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2.螺钉的选择14
3.圆柱销的选择14
八.校核模具高度14
九.课程总结15
参考文献16
附录17
1.下模座17
2.下模垫板18
3.凸凹模固定板19
4.卸料板20
5.凹模板21
6.空心垫板22
7.凸模固定板23
8.上模垫板24
9.上模座25
10.凸凹模26
11.推块27
12.冲孔凸模28
13.总装图28
引言
随着我国科学技术的进步、社会经济快速发展,模具成型技术及模具设计与制造已成为当代工业生产的重要手段。
近十几年来,中国模具工业发展十分迅速,特别是高新技术企业的快速发展加大了用于技术进步的投资力度,技术进步已成为企业发展的重要动力。
虽然我国的模具工业和技术得到了快速发展,但与国外工业发达的国家相比仍存在较大差距,未来的中国模具工业和技术的发展空间是巨大的。
冷冲压式利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力,使其产生分离或塑形变形,从而获得所需要零件(俗称冲压件或冲件)的一种压力加工方法。
因为它通常是在室温下进行加工,所以称为冷冲压。
冲模是将材料加工成所需冲件的一种工艺装备。
冲模在冷冲压中至关重要,一般来说,不具备符合要求的冲模,冷冲压就无法进行;
先进的冲压工艺也必须依靠相应的冲模来实现。
由于冷冲压所用原材料多是表面质量好的板料或带料,冲件的尺寸公差由冲模来保证,所以产品尺寸稳定、互换性好。
在工业生产中,尤其在大批量生产中应用十分广泛。
相当多的工业部门都越来越多地采用冷冲压加工产品零部件,如机械制造、车辆生产、航天航空、电子、电气、轻工、仪表及日用品等行业。
在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当大,不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件,现在已被质量轻,刚度好的冲压件所代替。
可以说,如果在生产中不广泛采用冲压工艺,,许多工业部门的产品要提高生产率、提高质量、降低成本,进行产品的更新换代是难以实现的
本文从一实例出发,详细介绍倒装复合模的设计步骤。
一、分析零件工艺性
1.冲裁件造型
2.冲裁件工艺分析
(1)该零件用材为08F钢塑性好,适用于冲压生产。
(2)该零件的生产批量为大批量,因此在制定生产方案时,应充分考虑如何提高生产率。
(3)该零件形状规则,但不对称。
(4)该零件的精度等级为IT11级,因此,模具的制造精度等级IT7级。
综上,该零件具有良好的冲裁工艺性。
3.冲压工艺方案的确定。
该零件包括落料、冲孔两个基本工序,可以采用以下三种工艺方案:
(1)单工序模:
先落料,再冲孔,分布冲压。
模具制造容易,且价格低,但生产效率低,不符合大批量生产要求
(2)级进模:
冲孔-落料连续冲压。
由于该零件的精度要求为IT11级,为满足精度要求,有必要增加两个导正销,这样又使得模具结构变得复杂。
(3)复合模:
落料-冲孔同时冲压。
这样既可以提高生产率,又可以借模具精度来保证零件精度。
综上,最后采用复合模进行生产。
又由于该零件最小壁厚大于凸凹模要求的最小壁厚值(c≥(1.5~2)t)零件符合采用复合模进行生产的要求,最终确定冲压工艺方案为采用复合模进行生产。
二、毛坯排样方案设计及材料利用率计算
1.排样方案的确定
排样方法大致可以分为:
(1)有废料排样
(2)少废料排样(3)无废料排样
考虑到零件形状的特殊性,无法采用无废料排样。
由于采用手工送料,无法精确控制步距,出于保证冲裁件精度与模具寿命,确定排样方法为有废料排样。
由于料厚为0.5mm,查手册确定搭边值为1mm。
2.布置方式的确定
用cad进行排样设计,得如下方案为最佳方案:
接下来进行材料利用率的计算。
(1)冲裁件的实际面积
A=842.11mm。
无法避免的结构废料Aa=278.03mm
(2)条料宽度B=60mm,步距S=88.6mm
(3)材料利用率=A/BS=842.11/(37*49)=46.45%
三、冲裁力及压力中心计算
1.冲裁力的计算
(1)查相关手册得:
08F钢材的
;
(2)材料厚度t=0.5mm;
s
(3)
落料周边长度
冲孔周边长度
(4)总冲裁力
2.其他冲压力的计算
板厚为0.5mm的钢板,推件力系数卸料力系数
推件力系数
.
3.压力中心的计算
用inventor进行受力分析,得到压力中心如图所示
四、选择压力设备
查手册知,安全系数为1.3。
由于
,所以所选压力机的公称压力应大于68.9kN.
考虑到开式可倾压力机机身为可倾式结构,倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下,可免去取件的步骤,有利于提高生产效率。
并且开式的结构便于工人进行手动送料等操作,故选择可倾压力机。
由手册查得J23-16开式可倾压力机的公称压力160k/N,满足使用要求。
故选择J23-16开式可倾压力计机,主要参数如下:
公称压力
160KN
滑块行程
55mm;
立柱距离
220mm
滑块行程次数
120次/min
最大封闭高度
封闭高度调节量
45mm
滑块中心线至床身距离
160mm
工作台尺寸:
前后300mm;
左右450m
模柄孔尺寸:
直径40mm;
深度60mm
五、模具总体结构设计
1.送料方式
由于零件形状简单,价格低廉,而进行自动送料的成本较高,不符合生产实际的要求,故选定送料方式为手工送料。
(1)导料方式的选择
导料方式主要分为导料板与导料销,考虑到采用倒装复合模进行冲裁,并且要进行弹性卸料,所以导料板不符合要求。
导料销分为固定式和弹顶式,由于导料销的布置位置离凹模刃口位置较远,所以选择导料方式为固定式导料销,并在凹模上开设避让孔。
(2)挡料方式的选择
挡料方式主要有固定挡料销、活动挡料销、回带式挡料销、侧刃,考虑到采用倒装复合模进行冲裁,侧刃定距的方式不符合要求。
由于导料方式采用导料销,为了便于加工,挡料方式选择固定挡料销。
2.卸料和出件方式
(1)卸料方式选择
卸料装置主要可以分为
(1)固定卸料装置
(2)弹压卸料装置
其中固定卸料装置的卸料力大,卸料可靠,适用于冲裁板料较厚(t>
0.5mm),平面度要求不高的场合;
弹压卸料装置的卸料力小,但它既起卸料作用,又起压料作用,所得冲裁零件质量较好,平面度较高,适用于板料较薄的场合(t<
1.5mm)。
综合考虑冲裁零件的要求,冲裁件尺寸较小,卸料力较小,弹压卸料装置完全能够满足卸料力的要求,并且由于选择倒装复合模进行生产,提高生产效率的同时,导致冲裁件的平直度受影响,故应选择弹压卸料装置,弥补其平直度。
确定卸料装置为弹压卸料装置。
(2)出件方式选择
成型后冲孔废料卡在凸凹模的内孔中,成型件卡在凹模中。
由于采用倒装复合模,卡在凸凹模内孔中的冲孔废料由下次冲裁时的凸模推出,不用布置推件装置。
而对于卡在凹模内的成型件,必须布置推出装置进行推出。
为了保证成型件的平整与推件可靠,建议采用弹性推出与刚性推出相结合的方法,一方面在推板上布置弹簧,冲裁时起到压料作用,保证从冲裁件的平整,并且在成型后及时将冲裁件推出,避免用打杆推出时冲裁件从高处掉落在凹模上,影响冲裁件质量与模具寿命,另一方面为了防止有时弹簧未能有效推出,冲裁件卡在凹模内,也要在推板上布置打杆,以确保推件的可靠。
3.凹模板外形尺寸的计算
(1)由排样可知,垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离s=45.5mm
由手册可得,材料厚度t=0.5mm,s=45.5mm时,凹模厚度系数k=0.3
凹模厚度
所得凹模厚度较小,考虑到凹模强度与压力机的最小封闭高度,取凹模厚度H=21mm
(2)垂直于送料方向的凹模宽度
(3)由手册得,材料宽度为60mm,厚度为0.5mm时,凹模孔壁至边缘的距离
送料方向凹模长度
初定凹模外形尺寸为H×
B×
L=21×
119×
120mm
4.其他模板尺寸的确定
由于采用复合模进行生产,主要工作部分模板大致包括:
凸模固定板、限位板、凹模版、卸料板、凸凹模固定板。
根据凹模板的厚度H=21mm,大致确定凸模固定板厚度为16mm,限位板厚度为16mm,卸料板厚度为14mm,凸凹模固定板厚度为16mm。
5.模架的选择
根据国家标准,导柱模模架主要分为中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架
,考虑到复合模对刚性与工作平稳度有较高要求,故后侧导柱模架不符合要求;
四导柱模架精度远大于所要求的精度,并且成本较高,故也不符合要求。
中间导柱模架与对角导柱模架都符合生产的要求,从中选择中间导柱模架。
根据《中国模具设计大典》表22.4-5中GB/T
2851-2008规定的中间导柱模架规格。
由凹模外形尺寸为H×
120mm,压力机最大封闭高度220mm,封闭高度调节量45mm,选定凹模周界为125×
125mm,参考闭合高度150—190mm的中间导柱模架。
查得:
上模座规格125×
125×
35
(GB/T
2855.1-2008)
下模座规格
45
2855.2-2008)
导柱规格
22×
180;
25×
180
2861.1-2008)
导套规格
80×
33;
33
2861.3-2008)
由此,所有模板的规格尺寸与材料选用如下:
模板
规格(L×
H)
材料
上模座
30
HT200
上模垫板
8
45
推杆固定板
5
Q235
凸模固定板
16
限位板
凹模
14
Cr12
卸料板
凸凹模固定板
垫板
下模座
推板
D80
六、主要零件设计
1.凸、凹模零件设计
(1)刃口尺寸计算
A.刃口加工方式选择
根据凸、凹模加工方式的不同,刃口尺寸的计算方法主要分为:
分开加工法和配做法
。
考虑到分开加工法主要针对圆形或简单规则形状的冲裁件,并且模具的制造公差小,模具制造困难,成本高,而配做法工艺简单,制造容易,模具的间隙由配制保证,可适当放大基准件的制造公差,目前应用较为广泛。
故确定加工方法为配做法。
B.刃口尺寸计算
落料以凹模尺寸为基准,冲孔以凸模尺寸为基准。
因模具为复合模,要同时进行冲孔与落料。
因此要分别进行落料凹模与冲孔凸模的尺寸计算。
由手册可得,厚度为0.5mm的08F钢材的初始双面间隙取值范围为
(1)落料凹模与凸凹模外轮廓计算
工件尺寸图凹模图
由手册可得,因零件精度为IT11级,故磨损系数x=0.5
由磨损图可知,磨损后变大的尺寸代入公式
磨损后变小的尺寸代入公式
凸凹模外轮廓的尺寸,按照凹模的实际尺寸配制,保证双面间隙为0.04mm~0.05mm
(2)冲孔凸模与凸凹模内轮廓计算
工件尺寸图磨损图
由磨损图可知,磨损后变小的尺寸:
(2)凸凹模结构设计
已知冲裁件的最小壁厚为5.5mm
根据手册可得,冲裁材料厚度为0.5mm的板料的凸凹模的最小壁厚为2.5mm,故凸凹模的最小壁厚满足要求。
(3)凸模结构设计
A.凸模结构形式
圆凸模的结构形式主要分为标准圆凸模,凸缘式圆凸模,直通式凸模,由于冲裁件内孔为圆形,形状简单,冲裁力不大,故凸缘式圆凸模与直通式凸模不符合要求。
考虑到标准圆凸模的配合段占据整个凸模长度的一半,将导致凸模固定板过厚,于是决定不采用标准件,自行加工。
凸模的固定采用凸模固定板配合段定位,凸模固定板压紧的方式。
B.凸模长度计算
根据模具结构,凸模长度等于凸模固定板、限位板、凹模厚度之和。
由于凸凹模将会进入凹模板一段距离,
再加上一定的增加长度(凸模进入凹模的深度0.5mm)。
即凸模长度=h=42mm
C.凸模强度与刚度校核
由于凸模直径为7mm和16mm,冲裁的板厚为0.5mm,凸模的截面尺寸相对于板料厚度大了很多,故不需要进行强度和刚度的校核。
(4)凹模型腔结构设计
A.凹模结构形式与固定方式
凹模的结构主要分为整体式和镶拼式,由于冲裁件形状简单,尺寸较小,冲裁所用的凹模选定为整体式。
由于采用整体式的凹模版,凹模板与上模座之间采用螺钉锁紧,销钉定位。
B.凹模孔口的结构形式
凹模孔口的结构形式主要分为:
全直壁型孔、阶梯形直刃壁型孔、斜刃壁凹模。
考虑到采用倒装复合模,凹模在上模,要从凹模内进行推件,故斜刃壁凹模、阶梯形直刃壁型孔不符合要求,凹模孔口的结构形式选定为全直壁型孔。
2.卸料和顶件装置设计
(1)卸料装置设计
A.弹性元件的选用
1)初定弹簧数量n
为确保卸料平稳,拟选n=4
2)计算每个弹簧的预压力
3)由2Fy估算弹簧的极限工作载荷Fj=2Fy=1510N
由《国际标准模具弹簧ISO10243》,初选SJM32×
16×
44。
规格:
DH=32mm,Dd=16mm,h0=44mm,hj=16.3mm,Fj=1718N,n=7圈。
4)计算弹簧预压缩量
5)校核
因此,弹簧SJM32×
44是合适的
B.卸料螺钉的选用
卸料螺钉选用圆柱头内六角卸料螺钉
已知与弹簧配合的芯轴的直径为16mm,根据JB/T
7650.6-1994,选用规格为M12的卸料螺钉。
已知下模座厚度为45mm,垫板厚度为16mm,凸凹模固定板厚度为16mm,安全距离为10mm,卸料板厚度14mm。
故卸料螺钉长度L>
(16+16+10+14)mm=56mm,
L<
(45+16+16+10+14)mm=101mm
根据JB/T
7650.6-1994,选用长度为65mm的卸料螺钉。
综上,卸料螺钉的规格为M12×
65
JB/T
7650.6-1994。
(2)推件装置设计
A.推件块的设计
推件块的外轮廓与冲裁件的外轮廓一致,为了保证推件块的推出可靠,推件块与凹模配合的部分要比凹模略长1mm,即
设计推件块的凸缘部分时,要保证板料分离时,推件块离凸模固定板仍有10mm的安全距离,已知限位板厚度为16mm,推件块已比凹模厚度略长1mm,材料板厚1mm,因此凸缘的长度
要完全包络推件块外轮廓,于是将凸缘的表面尺寸设计为55×
72mm的矩形。
同时,为保证推出平稳,无偏心载荷,矩形的几何中心位于工件的压力中心。
B.推杆的设计
为确保推出的平稳,选用四根推杆,分别布置在推件块的四周。
为了推出可靠,推杆的长度要略大于推杆固定板、凸模固定板、限位板的厚度之和。
再减去推件块的凸缘厚度。
即
根据《中国模具设计大典》JB/T
7650-1994
,确定推杆的规格为6×
35。
C.推板的设计
考虑到推件块的大小与推杆的布置情况,推板选择直径为80mm,厚度为6mm的圆板。
D.弹性元件的选择
为确保卸料平稳,拟选n=6
3)由1.5Fy估算弹簧的极限工作载荷Fj=1.5Fy=1033.5N
由《国际标准模具弹簧ISO10243》,初选SJM20×
10×
25。
DH=20mm,Dd=10mm,h0=25mm,hj=12.0mm,Fj=1292N,n=2.5圈。
4)由于是进行推件的弹簧,则不需要进行校核。
七、其他零件设计
1.模柄的设计
模柄主要分为旋入式、压入式、凸缘式。
考虑到上模座的尺寸较小,而凸缘式的面积较大,故不符合要求;
并且模柄下的垫板开有推板孔,故压入式也不符合要求,所以选定模柄为旋入式模柄。
根据《最新冲压模具标准及应用手册》中JB/T
2862.2-2008,由压力机J23-16的模柄孔尺寸(直径为40mm深度为60mm)与上模座的厚度35mm,选定规格为40×
95的旋入式模柄。
由于需要设置打杆,故选择B型模柄。
其模柄孔尺寸为直径13mm,模柄高度为95mm,所以选定打杆直径为12mm,长度为120mm的打杆。
2.螺钉的选择
考虑到最小孔边距与螺钉长度,上模选择内六角螺钉M10
100,下模选择内六角螺钉M6
60。
3.圆柱销的选择
考虑到最小孔边距与螺钉长度,上模选择圆柱销M10
100,下模选择圆柱销M6
60
八、校核模具高度
为确保设计的模具能正确地安装到压力机上,需对模具进行高度校核。
模具高度等于各板的厚度加上留出的安全距离10mm与板厚0.5mm。
压力机最大闭合高度220mm,闭合高度调节量45mm。
故模具高度满足要求
九、课程总结
我觉得很荣幸能选上林老师的这门模具设计课,课上老师很认真给我们讲解了冲压技术和模具设计。
刚开始我很认真地听,也学到了很多东西。
但是由于这学期要考研,到了后面,听课就静不下心来了,所以错过了很多东西。
考研结束后,我才开始做大作业。
看着自己的图纸,由于后面讲模具设计时没有认真听讲,我设计开始时无从下手,于是去图书馆借了几本模具设计书,在往上也查了很多相关的资料,才开始按照老师的设计要求,一步步往下做。
要想完成这个作业可一点也不简单,首先,它要求有很强的机械制图能力。
我们是大一学得制图,很多东西都忘记了,所以要重新来学习下制图。
其次,要运用到很多机械设计课上的内容。
设计某个零件不能光想着能完成要求就好,还要考虑所设计零件的成本和在实际生产中是否方便实现,不能想当然的随意设计。
我在课程设计的过程中,遇到了很多实丰解决不了的问题,而书本并不总能给我最有效的解决方案,这时周围的同学们总能热情地加入到问题的讨论中,大家一起想办法,出主意,解决问题。
通过这个过程,不仅使问题得到了解决,还让我有机会掌握到许多平时被忽视的知识点,对书本的掌握又更近了一步。
虽然很认真地再做,但是由于考研,也欠了其他课的很多帐,还有其他两个大作业没有做,而且面临着马上到来的期末考试,我还有三门考试课要复习,所以考研虽然结束了,但是压力一点也没有减轻。
我深知自己的设计有很多漏洞,也有很多东西没有完成弄明白,我会在今后的时间内继续完善这个设计的。
这是我第一次完整地设计出一套模具,虽然还存在着很多问题,不能符合生产中的要求,但我相信在不久的将来,在我的认真学习积累之下,一定能做出真正实用的模具。
最后,感谢林老师和同学们给予我的帮助,课程虽然结束了,我会在课下继续学习,完善我这次的设计,做出真正实用的模具,希望老师能继续给予帮助。
参考文献
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高等教育出版社,2012
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化学工业出版社机械分社,2013
[3]杨玉英.《实用冲压工艺及模具设计手册》[M].北京:
机械工业出版社,2004
[4]肖祥芷.《中国模具设计大典:
第三卷》[M].南昌:
江西科学技术出版社,2003
[5]洪慎章.《冲模设计速查手册》[M].北京:
机械工业出版社,2012
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