冷冲压模具设计要点.docx
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冷冲压模具设计要点
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7结论
26
致谢
27
参考文献
28
附件清单
29
前言
冷冲模是冲压加工工艺的装备之一,被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以
及在国防工业中。
冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复
杂零件,适合大批量生产的优点,在某些领域已取代机械加工,并正逐步扩大其工艺范围。
因此,冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。
但同时,冲压技术的推广受到投入成本低,模具成本高,不适应中小生产规模的特点。
但是总的说来,随着我国经济实力的进一步加强,模具行业,包括冷压模一定会得到更普及地应用。
随着冲压工艺的广泛应用于国民经济中,再加上随着数控技术和机械
CAD/CAM的发展,冷冲模的发展和迅速。
它以生产率高、成本相对低廉被广泛应用。
外国的冲压模发展水平相当高,无论是设计还是制造,都达到较高的水平。
以精确的定位,合理的工艺,连续加工精度很高的薄臂零件。
而国内模具行业的起步较晚,基
本上以单模为主,因此,加工精度够高。
冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。
冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。
因此它是一门综合性很强的学科。
经过了三个多月的学习,设计,绘图,我学会了冲裁的机理,冲压的基本理论;
理解了冲裁力,卸料力等工艺参数的确定;熟悉了冲裁模的结构,内部的结构零件及其设计的控制点;同时对于弯曲模、冲孔模、拉深模、落料模的结构能够熟悉了解。
电机碳刷架的加工包括了冲孔、落料、和弯曲的加工。
通过对冲孔模、落料模、
弯曲模的学习,分析和比较了各加工工艺技术方案,完成了模具总体的结构分析,进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算。
绘制了装配草图并进行零部件初步选用设计,然后确定外形尺寸,选择冲压设备,绘制总的装配图和非规范的零件图。
落料和冲孔都属于冲裁模。
冲裁模是从条料、带料或半成品上使材料烟规定的轮廓产生分离的模具,随着科学技术的发展,冲压技术也向高速化、自动化、精密化的方向发展。
冲裁模一般分为简单模、级进模、和复合模。
简单模在国内应用比较广
泛,它是在压力机的冲压行程中完成一次冲裁工艺。
简单模也分为无导向简单模、导板式简单模,和导柱式简单模;级进模是在单工序冲模基础上发展的一种多工序、高
效率冲模。
在压力机一次冲程中,级进模在其有规律排列的几个工位上分别完成一部
分冲裁工艺,在最后工位冲出完整的工件。
由于级进模是连续冲压,因此生产效率高,适用于大规模生产,但是因为其结构复杂,定位要求比较严格,因此说制造成本高。
复合模是指在压力机的一次冲压行程中,经一次送料定位,在模具的同一部位可以同时完成几道冲裁工序的模具称为复合模。
复合模同连续模一样,也是在简单模的基础上发展的一种较先进的模具。
与连续模相比,冲裁模冲裁件的位置精度高,对条料的定位精度要求低,复合模的轮廓尺寸较小。
复合模虽然生产效率高,冲压件精度高,
但模具结构复杂,制造精度要求高,适用于生产批量大,精度要求高,内外形尺寸差较大的冲裁件。
电机的炭刷架的材料是冷轧钢板,适用于冷冲压加工。
如何去安排合理的加工
工艺,确保生产的效率最高,同时也能满足零件的加工要求。
这是整个设计的重点。
在该零件的加工中,包括了冲孔,落料,以及弯曲等冷冲加工。
冲孔属于冲裁加工的
一种。
冲裁模的结构比较简单,冲裁过程分为弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂分
离阶段。
其断层直接关系到冲裁加工质量的好坏,一般的,断面分为四个特征区,即
圆角带,光亮带,断裂带,和毛刺。
我们必须有合理的冲裁模的间隔来保证良好的特
征带的分布。
冲裁模有刃口尺寸、冲裁力等工艺参数的确定。
在设计电机炭刷架的冲
孔和落料加工时,须首先确定其力学性能,然后设计主要零件,完成结构草图,最后
完成装配图。
弯曲是将金属材料完成一定的角度、曲率和形状的冲压工艺方法。
通常弯曲加工的材料有板料、棒料、管材和型材。
弯曲有回弹的现象,因此回弹会降低弯曲件的
精度,是在弯曲加工中不易解决的问题,因此在设计的时候必须考虑这个问题,例如可以考虑通过利用回弹规律补偿回弹,改变弯曲变形区应力状态校正回弹等。
在了解了弯曲加工的特点及工艺参数后,安排了炭刷架的合理的工序,熟悉各种模具结构。
进而完成零件设计和结构设计,绘制零件工作图。
在冲压模的设计过程中,还必须考虑到模具的成本,因此在进行选材,结构设计时,
必须尽量不去设计形状复杂的结构,同时采用镶嵌式代替整体式的结构。
针对模具的定位要求高的特点,在零件的设计中必须要有比较高的加工精度要求。
总的一句话,
必须在有高的模具寿命和满足加工精度要求的基础上,尽量降低模具材料的成本,简化模具的结构,这样才能有利于这个行业在我国的发
1确定件的工序技术方案
根据工件的形状.材料.厚度及实际加工的需要,生产工件的工序
过程如下:
1.从板料上冲出落料件(该落料件即为弯曲体的展开图的外轮廓形体。
根据弯曲体的展开尺寸,设计出冲模,将所需工件冲下。
所冲工件如图所示:
2.第一次冲孔,冲五个间距要求不太高的圆孔。
(这五个圆孔如上图所示的五处分布)。
3.第二次冲孔,冲方孔。
4.第一次弯曲,选弯曲复杂部分,即如上图所示的a.b部分。
5.第二次弯曲,弯曲两边,即U形弯曲。
弯折线如上图中虚线所示。
6.第三次弯曲,弯曲中间,弯折线如上图红线所示。
7.第三次冲孔,此乃最后一道工序,因为此两孔间距要求较高,如果放在其它工序中冲,则可能影响定位要求,故最后工序冲此两孔比较合适。
2弯曲件的展开尺寸
2.1
长度方向上的计算:
表2-1
r/t
0.25
0.3
0.4
0.5
K
0.31
0.32
0.35
0.37
根据r/t=0.25查表2-1[9]得此中性层系数k=0.31。
∴L圆弧=2πΨP/360°
=
ЛΨ(r+kt)
=90
Л(0.5+0.31×2)
=1.7627(mm)
L直线=10.5+9+14.5++34×2
=102(mm)
∴长度方向上展开总长度为:
4L
圆弧+L直线=4×1.7627+102=109(mm)
2.2
宽度方向上的计算:
根据r/t=0.5查表2-1[9]得中性层系数k=0.37
∴L圆弧=ЛΨ(r+kt)/180°
=90Л(1+0.37×2)
=2.7318(mm)
L直线=11+10=21(mm)
∴L1=L直线+L圆弧=21+2.731823.73(mm)另一边:
L直线=11+31=42(mm)
∴L2=L直线+L圆弧=42+2.7318=44.73(mm)
3落料模的设计
3.1冲裁件的工艺性
3.1.1冲裁体的精度应该在经济范围内进行选择,在本冲裁中,属于一般性常见的普
通冲裁,因此精度应选择在IT12~IT14极
[9]
)。
(P41
3.1.2毛刺
毛刺的高度与冲裁方式,材料,厚度有关,正常冲裁中的毛刺高度为:
a
b
试模时≤0.05mm
生产时≤0.15mm
3.2冲裁间隙
确定冲裁间隙的原则是:
落料时,因制件尺寸随凹模尺寸而定,故间隙应在减小凸模尺寸上取得;冲孔时,因孔的尺寸随凸模尺寸而定,故间隙应在增大凹模尺寸的方向上取得。
根据经验公式确定合理冲裁间隙:
[9]
c=mt
冲裁间隙系数m=20%
∴c=mt
=20%×2
=0.4(mm)
3.3凸凹模工作尺寸制造公差的确定
3.3.1凸凹模尺寸计算应遵循如下原则:
落料时,先确定凹模刃口尺寸,其大小应取接近或等于制件的最小极限尺寸,以保证凹模在磨损到一定的尺寸范围内也能冲出合格制件。
凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙。
3.3.2凸凹模的工作尺寸的计算:
弯曲体的展开图的形状比较复杂,材料厚度不太厚,因此,凸凹模的工作尺寸应配
合加工法进行计算。
冲裁凸凹模间隙如下:
Zmax=0.36mm
Zmin=0.246mm
未注公差的按IT14级计算
当尺寸为23.73mm时,公差为0.52mm,x=0.5。
当尺寸为12mm时,公差为0.43mm,x=0.5。
当尺寸为44.73mm时,公差为0.62mm,x=0.5。
当尺寸为9.5mm和9.73mm时,公差为0.36mm,x=0.5。
当尺寸为13.76mm时,公差为0.43mm,x=0.5。
当尺寸为R5时,公差为0.3mm,x=0.75。
当尺寸为109mm时,公差为0.87mm,x=0.5。
当尺寸为12mm时,公差为0.43mm,x=0.5。
其余x=0.75
用配合加工法时,应当以凹模为基准,凹模尺寸的计算公式如下表:
尺寸分类
凹模魔损后
制件尺寸
尺寸变化
落Ⅰ
增
大
D0
Ⅱ
减
小
d
料
0
Ⅲ
不
变
L
±Δ/2
凸模尺寸
按凹模尺寸配合加工保证双面间隙
凹模尺寸
δ凹
D凹=(D-x)0
D凹=(d+x)0δ凹
L凹=L±δ凹/2
注:
取δ凹=/4
∴参照上表,本设计落料凹模的计算结果如下表:
凹模磨损
制件按入体原
计算
后尺寸变化
则变化后尺寸
公式
增
120
0.043
D凹=
0(D-Xδ)
23.730.52
0
44.730.62
4
0
大
0.3
0
28.30.2
5.500.3
52.500.2
计算凹模尺寸
0.43/4
D凹=(12-0.5×0.43)0
0.11
0.11
11.790
=11.79
0
D凹=(23.73-0.5
×0.52)0
0.52/4
0.13
23.47
0
0.13
=23.47
0
D凹=(44.73-0.5
×0.62)0
0.62/4
0.155
0.155
44.420
=44.42
0
D凹=(4-0.75×0.3)0
0.3/4
0.08
0.08
3.780
=3.78
0
D凹=(28.3-0.2
×0.75)0
0.2/4
0.05
28.2
0
0.05
=28.2
0
D凹=(5.5-0.75
×0.3)0
0.3/4
0.08
0.08
5.280
=5.28
0
D凹=(52.5-1×0.2)0
0.2/4
0.05
0.05
52.30
=52.3
0
9.50
0.36
D凹=(9.5-0.75×0.36
)00.36/4
0.09
0.09
9.230
=9.23
0
50
0.3
D凹=(5-0.75×0.3)0
0.3/4
0.08
0.08
4.780
=4.78
0
不
13.545±0.215
L凹=13.545±0.43/8
13.5±0.05
L凹=L±
=13.5±0.05
变
18±0.15
δ凹/2
L凹=18±0.3/8=18±0.0375
18±0.0375
落料凸模的基本尺寸与凹模相同,但不必标注公差。
注明:
以0.246~0.36mm间隙配制。
3.4冲裁力、卸料力和推件力的计算:
3.4.1冲裁力的计算
F
冲=1.3τLt[1]
[9]
),取τ=300。
τ=260~360(P19
L为工件的周长L=304.92(mm)。
∴冲裁力F冲=1.3τLt
=1.3×300×304.92×4
=237837.6(N)
3.4.2卸料力的计算:
表3-1
双面间隙
K
K
卸
推
(6~10)%t
0.02~0.04
0.04~0.06
(12~18)%t
0.015~0.03
0.03~0.05
(20~24)%t
0.01~0.02
0.02~0.03
F
[9]
卸=K卸F冲
查表3-1[9]K卸=0.02
∴F卸=K卸F冲
=0.02×237837.6
=4756.75(N)
3.4.3推件力的计算:
F
[9]
推=K推F冲
查表3-1[9]取K推=0.03
∴F推=K推F冲
=0.03×237837.6
=7135.128(N)
3.5排样、搭边与料宽
3.5.1排样
排样就是在板料、条料或带料上的布置方法,称作排样。
排样是否合理,影响到材料的利用率、冲模结构、冲裁件的质量和生产率。
根据所冲的落料件的形状采用搭边排样中的斜对排,一模冲两件。
其排样图如装配图中的排样所示,工件的最长边与横向的方向的角度为10.25°。
3.5.2搭边
搭边是指排样时制件与制件之间、制件与毛刺坯侧边之间多余的料。
其作用是补
偿定位误差,使条料在送进时有一定的刚度,以保证送料的顺利进行,从而提高制件的质量。
根据材料的厚度t=2由[9]查得工件与工件之间的搭边值a=2mm,工件与料边的搭边值为a=2.2mm。
3.5.3条料宽度的确定:
B=109COS10.25°+2×44.73×sin10.25°+2×2.2=130(mm)
由于两边是采用侧刃控制送料步距,所以适当放宽,条料的宽度采用132.2mm
3.6凸、凹模的设计
3.6.1凸模的设计
a.固定部分:
由于所冲工件形状较复杂,并且要求具有防转要求,所以固定部分根据要求,设
计成如图所示的形式,这样,不仅解决了防转问题,而且还节约了材料。
b.台阶部分
起防止凸模被拉下的作用,即承受卸料力的作用,其尺寸在此固定部分长2~3mm左右。
c.工作部分
工作部分的尺寸前面已标注。
由于其形状复杂,加工时采用仿形刨。
d.凸模长度的计算
L=h1+h2+h3+h
其中:
L为凸模长度
h1为凸模固定板厚度,取25mm。
h2为卸料板厚度,取15mm。
h3为导料板厚度,取5mm。
h为附加长度,一般取10~20mm,这里取12mm∴凸模总长
L=h1+h2+h3+h
=25+15+5+12
=57(mm)
3.6.2凹模的设计
根据工件的形状、大小以及一模冲两件的特点来选择凹模的形状,由于中小型凹模常采用整体式凹模,只有大型凹模通常选用镶拼式,本落料模系中小型,所以选取整体式凹模。
此处省略NNNNN
NNNNNNN
NNNN
NNN
NN
字
6.1.2最小弯曲半径
弯曲件的最小弯曲半径与材料的力学性能、硬化程度、纤维方向、表面质量等因素有关。
其值:
[10]
r=0.1t=0.2×2=0.2mm
6.1.3弯曲件直边高度
如上图所示的弯曲件,直边高度为H=33mm,满足H〉2t=2×2=4mm,所以符合弯曲条件。
弯曲件孔边距离为15.5,最小孔边距为S=2.2mm,15.5远大于最小孔边距,不处于
弯曲变形区内,因此,弯曲基本不影响小孔的精度和形状。
6.1.4弯曲件的精度
(1)弯曲件的角度公差为±2°。
(2)弯曲件的直线尺寸公差为IT14级。
6.2弯曲件的回弹
回弹是指金属材料在塑性弯曲时总是伴随着弹性变形,因此,当弯矩去掉之后,弯曲件的弯曲角与弯曲半径变的与模具尺寸不一致,回弹值通常以回弹角Δα表示。
Δα=α-α0
其中:
α:
表示回弹后制件的实际角度;
α0:
表示模具的角度
6.2.1影响回弹的因素
(1)材料的力学性能与弹性模数成反比;
(2)相对弯曲半径r/tr/t大则回弹角大;
(3)弯曲中心角αα愈大,则Δα愈小;
(4)弯曲方式校正弯曲比自由弯曲回弹角小;
(5)制件形状U形件回弹小于V形件。
6.2.2回弹角的大小
在实际设计时,通常按实验的数据来修正,或经试冲后再修正。
∵该弯曲为U形弯曲,且为自由弯曲
∴回弹角为Δα=2°[10]。
6.2.3减小回弹的措施
因为本弯曲件形状已设计好,所以,常常就以以下几个方面采取措施:
(1)弯曲工艺方面
压弯前将坯料进行退火处理。
(2)在模具结构方面:
a.补偿回弹;
b.增加压料力或减小凸凹模之间的间隙的方法减少回弹;
c.弯曲时在弯曲件的端部加压的方法,不但能获得精确的弯曲高度,而且能减小回弹。
6.3弯曲力的计算
6.3.1弯曲力的大小通常采用经验公式
∵该弯曲为U形自由弯曲
2
∴弯曲力采用公式F=0.7KBtбb/(r+t)
B为弯曲件的宽度为12
t为厚度为2
r弯曲件的内弯曲半径为0.5
бb为材料的抗拉强度,其值为400MPa
K为安全系数,一般取K=1.3
∴弯曲力F=0.3KBt2бb/(r+t)
=0.7×1.3×12×22×400
=6.9888(KN)
6.3.2顶件力或压料力F1
顶件力一般取自由弯曲力的30%~80%,现取自由弯曲力为50%。
∴顶件力F1=0.5×6.9888=3.4944(KN)
6.3.3弯曲时压力机公称压力的确定
F压≥F自
=6.9888+3.4944
=10.4832(KN)
6.4弯曲模的间隙
U形件弯曲时,凸凹模间隙的大小对弯曲件质量有直接影响,过大的间隙会引起
较大的回弹,过小的间隙会使制件厚度变薄,增加模具的磨损。
因此必须确定合理的间隙值。
凸凹模的合理间隙值可按下式进行计算:
Z/2=t++ct
其中:
Z/2—弯曲凸、凹模单边间隙;
t—坯料厚度;
—坯料厚度正偏差;
C—根据弯曲件高度H和弯曲线长度L决定的系数,这里取C为0.04。
∴t=2,为零,C为0.04
∴Z/2=2+0.04×2=2.08mm
6.5弯曲模工作部分尺寸计算
6.5.1凸模圆角半径rp
若弯曲件的内侧半径r≥rmin(材料所允许的最小弯曲半径,见《冷冲模及塑料成型工艺与模具设计资料》表1-3-1),则应取rp=r
∴凸模圆角半径rp=r=0.5mm
6.5.2凹模圆角半径rd及凹模深度L0
(1)凹模圆角半径
凹模
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