圆垫片落料冲孔复合模设计

1、沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算冲压模具设计说明书 一、课题名称：垫片冲孔落料连续模二、设计要求： 1主要内容（1）编制冲压工艺（2）设计模具（分析、计算、装配图、非标零件图）（3）编制模具主要零件制造工艺（4）分析估算工时，确定完成工期（5）核算成本，报价（6）编写全套设计制造说明书2基本要求：（1）分析计算全面，图纸表达准确；（2）工艺水平规程制定，力求符合实际；（3）必要的数据须进行市场调查；（4）分析核算工期、成本，着重于过程。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，方形垫片，结构如图所示，材料08，t=1.2mm。精度要求为IT1

2、4。 三、主要内容1、制件的工艺性分析 1.1、可行性分析1.1.1、形状、尺寸：制件形状规则、简单、对称。1.1.2、精度：该制件尺寸精度为IT14，用一般精度制造模具即可满足。1.1.3、材料：08是冲压用钢板中沸腾钢的一种牌号（中国称08，日本称S9CK，德国用C10，前苏联用08）08指的是含碳量万分之八；特性：强度低和硬度、塑性、韧性好，易于深冲、拉延、弯曲和焊接。用途：钢板用作深冲压和深拉延的容器，如搪瓷制品、仪表板、汽车驾驶室盖板等。 圆钢用作心部强度要求 不高的渗碳或氰化零件。力学性能：抗拉强度 b （MPa）：295（30）屈服强度 s （MPa）：175（18）伸长率 5

3、（%）：35断面收缩率 （%）：60硬度 ：未热处理，131HB推荐热处理/ ：正火930正火推荐保温保温时间30min，空冷；淬火推荐保温时间30min，70.80和85钢油冷，其余钢水冷；回火推荐保温时间1h。2、总体工艺方案的确定 2.1、冲压工序性质的确定：先进行冲孔 再进行落料。 2.2、冲压方案的确定： 方案一：采用单工序模生产。 方案二：采用复合模生产。 因为方案二的工件精度和生产效率较高，属于大批量生产，所以选用方案二最为合适。 3、主要工艺计算 3.1、排样设计 3.1.1、排样方式：查冷冲压工艺及模具设计P53，表2-7，确定排样方式为单行直排。搭边值取2.5mm和2mm

4、3.1.2、搭边：查冷冲压工艺及模具设计P55，表2-8，搭边值取2.5mm和2mm a=2.5mm，计算得宽度b=+2a=35+2.5*2+1=41mm，步距L=D+a1=35+2=37mm。一个步距的材料利用率为67.5%查板材标准，宜选1400×3000mm的钢板，每张钢板可剪裁34张条料，每张可冲出81个工件，故每张钢板的利用率为67.15% 3.1.3、材料利用率：A冲裁件面积B调料宽度h送料进距n一个进距内冲件数其中n=1 B=41 H=37冲裁面积为；A=35*35-64*3.14=1024.04mm2所以其材料利用率为：=1024.04/(4137)=67.5% 3.

5、2、冲击力的计算：1 方形冲裁力为F=1401.21.3390=85176N 中间圆形冲裁力为:F=3.14161.31.2×390=30566.016N总的冲裁力为；F=85176+30566.016=115742.016N查常用T08钢的力学性能表得 =390Mpa查表得 K=0.045 K=0.55F=KF=0.045×115742.016=5208.39NF=nKF=0.55×115742.016×7=445606.762N总的冲裁力为：F=115742.016+5208.39+445606.762=566.6KN因为总的冲裁力不得超过压力机的8

6、0%所以所需压力机的总的冲压里为F=566.6/0.8=708.25KN 模具压力中心： 因为制件形状对称，所以冲模的压力中心位于其制件的几何中心。3.5.3、根据冲压工艺及模具设可知；由于制件的外形为落料所以以凹模为基准配合加工凸模查表的2-5得x=0.5凹模尺寸的计算当冲裁精度在IT14时， x=0.5。凹模变大尺寸20,10.尺寸公差,落料时DA=（350.5×0.2）=34.9DT=（DA0.2）=34.7冲孔时 以凸模为计算标准配合加工凹模当冲裁精度在IT12时， x=0.75。dT=（16+0.75×0.14）=16.105 Da=16.1054、模具结构设计

7、4.1、凹模设计：因为制件简单，所以选择锥筒式凹模。由冲压工艺与模具设计查的 p56图2-15可得到；查冲压工艺与模具设计由公式（2-19）可知，凹模的高度H为；H=kb=0.2*140=28mm(查表2.9.5得k=0.2) H取30mm凹模壁厚c=(1.52)H=4560mm凹模壁厚C取50mm凹模宽度 B=b+2c=140+100=240mm凹模长度L取250mm凹模轮廓尺寸为250mm×240mm×30mm有冲压工艺与模具设计可得；H上模板 =3045mm 圆整按照标准取值45mm垫板厚度为（612）取值10凸模固定板H固定板=1824mm H固定板取20mm橡胶圈

8、厚度为15H凹=30mm有标准模架可查的：下模座为55mm综合上述由中国模具大典可知：选取模架为对角导柱模架；其尺寸规格为；选取100x80有计算的模具闭合高度为H=45+20+15+30+80+55+3=248mm有模架可知符合 其具体可以参见冲压工艺与模具设计 p76图2-424.3、凸模设计： 因为是落料凸模。 4.4、导柱、导套选择： 查冲压模具标准件选用与设计指南P67，表3-2，P68，表3-3 得出所选用导柱、导套尺寸。其中：D=32 L=70 H=30 b=3 a=2导柱的选择；其中基本尺寸d=20 L=1304.5、模架的选择 因为制件的对称性好，所以采用中间导柱模架 查冲压

9、模具标准件选用与设计指南P24，表2-7，P25，表2-8 得出所选用下模架尺寸其中BXL=100X100 H=25 L1=90 B1=90 S=125 R=35 D=32 D1=35 4.6、模柄的选择： d=25mm5、模具的装配 （1）先将凸模8装入固定板14中，保证凸模挂台不高出固定板。 （2）讲凹模16与下垫板4用螺钉5与下模架2连接，拧紧螺钉。 （3）通过凹模上的销钉孔配做下模架上的销钉孔，把销钉17装入其中。 （4）把凸模固定板和上垫板用螺钉连接，螺钉不拧紧。（5）把装好的上模和下模合模。（6）通过下模架的漏料孔，用透光法调整凹、凸模间的间隙，调好后拧紧螺钉15。（7）把上模架的

10、销钉孔钻绞成，装入销钉10。（8）上模装上弹性橡胶15，卸料板6，并用卸料螺钉11紧固。（9）下模装上定位销17，导料销18。（10）合模，并装上模柄9。（总装配图见下页）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c>1.5t要求。 （ 1.5t=1.5）（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IT12IT11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12.53.2，毛刺允许高度为0.

11、050.1mm；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2.1.2.1排样 零件外形为圆形 ，可以采用单排、交叉双

12、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，。当t=1时，a=2，b=1.52.1.2.3条料宽度 B=D+2a=80+2*2=84mm 2.1.2.4材料利用率 式中 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 =5026.5581.5*84=73.42.2 冲压力及压力中心的计算2.2.1 计算冲压力

13、 2.2.1.1 冲裁力 冲裁力公式为 式中 冲裁力； 冲孔冲裁力； 落料冲裁力。2.2.1.2 冲孔冲裁力 式中 K系数（取K=1.3）； 孔的个数，n=3。 冲孔周长，mm mm 材料厚度， 材料抗剪强度，查参考文献2知LY12，320MPa，取MPa。 =61253.4=61.25KN2.2.1.3 落料冲裁力。 mm 所以 2.2.1.4卸料力。7 式中 卸料系数，查参考文献1知0.05，取。 所以 KN2.2.1.5 推料力 式中 推料系数，查参考文献1取。 同时卡在凹模洞孔内的件数，。 所以 KN2.2.1.6 顶件力 式中 顶件系数，查参考文献1取。 所以 KN 2.2.1.7

14、总冲压力冲裁时，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=181.87KN 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；冲孔尺寸,；位置尺寸。查得冲裁模刃口双间隙mm， mm。1）落料刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表查得

15、 ， 。 由于 ， 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孔刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表查得，.由于 ,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： 3）冲5mm孔刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表查得，.由于 ,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：86 其他零件的设计2.3.2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 式中 凹模的理论厚度。mm进一位取整数取 mm查参考文献4知刃磨

16、余量为 。所以凹模厚度为 29+6 = 35mm。因为落料冲裁力，所以凹模厚度应小于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mm，夹板厚度为12mm。2.3.2.2 凹模板直径 零件外形为圆形，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。 式中 切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时，。 所以 mm 查参考文献2按推荐值取 mm 所以凹模板外形尺寸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冲孔凸模长度如图所示 （0.60.8） 式中 凸模固定板厚度； 冲孔凸模厚度，21mm；10mm 凸模自由长度。 所以 （0.60.8）=

17、（0.60.8）12.616.8mm，取14mm。（0.60.8）=（0.60.8）×10=68mm, 取8mm。mm（考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取 mm）。所以 取14mm =14+35.5=49.5mm =14+35=49mm2.3.3.2 凸模强度（压应力）校核校核公式为 式中 凸模最小断面积，； 凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV，查参考文献2知，（10001600）MPa，取1200 MPa。因为 MPa<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 式中 凸模最大自由高度； E 凸模材料弹性模量，一般取MPa

18、； 凸模最小断面惯性矩，圆形断面； 支承系数，无导板导向；安全系数，钢取23。 代入公式得 mm实际 mm<40.96mm 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）凸凹模长度确定 mm式中 卸料板厚度，取mm； 凸凹模固定板厚度，（0.60.8）=（0.60.8）2128mm，取mm。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（料厚mm）；本设计中所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。3）其他漏料孔直径取，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

19、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

20、 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 压力； 橡胶垫横截面积； 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

21、压力（MPa）橡胶压缩量(%)单位压力(MPa)1015200.260.500.702530351.031.522.10取 ，则MPa 取压缩量为25%，预压缩量为10%，工作行程mm。 所以橡胶垫的自由高度为 mm，取14mm 预压缩量取为 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

22、，材料为Q235 14mm2.5.4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。式中 凸模端面的压应力，其数值为； 模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为100MPa，钢约为200 MPa； 冲裁力； 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Ra0.320.63。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mm，所以 所以 模座采用铸铁，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0.10.3mm.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