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冲压模具设计实例-U形弯曲件模具设计论文中磊教育

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图纸截图
基本简介

冲压模具设计步骤:

(一)零件工艺性分析(图1)

工件图为图15所示活接叉弯曲件,材料45钢,料厚3mm。其工艺性分析内容如下:

 1.材料分析

45钢为优质碳素结构钢,具有良好的弯曲成形性能。

2.结构分析

零件结构简单,左右对称,对弯曲成形较为有利。可查得此材料所允许的最小弯曲半径,而零件弯曲半径,故不会弯裂。另外,零件上的孔位于弯曲变形区之外,所以弯曲时孔不会变形,可以先冲孔后弯曲。计算零件相对弯曲半径,卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑,而弯曲中心角发生了变化,采用校正弯曲来控制角度回弹。

3.精度分析

零件上只有1个尺寸有公差要求,由公差表查得其公差要求属于IT14,其余未注公差尺寸也均按IT14选取,所以普通弯曲和冲裁即可满足零件的精度要求。

4.结论:由以上分析可知,该零件冲压工艺性良好,可以冲裁和弯曲。

五金冲压.jpg

(二)工艺方案的确定

零件为U形弯曲件,该零件的生产包括落料、冲孔和弯曲三个基本工序,可有以下三种工艺方案:

方案一:先落料,后冲孔,再弯曲。采用三套单工序模生产。

方案二:落料—冲孔复合冲压,再弯曲。采用复合模和单工序弯曲模生产。

方案三:冲孔—落料连续冲压,再弯曲。采用连续模和单工序弯曲模生产。

方案一模具结构简单,但需三道工序三副模具,生产效率较低。

方案二需两副模具,且用复合模生产的冲压件形位精度和尺寸精度易保证,生产效率较高。但由于该零件的孔边距为4.75mm,小于凸凹模允许的最小壁厚6.7mm,故不宜采用复合冲压工序。

方案三也需两副模具,生产效率也很高,但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度,需在模具上设置导正销导正,故其模具制造、安装较复合模略复杂。

通过对上述三种方案的综合分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。

(三)零件工艺计算

1.弯曲工艺计算

(1)  (1)毛坯尺寸计算(图2)

对于有圆角半径的弯曲件,由于变薄不严重,按中性层展开的原理,坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和,可查得中性层位移系数,所以坯料展开长度为由于零件宽度尺寸为18mm,故毛坯尺寸应为64mm×18mm。弯曲件平面展开图见图16,两孔中心距为46mm。

(2)弯曲力计算

弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据。该零件是校正弯曲,校正弯曲时的弯曲力和顶件力为对于校正弯曲,由于校正弯曲力比顶件力大得多,故一般可以忽略,即 ≥生产中为安全,取≥,根据压弯力大小,初选设备为JH23—25。

2.冲孔落料连续模工艺计算

(1)刃口尺寸计算

由图3-2可知,该零件属于一般冲孔、落料件。根据零件形状特点,冲裁模的凸、凹模采用分开加工方法制造。尺寸18mm、R9mm由落料获得,2×φ8.5mm和46±0.31mm由冲孔同时获得。查得凸、凹模最小间隙,最大间隙,所以。

按照模具制造精度高于冲裁件精度3~4级的原则,设凸、凹模按IT8制造,落料尺寸,凸、凹模制造公差,磨损系数取0.75。冲孔尺寸,凸、凹模制造公差,磨损系数取0.5。根据冲裁凸、凹模刃口尺寸计算公式进行如下计算:

落料尺寸,校核不等式≤,代入数据得。说明所取的与合适,考虑零件要求和模具制造情况,可适当放大制造公差为   。

将已知和查表的数据代入公式得故落料凸模和凹模最终刃口尺寸为。

落料R9mm,属于半边磨损尺寸。由于是圆弧曲线,应该与落料尺寸18mm相切,所以其凸、凹模刃口尺寸取为

冲孔:

校核,代入数据得:。说明所取的与合适,考虑零件要求和模具制造情况,可适当放大制造公差为:, 。

将已知和查表的数据代入公式得

故冲孔凸模和凹模最终刃口尺寸为:,。

孔心距46±0.31mm

因为两个孔同时冲出,所以凹模型孔中心距为 

冲压模具.jpg

(2)  排样计算

分析零件形状应采用单直排的排样方式,零件可能的排样方式有如图17所示两种。

比较方案a和方案b,方案a是少废料排样,显然材料利用率高,但因条料本身的剪板公差以及条料的定位误差影响,工件精度不易保证,且模具寿命低,操作不便,排样不适合连续模,所以选择方案b。同时,考虑凹模刃口强度,其中间还需留一空工位。现选用规格为3mm×1000mm×1500mm的钢板,则需计算采用不同的裁剪方式时,每张板料能出的零件总个数。

经查得零件之间的搭边值,零件与条料侧边之间的搭边值,条料与导料板之间的间隙值,则条料宽度为 

步距 

由于弯曲件裁板时应考虑纤维方向,所以只能采用横裁。即裁成宽71.5mm、长1000mm的条料,则一张板材能出的零件总个数为 

计算每个零件的面积,则材料利用率为。排样图如图18所示。

3.冲裁力计算

此例中零件的落料周长为148.52mm,冲孔周长为26.69mm,材料厚度3mm,45钢的抗剪强度取500MPa,冲裁力基本计算公式。则冲裁该零件所需落料力 

冲孔力     

模具结构采用刚性卸料和下出件方式,所以所需推件力为 

计算零件所需总冲压力

初选设备为JC23—63。

4.压力中心计算(图5)

零件为一对称件,所以压力中心就是冲裁轮廓图形的几何中心,但由于采用级进模设计,因此需计算模具的压力中心。排样时零件前后对称,所以只需计算压力中心横坐标,如图19所示建立坐标系。设模具压力中心横坐标为(计算时取代数值),则有即    ,解得    所以模具压力中心坐标点为(-31.2 , 0)。

(四)冲压设备的选用

1. 冲孔落料连续模设备的选用

根据冲压力的大小,选取开式双柱可倾台压力机JC23—63,其主要技术参数如下:

公称压力:630kN

滑块行程:120mm

最大闭合高度:360 mm

闭合高度调节量:80 mm

滑块中心线到床身距离:260mm

工作台尺寸:480 mm×710 mm

工作台孔尺寸:φ250mm

模柄孔尺寸:φ50 mm×80 mm

垫板厚度:90 mm

2.弯曲模设备的选用

根据弯曲力的大小,选取开式双柱可倾台压力机JH23—25,其主要技术参数如下:

公称压力:250kN

滑块行程:75mm

最大闭合高度:260 mm

闭合高度调节量:55mm

滑块中心线到床身距离:200mm

工作台尺寸:370 mm×560mm

工作台孔尺寸:φ260mm

模柄孔尺寸:φ40 mm×60mm

垫板厚度:50 mm

(五)模具零部件结构的确定

1.冲孔落料连续模零部件设计

(1)标准模架的选用

标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸,所以应首先计算凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得

凹模高度             

凹模壁厚             

所以,凹模的总长,为了保证凹模结构对称并有足够的强度,将其长度增大到163mm。凹模的宽度。

模具采用后侧导柱模架,根据以上计算结果,查得模架规格为:上模座200mm×200mm×45mm,下模座200mm×200mm×50mm,导柱32mm×160mm,导套32mm×105mm×43mm。

(3)  (2)其它零部件结构(图6)

凸模固定板与凸模采用过渡配合关系,厚度取凹模厚度的0.8倍,即20mm,平面尺寸与凹模外形尺寸相同。

卸料板的厚度与卸料力大小、模具结构等因素有关,取其值为14mm。

导料板高度查表取12mm,挡料销高度取4mm。

模具是否需要采用垫板,以承压面较小的凸模进行计算,冲孔凸模承压面的尺寸如图20所示。则其承受的压应力为 

查得铸铁模板的为90~140MPa,故 。因此需采用垫板,垫板厚度取8mm。

模具采用压入式模柄,根据设备的模柄孔尺寸,应选用规格为A50×105的模柄。

2.弯曲模主要零部件设计

根据工件的材料、形状和精度要求等,弯曲模采用非标准模架。下模座的轮廓尺寸为255mm×110mm。

(1)工作部分结构尺寸设计

1)凸模圆角半径

在保证不小于最小弯曲半径值的前提下,当零件的相对圆角半径较小时,凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径,即。

2)凹模圆角半径

凹模圆角半径不应过小,以免擦伤零件表面,影响冲模的寿命,凹模两边的圆角半径应一致,否则在弯曲时坯料会发生偏移。根据材料厚度取。

3)凹模深度(图7)

凹模深度过小,则坯料两端未受压部分太多,零件回弹大且不平直,影响其质量;深度过大,则浪费模具钢材,且需压力机有较大的工作行程。该零件为弯边高度不大且两边要求平直的U形弯曲件,则凹模深度应大于零件的高度,且高出值,如图21所示。

4)凸、凹模间隙

根据U形件弯曲模凸、凹模单边间隙的计算公式得

5)U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差

零件标注内形尺寸时,应以凸模为基准,间隙取在凹模上。而凸、凹模的横向尺寸及公差则应根据零件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。因此,凸、凹模的横向尺寸分别为

(2)弹顶装置中弹性元件的计算

由于该零件在成型过程中需压料和顶件,所以模具采用弹性顶件装置,弹性元件选用橡胶,其尺寸计算如下

1)确定橡胶垫的自由高度 

    认为自由状态时,顶件板与凹模平齐,所以 

    由上两个公式取。

2)确定橡胶垫的横截面积 

查得圆筒形橡胶垫在预压量为10%~15%时的单位压力为0.5MPa,所以       

3)确定橡胶垫的平面尺寸

根据零件的形状特点,橡胶垫应为圆筒形,中间开有圆孔以避让螺杆。结合零件的具体尺寸,橡胶垫中间的避让孔尺寸为φ17mm,则其直径D为 

4)校核橡胶垫的自由高度 

橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间,所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×140=120mm。

(六)冲孔落料连续模装配图

有了上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案,便可以对模具进行总体设计并画出冲裁装配图如图22所示。

模具闭合高度H模=45+8+20+15+14+12+25+50=189mm。

(七)弯曲模具装配图

由上述各步计算所得的数据,对弯曲模具进行总体设计并画出装配图如图23所示。(图8)

模具闭合高度H模=40+20+4+103=167 mm。(图9)

 第二部分  编写设计计算说明书应考虑的问题

一、设计计算说明书的内容与要求

设计计算说明书应以计算内容为主,要求写明整个设计的主要计算及简要的说明。

对于计算过程的书写,要求写出公式并注明来源,同时带入相关数据,直接得出运算结果。

在设计计算说明书中,还应附有与计算有关的必要简图,如压力中心计算中应绘制零件的排样图;确定工艺方案时应绘制多种工艺方案的结构图,以便于比较。

设计计算说明书应在全部计算及全部图样完成之后整理编写,主要内容有冲压件的工艺性分析,毛坯的展开尺寸计算,排样方式及经济性分析,工艺过程的确定,工序件的形状及尺寸计算,模具结构形式的合理性分析,模具主要零件的结构形式、材料选择、公差配合和技术条件,凸、凹模工作部分的尺寸计算,冲压力计算,压力中心的确定,弹性元件的选用等。具体概括如下:

1.      1.目录

2.      2.设计任务书

3.      3.工艺方案分析及确定

4.      4.工艺计算

5.      5.模具结构设计

6.      6.模具零部件工艺设计

7.      7.参考资料目录

8.      8.结束语

二、设计总结

总结与答辩是冷冲压模具课程设计的最后环节,是对整个设计过程的系统评价和总结。学生在完成全部图样和编写设计计算说明书之后,应全面分析此次设计中存在的优缺点,找出设计中应注意的问题,掌握模具设计的一般步骤和方法,通过总结,提高分析问题和解决问题的能力。设计过程中的问题与不足,搞清尚未弄懂的、甚至不理解和没有考虑到的问题,从而获得更大的收获,完满的达到整个设计的目的及要求。

 

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