模具毕业设计说明书

本科毕业设计说明书 题 目 不锈钢餐盒成形工艺 与模具设计 院 部 机电工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机械 081 姓 名 徐光宝 学 号 2008071110 指导教师 李兆东 完成日期 2012年6月15日 目 录 摘 要 IV ABSTRACT V 1 前 言 1 1 不锈钢餐盒拉深工艺的特点 1 1 2 冲压模具现状 1 1 3 Dyna Form 和 Ls Dyna 软件简介 2 1 4 课题工作内容 3 1 5 课题技术要求 3 2 工艺分析及工艺方案的选择 2 1 工件的工艺性分析 4 2 2 工艺方案的分析和确定 4 3 基于 DYNAFORM 的工艺仿真分析 3 1 坯料工程 7 3 1 1 坯料尺寸展开计算 7 3 1 2 外界填充和光顺 9 3 2 仿真工程 10 3 2 1 坯料与曲面的网格划分 10 3 2 2 网格检查 10 3 2 3 传统设置 10 3 3 结论 13 4 落料拉深复合模设计 4 1 排样 14 4 1 1 常用排样方法 14 4 1 2 排样设计与计算 15 4 2 工艺力的计算 16 4 3 工艺力的计算 17 4 4 压力中心的确定 18 4 5 压力机的校验 19 4 6 模具主要零部件的设计 19 4 6 1 刃口的计算 19 4 6 2 拉深模设计 20 4 7 模具零件 21 4 7 1 工作零件 21 4 7 2 定位零件 23 4 7 3 卸料 导料零件 25 4 7 4 导向零件 25 4 7 5 固定零件 25 4 7 6 推件装置 29 4 8 模具的闭合高度 30 5 切边模设计 5 1 工艺力计算 31 5 2 冲压设备选择 31 5 3 切边模的零件 32 5 3 1 切边模的工作部分 32 5 3 2 定位零件 34 5 3 3 导向零件 34 5 3 4 固定零件 35 5 4 模具的闭合高度 35 6 翻边模设计 6 1 工艺力计算 35 6 2 翻边凸凹模的结构 36 6 3 导向零件 37 6 4 固定零件 37 6 5 模具的闭合高度 37 7 结 论 38 谢 辞 39 参考文献 40 摘 要 首先是对不锈钢餐盒进行冲压的基本工艺分析 确定是否可以采用哪些工艺 它一 共有五道工序 落料 拉深 切边 翻边和卷圆 第一部分是通过 dynaform 进行拉深工艺的模拟 确定落料毛坯的形状和大小 优 化工艺力 在设计模具前期即可预测生产产品时可能出现的缺陷并对工艺进行了相应的 修正 第二部分是精确计算了矩形毛坯形状及尺寸 确定工序组合 根据实际情况全面分 析 比较后确定了冲压工艺方案为落料拉深复合模 切边 翻边和卷圆作为三道单工序 一共四套模具 第三部分是进行模具的设计 计算工艺力 选择合适的设备 设计模具的工作零件 固定零件和导向零件 通过前面的工作我们就可以画装配图和零件图了 关键词 矩形毛坯 落料 拉深复合模 Dynaform 模拟 TheThe StampingStamping TechnologyTechnology OptimizationOptimization andand DiesDies DesignDesign forfor thethe StainlessStainless steelsteel lunchlunch boxesboxes ABSTRACTABSTRACT The first is on stainless steel lunch boxes to the basic process of stamping which technology can be used It is total five processes blanking drawing trimming flanging and roll round The first part is using Dynaform drawing of the simulation blanking rough and determining the shape and size of the Rectangular rough and optimize the process and die Hope early in the design of our products that we can forecast the possible defects and technology of the consequential amendments The second part is accurate calculation of a rough rectangular shape and size and identify process combination According to a comprehensive analysis of the actual situation the comparison of the stamping process established for the programming blanking composite drawing mode trimming flanging and volume as a three round Processes a total of four sets of mold The third part is to mold the design calculation process and choose the right equipment The designing of the working parts of mold spare and fixed oriented Finally we can make the drawings and design the parts KeyKey Words Words Rectangular rough blanking blanking drawing compound die Dynaform simulation 1 前 言 1 1 不锈钢餐盒拉深工艺的特点 拉深时板料径向受拉力 切向上受压应力 不锈钢餐盒成形工艺与模具设计一共 采用了落料 拉深 切边 翻边 卷圆等五道工序 不锈钢餐盒有两个矩形拉深 拉深 的工艺比较的复杂 毛坯的计算也较复杂 做好不锈钢餐盒整个模具设计过程 以后在 做比它还复杂的汽车覆盖件时 就可以较快的熟悉其工艺 不仅可以为以后的工作做准 备 还可以学习到更深的冲压工艺 因为覆盖件薄板拉深冲压工艺学是冲压知识界较难 掌握的课题之一 矩形件拉深时坯料计算形状及尺寸较难确定 而且要保证毛坯拉深过程中两矩形之 间的材料不会被拉伸过薄而破裂 压边力的计算和压边装置的选择 工件的形状比较复 杂 拉深工艺力的计算也不容易 还有工序之间的组合 既要保证可以较高效率的加工 工件又要保证设计的模具不是很复杂 以及最后的卷圆 因为在卷圆之前还要翻边和切 边 如果是采用单工序则比较的简单 而要将切边和翻边复合则有一定的难度 要较核 凸模和凹模的刚度和强度 1 2 冲压模具现状 冲压是靠压力和模具对板材 带材 管材和型材等施加外力 使之产生塑性变形或 分离 从而获得所需形状和尺寸的工件 冲压件 的成形加工方法 冲压的坯料主要是热 轧和冷轧的钢板和钢带 冲压件与铸件 锻件相比 具有薄 匀 轻 强的特点 冲压 可制出其它方法难以制造的带有加强筋 肋 起伏或翻边的工件 以提高其刚性 由于 采用精密模具 工件精度可达微米级 且重复精度高 规格一致 可以冲压出孔窝 凸 台等 冲压是高效的生产方法 采用复合模 尤其是多工位级进模 可在一台压力机上 完成多道冲压工序 实现由带料开卷 校平 冲裁到成形 精整的全自动生产 生产效 率高 劳动条件好 生产成本低 一般每分钟可生产数百件 应用范围很广泛 在全世界生产的钢材中 有大约 70 是板材 其中大部分是经 过冲压制成成品 比如 汽车的车身 底盘 油箱 散热器片 容器的壳体 电机 电 器的铁芯硅钢片等都是冲压加工制造的 仪器仪表 家用电器 冲压的应用范围很广泛 在全世界生产的钢材中 有大约 70 是板材 其中大部分是经过冲压制成成品 比如 汽车的车身 底盘 油箱 散热器片 容器的壳体 电机 电器的铁芯硅钢片等都是冲 压加工制造的 近年来 我国冲压模具水平已有很大提高 大型冲压模具已能生产单套重量达 50 多吨的模具 为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了 精度达到 1 2 m 寿命 2 亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产 表面粗糙度达到 Ra 1 5 m 的 精冲模 大尺寸 300mm 精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平 虽然如此 我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较 大差距 这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面 无论在 设计还是加工工艺和能力方面 都有较大差距 轿车覆盖件模具 具有设计和制造难度 大 质量和精度要求高的特点 可代表覆盖件模具的水平 虽然在设计制造方法和手段 方面已基本达到了国际水平 模具结构功能方面也接近国际水平 在轿车模具国产化进 程中前进了一大步 但在制造质量 精度 制造周期等方面 与国外相比还存在一定的 差距 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善 高精度 高效益加工设备的使用 越来越广泛 高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多 NC DNC 技术的应用越来越成熟 可以进行倾角加工和超精加工 这些都提高了模具型面加工精 度 提高了模具的质量 缩短了模具的制造周期 模具表面强化技术也得到广泛应用 工艺成熟 无污染 成本适中的离子渗氮技术 越来越被认可 碳化物被覆处理 TD 处理 及许多镀 涂 层技术在冲压模具上的应 用日益增多 真空处理技术 实型铸造技术 刃口堆焊技术等日趋成熟 激光切割和激 光焊接技术也得到了应用 1 3 Dyna Form 和 Ls Dyna 软件简介 DynaForm 是以 LS DYNA 为结算器 专门针对板料成型的有限元前处理和后处理 软件 拥有强大的前处理功能 如划分网格功能 定义拉延筋 压边力 成形速度以及 材料参数等 后处理分析功能 能对运算结果进行精确分析 预测各种成形过程中可能 出现的问题 如 FLD 成形极限图 厚度云图 坯料流动 变薄量云图 应力云图 主 次应变以及成形过程的任意位置坯料形状等 DynaForm 和 Ls Dyna 相结合 可以方 便的进行板料成型过程模拟 LS DYNA 程序 960 版是功能齐全的几何非线性 大位移 大转动和大应变 材料 非线性 140 多种材料动态模型 和接触非线性 50 多种 程序 它以 Lagrange 算法为 主 兼有 ALE 和 Euler 算法 以显式求解为主 兼有隐式求解功能 以结构分析为主 兼有热分析 流体 结构耦合功能 以非线性动力分析为主 兼有静力分析功能 如动 力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算 军用和民用相结合的通用结构 分析非线性有限元程序 LS DYNA 是通用的有限元分析程序 能够模拟真实世界的各种复杂问题 特别适 合求解各种二维 三维非线性结构的高速碰撞 爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题 同时可以求解传热 流体及流固耦合问题 在当今最富有挑战性的工程应用领域被广泛 认可为最佳的分析软件包 LS DYNA 能够预测设计模型对真实世界的各种事件是如何 作为响应的 所以可以最大程度地缩短设计周期 减少重复实验的耗费 与实验的无数 次对比也证实了其计算的可靠性 1 4 课题工作内容 本课题的任务是根据不锈钢餐盒的工艺图样及相关技术要求 进行相应的制件工艺 成形工艺优化和模具设计 进行该项目设计要求必须掌握金属材料成型的基本原理 熟 悉各种冲压设备的性能规格及常用的冲压方法 并具有机械设计及制造的通用行设计知 识 首先要进行对冲压工艺及模具设计相关资料的查询 收集 并结合此制件图样的结 构及相关技术要求做详细的分析 在此基础上 拟订制件成形工艺方案 这项工作内容 包括 进行各工序制件工艺尺寸及工艺力的计算 对第一次拉深过程尽心模拟仿真优化 工艺方案 绘制相应模具结构草图 选择相关设备 并进行相应模具的设计 1 5 课题技术要求 1 工艺方案设计 1 冲压工艺方案的确定 2 各工序的主要技术参数的分析 比较和选择 3 各工序模具结构的确定 2 编写设计说明书 1 方案设计说明 内容包括 制件分析 方案分析 各工序模具工作原理和简要结构说明 结构 及技术性能比较等 2 工艺参数计算说明 各工序的工艺参数计算 设备选择计算及设计说明等 3 模具结构应合理 工艺方案应符合实际生产情况 2 工 艺 性 分 析 及 工 艺 方 案 确 定 2 1 工件的工艺性分析 不锈钢餐盒是用来盛装食物的器皿 见图 拟采用冲压方法生产 使用的材料为 1Cr18Ni9Ti SS321 在 dynaform 中和 SS304 的性能差不多 材料厚度 1mm 要求工件表面无明显划伤痕迹 开口处平整 边缘无毛刺 年需求量在 10000 件左 右 属于中大批量生产 零件的结构及尺寸大小 该工件为一矩形拉 深件 由于矩形件拉深过程中材料的流动速度不 一样 侧壁还可能受剪而破裂 由于该工件结构 简单对称 矩形角部圆角半径为 16mm 拉深深 度为 31mm 远小于拉深极限 工件上的其余圆角 半径也较大 有不锈钢餐盒的使用要求可知 工件局部变薄是允许的 只要表面质量和强度足够就可以 图 2 1 零件图 零件的精度要求 由于该工件图上未标注公差尺寸 可知其各部分尺寸皆属于自由 精度 为了使模具制造简单 降低生产成本 在保证工件达到工作要求的情况下 工件 的制造公差等级可按 IT14 级进行标注 2 2 工艺方案的分析与确定 1 拉深极限 盒形零件的拉深次数主要与它的相对高度H B和相对圆角半径r B有关 其相对高 度计算值小于或等于许用数值时 可一次拉深成形 否则须采用多次拉深成形 其拉深 次数可根据相对高度值在表4 27p130中查取 对于本制件 其相对高度 H B 30 110 0 27 相对厚度 r B 16 110 100 0 145 由以上数据查表4 27p130可得该制件的拉深极限为1 04左右 所以可以一次拉深 成形 本制件属于浅盒形零件 2 修边余量 因为是一次拉深成形 由 实用冲压技术手册 p129 表 4 26 可知当拉深次数为 1 时 修边余量 H 为 H 0 03 0 08 取 H 2 5mm 3 毛坯直径 1 卷圆部分长度 mmxtRL531 4 7 457 1 X1 为中性层偏移量 2 毛坯计算 由 实用冲压技术手册 p129 公式 4 15 可知 mm rrRHL pdF 32 61 67 43 0 531 4 25 48 2 31 43 0 所以毛坯长度为 L 61 32 2 270 392 64 在宽度方向上 mm rrRHL pdF 32 69 67 43 0 531 4 33 48 2 31 43 0 所以毛坯宽度为 L 69 32 2 110 249 1 但是在后面通过模拟可知毛坯的宽度为 235mm 长度为 393mm 圆角半径为 R 71 3 方案论证 经过分析计算 可以确定制作该不锈钢餐盒需要的工序有落料 拉 伸 切边 翻边 卷圆五道工序 由于加工顺序及加工时使用单工序模或者复合模 多 工序模的不同 可以用下面几种方案对该餐盒进行加工 方案一 先落料 其次拉深 再切边 然后翻边 最后卷圆 都采用单工序模 方案二 先落料拉深 再切边 然后翻边 最后卷圆 落料拉伸用复合模 切边 翻边 卷圆用单工序模进行加工 方案三 先落料拉深切边采用复合模 然后简单翻边 最后最终翻遍 用单工序模 方案四 先落料 其次拉伸切边 然后翻边 最后卷圆 拉伸切边用复合膜其他用单工 序模 方案五 落料拉伸切边翻边卷圆复合模 在以上五种冲压方案中 第一种方案工序最多 效率低 操作不方便 零件的位置 精度不易保证 但模具结构简单 加工容易 不适于批量生产 图 2 3 毛坯图 第二种方案工序少 制件精度高 由于是在冲床的一次行程内 完成落料冲压工序 因 而减少了工件生产过程中的累积定位误差 使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸 一致性非常好 制件平直 模具结构紧凑 面积较小 而且生产效率高 适合于大批量 生产 第三种方案可以一套模具三种工序成型 效率高 完成该餐盒只见仅需 3 道工序就 行 但设计复杂 成本高 第四种方案与第二种方案类似 但与第二种方案相比 第二种方案能够更好的保证 制件冲压时的加工精度 再进行冲压时无需再次定位 第五种方案采用一套模具四种工序 虽然能够精确快速的完成制件的加工过程 但 模具的设计过于复杂 不利于大批量生产时模具的保养维修 而且模具生产成本高 根据以上分析 制作该不锈钢餐盒使用第二种方案 首先落料拉伸 用复合模 然 后切边 用单工序模 最后翻边 卷圆都用单工序模 使用该方案不仅能提高不锈钢餐 盒的生产效率 而且也能相对的节约成本 适合于公司大批量高效生产 4 工序图 图 2 4 工序图 3 3 基基 于于 DYNAFORMDYNAFORM 的的 工工 艺艺 仿仿 真真 分分 析析 本模具的工艺仿真是基于 DYNAFORM5 2 软件的 DYNAFORM5 2 已经被广泛的 应用于冲压行业 它的优势可使模具的设计制造周期大大缩短 仿真技术可以减少试模 次数 在一定条件下还可使模具和工艺设计一次合格从而避免修模 这就可以大大缩短 新产品开发周期 降低开发成本 提高产品品质和市场竞争力 随着 CAD CAM CAE 技术的进一步推广应用及数控加工机床的普及 这种 设计制造工艺路线一定会越来越显示出其优越性 并 被更加广泛的应用于模具制造领域 3 1 坯料工程 3 1 1坯料尺寸展开计算 1 利用UG或PRO E建模 1 利用UG有一种比较简单的生成曲面的方法 对于初 学UG的学生来说是比较好掌握的 首先是建造零件的实体模型 在通过抽取的方法得 到曲面 甚至可以将CAD绘制的二维图以 dwg 格式在UG中打开 在通过拉深等手段 得到模型 但是在UG中需要建实体和面等元素隐藏起来 图3 1模型 2 第二种方法是采用 pro e 建模 直接生成曲面 要注意建模是要采用同一个基准 2 导入几何模型 1 启动Dynaform 5 2 2 点击文件菜单 选择IMPORT子菜单 3 选择文件位置 4 选取文件lw1 结果如图3 2所 5 点击Ok导入零件层的几何模型 6 点击Exit退出文件对话框 3 自动曲面网格划分 1 选择前处理preprocess 2 从单元element下拉列表中选择第一行第四 列的图标surface mesh 3 点击按钮Select Surfaces 4 点击Displayed Surf 按钮选择所有的显示 在屏幕上的所有曲目 5 点击OK 按钮确认所选择的曲目 6 在参数组中输入最大尺寸 2 00 mm 7 点击按钮Apply进行网格划分 8 点击OK 退出MESH QUALITY CHECK对话框 网格较密的话需要等待一会 图3 2网格参数 9 点击按钮Yes 接受划分的网格 10 点击按钮Exit 退出曲面网格划分对话框 见图3 3 4 检查和修补网格 1 选择model check 2 点击Boundary Display图标 位于第一行第二列的位置 3 点击 自由旋转 来旋转模型 如图3 3 4 点击 清除高亮显示 5 点击以等轴视图显示模型 7 点击 Auto plate Normal 图标 1 8 选择CURSOR PICK PART 9 移动光标来选择模型上的一个单元 10 选择No 反转法线方向 11 点击Exit 退出对话框 13 点击Exit 退出前处理preprocess对话 结果见图3 4 5 坯料尺寸估算 1 点击BSE子菜单前处理porparation 2 选择Blank Size Estimate 3 点击 NULL 定义材料 4 点击Material Library 5 选择SS304作为材料 6 点击OK 退出MATERIAL TYPE 37 对话框图 7 点击OK 退出Material definition 对话框 8 输入blank thickness 1 mm 9 点击Apply 开始运行BSE 图 3 3 划分网格 图表 3 5 图 3 4 修补网格后 10 点击Exit 退出BSE Preparation 对话框 11 点击打开零件显示对话框 12 选择HANGER 点击OK 13 点击以等轴视图来显示坯料轮廓 14 点击保存数据库 结果如图3 5所示 3 1 2 外边界填充和光顺 1 矩形包络 1 点击显示顶视图 2 点击BSE 3 选择Development开发 4 选择RECTANGULAR FITTING如图3 6 5 打开 Manual Fit 选项 6 点击Select Line 7 选择坯料轮廓线 8 点击OK 退出Select Line 对话框 3 5坯料轮廓 9 点击Apply 创建包络坯料轮廓的包络矩形 如图3 7所示 10 点击Close 退出Rectangular Fitting 对话框 11 点击保存数据库 2 坯料网格生成 1 从屏幕右下角打开 Elements and node 显示选项 图 3 6 板料 2 点击BSE 3 选择Development 4 选择BLANK GENERATION 5 选择由BSE展开得到的坯料轮廓线 6 输入Min Radii 2 00 mm 7 点击OK 8 点击 Yes 接受生成的坯料网格结果 如图 3 8 所示 3 2 仿真工程 FS 3 2 1 坯料与曲面的网格划分 在 parts 下单击 create 创建一个新的图层 die 在新建的这个图层上进行曲面的网格 划分 步骤和上面介绍的一样 3 2 2 网格检查 同3 1 1中 4 检查和修补网格 3 2 3 传统设置 1 从第 die 中复制出一个 punch 1 创建一个新的零件层 punch 这个零件层将容纳从 die 复制过来的网格 2 选择菜单 preprocess element mirror 5 点击拷贝类型 Type 旁的下拉菜单 选择 Offset 如图 3 10 所示 6 关闭选项In Original Part 使得等距生成的单元放在当前零件层中 确保零件层 punchL 是当前零件层 7 在Copy Number 框中输入1作为拷贝生成的数量 在Thick 输入框中输入1作为板料 的厚度 图 3 7 8 点击Select Element 按钮 9 打开Select Elements 对话框 点击按钮 选择凸模 10 点击OK 按钮接受选择的单元 回到Copy Elements 对话框 11 点击 Apply 按钮 图中黄色部分即为生成的凸模 2 从 die 中复制出一个 binder 步骤和上面一致 图 3 9 binder 5 工具定义 定义零件层作为工具 零件层BLANK die punch 和binder 已经划分好网格 现 在将分别用于定义为工具 1 选择菜单Tools Define Tools 2 在Define Tools 对话框中 从Tool Name下拉菜单中选择 DIE 3 选择ADD 按钮开始定义 图 3 8 凸模 4 重复以上步骤来定义Punch binder 6 定义坯料 设置工艺参数 1 选择菜单 Tools Define Blank 2 在弹出的Define Blank 对话框中选择Add 按钮 3 显示出Select Parts 对话框 在Select by Name 列表中选择BLANK零件层 4 点击OK 按钮将BLANK添加到Include Part List 中 5 在Material 对话框中选择Material Library 在此对话框中材料类型为36 的一列中选择 不锈钢SS304 因为它和SS321的性能基本一致 7 自动定位工具 1 打开数据库中所有的零件层 2 选择菜单Tools Position Tools Auto Position 3 显示Auto Position Tools 对话框 在这里定义主 Master 工具和从 Slave 工具 主工具是在自动定位的时候固定不动的工具 坯料 Blank 应该是主工具 在Select Master Tool 列表中选择BLANK 然后在Select Slave Tools 列表中选择剩下的工具 选 择好主从工具后 选择Z direction 组 方向作为工具自动定位时的移动方向 在接触 距离 Contact Gap 中输入1 接触距离应该等于坯料的厚度 这样做时为了防止模拟 时初始的渗透 点击Apply 进行工具的自动定位 8 单元模型 图 3 10 单元模型 9 设置分析参数 求解计算 1 选择菜单Analysis LS DYNA 2 在Analysis 对话框中选择Control Parameters 按钮 3 启动分析计算 10 后处理 3 11 成型极限图 3 12 厚度变化图 经过比较压边力在 230000N 时工艺效果最佳 从模拟结果可以看出 在 250000N 压边力的条件下 只有凸缘部分发生轻微起皱 可以通过切边工序切去 一般情况下不 影响工件的使用 材料最大厚度 1 1mm 最小厚度 0 7mm 材料变薄大约 12 对工 件的机械性能影响不大 在这次模拟过程中 不断地对拉深工艺参数和模具结构进行了 调整 从而确保了模具设计一次成功 3 3 结论结论 本文采用 Dyna Form 作为模拟工具 采用数值模拟的方法 得出了盒形件合适的 拉深工艺和化的工艺参数 4 落 料 拉 深 复 合 模 设 计 4 1 排样 4 1 1 常用排样方法 1 冲裁件是一矩形工件 材料为 1Cr18Ni9Ti SS321 厚度 t 1mm 由 实用冲 压技术手册 P36 表 2 12 可知工件间搭边 a 2 5mm 侧搭边 3mm 如图所示 使用冷 1 a 轧板尺寸为 750 1200 mm 2 5 3 241 393 3 图 4 1 排样 2 按冲裁工艺方法和材料的合理利用 条料排样方法可分为三种 有废料排样 沿废料全部外形冲裁 在冲件周边都留有搭边 冲件尺寸完全有冲模 保证 冲件精度高 模具寿命也高 但材料利用率低 少废料排样 沿冲件部分外缘冲切 只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边 应受剪裁条料质量和送料定位误差的影响 其冲件质量稍差 边缘毛刺被带入凹模 会增大模具刃口磨损 影响模具寿命 但材料利用率稍高 冲模结构简单 无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得冲件 无搭边 冲件质量和模具寿命会 更差一些 但材料利用率最高 为了保证落料后工件的精度 选用有废料排样 3 条料在板料上的裁剪方式分为纵裁 横裁和混合裁三种方法 由于冲件形状 尺寸 及排样方式的不同 用板料裁剪条料形成的余料 废料 损失也不同 会影响总的材料 利用率 混合裁在操作时易发生差错 会严重影响生产效率及产品质量 在生产中不宜 采用 三种裁板方法如图 4 2 所示 B A A B B A a 纵裁 b 横裁 c 混合裁 图 4 2 板料的裁剪方式 4 1 2 排样设计及计算 因为受到落料件尺寸的影响 尺寸比较的大 所以不得不选用横裁 冲裁件毛坯面积 F 88027 mm 1 一个进距内的材料利用率 100 Bh nF 式中 B 条料宽度 h 条料进距 n 一个进距内工件个数 A 冲裁件面积 其中 h D 393 2 5 395 5 mma B D 2 235 2 3 241mm 1 a 92 100 241 5 395 880271 100 Bh nF 2 一张板料上总的利用率 100 11 BL NA 式中 B 750 mm L 1200 mm N 933 21 nn 88 100 1200750 880279 100 11 BL NA 4 2 工艺力的计算 由 实用冲压模具设计手册 P6 表 1 6 黑色金属的机械性能查得不锈钢 1Cr18Ni9Ti 的抗剪强度 抗拉强度 抗剪强度 MPa511 451 MPa b 628 569 MPa490取 抗拉强度 MPa b 060取 1 冲裁力 lt F F 冲裁力 材料抗剪强度 MPa L 材料轮廓长度 t 材料厚度 其中 mmL11344 5 1112 93251 Nlt55566011134490F 而实际冲裁力应按下式计算 N722358 9 92033 13F 1 冲 F 2 卸料力 冲卸推 FK F 卸料力系数 卸 K 由 冲压技术手册 P30 表 2 8 查得 0 045 卸 K N32506722358045 0 FK 冲卸推 F 总的冲裁力N75486432506223587FF F 3 拉深力 由 实用冲压技术手册 P151 表 4 54 查得 41 72 1 22 KtrbbF b 式中及 b 盒形件的长和宽 mm 1 b r 盒形件的角部 t 材料厚度 mm 材料的抗拉强度 Mpa b 拉深系数 4 K 查表 4 58 知 0 6 4 K N296986 6 026001 1672 1 10021102 72 1 22 22 41 KtrbbF b 4 压边力 压边圈的作用是为了防止拉深过程中工件的边壁或凸缘起皱 使毛坯 或半成品 被拉入凹模圆角以前保持稳定状态 压边圈的压力必须适当 如果过大 就要增加拉深 力 因而会使工件拉裂 而压边圈压力过低就会使工件的边壁或凸缘起皱 压边圈的面积 图 4 3 压边圈 2 58547mmA 压边圈的压力必须适当 如果过大就要增加拉深力 因而容易使工件拉裂 压边圈 的压力过小 容易使工件的边壁或凸缘起皱 压边力的计算公式 APF P 由 实用冲压技术手册 P150 表 4 52 可取 4 Mpa N234188458547 APF 总的拉深力N531174296986234188F 拉压拉总 FF 4 3 冲压设备选择 1 落料拉深复合压力机的选择不是单纯的有一个因素来确定的 一是力 压力机的公称压力不得小于落料拉深复合工作过程中任一瞬时的力 落料 拉深复合工作过程中有两个力的峰值 分别出现在落料的瞬间和刚开始拉深时 已知 N 所以压力机的公称压力因该大754864FF 推冲冲总 FN531174F 拉压拉总 FF 于两者中的最大值 754864N 二是压力机的行程 因为是拉深 压力机的行程应是拉深件深度的两倍以上 所以 压力机的行程达与 60 mm 三是要考虑压力机的工作台尺寸的大小 要保证模具装的下 有足够的空间方便工 人操作 四是闭合高度 在下页将会校验 2 查 实用冲压技术手册 P400 表 10 6 选开式压力机 该设备的各种参数如下 公称力 KN 1600 发生公称压力时滑块离下极点距离 mm 12 固定行程 mm 160 160 滑块行程 调节行程 mm 20 标准行程次数 不小于 次 min 4 最大闭合高度 固定台和可倾 mm 450 闭合高度调节量 mm 130 滑块中心到机身距离 喉深 mm 100 左右1120工作台尺寸 mm 前后710 左右 530 前后 300 工作台孔尺寸 mm 直径 400 立柱间距 不小于 mm 530 模柄孔尺寸 直径 深度 mm 70 80 工作台板厚度 mm 130 倾斜角 不小于 25 表 4 1 4 4 压力中心的确定 冲压力合力的作用点称为模具的压力中心 为了保证压力机和模具正常工作 必须 使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合 否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪 斜 引起凸凹模间隙不均和导向零件加速磨损 造成刃口和其他零件的损坏 甚至还会 引起压力机导轨磨损 影响压力机精度 所以设计模具时 应使模具的压力中心与压力 机滑块中心相重合 由于该工件具有规则的几何形状 所以可知工件的几何中心就是该 工序件的压力中心 4 5 压力机的校验 1 实际上力的校验和滑块行程的校验在选压力机得时候已经考虑了 2 根据初步模具设计的高度为 306mm 因此 为了能配合压力机的尺寸 此处选择工 作台板 130 mm 因此 允许的最大装模高度 H 450 130 320mm H 450 130 160 160mm MAXMIN 由于公式 H 5mmH H 10mm 所以模具的高度应该在 165mm 310mm 之间 MIN MAX 由于一般取较大的值 所以此处的模具高度 H 306mm 是符合压力机的要求的 4 6 模具主要零部件的设计 4 6 1 刃口的计算 1 落料凸凹模刃口尺寸计算原则 落料时 落料件的外径尺寸等于凹模的内径尺寸 冲孔时 冲孔件的内径等于凸模的 外径尺寸 所以落料时应以凹模为设计尺寸 然后按间隙值确定凸模尺寸 冲孔模应以 凸模为设计基准 然后按间隙值确定尺寸 凸 凹模应考虑磨损规律 凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小 凹模刃口尺寸磨损 使落料尺寸增大 故设计落料模时 制造模具时凹模刃口尺寸应趋向于工件的最小极限尺 寸 设计冲孔模时 其刃口基本尺寸应趋向于工件的最大极限尺寸 凸 凹模之间应保证合理的间隙值 由于间隙在模具磨损后增大 所以在设计凸 凹模时均取最小合理间隙 Zmin 一般冲模精度较工件精度高 2 3 级 若零件没有标准 公差 则对于非圆件按 GB 非配合尺寸的 IT14 级处理 圆形件一般按 IT10 级处理 2 加工方法的确定 结合模具及工件的形状特点 此模具制造宜采用配作法 落料时 选凹模为设计基 准件 只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差 凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按需配 作 只是需要在配作时保证最小双面间隙值 0 050mm 凸凹模刃口尺寸由凸模配 min Z 作尺寸和凹模配作尺寸结合完成 由 实用模具技术手册 P45 表 3 17 得 0 070 mm 0 0500mm max Z min Z 3 采用配作法 先判断模具各尺寸在磨损后的完成情况 由于落料时以凹模为基准件 然后配作凸模 凹模磨损后 尺寸变化有变大 变小 和不变三种情况 本制件中 凹模磨损后 毛坯直径尺寸变大 由 冲模设计手册 P820 表 E 1 查得标准公差值为 393 由 IT14 级公差查得 1 A 1 40mm 查 实用冲压技术手册 P44 表 2 30 查得磨损系数 0 5 235 1 40mm 0 5 1 x 2 A 2 x 0 35 0 40 1 4 1 01 3 39240 1 0 5 393 凹 A 028 0 12 1 4 1 02 44 32412 1 0 5 352 凹 A 该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部 分配制 保证双面间隙值 0 050mm min Z max Z 0 070mm 刃口高度的确定 由 冲模设计手册 P638 再由 工件料厚可得刃口高度 H 14mm 4 6 2 拉深模设计 1 拉深模间隙 拉深模间隙使之凸 凹模横向尺寸的差值 间 隙过小 工件质量好 但拉深力大 工件易拉断 模具磨损严重 寿命低 间隙过大 拉深力小 模 具寿命虽然提高了 但工件易起皱 变厚 侧壁不 直 口部边线不齐 有回弹 质量不能保证 393 235 R70 110 270 图 4 4 查 实用冲压技术手册 P147 表 4 46 查得间隙系数 K 1 1 所以 mmKttZ2 4 1 111 2 2 max 凸 凹模工作部分尺寸由 实用冲压技术手册 P149 知拉深件公差为 IT14 级时 非圆形拉深模凸 凹模的制造公差采用 IT8 IT9 级精度 基本尺寸为 270 mm 时 1 15 081mm 0 mm31 0 凸凹 基本尺寸为 110 mm 时 0 87 054mm 0 mm87 0 凸凹 mm1375 692 15 1 0 75 270 75 0 D D 0 13 0 13 0 00 凹 凹 mm9375 2644 2 415 1 0 75 270 2c75 0 D D 0 0 081 0 0 081 0 凸 凸 mm3475 109 87 0 0 75 110 75 0 D D 0 87 0 0 087 00 凹 凹 mm1475 1054 2 087 0 0 75 110 2c75 0 D D 0 0 054 0 0 054 0 凸 凸 4 7 模具零件 4 7 1 工作零件 1 落料凹模 凹模的结构形式与固定方法 常见的凹模结构形式有整体式凹模和组合式凹模两种形式 整体式凹模 组合式凹模 1 凹模套 2 凹模 图 4 5 图 4 6 凹模的结构形式 整体式凹模结构 其俯视外形按毛坯和工件形状可做成矩形或圆形 用螺钉或销钉 直接固定到模板上 整体式凹模的特点是制造简单 但工作部分与非工作部分做成一体 全由优质钢制造 使用时 若局部损坏就得整体更换 因此整体式凹模只适用于冲制中 小型工件 组合式凹模结构 凹模的工作部分与非工作部分是分开制成的 非工作部分 图中 凹模套 1 可以用普通钢材制造 凹模 2 以过渡配合压装在凹模套 1 或固定板 内 然后再用螺钉和销钉把凹模套紧固在模板上 组合式凹模可以节约贵重的模具材料 且 当凹模损坏后易于维修更换 这种凹模适用于冲制大 中型工件上的小孔 本套复合模中选用整体式凹模 2 凹模的孔口形式 凹模的孔口形式有如下几种 图 4 7 1 图 4 7 2 图 4 7 3 图 4 7 4 图 4 7 5 1 4 为直壁形 刃口强度高 刃磨后孔口尺寸不变 制造方便 但是在孔内 易积存工件或废料 增大了凹模张力 推件力和孔壁的磨损 磨损后每次的修磨量大 凹模的总寿命较低 此外凹模磨损后孔口可能形成倒锥 使冲成的工件或废料反跳到凹 模表面上 造成操作困难 直壁形孔口凹模适用于冲裁精度较高 厚度较大的工件 1 适用于圆形或矩形 4 适用于较复杂的工件 2 3 5 的孔口为锥形 孔内不易积存工件 或废料 孔壁所受的张力 摩擦力小 所以凹模的磨损 及每次的刃磨量小 但刃口强度较低 且刃口尺寸在修 磨后略有增大 一般用于形状简单 精度要求不高和较 薄的冲件 3 适用于较复杂的冲裁件 5 适用于冲 裁薄料和凹模厚度较薄的情况 考虑到该冲裁件材料较薄且批量不大 本设计中凹模孔口形式 选 4 3 凹模外形尺寸 凹模的外形尺寸应保证有足够的强度和刚度 冲裁件的最大外形尺寸 b 393mm 查 实用冲压技术手册 p225 H Kb 表 7 4 得系数 K 0 12 H Kb 393 0 12 47 16 mm 15mm 取 H 77 mm 凹模的最小壁厚查 新编实用冲压模具技术手册 p97 表 2 48 凹模的厚度 C mm 知 t 1 mm 时 取 C 73 4 凸凹模设计 凸凹模结构形式如图所示 凸凹模最小壁厚校核 复合模中的凸凹模内外缘均为刃口 内外缘之间的壁厚 取决于冲裁件的尺寸 所以凸凹模的最小壁厚受冲模结构影 响 凸凹模装于上模 正装复合模 时 內孔不积存废料 H c 图 4 8 凹模样式 图 4 9 凸凹模 胀力小 最小壁厚可以小些 凸凹模装于下模 倒装复合模 时 直壁形孔口内积存 废料 胀力大 最小壁厚要大些 本设计中采用正装复合模 因此最小壁厚可小些 查 冲模设计手册 5 P375 表 8 1 得最小壁厚为本设计中凸凹模的最小壁mm0 1 8 0 厚为 故强度满足要求 mmmm0 1 8 057 凸凹模长度的确定 mmhhhhL12019313040 321 L 凸凹模长度 mm 凸凹模固定板厚度 mm 1 h 导料卸料板厚度 mm 2 h 拉深高度 mm 3 h 附加长度 mm h 4 7 2 定位零件 1 挡料件 该件的作用是限定条料送进距离 并起定位作用 挡料件有固定挡料销 和活动挡料销等 固定挡料销 固定挡料销分圆形和钩形两种 如图示 a 圆形 b 钩行 图 4 10 挡料销 a 为圆形挡料销 结构简单 制造容易 但销孔离凹模刃口较近 会削弱凹模强度 b 为钩形挡料销 销孔远离刃口 不会削弱凹模强度 为防止形状不对称的钩头转 动 需加定位销 增加了结构的复杂性 固定挡料销适用于手工送料的简单模或级进模 活动挡料销 图 4 11 1 图 4 11 2 图 4 11 3 这种挡料销的后端有弹簧或弹簧片 挡料销能自由伸缩 图 a b 常用在带有 弹性卸料板的模具结构中 图 c 为回带式活动挡料销 在其送进方向带有斜面 送 料时搭边碰撞斜面使挡料销抬起越过搭边 然后将条料回拉 挡料销的后端面抵住搭边 定位 每次送料都要先送后拉 作方向相反的两个动作 根据以上分析以及设计的具体情况 选圆形固定挡料销 4 7 3 卸料 导料零件 1 卸料件 卸料装置有刚性卸料装置 弹性卸料装置和废料切刀等形式 本设计中采用刚性卸 料装置 刚性卸料装置主要指刚性卸料板 一般装在凹模和导料板上 它结构简单 卸 料力大 卸料板有时还作凹模的导板 其上的孔与凸模相对应的部位应配合加工 卸料板与凸凹模之间的单面间隙取 0 5mm 本设计采用导料卸料板 即导料板和 卸料板做成一体 其结构及尺寸如下 图 4 12 卸料版 2 推料件 推件装置也分为刚性推件装置和弹性推件装置两种 本设计中选刚性推件装置 刚 性推件装置一般装在上模 其推件是靠压力机滑块内的横梁作用 推件力大且可靠 推 杆的长度应高出压力机滑块模柄孔 5 10mm 4 7 4 导向零件 对于生产批量大 要求模具寿命长 便于安装精度高的冲压模具 都采用导向装置 常用 的导向装置有导板式 导柱导套式和容柱导套式 冲压件的形状复杂时 导板孔加工困难 为了避免热处理变形 时常不进行热处理 所以 其 耐磨性差 实际上很难达到和保持稳定的导向精度 因此生产中广泛采用导柱导套导向 如下图所示 导柱导套的分布方式有 后侧布置 中间两侧布置 对角布置 四角布 置等几种 图 4 13 导柱导套的分布方式 选用后侧布置时 导柱导套受力不平衡 影响导向精度 但它三个方向敞开 送料 方便 容易实现机械化 自动化生产 对导向要求不太严格且冲压偏移力不大时广泛采 用这种布置方式 中间两侧布置时 受力平衡 但只能一个方向送料 多用于弯曲模和 拉深模 对角布置方式受力也较平衡 使用时可以两个方向送料 操作较为方便 采用 四个导柱导套四角布置的导向装置 受力最均匀 导向精度高 但结构复杂 仅用于大 型冲模或对工件精度要求特别高的场合 采用中间两侧布置和对角布置时 两导柱 导 套 的直径一般不相等 以避免装错方向时损坏凸凹模刃口 对要求模具寿命长 便于安装 精度高的冲压模具 都应采用导向装置 虽然本套 模具设计中固定卸料板也起凸模导向作用 但其耐磨性差 实际中很难达到和保持稳定 的导向精度 因此 该设计中采用生产中常用的导柱导套导向 本设计由于对精度要求 不高 并且冲压偏移力也不大 故采用后侧布置就能满足要求 导柱下部与下模板导柱 孔采用过盈配合 上部与导套孔径间隙配合 导套孔径上有油槽 用以存润滑油 导套 与上模板孔采用过盈配合 配合时 导套孔径会收缩 所以导套过盈部分的孔径 应比 导套和导柱间隙配合部分导套孔径增大 1mm 根据冲压工序性质 工件精度