2273 杯形件落料、拉深、冲孔、复合模设计
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杯形件落料、拉深、冲孔、复合模设计
杯形件落料
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杯形件落料、拉深、冲孔、复合模1. 冲压件结构工艺性分析此工件有落料、拉深、冲孔三个工序。材料为Q235钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有个mm的孔、个mm的孔、个mm的孔、还有一个不规则的孔，孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为mm（20mm的孔与杯形件内壁之间的壁厚）。工件属于典型圆筒形件拉深，形状基本对称，对工件厚度变化也没有作要求，但是零件图上已经给出了孔心距的公差，由公差可以查得公差等级应为IT12级，尺寸精度较低，而工件总高度尺寸32mm可在拉深后采用修边达到要求，普通冲裁完全能满足要求。2.冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料、再拉深、最后冲孔，采用单工序模生产。方案二：冲孔、拉深、落料级进冲压，采用级进模生产。方案三：落料-拉深-冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案一模具结构简单，但需要三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量的生产要求。方案二需要一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，但是由于工件的尺寸相对较大，采用级进模生产需要较大的冲裁力，模具的尺寸相对较大，对资源产生较大的浪费，对成本的要求也较高，结构比较复杂，不易冲裁。方案三也只需一副模具，工件的精度及生产效率也较高，消除了方案二的弊端，模具制造也不困难，工件的最小壁厚也能满足要求，且冲压件质量较高，成本也较低。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三为佳。3.主要设计计算3.1毛坯尺寸的计算根据表面积相等原则，用解析法求该零件的毛坯直径D，又因为工件是规则的形状，所以可以根据表4.3.3的公式计算毛坯直径D，具体计算见表一。3.2排样方式的确定及其计算设计复合模，首先要设计条料的排样图，杯形件的形状具有对称的特点。没有必要直对排，直对排时材料的利用率也较低，应采用有废料直排，如图二所示的排样方法，可显著地减少废料。搭边值取1.0mm和1.2mm，条料宽度为105.8mm，步距为103.4mm，一个步距的材料利用率为59%（相关计算见表一）。查板材标准，宜选1000mm1000mm的钢板，每张钢板可剪裁为9张条料（105mm 1000mm），每张条料可冲9个工件，故每张钢板的材料利用率为52%。 图3-1：排样图3.3成形次数的确定该工件为简单的杯形件，求出h/d=34/79=0.43，根据毛坯相对厚度t/D=1.5/102.4=1.5，查表4.4.3发现h/d小于表中数值(h/d=0.840.65)，能一次拉深成形，所以采用落料拉深复合冲压，因为t/D=1.5查表4.4.4可用可不用压料装置， 用压料装置，这样可选择较小拉深系数，所以用压料装置。修边余量的选择，当零件相对高度h/d很小，并且高度尺寸要求不高时，也可以不用切边工序，考虑到工件的精度，还是考虑采用切边。3.4冲压工序压力计算该模具采用正装复合模，固定卸料与顶件，采用落料、拉深、冲孔三个工序复合，冲压工艺总力的计算相对比较复杂，冲裁力已经包括了拉深中的落料力，因此在计算的时候要特别的注意，不要做重复的计算，不然就会造成不必要的资源浪费，具体冲压力的计算见表一，根据冲压工艺总力计算，计算结果并结合工件高度，初选J23-63压力机。 表一：主要设计计算项目分类项目公式结果备注毛坯毛坯直径102.4mm排样冲裁件面积6411.6mm2查表4.3.1得修边余量h=2mm ；查表2.5.2得最小搭边值a=1.2mm,a1=1.0mm;采用无侧压装置，条料与导料板间隙Cmin=1mm;n=1条料宽度105.8mm步距103.4mm一个步进距的材料利用率=59%冲压力冲裁力b375336N=641.6mm , b=300mPa拉深力b74418 N查表4.4.6的=0.50 , b=400 mPa压边力7058.7N初定=5.5mm ，查表4.4.5得=2.3 mPa卸料力18766.8N查表2.6.1得 =0.05顶件力22520.2N查表2.6.1得 0.06冲压工艺总力498099.7 N弹性卸料，上出件3.5压力中心的确定及相关计算 计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图三所示，在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L11共11组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（0.15,8.54）。有关计算如表二所示。图3-2：凹模型口图表二：压力中心数据表基本要素长度L/mm各基本要素压力中心的坐标值xyL1=62.8-17.53L2=62.8025L3=62.817.53L4=15.712.515L5=15.7-12.515L6=250-10L7=25020L8=15.720-23L9=15.7-2023L10=9.422423L11=9.42-29-16合计320.040.158.54由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-63 冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。3.6工作部分尺寸计算落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸计算见表 所示，该工件要求不高，为简单方便，实际生产中直接按工件尺寸作拉深凸、凹模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证零件各个孔的同轴度，使装配工作简化，因此，工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见下表表三：工作部分尺寸计算尺寸及分类凸、凹模间双面间隙尺寸偏差与磨损系数计算公式结果备注落料102.4查表2.3.3得，Zmax=0.240mmZmin=0.132mm=0.35X=0.75DA=(Dmax- X)+A模具制造公差是查表2.4.1 所得，满足A+T（Zmax- Zmin）DT=(DA- Zmin)-T拉深79查表4.8.2得Z=3.3mm=0.30DA=(Dmax-0.75)+A模具制造公差是查表4.8.3所得。当零件尺寸标注在外形时，以凹模为基准DT=(DA- Z)-T表四：工作部分尺寸计算尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注冲孔3dT=(dA- Zmin/2)dA=(dmin+ X)dT=dA=查表2.3.3得，冲裁双面间隙Zmax =0.240 Zmin=0.132 ;磨损系数X=0.75 ，模具按IT6级、IT7级制造。校核满足A+T（Zmax- Zmin）5dT=dA=10dT=dA=20dT=dA=孔心距8LA=L/8 LA=18 LA=20LA=24LA=35LA=49LA=3.7卸料弹簧的设计卸料弹簧的设计计算见表四。选用的8根弹簧的高度务必一致，而且型号完全相同，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。由弹簧的相关规格工具书查的，初选弹簧规格为60mm10mm20mm。具体参数是：弹簧中径D=60mm,材料直径d=10mm,节距t=20mm,FJ=4180N,HJ=27.1mm, 自由高度H0=75mm,n=3, L=848mm。表五：卸料弹簧的设计计算项目公式结果备注卸料板工作行程h工h工= h1+t+h24.5mmh1为凸模凹进卸料板的高度1mm,h2为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm弹簧的工作行程H工H工=h工+h修8.5mmh修为凸模修磨量，取4mm弹簧自由高度H075mm由弹簧的型号及凸模的工作行程 综合考虑的弹簧的预压缩量H预 15.2mmHJ为弹簧工作极限负荷下的变形量，FJ为工作极限负荷。为每个弹簧的预压力每个弹簧承受的载荷2345.9N选用8个标准的弹簧，由卸料力计算得到校核弹簧的实际总压缩量H= + h工+h修=23.7mmHJ满足要求H弹簧实际总压缩量弹簧的安装高度H安H安=H0-H预60mm4模具总体设计4.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。4.2定位方式的选择因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。4.3卸料、出料方式的选择因为工件料厚为1.5mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。又因为是复合模生产，所以采用上出件比较便于操作与提高生产效率。4.4导向方式的选择为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用中间导柱的导向方式。5主要零部件的设计5.1工作零件的结构设计由于工件形状简单对称，所以模具的工作零件均采用整体结构，拉深凸模、落料凹模和凸凹模、冲孔凸模的结构如图 所示。 为了实现先落料，次拉深，模具装配后，应使拉深凸模的端面比落料端面低，所以图 所示拉深凸模，其长度L1可按下式计算： L1=H固+H凹-H低=20+40-5=55mm式中H固-凸模固定板的厚度，H固=20mmH凹凹模的厚度，H凹=40mmH低装配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根据板厚大小决定H低=5mm图三所示，凸凹模因为型孔较多，为了防止淬火变形，除了采用工作部分局部淬火（硬度58-62HRC）外，材料也用淬火变形小的CrwMn模具钢。 图5-1：凸、凹模5.1.1冲孔凸模因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模（一般指孔径小于被冲板料的厚度或直径d1mm的圆孔和面积A1mm2的异形孔所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面便于装配与更换，又因为采用的是复合模冲裁，冲孔凸模相对比较细长，因此，必须对它的强度进行校核，采用阶梯凸模可以在相同冲压力的条件下，加长了凸模的长度，冲3 5 20的孔的凸模结构如零件图所示冲孔凸模强度校核：由于凸模形状为圆形，采用有导向的结构，所以根据以下公式校核弯曲应力，校核压应力。弯曲应力校核 L-凸模允许的最大自由长度（mm） d-凸模最小直径（mm） A-凸模最小断面（mm2） F-冲裁力（N）压应力校核 t-冲压材料厚度（mm） -冲压材料抗剪强度(Mpa) -凸模材料的许用压应力(Mpa)，碳素工具钢淬火后的许用压应力一般为淬火前的1.53倍根据以上公式的特点，弯曲应力主要受到凸模最小直径d的影响，其他的条件我们无法决定，例如：b K-常数，t-材料厚度，b-冲压材料抗剪强度，因此，只要，最小的直径能满足要求，其他的都不用在校核了。通过计算，直径为3mm的凸模的最大长度为32.75mm,因此，必须采用阶梯形凸模才能满足要求。压应力主要受到凸模材料的制约，因此，必须根据-凸模材料的许用压应力选择相应的材料，根据公式计算得到，凸模材料的许用压应力600 Mpa，根据有关材料，凸模材料应选用T10A。5.1.2凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合，又因为冲孔凹模型孔是开在拉深凸模上，这样拉深凸模的强度受到影响，因此，在进行冲孔是必须对冲孔的凹模进行强度校核，以及最小壁厚的核实，让它尽可能的满足使用要求，又冲孔凹模厚度H=Kb=55mm，由表2.9.5查得K=0.020.35，b=35(b-凹模刃口的最大尺寸)，最小壁厚为3mm（由工艺性分析可知）凹模校核公式： d-凹模型口直径（mm） d0-凹模垫板孔直径（mm） F-冲裁力（N） -许用弯曲应力通过计算得到，=30mm,为了使凹模能满足要求，我们取凹模的厚度为h=60mm.5.2定位零件的设计起粗定距的活动挡料销、弹簧、和螺塞选用标准件，规格为816。5.3导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取 1mm,这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按表2.9.7选择。因为料厚为t=1.5mm,固定导料销，因此选取H=7mm的导料板，导料板采用45钢制作，热处理硬度为40-45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。5.4卸料部件的设计5.4.1卸料板的设计因为冲裁板料较厚（大于0.5mm）卸料力较大，采用固定卸料板，当固定卸料板兼起导料作用时，一般按H7/h6配合制造，但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹模之间的冲裁间隙，以保证凸、凹模的正确配合。卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为H卸=20mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40-45HRC。5.4.2卸料螺钉的选用卸料板上设置8个卸料螺钉，公称直径为12mm。螺纹部分为M10 10mm。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm，有误差是通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。5.5模架及其他零部件设计该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。可承受较大的冲压力，为防止装模时，上模误转180度装配，将模架中两对导柱与导套作成粗细不等，以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。导柱d/mmL/mm分别为50300，55300；导套d/mmL/mmD/mm分别为5016063，5516063。上模座厚度H上模取65mm，上模垫板厚度H垫取10mm,固定板厚度H固取20mm,下模座厚度H下模取80mm,那么，该模具的闭合高度：H闭=H上模+H垫+L+h + H固+H垫+H下模-h2 =（65+10+116+60+20+ 10+80-2）mm=359mm式中：L冲孔凸模长度，L=116mm; h-落料凹模厚度，h=60 mm; h2-凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm 可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-63B的最大装模高度（360mm），可以使用。6.模架总装图 通过以上设计，可得到如图所示的模具总装图，模具上模部位主要有上模板、垫板、凸模（8个）、凸模固定板、落料凹模等组成，卸料方式采用弹性卸料，以弹簧为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、卸料板、落料凹模等组成。冲孔废料由漏料孔漏出。 为了实现先落料、后拉深，应保证模具装配后，拉深凸模的端面比落料凹模的端面低5mm模具工作工程：将条料送入刚性卸料板下长方形槽中，平放在凹模面上，并靠槽的一侧，压力机滑块带着上模下行，凸、凹模下表面首先接触条料，并与凸模一起压住条料，先落料，后拉深，拉深结束后，继续下行冲孔，冲孔完成后，上模回程，落料后的条料由刚性卸料板从凸凹模卸下，拉深成形后的工件，在完成冲孔后，卡在小凸模上，由于小凸模的回程，拉深成形的工件在弹簧及凸凹模作用下，由凸、凹模卸下，用手工将工件取走后，将条料往前送进一个步距，进行下一个工件生产。 图6-1：总装图7.冲压设备的选定 通过校核。选择J23-63开式可倾压力机能满足使用要求。其主要技术参数如下： 公称压力：630KN 滑块行程：120mm 最大闭合高度：360mm 连杆调节长度：90mm 工作台尺寸（厚度孔径）：90 230 mm 模柄孔尺寸：50mm70mm 最大倾斜角度：300发生公称压力时滑块距下死点距离: 8mm行程次数( /次min-1): 70滑块中心到床身距离: 260mm 立柱间距离：340mm 垫板厚度：80mm8.模具零件加工工艺本副模具零件加工的关键工作零件是旋转体，形状比较简单，加工主要采用车削。固定板以及卸料板，采用线切割加工技术，这些零件变得相对简单。零件的加工工艺卡片见附表9.模具的装配根据复合模装配要点，本副模具的装配选凸、凹模为基准件，先装上模，再装下模，装配后，应保证间隙均匀，落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作面5mm，并调整间隙、试冲、返修。具体装配见表 。表六：杯形件复合模的装配序号工序工艺说明1凸、凹模预配 装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度、形状。 将各凸模分别与相应的凹模孔相配，检查其间隙是否加工均匀。不适合者应重新修磨或更换2凸模装配以凹模孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板的形孔中，并挤紧牢固3装配下模 在下模座上划中心线，按中心预装凹模、导料板； 在下模座、导料板上，用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置，并分别钻孔，攻丝； 将下模座、导料板、凹模装在一起，并用螺钉紧固，打入销钉4装配上模 在已装好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入0.12mm的纸片，然后将凸模与固定板组合装入凹模； 预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔、销孔位置并钻铰螺孔、销孔； 用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起，但不要拧紧； 将卸料板套装在已装入固定板的凸模上，装上弹簧和卸料螺钉，并调节弹簧的预压量，使卸料板高出凸模下端约1mm; 复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉； 安装导正销、承料板； 切纸检查，合适后打入销钉。5试冲与调整装机试冲并根据试冲结果作相应调整设计总结 通过这次毕业设计使我从新系统的复习了所学的专业知识同时也巩固了先前学到的知识，同时感触最深的是，所学知识只有在应用中才能在更深刻理解和长时间记忆。对一些原来一知半解的理论也有了清楚的认识。特别是原来所学的一些专业基础课：如机械制图、模具材料、公差配合与技术测量、塑料模具设计与制造等有了更深刻的理解，使制造的模具既能满足使用要求有不浪费材料，保证了工件的经济性，设计的合理性。通过塑料模手册、模具制造简明手册、模具标准应用手册等了解到许多原来未知的知识。由于能力有限，设计中难免有疏漏之处，恳请老师给予指正。我在此衷心谢谢原老师的大力帮助与指导。 此模具为简单的拉深模，此模具结构简单、安装方便，采用了刚性卸料，且此模具生产成本低，生产效率高，适用于大中小型企业及大批量生产。本次设计我查阅了大量的资料，特别是有关冷冲模方面的。这无疑拓宽了我在这方面的知识，对今后的发展将会起到一定的帮助，通过翻阅大量的模具书籍，使我对模具设计有了近一步的了解，在其方法上有了深刻的体会
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