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例 8.2.1 冲裁模设计与制造实例 工件名称:手柄 工件简图:如图 8.2.1 所示. 生产批量:中批量 材料:Q235-A 钢 材料厚度:1.2mm 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 φ8mm 的孔和 5 个 φ5mm 的孔;孔与孔,孔与边缘之间的 距离也满足要求, 最小壁

厚为 3. 5mm(大端 4 个 φ5mm 的孔与 φ8mm 孔, φ5mm 的孔与 R16mm 外圆之间的壁厚).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,但工件最小壁厚 3.5mm 接近凸凹模许用最小壁厚 3.2mm,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.手柄的形状具有一头大一头小的特点,直排时材 料利用率低,应采用直对排,如图 8.2.2 所示的排样方法,设计成隔位冲压,可显著地减 少废料.隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转 180°,再冲第二遍,在第一 次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件.搭边值取 2.5mm 和 3.5mm,条料宽度为 135mm, 步距离为 53 mm,一个步距的材料利用率为 78%(计算见表 8.2.1) .查板材标准,宜选 950mm×1500mm 的钢板,每张钢板可剪裁为 7 张条料(135mm×1500mm) ,每张条料可冲 56 个工件,故每张钢板的材料利用率为 76%.

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图 8.2.1 手柄工件简图

图 8.2.2 手柄排样图

(2)冲压力的计算 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 8.2.1. 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 8.2.3 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分解成 L1~L6 共 6 组基本线段,用解析法求得该模具 的压力中心 C 点的坐标(13.57,11.64) .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 8.2.3 所 示.

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图 8.2.3 凹模型口图 (5)卸料橡胶的设计 卸料橡胶的设计计算见表 8.2.4.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.

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(3)卸料,出件方式的选择 因为工件料厚为 1.2mm,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 M8 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: =20+14+1.2+28.8=64mm 具体结构可参见图 8.2.4(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.其中冲 5 个 φ5 的圆形凸模可选用标准件 B Ⅱ型式(尺寸为 5.15×64) .冲 φ8mm 孔的凸模结构如图 8.2.4(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=kb=0.2×127mm=25.4mm(查表 2.9.5 得 k=0.2) 凹模壁厚 c=(1.5~2)H=38~50.8mm 取凹模厚度 H=30mm,凹模壁厚 c=45mm, 凹模宽度 B=b+2c=(127+2×45)mm=217mm 凹模长度 L 取 195mm(送料方向) 凹模轮廓尺寸为 195mm×217mm×30mm,结构如图 8.2.4(c)所示. (2)定位零件的设计 落料凸模下部设置两个导正销,分别借用工件上 φ5mm 和 φ8mm 两个孔作导正孔.φ8mm 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

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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. 起粗定距的活动挡料销,弹簧和螺塞选用标准件,规格为 8×16. (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 2.9.7 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,公称直径为 12mm,螺纹部分为 M10×10mm.卸料

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

材料:Crl2MoV 热处理:58~62HRC

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材料:Crl2 MoV 热处理:60~64HRC 图 8.2.4 工作零件 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 φ28×160,φ32×160;导套 d/mm×L/mm×D/mm 分别为 φ28× 115×42, φ32×115×45. 上模座厚度 H 上模取 45mm, 上模垫板厚度 H 垫取 10mm, 固定板厚度 H 固取 20mm, 下模座厚度 H 下模取 50mm,那么,该模具的闭合高度: H 闭=H 上模+ H 垫+L+ H + H 下模-h2 =(45+10+64+30+50-2)mm=197mm 式中 L——凸模长度,L=64 mm; H——凹模厚度,H=30mm; h2——凸模冲裁后进入凹模的深度,h2=2mm. 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 8.2.6 所示的模具总装图.模具上模部分主要由上模板,垫板, 凸模(7 个) ,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.

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条料送进时采用活动挡料销 13 作为粗定距,在落料凸模上安装两个导正销 4,利用条料上 φ5mm 和 φ8 孔作导正销孔进行导正, 以此作为条料送进的精确定距. 操作时完成第一步冲压后, 把条料抬起向前移动,用落料孔套在活动挡料销 13 上,并向前推紧,冲压时凸模上的导正销 4 再作精确定距.活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移 0.2mm,冲压过程中粗定位 完成以后,当用导正销作精确定位时,由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约 0.2mm 而 完成精确定距.用这种方法定距,精度可达到 0.02mm. 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

图 8.2.5 导正销

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图 8-2-6 手柄级进模装配图 工作台尺寸(前后×左右) :370mm×560mm

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垫板尺寸(厚度×孔径) :50mm×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. 图 8.2.4(a)所示落料凸模的加工工艺过程如表 8.2.5 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 8.2.4(c)所示凹模的 加工过程与图 7.2.1 所示落料凹模的加工过程完全类似,见表 7.2.4,在此不再重复. 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 8.2.6 所示.

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例 8.2.2 拉深模设计与制造实例 零件简图:如图 8.2.7 所示. 生产批量:大批量 材料:镀锌铁皮 材料厚度:1mm 1.冲压件工艺性分析 该工件属于较典型圆筒形件拉深, 形状简单对称, 所有尺寸 均为自由公差, 对工件厚度变化也没有作要求, 只是该工件作 为另一零件的盖,口部尺寸 φ69 可稍作小些.而工件总高度 尺寸 14mm 可在拉深后采用修边达要求. 2.冲压工艺方案的确定 该工件包括落料, 拉深两个基本工序, 可有以下三种工艺 方案: 方案一:先落料,后拉深.采用单工序模生产. 方案二:落料-拉深复合冲压.采用复合模生产. 方案三:拉深级进冲压.采用级进模生产.

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方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生 产的要求.方案二只需一副模具,生产效率较高,尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件 的几何形状简单对称,模具制造并不困难.方案三也只需一副模具,生产效率高,但模具结 构比较复杂,送进操作不方便,加之工件尺寸偏大.通过对上述三种方案的分析比较,该件 若能一次拉深,则其冲压生产采用方案二为佳. 3.主要设计计算 (1)毛坯尺寸计算 根据表面积相等原则,用解析法求该零件的毛坯直径 D,具体计算见表 8.2.7. (2)排样及相关计算 采用有废料直排的排样方式,相关计算见表 8.2.7.查板材标准,宜选 750mm×1000mm 的冷轧钢板,每张钢板可剪裁为 8 张条料(93mm×1000mm) ,每张条料可冲 10 个工件,故 每张钢板的材料利用率为 68%. (3)成形次数的确定 该工件底部有一台阶,按阶梯形件的拉深来计算,求出 h/dmin=15.2/40=0.38,根据毛坯 相对厚度 t/D=1/90.5=1.1,查表 4.4.3 发现 h/dmin 小于表中数值,能一次拉深成形.所以能 采用落料-拉深复合冲压.

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(4)冲压工序压力计算 该模具拟采用正装复合模,固定卸料与推件,具体冲压力计算见表 8.2.7 所示.根据冲 压工艺总力计算结果并结合工件高度,初选开式双柱可倾压力机 J23-25. (5) 工作部分尺寸计算 落料和拉深的凸,凹模的工作尺寸计算见表 8.2.8 所示.其中因为该工件口部尺寸要求 要与另一件配合,所以在设计时可将其尺寸作小些,即拉深凹模尺寸取 φ68.1+0.08mm,相 应拉深凸模尺寸取 φ66.1-0.05mm.工件底部尺寸 φ43 mm,φ40 mm,3mm 与 R2 mm 因为属 于过渡尺寸, 要求不高, 为简单方便, 实际生产中直接按工件尺寸作拉深凸, 凹模该处尺寸.

4.模具的总体设计 (1)模具类型的选择 由冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为落料-拉深复合模. (2)定位方式的选择 因为该模具使用的是条料,所以导料采用导料板(本副模具固定卸料板与导料板一体) , 送进步距控制采用挡料销. (3)卸料,出件方式的选择 模具采用固定卸料,刚性打件,并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力. (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,该复合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 由于工件形状简单对称,所以模具的工作零件均采用整体结构,拉深凸模,落料凹模和 凸凹模的结构如图 8.2.8 所示. 为了实现先落料后拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低.所以图 8.2.8a)所示拉深凸模,其长度 L 可按下式计算:

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材料:CrWMn 热处理:工作部分局部淬火,硬度 60~64HRC 图 8.2.8 主要工作零件 图 8.2.8b)所示凸凹模因为型孔较多,为了防止淬火变形,除了采用工作部分局部淬火 (硬度 58~62HRC)外,材料也用淬火变形小的 CrWMn 模具钢. (2)其它零部件的设计与选用 ① 弹性元件的设计 顶件块在成形过程中一方面起压边作用, 另一方面还可将成形后包在拉深凸模上的工件 卸下.其压力由标准缓冲器提供. ②模架及其它零部件的选用 模具选用中间导柱标准模架,可承受较大的冲压力.为防止装模时,上模误转 180°装 配,将模架中两对导柱与导套作成粗细不等:

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6.模具总装图 由以上设计,可得到如图 8.2.9 所示的模具总装图.为了实现先落料,后拉深,应保证 模具装配后,拉深凸模 6 的端面比落料凹模 5 端面低 3mm.

1—凸凹模 2—推件块 3—固定卸料板 4—顶件块 5—落料凹模 6—拉深凸模 盖落料-拉深复合模 图 8.2.9 盖落料 拉深复合模 模具工作过程:将条料送入刚性卸料板 3 下长条形槽中,平放在凹模面上,并靠槽的一 侧, 压力机滑块带着上模下行, 凸凹模 1 下表面首先接触条料, 并与顶件块 4 一起压住条料, 先落料, 后拉深; 当拉深结束后, 上模回程, 落料后的条料由刚性卸料板 3 从凸凹模上卸下, 拉深成形的工件由压力机上活动横梁通过推件块 2 从凸凹模中刚性打下, 用手工将工件取走 后,将条料往前送进一个步距,进行下一个工件的生产. 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. 8.工作零件的加工工艺 本副模具工作零件都旋转体,形状比较简单,加工主要采用车削. 图 8.2.8 b)所示凸凹模的加工工艺过程如表 8.2.9 所示.拉深凸模和落料凹模的加工方法与 凸凹模相似,限于篇幅,在此就不介绍了.

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9.模具的装配 本模具的装配选凸凹模为基准件,先装上模,再装下模.具体装配过程见第 7 章.装配 后应保证间隙均匀,落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作端面 3mm,顶件块上端面应高出 落料凹模刃口面 0.5 mm,以实现落料前先压料,落料后再拉深.

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