落料冲孔复合模具设计.docx
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落料冲孔复合模具设计
落料冲孔复合模具设计
落料冲孔复合模具设计
绪论
模具主要类型有:
冲模,锻模,塑料模,压铸模,粉末冶金模,玻璃模,橡胶模,陶瓷模等。
除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模,因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。
(1)冲模:
冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。
冲模占模具总数的50%以上。
按工艺性质的不同,冲模可分为落料模,冲孔模,切口模,切边模,弯曲模,卷边模,拉深模,校平模,翻孔模,翻边模,缩口模,压印模,胀形模。
按组合工序不同,冲模分为单工序模,复合模,连续模。
(2)锻模:
锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。
按锻压设备不同,锻模分为锤用锻模,螺旋压力机锻模,热模锻压力锻模,平锻机用锻模,水压机用锻模,高速锤用锻模,摆动碾压机用锻模,辊锻机用锻模,楔横轧机用锻模等。
按工艺用途不同,锻模可分为预锻模具,挤压模具,精锻模具,等温模具,超塑性模具等。
(3)塑料模:
塑料模是塑料成型的工艺装备。
塑料模约占模具总数的35%,而且有继续上升的趋势。
塑料模主要包括压塑模,挤塑模,注射模,此外还有挤出成型模,泡沫塑料的发泡成型模,低发泡注射成型模,吹塑模等。
(4)压铸模:
压铸模是压力铸造工艺装备,压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型,在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。
压铸模约占模具总数的6%。
(5)粉末冶金模:
粉末冶金模用于粉末成型,按成型工艺分类粉末冶金模有:
压模,精整模,复压模,热压模,粉浆浇注模,松装烧结模等。
目前,我国17000多个模具生产厂点,从业人数五十多万。
除了国有的专业模具厂外,其他所有制形式的模具厂家,包括集体企业,合资企业,独资企业和私营企业等,都得到了快速发展。
研究和发展模具技术,对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义,模具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一,随着工业生产的迅速发展,模具工业在国民经济中的地位日益提高,并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。
东华理工大学长江学院
《冲压工艺与模具设计》
机电工程系:
材料成型专业学生姓名:
邓非学号:
06311304
设计题目柴油机排气管法兰
设计内容要求:
1.材料:
Q235,t3
2.中批量生产
3.表面涂漆
4.去毛刺
一、冲压工艺分析及模具结构类型
该冲裁件的材料为Q235钢,料厚t=3mm,该冲裁件结构简单,比较适合冲裁。
技术要求,该零件尺寸图上所有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差,属自由尺寸,因此,尺寸精度要求较低。
1工艺分析:
(1)结构;由图(1—1)可知该制件包括;冲孔、落料等工序。
从整体上看主要由冲孔、落料完成。
(2)尺寸精度;该零件尺寸图上所有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差,属自由尺寸,因此,尺寸精度要求较低。
(3)合理性;由于该制件要求中批量生产,因此可以初步断定采用复合模具设计,可采用,冲孔、落料复合模具,这样模具结构较简单。
(4)材料采用Q235钢
2方案选取
方案一:
采用复合模加工。
复合模的特点是生产率高,冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高,适合重量生产。
方案二:
级进模比单工序生产率高,减少了模具和设备数量,便于生产自动化对于孔边距较小的有利,适合大批量生产
方案三:
单冲模结构简单,制造成本低,易于加工和模具的维修,适用于小批量或试制件
比较三个方案,第一由于小孔于边缘距离太近,所以不适合连续冲孔,容易变形。
适合选用级进模,但由于精度要求低,成本上不适合。
第二生产批量上本制件是中批量生产,优先适合于复合模。
所以最后决定用1套复合模落料加冲孔,然后单工序模冲2小孔,完成制件。
二排样设计
在冲压零件的成本中,材料费用约占60%以上,因此材料的经济利用具有非常重要的意义。
冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。
排样合理与否不但影响材料的经济利用,还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。
因此,排样时应考虑如下原则:
1.提高材料利用率(不影响制件使用性能前提下,还可适当改变制件形状。
2.排样方法使应操作方便,劳动强度小且安全。
3.模具结构简单、寿命高。
4.保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
根据零件实际情况,采用有废料排样法:
如,沿制件的全部外形轮廓冲压,在制件之间及制件与条料侧边之间,都有工艺余料(称搭边存在。
因留有搭边,所以制件质量和模具寿命较高,但材料利用率降低。
排样方式的确定:
排样方式
概念
优缺点及适用范围
有废料
排样
沿零件的全部外形冲压四周有一定的余量
这样排样材料利用率较低,但制件质量和精度均能得到保证,冲模的寿命相应提高,多用于形状复杂制件精度要求较高的制品冲压
少废料
排样
沿制件部分外形冲压,也就是
只能有一个。
这种排样材料利用率较高,具有一次能冲压多个制件和简化模具结构降低冲压力等优点。
但只能保证一个方向的制件精度。
无废料
排样
在整个冲压过程中只有料头料尾和结构废料。
这种排样材料利用率最高但制件的冲压精度差,多用于冲压精度要求不高,且比较贵重的材料冲压。
表1搭边a和a1数值(低碳钢
材料
厚度t
圆件及r>2t的圆角
矩形件边长l<50mm
矩形件边长l>50mm或圆角r<2t
工件间a1
侧面a
工件间a1
侧面a
工件间a1
侧面a
0.25
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
1.6
1.2
1.5
1.8
2.0
2.0
2.2
2.0
1.5
1.8
2.0
2.2
2.2
2.5
2.5
1.8
2.2
2.2
2.5
2.5
2.8
3.0
2.2
2.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.2
3.5
4.0
3.0
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
5.0~10
0.6t
0.7t
0.7t
0.8t
0.8t
0.9t
表4-2各材料搭边系数
材料
系数
材料
系数
中等硬度的钢
硬钢
青铜及硬黄铜
硬铝
0.9
0.8
1~1.1
1~1.2
软黄铜
铝
非金属(皮革、硬纸板)
1.2
1.3~1.4
1.5~2
查表1得:
两工件间的搭边:
a1=2.2mm
工件边缘搭边:
a=2.5mm
条料宽度B=(D+2a)MM
式中:
B——毛坯宽度的基本尺寸(mm;
D——毛坯宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm;
a——侧面搭边,查表1(mm;
毛坯宽度B=74+2.5*2=79(mm
步距=32+2.2=34.2mm
三、材料利用率
在冲压零件的成本中,材料费用约占60%以上,因此材料的经济利用具有非常重要的意义。
冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。
不合理的排样会浪费材料,衡量排样经济性的指标是材料的利用率,可用下式计算:
η=F/F0×100%=F/AB×100%
式中
η——材料利用率;
F——工件的实际面积;
F0——所用材料面积,包括工件面积与废料面积;
A——送料进距(相邻两个制件对应点的距离;
B——条料宽度。
材料利用率η=F/F0×100%=F/AB×100%
η=1240.7/2701.8*100%
=45.9%
四、冲裁力与压力中心计算
1、冲裁力
计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、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,以适应冲裁的需求。
普通平刃冲裁模,其冲裁力P一般可按下式计算:
FP=KptLτ
式中τ——材料抗剪强度
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(数值的变化或分布不均、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数,一般取1.3。
当查不到抗剪强度τ时,可用抗拉强度σb代替τ,而取Kp=1的近似计算法计算。
当上模完成一次冲裁后,冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内,模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。
为了使冲裁工作继续进行,必须将箍在凸模上的材料料刮下,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。
从凸模上刮下材料所需的力,称为卸料力;从凹模内向下推出制件或废料所需的力,称为推件力。
影响卸料力、推件力的因素很多,要精确地计算是困难的。
在实际生产中常采用经验公式计算:
卸料力F卸=K卸*F落
推件力F推=nK推*F落
式中P——冲裁力(N;
K——卸料力系数,其值为0.02~0.06(薄料取大值,厚料取小值;
K1——推料力系数,其值为0.03~0.07(薄料取大值,厚料取小值;
K2——顶件力系数,其值为0.04~0.08(薄料取大值,厚料取小值;
n——梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t;
h——直刃口部分的高(mm;t——材料厚度(mm。
卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。
总冲压力=F落+F卸+F推+F冲=165.2+6.6+16.5+55.14=243.44KN
2、压力中心计算
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
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。
对于带有模柄的冲压模,压力中心应通过模柄的轴心线。
否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨之间产生过大的磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心,可按下述原则来确定:
(1)对称形状的单个冲裁件,冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
(2)工件形状相同且分布位置对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
(3)形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心
工件图如下:
由此工件可知压力中心为模具中心。
五、凸模与凹模刃口尺寸的计算
1、冲裁模刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度,模具的合理间隙值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其制造公差,是设计冲裁模主要任务之一。
从生产实践中可以发现:
(1)由于凸模、凹模之间存在间隙(冲裁间隙,即指冲裁凸模合凹模刃口之间的距离,也就是凸模工作部分和凹模工作部分之间的尺寸差,使落下的料或冲出的孔都带有锥度,且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸,冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
(2)在测量与使用中,落料件是以大端尺寸为基准,冲孔孔径是以小端尺寸为基准。
(3)冲裁时,凸模、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦,凸模愈磨愈小,凹模愈磨愈大,结果使间隙越来越大。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则:
(1)落料件尺寸由凹模尺寸决定,冲孔时孔的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,以凸模为基准,间隙取在凹模上。
(2)考虑到冲裁中凸模、凹模的磨损,设计落料模时,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,凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
这样,在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下,仍能冲出合格制件。
凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值。
2、刃口尺寸的计算方法
由于模具加工方法不同,凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同,刃口尺寸的计算方法可分为二种情况。
|δp|+|δd|≤2cmax-2cmin
也就是说,新制造的模具应该是|δp|+|δd|+2cmin≤2cmax。
否则制造的模具间隙已超过允许变动范围2cmin~2cmax,影响模具的使用寿命。
若|δp|+|δd|>2cmax-2cmin,可取δp=0.4(2cmax-2cmin,δd=0.6(2cmax-2cmin作为模具的凸模、凹模的制造偏差。
常用凹模洞口类型为直筒式刃口凹模。
其特点是制造方便,刃口强度高,刃磨后工作部分尺寸不变。
广泛用于冲裁公差要求较小,形状复杂的精密制件。
但因废料或制件在洞壁内的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力,给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。
一般复合模和上出件的冲裁模用a、c型,下出件的用b或a型。
d、e型是锥筒式刃口,在凹模内不聚集材料,侧壁磨损小。
但刃口强度差,刃磨后刃口径向尺寸略有增大(如α=30o时,刃磨0.1mm,其尺寸增大0.0017mm。
凹模锥角α、后角β和洞口高度h,均随制件材料厚度的增加而增大,一般取α=15′~30′、β=2°~3°、h=4~10mm。
1.落料:
设工件的尺寸为D0-△,根据计算原则,落料时以凹模为设计基准。
首先确定凹模尺寸,使凹模基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸,再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2cmin。
凹模制造偏差取正偏差,凸模偏差取负偏差,其计算公式如下:
凹模
凸凹模
凸模偏差取:
上偏差-0.01,下偏差-0.02
凹模偏差取:
上偏差+0.15,下偏差0.1
2.冲孔:
设冲孔尺寸为d+△0,根据以上原则,冲孔时以凸模设计为基准,首先确定凸模刃口尺寸,使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸,再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2cmin。
凸模制造偏差取负偏差,凹模取正偏差。
其计算公式如下:
在同一工步中冲出制件两个以上孔时,凹模型孔中心距Ld按下式确定:
式中:
Dd—落料凹模基本尺寸(mm;
Dp—落料凸模基本尺寸(mm;
Dmax—落料件最大极限尺寸(mm;
dd—冲孔凹模基本尺寸(mm;
dp—冲孔凸模基本尺寸(mm;
dmin—冲孔件孔的最小极限尺寸(mm;
Ld—同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm;
Lmin—制件孔距最小极限尺寸(mm;
△—制件公差(mm;
2cmin—凸模、凹模最小初始双面间隙(mm;
δp—凸模下偏差,可按IT6选用(mm;
δd—凹模上偏差,可按IT7选用(mm;
当制件公差为IT10以上,取x=1
当制件公差为IT11~IT13,取x=0.75
当制件公差为IT14以下时,取x=0.5。
系数x
材料厚度t(㎜
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差Δ
<1
1~2
2~4
>4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.44
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
冲孔凸模
六.闭合高度
冲模的闭合高度Hm是指模具在最低工作位置时,上模板的上平面与下模板的下平面间的距离。
冲模的闭合高度应与压力机的装模高度相适应。
压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时,滑块底面到工作台垫板之间的距离。
压力机的长度一般是可以调节的,所以装模高度也是可调的。
当连杆调至最短时,压力机的装模高度称最大装模高度Hmax,连杆调至最长时的装模高度称为最小装模高度Hmin
所以H模=上模板厚度+凸模固定板厚度+弹簧压缩长度+卸料板厚度+凹模厚度+下模板厚度+材料厚度2-弹簧在固定板和卸料板间的距离
182mm
七、定位零件的设计
为保证冲裁出外形完整的合格零件。
毛坯在模具中应该有正确的位置。
正确位置是依靠定位零件来保证的。
由于毛坯形式和模具结构不同,所以定位零件的种类很多。
设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。
定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。
(一挡料销
国标中常见的挡料销有三种形式。
固定挡料销活动挡料销和始用挡料销。
固定挡料销安装在凹模上,用来控制条料的进距。
特点是结构简单,制造方便。
由于安装在凹模上,安装孔可造成凹模强度的削弱。
常用的有圆形和钩形挡料销。
活动挡料销常用于倒装复合模中。
始用挡料销用于定位
八、弹簧的选用
弹簧属标准件,在模具中应用最多的是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。
这里是采用圆柱螺旋压缩弹簧。
选择原则:
1.簧必须满足预压力的要求:
2.装置顶件装置一般是弹性的。
其基本组成有顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器,弹顶器可以做成通用的,其弹性元件是弹簧或橡胶,这种结构的顶件力容易调节,工作可靠,冲件平直度较高。
推件块或顶件块在冲压过程中是在凹模中运动的零件,对它有如下要求:
模具处于闭合状态时,其背后有一定空间,以备修磨和调整的需要;模具处于开启状态时,必须顺利复位,工作面高出凹模平面,以便继续冲压;它与凹模和凸模的配合应保证顺利滑动,不发生互相干涉。
为此,推件块和顶件块与凹模为间隙配合,其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造,也可以根据板料厚度取适当间隙。
推件块和顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合,也可以根据板料厚度取适当间隙。
所选弹簧必须满足预压力要求:
所选弹簧必须满足最大许可压缩量的要求
查有关弹簧规格,选弹簧规格为TM20X9X30
九、模架及成型设备的选用
9.1模架的选用
与钢板模架。
其特点如下:
导柱模模架根据导套与导柱的摩擦性质可分为,滑动和滚动导向两种,为保证模架的一定精度国际上规定导柱导套的配合精度上模座上平面对下模座下平面的平行度。
导柱轴心线下模座下平面的垂直度。
滑动导向模座根据导柱安装位置不同可以分以下几种,其中对角导柱模架,中间导柱模架,四导柱模架,导向装置都安装在模架的对称线上,传动平稳,导向正确可靠,多用与精度较高的模具。
后侧导柱模架的导向装置在后侧送料比较方便。
滚动导向模架;其特点是导向精度高运动刚性好使用寿命长。
导板模模架:
作为凸模导向用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构。
凸模与固定板是间隙配合,因而凸模在固定板中有一定的浮动量。
导柱导套应注意导柱导套的配合间隙必须小于冲压间隙
为送料方便:
该模具采用后侧导柱模架。
9.2冲床的选用
根据总冲压力与模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J21-200冲床,并在工作台面上备制垫块。
冲压设备规格的选择
在选择冲压设备的类型后,应经一部根据冲压中所需要的冲压力(包括卸料力、压料力等),变形功以及模具的结构形式和闭合高度,外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。
(1工称压力
压力机的工称压力,是指压力机滑块下止点前某一特定距离,即压力机的曲柄旋转至离下止点前某一特定角度(称为、公称压力角,约为30度)时,滑块上所容许的最大工作压力,根据曲柄连杆机构的工作原理可知,压力机滑块的压力在全行程中不是常数,而是随曲柄转角的变化而变化的。
因此选用压力机时,不仅要考虑工称压力的大小,而且还要保证完成冲压件加工时的冲压工艺曲线必须在压力机滑块的许用负荷曲线之下。
一般情况下,压力机的工称压力应大于或等于冲压工艺的总工艺力的1.3倍。
在开式压力机上进行精密冲才时,压力机的工称压力应大于冲压总工艺的2倍。
(2滑块的行程
压力机的滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离,压力机行程的大小应能保证毛胚或半成品的放入一继成型零件的取出。
一般冲裁,精压工序所需的行程较小,弯曲,拉深工序则需要较大的行程。
拉深件所用的压力机。
其行程至少应大于或这等于成品零件高度的2.5倍以上。
其主要工艺参数如下:
型号J21-200
计量单位台
重量15800(kg)
主电机功率18.5(kw)
公称压力2000(kn)
滑块行程180(mm)
行程次数40(次/min)
最大装模高度360(mm)
喉口深度400(mm)
工作台尺寸1200×780×140(mm)
滑块底面尺寸700×500(mm)
模柄孔尺寸φ70×80(φmm*mm)
十、模具的调试
模具在式冲过程中,常见的问题产生原因及调整方法如下:
1.送料不通畅或被卡死:
其原因是导料销之间尺寸过小或凸模与卸料板之间间隙过大使得搭边翻钮。
调整方法有:
修整或重装导料板根据情况采取措施减小凸模与导料板之间的距离。
2.卸料不正常或退不下料,其原因有装配不正常导致卸料装置不能动作,弹簧的弹力不足,卸料板行程不足,调整方法:
修整卸料板或重新装配,更换弹簧,加深卸料螺钉的沉孔深度。
3.制件的毛刺较大,其原因是刃口不锋利或翠火硬度低,凸凹模间隙过大或间隙不均,调整方法有修模工作部分的刃口,重新调整凸凹模间隙使其均匀。
4.凸凹模刃口相碰,其原因可能是上下模座固定板凹模垫板安装面不平行,凸凹模错位凸模导柱等零件安装不垂直
调整方法有修整有关零件,重新装上下模,重新安装凸凹模使之对正,
冲孔(开试双柱可倾冲床J23-63)
十一、冲压工艺规程
在冲压工艺分析和技术经济分析的基础上根据冲压件的特点确定冲压工艺方案。
冲压工艺方案可分为单工序冲压、复合冲压和级进冲压。
单工序冲压是在压机一次行程,在模具单一的工位中完成单一工序的冲压;复合冲压是在压机一次行程中,在模具的同一工作位置同时完成两个或两个以上的冲压工序;级进冲压是把冲压件的若干个冲压工序,排列成一定的顺序,在压机一次行程中条料在冲模的不同工序位置上,分别完成工件所要求的工序,在完成所有要求的工序后,以后每次冲程都可以得到一个完整的冲压件。
组合的冲压工序比单工序冲压生产效率高,获得的制件精度等级高。
1.冲压工序的组合
冲压组合方式的确定应根据下列因素决定。
(1)生产批量小批量与试制采用单工序冲压,中批和大批量生产采用复合冲压或级进冲压。
(2)工件尺寸公差等级复合冲压所得到的工件尺寸公差等级高,因为它避免了多次冲压的定位误差,并且在冲压过程中可以进行压料,工件较平整。
级进冲压所得到的工件尺寸公差等级较复合冲压低,在级进冲压中采用导正销结构,可提高冲压件精度。
(3)模具制造、安装调整和成本对复杂形状的工件,采用复合冲压比采用级进冲压为宜。
因模具制造、安装调整较易,成本较低。
(4)操作方便与安全复合冲压出件或清除废料较困难,工作安全性较差。
级进冲压较安全。
综合上述分析,对于一个工件,可以得出多种工艺方案。
必须对这些方案进行比较,选取在满足工件质量与生产率的要求下,模具制造成本低、寿命长、操作方便又安全的工艺方案。
根据冲压件确定工艺规程:
冲孔(开试双柱可倾冲床J23-63)
落料(开试双柱可倾冲床J
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- 冲孔 复合 模具设计
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