切边冲孔复合模的设计

切边冲孔复合模的设计与制造 第一章 零件的工艺分析 一 零件材料的分析 08F 钢强度 硬度很低 而塑性 韧性极高 具有良好的冷变 形性和焊接性 正火后切削加工性尚可 退火后导磁率较高 剩磁 较少 但淬透性 淬硬性极低 二 零件的结构分析 该零件结构简单 尺寸没有公差要求 尺寸均为自由公差 外 形对称 三 零件的工艺性分析 该零件是钢料 该零件形状的基本特征是一般的有凹圆的圆筒 形件 为圆筒形件底部有一个 10 孔 内部圆周直径为 28 尺寸均 为自由公差 因一般情况下 拉深件的尺寸精度应在 IT13 级以下 不宜高于 IT11 级 所以将内部直径改为 28 0 00 30 3 高度 10 0 00 20 2为 IT11 IT12 级精度 主要成形方法是冲裁 拉深 切边冲孔和弯曲 零件的 dt d h d 都不太大 其拉深工艺性较好 该零件为大批量生 产 零件外形简单对称 材料为 08F 钢 采用冲压加工经济性较好 零件如图 图 1 1 零件图 其余 R 0 4 t 1mm 切边冲孔复合模的设计与制造 第二章 确定冲压工艺方案 冲压工艺方案的确定是制定冲压工艺过程的主要内容 需要综 合考虑各方面的因素 有的还需要进行必要的工艺计算 因此 实 际确定时通常先提出几种可能的方案 再在此基础上进行分析 比 较和择优 从零件的结构和形状可知 所需基本工序为落料 拉深 冲孔 弯曲四种 但工序模具生产效率低难以满足大批量生产的要 求 为了提高生产效率主要采用复合冲裁或级进冲裁两种方式 若 采用级进模虽然生产效率很高 但模具的结构比较复杂 对制造精 度要求较高 一般生产周期长 成本高维护也比较困难 采用复合 冲裁时 冲出的零件精度和平直度较好 生产效率也较高 模具结 构较级进模简单生产成本也比级进模的低 切边冲孔复合模的设计与制造 第一节零件毛坯的尺寸计算 1 弯曲毛坯尺寸的确定 对于 r 0 5t 的弯曲件毛坯长度的计算公式 Lz 5 4 5 0 6t 5 5 4 0 6 1 14 6 2 拉深次数的确定及尺寸计算 因板料厚度 t 为 1mm 故按厚度中线尺寸计算 如图所示 2 1 1 计算坯料尺寸 D d22 4d2H 1 72rd2 0 56r2 29 29 4 29 10 5 1 72 2 5 29 0 56 2 5 2 5 43 94mm L1 Lz 2 2 5 19 6mm L L1 D 63 54mm 图 2 1 2 1 2 确定拉深次数 根据坯料的相对厚度 t D 1 43 94 2 28 拉伸系数 m d D 29 43 94 0 66 大于极限拉深系数 m 所以一次拉 深成形 第二节 拟定冲压工艺方案 根据以上的分析计算 该零件的冲压加工需以下基本工序 落料 拉深 冲 10mm 的孔 切边 弯曲 根据以上基本工序 拟定一下冲压工艺方案 方案一 落料与拉深复合 其余按基本工序 方案二 落料与拉深复合 冲孔与切边复合 弯曲 方案一工序组合程度较低 生产率较低 不过各工序模具结构 切边冲孔复合模的设计与制造 简单 制造费用低 对中小批量生产是合适的 方案二制作出的零件尺寸精度高 需要两个复合模具 可获得 高的生产率 而且操作方便 模具的结构复杂 制作周期长 生产 成本高 因此 只在大批量生产中才较适宜 此次生产就是大批量 生产故决定采用方案二的冲压工艺方案 冲压工艺方案为 落料与拉深复合 冲孔与切边复合 弯曲 第三章 模具总体结构方案 在冲压工艺方案确定以后 根据零件的形状特点 生产批量 模具制造条件 操作与安全要求 以及利用现有设备的可能 确定 每道工序所用模具的总体结构方案 模具总体结构方案的确定包括以下内容 1 模具类型 模具类型主要是指单工序模 复合模 和级进模三种 模具类 型应根据生产批量 冲件形状与尺寸等因素确定 及根据冲压 工艺方案确定采用复合模 2 操作与定位方式 根据生产批量确定采用手工操作 半自动操作或自动化操作 根据坯料或工序件的形状 冲件精度要求 材料厚度 模具类型 操作方式等确定采用坯料的送进导向与送料定距方式或工序件的定 位方式 虽然此零件的生产批量较大但合理的安排生产可用手工送 料方式能够达到批量要求 且能降低模具成本 因此采用手工送料 为了便于操作和保证零件的精度且零件不太小所以采用挡料销 导 料销作为定位方式 3 卸料与出件方式 根据材料的厚度 尺寸与质量要求 冲压工艺性质以及模具类 型等 确定卸料选用弹性卸料装置 出件选用刚性顶件装置 4 模架类型及精度 根据冲压件尺寸与精度 材料厚度 模具类型 送料与操作等 因素确定 由于零件厚度薄 冲裁间隙较小且零件为对称的回转体 拉深件 则冲裁时一般不会承受大的偏心载荷又是复合模 因此选 用中间导柱圆形模架 考虑到零件的精度要求不高但冲裁间隙较小 所以采用错误 未找到引用源 错误 未找到引用源 级模架精度 切边冲孔复合模的设计与制造 第四章 主要工艺参数的计算 第一节 确定排样与裁板方案 板料规格拟选用 1 900 1800mm 08F 钢板 因为坯料 长 L 63 54mm 宽 b 43 94mm 不算太小考虑到操作方便采 用条料单排 取搭边值 a 1 8mm a1 1 5mm 则 进 距 S b a1 43 94 1 5 45 44mm 条料宽度 B L 2a 63 54 2 1 8 67 14mm 4 1 1 采用纵裁 每板条料数 n1 900 67 14 13 条 余 27 18mm 每条零件数 n2 1800 1 5 45 44 39 件 余 26 34mm 每板零件数 n1 n2 13 39 507 件 材料利用率 507 1725 5456 900 1800 54 4 1 2 采用横裁 每板条料数 n1 1800 67 14 26 条 余 54 36mm 每条零件数 n2 900 1 5 45 44 19 件 余 42 10mm 每板零件数 n1 n2 26 19 494 件 材料利用率 494 1725 5456 900 1800 52 由此可件 纵裁有较高的材料利用率 且该零件没有纤维方向行的 故决定采用纵裁法 图 4 1 排样图 切边冲孔复合模的设计与制造 现对切边冲孔复合模进行设计与加工 第二节 计算该工序的冲压力及选择设备 毛坯如图所示 1 冲压力计算 切边力 F1 Lt b 135 7 1 304 1 3 53628 64N 卸料力 Fx KxF1 0 05 53628 64 2681 432N 推件力 FT KT F1 0 055 53628 64 2949 58N 冲孔力 F3 Lt B 10 2 395 24806N F1 冲裁力 N L 冲件周边长度 mm t 材料厚度 mm b 材料抗拉强度 MPa Kx 卸料力系数 数值可查表 2 压力机标称压力的确定 标称压力是指滑块在工作行程内允许承受的最大负荷 而滑块 必须在到达下止点前某一特定距离内允许承受标称压力 标称压力 是压力机的主要技术参数 对于冲裁工序 压力机的标称压力应大 于或等于冲裁时总冲压力的 1 1 1 3 倍 即 Fg 1 1 1 3 F 冲压工艺总力 F F1 Fx FT F3 84065 652N 标称压力 Fg 1 3 F 110KN 因为本工序是切边冲孔复合 因此压力机标称压力时应考虑压力机 的许用压力曲线 本工序可选用开式双柱可倾式压力机 J23 16 压力 切边冲孔复合模的设计与制造 机 J23 16 压力机的主要技术规格为 公称压力 160 KN 滑块行程 55 mm 滑块行程次数 120 次 min 最大封闭高度 220 mm 封闭高度调节量 45 mm 垫块尺寸 40 mm 模柄孔尺寸 直径 40 mm 深度 60 mm 第四节 弹性卸料装置的选用 弹性卸料装置由卸料板 卸料螺钉和弹性元件 弹簧和橡胶 组成 本设计选用弹性元件是橡胶 弹性卸料板的平面外形尺寸等 于或稍大于凹模板的尺寸 厚度取凹模厚度的 0 6 0 8 倍 卸料板 与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定 一般取 0 1 0 3 mm 料厚 时取大值 料薄时取小值 为了便于可靠卸料 在模具开启状态下 卸料板工作表面应高出凸模刃口端面 0 3 0 5 mm 卸料螺钉一般采 用标准的阶梯形螺钉 取数量按卸料板形状与大小确定 卸料螺钉 的直径根据模具大小可选用 8 12 mm 各卸料螺钉的长度应一致 以保证装配后卸料板水平和均匀卸料 考虑到模具的结构 选用 6 个圆筒形的聚氨酯橡胶 则每个橡胶 所承受的顶件力为 Fy Fx n 2681 432 6 447N 确定橡胶的横截面积 A 取 hy 10 h0 查表的 p 1 1MPa 则 A Fy p 447N 1 1N mm2 406 4 mm2 确定橡胶的截面尺寸 选用直径为 10 mm 的卸料螺钉 取橡胶上 螺钉过孔直径 d 12 mm 则橡胶外径 D 根据 D2 d2 4 A 求得 D d2 4A 122 4 44 18mm 为了保证足够卸料力 可取 D 20mm 卸料板为圆形的常选用 3 4 个 但由于卸料力比较大经计算选用 6 个 卸料螺钉的直径根据模具选用 10 mm 切边冲孔复合模的设计与制造 第五节 出件装置 出件装置的作用是从把零件从模具内卸出来 把装在上模内的 出件装置称为推件装置 装在下模内的称为顶件装置 因本设计的 模具装在下模内所以称之为顶件装置 此模具选用的是刚性出件装 置利用推件板和推杆把零件从模内推出 在顶件装置中 推件板与 凹模空口配合并作相对运动 对它的要求是模具处于闭合状态时 其背后应有一定的空间 以备修模和调整的需要 第五章 模具工作部分尺寸的计算 第一节 切边冲孔凸 凹模计算 查表的 Zmin 0 100 Zmax 0 140 因为为自由尺寸可按 IT14 级精 度处理查得 0 36 mm Zmax Zmin 0 040 mm 系数 x 0 5 5 1 1切边 p 0 020 d 0 030 5 1 2冲孔 10 mm x 0 5 p 0 02 d 0 02 校核间隙 因为 p d 0 02 0 02 0 04 mm Zmin Zmax 0 114 mm 所以符合 p d Zmin Zmax dp dmin x 0 p 10 0 5 0 84 00 02 10 42 00 02 dd dp Zmin 0 d 10 42 0 246 00 02 10 67 00 02 dd dp 落料凸 凹模刃口尺寸 x 磨损系数 差表冲件精度为 IT14 时 x 0 5 dmax 落料件的最小极限尺寸 冲件的制造公差 mm p d 凸 凹模制造公差 mm Zmin 最小合理间隙 mm 切边冲孔复合模的设计与制造 第三节 凹模轮廓尺寸的确定 凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸及厚度尺寸 从凹模刃口 至凹模外边缘的最短距离为凹模的壁厚 c 对于简单的对称形状刃 口的凹模 压力中心及为刃口对称中心 由于该零件为圆形拉深件 为对称件 所以压力中心即为刃口对称中心 所以凹模的平面尺寸 即可沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁厚来确定 因落料凹模的刃 口尺寸为 91 88 查表的凹模壁厚 c 42 54 mm 因落料为圆件 所 以选凹模轮廓为圆形及 D d 2c 91 88 2 42 54 176 200mm 经查表确定凹模轮廓 D 200mm 第四节 模架的选择 模架包括上模座 下模座 导柱和导套 冲压模具的全部零件 都安装在模架上 为了缩短模具制造周期 降低成本所以选用标准 模架 选择模架结构时要根据工件的受力变形特点 坯件定位 出件方式 送料方向 导柱受力状态操作是否方便等方面进行综合考虑 选择 模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑 一般在长度上及宽度上都 应比凹模大 30 40mm 模架厚度一般等于凹模厚度的 1 1 5 倍 冲 压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度 小于压力机的最 大装模高度 模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时 上模座上表面与下 模座下表面之间的距离 为使模具正常工作 模具闭合高度 H 必须 与压力机的装模高度相适应 使之介于压力机最大装模高度 Hmax 与 最小装模高度 Hmin 之间 一般可按下式确定 Hmax T 5mm H Hmin T 10mm 根据所选压力机可知 Hmax 400mm Hmin 320mm T 80mm Hmax 压力机最大封闭高度 Hmin 压力机最小封闭高度 T 压力机工作垫板厚度 H 模具的闭合高度 切边冲孔复合模的设计与制造 所以确定模具的闭合高度为 H 235 330mm 所以符合要求 查表得标准模架的尺寸为 表 5 1 标准模架及各零件的尺寸 凹模周界 200 mm 定模上的凸凹模长度 动模上的凸凹模长度 60 85 最大 330 配用模架闭合高度 H 最小 235 1 垫板 GB2858 3 81 2 200 mm 6 2 固定板 GB2858 2 81 1 200 mm 20 3 凹模 GB2858 1 81 200 mm 50 4 卸料板 GB2858 2 81 1 200 mm 18 5 固定板 GB2858 2 81 1 200 mm 20 6 上模座 GB T2855 1 90 1 200 mm 45 零件件号 名称及标准编号 7 下模座 GB T2855 2 90 数量 1 规格 200 mm 50 切边冲孔复合模的设计与制造 9 卸料螺钉 GB 70 85 6M12 45 10 导柱 GB 70 811 32 190 11 导柱 GB 70 81 135 190 12 导套 GB 119 86 132 105 43 13 导套 GB 119 86 135 105 43 切边冲孔复合模的设计与制造 第六章模具零件的设计 中小型冷冲模制订了 GB T2851 1 2861 16 1990 GB T1861 17 1981 等标准 这些标准根据模具类型 导向方 式 凹模形状等不同 规定了 14 中典型组合形式 每一种典型组合 中 又规定了多种模架类型及相应的凹模周界尺寸 长 宽或直径 凹模厚度 凹模长度 和固定板 卸料板 垫板 导料板等模板的 具体尺寸 还规定了选用标准件的种类 规格 数量 布置方式 有关的尺寸及技术条件等 这样 在模具设计时 重点就只需放在 工作零件的设计上 第一节 工作零件 一 动模上的凸凹模 落料凸模与拉深凹模 尺寸如图所示 凸凹模是复合膜中的主要工作零件 工作端的内外缘都是刃口 一般内缘与凹模刃口结构形式相同 外缘与凸模刃口结构形式相同 凸凹模采取整体式结构 台肩固定方式 凸凹模与固定板按 H7 m6 配合 切边冲孔复合模的设计与制造 图 6 1 凸凹模 二 定模上的凸凹模 拉深凸模与冲孔凹模 如图所示的尺寸 此凸凹模采用整体式结构 与固定板的连接 方式为铆接固定 冲孔凹模采用筒状凹模 为了使废料顺利了落下 废料孔采用阶梯扩大 图 6 2 凸凹模 三 落料凹模 如图 6 所示尺寸及形状 高度为 50 mm 采用紧固螺钉与固定 板连接 要保证螺孔间 螺孔与凹模刃口间的距离不能太近 否则 会影响模具的寿命 一般螺孔与凹模刃口间的距离去大于二倍孔径 值 切边冲孔复合模的设计与制造 图 6 3 落料凹模 四 冲孔凸模 凸模的长度长度尺寸应根据模具的模具结构确定 同时要考虑凸 模的修摩量及固定板与卸料板之间的安全距离因素 本设计采用的 弹性卸料及凸模计算公式为 L h1 h2 ha L 凸模长度 mm h1 凸模固定板厚度 mm h2 卸料板的厚度 mm ha 卸料弹性元件的安装高度 即卸料弹性元件被预压后的高 度 mm 本设计的凸模安装在定模座上的凸凹模上 所以不需要加凸模固定 板的尺寸 计算的冲孔凸模的长度为 40 比较长 但装配时冲孔 凸模与动模上的凸凹模配合 因此不需要校核冲孔凸模的强度 图 6 4 凸模 切边冲孔复合模的设计与制造 图 6 5 定模上的凸凹模 图 6 6 动模上的凸凹模 切边冲孔复合模的设计与制造 图 6 7 落料凹模 第二节 工作零件的二维图 二维平面试图见附图 第三节 模架的零件 6 3 1 模柄 模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上 同时使模具中心通 过模块的压力中心 中小型模具一般都通过模柄与压力机滑块相连 接 此模具选用的是压入式模柄 它与上模座孔以 H7 m6 配合并加 销钉防转 模柄轴线与上模座的垂直度较好 使用于上模座较厚的 各种中小型模具 生产中最常用 切边冲孔复合模的设计与制造 图 6 8 模柄 模柄的尺寸如表所示 d d11 D m6 d1 H7 基 本 尺 寸 极 限 偏 差 基 本 尺 寸 极 限 偏 差 D1Hhh1ba 基 本 尺 寸 极 限 偏 差 50 0 080 0 240 52 0 030 0 011 618545820 58 0 015 0 6 3 2 上模座和下模座 上模座的尺寸如表所示 Dst t1DBD2 SR R1 20045302102802605085 l2 D H7 D1 H7 d2tS2 10045 00 025 50 00 025 M14 6H28180 切边冲孔复合模的设计与制造 上模座 图 6 9 上模座 上模座二维平面图见附图 下模座的尺寸如表所示 DsHhDBD2SRR1 20050402102802605085 l2d H7 d1 H7 d2tS2 10032 00 025 35 00 025 M14 6H28180 下模座 图 6 10 下模座 切边冲孔复合模的设计与制造 二维平面图见附图 上 下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所用零件 并分 别于压力机的滑块和工作台连接 以传递压力 设计冲模时 模座 的尺寸规格根据模架类型和凹模周界尺寸从标准中选取的 第四节 导向零件 切边冲孔复合模的设计与制造 第五节 模具的其它零件 固定板 卸料板 垫板 固定板的作用是将凸模 凸凹模固定在上模座和下模座的正确 位置上 固定板为圆形板件 外形尺寸通常与凹模一致 固定板的 厚度可取凹模厚度的 60 80 固定板与凸模或凸凹模为 H7 n6 或 H7 m6 配合 压装后应将凸模或凸凹模的端面与固定板一起磨平 卸料版的作用是把废料从模具工作零件 定模上的凸凹模 上卸掉 外形尺寸一般与凹模的相同 垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模 传递夫人压力 以防止模座被挤压损伤 垫板的外形尺寸与定模上 切边冲孔复合模的设计与制造 的凸凹模固定板相同 厚度可取 3 10mm 经查标准模架得 凸 凹模固定板选用的厚度为 H 20mm 垫板选用厚度 H 8mm 卸料板选用 厚度为 H 18mm 第七章 模具装配图 第一节 三维装配图 7 1 1 定模座 图 7 1 定模座 7 1 1 定模座 切边冲孔复合模的设计与制造 图 7 2 动模座 7 1 3 模具总装图 切边冲孔复合模的设计与制造 图 7 3 模具总装图 第二节 二维装配图 A3 图纸 图附在末页 第三节 模具装配顺序 如上图所示 冲压模在使用时 下模座部分被压紧在压力 机工作台上 是模具的固定部分 上模座部分通过模柄和压力 机的滑块连在一起 是模具的活动部分 模具工作时安装在活 动部分和固定部分上的模具工作零件 必须保证正确的相对位 置 才能使模具获得正常的工作状态 装配有模架的模具时 一般总先将模架装配好 再进行模具工作零件和其它零件的装 配 其装配顺序如下 7 3 1 模架的安装 将模柄用压入法安装在上模座上 配合为 H7 m6 用角尺 检查模柄圆柱面与上模座平面的垂直度 其误差不大于 切边冲孔复合模的设计与制造 0 05mm 模柄垂直度经检查合格后再加工骑缝销孔 装入骑缝 销 然后将端面在平面磨床上磨平 导柱和导套的装配 冲模的导柱 导套与上 下模座均采用压入式连接 导套 导柱与模座的配合分别为 H7 r6 和 R7 r6 压入时要注意校正 导柱对模座底面的垂直度 装配好的导柱的固定端面与下模座 底面的距离不小于 1 2mm 将上模座反置套在导柱上 在套上导 套 用千分表检查导套配合部分内外圆柱面的同轴度 使同轴度的 最大偏差处在导柱中心连线的垂直方向 用帽形垫块放在导套上 将导套的一部分压入上模座 取走下模座 继续将导套的配合部分 全部压入 7 3 2 凸模 凹模和凸凹模的装配 凹模板与拉深凸模固定板 垫板上模座通过螺钉连接 凸模与 固定板的配合采用 H7 n6 装配时在压力机上调整好凸模与固定板 的垂直度将其铆接到固定板上后 在平面磨床上将固定端磨平 7 3 3 总装 冲模在完成模架和凸 凹模装配后可进行总装 该模具为复合模 故以下模上的凸凹模为基准调整模具间隙 因此先装下模 其装配 顺序如下 1 把组装好的凹模的固定板安放在下模座上 按中心线找正固定板 的位置 用平行夹头夹紧 通过螺钉孔在下模座上钻锥窝 拆去凸 凹模固定板 在下模座上按锥窝钻螺纹底孔并攻丝 再重新将凸凹 模固定板置于下模座上找正 用螺钉紧固 钻绞销孔 打入销钉定 位 2 配钻鞋料螺钉孔 将卸料板套在已装入固定板的凸凹模上 在固 定板上钻出锥窝 拆开后按锥窝钻固定板上的螺钉过孔 3 将已装入固定板的凸凹模插入凹模的型孔中 在凹模与固定板之 间垫入适当高度的等高垫铁 将垫板放在固定板上 再以套柱导套 定位安装上模座 用平行夹头奖上模座和固定板夹紧 通过凸凹模 固定板孔在上模座上模座上钻锥窝 拆开后按锥窝钻孔 然后用螺 钉将上模座 垫板 凸凹模固定板稍加紧固 4 调整凸 凹模间隙 将装好的上模部分套在导柱上 用手锤轻轻 敲击固定板的侧面 使凸模插入凹模的型孔 观察凸 凹模配合间 隙 用手锤敲击凸模固定板的侧面进行调整使配合间隙均匀 经调 切边冲孔复合模的设计与制造 整后 以纸作冲压材料 用锤子敲击模柄 进行试冲 如果冲出的 纸样轮廓齐整 没有毛刺或毛刺均匀 说明凸 凹模间隙是均匀的 如果只有局部毛刺 则说明间隙