 或者表面抛光处理 因此 NCL20 旋轉承架级进模硬质合金凹凸模只有在线切割加工完毕 采用喷丸或表面抛 光处理后 才能对其尺寸精度和表面粗糙度进行最终的检定 总之 制造工艺方面的 潜力是巨大的 无止境的 有了精密的机床作为基础 运用计算机这一得心应手的指 挥工具 使得 NCL20 旋轉承架级进模凹凸模的加工能在线切割工艺舞台上进行有声 有色的创造性表演 使许多原有的 经其它工艺很吃力完成的工作 做得更快 更好 更巧 硬质合金材料的磨削 采用人造金刚石砂轮 树脂结合剂 结合剂的浓度 100 砂轮粒度粗磨 120 号 精磨 180 号以上 每次磨削深度粗磨控制在 0 02mm 内 精磨在 3 m 内 冷却液需供应充足和持久 确保散热性要求 合理规范的操 第 28 页 作 既能保证零件精度和设备精度 又能延长砂轮使用寿命 针对硬质合金材料的 硬度高 脆性大 易爆易裂等特点 必须确保砂轮自砺性和控制磨削时的进给量 达到最佳的磨削效果 硬质合金零件的研磨 用金刚石研磨膏系列研磨 粗研用 W28 研磨膏 半精研 用 W20 W10 精研用 W5 研磨工艺量每面 5 m 内 研磨工具装置 用铸铁平板 铸件 钢件等 研磨后分别清洗干净 零件通过规范的研磨 达到高精度 高质量 和一致性要求 第 29 页 第 10 章 模具的装配与调试 10 1 模具的装配与调试 多工位级进模装配的核心是凹模与凸模固定板及卸料板上的型孔尺寸和位置精 度的协调 其关键是同时保证多个凸模 凹模的工作间隙和位置符合要求 装配多工位级进模时 一般先装配凹模 凸模固定板及卸料板等重要部件 因 为这几种在级进模中多数是由几块镶拼件组成 它们的装配质量决定整副模具的质