回油管夹片的冲压工艺与模具设计论文学位论文.docx
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回油管夹片的冲压工艺与模具设计论文学位论文
1前言
现代生产朝着大批量，高效率生产的发展方向，以提高生产率和生产规模来创造更大效益，生产上采取专用设备生产的方式。
模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；具有容易实现生产的自动化的特点。
2工艺方案的制定
2.1冲裁弯曲件的工艺分析
材料08料厚0.35mm，大批量生产
材料08为极软优质的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能。
用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件。
工件结构形状：
制件需要进行落料、冲孔、弯曲三道基本工序，尺寸较小。
结论：
该制件可以进行冲裁
制件为大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证磨具的复杂程度和模具的寿命。
2.2确定工艺方案及模具的结构形式
工件的结构形状:
该工件需要进行落料，冲孔，弯曲三道基本工序，尺寸较小。
制件为大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证磨具的复杂程度和模具的寿命。
根据制件的工艺分析，其基本工序有落料、冲孔、弯曲三道基本工序，按其先后顺序组合，可得如下几种方案;
（1） 落料——冲孔——弯曲；单工序模冲压。
（2） 冲孔——落料——弯曲；连续模冲压。
（3） 落料冲孔（复合模）——弯曲（单工序）。
方案
（1）属于单工序模冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。
由于此制件生产批量大，尺寸又较小，这种方案生产效率较低，操作也不安全，劳动强度大，故不宜采用。
方案
（2）属于连续模，是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。
由于制件的结构尺寸小，厚度小，连续模结构复杂，又因落料在前弯曲在后，必然使弯曲时产生很大的加工难度，因此，不宜采用该方案。
方案（3）属于复合冲裁模加单工序加工，复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。
采用复合模冲裁，其模具结构没有连续模复杂，生产效率也很高，又降低的工人的劳动强度，而弯曲工序采用单工序简单方便，所以此方案最为合适。
在确定采用复合模后，便要考虑采用正装式还是倒装式复合模。
大多数情况优先采用倒装式复合模，这是因为倒装式复合模的虫孔废料可以通过凸凹模从压力机工作台孔中漏出。
工件由上面的凹模带上后，由推荐装置推出，再由压力机附上的接件装置接走。
条料由下模的卸料装置脱出。
这样操作方便而且安全，能保证较高的生产率。
而正装式复合模，冲孔废料由上模带上，再由推料装置推出，工件则由下模的推件装置向上推出，条料由上模卸料装置脱出，三者混杂在一起，如果万一来不及排出废料或工件而进行下一次冲压，就容易崩裂模具刃口。
故本零件采用倒装式复合模结构。
3毛坯尺寸的计算与排样
3.1毛坯的计算
相对弯曲半径为：
R1/t=3/0.35=8.75>0.5
R2/t=4/0.35=11.4>0.5
式中：
R——弯曲半径（mm）
t——材料厚度（mm）
由于相对弯曲半径大于0.5，可见制件属于圆角半径较大的弯曲件，应该先
求变形区中性层曲率半径β（mm）。
β=r0+kt（3-1）
式中：
r0——内弯曲半径
t——材料厚度
k——中性层系数
查表，K=0.5
根据公式
β1=r1+kt
=3+0.5×0.35
=3.175（mm）
β2=
r2+kt
=4-0.5X0.35
=3.825
计算展开尺寸示意图
根据零件图上得知，圆角半径较大（R>0.5t），弯曲件毛坯的长度
LO=∑L直+∑L弯（3-2）
式中：
LO——弯曲件毛坯张开长度（mm）
∑L直——弯曲件各直线部分的长度（mm）
∑L弯——弯曲件各弯曲部分中性层长度之和（mm）
∑L弯
=6+19
=25
∑L直=（18.5-5.6）×2
=25.7
所以
LO=25+25.7
=50.7
所以该零件的展开图为：
3.2排样、计算条料宽度计算及步距的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模。
所以要确定合理的搭边值.
查搭边值得a=2a1=1.5
（1）冲裁件的面积是:
A=50.7×12-2π×3.52
=531.4mm2
（2）条料的宽度为：
B=50.7+2a
=54.7mm
（3）进距为：
h=12+a1
=12.5mm
排样的确定
在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。
冲裁件的排样
排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。
冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。
根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。
考虑到该制件的生产纲领与加工条件，采用条料加工有余料的排样。
材料利用率
衡量材料经济利用的指标是材料利用率。
一个进距内的材料利用率为
η=
（3-3）
式中：
A——冲裁件面积（包括冲出小孔在内）（mm2）；
B——条料宽度（mm）；
H——进距（mm）.
η=531.4/（54.7×13.5）×100%
=72%
纵裁时的条料数为：
n1=500/54.7
=9.1 可冲34条，
每条件数为：
n2=（1000-a）/h
=（1000-2）/13.5
=74.0 可冲74件，
板料可冲总件数为：
n=n1×n2=9×74=666（件）
板料利用率为：
n12=（nF/500×1000）
=（666×531.4/500×1000）×100%
=70.1%
横裁时的条料数为：
n1=1000/B
=1000/54.7
=18.2 可冲18条，
每条件数为：
n2=（500-a）/h
=（500-2）/13.5
=36.8可冲36件，
板料可冲总件数为：
n=n1×n2=18×36=648（件）
板料的利用率为：
n12=（nF/500×1000）
=（648×531.4/500×1000）×100%
=69%
由此采取纵排法其排样图如下图
4.落料，冲孔复合膜设计
4.1定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用导正销定距。
因为板料厚度t=0.35mm,属于较小厚度的板材,且制件尺寸不大,固采用侧面两个固定挡料销定位导向,在送料方向由于受凸模和凹模的影响,为了不至于削弱模具的强度,在送给方向采用一个弹簧挡料装置的活动挡料销
4.2推件装置
在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。
刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。
但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。
由于刚性推件装置已能保证工件所有尺寸精度，又考虑到刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故这套模具采用刚性结构。
4.3卸料装置
复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此需要在下模设置卸料装置。
在下模的弹性卸料装置一般有两种形式：
一种是将弹性零件（如橡胶），装设在卸料板与凸凹模固定板之间；另一种是将弹性零件装设在下模板下。
由于该零件的条料卸料力不大，故采用前一种结构，并且使用橡胶作为弹性零件
4.4导向方式的选择
为了操作方便，方便安装调整，该复合模采用后侧导柱的导向方式。
4.5冲裁力的计算
计算冲裁力是为了选择合适的压力机，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，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：
Fp=KptLτ（3-4）
式中 τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）；
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数而设置的安全系数Kp，一般取1.3。
总冲裁力、卸料力、顶件力、和总冲压力
由于冲裁模具采用弹压卸料装置。
总的冲裁力包括：
F——总冲压力。
Fp——总冲裁力。
Fq——卸料力
Fz——顶件力
总冲裁力：
Fp=F1+F2 （3-5）
F1——落料时的冲裁力。
F2——冲孔时的冲裁力.
据常用金属冲压材料的力学性能查出08的抗剪强度为300（MPa）
落料时的周边长度为：
L1=2×（50.7+12）=125.4（mm）
根据公式
F1=KptLτ
=1.3×0.35×125.4×300
=17.117（KN）
冲孔时的周边长度为：
L2=2πd=2×3.14×7=44（mm）
F2=KptLτ
=1.3×0.35×44×300
=6.006（KN）
总冲裁力：
Fp=F1+F2=17.117+6.006=23.123（KN）
卸料力Fq的计算
Fq=KxFp（3-6）
K——卸料力系数。
查表得KＸ＝0.05
根据公式 Fq=KＸFp
＝0.05×23.123
＝1.156（KN）
顶件力Fz的计算
F=KdFp（3-7）
Kd——顶件力系数。
查表Kd取0.08
根据公式 Fz=KdFp
=0.08×23.123
=1.850（KN）
根据模具结构总的冲压力为：
F=Fp+Fq+Fz
=23.123+1.156+1.850
=26.129（KN）
根据总的冲压力，初选压力机为开式双柱可倾压力机J23—10。
其基本参数如下：
公称压力：
100KN
滑块行程：
45mm
最大闭合高度：
180mm
封闭高度调节量：
35mm
工作台尺寸：
240×370
模柄孔尺寸直径:
30mm
深度:
55mm
垫板厚度：
35mm
4.6模具压力中心的计算
模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，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。
否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。
模具的压力中心，可安以下原则来确定：
1、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
2、工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
由于该零件是一个矩形图形，属于对称中心零件，所以该零件的压力中心在图形的几何中心处
4.7冲裁模间隙的确定
设计模具时要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高.冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。
根据实用间隙表查得材料厚度为0.35mm的08刚的最小间隙为极小间隙
可以根据经验公式计算合理间隙数值，即
Z=mt（4-1）
式中，Z合理间隙mm
m与材料性能及厚度有关的参数，查表知m=0.06~0.09.取0.09
t材料厚度mm
根据公式的合理间隙值为
Z=0.09×0.35
=0.0315mm
4.8刃口尺寸的计算
冲裁模凹、凸模刃口尺寸有两种计算和标注的方法，即分开加工和配做加工两种方法。
前者用于冲件厚度较大和尺寸精度要求不高的场合，后者用于形状复杂或波板工件的模具。
对于该工件厚度只有0.35（mm）属于薄板零件采用配合加工！
此方法是先做好其中一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件的实际尺寸来配合加工另一件，使它们之间保留一定的间隙值，因此，只在基准件上标注尺寸制造公差，另一件只标注公称尺寸并注明配做所留的间隙值。
这δp与δd就不再受间隙限制。
根据经验，普通模具的制造公差一般可取δ=△/4（精密模具的制造公差可选4~6μm）。
这种方法不仅容易保证凸、凹模间隙枝很小。
而且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。
在计算复杂形状的凸凹模工作部分的尺寸时，可以发现凸模和凹模磨损后，在一个凸模或凹模上会同时存在三种不同磨损性质的尺寸，这时需要区别对待。
第一类：
凸模或凹模磨损会增大的尺寸；
A=（Amax-x△）+＆0（4-2）
第二类：
凸模或凹模磨损或会减小的尺寸；
B=（Bmin+x△）+＆0（4-3）
第三类：
凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸；
C=（Cmin+0.5△）
＆（4-4）
其中:
Amax——工件的最大极限尺寸；
Bmin——工件的最小极限尺寸；
C——工件的基本尺寸；
△——工件公差；
x——系数，为了避免冲裁件尺寸偏向极限尺寸（落料时偏向最小尺寸，冲孔时偏向最大尺寸），x值在0.5~1之间，与工件精度有关可查表或按下面关系选取。
工件精度IT10以上 x=1
工件精度IT11~IT13 x=0.75
工件精度IT14 x=0.5
δA、0.5δA、δA——凹模制造偏差，通常取δA=△/4。
落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配置。
冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。
既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。
保证合理间隙值。
零件图标注尺寸
零件极限偏差
凹模尺寸分类
零件公差
刃口尺寸
落料凹模
50.7
50.7-0.740
A
0.74
50.330+0.185
落料凹模
12
120-0.43
A
0.43
11.7800.11
冲孔凸模
7
70.360
B
0.20
70-0.09
4.9冲裁刃口高度
下表刃口高度
料厚
≤0.5
＞0.5～1
＞1～2
＞2～4
＞4
刃口高度h
≤6
＞6～8
＞8～10
＞10～12
≥14
查表，刃口高度为h≤6（mm）
4.10工作零件结构设计与其他模具结构零件
4.10.1落料凹模
（1）凹模尺寸
凹模厚度 H=Kb（4-5）
=0.3×100=15.2mm（≥15mm）
取H=16
其中K查表K=0.3。
凹模边缘壁厚 C≥（1.5-2）H（4-6）
C=2×16=32
凹模边长 L=b+2C=50.7+2×32=114.7mm
查表知L取125mm
凹模宽B=12+2c=76
查表知B取80mm
因此确定凹模外形尺寸为125×80×16mm
（2）刃壁形式
因为此复合模结构简单，同时材料较薄，结合冲模凹模的刃壁形式表选择直口形式凹模。
（3）凹模的固定形式
利用销钉和螺钉固定在下模座上。
所以凹模零件图为：
4.10.2冲孔凸模的设计
（1）凸模的固定形式
采取压入法固定凸模
（2）凸模的高度
冲孔凸模尺寸：
L凸=h1+h2-t
式中：
h1——凸模固定板厚度，
h2——凹模厚度。
t——材料厚度
其中
凸模固定板的厚度
h1=（0.6~0.8）H（4-7）
=0.8×16
=12.8
取h1=14
L凸=h1+h2-t
=14+16-0.35
=29.65
根据凸模的固定形式及与其它零件的配合情况，取凸模的高度：
h=29.65（mm）
凸模零件图为：
4.10.3弹性橡胶的设计
橡胶的工作高度为
S工=t+1+S修（4-8）
=0.35+1+4
=5.34
橡胶的自由高度
H自=4S工（4-9）
=4×5.35
=20.4
橡胶的装配高度
H装=0.85×H自（4-10）
=17.3
橡胶的断面面积
A=F/p（4-11）
=1156/0.5
=2312（mm2）
选取4个卸料橡胶
每个橡胶的半径r为
r=
=13.5（4-12）
H/D=20.4/27
=0.75
0.5橡胶的高径比在0.5至1.5之间，所以所选用的橡胶垫规格合理。
橡胶的装模高度为17.3mm。
4.10.4凸模固定板的设计
凸模固定板的作用是将凸模或凸凹模固定在上模座或下模座的正确位置上。
它的外形尺寸通常与凹模一致，此处取H=16mm。
固定板与凸模或凸凹模之间一般为H7/n6或H7/m6配合，此处取H7/m6，且压装后应将凸模固定板与凸模端面一起磨平。
凸模固定板的材料选用Q235。
4.10.5卸料板的设计
卸料板的作用是当冲模完成一次冲压后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作能继续进行。
由于此零件的厚度较小，采用弹压卸料版其外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸，可选取卸料板尺寸为L×B×H=125×80×12。
4.10.6凸凹模尺寸
凸凹模的内、外缘均为刃口，内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸，为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。
查表知凸凹模的最小壁厚为a=1.4mm
由零件图知该凸凹模的壁厚远大于最小壁厚，满足条件。
凸凹模长度：
L=h1+h2+h=16+12+19=47mm
其中h1：
凸凹模固定板厚度；h2：
卸料板厚度h：
增加高度（包括凸凹模进入凹模的深度，弹性元件安装高度）。
4.10.7模架的设计
模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和生产要求确定是否带导柱的模座。
本模具的模架根据凹模的外形尺寸和模具的送料取件等综合因素选取标准模架，结构形式为后侧导柱模架查表的
选取的模架为：
其标注为：
125×80×130~~150IGB/25/3-1990
其具体尺寸为
上模座L×B×H：
125×80×25
下模座L×B×H：
125×80×30
导柱：
20×10
导套：
20×65×23
4.10.9导柱导套的确定
导柱、导套的作用是对上、下模进行导向，以保证上模相对于下模的正确运动，从而提高模具的精度及延长模具的寿命。
可以根据标准件表，选用标准的导柱、导套。
按标准选用时，长度应保证上模座在最低位置时，导柱上端面与上模座顶面距离应小于10～15mm，而下模座底面与导柱面的距离s应小于5mm，导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合H7/r6，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合H7/r6，导柱的上部与导套的内径采用间隙配合H7/h6，导套的长度保证在冲压开始时导柱一定要进入导套10mm以上。
4.10.9模具的闭合高度：
该模具的闭合高度为
H闭=H上模座+H垫+L凸+L凸凹+H下模座-h2
=（25+8+28.65+47+30-1）mm
=137.65（mm）
式中：
H垫——垫板厚度H垫=12
L凸——凸模长度，L凸=28.65
L凸凹——凸凹模长度，L凸凹=47
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=1
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23—10的最大装模高度（145）可以使用。
4.10.10模柄
带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。
本模具采用带台阶的压入式模柄。
在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。
其尺寸为：
模柄孔尺寸直径:
30mm
深度:
55mm
4.10.11卸料螺钉的尺寸计算
卸料螺钉的公称尺寸用d×L表示
按本模具选取的安装方式，
L=凸凹模长度-卸料板厚度+下模座厚度-钻锪孔深度
=47-12+30-8
=57
查卸料螺钉尺寸表选取d=10mm，L=65mm
4.10.12螺钉与销钉的选用
销钉与螺钉是标准件，设计时按照国家标准选用即可。
螺钉用于固定模具零件；而销钉用于定位。
模具中广泛应用的是内六角螺钉和圆柱销钉，其中M6~M12的螺钉和
6~
10mm的销钉最为常用。
在模具设计中，选用螺钉和销钉应注意以下几点：
（1）螺钉要均匀布置，螺钉的大小要根据凸模厚度适用。
查表得螺钉规格为M6
（2）螺钉之间螺钉与模具刃口之间距离不应太小，以免降低模具强度。
（3）连接件的销孔应配合加工，保证精度，销钉孔与销钉采用H7/m6或H7/n6的过度配合。
4.10.13模具材料的选用
凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。
所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。
硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。
推荐材料有：
a.凸模，凹模，凸凹模均采用T8A；
b.导柱，导套采用20钢；模柄采用Q275
c.挡料销采用45钢，定位销采用T7，固定板，凸模固定板采用Q275；
d.卸料板，顶件板采用Q275；
e．上、下模座采用HT200；
5弯圆模设计
5.1最小弯曲半径的确定
查表知厚度为0.35mm工件，最小弯曲半径rmin
rmin=0.4t
=0.4×0.35
=0.14mm
其中：
t为工件厚度
5.2弯曲回弹的计算
在凸模压力作用下产生的弯曲变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。
弯曲过程结束后，塑性变形保存下来，而弹性变形则发生回复，导致弯曲变形区外区因弹性回复而缩短，內区因弹性回复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象，这种现象叫做弯曲回弹。
弯曲回弹是弯曲过程中一个很重要的问题。
影响的工件的成型。
必须考虑计算。
由于
r/t=3.65/0.35
=10.4>10
所以其回弹量的计算公式为
弯曲半径
R1=
（5-1）
=
=3.54mm
其中，rT为凸模工作部分的圆角半径；
r为弯曲件的圆角半径；r=4-0.35=3.65mm
为弯曲件材料的屈服点；；查表知
=200Mpa
E为弯曲件材料的弹性模量；查表知E=200Gpa
t为弯曲件材料的厚度。
t=0.35
弯曲角回弹角的计算
（5-2）
=286°×3.65/3.54
=295°
其中，
为凸模圆角部分中心角；
为弯曲件的圆角部分的中心角；由计算的
=286°
另一个圆角处由于
r/t=3/0.35
=8.5<10
所以只计算弯曲回弹角度
查表知△
90=6°
计
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