冲压工艺及模具设计七

第七章冲模结构设计内容简介:认识基本冲模典型结构（尤其是级进模和复合模）及特点，了解模具标准，掌握模具零部件设计及模具标准应用方法；学习目的与要求：1.掌握典型模具结构及设计步骤；2.掌握多工位级进模模具结构及设计步骤；3.了解模具CAD/CAM基础知识。课程章节内容：7.1冲模分类7.2冲模的基本结构7.3冲模零件与模具材料7.4冲模总体设计7.5多工位级进模设计7.6冲模CAD/CAM简介重点内容：1.冲裁模典型结构及特点；2.冲裁模结构设计及模具标准应用；3.多工位级进模模具结构及设计步骤。难点内容：1.多工位级进模工艺及模具结构设计。2.冲模总体与零部件设计。主要参考书：[1]王同海.实用冲压设计技术.北京：机械工业出版社，2000[2]冯炳尧.模具设计与制造简明手册.上海：上海科学技术出版社，2000复习思考题：7-1什么是冲压加工？7-2冲压加工又何特点？7-3冲压加工又哪几种类型？7-4什么是分离工序？7-5什么是塑性变形工序？7-6我国冲压技术的发展方向是怎么样的？7-7常用的冲压设备有哪几种?7-8通用曲柄压力机的工作原理是怎么样的?7-9选用冲压设备的基本原则是什么？7-10怎样根据冲压工艺来选择压力机的种类？例题与解答：[1]典型模具设计[2]模具零件制造与装配技术[3]凹模的结构[4]凹模和凸模的镶拼结构[5]凹模结构尺寸[6]常见的凸模固定形式[7]常用凸模形式[8]冲裁模结构设计中应注意的问题[9]冲裁模与压力机的关系[10]定位装置及导料装置[11]卸料板结构形式[12]压料装置电子教材7.1冲模分类冲裁模是冲裁工序所用的模具。冲裁模的结构型式很多，为研究方便，对冲裁模可按不同的特征进行分类。1．按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等；2．按工序组合方式可分为单工序模、复合模和级进模；3．按上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。4．按凸、凹模的材料可分为硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨脂冲模等5．按凸、凹模的结构和布置方法可分为整体模和镶拼模，正装模和倒装模。6．按自动化程度可分为手工操作模、半自动模、自动模。7.按节制进料方式分类为定位销式、挡料销式、导正销式、侧刃式和挡板式等。8.按模具零件组合通用程度分类分为专用模（大多数模具属于此类）和组合通用模（通过零件的组合可以冲裁孔，机柜面板的冲孔模多采用此类模具）。9.按模具外形尺寸分类可分为小型模具、中型模具和大型模具。7.2冲模的基本结构7.2冲裁的基本结构类型7.2.1单工序冲裁模单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一种冲压工序，不论冲裁的凸或（凹）模是单个还是多个。单工序模有落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模等。(一)落料模落料模常见有三种形式：1.落料模落料模常见有三种形式：（1）无导向的敞开式落料模，其特点是上、下模无导向，结构简单，制造容易，冲裁间隙由冲床滑块的导向精度决定。可用边角余料冲裁。但模具的安装调试比较困难。常用于材料厚且精度要求低的小批量冲件的生产1一模柄;2一凸模:3一卸料板;4一导料板;5一凹模;6-—下模座7一定位板图7.2.1无导向落料模（2）导板式落料模，是将凸模与导板间(又是固定卸料板)选用H7／h6的小间隙配合，且该间隙值小于冲裁间隙。上模回程时不允许凸模离开导板，以保证对凸模的导向作用。它与敞开式模相比，精度较高，模具寿命长，但模具制造要困难一些，常用于料厚大于0.3㎜的简单冲压件(图7.2.2)。（3）图7.2.3是带导柱的弹顶落料模。上下模依靠导柱导套导向，间隙容易保证，并且该模具采用弹压卸料和弹压顶出的结构，冲压时材料被上下压紧完成分离。零件的变形小，平整度高。该种结构广泛用于材料厚度较小，且有平面度要求的金属件和易于分层的非金属件。1—下模座;2、4、9—销;3—导板;5—档料钉;6—凸模;7—螺钉；8—上模座；10-垫板；11—凸模固定板；12、15、16—螺钉；13—导料板；14—凹模；图7.2.2导板式落料模1-上模座；2-卸料弹簧；3-卸料螺钉；4、17-螺钉；5-模柄；6-防转销；7-销；8-垫板；9-凸模固定板；10-落料凸模；11-卸料板；12-落料凹模；13-顶件板；14-下模座;15-顶杆；16-板；18-固定挡料销；19-导柱；20-导套；21-螺母；22-橡皮图7.2.3导柱式落料模2.冲孔模冲孔模的结构与一般落料模相似。但冲孔模有其自己的特点，特别是冲小孔模具，必须考虑凸模的强度和刚度，以及快速更换凸模的结构。在已成形零件侧壁上冲孔时，要设计凸模水平运动方向的转换机构。（1）侧壁冲孔模冲压图7.2.4b)零件侧壁孔，a)图是依靠固定在上模的斜楔1来推动滑块4，使凸模5作水平方向移动，完成零件侧壁冲孔（也可或冲槽、切口等）。斜楔的返回行程运动是靠橡皮或弹簧完成。斜楔的工作角度α以40°～45°为宜。40°的斜楔滑块机构的机械效率最高，45°时滑块的移动距离与斜楔的行程相等。需较大冲裁力的冲孔件，α可采用35°，以增大水平推力。此种结构凸模常对称布置，最适宜壁部对称孔的冲裁。图c)是采用的是悬臂式凹模结构，可用于圆筒形件的侧壁冲孔、冲槽等。毛坯套入凹模体3，由定位环7控制轴向位置。此种结构可在侧壁上完成多个孔的冲制。在冲压多个孔时，结构上要考虑分度定位机构。（a）（b）（c）图7.2.4侧壁冲孔模（2）单工序多凸模冲孔模图7.2.5所示为单工序多凸模冲孔模，电机转子片37个槽孔全部均在一次冲程中完成。冲孔前将毛坯套在定位块14上，模具采用双导向装置。模具靠导柱6与导套7对上、下模导向,同时,卸料板通过导套8与导套7滑配,使卸料板以导套为导向,增加了工作的可靠性与稳定性。推件采用推件力较大的刚性装置，对于多孔冲模或卸料力较大的工件,能可靠地卸下冲件。1-上模座；2-标记槽凸模；3-凸模垫板；4-凸镆固定板；5-槽形凸模；6-导柱；7、8-导套；9-卸料板；10-凹模；11凹模套圈；I2-下垫板；13-下模座；14-定位块；15-推杆螺钉；16-推板；17-打杆图7.2.5(单工序)多凸模冲孔模（3）冲小孔模(图7.2.6)这副模具冲制的工件如图右上角所示。工件板厚4mm，最小孔径为0.5㎜。模具结构采用缩短凸模长度的方法来防止其在冲裁过程中产生弯曲变形而折断。采用这种结构制造比较容，凸模使用寿命也较长。这副模具采用冲击块5冲击凸模进行冲裁工作。小凸模由小压板7进行导向，而小压板由两个小导柱6进行导向。当上模下行时，大压板8与小压板7先后压紧工件，小凸模2、3、4上端，露出小压板7的上平面，上模压缩弹簧继续下行，冲击块5冲击凸模2、3、4对工件进行冲孔。卸件工作由大压板8完成。厚料冲小孔模具的凹模洞口漏料必须通畅，防止废料堵塞损坏凸模。冲裁件在凹模上由定位板9与1定位，并由后侧压块10使冲裁件紧贴定位面。图7.2.6超短凸模的小孔冲模7.2.2复合冲裁模图7.2.7复合模的基本结构在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。复合模的设计难点是如何在同一工作位置上合理地布置好几对凸、凹模。图7.2.7是落料冲孔复合模的基本结构。在模具的下方是落料凹模，且凹模中间装着冲孔凸模；而另上方是凸凹模，外形是落料的凸模，内孔是冲孔的凹模。由于落料凹模装在下模，该结构为顺装复合模，若落料凹模在上模，则为倒装复合模。?复合模的特点是：结构紧凑，生产率高，制件精度高，特别是制件孔对外形的位置度容易保证。另一方面，复合模结构复杂，对模具零件精度要求较高，模具装配精度也较高。(一)倒装复合模1—凸模；2—凹模；3—上模固定板；4、16—垫板；5—上模板；6—模柄；7—推杆8—推块；9—推销；10—件块；11、18—活动档料销；12—固定挡料销；13—卸料板；14—凸凹模；15—下模固定板；17—下模板；19—弹簧；图7.2.8垫圈复合冲裁模图7.2.8是冲制垫圈的倒装复合模。落料凹模2在上模，件1是冲孔凸模，件14为凸凹模。倒装复合模一般采用刚性推件装置把卡在凹模中的制件推出。刚性推件装置由推杆7、推块8、推销9推动推件块推出制件。废料直接由凸模从凸凹模内孔推出。凸凹模洞口若采用直刃，则模内有积存废料，胀力较大，当凸凹模壁厚较薄时，可能导致胀裂。倒装复合模的凹模的设计要注意凹模的最小壁厚，最小壁厚的设计可查阅有关设计资料。采用刚性推件的倒装复合模，条料不是处于被压紧状态下冲裁，因而制件的平直度不高。适宜材料厚度大于0.3mm的板料。若在上模内设置弹性元件，采用弹性推件，则可冲较软且料厚在0.3mm以下、平直度较高的冲裁件。(二)顺装复合模1—落料凹模；2—顶板；3、4—冲孔凸模；5、6—推杆；7—打板；8—打杆；9—凸凹模；10—弹压卸料板；11—顶杆图7.2.9顺装复合冲模7.2.9是一顺装复合模结构。它的特点是冲孔废料可从凸凹模中推出，使型孔内不积聚废料，使凸凹模涨裂力小，故凹模壁厚可以比倒装复合模最小壁厚小，冲压件平直度较高。7.2.3级进冲裁模级进模又称连续模、跳步模，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冲模。整个制件的成形是在级进过程中逐步完成的。级进成形是属工序集中的工艺方法，它可使切边、切口、切槽、冲孔、塑性成形、落料等多种不同性质的冲压工序在一副模具上完成。级进模可分为普通级进模和精密级进模。多工位精密级进模将作为一专题在后续章节中讨论。由于用级进模冲压时，冲压件是依次在几个不同位置上逐步成形的，因此要控制冲压件的孔与外形的相对位置精度就必须严格控制送料步距。控制送料步距在级进模中有两种基本结构：用导正销定距与用侧刃定距。(一)用导正销定距的级进模1—模柄；2—螺钉；3—冲孔凸模；4—落料凸模；5—导正销6—固定档料销；7—始用档料销图7.2.10用导正销定距的冲孔落料级进模图7.2.10是用导正销定距的冲孔落料级进模。上、下模用导板导向。冲孔凸模3与落料凸模4之间的距离就是送料步距A。材料送进时，为了保证首件的正确定距，始用挡料销首次定位冲2个小孔；第二工位由固定挡料销6进行初定位，由两个装在落料凸模上的导正销5进行精定位。导正销与落料凸模的配合为H7／r6，其连接应保证在修磨凸模时的装拆方便。导正销头部的形状应有利于在导正时插入已冲的孔，它与孔的配合应略有间隙。始用挡料装置安装在导板下的导料板中间。在条料冲制首件时，用手推始用挡料销7，使它从导料板中伸出来抵住条料的前端即可冲第一件上的两个孔。以后各次冲裁由固定挡料销6控制送料步距作初定位。用导正销定距结构简单。当两定位孔间距较大时，定位也较精确。但它的使用受到一定的限制。当板料厚度t＜0.3mm或较软的材料，导正时孔边可能有变形，因而不宜采用。(二)采用侧刀定距的级进模1—垫板；2—固定版；3—落料凸模；4、5—冲孔凸模；6—卸料螺钉；7—卸料板；8—导料板；9—承料板；10—凹模；11—弹簧；12成型侧刃；13—防转销图7.2.11双侧刃冲孔落料级进模。1—导柱；2—弹压导板；3—导套；4—导板镶块；5—卸料螺钉；6—凸模固定板；7—凸模；8—上模座9—限制柱；10—导柱；11—导套；12—导料板；13—凹模；14—下模座；15—侧刃档块图7.2.12弹压导板级进模图7.2.11为冲裁接触环双侧刃定距的级进模。它与图7.2.12相比，特点是：用成型侧刃12代替了始用挡料销、挡料钉和导正销。用弹压导卸板7代替了固定卸料板。本模具采用前后双侧刃对角排列，可使料尾的全部零件冲下。弹压卸料板7装于上模，用卸料螺钉6与上模座连接。它的作用是：当上模下降、凸模冲裁时，弹簧11(可用橡皮代替)被压缩而压料；当凸模回程时，弹簧回复推动卸料板卸料。图7.2.12为弹压导板级进模。此类模具的特点是：各凸模(如件7)与固定板6成间隙配合(普通导柱模多为过渡配合)，凸模的装卸、更换方便；凸模以弹压导板导向，配合间隙小于冲裁间隙，导向精度高；弹压导板2由安装下模座14上的导柱1和10导向，导板