冲压模具设计(RE本)

1、 1.1.沖壓模具的定議利用沖床及其它專用工具,在常壓狀態下對材料施行沖剪彎曲成形抽引或壓縮等加工的模型。其成品小自一個墊圈,大如一部汽車的車身,以及電腦,電視機,冰箱,照像機等零件,大部分是由沖壓加工制造而成。由于模具成型具有優質高產低消耗和低成本等特點因而在各企業中特別是在汽車航空無線電電器儀表機械制造和日常用品等工業中得到極其廣泛的應用。 1.2.沖壓加工的種類以成品加工方式的不同將沖床加工分為沖剪加工彎曲加工抽引加工成形加工及壓縮加工五大類。 1.2.1 沖剪加工 沖剪沖工指使用沖剪模具在材料上加破剪強度以上的外力沿輪廓使材料的一部分與另一部份分離。此種加工主要可完成切斷下料沖孔沖口分

2、斷修邊等工作如圖(1)所示。(1) 剪斷 將材料與毛胚依敞開的輪廓沖剪使其分離,如圖(a)(2)下料 將材料與毛胚依封閉的輪廓沖剪使其分離,如圖(b)(3)沖孔 沖孔與下料怡好相反,是將零件內的材料以封閉的輪廓沖剪使其分離的加工。如圖(c)(4)沖口 在材料的端邊沖剪開口槽如圖(d)(5)分斷 將平的彎曲的或空心的毛胚沖剪成兩個部分或几個部份,如圖(e)(6)整緣 將抽制或壓縮出來的零件的周圍不平順工或多余的外邊除去,如圖(f)(a)剪斷(b)下料(d)沖口(e)分斷(c)沖孔(f)整緣圖示(1)(a)一般彎曲(b)卷邊(c)扭曲圖示(2)1.2.3 抽引加工 將平的材料變成任意有底無縫的容器

3、,或將直徑較大的有底無縫容器作進一步的改變以減少直徑增加深度稱為抽引加工。此種加工可以完成一般抽引,伸展成形與引縮等工作。如圖(3)所示。(1)一般抽引將平板材料抽引成任意有底的容器,或將有底容器作更進一步的深抽引如圖(a)(2)伸展成形將平板材料拉伸并將其 蓋到樣模上作出曲線形的空心件。如圖(b)所示(3)引縮將有底無縫的容器施行再抽引,并使其厚度產生變化如圖(c)(a)一般抽引(b)伸展成形(c)引縮圖示(3) 1.2.4.成形加工便用各種局部變形的方法來改變毛胚或零件的形狀如圓緣凸脹孔凸緣頸縮接縫等工作。如圖(4)所示(1)圓緣將平板或加工品表面的一狹窄部份壓成凹凸形狀供補強或裝飾之用.

4、如圖(a)所示(2)凸脹將圓筒形或管的一部份直徑擴大的成形方法如圖(b)所示(3)孔凸緣將已沖過的孔邊緣或空心件的外邊使用材料拉伸的方法以形成凸緣,如圖(c)所示(4)卷圓將空心件或管的邊緣卷成半圓形或圓形如圖(d)所示。(5)頸縮將圓筒形或管的一端直徑縮小而將長度增加的成形如圖(e)所示(6)接縫將兩塊板或零件利用多次彎曲相互連接在一起的加工法如圖(f)所示圖示(4)(b)凸張(c)孔凸緣(f)接縫(d)卷圓(a)圓緣(d)卷圓1.2.5壓縮加工在毛胚上加重壓使其體積重新分配以改彎毛胚的輪廓外形或厚度以完成各種形狀復雜的成品如端壓擠制壓印壓花等工作。如圖(5)所示。(1)端壓將材料的全體或一

5、部份沿其長度方向壓縮以減少長度而增大斷面積如圖(a)所示。(2)擠制將毛胚加壓迫使其從沖頭或模板的出口或沖頭與模板的間隙流出而成為薄壁空心零件或斷面較小的成品,如圖(b)所示。(3)壓花將上下模作成凹凸花樣在几乎不改彎材料厚度的情況下使材料成凹凸斷面如圖(c)所示。(4)壓印壓印與壓花相似但材料在加工后其厚度被改變并使其充塞在有凹凸的模腔內在零件表面上成形凹凸的工作方式如圖(d)所示A(a)端壓(b)擠壓(c)壓花(d)壓印圖示(5)2.1沖壓模具的分類 由于生產成品的不同或使 用沖床及材料的種類多樣則模具的設計構造制造及使用亦隨之而異。雙模具几乎都只適于單一產品的加工使模具分類及為困難。一般

6、分類的方法是依模具的工作方式與產品的加工方法兩種最為普遍。2.1.1.依模具的工作方式分類 依模具工作方式的不同分類根據在一套模具內所能完成的工程數目而定。將模具分成單工程模與多程模具兩種。(1)單工程沖模沖床每一沖程僅能作一單獨加工。(2)多工程沖模將數個單工程模聚集在一套模具內使沖床每一沖程作數種單工程的工作。由于設計方式的不同雙可區分復合模組合模連續模三種。 (1)復合模在不改變毛胚的位置使沖床每一次沖壓下可同時完成兩個或兩個以上的不同工程僅限于剪切加工工程。如沖孔與下料組合 (2)組合模如果模具是由非剪切性的加工工程(如成形彎曲抽引壓印。等)相互組成或非剪切性的加工組合在一起也是不改彎

7、毛胚位置在沖床每一沖壓下可同完成數種單工程的工作。如下料抽引模下料折彎模. (3)連續沖模將各種作用的單工程沖模分級排列在沖床上帶料則依通過每一級去施行加工。一件完成的零胙是在最一級完成的。 2.2依產品的加工方法分類 依產品加工方法的不同可將模具分成沖剪模具彎曲模具抽引模具成形模具壓縮模具等五大類。 (1)沖剪模具沖剪模具是以剪切作用完成工作的。常用的形式有剪斷模下料模沖孔模修邊模整緣模拉孔模沖切模等。 (2)彎曲模具彎曲模具是將平整的毛胚彎成一個角度的形狀。 (3)抽引模具抽引模具是將平面毛胚制成有底無縫容器。或將有底容器作進一步抽制。其形式有普通抽引模引縮抽引模與伸展成形模等. (4)成

8、形模具成形模具指用各種局部變形的方法來改變毛胚的形狀。其形式有凸張成形模卷圓成形模頸縮成形模圓緣成形模等。 (5)壓縮模具壓縮模具是利用強大的壓力使金屬毛胚流動變形成為所需的形狀。其種類有擠制模壓花模壓印模端壓模等 由于成品的材料種類形狀大小精度以及生產數量等的不同。所以模具的組成零件也各不同。通常一套典型的模具除了直接作用于板形材料使其成為所需的形狀與大小的工作零件(凸模與凹模)以及連接模具不同零件間的螺絲外還包含模座定位零件脫料部分出料部分等。1.工作零件直接作用于材料的零件如凸模(沖頭)凹模(上下模刀口)凸凹模(公母模)等。2.定位零件保証板料(或毛坯)在沖裁模中具有准確位置的零件如導正

9、銷導料塊(板)內(外)定位銷側刀塊等。3.脫料(壓料)零件在沖壓加工中當凸模進入凹模而完成沖剪 彎曲。抽引成形或壓縮之后制品或材料常擠住模具不容易取出。若欲使其正確而迅速的脫離模具必需有脫料零件。脫料零件還具有供帶料或工件的壓緊夾持定位引導的功能。如橡膠彈簧頂杆脫料銷脫料塊等。4.模架零件為了保証沖裁過程中正確運動不至于使上下模位置發生偏移的零件以及起緊固支撐作用的零件如導柱(導套)模柄上下模座螺絲銷釘等。5.緊固零件用來固定板及沖頭的位置如螺絲等高套筒。下托板 下模座 下墊塊 下夾板 外脫板 切廢料衝頭內脫板 上墊板 上夾板 母模板 公模板上模座開模狀態閉模狀態下脫板上模板下托板下墊塊氣墊板

10、氣頂杆下模座下模彎刀折彎擋塊下墊板上墊塊上墊板上模滑塊上模座上墊塊(標準件A039) 產品采用工程模連續模和簡單模的選用依據以下几個方面。 (1)產品結構較復雜的產品為了更好控制產品尺寸及質量盡可能做工程模較小的產品盡可能做連續模為防止產品過小不好定位及產品不方便拿取工程數量過多生產成本高成形較高的零件盡可能采用工程模產品成形后的牙不易攻的零件盡可能做成工程模或連續模+工程模。 (2)生產量生產量大的產品盡可能做連續模。連續模生產效率高品質比較穩定使用機台少。產量少做成工程模或簡單模。 (3)生產條件沖床的噸位及數量自動線的排布送料機的配置整平機沖床的精度。大型零件采用工程模成形數過多的產品采

11、用連續模+工程模較厚的材料采用工程模。 (4) 外觀要求:鋁沖件對外觀要求較嚴素材一般附有薄膜采用連續沖壓會把材料刮傷。外觀件不能有工藝孔的不能用連續模生產。 產品成形過程中受到材料的性能模具的強度的影響為保証產品的功用外觀對產品設計進行限制。 如沖孔折彎抽牙反折凸點橋式。SCSCT 圖(E)Sc之最小值r+T或2T圖(E)圖(B)0.2r3.0時適用範圍: 料厚3.2以下,1/4H以下之軟 50以上2550L之範圍25以下圖(D)r+3T或2.5MMr+2.5T或2.0MMrSL之最小值r+2T或1.5MM 圖(D)rr+1.5T或1.2MMSd之最小值 質板材.圖(C) 圖(C)r1.2

12、彎曲折角孔緣最小之限制 1.6以上0.81.62T2.5T0.2r=1.5TD=1.2TD=1.5TH=1.0TL=3TT=1.0T=1.0T=1.0T=2.0E=2.5TH=1.0D=3T4TM=10TP=5T,時要求加工藝沖孔(1)方形沖孔(2)圓形沖孔(3)U形孔(4)打凸或抽牙(5)反折壓平(6)橋式(7)抽牙圖(b)E. 捲邊加工( Cur i ng) ( 圖f )D. 彎緣加工( Her mmi ng) ( 圖e)圖(f)圖(e)圖(d) 金屬材料由於彎曲加工時一面( 彎曲外側) 受到抗拉應力而另一面( 彎曲內側) 受到壓縮應力, 因此在材料板厚某處所受之應力為零, 此零應力之平面

13、為中立( 面) ( Net ur al pl ane)TCA. V形彎曲加工( 圖b)C. Z形彎曲加工( 圖d)B. U形彎曲加工( 圖c)2. 彎曲成形加工之種類斜線-受力區彎曲半徑之中心線圖(a)彎曲內側C:壓縮應力(-)圖(c)中立軸線(零應力)T抗拉應力(+) 中立軸位置之測定, 以金屬板料彎曲內側為基準, 即位於距彎曲內側板厚中心的一段距離, 此值約是板厚之3050% ( 圖a) 由於中立軸線受到零應力, 此其長度應等於原始胚料之長度, 中立線是作為胚料尺寸展開之基準, 中立軸線之位置則視材料種類, 特性及彎曲內側半徑與板厚比而不同.中立面或中立線C:壓縮 T:拉抻1.3 展開計算

14、依據彎曲外側 金屬材料由於受力超過其彈性限度及降伏強度, 但低於其极限抗拉強度之應力, 使金屬板料產生永久變形而得到所要求之尺寸及輪廓形狀.1.1 彎曲成形加工1.2 中立層(面)1. 定義一.內容 tan(a/2)+T/3*a/180 L=A-T*tan(a/2)+B-T* 3.3 R=0, =90 =T/3BAaT*1/3中性層T三.計算方法(A)展開長度=料內+料內+補償量(實際展開時除尺寸計算方法外,也可在確定中性層位置後,通過偏移再實際測量長度的方法,以下相同)0RT =1/4T1TR3T =1/3T 3TR5T 1/3T1/2T3.2 R=0, =90當R5T時 =1/2T L=(

15、A-T-R)+(B-T-R)+(R+)*/2 =(A-T)+(B-T)+T/4*/2 L=(A-T)+(B-T)+*/2 3.1 R=0, 折彎角=90=0.4T =T/4*/2 K=*/2=0.4T =A+B-2T+K =1/4T展開的基本公式:AB90AT中性層R90B1/4T中性層T 板料在彎曲過程中外層受到拉應力, 內層受到壓應力, 從拉到壓之間有一既不受拉力又不受壓力的過渡層-中性層, 中性層在彎曲過程中的長度和彎曲前一樣, 保持不變, 所以中性層是計算彎曲件展開長度的基準. 中性層位置與變形程度有關, 當彎曲半徑較大, 折彎角度較小時, 變形程度較小, 中性層位置靠近板料厚度的中心

16、處, 當彎曲半徑變小, 折彎角度增大時, 變形程度隨之增大, 中性層位置逐漸向彎曲中心的內側移動. 中性層到板料內側的距離用 表示. 二.展開計算原理注: 0.01745為彎曲角度1 時之系數、彎曲角度之數值直接代入式中即可.3tr 時 Na=(0.5*t+r)*0.01745*a Nb=(0.5*t+r)*1.57082tr3t 時 Na=(0.4*t+r)*0.01745*a Nb=(0.4*t+r)*1.5708 Nb=(0.35*t+r)*1.5708tr2t 時 Na=(0.35*t+r)*0.01745*a Nb=(0.3*t+r)*1.5708rt 時 Na=(0.3*t+r)*

17、0.01745*aT90求Na,Nb之計算式: Nb =彎曲加工部分之中立線(圓弧)之長度L= A + B + NbANbBR中性層四.計算方法 (B)4.1 R=0, =90 L=A-(T+R)*tan(a/2)+B-(T+R) 3TR5T 1/3T1/2T1TR3T =1/3T0RT =1/4T當R5T時 =1/2T *tan(a/2)+(R+)*a/1803.4 R=0, =90aA Na=彎曲加工部分之中立線(圓弧)之長度L= A + B + Na Na中性層RBT4.2 R=0, =90Ba中性層ART20151087653421Ri/T之值120.70.840.90.87K0.77

18、0.820.790.760.730.50.590.66k: 反彈系數0.750.9c:1/2H至H之沃斯田鐵系(Austite)不銹鋼0.87b:1/2H之沃斯田鐵系(Austite)不銹鋼Ri/T之值0.92K0.89120.820.850.833450.80.787680.95a:退火沃斯田鐵系(Austite)不銹鋼0.97K0.96Ri/T之值120.930.940.940.920.91435768K=(a-a)/ a=(Rp+T/ 2)/ (Ri +T/ 2) 5.1.1 彎曲加工反彈之公式 5.1.2 k系數之表格200.610.72 0.681012150.820.88 0.86

19、20121015加工中之形狀(模具中)a-aaa-a: 彎曲加工後制品之彎曲角度Rp: 衝模彎曲半徑(衝頭半徑)a: 反彈角度a: 衝模之彎曲欠度Ri : 制品加工後之內半徑T5.1 彎曲加工材料之反彈(Buring back)五.折彎反彈計算Ri加工後之形狀Rp5.04.04.53.52.53.02.03.03.23.53.7*3.43.02.5*2.83.22.32.01.51.051.82.31.351.351.80.92.32.63.02.72.11.82.12.51.60.81.21.61.30.70.40.71.20.31.31.60.61.72.21.01.20.50.30.40

20、.80.40.250.2BABB1.2 Z折展開計算查表法* Z彎曲之展開尺寸(=L)1.01.50.8H尺寸Z值0.5板厚TL=A+B+Z0.60.180.080.450.90.150.150.40.1*0.80.080.5*1.00.220.120.130.25*0.10.2*1.21.5*1.7HAL=A-T+C-2T+B+D+K當C3T時L=A-T+C-2T+B+K/2當C3T時L=A-T+C-2T+B+K當3TC5T時1.1.3 Z折2TA*0.180.15*2.03.0TDC圖 例C說 明1.1 Z折(卡鉤)展開計算法L=A-T+C-2T+B+2K當C5T時,一般分兩次成型,按兩9

21、0 折 彎計算1.1.2 Z折1一.內容 T第5部分:打Z形(卡鉤)展開計算 之數值B AA: =T/3BB: =T/3CC: =T/3EE: =T/3DD: =T/3ACCR=TCFBBEEEAADR-TLL3C=T/4*2*1/4=0.4T1.3 綜合計算如圖:L=料內+料內+補嘗量 =A+B+C+D+E+F+(AA+BB+CC+DD+EE)補嘗量之數值表(同上)T1L=L1+L2+C1.2 捲圓加工(上壓)r=R-*T 2L1=1.5*r+R-T衝頭PUNCH0.44A之值R/T之值 2.00.490.480.460.50.53.0 2.62.42.22.8 以上TL2DDR=2.5TT

22、/4R-TCL1r中立線半徑R說 明1.1 捲圓加工(側推)r=R-*T L=1.5*r+R-T之數值表(軟鋼板)衝頭PUNCH一.內容: 彎曲捲圓計算方法第4部分:產品彎曲捲圓展開計算圖 例Rr中立線半徑T圖(D)AB下推推平滑塊滑塊墊塊下模板上脫板T圖(B):壓線位置尺寸 A-T圖(B)T衝頭PUNCHL=A+B-0.4T1.2 彎曲壓平(側推)A-T =A+B-0.4T (K=0.4T)圖(C):90 折彎母模尺寸為A+2K圖(B):壓線位置尺寸 A-T圖(D):彎曲壓平後的產品形狀B+KT圖(C)A+2KT圖(B)A說 明 =A+B-2T+4*0.4KL=A-T+B-T+4K圖(A)

23、:展開長度T圖(A)圖 例 T=0.8時 B6T以上B取值均適合壓平 T=1.2時 B4T T=1.0時 B5TA圖(D)BT注:當T=0.6時 B7T圖(D):彎曲壓平後的產品形狀圖(C):90 折彎母模尺寸為A+0.5KB+2.5K圖(C)A+0.5KTAT驅動塊衝頭PUNCH上推下模板下滑塊上滑塊上脫板結 構 圖 注:衝頭R=2T-0.3下模板R=2T-0.3T =A+B-0.4T (K=0.4T)=A+B-2T+4*0.4K說 明L=A-T+B-T+4K 圖(A) :展開長度L=A+B-0.4T圖(A)A-TT圖 例1.1 彎曲壓平(上壓)一.內容: 彎曲壓平計算方法第3部分:產品彎曲

24、壓平展開計算上脫板衝頭結 構 圖 A) 為了抑制皺褶之發生, 于沖頭周圍設計一壓料板, 藉由彈簧( 優力氮氣彈簧) 或油氣壓元件將力作用於壓料板上. 此力之平衡是非常重要的因素, 當壓料板所受壓力不足時將使材料產生皺褶, 當壓料板所受壓力過大時將使材料之鎏動受到餡制而引伸之側壁產生過份之伸展而發生破裂. 壓料板所受之壓力將材料壓緊在母模上, 故亦稱之為料夾持力 此力必須具有下列二種條件, 其一有足夠低之壓力使材料能在壓料板下側順利鎏動, 其二是有足夠之壓力以抑制材料產生皺褶. 引伸加工開始階段之金屬流動母模( f ) 沖頭必須施以足夠的力在金屬胚料上, 以克服滑動與靜態摩擦力及圓角半徑處之彎曲

25、力與壓緊引伸件底部凸緣部之壓縮力.( d) 沖頭與金屬板料間之摩擦力( b) 壓料板與金屬板料間之摩擦力金屬材料引伸加工過程中所發生的力有:1.3壓料作用( e) 凸緣區域之壓縮力z ( c) 母模與金屬板料間之摩擦力( a) 圓角半徑處之彎曲力引伸加工過程1.2引伸力之分析繼續引伸之金屬流動圖 (A)引伸加工( Dr awi ng) 中金屬材料之變化是屬於一種金屬鎏動, 是經由沖頭、母模 、壓料板之間的間隙. 圖( A)胚料衝頭1.1引伸加工材料之變化一.介紹壓料板 ( a) 圓角引伸加工 ( b) 方筒引伸加工 ( c) 再引伸加工( 正向) ( d) 反向再引伸加工 ( e) 異形引伸加工 由於金屬材料在引伸加工中各部份承受不同之應力, 在最大拉伸應力處, 材料厚度因伸展而變為最薄, 在最大壓縮處, 材料厚度因壓縮而變為最厚, 在零應力處, 材料厚度維持原尺寸無變化.二. 引伸加工程制分類(不含特殊引伸成形)1.4板厚之變化B) 材料夾持力將使沖頭與材料與母模間產生摩擦力, 當此力過大將限制材料之鎏動而使引伸件產生破裂,然而該力亦不能減少, 否則會發生皺褶現象. 摩擦阻力=材料夾持力*摩擦系數 影響摩擦系數之因數有( a) 使用的潤滑劑之類別 ( b)