冲压模具的设计与制作技巧
冲压模具的设计与制作技巧
模具主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。下面是我整理的冲压模具的设计与制作技巧介绍,大家一起来看看吧。
一、从废料情况看出的信息
废料本质上就是成形孔的反像。即位置相反的相同部位。通过检查废料,你可以判断上下模间隙是否正确。如果间隙过大,废料会出现粗糙、起伏的断裂面和一窄光亮带区域。间隙越大,断裂面与光亮带区域所成角度就越大。如果间隙过小,废料会呈现出一小角度断裂面和一宽光亮带区域。
过大间隙形成带有较大卷边和边缘撕裂的孔,令剖面稍微有一薄边缘突出。太小的间隙形成带稍微卷边和大角度撕裂,导致剖面或多或少地垂直于材料表面。
一个理想的废料应有合理的压塌角和均匀的光亮带。这样可保持冲压力最小并形成一带极少毛刺的整洁圆孔。从这点来看,通过增大间隙来延长模具寿命是以牺牲成品孔质量换取的。
二、模具间隙的选择
模具的间隙与所冲压的材料的类型及厚度有关。不合理的间隙可以造成以下问题:
(1)如间隙过大,所冲压工件的毛刺就比较大,冲压质量差。如果间隙偏小,虽然冲孔的质量较好,但模具的磨损比较严重,大大降低模具的使用寿命,而且容易造成冲头的折断。
(2)间隙过大或过小都容易在冲头材料上产生粘连,从而造成冲压时带料。过小的间隙容易在冲头底面与板料之间形成真空而发生废料反弹。
(3)合理的间隙可以延长模具寿命,卸料效果好,减小毛刺和翻边,板材保持洁净,孔径一致不会刮花板材,减少刃磨次数,保持板材平直,冲孔定位准确。
三、如何提高模具的使用寿命
对用户来讲,提高模具的使用寿命可以大大降低冲压成本。影响模具使用寿命的因素如下:
1、材料的类型及厚度
2、是否选择合理的下模间隙
3、模具的结构形式
4、材料冲压时是否有良好的润滑
5、模具是否经过特殊的表面处理
6、如镀钛、碳素氮化钛
7、上下转塔的对中性
8、调整垫片的合理使用
9、是否适当采用斜刃口模具
10、机床模座是否已经磨损
四、冲压特殊尺寸孔应注意的问题
(1)最小孔径冲φ0.8——φ1.6范围的冲孔请用特殊冲头。
(2)厚板冲孔时,相对于加工孔径,请使用大一号的模具。注意:此时,若使用通常大小的模具,会造成冲头螺纹的破损。
(3)冲头刃口部分,最小宽度与长度的比例一般不应小于1:10。
(4)冲头刃口部分最小尺寸与板厚的关系。建议冲头刃口部分最小尺寸取板厚的2倍。
五、模具的刃磨
1、模具刃磨的重要性
定期刃磨模具是冲孔质量一致性的保证。定期刃磨模具不仅能提高模具的使用寿命而且能提高机器的使用寿命,要掌握正确的刃磨时机。
2、模具需要刃磨的具体特征
对于模具的刃磨,没有一个严格的打击次数来确定是否需要刃磨。主要取决于刃口的锋利程度。主要由以下三个因素来决定:
(1)检查刃口的圆角,如果圆角半径达到R0.1毫米(最大R值不得超过0.25毫米)就需要刃磨。
(2)检查冲孔质量,是否有较大的毛刺产生?
(3)通过机器冲压的噪声来判断是否需要刃磨。如果同一副模具冲压时噪声异常,说明冲头已经钝了,需要刃磨。
注:刃口边缘部变圆或刃口后部粗糙,也要考虑刃磨。
3、刃磨的方法
模具的刃磨有多种方法,可采用专用刃磨机也可在平面磨床上实现。冲头、下模刃磨的频度一般为4:1,刃磨后请调整好模具高度。
(1)不正确刃磨方法的危害:不正确的刃磨会加剧模具刃口的迅速破坏,致使每次刃磨的打击次数大大缩小。
(2)正确的刃磨方法的益处:定期刃磨模具,冲孔的质量和精度可以保持稳定。模具的刃口就损坏较慢,寿命更长
4、刃磨规则
模具刃磨时要考虑下面的因素:
(1)刃口圆角在R0.1-0.25毫米大小情况下要看刃口的锋利程度。
(2)砂轮表面要清理干净。
(3)建议采用一种疏松、粗粒、软砂轮。如WA46KV
(4)每次的磨削量(吃刀量)不应超过0.013毫米,磨削量过大会造成模具表面过热,相当于退火处理,模具变软,大大降低模具的寿命。
(5)刃磨时必须加足够的冷却液。
(6)磨削时应保证冲头和下模固定平稳,采用专用的工装夹具。
(7)模具的刃磨量是一定的,如果达到该数值,冲头就要报废。如果继续使用,容易造成模具和机器的损坏,得不偿失。
(8)刃磨完后,边缘部要用油石处理,去掉过分尖锐的棱线。
(9)刃磨完后,要清理干净、退磁、上油。
注:模具刃磨量的大小主要取决于所冲压的板材的厚度。
六、冲头使用前应注意
1、存放
(1)用干净抹布把上模套里外擦干净。
(2)存放时小心表面不要出现刮痕或凹痕。
(3)上油防锈。
2、使用前准备
(1)使用前彻底清洁上模套。
(2)查看表面是否有刮、凹痕。如有,用油石去除。
(3)里外上油。
3、安装冲头于上模套时应注意事项
(1)清洁冲头,并给其长柄上油。
(2)在大工位模具上把冲头插入上模套底部,不能用力。不能用尼龙锤。安装时,不能通过旋紧上模套上的.螺栓来固定冲头,只有在冲头正确定位后才能旋紧螺栓。正全科技微信内容真不错,值得关注!
4、安装上模组合入转塔
如果想延长模具使用寿命,上模套外直径和转塔孔之间的间隙要尽可能地小。所以请小心执行下列程序。
(1)清洁转塔孔的键槽和内直径并上油。
(2)调整上模导套的键槽,使之与转塔孔的键吻合。
(3)把上模套导直直地插入塔孔,小心不能有任何倾斜。上模导套应该靠自身重量滑入转塔孔。
(4)如果上模套向一边倾斜,可用尼龙锤之类的软材料工具把它轻轻敲正重复敲击直至上模导套依靠自身重量滑入正确位置。
注意:不能用力于上模导套外直径,只能在冲头顶上用力。不能敲击上模套顶部,以免损坏转塔孔,缩短个别工位使用寿命。
七、模具的检修
如果冲头被材料咬住,取不出来,请按如下所记项目检查。
1、冲头、下模的再刃磨。刃口锋利的模具能加工出漂亮的切断面,刃口钝了,则需要额外的冲压力,而且工件断面粗糙,产生很大的抵抗力,造成冲头被材料咬住。
2、模具的间隙。模具的间隙如果相对板厚选得不合适,冲头在脱离材料时需要很大的脱模力。如果是这个原因冲头被材料咬住,请更换合理间隙的下模。正全科技微信内容真不错,值得关注!!
3、加工材料的状态。材料弄脏了、或者有污垢时,脏东西附着到模具上,使得冲头被材料咬住而无法加工。
4、有变形的材料。翘曲的材料在冲完孔后,会夹紧冲头,使得冲头被咬住。有翘曲的材料,请弄平整后再加工。
5、弹簧的过度使用。会使得弹簧疲劳。请时常注意检查弹簧的性能。
八、注油
油量和注油次数视加工材料的条件而定。冷轧钢板、耐蚀钢板等无锈无垢的材料,要给模具注油,注油点为导套、注油口、刀体与导套的接触面、下模等。油用轻机油。
有锈有垢的材料,加工时铁锈微粉会吸入冲头和导套之间,产生污垢,使得冲头不能在导套内自由滑动,这种情况下,如果上油,会使得锈垢更容易沾上,因此冲这种材料时,相反要把油擦干净,每月分解一回,用汽(柴)油把冲头、下模的污垢去掉,重新组装前再擦干净。这样就能保证模具有良好的润滑性能。
九、模具使用过程中经常出现的问题及解决方法
问题一、板材从夹钳口脱出
原因:模具卸料不完全
解决办法:
1.采用带斜度的冲头
2.在板材上涂润滑液
3.采用重载模具
问题二、模具磨损严重
原因:不合理的模具间隙(偏小)
解决办法:增加模具间隙
原因:上下模座不对中
解决办法:
1.工位调整,上下模对中
2.转塔水平调整
原因:没有及时更换已经磨损的模具导向组件及转塔的镶套
解决办法:更换
原因:冲头过热
解决办法:
1、在板料上加润滑液
2、在冲头和下模之间保证润滑
3、在同一个程序中使用多套同样规格尺寸的模具
原因:刃磨方法不当,造成模具的退火,从而造成磨损加剧
解决办法:
1、采用软磨料砂轮
2、经常清理砂轮
3、小的吃刀量
4、足量的冷却液
原因:步距小
解决办法:
1、增大步距
2、采用桥式步冲
问题三、冲头带料及冲头粘连
原因:不合理的模具间隙(偏小)
解决办法:增加模具间隙
原因:冲头刃口钝化
解决办法:及时刃磨
原因:润滑不良
解决办法:改善润滑条件
问题四、废料反弹
原因:下模问题
解决办法:
1、采用防弹料下模
2、对于小直径孔间隙减少10%
3、直径大于50.00毫米,间隙放大
4、凹模刃口侧增加划痕
原因:冲头方面
解决办法:
1、增加入模深度
2、安装卸料聚胺酯顶料棒
3、采用斜刃口
问题五、卸料困难
原因:不合理的模具间隙(偏小)
解决办法:增加模具间隙
原因:冲头磨损
解决办法:及时刃磨
原因:弹簧疲劳
解决办法:更换弹簧
原因:冲头粘连
解决办法:除去粘连
问题六、冲压噪音
原因:卸料困难
解决办法:
1、增加下模间隙、良好润滑
2、增加卸料力
3、采用软表面的卸料板
原因:板料在工作台上及转塔内的支撑有问题
解决办法:
1、采用球面支撑模具
2、减小工作尺寸
3、增加工作厚度
4、板料厚
5、采用斜刃冲头
十、使用特殊成型工具的注意事项
1、不同型号的机器滑块的行程不同,因此要注意成型模具封闭高度的调整。
2、一定要保证成型充分,因此需要仔细调整,每次调整量最好不要超过0.15毫米,如果调整量过大,容易造成机器的损坏和模具的损坏。
3、对于拉伸成型,请选用轻型弹簧组件,以防止板料的撕裂,或因变形不均匀卸料困难等。正全科技微信内容真不错,值得关注!!
4、在成型模具周围安装球型支撑模具,防止板料倾斜。
5、成型位置应当尽量远离夹钳。
6、成型加工最好放在加工程序的最后来实现。
7、一定要保证板材良好的润滑。
8、定货时注意特殊成型工具的让位问题,如果两个成型的距离比较近,请一定要跟本公司销售员进行沟通。
9、因为成型工具需要较长的卸料时间,因此成型加工时一定要采用低速,最好要有延时。
十一、使用长方形切断刀的注意事项
1、步距尽量大,要大于整个刀具长度的80%。
2、最好通过编程来实现跳跃步冲。
3、建议选用斜刃口模具。
十二、在不超过机器公称力的情况下如何冲孔
生产过程中需要冲大于114.3mm直径的圆孔。如此大的孔会超出机器公称力上限,特别对于高剪切强度材料。通过多次冲孔的方法冲出大尺寸孔可以解决这一问题。使用小尺寸模具沿大圆周长剪切可以降低一半或更多的冲压力,在你已经拥有的模具中可能大部分模具都能做到。
十三、一个冲大圆孔的简易方法
这种凸透镜的模具可被制成你所需半径尺寸。如果孔径超出冲床公称力,我们推荐使用(A)方案。用此模具冲出圆形的周边。如果孔径能在冲床公称力范围内冲成,那么一个放射形模具和一凸透镜模具就能在四次之内冲压出所需的孔而无须旋转模具(B)
十四、最后才向下成形
当选用成形模具时,应避免进行向下成形操作,因为这样会占用太多垂直空间和导致额外的平整或弯曲板材工序。向下成形也可能陷入下模,然后被拉出转塔,然而,如果向下成形是唯一的工艺选择,那么应该把它作为对板材的最后一步处理工序。
十五、防止材料扭曲
如果你需要在板材上冲切大量孔而板材又不能保持平整,成因可能是冲压应力累积。冲切一个孔时,孔周边材料被向下拉伸,令板材上表面拉应力增大下冲运动也导致板材下表面压应力增大。对于冲少量的孔,结果不明显,但随着冲孔数目的增加,拉应力和压应力也成倍增加直到令板材变形。正全科技微信内容真不错,值得关注!!
消除这种变形的方法之一是:每隔一个孔冲切,然后返回冲切剩余的孔。这虽然在板材上产生相同的应力,但瓦解了因同向连续一个紧接一个地冲切而产生拉应力/压应力积聚。如此也令第一批孔分担了第二批孔的部变形效应。
五金冲压模具设计步骤流程详解
(B).升料销型(圆形,设有导料销用孔),升料销设有导料销用孔可防止材料承受导引销之变形及使导引销确实发生作用。
(C).升料及导料销型,兼俱导料功能,连续模具之导料最常使用此形式升料销型。
(D).升料销型(方形) 如有需求设有空气吹孔。
(E).升料及导料销型(方形)。
(2).顶料单元:自动冲压加工时必须防止冲切制品或冲屑之跳於母模表面以避免模具损坏及不良冲压件之产生。
(3).顶出单元:顶出单元之主要作用是每次冲压加工时将制品或废料自母模内顶出。顶出单元之装设场所有二:
(A).逆配置型模具时装设於上模部份,
(B).顺配置型模具时装设於下模部份。
8. 固定销单元
固定销单元之形状及其尺寸依标准规格需要而设计,使用时之注意事项有:
(A).固定销孔宜为贯穿孔,不能的场合,考虑容易使用螺丝卸除之设计方法。模具大师微信:1828765339(B).固定销长度适度最好,不可大于必要的长度。
(C).固定销孔宜有必要的逃离部。
(D).置于上模部份之场合,应设计防止落下之机构以防止其掉落。
(E).采用一方压入配合一方滑动配合之场合,滑动侧之固定销孔稍微大於固定销。
(F).固定销之数量以两只为原则,尽量选择相同之尺寸。
9. 压料板单元
“压料板单元之特别重要点是压料面与母模面有正确的平行度及缓冲压力要求平衡。。
10. 失误检出单元
“以连续模具冲压加工时,模具必须设计失误检出单元以检出送料节距之变化量是否超过其基准而停止冲床之运转。失误检出单元是装设於模具内部,依其检出方法有下列两种装设形式:(A).上模内装设检出销之形式,当其偏离料条孔穴时,将与料条相接触而检知。(B).下模内装设检出销之形式,当料条之一部与检出销接触而检知。。
“最近利用接触方式之检出方法将有所改变,使用近接开关之事例有增加趋势。上模内装设检出销是标准的检出装置,由于其于下死点附近检出,检出开始至冲床停止有时间偏差,要完全达到失误防止效果是困难的。装于下模之检出装置,当材料送料动作完成后马上直接进行检出,此方法已受到重视。。
11. 废料切断单元
“连续冲压加工时料条(废料) 将陆续离开模具内,其处理方式有两种:(A).利用卷料机卷取之,(B).利用模具切断装置将其细化。
又后者之方式有两种:(A).利用专用废料切断机(设置於冲压机械外部),(B).装设於连续模具最後工程之切断单元。。
12. 高度停止块单元
“高度停止块单元之主要作用是正确地决定上模之下死点位置,其形式有下列两种:(A).冲压加工时亦经常接触之方式,(B).组装时才接触,冲压加工时不接触之方式。还有,当模搬运、保管时,为防止上模与下模之接触,最好于上模与下模之间置入隔块。当精度要求无必要时,其使用标准可采用螺丝调整型。
六. 主要模具元件之设计
1. 标准部品及规格
“模具用标准规格之选择方法最好考量下列事项:(A).使用的规格内容不受限制时,最好采用最高层者。(B).原则上采用标准数。(C).模具标准部品无此尺寸时,采用最接近者再进行加工。。
2. 冲头之设计
“冲头依其功能可大致分为三大部份:(A).加工材料之刃部先端(切刃部,其形状有不规则形、方形、圆形等)。(B).与冲头固定板接触部(固定部或柄部,其断面形状有不规则形、方形、圆形等)。(C).刃部与柄部之连结部份(中间部)。。
“冲头各部份之设计基准分别从(A).切刃部长度,(B).切刃部之研磨方向,(C).冲头之固定法及柄部之形状等方面简述之。。
“(1).切刃部长度:阶段型冲头之切刃部长度之设计宜考虑加工时不会产生侧向弯曲、与压料板运动部份之间隙应适当。压料板与冲头切刃部之关系有引导型及无引导型,切刃部直段长度将有所不同。。
“(2).切刃部之研磨方向:切刃部之研磨方向有与轴部平行(上削加工) 及与轴部垂直 (穿越加工) 等两种方法,为提高冲头的耐磨耗性及耐烧著性,宜采用前者。切刃部形状是凸形状时可采用穿越加工,凹凸形状时采用上削加工或穿越加工并用方式。。“(3).冲头之固定法及柄部之形状:冲头之柄部大致分为直段型与肩部型两种,其固定方式之选用因素有制品及模具之精度、冲头及冲头固定板之加工机械与加工方法、维护保养之方法等。。
“(4).柄部之尺寸及精度:冲头柄部之尺寸及精度将随冲头之固定方式而有不同要求。。
“(5).冲头长度之调整方法:冲切冲头之长度因再研磨加工而减短,为与其他工程如(弯曲、引伸等)之冲头长度保持平衡及维持冲头设计长度,有必要调整冲头之长度。。“(6).配合冲压加工之冲头设计:为达到大量生产时冲压制品之品质安全及无不良品之产生,模具方面有必要考虑下列事项:A.冲头加工之研磨方向要同一性,表面宜施以抛光处理。B.为防止冲屑之浮上,冲头内可装设顶出销或加工空气孔。C.为减少冲切力,冲孔冲头施以斜角加工,还有大冲头附近的细小冲头宜较短些以减少受到冲击。。
“(7).配合加工法之冲头设计:冲头之形状设计与加工困难度有绝对的关系,当其过份接近时冲头固定板之加工变为困难,此时之冲头宜加以分割处理(采组合方式)。
3. 冲头固定板之设计
“冲头固定板之厚度与模具及荷重之大小有关系性,一般上为冲头长度之30~40%,还有冲头引导部长度宜高於冲头直径之1.5倍。
4. 导引销 (冲头) 之设计
导引销(冲头) 之引导部直径与材料导引孔之间隙,其尺寸及突出压料板之量依材料之厚度而设计,导引销之先端形状大致分为两种:A.炮弹形,B.圆锥形(推拔形)。
(1).炮弹形是最普通之形式,市面上亦有标准部品。
(2).圆锥形有一定的角度,很适合用於小件之高速冲压,推拔角度之决定因素有冲压行程、被加工件之材质、导引孔之大小,加工速度等。推拔角度大时较容易修正被加工材料之位置,但推拔部之长度将变长。推拔部与圆筒部连接处宜滑顺之。
5. 母模之设计
(1).冲切母模之设计
冲切母模之形状设计应考量之要项有:A.模具寿命及逃角之形状,B.母模之剪角,C.母模之分割。(A).模具寿命及逃角之形状:此设计是非常重要的事项,如设计不正确将会造成冲头之破损、冲屑之堵塞或浮上、毛边之发生等冲压加工不良现象。(B).母模之剪角:外形冲切时为减低其冲切力,母模可采剪角设计,剪角大时冲切力之减低亦大,但易造成制品之反曲及变形。(C).母模之分割:母模必须施以成形研磨等精加工,由於其是凹形状,研磨工具不易进入,故必须加以分割。
(2).弯曲母模之设计
“弯曲加工用母模之设计,为防止回弹及过度弯曲等现象之发生,U形弯曲加工用母模之部形状为双R与直线部(斜度为30度)之组合,最好近似R形状。R部形状经成形研磨或NC放电加工後应施以抛光处理。。
(3).引伸母模之设计
“引伸母模角隅部形状及逃角形状是非常重要的设计事项,有关角隅部及逃角之形状及特征如下:引伸母模R角值大时较易引伸加工,但亦产生引伸产品表面产生皱 摺 现象,引伸制品侧壁厚度大於板厚。引伸厚板件及顶出困难之场合,母模R值要取小,约为板厚之1-2倍,一般上圆筒及方筒引伸母模之大多引伸部作成直段状,为防止烧著发生、润滑油油膜之破坏及减少顶出力等目的,直段部下方宜有逃部(阶段形或推拔形)设计。特别是引缩加工之场合,此直段部有必要尽量少。。
6. 冲头之侧压对策
冲压加工时冲头左右承受均等之荷重是最佳理想(即侧压为零) 状态,冲头承受侧向压力时将使上模与下模产生横方向之偏移,造成模具间隙之部份变大或变小(间隙不均匀) 及无法得到良好精度的冲压加工。有关冲头之侧压对策有下列方法:(A).改变加工方向,(B).单侧加工(冲切、弯曲、引伸等)之制品宜采两排布列方式,(C).冲头或母模装设侧压挡块,切刃之侧面设有导引部(尤其是切断及分断加工)。
7. 压料板之设计
“压料板之功能有剥离付著於冲头之材料及导引细小冲头之作用,依功能不同其设计内容有很大的不同。压料板之厚度及选用基准依制品设计有下列两种:1.可动式压料板,2.固定式压料板。。“压料板与冲头之间隙值宜小於模具间隙之半(尤其是精密连续模具更应遵守此原则),当设计压料板时依制品的不同而有所变动必须注意下列事项:
1.压料板与冲头之间隙值及冲头导引部之长度,
2.辅助导柱与压料板之装设标准及压料板之逃部设计,
3.可动式压料板於冲压加工时为防止倾斜发生之对策,
4.固定式导料板与压料板导引销孔之尺寸关系,
5.固定式压料板之材料导引部与被加工材料宽度之关系。。
8. 背压板之设计
“冲压加工时主要作用件(冲头、压料板、母模)之後方将承受面压,当冲压力高於面压力时宜采用背压板(特别是冲头及母模模套之背面)背压板之使用方式有局部使用与全面使用两种形式。。
冲压模具设计的方法与步骤 1、冲压零件的冲压工艺性分析 冲压零件必须具有良好的冲压工艺性,才能以最简单、最经济的方法制造出合格的冲压零件,可以按照以下的方法完成冲压件的工艺性分析: a.读懂零件图;除零件形状尺寸外,重点要了解零件精度和表面粗糙度的要求。 b.分析零件的结构和形状是否适合冲压加工。 c.分析零件的基准选择及尺寸标注是否合理,尺寸、位置和形状精度是否适合冲压加工。 d.冲裁件断面的表面粗糙度要求是否过高。 e.是否有足够大的生产批量。 如果零件的工艺性太差,应与设计人员协商,提出修改设计的方案。如果生产批量太小,应考虑采用其它的生产方法进行加工。 2、冲压工艺方案设计及最佳工艺规程设计: a.根据冲压零件的形状尺寸,初步确定冲压工序的性质,如:冲裁、弯曲、拉深、胀形、扩孔。 b.核算各冲压成形方法的变形程度,若变形成度超过极限变形程度,应计算该工序的冲压次数。 c.根据各工序的变形特点和质量要求,安排合理的冲压顺序。要注意确保每道工序的变形区都是弱区,已经成形的部分(含已经冲制出的孔或外形)在以后的工序中不得再参与变形,多角弯曲件要先弯外后弯内,要安排必要的辅助工序和整形、校平、热处理等工序。 d.在保证制件精度的前提下,根据生产批量和毛坯定位与出料要求。确定合理的工序组合方式。 e.要设计两个以上的工艺方案,并从质量、成本、生产率、模具的刃磨与维修、模具寿命及操作安全性等各个方面进行比较,从中选定一个最佳的工艺方案。 f.初步确定各个工序的冲压设备。 3、冲压零件毛坯设计及排样图设计: a.按冲压件性质尺寸,计算毛坯尺寸,绘制毛坯图。
b.按毛坯性质尺寸,设计排样图,进行材料利用率计算。要设计多种排样方案,经过比较选择其中的最佳方案。 4、冲压模具设计: a.确定冲压加工各工序的模具结构形式,并绘制模具简图。 b.对指定的1—2个工序的模具进行详细的结构设计,并绘制模具工作图。设计方法如下: ※确定模具的种类:简单模、连续模还是复合模。 ※模具工作零件设计:计算凸、凹模刃口尺寸和凸、凹模长度,确定凸、凹模结构形式和连接固定方式。 ※确定毛坯的定位和定距方式,并对相应的定位、定距零件进行设计。 ※确定压料、卸料、顶件及推件方式,并对相应的压料板、卸料板、推件块等进行设计。 ※模架设计:包括上下模座及导向方式的设计,也可以选用标准模架。 ※在完成以上工作的基础上,按比例绘制模具工作图。先用双点划线绘制毛坯,再绘制工作零件,然后绘制定位和定距零件,用连接零件把以上各部分连接起来,最后在适当的位置绘制压料和卸料零件。根据模具的具体情况,以上顺序也可作适当调整。 ※工作图上应该标注模具的外轮廓尺寸、模具闭合高度、配合尺寸及配合型式。工作图上要标注模具的制造精度和技术条件的要求。工作图要按国家制图标准绘制,有标准的标题栏和名细表。如果是落料模,要在工作图的左上角上绘制排样图。 ※ 计算模具压力中心,检查压力中心与模柄中心线是否重合。如果不重合,对模具结果作相应的修改。 ※ 计算冲压力,最后选定冲压设备,进行模具与冲压设备相关尺寸的校核(闭合高度、工作台面、模柄安装尺寸等)。 5、测绘模具的大部分零件图(要求完成图纸工作量折合为A0图三张以上),零件图要求按国家制图标准绘制,标注完整的尺寸、公差、表面粗糙度和技术要求。 6、填写冲压加工工艺规程卡片。
7、在所设计的模具零件图中,选择两个零件进行机械加工工艺分析、编制合理的机械加工工艺规程,并填写机械加工工艺规程卡片。 8、根据设计内容和设计计算编写设计说明书一份。
抽引连续模设计步骤及要点,
[摘要] 文章在对抽引加工工艺作了简单的概述後,著重总结了抽引连续模设计步骤及要点,并列举了较实用之模具结构形式.
关键词 抽引 连续模 冲压 冲模排样
1. 概述
抽引加工工艺在连接器五金件制造中应用极为广泛. 它是一种将平片毛坯抽制成立体空心件的冲压加工方法,在工业及生活用品的制造中应用极为广泛. 诸如汽车覆盖件,连接器中的D型铁壳,生活用品中的易拉罐等都离不开抽引加工工艺.抽引加工一般分为旋转件抽引(如Audio Jack Shell),盒形件抽引(如D-SUB Shell) 及复杂曲面抽引(汽车覆盖件)等.
抽引加工的成形机理是材料内部产生塑性流动,平片毛坯向径向流动逐步转移到筒壁的过程,如图一所示:
(图一)
由此可见,抽引加工必然存在以下特点:
a. 材料内部塑性流动, 必然产生加工硬化
b. 材料从外围向径向流动时,在切向相互间产生挤压应力,由此导致材料失稳起皱,甚至抽裂.
签于抽引成形机理是材料整体流动,变数太多,故模具设计时光靠理论计算往往不够,需在实际试模中加以修正.在抽引连续模设计时,由於连续模之结构特点以及料带之送料顺畅要求,使得模具设计时有更多的考量要点.以下就抽引连续模设计步骤及要点作些许总结.
2. 抽引件工艺性评估及成形工序确定
在抽引连续模设计之前,首先应对抽引件图面进行工艺性审查评估,评估内容主要包括以下几部分:
a. 抽引件之精度要求:一般而言抽引件在圆筒侧壁之材料厚度无法做到等料厚t, 故产品尺寸标注时不能同时对圆筒内外同时有尺寸要求, 只能满足其中一项, 其精度要求可达±0.05mm.在高度方向也可控制到±0.05mm, 其标注方式最好以抽引件底部为基准;
b. 抽引件之外观要求: 材料在抽引流动时与模仁摩擦剧烈,外观无法做到车制零件那麼光滑,筒侧壁可能会有内凹或弧形;
c. 零件之抽引工艺性: 由於抽引连续模之模具结构特点决定,抽引过程中无法加退火工序,故必须对制件之连续抽引进行工艺评估.如果其总抽引系数小於材料所允许之最小总抽引系数,那麼就不具备连续抽引工艺
d. 如果抽引件深度太高,无法连续抽引完成时,可考虑先抽引後翻底工艺,看能否达到目的,此时产品侧壁外观不平整.另外当总抽引系数太小时, 可考虑用胀形工艺完成
e. 产品形状尽量简单对称,有利於材料均匀流动
f. 产品之圆角半径不宜过小,一般底部圆角r和口部圆角R都应大於(0.1~0.3)t
g. 评估抽引件凸缘及侧壁之成形或冲孔是否在连续模中易实现.诸如凸缘上冲孔太靠近抽引主体,很可能为了闪开抽引主体而使刀口太弱侧壁上冲孔能否有效排屑等都须考量
h. 抽引件底部冲孔时,其孔径必须小於抽引直径否则可考虑侧切底工艺,将底部圆角切除
3. 抽引件毛坯展开
抽制工件所需毛坯直径必须在实际的抽引试模中加以修正才能得到正确数值.但理论计算必不可少,它可大致确定出毛坯之形状与面积.对於零件成本预估,抽引工艺性评估及抽数确定等都有重要的指导意义和实用价值.
一般在抽引件毛坯展开中,面积相等法利用最为广泛.其理论来源於抽引前後质量守恒定律. 当假定料厚t均匀时, 由於密度一定,故可推得抽引前後面积相等结论.在计算抽制品面积时,一般是以料厚t之中心线(如图二中虚线)所旋转而成的面作为平均面.
(图二)
利用面积相等法原则求毛坯直径的程序为: 先计算出抽制品平均面积,再利用此面积计算毛坯直径D.如何求得抽制品面积呢?我们必须先将复杂形状之抽制件分解为多个简单的几何单元,然後利用面积累积法求得整个产品之面积.如下图三:
(图三)
抽制品面积A=Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ
毛坯面积=πD2/4 故D=(4A/π)1/2 =1.128A1/2
对於盒形件(如D-SUB Shell)等,由於直边段的变形机理为折弯原理, 抽引机理主要存在於圆角处,故直边处的毛坯按折弯展开,圆角处按圆筒抽引展开.因此较常用到几何单元体为以下几种,其面积计算公式附後
4. 抽引工艺参数之计算与分配
在连接器抽引件开发中往往都需要多道抽引才能完成。因此抽引道次的计算和抽引系数之分配等工艺参数的确定至关重要.其计算步骤一般为:
a. 计算修边余量
b. 对补偿有修边余量之抽引件进行毛坯面积计算并确定展开毛坯形状
c. 确定抽引道次,并进行抽引系数分配
d. 抽引凸凹模工作部分设计
e. 确定各抽抽引高度.
具体分解如下:
a. 在抽制过程中, 常因材料机械的各向异性以及抽引间隙不均匀,摩擦阻力不等以及定位误差等因素导致抽引件口部或凸缘周边不齐,须修边.因此在毛坯展开前必须补偿修边余量.在连接器类小抽引件设计时一般按1mm的修边余量补偿.
b. 毛坯面积的计算如上文所讲,利用面积分段法求出的产品总面积,就是毛坯面积. 针对圆筒件,其毛坯为圆形,因此可确定其直径.对於盒形件,在四个圆角按1/4圆筒计算,直边段按折弯展开计算,圆角和直边单独展开,再平滑过渡,如图四:
(图四)
c. 在毛坯展开後, 就必须确认抽引道次了.在计算抽引道次前,我们须计算出抽引件之总抽引系数(图五).
m总=产品之筒径/展开毛胚直径(<1)
(图五)
当m总小於此材料所能允许的最小抽引系数时, 将无法连续抽引,中间必须通过退火工序.
在计算出m总後,有两种方法进行抽引参数计算:
1) 计算法:
抽引道次n=m总/m均(其中m均为材料之平均抽引系数)
当抽引道次确认後,查相关冲压手册选取相对应材料各道抽引系数,选取时必须保证以下原则m1*m2* m3---*mn=m总
当各道次抽引系数确认後,即可根据
d1=m1*D d2=m2*d1 ……. dn=mn*dn-1
公式计算出各抽冲子直径.
2) 推算法:
通过冲压手册推荐表格查出各抽允许之抽引系数 m1, m2….. mn然后根据
d1=m1*D d2=m2*d1 ……. dn=mn*dn-1
推算直到d n=抽制件直径为止,此时n就为抽引次数。并同时已确定出各抽抽引直径.
用压边圈时筒形件许可抽引系数
拉伸 抽引
系数 系数 毛坯相对厚度(t/D)*100
2~1.5 1.5~1.0 1.0~0.5 0.5~0.2
m 1 0.46~0.50 0.50~0.53 0.53~0.56 0.56~0.58
m 2 0.70~0.72 0.72~0.74 0.74~0.76 0.76~0.78
m 3 0.72~0.74 0.74~0.76 0.76~0.78 0.78~0.80
m 4 0.74~0.76 0.76~0.78 0.78~0.80 0.80~0.82
d. 抽引凸凹模工作部分设计
抽引凸凹模工作部分设计包括抽引间隙设计,凸凹模圆角设计,凸模头部形状设计;
1)抽引间隙:在各抽冲子直径确认後,凹模直径=冲子直径+2*抽引间隙。
其中抽引间隙一般由第一抽的1.1t到最後一抽t逐步递减。
2)在凹模头设计(图六),一般第一抽r凹=(8~12)t,
後续各抽r凹n=(0.6~0.8)r凹n-1
冲子头部圆角设计为r凸n=(0.6~1.0)r凹n
最後整形抽,r凹=抽制件口部圆角r凸=抽制件底部圆角
(图六)
3)为保证抽引件成形,有利於材料流动,往往将抽引冲子头部作成一定斜角,如图七所示:
一般而言, 当T0.70mm时 =30 , 0.7mm<T1.4mm时 =40 T>1.4mm时 =45
(图七)
e. 确定各抽抽引高度
如图八所示: 当抽引到最後一抽时,产品尺寸应全部到位,故抽引高度就是产品高度。选定一区域作为等面积计算单位,由此得
Ⅰn+Ⅱn+Ⅲn+Ⅳn+Ⅴn=产品面积A
由前面计算已知r凹,r凸以及d n, 故Ⅰn,Ⅱ,Ⅳn,Ⅴn也可计算得出,因此有
Ⅲn=3.14*d*H=A-Ⅰn-Ⅱn-Ⅳn-Ⅴn
推出 H=( A-Ⅰn-Ⅱn-Ⅳn-Ⅴn)/(3.14*dn)
(图八)
5. 抽引连续模之料带设计
抽引件展开成毛坯後要开发成连续模形式,必须对料带的carry连接方式给予确定。在料带设计时一般要考虑以下因素:利於抽引件成形,料带刚性良好,送料顺畅,在料宽与pitch选定时尽量提高材料利用率。
从大方面看抽引连续模料带可分为整料带方案和切口料带方案两种。
它们的主要区别在与切口料带抽引时毛坯完全独立,前後产品在抽引时材料流动不会相互影响;而整料带抽引时前後毛坯相关连,不但造成抽引凸缘过大,而且容易产生毛坯材料不够等现象,特别是在模具维修时不便维修。因此,在实际模具设计时,切口料带设计方案应用更为广泛。
公司目前所有抽引模均为切口料带式。在切口料带方案中,又有以下三种毛坯分离方式。
1)下料式(如图九),其特点是:
i. 废料多,材料利用率低; ii. 料带刚性差;
(图九)
2)撕破方式(如图十),其特点是:
i.材料利用率高,料带刚性好;
ii.毛胚通过撕破方式分开,容易与carry在撕开处相重叠,产生细小金属丝;
(图十)
3)下料与撕破综合式(如图十一),其特点是:
i. 材料利用率高; ii. 料带刚性好。
(图十一)
在抽引连续模料带设计时,必须保证:
1) 连接抽引毛坯与两侧浮料定位之搭边的carry必须有一定弧度(图十二),可随抽引毛坯向中心流动时而延伸。这样才能保证浮料定位搭边不致被拉变形或者是carry被拉断,这才能使得後续各工站送料顺畅,定位准确;
(图十二)
2)为保证料带之刚性,最好在两侧搭边中间加一横向carry,如图十三所示。
(图十三)
6. 抽引连续模之压料与脱料设计
抽引模设计时,必须从抽引工艺上充分考量压料与脱料的可靠性。如果压料不充分,材料容易起皱失稳。如果压料过死,则不利於材料流动,容易造成抽裂。同样,如果脱料机构设计不好,也容易造成卡料与带料现象,无法送料顺畅。
抽引工站结构如图示:
剥料板通过两侧限位,使得抽引毛坯(包括carry)与剥料板间有0.02~0.05mm间隙,这样既有利材料流动,又可避免起皱。剥料板必须用弹簧强压。在下模设计顶料块,避免产品卡死在模仁中,其浮升的高度必须使产品脱离模仁r角。
抽引後,材料势必会紧包在抽引冲子上,为达到脱料目的,除了使冲子完全退回到剥料板里面,达到完全剥料外,还应在抽引冲子上设计气孔,以避免冲子与产品在剥料过程中产生真空,发生带料现象。
7. 抽引连续模之定位设计
抽引连续模料带在模具中的定位设计与弯曲连续模有本质区别.抽引时材料流动,carry变形,因而无法再通过carry上的定位工艺孔对整料带定位,为保证产品尺寸精度。其成形工艺必须为:
分离抽引毛坯 抽引以抽引体为基准切出弯曲展开毛坯弯曲成形产品从料带分离。如图十四:
(图十四)
在模具前段为抽引毛坯分离工站,包括下料与撕裂,是在抽引前完成,可通过料带上定位孔定位;模具中间段为抽引工站,此时料带上定位孔功能已丧失,它们的 的定位是靠抽引外形自动导入抽引模仁保证;在模具後段为下料弯曲工站,为保证产品精度,必须以最後一抽抽引体为基准进行定位。
针对模具後段定位,设计时有三种方案:
a. 以抽引体外形定位,在模具後段各工站设计外形与抽引体外形一致,配合间隙0.02mm之定位结构。此结构必须在抽引件底部加顶出装置。如图十五:
(图十五)
b. 以抽引体内部轮廓定位,在模具後段各工站设计与抽引体内形一致,间隙0.02m之定位Block固定於剥料板上。此Block必须在头部进行导引结构和剥料机构设计,如图十六:
(图十六)
c. 凸缘工艺孔定位:
以上两种定位方案往往占用模具空间大,也不便於设计剥料和脱料机构。因此,可借鉴carry定位孔原理,先以抽引体外形或内形定位,在凸缘上冲出定位工艺孔,在後续工站中以凸缘上的工艺孔作为抽引件在模具中的定位。因为凸缘与抽引体位置固定,因此凸缘上工艺孔与抽引体在料带定位功能上有等效作用,如图十七所示:
(图十七)