冲压模具设计-L型弯曲件

\\第一章绪论3第二章冲压工艺分析2.1冲压件简介52.2冲压工艺性分析62.3冲压工艺方案的确定6第三章落料冲孔弯曲复合模设计3.1模具结构83.2确定其搭边值83.3确定排样图93.4材料利用率计算10第四章结论25\\绪论1.1课题研究的目的和意义目的：为了更好的了解模具设计的一些步骤，和一些设计模具时所需要注意的地方，为以后的工作打好基础。意义：此次设计让我知道了自己的理论知识要运用到实际工作中去并不是那么容易的需要经过多次练习及长时间积累的。1.2课题国内外研究概况1.1.1国外模具发展概况目前，欧洲模具业已越来越感受到来自中国同行所带来的影响和压力，预计到2018授日前在宁海考察该地模具制造业基地时发出这样的感叹。亚力山大表示，据相关研究部门调查得知，欧洲模具设计和生产的时间要分别比中国快44％和61％左右。1.1.2国内模具发展概况近年来，中国模具市场对精密、大型、复杂型、长寿命模具的需求量有所增长，预计到2010年，国内模具市场需求量将在1，200亿元人民币左右。综合媒体6月4日报道，中国模具协会企业年报显示：近年来，中国模具市场对精密、大型、复杂型、长寿命模具的需求量有所增长，预计到2010年，国内模具市场需求量将在1，200亿元人民币左右。专家分析，从1997年开始，随着汽车、装备制造业、家用电器的高速增长，中国国内模具市场的需求开始显著增长。虽然到2006年中国模具工业总产值已达516亿元，但80％。已经进入中国的少量外资模具企业开始生产各种高精大多功能模具，但目前仍供不应求。据介绍，目前中国汽车模具潜在市场十分巨大。质量好的冲压模具在汽车整车等行业供不应求；压铸模具在汽车零部件、装备制造业等行业需求激增；注塑模具在家用电器等行业发展潜力也很大。另外，特种模具也有较大的发展前景。1.3课题研究的主要内容冲压模具的设计在其生产、加工以及使用过程中尤为重要。特别是它的结构设计，对加工、装配、工期、成本乃至冲压产品的质量及生产效率产生极大的影响。所以，此\\课题主要考虑以下几个方面的内容：1.分析冲压件的图样及技术条件。2.对冲压件进行工艺分析，确定排样方案。3.计算冲裁、拉深力，确定压力机参数，选择合理的冲压设备。4.确定模具的具体结构，绘制草图。5.绘制模具的装配图及主要零件图。6.零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。7.根据开题的研究过程撰写设计说明书。\\2.1冲压件简介形状和尺寸如下图所示。材料为Q235，板材厚度3mm。零件图如下：图\\2.2冲压的工艺性分析冲压工艺分析主要考虑产品的冲压成形工艺，最主要的是包括技术和经济两方面内容。在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。⑴影响冲压件工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要因素：①工件的外形为平板形状，外形简单，适宜冲裁。②工件无细长的旋臂与窄槽，模具结构不复杂，适合冲压。③材料为Q235，是常见的冲压材料。④工件尺寸要求不是很高，尺寸未注公差按IT14级处理。⑤生产批量，一般来说，大批量生产时，可选用连续和高效冲压设备，以提高生产效率；中小批量生产时，常采用简单模或复合模，以降低模具制造费用。⑥成型件的尺寸要求不高，表面粗糙度要求不高。综上所述，此工件适宜冲裁。⑵本冲压件工艺分析如下：1．图形分析形状较简单，主要是落料、冲孔形状。2．尺寸分析尺寸公差要求不高，未注公差尺寸均取IT14级。3．材料Q235，是常见的冲裁材料。零件用的是厚1.5mm的Q235板。力学性能：抗拉强度σb440~470抗剪强度τ(MPa)：伸长率1021~25屈服点σs由于零件是一个平面形状，内部有两个小孔，外部是直线组成。关键是冲孔、落料弯曲能否同时进行？4．批量批量生产。5．冲压工序落料、冲孔、弯曲。6．冲裁间隙根据料厚得单面间隙C2.3冲压工艺方案的确定经过对冲压件的工艺分析后，结合产品进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺、\\冲压次数，工艺顺序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案。方案一：单工序模。适当整合各冲压工序，需要两副模具，即落料模和冲孔模，这些模具制造方便、经济，但需要零件二次定位，产品上孔定位精度不高，生产周长一些，占用冲压设备多。方案二：复合模。根据参考文献[2]P257页，表5-17得到t=3时，最小壁厚由于本产品的最小壁厚为4mm，故可以采用复合模。复合模具结构相对要复杂一些，制造难度也高一些，但因为只需一副模具制造成本并不高多，同时冲压生产周期短，产品质量高，占用设备少，能起到节能、节省劳动力作用。因此综合考虑产品质量，制造周期，生产周期，节省成本等因素，采用方案二。\\3.1模具结构由于料厚适中，可以保证平整度，故模具结构可采用倒装复合模，即落料凹模装在上模部分，落料凸模（确切说是凸凹模，包括落料凸模和冲孔凹孔模）装在下模部份，冲孔凸模装在上模部份。卸料采用弹性卸料结构，由于结构复杂，冲孔较多建议弹性材料采用聚氨酸脂或矩形弹簧。产品件采用推件块弹性推出，由上而下推出。冲孔废料从下模直接落下。条料采用手动前后送料装置，采用定位销定位方式。如图所示。图\\3.2确定其搭边值考虑到成型范围，应考虑以下因素：⑴材料的机械性能软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。⑵冲件的形状尺寸冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。⑶材料的厚度厚材料的搭边值要大一些。⑷材料及挡料方式用手工送料，手动侧压。⑸卸料方式弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。⑹材料为：Q235，落料部有带大圆角的形状。综上所述，根据参考文献[2]P51页，表两工件间的搭边值：a=2.5mm工件侧面搭边值：a=3.0mm3.3确定排样图在冲压零件中，材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料，因此材料的利用率是决定产品成本的重要因素，必须认真计算，确保排样相对合理，以达到较好的材料利用率。排样方法可分为三种：1．有废料排样2．少废料样3．无废料排样少废料排样的材料利用率也可达70%－90%。但采用少、无废料排样时也存在一些缺点，就是由于条料本身的公差以及条料导向与定们所产生的误差，使工作的质量和精度较低。另外，由于采用单边剪切，可影响断面质量和模具寿命。根据本工件的形状和批量，对模寿命有一定要求，固采用有废料排样方法。排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的工件。还可以使条料有一定的刚度，便于送进。本产品外形是带大圆弧形，因此排样主要由外形决定，为了提高材料利用率可考虑对排，对排方式可以是直排，具体由下面计算决定。方案一：送料步距A条料宽度B＝(D+2a)B＝（40+2×3）=46mm由于在剪板时也有公差，查参考文献[4]P49页，\\得条料宽度公差Δ＝0.7mmB0排样图如图3.2所示。图3.4材料利用率计算在冲压零件中，材料利用率是一个非常重要的因素，提高利用率是企业降低成本的途径之一。由于本产品采用复合工序的单副模具生产，送料采用手动送料，因此可以假设原材料为板料，再经剪板后成为条料。板料尺寸为定制，厚3mm。材料利用率计算公式：SS0其中：S0————板材总面积S————实际产品面积故S0mm2S=S-S落孔由于图特征多，外形复杂，故采用CAD软件进行辅助分析计算，要CAD软件中测得S=3250.1mm2，S落=282.743mm2，所以S=3250.1-282.743=2967.357mm2孔故材料总利用率S100%100%S0可见材料利用率大于80%，因此材料利用还是可以接受的。\\3.5凸、凹模刃口尺寸的确定本模具有2种工序组成，落料和冲孔，外形是落料，内部各孔是冲孔，下面分二部份分别计算。3.5.1落料部份凸、凹模刃口尺寸的确定（1）计算原则本产品外形属于落料工序，因此计算原则以凹模为基准，配做凸模。由于外形复杂，故采用凸、凹模配合加工法来制造，并进行设计计算。（2）凸、凹模制造公差及凸、凹模刃口尺寸计算。工件尺寸有：，260,40,00,37，。凸、凹模制造公差取对应尺寸公差的查参考文献[3]P30页，冲裁双面间隙Zminmax所以：Zmax-Zmin＝0.18（3）落料凸、凹模刃口尺寸计算凹模磨损后尺寸变大的：Ad)0d凹模磨损后尺寸变小的：Bd0d凹模磨损后尺寸不变小：CCdd260,40,000属于磨损后尺寸变大的尺寸，37属于磨损后尺寸不变的尺寸。1．260计算A=26，Δ=0.52凹模偏差δd=Δ/4=0.13mm得χ=0.5所以Ad)0d00mm2．尺寸400计算A=40，Δ=0.62凹模偏差δd=Δ/4=015mm5所以Ad)0d00mm\\3．尺寸0计算A=95.3，Δ=0.74凹模偏差δd=Δ/4=0.18mm5所以Ad)0d00mm4．尺寸0计算A=51.3，Δ=0.62凹模偏差δd=Δ/4=0.15mm5所以Ad)0d00mm5.尺寸37计算C=37，Δ=0.52凹模偏差δd=Δ/4=0.15mm5所以CC370.07dd。3.5.2冲孔部份凸、凹模刃口尺寸的确定（1）计算原则冲孔计算原则以凸模为基准，配做凹模。圆孔由于加工方便采用分开加工法制造并计算。非圆形孔由于外形复杂，制造不便故采用凸、凹分开配合加工法来制造，并进行设计计算。公差查表确定。（2）凸、凹模制造公差及凸、凹模刃口尺寸计算有两个孔，分别是一个6圆孔和一个1800孔，两圆心距尺寸37；查参考文献[1]P63页，得计算公式：凸模尺寸：d0pp凹模尺寸：ddZpmin)0d60和定位尺寸37；另一个圆孔，尺寸有：180和定位尺寸37，0。\\凸模磨损后尺寸变小的：A0pp凸模磨损后尺寸变大的：Bp)0.0p凸模磨损后尺寸不变小：CCpp公差取工件尺寸的6,18属于磨损后尺寸变小的尺寸，000属于磨损后尺寸变大的尺寸。37属于磨损后尺寸不变的尺寸。4-2冲裁双面间隙Zminmax所以：Zmax-Zmin＝0.18（3）冲孔凸、凹模刃口尺寸计算1．圆孔60的尺寸计算（分开加工法）得：凸模偏差δp=0.020mm凹模偏差δd=0.020mm冲裁双面间隙Zmax-Zmin=0.060因此：δp+δdmax-Zmin

所以凸、凹模制造公差合理。所以：dp000mmdd00mm2．圆孔18的尺寸计算（分开加工法）0得：凸模偏差δp=0.020mm凹模偏差δd=0.020mm冲裁双面间隙Zmax-Zmin=0.060因此：δp+δdmax-Zmin所以凸、凹模制造公差合理。所以：dp00mmdd00mm0，37前面已经计算过在此不再计算。\\3.6冲压力计算因此必须认真计算冲压力。本模具冲压力（F）有三大部分组成，即落料部分力总（F）、冲孔部分力（F落）弯曲部分力（F冲）组成，由于落料、冲孔同时进行，然后弯进行弯曲，因此只需考虑压力机在整个冲压运动过程中是否有足够的动力提供，取三者和，下面分别进行计算。3.6.1落料部分冲压力根据本模具的结构，冲压力包括落料冲裁力、卸料力和顶件力。已知材料Q235钢板，板材厚3.0mm，材料的抗剪强度取中间值τ=350MPa进行计算。1．冲裁力F冲350351198N式中L——落料件的周长，mmt——板料厚度，mmτ——材料抗剪强度，MPa2．卸料力4-15表KKK1卸2推3顶钢F卸KF卸落35119810536N式中K——卸料力系数，N卸查参考文献[3]P41页，表K=0.04卸3．落料总冲压力F=F落+F冲=351198+10536=361733N卸3.6.2冲孔部分冲压力根据本模具的结构，冲孔力包括冲裁力和卸料力。\\已知材料Q235钢板，板材厚3mm，材料的抗剪强度取中间值τ=350MPa进行计算。1．冲孔力F冲3.0350102921N式中L——落料件的周长，mmt——板料厚度，mmτ——材料抗剪强度，Mpa2.推件力F卸KF卸落1029214631N式中K——卸料力系数，N卸查参考文献[3]P41页，表K=0.045卸冲孔总冲压力F=F+F孔卸=102921+4631=107552N冲3.6.3弯曲部分冲压力根据本模具的结构，冲孔力包括冲裁力和推件力。已知材料Q235钢板，板材厚3mm，材料的抗剪强度取中间值τ=350MPa进行计算。1．自由弯曲力F弯2322rt322974N式中k——安全系数，1.3b——弯曲件宽度，mm——材料强度极限，Mpa

2.压料力F压KF弯弯229741149N式中K——弯曲力系数，N弯查参考文献[3]P41页，表K=0.05卸弯曲总冲压力F=F+F总弯=22974+1149=24123N压3.6.3总冲压力总冲压力\\F=F总+F落+F孔=361733+107552+24123=493408N弯总3.7压力机选用如果落料和冲孔、弯曲一起进行，压力很大，必须选用很大的压力机，对冲孔凸模不利，也极不经济，因此采用阶梯冲裁，首先落料，等落料冲孔完成后再弯曲，这样可达到降低冲压力，同时压力机的行程有所增大，必须大于20mm。由上面计算可知落料冲孔部份力大于弯曲部份力，并且落料冲孔在前弯曲在后，故取总的落料部份力来计算压力机所需的压力。压力机的冲压力选用1.3倍总冲压力以上。即，F≥1.3F≈641.4KN。孔综合上述，查参考文献[2]P478页，附录A，选得开式双柱固定台压力机型号为：JD21-100压力机参数如下：公称压力：1000KN滑块行程：120mm最大封闭高度：400mm工作台尺寸：左右1000mm×前后600mm工作台孔尺寸：φ200mm模柄孔尺寸：φ60mm×80mm图\\3.8压力中心计算一副模具的压力中心就是这副冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上，否则冲压时会产生偏心载荷，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具和压力机的使用寿命，而且也影响冲压件的质量，因此必须计算其压力中心。对于对称形状的压力中心就是其几何中心，对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。本次设计的工件不是对称的，所以压力中心需要计算。不规则形状冲裁0lx11l1lx22l2lnlnxnY0l1y1l1ly22l2lnlnyn同时借助CAD软件辅助计算得压力中心为：X0=13.7Y0=0图3.9落料冲孔模主要零部件的结构设计根据本模具采用倒装复合模结构，其主要零件有：落料凹模、凸凹模、2种冲孔凸\\模（共2个）、凸凹模固定板、凸模固定板、凸模垫板、卸料板、打杆和推件杆等。3.9.1落料凹模结构及设计1．凹模及刃口形状采用直刃口，刃口高度取h=36mm，下方为台阶形，周边大3~5mm，形状如下图所示。图2．凹模材料和热处理查参考文献[2]P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理60～62HRC。3．凹模外形尺寸凹模厚度：H=Kb（≥15mm）b=40，t=3mm表[4]系数K值得，K=0.5所以H=0.5×40=20mm，取H=20mm凹模壁厚：C=（≥30mm）C=2.0×H=2.0×20=40mm，（由于形状复杂，取系数凹模边长尺寸为：mm（取整并考虑推件块活动空间）取L=186mm2×40+40=120凹模高度调整：考虑放置推件块及弯曲的需要，凹模高度再作调整，故取H=80查标准模板得：凹模外形尺寸为：160×250×804．凹模固定和定位方式\\凹模放在上模座上，用螺钉与上模座固定，再用销与上模座定位。形状如下图所示。图3.7凹模3.9.2凸凹模结构及设计由于此凸模不仅是起落料作用，还要充当冲孔凹模的作用，因此称它为凸凹模。1．凸凹模材料和热处理查参考文献[2]P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理60～62HRC。2．凸凹模形状及长度凸模形状为柱体，刃口外形尺寸与落料凹模配做，保证一定的间隙。凸模总长度：L=78mm图\\3.9.3圆凸模1结构及设计此圆柱形凸模对应产品基本尺寸为φ6，共1个。1．圆凸模材料和热处理查参考文献[2]P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理58～62HRC。2．圆凸模形状及长度圆凸模形状为圆柱形回转体，由于凸模比较细长因此做成台阶形，刃口部份直径最小，头部直径较大。凸模总长度：L=H+h固=72mm凹注：H、h固分别为固定板厚度、凹模高度，具体各长度计算确定见后面各相应部凹分计算。3．圆凸模定位、固定方式圆凸模靠与凸模固定板成过渡配合定位，头部台阶来固定。图13.9.4圆凸模2结构及设计此圆柱形凸模对应产品基本尺寸为φ18，共1个。1．圆凸模2材料和热处理查参考文献[2]P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理60～62HRC。2．圆凸模2形状及长度\\圆凸模2形状为圆形回转体，因此可做成台阶形。圆凸模2总长度：L=H+h固-t=72mm凹注：H、h固分别为固定板厚度、凹模高度，具体各长度计算确定见后面各相应部分凹计算。3．圆凸模2定位、固定方式圆凸模靠与凸模固定板成过渡配合定位，头部台阶来固定。图23.9.4弯曲凹模结构及设计此弯曲凹模产品弯曲成L型。1．弯曲凹模材料和热处理查参考文献[2]P434页，表7-15得材料为Cr12，热处理60～62HRC。2．弯曲凹模形状及长度圆凸模2形状为非圆形回转体，因此不可做成台阶形。圆凸模2总长度：L=H+h固-t=72mm凹注：H、h固分别为固定板厚度、凹模高度，具体各长度计算确定见后面各相应部分凹计算。3．弯曲凹模定位、固定方式弯曲凹模靠与凸模固定板成过渡配合定位，螺钉固定。\\3.9.7凸模固定板设计1．凸模固定板确定外形为正方体，中间有与3个凸模成过渡配合的孔。材料为45钢（查参考文献[2]P439页，表7-20得），热处理硬度43～48HRC。