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2560
端盖的冲压工艺及模具设计
冲压
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模具设计
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2560 端盖的冲压工艺及模具设计,2560,端盖的冲压工艺及模具设计,冲压,工艺,模具设计
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河南机电高等专科学校毕业设计端盖的冲压工艺及模具设计.第一章：工艺分析及计算1.1冲压件的工艺分析制件图（1本工件的外形和两个直径为5.0毫米的孔，属于落料、冲孔工序，中间内凹的孔，可采用两种方法冲压。一种是先做浅拉深，然后冲底孔。在进行拉深时，一部分材料冲底面流动出来，另一部分从主板上流动而来，而后者为材料流动的余量，就要增加工件的排样布局，从而造成材料消耗增加。由于拉深的高度不是太大,并且材料较厚，拉深较困难，并且不是太合理。第二种是先冲预孔，再进行冲压。此这属于翻边工序。翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿圆周方向伸长，使材料变薄；而在径向材料长度几乎没有变化，即材料在径向没有伸长，因此不会引起主板上材料的流动。在排样时只要按正常冲裁设计搭边值即可，可节省材料，所以在设计时，采用第二中方法。1.2冲压工艺方案的确定该工件包括冲孔、翻边、落料三个基本工序，可有以下三种方案：方案一：先冲翻边的预孔，再翻边、冲直径为的孔，再落料。方案二：翻边、冲孔、落料复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔翻边、冲孔、冲孔、落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需五到工序，五副模具，成本高而生产率低，难于满足中批量要求尺寸也较低，中间半成品较多。方案二只需一副模具，工件精度及生产率都较高，但模具结构复杂，产品出件较难，模具寿命短，模具制造时间长，费用高。方案三也只需一副模具，生产率高，操作安全，不产生半成品，生产率与工位数无关，能完成复杂加工工序。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为。1.3主要设计计算1.3.1.排样方式的确定及其计算设计级进模首先要设计条料排样图，根据制件的形状，应采用直排。这种方式可显著的减少废料，提高材料利用率排样设计共分五个工位：第一工位：冲直径为mm的工艺孔。第二工位：翻边。第三工位：冲直径为mm的底孔。第四工位：冲两个直径为mm的孔第五工位：落料，工件从底孔中漏出。由表查的搭边值a1=2,a=2则：条料宽度b=+*+*mm冲压毛胚面积.*2+（120*3.14*192）/2*2+1/2*24*12*12+20*20*2.mm进距+mm一个进距的材料利用率n*A/b*h*100%=2157.6/72*40*100%=75%模具使用条料，用手工进料，没有设置定位装置。第二工位翻边以后，板料下面形成明显凸包。手工进料时，放在下一工位的凹模中即可。第二和第五工位的凸模设有导正销进行精确定位。在第一和第二工位各设置一个实用挡料销、供条料开始送进的第一、第二工位使用。1.3.2冲压力的计算a:翻边的计算翻边计算有：1计算翻边前的毛胚孔径；2变形程度的计算;3翻边力的计算。 D=D1-2(H-0.43r-0.72T)D_为预冲毛胚的直径D1_翻边后孔中径H翻边高度R_翻边与工件平面的圆角半径T_工件厚度代如数值可得:=26-2(6.1-0.43*1-0.72*2)=26-8.46=17.54mm考虑到翻边后还要冲直径为18的孔,故留有余量,将D孔定为直径为15.校核变形程度.材料翻边过程中是底孔沿圆周方向被拉伸长的过程,其变形量不应超过材料的伸长率,否则会出现裂纹.用变形前后圆周长之比即直径比,表示变形程度.在翻边计算中称其为翻边因数m,即:m=D/D1=15/18=0.83查表5-5可知,允许值为0.72,因此计算出的值m比值大,即设计合理.翻边时不会出现裂纹.翻边力的计算采用以下公式:F=1.1*3.14ts(D1-D)式中F翻边力（N） t_板料厚度（mm） s_材料屈服点（Mpa） D1_翻边后孔径（mm） D翻边前孔径（mm）在计算翻边时，翻边前孔径取实际孔径直径为15mm与翻边后所需孔径17.54mm相比缩小2.54毫米，则直径为18也应缩小2.54毫米翻边后的实际孔径为15.46毫米，故将D1=15毫米，D=15.46毫米代如上式，得：F=1.1*3.14*2*210*（15.46-15） =667.3Nb:落料力的计算按式（）：tb L_落料冲裁周长t_l料厚b_材料的强度极限通过计算的.，查表的b因此.*78832c:冲孔力的计算：Ltb直径为15的孔的冲裁力F=47.1*2*300=28260N直径为的冲裁力56.25*33912直径为的两个孔的冲裁力15.7*18840总的冲裁力：F=78832+28260+33912+18840+667.3=160511.3Nd:卸料力的计算：FX=KXF式中：KX为卸料系数查表的KX=0.04； F为冲裁力；把上述数据代入FX=160511.3*0.04=6420.452N冲压工艺总力F总=160511.3+6420.452=166931.752N1.3.3压力中心的确定及计算冲裁模压力中心就是冲裁合力作用点，冲压时模具的压力中心一定要与冲床滑块中心重合因此设计模具时，要使模具的压力中心通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心和冲床滑块中心重合X0=(F1*X1+F2*X2+F3*X3+F4*X4+F5*X5)/(F1+F2+F3+F4+F5)=(28260*30+667.3*70+33912*110+18840*150+190*78882)/(28260+677.3+33912+18840+78832) =140.32由上述方法计算出压力中心位于第三工位中心线向左30.32毫米处。1.3.4工作零件刃口尺寸的计算在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具的装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对简单，适宜采用线切割机床加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板等零件，这种加工方法可以保证这些零件的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算按分开的加工的方法来计算。1.3.4.1冲孔工作部分尺寸计算查表2-10的间隙值Zmin=0.22mm，Zmax=0.26mm，对冲直径为15、直径18和直径为5采用凸、凹模分开的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查表2-12得凸凹模制造公差：参考:凸=0.02，凹=0.02校亥：Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04 T+A=0.02+0.02=0.04 Zmax-Zmin= T+A 满足Zmax-Zmin T+A条件查表213得因数=0.5按式（22）:d凸=（dmin+）d18T=（18+0.5*0.2）-0.020 =18.10-0.02d5T=（5+0.5*0.2）0-0.02 =5.10-0.02d15T=（15+0.5*2）0-0.02 =15.10-0.02dA=（dT+Zmin）d18A =(18.1+0.22)+00.02 =18.32+00.02d5A=（5.1+0.22）+00.02 =5.12+00.02d15A=（15.1+0.02）+00.02 =15.12+00.021.3.4.2落料工作部分尺寸的计算零件图中未注公差的尺寸，由书未附录D中查出其极限偏差：48 0-0.62 R100-0.36 R1900.52 R7-0.360查表2-3得因数X为：当0.5时X=0.5当0.5时，X=0.75RA=（R-X）RT=（R-Zmin）RA10=(10-0.75*0.36)+0.020=9.37+0.020RT10=(9.37-0.22) -0.020=9.15-0.020RA19=(19-0.5*0.62) +0.020=18.69+0.020RT19=(18.69-0.22) -0.020=18.47-0.020RA7=(7-0.75*0.36) +0.020=6.73+0.020RT7=(6.73-0.22)-0.020=6.510-0.021.3.4.3翻边部分工作尺寸用于冲孔及翻边的凸模，其圆角半径尽可能用较大的数值，单不应超过下列公式得计算值，即：R=（D-d-t）/2=4.5式中D翻边后孔中径，mmd_翻边预冲孔直径，mmt_料厚，mm翻边凹模圆角半角半径r过小，会影响翻孔高度；过大影响实用性能，当t2时r=(24)t。凹模圆角半径对翻边成形影响不大，一般可取零件的圆角半径。由于翻边时，有壁厚变薄的现象，翻边模单边间隙Z一般小于材料厚度。可由表812选取Z=1.7mmDp=(D0+)Dd=(dp+2Z)式中：dp、Dd凸、凹模直径 凸、凹模公差 D0 竖孔最小内径 -竖孔内径公差dp=（24+0.23）0=24.23 0-0.023mm Dd=（24.23+2*1.7）=27.63+0.020mm工作零件刃口尺寸计算表尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注落料R10R19R7R100-0.36 R1900.52R7-0.360RA=（Rmax-X）+2RT=（RA-Zmin/2)0-RA10=9.37+0.020RT10=9.15-0.020RA19=18.69+0.020RT19=18.47-0.020RA7=6.73+0.020RT7=6.510-0.02冲孔1518515+0.2018+0.205+0。20dT=(dmin+X）0-TdA=(dt+ZMIN/2)+d15T =15.100.02d15A=15.12+00.02d18T =18.10-0.02d18A=18.32+00.02d5T =5.10-0.02d5A=5.12+00.02翻边2424+0.230dp=(D0+）0-PDd=(dp+2Z)+0Dp=24.230-0.023Dd=27.63+0.020孔心距4848+0.5LA=L+/848+-0.5表11第二章 模具的分析2.1模具的整体设计.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具的类型为级进模。2定位方式的选择该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用的导尺。控制条料的送进步距采用使用挡料销初定距，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，可靠操作工目测来定。.3卸料、出件方式的选择因为工件料厚2毫米，相对较薄，卸料力也较小，故可采用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件方式比较便于操作和提高生产率。.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，该级进模采用对角导柱的导向方式。2.2主要零部件的设计.2.2.1工作零件的结构设计。.2.2.1.1冲孔凸模的设计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，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面便于装配和更换。其中冲2个5的圆形凸模可选用标准件B形式（尺寸5.1*51）。冲直径为18毫米、15毫米孔的凸模结构见零件图。冲孔直径为的凸模长度：+mm 冲孔直径为15的凸模长度：+ =20+20+14+2 =56mm冲孔直径为18的凸模长度：+mm 2.2.1.2翻边凸模的设计导正销的直边部位，高度为1.2毫米。圆角尺寸R2毫米是翻边工艺的需要。此处若设计为尖角，使材料难以流动导致板料放生撕裂；故选R=2毫米。2.2.1.3落料凸模的设计结合工件的外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，与凸模固定板的配合按H6/m5.其总长L可按公式2.9.2计算：L=h1+h2+t+h=20+14+20+2=56mm凸模强度的校验：凸模长度确定后，一般不做强度校核，但对于细长的或冲料后的凸模为防止纵向失稳和折断，应进行凸模承压能力和抗弯能力的校核A承压能力的校核冲裁时，凸模承受的压应力c应小于或等于凸模材料的许用应力c c=F/Acc=/.a对圆形凸模：dmin4t/c=4*300*2/1400=1.7mm 式中: c_凸模承受的压力(MPa) F_冲裁力 A _凸模最小截面积 c_凸模材料许用应力 dmin_最小凸模直径 t_毛胚厚度 _材料的抗剪强度凸模的许用应力决定于凸模的材料的热处理和凸模的导向性.一般工具钢,凸模的淬火至58到62HRC. c=1000到1600MPa.9601.7mm故凸模承压足够.B失稳弯曲应力的校验失稳弯曲应力采用杆件受压的欧拉公式进行校验.由表2_17查的不放生失稳弯曲凸模最大长度为: LMAX270*d2/8840=64 5664 凸模抗弯能里足够.直径为5的凸模是最细的凸模它的承压和抗弯曲能力足够,其他的也足够.2.2.1.4凹模的设计多工位级进模凹模的设计与制造较凸模更为复杂和困难。凹模的结构常用的类型有整体式、拼块式和嵌块式。整体式凹模由于受到模具制造精和制造方法以及成本的限制已不在使用与多工为级进模。因此在本次设计中凹模全部设计成嵌拼式。具体结构见零件图.翻边凹模的侧壁设计为直边，如果凹模设计为与凸模相配合的形状，在下支点使凸、凹模相接触，从而得到校正的作用。则凸、凹模之间的距离就要相当精确。从而第三个是校正，两个工位的凸模高度调整若少有误差，就会使其中一个不其作用，因此第二个工位设计为凸、凹模“不接触”。于在凹模的圆角处材料没有径向流动，对圆角的大小没有要求，设计圆角取值R=1.5毫米.第一到第五工位共用一块凹模板各凹模部位分别设置凹模嵌套。具体的凹模形式见零配图。2.2定位零件的设计翻边凸模和落料凸模下部分别设一个导正销，分别借用直径为15和直径为18的孔作为导正孔。翻边凸模导正销的直边部分，高度为1.2毫米具体图形见零件。2.3.1导料板的设计导料板工作的侧壁应设计成直壁。导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模固定板平齐，这样就决定了导料板的宽度。条料的宽度为72毫米，凹模固定板的宽度为125毫米，导料板的宽度则为26.5毫米，导料板与条料之间的间隙一般为0.030.2毫米，选为0.2毫米，导料板的厚度按表710选择，应为8毫米。导料板用4个M8的螺钉固定在凹模板上。导料板用45钢，热处理硬度为40到45HRC，导尺的进料端安装承料板，其厚度与导料板相同，宽度与卸料板一样，用两个螺钉和导料板联在一起，承料板长为40毫米。2.3卸料部件的设计2.3.1.卸料板的设计卸料板的尺寸为：L=250 mm B=120mm H=20mm卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40-45HRC2.3.2卸料弹簧的选择(1):根据模具的安装位置拟选四个卸料螺钉弹簧，有上述可知卸料力为，每个弹簧的预压力为F0FX/n=6420.452/4=1605.13N, (2):根据预压力大于2448.2和模具的结构尺寸，有书附录圆柱形弹簧形弹簧，其最大工作负载F1=17001605.13N2号弹簧的规格为：外径：D=30mm内径：d=2mm料厚：7.8 mm自由高度：40mm2.4模架的设计 模架包括上模座、下模座、导柱、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，我国一制出标准模架选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，胚件定位、出件方式、材料送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等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，一般在长度及宽度上都应大30到40毫米模板厚度一般等于凹模厚度的1到1.5倍选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系，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考虑以上因素，该模具采用中等精度，中小尺寸冲压件的对角导柱模架，从左向右进料，操作方便。以凹模固定板周界尺寸为依据，选择模架规格。上模座：L/mm*B/mm*H/mm=250*125*45下模座：L/mm*B/mm*H/mm=250*125*55导 柱：d/mm*L/mm=28*180 32*180导 套：d/mm*L/mm*D/mm=28*110*43 32*110*43模架最小闭合高度：mm模架最大闭合高度：mm垫板厚度取：10mm凸模固定板厚度取：20mm凹模厚度已定：20mm卸料板厚度：14mm模具的闭合高度：H模=45+10+20+20+14+20+10+55=194mm模架的闭合高度小于压力机的最大装模高度210mm2.6冲压设备的选择冲压设备的选择是冲压工艺设计的一项重要内容，它直接关系到设备的安全和使用的合理，同时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量零件的精度，生产效率、模具寿命、板料的性能与规格，成本的高低等一系列重要问题。设备类型的选择要依据冲压零件的生产批量、零件尺寸的大小、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状、精度等要求进行。根据冲压件的大小进行选择，可参照表734选择开式机械压力机。设备规格的选择在选定设备类型之后，应进一步根据冲压件的大小、模具尺寸及变形力来确定设备的规格，其规格的主要参数有以下几个：1） 行程，压力机行程的大小，应保证胚料的方便放进与零件的方便取出。2） 装配模具的相关尺寸、压力机工作台尺寸应大于模具的平面尺寸，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放模具料。 一般开式压力机滑块上有模柄孔尺寸（直径*高度），此时，模具的模柄应当与此想适应。3）闭合高度，冲床的闭合高度是指滑块处于上死点时，滑块下平面到工作台上平面的开档空间尺寸。这个高度即为冲压操作（主要是装卸模具）的空间高度尺寸。显然，冲床的闭合高度要与模具闭合高度相适应。冲床的闭合高度要大于模具的闭合高度，最小闭合高度又要小于模具的闭合高度即： HMI-H1N+10HHMA-H1-5 HMIN_压力机的最小闭合高度模具的闭合高度 H1 垫板厚度HMAX压力机的最大闭合高度如果模具的闭合高度小于压力机的最小封闭高度时，可以用附加垫板达到要求）设备吨位设备吨位大小的选择首先要以冲压工艺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，而且要有一定的力量储备，以防万一；选择的设备吨位一般为.max.考虑以上因素初选选压力机为：开式双柱可倾压力机J2340公称压力：25 0KN滑块行程：75 mm最大闭合高度：260mm连杆调节量：65mm工作台尺寸（前后*左右）：370 *560mm垫板尺寸（厚度*孔径）：50*210mm模柄孔尺寸（直径*深度）：50*70mm最大倾斜角度：30有以上可知，压力机的装模高度H=260-50=210mm压力机的最大闭合高度HMmax=260 mm压力机的最小闭合高度H min=260-50=195195-50+10 H模260-55-5155 H模 215 冲裁的的总压力为166931.752N所选的压力机的压力为250 N即所选压力机较合理。第三章 模具的总装、加工及装配3.1模具总装图通过以上设计，可得如下装配图所示的模具总装图。模具的上模部分主要有上模座、垫板、凸模固定板、凸模等零件组成。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、垫板等组成。冲孔废料和成品均有漏料孔漏出。条料送进时采用使用挡料销作粗定距，在翻边凸模和落料凸模上分别安装一个导正销，以作条料送进的精确定距操作者完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动翻边凸模上的导正销作精确定距。活动挡料销的位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2毫米，冲压过程中粗定位完成后，当用导正销作精确定位时，导正销上的圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2毫米而完成精确定距。用这种方法定距，精度可达0.02毫米。3.2模具零件加工工艺本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，采用线切割加工技术，这些零件的加工就变的相对简单。落料凹模的加工工艺工程见工艺卡片凹模、固定板以及卸料板属于板类零件，加工工艺比较规范。在此不再重复。3.3模具的装配3.3.1模具安装的一般注意事项 （1）检查压力机上打料装置，将其调整到最高位置，以免在调整压力机时被折弯； （2）检查模具闭合高度与压力机之间的装配关系是否合理； （3）检查上模顶杆和下模打杆是否符合卸料装置的要求（大型压力机则应检查气垫装置）； （4）模具安装前应将上模板和滑块底面的油垢拭干净，并检查有无异物，防止影响正确的安装和意外事故的发生。冲模装配是冲模制造中的关键工序其装配质量的好坏，将直接影响冲件质量、冲模技术状态和使用寿命.在装配冲模前应全面了解其工作性能、结构以及制件要求,并按技术要求,模具零件的精度要求等确定装配工艺,提出实现设计的具体措施.模具装配完毕,必须满足规定的装配精度.其中包括各零组、件的相互位置精度,如模架各工作面的平行度或垂直度;运动部件的相对运动精度,如卸料件的工作准确性,导向件的导向正确性,传动的精度;配合精度和接触的精度,如工作件间的间隙大小和均匀性;导向结构的实际配合间隙或过盈,配合面的接触面积大小和分布情况.3.3.2模具的安装据级进模装配的要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间隙、试冲、返修。序号工序工艺说明1凸、凹模预配装配前仔细检查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。不合适者应重新修模或更换。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装配下模在下模上画中心线，按中心线预装垫板、凹模板导料板;在下模座、垫板、凹模板上，用以加工好的凹模嵌块分别装入与其相应的凹模固定板中，并分别转孔；将下模座、垫板、凹模固定板及各个凹模嵌块、导料板、承料板用螺钉紧固。4装配上模在以装好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入0.12毫米的纸片，然后将凸模与固定板组合装入凹模固定板；预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔并转铰
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