精编弹簧片冲压工艺及弯曲模具设计Word文档下载推荐.docx

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4工艺计算10

4.1排样设计与计算10

4.1.1排样方法10

4.1.2搭边值的确定11

4.1.3送料步距与条料宽度计算12

4.1.4材料利用率及排样草图12

4.2冲裁力、压力机的选取及压力中心计算13

4.2.1冲裁力的计算13

4.2.2卸料力、推件力和顶件力13

4.2.3压力机所需总冲压力的计算14

4.3压力中心的计算14

4.3.1压力中心的计算14

4.4凸、凹模刃口尺寸计算15

4.5卸料结构设计、弹性元件的选用和计算18

4.5.1卸料结构设计18

4.5.2弹性元件的选用和计算19

5连续模的主要零件设计20

5.1凸凹模结构设计20

5.1.1凹模20

5.1.2凸模21

5.2定位形式与结构设计23

5.2.1设计原则23

5.2.2定位零件机构与应用24

5.3结构件与安装25

5.3.1凸模固定板25

5.3.2模柄25

5.3.3垫板25

5.4模架26

5.4.1对模架的基本要求26

5.4.2模架形式26

5.4.3导柱与导套26

5.4.4模具闭合高度校核27

5.5模具紧固件与自制零件选用27

5.5.1模具紧固件的规格型号27

5.5.2模具自制零件的材料及热处理要求27

5.6压力机的选用与校核28

5.6.1压力机的选用28

5.6.2冲压力和做功的校核28

6弯曲模设计计算29

6.1弯曲力的计算及压力机的选择29

6.1.1弯曲力的计算29

6.1.2弯曲用压力机的额定压力的确定29

6.2弹簧片的回弹量计算30

6.3弯曲模工作部分尺寸的确定31

6.3.1凸模和凹模形状31

6.3.2凸、凹模工作部分尺寸与公差31

6.3.3凸、凹模间隙32

6.4弯曲模的结构零件设计32

6.4.1滑块32

6.4.2斜楔33

6.4.3顶件杆33

6.4.4模柄34

6.5弯曲模具弹簧结构及选用34

6.6弯曲模整体模具结构35

6.7弯曲模具工作过程36

6.8弯曲模零件总体尺寸的确定37

6.8.1模架零件尺寸37

6.8.2紧固件选用37

6.8.3模具自制零件的材料及热处理要求37

7模具的装配38

7.1模具装配的要点概述38

7.2连续模的装配工艺38

7.2.1装配前的准备38

7.2.2检查38

7.2.3确定装配方法和装配顺序38

8方案二：

进行冲孔落料的设计39

8.1零件的冲裁工艺分析39

8.2操作与定位方式39

8.3卸料装置的设计40

8.5工艺计算40

8.5.1排样40

8.5.2确定条料的宽度和纵向定距40

8.5.3材料利用率及排样草图41

8.6凸凹模刃口尺寸的计算41

8.7冲裁力的计算41

8.8模架的选择42

8.9紧固件选用43

8.10压力机的选择43

9.两种方案的优缺点43

9.1制造精度及使用寿命比较：

43

9.2模具的安装和调整44

9.3其它方面比较44

总结45

参考文献46

致谢47

1绪论

1.1冲压技术理论概述

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。

达到这一要求急需发展如下几项：

1.1.1全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；

进一步扩大CAE技术的应用范围。

计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

1.1.2高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。

另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。

高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。

目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

1.1.3模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。

有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。

模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

1.1.4电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。

国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。

预计这一技术将得到发展。

1.1.5优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。

模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。

模具热处理的发展方向是采用真空热处理。

模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。

1.1.6模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

这是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有多台机床合理组合；

配有随行定位夹具或定位盘；

有完整的机具、刀具数控库；

有完整的数控柔性同步系统；

有质量监测控制系统。

1.2冲压加工经济性分析

1.2.1提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。

国外发达国家一般为80%左右。

1.2.2冲压件的成本分析

所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。

也就是生产中的“最小最大”原则。

在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越大。

冲压件的制造成本为：

.........

（1）

式中C——制造成本（费用）；

——材料费，包括原材料费、外购件费；

——加工费，包括工人工资、设备折旧费、车间经费等；

——模具费

上述可知，冲压件的制造成本为：

C∑＝C材+C模+CⅠ冲压件生产成本是由固定费和可变费两部分组成的，所以要设法降低固定费用或可变费用，都能使生产成本降低，利润增加，为四化建设积累资金。

可见企业要提高经济效益，就要在降低成本上下功夫。

2零件工艺性分析及确定工艺结构方案

2.1产品零件图

图2.1弹簧片冲压零件图

冲裁工件是一种常见的弹簧片，其材料为60Si2Mn，厚度为0.5mm，工件需大批量生产，如图2.1所示。

2.2零件工艺性分析

冲裁的工艺性是从冲压件工艺方面来衡量设计是否合理。

在满足工件零件使用要求的条件下，能够以最经济最简单的方法冲出来就说明工艺性好。

但是工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术和设备等因素的制约。

2.2.1结构与尺寸

该零件结构简单，形状对称，尺寸较小，强度要求不高，外形简单。

悬臂宽度10mm大于1.5t，最小孔径4mm大于t。

适宜于冲裁加工。

2.2.2精度

本次零件设计精度要求不高，图上所注尺寸公差无特殊要求，选取公差等级为IT14级，利用普通冲裁方式可达到要求。

其模具制造精度也不高，能达到经济精度。

查公差表可得各尺寸公差为：

mm、mm、mm，mm，mm，mm，mm，mm，mm。

2.2.3材料

优质弹簧钢60Si2Mn，厚度0.5mm软态，带料，抗剪强度，断后伸长率。

此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性较好。

2.3确定冲裁工艺方案

确定工艺方案就是确定冲压件的加工路线，合理的工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究比较与其经济效果，然后选择合理的工艺方案。

此零件冲压包括冲孔落料、弯曲两个基本工序，其中冲孔落料和弯曲能分别采取两种方案，具体分析如下：

（1）单工序冲裁——单工序弯曲，采用单工序模生产。

（2）级进冲裁——落料——弯曲，采用连续模与单工序模相结合生产。

（3）复合模——弯曲，采用复合模具及弯曲相结合生产。

方案

（1）模具结构简单，制造周期短，加工成本低。

但需要五道工序、五套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。

且不便于工人操作。

所以一般不予采用。

方案

（2）采用连续冲裁冲出的零件精度和平直度较好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方法可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。

同时又减少了一副模具，大大节省了成本。

方案（3）采用复合模具。

只有当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整时，才选用复合模具结构。

而且制作的费用较高，一般不采用。

由于零件结构简单，为提高生产效率，这样应采用复合冲裁或连续冲裁方式。

如采用复合模，则其凸凹模壁厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度；

凸凹模刃磨有时不方便，尤其是在凸凹模即冲裁，又成形的情况下。

连续模具有如下优点：

（1）生产效率较高，尤其能适合于在单机上实现自动化；

（2）安全、省料及其它开支省；

（3）模具的使用寿命长，修模调整容易；

（4）冲制的产品精度高，美观。

故此冲裁件采用连续模为合理，设计方案为分别对凸模组件和凹模组件进行了定位和固紧。

使装配容易和装配精度容易得到保证。

综上所述可知，宜采用方案

（2），在此冲件中，采用先完成冲孔压加强紧后冲孔落料能保证凸凹模的最小壁厚，又因为零件的尺寸比较大，若在一副模具中完成全部工序的，则会造成模具庞大，不方便制造，同时不经济，生产成本会成倍增加，故采用先在连续模中完成冲孔落料，最后弯曲成型的工艺方案。

3确定模具总体结构方案

3.1模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，优先采用级进冲裁模。

3.2操作与定位方式

虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。

考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，侧刃定距的定位方式。

为减小料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双刃左右对称布置。

3.3卸料与出件方式

考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料的方式。

为了便于操作、提高生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的出件方式。

3.4模架类型及精度

由于零件厚度薄，冲裁间隙小，又是级进模，因此采用导向平稳的中间导柱模架。

考虑零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用1级精度的模架。

4工艺计算

4.1排样设计与计算

4.1.1排样方法

排样对材料的利用率，工件的尺寸精度，生产率，模具制造难易程度和使用寿命有一定的影响。

按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与少、无废料排样两大类。

排样又可分直排、斜排、对排、对头斜排、多排、混合排等。

有废料排样有如下几种形式：

（1）直排排样时，应优先选用直排，因为直排的模具最简单。

但对于三角形、角尺形等工件，采用直排会造成较大的材料浪费，可考虑选择斜排或对排。

（2）斜排斜排将时制模工作量增大。

（3）对排选取对排省料幅度较大。

比直排省料可达30%--50%。

但需要注意：

如果采取送料一次冲一件的方案，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模具费也相差不大，但只实用于条料，不能用卷料。

（4）混合排如果将一种零件落料后的废料作为另一种工件的原材料，当然也可以提高材料的利用效率。

但这种排样对于小型件既不方便又不安全。

而采用混合排是只有两种零件的板厚与材质相同，并在设计人员的细心安排之下才有可能实现。

如下图所示三种排样方法：

图4.1直排、对角排、斜排

综上所述相同个数的零件采用直排料面积为16200，对角排17360，斜排17020，为了节省材料并结合零件本身的形状，本排样采用直排法。

4.1.2搭边值的确定

搭边值的作用，搭边是指排样时零件与条料侧边这间留下的剩料。

其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命提高。

为了节约材料，应选择合理的搭边值，它一般与卸料板的形式，条料厚度，冲压宽度L有关。

本设计采用弹性卸料板，条料厚度t＝0.5mm,冲压宽度L＝80mm>

50mm,查《冷冲模设计》P60知：

搭边值工件间＝1.8mm，侧面＝2.0mm。

又由于其为中碳刚类型，由经验确定要乘以0.9的系数。

所以实际搭边值：

工件间搭边值＝1.8mm×

0.9＝1.6mm，

侧面搭边值＝2.0mm×

0.9＝1.8mm

4.1.3送料步距与条料宽度计算

条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，用A表示。

其大小为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，对于无废料一模出两件，送料步距是工件宽度的两倍。

查《冲压工艺与模具设计》P63，条料宽度按公式

（2）计算即

.......

（2）

式中L──条料公称宽度，mm；

B──垂直于送料方向的工件尺寸,mm；

──侧搭边，mm；

b──侧刃切除的料宽，mm

△──△为剪板机下料公差，△=0.5mm

条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，剪裁时的公差整带分布规定上偏差为零，下偏差为负值条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料板导向而又无侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。

另因采用IA型侧刃每边增加切入宽度1.5mm，所以

条料宽度L=（80+2×

1.8+2×

1.5）=86.6mm

送料步距A=28+1.6=29.6mm

4.1.4材料利用率及排样草图

通常以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示：

η＝/＝（/LB）×

100％........（3）

式中──个步距内零件的实际面积；

──个步距内所需毛坯面积；

L──送料步距；

B──条料宽度。

经计算，一个步距内弹簧片的实际有效面积约为1760mm2，一个步距内所需毛坯面积为86.6×

59.2＝5008.3mm2，如图4.2

图4.2弹簧片排样草图

冲裁单件材料的利用率：

因此选用卷料，采用单排排样，这样的材料利用率较合宜，且操作方便。

4.2冲裁力、压力机的选取及压力中心计算

4.2.1冲裁力的计算

冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。

其冲裁力F的计算公式为：

F＝KLtτ

其中F为冲裁力N；

L为冲裁件的周长mm；

t板料厚度mm；

τ为材料的抗剪强度MPa；

Ｋ为系数，常取1.3

在一般情况下，材料的σb≈1.3τ，为计算方便，也可用这个式子计算

冲裁力：

F＝Ltσb......（4）

弹簧片模具的冲裁力为：

F＝Ltσb＝281.92×

0.5×

1300＝183248N

（其中L=21.9×

4＋100＋20+41.2+28+29.2=281.92mm）

4.2.2卸料力、推件力和顶件力

从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力；

从凹模内向下推出工件或废料所需的力称推件力；

从凹模内向上顶工件或废料所需的力称为顶件力。

、与和冲件轮廓的形状、冲裁间隙、材料种类和厚度、润滑情况、凹模洞口形状因素有关。

在实际生产中常用以下经验公式计算：

.......（5）

.......（6）

.......（7）

式中F──冲裁力；

──卸料力系数；

──推件力系数；

──顶件力系数；

n──梗塞在凹模内的冲件数（n＝h/t）

h──为凹模直壁洞口的高度。

、与可分别由表4.1查取。

当冲裁件形状复杂、冲裁间隙较小，润滑较差、材料强度高时应取较大的值；

反之则应取较小的值。

表4.1卸料力、推件力和顶件力系数

料厚/mm

0.5～2.5

0.025～0.06

0.05

0.06

取为0.04、为0.05、为0.06

4.2.3压力机所需总冲压力的计算

采用弹压卸料装置和下出件模具：

.........................（8）

采用弹压装置和上出件模具时：

....................（9）

采用刚性卸料装置和下出件模具时：

..................（10）

弹簧片模具采用弹性卸料，其所需总压力为

＝1.1×

F＝201572N＝201.5KN

4.3压力中心的计算

4.3.1压力中心的计算

模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机的滑块中心线重合，以使平稳工作，减少导向磨损，提高模具及压力机的寿命。

图4.3压力中心坐标系

选取如图4.3所示的坐标系。

因为三个工位均是对称分布的，所以其Y坐标为0，

对于X坐标，三个工位的中心分别为（0，0）（29.6，0）（59.2，0）

即＝0，＝29.6，＝59.2，三个工位的对应长度是＝186.72mm，＝69.2mm，＝87.32mm

按《冲压工艺及模具设计》P103式（3.25）计算压力中心

..........（11）

＝=21.028mm

所以连续冲裁下零件的压力中心为：

（21.028，0）

4.4凸、凹模刃口尺寸计算

凸、凹模加工方法一般分为两种：

（1）凸、凹模分开加工法，当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。

但是制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。

凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。

（2）凸、凹模配合加工法，采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。

按配做法制模的加工顺序，落料时先加工凹模，配做凸模；

冲孔时先加工凸模，配做凹模。

在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。

这说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。

用单配加工法常用于生产复杂形状及薄料冲裁件的模具。

在计算复杂形状的凸模和凹模工作部分的尺寸时，往往存在着三类不同性质的尺寸：

第一类，凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸；

第二类，凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸；

第三类，凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸。

如图，其中尺寸a、b、c对于凸模来说属于第二类尺寸，对于凹模来说属于第一类尺寸；

尺寸d对于凸模来说属于第一类尺寸，对于凹模来说属于第二类尺寸；

尺寸e对于凸模和凹模来说都是属于第三类尺寸。

图4.4复杂形状冲裁件的尺寸分类

尺寸的计算方法：

第一类尺寸＝（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸－x△）△...............（12）

第二类尺寸＝（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸＋x△）△...........（13）

第三类尺寸＝冲裁件上该尺寸的中间尺寸±

（1/8）△...........（14）

对于该工件来说，在连续模中完成的工步是冲孔，落料，该工件精度无特殊要求，根据工件公差等级取为IT14级，由于材料薄，模具间隙小，故凸凹模采用配做加工为宜。

又根据排样图可知，凹模的加工比凸模的加工要困难，且级进模的所有凹模的孔均在一个模板上，因此，选用凹模为制造基准件。

所以不论冲孔、落料，只计算凹模刃口的尺寸及公差。

各凸模按凹模各对应尺寸标注其基本尺寸，并注明按凹模实际刃口尺寸配双面间隙0.04mm。

零件图的尺寸为：

图4.5零件图

（1）连续模中落料模，计算凹模刃口尺寸，按照一定的间隙配做凸模。

按磨损情况分类计算：

凹模磨损后增大的尺寸，查《中国模具工程大典第4卷模具工程大典》P273，按照公式（4.14）计算：

....................（14）

尺寸R磨损后增大，查表X=0.5

==

尺寸磨损后增大，查表X=0.5

尺寸磨损后增大，查表X=0.75

（2）冲孔时，把凸模尺寸换算到凹模的尺寸计算，由于先做凹模，凸模是按凹模以一定的间隙配制的，所以凹模公差δ凹也要比较小。

即δ凹＝δ凸－△Ｚ＝1/4△－（Zmax－Zmin）。

由图4.6中可以得到换算后凹模的基本尺寸与公差

图4.6冲孔，将凸模尺寸换算到凹模的计算图

即d凹＝（dmin＋x△＋Zmin－δ凹）................（16）

冲孔凹模、落料凸模分别按照冲孔凸模、落料凹模的实际尺寸进行配制，双边由表查得Zmax＝0.06mm，Zmin＝0.04mm，△Z＝Zmax－Zmin＝0.02mm大批量生产、且工作精度要求不高，按大间隙可提高模具的寿命。

凹模磨损后减小的尺寸，按公式d凹＝（dmin＋x△＋Zmin－δ凹）计算

尺寸R磨损后减小，查表X=0.75

δ凹＝δ凸－△Ｚ＝1/4△－△Ｚ=1/4×

0.43-0.02=0.09

d凹＝（dmin＋x△＋Zmin－δ凹）

＝（14+0.75×

0.02+0.04-0.09）=13.97

尺寸R磨损后减小，查表X=0.5

0.62-0.02=0.153

＝（32+0.5×

0.02+0.04-0.153）=31.89