双孔矩形垫片冲压模-板料凸片落料冲孔倒装复合模具设计含8张CAD图
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矩形
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双孔矩形垫片冲压模-板料凸片落料冲孔倒装复合模具设计含8张CAD图,矩形,垫片,冲压,板料,凸片落料,冲孔,倒装,复合,模具设计,cad
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主要内容及基本要求内容：如图所示的零件，（1）生产批量：大批量,年产量；（2）材 料：Q235；（3）材料厚度：t=1.0mm。摘 要本文阐述了板料凸片零件的冲压复合模的结构设计及工作过程，通过工艺分析，采用落料冲孔工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定模具类型。该模具采用后侧导柱模架，左右两边的导柱和导套采用同一型号。落料凹模采用整体结构，废料从凸凹模的开槽中卸出。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。关键字：凸片；冲压；复合模；落料冲孔；模具结构AbstractThis paper describes the structure design and working process of the stamping compound die for sheet metal convex parts. Through process analysis, blanking and punching processes are adopted, and the die types are determined by calculating the punching force, top piece force and unloading force. The die adopts the rear guide pillar die frame, and the guide pillars and bushes on both sides are of the same type. The blanking die adopts the integral structure, and the waste material is discharged from the groove of the punch and concave die. The die has reliable performance, stable operation, improved product quality and production efficiency, and reduced labor intensity and production cost.Key words: convex sheet; stamping; compound die; blanking punching; die structure3目 录主要内容及基本要求1摘 要2Abstract3第一章、绪 论1第二章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定22.1.材料分析22.2.冲裁件的结构工艺性22.3.冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求22.4.冲裁方案的确定2第三章、排样图的设计及材料利用率的计算43.1.排样的设计43.2.搭边的选取53.3.材料利用率的计算6第四章、冲裁工艺力的计算74.1.冲裁力的计算74.2.卸料力、推件力、和顶件力的计算74.3.冲压压力中心计算8第五章、冲压设备的选择11第六章、冲裁模工作部分设计计算116.1.冲裁间隙116.2.模具刃口尺寸的计算126.2.1.落料部分刃口设计计算136.2.2.冲孔部分刃口设计计算146.2.3.孔心距的计算15第七章、卸料零件计算15第八章、主要零部件设计168.1.落料凹模设计168.1.1.落料凹模刃口形式178.1.2.落料凹模外形和尺寸的确定188.1.3.落料凹模的结构形式188.2.凸凹模设计188.2.1.模具的结构形式和固定方法188.2.2.凸凹模长度的确定188.2.3.凸凹模结构设计198.3.冲孔凸模198.3.1.冲孔凸模的固定形式198.3.2.凸模强度校核19第九章、标准件的选择209.1.模架及模柄的选择209.2.凸模固定板及垫板的选择209.3.模具闭合高度的校核209.4.卸料螺钉219.5.螺钉及销钉的选择21总 结22参考文献23 第一章、绪 论我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具生产能力。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 23第二章、冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定2.1.材料分析冲裁材料为Q235，查文献1 ：属于普通碳素钢，屈服点s=240MPa，抗拉强度b=400-470MPa，延伸率不小于25，抗剪强度=310-380MPa，塑性好，焊接性好，适合冲裁。2.2.冲裁件的结构工艺性冲裁件的结构形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料，矩形孔两端宜用圆弧连接，以利于模具加工。冲裁件凸出或凹进的部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽，如图2-2所示。最小宽度b一般不小于1.5t，若冲裁材料为高碳钢，b2t, ，当材料厚度t0.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09 注：表4-1引自文献2。卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 冲裁时，所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。采用刚性卸料装置和下出料的冲裁模的总压力为 （4-4）采用弹性卸料装置和下出料的总压力为 （4-5）采用弹性卸料装置和上出料方式的的总压力为 （4-6）式（4-4）、（4-5）、（4-6）引自文献2P52。因为工件厚1.0mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料装置上出料方式，总冲压力F总：F总=F冲+F卸+F顶=113.44+5.672+6.24=125.352KN4.3.冲压压力中心计算冲裁时的合力作用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滑块的压力中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具寿命和压力机的使用寿命。计算压力中心时，如图4-2所示。为了减少计算，坐标设在和上，此时=0，=0，可少算两个数。将xoy坐标系建立在图示的对称中心上，将冲裁轮廓线按集合图形分解为10段基本线段。若选用J23-63冲床，模柄孔40，压力中心点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。有关计算如表4-1。其计算公式如下： =0 （4-8） =0 （4-9）式（4-8）、（4-9）引自文献2P248。式中 x1、x2xn各图形冲裁力的x轴坐标（mm）； y1、y2yn各图形冲裁力的y轴坐标（mm）； 、各图形冲裁周边长度（mm）。由于外形两边基本对称，所以只需要单独计算冲孔在整个模具中的压力中心。F1冲孔 F1=Ltb，得F1=1.33.14101380=15.51KNF2冲孔 F2=Ltb，得F2=1.33.14101380=15.51KNF3外形 F3=Ltb，得F3=1.3166.831380=82.41KNY1F1到X轴的力臂 Y1=0X1F1到Y轴的力臂 X1=-15Y2F2到X轴的力臂 Y2=0X2F2到Y轴的力臂 X2=15Y3F3到X轴的力臂 Y3=0X3F3到Y轴的力臂 X3=0根据合力距定理：XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）YGF冲压力到X轴的力臂；YG=0XGF冲压力到Y轴的力臂；XG=0所以该模具的压力中心为（0,0）。第五章、冲压设备的选择考虑到制件的精度要求，参考文献2P49初选J23-40压力机，其主要技术参数如下： 公称压力：400KN 垫板厚度：80mm 滑块行程：100mm 最大封闭高度：300mm 封闭高度调节量：100mm 工作台孔径（前后左右）：350mm450mm 模柄孔尺寸（直径深度）：50mm70mm第六章、冲裁模工作部分设计计算6.1.冲裁间隙冲裁间隙是冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙单边间隙用C表示,双边间隙用Z表示。间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中一个极其重要的工艺参数。确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。一般直接采取查表的方法，直接明了。本模具所冲裁的材料为Q235，材料厚度为1.0mm，查表得：=0.04mm，=0.07mm.6.2.模具刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙的数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务之一。（一）计算原则由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用过程中，落料件是以大端尺寸为 基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循下述原则：（1）落料模先确定凹模尺寸，其标称尺寸应取接近或者等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。（2）冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。（二）计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。1.凸模与凹模分开加工 凸、凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间隙，不仅凸、凹模分别标注公差（凸模，凹模），而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件 （6-2）或取 （6-3） 也就是说，新制造的模具应该是，如图6-5所示。否则制造的模具间隙已超过允许的变动范围，影响模具的使用寿命。2.凸模与凹模配合加工 对于冲制件形状复杂或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或凸模），使他们保持一定距离。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模（或凹模）配作，保证双面间隙”。这样。可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化趋势不同，所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同。6.2.1.落料部分刃口设计计算应以凹模为基准件，然后配做凸模。图示为落料件，先做凹模，凹模磨损后，（图6-6右图的点画线位置），刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。因此凹模尺寸应按不同情况分别计算。 凹模磨损后尺寸变大（图中A类）。 计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为A0-，再按落料凹模公式计算: （6-1）上式引自文献2P64式（2-11）。式中Ad凹模刃口尺寸（mm）； A工件标称尺寸（mm）；工件公差（mm）；d 凹模制造偏差（mm）；d=/4。落料凹模尺寸： Aj1=(Amax-X)- =56.2-0.50.4=56-0.02 0; Aj2=(Amax-X)- =36.2-0.50.4=36-0.02 0;Aj3=(Amax-X)- =10.1-0.50.2=10-0.02 0;该零件落料时凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值=0.04-0.07 mm。本设计中取0.04。落料凸模尺寸： Aj1=(Amax-2Z)+ =56-20.04=59.92-0 +0.02; Aj2=(Amax-2Z)+ =36-20.04=35.92-0 +0.02;Aj3=(Amax-Z)+ =10-0.04=9.96-0 +0.02; 6.2.2.冲孔部分刃口设计计算 由于冲出的孔形状简单，所以凸模与凹模分开加工。由文献2P58表2-5查得=0.03 mm =0.05 mm -=（0.05-0.03）mm=0.02 mm 由文献2P58表2-10查得凸、凹模的制造公差： =0.02 mm, =0.02 mm/2=（0.0+0.02）/2mm=0.02 mm- 工件尺寸11mm未标注尺寸公差，按照IT10级精度处理，x=0.5,，工件公差=0.04，冲孔凸模尺寸：Bj1=(Amin+X)+/4 =9.9+0.50.2=100 +0.02 冲孔凹模尺寸：Bh1=(Amin+2Z)-/4 =10+20.04=10.08-0.02 0 6.2.3.孔心距的计算 （6-2）上式引自由文献2P64式（2-10）。Ld凹模孔心距的标称尺寸（mm）； L工件孔心距的标称尺寸（mm）； 工件孔心距的公差，=0.25 mm, /8=0.03mm. =（300.25/8）mm=300.03mm第七章、卸料零件计算因为工件料厚为1.0mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料。根据卸料力5720N采用4个弹簧，此时每个弹簧担负的卸料力为约1430N。冲裁时卸料板的工作行程h2= t+1=2mm ；考虑凸模的修模余量h3=4 mm，树脂的预压量为h1；故树脂总压缩量为 H总=h1+h2+h3=h1+6 mm考虑卸料的可靠性，取树脂在预压量为h1时就有应力1330N的压力。初选树脂直径d=20mm,工作极限负荷800N；自由高度h0=20 mm,工作极限载荷下弹簧的变形量hj=6.3 mm。第八章、主要零部件设计8.1.落料凹模设计 凹模的设计是模具设计一项很重要的工作。8.1.1.落料凹模刃口形式 凹模刃口通常有如图9-1所示的几种形式。图9-1 凹模的刃口形式图a的特点是刃边强度较好该刃口形式的特点是刃边强度较好，刃磨后工作部分尺寸不变,但洞口易积存废料或制件,推件力大且磨损撒,刃磨时磨去的尺寸较多。一般刃磨后工作部分尺寸不变，但洞口积存废料或制件，推件力大且磨损大，刃磨时磨去的尺寸较多。一般用于形状复杂和精度要求较高的制件,对向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。图b的特点不易积存废料或制件,对洞口磨损及压力很小,但刃边强度差。且刃磨后尺寸稍有增大,不过由于它的磨损小,这种增大不会影响模具寿命。一般适用于形状较简单、冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况。图c、d与图b相似,图c适用于冲裁较复杂的零件;图d适用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。图e 与图a相似,适用于上出件或上出料的模具。图f 适用于冲裁0.5mm以下的薄料，且凹模不淬火或淬火硬度不高（3540HRC），采用这种形式可用手锤打斜面以调整间隙，直到试出满意的冲裁件为止。考虑到本模具的出件方式和精度要求，此落料凹模采用直刃口形式。8.1.2.落料凹模外形和尺寸的确定圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准件中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论计算方法确定，一般按照经验公式概略地计算，如8-2图所示：凹模高度 H=Kb (15mm)凹模壁厚 c(1.52)H（3040mm）式中 b冲压件最大外形尺寸 K系数，考虑板材厚度的影响，其值可查文献2P224表8-1。 上述方法适用于确定普通工具钢经过正常热处理，并在平面支撑条件下工作的凹模尺寸。冲裁件形状简单时，壁厚系数取偏小值，形状复杂时取偏大值。用于大批量生产的凹模，其高度应该在计算结构中增加总的修模量。 根据本模具情况，查得K=0.48。凹模高度H=Kb=0.4856=26.88mm15mm由于大批量生产，考虑到总的修模量，凹模厚度H取30mm.凹模壁厚取40-45mm。8.1.3.落料凹模的结构形式由于该冲模形状简单，考虑到凹模内孔加工比较简单，可以采用凹模整体的结构形式，这样便于成形磨削，使制造简单化，模具的装配比较容易。8.2.凸凹模设计 凸凹模是本模具中相当重要的工作零件，是完成冲压工作的主要零件。圆形凸模已趋于标准化。非圆形凸模固定部分应做成圆形或矩形，如果采用线切割或成型磨削时，固定部分应和工作部分一致。8.2.1.模具的结构形式和固定方法凸、凹模的固定形式有以下几种方式：直接固定在模板上；台阶固定，螺栓压紧；铆接，凸模上台阶，装配时端面铆开然后磨平；采用紧固配合固定；粘接剂浇注法固定；螺钉、销钉固定。由于凸凹模落料部分具有复杂外形和较大的断面积，所以模具采用螺钉与下模板连接。凸模上无台阶，装配时上面铆开然后磨平，这种形式适用于形状较复杂的零件，加工凸模时便于全长一起磨削。8.2.2.凸凹模长度的确定 凸凹模的长度一般是根据结构上的需要确定的， 凸凹模长度 L=h1+h2+t+a式中h1固定板厚度（mm）； h2卸料板厚度（mm）； t材料厚度（mm）,t=1.0mm； a附加长度，它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度级凸模固定板与卸料板的安全距离等。这一尺寸如无特殊要求，可取1025mm。 固定板厚度h1取15mm,卸料板厚度15mm,凸凹模长度为 L=15+15+2.0+18=50mm 取凸凹模长度为50mm.由于凸凹模的断面积较大，故不需要进行强度核算以及抗弯能力和承压能力的校核。8.2.3.凸凹模结构设计由于凸凹模同时起到落料凸模和冲孔凹模的作用，并且也肩负着排除废料的责任。 8.3.冲孔凸模凸凹模的材料选择Cr12MoV，HRC5560。由于所冲的孔为圆孔,而且都不属于需要特别保护的小凸模,如此一方面加工简单，另一方面又便于装配和更换。8.3.1.冲孔凸模的固定形式由于冲孔凸模结构简单，圆孔的冲孔凸模采用台阶式，凸模与固定板用H7/m6配合，上面留有台阶。腰孔冲孔凸模采用台阶固定，过盈配合的方式，与固定板配合，过盈量为0.02-0.03。8.3.2.凸模强度校核1）一般情况下，凸模的强度是足够的，没有必要作强度校核。但对于特别细长的凸模或小凸模冲厚而硬的材料时，必须进行凸模承压能力和抗纵向弯曲能力的校验。 第九章、标准件的选择9.1.模架及模柄的选择 参考文献6： P3选择GB2851.5-81后侧导柱模架如图。L=250mm，B=205mm，始用最小闭合高度159mm,最大闭合高度185mm，导柱孔距S=180mm。上模板厚30mm，下模板厚40mm。材料HT200。 按JB/T7646.1-94选择A40120压入式模柄。材料45#。图10-1 后侧导柱模架9.2.凸模固定板及垫板的选择 考虑到模架的规格以及凸凹模的周界尺寸，参考文献4P475表15.57，选择JB/7643.2 160mm140mm15mm的固定板作为凸凹模和冲头的固定板，材料45#。9.3.模具闭合高度的校核模具的闭合高度应为上模板、下模板、凸凹模、凹模、固定板、上下垫板等厚度的总和。即 =（30+8+45+50+8+40-2）mm=179mm “-2.0”是考虑凸模进入凹模的深度。根据生产现场调整，可略有增减，以制件完全分离为准。所先压力机的闭合高度=300mm，=（30
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