第8章冲压模具设计

第8章冲压模具设计8.1典型模具结构及其组合1－导柱2－导套3－挡料销4－模柄5－凸模6－上模板7－凸模固定板8－刚性卸料板9－凹模10－下模板图8-1导柱式简单落料模1.典型模具的结构组成各种类型冲模复杂程度不同，所含零件各有差异。但如图8-1所示,根据其作用,典型冲压模具由如下五部分组成。(1)工作零件直接使被加工材料变形、分离的模具零件，如凸模、凹模、凸凹模等。(2)定位零件控制条料的送进方向和送料进距，确保条料在冲模中正确位置的零件，有挡料销、导正销、导尺、定位销、定位板、导料板、侧压板和侧刃等。(3)压料、卸料与顶料零件将工件或废料从模具中排出，以使下次冲压工序顺利进行的零件称为卸料与顶料零件。如冲裁模的卸料板、顶出器、废料切刀等；防止毛坯发生失稳起皱或保证制件平整的零件称为压料零件,如拉深模中的压边圈等。(4)导向零件保证上、下模精确运动，凸、凹模间隙均匀的零件。如导柱、导套、导筒等。(5)固定零件使上述四类零件联接和固定在一起，构成整体，保证各零件的相互位置，并使冲模能安装在压力机上的零件。如上、下模板、模柄、凸、凹模固定板、垫板、限位器、螺钉、销钉等。2.典型模具的组合方式典型模具的组合方式有：单工序模、级进模和复合模。(1)单工序模在压机一次冲压行程内，完成一道工序的模具。(2)复合模如图8-2和图8-3所示,在压机一次行程内，在同一工位完成两道以上工序的模具。(3)级进模如图8-4所示,在压机一次冲程内，在模具不同工位上完成多道冲压工序的模具,也称连续模。图8-2落料拉深复合模1–凸模；2–凹模；3–上模固定板；4、16–垫板；5–上模板；6–模柄；7–推杆；8–推块；9–推销；10–顶件块；11、18–活动挡料销；12–固定挡料销；13–卸料板；14–凸凹模；15–下模固定板；17–下模板；19–弹簧图8-3垫圈复合冲裁模1-挡料杆；2、4、8–凹模；3、6、7–凸模；5–导正销；9–始用挡料销；10–螺钉；11–弹簧片；12–侧压块图8–4落料冲孔级进模(3)不同类型模具的优缺点比较1)单工序模、级进模和复合模的比较单工序模、级进模和复合模的优缺点比较见表8-1。模具项目简单模级进模复合模外形尺寸复杂程度工作条件生产效率工件精度模具成本模具加工设备能力生产批量小简单不太好低低低易小中小批量为主大较复杂好最高高高难大中复杂较好高最高高难中以大批量为主表8-1三种模具的简单比较2)正装和倒装复合模比较见表8-2。序号正装倒装1对于薄工件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出操作方便，能装自动拨料装置,既能提高生产效率又能保证安全生产，孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3废料不会在凸凹模孔内积聚，由打棒打出，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度4装凹模的面积较大，有利于冲压复杂工件用拼块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上，省去固定板表8-2复合模正装和倒装比较8.2复合模与级进模的典型结构1.复合模的典型结构图8-5为拉深翻边复合模。毛坯为一带浅法兰边的拉深件，底部已冲一孔。工作时利用毛坯的浅拉深部位形状定位，不采用定位销和挡料销。在压力机一次行程中实现毛坯法兰外部拉深和内部翻边。图8-5拉深翻边复合模图8-6为正装复合模。凹模2被螺钉紧固后，凸模5通过凸模固定板3亦被紧固，这样凸模与凹模有较好的同轴度。靠弹性卸料板6卸料，冲孔废料由推杆9推出。1-顶件杆；2-落料凹模；3-凸模固定板；4-推件块；5-冲孔凸模；6-卸料板；7-凸凹模；8-模柄；9-推件杆图8-6垫圈复合冲裁模（正装）如图8-7所示，拉深凸模3的刃面稍低于落料凹模12刃面约一个料厚，以使落料完毕后才进行拉深。同样凸模10的刃面也应设计成使拉深完毕后才进行冲孔。图8-7落料拉深冲孔复合模如图8-8所示，凸凹模5与凹模6由固定板7固定并保证它们的同轴度。凸模3轻轻压合在凸凹模1内以螺纹拧紧在模柄4上。这样不仅装拆容易，而且易于保证它们的同轴度。翻边前的拉深高度由垫片2调整控制，以保证翻边制件的高度合格。1-凸凹模；2-垫片；3-凸模；4-模柄；5-凸凹模；6-凹模；7-固定板图8-8落料、拉深、冲孔、翻边复合模工序组合方式模具结构简图落料冲孔表8-3多工序组合复合模示例表8-3列出了常见多工序复合模示例工序组合方式模具结构简图冲孔切边工序组合方式模具结构简图切断弯曲工序组合方式模具结构简图切断弯曲冲孔工序组合方式模具结构简图落料拉深冲孔工序组合方式模具结构简图落料拉深冲孔翻边工序组合方式模具结构简图落料拉深工序组合方式模具结构简图冲孔翻边工序组合方式模具结构简图落料拉深切边工序组合方式模具结构简图落料胀形冲孔2.级进模的典型结构图8-9为级进模结构。工序:切口、拉深、二次拉深、三次拉深、整形、分离。切口凸模13和落料凸模2与上模板均以球面接触。凸模修磨后会变短，分别装有螺塞11、12、和螺塞1、3来调节其高度。凹模23修磨后可由螺塞20、21调节。拉深凸模10、8顶面分别有斜楔6能调节凸模高度来调节首次和二次拉深件高度。采用手工送料，由目测预定位，然后分别由压边圈9、凸模4及导正销22插入毛坯中定位。图8–9级进拉深模工序组合方式模具结构简图冲孔落料表8-4多工序组合级进模示例表8-4列出了常见多工序组合级进模中的实例。工序组合方式模具结构简图冲孔截断工序组合方式模具结构简图冲孔切断弯曲工序组合方式模具结构简图冲孔翻边落料工序组合方式模具结构简图冲孔弯曲切断工序组合方式模具结构简图连续拉深落料工序组合方式模具结构简图冲孔翻边落料工序组合方式模具结构简图冲孔切断工序组合方式模具结构简图冲孔压印落料工序组合方式模具结构简图连续拉深冲孔落料3级进模冲压工序设计（1）工序安排的原则1）冲裁件避免用复杂形状的凸模。宁可增加工序，以简化凸模形状。2）“”形件分为两次冲出，如图8-10，避免材料拉长，冲出工件尺寸不一。a)后工序b)前工序图8-10形件弯曲工序3）成形品质高的工件加整形工序。4）废料如连续，应增加切断工序。5）薄料采用导正销，可不要侧刃切边。厚料为避免导正销切断，需要侧刃切边。6）有严格相对位置要求的局部内、外形，应考虑在同一工位上冲出，以保持精度。如果确有困难需分解为两个工位时，最好放在两个相邻工位。2.工序顺序的安排1)对于纯冲裁级进模，原则上先冲孔，随后再冲切外形余料，最后再从条料上冲下完整的工件。应保持条料载体的足够强度，能在冲压时准确无误送进。2)冲裁弯曲级进模，先冲切掉孔和弯曲部分的外形余料再弯曲，弯曲后冲靠近弯边的孔和侧面有孔位精度要求的侧壁孔。最后分离冲下零件。3)冲裁拉深级进模，先设切口工序，再拉深，最后从条料上冲下工件。4)带有拉深、弯曲的工件，先拉深，再冲切周边的余料，随后进行弯曲加工。5)对于带有压印的工件，为了便于金属流动和减少压印力，压印部位周边余料要适当切除，然后压印，最后精确冲切余料。若压印部位还有孔，原则上应在压印后再冲孔。6)对于带有压印、弯曲的工件，原则上是先压印，然后冲切余料，再进行弯曲加工。8.3主要零部件结构设计8.3.1工作零件1.凸模(1)凸模结构型式与固定方法图8-11列举了凸模固定方法。a)凸缘固定；b）铆接固定；c)d）e）f）g）螺钉固定；h）环氧树脂固定；i）钢球固定；j）定位销固定；k）小孔冲裁凸模固定方式图8-11凸模的固定形式常见的圆形凸模结构及固定方法如图8-11a所示。为了增加凸模的强度和刚度，凸模做成台阶式，台阶处圆滑过渡，以避免应力集中。中间台阶与凸模固定板过渡配合（H7/m6）。这种凸模一般用于d=8～30mm。冲d=1～8mm小圆孔凸模，可采用图8-11b所示固定方法。固定部分做成直通式，淬火时尾端回火，装配后铆开磨平。容易损坏的凸模可做成快换式凸模结构，其固定方法如图8-11f、g所示。固定部分采用极小的间隙配合（H7/h6）。如图8-11k所示,在厚板上冲小孔时，细小凸模容易折断。为提高凸模抗弯能力，可将小凸模装在护套里，然后再将护套固定在凸模固定板上。这种凸模叫做护套式凸模。冲大圆孔或落大件用的凸模，可采用图8-12的结构。用窝孔定位，采用过渡配合，再用螺钉紧固。为减少磨削面积，凸模外圆非工作部分要车小，端面加工成凹坑形式。如图8-13,大圆凸模可采用镶块。镶块采用工具钢并进行热处理。为减少磨削面积，将中部挖成空心。1－模板；2－凸模图8-12大圆凸模1－凸模固定座；2－凸模镶块图8-13镶块式凸模如图8-14,还有一种薄刃口组合圆凸模。它由刃口1和本体2组成。相互间采用螺钉或其他连接方式紧固。刃口材料与一般凸模相同；本体用普通材料，本体部分可不进行热处理。非圆形凸模，可将其固定部分做成圆柱形（图8-15）或长方形（图8-16）。若非圆形凸模固定部分采用圆柱形，应有防止转动的结构，如图8-17的止动销钉，或采用止动面。1－薄刃口凸模；2－凸模本体；3－凸模固定板图8-14薄刃口组合凸模图8-15非圆凸模的柱形固定图8-16非圆凸模的长方形固定图8-17防转动的止动销具有复杂外形的凸模应设计成直通式（图8-18），以便于成形磨削或线切割加工，采用铆接固定方式。如凸模横断面足够大，可采用图8-19所示的固定方式。图8-18直通式凸模图8-19直通式凸模的固定较小的凸模、冲多孔的凸模或冲薄板的凸模还可采用低熔点合金(图8-20）或环氧树脂固定（图8-11h）。这两种方法不如机械法紧固，但模具制造和装配大为简化。图8-20低熔点合金浇注固定(2)凸模长度的确定凸模长度一般根据模具结构来确定。采用固定卸料板和导尺的模具结构时（图8-21），其凸模长度用下列公式计算：图8-21凸模长度的确定L=h1+h2+h3+h4+h式中:L—凸模长度；h1—凸模固定板厚度；h2—卸料板厚度；h3—导料板厚度；h4—入凹模深度(0.5～1)；h—附加长度，包括凸模修磨量及闭合状态下卸料板到固定板之间的安全距离。一般h＝15～20mm。(3)凸模强度校核凸模长度确定后，一般不做强度校核，但对于细长的或冲厚料的凸模，为防止纵向失稳和折断，应进行凸模承压能力和抗弯能力的校核。2.凹模(1)凹模结构形式与固定方法有整体和组合式凹模两种形式。图8-22为整体凹模，其外形可做成矩形或圆形，用螺钉和销钉直接固定在模板上。整体凹模制造简单，但材料费用高。图8-23为组合式凹模,这种结构可节约贵重的模具材料，当凹模损坏后易于维修更换。图8-22整体式凹模1－凹模固定板；2－凹模图8-23组合式凹模(2)凹模的刃口形式图8-24为凹模刃口常见形式。a、e为直壁形，刃口强度高，刃磨后尺寸不变，制造方便。但易积存工件或废料，凹模胀力、推件力和孔壁磨损大；修磨量大，总寿命较低。该形式的凹模刃口适用于冲裁精度高、厚度大的工件。a适用于圆形或矩形件；e适用于较复杂的工件。图8-24凹模刃口形式b、c、d为锥形刃口，孔内不易积存工件或废料，孔壁所受的胀力、摩擦力小，凹模磨损及刃磨量小，但强度较低，且尺寸在修磨后略有增大。一般用于形状简单、精度要求不高和较薄的冲裁件。c适用较复杂的冲裁件；d用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。f为凸台式凹模，适用于冲裁软而薄的金属与非金属材料。凹模孔型直壁高度（h）、斜度角（α和β）与工件的材料厚度和加工方法有关，其数值可查相关资料。(3)凹模外形尺寸的确定凹模外形尺寸应保证足够的强度和刚度。凹模的结构型式不一，受力状态比较复杂，一般根据冲裁件尺寸和板料厚度，按下列经验公式来确定（见图8-25）。凹模高度:H=K·b（≥15）凹模壁厚:C=(1.5～2.0)H（≥30～40)b—冲裁件最大外形尺寸，mm；K—坯料厚度系数，参考表8-5。图8-25凹模外形尺寸t/mm\b/mm0.512335050～100100～2002000.30.20.150.10.350.220.180.120.420.280.20.150.50.350.240.180.60.420.30.22