方形件冲压模具设计.docx
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方形件冲压模具设计
XX学院
毕业设计(论文)
题目冲压模具设计
姓名学号
系部机电工程系
专业模具设计与制造
指导教师职称
摘要
本文通过设计方形件该零件的冲裁模.首先对冲压件进行工艺性分析,对冲压模具总体结构设计,画装配图.
冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程技术
关键字:
冲压凸模凹模模架凸凹模
Abstract
Inthispaper,throughthedesignofbendingplateofthispartoftheblankingdie.Firstofall,onthetechnicalanalysisofthestampingparts,theoverallstructureofthestampingdiedesign,drawingtheassemblydrawing.
Stampingisinstalledintheuseofstampingequipment(mainlyPress)onthemoldtoexertpressureonthematerial,toproduceplasticdeformationorseparation,toobtainthenecessaryparts(commonlyknownasstampingorpunching.)apressureprocessingmethod.Stampingisusuallyatroomtemperaturecolddeformationprocessingofmaterials,andmainlyusedtoprocesssheetmetalpartsasrequired,alsocalledcoldstampingorsheetmetalstamping.Stampingisoneofthemainmethodsofpressureprocessingorplasticmaterialsprocessing,belongingtothetechnologyofmaterialformingEngineering
Keywords:
stampingconvexdiemoldpunchanddie.
前言
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分,又是高新技术产业化的重要领域。
模具在模具,电子,轻工,汽车,纺织,航空,航天等工业领域里,日益成为使用最广泛的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中60%~90%的产品的零件,组件和部件的生产加工。
模具制造的重要性主要体现在市场的需求上,仅以汽车,摩托车行业的模具市场为例。
汽车,摩托车行业是模具最大的市场,在工业发达的国家,这一市场占整个模具市场一半左右。
汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一,汽车工业重点是发展零部件,经济型轿车和重型汽车,汽车模具作为发展重点,已在汽车工业产业政策中得到了明确。
汽车基本车型不断增加,一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元。
为了适应市场的需求,汽车将
不断换型,汽车换型时约有80%的模具需要更换。
中国摩托车产量位居世界第一,据统计,
中国摩托车共有14种排量80多个车型,1000多个型号。
单辆摩托车约有零件2000种,共计5000多个,其中一半以上需要模具生产。
一个型号的摩托车生产需1000副模具,总价值为1000多万元。
其他行业,如电子及通讯,家电建筑等,也存在巨大的模具市场。
第一章方形件的工艺分析
第一节冲压件
冲压件图如下图所示:
冲压技术要求:
1.材料:
15钢
2.材料厚度:
2.2mm
3.生产批量:
大批量
第二章零件的工艺性分析
该零件材料为15钢结构简单,抗剪强度为300mpa.形状对称,有落料,1个工序具有良好的冲压性能,适合冲裁。
工件结构相对简单,孔与孔、孔与边缘之间的的距离也满足要求.
第一节冲裁件的精度与粗糙度
冲裁件的经济公差等级不高于IT11级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级,工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较底,普通冲裁完全能满足要求。
零件图上所注公差经查标准公差表1.2为IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析:
该零件冲裁工艺性较好,适宜冲裁加工。
查公差表得各尺寸公差:
零件外形:
55
mm、14
mm、29
mm
表1.2部分标准公差值(GB/T1800.3—1998)
公差等级
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm/mm
>3~6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
>6~10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
>10~18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
>18~30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
>30~50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
>50~80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
>80~120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
第二节确定工艺方案
该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种:
冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。
由于工件比较简单,在这里只需要落料工序,所以选择单工序冲裁,单工序冲裁是在压力机的一次行程中。
第三章冲压模具总体结构设计
第一节模具类型
根据零件的冲裁工艺方案,采用落料冲裁模.
第二节导向与定位方式
导向形式:
滑动导柱导套导向
定位方式:
板料定位靠导料销和弹簧弹顶的活动挡料销完成,因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用的是导料板,无侧压装置。
控制条料的送进步距采用挡料销定距。
第三节卸料与出件方式
冲孔凸模与凸凹模冲孔,冲孔废料直接落料。
利用推件块将制件顶出。
第四节模架类型及精度
该模具采用后侧导柱模架,以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。
第四章冲压模具工艺与设计计算
第一节排样设计与计算
冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。
排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命,排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。
根据材料经济利用程度,排样方法可以分为有搭边、少搭边和无搭边排样三种,根据制件在条料上的布置形式,排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。
因此有下列三种方案:
方案一:
有搭边排样沿冲件外形冲裁,在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证,因此冲件精度高,模具寿命高,但材料利用率低。
方案二:
少搭边排样因受剪切条料和定位误差的影响,冲件质量差,模具寿命较方案一低,但材料利用率稍高,冲模结构简单。
方案三:
无搭边排样冲件的质量和模具寿命更低一些,但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较,综合考虑模具寿命和冲件质量,该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳(如图5.1所示)。
第二节搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料,称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,保证零件质量和送料方便。
搭边过大,浪费材料。
搭边过小,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲件毛刺,有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口,降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值是废料,所以应尽量取小,但过小的搭边值容易挤进凹模,增加刃口磨损。
根据制件厚度与制件的排样方法查表5.1得:
两制件之间搭边值a1=1mm
侧搭边值a=2.5mm
表5.1搭边值和侧边值
材料厚度t
手动送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1~2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2~3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3~4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4~5
4
3
5
4
6
5
5
4
5~6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
第三节进距与条料宽度计算
一、送料进距A
条料在模具上每次送进的距离称为送料进距,每个进距可冲出一个或多个零件。
A=D+a1(5.1)
式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度
a1——冲裁件之间搭边值
模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向送料方式,这主要取决于凹模的周界尺寸。
就本模具而言,采用纵向送料方式。
图5.1排样图
二、条料宽度B计算
排样方式和搭边值确定以后,条料的宽度也就可以设计出。
计算条料宽度有三种情况需要考虑:
1.有侧压装置时条料的宽度。
2.无侧压装置时条料的宽度。
3.有定距侧刃时条料的宽度。
有侧压装置的模具,能使条料始终沿着导料板送进。
图5.2有侧压装置时条料的宽度确定
本设计采用的是有侧压装置的模具。
所谓条料宽度,是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。
因条料是由板料剪裁下料而得,为保证送料顺利,规定其上偏差为零,下偏差为负值
。
其计算公式如下:
B=[D+2a]
(5.2)
式中B——条料宽度基本尺寸;
D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸;
a——侧搭边值,查表5.1;
△——条料下料剪切公差;
表5.2剪切公差△及条料与导料板之间隙C(mm)
条料厚度(mm)
条料宽度(mm)
≤1
>1~2
>2~3
>3~5
△
C
△
C
△
C
△
C
≤50
0.4
0.1
0.5
0.2
0.7
0.4
0.9
0.6
>50~100
0.5
0.1
0.6
0.2
0.8
0.4
1.0
0.6
>100~150
0.
0.2
0.7
0.3
0.9
0.5
1.1
0.7
>150~220
0.7
0.2
0.8
0.3
1.0
0.5
1.2
0.7
根据零件图查表5.2确定剪料公差及条料与导板之间的间隙△=0.6。
根据公式(5.2):
B=[D+2a+c]
=78
第四节材料利用率的计算
一、计算冲压件面积、周长
因为该工件图由多段圆弧组成,计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度,计算面积也需要准确的找到切点,诸多因素采用人工计算时计算量较大,因此采用三维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长(如图5.3)。
图5.3冲压件的周长和面积
取面积F=973.92mm2
周长L=145.99mm
二、计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。
材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示:
η=(nF/AB)×100%(5.3)
式中η——材料利用率(%);
n——冲裁件的数目;
F——冲裁件的实际面积(mm2);包括工件面积与废料面积;
B——板料宽度(mm);
A——送料进距;
根据公式(5.3):
η=(973.92×2/78×28.5)×100%
≈87.6%
由此可之,η值越大,材料的利用率就越高,废料越少。
因此,要提高材料利用率,就要合理排样,减少工艺废料。
第五章计算冲压力与压力机的初选
计算冲裁力是为了选择合适的压力机,设计模具和检验模具的强度,压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适宜冲裁的要求,普通平刃冲裁模,其冲裁力
一般可以按下式计算:
Fp=KpLtτ=Lt(6.1)
式中τ——材料抗剪强度(MPa);
L——冲裁周边总长(mm);
t——材料厚度(mm);
系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损,凸模与凹模间隙之波动,取Kp=1.3。
第一节冲裁力Fp的计算
据图5.3可得一个零件内外周边之和L=145.99mm。
查碳素结构钢的力学性能表知:
15的抗剪强度τ=216Mpa~304Mpa,取260Mpa,制件厚度t=2.2mm,则
根据公式(6.1):
Fp=KpLtτ
=1.3×2.2×145.99×260
=68833.7(N)
≈68.8(KN)
第二节卸料力Fq1的计算
Fq1=KxFp(6.2)
式中Kx——卸料力系数,查表6.1取Kx=0.05。
根据公式(6.2):
Fq1=KxFp
=0.05×68.8(KN)
≈3.44(KN)
表6.1卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
kt
Kd
钢
≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
>6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
第三节顶件力Fq2的计算
Fq2=KdFp(6.3)
式中Kd——顶件力系数。
查表6.1得Kd=0.06.
根据公式(6.3):
Fq2=KdFp
=0.06×68.8(KN)
≈4.128(KN)
第四节总的冲压力F的计算
根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2
=68.8+3.44+4.128
=76.4(KN)
选用的压力机公称压力P≥(1.1~1.3)F,取系数为1.3,则:
P≥1.3F=1.3x76.4(KN)=99.3(KN)。
4.3弯曲力的计算
本产品属于V形弯曲,由于弯曲虽然是一副模具所以在计算弯曲力时,需要计算1次,V形弯曲的计算公式如下
,弯曲力计算
F=0.6KBttδ/(R+t)(4-1)
F=0.6×1.3×22×1×600/(0.5+1)=6864N
=6.864KN
式中F——弯曲力(N);
B——产品的弯曲的宽度(mm);
δ——材料抗拉强度(MPa);(550-700MPa)
t——材料厚度;(mm)
K——系数,通常K=1.3;
第五节压力机的初选
冲裁时,压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
冲压设备属锻压模具。
常见的冷冲压设备有模具压力机。
表6.2部分常用开式压力机的主要技术参数
技术参数
单位
型号
J23-4
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-63
J23-100
滑块公称压力
KN
40
63
100
160
250
630
1000
滑块行程次数
次/mm
200
160
135
115
100
70
70
最大闭合高度
mm
160
170
180
220
250
360
360
闭合高度调节量
mm
35
40
50
60
70
90
90
立柱间距
mm
100
150
180
220
260
250
250
滑块地面尺寸
左右
mm
100
140
170
200
300
300
前后
mm
90
120
150
180
340
340
模柄孔尺寸
直径
mm
30
50
深度
mm
50
70
垫块厚度
mm
35
40
50
60
70
80
90
最大倾斜角
°
45
35
30
工作台尺寸
左右
mm
280
315
360
450
560
630
710
前后
mm
180
200
240
300
360
420
480
根据冲压力的计算和压力中心的计算,选择开式压力机的型号为J23-10。
第六章模具压力中心的确定
模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置,为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
否则,会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大磨损,模具导向零件加速磨损,降低了模具和压力机的使用寿命。
模具的压力中心,可按以下原则来确定:
1.对称零件的单个冲裁件,冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
2.工件形状相同且分布对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3.各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力作用点的坐标位置0,0(x=0,y=0),即为所求模具的压力中心。
其中
、
、
………
分别为各冲裁周边长度。
由于该零件属于对称结构,故其压力中心在其中心位置
按比例画出零件形状,选定坐标系XOY。
计算出零件压力中心为(0,0)
第七章冲裁模间隙的确定
第一节冲裁间隙Z
指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸DT的差值(如图8.1),是设计模具的重要工艺参数。
图8.1冲裁间隙
第二节冲裁间隙分析
一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值,差值越小,则精度越高,这个差值包括两方面的偏差,一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差,二是模具本身的制造偏差。
二、间隙值的确定
凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。
设计模具时一定要选择合理的间隙,以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求,所需冲裁力小、模具寿命高,但分别从质量,冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值,只是彼此接近。
考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙,只要间隙在这个范围内,就可以冲出良好的制件,这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin,最大值称为最大合理间隙Zmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大,故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。
对于尺寸精度,断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值,对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件,应以降冲裁力、提高模具寿命为主,可采用较大的间隙值。
由于理论法在生产中使用不方便,所以常采用查表法来确定间隙值。
根据间隙表8.1查得材料15的最小双面间隙Zmin=0.246mm,最大双面间隙Zmax=0.360mm
表8.1部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙
材料厚度
08、10、35、09Mn2、15
40、50
16Mn
65Mn
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
小于0.5
较小间隙
0.5
0.04
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
1.0
0.100
0.140
0.100
0.140
0.100
0.140
0.90
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
2.5
0.360
0.500
0.380
0.540
0.380
0.540
3.0
0.460
0.640
0.480
0.660
0.480
0.660
4.0
0.640
0.880
注:
08钢冲裁皮革、石棉和纸板时,取间隙的25%。
第八章凹、凸模刃口尺寸的计算
第一节刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度,模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。
正确确定模具刃口尺寸及制造公差,是设计冲裁模关键环节。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则:
1.落料件尺寸由凹模尺寸决定,冲孔尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时,以凹模为基准,间隙取在凸模上;设计冲孔模时,以凸模尺寸为基准,间隙取在凹模上。
2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损,设计落料凹模时,凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸;设计冲孔模时,凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。
3.确定冲模刃口制造公差时。
如果对刃口精度要求过高,增加成本,如果对刃口精度要求过低,会使模具的寿命降低。
若工件没有标注公差,则对于非圆形工件按国家“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理,冲模可按IT11级制造;对于圆形工件按IT6~IT7级制造。
冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注单项公差,落料件上偏差为零,下偏差为负;冲孔件上偏差为正,下偏差为零。
第二节刃口尺寸的计算
根据模具的加工方法不同,凸、凹模刃口尺寸的计算方法分为两种情况。
凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。
对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工方法。
凸模与凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。
要分别标注凸模与凹模刃口尺寸与制造公差。
为了保证初始间隙值小于最大合理间隙Zmax必须满足下列条件:
或者
、
与工件制造精度有关,可查表9.1取值:
当工件精度IT10以上,取x=1;当工件精度IT11~IT13,取x=0.75;当工件精度IT14,则取x=0.5。
表9.1磨损系数X
料厚t(mm)
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
>4
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
根据图1.1和表9.1查得磨损系数X取0.5,即X
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