《冲压模具课程设计》范例

【范例】(1)题目：东风EQ-1090汽车储气简支架(2)原始数据数据如图7—1所示。大批量生产，材料为Q215，t=3mm。图7-1零件图(3)工艺分析此工件既有冲孔，又有落料两个工序。材料为Q235、t=3mm的碳素钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构中等复杂，有一个直径φ44mm的圆孔，一个60mm×26mm、圆角半径为R6mm的长方形孔和两个直径13mm的椭圆孔。此工件满足冲裁的加工要求，孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚大于8mm。工件的尺寸落料按ITll级，冲孔按IT10级计算。尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求。(4)冲裁工艺方案的确定①方案种类该工件包括落料、冲孑L两个基本工序，可有以下三种工艺方案。方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。方案二：冲孔一落料级进冲压。采用级进模生产。方案三：采用落料一冲孔同时进行的复合模生产。②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，达不到所需的要求，难以满足生产需要。故而不选此方案。方案二：级进模是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，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，采用此方案，势必会增大模具尺寸，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。故本方案用先冲孔后落料的方法。③方案的确定综上所述，本套模具采用冲孔一落料复合模。(5)模具结构形式的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。图72粗画排样图(6)工艺尺寸计算①排样设计a．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不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用直对排法，初画排样图如图72所示。b．确定搭边值查表，取最小搭边值：工件间al=2.8，侧面a=3.2。考虑到工件的尺寸比较大，在冲压过程中须在两边设置压边值，则应取。a=5；为了方便计算取al=3。c.确定条料步距步距：257.5mm，宽度：250+5+5=260mm．d．条料的利用率21752052.35%257.5260e．画出排样图根据以上资料画出排样图，如图7-3所示。图7-3排样图②冲裁力的计算a．冲裁力F查表9-1取材料Q235的抗拉强度σb=386MPa由F≈Ltσb已知：L=181+113+10×2+220.5+50.73+39.7+98.27+π×44+14×2+48×2+π×6×2+5×4+π×13×2=1124.68所以F=1124．68×3×386N=1302379N≈1300kNb．卸料力Fx由Fx=KxF，已知Kx=0．04(查表2-17)则Fx=KxF=0.004×1300=52kNc．推件力FT由FT=nKTF，已知n=4KT=0.045(查表2-17)则FT=nKTF=4×0.045×1300=23.4kNd．顶件力FD由FD=nKDF，已知KD=0.05(查表2-17)则FD=nKDF=0.05×1300=65kN③压力机公称压力的确定本模具采用刚性卸料装置和下出料方式，所以Fz=F+FT=1323.4kN根据以上计算结果，冲压设备拟选JA21-160。④冲裁压力中心的确定a．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7-4所示。图7-4压力中心计算图b．画出坐标轴x、y。c．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7-4所示。冲裁直线段时，其压力中心位于各段直线段的中心。冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置见图7-5，按下式计算Y=(180Rsinα)／(πα)=RS／b则Y=142×188／220.5=121图7-5压力中心的位置所以，根据图7-5求出H点的坐标为：H(121.27，120.86)。d．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7-1。e．根据力学原理，分力对某轴的力矩等于各分力对同轴力矩的代数和，则可求得压力中心坐标（0x，0y）niiniiinnnLxLLLLxLxLxLx112122110niiniiinnnLyLLLLyLyLyLy112122110得00101.8762.73xy综上所述，冲裁件的压力中心坐标为(10l.87，62.73)。⑤刃口尺寸的计算a．加工方法的确定。结合模具及工件的形状特点，此模具制造宜采用配作法，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按要求配作；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Zmin=0.46mm(查表)。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。b．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)：181，171，56.5，14.5，98.27，50.73，179，113，56，27，51，75。第二种尺寸(减小)：142，13，26，60，44，6。第三种尺寸(不变)：10，5，60，40。c．按入体原则查表2-3确定冲裁件内形与内形尺寸公差，工作零件刃口尺寸计算见表。d．画出落料凹模、凸凹模尺寸，如图7-6所示。图7—6工作零件尺寸e．卸料装置的设计。采用图7—7所示的卸料装置，已知冲裁板厚t=3mm，冲裁卸料力FX=52kN。根据模具安装位置拟选6个弹簧，每个弹簧的预压力为FO≥FX／n=8.67kN查第9章表9-32圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧规格为(使所选弹簧的工作极限负荷FjF预)D＝6mm，D＝30mm，hO＝60mm，Fj=1700mm，hj=13.1mm，n=7，f=1.88mm，t=7.8mm其中，d为材料直径，D为弹簧大径，Fj为工作极限负荷，hO为自由高度，hj为工作极限负荷下变形量，n为有效圈数，t为节距。弹簧的总压缩量为66.81xjjFHhmmF图77卸料装置l一打杆；2推板；3一连接推杆；4一推件块(7)模具总体结构设计①模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以本套模具类型为复合模。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销；控制条料的送进步距采用弹簧弹顶的活动挡料销来定步距。而第一件的冲压位置因为条料有一定的余量，可以靠操作工人目测来确定。③卸料、出件方式的选择根据模具冲裁的运动特点，该模具采用刚性卸料方式比较方便。因为工件料厚为3mm，推件力比较大，用弹性装置取出工件不太容易，且对弹力要求很高，不易使用。而采用推件块，利用模具的开模力来推出工件，既安全又可靠。故采用刚性装置取出工件。结构如图7-7所示。④导柱、导套位置的确定为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模具，该复合模采用中间导柱模架。(8)主要零部件的设计①工作零部件的结构设计a．落料凹模凹模采用整体凹模，轮廓全部采用数控线切割机床即可一次成形，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心的数据，尽量保证压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式(2-24)和公式(2-25)计算凹模厚度H=kb=0.20×181=36.2mm(查表2-22得k=0.22)凹模壁厚C=(1.5～2)H=54.3～72.4mm取凹模厚度H=60ram，壁厚C取60mm。凹模宽度B=b+2c=179+2×60=299mm(送料方向)凹模长度L=181+2×60=301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315mm，宽度为315mm，所以凹模轮廓尺寸为315mm×315mm×60mm。b．冲孔凸模根据图样：工件中有4个孔，其中有2个孔大小相等，因此需设计3支凸模。为了方便固定，都采用阶梯式，长度为L=凹模+固定板+t=60+30+3.5=93.5mm。c．凸凹模当采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下H凸凹=h1+h2+t+h=20+30+3+10.5=63.5mm式中，hl为卸料板厚度，取20mm；h2为凸凹模固定板厚度，取30mm；t为材料的厚度，取3mm；h为卸料板与固定板之间的安全高度，取10.5。因凸凹模为模具设计中的配作件，所以应保证与冲孔凸模和落料凹模的双边合理间隙Zmin。②定位零件的设计结合本套模具的具体结构，考虑到工件的形状，设置一个φ6活动挡料销(起定距的作用)和两个φ8的活动导料销。挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧，在开模时，弹簧恢复弹力把挡料销顶起，使它处于工作状态，旁边的导料销也一起工作，具体结构如图7—8所示。图7—8活动挡料销a．卸料板设计卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为20mm，材料为45钢，淬火硬变为40～45HRC。b.卸料螺钉的选用卸料板采用6个M8的螺钉固定，长度L=h1+h2+a=44+8+15=67mm(其中hl为弹簧的安装高度；h2为卸料板工作行程；a为凸凹模固定板厚度)。③模架及其他零部件的设计该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据，查第表9-48选择模架规格导柱：d(mm)×L(mm)分别为φ45×230、φ50×230(GB／T2861.1)。导套：d(mm)×L(mm)×D(mm)分别为φ45×125×48、φ45×125×48(GB／T2861.6)。上模座厚度H上取50mm，下模座厚度H下取60mm，上垫板厚度H垫取10mm，则该模具的闭合高度H闭为H闭=H上+H下+H垫+L+H-h=50+60+10+93.5+63.5-3.5=273mm式中L——凸模高度，mm；H——凸凹模高度，mm；h——凸模冲裁后进入凸凹模的深度，mm。可见该模具的闭合高度小于所选压力机JA21-160的最大装模高度450mm，因此该压力机可以满足使用要求。(9)模具总装图通过以上设计，可得到如图7-9所示模具的总装图。模具上模部分主要由上模座、垫板、冲孔凸模、冲孔凸模固定板、凹模板等组成。下模由下模座板、固定板、卸料板等组成。出件是由打杆、推板、连接推杆、推件块组成的刚性推件装置，利用开模力取出工件。卸料是在开模时，弹簧恢复弹力，推动卸料板向上运动，从而推出条料。在这中间冲出的废料由漏料孔直接漏出。条料送进时利用活动挡料销定步距，侧边的两个导料销来定条料的宽度位置。操作时完成第一步后，把条料向上抬起向前移动，移到刚冲过的料口里，再利用侧边的导料销继续下一个工件的冲裁。重复以上动作来完成所需工件的冲裁。(10)冲压设备的选取通过校核，选择开式双柱固定台式压力机JA21-160能满足使用要求。其主要技术参数如下。公称压力：1600kN滑块行程：160mm滑块行程次数：40次／min最大封闭高度：450mm封闭高度调节量：130mm滑块中心线至床身距离：380mm立柱距离：530mm工作台尺寸(前后左右)：710mm×1120mm垫板尺寸(厚度)：460mm模柄尺寸(直径深度)：70mm×80mm滑块底面尺寸(前后左右)：460mm×650mm(11)模具零件加工工艺模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。表7-3所列为φ44圆孔凸模的加工工艺，表7-4所列为60×26冲孔凸模加工工艺过程。表7-5所列为凹模加工工艺过程。(12)模具的装配根据复合模的特点，先装上模，再装下模较为合理，并调整间隙，试冲，返修。具体过程如下。①上模装配a．仔细检查每个将要装配零件是否符合图纸要