圆垫片落料冲孔复合模设计

1、垫片 34 复合模 CAD设计 第 2 章 工艺分析及模具结构设计 2.1 制件的工艺性分析及工艺计算 2.1.1 工艺分析 由图可知，产品为圆片落料、圆片冲孔。产品形状结构简单对称，无狭槽、尖 角；孔与孔之间、孔与零件之间的最小距离满足 c1.5t 要求。 （ c 80 40 2.5 17.5 1.5t=1.5） 2 （1）尺寸精度 任务书对冲件的尺寸精度要求为 IT12 级， 查参考文献 2 知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为 IT12 IT11 级，所以 尺寸精度满足要求。 （2）冲裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲 1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度 Ra 可达 12.5 3.

2、2 m，毛刺允许高度为 0.05 0.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太 严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求， 在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。 （3）产品材料分析 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差 符合国家标准。本设计的产品材料为 08 钢，属优质碳素结构钢，其力学性能 是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质 量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和 厚度公差就可以保证 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。 2.1.2 排样及工艺计算 2.1

3、.2.1 排样 零件外形为圆形 ，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件为中等批量生 产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具 生产成本，所以本设计决定采用单排结构。如图所示。 图 2.1 排样图 2.1.2.2 搭边 查参考文献 1 ，确定搭边值 a， b。 当 t=1 时， a=2， b=1.5 2.1.2.3 条料宽度 B=D+2a=80+2*2=84mm 2.1.2.4 材料利用率 式中 n 一个歩距内冲裁件数目； A冲裁件面积（包括内形结构废料） ； S歩距长度；B板料宽度； 取： n=1; A=*402=5026.55 ；S=81.5；B=84 =5

4、026.5581.5*84=73.4 2.2 冲压力及压力中心的计算 2.2.1 计算冲压力 2.2.1.1 冲裁力 冲裁力公式为 P P孔 P落 式中 P 冲裁力； P孔 冲孔冲裁力； P落 落料冲裁力。 2.2.1.2 冲孔冲裁力 P孔 式中 K 系数（取 K=1.3）； n 孔的个数， n=3。 L孔 冲孔周长， L孔 1 d 40 125. 66 mm L孔 2 d 5 15.7 mm t 材料厚度， t 1mm 材料抗 剪强 度，查 参考文 献 2 知 LY12， 280 320MPa，取 300 MPa。 P孔 P1 P2 1.3 125.66 1 300 2 1.3 15.7 1

5、 300 =61253.4=61.25KN 2.2.1.3 落料冲裁力 P落 。 L落 D 80 251.33 mm 所以P落 1.3 251.33 1 300 98018.7N 98.02KN 2.2.1.4 卸料力 P卸 式中 K卸卸料系数，查参考文献 1知K卸 0.010.05，取 K卸 0.03。 所以P卸 0.03 98.02 2.94 KN 2.2.1.5 推料力 P推 式中 K推推料系数，查参考文献 1取 K卸 0.055 。 n 同时卡在凹模洞孔内的件数， n 3。 所以P推 3 0.055 61.25 10.1KN 2.2.1.6 顶件力 P顶 式中 K顶顶件系数，查参考文献

6、 1取 K顶 0.06。 所以P顶 0.06 61.25 98.02 9.56KN 2.2.1.7 总冲压力 P总 冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲 压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出 件的模具时，总的冲压力为 P总 P P卸 P推 P孔 P落 P卸 P推 61.25 98.02 2.94 10.1 9.56 =181.87K N 初选压力机： Jc23-35。 2.2.2 计算模具压力中心 由于该零件完全对称于相互垂直大大两条多层次线，所以模具的压力中心在几 何图形的狭槽点上。 2.3 凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计

7、算 2.3.1 计算模具刃口尺寸 模具采用复合模结构，计算刃口尺寸时宜采用尺寸转换法计算。 零件上包含三个尺寸：落料尺寸 A 8000.74 ； 冲孔尺寸 B1 4000.62 ,B2 500.3； 位置尺寸 H 30 0.105 。 查得冲裁模刃口双间隙 Zmin 0.24 mm， Zmax 0. 36 mm。 1）落料刃口尺寸计算： 80 0 0.74 的凸凹模的制造公差由表查得 凹 0.030mm ， 凸 0.020mm 。 由于 凹 凸 0.05 Zmax Zmin ， 故采用凸模与凹模 分开加工方法， 由表查得 X=0.5，则： 其工作部分结构尺寸如图所示： 2）冲 40mm孔刃口尺

8、寸计算： 4000.62的凸凹模的制造公差由表查得 凹 0.030mm ， 凸 0.020mm . 由于 凹 凸 0.050 Zmax Zmin , 故采用凸模与凹模分别加工方法， 由表查得 X=0.5 ，则： d凹 （d凸 Zmin）0凹 （40.31 0.24）00.03 40.5500.03 mm , 其工作部分结构尺寸如图所示： 3）冲 5mm孔刃口尺寸计算： 500.3的凸凹模的制造公差由表查得 凹 0.020mm ， 凸 0.020mm . 由于 凹 凸 0.040 Zmax Zmin 故采用凸模与凹模分别加工方法， 由表查得 X=0.5 ，则： 其工作部分结构尺寸如图所示： 2.

9、3.2 落料凹模结构尺寸计算 落料凹模尺寸如图 5.1 所示。 图 5.1 落料凹模尺寸 2.3.2.1 厚度 H d 式中 H 理 凹模的理论厚度。 H理 0.256 L落P落2 0.25 6 251.33 98018.72 28.96 mm 进一位取整数取H理 29mm 查参考文献 4 知刃磨余量为 h 6。 所以凹模厚度为 因为落料冲裁力 29+6 = 35mm。 9 150K N ，所 厚度应小于 25mm。所以将 凹模做成一块凹模板和一块夹板相拼的结构。综合模具结构设计，取凹模厚度 H 凹 23 mm，夹板厚度为 12mm。 2.3.2.2 凹模板直径 D d 零件外形为圆形，而且完

10、全对称，所以将凹模板做成圆形。 式中 W1 切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时， W1 1.2H 理 所以Dd 80 2 1.2 29 149.6 mm 查参考文献 2按推荐值取Dd 15 0mm 所以凹模板外形尺寸 150 35 2.3.3 冲孔凸模与凸凹模结构尺寸确定 图 5.2 凸模尺寸 2.3.3.1 冲孔凸模长度 L 如图所示 H 1 （ 0.6 0.8 ） H p 式中 H1 凸模固定板厚度； H p 冲孔凸模厚度， H p1 21mm； H p 2 10mm l自 凸模自由长度 所以 H1 （ 0.60.8 ） H p =（0.60.8 ） 21 12.6 16.8mm

11、，取 H1 14mm。 H1 （ 0.6 0.8 ） H p=（0.60.8）10=68mm, 取H1 8mm。 l自 H d h 23 12 35 mm（考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取 l自 35.5 mm）。 所以取 H1 14mm L1 H1 l自 =14+35.5=49.5mm L2 H1 l自 =14+35=49mm 2.3.3.2 凸模强度（压应力）校核 校核公式为P孔 压 Fm i n 式中 Fm i n 凸模最小断面积， Fmi min d2 5.21320.67mm2； 压 凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV ，查参考文献 2 知， 压 （100016

12、00）MPa，取 压 1200 MPa。 因为P孔 6123 296 MPa 压 Fmin 20.67 所以凸模强度校核符合要求。 2.3.3.3 凸模刚度（细长杆失稳）校核。 校核公式 l maxEJmax l maxnP孔 式中 l m ax 凸模最大自由高度； E 凸模材料弹性模量，一般取 E 2.1 10 5 MPa； d4 Jm a x 凸模最小断面惯性矩，圆形断面 Jmax d ； 64 支承系数，无导板导向 2 ； n 安全系数，钢取 n 23。 代入公式得 max EJ max nP孔 2100005.134 2 64 3 6123 80.96 mm 实际 l 自 35.5 m

13、m40.96mm 所以凸模刚度符合要求 2.3.3.4 凸凹模工作尺寸计算 图 5.3 凸凹模各部分尺寸 1）凸凹模长度 H pd 确定 H pd h自由 h预 H 卸 H 2 14 2 10 24 46 mm 式中 H卸 卸料板厚度，取 H卸 10 mm； H 1 凸凹模固定板厚度， H1 （ 0.6 0.8 ） H凹 h =（ 0.6 0.8 ） 35 2128mm，取 H1 24mm。 2）凸凹模壁厚校核 查参考文献 2 知，倒装复合模凸凹模最小壁厚 nmin 2.7 （料厚 t 1mm）； 本设计中 n 79.49 60 5.39 /2 7.05 nmin 所以凸凹模壁厚校核合格，按图

14、设计的凸凹模符合要求。 3）其他 漏料孔直径取 1 44mm 2 7mm ，刃口直边设计存三片料，高为 5mm，凸凹 模和凸凹模固定板之间在装配时安装止转销防转。 2.4 模具总体结构设计 冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出， 不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张 力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。 经分析，此工件有三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工 件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单 等方面考虑，决定采用倒装式复合模。 2.4.1 送料定位机构设计 采用伸缩

15、式挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。工作时可随凹 模下行而压入孔内，工作很方便 . 2.4.2 卸料机构设计 2.4.2.1 条料的卸除 采用弹性卸料板。因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。 2.4.2.2 工件的卸除 采用打料装置将工件从落料凹模中推下，罗在模具工作表面上。 2.4.2.3 冲孔废料的卸除 下模座上采用漏料孔排出。冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从 下模座的漏料孔中排出。 2.4.3 出件机构设计 因为是复合模结构，所以采用上出件机构 2.5 其他零件尺寸的确定 2.5.1 橡胶垫 为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高

16、度 的 45%，一般取自由高度的 35% 45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的 10% 15%。 橡胶垫产生的力 式中 F 压力； A橡胶垫横截面积； p 与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表 5.1 所示。 表 5.1 橡胶压缩量和单位压力 橡胶压缩量( %) 单位压力 (MPa) 橡胶压缩量 (%) 单位压力 (MPa) 10 0.26 25 1.03 15 0.50 30 1.52 20 0.70 35 2.10 取 A1502 802 12644.9mm2 ，则 4 P卸 pA 0.23MPa 12644.9 取压缩量为 25%，预压缩量为 10%，工作行程 s t 1 2mm。 所

17、以橡胶垫的自由高度为 h自由 s 0.25 0.10 13.3 mm，取 14mm 预压缩量取为 h预 2m。 2.5.2 凸凹模固定板 凸凹模固定板形状与凹模板一致，如图 5.3 所示，厚度为 24mm。 2.5.3 凸模固定板 凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但 还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合 H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。凸模固定板为圆形，厚度 一般取凹模厚度的 0.60.8 倍，材料为 Q235 H 凸固定 14mm 2.5.4 垫板 冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用

18、压应力，这时需 要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即下列情况下雨加垫板。 P 式中y 凸模端面的压应力，其数值为 P ； yF y 模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为 100MPa，钢约为 200 MPa； P 冲裁力； F 凸模上端面面积。 垫板的下载与凸模固定板一致，厚度一般取 412mm。垫板淬硬后两面应磨平， 表面粗糙度 Ra0.32 0.63 。 由于本套模具选用压入式模柄，在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板， 厚度取为 8mm。 下面校核一下凸凹模与下模座之间是否下雨加垫板。 已知凸凹模下端面直径 Dpd 90 mm，所以 P 159272.1 所以 y25MPa

19、 y F 6361.7 模座采用铸铁， y 100MPay ，所以不用加垫板。 2.5.5 卸料板 卸料板同样为圆形板，直径和凹模板一致，如图 5.3 所示，厚度为 10mm。卸料 板材料选 A3或( 45)钢，不用热处理淬硬。 取卸料板与凸凹模的双面间隙为 0.1 0.3mm. 卸料板上设置 4 个卸料螺钉，公称直径为 10mm，螺纹部分为 M10 10mm。卸料 钉尾部应留有足够的行程空间。 卸料螺钉拧紧后， 应使卸料板超出凸模端面 lmm， 有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。 2.5.6 模座 根据凹模板的尺寸，模座采用标准的中间导柱圆形模座，材料采用HT200。 标记为：上模座 160 40 GB2855.1181； 下模座 160 45 GB2855.12 81。 2.6 压力机的确定 模具的闭合高度为 H闭=H上模 H 垫L H H 下模h2 =(40+8+14+35+46+45-2)mm=186mm 式中 L