冷冲压模具设计实例

./A冷冲压模具设计实例工件名称：手柄工件简图：生产批量：中批量材料：Q235-A钢材料厚度：1.2mm1、冲压件工艺性分析此工件只有落料和冲孔两个工序。材料为Q235-A钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。工件结构相对简单,有一个φ8mm的孔和5个φ5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为3.5mm<大端4个φ5mm的孔与φ8mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚>。工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁完全能满足要求。2、冲压工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案：方案一：先落料,后冲孔。采用单工序模生产。方案二：落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。方案三：冲孔—落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm,模具强度较差,制造难度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会影响冲压速度,操作不方便。方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。3、主要设计计算〔1排样方式的确定及其计算设计级进模,首先要设计条料排样图。手柄的形状具有一头大一头小的特点,直排时材料利用率低,应采用直对排,如图8.2.2手柄排样图所示的排样方法,设计成隔位冲压,可显著地减少废料。隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°,再冲第二遍,在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。搭边值取2.5mm和3.5mm,条料宽度为135mm,步距离为53mm,一个步距的材料利用率为78%〔计算见表8.2.1。查板材标准,宜选950mm×1500mm的钢板,每钢板可剪裁为7条料〔135mm×1500mm,每条料可冲56个工件,故每钢板的材料利用率为76%。图8.2.2手柄排样图〔2冲压力的计算该模具采用级进模,拟选择弹性卸料、下出件。冲压力的相关计算见表8.2.1。根据计算结果,冲压设备拟选J23-25。〔3压力中心的确定及相关计算计算压力中心时,先画出凹模型口图,如图8.2.3所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1～L6共6组基本线段,用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标〔13.57,11.64。有关计算如表8.2.2所示。由以上计算结果可以看出,该工件冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点O较小,为了便于模具的加工和装配,模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-25冲床,C点仍在压力机模柄孔投影面积围,满足要求。〔4工作零件刃口尺寸计算在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前,首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点,工作零件的形状相对较简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度,使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算,具体计算见表8.2.3所示。〔5卸料橡胶的设计卸料橡胶的设计计算见表8.2.4。选用的四块橡胶板的厚度务必一致,不然会造成受力不均匀,运动产生歪斜,影响模具的正常工作。4、模具总体设计〔1模具类型的选择由冲压工艺分析可知,采用级进冲压,所以模具类型为级进模。〔2定位方式的选择因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用导料板,无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距,导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量,可以靠操作工目测来定。〔3卸料、出件方式的选择因为工件料厚为1.2mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹性卸料。又因为是级进模生产,所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。〔4导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该级进模采用中间导柱的导向方式。5、主要零部件设计〔1工作零件的结构设计①落料凸模结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计成直通式,采用线切割机床加工,2个M8螺钉固定在垫板上,与凸模固定板的配合按H6/m5。其总长L可按公式2.9.2计算：L=20+14+1.2+28.8=64mm具体结构可参见图8.2.4〔a所示。②冲孔凸模因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于需要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换。其中冲5个φ5的圆形凸模可选用标准件BⅡ型式〔尺寸为5.15×64。冲φ8mm孔的凸模结构如图8.2.4〔b所示。③凹模凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4计算：凹模厚度H=kb=0.2×127mm=25.4mm〔查表2.9.5得k=0.2凹模壁厚c=〔1.5～2H=38～50.8mm取凹模厚度H=30mm,凹模壁厚c=45mm,凹模宽度B=b+2c=〔127+2×45mm=217mm凹模长度L取195mm〔送料方向凹模轮廓尺寸为195mm×217mm×30mm,结构如图8.2.4〔c所示。〔2定位零件的设计落料凸模下部设置两个导正销,分别借用工件上φ5mm和φ8mm两个孔作导正孔。φ8mm导正孔的导正销的结构如图8.2.5所示。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm,所以导正销直线部分的长度为1.8mm。导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面,导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件,规格为8×16。〔3导料板的设计导料板的侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙取1mm,这样就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度按表2.9.7选择。导料板采用45钢制作,热处理硬度为40～45HRC,用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。〔4卸料部件的设计①卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为14mm。卸料板采用45钢制造,淬火硬度为40～45HRC。②卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉,公称直径为12mm,螺纹部分为M10×10mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸模端面lmm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。〔5模架及其它零部件设计该模具采用中间导柱模架,这种模架的导柱在模具中间位置,冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。导柱d/mm×L/mm分别为φ28×160,φ32×160；导套d/mm×L/mm×D/mm分别为φ28×115×42,φ32×115×45。上模座厚度H上模取45mm,上模垫板厚度H垫取10mm,固定板厚度H固取20mm,下模座厚度H下模取50mm,那么,该模具的闭合高度：H闭=H上模＋H垫＋L＋H＋H下模－h2=〔45＋10＋64＋30＋50－2mm=197mm式中L——凸模长度,L=64mm；H——凹模厚度,H=30mm；h2——凸模冲裁后进入凹模的深度,h2=2mm。可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度〔220mm,可以使用。6、模具总装图通过以上设计,可得到如图8.2.6所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模〔7个、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料,以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。条料送进时采用活动挡料销13作为粗定距,在落料凸模上安装两个导正销4,利用条料上φ5mm和φ8孔作导正销孔进行导正,以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第一步冲压后,把条料抬起向前移动,用落料孔套在活动挡料销13上,并向前推紧,冲压时凸模上的导正销4再作精确定距。活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm,冲压过程中粗定位完成以后,当用导正销作精确定位时,由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。用这种方法定距,精度可达到0.