冲压工艺与模具设计

冲压工艺与模具设计 1 零件冲裁工艺性分析 2 确定冲压工艺方案 3 模具结构的确定 4 排样设计 5 冲裁间隙的确定 6 冲裁力及压力中心计算 7 工作零件零件刃口尺寸计算 8 有关结构零件设计 9 设计心得参考文献 一 工艺分析 零件 冲裁件 零件材料 20 钢 材料厚度 1mm 1 材料 该零件的材料为 20 钢 是优质碳素结构钢 其冲压性能较好 适合冲裁 2 零件结构 该零件形状简单 结构呈现对称分布 外形可由落料工序完成 内孔由冲孔工序完成 容易实现成型 适合冲裁 3 尺寸精度 由图中标注公差 四个内孔公差等级为 IT10 外圆公差等级为 IT12 属于冲裁能达 到的范畴 可用冲裁成型 二 工艺方案 该零件包括落料 冲孔两个基本工序 方案一方案一 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 冲模的轮廓尺寸大小 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 方案二方案二 采用连续模加工 连续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 对于特别复杂或孔边距较小的冲压件 用简单模或复合模冲制有困难时 可用连续模逐步冲出 但连续模 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 比较方案一与方案二 对于所给零件大批量生产又考虑到内孔定位精度要求和零件简单的形状 可用复合 模 正装模 刚性卸料 使模具结构化 大大减小了模具规模 减低了模具成本 提高生产效率 也能提 高压力机等设备的使用效率 操作简单 方便 综上所述 方案一比方案二适合此零件的冲裁 即采用复合模进行冲裁 三 复合模的结构可分为倒装式与正装式复合模两个 在选择模具结构时要根据冲压件质量 生产 批量 精度要求 方便操作等方面来确定 正装式结构与倒装式结构比较 正装式结构较适用于冲制材质比较软的或板料比较薄的平直度要求度较高的冲裁件 还可以冲裁孔边 距离较小的冲裁件 便由于冲裁过程中冲片废料落在模具下模的表面 每次冲裁工人必需先清理废料操作 不便 倒装式不宜冲裁孔边距离娇小的冲裁件 但倒装式复合模结构简单 又可以直接利用压力机的打杆 装置进行推件 卸件可靠 冲裁过程中的废料直接从模具下面被推出 方便操作 并且为机械化出件提供 了有利条件 所以应用最为广泛 由于题目要求 本设计使用正装的结构 并使用固定卸料板卸料 四 排样的设计 1 搭边值的确定 由表 2 13 取搭边值 据材料厚度 t 1mm 取 a 1 8mm 侧面 a1 2 0mm 排样方式为直排 2 送料步距的确定送料步距的确定 送料步距 S D a1 62 2 0mm 62mm 式中 D 平行于送件方向的冲件宽度 故 D 60mm 步距为 62mm 3 条料宽度的确定条料宽度的确定 因为工件精度要求不高则模具上不需要侧压装置 则 条料宽度 B0 Dmax 2 a b 导料板间距 A B b Dmax 62 又可以查出 0 22 b 0 5 B0 62 2 2 0 0 22 0 5 0 22 67 22mm A B b 式中 B 为条料 带料 的宽度 B 为条料与导料板间的距离 查 冲压工艺与模具设计 表 8 3 取 b 0 3 故 A 67 22 0 3 70 22 mm 因为条料宽度尺寸精度靠剪板机来保证 而剪板精度不高并且靠 人工送料 0 2 个公差一般很难保证 所以公差调整为 0 5 则 B0 67 22 0 5 A 70 22 0 5 4 材料利用率的确定材料利用率的确定 一个步距内的材料利用率 为 nA Bh 1 90 60 30 5 25 17 94 3 61 5 100 83 2 查 B708 65 板材标准 宜选 1 0mm 800mm 1000mm 采用纵截法有 每块钢板条数 n1 800 94 32 9 条 每条板上工件数 n2 1000 2 61 5 16 个 每条钢板上总工件数 n总 n1 n2 9 16 144 个 则 总板料利用率 总 5172 144 800 1000 100 82 2 即每块板材的材料利用率为 82 2 五 冲裁间隙的确定冲裁间隙的确定 凸 凹模具之间的冲裁间隙是冲裁过程的重要工艺参数 它对冲裁件断面质量 尺寸精度 模具 寿命以及冲裁力 卸料力 推件力等都有较大的影响 因此确定冲裁间隙非常重要 但严格说来 不存在 一个同时满足所有理想要求的合理间隙值 一般冲裁间隙选取根据经验值来选用 查表 冲压工艺与模具设计 P59 表 2 7 对于机电行业得 Zmax 0 08mm Zmin 0 05mm 设计时初步选定间隙值为 0 03mm 六 冲裁力及压力中心计算 由于采用刚性卸料由于采用刚性卸料和上出料方式 不计算卸料力 由 机械零件手册 得 20 钢的 b 410MP 外圆落料力 F1 Dt b 3 14 62 1 410 79860N 内孔冲孔力 F2 N dt b 3 14 4 410 6 30913N 由表 2 2 冲压工艺与模具设计 中查得 K顶 0 06 则 顶件力 F 顶 NK顶 F1 F2 4 0 06 79860 30913 26586N 所以总冲裁力 F总 F1 F2 F 顶 79860 30913 26586 137359N 所以初选 140KN 的压力机 最大闭合高度应大于冲模闭合高度 5mm 工作台台面尺寸 应能满足模具的正确安装 按上述要求 结合工 厂实际 可用 JH21 25 开式可倾式工作台压力机 并需在工作台台面配备垫块 垫块实际尺寸可配制 公称压力 150KN 滑块行程 80mm 最大闭合高度 250mm 连杆调节量 60mm 工作台尺寸 前后 左右 360 560 模柄尺寸 直径 前后 30 50 最大倾角 30 故 由于压力机的可调高度 190 225mm 压力中心计算 由于零件为中心对称图形 所以其压力中心必然在落料外圆的圆心上 七 冲裁模间隙及凹模刃口尺寸公差计算 由表 2 7 查得 Zmin 0 05 Zmax 0 08 落料部分 d 0 030mm p 0 020mm 0 030 0 020 mm 0 050mm 不满足 d p Zmin Zmax 所以凸模和凹模用配合加工 1 落料 以凹模为基准件配做凸模 由零件形状看出 凹模磨损后 刃口尺寸变大 凹模磨损后 尺寸不变 Ad A x 0 p 由表 2 11 查得 X 0 75 又 A 62 0 22 61 78mm Ad 61 78 0 75 0 22 61 615 0 030 mm 2 冲孔 以凸模为基准件配做凹模 显而易见 凸模磨损后 尺寸变小 则 AP A x 0 p 查表得 X 0 75 又 A 62 0 62 AP 62 0 75 0 22 0 020 62 165 0 020 mm 八 有关结构设计计算 1 卸料板 由于采用的是固定卸料板 卸料板安装在凹模上 其平面外形尺寸与凹模相同 厚度取 为 10mm 与凹模双边间隙取 0 3mm 2 导料板 夹在卸料板和凹模间 厚度去 7 mm 查 冲压工艺与模具设计 表 3 8 得 主编吴诗淳 西北工业大学出版社 3 凹模 凸模 凸凹模尺寸 对落料凹模 由表 28 1 查得 K 0 22 冲压件最大外行尺寸 b 62 由经验公式凹模高度 H KB 62X0 22 13 64 取为 14mm 凹模壁厚 C 1 5 2 X14 21 28 取 C 25mm 取凹模最大外圆直径为 110mm 采用落料和冲孔同时进行 便于修磨刃口 对冲孔凸模 采用固定板固定 固定部分厚度为 20mm 故凸模全长为 l 20 10 7 a 50mm a 为安全距离 取 a 13mm 凸凹模用轴肩固定在上模上 固定部分高度为 15mm 直径为 76mm 高度为 50mm 凸缘直径为 76mm 4 垫板凸模固定板 考虑推件装置在上模挖窝 采用垫板固定 下模也是这样 需加垫板厚度为 10mm 固定板厚度取为 20mm 5 选择上 下模及模柄 根据 GB T2851 5 90 中间导柱式模架 根据最大轮廓尺寸为 110 110 选相近规格标准模板 L B 150 120mm 上模板厚 30mm 下模板厚 40mm 按 GB2862 3 81 选旋入式模柄 6 闭合高度的计算及校核 模具的闭合高度是指冲模在最低工作位置时 上模座上平面至下模座下平面之间的距离 则模具闭合高 度为上模板 下模板 凸凹模 固定板 垫板等厚度的总和 H 30 40 20 20 0 5 149 5 mm 压力机的装模高度是指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值 没有垫板的压力机 其装模高度等于压力 机的闭合高度 压力机的闭合高度可通过调节连杆长度在一定范围内变化 当连杆调至最短 对偏心压力机的行程应调到 最小 滑块底面到工作台上平面之间的距离 为压力机的最大闭合高度 当连杆调至最长 对偏心压力 机的行程应调到最大 滑块处于下止点 滑块底面到工作台上平面之间的距离 为压力机的最小闭合高 度 可以知道 压力机的闭合高度为 180 220mm 之间 模具闭合高度与压力机装模高度的关系 理论上为 Hmin H1 H Hmax H1 也可写成 Hmax M H1 H Hmax H1 式中 H 模具闭合高度 Hmin 压力机的最小闭合高度 Hmax 压力机的最大闭合高度 H1 垫板厚度 M 连杆调节量 Hmin H1 压力机的最小装模高度 Hmax H1 压力机的最大装模高度 由于缩短连杆对其刚度有利 同时在修模后 模具的闭合高度可能要减小 因此一般模具的闭合高度 接近于压力机的最大装模高度 所以在实用上为 Hmin H1 10mm H Hmax H1 5mm Hmin 180mm Hmax 220mm 代入数据后符合装模要求 7 导柱 导套的选择 按 GB2861 90 选 D 18 mm 的导柱