冲孔落料弯曲复合模具设计

11绪论改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。2弯曲件的工艺分析图2—1零件图如图2—1所示零件图。生产批量：大批量;材料：LY21-Y;该材料，经退火及时效处理，具有较高的强度、硬度，适合做中等强度的零件。尺寸精度：按公差IT14查出来的。尺寸精度较低，普通冲裁完全能够。2其他的形状尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可安IT14级确定工件的公差。经查公差表，各尺寸公差为：Ø90+0。30200-0.52600-0.52工件结构形状：制件需要进行落料、冲孔、弯曲三道基本工序，尺寸较小。结论：该制件可以进行冲裁制件为大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证磨具的复杂程度和模具的寿命。3确定工艺方案及模具的结构形式根据制件的工艺分析，其基本工序有落料、冲孔、弯曲三道基本工序，按其先后顺序组合，可得如下几种方案;(1)落料——弯曲——冲孔；单工序模冲压(2)落料——冲孔——弯曲；单工序模冲压。(3)冲孔——落料——弯曲；连续模冲压。(4)冲孔——落料——弯曲；复合模冲压。方案（1）（2）属于单工序模冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。由于此制件生产批量大，尺寸又较这两种方案生产效率较低，操作也不安全，劳动强度大，故不宜采用。方案（3）属于连续模，是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。由于制件的结构尺寸小，厚度小，连续模结构复杂，又因落料在前弯曲在后，必然使弯曲时产生很大的加工难度，因此，不宜采用该方案。方案（4）属于复合冲裁模，复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。采用复合模冲裁，其模具结构没有连续模复杂，生产效率也很高，又降低的工人的劳动强度，所以此方案最为合适。根据分析采用方案（4）复合冲裁。3.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。3.2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。控制条料的送进步距采用导正销定距。33.3卸料方式的选择因为工件料厚为1.5mm，相对较厚，卸料力大，故可采用刚性料装置卸料。3.4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模架的导向方式。4模具设计工艺计算4.1计算毛坯尺寸相对弯曲半径为：R/t=2/1.5=1.330.5式中：R——弯曲半径（mm）t——材料厚度（mm）由于相对弯曲半径大于0.5，可见制件属于圆角半径较大的弯曲件，应该先求变形区中性层曲率半径β（mm）。β=r0+kt公式(4—1)式中：r0——内弯曲半径t——材料厚度k——中性层系数表4—1板料弯曲中性层系数r0/t0.10.20.250.30.40.50.60.81.OK1(V)0.300.330.350.360.370.380.390.410.42K2(U)0.230.290.310.320.350.370.380.400.41K3(O)—————0.720.700.670.63r0/t1.21.51.8234568K1(V)0.430.450.460.460.470.480.480.490.50K2(U)0.420.440.450.450.460.470.480.490.50K3(O)0.490.560.520.50查表4—1，K=0.45根据公式4—1β=r0+kt=2+0.45X1.5=2.675（mm）4图4—1算展开尺寸示意图毛坯总展开长度L0：L0=2L3+L1+L2由毛坯图的：L1=13L2=60L3=π/2(R+KT)=3.14/2×(2+0.45×1.5)=6.2mm所以L0=2×6.2+60+13=85.4mm(取85.40-0.87mm）根据计算得：工件的展开尺寸为20×85.4（mm）,如图4—2所示。图4—2尺寸展开图4.2排样、计算条料宽度及步距的确定4.2.1搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边5的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表4—2所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表4—2搭边a和a1数值材料厚度圆件及r＞2t的工件矩形工件边长L＜50mm矩形工件边长L＞50mm或r＜2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a＜0.250.25~0.50.5~0.80.8~1.21.2~1.61.6~2.02.0~2.52.5~3.03.0~3.53.5~4.04.0~5.05.0~121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损表4—2给出了钢（WC0.05%～0.25%）的搭边值。对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数：钢（WC0.3%～0.45%）0.9钢（WC0.5%～0.65%）0.8硬黄钢1～1.1硬铝1～1.2软黄铜，纯铜1.26该制件是矩形工件，根据尺寸从表4—2中查出：两制件之间的搭边值a1=1.8（mm）,侧搭边值a=2.0(mm)。由于该制件的材料使LY21—Y（硬铝），所以两制件之间的搭边值为：a1=1.8×（1～1.2）=1.8～2.16(mm)取a1=1.8(mm)侧搭边值a=2.0×（1～1.2）=2～2.4(mm)取a=2.0(mm)4.2.2条料宽度的确定计算条料宽度有三种情况需要考虑；○1有侧压装置时条料的宽度。○2无侧压装置时条料的宽度。○3有定距侧刃时条料的宽度。有定距侧刃时条料的宽度。条料宽度公式：B=（D+2a）0-△公式（4—2）其中条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为—△，见表4—3条料宽度偏差。D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。a——侧搭边值。查表4—3条料宽度偏差为0.15根据公式4—1B=（D+2a）0-△=（20+2×1.5）0-0.15=230-0.15表4—3条料宽度公差(mm)条料宽度B/mm材料厚度t/mm～0.50.5～11～2～200.050.080.1020～300.080.100.1530～500.100.150.204.2.3导板间间距的确定7导料板间距离公式：A=B+Z公式（4—3）Z——导料板与条料之间的最小间隙（mm）；查表4.3—3得Z=5mm根据公式4—2A=B+Z=23+5=28（mm）表4—4导料板与条料之间的最小间隙Zmin（mm）材料厚度t/mm有侧压装置条料宽度B/mm100以下100以上~0.50.5~11~22~33~44~55555558888884.2.4排样根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，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的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。由于设计的零件是矩形零件，且中间一个个孔均有要求，所以采用有费料直排法。4.2.5材料利用率的计算：8材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示：η=(nA1/hB)×100%（公式4—4）式中η——材料利用率（%）；n——冲裁件的数目；A1——冲裁件的实际面积(mm2)；B——板料宽度(mm)；h——进距计算冲压件的面积：A1=85.4×20-（4.52π）=1708mm-64mm=1644(mm2)条料宽度计算：B=85.4mm+2mm×2mm=89.4mm进距的计算：h=20+1.8=21.8mm一个进距的材料利用率：η=(nA1/hB)×100%=(1×1636/21.8×89)×100%=84.3%总材料利用率根据冷冲模设计指导书取板的长×宽×厚为1410×710×1.5采用纵向剪切的方法剪钢板没张钢板上可剪得的条料数：n1=1410/89.4=15条余16(mm)每条板材上可剪得的冲压件数：n2=710/21.8=32（个）材料的总利用率：η2=n1n2A1/LB×100%=15×32×1636/1410×710×100%=82.15%9由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。图4—3排样图5冲裁力的计算5.1计算冲裁力的公式计算冲裁力是为了选择合适的压力机，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，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：Fp=KptLτ公式（5—1）10表5—1部分常用冲压材料的力学性能材料名称牌号材料状态抗剪强度(τ)抗拉强度(σb)伸长率屈服强度优质碳素结构钢08F已退火220～310280～3903218008260～360330～4503220010260～340300～4402921020280～400360～5102525045440～560550～7001636065Mn已退火60075012400不锈钢1Cr13已退火320～380400～47021—1Cr18Ni9Ti处理软化430～550540～70040200铝L2、L3、L5已退火8075～1102550～80冷作硬化100120～1504—铝锰合金LF21已退火70～110110～1451950硬铝LY12已退火105～150150～21512—淬硬后冷作硬花280～320400～60010340纯铜T1、T2、T3软态160200307硬态2403003—铜H62软态26030035—半硬态30038020200H68软态24030040100式中τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）；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数而设置的安全系数Kp，一般取1~3。当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1的近似计算法计算。11根据常用金属冲压材料的力学性能查表5—1得出LY21—Y的抗剪强度为280～310(MPa)，取τ=300(MPa)5.2总冲裁力、卸料力、推料力、顶件力、弯曲力和总冲压力由于冲裁模具采用刚性卸料装置推料装置和打料装