云母片冲压工艺及模具设计说明书.doc

云母片冲压工艺及模具设计云母片冲压工艺及模具设计 摘要摘要 本文分析了云母片的结构 尺寸 精度和原材料性能 并具体指出了该产品的成型 难点 拟定了落料模具冲压工艺方案 详细阐述了排样设计方法和过程 确定了该产 品需要落料的排样图 完成了所有必要的工艺计算 包括模具刃口尺寸 各工位冲压 力 总的冲压工艺力 压力中心等 概述了模具概要设计方法 系统的阐述了模具主 要零部件的结构 尺寸设计及标准零部件的选用 同时阐述了模具的工作过程 各成 形动作的协调性并对设备选择和核算进行了较为细致的叙述 关键词 关键词 云母片 冲压工艺分析 零件设计 模具设计 Mica sheet stamping process and die design ABSTRACT This paper analyzes the technical characteristics of the spring hook such as configuration dimension precision and the capability of the raw materials There are including the difficulties of this production in the molding studying out the technics of the progressive die making sure the layout project and the die general structure The progressive die could complete thirteen processes that include punching blanking bending and so on It has finished all needed technical count including the knife edge of the mold the force of each process punch technical force of the all process and the stress center of the mold It summarizes the method of designing this mold It introduces the design and manufacture of the punch the die the stripping device the pushing device and the blanking holders in details And it also expatiates the working process of the die the coordination about each motion of figurations Besides it has a section about equipment choosing and proofreading Key words mica sheet analysis of stamping process parts design mold design 目目 录录 1 绪论 1 2 工艺设计 3 2 1 零件介绍 4 2 2 零件工艺性分析 4 2 3 工艺方案的确定 4 3 排样设计 5 3 1 毛坯排样设计 5 3 2 材料的利用率 7 4 工艺计算 8 4 1 冲压工艺力的计算 8 4 2 冲裁力计算 8 5 模具总体结构设计 11 5 1 模具概要设计 11 5 2 模具零件结构形式确定 11 5 2 1 定位机构 13 5 2 2 卸料机构 13 5 2 3 导向机构 14 6 模具零件的设计与计算 16 6 1 工作零件 16 6 1 1 冲裁凸 凹模刃口尺寸计算 16 6 1 2 凸模设计 19 6 2 定位零件 20 6 3 出料零件 20 6 3 1 卸料零件 20 6 3 2 顶件零件 21 云母片冲压工艺及模具设计 1 6 4 导向零件 21 6 5 其他零件 21 7 设备选择 24 7 1 设备吨位确定 24 7 1 1 设备类型的选择 24 7 1 2 设备规格的选择 24 7 2 设备校核 25 7 2 1 压力行程 25 7 2 2 压力机工作台面尺寸 25 结 论 26 参考文献 27 致谢 28 云母片冲压工艺及模具设计 1 1 1 绪论绪论 模具工业是国民经济的基础工业 是工业生产的重要工艺装备 先进国家的模具 工业已摆脱从属地位 发展为独立的行业 美国工业界认为 模具工业是美国工业 的基石 日本工业界认为 模具工业是其它工业的先行工业 是创造富裕社会的动 力 在德国 模具被冠以 金属加工行业中的帝王 之称 近 20 多年来 美国 日 本 德国等发达国家的模具总产值都已超过机床总产值 世界模具市场总产量已达 600 650 亿美元 冲压技术的最新研究成果与加工方法 以及模具工业的前沿技术及房 展方向 高速冲裁 高效 精密 长寿命模具 激光与等离子数控打孔与剪切 板料 激光成形 板材多点成形和单点渐进成形 对向液压拉深 内高压成形与粘性介质压 力成形 流动控制成形 FCF 加工方法 精冲复合工艺 SPF DB 成形 高速高能成 形 数字化冲压成形关键技术 冲压成形有限元数值模拟和优化 快速样品生产 冲 压生产自动化和柔性加工系统 冲压制品与模具的远程网络设计与制造 冲模 CAD CAE CAM PDM RP 技术与快速模具制造 冲压加工技术应用范围十分广泛 在国民经济各工业部门中 几乎都有冲压加工 或冲压产品的生产 冲裁是冲压工艺的最基本工序之一 冲裁是利用模具使板料的一 部分沿一定的轮廓形状与另一部分产生分离以获得制件的工序 冲压成形近年来有很多新的发展 在精密冲裁 精密成形 精密剪切 复合材料 成形 超塑性成形 软模成形以及电磁成形等方面取得很大的进展 冲压件的成型精 度 生产率越来越高 冲压范围越来越广 由平板零件精密冲裁拓宽到精密弯曲 精 密拉深及立体精密成形等 计算机辅助工程 CAE 在冲压领域也得到了较好的发展 和应用 模具计算机辅助设计 辅助制造技术 CAD CAM 板料成形模拟仿真技术 冲压 CAE 快速成形 RPM 等 计算机辅助工程可进行应力应变的分析 排样 毛坯的优化设计及工艺过程的模拟与分析等 实现冲压过程的优化设计 冲压生产主要是利用冲压设备和模具实现对金属材料 板料 的加工过程 所以 冲压加工具有如下特点 1 生产效率高 操作简单 内容实现机械化和自动化 特别适合于成批大量生 产 2 冲压零件表面光滑 尺寸精度稳定 互换性好 成本低廉 3 在材料消耗不多的情况下 可以获得强度高 刚度大 而重量小的零件 2 4 可得到其他加工方法难以加工或无法加工的复杂形状零件 本论文主要以云母片冲压模具设计为主线 云母材料为天然矿因其材料为天然矿 制品 具有无污染 绝缘 耐电压性能好和化学稳定性的特点 而且云母片是一种多 层结晶体的非金属材料 因云母本身具有独特的耐高温 耐高压及高度的绝缘性能 因此 在电子 仪器仪表等行业应用广泛 故可根据客户需求冲切各种规格的天然云 母片 采用云母板制得零件云母片 材料壁厚较薄 零件为异形件 结构虽较为复杂 但只要用适合的冲孔落料就可以获得所要的零件 依据模具的基本组成部分 采取基 础和设计技巧相结合 理论与实践相结合 图例与剖析相结合 模具设计与加工工艺 相结合的方式 分析云母片的冲压工艺性 提出设计其模具的多种方案 通过比较分 析设计出较合理的模具 同时 从模具的加工工艺的角度出发 分析并提供便于加工 的模具结构形式 使模具设计和加工更加紧密的结合在一起 本论文在设计时广泛吸收了国内外各个领域成熟的经验和最新的参考资料 并在 模具的成型零部件等关键部位采用了国内外的优质模具钢 为了顺应形势发展的需要 在技术上也有一定的创新 使用了计算机辅助设计来绘图 如 UG AUTOCAD 等 达到 优化设计的目的 毕业设计是按查阅资料 学习 消化 吸收 创新的思路进行的 本论文是关于 介绍我在毕业设计中做的一副云母片落料模具的全部设计资料 文中包含了较详细的 工艺分析 模具结构设计及冲压机床的选择 整个设计是在老师的辅导下以及和同学 的相互探讨下完成 通过这次毕业设计的锻炼 我增加了专业知识 丰富了视野 提 高了自主创新的能力 但是 我毕竟是初次接触模具如此具体的设计 再加上知识经 验的局限现性 设计内容可能会有一些漏洞和错误 学生的所有不足之处 殷切希望 各位尊敬的老师及所有的评委能给予指正和指导 谢谢各位老师 云母片冲压工艺及模具设计 3 2 2 工艺工艺设计设计 2 12 1 零件介绍零件介绍 本次毕业设计的产品见图 2 1 所示 材料为厚 1mm 的 Q235 钢板料 要求批量为中 批量 该零件属于典型的冲裁件 如图 2 1 零件尺寸图 图 2 2 云母片工件图所示 图 2 1 零件尺寸图 图 2 2 云母片工件图 4 2 22 2 零件工艺性分析零件工艺性分析 零件尺寸 图中零件未注公差取 ST8 级 零件的尺寸较小 成形的位置较为紧凑 成形比较简单 零件材料为 Q235 钢 是普通的碳素结构钢 有一定的塑性 料厚为 1mm 属薄料 冲压性能良好 零件需要经过一次冲裁 零件的结构比较对称 冲压性能 仍然很良好 综上所述 得到结论 零件具有较好的可冲压性 2 32 3 工艺方案工艺方案的确定的确定 确定工艺方案首先要确定的是冲裁的工序数 冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序 的安排 冲裁工序一般易确定 关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序顺序 应在工 艺分析的基础上制定几种可能的方案 再根据工件的批量 形状 尺寸等方面的因素 全面考虑 综合分析 选取一个较为合理的方案 冲裁工序按工序的组合方式可分为单工序冲裁 复合冲裁和级进冲裁 单工序模是只完成一种工序的冲裁模 如落料 冲孔 切边 剖切等 复合冲裁 是在压力机的一次行程中 在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序 级进 冲裁是把一个冲裁件的几个工序 排列成一定顺序 组成级进模 在压力机的一次行 程中 模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序 除最初几次冲程外 每次冲 程都可以完成一个冲裁件 由零件的工艺分析及图可知 该工件落料一个基本工序 落料 故采用采用单工序模生产 云母片冲压工艺及模具设计 5 3 3 排样设计排样设计 3 13 1 毛坯排样设计毛坯排样设计 在进行模具设计时 首先要设计条料排样图 条料排样图的设计是模具设计时的 重要依据 模具条料排样图设计的好坏 对模具设计的影响是很大的 排样图设计错 误 会导致制造出来的模具无法冲制零件 条料排样图一旦确定 也就确定了被冲制 零件各部分在模具中的冲制顺序 模具的工位数 零件的排样方式 模具步距的公称 尺寸 条料载体的设计形式等一系列问题 在本模具中 排样设计总的原则是先进行 冲切废料 然后拉伸 最后切断 并要考虑模具的强度 刚度 结构的合理性 冲裁件在条料 带料或板料上的布置方法叫排样 排样合理就能用同样的材料 冲出更多的零件来 降低材料消耗 大批量生产时 材料费用一般占冲裁件的成本 的 60 以上 因此 材料的经济利用是一个重要问题 特别对贵重的有色金属 排样的合理与否将影响到材料的经济利用 冲裁质量 生产效率 模具结构与寿命 生产操作方便与安全等 排样的意义就在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件 毛坯在板料上可截取的方位很多 这也就决定了毛坯排样方案的多样性 典型毛坯排 样 单排 斜排 对排 无费料排样 多排 混合排 根据此次毕业设计的零件结构特征及材料的利用率 决定采用对排 采用这种毛 坯排样的模具结构的相对简单 模具制造较为方便 1 条料搭边值的确定 搭边是指排样中相邻两冲裁件之间的余料或冲裁件与条料边缘间的余料 其作用 是补偿定位误差和保持条料有一定的强度和刚度 防止由于条料的宽度误差 送进步 距误差 送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品 保证送料的顺利进行 从而保证制件 的质量 由参考文献 3 得 材料厚度为 1mm 时 条料长度大于 20mm 搭边可以取 a 2mm a1 2mm 2 条料的宽度 条料是由板料 或带料 剪裁下料而得 为了保证送料顺利 规定条料宽度 B 的 上级极限偏差为零 下偏差为负值 条料在模具上送进时常用导尺导向 使用 6 导尺又分为有侧压导向和无侧压导向两种情况 两种导向情况下的条料宽度计算不同 但目的是一致的 要求既能保证条料的顺利送进 又能保证冲裁件与条料侧边之间有 不低于规定的搭边值 条料采用无侧压 可以确定条料与导料销的间隙和条料宽度偏 差分别为 c1 0 5mm 0 6mm 由参考文献 3 中公式得 条料宽度 3 1 0 1 0 2 caDB 3 步距 冲裁模的步距是确定条料在模具中每送进一次 所需要向前移动的固定距离 步 距的精度直接影响到冲件的精度 设计连续模时 要合理的确定步距的基本尺寸和精 度 步距的基本尺寸 就是模具中相邻工位的距离 此次毕业设计的条料为单排 步距的基本尺寸等于冲压件的外形轮廓尺寸和两冲 压件间的搭边宽度之和 其步距基本尺寸由参考文献 3 得 h L a 3 2 式中 h 冲裁步距 L 沿条料送进方向 毛坯外形轮廓的最大宽度值 a 沿送进方向的搭边值 排样方式图 3 1 所示 图 3 1 坯料排样图 条料宽度 0 1 0 2 caDB 45 2 2 0 6 0 5 0 0 6 50 70 0 6mm 该零件的步距确定为 h L a 35 3 38mm 借助 UG 软件分析可得单个零件的面积为 A 1032mm2 一个步距的材料利用率 为 A h B 100 1032 38 50 7 100 53 6 云母片冲压工艺及模具设计 7 排样方式图 3 2 所示 图 3 2 坯料排样图 条料宽度 0 1 0 2 caDB 45 2 2 0 6 0 5 0 0 6 50 70 0 6mm 步距 h h 62 5mm 一个步距的材料利用率 为 A h B 100 1032 2 50 7 62 5 100 65 1 由上计算知道方案的材料利用率分别为 56 9 和 67 其中第一种排样方式材料 的利用率少于 60 这样原材料没有得到合理的利用 而第二种排样方式虽然需要二 次送料 但材料利用率高 为此我们选择方案二的排样方式 3 23 2 材料的利用率材料的利用率 1 排样方式的确定 根据冲裁件的结构特点 排样方式可选择为 对排 有废料排样 2 送料进距的确定 为了节约材料 应合理的选择搭边值 搭边值过小 会使作用在凸模侧表面上的 发向应力沿切口分布不均 降低冲裁质量和模具寿命 故必须使搭边的最小宽度大于 冲裁时塑性变形区的宽度 一般可以取材料的厚度 若搭边值小于材料的厚度 冲裁 时搭边可能被拉断 有时还会被拉入到凸 凹模间隙中 使零件产生毛刺 甚至损坏 模具刃口 搭边值的大小与材料的性能 零件的外形及尺寸 材料的厚度 送料及挡料的方 式 卸料方式有关 硬材料的搭边值可以小一些 软材料和脆材料的搭边值应大一些 零件尺寸大或有尖突时 搭边值应大一些 厚材料的搭边值取大一些 8 4 4 工艺计算工艺计算 4 14 1 冲压工艺力的计算冲压工艺力的计算 工艺计算是模具设计的基础 只有正确的计算出各道工序的凸凹模尺寸 冲压力 毛坏尺寸等 才能设计出正确的模具 而且是选用压力机 模具设计以及强度校核的 重要依据 为了充分发挥压力机的潜力 避免因超载而损坏压力机 所以计算是非常 必要的 工艺计算是选用压力机 模具设计以及强度校核的重要依据 为了充分发挥压力 机的潜力 避免因超载而损坏压力机 所以计算是非常必要的 4 24 2 冲裁力计算冲裁力计算 冲裁力是冲裁力 卸料力 推件力和顶料力的总称 冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力 它与材料的厚度 工件的周长 材料的力学性能等参数有关 冲裁力是设计模具 选择压力机的重要参 数 计算冲裁力的大小是为了合理的利用冲压设备和设计模具 选用冲压设备的标准 冲压压力必须大于所计算的冲裁力 所设计的模具必须能够传递和承受所计算的冲裁 力 以适应冲裁的要求 该模具采用弹性卸料和下方出料方式 总冲压力由冲裁力 卸料力和推件 0 FF 卸 F 力组成 若采用复合冲裁模 其冲裁力由落料冲裁力和冲裁力两部分组成 推 F 落料 F 冲孔 F 冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力 它是随凸模行程而变化的 通常说的冲 裁力是指冲裁力的最大值 平刃冲模的冲裁力可按下式计算 4 1 b KLtF 式中 F 冲裁力 N L 零件剪切周长 m m t 材料厚度 mm 材料抗拉强度 MPa b 云母片冲压工艺及模具设计 9 K 系数 一般取 K 1 3 已知零件材料是 Q235 取 400Mpa 材料厚度 t 1mm L 值由全部冲裁线即冲裁 b 零件周长尺寸组成 由于零件是异形件 形状比较复杂 用手工计算零件的周长比较困 难 借助 CAD 中 面域 查询面域 质量特性 等命令测出该零件的周长为 L 187 98mm 取 L 188mm 1 落料 冲裁力 材料 Q235 铜的抗拉强度可按MPa b 400 KNLtF b 8 1124005 1188 落料 2 推件力 K推 0 055 F推 nK推F 1 0 055 112 8 6 2kN 3 力 查表得卸料力系数 KNFKF64 5 8 11205 0 落料卸卸 4 总冲压力的确定 0 F 所以总冲压力 F落 F推 F卸 112 8 6 2 5 64 134 64kN 0 F 冲压力合力的作用点称为冲模压力中心 冲模压力中心应尽可能和模柄的轴线以 及和压力机滑块的中心线重合 以使冲模平稳地工作 减少导向机构滑动件之间的磨 损 提高运动精度以及模具和压力机的寿命 求合力作用点可转化为求轮廓线的重心 具体的方法如下 1 按比例画出每个凸模刃口轮廓的位置 2 建立坐标轴线 分别凸模刃口轮廓的压力中心及坐标位置 x1 x2 x3 xn 和 y1 y2 y3 yn 3 分别计算凸模刃口轮廓的冲裁力 F1 F2 F3 Fn 或每一个凸模刃口轮廓的 周长 L1 L2 L3 Ln 4 对平行系 冲裁力的合力等于各力的代数和 即 F F1 F2 F3 Fn 5 根据力学原理 即可求出压力中心的坐标 x0 y0 按下列公式求出冲模压力中心的坐标值 x0 y0 4 2 1 122 0 12 n n n L xL xL x x LLL 4 3 1122 0 12 n n n L yL yL y y LLL 10 由于该零件形状对称 所以压力中心在该零件的中点上坐标值 X0 Y0 如图 3 1 所示 图 4 1 零件轮廓线划分图 1 122 0 12 n n n L xL xL x x LLL 2788 17 173 83 16 1122 0 12 n n n L yL yL y y LLL 4134 46 173 83 24 由以上计算可知冲裁件 云母片 的压力中心的坐标为 16 24 如下图 3 2 所示 图 4 2 零件压力中心图 云母片冲压工艺及模具设计 11 5 5 模具总体结构设计模具总体结构设计 5 15 1 模具概要设计模具概要设计 冲压制件的质量 不仅依赖于模具的正确设计 而且在很大程度上取决于模具的 制造精度 而模具生产又多为单件小批量生产 这给模具生产带来许多困难 为了获 得高质量的冲压制件 冲模制造时 在工艺上要充分考虑模具零件的材料 结构形状 尺寸 精度 工作特性和使用寿命等方面的不同要求 模具是用多个零件按照一定关 系装配而成的有机整体 结构是模具的 形 模具的优劣很大程度上体现在模具结构 上 因此落料模具的结构对模具的工作性能 加工性 成本 周期 寿命等起着决定 性作用 在此次模具的结构设计大体可以分为两步 第一步根据工序排样的结果确定模具 的基本结构框架 确定组成落料模具的主要结构单元及形式 对模具制造和使用提出 要求 第二步确定各结构单元的组成零件及零件间的连接关系 结构设计的结果是模 具装配图和零件明细表 在结构设计中概要设计是模具结构设计的开始 它以工序排样图为基础 根据产 品零件要求 确定落料模具的基本结构框架 结构概要设计包括 1 模具主要零件凸凹模的设计 计算过程 2 模具基本结构 定位方式以及导向方式确定 卸料方式以及出件方式确定 3 模具基本尺寸 模具工作空间尺寸 各个板件的厚度 模具闭合高度 4 模架基本结构 模架的类型 导柱与导套选配以及模柄类型的选择 5 压力机的选择 压力机的类型 压力机规格 6 设备校核 压力机的校核 5 25 2 模具零件结构形式确定模具零件结构形式确定 该零件是用落料模具完成的 模架是模具的主体结构 采用自行设计的模架机构 导向 采用后侧导柱模架 导向装置在后侧 横向或纵向送料都比较方便 并采用弹 性卸料装置 落料模具总装图如图 5 1 所示 12 注 1 模柄 2 止动销 3 凸模 4 内六角螺钉 5 上模座 6 凸模固定板 7 橡胶 8 卸料 板 9 凹模 10 下模座 11 导柱 12 导套 13 内六角螺钉 14 卸料螺钉 15 圆柱销 16 圆柱销 17 挡料销 18 垫板 5 1 模具整装图 凹模外形尺寸应保证有足够的强度和刚度 由于凹模的结构型式不一 受力状态 又比较复杂 首先考虑是在冲裁工位所要受到的冲裁力 所以要适当增加凹模厚 一 般根据冲裁件尺寸和板料厚度 由文献 2 凹模的厚度 H 可按以下经验公式计算 H Kb 15mm 5 2 式中 K 考虑坯料厚度影响的系数 b 冲裁件最大外形尺寸 mm 查文献 1 表 8 1 得 K 0 35 H 0 35 45 mm 14 6mm 15 75mm 考虑到压窝凸模的高度 则 H 调整为 25mm 此凹模用于大批量生产 其厚度要考 虑修磨量 5 6mm 所以凹模厚度 H 为 25 mm 确定凹模周界尺寸 L B 由文献 2 可得凹模最小壁厚为 1 6mm 云母片冲压工艺及模具设计 13 由文献 2 可得凹模壁厚 刃口到外边缘的距离 可按下列公式确定 C 1 5 2 0 H 30mm 5 3 C 1 5 40 mm 60 mm 所以 L 160mm B 160 mm 如下图 5 3 所示 图 5 3 凹模图 该模具使用定位销定位夹紧 冲压条料时 销定位挡料销进行导向挡料 由导柱 导套导向向下运动 凸模和凹模完成零件的落料工序 弹性元件由于受压反弹 致使 得卸料板进行推出材料 制件从下孔掉出 完成整个落料过程 模具主要有模柄 上 模座 垫板 凸模固定板 凸模 凹模 卸料板 凸模固定板 螺钉 销钉 下模座 导柱 导套等 落料模具凹模周界长 160mm 宽 160mm 模具总长 250mm 总宽 215mm 模具的闭合高度是 h 40 10 20 21 1 16 25 45 178mm 凸模固定板用于安 装所有凸模 凹模板用于落料 采用螺钉紧固 销钉定位的方式固定 卸料板是一整 块 采用四个螺钉固定 5 2 1 2 1 定位机构定位机构 为限制被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序 必须采用各种形式的定位装置 用于冲模的定位零件有导料销 导料板 挡料销 定 14 位板 导向销 定距侧刃和侧压装置等 定位装置应避免油污 碎屑的干扰并且不与 运动机构干涉 定位精度要求较高时 要考虑粗精度和精精度两套装置 分步进行 坯料需要两个以上工序的定位时 它们的定位应该一致 如图 5 2 圆柱销图所示 图 5 2 圆柱销图 5 2 25 2 2 卸料机构卸料机构 卸料机构的主要作用是把材料从凸模上卸下 有时也可作压料板用以防止材料变 形 并能帮助送料导向和保护凸模等 可分为固定卸料装置 弹压卸料装置和废料切 刀 固定卸料板仅起卸料作用时 凸模与卸料板的双边间隙取决于板料厚度 一般在 0 2 0 5mm 之间 板料薄时取小值 板料厚时去大值 当固定卸料板兼起导板作用时 一般按 H7 h6 配合制造 但应保证导板与凸模 hi 之间间隙小于凸 凹模之间的冲裁间 隙 以保证凸 凹模的正确配合 固定卸料板的卸料力不大 卸料可靠 因此 当冲 裁板料较厚 大于 0 5mm 卸料力较大 平直度要求不很高的冲裁件时 一般采用固 定卸料装置 弹压卸料装置既起卸料作用又起压料作用 所得冲裁质量较好 平直度较高 因 此质量要求较高的冲裁件或薄板宜用弹压卸料装置 废料切刀是在冲压过程中将废料切断成数块 避免卡箍在凸模上 切刀夹角 一 般为 78 80 度 主要用于小型模具和切断薄废料以及大型模具和切断厚废料 在本次模具设计中采用弹压卸料板 弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用 多 用于冲制薄料 使工件的平面度提高 卸料板的尺寸取 160 160 20mm 如图 5 3 卸料板 云母片冲压工艺及模具设计 15 图所示 图 5 3 卸料板图 5 2 35 2 3 导向机构导向机构 对生产批量大 要求模具寿命和制件精度较高的冲模 一般应采用导向机构来保 证上 下模的精确导向 上 下模导向 在凸 凹模开始闭合前或压料板接触制件前 就应该充分的合上 导向机构有导柱 导套机构 侧导板与导板机构和导块机构 在 此副模具中由于零件的尺寸较小 对制件的精度要求较高 所以采用后置导柱 导套 和压入式模柄配合 这样的后置导柱导向精度比较平稳 精度较高 图 5 4 所示 16 图 5 4 滑动导柱 导套 6 6 模具零件的设计模具零件的设计与计算与计算 6 16 1 工作零件工作零件 6 1 16 1 1 冲裁凸 凹模刃口尺寸计算冲裁凸 凹模刃口尺寸计算 1 冲裁凸 凹模刃口尺寸计算原则 计算冲裁凸 凹模刃口的依据为 冲裁变形规律 即落料件尺寸与凹模刃口尺 寸相等 尺寸与凸模刃口尺寸相同 零件的尺寸精度 合理的间隙值 磨损规 律 如圆形凹模尺寸磨损后变大 凸模尺寸磨损后变小 间隙磨损后变大 冲模的 加工制造方法 因而在计算入口尺寸时应按下述原则进行 1 保证冲出合格的零件 根据冲裁变形规律 冲孔尺寸等于凸模刃口尺寸 落料件尺寸等于凹模刃口尺寸 所以冲孔时 应以凸模为基准 落料时 以凹模为基准 基准件的尺寸应在零件的公 差范围内 冲孔间隙取在凹模上 落料时间隙取在凸模上 2 保证模具有一定的使用寿命 新模具的间隙应是最小的间隙 磨损后到最大合理间隙 考虑到冲裁时凸 凹模 的磨损 在设计凸 凹模刃口尺寸时 对基准刃口尺寸在磨损后增大的 其刃口的公 称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值 对基准件刃口尺寸在磨损后减小的 其 人口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值 这样 在凸凹模磨损到一定程 度的情况下 仍能冲出合格的零件 3 考虑冲模制造修理方便 降低成本 为使新模具的间隙值不小于最小合理间隙 一般凹模公差标注成 凸模公差 d 标注成 间隙能保证的条件下不要把制造公差定的太紧 一般模具制造精度比工 p 件精度高 2 至 4 级 若零件没有标注公差 对于非圆形件按国家标准 非配合尺寸的 公差数值 IT14 精度处理 本毕业设计对未标注公差的零件尺寸采用 IT14 精度处理 2 冲裁刃口尺寸计算方法 制造冲模的关键主要是控制凸 凹模刃口尺寸及其间隙合理 由于模具加工方法 不同 凸 凹模刃口尺寸计算公式和公差标注也不同 凸 凹模刃口尺寸的计算方法 云母片冲压工艺及模具设计 17 基本上可分为两类 分别加工与配合加工 对于形状复杂或薄料的冲裁件的冲裁 为 了保证凸 凹模之间的间隙值 一般采用配合加工 此方法是先加工好其中一件 凸 模或凹模 作为基准件 然后以此基准件来加工另一件 使他们之间保持一定的间隙 这种加工方法的特点是 模具间隙是在配制中保证的 因此不需要校核 所以加 minmax ZZ dp 工基准时可以适当放宽公差 使其加工容易 尺寸标注简单 只需在基准件上标注尺寸和公差 配制件仅标注基准尺寸并注 明装配时所留间隙值 由于形状复杂工件各部分尺寸性质不同 凸模与凹模磨损情况也不同 有变大的 有变小的 也有不变的 必须对有关尺寸进行具体分析后 按前述尺寸计算原则区别 对待 查得模具冲裁间隙值 查得凸 凹模制造公mmZ05 0 min mmZ08 0 max 差 查得 因数 x 0 75 取 0 2 007 0 p 010 0 d 校核 Zmax Zmin 0 08 0 05 0 03mm mm dp 017 0 010 0 007 0 满足校核条件 minmaxZZ dp 由于该工件时落料件 落料件尺寸的测量基准是大端尺寸 故落料件尺寸取决于 凹模 而凸模刃口尺寸应按凹模人口尺寸来确定 即凸模应根据凹模按凹模配做 冲压制件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度 合理间隙的数值也必须靠 模具的刃口尺寸来保证 因此 正确确定模具刃口尺寸极其公差 是设计冲模的主要 任务之一 对于落料凸模的计算 采用配合加工的形式制作 零件图未注尺寸公差 按 ST8 级选取 并按照 入体原则 标注 可得零件的公差要求如下图 6 1 所示 18 图 6 1 零件图 形状不规则冲裁件的凹 凸模尺寸 在使用过程中磨损后会发生变大 变小 不 变三种情况即分别对应 A B C 三类 1 凹模磨损后 尺寸变大的有 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 由文献 3 表 2 6 可 知摩损系数 X1 0 5 X2 0 5 X3 0 5 X4 0 75 X5 0 75 X6 0 75 X7 0 5 2 由公式 为工件公差 6 1 d0 A A x d A1d 45 5 0 56 0 5 mm mm A2d 16 0 5 0 40 mm mm A3d 35 0 5 0 40 mm mm A4d 17 1 0 75 0 20 mm mm A5d 9 1 0 75 0 20 mm mm A6d 24 1 0 75 0 20 mm mm A7d 4 5 0 5 0 30 mm mm 2 凹模磨损后尺寸变小的有 B1 R2 5 磨损系数 x 0 5 由公式 Bd B x 0 d 6 2 Bd1 2 5 0 5 0 25 0 0 25 0 25 2 630 0 06mm 3 凹模磨损后 尺寸不变的有 C1 C2 C3 由公式得 d C 2 d C Cd1 15 5 0 25 0 2 2 15 5 0 03mm Cd2 10 0 25 0 2 2 10 0 03mm Cd3 14 0 25 0 2 2 14 0 03mm 由上述计算可得 凹模形状及尺寸公差如下图 6 2 所示 云母片冲压工艺及模具设计 19 图 6 2 零件图 按计算尺寸和公差制造凸模后 再按凸模刃口实际尺寸并保证最小合理间隙 配做凹模 min Z 6 1 26 1 2 凸模设计凸模设计 凸模的长度应根据模具的具体结构确定 同时要考虑凸模的修磨量以及固定板与 卸料板之间的安全距离等因素 本模具设计采用弹性卸料板 凸模的长度计算可按下 式 L 6 3 hthh 21 所以凸模长 L 20 21 16 1 1 59mm 式中 凸模固定板的厚度 mm 1 h 卸料板的厚度 mm 2 h t 材料的厚度 mm h 附加长度 mm 包括凸模的修磨量 凸模进入凹模的深度 0 5 1mm 凸模固定板与卸料板之间的安全距离等 一般取 h 15 20mm 本次级进模具设计的凸模长度设计是以第六工位拉伸凸模高度 h 为基准 其余的 凸模长度以此为基准进行必要的加长或缩短 凸模的尺寸按凹模配做 6 26 2 定位零件定位零件 模具上定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能够置于正确的位置根据毛坯 形状 尺寸及模具的结构形式 可以选用不同的定位方式 常见的定位零件有挡料销 导正销 侧刃 导料板 导料销和侧压装置等 挡料销用于限定条料送进距离 抵住 条料的搭边或工作轮廓 起定位作用 挡料销有固定挡料销 活动挡料销和始用挡料 销 20 固定挡料销分圆形与钩形两种 一般装在凹模上 圆形挡料销结构简单 制造容易 本模具采用圆形挡料销 6 36 3 出料零件出料零件 6 3 16 3 1 卸料零件卸料零件 卸料装置有固定卸料装置和弹压卸料装置两种 弹性卸料装置由卸料板 弹性元 件 弹簧和橡胶 和卸料螺钉组成 弹性卸料既起卸料作用又起压料作用 所以冲裁 零件质量较好 平直度较高 因此 质量要求较高的冲裁或薄板冲裁宜用弹性卸料装 置 本模具采用了弹性卸料装置 零件的厚度为 1mm 考虑卸料力的问题在前面算过 了 厚度为 30mm 的橡胶 具体计算如下 1 确定橡胶的自由高度 修磨工作 hhHI t 为材料厚度mmth1 工作 mmh10 5取 修磨 mmHI3 6513 0 所以mmH 2 253 6 4 5 3 0 2 确定橡胶的横截面积 A PFA 卸 查表 6 9 得 P 1 05 所以 2 3032mmA 3 橡胶的安装高度 mmHH5 15 10 0 预 H装 H0 H预 25 2 5 20 0mm 在本副模具中 采用弹性卸料装置卸料 弹顶器推动推杆 推杆推动零件 然后 进行卸料 如图 6 3 所示 云母片冲压工艺及模具设计 21 图 6 3 橡胶图 6 3 26 3 2 顶件零件顶件零件 在设计模具时 一般均采用卸料橡胶作为弹性元件 是模具中广泛使用的弹性元 件 主要为弹性卸料 压料及出件装置等提供所要求的作用力和行程 采用橡胶作为 弹性元件的优点是 橡胶允许承受的负荷比弹簧较大 而且安装方便 调整方便 卸料螺钉属于标准件 在此次毕业设计冲压模具中选用 主要的选用数量如下 卸料螺钉个数 n 4 6 46 4 导向零件导向零件 导套 导柱都是圆柱形的 加工方便 容易装配 是模具行业应用最广泛的导向 装置 本模具采用滑动式导柱 导套 并导柱导套配合选用 H7 h6 配合 导柱为 导柱 D28 150 材料为 20 钢 导套为 导套 D38 100 材料为 20 钢 数量为 2 对 热处理 渗碳加表面淬火 6 56 5 其他零件其他零件 1 模架选用的是 后侧导柱模架形式 导向装置在后侧 横向或纵向送料都比较 方便 而且导向平稳 一般用于较小的冲模 2 凸模固定板是将凸模固定在模座上 其平面轮廓尺寸可与凹模 卸料板外形尺 寸相同但还要考虑紧固螺钉 及销钉 的位置 固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡 配合 H7 m6 H7 n6 压装后将凸模端面与固定板一起磨平 凸模固定板形式有圆形和 矩形两种 本模具采用矩形形式 其规格是 160mm 160mm 20mm 材料选用 45 钢 如图 6 4 所示 22 图 6 4 凸模固定板图 3 垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力 以降低模座所受的单位压力 防止 过大的冲裁力模座被局部压陷 影响模具正常工作 其厚度一般取 4 12mm 规格是 160mm 160mm 10mm 材料选用 T8A 热处理之后硬度达到 58 62HRC 如图 6 5 所示 云母片冲压工艺及模具设计 23 图 6 5 垫板图 4 中小型模具一般通过模柄将模具固定在压力机滑块上 对于大型模具则用螺钉 压板直接将上模座固定在滑块上 常用的模柄有旋入式模柄 压入式模柄 凸缘模柄 槽型模柄 通用模柄 浮动模柄和推入式模柄等 本模具采用的是压入式模柄 如图 6 6 所示 图 6 6 模柄结构 压入式模柄的优点是 它与上模座孔连接 采用过渡配合 H7 m6 并加销钉防转 这种模柄可较好地保证轴线与上模座的垂直度 使得压力中心线重合 提高了模具生 产精度 提高了模具的运动精度和使用寿命 模柄支撑面应垂直于模柄轴线 垂直度 不应超过 0 02 100 压入式模柄配合面的表面粗糙度 Ra 应达到 1 6 o 8 m 模柄压入 模座后 应将底面磨平 24 7 7 设备选择设备选择 7 17 1 设备吨位确定设备吨位确定 冲压设备选用是冲压工艺设计过程中的一项重要的内容 压力机的主要技术参数 是反应一台压力机的工艺能力 能加工零件的尺寸范围以及有关生产率的指标 这些 参数也是模具设计中选择冲压设备 确定模具结构的重要依据 必须根据冲压工序的 性质 冲压力 变形功 模具结构型式 模具的闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量 生产成本 产品质量等诸多因素 结合单位现有设备条件进行 7 1 17 1 1 设备类型的选择设备类型的选择 设备类型的选择要依据冲压件的生产批量 工艺方法与性质及冲压件的尺寸 形 状与精度等要求来进行 由参考文献 5 初步选择开式通用机械式压力机 云母片冲压工艺及模具设计 25 7 1 27 1 2 设备规格的选择设备规格的选择 设备规格的选择应根据冲压件的形状大小 模具尺寸及工艺变形力来进行 从模 具设备上安装并能开始工作的顺序来考虑 其设备规格的主要参数有以下几个 1 行程 压力机行程的大小 应该保证坯料的方便放进与零件的方便取出 例如 对于拉深工序所用的压力机行程 至少应保证 压力机的行程 S 2h h 为零件的高度 2 装配模具的相关尺寸 压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸 还应有 模具安装与固定的余地 但过大的余地对工作台受力不利 工作台面中间孔的尺寸要 保证漏料或顺利的安装模具顶出料装置 大吨位压力机滑块上应加工出燕尾槽 用于 固定模具 而一般开式压力机滑块上有模柄孔尺寸 为两件哈夫式夹紧模柄用 3 闭合高度 压力机的闭合高度是指滑块处于下死点时 滑块底面至工作台上表 面之间的距离 压力机的闭合高度是可通过连杆丝杠在一定范围内调节的 当连杆调 至最短 滑块处于下止点时 滑块底面到工作台上表面之间的距离称为压力机的最大 闭合高度 相反 连杆调至最长时 两者之间的距离称为最小闭合高度 由于缩短连 杆对其刚度有利 同时在修模后模具的闭合高度可能要减小 因此一般模具的闭合高 度要接近于压力机的最大装模高度 在实用上为 Hmax H1 5mm H Hmin H1 10mm 7 1 Hmax Hmin H1 H 分别为压力机的最大闭合高度 压力机的最小闭合高度 垫 板厚度和模具闭合高度 如果模具的闭合高度 H 大于压力机的最大闭合高度 冲模将不能在该压力机上工 作 反之 H 小于压力机的最小闭合高度时 可加垫板 设备吨位 设备吨位的选择 首先要以冲压工艺的所需要的变形力为前提 要求设 备的名义压力要大于所需的变形力 而且 还要有一定的力量储备 查参考文献 3 表 1 5 开式压力机技术参数 初选择 160kN 的开式压力机 J23 16 其技术参数如下 公称压力 160kN 滑块行程 55mm 滑块行程次数 120 次 min 最大闭合高度 220mm 26 封闭高度调节量 60mm 工模柄尺寸 40 50mm 作台尺寸 前后 300mm 左右 450mm 7 27 2 设备校核设备校核 7 2 17 2 1 压力行程压力行程 该模具的闭合高度有 178mm 选择的压力机的滑块行程为 55mm 压力机的行程满 足要求 7 2 27 2 2 压力机工作台面尺寸压力机工作台面尺寸 由于模具外形尺寸为 前后 250mm 左右 215mm 而压力机工作台面尺寸为 前 后 300mm 左右 450mm 所以满足条件 主要参数均符合条件因此最终 160kN 的压 力机 压力机的选择也是至关重要的 压力机提供的压力过大 会把冲压件冲坏 甚 至损坏整一副模具和压力机在选择之后必须要校核才能使用 结结 论论 在落料模设计中 采用二维的画法 从对工件的分析 再对其加工工艺的选择与对 比 然后选择最佳的成形工艺方案 然后进行条料宽度 再到对模具加工方法的构思和 模具形状的设计以及冲压工艺的计算 通过对本套落料模的设计 计算 使我对落料 模的设计流程有了更深一层的了解 包括落料件的工艺分析 工艺方案的确定 模具 结构形式的选择 必要的工艺计算 主要零部件的设计 压力机型号的选择 总装图 及零件图的绘制 在设计过程中 有些数据 尺寸是一点也马虎不得 只要一个数据有误 就得全 部改动 使设计难度大大的增加 在这次设计中 我感觉要完成好一次设计不仅要有 扎实的专业知识 使用 CAD UG 等绘图软件绘图 这就要有过硬的计算机基础 并且 善于查阅资料 与别人多交流 才能完成本次设计 通过这次自己设计冲压模具 让我对冲压模有了更加深刻的了解 使我能够综合 云母片冲压工艺及模具设计 27 运用各种冲压模具设计资料上的知识 懂得了在遇到难题时该如何去查找资料来解决 问题 进一步巩固 加深和拓宽所学知识 同时也发现自己的不足 专业知识不够扎 实 所以在今后的学习中不仅要学好应该所学的 还要尽可能多的去拓展我们在其它 方面的领域 只有更好地充实自己 拓宽自己的视线 才能更好地把握和发挥自己所学 过的知识 就更好地应用于实践当中 28 参考文献参考文献 1 郝滨海 冲压模具简明设计手册 G 北京 化学工业出版社 2005 1 2 杨玉杰 钣金入门捷径 M 北京机械工业出版社 2005 4 3 熊志卿 冲压工艺与模具设计 高等教育出版社 2011 6 4 高锦张 塑性成形工艺与模具设计 M 北京 机械工业出版社 2006 5 5 史铁梁 模具设计指导 M 北京 机械工业出版社 2003 8 6 钟翔山 冲压模具精选 88 例设计分析 化学工业出版社 2010 1 7 李志刚 模具大典 G 江西科学技术出版社 2003 1 8 高雪强 机械制图 机械工业出版社 2008 8 9 梁炳文 实用板金冲压图集 M 第 2 集 北京 机械工业出版社 1999 8 10 杨玉英 实用冲压工艺及模具设计手册 M 北京 机械工业出版社 2004 7 11 王新华 冲模设计与制造实用计算手册 M 北京 机械工业出版社 2003 7 12 李名望 冲压模具设计与制造技术指南 化学工业出版社 2008 6 13 林承全 胡绍平 冲压模具课程设计指导与范例 北京 化学工业出版社 2008 1 14 Sang B Park An expert system of progressive die design for electron gun grid parts Journal of Materials Processing Technology 88 1999 216 221 15 J Magee L J De Vin Process planning for laser assisted forming Journal of Materials Processing Technology 120 2002 322 326 16 A T Male Y W Chen C Pan Y M Zhang Rapid prototyping of sheet metal components by plasma jet forming Journal of Materials Processing Technology 135 2003 340 346 云母片冲压工艺及模具设计 29 致谢致谢 本论文 设计 是在指导老师悉心教导 严格要求和大力支持下完成的 从论 文的选题 方案论证到论文的撰写和修改过程中 都倾注了雷敏娟老师的大量心血 通过对本套落料模的设计 计算 使我对落料模的设计流程有了更深一层的了解 包括落料件的工艺分析 工艺方案的确定 模具