冲裁复合模的设计

1 绪 论1.1 模具概述伴随着现代工业的发展,模具产业发展迅速。现代模具产业已向大型化、多功能、高精度的方向发展,模具技术含量不断提高,多功能复合模得到进一步的发展,热流道技术和模具标准件日益得到广泛的应用,同时塑料模比例不断提高,快速经济型模具前景十分广阔.我国模具产业也得到了较快的发展,九五期间年平均增速度约 13%,至 2000 年,我国模具总产值预计为 260270 亿元,模具行业结构也有了较大的改善,模具商业化程度提高了近 10%,中高档模具占模具总量的比例有了明显提高。当今世界,工业正日益朝着批量化的方向发展。这样对冲压生产提出了自动化,智能化的要求;从而使模具向简单化、调试方便快速性方向发展,对生产人员要求的普遍性提高。同时伴随生产还有许多的问题,比如噪音问题,生产的安全性问题,所有这些问题要获得真正有效的解决都离不开冲压生产设备,生产工艺方案的制订,生产人员的状况,生产现场的管理等;而最为重要的是模具设计与制造的能力的提高。展望未来,冲压生产还有许多可提高之处。1.2 冲模发展状况目前,我国的模具工业已初具规模,但与先进工业国家相比仍有较大差距.近年来对模具技术的探索和研究主要取得了以下成果:（1）研究了几十种模具新钢种及硬质合金,钢结硬质合金等新型材料,并采用了一些热处理新工艺,模具寿命有所提高。（2）发展了一些多任务位级进模,硬质合金模和简单经济模具等新产品。（3）研究和应用了一些新技术和新工艺。（4）模具加工设备的生产已具有一定的基础。目前已能小批量生产精密的坐标磨床,计算器数控仿形铣床,电火花线切割机床,高精度的电火花机床等。（5）模具计算器辅助设计与制造已有多家单位正在研究开发,有些已经投入使用。随着工业的发展,国内模具需求量都在激增,其中高精度,高效率,高寿命模具的冲裁复合模的设计- 2 -应用也正日趋广泛.为了满足这种需要,模具技术主要朝着如下几个方面发展:(1) 发展高精度,高效率,高寿命的模具,例如高速冲床所用的模具,多任务位级进模,少无废料级进模等先进,经济的模具。(2) 发展各种简易模具 ,如低熔点合金模,超塑性模,锌基合金模等。(3) 实现模具标准化 ,进行模具专业化生产。(4) 发展各种高效 ,精密,自动化的模具加工设备。如模具毛坯下料用的高速锯床,阳极切割机床,砂线切割机床,激光切割机床等高级设备。粗加工用的高速铣床,高速磨床等.精加工用的数控电气仿形床,数控连续轨迹坐标铣床。CNC 低速走丝精密线切割机床,各种高精度电火花机床,精密电解成形机,三坐标测量机等精密加工设备和加工中心,并逐步实现模具自动加工系统。(5) 开发和应用模具 CAD/CAM 技术,提高模具设计质量和效率,提高制造精度,缩短制造周期。(6) 研究模具新材料,一方面研究高强度,高耐磨及有些特殊性能的合金模具钢;另一方面研究简易模具的材料。2 设计任务书（JR）2.1 零件方案零件的名称：冲压垫片（如下图所示） ；生产批量：大批量；材料：08F 板厚：t =2 mm ； 要求设计落料，冲孔复合模；图 2-1 工件图2.2 冲压件工艺的分析工件如上图所示，我开始考虑用级进模，因为级进冲模在设计上比较灵活，但后来想这种形状较为简单，由于产品批量较大，精度比较要求一般，我采用复合模，一套模具完成此工件的加工。产品工艺分析包括技术和经济两方面的内容。在技术方面,根据产品图纸,主要分析冲压件的形状特点,尺寸大小,精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求;在经济方面,主要根据冲压件的生产批量,分析产品成本,阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此,中压件的工艺分析,主要讨论在不影响零件使用的前提下,能否以最简单最经济的方法冲压出来,能够做到的,表示该冲压件的工艺性好,反之，工艺性差。影响冲压件工艺性的因素主要有零件的形状特点,尺寸大小,设计基准,公差等级和形状位置误差要求,材料的厚度及成形后允许的变薄量,材料的机械性能和冲压性能,在冲压过程中产生的回弹,翘曲的可能性,毛刺大小和方向要求等。这些因素对确定冲压工序的性质,数量和顺序,对模具的结构形式及制造精度要求等都有很大关系,因此,在制定冲压工艺过程中必须根据零件图认真加以分析,尤其应该注意分析零件在冲压加工中的难点所在.良好的冲压工艺性表现在材料消耗少,冲压成形时不必采用特殊的控制措施,工艺过程简单而且寿命长,产品质量稳定,操作方便等.如果发现零件的工艺性差,则应该在不影响使用要求的前提下,对零件的形状,尺寸及其它要求作必要的修改。此零件外形对称,无尖角,成品的精度要求不是很高,外形公差要求为0.25mm,角度公差要求为1.00。考虑到装配的要求,抽孔必须保证抽起高度,孔距有位置要求,但孔径无公差配合.因为要和下盖接触,所以两侧的小孔位置也必须保证。由以上分析可知,该零件为板材冲压件,尺寸精度要求不高,工艺上虽有难度,但易于刻服,又属批量生产,因此可以用冲压方法生产。3 设计计算说明书（SS）3.1 确定冲压的基本工序如上图零件图所示，该零件行进冲压加工的基本工序为冲孔、落料。根据零件要求进行工冲裁复合模的设计- 4 -艺计算分析。3.2 确定基本工序的尺寸公差零件图上的尺寸未标注公差，按照 IT14 级确定工件的公差。经查表（GB180079）得各尺寸的公差为：查表得： 42-0.620200+0.52， 240+0.52，40+0.33.3 排样及材料的利用率毛坯直径为 42，考虑操作方便，采用单排排样。首先查表明确搭边值。根据零件形状，两零件之间按照圆形取搭边值a=1.2mm，侧边搭边值取 a1=1.5 。所以进料步距为 S0=43.2mm。 条料宽度的计算：B =（D+2a 1） - 0查表 2-12 得 =0.5 ；所以 B =（42+2X1.5） -0.50=45-0.50mm。3.4 计算工序压力P0=PP 推P 冲=KL 冲 t=1.366.521881000=32.5KNP 落=KLt 08 钢查表抗剪强度 360 ,取260Maa320P 落=KL 落 t=1.3131.921881000=64.5KNP= P 冲P 落=32.564.5=97KN计算推料力：P 推=nK2P 冲查表 1-7 得 K2=0.050，取 n=4，P 推=40.05532.5=7.15KN计算总的冲压力：P0=P+P 推=977.15=104.15KN。卸料力有两种即下模卸条料的力 PS1 和上模卸工件的力 PS2：PS1=0.0564.5=3.225KN；PS2=0.05（64.532.5）=4.85KN。式中：P 0理论上总的冲压力；P 总的冲裁力；P 推 总的推件力；P 冲 冲孔时所用的冲裁力；P 落 落料时所用的冲裁力；为材料的抗剪强度；L 冲 为冲孔轮廓的周长；L 落 为落料轮廓的周长；3.5 冲压设备的的选择为使压力机能安全工作，取： 压F（1.6-1.8）p.=177.055KN；公称压力：250KN；滑块块行程：100mm；最大封闭高度：270mm；连杆调节量：55mm；滑块底面尺寸：左右 250；前后 220；工作台尺寸：1345X950mm；模柄孔尺寸：40X60mm；工作台板厚度：50mm；最大大角度：30；电动机功率：2.2KW。冲裁复合模的设计- 6 -3.6 确定压力中心 根据图形分析，因为工件图形对称，故落料和冲孔的中心都在工件的几何中心，根据力矩平衡原理得：P落 X=(43.2-X)P冲由此计算得 X=14.474mm。3.7 冲模刃口尺寸及公差的计算（1）冲孔凸模刃口尺寸计算：dp=（d min+） -p 0内孔基本尺寸为 20的刃口尺寸 dp1：因为 d 1min=20mm； 查公差表得 =0.52 ，p=0.25=0.13；查表 2-21 得 =0.5所以 d p1=20.26-0.130mm内孔基本尺寸为 22mm 的刃口尺寸 dp2：因为 d2min=22mm ，查公差表得 =0.52 ，p=0.13；所以 d p2=22.26-0.130mm内孔基本尺寸为 4mm 的刃口尺寸 dp3：因为 d3min=4mm ；查公差表得 =0.3 ，p=0.075；所以 dp3=4.150-0.075mm（2）落料凹模刃口尺寸：压圈外圆基本尺寸为 42mm， 查公差表得 =0.62mm d=0.155，因为 D max=42mm ，Dd=（D max-） 0+ =41.690+0.155mm。(3)凸凹模内部刃口尺寸根据凸模刃口实际尺寸配作保证双面间隙为 0.25-0.36mm。凸凹模外部刃口尺寸根据凹模刃口实际尺寸配作保证双面间隙为 0.25-0.36mm。3.8 确定个主要零件的结构尺寸(1)凹模外形尺寸的确定凹模厚度 H 的确定：H=（0.1104150） 1/3 P0=104150N所以 H=21.8mm查模具设计与制造实训表 6-2 取 H=25mm C=34mm根据压力中心图可以得出凹模外径 D=110（2）取凸凹模垫板的厚度为 9mm，直径为 110mm。（3）取凸凹模固定板的厚度为 15mm，直径为 110mm。（4）取回程卸料板的厚度为 10mm，直径为 110mm。（5）取凹模垫板的厚度为 8mm，直径为 110mm。（6）取凸模固定板的厚度为 20mm，直径为 110mm。（7）取凸模垫板的厚度为 8mm，直径为 110mm。（8）凸模长度的确定：L 凸=h1+h2+h3=25820=53mm其中 h1为凹模厚度 25mm，h 2为凹模垫板厚度 8mm，h 3为凸模固定板厚度 20mm。（9）模架的选用：选用 125125160-190I GB/T 285.3-90（滑动导向后侧导柱模架） 。3.9 工艺方案的确定在工艺分析的基础上,根据产品图纸进行必要的工艺计算,然后分析冲压件的冲压性质,冲压次数,冲压顺序和工序组合方式,提出各种可能的冲压工艺方案.通过对产品质量,生产效率,设备条件,模具制造和寿命,操作安全以及经济效益等方面的综合分析和比较,确定出一种适合于本单位生产的最佳工艺方案.确定工艺方案时应考虑到以下内容。3.9.1 冲压性质剪裁,落料,冲孔,是常见的冲压工艺各冲压工序有其不同的性质,特点和用途.编制冲压工艺时,可以根据产品图和生产批量等要求,合理地选择这些工序。冲裁复合模的设计- 8 -3.9.2 冲压次数冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数.对于拉深件,可根据它的形状和尺寸,以及板料许可的变形程度,计算出拉深次数.弯曲件或冲裁件的冲压次数也是根据具体形状和尺寸及极限变形程度来决定。3.9.3 冲压顺序冲压件各工序的先后顺序,主要依据工序的变形特点和质量要求等安排的,一般按列原则进行:（1）对于带孔的或有缺口的冲裁件,如果选用简单模,一般先落料,再冲孔或切口.使用连续模时,则应先冲孔或切口,后落料。（2）对于带孔的弯曲件,孔边与弯曲线的间距较大时,可以先冲孔,后弯曲.如果孔边在弯曲线附近,必须在零件压弯后再冲也.孔与基准面的间距有严格要求时,也应先压弯后冲孔。（3）对于带孔的拉深件,一般来说,都是先拉深,后冲孔,但是孔的位置在零件底部,且孔径尺寸要求不高时 ,也可以先在毛坯上冲孔,后拉深。（4）多角弯曲件,应从材料变形和弯曲时材料流动两方面安排弯曲的先后顺序.一般情况下,先弯外角,再弯内角。（5）对于形状复杂的拉深件,为了便于材料变形和流动,应先成形内部形状,再拉深外部形状。（6）整形或校平工序,应在冲压件基本成形以后进行。该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔、落料。其中，冲孔和落料属于简单分离。3.9.4 组合方式工序的组合方式可以选用复合模和连续模,主要取决于冲压件的生产批量,尺寸大小和精度等因素.一般按下列原则进行:（1）对于多孔的冲裁件,当孔之间的间距, 孔与材料边的距离大于允许值时,最好落料与冲孔在一道复合工序中完成。（2）当弯曲件的平直高度大于 10mm 时,弯曲工序一般与冲裁工序分开单独进行。对于形状复杂的弯曲件,为简化模具设计过程,降低模具制造成本,一般安排由两道划两道以上的工序来完成;而形状较简单的弯曲件 (如 V 形,U 形,Z 形等),应尽量采用一道工序弯曲成形。3.10 模具结构形式选择的基本原则（1）能冲出符合技术要求的工件。（2）能提高生产率。（3）模具制造和修磨方便。（4）模具有足够的寿命。（5）模具易于安装调整,且操作方便,安全。3.10.1 卸料装置冲孔时,由于孔口部分的回弹,料片卡在冲子上随冲子一起向上运动,因此需要有卸料装置把料片推下.在实际冲裁时,由于弹性卸料装置可以平整工件,且使模具结构简单,因此采用弹性卸料装置。3.10.2 导向装置分析工件可知,虽然模具间隙很小,但由于其料厚为 1.0,且此网孔的作用系散热,精度要求不是太高,所以可以不用外导柱来导向,只需用内导柱即可。针对与该水管压盖零件而言该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔且拉深后翻边再落料。其中冲孔和落料属于简单的分离工序而拉深翻边则属于弯曲成型。综合分析，冲裁件的尺寸精度不高，形状不大，但产量大，根据材料较厚（t=1.5）工序较多的特点，为保证孔位精度和较高的生产率，以及防止拉深开裂等。实行工序集中的工艺方案，即采用吊装式导正钉定位、双侧刃定距、固定卸料装置、压边装置、自然漏料方式的连续冲裁模结构。3.10.3 凹模板外形尺寸的确定凹模结构设计包括：确定凹模的外形尺寸和凹模板的厚度，选择凹模形孔侧壁的形状，布置凹模板上形孔，螺孔和销孔的位置以及标注尺寸等。凹模板厚度 H 的确定：冲裁复合模的设计- 10 -H = （F 取总压力） ；321.0K所以，H =25 mm，凹模板长度 L 的确定，L = b+ 2 c，t=2.5 mm, b = 25mm，查表得，c = 34 mm；L = 35 + 234 = 93 mm。为使凹模板板获得更好的受力，可以将凹模的长度和厚度适当增大。由此，确定凹模板的外形尺寸为：40011036。3.10.4 凸模固定板外形尺寸的确定凸模固定板的外形尺寸同凹模板相同，厚度为凹模板 0.81 倍，故凸模固定板外形尺寸为，40011015。3.10.5 凸凹模 垫板外形尺寸确定图 5-1垫板的平面形状与尺寸与固定板相同，其厚度一般为 610 mm，故垫板的外形尺寸为，40011010。 3.10.6 卸料橡胶的选用下模卸料橡胶(1)选用牌号为 1120 的合成橡胶体切割制作。(2)计算弹性体的预压力 Fy：Fy=3.2251000=3225N(3)橡胶高度的确定考虑橡胶块的工作压缩量较小，取预压缩率 y=15%极限压缩率取 j=35%橡胶块的工作压缩量 hg=t1=3H= hg（ j y）=15mm(4)确定橡胶体的截面面积 A；(5)查表 2-27 得 Fq=2.1A= FyFq=32252.1=1535.7mm2采用 M645 的卸料螺钉加工制得，取橡胶块穿卸料螺钉的孔直径为 d因为胶块穿过凸凹模，取单边间隙为 3mm 所以橡胶的外径不能少于 65mm。为提高橡胶的使用寿命取橡胶的外径为 108mm。下模卸料橡胶采用聚氨脂弹性体制得，外径为 42mm，内径为 26mm，高度为15mm。3.10.7 模板类零件的固定模板类零件包括凸模固定板、凹模板、导料板等，一般采用销钉定位，内六角螺钉连接。当模板层少于三层时，可用一个螺钉连接，超过三层,应分层连接.本模具设计中，因使用快速换凸模机构故将上模座，上模垫板，上模固定板，用一螺钉连接，它们间用销钉定位凸模盖板只起固定凸模上下方向作用，只需用螺钉固定在凸模固定板上，无需销钉定位。3.10.8 凸模的固定标准圆凸模采用台阶式，即在凸模固定板上开台阶孔，将标准圆凸模放入，上面盖上凸模垫板，用六角螺钉和销钉将垫板以及凸模固定板与上模座一起固定。铆装式凸模是直痛结构，铆头一端材料需要保持软状态，必须限定淬火长度，固定板型孔按凸模配作成过渡配合（取 m6） ，同时型孔上端沿周边制成（1.52.5）45斜角，做成铆窝。冲裁复合模的设计- 12 -图 6-13.10.9 凹模镶块的固定本设计为快速更换冲裁凹模镶块,因为凹模(尤其冲裁凹模)是易损件，需经常更换。该复合模按下图所示设计凹模镶块，凹模镶块外侧不带台阶。更换凹模时，用一个销钉从下模垫板的废料漏孔将凹模镶块从固定板内顶出，不必拆卸联接固定板的螺钉和销钉，有时还无需将模具从高速冲床上卸下，因此更换凹模速度快，而且可保证模具的重复装配精度，提高模具的使用寿命。因为卸料板能弹性压料，所以在生产过程中不带台阶的凹模镶块不会从下模固定板中形跳出。4 设计并绘制总装配图、选取标准件按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准模架。凹模周界 L=400 mm、B=160 mm、厚度 H=45 mm 的对角上模座；上模座 40016045 GB/T2855.1-90 材料 HT200 GB9436-88图 4-14.1 下模座的选用排配有垫脚螺钉侧(如图 1-4 中尺寸 E),单边加大 30MM.装有外导柱侧(如图 1-4 中尺寸 F),50 有珠:单边加大 125MM; 50 无珠:单边加大 110MM;36 有珠:单边加大 100MM; 36 无珠:单边加大 100MM;25 有珠:单边加大 90MM; 25 无珠:单边加大 90MM.未排外导柱又未排垫脚螺钉侧,单边加大 10MM。注意:下模座到下垫脚的螺钉,在下模座上不需要沉头,设计成身过孔即可。4.2 上模座的选用上模座不具有上托板的功能时,可取上模座与下模座规格(长 X 宽)相同。如果模具无上托板,上模座兼具有上托板的功能时,还应注意:冲裁复合模的设计- 14 -L 与 W 及 L2,L4 取值要尽量符合上托板的标准 L1 取值要符合上托板的标准。U 型锁固沟的数量及布置形式,可根据模具大小选取.模座厚度大于 30MM 时,影线部分背面铣深后要保证余下的模板厚度为 30.0mm.C 值 要 保 证 不 小 于 零 。5 使用说明书（SM）5.1 工作过程（1). 准备工作:将条料顺着乘料板导向槽全部拉入乘料板中,然后把条料拖出一步一步手工送料。(手工送料到全部工位后让其在步进电动机的带动下自动送料。)（2). 冲床滑块带动上模从最高点开始向下运动。（3). 上模继续下行,外导柱进入导套对上模导向起粗定位作用。（4). 压料弹钉与卸料板压板接触,压着卸料板下行,内导柱进入下模导套孔进行精确导向起精确定位作用。（5). 导正销进入条料上导正孔,压料板接触条料,随着上模下行条料被压向下运动. 压料板压着带料下行。 （6). 条料接触凹模板时压料板停止运动,冲床滑块继续向下运动,上模压料弹钉弹簧开始压缩.压料板受弹簧压力压紧条料,经一定的行程,冲裁和拉深凸模开始工作，同时拉深工位上的压边圈，紧压条料，保证拉深工序顺利完成。（7). 冲床滑块继续向下运动,在接近下死点(闭模状态)时,冲头完全进入下模孔内,完成冲孔、落料等工序.此时上模的最下表面,与下模的最上表面接触。（8). 冲孔废料从凹模板到凹模垫板到下模座落料孔落下。（9). 在冲床经过下死点后,冲床滑块带动上模开始回升,凸模退回一段距离后此时由于压料弹钉压力渐渐退去。（10). 冲床滑块带动上模继续上行,回到开模状态的最高点完成一次冲压过程。（11） 带料送进一个步距,带料掉下,至送料高度.准备下一个工作循环。5.2 模具结构特点该级进模的下模由下模座、下模垫板、下模固定板、凹模镶块、抬料钉、导料板、卸料板,导柱导套、卸料板弹钉、卸料板限位器等零部件组成，其中下模固定板、凹模镶块、导料板、卸料板等是关键零部件。5.2.1 下模固定板具有高精度、长寿命下模固定板与凸模固定板一样，选用淬透性好、淬火变形小的合金模具钢材料，热处理达 HRC5055，线切割加工，以保证下模固定板的高精度和长寿命。 5.2.2 快速更换冲裁凹模镶块因为凹模(尤其冲裁凹模)是易损件，需经常更换。该复合模设计凹模镶块，凹模镶块外侧不带台阶。更换凹模时，用一个销钉从下模垫板的废料漏孔将凹模镶块从固定板内顶出，不必拆卸联接固定板的螺钉和销钉，有时还无需将模具从高速冲床上卸下，因此更换凹模速度快，而且可保证模具的重复装配精度，提高模具的使用寿命。因为卸料板能弹性压料，所以在生产过程中不带台阶的凹模镶块不会从下模固定板中跳出。拉深之前需要压料，所以卸料板又需作压料板使用，因此在上模设计了压料弹钉。在弯曲之前，压料弹钉将卸料板压住，从而使卸料板将片料压住。冲床完成一次工作行程后，压料弹钉随上模一起上行；送料时，下模的卸料板弹钉将卸料板抬起，但卸料板弹钉的弹力必须远小于上模压料弹钉的弹力。在下模座上设计刚性的卸料板限位器，既可控制卸料板的抬起高度，又可承受很大的卸料力。因此卸料板既可弹性压料，又可刚性卸料。为了保证落料、翻边上模的位置精度，在落料凸模底部安装了导正销、用于落料前的导正。而将翻边凸模底部设计成为半球状。有利于翻边的准确定位。此下模的结构简单,动作可靠,避免了结构复杂的侧冲机构的设计,可大大降低模的成本,以及调试,维护难度。6 标准化审查报告（BS）6.1 产品图样的审查带凸缘杯形件拉深模具的设计已经基本完成，现具备全套图纸和一些基本数据，根据有关规定，对其进行标准化审查，结果如下：（1）产品图样完整、统一、表达准确清楚。符合 GB4460-84、GB-83机械制冲裁复合模的设计- 16 -图的规定。（2）产品图样公差与配合的选择与标注符合 GB/T1800、3-1998 的规定。（3）产品图样的编号符合 JB/T5054.5-2000中华人民共和国机械行业标准产品图样及设计的完整性。（4）图纸标题栏与明细栏符合 GB/T10609.1-1989GB/T10609.2-1989 的规定。（5）产品图样粗糙度的标注符合 GB131-83表面特征代号及注发的规定。（6）产品图样焊缝的代号符合 GB324-80焊缝代号的规定。6.2 产品技术文件的审查(1)产品技术文件名词、术语符合 ZB/TJ01 和 0351-90产品图样及设计文件术语及有关标准的规定。(2)量和单位符合 GB3100-GB3102-93 的规定。(3)技术文件所用的编码符合 JB/T8823-1988机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则的规定。(4)技术文件的完整性符合 JB/T5054.5-2000产品图样及技术文件完整性的规定及有关要求6.3 标准件的使用情况本设计所用的紧固件均采用标准的螺栓，材料及材料代号也符合国家标准和部颁标准的相关规定。6.4 审查结论经过对带凸缘杯形件拉深模具的设计的标准化审查，认为该设计基本贯彻了国家最新办法的各种标准，图纸和设计文件完整齐全，符合标准化的要求。结束语由于社会的发展,人民生活水平的提高,物品不断更新换代以及人们对个性化的物品喜好,致使商家为了抢夺市场,须不断推出新产品,这样样品制造就显得极为重要。样品制造具有很大的灵活性,为了满足市场的需求,其制造周期不断在缩短,因此,样品制造的方法简易可行,其设备是先进的快速加工设备。当然,样品制造并没有完全脱离冲压生产,它还须用到冲压的一些知识。模具是工业之母,模具设计的好坏关系到产品的质量及成本。当前,模具设计制冲裁复合模的设计- 1