说明书-φ17单耳止动垫片的复合模具设计-冲压模.doc
φ17单耳止动垫片的复合模具设计-冲压模含10张CAD图
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17
单耳止动
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模具设计
冲压
10
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φ17单耳止动垫片的复合模具设计-冲压模含10张CAD图,17,单耳止动,垫片,复合,模具设计,冲压,10,CAD
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目录1.绪论21.1冲压的概念、特点及应用21.2 冲压的基本工序及模具32. 零件工艺分析52.1零件图52.2 冲压工艺分析及模具结构类型52.3方案选取62.4排样设计62.5冲裁力与压力中心计算93.凸模与凹模刃口尺寸的计算133.1冲裁模刃口尺寸计算的基本原则133.2刃口尺寸的计算方法143.3落料153.4冲孔163.5弹簧的选用184.模架及成型设备的选用204.1模架的选用204.2冲床的选用21参考文献231.绪论1.1冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。 冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现 的。1.2 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。2. 零件工艺分析2.1零件图 1.材料： Q2352批量生产2.2 冲压工艺分析及模具结构类型该冲裁件的材料为Q235钢，料厚t=1mm，该冲裁件结构简单，比较适合冲裁。技术要求，该零件尺寸图上所有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差，属自由尺寸，因此，尺寸精度要求较低。1 工艺分析：1. 结构；由图（11）可知该制件包括；冲孔、落料等工序。 从整体上看主要由冲孔、落料完成。2. 尺寸精度；该零件尺寸图上所有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差，属自由尺寸，因此，尺寸精度要求较低。3.合理性；由于该制件要求中批量生产，因此可以初步断定采用复合模具设计，可采用，冲孔、落料复合模具，这样模具结构较简单。4.材料采用Q235钢2.3方案选取方案一：采用复合模加工。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，适合重量生产。 方案二：级进模比单工序生产率高，减少了模具和设备数量，便于生产自动化对于孔边距较小的有利，适合大批量生产方案三：单冲模结构简单，制造成本低，易于加工和模具的维修，适用于小批量或试制件根据任务书要求采用复合模具。2.4排样设计在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原则： 提高材料利用率 (不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状。 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 模具结构简单、寿命高。 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。 根据零件实际情况，采用有废料排样法：如，沿制件的全部外形轮廓冲压，在制件之间及制件与条料侧 边之间 ，都有工艺余料 (称搭边存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。排样方式的确定：排样方式概念优缺点及适用范围有废料排样沿零件的全部外形冲压四周有一定的余量这样排样材料利用率较低，但制件质量和精度均能得到保证，冲模的寿命相应提高，多用于形状复杂制件精度要求较高的制品冲压少废料排样沿制件部分外形冲压，也就是只能有一个。这种排样材料利用率较高，具有一次能冲压多个制件和简化模具结构 降低冲压力等优点。但只能保证一个方向的制件精度。无废料排样在整个冲压过程中只有料头料尾和结构废料。这种排样材料利用率最高但制件的冲压精度差，多用于冲压精度要求不高，且比较贵重的材料冲压。查表1得：两工件间的搭边:a1=2.2mm工件边缘搭边：a=2.5mm条料宽度B=（D+2a）MM 式中：B毛坯宽度的基本尺寸(mm； D毛坯宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm； a侧面搭边，查表1 (mm； 毛坯宽度B=74+2.5*2=79(mm步距=32+2.2=34.2mm三、材料利用率 在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率，可用下式计算：/0F/ 式中材料利用率； 工件的实际面积； F0所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A 送料进距 (相邻两个制件对应点的距离； B条料宽度。 材料利用率/0F/=1315/3598*100%=36.5%2.5冲裁力与压力中心计算1、冲裁力计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。 普通平刃冲裁模 ，其冲裁力 P一般可按下式计算： FPKptL 式中 材料抗剪强度 L冲裁周边总长(mm； t材料厚度(mm 系数 Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、 凸模与 凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均、润滑情况 、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 1.3。 当查不到抗剪强度 时，可用抗拉强度 b代替，而取K p1的近似计算法计算。 当上模完成 一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性 收缩而紧箍在 凸模上 。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力 ；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推件力。影响卸料力、推件力 的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验 公式计算：卸料力F卸=K卸*F落推件力 F推nK推 *F落式中 P冲裁力(N； K卸料力系数，其值为0.020.06(薄料取大值， 厚料取小值；K推料力系数，其值为0.030.07(薄料取大值， 厚料取小值；K2 顶件力系数，其值为0.040.08(薄料取大值， 厚料取小值；n梗塞在凹模内的制件或废料数量(nh/t; h直刃口部分的高(mm；t材料厚度(mm。卸料力和 顶件力还是 设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。 落料力 F落KptL=1.3*145.5*1*250=47.2KN卸料力F卸=0.04*47.25=1.8KN推件力 F推nK推 *F落=2*0.05*47.2=4.72KN冲孔力F冲= KptL=1.3*53.4*1*250=27.5KN总冲压力= F落+F卸+F推+F冲=47.2+1.8+4.72+27.5=81.22KN2、压力中心计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（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、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心工件图如下：由此工件可知压力中心为模具中心。3.凸模与凹模刃口尺寸的计算3.1冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值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其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现：（1）由于凸模、凹模之间存在间隙(冲裁间隙，即指冲裁凸模合凹模刃口之间的距离，也就是凸模工作部分和凹模工作部分之间的尺寸差，使落下的料或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，凸模、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考虑下述原则：（1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 （2）考虑到冲裁中凸模、凹模的磨损，设计落料模时，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，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸模、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；如果对刃口精度要求过低(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。制件精度与模具制造精度的关系见表2.2.1。若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“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。 3.2刃口尺寸的计算方法 由于模具加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为二种情况。 凸模与凹模分别加工计算模具刃口尺寸采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。冲裁间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来保证。要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差(凸模p、凹模d，优点是具有互换性，但受到冲裁间隙的限制，它适用于圆形或简单形状的冲压件。从图2.3.1冲压件与凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布状态可以看出，要保证初始间隙值小于最大合理间隙2cmax，必须满足下列条件： pdcmax2cmin也就是说，新制造的模具应该是pdcmin2cmax。 否则制造的模具间隙已超过允许变动范围 2cmin2cmax，影响模具的使用寿命。若 pdcmax2cmin，可取p0.4(2cmax2cmin，d0.6(2cmax2cmin作为模具的凸模、凹模的制造偏差。常用凹模洞口类型为直筒式刃口凹模。其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料或制件在洞壁内的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模和上出件的冲裁模用 a、c型，下出件的用b或a型。d、e型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大 (如30o时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm。 凹模锥角、后角和洞口高度 h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取1530、2、h10mm。 3.3落料 设工件的尺寸为D，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2cmin。凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取负偏差，其计算公式如下： 名部分分配位置如图5（a）所示。其计算公式如下（3） (4)代入数据得凹模凸凹模凸模偏差取：上偏差-0.01，下偏差-0.02凹模偏差取：上偏差+0.15，下偏差0.1 3.4冲孔 设冲孔尺寸为d0，根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙 2cmin。凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式如下： 在同一工步中冲出制件1个孔时，凹模型孔中心距 Ld按下式确定 ：代入数据式中：d落料凹模基本尺寸(mm；p落料凸模基本尺寸(mm；Dmax落料件最大极限尺寸(mm；dd冲孔凹模基本尺寸(mm； dp冲孔凸模基本尺寸(mm； dmin冲孔件孔的最小极限尺寸(mm；Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm；Lmin制件孔距最小极限尺寸(mm；制件公差 (mm；2cmin凸模、凹模最小初始双面间隙(mm；p凸模下偏差，可按IT6选用(mm；d凹模上偏差，可按IT7选用(mm；x系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表2.3.1：当制件公差为 IT10以上，取x当制件公差为 IT11IT13，取x0.75 当制件公差为 IT14以下时，取x0.5。校核六. 闭合高度冲模的闭合高度Hm是指模具在最低工作位置时,上模板的上平面与下模板的下平面间的距离。冲模的闭合高度应与压力机的装模高度相适应。压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时,滑块底面到工作台垫板之间的距离。压力机的长度一般是可以调节的,所以装模高度也是可调的。当连杆调至最短时,压力机的装模高度称最大装模高度Hmax,连杆调至最长时的装模高度称为最小装模高度Hmin所以H模=上模板厚度+凸模固定板厚度+弹簧压缩长度+卸料板厚度+凹模厚度+下模板厚度+材料厚度2-弹簧在固定板和卸料板间的距离182mm3.5弹簧的选用弹簧属标准件，在模具中应用最多的是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。这里是采用圆柱螺旋压缩弹簧。选择原则：1.簧必须满足预压力的要求：2.装置 顶件装置一般是弹性的。其基本组成有顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器，弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是弹簧或橡胶，这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高。推件块或顶件块在冲压过程中是在凹模中运动的零件，对它有如下要求：模具处于闭合状态时，其背后有一定空间，以备修磨和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲压；它与凹模和凸模 的配合应保证顺利滑动，不发生互相干涉。为此，推件块和顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。推件块和顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合，也可以根据板料厚度取适当间隙。所选弹簧必须满足预压力要求：所选弹簧必须满足最大许可压缩量的要求卸料力F卸=0.04*165.2=1.8KN查有关弹簧规格，选弹簧规格为TM20X9X304.模架及成型设备的选用4.1模架的选用冲压模具的模架可以选用标准模架也可自制模架，简单的和大型的模具一般采用自制模架，采用标准模架，可缩短生产周期，降低生产成本。国际模架有两类：一类是由上模座.下模座.导柱 导套组成的导柱模架，另一类是弹压导板 下模座 导柱 导套 组成的导板模架。根据上下模具的性质分为铸铁模架，与钢板模架。其特点如下：导柱模模架根据导套与导柱的摩擦性质可分为，滑动和滚动导向两种，为保证模架的一定精度国际上规定 导柱导套的配合精度 上模座上平面对下模座下平面的平行度。导柱轴心线下模座下平面的垂直度。滑动导向模座根据导柱安装位置不同可以分以下几种，其中对角导柱模架，中间导柱模架，四导柱模架，导向装置都安装在模架的对称线上，传动平稳，导向正确可靠，多用与精度较高的模具。后侧导柱模架的导向装置在后侧送料比较方便。滚动导向模架；其特点是导向精度高 运动刚性好 使用寿命长。导板模模架 ：作为凸模导向用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构。凸模与固定板是间隙配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量。 导柱 导套 应注意导柱导套的配合间隙必须小于冲压间隙为送料方便：该模具采用后侧导柱模架。1、模具除简单冲模外，一般冲模多利用模架的结构。模架的和种类很多，要根据模具的精度要求，模具的类别，模具的大小选择合适的模架.模架的选择可从实用模具技术手册P192页选择标准架。根据查阅的内容及分析，此复合模可选用后侧导柱模架导、导柱安装在后侧，有偏心裁荷时容易歪斜，滑动不够平稳，可从左右前三个方向关料操作比较方便。常用于一般要求的小型工件的冲裁和拉深模。所选模架的结构及尺寸关系如图8所示：L =250mm B=160mm 上模座：25016045 下模座25016050导柱，32190 导套 321054
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