阀门叶片轴架落料及成形模具设计

阀门叶片轴架落料及成形模具设计阀门叶片轴架落料及成形模具设计摘要随着全球经济一体化的深入，模具工业在国民经济中所发挥的作用越来越明显。模具设计水 平的高低直接影响产品的质量及生产效率。冲裁是最基本的冲压工序。本设计重点是在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定和冲裁模设计。涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。 由于模具设计是一种经验性较强的设计，经过长期发展积累了大量丰富的冲压工艺技术资料，在设计模具时必然要借鉴这些经验数据，含括了弯曲模、成形模中常用的工艺数，据以及模具材料的选取和压力机基本参数等等。本次设计不仅让我熟悉了课本所学的知识，而且让我做到把所学的知识运用到实践当中，更让我了解了模具设计的全过程和加工实践的各种要点。使我在书本和实践当中有一个质的飞跃。关键词： 单工序模 冷冲压 板料 弯曲成形The valve blade shaft frame blanking and forming die designAbstractWith the deepening of global economic integration, more and functions of die and mould industry has played in the national economy more obvious. The mold design level will directly affect the product quality and production efficiency.Blanking is the most basic of stamping process. This design focus is on the analysis of deformation process in blanking and punching the basic factors affecting the quality of blanked parts, the blanking technology calculation, process planning and die design. To blanking deformation process analysis, blanking, quality and influence factors to determine the clearance, blade size calculation principle and method of design, layout, blanking force and the center of pressure calculation, stamping process analysis and process plan, blanking typical structure, application, design and mold standard parts stamping die design methods and steps.As the mold design is a strong empirical design, after a long-term development has accumulated a large variety of stamping technology, in the design of die when bound to learn from these experiences, including the bending die, forming process and die a few die, according to the selection of materials and basic parameters.This design not only let me know the textbook knowledge, and let me do the learned knowledge into practice, let me understand the various points of the whole process of mold design and processing practice. I have a qualitative leap in books and practice.Keywords Single die Stamping Panel Bending forming不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的意义11.3 冲压模具行业发展现状及技术趋势21.3.1 国内外研究现状21.3.2 未来冲压模具制造技术发展趋势3第2章 零件的测绘及展开计算52.1 零件的测量52.2 工件的展开计算52.2.1 展开计算的原理52.2.2 绘制展开图62.3 本章小结6第3章 落料模具结构设计73.1 零件的功用与经济性分析73.2 零件钣金成形工艺性分析73.2.1 结构形状与尺寸分析73.2.2 精度与表面粗糙度83.2.3 材料的选择83.3 冲压设备的选择83.3.1 冲压的计算83.4 压力机的选择93.5 模具结构设计103.5.1 模具结构类型的确定103.5.2 工件的导向定位方式的确定103.5.3 卸料装置的确定103.5.4 模座类型及模具组合形式的确定113.6 工作零件的设计123.6.1 凸模结构形式及尺寸的确定133.6.2 凹模结构形式及尺寸的确定143.7 支承固定零件的设计与选用143.7.1 凸模固定板和垫板143.7.2 模柄143.8 模具闭合高度的校核143.9 模具材料的选用要求和选择原则153.9.1 冷冲模材料的选用要求153.9.2 材料的选择原则153.9.3 冲裁模具的调试163.9.4 模具的检测163.9.5 模具的工作原理与使用维护173.10 本章小结18第4章 成形模具结构设计194.1 成形工艺性分析194.1.1 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案194.1.2 成形件的工艺性194.1.3 弯曲成形的工艺分析204.1.4 最小相对弯曲半径的确定204.1.5 弯曲成形形状与尺寸的对称性214.1.6 改进零件的结构设计214.2 成形工艺力的计算234.2.1 成形力近似弯曲力的计算公式234.2.2 压力机吨位的确定234.3 成形模主要工作零件结构参数的确定244.3.1 成形凸模和凹模的圆角半径244.3.2 凹模工作部分深度244.3.3 弯曲凹、凸模的间隙254.4 模具总体设计264.4.1 模具主要零部件的设计274.5 冲压设备的选择284.6 模具类型的选择294.7 定位方式的选择304.8 卸料出件方式的选择304.9 本章小结30结论31致谢32参考文献33附录34千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景企业委托（横向），与哈尔滨三宝泰空调设备股份公司联合研制，其目的是为生产消防阀门配套使用。1.2 课题研究的意义工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。因此我们必须意识到，对模具设计的研究的目的和意义在于能够跟好的认识模具工业在国民经济中的地位的重要性。因为利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。利用模具生产零件的方法已经成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对保证制品质量，缩短试用周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性的意义。因此德国把模具称为“金属加工中的帝王”，把模具工业视为“关键工业”，美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”，日本把模具说成是“促进社会富裕繁荣的动力”，把模具视为“整个工业发展的秘密”。因此，要使国民经济各个部门获得高速发展，加速实现社会主义四个现代化，就必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键作用。1.3 冲压模具行业发展现状及技术趋势1.3.1 国内外研究现状我国模具工业起步较晚，基础薄弱，长期以来模具制造一直作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方，因此发展缓慢。1984年，我国成立了中国模具工业协会，1987年模具首次被列入机电产品目录，当时全国共有模具生产厂点约6000家，总产值约30亿元。随着我国改革开放的日益深化，市场经济进程的加快，独立于产品制造企业的模具及其标准件、配套件企业大量出现，模具产业得到快速发展，在市场竞争中，模具企业生产技术不断提高和规模不断扩大，模具行业得到很快发展。目前，我国模具产值已排名世界第三，2005年达到500亿元。1988年1992年，由原国家经贸委下达计划，由机械部和中国模具工业协会实施，在全国范围内组织了上百个模具企业和有关科研单位、大专院校，共同进行模具技术攻关，取得了丰硕成果。这些成果主要有：冲压模具的设计制造技术、塑料模具的设计制造技术、铸压模具的设计制造技术、锻造模具的设计制造技术、模具表面处理技术、模具材料、模具计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术、模具标准件、模具加工关键设备、模具寿命研究等方面。由于这些成果的取得及推广应用，使我国模具技术前进了一大步。“七五”后期和“八五”期间，国家对模具工业加大了投入，分批分期改造了一批具有特色专长的专业模具厂和模具标准件厂，引进了一大批模具加工关键设备及精密塑料模、级进模、精冲模等设计制造技术，对提高我国模具生产技术水平起到了推动作用。同时，许多大专院校开始设立模具专业，由前联邦德国、日本援建及我国自己投资兴办的模具技术培训中心也陆续建立，模具技术人员及技术工人的培养开始步入轨道。1989年3月，国务院颁布了关于当前产业政策要点的决定，在机械工业中，模具被列为技术改造序列的第一位，极大地促进了模具技术的发展。20世纪90年代以来，在国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委“863”计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发了汽车车身与覆盖件模具CAD/CAM软件系统，在模具和设计制造中实际应用，取得显著效益。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。1.3.2 未来冲压模具制造技术发展趋势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.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。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。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“十一五”期间将发挥更大的作用。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。5.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。6.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能否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。模具表面处理应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。7.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。8.模具自动加工系统的发展 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。第2章 零件的测绘及展开计算2.1 零件的测量通过对工件尺寸的测量，绘制出工件图2-1。图2-1 工件图2.2 工件的展开计算2.2.1 展开计算的原理板料在弯曲过程中外层收到拉应力，内层收到压应力，从拉到压之间有一改不受压力的过渡层中性层，中性层在玩去过程中的长度和弯曲前一样，保持不变，所以中性层是计算弯曲件展开长度的基准。中性层位置与变形度有关，当弯曲半径较大，弯折角度较小时，变形程度较小，中性层位置靠近板料厚度的中心处，当折弯角度增大时，变形成都随之增大，中性层位置逐渐向弯曲中收的内侧移动，中性层到板料内侧的距离用表示。根据工件结构确定折弯类型为R形弯折。R形弯折展开公式：K=(2Rtan/2)( 2R - t)/360式中R折弯外径（外侧半径）外侧角（180-折弯角度）圆周率（取3.14）t板厚2.2.2 绘制展开图绘制出工件展开图如2-2所示。图2-2 展开图2.3 本章小结通过利用千分尺和数字角度测量器测出工件必要的长度尺寸和角度尺寸，绘制出零件图。用已经取得的已知数据，查找资料，计算零件的展开长度，最终定义零件展开为R类工件，计算展开尺寸，并利用计算出的具体数值绘制出零件的展开图。第3章 落料模具结构设计3.1 零件的功用与经济性分析该零件材料为Q235，厚度1.5mm。工件尺寸未注公差，属于自由公差，该零件的产量属于中批量，零件外形对称，材料为一般用钢，主要分析其落料工序，落料厚度为1.5mm。3.2 零件钣金成形工艺性分析3.2.1 结构形状与尺寸分析该制件形状简单，尺寸一般，厚度适中，由于形状简单，属于普通冲压件。如图3-1所示。冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料冲压加工工序必要的辅助工序质量检验组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。图 3-1 工件图首先，我们必须清楚冲裁件的结构要素，其要素包括：冲裁件的内、外形转角处应避免尖锐的转角，应有适当的圆角。一般应有R 0.5t(t为板料厚度)的圆角，否则模具寿命将明显降低。冲裁件上应尽量避免窄长的悬臂和凹槽。最好b 2t、l 3t。对于高碳钢、合金钢等硬质材料，允许值应增大30%50%；对于黄铜、纯铜和铝等软材料，可减少20%25%。3.2.2 精度与表面粗糙度此零件的表面粗糙度均为自由表面粗糙度，尺寸公差为自由公差，所以加工此零件时，模具结构较为简单，加工方便。3.2.3 材料的选择工件所用的材料为Q235，其力学性能如下：=304373Mpa,b=432461Mpa, s=235Mpa。延展性好，适合冲裁。综上所述，该零件的形状、尺寸、精度、材料均符合拉深工艺性要求，故可以采用冲压方法加工。3.3 冲压设备的选择3.3.1 冲压的计算1.计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算：式中： F-冲裁力（N）； L-冲裁周边长度（mm）；t-冲裁料厚(mm)；b- 抗剪强度（MPa）；2.落料力的计算：式中： F-冲孔力（N）；L-工件外轮廓周长（mm）；T-材料厚度（mm），t=1mm；-材料抗剪强度（MPa）。由查表，。根据零件图可算两个冲孔的轮廓长度L =245.42则3.卸料力的计算：F卸 = KX 式中： F卸 -卸料力（N）； F落 -落料力（N）KX -卸料系数，查冲压模具简明设计手册表3-11，P57其值为0.030.04（薄料取大值，厚料取小值），取K=0.03。则：F卸 =KX F落=0.03137.3=4.12（KN）3.顶件力的计算：F顶 =nkT F冲 式中： F顶 -顶力（N）；K -顶件系数，查冲压模具简明设计手册表3-11其值为0.05；则：F顶 =nkT F冲 =0.05137.3=6.87(KN)冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和：F总 = F冲 + F卸 + F顶 式中： 冲裁力-F冲 =137.3KN，卸料力-F卸 =4.12KN，顶件力-F顶 =6.87KN，则：F总 = +=148.29KN3.4 压力机的选择压力机的作用是为冲压工艺提供冲压动力。压力机种类繁多，常用的压力机一般分为机械压力机、液压机两大类，生产中需选用合适的压力机，其选用依据如下： 1. 根据冲压件的生产批量选择；2. 根据冲压件的大小进行选择；3. 考虑精度与刚度；4. 考虑生产现场的实际可能；5. 考虑技术上的先进性。根据选用选择和零件的基本特点，可选定开式曲柄压力机。虽然开式压力机的刚度较差，并且由于床身的变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的使用寿命和冲裁件的质量。但是，它却具有操作空间三面敞开、操作方便、安装机械化的附属设备和成本低廉等优点。然后根据总的冲压力选择压力机。其原则是：压力机的公称压力大于所需的总压力。计算得总冲压力为148.29吨，因此可选用公称压力为400KN的压力机。选择压力机型号为：J23-25。其基本参数见表3-1。工件只进行落料工序，由于工件基本对称，所以压力中心选择在近似中心点的位置。表3-1压力机数据型 号J23-25公称压力/KN250滑块行程/mm65公称压力行程/mm65最大倾斜角度35最大闭合高度/mm270闭合高度调节量/mm55垫板尺寸（厚度mm孔径mm）50200模柄孔尺寸（直径mm深度mm）4060工作台尺寸前后370左右5603.5 模具结构设计3.5.1 模具结构类型的确定由冲压工艺分析可知，为了方便工件的定位，采用正装式单工序落料模。3.5.2 工件的导向定位方式的确定由上述分析及落料工序得：依靠导料销进行导料，并依靠挡料销进行精确定位。3.5.3 卸料装置的确定弹性卸料具有卸料与压料的双重作用，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压装置。弹压卸料板如图3-2所示。图3-2 卸料板3.5.4 模座类型及模具组合形式的确定模座类型的确定： 根据实际生产需要，设计的时候用的非标准的模座，同时为了导向的精确，设计有导柱和导套，上、下模座采用后侧导柱滑动导向模座： 上模座型号：； 下模座型号：； 导 柱：28175 导 套：2895423.6 工作零件的设计查表得间隙值：，刃口计算采用凸模与凹模配作法。1.凸模或凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸AAj=(Amax-x)2.凸模或凹模磨损后会减小的尺寸-第一类尺寸BBj=(Bmin+x)3.凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸-第一类尺寸C Cj=(Cmin+)其中，x为磨损系数。查表得：工件精度IT10级以上 x=1工件精度IT1-IT13 x=0.75工件精度IT14 x=0.5因为本工件尺寸均为基本尺寸，故按IT14级精度，x=0.5。在所有的尺寸中，属于A类尺寸的有：、属于B类尺寸的有：注：凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸第一类尺寸A。凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸第二类尺寸B。凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C。其中，x为磨损系数，公差等级按IT14，选择x为0.5。具体计算如表3-3所示。表3-3工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸备注落料保证双边间隙为0.15-0.19。3.6.1 凸模结构形式及尺寸的确定落料凸模通过螺钉固定。凸模尺寸根据落料工作要求及其工作尺寸要求确定。材料用Cr12，工作部分热处理淬硬5660HRC。凸模具体尺寸如图3-4所示：图3-4 凸模3.6.2 凹模结构形式及尺寸的确定落料凹模外形根据工件的内形尺寸配作，该零件还起导正工件的作用，也通过台肩固定。因冲件产量是中批，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取5mm。凹模厚度为根据模具具体情况而定，凹模材料选用Cr12，工作部分热处理淬硬6064HRC。凹模如图3-5所示：图3-5 凹模3.7 支承固定零件的设计与选用3.7.1 凸模固定板和垫板凸模固定板：160mm160mm20mm凸模垫板板：160mm160mm8mm3.7.2 模柄据冲已知情况，选择模柄的规格：压入式模柄，其直径d=40mm，高度H=95mm，材料为Q235的A型压入式模柄，规格为：A4095 JB/T7646.1-1994。3.8 模具闭合高度的校核模具闭合高度为：H=上模座+下模座+垫板+凸模固定板+中间的安全距离+凹模高度+下模座=185.5mm。冲压机最大封闭高度270mm，使用垫板后可以满足要求。Hmax 5 H模 Hmin +10冲压过程中落料力（F=148.29KN） 最大，压力机的公称压力 P公 =250KN，P公 1.3F，且工作时压力曲线位于压力机滑块的许用负荷曲线之下，因此满足生产要求。模具最大安装尺寸为294mm240mm，压力机工作台台面尺寸为560mm370mm，能满足模具的正确安装。3.9 模具材料的选用要求和选择原则3.9.1 冷冲模材料的选用要求冷冲模材料应具有的性能： 冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。1. 应具有较高的变形抗力： 主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。2. 应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。3. 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物 相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等。4. 应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。3.9.2 材料的选择原则1.要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料：要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料；2.要针对模具的失效形式选用钢材，钢材的失效是影响模具寿命的主要因素包括：为防模具开裂，要选用韧性好的材料；为防磨损，应选用合金元素高的材料；对于大型冲模应选用淬透性好的材料；为保持钢材硬度能力，要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢；为防热处理变形，对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高合金材料。3.要根据制品批量大小，以最低的成本的选材原则选用；对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。4要根据冲模零件的作用选择；凸模凹模钢材选用，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属，而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。5要根据冲模精密程度选用。在制造小型精密模具而又复杂时可选用优质合金钢制作，而对于比较简单形状、精度有要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。3.9.3 冲裁模具的调试材料模具装配以后，必须在生产条件下进行试冲。通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给与纠正。并能够对模具进行适当的调整和修理，直到模具正常工作中冲出合格的制件为止。冲裁模具经试冲合格后，应在模具模座正面打上编号、冲模图号、制件号、使用压力机型号、制造日期等。并涂油防锈后经检验合格入库。在模具制造中，模具零件的检验与模具装配试模后的验收是模具加工过程中的重要工艺环节。模具零件加工及装配质量好坏，对模具的使用寿命有着较大的影响。加强模具装配后及模具零件加工各工序间质量检验，是确保模具质量的重要手段。因此，模具生产单位在生产过程中，要健全模具零件及模具装配前后的检验制度。即根据本厂产品要求和工艺水平，编制切合实际的质量检验规程。实行以检验人员专职检验与生产工人自检互检相互结合的检验方法，严格按图样技术条件和有关工艺文件进行必要的检查。在检验中，除了进行工序间的检验和装配后的验收外，还加强各工序实际操作的检查，以督促执行工艺规定，防止废品的产生。3.9.4 模具的检测模具的检验与验收和设计、制造一样是模具制造中不可分割的部分，在模具生产中起着积极的作用，是满足现代模具制造业发展的需要。同时，在检测技术对于模具制造质量的提高、延长模具的寿命和能生产出高效、优质制品零件，有着十分重要的意义。模具的检测主要是检查在设计、制造或装配中出现的缺陷，并在交付客户前做最后的验证，保证模具的合格性和安全性并能生产出合格的产品。加强模具装配后及模具零件加工各工序间质量检验，是确保模具质量的重要手段。因此，模具生产单位在生产过程中，要健全模具零件及模具装配前后的检验与验收制度。只有这样才能保证模具的合格性和安全性并能生产出合格的产品。3.9.5 模具的工作原理与使用维护1.模具的工作原理： 此模具采用倒装复合形式，是倒装复合模中最典型的结构。模具中，凸凹模装在上模，它的外轮廓起落料凸模的作用，而内孔起拉深凹模的作用，故称凸凹模。它通过螺钉垫板安装在上模座上，落料凹模和拉深凸模则通过固定板装在上模座部分。工作时，条料由固定挡料销和导料卸料复合板定位，故凹模上不必加工出让位孔，冲裁完毕后，即压力机滑块到达上死点，由于弹性回复，工件会卡在拉深凸模内，为了使冲压生产顺利进行，使用由顶销、卸件块及橡胶组成的橡胶弹顶装置将工件顶出。2.模具的使用维护： 模具是比较精密而且比较复杂的工艺装配，制造成本高，使用周期长。为了保证正常生产，保证制造质量，提高模具耐用度，延长模具使用寿命，必须合理使用与正确维护，修理模具。3.模具的使用： 冲模的检查:模具的检查安排在安排时、开工前、使用中三个阶段。 安装使用前的检查：使用前领取的新模具，必须是经过拭模并带有合格试件的模具；对于使用过的模具，对应检查模具的履历卡片。对照工艺文件检查所用模具及设备是否正常。模具外观应清洁、无污物、凸凹模应无裂纹、压伤的缺陷。开工前检查：压力机的卸料装置是否暂时调整到最高位置。检查压力机和冲模的闭合高度是否相适应。冲模上的卸料装置是否和压力机能配套使用。冲模的上下模板和压力机的滑块底面，工作台面是否擦拭干净。装好的模具应再检查一下模具内外是否有异物、安装是否牢固。使用过程中的检查：随时注意毛坯有无异常现象，如毛坯不能有硬折，厚度不能变化太大，严重氧化皮和翘曲等现象。一担发生异常立即停止。模具在使用一段时间后，应随时停车，检查，清理台面，并定时润滑工作表面，润滑应在停车的过程中进行，严禁在冲压过程中进行。随时检查毛坯是否有重叠现象，是否擦拭干净，是否涂以少量润滑油。使用一段时间后，应停车检查凸凹模刃口形状状况，若发现刃口不锋利。可在机上刃磨，如毛病较大时，应停机修正。4.冲模使用过程中的润滑合理选择润滑剂对机进行润滑：冲裁模： 常采用涂刷润滑，一般采用20号或30号机油，主要涂刷在坯料表面，也可间隔一定时间涂刷凸凹模工作表面上或导向机构表面上。拉伸模： 采用各种配方润滑，润滑剂应均匀涂抹在凹模端面和口部员角度，拉伸原料时，与凹模接触的毛皮表面也应涂抹润滑剂，切忌在涂抹表面或和它接触的表面涂抹，以免材料变薄。5.冲模使用注意事项： 选用的压力机必须有足够的刚性，强度和精度。冲模安装前，需将压力机预先调整好，即应仔细检查制动器，离合器及操作机构的工作是否正常。检查方法是先踩脚踏板或按手柄，如滑块有不正常连冲现象，应该排除故障后再安装冲模。冲模安装固定时，应该采用专用的压板，螺钉，螺母和压块，不可代用。并且将模具底面与工作台面擦干净。安装后的冲模，所有凸模的中心线都应于凹模平面垂直，否则使刃口啃坏。冲模使用一段时间后，应定期检查、刃磨刃口，每次刃磨刃口量都不应太大，一般为：0.05mm0.1mm。刃磨后用油石进行修整。冲模在使用过程中应对导柱和导套进行润滑。冲压式防止叠片冲压，损坏模具。冲压过程中应随时停车检查，并检查刃口情况，若发现裂纹或啃伤，应停车维修。6.模具的维护： 开机后必须认真检查首件，合格后开始生产，不合格停机检查原因。使用中应正确进行工业操作，遵守操作规程，严禁乱放、乱砸、乱碰。模具工作中，应随时检查，发现异常立刻停机检查修整。在模具使用中，应随时润滑模具的工作表面和活动部位，并选用合适的润滑剂，制定合理的润滑工艺，做到正确地润滑。某些模具在使用过程中会产生残余应力，应在使用一段时间后，采取必要的去应力措施。3.10 本章小结本章为落料模具的具体设计，首先翻阅资料，选择模具的设计方案，通过计算算出所需要的落料力，顶件力，卸料力，选择合适的压力机，设计凸凹模以及计算出合理的刃口尺寸，绘制出零件图和三维运动仿真图并生成二维图。参阅资料了解模具的维护与维修。第4章 成形模具结构设计4.1 成形工艺性分析材料:Q235；厚度:1.5mm；零件简图:如图4-1所示；图4-1 零件图4.1.1 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案弯曲成形模没有固定的结构型式，有可能设计得很简单，也可能设计得很复杂，这需要根据工件的材料性能、形状、精度要求和产量进行综合分析，确定模具结构型式。本工件属于圆形弯曲，其外形要弯曲成如图说是的封闭圆形，确定工艺方案为落料一弯曲成形两个个工序。本次设计主要完成弯曲成形工艺，达到如图4-1所示的工件。4.1.2 成形件的工艺性1. 成形件的结构特点： 弯曲件的形状前后对称、宽度相同，相应部位的圆角半径左右相等，以保证弯曲时毛坯不会产生侧向滑动。2. 弯曲件的圆角半径： 材料只有产生塑性变形才能形成所需的形状。为了实现弯曲件的形状，弯曲圆角半径最大值没有限制。例如，可以将厚的铁板卷成圆桶，只要计算或实验出其回弹量，就可以制出所需的形状。然而，板料弯曲的最小半径是有限度的，如果弯曲半径过小，弯曲时外层材料拉伸变形量过大，而使拉应力达到或超过抗拉强度，则板料外层将出现断裂，致使工件报废。4.1.3 弯曲成形的工艺分析弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、材料的选用及技术要求等是否满足弯曲加工的工艺要求。具有良好冲压工艺性的弯曲件，不仅能提高工件质量，减少废品率，而且能简化工艺和模具结构，降低材料消耗。4.1.4 最小相对弯曲半径的确定最小相对弯曲半径是指：在保证毛坯弯曲时外表面不发生开裂的条件下，弯曲件内表面能够弯成的最小圆角半径与坯料厚度的比值，用Rmin/t来表示。该值越小，板料弯曲的性能也越好。影响最小弯曲半径的因素主要是由材料的力学性能、工件的弯曲中心角 、板料的表面质量与剪切断面质量、板料宽度的影响、板材的方向性决定。弯曲件的弯曲半径必须小于最小弯曲半径，否则要采用工艺措施，如:热弯、多次弯曲等。表4-2最小相对弯曲半径经验数值的确定材料正火或退火硬化弯曲线方向与轧文垂直与轧文平行与轧文垂直与轧文平行铝00.30.30.8退火紫铜1.02.0黄铜H680.40.805、08F0.20.508、10、Q21500.40.40.815、20、Q2350.10.50.51.025、30、Q2550.20.60.61.235、400.30.80.81.54.1.5 弯曲成形形状与尺寸的对称性弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称、高度也不应相差太大。当冲压不对称的弯曲件时，因受力不均匀，毛坯容易偏移，尺寸不易保证。为防止毛坯的偏移，在设计模具结构时应考虑增设压料板，或增加工艺孔定位。弯曲件形状应力求简单，边缘有缺口的弯曲件，若在毛坯上先将缺口冲出，弯曲时会出现叉口现象，严重时难以成形。这时必须在缺口处留有连结带，弯曲后再将连接带切除。弯曲件形状对弯曲过程的影响如图4-3所示。 图4-3弯曲件形状对弯曲过程的影响根据以上分析我们可以知道，此工艺件弯曲半径最小为1mm，厚度为1.5mm最小相对弯曲半径取0.5-1.0之间。并且对称性好，适宜弯曲加工。4.1.6 改进零件的结构设计对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬。在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲。运用校正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减少回弹量。 采用拉弯工艺,对于相对弯曲半径很大的弯曲件，由于变形区大部分处于弹性变形状态，弯曲回弹量很大，这时可以采用拉弯工艺。 补偿法，利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量 。如图4-4所示。校正法，可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变.纵向加压法, 在弯曲过程完成后，利用模具的突肩在弯曲件的端部纵向加压, 使弯曲变形区横断面上都受到压应力，卸载时工件内外侧的回弹趋势相反，使回弹大为降低。利用这种方法可获得较精确的弯边尺寸，但对毛坯精度要求较高。采用聚氨酯弯曲模 ,利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模，激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹。 如图4-5所示。图4-4用补偿法修正模具结构图4-5用校正法修正模具结构4.2 成形工艺力的计算成形力是设计模具和选择压力机吨位的重要依据。生产中常用经验公式概略计算成形力，作为设计成形工艺过程和选择冲压设备的依据。4.2.1 成形力近似弯曲力的计算公式弯曲的弯曲力均可用下面公式计算：弯曲件弯曲力：式中： 自由弯曲力（N）b弯曲件宽度（mm） t弯曲件材料厚度（mm）R弯曲内半径（mm） 材料抗拉强度（Mpa） K安全系数，一般取K=1.3代入公式得：4.2.2 压力机吨位的确定压力机的吨位应为：F机 F总 =1805N可以看出需要的成形力较小，选择压力机时要根据模具的闭合高度就行选择。先初步选择为压力机J23-10.4.3 成形模主要工作零件结构参数的确定4.3.1 成形凸模和凹模的圆角半径凹模的圆角半径的大小对弯曲变形力和制件质量均有较大影响，同时还关系到凹模厚度的确定。凹模圆角半径过小，坯料拉入凹模的滑动阻力大，使制件表面易擦伤甚至出现压痕。凹模圆角半径过大，会影响坯料定位的准确性。凹模两边的圆角要求制造均匀一致，当两边圆角有差异时，毛坯两侧移动速度不一致，使其发生偏移。生产中常根据材料的厚度来选择凹模圆角半径：当 时， 时， 时， 由式子F=(3-6)t得，取R=6或按有关设计资料选取。4.3.2 凹模工作部分深度弯曲凹模深度要适当。过小时，坯件弯曲变形的两直边自由部分长，弯曲件成形后回弹大，而且直边不平直。若过大，则模具材料消耗多，而且要求压力机具有较大的行程。弯曲U形件时，若弯边高度不大，或要求两边平直，则凹模深度应大于零件高度，如图4-6所示。如果弯曲件边长较大，而对平直度要求不高时，可采用图4-6所示的凹模形式。图4-6U形件凹模尺寸4.3.3 弯曲凹、凸模的间隙V形件弯曲模，凸模与凹模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制。见表4-7。对于U形件弯曲模如表4-8，则必须选择适当的间隙值。凸模和凹模间的间隙值对弯曲件的回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。若间隙过大，弯曲件回弹量增大，误差增加，从而降低了制件的精度。当间隙过小时，会使零件直边料厚减薄和出现划痕，同时还降低凹模寿命。表4-7 弯曲U型件凹模的值表4-8 弯曲U型件凹模深度弯曲件边长材料厚度4.4 模具总体设计根据压弯力的大小,初步考虑使用100KN可倾式压力机,模具结构草图如图4-9所示,主要由上模板、垫板、凸模固定板、凹模板、定位板、凹模、下模座等组成。 图4-9成形模具结构图计算模具闭合高度：凹模座的外廓尺寸为：.4.4.1 模具主要零部件的设计1. 凸模部分：该工件的断面属于成形弯曲,把凸模制成整体型式,如图4-10所示图4-10凸模2凹模部分：凹模设计成组合模式，由凹模板和凹模镶块组成。这种结构的凹模也不应该制成整体而应是组合的，有利于凹模的更换，不但便于机械加工。如图4-11所示。图4-11凹模4.5 冲压设备的选择根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，弯曲件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。对于中小型的弯曲件或拉深件的生产，主要应用开式机械压力机，虽然开式冲床的刚性差，在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的质量。可是，由于它提供了极其方便的操作条件和非常容易安装机械化附属装置的特点，使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。对于大、中型弯曲件的生产，多采用闭式结构形式的机械压力机，其中有一般用途的通用压力机，也有台面较小而刚度大的挤压压力机、精度机等。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。磨擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工序。但是，摩擦压力机的行程次数少，生产率低，而且操作不太方便。 在大批量或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。通过计算知该零件所需的弯曲力模具闭合高度模具外廓尺寸 选定设备的力学性能：公称压力： 最大闭合高度： 行程： 台面尺寸： 4.6 模具类型的选择模具类型分为三种分别是：单工序模、复合模和级进模。单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模切口模等。复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两到以上不同冲裁工序的模具。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几个具有双重作用的工作零件凸凹模，如落料冲孔复合模中有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。由弯曲工艺分析可知，该工件要进行批量生产，所以模具类型为弯曲成形模。4.7 定位方式的选择定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。因为该模具采用是定位板进行定位，定位板依靠螺钉和圆柱销固定在凹模上。4.8 卸料出件方式的选择卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。 卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置弹性卸料装置和废料切刀三种。 固定卸料装置 , 固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模