第8章 冷冲压模具设计与制造实例> 8.2 冷冲压模具设计与制造实例

  例8.2.1冲裁模设计与制造实例
工件名称:手柄
工件简图:如图8.2.1所示。
生产批量:中批量
材料:Q235-A钢
材料厚度:1.2mm

 1.冲压件工艺性分析

此工件只有落料和冲孔两个工序。 材料为Q235-A钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。工件结构相对简单,有一个φ8mm的孔和5个φ5mm的孔;孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为3.5mm(大端4个φ5mm的孔与φ8mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚)。工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁完全能满足要求。

 2.冲压工艺方案的确定

该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:先落料,后冲孔。采用单工序模生产。
方案二:落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。
方案三:冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。
方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm,模具强度较差,制造难度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会影响冲压速度,操作不方便。方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。

 3.主要设计计算

(1)排样方式的确定及其计算
设计级进模,首先要设计条料排样图。手柄的形状具有一头大一头小的特点,直排时材料利用率低,应采用直对排,如图8.2.2 所示的排样方法,设计成隔位冲压,可显著地减少废料。隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°,再冲第二遍,在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。搭边值取2.5mm和3.5mm,条料宽度为135mm,步距离为53 mm,一个步距的材料利用率为78%(计算见表8.2.1)。查板材标准,宜选950mm×1500mm的钢板,每张钢板可剪裁为7张条料(135mm×1500mm),每张条料可冲56个工件,故每张钢板的材料利用率为76%。

图8.2.1 手柄工件简图 图8.2.2 手柄排样图
 (2)冲压力的计算
该模具采用级进模,拟选择弹性卸料、下出件。冲压力的相关计算见表8.2.1。
根据计算结果,冲压设备拟选J23-25。
(3)压力中心的确定及相关计算
计算压力中心时,先画出凹模型口图,如图8.2.3所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1~L6共6组基本线段,用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标(13.57,11.64)。有关计算如表8.2.2所示。
由以上计算结果可以看出,该工件冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点O较小,为了便于模具的加工和装配,模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-25冲床,C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内,满足要求。
(4)工作零件刃口尺寸计算
在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前,首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方
法。结合该模具的特点,工作零件的形状相对较简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸
模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度,使装
配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算,具体计算见表8.2.3 所示。

 

图8.2.3 凹模型口图
 (5)卸料橡胶的设计
卸料橡胶的设计计算见表8.2.4。选用的四块橡胶板的厚度务必一致,不然会造成受力不均匀,运动产生歪斜,影响模具的正常工作。

  4.模具总体设计

(1)模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采用级进冲压,所以模具类型为级进模。
(2)定位方式的选择
因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用导料板,无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距,导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量,可以靠操作工目测来定。

 (3)卸料、出件方式的选择
因为工件料厚为1.2mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹性卸料。
又因为是级进模生产,所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。
(4)导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该级进模采用中间导柱的导向方式。

  5.主要零部件设计

(1)工作零件的结构设计
① 落料凸模
结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计成直通式,采用线切割机床加工,2个M8螺钉固定在垫板上,与凸模固定板的配合按H6/m5。其总长L可按公式2.9.2计算:
=20+14+1.2+28.8=64mm
具体结构可参见图8.2.4(a)所示。
② 冲孔凸模
因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于需要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换。其中冲5个φ5的圆形凸模可选用标准件BⅡ型式(尺寸为5.15×64)。冲φ8mm孔的凸模结构如图8.2.4(b)所示。
③ 凹模
凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4计算:
凹模厚度 H=kb=0.2×127mm=25.4mm(查表2.9.5得k=0.2)
凹模壁厚 c=(1.5~2)H=38~50.8mm
取凹模厚度H=30mm,凹模壁厚c=45mm,
凹模宽度B=b+2c=(127+2×45)mm=217mm
凹模长度L取195mm(送料方向)
凹模轮廓尺寸为195mm×217mm×30mm,结构如图8.2.4(c)所示。
(2)定位零件的设计
落料凸模下部设置两个导正销,分别借用工件上φ5mm和φ8mm两个孔作导正孔。φ8mm导正孔的导正销的结构如图8.2.5所示。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm ,所以导正销直线部分的长度为1.8mm。导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面,导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。
起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件,规格为8×16。
(3)导料板的设计
导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙取1mm,这样就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度按表2.9.7选择。导料板采用45钢制作,热处理硬度为40~45HRC,用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。
(4)卸料部件的设计
① 卸料板的设计
卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为14mm。
卸料板采用45钢制造,淬火硬度为40~45HRC。
②卸料螺钉的选用
卸料板上设置4个卸料螺钉,公称直径为12mm,螺纹部分为M10×10mm。卸料

材料:Crl2MoV 热处理:58~62HRC
技术要求:尾部与凸模固定板按H6/m5配合
材料:Crl2MoV
热处理:58~62HRC
    
材料:Crl2 MoV 热处理:60~64HRC
图8.2.4 工作零件
  钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后, 应使卸料板超出凸模端面lmm,有误差时通过在 螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
(5)模架及其它零部件设计
该模具采用中间导柱模架,这种模架的导柱 在模具中间位置,冲压时可防止由于偏心力矩而 引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据,选择 模架规格。
导柱d/mm×L/mm分别为φ28×160,φ32×160;导套d/mm×L/mm×D/mm分别为φ28× 115×42,φ32×115×45。上模座厚度H上模取45mm,上模垫板厚度H垫取10mm,固定板厚度H固取20mm,下模座厚度H下模取50mm,那么,该模具的闭合高度:
H闭=H上模+ H垫+L+ H + H下模-h2 =(45+10+64+30+50-2)mm=197mm
式中 L——凸模长度,L=64 mm;
H——凹模厚度,H=30mm;
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度,h2=2mm。
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度(220mm),可以使用。

 6.模具总装图

通过以上设计,可得到如图8.2.6所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模(7个)、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料,以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采用活动挡料销13作为粗定距,在落料凸模上安装两个导正销4,利用条料上φ5mm和φ8孔作导正销孔进行导正,以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第一步冲压后,把条料抬起向前移动,用落料孔套在活动挡料销13上,并向前推紧,冲压时凸模上的导正销4再作精确定距。活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm,冲压过程中粗定位完成以后,当用导正销作精确定位时,由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。用这种方法定距,精度可达到0.02mm。

    7.冲压设备的选定

通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。其主要技术参数如下:
公称压力:250KN
滑块行程:65mm
最大闭合高度:270mm
最大装模高度:220mm

图8.2.5 导正销
图8-2-6手柄级进模装配图
    工作台尺寸(前后×左右):370mm×560mm
垫板尺寸(厚度×孔径):50mm×200mm
模柄孔尺寸:φ40mm×60mm
最大倾斜角度:30°

    8.模具零件加工工艺

本副冲裁模,模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板,若采用线切割加工技术,这些零件的加工就变得相对简单。
图8.2.4(a)所示落料凸模的加工工艺过程如表8.2.5 所示。
凹模、固定板以及卸料板都属于板类零件,其加工工艺比较规范。图8.2.4(c)所示凹模的加工过程与图7.2.1所示落料凹模的加工过程完全类似,见表7.2.4,在此不再重复。

 9.模具的装配

根据级进模装配要点,选凹模作为装配基准件,先装下模,再装上模,并调整间隙、试冲、返修。具体装配见表8.2.6所示。

    例8.2.2 拉深模设计与制造实例
零件简图:如图8.2.7所示。
生产批量:大批量
材料:镀锌铁皮
材料厚度:1mm

 1.冲压件工艺性分析

该工件属于较典型圆筒形件拉深,形状简单对称,所有尺寸均为自由公差,对工件厚度变化也没有作要求,只是该工件作为另一零件的盖,口部尺寸φ69可稍作小些。而工件总高度尺寸14mm可在拉深后采用修边达要求。

 2.冲压工艺方案的确定

该工件包括落料、拉深两个基本工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:先落料,后拉深。采用单工序模生产。
方案二:落料-拉深复合冲压。采用复合模生产。
方案三:拉深级进冲压。采用级进模生产。

  方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具,生产效率较高,尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。方案三也只需一副模具,生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作不方便,加之工件尺寸偏大。通过对上述三种方案的分析比较,该件若能一次拉深,则其冲压生产采用方案二为佳。

 3.主要设计计算

(1)毛坯尺寸计算
根据表面积相等原则,用解析法求该零件的毛坯直径D,具体计算见表8.2.7。
(2)排样及相关计算
采用有废料直排的排样方式,相关计算见表8.2.7。查板材标准,宜选750mm×1000mm的冷轧钢板,每张钢板可剪裁为8张条料(93mm×1000mm),每张条料可冲10个工件,故每张钢板的材料利用率为68%。
(3)成形次数的确定
该工件底部有一台阶,按阶梯形件的拉深来计算,求出h/dmin=15.2/40=0.38,根据毛坯相对厚度t/D=1/90.5=1.1,查表4.4.3发现h/dmin小于表中数值,能一次拉深成形。所以能采用落料-拉深复合冲压。

 (4)冲压工序压力计算
该模具拟采用正装复合模,固定卸料与推件,具体冲压力计算见表8.2.7所示。根据冲压工艺总力计算结果并结合工件高度,初选开式双柱可倾压力机J23-25。
(5) 工作部分尺寸计算
落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸计算见表8.2.8所示。其中因为该工件口部尺寸要求要与另一件配合,所以在设计时可将其尺寸作小些,即拉深凹模尺寸取φ68.1+0.08mm,相应拉深凸模尺寸取φ66.1-0.05mm。工件底部尺寸φ43 mm、φ40 mm、3mm与R2 mm因为属于过渡尺寸,要求不高,为简单方便,实际生产中直接按工件尺寸作拉深凸、凹模该处尺寸。
 4.模具的总体设计

(1)模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为落料-拉深复合模。
(2)定位方式的选择
因为该模具使用的是条料,所以导料采用导料板(本副模具固定卸料板与导料板一体),送进步距控制采用挡料销。
(3)卸料、出件方式的选择
模具采用固定卸料,刚性打件,并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。
(4)导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该复合模采用中间导柱的导向方式。

 5.主要零部件设计

(1)工作零件的结构设计
由于工件形状简单对称,所以模具的工作零件均采用整体结构,拉深凸模、落料凹模和凸凹模的结构如图8.2.8所示。
为了实现先落料后拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低。所以图8.2.8a)所示拉深凸模,其长度L可按下式计算:

材料:CrWMn 热处理:工作部分局部淬火,硬度60~64HRC
图8.2.8 主要工作零件
  图8.2.8b)所示凸凹模因为型孔较多,为了防止淬火变形,除了采用工作部分局部淬火(硬度58~62HRC)外,材料也用淬火变形小的CrWMn模具钢。
(2)其它零部件的设计与选用
① 弹性元件的设计
顶件块在成形过程中一方面起压边作用,另一方面还可将成形后包在拉深凸模上的工件卸下。其压力由标准缓冲器提供。
②模架及其它零部件的选用
模具选用中间导柱标准模架,可承受较大的冲压力。为防止装模时,上模误转180°装配,将模架中两对导柱与导套作成粗细不等:

    6.模具总装图

由以上设计,可得到如图8.2.9所示的模具总装图。为了实现先落料,后拉深,应保证模具装配后,拉深凸模6的端面比落料凹模5端面低3mm。

1—凸凹模 2—推件块 3—固定卸料板 4—顶件块 5—落料凹模 6—拉深凸模
图8.2.9 盖落料-拉深复合模
  模具工作过程:将条料送入刚性卸料板3下长条形槽中,平放在凹模面上,并靠槽的一侧,压力机滑块带着上模下行,凸凹模1下表面首先接触条料,并与顶件块4一起压住条料,先落料,后拉深;当拉深结束后,上模回程,落料后的条料由刚性卸料板3从凸凹模上卸下,拉深成形的工件由压力机上活动横梁通过推件块2从凸凹模中刚性打下,用手工将工件取走后,将条料往前送进一个步距,进行下一个工件的生产。

    7.冲压设备的选定

通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。

 8.工作零件的加工工艺

本副模具工作零件都旋转体,形状比较简单,加工主要采用车削。
图8.2.8 b)所示凸凹模的加工工艺过程如表8.2.9 所示。拉深凸模和落料凹模的加工方法与凸凹模相似,限于篇幅,在此就不介绍了。

    9.模具的装配

本模具的装配选凸凹模为基准件,先装上模,再装下模。具体装配过程见第7章。装配后应保证间隙均匀,落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作端面3mm,顶件块上端面应高出落料凹模刃口面0.5 mm,以实现落料前先压料,落料后再拉深。

1
aaa
2

下载权限

查看
  • 免费下载
    评论并刷新后下载
    登录后下载

查看演示

  • {{attr.name}}:
您当前的等级为
登录后免费下载登录 小黑屋反思中,不准下载! 评论后刷新页面下载评论 支付以后下载 请先登录 您今天的下载次数(次)用完了,请明天再来 支付积分以后下载立即支付 支付以后下载立即支付 您当前的用户组不允许下载升级会员
您已获得下载权限 您可以每天下载资源次,今日剩余

给TA打赏
共{{data.count}}人
人已打赏
模具设计与制造

第8章 冷冲压模具设计与制造实例> 8.1 概述

2020-4-4 22:47:50

VISI视频教程

VISI 19冲压模具设计-冲模设计-2.4-法兰展开

2020-8-22 9:43:29

⚠️
模具俱乐部网上的部分文章及教程收集于互联网,仅供网友学习交流,若您喜欢本文可附上原文链接随意转载。
无意侵害您的权益,请发送邮件至 root@mouldclub.com 或点击右侧 私信:rogen 反馈,我们将尽快处理。
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索