模具设计概论第3-2章.ppt

1、模具设计概论,冷冲模设计 塑料模设计 压铸模设计 2010/2011（2）,模具设计概论,冷冲模设计 第一章 冷冲压概述与冲压设备 第二章 冲裁工艺 第三章 冲裁模结构与设计 第四章 拉深工艺与拉深模具 塑料模设计 第五章 塑料基础知识 第六章 塑料的成形工艺 第七章 塑料注射模具设计,第三章 冲裁模的结构与设计,3-1 冲裁模的分类 3-2 单工序冲裁模的典型结构 3-3 连续冲裁模的典型结构 3-4 复合冲裁模的典型结构 3-5 凸模与凹模工作部分尺寸的计算 3-6 冲裁力 3-7 模具压力中心的确定 3-8 冲裁工件的排样 3-9 冲裁模主要零部件的结构分析和国家标准的选用 3-10 冲

2、裁模设计要点,3-5 凸模与凹模工作部分尺寸的计算,凸模和凹模是模具上最重要的部件，需要用户对其尺寸、结构等进行设计；其它模具零部件（如垫板、弹簧、导柱、导套等）一般都有标准件，用户根据需要选用即可。 一、尺寸计算的原则 1.落料模设计以凹模为基准， 冲孔模设计以凸模为基准。 落料尺寸凹模尺寸 冲孔尺寸凸模尺寸,3-5 凸模与凹模工作部分尺寸的计算,2.考虑磨损规律 （1）凹模磨损后尺寸增大 落料件尺寸增大，所以在制造新模具时应把凹模尺寸做得趋向于落料件的最小尺寸极限； （2）凸模磨损后尺寸减小 冲孔件尺寸减小，所以在制造新模具时应把凸模尺寸做的趋向于冲孔件的最大极限尺寸。,一、尺寸计算的原则

3、,3-5凸模与凹模工作部分尺寸的计算,3.保证合理间隙 （见表3-3、3-4 ） 由于间隙在模具磨损后会增大，所以在设计凸、凹模时均取最小合理间隙Zmin 。 注意：合理的冲裁间隙值有一个变动范围，取较小的间隙有利于提高冲裁件的质量，取较大的间隙有利于提高模具的寿命，所以在确定冲裁间隙时要综合考虑，一般取最小合理间隙。 4.凸、凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。 可查表3-1 5.尺寸计算要与模具制造方法相适应（详细内容见“模具制造方法”部分）,一、尺寸计算的原则,3-5 凸模与凹模工作部分尺寸的计算,1.分别加工法 分别规定凸模和凹模的尺寸和公差，分别进行制造。用凸模与凹模的尺寸及制

4、造公差来保证间隙要求。模具制造难度大；形状简单、间隙较大的模具或精密设备加工的凸模和凹模；具有互换性，便于成批制造 2.单配加工法 用凸模、凹模相互单配的方法来保证合理间隙。加工后的凸模与凹模不能互换，必须对号入座。 落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。多用于冲裁件形状复杂、间隙较小的模具,二、模具制造方法5,3-5 凸模与凹模工作部分尺寸的计算,落料模以凹模为设计基准: 冲孔模以凸模为设计基准：,三、用分别加工法的凸、凹模 尺寸计算,式中D凹、D凸分别为落料凹、凸模的基本尺寸； d凸、d凹分别为冲孔凸、凹模的基本尺寸； Dmax 落料件的最大极限尺寸； dmin 冲孔件的最小极限

5、尺寸； 冲裁件的公差； x 磨损系数，其值应在0.51之间，具体可按表3-5选择 Zmin 最小间隙，查表3-3、3-4 分别为凹、凸模的制造偏差，一般可按零件公差的1/31/4来选取；对于简单形状，可查表3-6。,举例,冲制如图所示垫圈，材料Q235钢。分别计算落料和冲孔的凸模和凹模工作部分的尺寸。板厚3mm,由表3-3查得：Zmin=0.46mm Zmax =0.64mm,Zmax -Zmin=（0.64-0.46）mm=0.18mm,由表3-6查得凸模和凹模的制造偏差： 落料部分 凹=+0.03mm 凸=-0.02mm,冲孔部分 凹=+0.025mm 凸=-0.02mm,故均能满足分别加

6、工时 的要求,由表3-5查得 x = 0.5,举例,冲制如图所示垫圈，材料Q235钢。分别计算落料和冲孔的凸模和凹模工作部分的尺寸。,（1）落料,（2）冲孔,3-5 凸模与凹模工作部分尺寸的计算,四、用单配加工法的凸、凹模尺寸计算,用于复杂形状及薄料的冲裁件,在一个凸模或凹模上会同时存在三类不同性质的尺寸需区别对待：,第一类尺寸：凸模或凹模在磨损后增大的尺寸,第二类尺寸：凸模或凹模在磨损后减小的尺寸,第三类尺寸：凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸,如图所示，尺寸a、b、c对凸模来说属于第二类尺寸，对凹模来说属于第一类尺寸；尺寸d对凸模来说属于第一类尺寸，对于凹模来说属于第二类尺寸；尺寸e对于凸模

7、和凹模来说都属于第三类尺寸。,四、用单配加工法的凸、凹模尺寸计算,对于第一类尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与 类同：,对于第二类尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与 类同：,对于第三类尺寸，不必考虑磨损的影响，凸模和凹模基本尺寸取冲裁件的中间尺寸，其公差取正负对称分布：,四、用单配加工法的凸、凹模尺寸计算,举例：计算如图所示冲裁件的凸模和凹模尺寸。材料为10号钢，冲裁件的尺寸为,厚度t=1mm。,由表3-3查得：Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm， 由表3-5查得：尺寸为80的x=0.5，其余尺寸的

8、x=0.75,落料凹模的基本尺寸计算如下：,凸模的基本尺寸与凹模相同，不必注公差，注明以0.10.14mm间隙与凹模配制。,3-6 冲裁力一、冲裁力的计算,在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的，如图3-21所示。,图3-21 冲裁力变化曲线,图3-3 冲裁时板料的变形过程,弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂阶段：产生裂纹并迅速扩展， D点上、下裂纹重合，分离,克服摩擦阻力， 推出已分离的料,3-6 冲裁力一、冲裁力的计算,对普通平刃刀口冲裁，冲裁力F可按下式计算： 式中：F冲裁力（N)； L冲裁件周长（mm)； t板料厚度（mm)； K安全系数，常取K=1.3,3-6 冲裁力二、降低冲裁力的措

9、施,当板料比较厚（t较大）或冲裁件较大（L较大）时，所产生的冲裁力大，如果压力机的吨位不够时，就需要降低冲裁力，可以采取以下措施： 1.加热冲裁,表3-7 钢在加热状态的抗剪强度,3-6 冲裁力二、降低冲裁力的措施,2.斜刃冲裁 斜刃的倾斜程度： 斜刃口冲裁力: 式中：,图3-22 斜刃冲裁 a)落料用 b)冲孔用,3-6 冲裁力二、降低冲裁力的措施,3.阶梯冲裁,图3-23 用阶梯凸模冲裁,在多凸模的冲裁中，将凸模做成不同高度，采用阶梯布置，可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而降低了冲裁力，如图323所示。,3-6 冲裁力三、卸料力、推件力和顶件力,卸料力F卸：从凸模上卸下板料所需的力

10、推件力F推：下打料时，从凹模内向下推出工件或废料所需的力 顶件力F顶：上打料时，从凹模内向上推出工件或废料所需的力,3-6 冲裁力三、卸料力、推件力和顶件力,在实际生产中按照经验公式计算三种力： 式中：,在（选择压力机吨位过程中）计算冲裁所需的总冲压力时，应考虑三者的影响。,由两者决定使用橡皮和弹簧 的数量、型号等参数,3-6 冲裁力四、压力机所需的总冲压力的计算,1.采用弹性卸料装置和下打料模具时 2.采用弹性卸料装置和上打料装置时 3.采用刚性卸料装置和下打料时 总之，在F总中应包括冲裁力F；弹性卸料包括F卸，刚性卸料不计算卸料力；下打料计算F推，上打料计算F顶。,3-7 模具压力中心的确

11、定,模具的压力中心：,为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。,冲压力合力的作用点。,3-7 模具压力中心的确定,1简单几何图形压力中心的位置 1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。 2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。 3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：,3-7 模具压力中心的确定,2确定多凸模模具的压力中心,确定多凸模模具的压力中心，是将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心。,3-7 模具压力中心的确定,复杂形状零件模具压力中心的计算原理与多凸模冲裁压力中心的计算原理相同。,3复杂形状零件模具压力中心的

12、确定,除上述的解析法外，还可以用作图法和悬挂法。,3-8 冲裁工件的排样一、排样原则,冲裁件在条料上的布置方法称为排样。,（1）提高材料的利用率,占成本的60以上,结构废料和工艺废料,（2）使操作简便、安全，减轻劳动强度,（3）使模具结构简单、模具寿命较高,（4）排样应考虑冲裁件的质量,条料翻动要少,尽可能选条料宽、进距小的排样方法,如弯曲件的落料，应考虑板料的纤维方向,3-8 冲裁工件的排样二、排样方法,有废料排样：冲裁件与 冲裁件以及冲裁件与条 料侧边都有工艺余料 （称搭边）。件的质量 较好，模具寿命较长， 但材料的利用率较低。,少废料排样：只有在冲 裁件与冲裁件间或只有 在冲裁件与条料侧

13、边之 间留有搭边。这种排样 的冲裁只沿冲裁件的部 分轮廓进行，材料的利 用率可达7090。,无废料排样：在冲 裁件与冲裁件间以及冲 裁件与条料侧边之间均 无搭边。这种排样的冲 裁件实际上使直接切断 条料获得，材料的利用 率可达8595。,3-8 冲裁工件的排样三、搭边,1 搭边的作用 （1）起补偿条料的剪裁误差、送料步距误差以及补偿由于条料与导板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用。 （2）使凸、凹模刃口双边受力 （3）对于利用搭边拉条料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。 2 搭边的数值,对于其它材料，表中数值乘以系数： 中碳钢 0.9 高碳钢 0.8 硬黄铜 11.1 硬铝 11.2 软黄铜、紫铜 1.2 铝 1.31.4 非金属（皮革、纸、纤维板等） 1.52,表3-3 冲裁模初始双面间隙Z（局部）,表3-1 冲裁件的精度,表3-5 磨损系数,表3-6 简单形状冲裁时凸模、凹模的制造偏差,对于采用分别加工的凸模、