刷片冲孔落料工艺及复合模具设计-冲压模具【含7张cad图纸+文档全套资料】
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刷片冲孔落料工艺及模具设计引言零冲压工艺规程是模具设计的依据,而良好的模具结构设计又是实现工艺过程的可靠保证,若冲压工艺有所改动,往往会造成模具的返工,甚至报废,冲裁同样的零件,通常可以采用几种不同方法,工艺过程设计的中心就是依据技术上先进,经济上合理,生产上高效,使用上安全可靠的原则,使用上安全可靠的原则,使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下达到最佳的技术效果和经济效益。设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图入手，分析零件图包括技术和经济两个方面：（1）冲压加工方法的经济性分析 冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用，由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用。批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作 该零件可能会更有效果。（2）冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度，在技术方面，主要分析该零件的形状特点，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求，良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，而且寿命长产品质量稳定，操作简单，方便等。不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何，其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序加工出图纸所要求的零件。对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削焊接或铆接等加工才能完成。1 刷片冲压工艺分析1.1 零件分析本设计是一个是由冲孔、落料工序制成的工件。该工件结构简单，材料为20钢，厚度为1.5mm，根据提供的零件图，其数据如下：20钢标准：GB/T699-1988特性及适用范围：强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边等加工.材料名称优质碳素结构钢如图所示该零件材质较软、板料较薄、平直度要求较高的冲裁件，冲裁件的精度高，所以选用正装复合模具1.1.1对工件的结构工艺要求（1）工件的结构形状，在满足装配，使用性能和效果条件下，该工件的形状是、简单有废料排样；（2）工件的外形是无尖角，在各直线或曲线的链接出有适宜的圆角过渡，有利于提高工件的质量，与延长模具使用寿命；（3） 工件没有凸出或凹入部分，这工件有伸出悬臂和窄槽；（4）工件孔与孔的边缘之间，孔的外边缘与外形边缘之间的直线宽度不能过小，不然会影响到模具零件的强度、工件的质量、模具的结构复杂性及使用寿命。1.1.2工件的精度及毛刺精度可以分为精密级与经济级两种：（1）精密级是冲压工艺技术上所允许的精度；（2）经济级是用经济手段达到的精度。还有对尺寸或配合精度要求很高的精密级高精度，则需要安排特殊的成型方法。毛刺，在普通冲裁中，由于凸凹模有一定的间隙存在，加上冲件材料的轻度，厚度模具的人口锋利程度等，冲件的断面真正的前切面质疑刚接触的吊扣的一小段距离，一般约为此阿里奥厚度的1/3-1/5或更少。其余部分是因撕裂而分离的。由于冲件一般具有塑性，所以在撕裂时就形成高低不等的毛刺，因此普通冲裁的毛刺是不可避免的。2 定工艺方案根据零件的结构，在冲裁部分工艺方案可以有以下几种：方案一：采用落料、冲孔的复合模。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但是复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案二：采用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂后孔边距较小的冲压件，用简单模后复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但是级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。综合以上的二个方案，根据零件的结构以及该零件是大批量生产的，因此选用方案一的复合模为佳。3排样设计与计算根据材料的经济利益利用程度，排样的方法为有废料。据工件的形状，确定采用无废料排样的方法是不可能做到的，但能采用有废料和少废料的排样方法。3.1 搭边排样时冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。搭边值不能过大或过小。搭边过大，浪费材料；搭边过小，起不到搭边作用，材料可能被拉入凸、凹模之间的缝隙中，使模具刃口破坏。搭边的合理数值：保证冲裁件质量、模具寿命，保证自动送料时不被拉弯、拉断条件下允许的最小值。影响搭边值的因素：板料厚度、材料种类、冲裁件大小、冲裁件的轮廓形状等。条料是由板料(或带料)剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定条料宽度B的上偏差为0，下偏差为负值(-)搭边和条料宽度的确定：查冲压工艺与模具设计（第二版）表2. 5. 2,确定零件沿边a=2mm、零件之间a1=1.8mm，步距35.2mm。搭边及排样如图1-1所示： 图1-1 零件的搭边及排样方式查冲压工艺与模具设计表214和215可取条料宽度公差。=0.5 ，则条料宽度： 3.2材料利用率一个步距内材料利用率为： A是一个工件的面积mm2；N是一个进距内的工件的数量；B是条料宽度mm；S是进距mm。选用350mm1000mm的钢板，每张钢板可剪裁为10条料（35mm1000mm）,每张条料可冲20个工件，则材料总的利用率为 N是一张板上的工件的总的个数B是板料的宽度L是板料的长度4冲裁工艺力4.1计算冲裁力冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力的计算：冲裁力：是指作用于凸模上的最大抗力，即图2.13中的C点所对应的力。冲裁力FP 如果视冲裁为纯剪切变形，冲裁力可按下式计算： （K取1.3 ） 式中：FP 冲裁力； L冲裁件受剪切周边长度(mm)； t冲裁件的料厚(mm)； 材料抗剪强度(MPa),此例中零件的周长为211.4mm，材料厚度1mm，紫铜的抗剪强度取190MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为： 卸料力和推件力计算 模具采用弹性卸料装置和推件结构，所以所需卸料力和推件力为： 卸料力P卸：从凸模上卸下板料/冲孔件所需的力； 推件力P推：从凹模内向下推出落料件/废料所需的力。 （1）卸料力FQ （2）推件力FQ1 公式中， FQ1是冲裁力 K卸料力系数， 其值为取0.04 K1是推料力系数 其值为取0.05 N梗塞在凹模内的制件或废料的数量，N=h/t,h 是直刃口部分高度（mm）,t为材 料厚度（mm）。4.2压力机的公称压力的选取采用了弹压卸料装置和下出件的模具时经查冲压设计与模具设计中附录A-1表的压力机的主要技术参数可知，JH2316型号的压力机。其一些主要的参数是最大闭合高度是Hmax = 220mm 最小的闭合高度是Hmin =175mm计算冲压模闭合高度H：查冲模设计与制造实用计算手册中的公式： 公式中：Hmax 压力机的最大闭合高度（mm）； Hmin 压力机的最小闭合高度（mm）； H 冲模的闭合高度（mm）；220-5H 175+10 215H 185 所以冲模高度： H=210mm5冲压压力中心冲模对工件施加冲压力的合力的中心称冲压压力中心。所以遵循冲压压力中心原则：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的冲孔中心；（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用解析法求出冲模压力中心。零件外形为对称件，中间的异形孔虽然左右不对称，但孔的尺寸很小，左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小，所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。因为该工件是对称形状的单个冲裁件冲模的压力中心就是冲裁件的冲孔中心。如图1-2所示： 图1-2 工件几何形状6零件刃口尺寸计算6.1刃口尺寸计算的基本原则冲裁件的尺寸精度主要取决与模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现： （1）由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。 （2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 （3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙越来越大。 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则： （1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凹模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。 （2）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。这样在凸凹麽磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的制件。凸凹模间隙则取最小合理间隙值。 （3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口要求过低（即制造公差过大）则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。若制件没有标注公差，则对于非圆形工件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形件，一般可按IT7IT6级制造模具。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正。6.2刃口尺寸计算该零件的材料是20钢，厚度是1.5mm，该零件是属于无特殊要求，属于一般冲裁件，经过查表2.2.4可知2Cmax =0.095 2Cmin =0.065 所以2Cmax-2Cmin =0.095-0.065=0.03 零件的外形尺寸由落料获得 ，而孔11由冲孔获得。由公差表查得11, IT=9，x=0.75 , x=0.5 设计凸凹模分别按IT6, IT7级别加工制造则： 0.011+0.018 0.095-0.065=0.030.029 0.03 由此可知只有缩小值，提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。因此取： 以凹模尺寸为基准，凸模、凹模分别以IT6、IT7级加工 。凸模： 凹模： 0.03只有缩小值提高制造精度才能保证间隙在合理间隙内。因此取： 孔中心距尺寸： 6.3凹模的外形轮廓尺寸冲裁凹模外形轮廓尺寸主要根据被加工板料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸确定，并综合考虑与其他零件的连接因素。凹模的外形尺寸主要指凹模的厚度(或称高度)H及壁厚(c)。 凹模厚度： (H15mm)； 凹模壁厚：c=(1.52)H c(3040)式中：b冲裁件的最大外形尺寸； K系数(板料厚度影响)。经过查表2.8.1可知： K取0.35 所以凹模厚度： 根据考虑强度，H取20 凹模壁厚：，取C=35mm 所以凹模宽度B和长度A分别为： 凹模宽度:B=2C+30=235+30=100 凹模长度A=2C+54=235+54=124 所以B取117 mm A=142mm根据装配、销位置以及螺钉排放要求，这里凹模宽度取117mm,为配合合适的模架，实取L=142 mm故确定凹模的外形尺寸为：14211720。如图1-3所示： 图1-3 落料凹模 6.4凸模设计计算因为在刃口计算是得到是24及11孔的尺寸分别为：6孔：凹模直径： 凸模直径： 经过查冲压模具简明设计手册表2.5.4可知 取得到凸模的相关数据： 直径：d=6.09mm,基本尺寸： ， ，, l=3655mm 凸模的长度： h1 凸模固定板厚度 h2衬板厚度 h3 凹模厚度 l附加长度，一般取1530mm （包括凸模进入凹模深度，凸模的修模量及凸模固定板与卸料板之间的安全高度） 11孔： 凸模直径： 凹模直径： 经过查冲压模具简明设计手册表2.54可知取得到凸模的相关数据：直径：d=11.09mm,基本尺寸：D=16mm， D1=19mm，h=3mm, l=4290mm凸模长度：h1 凸模固定板厚度；h2衬板厚度；h3 凹模厚度；l附加长度 一般取1530mm（包括凸模进入凹模深度，凸模的修模量及凸模固定板与卸料板之间的安全高度） 6.5 凸凹模计算高度计算：h=h1+h2+h3 =25+30+15 =70mm h1 凸凹模固定板厚度；h2橡皮厚度；h3 推料板厚度。如图1-5所示： 图1-5 凸凹模7 模具结构设计根据上述工艺分析，该模具可以保证零件所要求的各项精度指标，工序次数少，生产效率高，适用于大批量生产。若采用自动送料，操作就更为安全。其特点如下： （1）该模具采用滑动式导柱导套的后侧式标准模架，根据刃口尺寸大小确定凹模的周界大小为160140mm、闭合高度Hmax-5hHmin+10,H为压力机的最大、小闭合高度，所以h=215185mm,这里取210mm。 （2）为保证制件的平直度及冲压工作的操作安全，设计倒装式复合模结构 ，落料凹模安装于上模，凸凹模安装于下模，它们分别依靠销钉或接触面定位，与导柱和导套的相对位置比较精确，从需实现导柱导向的目标。 （3）该制件材料厚度适中，适合采用手动送料，条料送进导向精度由导料销保证。条料送进定距则设计了最简单的挡料销装置，为避免挡料销安装孔距离凹凸模太近，挡料销选用标准的结构形式。 （4）退料机构分别为上模刚性推件装置和下模弹性卸料装置 ，刚性推件装置结构简单，加工成本低，但是需要依靠压力机上的打料横梁进行工作，所以设计 时务必考虑打料横梁的位置及调节量。弹性卸料装置采用的是橡胶作为弹性元件，卸料板通过卸料螺钉与下模相对固定，为保证卸料板的平整，下模座上加工通孔，卸料螺钉挂头接角面为垫板下表面，这样避免了下模座孔卸料螺钉沉孔深度难以保证的缺陷，从需降低加工难度。 （5）模具工作过程：条料沿导料销送进抵住活动挡料销；上模下行，首先是条料由下模的弹性卸料装置（弹性元件为橡胶）与凹模夹紧；上模继续下行，凸凹模、冲孔凸模和凹模同时工作将条料冲断后，上模到达下止点；冲孔废料被卡在凸凹模的冲孔凹模型孔中，待下一次冲裁周期将其推出从下模漏料孔中漏出；落料废料箍在凸凹模的落料刃口上，上模回程时橡胶回弹推动卸料板将其拨落下来；制件则卡在凹模的型孔中，上模回程时，打杆在上模没有到达上止点时即碰到压力机上的打料横梁而停止运动，推动推板将制件推出，落在下模表面。移走制件后，再将条料抵住活动挡料销，开始第二次冲裁，周而复始。8 冲压模模具结构件选取模架：模架包括上模座板、下模座板、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上。根据模架导向的导柱配合性质分为:滑动导向模架和滚动导向模架。每一类模架中，由于导柱安装位置和数量不同，又分为几类标准模架，分别为：后侧导柱式，中间导柱式，对角导柱式，四角导柱式。见冲压模具简明设计手册表15.1中的标准模架类型根据两件的凹模的外形尺寸，和模具闭合高度，选取后侧导柱式模架。 凹模的外形尺寸为142117 闭合高度为H=210，经查冲压模具简明设计手 册表15.2表15.4，还有表15.10、表15.11可知。所以选取：凹模周界：LB=160125。后侧导柱式的上模座板的凹模周界基本尺寸为：LBH =16012540 ,和导套配合的孔的直径为D=38，两孔距为S=210mm，上模座板的外形尺寸为A2=85，L1=210，圆角为R=38,l2=80mm.下模座板的基本尺寸为：LBH =16012540 和导套配合的孔的直径为D=25，两孔距为S=210mm，上模座板的外形尺寸为A2=85，L1=210，圆角为R=38，l2=80mm.导套经查表15.24可知，其基本尺寸为：d=25,D=38，总长度L=90mm,H=28mm.导柱：经查表15.24可知，导柱的基本尺寸：d=25,总长度L=150mm,导料销：根据模具结构特点和和条料上冲压件排样的特点，选用了合适的导料。9 模具零件制造工艺9.1 模具零件的加工通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕，再进行总装。而模具零件的加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的，要待部件组装或整模组装时修配或配钻，所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来，还要根据模具加工的装配方法而定。若以凸模凹模为基准装配时，零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工，若以四导柱导套作型腔，凸模相对位置控制基准时，则凹模及凸模固定板的导柱孔应与凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。 使用铣床加工一个零件时，必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参数确定下来，保证加工能顺利完成，同时，设计方面也要考虑到加工的难易程度，以减少加工的困难，在加工模具零件之前要慎重考虑各种细节。在买回来的模板里，要确定模板的加工基准，哪些面是基准面，这一般在订购模板时会标明哪几个面是经过打磨，之后就是把加工基准定下来，当然事前必须准备好零件图，根据零件图来定位加工方案，如果要用到数控编程，就必须把加工原点定出来。定好加工方案后，就可以开始加工，先把工件装夹到虎口钳上，使用铜锤敲击以使工件被夹紧，然后打表，在打表时要非常小心，当表很靠近工件时，不能使用加速进给，否则很容易碰坏仪器，在校平行度时，最好先来回走几遍，观察大概偏向，然后要小心敲击工件，使其保持在很小的偏差范围就行了，把两个基准方向的平行度定好后，就要用分中器确定原点坐标，在设置坐标时要将分中器的半径算进去，这样才能使主轴对应工件原点，x-y平面的坐标定下来后，就要把刀具装到铣床上，使用半径范围内的夹具把刀具夹紧，装上道具后就是确定z方向上的原点，一般选择工件表面为0以方便编程。之后就是加工，如果是选用数控加工，必须使程序和当前铣床的刀具起点相一致，否则加工位置就会错误，同时还要察看刀具路线是否会超出铣床的工作行程，防止出事故。如果程序没错，就可以传到数控铣床运行。不同刀具要使用不同转速，钻孔要比铣槽的转速慢，进给速度要根据观察来手动调试，加工时要时刻观察走刀情况，同时适当加冷却液及扫除铁屑，若发生事故，必须马上停止。当程序完成后，刀具就会回原点，继续做下一工序。9.2冲压工艺规程凹模加工工艺过程 材料：T10A 硬度：6064HRC序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：170150302粗铣铣六面到尺寸15513025注意两大平面与相邻邻侧面用标准角尺测量达基本垂直3平面磨磨光两大平面厚度达25，并磨两相邻侧面达四面垂直。垂直度0.02/1004钳划线 划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸钻孔 钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模洞口穿线孔铰孔 铰销钉孔到要求攻丝 攻螺纹丝到要求5热处理淬火使硬度达6064HRC6平面磨磨光两大平面，使厚度达257线切割割凹模洞口，并留0.010.02研余量8钳研磨洞口内壁侧面达0.8um 配推件块到要求9钳用垫片层保证凸凹模与凹模间隙均匀后，凹模与上模座配作销钉孔10平磨磨凹模板上平面厚度达要求11钳总装配凸模加工工艺过程 材料：T1OA 硬度：5660HRC 序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）：20702热处理退火，硬度达180220HB3车 一端面，打顶尖孔。车外圆至16.5；掉头车另一端面，长度至尺寸65；打孔尖孔。双顶尖顶，车外圆尺寸12.24检验检验5热处理淬火，硬度至5660H RC。6磨削磨削外圆尺寸12至要求7线切削切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至要求8磨削磨削端面至Ra0.8um9检验10钳工装配（钳修并装配，保证）凹凸模加工工艺过程 材料：T10A 硬度：6064HRC序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）：6540702粗铣铣各面见光3平磨磨高度两平面到尺寸70.44钳 划线 在长度方一侧线切割夹位6后，分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中线 钻孔 按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔锪扩凹模落料沉孔到要求，钻螺纹底孔并攻丝到要求5热处理淬火 硬度达6064HRC6平磨磨高度到707线切割割凸模及两凹模，并单边留0.010.02研磨余量8钳 研配 研凸凹模并配入凸模固定板 研磨各侧壁到0.8um9平磨磨高度到要求10钳总装配凸模固定板加工工艺过程 材料：45 硬度：2428HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料170130252热处理调质 硬度2428HRC3粗铣铣六面达15512121mm，并使两大平面和相邻两侧面相互基本垂直4平磨磨光两大平面厚度达17，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02/1005钳划线 凸模固定孔中心线，销钉孔中心线，螺纹过中心线，销钉过孔中心线钻孔 凸模固定孔穿丝线，螺纹过孔和销钉过孔到要求6线切割割凸模安装固定孔单边留0.010.02研余量7铣铣凸模固定孔背面沉孔到要求8钳研配凸模9平磨磨模厚度到要求10钳总装配 用透光层使凸模，凹模间隙均匀后，与上模座板配作销孔凸凹模固定板加工工艺过程 材料：45 硬度：2428HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料170130352热处理调质 硬度2428HRC 3粗铣铣六面达16512330，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直4平磨磨光两大平面，厚度达25，并磨两相邻侧面使 四面垂直，垂直度0.02/1005钳划线 螺纹孔中心线，螺纹过孔中心线，销钉孔中心线，凸凹模固定孔轮廓线钻孔螺纹底孔，螺纹过孔到要求，凸凹模固定孔线切割穿线孔攻丝 攻螺纹底丝到要求6线切割割凸凹模安装固定孔，单边留研余量0.010.027钳研配 将凸凹模配入安装固定孔8平磨磨厚度到要求9钳装配 与下模座配作销钉孔10 模具的装配根据简单模的工作特点,先装上模,再装下模较为合理,并调整间隙、试冲、返修、具体过程如下:（1）上模装配 仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求，形状并作好划线，定位等准备工作； 先将凸模与凸模固定板装配，再与凹模板装配，并调整间隙； 把已装配好的凸模及凹模与上模座，并在次检查间隙是否合理后，打入销钉及拧入螺丝。（2）下模装配 仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求，形状并作好划线，定位等准备工作。 先将凸凹模放在下模座上，再装入凸凹模固定板并调整间隙，以免发生干涉及工件损坏。接着依次按顺序装入销钉，活动挡料销,弹顶橡胶块及卸料板，检查间隙等合理后拧入卸料螺钉，再拧入紧固螺钉，并再次检查调整。 将经调整后的上下模按导柱，导套配合进行组装，
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