模具设计手柄.docx
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模具设计手柄
模具课程设计试做
例:
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
工件简图:
如下图所示。
设计步骤:
一、冲压件工艺性分析
此工件只有落料和冲孔两个工序。
材料为Q235-A钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。
工件结构相对简单,有一个φ8mm的孔和5个φ5mm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φ5mm的孔与φ8mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚)。
工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁完全能满足要求。
二、冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案:
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,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足中批量生产要求。
方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm,模具强度较差,制造难度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会影响冲压速度,操作不方便。
方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。
三、主要设计计算
(1)排样方式的确定及其计算
设计级进模,首先要设计条料排样图。
手柄的形状具有一头大一头小的特点,直排时材料利用率低,应采用直对排,如图二所示的排样方法,设计成隔位冲压,可显著地减少废料。
隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°,再冲第二遍,在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。
搭边值取2.5mm和3.5mm,条料宽度为135mm,步距离为53mm,一个步距的材料利用率为78%(计算见表一)。
查板材标准,宜选950mm×1500mm的钢板,每张钢板可剪裁为7张条料(135mm×1500mm),每张条料可冲56个工件,故每张钢板的材料利用率为76%。
图二排样
(2)冲压力的计算
该模具采用级进模,拟选择弹性卸料、下出件。
冲压力的相关计算见表一。
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
计算压力中心时,先画出凹模型口图,如图三所示。
在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1~L6共6组基本线段,用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标(13.57,11.64)。
有关计算如表二所示。
由以上计算结果可以看出,该工件冲裁力不大,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
在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前,首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。
结合该模具的特点,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。
因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算,具体计算见表三所示。
表一:
条料及冲压力的相关计算
表二:
压力中心数据表
图三凹模型口图
(5)卸料橡胶的设计
卸料橡胶的设计计算见表四。
选用的四块橡胶板的厚度务必一致,不然会造成受力不均匀,运动产生歪斜,影响模具的正常工作。
四、模具总体设计
(1)模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采用级进冲压,所以模具类型为级进模。
(2)定位方式的选择
表四:
卸料橡胶的设计计算
(3)卸料、出件方式的选择
因为工件料厚为1.2mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹性卸料。
又因为是级进模生产,所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。
(4)导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该级进模采用中间导柱的导向方式。
五、主要零部件设计
(1)工作零件的结构设计
①落料凸模
结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计成直通式,采用线切割机床加工,2个M8螺钉固定在垫板上,与凸模固定板的配合按H6/m5。
其总长L可按公式2.9.2计算:
=20+14+1.2+28.8=64mm
具体结构可参见图四(a)所示。
②冲孔凸模
因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于需要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换。
其中冲5个φ5的圆形凸模可选用标准件BⅡ型式(尺寸为5.15×64)。
冲φ8mm孔的凸模结构如图四(b)所示。
③凹模
凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。
其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4计算:
凹模厚度H=kb=0.2×127mm=25.4mm(查表2.9.5得k=0.2)
凹模壁厚c=(1.5~2)H=38~50.8mm
取凹模厚度H=30mm,凹模壁厚c=45mm,
凹模宽度B=b+2c=(127+2×45)mm=217mm
凹模长度L取195mm(送料方向)
凹模轮廓尺寸为195mm×217mm×30mm,结构如图四(c)所示。
(2)定位零件的设计
落料凸模下部设置两个导正销,分别借用工件上φ5mm和φ8mm两个孔作导正孔。
φ8mm导正孔的导正销的结构如图五所示。
导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm,所以导正销直线部分的长度为1.8mm。
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8×16。
(3)导料板的设计
导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙取1mm,这样就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度按表七选择。
导料板采用45钢制作,热处理硬度为40~45HRC,用螺钉和销钉固定在凹模上。
导料板的进料端安装有承料板。
(4)卸料部件的设计
①卸料板的设计
卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为14mm。
卸料板采用45钢制造,淬火硬度为40~45HRC。
②卸料螺钉的选用
卸料板上设置4个卸料螺钉,公称直径为12mm,螺纹部分为M10×10mm。
卸料钉尾部应留有足够的行程空间。
卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸模端面lmm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
(5)模架及其它零部件设计
该模具采用中间导柱模架,这种模架的导柱在模具中间位置,冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。
导柱d/mm×L/mm分别为φ28×160,φ32×160;导套d/mm×L/mm×D/mm分别为φ28×115×42,φ32×115×45。
上模座厚度H上模取45mm,上模垫板厚度H垫取10mm,固定板厚度H固取20mm,下模座厚度H下模取50mm,那么,该模具的闭合高度:
H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-h2=(45+10+64+30+50-2)mm=197mm
式中L——凸模长度,L=64mm;
H——凹模厚度,H=30mm;
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度,h2=2mm。
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度(220mm),可以使用。
材料:
Crl2MoV热处理:
58~62HRC
技术要求:
尾部与凸模固定板按H6/m5配合
材料:
Crl2MoV
热处理:
58~62HRC
材料:
Crl2MoV热处理:
60~64HRC
图四工作零件
六、模具总装图
通过以上设计,可得到如图六所示的模具总装图。
模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模(7个)、凸模固定板及卸料板等组成。
卸料方式采用弹性卸料,以橡胶为弹性元件。
下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。
冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采用活动挡料销13作为粗定距,在落料凸模上安装两个导正销4,利用条料上φ5mm和φ8孔作导正销孔进行导正,以此作为条料送进的精确定距。
操作时完成第一步冲压后,把条料抬起向前移动,用落料孔套在活动挡料销13上,并向前推紧,冲压时凸模上的导正销4再作精确定距。
活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm,冲压过程中粗定位完成以后,当用导正销作精确定位时,由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。
用这种方法定距,精度可达到0.02mm。
七、冲压设备的选定
通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。
其主要技术参数如下:
公称压力:
250KN
滑块行程:
65mm
最大闭合高度:
270mm
最大装模高度:
220mm
图五导正销
图六手柄级进模装配图
工作台尺寸(前后×左右):
370mm×560mm
垫板尺寸(厚度×孔径):
50mm×200mm
模柄孔尺寸:
φ40mm×60mm
最大倾斜角度:
30°
八、模具零件加工工艺
本副冲裁模,模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板,若采用线切割加工技术,这些零件的加工就变得相对简单。
图四(a)所示落料凸模的加工工艺过程如表五所示。
凹模、固定板以及卸料板都属于板类零件,其加工工艺比较规范。
图四(c)所示凹模的加工过程参照表七,在此不再重复。
九、模具的装配
根据级进模装配要点,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。
具体装配见表六所示。
表五落料凸模加工工艺过程
表六手柄级进模的装配
表七落料凹模加工工艺过程