围板冲模设计.doc

围板冲模设计
近年来模具发展的方向和现状，基本表现在如下几个方面：
1．模具设计技术
(1) 工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计(CAD)软件进行模具的结构设计，并普及了计算机绘图。据有关资料介绍，美国和日本75%的模具厂已使用了CAD技术，香港50%的模具厂也开始采用这项技术。
(2) 在注塑模具设计中，已开始普及应用计算机辅助工程分析(CAE)软件，对塑料的流动、填充、冷却情况及模具的浇口配置、浇道大小、冷却加热系统和模具的刚度、强度等进行科学的分析和计算，从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍。
(3) 国外的注塑模具中．多型腔、多层、大型精密模具已占50%，不仅提高了生产效率，而且节省了大量塑料原料。
2．模具加工技术
(1) 国外已大量使用数控机床，应用计算机辅助加工(CAM)软件和数控编程技术对模具．特别是对具有复杂型腔(三维曲面)的模具进行加工，使模具的质量和附加值大为提高，模具的加工周期减少60%以上，成本降低30%以上．生产效率提高60%以上。为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求，国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进入了实用阶段。
3．模具标准化程度日益提高，模具标准模架及模具标准件的应用日益普及，已实现商品化。
4．模具结构更多地采用新技术，如注塑模具的热流道技术等。
5．针对不同制品的要求，开发出适用于各种不同模具的专用模具钢，并实现商品化
6．根据模具生产的特点，模具企业向小而专的方向发展。如日本现有11656家模具企业，其中30人以下的小厂有11142家，占总数的95.6%,百人以上的仅有65家，占总数的0.54%;韩国有1570家模具企业，其中多于50人的企业仅占总数的9%；新加坡有460家模具企业，其中多于50人的企业仅占总数的3%，香港有6500家模具企业,其中多于50人的企业仅占总数的0.46%。
第二节 行业特点
1．随着科学技术的发展,模具行业已由劳动密集型逐步转化为技术劳动密集型。
2．尽管模具行业已应用了先进的数控设备、检验仪器和计算机辅助设计／分析／制造软件，但仍然需要高技艺的人工劳动。所以，模具行业又是高技术和高技艺紧密结合的一个行业。
3.为适应不同制品的需要，模具的种类繁多，从设计、制造工艺、装备以至原材料都各不相同。所以企业生产的模具宜专而不宜全，规模宜小而不宜大。
4．模具基本上是单件生产。即使是生产专业化的模具企业，在生产同一类模具时，也会由于不同模具的精度要求、复杂程度、加工难度等的不同而需要变化设备的配置和工程的安排。因此，模具企业还应在专业化的基础上实现生产的柔性化。
第三节 市场分析
据国际生产协会预测，到2000年，工业品零件粗加工的75%，精加工的50%将由模具成型，可见模具在工业生产中的作用将日益重要。
工业发达国家的模具行业在近四十年来取得了异常迅速的发展，已摆脱了从属地位而成为独立的行业，并成为基础工业的重要组成都分。1988年，美国、日本、西德的模具产值分别达到62亿美元、83亿美元、14亿美元，比1957年增长了约100倍，并超过了这些国家机床工业的产值。
据有关资料介绍，工业发达国家的工业产品生产中，对模具的需求量日益增多，美国、日本约有40~50%的工业产品的生产需用模具。国际市场中模具的贸易量十分可观。
近年来，由于工业发达国家的人工费用增加．模具生产有向东南亚国家转移的趋势。本国的生产以高、精模具为主，需要人工劳动量大的模具则依靠进口解决。以模具出口大国日本为例，其1980年模具进口额为24.98亿日元，至1989年已上升到133.32亿日元，十年间提高了5.3倍。由此可见,中低档模具的国际市场潜力十分巨大，只要我国模具的质量能有提高，交货期能有保证,模具出口的前景是十分乐观的。
此外，国际市场对塑料模具模架及模具标准件的需求量也很大，目前我国只有塑料模具模架有少量出口。

第二章 正文

第一节 零件分析
一、 材料分析：
Q195 具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能，但强度低。其力学性能指标和化学成分如表2－1；其冷弯试验指标如表2－2。

表2－1 Q195力学性能指标和化学成分
牌号
化学成份%
主要力学性能

C
Mn
Si
S
P
屈服极限
抗拉极限
伸长率

≤

Q195
0.16-0.12
0.25-0.50
0.30
0.050
0.045
≥195
315-390
≥33

注：1. Q195的屈服点，仅供参考，不作为交货条件。
2. 进行拉伸或弯曲试验时，钢板、钢带应取横向试样，伸长率允许较上表降低1%（绝对值），型钢应取纵向试样。

表2－2 Q195的冷弯试验指标
牌号
试样方向
冷弯试验B=2a 180°
钢材厚度（直径） mm
<60
>60-100
>100-200
弯心直径d
Q195
纵
0

横
0.5a

二、经济和生产销售前景分析
随着社会的发展，工艺水平和制造水平的提高，台式灶的利润越来越低，但是我们公司台式灶的销售数量占主导地位，所以怎样降低成本和减少加工时间和降低制造的复杂程度是台式灶的发展方向。现在灶具中利润较高的是嵌入式灶具，其成本与台式的相差不大，但是其外形为高档用户所接受，所以价格较高。
本零件是台式玻璃灶的一个围板。此灶虽然也是台式的但是上表面为玻璃面板，是一种仿嵌入式灶结构，其目的就是以台式灶的形式，做出嵌入式灶的外观，从而可以提高售价，而且十分适合那种有较好经济基础，但是还没有做整体橱柜，希望有较好外观的台式灶的用户要求。
它的内部燃烧结构与从前生产的产品相同，不同的只是外壳。此外壳由围板、后挡板以及玻璃面板组成，结构十分简单。其中后挡板和玻璃面板都是平面，加工十分容易。围板是这些零件中最复杂的，但与以前的台式灶相比，其尺寸比原来的小，于是可以节省模具材料和加工时间。
总的来说，这套灶具设计方案是既经济又有市场前景的设计方案。
三、工艺分析
由于此零件成型后的状态无可以用来定位的孔或边，所以首先要考虑定位的问题。该零件最后成型需要冲6个缺口，可以考虑在缺口上冲孔，做定位孔，到最后的时候冲除，整个零件成型都以它或两端为定位基准。
四、工艺路线
1. 下板料：1391.4×121.5
2. 冲预定位孔：

图2-1
如图2-1所示：在板料两端冲出四个定位孔。保证离边线精度mm，要注意方向，上面比下面宽3.5mm。定位：中间用定位钉及两头用定位板的方式，采用简单正装冲孔模。
3. 折弯：

图2-2
如图2-2所示：为板料弯曲后剖面图。此板料在折弯机上折弯。
4. 冲成形
图2-3
如图2-3所示：将材料正中间拉伸成上图所示。定位钉定位，采用简单倒装拉伸模。
5. 压凹

图2-4
如图2-4所示:在距两端165.6mm处，压上图所示凹。定位钉加定位板定位，采用倒装压凹模。
6. 冲孔

图2-5
如图2-5所示：在上道工序所压凹上冲，如图所示两孔。定位钉定位，采用简单正装冲孔模。
7. 冲孔

图2-6
如图2-6所示：冲6个孔。2×Φ14，4×Φ4.5。定位钉定位，采用简单正装冲孔模。
8. 两端冲缺

图2-7
如图2-7所示：冲4个缺。定位钉定位，采用简单倒装冲缺模。
9. 冲弯R8

图2-8
如图2-8所示：折弯外端2处。
10. 冲折弯处缺

图2-9
如图2-9所示：冲4处缺。定位钉定位，采用简单倒装冲缺模。
11. 折弯
图2-10
如图2-10所示：在板正中将底板折弯成上图结构。上部为弯曲处，高度为3.5mm。定位钉定位，采用简单正装折弯模。
12. 折弯

图2-11
 如图2-11所示：在两端弯曲尺寸标注处，高度为3.5mm。定位钉定位，采用简单正装折弯模。
13. 手弯R8

图2-12
如图2-12所示：手弯两个R8处，得如图形状。

第二节 第八道工序两端冲缺模的设计计算
一、裁件工艺分析
1、 材料：Q195是碳素结构钢，具有高的塑性、韧性和焊接
性能，良好的压力加工性能，但强度低。。
2、 尺寸精度：未标注按IT9级，查标准公差表。
二 、确定模具形式
采用具有导正钉定位的简单冲裁模。
三 、模具设计计算
（一）排样
本零件直接采用条料冲压，只需计算条料的长和宽，厚度为0.6mm。
根据零件图来算其材料的长和宽，其计算中按中性层的长度来确定其尺寸。
长度：
L ＝11.5×2＋（365－16）×2＋656－16＋4×π×2×7.7／4
＝23＋680＋640＋48.35
≈1391.4（mm）
宽度：　
W ＝19.4＋78.8＋16.8＋1.9＋2×2×1.3×π／4
＝121.45
≈121.5（mm）
注：材料的长度和宽度都是算其中性层，有些不好算的地方是作图利用偏移量出来的。
（二） 冲压力：
冲压力是指在冲裁时，压力机应具有的最小压力。
F冲压=F冲裁+F卸料+F推件（F顶件）
冲压力是选择冲床吨位，进行模具强度、刚度校核的依据。
1.冲裁力：使板料分离动称作冲裁力。
影响冲裁力的主要因素:
A. 材料的抗剪主要度 。
B. 材料的厚度。
C. 冲裁件的轮郭周长。
D. 冲裁间隙。
E. 刃口的锐利程度。
F. 冲裁速度及润滑情况。
冲裁力的计算：
F＝KLtτ
式中 L——冲裁件周边长度（mm）；
t——材料厚度（mm）
τ——材料抗剪强度（MPa）
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。
在一般情况下，材料的σb=1.3τ,为计算方便，也可以用下式计算冲裁力F(N)
F=Ltσb
式中 δb——材料的抗拉强度（MPa）

图2-13
按照图2-13所示尺寸，带入公式计算，得：
L ＝24.6+2π+2.5+(1/2)×3π＋12
≈47.6mm
取 σb＝360MPa
F ＝Ltσb
＝47.6×0.6×360
＝10281.6N
2.推件力：将工件或废料顺着冲裁方向从凹模内推出的力。
F推＝K推F
式中 F——冲裁力（N）；
K推——推件力系数
取 K推＝0.055
F推 ＝0.055×10281.6
≈565.5N
总力：
F冲压＝F冲裁+F推件
＝10281.6＋565.5
＝10847.1N
选择J23-16A压力机，压力机的性能参数见表2-3：
表2-3 J23-16A压力机性能参数
型号
J23-16A
公称压力
160KN
公称压力行程
5mm
滑块行程
65mm
每分钟行程次数
120
最大封闭高度
210mm
封闭高度调节量
50mm
工作台尺寸（前后×左右）
280×420mm
工作台孔尺寸
Φ150mm
工作台板厚度
50mm
滑块底面尺寸
160×180mm
模柄孔尺寸
Φ30×50mm
机身最大倾斜角度
20°
（三）零件尺寸设计
冲孔凸、凹模尺寸，按配合加工，只计算凸模尺寸。外形尺寸都属于尺寸变小的情况：
凹模尺寸按相应的凸模实际尺寸配作，保证双边间隙：0.048-0.072此模具要完成两端冲缺，而两端是对称分布的，所以要设计成如图2-14的对称图形。

图2-14
经过计算确定其尺寸后，就考虑定位的问题，此模具可以利用第一部冲出来的定位孔采用定位钉定位。由于定位孔离两端较远，所以需要设计托板，在托板上放定位钉的话需要很长，那么要定位可靠的话，定位钉体积就需要很大，所以设计定位支承块，将定位钉固定在制成块上。由于冲去部分离板只有3mm，所以最好设计成倒装模，这样可以提高凸凹模的设用寿命。这样就需要设计凸模垫块，其长和宽按照凹模的长和宽设计。然后就是基本零件的设计，打板和打料杆，上下模座，导柱导套，模柄，以及销和螺钉。
1.凸模
由于此零件没有严格的精度要求，所以凹模在其基本尺寸的基础上按照制造精度表示其公差。由于使用线切割制造，精度可以达到0.005mm，设计时让其精度为0.01mm，就可以达到精度要求。
根据零件基本尺寸，对尺寸的基本要求有：a≥38mm，b≥25mm，c=6.5mm，d=2mm。
此模具采用卸料板卸料，那么凸模就需要设计成如图2-15所示结构，突起处能够保证在冲压时，卸料板和凹模不同时作用在板料上。

图2-15
粗设 f=3mm，g=10mm。
那么此时 b≥35mm。

图2-16
在pro/e中进行造型设计，如图2-16，为了固定和定位，加入两个Φ6mm的销孔和两个Φ9的螺钉孔（螺钉孔铣Φ15的沉孔）。根据螺钉和销孔位置以及基本尺寸，最终确定凸模各尺寸为:

销孔Φ6mm，螺钉孔Φ9mm
2.凹模
凹模工作部分按凸模尺寸配制，保证单面间隙Zmin～Zmax＝0.024-0.036mm。其外形与基本尺寸如图2-17所示。

图2-17
c、d、e按照凸模配制，保证单面间隙Zmin～Zmax＝0.024-0.036mm。
按凸模尺寸有：c=42mm；d=36mm；e=55mm。
凹模采用两销钉定位，四螺钉固定，采用Φ8和M8即可以满足要求，所以a≥36+8+8=52mm；b≥55＋8＋8=71mm。

图2-18
在pro/e中进行造型设计，如图2-18，保证各孔的合理间隙和合理分布，最终确定各尺寸为：
a=85mm b=105mm
各孔左右间隙为85mm，上下间隙为32.5mm，并且关于中心左右、上下对称。
3.凸模垫块
凹模垫块是重要的支承和定位零件。
它是固定零件的主要部分，所以需要有如图2-19的形状：

图2-19
其中
c+凸模高度28mm≥81mm，所以c≥81-28=53mm
d+凸模高度28mm≤81mm，所以d≤53mm
e≥折板最大厚度22mm

图2-20
在pro/e中进行造型设计，如图2-20，保证凸模固定后，凸模a边离凸模支承边2.4mm。另在下部加两销孔和四螺钉固定，关于中心左右、上下对称。最终确定尺寸为:
a=66mm b=78mm
c=60mm d=42mm
e=23mm 长度为105mm
与凸模定位和固定的销孔和螺钉尺寸为Φ7和M8；
与下模座定位和固定的销孔和螺钉尺寸为Φ8和M8。
4.定位钉
定位钉是模具冲压精度的保证，如图2-21，其尺寸a=8mm与定位孔相等。

图2-21
其他尺寸没有特别要求，可以任取。

图2-22
在pro/e中进行造型设计，如图2-22，最后确定尺寸为：
a=8mm b=12mm
c=6mm d=8mm
e=8mm f=6mm
5、定位支承块
定位支承块是定位的主要零件，定位钉就固定在它上面，定位钉在它上面的位置是定位正确的关键。
根据零件的放置此零件需设计成如图2-23所示结构：

图2-23
其中：
a+托板高度+焊接高度=凸模垫块高度b+凸模高度e
a+18 (估计)+3=78+25
a=82mm
b =凸模垫块d边长+凸模高度e
=42+25
=67mm
c =托板宽
d ≥折板最大厚度22mm
e、f自定
g、h为重要定位尺寸，需计算后获得。

图2-24
在pro/e中进行造型设计，如图2-24，最后确定尺寸为：
a=82mm b=67mm
c=50mm d=23mm
e=45mm f=10mm
g=18mm h=10.9mm
6、托板
托板是重要的定位支承结构，如图2-25，要保证:
a+托板右端到凸模的距离-定位钉到托板左边的距离=344.1
a+26.1-(45-18) =344.1
a=344.1+27-26.1
a=345mm
b、d自定

图2-25
c=凸模垫块长度d=50mm

图2-26
在pro/e中进行造型设计，如图2-26最后确定尺寸为：
a=345mm b=16mm
c=50mm d=13mm
7、下模座
下模座用来固定凸模垫板和托板，并要保证他们的位置及距离，才能保证定位装置的正确定位。另加导柱位置，起导向作用。如图2-27所示。

图2-27
其中
a、b自定
c、d是重要定位、导向尺寸。
e、f、g、h是由凸模垫板和托板尺寸决定。
i、j、k是根据凸模垫板和托板尺寸以及定位长度要求决定。

图2-28
在pro/e中进行造型设计，如图2-28，最后确定尺寸为：
a=180mm b=162mm
c=35mm d=53mm
e=17mm f=4mm
g=20mm h=1mm
i=16mm j=21.5mm
k=42.5mm
厚度取30mm
8、上模座
上模座用来固定凹模，安装模柄和导套。如图2-29

图2-29
其中
a、b、c与下模座对应尺寸相同
d、j、i与凹模对应位置相同
e、f、g与模柄对应位置相同
h为定位重要尺寸，需要计算。

图2-30
在pro/e中进行造型设计，如图2-30，最后确定尺寸为：
a=180mm b=162mm
c=115mm d=85mm
e=Φ51mm f=Φ42mm
g=R3mm h=49.1mm
i=32.5mm j=32.5mm
厚度取25mm
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