99小支承板零件冲压工艺及模具设计

1小支承板零件冲压工艺及模具设计1、引言模具工业是“百业之母“，是工业产品的”效益放大器，各国对模具的美誉很多，美国工业界认为：“模具工业是美国工业的基石”。模具在在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的，金属压铸、塑料、陶瓷、橡胶等金属和非金属制品，绝大多数也是模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现在已在国民经济中占有非常大的比重。并且随着汽车、计算机、电机、电器和日用工业品等现代社会产品对其产品质量、生产成本和更新换代的速度的越来越高的要求，没有模具是难以想象的。随着国民经济的高速发展，促使模具技术迅速发展，作为生产各种产品的重要工艺装备，模具已发展成为一门产业。国外工业先进国家都拥有上万个模具企业与支持模具企业或为模具企业提供生产装备的企业相组成的强大的产业基础。这是为适应社会产品工业化规模生产的重要条件和特点。如汽车的工业化规模生产需要一大批专业性模具企业为其提供模具，同时根据汽车零件的生产技术要求，这些模具企业还配有相应的先进技术装备，包括数控和计算机数控机床、CAD/CAM系统，以及各种工艺装备。国内相当多的模具企业普及了计算机绘图，应用各种CAD软件进行模具设计。很多搞机械制造厂都正在采用CAD/CAM技术。模具设计是一种经验性较强的设计，设计人员在长期的工作中积累的经验和知识对模具设计起着十分重要的影响。尽管模具CAD技术应用越来越广泛，但目前广为使用的模具CAD技术大都停留在计算机辅助绘图层次，难以胜任对模具开发的高质量、短周期、低成本要求。传统的工艺信息及各类技术资料的管理方式已很难适应现代化生产的要求，因此人们希望借助计算机的信息技术——数据库将这些经验和知识有效地管理起来，在节省存储空间和人力资源的同时，能够在用户需要时方便、快捷地调用所需的工艺图文等技术资料。本设计是设计一小支承板落料冲孔复合冲裁模具及弯曲模具。小支承板落料冲孔复合模是一种多工序模，在压力机的一次行程中，板料在一个位置完成落料与冲孔两道工序，极大地提高了生产效率。在实际的生产中采用复合模冲压的优点在于：结构紧凑、生产效率高、制品精度高、制件平直，可充分利用短料2或边角余料，具有较好的经济效益。本设计复合模采用倒装结构，凸凹模安装在模具下模座上。倒装复合模废料清理无须二次清理，操作方便安全，生产效率较高。复合模较弯曲模结构更为复杂。设计上主要是对凸模、凹模和凸凹模的设计，其中主要是其工作部分的尺寸设计，以保证制件的精度和质量要求。模具许多零件大多已经标准化，如模架、导柱、模座、卸料螺钉、固定板等。在设计中，只须根据设计需要和标准合理选定。弯曲模设计相对比较简单，弯曲模与复合模的设计过程大致相似。在本设计中采用L型弯曲将材料弯曲成90度小支承板即可。2.小支承板落料冲孔复合模设计2.1小支承板冲裁工艺性分析1）零件工艺性分析本设计是一小支承板落料冲孔复合模及弯曲模，支承板零件简图：如图2--1所示：图2--1生产批量：大批量材料：08F材料厚度：2mm制造精度：IT10从此零件图形可以看出，此零件必须要有：冲孔、落料和弯曲3道工序，冲裁件3的形状简单、对称，周边由简单的曲线组成比较规则，零件上孔与孔和孔与边缘的距离都是b=2X2=4mm，因此基本上比较好加工。冲裁件的经济精度不高于IT11级，一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。支承板零件的加工精度要求为IT10，能达到经济精度，因此适合大批量生产的要求。2）零件加工工艺方案的确定又由于工件加工要经过3道工序才能完成，所以采用如下方案：根据零件的特殊性制定如下的加工方案方案一：落料冲孔——弯曲方案二：落料——弯曲——冲孔方案三：落料——冲孔——弯曲下料：该工序重要是准确的计算出毛坯尺寸及排样，特别是在大批量生产中这对于提高材料的利用率有重要意义。冲裁：该工序主要是完成零件的毛坯外形的冲孔和落料。弯曲：该工序主要是完成零件的弯曲成形方案一的工序安排比较合理，减少工序环节，提高经济效益方面比其他两种方案有比较显著的优势。方案二在前两个工序安排还可以，但第三个工序很难加工。方案三跟方案一差不多但是比方案一多道工序在经济上来说比方案一差些。因此首选方案一。3）毛坯展开图尺寸的确定零件展开图图2--2根据公式ρ=r+xt其中ρ——中性层弯曲半径r——内弯曲半径4t——材料厚度x——中性层位移系数中性层的曲率半径和弯曲变形程度有关，当变形程度比较的大时中性层会向内侧移动。r/t=2/2=1变形程度比较的大，由2.1表可知x=0.35表2.1r/t0~0.50.5~0.80.8~22~33~44t0.16~0.250.25~0.30.3~0.350.35~0.40.4~0.450.45~0.5曲率半径ρ=r+xt=2+0.35x2=2.7mm弯曲件展开长度L=L1+L2+πα（r+xt）/180=8+34+8-4+45-4+3.14/2x2.7=91.3mm2.2冲裁件的排样、搭边与材料利用率的计算1）排样冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。根据零件的外形分析，圆弧垫板形状比较的简单，采用有废料排样即：冲裁件与冲裁件之间，冲裁件于条料侧边均有工艺废料。排样类型：直排，有搭边由于零件形状简单，很明显可采用如图排样方法：方案一5方案二图2--3由于在选择排样方法时除了材料利用率外，还应考虑模具制造和使用是否方便.板料的纤维方向是否满足后续工序的要求等因素。选择方案一，满足后续的弯曲的纤维方向2）搭边排样中相邻的两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差，送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。此外还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸，凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。根据资料可知：a=1.2mma1=2mm其中a1为工件间距，a为边距，如图：6图2--43）材料利用率的计算排样的目的是为了合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。材料利用率的计算公式如下：一个进距的材料利用率η的计算如下：η=nAbh×100%式中A——冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）；n——一个进距内冲裁件数目;b——条料宽度，（mm）;h——进距,（mm）。一张板料上总的材料利用率η总的计算如下：η总=（ALBn总）×100%式中η总——一张板料上冲裁件总数目；L——板料长，（mm）；（1）材料的一个进距的利用率由图2—4可知：条料的宽度我门选择有侧压：由公式b=（B+2a+△）0-△b--条料的宽度，mmB—零件宽度，mma—冲裁件与条料侧边之间的搭边，mm△—条料下料时的下偏差值，mm查得△=0.5mm则b=（30+2X2+0.5）0-0.5=34.50-0.5mm条料进距h=91.3+15+1.2=107.5mm冲裁零件的总面积经计算得A=2986.35mm一个进距的材料利用率：η=(nA/bh)×100%=2986.35×1/（107.5mm×34.5mm）×100%=80.5%7（2）材料的总利用率板料选择2000mmx1200mm所以每条条料能冲出来的零件数是2000/107.5=18.5个取整18个每块板料可以有条料条数是1200/34.5=34.7个取整34个每块板料有18x34=612个利用率为：η总=612X2986.35/2000X1200=76.2%2.3冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的间隙。单边用间隙用C表示，双边用Z表示。圆形冲裁模双边间隙为Z=D凹-D凸式中D凹——冲裁模凹模直径尺寸（mm）D凸——冲裁模凹模直径尺寸（mm）冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的选取是否合理直接影响到冲裁件质量、冲裁力、冲模的使用寿命和卸料力等。如图：图2--51）冲裁间隙的选取冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。其总的原8则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。查表2.2选得间隙值为Zmin=0.246、Zmax=0.360（mm）。表2.2冲裁模刃口始用间隙材料名称08F、10、35、09Mn、Q235、B2厚度t初始间隙ZZminZmax1.00.100.141.20.120.1820.2460.360为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。2.4冲压力计算冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲压力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。1）冲裁力计算冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：P=1.3L总tτKP式中：P是冲裁力t是材料厚度（mm）；L总是冲裁件周长（mm）；τKP是材料抗冲剪强度（MPa）,=(0.7-0.9)σb,σb为材料抗拉强度。查材料可知：σb=（275-365）MPa，为安全起见τKP=0.9x365=328.5MPa。零件展开后的总冲裁周长：L总=2x91.3+15π+2x2x3π+2x2x5π+2x2x3π+30=366.5mm9所以：P=1.3x366.5x2x328.5=313KN2）推件力的计算把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力查钣金材料加工与制造课本表3-15得K推=0.055，公式：推=nK推Pn=h/t=6/2=3P推=3x0.055x313=51.7KN3）顶件力的计算逆着冲裁方向顶出来的力叫顶件力查钣金材料加工与制造课本表3-15得K顶=0.06，公式：P顶=K顶PP顶=0.06x313=18.8KN4）卸料力的计算从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力查钣金材料加工与制造课本表3-15得K卸=0.05，公式：P卸=K卸PP卸=0.05x313=15.7KN5）总冲压力的计算由于设计的时候采用了弹性卸料装置并向下推件，所以总冲裁力为：由公式：P总=P+P推+P卸P总=313+51.7+15.7=380.4KN102.5压力中心的计算冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。要使冲压模具正常工作，必须使压力中心与模柄的中心线重合，使压力中心与所选冲压设备划块的中心重合。从而使在冲裁过程中间隙总是保持稳定，出来的零件质量有保证。图2--6如图各个尺寸由上面的计算得来可知X方向的冲裁压力中心X=0Y方向的冲裁压力中心的计算：L1=91.3，X1=91.3/2L2=2x3π，X2=8L3=2x3π,X3=8+34=42L4=2x5π,X4=91.3L5=15π,X5=91.3+Rsinπ/2=91.3+15=106.3Y=(2.L1.X1+2.L2.X2+2.L3.X3+L4.X4+L5.X5)/(2.L1+2.L2+2.L3+L4+L5)=60.7mm所以压力中心的坐标为：（0，60.7）112.6凸、凹模刃口尺寸计算模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度，因而，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。1）凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则实践证明，落料件的尺寸接近于其凹模刃口尺寸，而冲孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。所以，落料时取凹模作为设计的基准件；冲孔时取凸模作为设计的基准