冷冲模双向加强版设计

摘要我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。随着模具技术的迅速发展，在现代化工业生产中，模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺装备。本篇设计说明书就是其中关于一冲裁件的冷冲模设计说明书。设计题目是关于紧固机构加强板的生产设计，由于该工件适宜采用冷冲模进行生产，所以本篇设计说明书的主要内容为与之相关的基本冲压工艺及其模具设计，具体为落料—冲孔复合模、弯曲—压筋复合模的设计。本篇设计说明书中详细说明了两套模具的设计过程，各用一个章节进行阐述。设计过程中查阅了大量的相关书籍、手册，总结了前人的设计经验，中间还引用了大量的与设计相关的公式，当然也有大量的经验公式，可以了解到模具设计的全过程。关键字：冷冲模、设计目录摘要-------------------------------------------------------------------------------------------------------1绪论--------------------------------------------------------------------------------------------------------4第一章工艺方案的确定---------------------------------------------------------------------------5第一节工件的工艺分析--------------------------------------------------------------------------5第二节工艺方案的制定--------------------------------------------------------------------------绪论冷冲压是一种先进的金属加工方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。冷冲压和切削加工比较，具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、容易出现机械化和自动化等一系列优点，特别适合于大量生产。由于板料零件具有重量轻，有足够的强度和刚度，可以根据不同用途，采用不同材料加工成各种形状尺寸的零件，以满足产品需要。因此，现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、和各种民用轻工产品中，都大量使用冷冲压零件。国防方面，如飞机、导弹、枪弹、炮弹等产品中，采用冷冲压加工的零件比例也是相当大的。随着汽车和家用电器等的飞跃发展，许多先进工业国家，对发展冷冲压生产给与了高度的重视。例如，美、日等国模具工业的产值已经超过机床工业。美国1982年模具年产值为57.70亿美元，机床则为55亿美元。日本1982年模具年产值为8600亿日元，而机床则只有7842亿日元。在模具工业中冷冲模占的比例很大。冷冲压工艺大致可区分为分离工序与成形工序两大类。分离工序又分为落料、冲孔和切割等。成形工序则可分为弯曲、拉伸、翻孔、翻边、胀形、扩口、缩口和旋压等。根据产品零件的形状、尺寸精度和其他技术要求，可分别采用各种工序对板料毛坯进行加工，以获得满意的零件。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冷冲压技术也在不断革新和发展，主要表现在以下几个方面：①工艺分析计算方法的现代化。如近几年来，国外已开始采用有限变形的弹塑性有限元法，对覆盖件成形过程进行应力应变分析和计算机模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和将会发生的问题，将计算结果显示在图形终端上，供设计人员进行须改和选择。②模具设计制造技术现代化。为了加快机电产品的更新换代，缩短工装设计、制造周期，许多国家都正在大力开展模具计算机辅助设计和制造的研究。③冷冲压生产的机械化和自动化。为了满足大量生产的需要，冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工为高速自动压力机。④为了满足产品更新换代快和生产批量小的发展趋势，发展了一些新的成形工艺、简易模具、通用组合模具、数控冲压设备和冲压柔性制造系统等。⑤不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。第一章工艺方案的确定第一节工件的工艺分析该零件为双向加强板，是小型零件，大批量生产。结构为非左右对称形式；材料为08钢，为优质碳素结构钢，具有较好的可冲压性能；厚度为3㎜；成型工艺包括落料冲孔、弯曲两部分，零件图如图所示。材料厚度t=3mm,零件外形简单，由圆弧和直线组成另带2个筋，无尖角、凹陷或者其他形状突变，采用r0.5t的圆角（r为圆角半径），这有利于模具制造和提高模具寿命，系典型的板料冲压件。图1-1（a）图1-1（b）图1-1（c）材料厚度t=3mm,零件外形简单，由圆弧和直线组成另带2个筋，无尖角、凹陷或者其他形状突变，采用r0.5t的圆角（r为圆角半径），这有利于模具制造和提高模具寿命，系典型的板料冲压件。此制件要求精度不高，不需较高的公差等级，属于一般冲裁弯曲精度。模具为冲裁模具、弯曲模具即可达到之生产要求。冲裁时，为了防止凸模折断或压弯，冲孔尺寸不能太小，所设计的零件满足《冲压工艺学》表7-1里所规定的用一般冲孔模可以冲压的最小孔径。冲裁件孔与孔、或孔与边缘的间距b、1b与模具强度和寿命以及冲裁件的质量有关，其值不宜过小。在此件设计当中主要解决好以下几个问题：1）对冲压件进行工艺分析，设计出的模具结构能保证工件的正常生产；2）通过分析比较，确定最佳工艺方案。设计出的冲裁模结构必须有足够的强度能保证生产的正常运行；3）解决根据冲裁力和弯曲力选择压力机和根据模架最大闭合高度选择压力机之间的矛盾；4）合理选择冲压设备；5）表面粗糙度。该件形状简单，精度要求不高，所以一般可要求0.8aRum以上，但是圆角半径要求高些；6）弯曲时如何控制回弹的影响；7）合理排样，最大限度的提高材料利用率。模具制造费用很高。因此只有在大批量生产条件下，才能取得明显的经济效益。可选择复合模，以降低模具制造费用。通过上述工艺分析，该工件对精度要求不高，主要是轮廓成形、冲孔问题，又属于大批量生产，可以采用冲压生产。第二节材料的力学性能工件材料为08钢，为优质碳素结构钢材料状态：退火材料的抗拉（抗剪）强度抗拉强度：324441,340bMPabMPa取抗剪强度：,255~353260MPaMPa取08钢可以用于扎制薄板、深冲制品、油桶。也可制造管子、垫片及氰化零件等第三节工艺方案的确定根据工件本身的的特点出发，既然要使用冲孔、落料、弯曲、压筋这四道工序，那么就要考虑到各工艺所需要的位置、是否可叠用等等。考虑的工件为类似U型件，且两有不同等加边，所以使用一套模具基本不可能实现，则就要分工序加工，于是考虑到以下几种方案进行逐一选取：一、方案一的分析第一套方案是采取单工序模制造该工件。由于本件产品的特殊性，将会用到冲压工艺中的落料、冲孔、弯曲、压筋等工序。若采用单工序模，即分布加工的方法，则需要制造四套模具，分别为：落料模，冲孔模，弯曲模，压筋模，但根据本产品的工艺参数来看，不必采用这么繁琐的加工方法，且如果采用单工序模制造该产品，将有以下几点缺陷：①制造周期长。由于制造四套模具，将需要进行四次模具设计，将大大延长模具投产时间，从而增加制造时间。另外，模具非标准件的制造量将会成倍增加，进而增加制造时间②制造费用高。由多套模具而引起的设计费用将是十分巨大的，同时将必会导致制造材料、制造人员的急增，从而提高模具的制造费用。③人力、物力的浪费。多一套模具必会增加模板的数量，增加标准件与非标准件的挑选次数与筹备，增加制造量，以至于引起不必要人力、物力的浪费。二、方案二的分析第二套方案是采取级进模、复合模进行逐步加工该工件。即将落料与冲孔设计为级进模，将弯曲与压筋设计为复合模。从本件产品的工艺角度讲，使用一套模具不可能制造出来，这就意味着必须使用两套或者更多的模具来加工此件产品。第一套模具如果采用级进模进行加工，将必会引起制造困难，由于本件产品的尺寸比较大，根本不利于级进模生产，因为从各种板料到各个凸凹模的制造难度将会大大增加；而且级进模的制造精度很底且不利于大批大量的成品件的生产，所以本件产品不利于采用此种加工方法。三、方案三的分析第三套方案是落料与冲孔、弯曲与压筋均采用复合模。既然本产品无法使用一套模具加工出来，那么最好使用最少的模具来加工，而且级进模不利于本产品的加工，则采取复合模的加工方法既制造相对简单，而且可以保证精度，同时复合模本身就适合于形状简单，且可一次成型的产品加工。如果采取两套复合模来加工次件产品，那么既可以减少板料、凸凹模的制造数量，而且可以将本繁琐的工作简单化，节省大量的设计、制造人员及制造材料，减少制造费用。所以本方案适合于该冲裁件的生产。第二章落料—冲孔复合模的设计第一节总体方案的设计一、总体结构的设计由于工件的展开图为一类似矩形方板，所以适宜直接冲孔、落料，且孔间距均大于同时冲裁最小经验值4，即可同时冲孔，故运用倒装复合模的形式，那么可同时完成这两道工序，这样既可方便加工，又可节约设计、制造费用。二、凸、凹模的结构形式由于采用倒装复合模的形式，即采用上凹模卸料、上凸模冲孔的结构形式。由于凸、凹模采取分离加工，凸模要设计成前小后大的形式，这样可提高刃口精度的制造难度，凹模刃口设计为与工件相同的形式，凸凹模配合加工而成。三、卸料形式冲裁后的工件停留在凹模中，故采用凹模中放置推件器的形式，由上接的推销将其顶出。板料的废料由弹性卸料板顶出。冲孔废料由凸凹模、垫板、下模座带有通孔的形式直接将其排除。四、导向、定位形式考虑到该工件为小型工件，故应选用开式压力机进行工作，既带有模柄孔的形式，在上模座中设计一模柄，用来带动模具工作。基于板料送入，可在卸料板上装有挡料销的形式进行定位，同时可据工件的宽度在卸料板中挖一沟槽的形式完成送料。凸模采用凸模固定板进行定位，凸凹模则可直接通过螺钉、销钉与下模座进行连接、固定。凹模则采取与凸模固定板、垫板通过螺钉、销钉相连接的形式。第二节工件展开尺寸的计算工件的展开的图形如图所示1—2图1—2图1—3由于r/t（r为半径，t为工件厚度）均大于0.5，故可按中性层原理L=123lll-(n-1)c=28+103.7+28-2×5=148.2mmC---弯曲时纤维伸长的修正系数，见《模具设计手册》表2-34L=123lll-(n-1)c=18+93.6+7-2×5=109.7mm最后得出如下图所示的弯曲前毛坯的形状和尺寸：如图1—4所示：图1—4第三节工艺与设计计算：一、排样与设计计算排样是工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。其作用是补偿误差，保证冲出合格的工件，搭边还可以使条料有一定的刚度。搭边数值要合理确定。搭边值过大，材料利用率底。从节省材料的角度出发，材料的搭边值越小越好，但搭边小于一定的数值后，对模具的寿命和剪切表面质量不利。在搭边值过小时作用在凸模侧面上的法向力应沿着落料毛坯周长的分布将不均匀。为了使作用在毛坯侧表面上的应力沿切离毛坯周长的变化不大，必须使搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，而塑性变形区宽度与材料性质和材料厚度有关，一般约等于0.5t。所以搭边的最小宽度可取大约等于毛坯厚度。搭边值还与材料的机械性能，工件的尺寸与形状，材料的厚度及挡料等因素有关。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度无茶、送料步进误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。此外，还应保持条料与一定的强度和刚度，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进行，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。搭边值要合理选择，其过大，材料利用率低，过小，利用率虽高，却很难起到搭边的作用，在冲裁中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入模具间隙中，损毁模具刃口，降低模具寿命。影响搭边值大小的因素主要有：材料的力学性能