冷冲压模具设计过程

一、冷冲压模具设计的一般步骤1.取得必要的资料，并分析零件的冲压工艺性1)取得注明具体技术要求的产品工件图纸（明确工件的大小、形状、精度要求、装配关系等）；2)工件加工的工艺过程卡片（研究其前后工序间的相互关系和在各工序间必须相互保证的加工工艺要求）；3)工件的生产批量（决定模具的型式，结构、材料等）；4)工件原材料的规格与毛坯情况（如板料、条料、带料、废料……）；5)冲压车间的设备资料或情况；6)工具车间制造模具的技术能力和设备条件，以及可采用的模具标准件情况；7)研究消化上述资料，必要时可对既定的产品设计和工艺过程提出修改意见，使产品设计、工艺过程和工装设计与制造三者之间能有更好的结合，取得更完善的效果。一、冷冲压模具设计的一般步骤2.确定工艺方案及模具的结构型式1)根据工件的形状、尺寸精度、表面质量要求，进行工艺分析，确定落料、冲孔、弯曲等基本工序。一般情况下可以从图纸要求直接确定;2)根据工艺计算，确定工序数目，如拉深次数等;3)根据各工序的变形特点及尺寸要求确定工序排列的顺序，如需要确定先冲孔后弯曲，还是先弯曲后冲孔等;4)根据生产批量和条件，确定工序的组合，如复合冲压工序、和连续冲压工序等。一、冷冲压模具设计的一般步骤3.进行必要的工艺计算1)设计材料的排样和计算毛坯尺寸；2)计算冲压力(包括冲裁力、弯曲力、拉深力、卸料力、压边力等)，必要时须计算冲压功和功率；3)计算模具的压力中心；4)计算或估算模具各主要零件的厚度,如凹模和凸模固定板、垫板的厚度以及卸料橡皮或弹簧的自由高度等；5)决定凸、凹模间隙，计算凸、凹模工作部分尺寸；6)对于拉深工序，需要决定拉深方式(压边或不压边)，计算拉深次数及中间工序的半成品尺寸。对于某些工艺，如带料连续拉深，须进行专门的工艺计算。一、冷冲压模具设计的一般步骤4.模具总体设计在上述分析计算的基础上，进行模具结构的总体设计，勾画草图即可，并初算出模具的闭合高度，概略地定出模具的外形尺寸.一、冷冲压模具设计的一般步骤5.模具主要零部件的结构设计1)工作部分零件，如凸模、凹模、凸凹模等的结构形式的设计和固定形式的选择;2)定位零件，在模具中常用的定位装置有很多型式，如可调定位板、固定挡料销、活动挡料销及定距侧刃等，需要根据具体情况进行选用及设计。在连续模中还要考虑是否采用初始挡料销;3)卸料和推件装置，如选用刚性还是弹性的，弹簧和橡皮的选用与计算等;4)导向零件，如选用导柱、导套导向还是导板导向等。5)安装、紧固零件，如模柄、上下模座的结构型式的选择等。一、冷冲压模具设计的一般步骤6.选定冲压设备冲压设备的选择是工序设计和模具设计的一项重要内容，合理地选用设备对工件质量的保证、生产率的提高，操作时的安全都有重大影响，也为模具设计带来方便，冲压设备的选择主要决定其类型和规格。冲压设备类型的选定，主要取决于工艺要求和生产批量。冲压设备规格的确定，主要取决于工艺参数及冲模结构尺寸，对于曲柄压力机来说，必须满足以下要求：1）压力机的公称压力必须大于冲压工艺力的总和，对于拉深件还须计算拉深功；2)压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求，其关系式为：H最大一H1-5mm≥H模≥H最小一H1+10mm3)压力机的台面要满足工件成形的要求，如对拉深工序所用的压力机，其行程必须大于该工序中工件高度的2~2.5倍，以便放入毛坯和取出工件；4)压力机的台面尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并要留有固定模具的位置；一般每边应大出50~70mm以上，压力机台面上的漏料孔尺寸必须大于工件(或废料)的尺寸。一、冷冲压模具设计的一般步骤7.绘制模具总图一、冷冲压模具设计的一般步骤明细表填写规则8.绘制各非标准零件图零件图上应注明全部尺寸、公差与配合、形位公差、表面光洁度、所用材料、热处理要求以及其它各项技术要求。9.编写设计计算说明书设计计算说明书应能反映所设计的模具是否可靠和经济。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，要求写出的公式并注明来源，同时代入相关数据，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，如压力中心的计算中应绘制工件的排样图；确定工艺方案时，需画出多种工艺方案的结构图，以便进行分析比较。一、冷冲压模具设计的一般步骤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，半成品过渡形状的尺寸计算，工艺方案的技术和经济分析比较，模具结构形式的合理性分析，模具主要零件结构形式、材料选择、公差配合和技术要求的说明，凸、凹模工作部分尺寸与公差的计算，冲压力的计算，模具主要零件的强度计算、压力中心的确定，弹性元件的选用与核算及冲压设备的选用依据等，整个模具的装配步骤。具体概括如下：一、冷冲压模具设计的一般步骤1）目录(至少二级标题及页码)；2）设计任务书；3）工艺方案分析及确定(填写冲压件工艺规程)；4）工艺计算；5）模具结构设计；6）模具零部件工艺设计；7）填写模具说明书，参见表6-3；8）整个模具的装配步骤；9）评述所设计模具的优缺点；10）参考资料目录；11）结束语。二、冷冲压模具设计实例生产批量：大批量材料：LY12M材料厚度：1.0mm盒型制件此制件为无凸缘低盒形件，要求内形尺寸，没有厚度不变的要求。尺寸为自由公差，取ITl4级。底部圆角半径r＝4mm＞t，材料LY12M的拉深性能较好。此零件的形状、自由公差、圆角半径、材料及批量皆满足拉深工艺要求。1.制件的工艺分析二、冷冲压模具设计实例1)计算毛坯尺寸如上图所示，圆弧部分按拉深件计算得D，直线部分按弯曲件计算得L，则毛坯直径。D的计算如下：h=15-0.5=14.5mm，d=68+1=69mm。根据相对高度h/d=14.5/69=0.21，由附录2的附表2－1查得，修边余量=1.2mm。将上述值代入附表2－2中公式，毛坯直径为2DLD222241.720.566946914.51.21.724.5690.564.592.46DddHrdrmmmm二、冷冲压模具设计实例L的计算如下:所以:化整取为94mm.2344154.54.595.14Lmm92.4695.1493.822DLDmm二、冷冲压模具设计实例毛坯尺寸如下图所示。二、冷冲压模具设计实例2)判断拉深次数制件的拉深系数m＝d/=69/94=0.73。毛坯的相对厚度（t/）＝1/94=0.0106。用式4-27判断拉深时是否需要压边,因0.045(1-m)=0.045×(1－0.73)=0.01215（t/），故需加压边圈。由相对厚度可以从附表2－3中查得首次拉深的极限拉深系数m1=0.500.53。因mm1，故制件只需一次拉深。DDD二、冷冲压模具设计实例2.确定工艺方案制件图：零件名称：盒形制件数量：大批量材料：LY12M厚度：1.0mm图号：工序号工序内容工序草图使用设备1下料剪板机2落料拉深J23-16B3切边J23-16B二、冷冲压模具设计实例3.进行必要的计算1)排样采用制件毛坯长度为垂直方向的直排有废料的排样方式。计算毛坯的面积A：2224794289572Ammmm二、冷冲压模具设计实例按表查得最小搭边值：a=2mm，a1=1.5mm条料宽度：进距：一个进距的材料利用率：22822472822126BRamm122471.595.5cRamm19572100%79.5%12695.5nABc二、冷冲压模具设计实例2)冲压力的计算冲裁力F=Ltσb其中L=(π×94+2×28)mm=351mmt=1.0mmσb=160MPa故F=351×1.0×160N=56160N卸料力F卸=K卸F查附表2-6得K卸=0.025F卸=0.025×56160N=1404N顶出力F顶=K顶F查表2-6得K顶=0.03F顶=0.03×56160N=1685N二、冷冲压模具设计实例推件力F推=K推F查表2-6得K推=0.03F推=0.03×56160N=1685N压边力式中：rd=4mm，由表2-7查得p=1.8Mpa。2222824ddDdtrFDdtrp压2233.149469124.5289469124.51.846974.697104FNN压＋二、冷冲压模具设计实例拉深力F拉＝K1πdtσb已知m=0.73，由表2－8中查得K1＝0.5。F拉＝0.5××69×1×160=17342N拉深功：式中：c=0.60.8,取0.8;h为凸模工作行程=15-1+1.2(修边余量)+4(修模量)=19.2mmmax1000CFhW拉0.81734219.2266.3731000WJ二、冷冲压模具设计实例选择冲床时的总冲压力：F总1=F+F卸+F推+F顶=56160+1404+1685+1685=60.924kNF总2≥1.4(F拉+F压)=1.4×(17.342+4.697)KN=22kN故压力机的公称压力要大于60.924kN。3)确定模具的压力中心由制件的形状可知，模具的压力中心为制件的几何中心。二、冷冲压模具设计实例4)模具工作部分尺寸的计算•据表2-9查得冲裁间隙值：Zmin=0.13mm,Zmax=0.16mm•由表4-10查得拉深模的单边间隙为：•Z／2=1.1t=1.1mm•则拉深模的间隙Z=2×1.1mm=2.2mm。•据表2-11查得落料凸、凹模的制造公差：δp=0.03mm，δd=0.04mm•校核：Zmax－Zmin=0.03mmδp+δd=0.07mm•不满足Zmax－Zmin≥δp+δd的条件，应采用落料凸、凹模配合加工的方法。•以凹模为基准件，凹模磨损后，R47尺寸增大属于A类尺寸，28尺寸不变属于C类尺寸。制件图中未注公差的尺寸，查表2－12中的IT14级，其极限偏差分别为，.00.6247Rmm0.260.2628mm二、冷冲压模具设计实例查表2—13得磨损系数：x=0.5x=0.75据表4-14参考，查得拉深凸模的制造公差：δp=0.04mm，δd=0.07mm落料凹模刃口尺寸的计算：00.6247Rmm0.260.2628mmmax0ddDDx0.040.04max000(470.50.62)46.69ddRRxmm0.040.04max0002828(28.260.750.52)27.87ddxmm二、冷冲压模具设计实例拉深模圆角半径的计算凹模的圆角半径rd按附录1公式1－5计算：凸模的圆角半径rp等于制件的内圆角半径，即rp＝R=4mm。拉深凸模刃口尺寸的计算：由于制件要求内形尺寸，如下图所示，则以拉深凸模为设计基准，其计算见表2－15。0.8()0.8946914drDdtmm二、冷冲压模具设计实例落料拉深凸凹模刃口尺寸的计算：按落料凹模尺寸配制，其双面间隙为0.13-0.16mm。按拉深凸模尺寸配制，其双面间隙为2.2mm。4)确定凸模的通气孔由表2－16查得，凸模的通气孔直径为6.5mm。000min0.0400.0400.4340.40.6234.25PPRRmm二、冷冲压模具设计实例4.模具的总体设计根据上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案,本模具的总图如下图所示。条料沿两个导料销送进，由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹性卸料装置，将条料从凸模上卸下。拉深时压边圈压住坯料，拉深完了由装在模座之下的顶出装置通过顶杆、顶件块（压边圈）将制件从下模中顶出或由装在上模中的推出装置通过推杆、推件块将制件从上模中推出。二、冷冲压模具设计实例1.上