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冷冲 压模具设计实例
浏览人数:  发布时间:2019-09-26 15:40

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  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。

  冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。

  (2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

  (3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。

  (4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。

  由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

  上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。

  在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

  复合冲压——在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

  级进冲压——在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

  冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可看成是由上模和下模两部分

  组成,上模被固定在压力机工作台或垫板上,是冲模的固定部分。工作时,坯料在下模面上通过定位零件定位,压力机滑块带动上模下压,在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形,从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时,模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来,以便进行下一次冲压循环。

  此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计,其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性(材料、工件结构形状、尺寸精度),拟定零件的冲压工艺方案及模具结构,排样,裁板,计算冲压工序压力,选用压力机及确定压力中心,计算凸凹模刃口尺寸,主要零、部件的结构设计和加工工艺编制,压力机的校核。

  硬钢材料被自由凸模冲圆形孔,查《冷冲压工艺及模具设计》表3-8,可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:Φ61.3t=1.3×2=2.6。

  由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行,故最小孔边距不应小于材料厚度t,该工件的空边距(20)t=2,(10)t=2,均适宜于冲裁加工。

  零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差,经查表得,各尺寸公差分别为:

  08F,属于碳素结构钢,查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知抗剪强度τ=260MPa,断后伸长率=32%。此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。

  方案(a)模具结构简单,但需要两道工序,两套模具才能完成零件的加工,生产效率低,难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构简单,为了提高生产效率,主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。采用复合冲裁时,冲出的零件精度和平直度好,生产效率高,操作方便,通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。

  根据零件的冲裁工艺方案,采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件——凸凹模,凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置,结构简单,便于操作,因此采用倒装式复合冲裁模。

  虽然零件的生产批量较大,但合理安排生产,可用手工送料方式能够达到批量要求,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。考虑到零件尺寸大小,材料厚度,为了便于操作和保证零件的精度,宜采用导料板导向,固定挡料销挡料,并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性,进而保证零件精度。为了保证首件冲裁的正确定距,采用始用挡料销,采用使用挡料销的目的是为了提高材料利用率。

  采用弹性卸料的方式卸料,弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料,卸料力不大,但冲压时可兼起压料作用,可以保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作,提高零件生产率,冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

  考虑到送料与操作的方便性,模架采用后侧式导柱的模架,用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高,但冲裁间隙较小,因此采用I级模架精度。

  落料凸模刃口部分为非圆形,为便于凸模与固定板的加工,可设计成固定台阶式,中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合,凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模,欧洲秒速赛车在卸料时不至于凸模固定板中拉出。并将安装部分设计成便于加工的长圆形,通过接方式与凸模固定板固定。

  零件外形近似矩形,轮廓尺寸为58×30。考虑操作方便并为了保证零件精度,采用直排有废料排样。如图1所示:

  查《冷冲压工艺及模具设计》表3-13,工件的搭边值a=2,沿边的搭边值a1=2.2。级进模送料步距为S=30+2=32mm

  B×S=62.4×32=1996.8㎜2。因此一个进距内的材料利用率为:

  采用横裁时,剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为32,每间条可冲零件个数22个零件。则一块板材的材料利用率为:

  采用纵裁时,剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为11,每条可冲零件个数62个零件,则一块板材的材料利用率为:

  当模具结构及尺寸确定之后,可对压力机的闭合高度,模具安装尺寸进行校核,从而最终确定压力机的规格。

  由图可知,该形状关于X轴上下对称,关于Y轴左右对称,则压力中心为该图形的几何中心。即坐标原点O。该点坐标为(0,0)。

  由于模具间隙较小,固凸、凹模采用配作加工为宜,由于凸、凹模之间存在着间隙,使落下的料或冲出的孔都带有锥度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸,而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固计算凸模与凹模刃口尺寸时,应按落料与冲孔两种情况分别进行。由此,在确定模具刃口尺寸及其制造公差时,需遵循以下原则:

  (I)落料时以凹模尺寸为基准,即先确定凹模刃口尺寸;考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大,固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸,而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙;

  (II)冲孔时以凸模尺寸为基准,即先确定凸模刃口尺寸,考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小,固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸,而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙;

  (III)凸模与凹模的制造公差,根据工件的要求而定,一般取比工件精度高2~3级的精度,考虑到凹模比凸模的加工稍难,凹模比凸模低一级。

  i)凹模磨损后增大的尺寸,按《冷冲压工艺及模具设计》公式:DA=(Dmax-X△);计算,取 δA=△/4,制件精度为IT14级,故X=0.5

  ii)凹模磨损后不变的尺寸,按《冷冲压工艺及模具设计》公式:CA=(Cmin+X△)±0.5δA: 计算,取δA=△/4 ,制件精度为IT14级,故X=0.5

  冲裁间隙影响冲裁件质量,在正常冲裁情况下,间隙对冲裁力的影响并不大,但间隙对卸力、推件力的影响却较大。间隙是影响模具寿命的主要因素。间隙的大小则直接影响到摩擦的大小,在满足冲裁件质量的前提下,间隙一般取偏大值,这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。

  冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模为圆形,可按《冷冲压工艺及模具设计》公式dT=(dmin+x△) 计算,取δT=△/4,制件精度为IT14级,故X=0.5

  凹模的结构形式和固定方法:凹模采用矩形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在凹模固定板内,其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命,其值可查《冷冲压工艺及模具设计》表3-23。

  凹模刃口的结构形式:因冲件的批量较大,考虑凹模有磨损和保证冲件的质量,凹模刃口采用直刃壁结构,刃壁高度取6mm, 漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5 mm

  根据算得的凹模轮廓尺寸,选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为L×B×H=125×125×28.5(㎜)

  凹模材料和技术要求:凹模的材料选用T10A。工件部分淬硬至HRC58~62。外轮廓棱角要倒钝。

  冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形,为了便于凸模和固定板的加工,将冲孔凸模设计成台阶式。

  为了保证强度、刚度及便于加工与装配,圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形,小端圆柱部分。是具有锋利刃口的工作部分,中间圆柱部分是安装部分,它与固定板按H7/m6配合,尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出,圆形凸模采用台肩式固定。

  一般情况下,凸模强度与刚度足够,由于凸模的截面尺寸较为积适中,估计强度足够,只需对刚度进行校核。

  由此可知:冲孔部分凸模工作长度不能超过24.00mm,根据冲孔标准中的凸模长度系列,选取凸模的长度:50.5

  凸模材料采用碳素工具钢T10A,凸模工作端(即刃口)淬硬至HRC 56~60,凸模尾端淬火后,硬度为HRC 43~48为宜。

  冲孔边缘与工件外开边缘不平行时,凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=2mm,而实际最小壁厚为5mm,故符合强度要求。

  凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为Zmin=0.246mm,内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙为Zmin=0.246mm。

  选用固定挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离,固定挡料销固定在位于下模的凸凹模上,规格为GB/T7694.10-94,材料45号钢,硬度为43~48HRC

  选用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进,位于条料的后侧(条料从右向左送进)尺寸规格为6X2,如图5所示:

  由于卸料采用弹性卸料的方式,弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。

  弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸,厚度取凹模厚度的0.6~0.8倍, 卸料板与凸模的单边间隙按《冷冲压工艺及模具设计》表3-32选取,t>1mm时,单边间隙为0.15mm。

  为了便于可靠卸料,在模具开启状态时,卸料板工作平面应高出凸模刃口尺寸端面0.3~0.5,卸料板的尺寸规格为:125mmX125mmX10mm,材料为:45#钢。如图6所示:

  卸料螺钉采用标准的阶梯形螺钉,根据卸料板的尺寸选择4个卸料螺钉,规格为,JB/T7650.5-94。如图7所示:

  式中FXY—橡皮工作时的弹力,A—橡皮的横截面积,P—与橡橡皮压缩量有关的单位压力,一般预压时压缩量为10%~15%。由《冷冲压工艺及模具设计》图3-64知,取P=0.6MPa,求得A=91.3cm2,由《冷冲压工艺及模具设计》表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24

  根据工件材料厚度为2mm,冲裁时凸模进如凹模的深度为1mm,模具维修时刃磨留量为2mm,开启时卸料板高于凸模1mm,则求得总工作行程:h工件=6mm,

  使用橡皮时,不应使最大压缩量超过橡皮自由高度的35%~45%否则是皮的自由高度应为:

  由《冷冲压工艺及模具设计》表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24

  模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上,同时使模具中心通过滑块的压力中心,模柄的直径与长度与压力机滑块一致,模柄的尺寸规格选用凸缘模柄,用3~4个螺钉固定在上模座上。

  由于计算的P值大于《冷冲压工艺及模具设计》表3-34模座材料的许应压力,因此在工作零件与模座之间加垫板。

  上模螺钉:螺钉起联接紧固作用,上模上6个,45钢,尺寸为M8X70下模螺钉:6个,45钢,尺寸为M6X55.销钉起定位作用,同时也承受一定的偏移力.上模3个,45钢,尺寸为Φ6X60.

  根据公称压力的选取压力机型号为J23-25,它的压力为25t15.79t,所以压力得以校核;

  滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=2mm,卸料板的厚度H=10mm,及凸模冲入凹模的最大深度2mm,即S1=2+10+2=14mmS=65mm,所以得以校核.

  行程次数为105次/min.因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核.

  滑块上模柄孔的直径为40mm,模柄孔深度为60mm,而所选的模柄夹持部分直径为30mm,长度为48mm,故符合要求,得以校核;

  即 195≥188.5≥120 ,所以所选压力机合适,即压力机得以校核.

  模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一,为了保证模具精度,制造时应达到以下技术要求:

  a、组成冲压模具的所有零件,在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。

  b、组成模架的零件应达到规定的加工要求,装配成套的模架应活动自如,并达到规定的平行度和垂直度要求

  d、为了鉴别冲压件的质量,装配好的模具必须在生产条件下试模,并根据试模存在问题进行修整,直至试出合格的冲压件为止。

  1— 下模座 2—导柱 3—内六角螺钉¢8×70 4—内六角螺钉¢8×60

  5—导套 6—凸模固定板 7—冲孔凸模 8—垫板 9—上模座 10—销钉▲●…△△▪️▲□△★-●△▪️▲□△▽◇▲=○▼=△▲▲★-●★▽…◇□▼◁▼◆●△▼●•●★△◁◁▽▼▲●◆▼▼▼▽●▽●■□○▲▪️•★•☆■▲◆◁•◇•■★▼

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