模具设计说明书
承德石油高等专科学校
复合冲裁模结构设计
专业:机制(本)1101
学生(学号):
杨张李张雪松惠改洪民康
07363016
指导教师:徐晓东
承德石油高等专科学校机械工程系
2014年5月18日
赵江博14
目录
1、冲压件工艺分析————————3
2、冲压工艺方案的确定——————3
3、主要设计计算—————————3
4、模具总体设计————————11
5、主要零部件设计———————11
6、材料选择——————————227、参考文献——————————22
模具设计说明书
一、冲压件工艺性分析:
此工件冲孔、落料两个工序。材料为45号钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。工件结构相对简单,有一个φ6mm和1个φ36mm的孔;孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为15mm(两同心圆之间的壁厚)。φ6mm的孔,为IT10级,φ36mm的孔,为IT9级,尺寸精度一般,普通冲裁完全能满足要求。
二、冲压工艺方案的确定:
该工件包括冲孔落料、二个基本工序,由于题设,故选择冲孔-落料复合冲压,采用复合模生产。
三、主要设计计算
(1)、排样方式的确定及其计算:
排样是模具设计的核心部分,是复合模设计的重要依据。一提高材料利用率,(材料费用一般会占总成本的60%以上),二改善操作性。冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。三使模具结构简单合理,使用寿命长。四保证冲裁件质量。
由表2.7(见冲压与注塑模具设计一书)查得边距a =1. 5mm ,工件间距a 1=1. 2mm
那么:条料的宽度:B=36+2a=39mm
条料的步距:S=36+a1=37.2mm冲裁单件材料的利用率计算:
23. 14⨯36η
=⨯100%=πD SB ⨯100%=⨯100%≈70. 1%⨯⨯2
排样图如下所示:
(2)、冲压力的计算:
①、落料力的计算:
F 落=KLt τ(K=1.3);
F 落—落料力(N);
L=πD =3. 14⨯36≈113mm ;
t=0.5mm;L —工件外轮廓周长t —材料厚度
τ—材料抗剪强度(MPa)由书(模具设计(赵伟阁))表1—
—3查得τ=560Mpa;
F 落=1. 3⨯113mm ⨯0.5mm ⨯560MPa ≈41.13KN 落料力则为:
②、冲槽、冲孔力的计算:
L1—工件内轮廓周长
L1=3.14x6=18.84mm
F 冲1=1. 3Lt τF 冲1=1. 3Lt τ=1.3×18.84×0.5×560=6.86KN
即冲裁力为:F 冲裁力F 落F 冲1=+=41.13+6.86=47.99KN
F 卸=K 卸F 落④、卸料力的计算:
K 卸—卸料力因数,由表2.13(冲压与注塑模具设计(柴增田))
查得K 卸=0.055
F 卸=0. 055⨯47.99≈2.64KN
⑤、推件力的计算:
F 推=K 顶F 冲
K 推—推件力因数
由表2.13(冲压与注塑模具设计(柴增田))
查得
F 推K 顶=0.08=0.08×47.99=3.84KN
⑥、总冲压力的计算:
故总的冲压力为
F 总=F 冲+F 卸+F 顶
=47.99+2.64+3.84=54.47KN(弹性卸料,上出件)
故拟选定JA21-35开式双柱固定台式压力机
公称压力:350KN
滑块行程:130mm
滑块行程次数/(次/min):50次
最大闭合高度:280mm
闭合高度调节量:60mm
滑块中心线至床身距离:205mm
立柱距离:428mm
工作台尺寸:前后:380mm,左右:610mm
工作台孔尺寸:前后:200mm,左右290mm,直径:260mm
垫板尺寸:厚度:60mm直径:22.5mm
模柄孔尺寸:直径:50mm,深度:70mm
滑块底面尺寸:前后:210mm,左右:270mm
(3)压力中心的确定:
零件为对称几何体,压力中心在几何中心,即圆心处。
(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,具体计算如下
加工Φ6的孔模具精度应为IT8,加工Φ36的圆的模具精度应为IT7刃口尺寸计算:
此冲压件的外形属落料,内孔属冲孔,查《冲压与注塑模具设计》(柴增田)表2.10
的:
由公差值可查《冲压与注塑模具设计》(柴增田)表2.12的磨损系数x 为:
冲孔校核:
落料校核:
5)、弹压卸料装置的设计:
1.冲裁板料较薄,工件平直度要求较高,采用弹簧卸料装置,既起料作用又起压料作用。在模具开启状态,卸料板项面应高出模具工作零件刃口(0.3—0.5)mm,以便顺利卸料。冲裁结束时,在垂直方向应保证卸料板与导料板之间的最小距离大于(0.1—0.3)t。卸料板与上凸凹模之间的单边卸料间隙取(0.1—0.2)t。
p 弹性卸料板的厚度H 值,查表84(冲压模具设计—朱江峰一书)
8mm.
2.弹簧的选用与安装至少
弹簧属于标准件,在模具中应用最多的是圆柱螺旋压缩弹簧,特性曲线为直线。
根据模具安装位置,拟选6个弹簧,每个弹簧的预压力为
F 0=F 卸=440N
查有关弹簧的规格,初选弹簧30mm ⨯6. 0mm ⨯7. 8mm
弹簧外径30mm,钢丝直径6.0mm,节距7.8mm,自由长度80mm
弹簧满足最大许可压缩量要求:∆H 2≥∆H
∆H =∆H 0+∆H '+∆H ''
mm)式中∆H 2——弹簧最大许可压缩量(
∆H ——弹簧实际工作时的总压缩量(mm)
∆H 0——弹簧预压缩量(mm)
∆H '——卸料板的工作行程(mm),一般取t+1
∆H ''——凸模刃磨量和调整量,一般取5-10mm
∆H 0=F 0∆H 22
∆H 2=12. 74mm H 0=80mm n =9. 1mm 查有关弹簧规格:
f =1. 4mm
计算:∆H 0=F 0∆H 22=440/1312⨯12.74=6.21mm
3.校核:设∆H '=1.5mm,∆H ''=5mm
∆H =∆H 0+∆H '+∆H ''
即=10.77由于12. 74>10. 77
∆H 2>∆H 所以,所选弹簧是合适的。
四、模具总体设计:
1)模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具类型为复合模。
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板,
并采用弹簧侧压装置,保证条料贴紧导料板。控制条料的送进步距采用挡料销准确定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量,可以用调料边缘顶住挡料销定位。
3)卸料、出件方式的选择
因为工件料厚为0.5mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹性
卸料。又因为是复合模生产,所以采用上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,该复合模采用中间导柱的导向方式。
五、主要零部件设计:(1)工作零件的结构设计
首先加工在下模上的凸凹模然后加工在上模的凹模和凸模,上模上的凸模和凹模采用分别加工法。(分别加工法分别规定凸模的尺寸和公差,分别进行制造。用凸模和凹模的尺寸及制造公差来保证间隙要求。这种方法主要用于冲裁件的形状简单,间隙较大的模具或用精密加工的凸模和凹模的模具)。
①凸凹模
凸凹模是复合膜中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口,内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑,其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关:当模具为倒装结构时,且内孔为直筒型刃口形式,且采用下出料方式,则内孔积存废料,胀力大,故最小壁厚应该大些,凸凹模的最小壁厚值,目前一般按经验数据确定,根据查《冲压与注塑模具设计》(柴增田)表2.17得
材料厚度t=0.6mm时凸凹模最小壁厚δ=1.8mm,而此时t=0.5mm,且δ取少打的值,故去δ=30mm。
凹模厚度
h a =Kb (≥15mm)
凹模壁厚
式中
c =(1.5~2.0) h a (≥30~40mm)
b —冲裁件的最大外形尺寸;K —系数,考虑板料厚度的影响。
查《冲压与注塑模具设计》(柴增田)表2.16得凹模厚度修正系数K 值:当料厚为t=0.5时,孔口尺寸b ≤50时,K=0.30
h a =Kb (≥15mm)
=0.30×6=1.8mm
h
a
取22mm
h a
c=(1.5~2)(≥30~40mm)=(1.5~2.0)×22=30~44mm
根据本次需要c 取30mm
H pd
凸凹模长度确定
H pd =h 自由-h 预+H 卸+H 2=70mm
H 卸
H 卸=18
式中—卸料板厚度,取mm;
H 1—凸凹模固定板厚度,H 1=(0.6~0.8)(H 凹+h )=(0.6~
0.8)⨯(30+) =21~28mm,取H 1=24mm。
凸凹模如图1所示
图1
②落料凹模
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计算:
h a =Kb (≥15mm)
c =(1.5~2.0) h a (≥30~40mm)
凹模厚度
凹模壁厚
式中
b —冲裁件的最大外形尺寸;
K —系数,考虑板料厚度的影响。
查《冲压与注塑模具设计》(柴增田)表2.16得凹模厚度修正系数
K 值:当料厚为t=0.5时,孔口尺寸b ≤50时,K=0.30
h a =Kb (≥15mm) h a
=0.30×30=9mm
取20mm
h a
c=(1.5~2)(≥30~40mm)=(1.5~2.0)×20=30~40mm
根据本次需要c 取30mm 凹模宽度B=b+2c=20+2×30=80mm凹模长度L=36+2×30=96mm(送料方向)
凹模轮廓尺寸为96mm×80mm×20mm,结构如图2
所示
图2
③冲孔凸模
采用圆柱头缩杆圆凸模
采用弹压卸料板时,凸模长度按下面公式计算:
L =h 1+h 2+t +h
式中:
L-凸模长度
h 1-凸模固定板厚度(22mm)h 2-卸料板厚度(18mm)
t-材料厚度(0.5mm)
h-附加的长度(5mm)。它包括凸模的修磨量(5-10mm),凸模进入凹模的深度(0.5-1mm),凸模固定板与卸料板之间的安全距离等,一般取10-20mm。经检验与计算,h
计算的L =h 1+h 2+t +h =45. 5mm 凸模的强度校核与刚度校核
强度校核。凸模最小截面积应满足下式,则强度满足要求。
F '
A min ≥[σbc ]
凸模材料选用T10A,[
σbc ]=1400MPa
πd 2
=3. 14⨯9=28. 26mm 2
代入数据得A min =4
F z '
50
=0. 0357≤A min 强度满足要求。
d 2
≤85
σbc =
l max
有导向时带入数据得
d 26285=85⨯=432. 81
l max =45. 5≤432. 81mm
长度符合要求
凹模结构如图3所示
图3
(2)定位零件的设计
落料凹模下方向前一定距离设置一个挡料销。条料第一次送进的时候,条料顶端顶住挡料销。在后续的送进过程中,挡料销顶到条料孔的后边缘,实现连续冲裁。卸料板上设置两个导料板和两个侧压弹簧,使条料靠紧导料板送料,保证横向定位。
(3)导料板的设计
导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模相距14.5mm,条料顶紧挡料销,这样就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度按表选择。导料板采用45钢制作,热处理硬度为40~45HRC,用螺钉固定在卸料板上。
(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不同,且卸料板稍大于凹模,厚度为18mm。
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6个卸料螺钉,公称直径为12mm,螺纹部分为M10×
12mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸凹模端面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
该模具采用后导柱模架,这种模架的导柱在模具后侧位置,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为φ25×180;导套d/mm×L/mm×D/mm为φ25×80×38。分别上模座厚度H 上模取35mm,上模垫板厚度H 垫取10mm,固定板厚度H 固定板取22mm,下模座厚度
H 下模取40mm,那么,该模具的闭合高度:
H 闭=H上模+H 垫+L+H +H 下模-h2=(35+10+45.5+20+40-3)mm=147.5mm
式中L——凸模长度,L=45.5mm;H——凹模厚度,H=20mm;
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JA21-35的最大装模高
度(280mm),可以使用。
根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸,参照有关资
料,可选取 级精度的后侧导柱模架(GB/T2851.5—1990).即:
上模座:286x188x35HT200
下模座:286x188x40HT200
下模座如图4所示,上模座如图5所示
图4
图5
六材料选择
此冲裁模属于薄板冷冲裁,对于薄板冷冲裁模用钢要求具有高的耐磨
C WM n 9M n 2V C r 12
性。长期以来,国内薄板冷冲裁模主要用材有T10A、r 、、
及Cr12MoV 等,其中T10A 等碳素工具钢只适用于零件总数比较少、冲压件形状简单、尺寸小大的模具,适合本设计要求,故选用T10A
模具工作零件的材料及热处理要求
零件名称冲裁模上下模座垫板模柄导柱、导套凸凹模固定板
托料板卸料板导料板挡料销导正销、定位销
垫板定位板卸料螺钉销钉推杆、推板
顶板弹簧
材料牌号T10A HT22045钢Q235Q20Q235Q235Q2354545T7,T[**************]Mn
热处理淬硬——淬硬——渗碳淬火————淬火淬火淬火淬火淬火淬火头部淬火淬火淬火——淬火
硬度/HRC凸模56~60
凹模58~62
——43~48——60~62————50~6043~4843~4852~5643~4843~4843~4843~4843~45——40~45
七参考资料
1、柴增田,王国永,刘春哲冲压与注塑模具设计[M]电子工业出版社2011
2、赵伟阁,殷城模具设计[M]西安电子科技大学出版社2006
3、王新华冲模设计与制造实用计算手册第二版[M]机械工业出版社2011
4、彭建声,秦小刚模具技术问答第三版[M]机械工业出版社2009
5、朱江峰冲压模具设计[M]合肥工业大学出版社2012
6、洪慎章冲模设计速查手册[M]北京:机械工业出版社2012
7刘占军冲压排样设计技巧[M]北京:化学工业出版社2009
8、康俊远,李立明磨具材料与表面处理[M]北京:北京理工大学出版社2012
9、方昆凡公差与配合速查手册[M]北京:机械工业出版社2012
10、魏春雷、朱三武、章南模具专业毕业设计手册[M]天津:天津大学出版社2010
11、陈文琳金属板料成形工艺与模具设计[M]北京:机械工业出版社2012
12、马朝兴、徐立章冲压模具设计手册北京:化学工业出版社2009
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