五金模具设计原理课件.ppt
大智五金工程部:萬學兵,五金沖模設計原理,一模具概述及其發展發展,模具概念,利用五金素材為原料的模具即為五金模具,模具發展歷程,八十年代,普通的机械加工设备,钳工技能起決定性作用,九十年代,CAD/CAM技术及数控技术的应用,模具可以制造出來,21世紀,网络技术、计算机应用等IT技术采用,模具設計信息思維及CAD/CAM技术深化应用,汽车覆盖件模具发展,精密,快速,多元化,新材料,二模具設計原理,設計原理,2-1工程分析原理,2-2結構設計原理,設計原理,工程分析思路,確定功能尺寸和質量重點管制尺寸 .,分析產品結構了解其用途及功能 .,根據公司實際情況制訂其制造流程,根據以上分析召開開模檢討,制訂合理的開模方案并執行,散熱,支撐,EMI,工程分析,NoteBook 結構,Key part:,LCD (12.1”, 13.3”, 14.1”15, 17), CPU, HDD, CD-ROM/DVD-ROM/COMBO, FDD, Glide Pad, Battery, AC Adapter,SDRAM/DDR, Keyboard, FAX Modem, LAN, Antenna etc,Metal:,Thermal, hinge/ hinge support, FDD bracket, HDD plate/shielding, CD-ROM bracket, G/P bracket, modem jack plate, I/O bracket, bottom plate etc.,工程分析,2.1.1, 沖壓金屬件成本分析,構思無窮, 創意無窮。,2-1工程分析內容,2.1.2, 模具成本估價分析,2.1.3, 制程困難點及建議案的提出,2.1.4, 相關設備的選用,2.1.5, 胚料利用率,2.1.6, 工序分析考量原則,工程分析,2.1.1, 沖壓金屬件成本分析,原材料費用+loss 3%,沖壓工程,二次加工,配件,作業不良 (1%),營銷費用 (1015%)*stamping cost,利潤(5%),包裝費,運輸費,攻牙脫脂點焊鉚合拉釘烤漆印刷熱處理發線滾電平面度調整貼mylar,模具費用按協定進行攤派,工程分析,2.1.2, 模具成本估價分析,模具設計費用按難易程度取1.01.3不等,工程分析,2.1.3, 制程困難點及建議案的提出,a.材質及毛邊方向;產品紋向,b.最小沖裁邊距,c.沖孔最小寬度確認,工程分析,2.1.3, 制程困難點及建議案的提出,d.折彎容許最小高度確認,e.彎曲部位至孔邊緣最小值確認,工程分析,2.1.3, 制程困難點及建議案的提出,f.彎曲內R角值確認,g.包角成形最大允許高度確認:,工程分析,2.1.3, 制程困難點及建議案的提出,h.其它確認事項,產品開模問題點例子講解,工程分析,2.1.4, 相關設備的選用,沖床及輔助設備的選用,送料機的選用,安全檢知的選用,叉車的選用,夾模器的選用,沖床類型的選用,沖床大小的選用,工程分析,2.1.4.1, 沖模壓力分配,a.沖床公稱壓力是否足夠,b. 脫料力是否足夠及平衡,c. 模具工藝力中心是否和沖訂壓力中心重合,工程分析,沖裁工藝力內容:,2.1.4.2, 沖裁工藝力計算,沖裁力,卸料力,推件力,頂件力,F=1.3T*L*t,F卸=k*F k=0.020.08,F推=nk*F k=0.0250.10,以下頂料彈性力量計算,1.3間隙不均刃口磨損等修正系數,T為抗剪系數,L為沖裁周長,材料厚度,V形彎曲件的計算: F1=0.6 KB 2b/R+t U形彎曲件的計算: F1=0.7 KB 2 /R+t 式中F1-自由彎曲力 B-彎曲件寬度(mm); t-彎曲件材料厚度(mm); R-彎曲內半徑(mm); b-材料抗拉強度(Mpa) K-安全因數,一般取k=0.3,彎曲力,胚料的利用率主要取決于排樣工作的合理性。,K=na/A*100%,其可用K值來表示:,通常用沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比作為衡量排樣的經濟性與合理性,一直稱為材料的利用率,K-材料利用率,n-每一條料生產的工件數,a-每個工件的面積(m),A-每一條料的面積(m),2.1.5, 胚料利用率,工程分析,工程分析,2.1.5.1, 產品展開,不同的成形方法決定了不同的展開方法.,展品展開原則:,展開修訂標准:,a.沖孔取公差上限的70%。,b.落料取公差的下限。,c.折彎高度公差、位置公差取中間值(便于調整)。,d.彈片加高0.2后進行展開設計,展開標准:,直角展開,e.產品尖角展開薄材0.2厚材0.3(0.5),工程分析,2.1.5.1, 產品展開,圓角展開,Z折展開,工程分析,2.1.5.1, 產品展開,Z折展開,產品展開圖,同一個工件,由于采用了不同的排樣方式,節料效果大不一樣.,2.1.5.2, 胚料利用率排樣例,工程分析,排樣方式一-直排,直排素材規格,SPTE: 0.15*281w*L915(P=86.5),材料利用率,42.54%,排樣方式一-斜排,斜排素材規格,SPTE: 0.15*249w*L915(P=81),48%,材料利用率,排樣方式一-對頭直排,SPTE: 0.15*280w*L915(P=135.7),對頭直排規格,56%,材料利用率,排樣方式一-對頭斜排,對頭斜排規格,SPTE: 0.15*191w*L915(P=146),51%,材料利用率,2.1.5.3, 胚料利用率排樣例對比圖,工程分析,a. 開模類型制訂工程模連續模ROBOT,客戶的要求,2.1.6, 工序分析考量原則,工程分析,產量的考量,b. 工程數的制訂,產品結構,產線安排,人數需求,每工程Cycle Time是否平均,c. 工程數分析原則,先下外形沖內孔再折彎成形,折彎由外向內折曲,同一方向折彎安排在同一工序,折彎邊離孔太近先折彎后沖孔,抽凸會造成外形拉料，所以一般為先抽引再下外形,折彎拉料可考慮補料折彎或產品對排形式,產品尺寸較大或局部有拉料時可采用分段切邊,需精確保証的尺寸在允許的情況下盡量放在后置工站加工,靈活運用原則依實際產品制訂工序方案,示例產品,模具工程分析實例講解,BHR60_PA_141_LCD_BRK_L,此兩件為141LCD左右支架屬包絡成形件模具成形時易拉料變形,BHR60_PA_141_LCD_BRK_R,工程分析,單件排樣個料,單件產品展開圖,單件產品排樣圖,單件排樣素材規格,SUS304: 0.8*216w*L1220(P=28.8),材料利用率,45.6%,工程分析,模具工程分析實例講解,單件排樣補料,此件如果按產品展開排樣雖然節省材料但模具成形困難。所以模具設計時單件,SUS304:0.8*272w*L1220(P=57),單件補料排樣圖,考量方案為-單邊補料,單件排樣素材規格,材料利用率,21.1%,模具工程分析實例講解,左右件共用排樣,LCD支架一般為左右兩支考慮拉料及左右共性設計時制訂方案為左右共用,SUS304:0.8*280w*L1220(P=93.5),左右共出排樣圖,左右共出產品展開圖,單件排樣素材規格,材料利用率,23.5%,模具工程分析實例講解,LCD支架一出二排樣,材料利用率與模具設計考量,LCD支架設計為一出二不僅可克服模具拉料還可大大提高材料利用率,SUS304:0.8*269.5w*L1220(P=75),左右共出排樣圖,左右共出產品展開圖,單件排樣素材規格,材料利用率,31.5%,設計原理,2-2模具結構設計原理,模架設計原理,工作部分設計原理,模具材料選用,設計原理,模架設計原理,模架設計原理,受力支撐平衡,平行度垂直度,精密導向,便于安裝及掉屑,設計原理,模座厚度?,模板平行度?,受力中心分配?,2.1.1模架受力支撐平衡,2.1.2 精密導向,外導柱,內導柱,2.1.3 模架平行度&垂直度,模具的工作質量及穩定性很大程度上取決于模架的平行度及垂直度當產品在350mm以上模板需在450mm以上時沖材料為t=0.15或t=0.1及以下厚度材料模具模板間的平行度需保証在0.005以下整個模具的垂直度需保証在0.01以下。所以當模具較大時采用分板結構模具。,下模板脫料板平行度相差0.1后的裝配狀況,2.1.4 便于安裝及掉屑,模柄,夾模器,上下鎖板,墊腳寬度,吊挂螺絲,設計原理,2.2.2, 工作部份設計原理一,沖裁之圖例,剪切產品斷面特征 a-塌角帶 b-剪切帶 c-斷裂帶d-毛刺帶,落料,沖孔,2.2.1 沖孔原理,工作部份設計原理,精密沖裁之間隙影響,沖模切刃圓弧半徑之影響,有效剪斷面(%),破斷面(%),a=3.2mm壓料力,a=3.2mm壓料力 4ton,0,5,10,15,20,間隙(mm),有效剪斷面(%),破斷面(%),沖模切刃圓弧半徑rd(mm),2.2.1.1 切刃條件(間隙切刃圓弧半徑),精密沖裁的成功最大條件為零間隙。但實際上允許0.005左右之值此值必須在沖剪時保持輪廓全周均勻。,切刃圓弧對沖裁面影響很大模具制成后只有改變圓弧半徑來消除破斷面切刃圓弧半徑隨試模隨加大但應較光制沖剪時之圓弧半徑之值為小。,2.2.1.2 精密沖模模具結構,精密小孔沖頭親套之用法,高速鋼沖孔入塊,2.2.1.3 精密沖模模具工作零件,高精密合金工具鋼沖孔沖頭親套零件,設計原理,2.2.2, 工作部份設計原理二,2.2.2 折彎原理,V折,U折,彎曲模設計要求(1).毛坯放置在模具上應保証可靠的定位;(2).在彎曲過程中,應防止的滑動和偏移;(3).為了減少和消除彎曲后的回彈,在沖程結束時應使制件在模具中得到校正;(4).彎曲模的結構應考慮到制和維修中消除回彈的可能;(5).毛坯放到模具上和彎曲成形后從模具中取出應方便;,設計原理,2.2.2, 工作部份設計原理二,2.2.2.1 折彎工作部份尺寸確定,折彎間隙,彎曲有色金屬時,間隙值用下式計算Z/2=Tmin+nt 彎曲黑色金屬時,間隙值用下式計算Z/2=t(1+n),a.凸模圓角半徑,模具圓角,凸模圓角半徑等於或略小於工件內側的圓角半徑,b.凹模圓角半徑,R凹=(26)t,設計原理,2.2.2, 工作部份設計原理二,2.2.2.2 折彎工作設計其它考量點,彎曲件的縴維方向,彎曲件的沖裁毛刺與彎曲方向,彎曲的最小彎曲半徑,彎曲件的最小彎曲高度(H=2.5),彎曲件的孔與彎曲處的最小距離,設計原理,2.2.2, 工作部份設計原理二,2.2.2.3 折彎工作彎曲的變形分析,彎曲過程,彎曲的變形特點,設計原理,2.2.3, 工作部份設計原理三,脫料設計原理,脫料的三種方式:,脫(刮)板脫料,頂料銷脫料,滑塊脫料,設計原理,2.2.4, 工作部份設計原理四,定位設計原理,定位銷(塊)材質用SK3或Cr12,投外加工時熱處理 HRc50;設變由組立自行處時不需熱處理,2. 後續工程必須使用前工程沖出的剪口做為精定位,並避開接刀處圓定位銷,3. 盡量用固定式,情況許可下,盡量內外都要定位,4. 用內孔定位時,優先選用順序:圓形-方形-異形,5. 各工程須使用相同的基准邊或相同之內勾孔定位.,2.2.4.1 定位設計原則:,設計原理,2.2.4.2 定位銷(塊)選用分布設計原理,1. 圓形定位用於內孔定位（定位銷直經D=工件上的園孔直經減去0.04MM.） 或用於粗定位,2. 素材為片料的第一工程料片定位,使用固定式與活動式相結合的定位方式.注意:使用固定式定位的材料邊為產品尺寸形狀要求較高的邊,使用活動式定位的材料邊為產品尺寸要求較低的邊.,3. 有內定位時外定位與產品料邊間隙0.1mm; 無內定位時外定位與產品料邊間隙0.02mm,模具材料分類 一冷作模具鋼 二熱作模具鋼 三塑膠模具鋼,模具材料選用,鋼 和 鐵 的 分 別,碳含量在0.06wt%以下者稱為純鐵.碳含量在0.06wt%至2.0wt%者稱為鋼.碳含量在2.0wt%以上者稱為鑄鐵.,鐵 - 碳 平 衡 變 態,Ao : 磁性有、無的變態.A2 : 肥粒鐵 + 碳化鐵 波來鐵 的共析變態.A1 : 肥粒鐵 的固溶飽和線.A3 : 肥粒鐵 沃斯田鐵 的界限.Acm:沃斯田鐵 雪明碳鐵 的界限.,鐵-碳平衡圖是將各種不同含碳量的鐵-碳合金在某一溫度下達成平衡(反應平衡)時的相呈現出來.,大智模具材料性能一覽表1,大智模具材料性能一覽表2,大智模具材料性能一覽表3,THANK!,
