支架平板复合模设计

1、摘要复合模是指冲床在一次行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构。复合模结构由于其生产效率高，工件尺寸精度好受到客户的欢迎；但同时也由于其凸凹模受到冲裁条件的限制而使得通常的加工工艺方法不尽如意。该模具冲出的工件毛刺小，表面平整，达到了技术和批量生产的要求。本文介绍了一种平板复合模设计加工方法，加工出来的模具零部件完全符合技术要求。关键词： 复合模 平板 落料 冲孔 支架平板复合模设计说明书工件名称：支架平板生产批量：大批量材料厚度：2mm 材料：Q235A钢一、冲压工艺性分析该冲裁件的材料为Q235A钢，料厚t=2mm，冲裁件具有良好的冲压性能，比较适合冲裁。技术要求，该零件尺寸图上所

2、有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差，属自由尺寸，因此，尺寸精度要求较低，普通冲裁完全能满足要求。二、冲压工艺方案确定该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种方案：方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产方案二：落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产方案三：冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需一副模具，工件精度及生产效率都较高。方案三只需一副模具，但生产效率低，操作不方便。通过上述三种方案的分析比较，该件冲压生产采用方案二比较好。三、 模具结构形式的确定复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式

3、复合模。考虑到工件成形后，如何脱模方便。正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取也不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模，只须在上模装一推出装置，借助模具的合复力就可以轻松的将工件给卸下来。考虑到工件成形后，如何脱模方便，故采用倒装式复合模。四、 工艺性计算1、排样方式的确定及计算在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原则： 提高材料利用率 (不影响制件使用性能前提

4、下，还可适当改变制件形状)。 排样方法应操作方便，劳动强度小且安全。 模具结构简单、寿命高。 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。根据零件实际情况，采用有废料排样法：如，沿制件的全部外形轮廓冲裁，在制件之间及制件与条料侧边之间 ，都有工艺余料 (称搭边)存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。表1搭边a和a1数值查表得：两工件间的搭边:a1=2.2mm工件边缘搭边：a=2.5mm步距为：32.2mm条料宽度B=（D+2a）(mm) 式中：B条料宽度的基本尺寸(mm)； D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm)； a侧面搭边（mm） 条料宽度B=(58+2*2.5)

5、=63mm确定后排样图如图图1   在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率，可用下式计算：A/0×A/S×  式中材料利用率； A工件的实际面积； F0所用材料面积，包括工件面积与废料面积； S 步距 (相邻两个制件对应点的距离)； B条料宽度。 一个步距的材料利用率A/0×F/S×=1484mm/（63*32.2）mm*100% =73.15%查板材标准，宜选950*3000的钢板，

6、每张钢板可剪裁15张条料（63*3000），每张条料可冲93个工件，故每张钢板的材料利用率为72%2、冲裁力计算 计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。普通平刃冲裁模 ，其冲裁力 F一般可按下式计算： FKLt     式中 材料抗剪强度      L冲裁周边总长(mm)；      t材料厚度(mm)      系数K是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均)、润滑

7、情况 、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取K=1.3。 当查不到抗剪强度时，可用抗拉强度代替，而取K=1的近似计算法计算。当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内,模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力 ；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推件力。影响卸料力、推件力 的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验公式计算： 卸料力F卸=K卸*F 推件力 F推nK推 *F式中 F冲裁力(N)；

8、 K卸卸料力系数，其值为0.020.06(薄料取大值， 厚料取小值)；K推推料力系数，其值为0.030.07(薄料取大值， 厚料取小值)；K顶 顶件力系数，其值为0.040.08(薄料取大值， 厚料取小值)；n同时卡在凹模内的制件或废料数量(nh/t)； h直刃口部分的高(mm)；t材料厚度(mm)。n= 8/2=4L基本要素长度卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。Q235钢的抗剪强度=300MPaFKLt=1.3*256*2*300 =189.68KNF卸F推Fz= F+F卸+F推=189.68+7.6+41.72=239KN3、压力中心计算模具压力中心是指冲压时诸冲压

9、力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心图2由于工件X、Y方向均对称所以：压力中心X0=29 压力中心Y0=15由此可知工件压力中心坐

10、标为（29，15）。根据总冲压力Fz=239KN, 模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J23-25开式双柱可倾压力机。其主要工艺参数如下： 公称压力： 250KN 滑块行程： 65mm 最大闭合高度： 270mm 最大装模高度： 220mm连杆调节长度：55mm工作台尺寸（前后×左右）： 370mm × 560mm模柄孔尺寸：40mm*60mm4、刃口尺寸计算1、冲裁模刃口尺寸计算的基本原则    冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公

11、差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现： （1）由于凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 （2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 （3）冲裁时，凸模、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙越来越大。 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则： （1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 （2）考虑到冲裁中凸模、凹模的

12、磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值。 （3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高( 即制造公差过小)，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低(即制造公差过大)，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。制件精度与模具制造精度的关系可查表。若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆

13、形件，一般可按IT7IT6级制造模具。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正。   2、刃口尺寸的计算方法     由于模具加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为二种情况。 凸模与凹模分别加工计算模具刃口尺寸 采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。冲裁间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来保证。要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差(凸模T、凹模A)，优点是具有互换性，但受到冲裁间隙的限制，它适用于圆形或简单形状的冲压件。

14、从图冲压件与凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布状态可以看出，要保证初始间隙值小于最大合理间隙Zmax，必须满足下列条件： TAZmaxZmin也就是说，新制造的模具应该是TAZminZmax。 否则制造的模具间隙已超过允许变动范围ZminZmax，影响模具的使用寿命。若TA>ZmaxZmin，可取T0.4(ZmaxZmin)，A0.6(ZmaxZmin)作为模具的凸模、凹模的制造偏差。落料：    根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin。凹模制造偏差取正偏

15、差，凸模偏差取负偏差.  冲孔：根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙 Zmin。凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距 L按公式确定 制件公差 (mm)； T凸模下偏差，可按IT6选用(mm)； A凹模上偏差，可按IT7选用(mm)； x系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表。工件精度IT10以上，取x工件精度IT11IT13，取x0.75 工件精度IT14以下时，取x0

16、.5。表2系数x材料厚度t()非 圆 形 圆 形 10.750.50.750.5工件公差 < 11224> 4 0.160.200.240.30 0.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.60 <0.16<0.20<0.24<0.300.160.200.240.30 表3工作零件刃口尺寸的计算尺寸及分类计算公式结果备注落料落料42LA=41.69 +0.025 0校核满足 TaZmax-ZminLT=41.44 0 -0.01614LA=13.87 +0.018 0LT=13.62 0 -0.011冲孔冲孔3

17、dT=3.08 0 -0.006dA=3.32 +0.01 08dT=8.11 0 -0.009dA=8.36 +0.015 05dT=5.09 0 -0.008dA=5.34 +0.012 0 孔心距25LA=25±0.06516LA=18±0.023表4弹性元件（橡胶）的选择计算项目公式结果备注卸料板工作行程h工=h1+t+h25mmh1为凸模凹进卸料板的高度1mmh2为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm橡胶工作行程H工=h工+h修10mmh修为凸模修模量，取5mm橡胶自由高度H自由=4H工40mm取H工为H自由的25%橡胶的预压缩量H预=%15H自由6mm一般H预=（10

18、%15%）H自由每个橡胶承受的载荷F1=F卸/41996N选用4个圆筒形橡胶橡胶的外径D=（d²+1.27(F1/p)）0.565mmd为圆筒形橡胶的内径，取d=13mm；p=0.5MPa校核橡胶的自由高度0.5H自由/D=0.61.5满足要求橡胶的安装高度H安=H自由-H预34mm五、模具的总体设计 模具类型的选择：由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模 定位方式选择：板料的定位靠挡料销，为保证冲裁出外形完整的合格零件。毛坯在模具中应该有正确的位置。正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。 设计时应根据毛坯形式、模具结构、

19、零件公差大小、生产效率等进行选择。定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。国标中常见的挡料销有三种形式。固定挡料销活动挡料销和始用挡料销。固定挡料销安装在凹模上，用来控制条料的进距。特点是结构简单，制造方便。由于安装在凹模上，安装孔可造成凹模强度的削弱。常用的有圆形和钩形挡料销。活动挡料销常用于倒装复合模中。始用挡料销用于级进模中开始定位。本设计采用挡料销如图： 卸料、出件方式选择：因为工件料厚2mm，相对较薄，卸料力也较小，故可采用弹性卸料六、主要零部件设计1、工作零件的结构设计 冲孔凸模所冲的孔有圆形和方形，都不属于需要特别保护的凸模，所以圆形和方形凸模均采用台阶式，一方面加工简单，

20、另一方面便于装配和更换。其中3个圆形凸模和两个方孔凸模结构如图所示：落料凹模落料凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工。安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合，其轮廓尺寸可按下列公式计算：凹模厚度H=kb=0.3*75=22.5mm（查表得k=0.3）凹模壁厚c=(1.52)H=3445mm取凹模厚度30mm 凹模壁厚40mm 凹模宽度B=b+2c=75+2*45=165mm 凹模长度L取120mm凹模轮廓尺寸为120mm*165mm*30mm2、卸料部件的设计 卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为卸料板采用45钢制造，淬火硬度

21、为4045HRC 卸料螺钉的选用卸料板上设置有4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M10*10 mm，写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1mm，有误差时通过螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。3、模架及其他零部件设计以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。导柱d/mm*L/mm分别为22*130,25*130导套d/mm*L/mm分别为22*110*32,25*110*35上模座厚度H上取35mm上模垫板厚度H垫取10mm固定板厚度H固取20mm下模座厚度H下取40mm模具的闭合高度H闭=H上+H垫+L+H+H下-h2=(35+10+50+30+4

22、0-1)mm=164mmL凸模长度50mmH凹模厚度30mmh2是凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=1mm所以模具闭合高度小于压力机最大装模高度220mm,可以使用。七、主要零件加工工艺流程编制1）落料凹模加工工艺流程 材料Cr12 硬度 ：58 62 HRC序号工序名工序内容1备料（板材）锻件（退火状态）：160* 130*25mm2刨削刨六面，注意六面垂直,两大面留余量0.5mm3钳1划线 划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸2钻孔 钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模各洞口穿丝孔3攻丝 攻螺纹丝到要求4 铰孔 铰销孔5热处理淬火 使硬度达58 62 HRC6平面磨精磨两大平面，平保证平行度7线切割

23、割凹模各孔,并留0.01-0.015mm研磨量8钳研磨洞口内壁侧面达0.8m9检验检验员检验，合格后交付装配2）凸凹模加工工艺流程编排材料Cr12 硬度 ：58 62 HRC序号工序名工序内容1备料方形料（退火状态）：60*60*55mm2刨六面刨六面，保证重直，留1mm余量3热处理退火（消除残余内应力，降低硬度）4平磨磨六面留余量0.5mm5细孔放电按图纸在凸凹模放出0.6穿丝孔10个6热处理淬火 回火 使硬度达58 62 HRC7慢走丝凸凹模外形及冲孔凹模洞口8平面磨研磨磨凸凹模两端达到图纸要求9钳用油石细磨洞口及外壁侧面达0.4m，装配。3）冲孔凸模加工工艺流程编排材料Cr12MnV 硬

24、度 ：58 60 HRC（1）圆形小凸模序号工序名工序内容（圆形小凸模）1锯切断棒料3*60mm（留车床装夹余量）2车按图纸车削成形留预磨量0.5mm3热处理真空淬火使硬度保证在58 60 HRC4外圆磨磨到尺寸公差要求5钳修磨刃口装配（2）方形小凸模序号工序名工序内容1备料方形料（退火状态）：8*5*60mm2磨磨六面留0.2mm精磨余量3热处理淬火退火处理使硬度达6264HRC4磨精磨留0.02mm研磨余量5钳钳工修配装模4）卸料板加工工艺流程编排材料为45钢，硬度2428HRC序号工序名工序内容1备料锻件（退火状态）：160*130*12mm2粗铣铣六面到尺寸160.3*125.3*11mm注意两大平面与相邻侧面用标准尺测量基本垂直。3平面磨磨光两大平面厚度达10.6mm，并磨两大相邻侧面达四面垂直，垂直度0.02mm/100mm4钳 划线 划出