冲裁模具设计

模具设计综合实践第1页一设计任务及产品图二、序言冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。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。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldf随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益零件名称：变压器铁芯片材料：硅钢片t=0.5mm生产批量：大批量模具设计综合实践第2页加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer等国际通用软件。模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。三、制件工艺性分析：冲裁件的形状简单，左右对称，没有复杂的曲线，比较容易加工；冲裁件的直线连接处有直角，但是冲裁件板料浇薄，最小圆角半径比较小，且不是冲裁件的必要工艺，适合冲裁；冲裁件的孔与边缘之间的距离ta8，适合冲裁；冲裁件的孔的尺寸7适合冲裁；冲裁件凸出悬臂和凹槽宽度b=25mm，适合冲裁；四、冲裁工艺方案的制定：（一）方案种类该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料，采用单工序生产；方案二：冲孔—落料级进冲压，采用级进模生产；方案三：采用冲孔—落料同时进行的复合模生产。1.方案的比较各方案的特点及比较如下：方案一：模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成以后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需要求，难以满足生产需要。故不选此方案；方案二：级进模是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模制造复杂，成本较高，一般适用于大批量、小型冲压件。而本工件尺寸轮廓较大平整度要求较高，采用此方案，势必会增大模具尺寸，工件还需平整加工，使加工难度提高，因而也排除此方案；方案三：只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小、模具的制造成本不高。故选择复合模具。模具设计综合实践第3页2.方案的确定综上所述，本套模具采用冲孔—落料复合模。五、模具结构形式的论证及确定复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式复合模。分析该工件成形后脱模方便性，正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取件不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模，只需在上模装一副推件装置，故采用倒装式复合模。六、排样图设计及材料利用率计算排样设计（一）排样方法的确定根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法是不可能做到的，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样设计决定采用直对排法，初画排样图如图1所示：图11.确定搭边值查表2-15取最小搭边值：工件间2.21a，侧面5.2a。2.确定条料步距步距：105+5+25+5=140mm，宽度：76+2.5+16+2.52=99.5mm。模具设计综合实践第4页3.条料的利用率2227.49696025252151076105mmA3%.71100%5.99140A2SS总工4.画出排样图根据以上资料画出排样图，如图2所示：图2七、模具工具零件刃口尺寸及公差的计算（一）加工方法的确定。结合模具及工件的形状特点，此模具制造适宜采用配作法，落料时，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸安要求配作；冲孔时，则只需计算凸模的刃口尺寸及制造公差，凹模刃口尺寸由凸模实际尺寸按要求配作；只是需要在配作时保证最小双面合理间隙值mmZ040.0min（查表2-8）。凸凹模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸结合完成。模具设计综合实践第5页（二）尺寸的分类采用配作法，先判断模具各个尺寸在模具磨损后的变化情况，分三种情况，分别统计如下：第一种尺寸（增大）：105,15,25,76,68，R5第二种尺寸（减小）：25，7第三种尺寸（不变）：60,90（三）尺寸的计算按入体原则查表2-3确定冲裁件内形与内形尺寸公差，工件零件刃口尺寸计算见表1.尺寸分类尺寸转换计算公式结果备注第一类尺寸10502.0105410max)(xAAj05.0085.104系数x的取值查表2-11非圆形工件公差16.0，取x=1；35.017.0,取x=0.75；36.0，取x=0.5圆形工件公差16.0，取x=0.75；16.0，取x=0.51501.015025.009.142501.025025.009.1476014.076035..0086.7568014.068035.0086.67R5008.0502.0092.4第二尺寸2510.0025041min)(xBBj0025.01.25705.00700125.005.7第三尺寸6014.06081)21(minCCj0175.0609015.09001875.090模具设计综合实践第6页表1工作零件刃口尺寸的计算（四）画出落料凹模、凸凹模和凸模尺寸，如图3（a）凹模（b）凹凸模（c）凸模图3模具设计综合实践第7页八、工序压力计算及压力中心确定（一）冲裁力的计算1.冲裁力F查得硅钢片抗拉强度MPab230由bbLtKLtFmmL832.644522)25105(4602)576(105则：kNLtFb156.742305.0832.6442.卸料力XF由FKFXX，已知055.0XK（查表2-17）则kNFKFXX079.4156.74055.03.推件力TF由FnKFTT，thn，已知h=4mm，063.0TK（查表2-17）则：85.04thnkNFnKFTT375.37156.74063.084.顶件力DF由FKFDD，已知08.0DK（查表2-17）则：kNFKFDD932.5156.7408.0模具设计综合实践第8页（二）压力机公称压力的确定本模具采用弹性卸料装置和上出料的方式，所以kNFFFFDXZ167.84932.5079.4156.74（三）冲裁压力中心的确定1.按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置，并确定坐标系，标注各段压力中心坐标点，如图3所示。2.画出坐标轴x、y。3.分别计算出各段压力中点及各段压力中点的坐标值，并标注如图4所示。冲裁直线段时，其压力中心位于各段的直线段的中心。冲裁圆弧段时，其压力中心的位置见图5所示，按下式计算：bRSRy/)/()sin180(502.4)1041/(255y图4模具设计综合实践第9页图54.分别计算出凸模刃口轮廓的周长冲裁压力中心计算数据见表2：各段基本要素长度L/mm各基本要素压力中心的坐标值冲裁力备注1900027152.540.5315457646027.546525251666012.546725076721.99458R57.8550.681.82871-52.540.5915-45761060-27.5461125-25161260-12.54613250767'21.99-458R5'7.85-50.681.82模具设计综合实践第10页表2压力中心数据表5.压力中心的计算根据力学原理，分力对某轴的力矩等于各力对同轴力矩的代数和，则可求得压力中心坐标（00,yx）00x35.362)524199.21256025601571(902)82.15241899.21762546601625466076155.4071(0900y综上所述，冲裁件的压力中心坐标为（0,36.35）。九、冲压设备的选择及校核根据以上计算结果，冲压设备拟选JA23-10。由工称压力PkNFP42.109~58.92167.84)3.1~1.1()3.1~1.1(查表得：公称压力100kN、滑块行程45mm、滑块形成次数145次/分钟、最大闭合高度180mm、闭合高度调节量35mm、模柄孔尺寸：直径30mm、深度55mm、床身最大可倾角35`。十、模具零件的选用、设计及必要的计算（一）卸料弹簧的选取：模具采用弹性卸料装置，已知冲裁件厚t=0.5mm，冲裁卸料力kNFX079.4。根据模具安装位置拟选4根弹簧，每个弹簧的预压力为kNnFFX019.1/预。查表9-32选取圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧规格为d=6mm，D=30mm，mmh600，1700jF，mmhj1.13，7n，f=1.88mm，t=7.8mm模具设计综合实践第11页其中，d为材料直径，D为弹簧大径，jF为工作极限负荷，0h为自由高度，jh为工作极限负荷下变形量，n为有效圈数，t为节距。检查弹簧的最大允许压缩量，如果满足下列条件，则弹簧选的合适。即修模工预hhhhj式中。，一般取凸凹模修磨量，—；，一般取料厚卸料板工作行程，—；弹簧预压缩量，—修模工预10mm~4mm1mmmmmmhhhmmhhj85.71.1317001019FFj预预jFmmh35.1345.0185.7hh修模工预则此弹簧不合适选取规格为d=6mm，D=30mm，mmh700，1700jF，mmhj4.15，2.8n，f=1.88mm，t=7.8mmmmhhj23.99.1717001019FFj预预jFmmh73.1445.0173.10hh修模工预则此弹簧可选。查表得此弹簧的最大心轴直径mmDX21max，最小套筒直径mmDT39min。（二）凹模凹模的厚度：由kbH，（查表2-22，取k=0.15）mmkbH75.1510515.0凹模的壁厚：由HC)2~5.1(，mmHC5.31~65.2375.152~5.1)2~5.1(取凹模厚度mmH20，壁厚C取30mm凹模宽度mmcbB136302762凹模长度mmL165302105根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模长度为200mm，宽度为200mm，所以凹模轮廓尺寸为mmmmmm20200200。模具设计综合实践第12页(三)凸模凸模长度L：由凸模固定板和凹模高度决定，L=凸模固定板高度+凹模高度L=16+20=36mm凸模采用B型圆凸模d=7.15mm，mmD015.0006.010，131D，h=5，L=40型号为圆凸模BⅡ7.15×40，JB/T8057.2—1995，T10A(四)凸模固定板根据凹模的形状选择矩形固定板长度L=200mm，宽度B=160mm，厚度H=16mm，材料45钢的矩形固定板：固定板200×200×16、45钢、JB/T7643.200(五)凸凹模凸凹模的高度：当采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下mmhthhH5.60165.0281621式中，1h为卸料板厚度，取16mm，2h为凸凹模固定板厚度，取28mm，t为材料厚度t=0.5，h为卸料板与固定板之间的安全高度，取16mm。因为凸凹模为模具设计中的配作件，所