第 5章模具的结构及部分零件设计
5.1模具总体结构方案的确定
在冲压工艺方案确定以后,根据冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、模具制造条件、操作与安全要求等确定所用冲模的总体结构方案。
确定模具总体结构方案, 就是对模具做出全盘的考虑和总体结构上的安排, 它既是模具零部件设计与选用的基础, 又是绘制模具总装图的必要准备, 因而也是模具设计的关键 ,必须十分重视。
5.1.1模具类型
模具类型主要是指单工序模、复合模、级进模。
模具类型应根据生产批量、冲件形状与尺寸、冲件质量要求、材料性质与厚度、冲压设备与制模条件、操作与安全等因素确定。
考虑冲压工艺方案中已根据上述因素确定了冲压工序的性质、数量及组合方式, 这些已基本决定了所用模具的类型, 所以此处只需与冲压工艺方案相适应即可。
由上述所知,更该模具是单工序拉伸模。
5.1.2操作与定位方式
根据生产批量确定采用手工操作、半自动化操作或自动化操作;根据坯料或工序件的形状、冲压件精度要求、材料厚度、模具类型、操作方式等确定采用坯料的送进导向与送料定距方式或工序件的定位方式。
根据厂里的实际情况,采用人工手动送料;定位方式采用定位销定位。
5.1.3卸料与出件方式
根据材料厚度、冲件尺寸与质量要求、冲压工序的性质及模具类型等,确定采用弹性卸料、刚性卸料或废料切刀卸料等卸料方式和弹性顶件、刚性推件或凸模直接推件等出件方式。
该模具采用刚性推件杆卸料。
5.1.4模架类型及精度
模架分为活动导向模架、滚动导向模架和导板模架,根据导向零件的布置又分为后侧式、中间式、对角式和四角式模架。
模架类型及精度等级主要根据冲件的尺寸与精度、材料厚度、模具类型、送料与操作方式等因素确定。
该模具采用活动导向四角模架。
5.2模具部分零件设计与选用
5.2.1确定凸、凹模结构形式,计算凹模轮廓尺寸及凸模结构尺寸。
根据凸、凹模的刃口形状、尺寸大小及加工条件等确定凸、凹模的结构形式和固定形式,进而计算凹模轮廓尺寸及凸模结构尺寸。
1. 凹模设计
凹模的结构形式也较多,按外形可分为标准圆凹模和板状凹模,按结构分为整体式和镶拼式, 按刃口形式也有平刃和斜刃。
几种常用的平刃口凹模刃口形式如图5— 1 所示。
图 5— 1 凹模孔口形式
(a、 (b、 (c圆柱形孔口凹模 (d、 (e锥形孔口凹模 (f低硬度凹模
(1 圆柱形孔口凹模 [见图 5— 1 (a、 (b、 (c] 此种凹模制造方便,刃口强度高, 刃磨后凹模工作尺寸不增大, 对冲裁间隙无明显影响, 适合于冲裁形状复杂、尺寸精度高的制件。
图 (b孔口下方制成斜度, 图 (c下方制成比刃口稍大的圆柱形,以便制件或废料顺利漏出,但由于孔口是直孔,孔内易因废料 (或制件的聚集而增大推件力,同时,由于摩擦力增大,对孔壁的磨损深度增大,而使每次的修模量增大, 降低了凹模的总寿命。
此外, 磨损后可能使凹模型孔形成倒锥, 工件或废料会从型孔反跳到凹模表面而造成操作上的困难。
一般复合模和上出件的冲裁凹模用图 (a、 (c型,下出件的冲裁凹模用图 (a、 (b型。
(2 锥形孔口凹模 [见图 5— 1 (d、 (e] 凹模洞口内积料少,洞壁承受来自料片的胀力和摩擦力大大减小, 因而推件力减小。
但此种刃口强度低, 刃磨后凹模工作尺寸略有增大,故适合于冲裁形状简单、尺寸精度为
IT12~IT10 级、板料厚度较薄、生产批量不大的制件的凹模选用。
(3 低硬度凹模 [见图 5— 1 (f] 硬度一般为 40HRC 左右, 可用手锤敲击刃口外侧斜面,以调整凸、凹模间隙,因此这种结构形式的刃口适合于冲裁 0.5mm 以下软而薄金属和非金属材料制件的凹模选用。
图 5— 1中凹模的有关参数 h 、α、β可参照表 5— 1。
表 5— 1 凹模的参数
冲裁时凹模承受冲裁力和侧向力的作用,由于凹模的结构形式不一,受力状态又比较复杂, 目前还不可能用理论计算法确定凹模尺寸, 在生产中大都采用经验公式概略地计算凹模尺寸:
凹模厚度 H d = Kb
凹模壁厚 C = (1.5~2 H
式中:K —系数,查表 5— 2;
b —冲裁件最大外形尺寸, mm 。
形状复杂或制件尺寸较大时,凹模壁厚 C 应取较大值,一般凹模厚度不得小于15mm 。
5— 2系数 K 的数值
综上,得凹模零件图 5—
2
图 5— 2凹模零件图
2. 凸模设计
凸模又称冲头,是冲模的关键零件之一,凸模本身按其作用又可分为工作部分(即刃口和固定部分。
图 5— 3 所示为常用凸模结构形式,其中图 (a为适用于冲裁φ 1mm~φ15mm 的小圆孔凸模, 为了增加凸模的强度与刚度, 避免应力集中, 凸模非工作部分做成逐渐增大的圆滑过渡的阶梯型式。
图 (b为适用于φ 8mm~φ 30m m 的中型圆孔, 因直径较大, 可不在中部增加过渡阶梯。
冲小圆孔凸模与冲中型圆孔凸模均有标准尺寸, 设计时可供参考。
图 (c为冲大型圆孔或落料凸模, 采用止口定位, 然后用螺钉紧固, 为减少精加工面积, 凸模外圆非工作表面直径可略小一些, 端面要加工成凹坑形状。
图 (d所示的结构型式用于冲制孔径与料厚相近的小孔, 将凸模装在护套里, 再
将护套固定在凸模固定板上。
采用护套结构既可以提高凸模的抗弯曲能力,又能节省模具钢。
图 (e为镶块式凸模,工作部分用工具钢制造并进行热处理,非工作部分采用一般的结构钢。
图 (f为阶梯式非圆形凸模, 为了便于加工, 阶梯式非圆形凸模的安装部分通常做成简单的圆形或方形, 用台肩或铆接法固定在固定板上,安装部分为圆形时还应在固定端接缝处打入防转销。
图 5— 3常见凸模结构
图 5— 3 凸模零件图综上,得到凸模零件图 5— 3。
5.2.2选择定位零件
定位零件包括定位板、定位销、挡料销、导正销、导尺、侧刃等,可根据模具结构设计需要选用。
定位零件一般都已经标准化, 根据定位方式及坯料的形状与尺寸, 选用相应的标准规格。
选择不到合适的标准件时, 可参考标准自行设计。
该模具采用人工手动送料, 又是单工序拉伸模, 所以用三个定位销定位即可。
如图 5—
4
图 5— 4圆柱销零件图
5.2.3设计和选用压料、卸料与出件零件
压料、卸料与出件零部件主要有卸料板、推荐装置、顶件装置、压料板、弹簧、橡胶等。
根据卸料与出件方式及凸、凹模轮廓与刃口尺寸,设计卸料板、推件块、顶件块的结构和尺寸,并从标准中选用合适的卸料螺钉、推杆、推板及顶杆等。
1. 压边圈
该模具采用刚性压边圈如图 5—
5
图 5— 5压边圈零件图
3. 推件装置
下推件装置由推杆和推板组成如图 5— 6所示。
图 5— 6下推件装置
由等高套、氮气弹簧、上推件板组成的上推件装置如图 5— 7所示
图 5— 7上推件装置
5.2.4选择模架,并确定其他模具零件的结构尺寸或标准规格。
根据凹模轮廓尺寸、模架类型和大致的模具闭合高度,从标准中选取模架规格, 并相应确定固定板与垫板的轮廓尺寸及其他结构尺寸, 选择模柄及紧固件的类型与规格。
模架采用滚动导柱,因尺寸较大,所以按国家标准设计成 1100㎜×1000㎜如图5— 8所示
图 5— 8 模架
5. 25绘制模具总装图草图。
根据模具总体结构方案及设计选用的模具零件图,绘制模具总装图草图,检查核对各模具零件的位置关系、相关尺寸、配合关系及结构工艺性等是否合适或合理。
实际上,模具总装草图的绘制与零件的设计选用往往是交错进行的,一般要经过设计、计算、绘图、修改的多次反复。
只有这样,才能设计出合理的模具, 并提高设计效率。
装配草图见图 5— 9(a 、(b
图 5— 9(a 装配草图主视图
5— 9(b 装配草图俯视图。