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冷冲模具设计


工件名称:垫圈

工件简图:如图 1 所示。

生产批量:中批量

材料:Q235-A 钢

材料厚度:2mm

1.冲压件工艺性分析 . 此工件只有落料和冲孔两个工序。 材料为 Q235-A 钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。 工件结构相对简单,有一个¢14mm 的孔和一个φ28

mm 的外形;工件的尺寸全部为自由 公差,可看作 IT14 级,尺寸精度较低,普通冲裁完全能满足要求。 2.冲压工艺方案的确定 . 该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案: 方案一:先落料,后冲孔。采用单工序模生产。 方案二:落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三:冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足中批量 生产要求。方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,模具强度较差,制造难 度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会影响冲压速度,操作不方 便。方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。通过对上 述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。 3.主要设计计算 . (1)排样方式的确定及其计算 设计级进模, 首先要设计条料排样图。 垫圈的形状, 应采用直排, 如图 2 所示的排样方法。 搭边值取 1.5mm 和 1.2mm,条料宽度为 30.4mm,加上 0.5mm 的余量,步距离为 29.5 mm, 一个步距的材料利用率为 67.5%(计算见表 1-1) 。

图 1 垫圈工件简图 (2)冲压力的计算

图 2 垫圈排样图

该模具采用级进模,拟选择弹性卸料、下出件。冲压力的相关计算见表 1-2。 根据计算结果,冲压设备拟选 J23-25。 (3)压力中心的确定及相关计算 计算压力中心时,先画出凹模型口图,如图 1-3 所示。在图中将 xoy 坐标系建立在图示的对称中心 线上, 将冲裁轮廓线按几何图形为 L1~L2 共 2 个圆, 用解析法求得该模具的压力中心 C 点的坐标 (0, 29.5) 。有关计算如表 8.2.2 所示。 由以上计算结果可以看出,该工件冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点 O 较小,为了便于模具的加 工和装配,模具中心仍选在坐标原点 O。若选用 J23-25 冲床,C 点仍在压力机模柄孔投影面积范围 内,满足要求。 (4)工作零件刃口尺寸计算 在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前,首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合 该模具的特点,工作零件的形状相对较简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模 固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度,使装配工作简化。因此工作 零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算,具体计算见表 1-4 所示。

1

条料及冲压力的相关计算(表 1-1)
项目分 类 排 样 项目 冲裁面积 A 公式 结果 615.44 备注 最小搭边值 a=1.2, a1=1.5 条 料 与 导 料板间隙 Cmin=1mm

2

A=πr r=3.14*14*14=615.44mm

冲 压 力

条料宽度 B 步距 S 一个步距的材料 利用率 η 冲裁力 F

B=28+2*1.2+0.5=30.9 S=28+1.5=29.5 N=nA/Bsx100%=615.44/30.9*29.5=67.5% F=KLtτb=1.3*87.92*300=68577.6N

30.9mm 29.5mm 67.5%

68577.6N

L=2πr=87.92mm τb=300Mpa Kx=0.05

卸料力 Fx

Fx=KxF=0.05*68577=3428.88

3428.88

推件力 Ft

Ft=nKtF=5*0.05*68577=17144.4N

17144.4N

冲压工艺总力 Fz 压力中心数据表( 压力中心数据表(1-2)
基本要素长度 L/mm

Fz=F+Fx+Ft=89150.88

89150.88N

弹性卸料下出件

各基本要素压力 中心的坐标值

X

Y

L1=2πr=2*7*3.14=43.96

0

0

L2=2πr=2*14*3.14=87.92

0

29.5

合计:131.88

0

19.52

图 1-3 凹模型口图

2

(5)卸料橡胶的设计 卸料橡胶的设计计算见表 1-5。选用的四块橡胶板的厚度务必一致,不然会造成受力不均匀,运动 产生歪斜,影响模具的正常工作。

4.模具总体设计 .

(1)模具类型的选择 由冲压工艺分析可知,采用级进冲压,所以模具类型为级进模。 (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板,无侧压装置。控制条料的送进步距采 用挡料销初定距,导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量,可以靠操作工目测 来定。

工件零件刃口尺寸的计算(1-4)
尺寸 落料 分类 R14 尺寸换算 计算公式 Ra=(Rmax-X△) Rt=(Ra-Zmin/2) Dt=(dmin+XΔ) Da=(dt+Zmin/2) 29.5 结果 Ra=13.74 0 0 Rt=13.62 -0.048 Dt=14.2150-0.048 Da=14.335+0.0720 29.5
+0.072

备注 冲裁间隙 Zmax=0.36、 Zmin=0.24;磨损系数 x=0.5,模具按 IT14 制 造

冲孔

Φ14

孔心距

卸料橡胶的设计计算(1-5)
项目 卸料板工作行程 h 公式 H=h1+h2+t 结果 5mm 备注 h1 为凸模进卸料板的高度 h2 为凸模冲裁后进入凹模的深度为 2mm hn 为凸模修磨量,取 5mm 取 H 为 H 自由的 25% 一般 H 预=10%∽15%H 自由 选用四个圆柱形橡胶 P=0.5MPa 满足要求 34mm
3

橡胶工作行程 H 橡胶自由高度 H 自由 橡胶的预压缩量 H 预 每个橡胶承受的载荷 F1 橡胶的外径 D 校核橡胶自由高度 H 自由 橡胶的安装高度 H 安

H=h+hn H 自由=4h H 预=%15H 预 F1=F 卸/4 A=F1/P=πR
2

10mm 40mm 6mm 857.22N

0.5≤H 自由 /D=0.85≤1.5 H 安=H 自由-H 预

(3)卸料、出件方式的选择 因为工件料厚为 2mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹性卸料。 又因为是级进模生产,所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。 (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,该级进模采用中间导柱的导向方式。

5.主要零部件设计 .

(1)工作零件的结构设计 ①落料凸模 结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计成直通式,采用线切割机床加工,2 个 M4 螺钉固 定在垫板上,与凸模固定板的配合按 H6/m5。其总长 L 可按公式 2.9.2 计算: =25+15+6-0.2=45.8mm 具体结构可参见图 1-6(a)所示。 ②冲孔凸模 因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于需要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用台阶式, 一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换。冲 φ14mm 孔的凸模结构如图 1-6(b)所示。 ③凹模 凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时, 要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式 2.9.3、2.9.4 计 算: 凹模厚度 H=k1k23√0.1×F 冲 =23.7mm(查表 2.9.5 得 k=0.2) 凹模壁厚 c=(1.5~2)H=35.5~47.4mm 取凹模厚度 H=25mm,凹模壁厚 c=38mm,查表 4-43 得 凹模宽度 B= 100mm 凹模长度 L 取 125mm(送料方向) 凹模轮廓尺寸为 125mm×100mm×25mm,结构如图 8.2.4(c)所示。

4

(2)定位零件的设计 落料凸模下部设置 1 个导正销,借用工件上 φ14mm 的孔作导正孔。φ14mm 导正孔的导正销 的结构如图 8.2.5 所示。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考虑料厚和装配后卸料板下平 面超出凸模端面 lmm ,所以导正销直线部分的长度为 1.8mm。导正销采用 H7/r6 安装在落料 凸模端面,导正销导正部分与导正孔采用 H7/h6 配合。

(3)导料板的设计 导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙取 1mm,这样就可确 定了导料板的宽度,导料板的厚度按表 4-2 选择。导料板采用 45 钢制作,热处理硬度为 40~ 45HRC,用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。

(4)卸料部件的设计

① 卸料板的设计 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为 14mm。 卸料板采用 45 钢制造,淬火硬度为 40~45HRC。

②卸料螺钉的选用 卸料板上设置 4 个卸料螺钉, 螺钉为 8×42。卸料

5

图 a 材料:Crl2MoV 热处理:58~62HRC 技术要求:尾部与凸模固定板按 H6/m5 配合

图 b 材料:Crl2MoV 热处理:58~62HRC

6

图 c 材料:Crl2 MoV 热处理:60~64HRC 图 1-6 工作零件

7

钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后, 应使卸料板超出凸模端面 lmm,有误差时 通过在 螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。 (5)模架及其它零部件设计 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,选择 模架规格。 导柱 d/mm×L/mm 分别为 φ22×110,φ25×110;导套 d/mm×L/mm×D/mm 分别为 φ22×80×28, φ25×80×28。 上模座厚度 H 上模取 30mm, 上模垫板厚度 H 垫取 6mm, 固定板厚度 H 固取 16mm, 下模座厚度 H 下模取 35mm,那么,该模具的闭合高度: H 闭=H 上模+ H 垫+L+ H + H 下模-h2 =(30+6+45.8+25+35-3)mm=138.8mm 式中 L——凸模长度,L=45.8mm; H——凹模厚度,H=25mm; h2——凸模冲裁后进入凹模的深度,h2=3mm。 可见该模具闭合高度小于所选压力机 J23-25 的最大装模高度(220mm) ,可以使用。

6.模具总装图 .

通过以上设计, 可得到如图 1-9 所示的模具总装图。 模具上模部分主要由上模板、 垫板、 凸模、 凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料,以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、 凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。

7.冲压设备的选定 .

通过校核,选择开式双柱可倾压力机 J23-25 能满足使用要求。其主要技术参数如下: 公称压力:250KN 滑块行程:65mm 最大闭合高度:270mm 最大装模高度:220mm

8

图 1-9 垫圈级进模装配图 工作台尺寸(前后×左右) :370mm×560mm 垫板尺寸(厚度×孔径) :8mm×200mm 模柄孔尺寸:φ40mm×60mm 最大倾斜角度:30°

8.模具零件加工工艺 .

本副冲裁模,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。

9

图 1-6(a)所示落料凸模的加工工艺过程如表 1-7 所示。 凹模、固定板以及卸料板都属于板类零件,其加工工艺比较规范。图 1-6(c)所示凹模的加 工过程与图落料凹模的加工过程完全类似,不再重复。

9.模具的装配 .

根据级进模装配要点,选凹模作为装配基准件,先装下模,再装上模,并调整间隙、试冲、返 修。具体装配见表 1-8 所示。

10

落料凸模加工工艺过程(1-7)
工序 号 1 工序名称 工序内容 工序简图(示意图)

备料

将毛坯锻成圆柱体

2 3 4 5 6

热处理 刨 热处理 磨平面 钳工划线

退火

调质处理 磨上下平面 划出螺纹孔的位置

7

加工螺钉孔、安 装孔 及穿丝孔

按位置加工螺钉孔,销钉孔及穿 丝孔等

8 9 10

热处理

按热处理工艺,淬火回火到 58? 62HRC 精磨上下平面 按图线切割,轮廓达到尺寸要求

磨平面 线切割

11 12

钳工精修 检验

全面达到设计要求

11

垫圈级进模的装配(1-8)
序 号 1 工序 工艺说明 1、 装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔,是否符合图纸要求尺寸 精度,形状。 2、 将凸模分别与相应的凹模相配,检查其间隙是否加工均匀。不合适者应重 新修磨或更换 以凹模也、孔定位,将各凸模分别压入凸模固定板的形孔中,柄挤紧牢固 1、 在下模座 1 上划中心线,按中心预装凹模 2,导料板 3 2、 在下模座 1、导料板 3 上,用已加工好的凹模分别确定其螺孔位置,并分 别钻孔,攻丝; 3、 将下模座 1、导料板 3、凹模 2、挡料销 20、弹簧装在一起,并用螺钉紧固, 打入销钉。 1. 在已装好的下模上模放等高垫铁,再在凹模中放入 0.14mm 的纸片,然后 强凸模与固定板组合装入凹模。 2. 预装上模座,划出与凸模固定板相应螺孔、销孔; 3. 用螺钉强固定板组合、垫板 7、上模座连接在一起,但不要拧紧; 4. 将卸料板 4 套装在已装入固定板的凸模上,装上橡胶 5 和卸料螺钉 10,并 调节橡胶的预压量,使卸料板高出凸模下端约 1mm 5. 复查凸凹模间隙并调整合适后,紧固螺钉; 6. 安装(导正销) 、承料板 21; 7. 切纸检查,合适后打入销钉。 装机试冲并根据试冲结果作相应的调整。

凸, 凹模 预配

2 3

凸模装 配 装配下 模

4

装配上 模

5

试冲与 调整

12


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