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河南工业职业技术学院毕业论文题目止动件冲压模具设计与制造前言冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工据国际生产技术协会预测,到本世纪中,机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工因此,冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用目前,我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大本次设计是参考了众多参考文献及专业资料的规范要求编写而成本设计主要介绍止动件的冲压工艺分析和落料冲孔模结构设计过程本设计共分五章,主要包括止动件材料工艺分析和成形性能、冲压工序特点和工艺计算、模具总体结构设计、模具主要零件结构设计及工艺性分析、主要零件工艺过程的制订和主要工序的制订等另外,还附有毕业设计任务书、论文评阅表、答辩小组成员表、部分模具零件冲压工艺过程卡、装配图一张、零件图四张等摘要目前,我国冷冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大此次毕业设计产品为止动件,首先对止动件的冲压工艺进行了分析,冲压工艺方案及模具结构类型的进行了确定,并进行了必要的冲压工艺参数计算,介绍了止动件落料冲孔复合模结构设计的要点,模具定位零件、卸料与推件装置的设计,标准模架和导向零件的选用,模具主要工作零件的制造工艺和装配工艺的过程,模具的总装配、试模、润滑及模具使用注意事项等内容随着工业产品质量的不断提高,冲压产品生产正呈现多品种、少批量,复杂、大型、精密,更新换代速度快的变化特点,冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展为适应市场变化,随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计(CAD)、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术转变在本次毕业设计中利用计算机辅助设计(CAD)绘制模具主要工作零件图和模具的总装配图,运用了数控切削加工、数控线切割电加工等先进加工技术是一次对所学知识的全面总结和运用,是巩固和加深各种理论知识灵活运用的实践过程通过毕业设计,可以很好的培养独立分析,独立工作的能力,为毕业以后走上工作岗位从事本技术工作打下良好的基础关键词止动件冲压工艺落料—冲孔复合模模具设计与制造目录前言I摘要II设计课题1绪论21冲压工艺设计
31.1工艺设计内容32止动件工艺分析及计算
42.1止动件的工艺设计
52.2排样的设计及计算
62.3冲裁力和压力中心的计算133止动件的模具设计与标准选用
233.1模具零件的分类和标准化
233.2模具工作零件的结构设计
243.3定位零件的设计
333.4卸料与推件装置的设计
383.5标准模架和导向零件的选取
433.6固定零件的选取454冲裁模的制造工艺
474.1冲孔凸模的制造工艺
474.2凸凹模的制造工艺
504.3其它模具零件的制造工艺加工工艺过程535模具装配
565.1模具零件的装配
575.2总装配
575.3模具装配图
585.4模具零件图
585.5试模
585.6润滑
585.7模具使用注意事项58致谢59参考文献60毕业设计任务书62设计课题产品名称止动件产品简图如图所示生产批量大批量材料Q235材料厚度2mm产品零件图任务
1、设计此工件的冲裁模
2、编写其制造工艺规程绪论模具工业作为一种新兴工业,它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率,以及保证较高的加工精度等特点,在国民经济中越来越重要模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一,其中冲载模具在模具工业中举足轻重的地位冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工据国际生产技术协会预测,到本世纪中,机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工因此,冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用目前,我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大随着工业产品质量的不断提高,冲压产品生产正呈现多品种、少批量,复杂、大型、精密,更新换代速度快的变化特点,冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展为适应市场变化,随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计(CAD)、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术转变本次毕业设计的目的是对所学知识的全面总结和运用,巩固和加深各种理论知识灵活运用目标是通过这次毕业设计,可以很好的培养独立思考,独立工作的能力,为走上工作岗位从事技术工作打下良好的基础此次毕业设计课题为止动件冲压复合模结构设计与制造首先对止动件的冲压工艺进行了分析,介绍了落料冲孔模结构设计的要点,同时编制了落料冲孔复合模的制造工艺和装配工艺1冲压工艺设计
1.1工艺设计内容冲压工艺设计,就是根据冲压件的要求,合理安排原材料准备、各种加工工序等,使得冲压过程在经济和技术上合理可行工艺过程设计包括以下几个方面的内容
一、工艺方案设计工艺方案设计就是根据冲压件的形状尺寸、材料、生产批量等特点,初步确定出冲压加工内容,并制定出几种可行的加工工艺方案,通过对产品质量、生产效率、设备条件、模具制造和寿命、操作的方便性和安全性、经济性等方面的综合比较,确定出适合具体生产条件的最佳工艺方案
二、工艺性分析根据产品零件的形状尺寸、材料、精度等要求,对冲压工艺方案设计中所确定的各项工序内容逐一进行分析计算,确定它们对冲压工艺的适应性
三、工艺计算为了进行模具设计和冲压加工,工艺计算首先应根据产品零件的几何形状和尺寸来计算所需毛坯的形状和尺寸,然后按照节约材料、简化模具结构的原则拟定合理的排样方案,并确定板料或条料的规格及下料方式合理优选凸模和凹模之间的间隙等2止动件工艺分析及计算止动件的工序和零件如图所示,工件使用材料为Q235钢材料厚度2mm生产批量大批量图
2.1止动件零件图
2.1止动件的工艺设计
2.
1.1产品零件工艺性分析此产品零件只有落料和冲孔两道工序,在本模具加工中落料和冲孔两道工序都要完成;材料为Q235钢,为普通碳素钢,具有良好的可冲压性能;产品零件结构简单,有两个Ф10的圆形冲孔,在转角处有四处R2圆角,并且工件为对称形状,壁厚2mm,比较适合冲裁零件的尺寸精度产品零件图上所有未注公差的尺寸,为自由公差,尺寸精度要求较底,可按作IT14级确定零件尺寸的公差;孔边距12mm的公差为
0.11,属IT11级精度,普通冲裁加工即可满足要求,但零件的强度应达到58~62HRC,有足够的力学性能查公差表可得零件的各尺寸公差为零件外形mm、mm、mm、mm、mm零件内形mm孔心距mm结论适合冲裁
2.
1.2冲压工艺方案及模具结构类型的确定根据零件的结构形状,该零件包括落料、冲孔两个基本工序,材料Q235钢,厚度为2mm,一般采用以下三种冲裁工艺方案方案一先落料、再冲孔成型,采用单工序模生产方案二落料—冲孔连续冲压成型,采用级进模生产方案三落料—冲孔一次冲压成型,采用复合模生产方案一模具结构简单,但需要先两道工序,两套模具才能完成零件的加工,工件尺寸积累误差大,而且增加了模具的复杂程度,又浪费了工时,生产效率较低,难以满足大批量生产要求方案二是生产效率可大大提高,但模具的结构复杂,制造难度大,成本较高表
2.
1.1三类模具的优缺点比较特点类型单工序模复合模级进模结构简单较复杂复杂成本、周期小、短小、短高、长制造精度低较高高材料利用率高高低生产效率低低高维修不方便不方便方便产品精度高高低品质低低高安全性不安全不安全安全自动化————易于自动化冲床性能要求低低高应用小批量生产大、中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中、小零件冲压由于零件结构简单,考虑到生产该零件加工成型的经济性以及加工时效性,经检验并根据表
1.
1.1可得确定方案三比较合适
2.2排样的设计及计算在冲压工艺和模具设计中,冲裁件在条料、带料、板料上的布置方法叫排样排样是一项极为很重要的、技术性很强的工作,排样的正确与否将影响到材料的合理利用、零件质量、生产率、模具结构与寿命、生产操作与安全等
2.
2.1排样方法在冲压生产实际中,由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同,不可能提供一种固定不变的合理排样方案但在决定排样方案时应遵循的原则是保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件,同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等,总之要从各方面权衡利弊,以选择出较为合理的排样方案在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上,可见材料利用率是一项很重要的经济指标提高材料利用率的方法有冲裁所产生的废料可分为两类一类是结构废料,是由冲件的形状特点产生的;另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边,以及料头、料尾和边余料而产生的废料,称为工艺废料要提高材料利用率,主要应从减少工艺废料着手减少工艺废料的有力措施是设计合理的排样方案,选择合适的板料规格和合理的裁板法(减少料头、料尾和边余料),或利用废料作小零件(如表
1.
2.1中的混合排样)等根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为三种,如图
1.2所示有废料排样如图
1.2a所示沿冲件全部外形冲裁,冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料冲件尺寸完全由冲模来保证,因此精度高,模具寿命也高,但材料利用率低少废料排样如图
1.2b所示沿冲件部分外形切断或冲裁,只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边因受剪裁条料质量和定位误差的影响,其冲件质量稍差,同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命,但材料利用率稍高,冲模结构简单无废料排样如图
1.2c所示冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边,沿直线或曲线切断条料而获得冲件冲件的质量和模具寿命更差一些,但材料利用率最高另外,如图
1.2c所示,当送进步距为两倍零件宽度时,一次切断便能获得两个冲件,有利于提高劳动生产率采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构,减小冲裁力,提高材料利用率但是,因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响,冲裁件公差等级低同时,由于模具单边受力(单边切断时),不但会加剧模具磨损,降低模具寿命,而且也直接影响冲裁件的断面质量为此,排样时必须统筹兼顾、全面考虑此外对有废料排样,少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类,其主要形式列于表
1.
2.1对于形状复杂的冲件,通常用纸片剪成3~5个样件,然后摆出各种不同的排样方法,经过分析和计算,决定出合理的排样方案由于此工件的形状具有对称结构,采用有废料直排法排样较为合理
2.
2.2搭边值排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差,确保冲出合格零件;二是增加条料刚度,方便条料送进,提高劳动生产率;同时,搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙,从而提高模具寿命搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响,因此一定要合理确定搭边数值搭边过大,材料利用率低;搭边过小时,搭边的强度和刚度不够,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲裁件毛刺,有时甚至单边拉入模具间隙,造成冲裁力不均,损坏模具刃口根据生产的统计,正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50%以上影响搭边值的因素1)材料的力学性能硬材料的搭边值可小一些;软材料、脆材料的搭边值要大一些2)材料厚度材料越厚,搭边值也越大3)冲裁件的形状与尺寸零件外形越复杂,圆角半径越小,搭边值取大些4)送料及挡料方式用手工送料,有侧压装置的搭边值可以小一些;用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些5)卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些搭边值是由经验确定的表
2.
2.2为最小搭边值的经验数表之一,供设计时参考
2.
2.3零件毛坯尺寸计算查表
1.
2.2,确定搭边值两工件间的搭边值a1=
2.2mm工件边缘的搭边值a=
2.5mm步距为S=
32.2mm条料宽度===式中——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a——侧搭边值,可参考表
2.
2.2;△——条料宽度的单向(负向)偏差,表
2.
2.
3、表
1.
2.4;表
2.
2.3条料宽度偏差mm条料宽度B/mm材料厚度t/mm~11~22~33~5~
500.
40.
50.
70.950~
1000.
50.
60.
81.0100~
1500.
60.
70.
91.1150~
2200.
70.
81.
01.2220~
3000.
80.
91.
11.3表
1.
2.4条料宽度偏差mm条料宽度B/mm材料厚度t/mm~
0.5﹥
0.5~1﹥1~2~
200.
050.
080.10﹥20~
300.
080.
100.15﹥30~
500.
100.
150.
202.
2.4材料利用率的计算确定后排样图如下图
2.3查板材标准,宜选取8501500mm的轧制薄钢板,厚度允许偏差为每张钢板可裁条料数为C C=根每张钢板能冲出的工件数目N:N=个一个步距内的材料利用率η为η===材料总的利用率为===式中N——一张板料能冲出的工件数目A——一个工件的实际面积——一根条料宽度——板料总宽度L——条料总长度即每张板料的材料利用率为
2.3冲裁力和压力中心的计算
2.
3.1冲裁力在冲裁过程中,冲裁力是随凸模进入材料的深度(凸模行程)而变化的图
2.
3.1所示为Q235钢冲裁时的冲裁力与凸模行程变化曲线,图中OA段相当于冲裁的弹性变形阶段,凸模接触材料后,载何急剧上升,当凸模刃口一旦挤入材料,即进入塑性变形阶段后,载荷的上升就缓慢下来,如AB段所示虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积减小,但只要材料加工硬化的影响超过受剪面积减小的影响,冲裁力就继续上升,当两者达到相等影响的瞬间,冲裁力达最大值,即图中的B点此后,受剪面积的减少超过了加工硬化的影响,于是冲裁力下降凸模继续下压,材料内部的微裂纹迅速扩张,冲裁力急剧下降,如图BC段所示,此为冲裁的断裂阶段CD段压力主要是用于克服磨擦力和将材料由凹模内的料推出通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值,它是选用压力机和设计模具的重要依据之一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F一般可按下式计算(2-1)式中F——冲裁力;——材料抗剪强度MPa;L——冲裁周边总长mm;t——材料厚度mm;K——系数;系数K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K=
1.3当查不到抗剪强度时,可用抗拉强度代替,而取K=1的近似计算法计算公式为(2-2)式中——材料的抗拉强度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,称为推料力;从凹模内向上顶出制件需的力,称为顶件力图
2.
3.2影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多,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(2-3)推料力(2-4)顶件力(2-5)式中F——冲裁力N;——卸料力系数,其值为见表
2.
3.2薄料取大值,厚料取小值;——推料力系数,其值为见表
2.
3.2薄料取大值,厚料取小值;——顶件力系数,其值为见表
2.
3.2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——凹模洞口的直刃口部分的高度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表
2.
3.2卸料力、推料力、顶件力系数材料厚度t/mm钢≤
0.
10.065~
0.
0750.
10.14>
0.1~
0.
50.045~
0.
0550.
0630.08>
0.5~
2.
50.04~
0.
050.
0550.06>
2.5~
6.
50.03~
0.
040.
0450.05>
6.
50.02~
0.
030.
0250.03铝、铝合金
0.025~
0.
080.03~
0.07纯铜、黄铜
0.02~
0.
060.03~
0.09注卸料力系数,在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值
2.
3.2冲裁力的计算由于该冲裁件是落料、冲孔倒装复合模,只受冲裁力、卸料力、推件力,其冲裁力由公式(2-1)计算冲裁力冲孔力式中L——冲裁轮廓的总长度(mm;——板料的抗拉强度(Mpa)查下表
2.
3.1;t——板料厚度(mm;C——圆周长(mm;卸料力由公式(2-3)计算卸料力推件力的公式(2-4)计算推件力式中n=6是因为有两个孔
2.
3.3压力机公称压力的选取冲裁时,压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和采用弹压卸料装置和下出件的模具时(2-6)采用弹压卸料装置和上出件的模具时(2-7)采用刚性卸料装置和下出件模具时(2-8)在生产中,当压力机的吨位不足时,可采用凸模的阶梯布置各凸模工作端面不在一个平面;斜刃冲裁冲孔凸模或落料凹模作成斜刃或加热冲裁等措施以降低冲裁力因为本次设计采用的是弹压卸料装置和下出件的模具,所以根据公式(2-6)计算压力机的公称压力压力机的公称压力
2.
3.4压力中心的确定冲压力合力的作用点称谓模具压力中心为了确保压力机和模具正常工作,应使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心相重合否则,会使冲裁模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大的磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命冲裁模的压力中心,可按下述原则来确定
1.对称形状的单个冲裁件,冲裁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
2.形状复杂的零件、多孔冲裁模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲裁模压力中心另外还可以用作图法、悬挂法等解析法的计算依据是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座标位置O0x0y0,即为所求模具的压力中心如图
2.
3.4 计算公式为因冲裁力与冲裁周边长度成正比,所以式中的各冲裁力P1、P2、P3……Pn,可分别用各冲裁周边长度L1、L2、L3……Ln代替,即由于该零件x方向对称,如图
2.
3.5所示,根据公式2-10计算,故压力中心x0=
32.5mm式中:L1=24mmY1=12mmL2=60mmY2=0mmL3=24mmY3=12mmL4=
14.5mmY4=12mmL5=
38.61mmY5=
27.97mmL6=
14.5mmY6=24mmL7=
31.4mmY7=12mmL8=
31.4mmY8=12mm计算时,忽略边缘4×R
2.5圆角由以上计算可知冲裁件的压力中心的坐标为(
32.5,13)图
2.
3.5冲裁件的压力中心
2.
3.5压力机的选择一般情况下,设备的公称压力应大于或等于成型工艺所需力和辅助工艺力总和的
1.3倍根据总冲压力F=
252.85KN模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J23-63双柱开式可倾压力机压力机主要参数压力机技术规格J23—63公称压力630KN滑块行程120mm滑块行程及次数70次/分最大闭合高度360mm闭合高度调节量90mm工作台尺寸前后×左右480mm×710mm此压力机规定完全符合本模具所要求条件、故选用此压力机
2.
3.6降低冲裁力的措施当采用平刃冲裁压力过大时,或因现有设备无法满足冲裁需要时,可采用斜刃进行冲裁以降低冲裁力为了能得到平整的工件,落料时斜刃做在凸模上,如图
2.
3.6a所示斜刃一般做成中间凹进的形状在冲压高强度材料、厚料和大尺寸冲压件时,需要的冲裁力较大,生产现场压力机的吨位不足时,为不影响生产,可采用一些有效措施降低冲裁力
1.凸模的阶梯布置(如图
2.
3.6)凸模阶梯布置由于各凸模工作端面不在一个平面,各凸模冲裁力的最大值不同时出现,从而达到降低冲裁力的目的当凸模直径有较大差异时,一般把小直径凸模做短一些,高度差H=
0.5~1t凸模的阶梯布置会给刃磨造成一定困难,仅在小批量生产采用
2.斜刃冲裁(如图
2.
3.7)斜刃是将冲孔凸模或落料凹模的工作刃口作成斜刃,冲裁时刃口不是全部同时切入,而是逐步地将材料分离,能显著降低冲裁力,但斜刃刃口制造和刃磨都比较困难,刃口容易磨损,冲件也不够平整为了能得到较平整的工件,落料时斜刃做在凹模上;冲孔时斜刃做在凸模上另外,加热冲裁使金属抗剪强度降低,也能降低冲裁力3止动件的模具设计与标准选用由冲压工艺分析可知,采用复合冲压模具,复合冲压模具有倒装和顺装之分,倒装复合模在结构上比顺装简单,少一套排除冲孔废料的打料装置,因此优先选用倒装复合模
3.1模具零件的分类和标准化
3.
1.1模具零件的分类按模具零件的不同作用,可将其分为工艺零件和结构零件两大类工艺零件是在完成冲压工序时,与材料或制件直接发生接触的零件;结构零件是在模具的制造和使用中起装配、安装、定位作用的零件,以及制造和使用中起导向作用的零件冷冲压模具零件的详细分类如下表
3.
1.2模具标准化的意义模具标准化,就是将模具的许多零件的形状和尺寸以及各种典型组合和典型结构按统一结构形式及尺寸,实行标准系列并组织专业化生产,以充分满足用户选用,象普通工具一样在市场上销售和选购模具标准化还可促使模具工业的发展,促进技术交流,简化模具设计,缩短生产周期国家标准总局制订了GB2851~2875~90冷冲模国家标准该标准根据模具类型、导向方式、送料方向、凹模形状等不同,规定了十四种典型组合形式每一种典型组合中,又规定了多种凹模周界尺寸长×宽以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架类型和尺寸及固定板、卸料板、垫板、导料板等具体尺寸,还规定了选用标准件的种类、规格、数量、位置及有关的尺寸这样在进行模具设计时,仅设计直接与冲压件有关的部分,其余都可从标准中选取简化了模具设计,缩短了设计周期,为模具的计算机辅助设计奠定了基础
3.2模具工作零件的结构设计
3.
2.1凸模的结构设计一凸模的结构形式凸模结构通常分为两大类一类是镶拼式,图
3.
2.1,另一类为整体式整体式中,根据加工方法的不同,又分为直通式图
3.
2.2c和台阶式图
3.
2.2a、b直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样,这类凸模一般采用线切割方法进行加工台阶式凸模一般采用机械加工,当形状复杂时,成形部分常采用成型磨削对于圆形凸模GB2863—81的冷冲模标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格图
3.
2.3设计时可按国标选择二凸模长度的确定图
3.
2.4凸模长度应根据模具结构的需要来确定若采用固定卸料板和导料板结构时,凸模的长度应该为L=h1+h2+h3(15~20)mm(3—1式中h
1、h
2、h3分别为凸模固定板、卸料板、导料板的厚度15~20mm为附加长度,包括凸模的修磨量,凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离三凸模材料模具刃口要求有较高的耐磨性,并能承受冲裁时的冲击力因此应有高的硬度与适当的韧性形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用T8A、T10A等材料;形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选Cr
12、Cr12MoV、CrWMn等制造,HRC取58~62,要求高寿命、高耐磨性的凸模,可选硬质合金材料四凸模强度和刚度在一般情况下,凸模的强度是足够的,不必进行强度计算但是,对细长的凸模,或凸模断面尺寸较小而毛坯厚度又比较大的情况下,必须进行承压能力和抗纵向弯曲能力两方面的校验1.凸模承载能力校核凸模最小断面承受的压应力σ,必须小于凸模材料强度允许的压力[σ],即σ=P/Fmin≤[σ]故非圆凸模Fmin≥P/[σ]3—2对圆形凸模dmin≥4tτ/[σ]3—3式中σ——凸模最小断面的压应力MPa;P——凸模纵向总压力N;Fmin——凸模最小断面积;dmin——凸模最小直径mm;t——冲裁材料厚度mm;τ——冲裁材料抗剪强度MPa;[σ]——凸模材料的许用压应力MPa2.凸模抗弯能力校核凸模冲裁时稳定性校验采用杆件受轴向压力的欧拉公式根据模具结构的特点,可分为无导向装置和有导向装置的凸模图
3.
2.5进行校验对无导向装置的凸模,其受力情况相当于一端固定另一端自由的压杆,其纵向的抗弯能力可用下列公式校验对圆形凸模(3—4对非圆形凸模(3—5有导向装置的凸模,其不发生失稳弯曲的凸模最大长度为对圆形凸模3—6对非圆形凸模3—7以上各式中,J为凸模最小截面的惯性距mm;F为凸模的冲裁力N;d为凸模最小直径mm据上述公式可知,凸模弯曲不失稳时的最大长度Lmax,与凸模截面尺寸、冲截力的大小、材料机械性能等因素有关同时还受到模具精度、刃口锋利程度、制造过程、热处理等影响为防止小凸模的折断,常采用如图
3.
2.6所示的结构进行保护五凸模的护套图
3.
2.6a、b是两种简单的圆形凸模护套图a所示护套
1、凸模2均用铆接固定图b所示护套1采用台肩固定,凸模2很短,上端有一个锥形台,以防卸料时拔出凸模,冲裁时,凸模依靠芯轴3承受压力c所示护套1固定在卸料板或导板4上,护套1与上模导板5呈H7/h6的配合,凸模2与护套1呈H8/h8的配合工作时护套1始终在上模导板5内滑动而不脱离起小导柱作用,以防卸料板在水平方向摆动当上模下降时,卸料弹簧压缩,凸模从护套中伸出冲孔此结构有效地避免了卸料板的摆动和凸模工作端的弯曲,可冲厚度大于直径两倍的小孔d是一种比较完善的凸模护套,三个等分扇形块6固定在固定板中,具有三个等分扇形槽的护套1固定在导板4中,可在固定扇形块6内滑动,因此可使凸模在任意位置均处于三向导向与保护之中但其结构比较复杂,制造比较困难采用c、d两种结构时应注意两点一是,上模处于上止点位置时,护套1的上端不能离开上模的导向元件如上模导板
5、扇形块6,其最小重叠部分长度不小于3~5mm其二,上模处于下止点位置时,护套1的上端不能受到碰撞六凸模的固定方式平面尺寸比较大的凸模,可以直接用销钉和螺栓固定图
3.
2.7中、小型凸模多采用台肩、吊装或铆接固定图
3.
2.8对于有的小凸模还可以采用粘接固定图
3.
2.9对于大型冲模中冲小孔的易损凸模,可以采用快换凸模的固定方法,以便于修理与更换,如图
3.
2.10所示
3.
2.2凹模的结构设计一凹模洞口的类型常用凹模洞口类型如图
3.
2.11所示,其中a、b、c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=30°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二凹模的外形尺寸凹模的外形一般有矩形与圆形两种凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的如图
3.
2.12所示凹模厚度H=Kb≥15mm3—8凹模壁厚c=
1.5~2H≥30~40mm3—9表
3.
2.1系数K值b材料厚度t≤>>>
0.5123>
30.
30.
20.
150.
10.
350.
220.
180.
120.
420.
280.
20.
150.
50.
350.
240.
180.
60.
420.
30.22式中b——冲裁件的最大外形尺寸;K——系数,考虑板料厚度的影响,查表
3.
2.1根据凹模壁厚即可算出其相应凹模外形尺寸的长和宽,然后可在冷冲模国家标准手册中选取标准值三凹模的固定方法和主要技术要求凹模一般采用螺钉和销钉固定螺钉和销钉的数量、规格及它们的位置应可根据凹模的大小,可在标准的典型组合中查得位置可根据结构需要作适当调整螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸,应满足有关要求凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直,上下平面应保持平行型孔的表面有粗糙度的要求Ra=
0.8~
0.4μm凹模材料选择与凸模一样,但热处理后的硬度应略高于凸模
3.
2.3主要工作零件的尺寸计算本模具有落料、冲孔两道工序,落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配作;冲孔部分冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配作既以落料凹模、冲孔凸模为基准,凸凹模按间隙值配作模具刃口尺寸计算见表
3.
2.2表
3.
2.2刃口尺寸计算基本尺寸及分类冲裁间隙Z磨损系数x计算公式制造公差计算结果及说明落料凹模制造精度为IT14级故x=
0.5相应凸模尺寸按凹模尺寸配作保证双面间隙在
0.246~
0.36之间同上同上相应凸模尺寸按凹模尺寸配作保证单面间隙在
0.123~
0.18之间同上冲孔凸模同上同上相应凹模尺寸按凸模尺寸配作保证双面间隙在
0.246~
0.36之间孔边距同上制造精度为IT11级故x=
0.75同上孔心距同上x=
0.5落料凹模板尺寸凹模板厚度凹模边壁厚实取c=30mm凹模板边长查国家标准JB/T
6743.1-94凹模板宽B=125mm故确定凹模板外形尺寸为125×125×18mm将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后实取为125×125×14mm凸凹模尺寸凸凹模长度其中——凸凹模固定板厚度;——弹性厚度;——增加长度(包括凸模进入凹模深度,弹性元件安装高度等);凸凹模内外刃口间壁厚校核根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm,根据强度要求查《冲压模具设计与制造》表
2.
9.6知该壁厚为
4.9mm即可故该凸凹模侧壁强度足够冲孔凸模长度凸模长度其中——凸模固定板厚度;——空心垫板厚度;——凹模板厚度;凸模强度校核该凸模不属于细长杆,强度足够具体结构参见图纸
3.3定位零件的设计为保证出外形完整的合格零件毛坯在模具中应该有正确的位置,称谓定位定位应符合六点定位原则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该模具冲裁用的是条料,控制条料的送进方向采用无侧压装置控制条料的送进步距,采用挡料销定距同时接触两个导料销和一个挡料销来进行精确定位从凹模强度考虑,采用弹顶式导料销为了便于送料且有利于防止条料偏斜,将两个导料销的位置适当地相对中心距进行扩大,且又考虑到工作人员的安全操作,将两个导料销置于近人的一侧挡料销选用固定挡料销,将其设置在凹模型孔出料一侧,利于落料以后的废料孔进行挡料,控制送料进距如图
3.
2.13所示
3.
3.1挡料销国标中常见的挡料销有三种形式固定挡料销图
3.
3.1活动挡料销图
3.
3.2和始用挡料销图
3.
3.3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级进模中开始定位
3.
3.2导料销导料销通常与挡料销配合使用在级进模中,以减小定位误差,保证孔与外形的相对位置尺寸要求当零件上有适宜于导料销导正用的孔时,导料销固定在落料凸模上按其固定方法可分为如图
3.
3.4所示的六种图a、b、c用于直径小于10mm的孔导正;图d用于直径为10~30mm的孔;图e用于直径为20~50mm的孔为了便于装卸,对小的导料销也可采用图f所示的结构,其更换十分方便当零件上没有适宜于导料销导正用的孔时,对于工步数较多、零件精度要求较高的级进模,应在条料两侧的空位处设置工艺孔,以供导料销导正条料用此时,导料销固定在凸模固定板上或弹压卸料板上,图
3.
3.5所示当导料销与挡料销配合使用时,其相互位置如图
3.
3.6所示如按图a所示方式定位,其挡料销的位置尺寸可按下式计算L=A-DP/2+D/2+
0.1=A-DP-D/2+
0.1如按图b所示方式定位,其挡料销的位置尺寸可按下式计算L`=A+DP/2-D/2-
0.1=A+DP-D/2-
0.1式中A——步距mm;Dp——落料凸模直径mm;D——挡料销头部直径mm;L、L`——挡料销轴心与落料凸模轴心距mm
3.
3.3定位板和定位钉定位板和定位钉是作为单个毛坯的定位装置,以保证前后工序相对位置精度或对工件内孔与外轮廓的位置精度的要求图
3.
3.6a所示为毛坯外轮廓定位,图
3.
3.6b所示为毛坯内孔定位
3.
3.5送料方向的控制条料的送料方向是条料靠着一侧的导料板,沿着设计的送料方向导向送进标准的导料板结构见国标GB
2865.1-81而采用导料销时,要选用两个导料销的结构与挡料销相同为了保证送料精度,使条料紧靠一侧的导料板送进,可采用侧压装置图
3.
3.7所示为常用的几种结构簧片式用于料厚小于1mm,侧压力要求不大的情况弹簧压块式和弹簧板式用于侧压力较大的场合弹簧压板式侧压力均匀,它安装在进料口,常用于侧刃定距的级进模簧片式和弹簧压块式使用时,一般设置2—3个
3.4卸料与推件装置的设计为了保证冲裁的连续进行,还要设计卸料和推件装置因为本模具是倒装模具,工件所用条料厚度为2mm,相对较薄,卸料力较小,故采用弹压卸料装置,逆出件的方式生产弹压卸料装置主要有卸料板、卸料镙钉与弹性元件组成由于本模具采用弹压卸料装置,对于无精确导向的普通模具,应取台阶宽度,台阶高度取,式中的h为卸料板厚度,t为板料厚度,所以尺寸为安全尺寸弹压卸料板的型孔与凸模应有适当的间隙,为了满足卸料要求,只要单边间隙小于板厚就可以了为了提高压料效果,又对间隙值进行了适当的放小,型孔与凸模之间的双边间隙可取
0.1~
0.3mm,为了卸料可靠装配模具时弹压卸料板的压料面积应超出凸模端面
0.2~
0.5mm型孔与凸模取H7/n6配合
3.
4.1卸料零件的设计设计卸料零件的目的,是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉,保证下次冲压正常进行常用的卸料方式有1刚性卸料刚性卸料是采用固定卸料板结构常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大,单边间隙取
0.2~
0.5t当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时,卸料板与凸模的配合间隙应小于冲裁间隙此时,要求卸料后凸模不能完全脱离卸料板,保证凸模与卸料板配合大于5mm常用固定卸料板如图
3.
4.1所示图a是卸料与导料为一体的整体式卸料板;图b是卸料与导料板分开的组合式卸料板,在冲裁模中应用最广泛;图c是用于窄长零件的冲孔或切口卸件的悬臂式卸料板;图d是在冲底孔时用来卸空心件或弯曲件的拱形卸料板2弹压卸料板弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用,主要用于冲裁料厚在
1.5mm以下的板料,由于有压料作用,冲裁件比较平整弹压卸料板与弹性元件弹簧或橡皮、卸料螺钉组成弹压卸料装置如图
3.
4.2所示卸料板与凸模之间的单边间隙选择
0.1~
0.2t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时,二者的配合间隙应小于冲裁间隙弹性元件的选择,应满足卸料力和冲裁模结构的要求设计时可参考有关的设计资料图a用橡胶块直接卸料;c、e为倒装式卸料;d是一种组合式的卸料板,该卸料板为细长小凸模导向,而小导柱4又对卸料板导向采用图b结构时,凸台部分的设计高度h=H-
0.1~
0.3t
3.
4.2弹性元件的选用和计算结合本模具特点,在此选用弹簧作为弹性元件,在冲裁模中常用圆柱螺旋压缩弹簧,一般用65Mn或60Si2Mn等弹簧钢丝绕制而成优选60Si2Mn弹簧钢作为弹性材料,热处理硬度为40~48HRC,弹簧两端并紧并需磨平参考《实用冲压模具设计手册》选取步骤如下初步确定弹簧个数n考虑到模具受力均匀,n取4;根据总卸料力和初步确定的弹簧个数n算出每个弹簧的预压力Fy按
1.5Fy估算弹簧的极限工作负荷选取弹簧规格为D=22mmd=4mmH0=65mm计算弹簧的预压缩量因为卸料板工作行程,凸、凹模刃口修磨量,则弹簧的实际最大压缩量H为结论所选取的弹簧满足使用要求
3.
4.3推件和顶件装置的设计推件和顶件的目的,是将制件从凹模中推出来凹模在上模或顶出凹模在下模推件力是通过压力机的横梁作用在一些传力元件上,使推件力传递到推件板上将制件或废料推出凹模推板的形状和推杆的布置应根据被推材料的尺寸和形状来确定常见的刚性推冲件装置如图
3.
4.3,弹性推件装置如图
3.
4.4设计在下模的弹性顶件装置,如图
3.
4.5所示通过凸模下压使弹性元件在冲压时贮存能量,模具回程时,顶件器的弹性元件释放能量,顶件块将材料从凹模洞中顶出为了防止推件块从凹模内脱出,其结构形式一般采用凸缘式,在此结合本模具的结构形式采用凸缘与本体分开,即分体结构推件块是出件装置中最重要的零件,其截面形状与凸凹模很相似,其外形与凹模有配作关系,其内形以与凸模有配作关系,因此加工难度较大工作时,推件块应避免卡死为此推件块内形按凸模配作成H8/h7小间隙配合,而外形按凹模配作成H11/h11大间隙配合推件块在设计时应保证下极点位置的端面超出凹模面
0.2~
1.5mm,以便出件时使工件与凹模彻底脱离推件块在上极点位置时,其工作段不应脱离凹模直壁面,应有不小于4mm的配作段,而且此时凹模内到少应容纳3~4片工件,以便在出件装置失灵时,操作者有足够的时间停机一致于发生撞击而损坏模具或机床根据本模具特点,选用压力机的特点,及以上对推件块的设计,此出件装置设计如图
3.
4.5所示
3.5标准模架和导向零件的选取GB/T
2851.1~790——GB/T
2852.1~490列出了各种不同结构和不同导向形式的标准模架,是由国家技术监督局批准并发布实施的标准,常用的模架有滑动式导柱导套模架、滚动式导柱导套模架等
3.
5.1标准模架的选取本次模具设计选取后侧导柱模架如图
3.
5.1b所示模架由上、下模座和导向零件组成,它是整副模具的骨架,模具的全部零件都固定在它的上面,并承受冲压过程的全部载荷模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定上、下模间的精确位置,由导柱、导套的导向来实现图a为对角导柱模架由于导柱安装在模具中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模X轴为横向,Y轴为纵向图b、c为后侧导柱模架,c为窄型由于前面和左、右不受限制,送料和操作比较方便因导柱安装在后侧,工作时,偏心距会造成导柱导套单边磨损,并且不能使用浮动模柄结构图d、e为中间导柱模架,e用于圆形件导柱安装在模具的对称线上,导向平稳、准确但只能一个方向送料图f为四导柱模架,具有滑动平稳、导向准确可靠、刚性好等优点常用于冲压尺寸较大或精度要求较高的冲压零件
3.
5.2导向零件的选取滚动式导柱导套模架的导向精度高,使用寿命长,主要用在高精度、高寿命的精密模具及薄材料的冲裁模具模架选用的规格,根据凹模周界尺寸从标准手册中选取图
3.
5.2所示,是一滑动导向的导柱导套的安装尺寸示意图此时模具状态为闭合状态,H为模具的闭合高度导柱导套的配合精度,根据冲裁模的精度、模具寿命、间隙大小来选用当冲裁的板料较薄,而模具精度、寿命都有较高要求时,选H6/h5配合的I级精度模架,板厚较大时可选用Ⅱ级精度的模架H7/h6配合对于冲薄料的无间隙冲模,高速精密级进模、精冲模、硬质合金冲模等要求导向精度高的模具,还可选择如图
3.
5.3所示的滚动导向的导向结构滚珠导柱、导套的结构是由导套
1、导柱
6、滚珠保持圈5内装有可自由滚动的滚珠4组成为提高导向精度,滚珠与导柱导套间不仅无间隙,且有
0.01~
0.02mm过盈量,即D导套=d导柱+2d滚珠-
0.01~
0.02mm所以导向精度高为了提高导向的刚性,滚珠尺寸必须严格控制,以保证接触均匀滚珠直径d滚珠=3~5mm,其直径公差不超过
0.002~
0.003mm,椭圆度不超过
0.0015mm滚珠在保持圈内应以等间距平行倾斜排列,其倾斜角α一般取8°,以增加滚珠与导柱、导套的接触线,使滚珠运动的轨迹互不重合,从而可以减少磨损滚动导向结构也已列入冷冲模的国家标准导柱导套一般选用20钢制造,为增加表面的硬度和耐磨性,采用渗碳淬火处理58~62HRC淬硬后磨削表面,工作表面的粗糙度Ra
0.2~
0.1为了便于安装、调试,提高生产率,该模具采用后侧导柱导向方式
3.6固定零件的选取模具的固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等这些零件都可以从标准中查得
3.
6.1模柄、固定板、垫板的选取模柄是连接上模与压力机的零件,常用于1000KN以下的压力机的模具安装模柄的结构型式比较多,常用图
3.
6.1所示的几种重载的模具可直接用镙钉、压板将上模压在滑块端面本模具选取压入式模柄如图
3.
6.1b凸、凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本上一致,厚度取
0.6~
0.8H凹材料可选用Q235或45号钢垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力,防止过大的冲压力在上、下模板上压出凹坑图
3.
6.2影响模具正常工作垫板厚度根据压力大小选择,一般取5~12mm,外形尺寸与固定板相同,材料为45号钢,热处理后硬度43~48HRC具体选取的尺寸标准见表
3.
6.1表
3.
6.1模具固定零件结构尺寸序号名称长×宽×厚(mm)材料数量1上垫板125×125×8T8A12凸模固定板125×125×1445#13空心垫板125×125×1245#14卸料板125×125×1045#15凸凹模固定板125×125×1445#16下垫板125×125×6T8A
13.
6.2销钉、螺钉的选取模具上的紧固件包括连接螺钉和定位销钉由于连接处受力较大,连接螺钉选取圆柱头内六角螺钉,材料为45号钢,热处理硬度为35~45HRC参考《机械制图》附录螺钉及销钉标准为规格为上模选取M8×60,下模选取M8×40定位销钉选取普通圆柱销,可以承受一定的切应力规格为上模选取Ø10×62,下模选取Ø10×454冲裁模的制造工艺由于模具零件加工工艺较多,故选取其中主要零件冲孔凸模和凸凹模来编制其制造工艺
4.1冲孔凸模的制造工艺
4.
1.1冲孔凸模结构的工艺分析.由于该凸模为冲孔凸模属圆凸模材料为T10A钢,其硬度要求为56~60HRC,渗碳度为
0.8~
1.2mm,应进行淬火、回火热处理凸模刃口工作部分尺寸为Ø
10.18mm,尺寸公差为Δ=
0.09mm表面粗糙度为,故应采用磨削加工方法才能获得这样的表面粗糙度由于凸模结构简单,所以我们还用机械加工的方法加工成形并且精度要求不高,主要满足加工时的力学性能,即强度和刚度
4.
1.2冲孔凸模毛坯的选择1毛坯种类的选择凸模在工作时,需要较大冲裁承受能力,要求其应具有良好的综合机械性能,因此应采用组织均匀晶粒细小的锻件作为毛坯模具制造属单件生产,因此采用自由锻出毛坯2毛坯的结构形状和尺寸确定为了简化锻造毛坯,减少锻造出现的台阶,将台阶部分加上余块,得到简化后圆形锻件的形状如图
4.
1.1所示参考《金加工工艺手册》附表2-2,已知L=40mmD=Ø11mm.得毛坯余量为,因此可得锻造后毛坯的形状及尺寸为由于考虑到工作端面要留顶尖孔,故应适当地加长的长度,因此可确定锻件尺寸锻件重量(取ρ=
7.85kg/cm3)
4.
1.3冲孔凸模预加工工艺路线的拟定1根据凸模零件的精度要求,并参考教材《模具制造工艺学》各表面的加工工艺如下凸模刃口部分工作表面的最终加工工序.A.Ø
10.18的外圆面公差为
0.09mm,满足方法磨削、刮研;B.Ø
10.18的圆端面粗糙度为,满足方法有磨削、刮研因为两个表面的粗糙度相差不大,尺寸的公差等级相同,故安排最终加工工序时尽量一样,以减少刀具并节省换刀时间由于刮研和磨削比较费时,相比之下,磨削也能完全达到所需的表面粗糙度和公差要求,故在此选用磨削可得两表面的加工工艺路线为粗车——半精车——磨削C.Ø11外圆面和端面分别与A、B相同可安排在同一工序中2工艺阶段的划分根据上述各表面的加工工艺路线,可以划分出以下工艺阶段
①粗加工阶段粗车各外圆表面和两端面,打顶尖孔
②半精加工阶段半精加工各外圆表面和两端面、打双顶尖孔
③精加工阶段磨削外圆及端面,达到要求(用线切割切除顶尖孔)3加工顺序的安排凸模的主要工作表面为下端面及其外圆面,其余为非重要表面,根据先基准后其他,先主要后次要的原则,先加工外圆柱面,以它为基准面加工两端面4热处理工序的安排根据凸模技术要求,淬火硬度为56~60HRC,为了减小热处理后的变形,热处理应安排在精加工之前,粗加工及半精加工之后进行为了消除内应力,便于机械加工,在机械加工之前安排球化退火,降低工件硬度,细化晶粒,易于加工根据以上分析拟冲孔凸模加工工艺过程如下表
4.
1.1冲孔凸模加工工艺过程材料45#硬度HRC58~62序号工序名称工序内容1备料锻件(退火状态)Ø15×55mm2热处理退火,硬度达180~220HB3车
①车一端面,打顶尖孔,车外圆至Ø12mm;掉头车另一端面长度至50mm,打顶尖孔
②双顶尖顶,车外圆尺寸Ø
11.4±
0.04mm,Ø
10.6±
0.04mm至要求;车尺寸至要求4检验检验5热处理淬火,硬度至56~60HRC6磨削磨削外圆尺寸Ø,Ø至要求7线切割切除工作端面顶尖孔,长度尺寸至至要求8磨削磨削端面至Ra=9检验10钳工装配(钳修并装配,保证尺寸要求)
4.2凸凹模的制造工艺
4.
2.1凸凹模结构的工艺分析由于该凸凹模为落料凸凹模属非圆凸凹模材料为Cr12钢,其硬度要求为60~64HRC,应进行淬火、回火热处理凸凹模上的落料沉孔、线切割穿丝孔和螺纹孔及攻丝应在热处理前加工出来凸凹模刃口工作部分尺寸为Ø
10.18mm,尺寸公差参照冲孔凸模配作,表面粗糙度为,故应采用磨削加工方法才能获得这样的表面粗糙度凸凹模结构比较复杂,但精度要求不高,主要满足加工时的力学性能,即强度和刚度
4.
2.2凸凹模毛坯的选择1毛坯种类的选择凸凹模在工作时,和冲孔凸模工作要求一样,也需要具有较大冲裁承受能力,要求具有良好的综合机械性能,因此应采用组织均匀晶粒细小的锻件作为毛坯模具制造属单件生产,因此采用自由锻出毛坯2毛坯的结构形状和尺寸确定由于凸凹模毛坯采用锻件加工,加工余量和公差可参照冲孔凸模的毛坯确定方法已知=
64.63mm=
29.74mm=42mm得毛坯余量为因此可得锻造后毛坯的形状及尺寸为由于便于锻件尺寸的容易保证,故应适当地优化锻造毛坏的尺寸,确定后锻件尺寸=75mm=40mm=55mm.锻件的质量(取ρ=
7.85kg/cm3)为了简化锻造毛坯,减少锻造出现的圆弧、内孔等,将圆弧、内孔部分加上余块,得到简化后方形锻件的形状如图
4.
2.1所示
4.
2.2凸凹模预加工工艺路线的拟定1根据凸凹模零件的精度要求,并参考教材《模具制造工艺学》,凸凹模各表面的加工工艺如下粗铣——磨削——线切割2工艺阶段的划分根据上述各表面的加工工艺路线,可以划分出以下工艺阶段
①粗加工阶段粗铣毛坯各表面
②半精加工阶段磨高度方向上的上下两平面
③精加工阶段线切割切外形凸模和内孔凹模达到要求3加工顺序的安排凸凹模的主要工作表面为上下表面及其凸模外形表面和凹模内形表面,其余为非重要表面,根据先基准后其他,先主要后次要的原则,先加工上下表面,以它为基准面加工凸模外形表面和凹模内形表面,达到要求4热处理工序的安排由凸凹模技术要求,材料为Cr12钢,淬火硬度为60~64HRC,为了减小热处理后的变形,热处理应安排在精加工之前,凸凹模上的工艺孔和螺纹孔及攻丝加工之后进行为了消除内应力,便于机械加工,在机械加工之前安排球化退火,改善毛坯切削加工性能,易于加工表
4.
2.1凸凹模加工工艺过程材料Cr12硬度60~64HRC序号工序名称工序内容1备料锻件(退火状态)75×40×55mm2粗铣铣六面见光3平磨磨高度两平面至尺寸51mm4钳
①划线在长度方向一侧留线切割夹位6mm后,分中划出凸模轮廓线两凹模洞口中心线
②钻孔按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔
③锪孔锪扩凹模落料沉孔至要求,钻螺纹底孔
④攻丝攻细纹至要求5热处理淬火使硬度达60~64HRC6平磨磨高度两平面至尺寸
50.4mm7线切割割凸模及两凹模,并留单边研磨余量
0.01~
0.02mm8钳
①研配研凸凹模并配入凸凹模固定板
②研磨使各侧面表面粗糙度达到9平磨磨高度至尺寸要求10钳总装配
4.3其它模具零件的制造工艺加工工艺过程表
4.
3.1落料凹模加工工艺过程材料Cr12硬度60~64HRC序号工序名称工序内容1备料锻件(退火状态)130×130×20mm2粗铣铣六面到尺寸
125.3×
125.3×15mm注意两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直3平面磨磨光两大平面厚度达
14.6mm,并磨两相邻侧面达四面垂直,垂直度为
0.02mm/100mm4钳
①划线划出各孔径中心线,并划出凹模洞口的轮廓尺寸线
②钻孔钻螺纹底孔、销钉底孔,凹模洞口线切割穿丝孔
③铰孔铰销钉至要求
④攻丝攻细纹至要求5热处理淬火使硬度达60~64HRC6平面磨磨光两大面,使厚度达
14.3mm7线切割割凹模洞口,并留
0.01~
0.02mm研磨余量8钳
①研磨使凹模洞口内侧面达到
②研配研凹模并使推件块配入9钳用垫片层保证凸凹模与凹模间隙均匀后,凹模与上模座配作销钉孔10平面磨磨凹模板上平面厚度至要求11钳总装配表
4.
3.2卸料板加工工艺过程材料45#硬度24~28HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料130×130×12mm2热处理调质硬度24~28HRC3粗铣铣六面达到尺寸
125.3×
125.3×
10.8mm并使两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直4平磨磨光两大平面达
10.4mm并磨相邻侧面使四面垂直垂直度
0.02mm/100mm5钳
①划线螺纹孔中心线,定位钉孔中心线及中间型孔轮廓线
②钻孔螺纹底孔,定位钉底孔,中间型孔穿丝孔
③铰孔,攻丝铰定位钉底孔至要求,螺纹孔攻丝至要求6线切割割中间型孔至要求7钳
①型孔与凸凹模装配
②定位孔与定位钉装配
③螺纹孔与螺钉装配8平磨磨厚度至要求9钳总装配表
4.
3.3上垫板加工工艺过程材料T8A硬度54~58HRC序号工序名称工序内容1备料锻件(退火状态)130×130×12mm2粗铣铣六面达到尺寸
125.3×
125.3×
8.8mm并使两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直,上下平面达平行度
0.02mm3平磨磨光上下平面,厚度达
8.4mm,并磨相邻侧面使四面垂直垂直度
0.02mm/100mm4钳
①划线螺钉过孔中心线,销钉过孔中心线及中间型孔中心线
②钻孔螺纹过孔,销钉过孔,中间型孔5热处理淬火硬度54~58HRC6平磨磨两大平面使其至要求7钳研配上垫板与上模座、凸模,并配作定位孔表
4.
3.4下垫板加工工艺过程材料T8A硬度54~58HRC序号工序名称工序内容1备料锻件(退火状态)130×130×10mm2粗铣铣六面达到尺寸
125.3×
125.3×
6.8mm并使两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直,上下平面达平行度
0.02mm3平磨磨光上下平面,厚度达
6.4mm,并磨相邻侧面使四面垂直垂直度
0.02mm/100mm4钳
①划线紧固螺钉过孔中心线,卸料螺钉过孔中心线,销钉过孔中心线,落废料孔中心线,凸凹模紧固螺钉过孔中心线
②钻孔钻以上各孔至要求5热处理淬火硬度54~58HRC6平磨磨两大平面使其至要求7钳研配下垫板与下模座、凸凹模固定板,并配作定位孔表
4.
3.5凸模固定板加工工艺过程材料45#硬度24~28HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料130×130×16mm2热处理调质硬度24~28HRC3粗铣铣六面达到尺寸
125.3×
125.3×
14.8mm并使两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直4平磨磨光两大平面达
14.4mm并磨相邻侧面使四面垂直垂直度
0.02mm/100mm5钳
①划线螺钉过孔中心线,销钉过孔中心线,凸模安装固定孔中心线
②钻孔螺钉过孔,销钉过孔,凸模安装固定孔穿丝孔至要求6线切割割凸模安装固定孔单边留
0.01~
0.02mm研磨余量7铣铣凸模安装固定孔背面沉孔至要求8钳研配凸模9平磨磨上面,使厚度至要求10钳总装配用透光层使凸模与凹模间隙均匀后,与上模座配作销孔表
4.
3.6凸凹模固定板加工工艺过程材料45#硬度24~28HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料130×130×16mm2热处理调质硬度24~28HRC3粗铣铣六面达到尺寸
125.3×
125.3×
14.8mm并使两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直,上下平面达平行度
0.02mm4平磨磨光两大平面,厚度达
14.4mm并磨相邻侧面使四面垂直垂直度
0.02mm/100mm5钳
①划线螺纹底孔中心线,螺钉过孔中心线,销钉底孔中心线及凸凹模型孔轮廓线
②钻孔螺纹底孔,螺钉过孔,销钉底孔,中间型孔穿丝孔
③攻丝螺纹孔攻丝至要求6线切割割凸凹模安装固定孔,单边留
0.01~
0.02mm研磨余量7钳研配凸凹模8平磨磨上面,使厚度至要求9钳总装配与下模座配作销孔表
4.
3.7空心垫板加工工艺过程材料45#硬度24~28HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料130×130×15mm2热处理调质硬度24~28HRC3粗铣铣六面达到尺寸
125.3×
125.3×
12.8mm并使两大平面与两相邻侧面基本垂直4平磨磨光上下平面,厚度达
12.4mm并磨相邻侧面使四面垂直垂直度
0.02mm/100mm5钳
①划线螺钉过孔中心线,销钉过孔中心线及推件块型孔轮廓线
②钻孔螺纹过孔,销钉过孔6铣铣推件块型孔至要求7钳研配推件块8平磨磨上面,使厚度至要求9钳总装配表
4.
3.8上模座板加工工艺过程材料HT200序号工序名称工序内容1备料按GB/T
2855.5-90选构125×125模架2钳
①划线螺钉过孔中心线,销钉过孔中心线,模柄孔中心线及轮廓线
②钻孔模柄孔,螺纹过孔及锪背面沉孔至要求3平磨与模柄配平模柄孔Ø52及台阶Ø60到要求4钳与模柄配钻防转销孔至要求5钳装配
①用透光层保证凸模固定板上两凸模与下模上凸凹模对正后,上模座与凸模固定板配作销孔
②用垫片层保证凹模与下模上凸凹模的凸模对正后,上模座与凹模板配作销孔6钳总装配表
4.
3.9下模座板加工工艺过程材料HT200序号工序名称工序内容1备料按GB/T
2855.5-90选构125×125模架2钳
①划线紧固螺钉过孔中心线,卸料螺钉过孔中心线,落废料孔中心线,凸凹模紧固螺钉头过孔中心线
②钻孔钻以上各孔至要求,锪背面沉孔至要求3平磨与模柄配平模柄孔Ø52及台阶Ø60至要求4钳与凸凹模固定板配作销孔5钳总装配表
4.
3.10推件块加工工艺过程材料45#硬度24~28HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料74×37×25mm2热处理淬火硬度24~28HRC3粗铣铣六面见光4平磨磨上下两平面至要求5钳
①划线2×Ø12过孔中心线,各面轮廓线
②钻孔钻2×Ø12过孔至要求6铣铣各型面各台阶至要求7钳总装配5模具装配模具装配是按照模具设计要求,把模具零件连接或固定起来,达到装配的技术要求,并保证加工出合格的零件对于冲裁模,即使模具零件的加工精度已经达到了要求,但在装配时如果不能保证冲裁间隙均匀,也会影响制件的质量和模具的使用寿命故在进行装配之前,要仔细研究设计图纸,按照模具的设计要求,确定合理的装配顺序及装配方法,选择合理的检测方法及测量工具
5.1模具零件的装配根据复合模装配的技术要求,现安排以下零件的装配
5.
1.1模柄装配该模具选用的是压入式模柄,按H7/r6配合与上模座装配先把模柄压入模座内,按中心线找正模柄的正确位置用角尺检查模柄圆柱面与上模座平行面的垂直度,其偏差不大于
0.05mm通过模柄上的防转销孔在模座上钻出光孔,用防转销固定,再用角度尺检查其垂直度,误差不大于
0.05mm
5.
1.2导柱、导套的装配该模具的导柱、导套与上下模座均采用压入式连接,导套、导柱与上模座的配合为H7/n6压入时要注意校正导柱对模座底面垂直度,装配好的导柱的固定端面与下模座底面的距离不小于
0.5~1mm
5.
1.3凹模和凸凹模的装配因为该凹模和冲孔落料的凸凹模尺寸较大,故采用机械固定方法,即通过紧固螺钉连接固定要保证凸凹模之间的间隙配合在
0.132~
0.20mm之间,沿刃口轮廓均匀一致
5.2总装配
1、把冲孔的两个凸模压入凸模固定板上,用平行夹头与上垫板上模座夹紧,用配钻法钻出螺钉过孔,再用螺钉稍加紧固
2.用同样方法把落料凸凹模钻出螺钉过孔,拧上螺钉紧固
3.把凸模固定板定位上垫板和上模座上,用平行夹头夹紧,用配钻法钻出螺孔,后拆开,再加上推杆,用螺钉稍加紧固在上模板上
4.用同样的方法把卸料板、凸凹模固下定在模板上
5.调整凸凹模之间的间隙,装好的上模部分套在导柱上,用手轻轻敲击凸模或凹模一侧,使其间隙均匀最后用螺钉紧固
6.校核其封闭高度,符合Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm
5.3模具装配图通过以上设计过程可得如图纸所示的模具总装配图模具上模部分主要有上模座板、上垫板、凸模、凸模固定板、空心垫板、凹模板等组成卸料方式采用弹性卸料,以弹簧为弹性元件下模部分由下模座板、下垫板、卸料板、凸凹模、凸凹模固定板、推件块等组成冲孔废料由凹模型孔漏出,成品由下模逆出条料送进时,采用固定挡料销5作为粗定距,在落料凹模上安装两个导料销26对条料进行精确定位,操作时同时完成冲孔和落料两道工序后,压力机回程,当滑块内的推杆14撞击到床身两侧的限位螺钉时,便产生推件力,通过推杆14传递给推件块11,从而推出制件
5.4模具零件图本部分包括凸凹模、凸模固定板、凸凹模固定板、凹模板等,共计4张零件图
5.5试模冲模装配后,在生产条件下进行试冲,通过试冲可以发现模具的设计与制造缺陷,找出产生的原因,并对模具进行适当调整和修理后再进行试冲,直到模具能冲出合格的制件为准整个模具的装配过程结束,投入生产
5.6润滑模具在工作过程中具有良好的润滑非常重要,既保护到模具,又保证模具能正常顺利工作提高生产效率润滑剂具有一定的热稳定性,在温热挤压过程中,能保持良好的润滑效果润滑剂在一定温度下能均匀的粘附在模具的工作部分零件表面,形成薄膜,起到保护作用
5.7模具使用注意事项由于模具为半自动化式,在安放、取出零件时带有手工操作部分,为了确保人身安全,注意应在压力机完成一次冲裁周期时进行,为了保护模具刃口和顶出、卸料方便,在工作前应涂少量5号润滑剂,在导柱导套之间也要注入润滑油,在非工作时间里,注意模具的保养和维护、维修、以及模具在压力机上的取出和安装参考文献
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4.17ca图
2.2排样方法分类图
3.
4.5出件装置1—顶件块2—顶杆3—支承板4—橡胶块图
3.
4.4弹性顶件装置1—橡胶块2—推板3—推杆4—推件块图
3.
4.5弹性顶件装置图
3.
4.3刚性推件装置1—打杆2—推板3—推杆4—推件块图
3.
2.13定位装置图
3.
6.2垫板的受力图
3.
6.1模柄的结构型式1—模柄2—球面垫块3—接头图
3.
5.3滚珠式导柱导套a滚珠式导柱导套;b保持器展开图图
3.
5.2滑动式导柱导套1—上模座2—导柱3—导套4—下模座5—压板6—螺钉7—特殊螺钉8—注油孔图
3.
5.1滑动式导柱导套模架和滚动式导柱导套模架图
4.
2.1凸凹模毛坯锻件的形状图
4.
1.1冲孔凸模毛坯锻件的形状图
3.
4.2弹性卸料装置a向上卸料b向下卸料图
3.
4.1固定卸料板图
3.
3.7侧压装置a弹簧侧压块式;b簧片式;c簧片侧压块式d弹簧压板式图
3.
3.6定位板和定位钉a外轮廓定位b孔定位图
3.
3.4导正销在凸模上的固定形式图
3.
3.6挡料销的位置图
2.3排样图图
3.
3.5固定在凸模固定板上的导正销1—上模座2—凸模固定板3—卸料板4—导正销5—弹簧6—螺塞7—顶销1—簧片或弹簧2—始用档块3—导料板4—固定卸料板图
3.
3.3始用挡料装置图
3.
3.2活动挡料销图
3.
3.1固定挡料销图
3.
2.12凹模外形尺寸图
3.
2.11凹模洞口的类型图
3.
2.10快换式凸模的固定方法图
3.
2.9凸模的粘结固定a环氧树脂固定;b低熔点合金固定;c无机粘结剂固定图
3.
2.8中小凸模的固定方式1—凸模2—凸模固定板3—垫板4—防转销5—吊装螺钉6—吊装横销7—上模座图
3.
2.7大凸模的固定图
3.
2.3标准圆形凸模图
3.
2.6凸模护套a无导向装置的凸模、b有导向装置的直通式凸模、c有导向装置的阶梯式凸模图
3.
2.5凸模的自由长度图
3.
2.4凸模长度的确定图
3.
2.2整体式凸模图
2.
3.7斜刃冲裁(a)、(b)落料凹模为斜刃;(c)、(d)、(e)冲孔凸模为斜刃;(f)用于切口或切断的单边斜刃图
3.
2.1镶拼式凸模图图
2.
3.6减小冲裁力的设计2-102-9图
2.
3.4解析法求压力中心a)复杂零件冲压压力中心;b)多凸模冲压压力中心表
2.
3.1部分常用材料的力学性能图
2.
3.2卸料力、推料力、顶件力示意图图
2.
3.1冲裁力与凸模行程曲线表
2.
2.2最小搭边值b表
2.
2.1有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类I4。