调节偏心轮冲孔落料模设计

调节偏心轮冲孔落料模设计一、 冲压工艺分析及模具结构类型该冲裁件的材料为Q235，料厚t=1.5mm，该冲裁件结构简单，比较适合冲裁。技术要求，该零件尺寸图上所有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差，属自由尺寸，因此，尺寸精度要求较低。因生产批量较大，适宜采用落料冲孔复合模结构设计。二、 排样设计在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原则： 提高材料利用率 (不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状)。 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 模具结构简单、寿命高。 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。根据零件实际情况，采用有废料排样法：如，沿制件的全部外形轮廓冲裁，在制件之间及制件与条料侧 边之间 ，都有工艺余料 (称搭边)存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。表 1搭边a和a1数值(低碳钢)查表1得：两工件间的搭边:a1=1mm工件边缘搭边：a=1.2mm步距为：53mm条料宽度B=（D+2a）(mm) 式中：B条料宽度的基本尺寸(mm)； D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm)； a侧面搭边，查表1 (mm)； 条料宽度B=(52+1.2*2) =54.4mm确定后排样图如图2图2三、材料利用率 在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率，可用下式计算：/0F/ 式中材料利用率； 工件的实际面积； F0所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A 送料进距 (相邻两个制件对应点的距离)； B条料宽度。 材料利用率/0F/=（2122.64-339-94）/2883.2*100% =61.8%四、冲裁力与压力中心计算 1、冲裁力 计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。普通平刃冲裁模 ，其冲裁力 P一般可按下式计算： FPKptL 式中 材料抗剪强度 L冲裁周边总长(mm)； t材料厚度(mm) 系数 Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、 凸模与 凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均)、润滑情况 、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 13。 当查不到抗剪强度 时，可用抗拉强度 b代替，而取Kp1的近似计算法计算。当上模完成 一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性 收缩而紧箍在 凸模上 。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力 ；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推件力。影响卸料力、推件力 的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验 公式计算： 卸料力F卸=K卸*F落 推件力 F推nK推 *F落式中 P冲裁力(N)； K卸料力系数，其值为0.020.06(薄料取大值， 厚料取小值)；K推料力系数，其值为0.030.07(薄料取大值， 厚料取小值)；K2 顶件力系数，其值为0.040.08(薄料取大值， 厚料取小值)；n梗塞在凹模内的制件或废料数量(nh/t); h直刃口部分的高(mm)；t材料厚度(mm)。卸料力和 顶件力还是 设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。 落料力 F落KptL=1.3*材料周边的总长*材料厚度*Q235钢的抗剪强度=1.3*（163.4+68.3）*1.5*235= 106.2KN卸料力F卸=K卸*F落=0.04* 106.2=4.25KN推件力 F推nK推 *F落=0.05* 106.2=5.31K N总冲压力= F落+F卸+F推 =106.2+4.25+5.31=115.76KN2、压力中心计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心工件图如下：由图示此可知工件压力中心坐标为X26，Y27。1、冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现： （1）由于凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 （2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 （3）冲裁时，凸模、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙越来越大。由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则： （1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 （2）考虑到冲裁中凸模、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值。 （3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高( 即制造公差过小)，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低(即制造公差过大)，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。制件精度与模具制造精度的关系见表2.2.1。若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形件，一般可按IT7IT6级制造模具。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正。 2、刃口尺寸的计算方法 由于模具加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为二种情况。 凸模与凹模分别加工计算模具刃口尺寸采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。冲裁间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来保证。要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差(凸模p、凹模d)，优点是具有互换性，但受到冲裁间隙的限制，它适用于圆形或简单形状的冲压件。从图2.3.1冲压件与凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布状态可以看出，要保证初始间隙值小于最大合理间隙2cmax，必须满足下列条件： pdcmax2cmin也就是说，新制造的模具应该是pdcmin2cmax。 否则制造的模具间隙已超过允许变动范围 2cmin2cmax，影响模具的使用寿命。若 pdcmax2cmin，可取p0.4(2cmax2cmin)，d0.6(2cmax2cmin)作为模具的凸模、凹模的制造偏差。1落料： 设工件的尺寸为D，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2cmin。凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取负偏差，其计算公式如下： 凸模偏差取：上偏差0，下偏差-0.02凹模偏差取：上偏差+0.15，下偏差+0.1 2.冲孔： 设冲孔尺寸为d0，根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙 2cmin。凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式如下： 在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距 Ld按下式确定 ：式中：d落料凹模基本尺寸(mm)； p落料凸模基本尺寸(mm)； Dmax落料件最大极限尺寸(mm)；dd冲孔凹模基本尺寸(mm)；dp冲孔凸模基本尺寸(mm)； dmin冲孔件孔的最小极限尺寸(mm)；Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm)；Lmin制件孔距最小极限尺寸(mm)；制件公差 (mm)；2cmin凸模、凹模最小初始双面间隙(mm)； p凸模下偏差，可按IT6选用(mm)； d凹模上偏差，可按IT7选用(mm)； x系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表2.3.1：当制件公差为 IT10以上，取x 当制件公差为 IT11IT13，取x0.75当制件公差为 IT14以下时，取x0.5。系数x材料厚度t()非 圆 形 圆 形 10.750.50.750.5工件公差 4 0.160.200.240.30 0.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.60 0.160.200.240.300.160.200.240.30 六、弹簧的选用弹簧属标准件，在模具中应用最多的是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。这里是采用圆柱螺旋压缩弹簧。选择原则：1.簧必须满足预压力的要求：2.装置 顶件装置一般是弹性的。其基本组成有顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器，弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是弹簧或橡胶，这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高。推件块或顶件块在冲裁过程中是在凹模中运动的零件，对它有如下要求：模具处于闭合状态时，其背后有一定空间，以备修磨和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模和凸模 的配合应保证顺利滑动，不发生互相干涉。为此，推件块和顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。推件块和顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合，也可以根据板料厚度取适当间隙。所选弹簧必须满足预压力要求：所选弹簧必须满足最大许可压缩量的要求卸料力F卸=K卸*F落=0.04* 106.2=4.25KN由于卸料力较小，因此可以选用弹力橡胶代替弹簧的使用。六、冲床的选用根据总冲压力 F总=115.76（KN）,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J23-63开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下： 公称压力： 630KN 滑块行程： 130mm 行程次数： 50 次分 最大闭合高度： 360mm 连杆调节长度： 80mm 工作台尺寸（前后左右）： 480mm 710mm七、冲压工艺规程在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。冲裁工艺方案可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。 单工序冲裁是在压机一次行程，在模具单一的工位中完成单一工序的冲压；复合冲裁是在压机一次行程中，在模具的同一工作位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压机一次行程中条料在冲模的不同工序位置上，分别完成工件所要求的工序，在完成所有要求的工序后，以后每次冲程都可以得到一个完整的冲裁件。组合的冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，获得的制件精度等级高。1. 冲裁工序的组合 冲裁组合方式的确定应根据下列因素决定。 (1）生产批量 小批量与试制采用单工序冲裁，中批和大批量生产采用复合冲裁或级进冲裁。 (2）工件尺寸公差等级 复合冲裁所得到的工件尺寸公差等级高，因为它避免了多次冲压的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平整。级进冲裁所得到的工件尺寸公差等级较复合冲裁低，在级进冲裁中采用导正销结构，可提高冲裁件精度。 (3）对工件尺寸、形状的适应性 工件的尺寸较小时，考虑到单工序上料不方便和生产率低，常采用复合冲裁或级进冲裁。对于尺寸中等的工件，由于制造多副单工序模的费用比复合模昂贵，也宜采用复合冲裁。但工件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲裁和单工序冲裁，宜采用级进冲裁。 所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小等异形工件(参见图2.6.6），但级进冲裁受压机台面尺寸与工序数的限制，冲裁工件尺寸不宜太大。(4）模具制造、安装调整和成本 对复杂形状的工件，采用复合冲裁比采用级进冲裁为宜。因模具制造、安装调整较易，成本较低。 (5）操作方便与安全 复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差。级进冲裁较安全。 综合上述分析，对于一个工件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足工件质量与生产率的要求下，模具制造成本低、寿命长、操作方便又安全的工艺方案。 2. 冲裁顺序的安排 （1）级进冲裁的顺序安排 先冲孔或切口，最后落料或切断，将工件与条料分离。首先冲出的孔可作后续工序的定位用。在定位要求较高时，则可冲出专供定位用的工艺孔(一般为两个，见图2.6.6)。 采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料步距。采用两个定侧距刃时，可以安排成一前一后，也可并例布置。 （2）多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排 先落料使毛坯与条料分离，再冲孔或冲缺口。后继各冲裁工序的定位基准要一致，以避免定位误差和尺寸链换算。 冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔，后冲小孔。根据冲裁件确定工艺规程：切料（剪床）冲裁（开试双柱可倾冲床J23-63）去毛刺(钳工)检验（游标卡尺等）八、模具总装配图（详见：图纸）九、模具零件图（详见：图纸）十、主要参考文献：李双义冷冲模具设计清华大学出版社安继儒中外常用金属材料手册陕西科学技术出版社王守新材料力学大连理工大学出版社邓明材料成形新技术及模具化学工业出版社戴达煌现代材料表面技术科学冶金工业出版社曾正明机械工程材料手册.金属材料机械工业出版社