柴油机飞轮锁片制造工艺及其工装设计.docx

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柴油机飞轮锁片制造工艺及其工装设计

一．冲压件工艺性分析

１）．冲压工序：

冲孔,切口，弯曲,落料；

２）．材料：

为A3钢，厚度1.2mm。

３）．工件结构形状：

该冲件结构简单，先落料冲孔后弯曲，精度按图纸要求。

４）．工件结构：

比较简单，有一个φ37mm冲孔和一个φ62mm的落料及120-0.27mm的弯曲。

５）．精度：

工件尺寸只有一处有公差要求其他没有特别公差要求，可看作自由公差，为IT14级尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

图1.2

二.冲压工艺方案的确定

1、冲裁件为A3号钢。

2、该工作外形简单，规则，适合冲压加工。

3、所有未标注公差尺寸，都按IT14级制造。

4、结论：

工艺性较好，可以冲裁。

方案选择：

方案一：

采用单工序模。

方案二：

采用级进模。

方案三：

采用复合模。

单工序模的分析

单工序模又称简单模，是压力机在一次行程内只完成一个工序的冲裁模。

工件属大批量生产，为提高生产效率，不宜采用单工序模，而且单工序模定位精度不是很高，所以采用级进模或复合模。

级进模的分析

级进模是在压力机一次行程中，在一副模具上依次在几个不同的位置同时完成多道工序的冲模。

因为冲裁是依次在几个不同的位置逐步冲出的，因此要控制冲裁件的孔与外形的相对位置精度就必须严格控制送料步距，为此，级进模有两种基本结构类型：

用导正销定距的级进模和用侧刃定距的级进模。

另外级进模有多个工序所以比复合模效率低。

复合模的分析

复合模是在压力机一次工作行程中，在模具同一位置同时完成多道工序的冲模。

它不存在冲压时的定位误差。

特点：

结构紧凑，生产率高，精度高，孔与外形的位置精度容易保证，用于生产批量大。

复合模还分为倒装和正装两种，各有优缺点。

倒装复合模但采用直刃壁凹模洞口凸凹模内有积存废料账力较大，正装复合模的优点是：

就软就薄的冲裁件，冲出的工件比较平整，平直度高，凸凹模内不积存废料减小孔内废料的胀力，有利于凸凹模减小最小壁厚。

经比较分析，该制件的模具制造选用导料销加固定挡料销定位的弹性卸料及上出件的正装复合模。

三、模具设计计算

1，排样、计算条料宽度及确定步距

1）.排样方式选择:

有废料排样:

沿工件全部外形冲裁，工件周边都留有搭边，这种排样能保证冲裁件的质量，冲模寿命也长，但材料利用率低。

少废料排样:

沿工件部分外形冲裁，只局部有搭边与余料。

无废料排样:

无任何搭边。

采用少、无废料排样，对节省材料具有重要意义，且有利于一次冲裁多个工件，故可以提高生产率。

同时因其冲切周边减少，又可简化冲模结构和降低冲裁力。

但采用少、无废料排样由于条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差，使工件的质量和精度较低。

另外，由于采用单边剪切，也影响断面质量及模具寿命。

且本设计是级进模结构，少无废料排样会增大模具的复杂度，加大模具的制造成本，而选用合理的搭边有利于保证冲出合格的工件、提高冲裁精度和保护冲模。

因此，选用有废料搭边排样。

零件外形尺寸近似矩形，轮廓尺寸为220.8×60,考虑操作方便并为了保证零件精度,采用直排有废料排样。

查《冷冲压工艺及模具设计》表3-13中查得工件间α=6.4，搭边值α1=7.2。

条料宽度为233.6mm。

排样图如图

2）排样图设计及冲压力和压力中心的计算

由3-6，3-8表可查得：

a1=0.8，a=1.0，△=0.6查书39

1.料宽计算：

B=（D+2a）=62+2×1.0=64mm

2.步距：

A=D=a1=62+0.8=62.8mm

2，材料的利用率的计算：

查《冷冲压工艺及模具设计》附表3选用板料规格为950×1500×8，采用竖截，剪切条料尺寸为233.6×1500，一块板料可裁的条料为4条，每块条料可冲零件的个数22个，则一块板料的材料利用率η为

η=nA0/A×100%

式中η——材料的利用率；

n——一块板料所冲制件的总个数；

A0——一块制件的有效面积；

A----一块板料的面积。

3.材料利用率计算：

η=nA0/A×100%

=πR2-（πR2+12×4.2）/62.8×64=3.14×312-（3.14×18.52+50.4）/62.8×64×100%=47.08%

3，冲裁总压力的确定：

L=2×3.14×31+2×3.14×18.5+12+2×4.2=331.26（周边总长）

计算冲裁力：

F=KLtτ查设计指导书得τ=350Mpa

F=1.3×331.6×1.2×350≈180KN

落料力：

F落=1.3ltτ=1.3×（2×3.14×31）×1.2×350=106295.28N

卸料力：

F卸=kF落=0.02×106295.28=2125.9N

冲孔力：

F冲=1.3×3.14dtτ+1.3×（12+2×4.2）×1.2×350=74572.68N

顶件力：

F顶=-k2F落=0.06×106295.28=6377.7N

冲裁总压力：

F∑=F落+F卸+F冲+F顶

=106295.28+2125.9+74572.68+6377.7=189.4KN

F压=（1.1~1.3）F∑=246KN

说明：

K为安全系数，一般取1.3；k为卸料力系数，其值为0.02~0.06，在上式中取值为0.02；k2为顶件力系数，其值为0.03~0.07，式中取值为0.06

6,压力中心的计算

X0=0

Y0=（p0y+p1y0+p1y1）/（p0＋p1＋p2）=34.4×（-20.1）÷（34.4+116+195）=-2

四．冲模刃口尺寸及公差的计算

工作零件包括凸模和凹模两个。

本设计采用配合的加工方法，此方法是先做好其中的一件作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。

这种方法不仅容易保证各模之间间隙很小，而且还可放大基准件的制造公差，使制造容易，故目前一般工厂都采用这种方法。

本设计工件形状简单，各模的磨损情况也不同，所以既基准件的刃口尺寸按不同的方法计算。

尺寸计算原则：

①由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸。

②测量和使用中，落料件事以大端尺寸为基准。

③凹模越磨越大，凸模越磨越小，结果使间隙越来越大。

模具刃口尺寸精度是影响冲裁尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及公差来保证。

为了保证各模间一定的间隙值，必须采用配合加工。

由于凸模比较难以加工，应以凹模为基准件，只在凹模上标注尺寸和制造差，相应凸模只标注基本尺寸并注明配做所留间隙。

凹模磨损情况可分为三种：

A类凹模磨损后尺寸增大；

B类是凹模磨损尺寸变小；

C类是磨损没有增减的。

对外轮廓的落料，由于形状较简单，仍采用凸、凹模配合加工的方法。

落料时，落料件的外形尺寸与凹模刃口尺寸相同，而落料件的尺寸测量及使用性能主要由外形尺寸决定，故落料模配合加工应以落料凹模为基准，间隙放在凹模上。

本制件形状简单，可按分别加工法计算刃口尺寸，各尺寸如下

①凸凹模分别加工尺寸刃口计算

δ凸=0.02δ凹=0.03（由表3-34）

Zmax=0.18Zmin=0.126（由表3-33）

满足Zmax+Zmin≥δ凸+δ凹

条件

Δ均按IT14级选取，故χ=0.5

②凹模设计

凹模选用材料T8A，热处理：

HRC40-60;凹模几何中心与压力中心合

1.凹模厚度H

H=kb≥15mm

H=kb=0.3×62=18.6mm

C=（1.5-2）H≥（30-40）mm

落料：

D凹=（Dmax-χΔ）0δ凸=（62-0.5×0.74）0+0.02=61.630+0.02㎜

D凸=（D凹-Zmin）0δ凹=（61.63-0.126）00.03=61.50400.03

冲孔：

δ凸=0.02δ凹=0.03查表3-34

满足Zmax+Zmin≥δ凸+δ凹

条件

d凸=（dmin+χΔ）0-δ凸=（37+0.5×0.62）0-0.02=37.310-0.02

d凹=（d凸＋Zmin）0+δ凹=（37.31+0.126）0+0.03=37.440+0.03

A1凸=（Amin+χΔ）0-δ凸=41.2+0.5×0.62）0-0.02=41.510-0.02

A1凹=（A凹+Zmin）0+δ凹=（41.51+0.126）0+0.03=41.6360+0.03

A2凸=（Amin+χΔ）0-δ凸=（12+0.5×0.43）0-0.02=11.7850-0.02

A2凹=（A2凸+Zmin）0+δ凹=（11.785+0.126）0+0.03=11.9110+0.03

五.主要零件的结构设计

1）凹模外形设计:

本设计凹模采用整体式设计,其中工作部分用线切割加工,螺钉及销钉孔用攻丝和钻孔加工。

2）凹模设计

凹模采用整体凹模材料采用T8A，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《冷冲压模具设计指导》式（2-19），其中了φ=62（按最大凹模外形尺寸），K按《冷冲压模具设计指导》表2-24查得，K=0.0.3，故

H=Kb=0.3×62mm=18.6mm

但该该模具属大批量生产的级进模具，且凹模尾部刃口较小，易磨损，所以凹模厚度应该适当增加，故取H=19mm.

按《冷冲压模具设计指导》式（2-20），

因为该模具冲裁力较小，

故凹模厚：

C=（1.5～2）H≈30mm

垂直送料方向凹模宽度B

B=S+（2.5～4）H=62+3.2×18.6=121.52

送料方向凹模长度L

L=b＋2C=62+2×30=122

凹模外形尺寸：

122×121.52×18.6

取标准凹模尺寸：

125×125×25

式中b为送料方向凹模刃口间最大尺寸；

S为垂直送料方向凹模刃口间最大尺寸；

C为送料方向凹模刃口至凹模边缘最小尺寸；

K为系数；

具体结构如零件图所示

3）凸模设计

结合工件外形并考虑加工，将冲孔凸模和落料凸模设计成直通式。

除凸模φ8采用车削加工，做成凸台式外，其余凸模由于外型复杂，采用线切割机床加工，其工作部分与固定部分一致。

与固定板采用H7/m6过渡配合。

其总长L可按《冷冲压工艺与模具设计》式（3.41）计算：

L=H1+H2+t+H=（14+10+1+25.5）mm=50.5mm

H1—凸模固定板厚度；

H2—卸料板厚度；

H—附加长度：

凸模进入凹模深度取2mm、总修模量取5mm、橡胶的安装高度25.5mm。

具体结构见可参考零件图。

4）定距侧刃和导正销设计

该模具是采用双侧刃定距的冲孔落料级进模。

双侧刃可以代替始用挡料销、固定挡料销和导正销来控制条料的送进距离。

采用双侧刃前后对角排列，在两边条料冲压时都能起到定距作用，从而减少了条料损耗。

此外，由于该模具冲裁的板料较薄（1mm），又是侧刃定距，所以需要采用弹性卸料代替刚性卸料。

因为该模具是冲裁板料厚度大于0.3mm的冲压件和步距与落料凸模较大，所以在落料凸模上安装导正销定位。

因此，该模具工位较多，步距大板料宽，在投入实际生产中，采用了既有侧刃又有导正销定位的级进模。

侧刃和导正销具体结构见可参考零件图。

六，模架设计

1）凸模固定板的厚度

凸模固定板将间接固定在模座上，其平面轮廓尺寸应保证凸模安装孔外，该模座根据螺钉与销钉孔的设置，选其型式为矩形。

固定板必须有足够的厚度，厚度一般取凹模厚度的0.6-0.8倍，在此取0.7倍：

H1=0.7H=0.7×19mm=13.3mm,取整数为14mm

故凹模固定板外形尺寸为125×125×14

2）垫板设计

选用T8A钢，垫板的采用与厚度：

是否采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算，

按式（2-23），其承压应力为：

F=KLtτ查设计指导书得τ=350Mpa

F=1.3×331.6×1.2×350≈180KN

即冲φ37孔的凸模承压面，A=3.14×18.52+（41.2-37）×12=1125

δ=F/A=160MPa

查表2-39得铸铁模板的

为90~140MPa。

故

>

因此须采用经淬硬磨平的垫板，垫板厚度一般取4—12mm，因板料较薄,在此取6mm。

故凹模垫板外形尺寸为125×125×6

3）卸料方式的选择

因为工件料厚1mm，相对较簿，卸料力也比较小，故可用用弹性卸料。

卸料部件的设计：

①卸料板的设计

卸料板的周边尺寸与凹模的周边尺寸相同，厚度一般为6-20mm,根据卸料力该模具卸料板厚度取12mm,与凸模的间隙为0.1，采用45钢制造，淬火硬度为40-45HRC。

故凹模垫板外形尺寸为125×125×12

导料板导料的冲模中，导料板的厚度按《冷冲压模具设计指导》表2-28选择H=6mm，根据《冷冲压工艺与模具设计》式（3.51）

卸料板凸台部分的高度为：

h=H-xt=6-0.3×1=5.7mm

②卸料螺钉的选用

卸料板上设置4个公称直径为M12mm卸料螺钉。

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1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

4）卸料橡胶的设计

卸料橡胶的设计见表1.6。

选用的长方型橡胶的规格务必一致，运动就不会造成受力不均匀产生歪斜，影响模具的正常工作。

根据橡胶垫的选用原则和查表得出下表结果：

表1.6卸料橡胶的设计计算

项目

公式

结果

备注

卸料板的工作行程h工

h工=h1+t+h2

4mm

h1为凸模凸出卸料板的高度1mm，

h2为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm

橡胶工作行程H工

H工=h工+h修

9mm

h修为凸模修磨量，取5mm

橡胶自由高度H自由

H自由=HI/0.3

30mm

取H自由为HI的0.25-0.3

橡胶的预压缩量H预

H预=15%H自由

4.5

一般H预=（10%～15%）H自由

每块橡胶承受的载荷F1

F1=F卸/4=27741.74/4

6935.44N

选用4个长方型橡胶

每块橡胶的长a

a=F/bp

76.1mm

b为长方型橡胶宽，取b=60mm

P=1.52MPa,查表8-47，D取45

校核橡胶自由高度H自由

0.5≤H自由/D=0.67≤1.5

满足要求

橡胶的安装高度H安

H安=H自由-H预

25.5mm

5）上下模架的设计

选取标准模架上模架：

125×125×35（GB/T2855.9）

下模架：

125×125×45（GB/T2855.10）

上下模座闭合高度：

Hmin=160mmHmax=190mm

压力机最大闭合高度选280mm满足要求。

标准导柱1:

φ22×150标准导柱2：

φ25×150

标准导套1:

φ22×85×φ33标准导套2:

φ25×85×φ38

6）螺钉和销钉的选取

①上模座固定螺钉取4×M10×45

横向孔距：

S1=95mm

纵向孔距：

S2=95mm

下模座固定螺钉取4×M10×75

导料螺钉取2×M6×20

②销钉的选取

上模座销钉取：

4×M8×40

下模座销钉取：

4×M8×60

七，模具零件加工工艺的选用

1）.选择模具零件的表面粗糙度和配合要求

（1）模具零件的表面粗糙度选择

模具零件由于工作条件的不同，需要有不同的表面粗糙度。

查《模具设计指导》表3-4得到推荐的表面粗糙度值如下表：

表面粗糙度Ra/μm

使用范围

0.1

⒈精冲模刃口部分

⒉冷挤压模凹凸模关键部分

⒊滑动导柱工作表面

0.2

⒈要求高的凹、凸模成型面

⒉导套工作表面

0.4

⒈冲裁模刃口部分

⒉拉深、成形、压弯的凸、凹模的工作表面

⒊滑动和精确导向面

0.8

⒈凸、凹模工作表面，镶块的接合面

⒉模板、垫板、固定板的上、下表面

⒊静配合和过渡配合的表面

⒋要求准确的工艺基准面

1.6

⒈模板平面

⒉挡料销、推杆、顶板等零件主要工作表面

⒊凸、凹模的次要表面

⒋非热处理零件配合用内表面

3.2

⒈不磨加工的支承面、定位面和紧固面

⒉卸料螺钉支承面

6.3

不与制件或其他冲模零件接触的表面

12.5

不需要机械加工的表面

不需要机械加工的表面

2）模具零件的加工精度和配合要求选择

模具零件的相互联结关系到模具的制造精度，并直接影响到冲件的质量和尺

寸精度，查《模具设计指导》表3-3得到其推荐选择要求如下表：

配合零件名称

精度及配合要求

导柱与下模座

H7/s6或H7/h6

导板与上模座

H7/h6

导柱与导套

H6/h5或H7/h6、H7/f7

模柄（带凸缘）与上模座

H9/h8、H9/h9

凸模与凸模固定板

H7/m6或H7/k6

凸（凹）模与上、下模座（镶入式）

H7/h6

圆柱销与凸模固定板、上下模座等

H7/n6

螺钉与螺钉孔

0.5或1mm（单边）

卸料板与凸模或凸凹模

0.1~0.5mm（单边）

八.模具总体设计

（1）定位方式的选择

因为该模具大批量的级进模具生产，控制条料的送进方向采用承料板和导料板，无侧压装置。

控制条料的送进步距采用双边挡块初定位，然后双侧刃级进送料定位。

查《冲压模具设计手册》表5-43，因S=46.7,B=12,B1=6。

（2）导向方式的选择

为了提高工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。

（3）定位零件的设计

落料凸模下部设置圆锥导正销导正，其借用工件上R10内孔作导正孔。

导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，导正销用圆柱头螺钉与落料凸模固定，同心度为0.02。

（4）导料板的设计

导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，内侧两头倒R5的圆角，以利于条料的进入和废料的推出。

导料板与条料的间隙取0.6，这样就可以确定导料板的宽度，导料板的厚度按《冷冲压模具设计指导》表2-28选择H=6mm。

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板上。

导料板的进料端安装有承料板，承料板用沉头螺钉和内六角头螺钉固定在导料板上。

（5）模柄的确定

根据压力机J23-35可选用压入式模柄

直径=50mm深度=70mm

（6）固定方式的确定

模柄采用凸缘模柄，镶嵌在上模座上，并用四颗内六角头螺钉固定。

而上模座则与垫板和凸模固定板用螺钉和销钉紧固。

（7）凸模的固定

凸模镶嵌在凸模固定板上，而凸模固定板用螺钉与销钉紧固在上模座上

（8）凹模的固定

凹模与固定板做成一整块，用销钉和螺钉紧固在下模座上。

（9）冲裁模具材料的选取：

可查《冷冲压模具设计指导》表8-8和8-9：

凸模的材料为CrWMnA，热处理硬度为58-60HRC。

凹模的材料为CrWMn，热处理硬度为60-64HRC，凸模固定板的材料的45号钢，热处理硬度为54-58HRC。

九.冲压设备的选定

根据制件的冲裁的公称压力，选用开式双柱可倾式压力机，公称压力为350kN形号为J23-35满足：

F压≥F∑

滑块行程

80mm

行程次数

50

最大闭合高度

280mm

封闭高度调节量

60mm

滑块中心到床声距离

205mm

立柱距离

工作台尺寸直径

工作台尺寸前后

工作台尺寸左右

300mm

260mm

380mm

610mm

工作台孔尺寸

工作台孔前后

工作台孔左右

260mm

300mm

290mm

垫板尺寸

直径

60mm

150mm

模柄尺寸直径

深度

50mm

70mm

滑块地面尺寸前后

左右

190mm

210mm

床身最大倾斜角度

200

十.模具总装配图

通过以上设计，可得到如图所示的模具总装图。

模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（6个）、凸模固定板、卸料板及卸料橡胶等组成。

下部分主要有下模座、导料板、凹模等组成。

卸料方式采用弹性卸料装置，以橡胶为弹性元件。

。

冲孔废料由漏料孔漏出。

参考文献

①《模具设计简明手册》冯丙尧、韩泰荣、蒋文森主编,上海：

上海科技出版社1998.7

②《冲压工艺与模具设计》翁其金主编，北京：

机械工业出版社，2003

③《机械制图》李澄、吴天生、闻百强主编,北京能：

高等教育出版社2003.1

④《冲压模具设计实用手册》郑家贤编著,机械工业出版社2007.7