电器支架冲压工艺与模具设计Word下载.docx

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本设计为电器支架冲压工艺与模具设计。

文中简要介绍了我国冲压模具的发展现状，以及冲压模具未来发展的趋势。

本模具采用了冲孔、落料、弯曲、切断等工艺手段。

主要进行了冲裁件的工艺性分析及工艺方案的确定、工件排样图的设计、主要工艺力的计算、冲压设备的选择、零件工作部分的设计计算、主要零部件的设计及标准件的选用。

其中零部件的设计主要包括：

凸模固定板、卸料板、弹性体元件、非标准凸模、凹模镶件等零件的设计等。

其中标准件的选择包含了标准模架的选择、导柱、导套的选择、卸料螺钉的选择以及其他定位零件的选择等。

本模具采用了少废料排样，采用导正销定位。

采用了导料板与导料销导料。

可实现零件的批量生产。

关键词：

级进模，冲压设备，冲孔，弯曲，切断

Designofthetechnicsandmoldforelectricalbracket

Abstract：

Thedesignforthetechnicsandmoldofelectricalbracket.Thisarticlebrieflyintroducesthedevelopingstatusquoofourstampingmold,aswellasthetrendofthefuturedevelopmentofthestampingmold.Themoldadoptspunching,blanking,bending,cuttingandothertechnologicalmeans.Mainlyforthecalculationofblankingprocessanalysisandprocessplandetermination,workpiecelayoutdesign,maintechnologicalforce,stampingequipmentselection,designandcalculationoftheworkofsomepartsofthemold,themaincomponentsofthedesignandstandardpartsoftheselection.Thedesignofthepartsincludes:

thedesignofthepartssuchasthefixedplate,theunloadingplate,theelastomericcomponents,thenon-standardconvexmould,theconcavedieinsert,etc..Thestandardpartsoftheselectioncontainsaselectionofstandardmouldbase,aguidecolumn,aguidesleeve,unloadingscrewselectionandtheselectionofotherpositioningpartsetc..Themoldlayoutusinglesswastematerial,theuseoftheguidepinpositioning.Usingtheguideplateandtheguidepinguide.Massproductionofpartscanbeachieved.

Keywords:

Progressivedies,Stampingequipment,Punching,Bending,Cut

1绪论

1.1冷冲裁与模具设计简介

冲裁是模具对板料进行挤压，在剪切力的作用下使板料发生塑性变形而分离，获得具有一定尺寸、形状的零件。

由于加工环境在常温下，故称为冷冲压。

冲裁件一般从板料或者是带料冲下。

冲压加工分为工艺与模具两部分。

其中冲压又可分为多种类型的工序；

其中包括：

落料、冲孔、拉深、弯曲、成形等等。

随着经济的发展，模具行业在经济中占的比例越来越大。

在精密的工业中尤为突出，冲压改变了原来切割的加工方法，大大提高了生产的效率，节约了人力、物力。

在加工过程中，减小了工伤率，提高了材料的利用率。

可以说是革命性的加工手段。

是工业史上的一次质的改变。

1.2国内外研究进展

随着我国经济的极速发展，模具在其中发挥着不可替代的作用。

模具已经成为一

门产业。

80年代以来，我国的模具行业发展及其迅速。

每年产值的增长率在15%以上。

2000年总的产值有280亿人民币。

占了国民生产总值中的极大比例。

美国、日本、德国等发达国家都将模具当做一项重中之重来发展。

谁能将它发展好，谁就能再次引领世界工业。

（一）冲压技术现状

目前，我国的模具工业已经初具水平。

但是，与工业发达国家相比较的话，依然有相当大的距离。

其在效率、精度、寿命、生产周期等方面依然存在明显差距。

为了弥补这一差距。

针对我国模具工业的现状，我们应采取有效的措施来发展，例如：

1　高速度、高精度、复杂和长寿命模具加工技术的研究与应用。

例如超精冲压模具设计与制造技术、精密模具制造技术等；

2　选择优质且适合的模具材料，采用先进的表面处理技术以提高模具质量；

3　模具朝着专业化，标准化的发展；

4　快速成型与快速制模技术（RP/RT）的发展与应用；

5　CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD、CAM、CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化、来提高模具的水平。

1.3冲裁模具市场情况

我国的冲裁模具市场已有相当高的水平，在质量和技术等方面都已经取得了质的飞跃。

但与一流的工业水平国家相比较，仍然是略显不足。

一些高精度的、高质量的还需要大量进口，而低水平的则是竞争越来越激烈。

故应提高行业的总体水平，则是满足市场的最佳方法。

2冲裁件工艺性分析及冲裁方案的确定

冲裁件的工艺性是指工件加工的难易度。

优良的冲裁应该是使产品质量稳定，材料的消耗减到最小，工序少，模具的结构简单而寿命长等。

2.1冲裁件的材料分析

该电器支架零件的材料为H62，查文献[1]：

P39知，该材料为有色金属黄铜，铜的含量为百分数是60.5%～63.5％，抗剪强度τ=294Mpa，抗拉强度σb=373Mpa，伸长率δ10=20％，该材料有良好的塑性，冲压性和成型稳定性，适用于冲压加工。

图2.1零件图

2.2冲裁件的形状和尺寸

冲裁件的形状尺寸应该尽量简单、对称，最好是由一些简单的曲线构成。

应该避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽，最小的宽度要大于t的两倍，即

，如图2.2所示。

该零件满足条件。

冲裁件上的孔与孔、或孔与边缘的距离b、b1（见图2.3）其值也不能过小，一般取

，

。

满足条件。

工件在冲孔时，考虑到材料的流动导致孔的变形，孔与孔间的距离，孔与边界的距离应该在合理的范围之内，对孔则应满足下列关系：

当

时，

该零件

，满足条件。

图2.2冲裁件凸出的悬臂和凹槽

图2.3最小孔边距离的确定

2.3冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求

对于冲裁件的表面粗糙度，应该是满足加工的工艺要求，使得零件能够使用以及满足其他的装配需求。

2.4冲裁件的基准尺寸

冲裁件的尺寸标注应符合冲压工艺要求，例如图2.4所示的冲裁件，其中2.4a的尺寸标注方法就不合理，这样标注，两孔间的距离会越来越大。

若改为图2.4b的标注，则两孔中心距与模具使用无关，其公差值也能够降低。

图2.4基准标注法

2.5冲裁方案的确定

工艺方案是确定用何种形式来加工零件，使得零件的质量得以保证的同时，能够使加工最为简单、工序数目最少、效率最高最安全。

应对零件进行工艺分析，然后列出几种不同的加工方案，对各种方案进行优缺点的分析，从这些加工方案中选择一种最为合适的方案。

冲压加工一般的模具结构有：

单工序模、级进模、复合模。

该工件包含有落料、冲孔、弯曲三个基本工序，列出了下列方案：

方案一：

先落料、再冲孔、后弯曲。

采用单工序模具生产。

方案二：

先落料、再冲孔、后拆弯复合冲压。

采用正装复合模生产。

方案三：

先落料冲孔、后弯曲复合冲压。

采用倒装复合模生产。

方案四：

先落料、再冲孔、后拆弯级进冲压。

采用级进模生产。

方案五：

先冲孔、再落料、后拆弯级进冲压。

方案一是最为简单的冲裁模式，但是它要三套模具才能满足冲压。

而中途仍然需要移动，无形中加大了工作量，而且搬运等也不安全，生产效率低，经济性差，故不采用。

方案二采用正装复合模生产，适合大批量生产。

但是，由于复合模的精度相对较低，不能够满足工件的工艺性的要求，且模具复杂难于加工，故不采用。

方案三采用倒装复合模生产，与方案二相比，模具的结构会简单一点，但精度却不能满足，有一定的局限性。

故不采用。

方案四采用先落料、后冲孔的模式。

对于这种模式的加工，在冲孔的精度上及孔的相对位置是无法保证的，故不采用。

方案五采用冲孔、落料、弯曲级进模冲压模具生产。

该模具先冲孔，后用冲完的孔作为导正销的孔进行导正后落料，从而保证了零件的精度。

而且用一套模具一次性生产零件大大增加了冲压的效率，符合经济性原则。

其冲压快，符合大批量的生产。

通过上述五种方案的比较，方案五为最佳的工艺方案，故采用方案五。

3排样图的设计及材料利用率的计算

3.1排样的设计

排样指的是冲裁工件在板料上的排列方式，一个好的排样对于零件的冲压精度以及材料的利用率、加工的难易程度上具有不可估计的作用。

对冲裁件来说，材料所用的费用是非常巨大的。

一个材料利用率高的冲裁方案可以大大地节约制造的成本，提供更大的经济效益，创造更大的价值。

其中，废料可分为结构性废料与工艺性废料。

结构废料：

由工件的形状决定。

工艺废料：

由冲压方式与排样方式决定。

工艺废料是可以控制的。

因此，要增加材料利用率，必须降低工艺废料所占的比例，设计出好的方案。

根据材料的利用率情况，排样有三种：

（1）有废料排样法（图3.1a）

有废料排样法指的是冲裁件之间以及与条料侧边都有废料的存在的冲压形式，冲裁是沿着零件的轮廓进行的。

故该冲压件的质量好，但材料利用率低。

（2）少废料排样法（图3.1b）

少废料排样法指的是在冲裁时，只有冲裁件间或冲裁件与条料侧边之间有废料，并且只存在于其中一种的情况，所以材料能得到充分利用。

材料利用率可达70%~90%。

（3）无废料排样法（图3.1c）

无废料排样法是指冲裁件直接从条料上冲下，没有产生任何的搭边废料，冲裁件的获得为直接切断条料，利用率极高。

图3.1排样方法

a）有废料排样b）少废料排样c）无废料排样

合理的排样方法，应该是废料最少的冲裁方式。

考虑到工件的形状及特点，采用双排斜排中间载体排样方式，如图3.2所示：

图3.2冲裁件的排样

3.2搭边的选取、材料宽度的确定

（1）搭边

排样时冲裁件之间

以及冲裁件与条料侧边之间

留下的工艺废料称为搭边。

1　搭边的作用

（1）如果是冲裁存在误差的话，没有搭边的存在，其会影响邻边零件的精度。

有搭边的存在时，就可以避免这一情况的发生。

（2）在冲裁时，模具可以两边都能够受力，这样可以防止模具单边受力长时间后会产生一定的变形，模具寿命与工作断面质量都可以增加。

（3）若是有自动送料装置的模具，存在搭边的话，可以增加条料的刚度，这样可以让条料的连续送进。

2　搭边的数值

搭边如果太大，材料的利用率下降，如果过小，有可能会损坏模具。

搭边的合理数值就是在保证冲裁件的质量的情况下的最小值。

搭边的合理数值是由材料的厚度，种类等确定。

材料越厚，冲裁尺寸越大，越复杂，搭边也要越大。

搭边值一般由经验确定，根据工件宽度和材料厚度，由文献[2]P42表2.16，选工件间搭边值

侧面搭边

（二）条料宽度的确定

选定排样方法与确定搭边值之后，计算条料宽度，就可以画出排样图，计算材料利用率。

条料是由条料剪裁下料而得。

所以为保证送料顺利，剪裁时的公差带分布规定上偏差为零，下偏差为负值（-△）。

条料在冲压过程中，存在误差但仍要求能保证在冲裁件余料侧边之间有一定的搭边值a1。

当条料在无侧压装置的导料板之间送料时，条料宽度计算如下（如图3.3）：

（3.1）

上式引自文献[1]P62。

式中

——冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸（mm）；

——冲裁件与条料侧边之间的搭边（mm）；

——板料剪裁时的下偏差（mm）；

查文献[1],P62,取△=0.5

——条料与导料板之间的间隙；

查文献[1],P62,取b0=0.5

图3.3无侧压装置条料宽度的确定

当导料板之间有侧压装置时，条料宽度按计算如下（如图3.4）：

（3.2）

式中各符号意义同上。

图3.4有侧压装置条料宽度的确定

当模具有侧刃时，条料宽度按下式计算:

（3.3）

式中n——侧刃数；

C——侧刃冲切的料边宽度（mm），见表3.2。

其余符号意义同前。

考虑到工件形状，在冲压过程中采用导料板送料，采用无侧压装置，如图3.4：

条料宽度：

条料与导料板之间的间隙

查文献[1],表3.11,得

=0.5mm；

条料与导板间的间隙查查文献[1]表3.12得b0=0.5mm。

3.3材料利用率的计算

一个步距的材料利用率为

（3.4）

上式引自文献[2]P42式2.16.

——冲裁件面积（包括内形结构废料）（mm2）；

——一个进距内冲裁件数目；

——条料宽度（mm）；

——进距（mm）；

当板料弯曲变形时，由于是塑性变形，故材料的中性层会产生移动。

中性层半径的大小可按式3.5计算：

（3.5）

——中性层半径（mm）；

——弯曲内半径（mm）；

——中性层位置因素，查文献[2]P81,表3.2，取k=0.26；

——材料的厚度（mm）

上式出自文献[2]P81，式3.1.

零件横向展开尺寸：

2×

[7.23+0.86×

2×

π×

157/360+5×

157/360+8]=62.18mm

零件纵向展开尺寸：

14-6-2.2=3.8mm8+3.8+10=21.8mm

冲裁件的面积A=62.18×

8+（21.8-8）×

12+3.14×

62-3.14×

1.52=769.015mm2

故一个进距内的材料利用率为:

=2×

769.015/106.5×

34.5×

100%=41.86%

采用单斜排材料利用率仅为33.6%.

经过比较，B=106.5mm及内冲件数目为2的材料利用率提高到40%。

4冲裁工艺力的计算

4.1冲裁力的计算

选择压力机时可由冲裁力决定，也是设计时必须要用到的关键数据。

4.1.1冲裁力的行程曲线

图4.1冲裁力-凸模行程曲线

在冲裁过程当中，所受凸模的冲裁力不断地变化。

冲裁力-凸模行程曲线如上图所示。

其中AB为弹性变形阶段，这一阶段发生弹性变形，受到的冲裁力直线增加。

BC阶段是塑性变形阶段，C点为最大值。

CD阶段是断裂阶段，冲裁力下降。

此时，材料发生断裂。

到达D点，上下裂纹已重合，冲裁已经完成，板料已经分开。

4.1.2冲裁力的计算公式

考虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力F（N）：

（4.1）

上式引自文献[1]P54式3.15.

——冲裁力（N）；

——冲裁件周边长度（mm）；

——材料厚度（mm）；

——材料抗剪强度（MPa）；

——系数。

考虑到刃口钝化、间隙不均匀，材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数，常取系数

材料的抗剪强度（MPa）查文献[1]P39表2.3：

取τ=294MPa

一般情况下，材料的σb=1.3τ，为计算方便，也可用下式计算冲裁力，故

；

F冲孔=L冲孔Tσb=3.14×

3×

1×

294=2769.48N

F冲孔卸料=0.05F冲孔=0.05×

2769.48=166.17N

F侧刃1=L侧刃1Tσb=（2+8+21.08+21.88+38.33+2）×

294=27427.26N

F侧1卸料=0.05F侧刃1=0.05×

27427.26=1371.36N

F侧刃2=L侧刃2Tσb=（2+23.09+21.88+5.84+8+2）×

294=18466.14N

F侧2卸=0.05F侧刃2=0.05×

18466.14=923.307N

FU=LUTσb=（2+21.88+16+21.88+2+13.8+π/2×

12+13.8）×

294=32401.6N

FU卸料=0.05FU=0.05×

32401.6=1620.08N

F异=L异Tσb=（3+21.88+5.84+8+20.09+8+37.3+21.88+21.09+8+1.04+8）×

294=48251.28N

F异卸料=0.05F异=0.05×

48251.28=2412.56N

查文献[2]，P41，表2.15，F顶件=0.06F落料=0.06×

2412.56=144.75N

该零件的生产加工涉及到复杂弯曲，故必须对弯曲力进行计算，计算公式如下：

V形件弯曲力：

F自=（0.6Kbt2σb）/（r+t）

U形件弯曲力：

F自=（0.7Kbt2σb）/（r+t）（4.2）

式中F自——冲压行程结束时的自由弯曲力（N）；

K——安全系数，一般取K=1.3；

b——弯曲件的宽度（mm）；

t——弯曲材料的厚度（mm）；

r——弯曲件的内弯半径（mm）；

σb——材料的强度极限（mm）；

上式出自文献[1]P133.

Z型弯曲：

Fz=（0.6×

1.3×

12×

294）/（0.6+1）=1719.9N

U型弯曲：

FU=（0.6×

8×

294）/（0.6+1）=1146.6N

F长=L长Tσb=（21.878+2）×

294=14041.44N

F长卸料=0.05F长=0.05×

14041.44=702.072N

采用刚性卸料装置和下出料的冲裁模的总压力为

（4.3）

采用弹性卸料装置和下出料的总压力为

（4.4）

采用弹性卸料装置和上出料方式的的总压力为

（4.5）

式（4.3）、（4.4）、（4.5）引自文献[2]P41。

工件厚1mm，属于比较薄的工件，卸料力小，采用弹性卸料装置上出料方式，其总冲压力F总：

F总=2×

F冲孔+2×

F冲孔卸料+F侧刃1+F侧1卸料+F侧刃2+F侧2卸+F侧卸料+2×

FU+2×

FU卸料+F异+F异卸料+2×

F顶件+4×

Fz+4×

FU+2×

F长+2×

F长卸料+4×

FU卸

≈216KN

4.2压力中心计算

冲裁模压力中心就是冲裁时压力机合力的位置。

冲裁时，模具的压力中心应该与冲床滑块的压力中心重合。

如果压力中心不能够重合的话，会使冲裁出来的零件精度下降，甚至会对凹凸模进行破坏，使模具刃口遭到破坏，降低模具的使用寿命。

故应该进行压力中心的计算，其计算步骤如下：

（1）按比例画出工件的轮廓形状，如图：

图4.2零件压力中心

（2）在任意处作坐标轴XOY。

（3）将工件的外部轮廓分为几段L1，L2……Ln。

因为F与冲裁线段长度L成正比，所以L可代表冲裁力的大小。

（4）计算各基本线段的重心位置到Y轴的距离X1，X2……Xn和X轴的距离Y1，Y2……Yn。

（5）根据力矩原理可以计算出压力中心，计算如下。

其中：

L1=8L2=25.09L3=13.8L4=18.84L5=13.8L6=25.09

L7=8L8=62.18L9=3π

X1=0X2=12.545X3=25.09X4=31.09X5=37.09X6=49.635

X7=62.18X8=31.09X9=31.09

Y1=4Y2=8Y3=14.9Y4=27.8Y5=14.9Y6=8Y7=4

Y8=0Y9=21.8

=31.090（4.6）

=8.716（4.7）

式（4.6）、（4.7）引自文献[2]P48。

式中x1、x2……xn——各图形冲裁力的x轴坐标（mm）；

y1、y2……yn——各图形冲裁力的y轴坐标（mm）；

、

……

——各图形冲裁周边长度（mm）。

5冲压设备的选择

5.1冲压设备类型的选择

根据该冲裁件的工艺要求，生产批量大小，精度的要求选择最为合理的设备。

当冲裁对象是中小型零件时，大部分选用开式压力机。

虽然开式压力机并不是非常的稳定。

冲床的刚度差，影响模具寿命与工件表面质量。

但是，开式冲床的操作极为简便。

而且送料较为方便。

所以冲裁中小型零件，采用开式冲床较为普遍。

当冲裁对象是大中型零件时，大部分采用闭式机械压力机。

闭式压力机包括有挤压机、精压机等等。

闭式压力机多用于大型的拉深件。

当冲裁为小批量生产时，冲裁厚板料的零件时，多采用液压机。

压力机的优点是不会因为板料太厚而出现无法冲压的情况。

所以适合于厚板料冲压。

但是，液压行程速度有限，所以只适合于小批量，而对大批量是不适合的。

选择机械曲柄压力机，可冲裁、弯曲、成本低，有三个方向可以操作，适用于中小型冲裁件弯曲件或拉深件。

5.2确定设备的规格

选择完冲压设备的类型后，应根据冲压力、台面大小、标称行程、闭合高度等数据选择合理型号的压力机。

（一）选用的压力机的压力要大于总冲裁力，即：

（二）应该要选择恰当行程的压力机。