弯角冲压模具设计
目录
一.冲压工艺性分析及结论 .............................. 2 二.工艺方案的分析比较和确认 .......................... 3 三.模具类型与结构分析 ................................ 3 四.排样图设计及材料利用率计算 ........................ 3 五.冲压力的计算与压力中心的确定 ...................... 4 六.凸、凹模工作部分尺寸与公差的确定 .................. 5 七.模具主要零件材料的选取、技术要求及强度校核 ........ 8 八.冲压设备的选择及校核 .............................. 9 九.弹性元件的选择计算 ............................... 10 十.紧固件 ........................................... 10 十一.其他需要说明的问题 ............................. 11 十二.弯角冲压工艺卡片 ................................ 12
弯角冲压模具设计
一.冲压工艺性分析及结论
零件件图如图所示,零件名称:弯角,材料:Q235,料厚:2mm,生产批量:大批量
零件图
1.尺寸精度
其外形公差无要求,其中υ3.2的两个孔有位置公差要求,为10±0.1,孔径无公差要求,精度很容易达到。 2.材料方面
材料为Q235,普通碳素结构钢,具有较好的冲裁成型性能。 3. 结构方面
结构对称,较为简单。其弯曲间内侧圆角半径为R1,相对弯曲半镜R/T=0.5,且弯曲角为90度,选取Q235退火或正火的钢板,沿垂直纤维方向上,可一次弯曲成形。三个孔的孔边与弯曲直边L3.2=2.4mm≥R+0.5t=2mm,L4=1.5≤R+0.5t=2mm,因此υ4
孔应在弯曲之后冲;三个孔的孔边距C3.2=1.4≤2t=4mm,C4=0.7≤2t=4mm,如果先冲孔的话,由于孔边距过小,工件易变形,工件质量不能保证。
二.工艺方案的分析比较和确认
经冲压工艺性分析,该工件所需的基本工序有落料、冲孔、弯曲等三个基本工序。安顺序组合有以下几种方案:
方案一:落料与冲孔υ3.2复合模冲压——弯曲单工序模冲压——冲υ4孔。 冲压件的尺寸精度高,且生产效率高。但由于落料与冲孔复合,使模壁较薄,模具易损坏。且由于孔边距较小,工件弯曲后,易变形,不能保证质量。
方案二:落料与冲υ3.2孔级进模冲压——弯曲单工序模冲压——冲υ4孔 模具结构复杂,但生产率高,克服了模壁厚度不足而引起模具强度不足的问题。精度没有方案一好,且也由于孔边距较小,工件易变形,质量不能保证
方案三:冲υ3.2落料弯曲冲υ4孔级进模。
模具相较于上两种方案,较简单,生产率高,且易保证工件的尺寸和外形精度。且因为υ4孔必须在弯曲之后进行,所有相对比较麻烦,用级进模可以将υ4孔的平面放于工作台上一次成型,即提高了生产效率,又提高了工件的尺寸精度和定位精度。
综上所述,为保证各项技术要求,选用方案三:冲υ3.2落料弯曲冲υ4孔级进模
三.模具类型与结构分析
根据以上分析,该工件采用了冲孔、弯曲、落料的级进模。其中弯曲为L型。模架采用四角导柱模架,卸料方式为弹性卸料,橡胶为弹性元件,采用聚氨酯,用导料板进行导料,导正销进行精定位。废料直接从漏料孔里漏出即可。
四.排样图设计及材料利用率计算
根据毛坯长度等于应变中性层长度,弯曲圆弧的长度l=2.32。 因此毛坯展开长度:
L=7+(8.2-2-1)+2. 32=14.52mm。
搭边值:根据表2-9矩形件取a=2,b=2.2。
坯料展开图
排样图
条料宽度B=2Dmax+2+4.4=35.44mm 步距S=22
材料利用率η=A/BS×100%=2(16×7+8×3.2+2×3+3.14×3×3/2)/(35.44×22)×100%≈41%
五.冲压力的计算与压力中心的确定
1.冲压力的计算
查表1-3得,取Q235的抗拉强度δb=400Mpa。 1.1冲4个孔υ3.2和2个导正孔υ3.2
F孔3.2=6Ltδb=6×3.14×3.2×2×400=48230.4N 1.2冲异形框
F异=Ltδb=122.56×2×400=98048N 1.3切边
F切边= Ltδb=32×2×400=25600N 1.3弯曲两个直边
自由弯曲力 F弯=2×0.6kbt×tδb/(r+t)=3328N 1.4冲两个孔υ4
F孔4=2 Ltδb=2×3.14×4×2×400=20096N 1.5落料两个零件
F落= 2Ltδb=2×15.94×2×400=25504N
该模具采用弹性卸料和下出料的方式,凹模直壁高度为6mm,n=h/2=3,查表,Kx=0.055,Kt=0.05
Fz= F孔3.2孔2+ F异+ F切边+ F孔4=48230.4+98048+25600+20096=191974.4N Fx=nFzKx=3×191974.4×0.055=31675.8N Ft=KtKx=0.05×191974.4=9598.7N F = Fz + Fx + Ft +F弯+F
=191974.4+31675.8+9598.7+3328+25504=262 080.9N
选用压力机J23-40
六.凸、凹模工作部分尺寸与公差的确定
1.冲裁工作零件刃口尺寸的计算
冲裁初始双面间隙Zmax=0.360,Zmin=0.246,凸凹模都采用配合加工法。
刃口尺寸表
2.压力中心的确定
如图,分析可知,压力中心Yc=0。
Xc=(16076.8×77+32153.6*66+98048×44+25600×22-20096×22-25504×44)/(16076.8+32153.6+98048+25600+20096+25504)
=30.7
因此,压力中心坐标如图Xc处为(29.5,0)。 3.凸凹模外形尺寸 3.1凹模
采用整体式凹模,安装凹模时,依据计算的压力中心的数据,将压力中心与模柄中心线重合:
凹模厚度:H=kb(H≥15mm)b=31.04,查表k=0.42,H=13mm 凹模壁厚:c=(1.5-2)H=10-13.44mm 取H=18mm,c=27mm。 凹模宽度:B=b+2c=70mm
凹模长度:L=步距+工件长+c=22+128+27=177mm,取180mm 3.2弯曲
凸模:长×宽为18×14.64,凸凹模间隙取2mm,高度暂时取60mm,材料选T10A,热处理硬度为56-60HRC。
凹模:圆角为90度,半径R为1mm,材料选T10A,热处理硬度为56-60HRC。 3.3冲孔
υ3.2:凸模:选用国家标准圆凸模A3.3×50-T10A, [σ
压]=1500Mpa,热处理硬
度为58-62HRC,凹模与凸模相配作,热处理硬度为60-64HRC。
强度校核:压应力校核:d最小≥4tτ0/[σ
压]=2,符合要求。
弯曲应力校核:L最大≤270d2/p=30.83mm,符合要求。
υ4:凸模:选用国家标准圆凸模4.15×50- T10A, [σ
压]=1500Mp,τ
=373,热
处理硬度为58-62HRC。凹模与凸模相配作,热处理硬度为60-64HRC。
强度校核: 压应力校核:d最小≥4tτ0/[σ
压]=2,符合要求。
弯曲应力校核:L最大≤270d2/p=43.1mm符合要求。
3.4 冲异形孔
异型孔:
凸模:选用T10A钢,热处理硬度为58-62HRC,异形凸模高度均暂时取50mm
强度校核:压应力校核:F最小≥P/[σ压]=65.36mm
2
(F最小为最小断面的面积)。
其中:F=119.68mm2 >F最小,符合要求。
弯曲应力校核:L最大≤1200J/p J=BH3- bh3/12 L最大≤211mm,符合要求。
凹模:与凸模配作,T10A钢,热处理硬度为60-64HRC。 切断:
长×宽为18×2.24,选用T10A钢,热处理硬度为58-62HRC,异形凸模高度均暂时取50mm。
强度校核:压应力校核:F最小≥P/[σ
压]=17.1mm
2
(F最小为最小断面的面积)。其
中:F=36mm2 >F最小,符合要求。
弯曲应力校核:L最大≤1200J/p ,J=hb3/12 L最大≤25.98mm,符合要求。
凹模:与凸模配作,T10A钢,热处理硬度为60-64HRC
七.模具主要零件材料的选取、技术要求及强度校核
1.定位零件 1.1导料板
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双面间隙取0.5mm,这样就可以确定导料板的宽度,导料板厚度取4mm。导料板采用45钢制作,热处理硬度为40-45HRC,用螺钉或销钉固定在凹模上。 1.2导正销
落料凸模下部设置两个导正销,分别用υ3.2两个孔作导正孔。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考虑到料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面1mm,导正销采用H7/n6,安装在落料凸模端面,导正销导正部分与导正孔采用H7/n6的配合。 2.卸料装置
选用弹压卸料装置:卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同,厚度为8mm,与凸模的单边间隙为0.15mm,选用材料45钢,调质处理HRC24-28。 3.模架
该模具采用四角导柱模架,这种模具的导柱在模具的四个角上,对称分布,冲压时可防止用于偏心力矩而引起的模具外斜。以凹模周界尺寸为依据,选择模具规格:
导柱d×L分别为υ28×150,GB/T2861.1。导套d×L×D分别为υ28×100×38,GB/T2861.6。选用材料20钢,热处理硬度58-62HRC(渗碳处理)。
上模座取200×160×40mm,下模座取200×160×45mm,材料选用HT200,不做热处理。
垫块选用45钢,热处理硬度43-48HRC。 上模垫板厚度H垫 取10
下模固定板厚度H固取20mm,,那么该模具的闭合高度: H=H固+H下+H垫+H上+L+H-1=20+45+10+40+18+50-1=182mm。 L为凸模长度 H 为凹模厚度
H小于压力机J23-40的最大封闭高度400mm,可以使用 4.模柄
模柄按照压力机规格,模柄孔为υ50*70,选用GB2862.1-81,材料为A3,A50*95 ,GB2862.1-81。单位(mm)
5.凸模固定板或垫板
由上面模架的选择得出:
凸模固定板厚度为20mm,上模垫板厚度为10mm,选用材料Q235,不做热处理。
八.冲压设备的选择及校核
1. 选用压力机J23-40
2. 校核:校核公式:Hmax-H1-5mm>=H+h>=Hmin-H1+10mm。 Hmax压力机最大封闭高度为400mm
Hmin是压力机最小封闭高度200mm。 H1为垫板厚度为80mm h等高垫块厚度 H模具闭合高度为205mm
因此,400-70-5≥182+h≥200-70+10 325≥182+h≥140。 所以,符合要求。
九.弹性元件的选择计算
弹性元件选择聚氨酯:
橡胶的自由行程:S自由=3+1+4=8mm
橡胶的工作行程:H工作=(3.5-4)S自由=(3.5-4)+8=28-32mm 取H工作=29mm
橡胶的装配高度:H装配=(0.85-0.9)×H工作=(0.85-0.9)×29=24.65-26.1mm 取H装配=25mm
因此选用聚氨酯橡胶:H=25mm,d=10.5mm。 橡胶的横截面积与凹模相配合。
十.紧固件
圆柱头卸料螺钉GB2867.5-81 8*46 圆柱销 GB 117-86 B8*65 圆柱销 GB 117-86 B4*28 圆柱头螺钉 GB/T70.1-200 4*25 圆柱头内六角螺钉M10*45 GB70—76 圆柱头内六角螺钉M6*65 GB70—76 圆柱头内六角螺钉M6*5 GB70—76 圆柱销5*70 GB119—76 圆柱销 GB 119-76 B6*14
十一.其他需要说明的问题
该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。下模座部分有下模座,凹模板,导料板,等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采用活动挡料销作为粗定位。在落料凸模上安装两个导正销,利用调料上孔3.2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孔后,把条料向前移动用落料孔套在活动挡料销上,向前推紧,冲压时凸模上的导正销再精确定距。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,当用导正销作为精确定位时由导正销上圆锥形斜面再将调料,向后拉回约0.2mm,而完成精确定位,用这种方法定距精度可达到0.2mm。
总装图
十二.弯角冲压工艺卡片