落料、冲孔、弯曲复合模设计

1模具设计作业题：拉深冲孔复合模设计：工艺性分析工件名称：角撑材料：LY12M厚度：1.2mm工件简图:如图1所示1、冲压件的工艺分析以及方案的确定通过对冲压件图样的分析得出对于这类工件，一般采用先落料、再拉深，后冲孔的加工顺序进行加工。如果把三道工序放到一起，可以大大提高工作效率，降低整个模具的开发成本，能够减轻工作量，节约能源，产品质量稳定而且在加工时不需再将手伸入模具空间,保护了操作者的人身安全。将三道工序复合在一起，可以有以下两个不2同的工艺方案：方案一、先冲孔、落料为同一工步首先完成，然后再进行拉深。采用级进模具。方案二、先落料，然后冲孔和拉深在同一工序；采用复合模具。由于此零件为盒形件且直边较短拉深后由于回弹的影响，难以保证零件的精度，因此可留一截直边，零件成形后在削去多余的直边。采用第一种方案加工工件，只需一副模具，生产效率高，但结构复杂，生产成本高。不易保证长度尺寸的精度，而且容易磨损内孔冲头，降低模具寿命。方案二也只需一副模具，生产效率高，结构较方案一简单。经分析、比较最后确认方案二。该冲压件的形状较为简单对称,冲裁件内外形达到的经济精度为IT12～IT13，最小孔径为2.60.81.20.96mm,查钣金课本表75~77页：两孔中心距公差，25.50.12mm；一般冲裁件剪断面粗糙度6.3。圆角部分r=3mm，其尺寸的精度要求不高，LY12M冲压性能较好,孔与外缘的壁厚较大,复合模中的凸凹模壁厚部分需要足够的强度。因此,该工件采用落料、冲孔及弯曲复合模加工较合理。2、主要工艺参数的计算2.1毛坯尺寸的计算在计算毛坯尺寸前，需要先确定拉深前的形状和尺寸,又有拉深圆角半径r=3mm，板料厚度t=1.2mm,r/t=2.5,故这类弯曲件变薄不严重，横断面畸变较小，并且留出8.5的直壁高度，拉伸成型后还需要修边，故毛料展开粗劣计算即可：31）将盒形件两个圆角部分合在一起，组成一个圆筒，其展开半径为：1222312.54.2354Rmm，D=70mm2）直边部分按弯曲计算展开：B=D=70mm，3）展开后的毛料如下图：4）拉伸成型后如图：42.2排样的设计与计算排样设计主要确定排样形式、送料步距、条料宽度、材料利用率和绘制排样图。（1）排样方式的确定根据冲裁件的结构特点，排样方式选择为直排。以下对两种直排方式进行分别计算：方式一：竖排1、搭边值的确定由课本表3-17查的a和1a值：工件间1a=1mm，沿边a=1.2mm。2、送料步距的确定A=D+1a=70+1=71mmD——平行于送料方向的冲裁宽度1a——冲裁件之间的搭边值。3、条料的宽度确定按照无侧压装置的条料宽度计算公式，查书中的表3-18得=0.6mm0b=0.2mmB=002())lab=000.689.52(1.00.6)0.292.9mm4、绘制排样图。冲裁件排样图如图2所示：5图2排样图方式二：横排1、搭边值的确定由书中表2-4查的a和1a值：工件间1a=1.2mm沿边a=1.0mm2、送料步距的确定A=D+1a=89.5+1.2=90.7mmD——平行于送料方向的冲裁宽度——冲裁件之间的搭边值。3、条料的宽度确定按照无侧压装置的条料宽度计算公式，查书中的表3-18得：=0.5mm0b=0.2mmB=002())lab=000.5702(1.00.5)0.273.2mm4、绘制排样图。冲裁件排样图如图3所示：6图3排样图通过计算，当选用第二种排样方案时，整体材料利用率也大于第一种方案的材料利用率，因此选用第一种排样方案进行排样。2.3冲压力的计算及设备的选择该模具采用弹性卸料和下方出料方式。总冲压力0F由冲裁力F、卸料力F卸、推件力F顶和弯曲力F弯曲组成。由于采用复合冲裁模，其冲裁力由落料冲裁力F落料和冲孔冲裁力F冲孔两部分组成。2.3.1冲裁力的计算采用平刃口模具冲裁，其理论冲裁力可按下式计算：kpFKLt式中：K--安全系数，常取K=1.3L--冲裁件的周长，mm；t--材料的厚度，mm；kp--材料的抗剪强度，MPa。7查表(实用冲模设计与制造)A-2抗剪强度：kp=280~320MPa冲裁件周长：L=19.5270258.8mm（1）落料、冲孔冲裁力的计算。查相关手册得知材料LY12的抗拉强度b=400~460MPa因此取b=460MPa，0.90.9460414kpbMPa11.3258.81.2414167kpFKLtKN（2）压边力的计算。查书本《实用冲模设计与制造》表2-21，210.035.0FFKN（3）反顶力的计算。310.116.7FFKN（4）卸料力的计算410.035.0FFKN（5）选择冲床时的总冲压力为：134=++=167+16.7+5.0=188.7KNFFFF总（7）选用设备公称压力。根据上面算的总冲压力为188.7kN，所用机械压力机公称压力应选取最接近F总而又稍大一些的压力机，查书本《实用冲模设计与制造》附录B，表B-4，选取国产公称压力为250kN的J23—25型开式双柱可倾压力机，其主要结构参数如表1所示：J23-16型开式双柱可倾压力机主要结构参数公称压力/KN250滑块行程/mm65滑块行程次数/（次/min）1058最大封闭高度/mm270封闭高度调节量/mm55滑块中心线至床身距离/mm200立柱距离/mm270工作台尺寸/mm（前后×左右）370×560垫板尺寸/mm（厚度×孔径）50×200模柄孔尺寸/mm（直径×深度）φ40×60床身最大倾斜角(°)302.4计算刃口部分尺寸2.4.1冲裁凸、凹模结构设计（1）冲裁间隙查《冲压模具设计与制造》中表格2-11得间隙minZ=0.16mm，maxZ=0.19mm。（2）凸、凹模刃口精度查课本表3-13由于t=1.2mm，工件精度选取IT12，故模具尺寸精度选为IT9（3）对冲2.6M的孔采用凹、凸模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下。查《冲压模具设计与制造》表2-6查得00.102.6磨损系数x=0.75对于00.102.6查《冲压模具设计与制造》表2-5凸、凹模制造公差均为：凸=0.020，凹=0.020。查《冲压模具设计与制造》表2-4：maxZ=0.19minZ=0.16校核：maxZ-minZ=0.03mm，凸+凹=0.040mm不满足maxZ-minZ凸+凹的条件。9因此，只有缩小凸、凹，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此取凸0.4maxmin-ZZ=0.40.02=0.012mm凹0.6maxmin-ZZ=0.60.02=0.018mm故d凸=000min0.0120.012()(2.50.750.1)2.575pdxmmd凹=0.0180.018min000()(2.5750.19)2.765dpdZmm（4）对外轮廓的落料，由于形状比较简单、有规则，故依旧采用凸凹模分别加工的方法，其凸凹模尺寸计算如下。①对圆弧部分尺寸D=00.3070mm刃口计算查《冲压模具设计与制造》表2-5得凸、凹模制造公差：凸=0.020mm凹=0.030mm查《冲压模具设计与制造》表2-6得磨损系数χ=0.5。校核：maxZ-minZ=0.03mm，凸+凹=0.050mm不满足maxZ-minZ凸+凹的条件。凸0.4maxmin-ZZ=0.40.02=0.012mm凹0.6maxmin-ZZ=0.60.02=0.018mm因此，只有缩小凸、凹，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此取+max0()DD凹凹=0.0180(700.50.3)=0.018069.85mm0min()DDZ凹凸凸=00.012(69.850.16)=69.6900.012mm10②对拉深模具刃口尺寸计算拉深凹模的圆角半径可按经验公式(4~10)drt，取dr=6mm，一次拉深成型中，凸模圆角半径pr与工件的圆角半径相等。但对于厚度小于6mm的材料其数值不得小于2t。而pr=321.22.4，符合要求，不需要加入整形工序，故pr=3mm圆弧部分：0.25050dmm查《冲压模具设计与制造》表4-18凸、凹模制造公差均为：凸=0.08，凹=0.05。式4-43：(1.1~1.3)2Zt，取Z=2.8查表2-6得磨损系数χ=0.75。+max0()DD凹’’凹=0.080(50.250.750.25)=50.0630.080mm0min()DDZ’凸凸’凹=00.05(50.6032.8)=47.26300.05mm3、压力中心计算因为该工件是轴对称零件，所以其压力中心在其几何中心上。4、模具总体设计及主要零部件设计4.1模具零件结构的确定（1）落料凹模结构尺寸的确定。凹模外形尺寸主要包括凹模厚度ah、凹模壁厚c、凹模宽度1B和凹模长度1L。凹模厚度尺寸的确定查模具设计和制造表2-15,凹模厚度修正系数K=0.35,凹模厚度尺寸ah=Kb=0.35×70mm=24.5mm凹模壁厚c=（1.5~2.0）ah，可取c=35mm凹模宽度1B=2lc=（89.5+2×35）mm=159.5mm,设计使取1B=160mm11凹模长度1L=步距+2C1L=（71+2×35）=141mm。设计时取凹模长度1L=200mm（2）落料凸模结构尺寸的确定。凸模长度尺寸与凸模凸缘和卸料板的厚度有关。卸料板厚度取1H=16mm。凸模凸缘取2H=15mm，压缩后橡皮圈厚度339Hmm。凸模长度2L=1H+2H+3H,可取2L=（16+15+39）mm=70mm（3）凸、凹模的尺寸的确定。凸、凹模的厚度，根据模具的具体情况而定。凸、凹模的外刃口尺寸按凹模刃口配制，并保证间隙0.32~0.33mm。4.2模具其他零件的选择模架选用一般精度，中小尺寸冲压件的后侧导柱模架。上模座板：L×B×H=315mm×250mm×50mm（GB/T2855.1）下模座板：L×B×H=315mm×250mm×60mm（GB/T2855.2）导柱1：d×L=40mm×230mm（GB/T2861.1）导柱2：d×L=45mm×230mm（GB/T2861.1）导套1：d×L×D=40mm×125mm×48mm（GB/T2861.3）导套2：d×L×D=45mm×125mm×48mm（GB/T2861.3）垫板：35mm卸料板：16mm12在确定模具闭合高度之前，为使模具正常工作，模具闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应，应介于冲床最大和最小闭合高度之间，一般可按式H最大-5≥H模≥H最小+10确定。如果模具闭合高度小于冲床的最小闭合高度时，可以采用垫板，其高度为H1则关系式见式H最大-H1-5≥H模≥H最小-H1+10其中，H最大-H1和H最小-H1分别为模具安装在冲床垫板上时，冲床的最大和最小装模高度。模具闭合高度：H模=50+35+25+30+70+60=270mm4.3绘制模具总装配图按已经确定的模具形式及相关参数，选择冷冲模标准模具。绘制模具总配，主要是由上模座、下模座、冲孔凸模、拉深凹模、成形落料凸凹模、成形凹模、落料凹模、卸料板等主要零件组成，同时它们也是此套模具的主要工作零件，如图5所示。条料的送进，由六个导料销控制其方向，由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹性卸料装置，由橡胶来提供卸料力。为了便于加工，落料凸模与冲孔凸模采用相拼式，并保证其安装的准确性，对于冲孔部分，冲孔的费料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔落下。13图5装配图1.模柄2.卸料螺钉3.中间导柱模架4.圆柱销5.凸凹模6.冲孔凸模7.卸料橡皮8.卸料板9.螺钉10.落料凹模11.冲孔凹模12.14拉深凸模13.垫板14.顶件器15.顶杆16.挡料销17.导