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开关过电片冲压模具设计(一)(3)

2016-01-14 01:03  
 
 未注公差按IT12级处理有，孔心距。
 腰形孔和圆孔同样，比较容易加工，按上述冲圆孔凸、凹模刃口计算方法，适当提高模具制造精度，以满足分开加工的条件，取，。
 ①    确定凸模刃口尺寸，查文献[6]表2-11得：x=1，根据（4-3）式有：
 
 冲腰形孔凸模尺寸标注如图4-6所示。
 
 由式（4-4）得，凹模刃口尺寸为：
 
 ② 孔心距  
               （4-5）
 式中 、—凸、凹模孔心距的标称尺寸（mm）；
      —工件孔心距的标称尺寸（mm）；
      —工件孔心距的公差（mm）
 则：
 （4）切断凸模刃口尺寸计算
 零件切断搭边废料形状尺寸如图4-7所示，
 
 其中未标注公差的尺寸，按IT12级取公差。按上述切边凸、凹模刃口尺寸计算方法，凸、凹模采用配合加工，先加工凸模，然后配做凹模。
 同样，凸模磨损后尺寸变小的记为
 A类，有A1=, A2=, A3=, A4=；
 尺寸变大的记为B类，有B1=。
 ① 对于A类尺寸：
 查文献[6]表2-11得：x1=0.75, x2=1, x3=1, x4=1，由式（4-1）得：
 
 
 
 
 ② 对于B类尺寸：
 查文献[6]表2-11得：x=1
 由式（4-2）得：
     该零件搭边废料切断凹模刃口各部分尺寸按上述切断凸模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值Zmin～Zmax=0.025～0.045mm，切断凸模尺寸标注如图4-8所示。
 
 （5）压弯凸、凹模刃口尺寸计算
 压弯型槽相对位置关系，如图4-9所示， （科教范文网 fw.nseac.com编辑发布）
 
 相对宽度尺寸标注在内侧，故应以凸台（相当于凸模）为基准，先计算凸台尺寸。考虑到模具磨损和弯曲件的回弹，凸台尺寸按（4-6）计算：
            （4-6）
 式中，—弯曲件基本尺寸(mm)；
       —弯曲件制造公差(mm)；
       —凸台制造公差，按IT8级选取
                
 则：
 两个压弯凸模刃边相对位置尺寸（相当于凹模）按凸台尺寸控制，保证单边间隙C, 即：
                        （4-7）
 故：
4.2 凸、凹模的设计
4.2.1 凸模的结构和固定形式
 由于冲件的形状和尺寸的不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦有所不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式也就有很多种形式。一般冲裁凸模的形状是由产品的形状决定的，它可以采用直身结构也可采用加强型结构。主要的固定方式有：台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定以及粘结剂浇注法固定等[9]。
 本设计中采用用圆形和方形两种形式的凸模，材料选用T10A钢，淬火硬度HRC56-60 必要时表面可进行渗氮处理。圆凸模可采用高精度外圆磨床加工，异形凸模可以采用慢走丝线切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一种方法，可以获得高尺寸精度、高表面加工质量[7]。
 凸模固定方式如图4-10所示：
 
 凸模以过渡配合（K6）固紧在凸模固定板上，顶端形成台肩，以便固定，并保证在工作时不被拉出，安全可靠。 （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
4.2.2 凸模长度的确定
 凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定。一般不宜过长，否则往往因纵向弯曲而使凸模工作时失稳。致使模具间隙出现不均匀，从而使冲件的质量及精度有所下降，严重时甚至会使凸模折断。
 根据模具设计结构形式，凸模的长度为
                      （4-8）
 式中，—凸模的长度（mm）；
       —凸模固定板的厚度（mm），它取决于冲件的厚度t，一般在冲制t<1.5mm的板料时，取15～20mm；当t=1.5～2.5mm时，取20～25mm；这里取；
       —卸料板的厚度（mm），取；
       —导料板的厚度（mm），取；
       —附加长度（mm）。主要考虑凸模进入凹模的深度（对于冲裁凸模取1mm，对于压弯凸模根据零件弯曲高度取5.2mm）以及模具闭合状态下卸料板的到凸模固定板间的安全距离（取20mm）
 将各数据代入式（4-8）中得：
     冲裁凸模长度
     压弯凸模长度
4.2.3 凸模的强度计算
 冲裁时凸模因承受了全部的压力，所以它承受了相当大的压应力。而
 在卸料时，又承受有拉应力。因此，在一次冲裁的过程中，其应力为拉伸和压缩交变反复作用。在一般情况下，凸模的强度是足够的，因此没有必要作强度的校核[9]。但针对本过电片零件特点，其中有的凸模断面尺寸很小，因此必须对相应凸模的强度—包括凸模的最小断面（危险断面）的承压能力和抗弯能力进行校核。
 （1）凸模承受能力的校核
 对凸模最小断面上的承受能力进行计算时，必须使冲裁力小于或等于危险断面所允许的最大压应力。由[9]表2-9查得，对于材料为黄铜的冲件，最小的允许凸模相对直径（）为0.61～0.85，而该模具中凸模刃口最小壁厚1.2mm，,故凸模承受能力满足要求。
 （2）失稳弯曲应力的校核
 凸模在中心轴向压力的作用下，保持稳定（不产生弯曲）的最大长度与导向方式有关，由卸料板导向凸模最大允许长度按式（4-9）计算：
                   （4-9）
 式中，—凸模最大允许长度（mm）；
       —凸模材料弹性模量，对于钢材可取；
   —凸模或冲孔直径（mm）；
   —冲件材料厚度（mm）；
   —冲件材料抗剪强度（），这里对于H68普通黄铜
 现今对最小凸模直径进行校核计算，将各数据代入式（4-9）中得：
 
 所以大于凸模长度，故满足要求。显然，其它凸模也满足弯曲校核要求。
4.2.4 凹模结构形式设计

 凹模在设计中采用整体加工而成，为了便于设计、制造、维修，压弯凹模两件采用镶拼结构，嵌入冲裁凹模孔内，并用螺丝固定，凸、凹之间的间隙为一个料厚。压弯凸模头部设计为圆弧角（R=1），以避免压弯时擦伤产品。在直角弯曲的压弯凹模靠近折弯线处，设计一条校正筋，如图4-11所示，
 
 使压弯时在产品根部产生塑性变形，减小回弹，保证弯曲角。凹模材料与凸模相同，选用T10A钢，淬火硬度HRC58-62。
 如图4-12所示，
 
 为冲裁凹模刃壁形式，适用于薄料冲裁模[10]。一般可以使用电火花穿孔加工凹模[7]。
4.2.5 凹模结构尺寸的确定
 凹模设计应考虑的事项是关于凹模强度、制造方法及其加工精度等。特别是凹模孔的尺寸，在实用上是和制件尺寸一起来考虑的。它关系到制件质量的好坏，因此对其加工表面质量亦必须予以充分的考虑。 （科教范文网http://fw.NSEAC.com编辑发布）
 凹模的厚度和外形尺寸，对于其承受的冲裁力，必须具有不引起破损和变形的足够强度。冲裁时，凹模承受冲裁力和水平方向的作用，由于凹模的结构形式不一，受力状态又比较复杂，特别是对于复杂形状的冲件，其凹模的强度计算就相当的复杂。因而，在目前一般的生产实际情况下，通常都是根据冲裁件的轮廓尺寸和板料厚度、冲裁力的大小等来进行概略的估算及经验修正的[9]。结构尺寸计算如下：
 （1）凹模壁厚
 凹模壁厚b按文献[10]表14-5选择。
 从排样图2-3知冲件料宽50 mm（>40-50 mm），料厚0.5 mm（≤0.8 mm），由文献[10]表14-5取b=30mm。
 （2）凹模厚度：凹模厚度h根据冲裁力F按文献[10]图14-15选择。
 先算冲裁力：
                              （4-10）
 式中，L— 冲裁件周边长度（mm）；
 t— 材料厚度（mm），t=0.5mm；
 t— 材料抗剪强度（MPa），τ=240MPa；
 K— 系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。
 算得整个冲压工序中冲裁周边长度L=388mm，代入式（4-10）得：
 F=1.3×388×240×0.5≈60KN
 由文献[10]图14-15中取凹模厚度h=20mm。
 （3）凹模外形尺寸
 根据排样图2-3所注尺寸和上述凹模厚度h与壁厚b，可以得出：
 凹模长L=124 mm；
 凹模宽B=110 mm；
 故初步有了凹模外形尺寸L×B×h=124×112×20 mm。
 根据要求，上述凹模外形尺寸须向靠拢，对照文献[10]表14-6（摘自GB2858-81），将上述尺寸改为125×125×20 mm。 内容来自www.nseac.com
 （4） 刃壁高度
 垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可以按下列规则计算[10]：
 冲件料厚t≤3 mm，h0=3 mm；
 冲件料厚t>3 mm，h0=t；
 所以，这里取h0=3 mm。
 （5） 凹模镶块尺寸设计
 对于凹模镶块的尺寸，可以参见相关零件图纸。
4.3 模板的设计
 标准的级进模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、垫板、上模板、下模板，其中卸料板、固定板、凹模板是关键的三块模板，也是级进模比不可少的[11]。该模具中固定板起着固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、压料同时还具有一定的导向作用；凹模板前面已经提到，既充当凹模刃口，又可以在其上镶拼凹模镶块。
 另外，在进行级进模设计时，有一项很重要，就是设计让位，一般弯曲或成形等工位的所有后续工位都需要让位，而且要充分让位，不但需要考虑静态让位，还要考虑动态让位[11]。本设计中在凹模板上直接开槽让位，工件成形后由凹模终端的斜面滑出，保证了送料的顺畅。
 凹模外形尺寸前面已述，该级进模其它模板的外形尺寸设计如下：
 凸模固定板 ；
 上垫板     ；
 下垫板     ；
 导料板     ；
 卸料板     ；卸料板凸台高度根据导向装置导料板厚度来确定，取h =H-(0.1～0. 3)t=3-0.2×0.5=2.9 mm，所以卸料板整体高度为14.9 mm；
 上模板     （标准件）；
 下模板     （标准件）；
 故：模具闭合高度

4.4 卸料弹簧的选用
 先算卸料力，查文献[8]表2-15得卸料力系数，则：
 
 （1）根据模具的结构初定8根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为： （科教范文网http://fw.NSEAC.com编辑发布）
 
 （2）查文献[12]表10-1，并考虑到模具结构尺寸，初选弹簧参数为：弹簧钢丝直径d=2mm，弹簧中径D2=12mm，节距t=4.28mm，工作极限负荷Fj=188N，自由高度h0=40mm，有效圈数n=8.5，工作极限负荷下变形量hj=17.3mm，展开长度L=396mm。[规格标记为：弹簧2×12×40]
 （3）弹簧预压量。由Fj=188N，hj=17.3mm，考虑卸料的可靠性，取弹簧在预压量为h1时就应有150N的压力，故：
 
 （4）检查弹簧最大压缩量是否满足上述条件：冲裁时卸料板的工作行程h2=6.2mm;考虑凸模的修模量h3=4mm;弹簧的预压量为h1=14.4mm；故弹簧总压缩量为
 h1+h2+h3=14.4mm+6.2mm+4mm=24.6mm
 hj=17.3mm<24.6mm ，故所选的弹簧不合适。
 所以，改选弹簧钢丝直径d=3.0mm，弹簧中径D2=18mm，节距t=6.13mm，工作极限负荷Fj=388N，自由高度h0=45mm，有效圈数n=6.5，工作极限负荷下变形量hj=18.2mm，展开长度L=481mm。[规格标记为：弹簧3×18×45]
 计算弹簧预压量：
 故弹簧总压缩量为：h1+h2+h3=7.0mm+6.2mm+4mm=17.2mm
 hj=18.2mm>17.2mm，所以该规格的弹簧满足要求。
4.5 其它零件的设计
 在级进模中，一些辅助零件对模具的顺利工作也起着重要的作用。针对该级进模，这里主要介绍导正销的设计。
 本级进模设计当中，通过导正削与在前一个工位上冲了的两个的孔实现精确定位，保证产品的精度。进行导正销设计时注意到控制导正销的长度，保证当模具在自由状态时导正销的直壁部分伸出卸料板的长度要小于产品的一个料厚，这样就可以有效地避免带料现象[11]。模具在自由状态时导正销的直壁部分伸出卸料板的长度为0.3mm。
  
 
第5章 冲压设备的选用
 根据所要完成的冲压工艺性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求来选定设备类型。

（科教作文网http://zw.nseAc.com）

 开式曲柄压力机虽然刚度差，但它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件、拉深件的生产中。
 闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能靠两个方向操作，适用于大中型件的生产。
 双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。
 综合考虑，采用开式曲柄压力机。
5.1 冲压力的计算
 该级进模采用弹性卸料和下出料方式。
 由4.2节及4.4节计算知：；
 计算推件力，查文献[8]表2-15得推件力系数，则：
                       （5-1）
 式中，—卡在凹模孔口中的工件个数，取，故
 
 计算弯曲力，应该是自由弯曲力与校正弯曲力之和。即
                     （5-2）
 由于校正弯曲时，校正弯曲力比自由弯曲力大得多，故可以忽略，而的大小取决于压力即的调整，根据相关经验计算初定为
 所以，
 所选压力机的公称压力必须大于。
5.2 选择压力机
 根据上述冲压力的计算，初步选用型号为J23-16开式双柱可倾压力机。该型号压力机主要技术规格如下[8]：
 公称压力 160KN;
 滑块行程 55mm;
 最大闭合高度 220mm;
 最大装模高度 180mm;
 连杆调节量 45mm;
 工作台尺寸（前后mm左右mm） ;
 垫板尺寸（厚度mm孔径mm） ;
 模柄孔尺寸（直径mm深度mm） ;
 滑块中心至床身中心距离 160mm;
 最大倾斜角 35°
 由4.3节计算知：模具闭合高度 本文来自中国科教评价网
 故，所选压力机装模高度与模具闭合高度满足下式
 
 还可以看出取在：，这样可以避免连杆调节过长，螺纹接触面积过小而被压坏。
第6章 压力中心的计算
 冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的寿命。因此，设计时应该正确算出冲裁时的压力中心，并使压力中心和模柄轴心线重合；若因冲件的形状特殊，从模具结构方面考虑不宜使压力中心与模柄轴心线相重合，也应注意尽量使压力中心的偏离不超过所选压力机模柄孔投影面积的范围，以下通过解析法确定模具的压力中心。
6.1 计算步骤
 （1）建立平面直角坐标系；
 （2）计算出各单一图形的压力中心到坐标轴的距离x1、x2、x3、…xn和y1、 y2、 y3、… yn ；
 （3）将计算数据分别代入式（6-1a）和（6-1b），即可求得压力中心坐标
 （x0, y0）。 
               （6-1a）
               （6-1b）

6.2 计算压力中心
 根据排样图设计及各工位在模具上的相对位置，建立直角坐标系，
 如图6-1所示：
 
 
 由对称性可知，各工序冲压力的合力作用点落在x轴上，即坐标，将所计算的各工位上的冲压力及图6-1中所标注的x坐标值代入式（6-1）中得：坐标，故在此坐标系中模具压力中心坐标为（7，0）。所以该模具压力中心（机床滑块中心）与模具中心左右偏移10.5mm(可供模具安装时参考)。

第7章 总结 （科教作文网 zw.nseac.com整理）
 设计是源头，设计虽然只占模具成本的10%左右，却决定了整个模具成本的70%～80%。所以，作者在设计时详尽地考虑了模具结构，考虑提高生产率，如何方便维修。但是，又不能完全依赖于设计，在实际生产中要具体问题具体分析，根据实际状况进行模具调整也是必需的。在生产中模具的维修、保养也是很重要的。在模具维修时，应该多注意细节，找出根本原因，针对其维修。在拆装模具时，要认真仔细，以防损伤模具。定期的维护、保养也可以大大提高模具寿命。
 从整个设计过程来看，该电器开关过电片采用多工位级进模，模具结构设计合理，加工简单，操作方便，通过连续冲裁、弯曲等几道工序一次成形，工作效高，零件成形质量好，大大提高了生产率，降低了生产成本，满足了生产需求，而且该设计思路可扩展推广到其它类似零件的产品模具设计中。当然，由于作者知识水平有限，对实践的缺乏，当中不乏有不足之处，还有待在以后的工作实践当中不断地完善和创新！

 

致谢
 本次设计是在指导老师张老师和曹老师的悉心指导下完成的，其间得到了曹老师和张老师的指导。导师敏锐的学术思想，严谨的治学态度，认真的工作作风使学生受益非浅。值此成文之际，特向老师致以忠心的感谢和诚挚的敬意。
 作者在设计过程当中，得到同窗好友孙宾、于奎斌的支持以及在AutoCAD2007、Master/can软件应用、参考资料提供等方面的具体性指导和帮助，在此作者向他们表示深深的谢意。非常感谢他们同我一起学习和生活，在美丽的职院留下我们真挚的友谊。
 特别感谢我的父母，是他们对我的支持和无私的奉献，使得我能够顺利完成学业。
 最后，谨以此文献给所有关心和帮助过我的人们！

  
 

参考文献
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[4] 路大勇主编  工程制图 化学工业出版社  北京   2004.8
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[8] 王涣庭主编  机械工程材料  大连理工大学出版社
[9] 严霖元主编  机械制造基础  江西农业大学
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[11] 张鼎承主编  冲模设计手册  机械工业出版社