冲压模具设计教程(经典冲压模具设计实例讲解)
基于现代企业生产环境,系统总结了冲压工艺设计、冲模设计和冲模制造的方法和步骤,并辅以案例说明。
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冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验性都很强的工作。包括:冲压工艺设计、模具设计、模具制造。
三者关系:相互关联、相互影响。
冲压工艺设计是冲模设计的基础和依据;
冲模设计的目的是保证实现冲压工艺;
冲模制造则是模具设计过程的延续,目的是使设计图样,通过原材料的加工和装配,转变为具有使用功能和使用价值的模具实体。
一、冲裁模设计与制造实例
工件名称:手柄
生产批量:中批量
材料:Q235-A钢
材料厚度:1.2mm
1.冲压件工艺性分析
冲压工序:只有落料、冲孔;
材料:为Q235-A钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁;
结构:相对简单,有一个8mm的孔和5个5mm的孔;孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为3.5mm(大端4个5mm的孔与8mm孔、5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚)。
精度:全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁完全能满足要求。
2.冲压工艺方案的确定
方案一:先落料,后冲孔。采用单工序模生产。
方案二:落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。
方案三:冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。
方案一模具结构简单,但成本高而生产效率低;
方案二工件的精度及生产效率都较高,但模具强度较差,制造难度大,且操作不方便;
方案三生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。
结论:采用方案三为佳。
3.主要设计计算
(1)排样方式的确定及其计算
(2)冲压力的计算
冲压力的相关计算见表。根据计算结果,冲压设备拟选J23-25。
(3)压力中心的确定及相关计算
因冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点O较小,为了便于模具的加工和装配,模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-25冲床,C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内,满足要求。
(4)工作零件刃口尺寸计算
因工作零件的形状相对较简单,适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度,使装配工作简化。具体计算见表8.2.3所示。
(5)卸料橡胶的设计
4.模具总体设计
(1)模具类型的选择: 级进模
(2)定位方式的选择:导料板,无侧压装置,挡料销初定距,导正销精定距。而第一件的冲压位置可以靠操作工目测来定。
(3)卸料、出件方式的选择:弹性卸料,下出件
(4)导向方式的选择:中间导柱的导向方式
5.主要零部件设计
(1)工作零件的结构设计
①落料凸模:直通式,采用线切割加工,2个M8螺钉固定在垫板上,与凸模固定板的配合按H6/m5。
②冲孔凸模:台阶式
③凹模:整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割加工。
(2)定位零件的设计
两个导正销,分别借用工件上5mm和8mm百思特网两个孔作导正孔。导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面,导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。
起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件,规格为816。
(3)导料板的设计
(4)卸料部件的设计
① 卸料板的设计
②卸料螺钉的选用
(5)模架及其它零部件设计
6.模具总装图
7.冲压设备的选定
8.模具零件加工工艺
模具关键零件因采用线切割,所以这些零件的加工就变得相对简单。
落料凸模的加工工艺
9.模具的装配
根据级进模装百思特网配要点,选凹模作为装配基准件,先装下模,再装上模,并调整间隙、试冲、返修。具体装配见表。
二、拉深模设计与制造实例
零件名称:盖
生产批量:大批量
材料:镀锌铁皮
材料厚度:1mm
1.冲压件工艺性分析
冲压工序:落料、拉深;
材料:为镀锌铁皮,具有良好的拉深性能,适合拉深;
结构:简单对称;
精度:全部为自由公差,工件厚度变化也没有作要求,只是该工件作为另一零件的盖,口部尺寸69可稍作小些。而工件总高度尺寸14mm可在拉深后采用修边达要求。
2.冲压工艺方案的确定
方案一:先落料,后拉深。采用单工序模生产。
方案二:落料-拉深复合冲压。采用复合模生产。
方案三:拉深级进冲压。采用级进模生产。
方案一模具结构简单,但成本高而生产效率低;
方案二生产效率较高,尽管模具结构较复杂,但因零件简单对称,模具制造并不困难;
方案三生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作不方便,加之工件尺寸偏大。
结论:采用方案二为佳。
3.主要设计计算
(1) 毛坯尺寸计算
根据表面积相等原则,用解百思特网析法求该零件的毛坯直径D,具体计算(略)。
(2)排样及相关计算
采用有废料直排的排样方式。
(3)成形次数的确定
阶梯形件拉深。h/dmin=15.2/40=0.38,据t/D=1/90.5=1.1,查表发现h/dmin小于表中数值,能一次拉深成形。
(4)冲压工序压力计算
拟采用正装复合模,固定卸料与刚性推件,计算冲压力。
根据冲压工艺总力计算结果并结合工件高度,初选开式双柱可倾压力机J23-25。
(5) 工作部分尺寸计算
落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸计算(略)。其中因为该工件口部尺寸要求要与另一件配合,所以在设计时可将其尺寸作小些。
4.模具的总体设计
(1)模具类型的选择:落料-拉深复合模
(2)定位方式的选择:导料板(固定卸料板与导料板一体)+挡料销
(3)卸料、出件方式的选择:固定卸料,刚性打件,标准缓冲器提供压边力
(4)导向方式的选择:中间导柱的导向方式
5.主要零部件设计
(1)工作零件的结构设计
整体结构,拉深凸模、落料凹模和凸凹模的结构如图所示。
为了实现先落料后拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低3mm。
(2)其它零部件的设计与选用
① 弹性元件的设计:顶件块(压边、卸件),其压力由标准缓冲器提供。
②模架及其它零部件的选用
6.模具总装图
7.冲压设备的选定
8.工作零件的加工工艺
本模具工作零件都旋转体,形状较简单,加工主要采用车削。
9.模具的装配
选凸凹模为基准件,先装上模,再装下模。
装配后应保证间隙均匀,落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作端面3mm,顶件块上端面应高出落料凹模刃口面0.5 mm,以实现落料前先压料,落料后再拉深。