垫片落料冲孔倒装复合模具设计(含全套说明书和CAD图

1、1.1 引言改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求不断增长。近年来， 模具工业一直以15%左右的增长速度发展，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以有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量，成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具自主技术现已成为衡量一个国家制造也水平高低的重要

2、标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。近年来许模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国家内模具企业以普及了二维CAD ，并陆续开始使用UG,PRO/E,I-DE 等 国 际 通 用 软 件 ， 个 别 厂 家 还 引 进 了 Moldflow,C-flow, 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并已成为应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖模具为代表的大型冲压模具的制造技术已已取得进步，东风汽车公司模具厂，一汽模具中心等模具厂家已能生产部分桥车覆盖件模具。此外， 许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM

3、 技术方面取得显著进步；在提高质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了巨大贡献。例如， 吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KAMS 软件，华中理工大学模具技术国家重点实验开发的注塑模，汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM 软件， 上海交通大学模具CAD 国家工程研究中心开发的冷冲压模和精冲研究中心开发的冷冲模和经冲模CAD 软件等在国内模具行业用有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年内取得了令人瞩目的成就，但在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如， 精密加工设备在模具加工设备中的比例比较低；CAD/CAE/CAM 普及率不高；许多先进的模具技术应用

4、不够广泛等等，致使相当一部分大型，精密，复杂和长寿命的模具依赖进口。未来冲压模具技术发展应该为适应模具产品 “交货期短” “精度高” “质量好”“价格低”的要求服务。全面推广 CAD/CAE/CAM 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAE/CAM 技术条件已成熟，各企业将加大CAD/CAE/CAM 技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE 技术计算机和网络的发展正使CAD/CAE/CAM 技术跨越地区，跨企业，跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高表面

5、光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还有温度低，热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车， 家电行业中大型型腔模具制造猪肉了新的活力。目前它已成为向更高的敏捷化，智能化， 集成化方向发展。模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提高了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需要的诸多功能，大大缩短了模具的研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集，自动生成各种不同数控系统的加工程序，不同格式的CAD 数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车，摩托车， 家电等行业得到成功应用，相信在未来将发挥更大的作用。零件简图：如图所示。垫片零

6、件图生产批量：大批量材料： H62材料厚度：0.5mm2. 垫片落料冲孔复合模分析计算2.1 垫片冲压工艺性分析由零件图可知，该零件形状简单，对称，是由圆弧和直线组成的。由表2-1.2-2.2-3 【 1】得：冲裁件内外所能达到的经济精度为IT12IT13, 孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5mm；两孔中心距离公差为0.1mm;将以上精度与零件图所标注的尺寸公差相比较，可认为改零件精度能够在冲裁件加工中得到保证。其它标注尺寸. 生产批量等情况也均符合冲裁件的工艺要求。另外，对于冲压材料一般要求的力学性能是强度低. 塑性高。本设计材料是H62，其硬度不高，塑性好，同样符合冲压工艺要求。表 2-1

7、冲裁件外形所能达到的经济精度基本尺寸/m材料厚度t/mmm 33 661010 18185001IT12 IT13IT111 2IT14IT12 IT13IT11表 2-2 孔中心与边缘距离尺寸公差材料厚度t孔中心与边缘距离尺寸 5050 1202± 0.5± 0.62 4± 0.6± 0.74± 0.7± 0.8表 2-3 两孔中心距离公差材料厚度 t一般精度（模具）较高精度（模具）孔距基本尺寸 5050 150 5050 1501± 0.1± 0.15± 0.03± 0.051 2±

8、; 0.12± 0.2± 0.04± 0.062.2 冲压工艺方案的确定3种完成此工件需要冲孔落料两道工序。其加工方案分以下.第一种方案采用单工序逐步加工( 1)冲孔，落料单工序模。工序简图见图2-1(2)落料，冲孔单工序模。工序简图见图2-2.特点：由于采用单工序模模具制造简单，维修方便，但生产效率低，工件精度 低，很不适合大批量生产。.第二种方案采用复合模加工成形。工序图见图2-3特点： 生产率高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修麻烦，使用寿命低。.第三种方案采用连续模加工成形。工序图见图2-4.特点：生产率高，便于实现自动化。但模具制造复杂，调整维修麻

9、烦，工件精度 低。根据本零件设计要求，以及各种方案的特点，决定采用第二种方案比较合理。复合冲裁模方案的比较复合模可分为正装式复合模和倒装式复合模（ 1） 正装式复合模的特点：工件和冲孔废料都将在凹模表面上，必须加 以清除后才能进行下一次冲裁。因此，操作不方便，也不安全，多 孔工件不宜采用，但是工件的表面较平直。（ 2） 倒装式复合模的特点：冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中积聚到一定数量，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：工件由三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便。另外，此工

10、件不要求很高的平直度。所以从操作方便，模具结构制造简单考虑，决 定采用倒装式复合模。2.3 冲裁过程图 2-5 所示为本例的模具总图。该复合模将凹模及小凸模装在上模上，凸凹模装在下模上，是典型的倒装式结构。两个导料销控制条料送进的方向。固定挡料销控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置。弹性卸料装置由卸料板卸料螺钉和橡胶组成。工作时， 条料沿两个导料销送至固定挡料销处定位。冲裁时上模向下运动，因弹压卸料板与安装在凹模型孔内的推料板分别压紧；上模继续向下，先冲出孔8 和孔 5 ，后落料；冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，结构简单，操作方便；卡在凹模内的冲件由弹性卸料装置推出。2-52.4 工件

11、的排样与搭边方案一：采用直对排图 2-6根据零件形状，可查表得搭边值a1 = 2.2mma=2.5mm则步距 s=23+15+2.5=40.5mm条料宽度B=50+2*2.2+2.5=62.9mm取 B=63mm一个进距的材料利用率 =( nA / bh)× 100%A 冲裁件的面积2A=5*20+30*17+23*46+5*36+*52- *42-2* *52=1747.4mm )方案二：采用直排1747.462.9*40.5*100%=68.6%2-7搭边值a1 = 2.2mma=2.5mm则步距 s=46+2.5=48.5mm条料宽度B=50+2*2.2=54.4mm1747

12、4一个进距的材料利用率 =( nA / bh)× 100% = 1747.4 100%66.2%48.5*54.4显然方案一的材料利用率更高。但考虑到材料太薄，若采用方案一，条料易变形翘起，导致零件平直度不够高。因此采用方案二的直排方案。横向从右向左的手动送料方式。2.5 冲裁力的计算该模具采用弹性卸料和上出料方式。查表H62的 =410630Mpa1) .落料力F落 = K· L· t·=1.3*【 20+2*( 40+16) +36+4* 2 R】 *0.5*6004=77766N=77.8KNK冲裁力系数取 k=1.3L冲裁刃口周长2) .冲孔力F

13、 孔 1 =K· L· t·=1.3*( *8)*0.5*600=9.8KNF孔 2 =K· L· t·=1.3*( *5)*0.5*600=6.1KNF孔 3 =K· L· t·=1.3*( *5)*0.5*600=6.1KN总的最大冲压力P=F落 +F孔 1+F 孔 2 +F 孔 3=99.8KN3) .推件力Ptnkt P 4* 0.065*99.8=25.948KNn为同时梗塞在凹模内的工件的个数kt 为推件力系数,查表1-2【 7】取 0.065.卸料力 Px kxP 0.055* 99.8 5

14、.489KNkx 为卸料力系数，查表1-2【 7】取 0.055.顶件力 pd kdp 0.08* 99.8 7.948KNkd 为顶件力系数，查表1-2【 7】取0.08.2.6 模具压力中心的计算按比例画出零件形状，选定坐标系XOY。因零件左右对称，即故只需计算2-8l146mmy1 0mml2r 3.14*5 15.7mmy2 0mml346mm028 5y35216.5mml416mmy4 28mml5 34mmy5 36.5mml6 15.7mmy6 3.18 45 48.18mml7 30mmy7 50mml8 2*(2 R) 4 *5 62.8mmy8 10mmy9 38mm21

15、.75mml9 r 25.12mml1y1 l2y2l9y9ycl lll1 l2l92.7 凸凹模刃口尺寸的计算为了提高冲裁件的断面质量与模具寿命，需选择合理的冲裁间隙，经查表 2-41】 H62的始用间隙ZMAX 0.045 ZMIN 0.025表 2-4 冲裁模刃口始用间隙材料 名称H62、 H68（硬）H62、 H68（半硬）H62 、H68（软）力学 性能HBS 140 190 b 400 600MpaHBS 70 140 b 300 400MpaHBS 70 b 300 Mpa厚度 t初始间隙ZZminZmaxZminZmaxZmi nZmax0.50.060.080.040.06

16、0.0250.0450.80.100.130.070.100.0450.0751.20.160.190.130.160.0750.1051） .落料刃口尺寸由于落料外形不是单一的直线或弧线，故凸模与凹模采用配合加工。落料与凹模为基准件，凸模按凹模尺寸配作，保证双面间隙为ZMIN ZMAX 。凹模磨损后刃口尺寸都增大，因此均属于A 类尺寸。查表2-13【 1】得磨损因数X 为：当0 . 36 x=0.5当 0.35X=0.75按式 D 凹 = （ Dx）04 【 1】得D 凸、 D 凹 冲孔凸、凹模基本尺寸，mm； 工件制造公差，mm；X 磨损因数0.1846 凹 =( 46-0.18*0.75

17、) 0 4 =45.86500.04528300.1628-0.16*0.75) 0 4 =27.8800040.14=( 30-0.14*0.75) 0 4 =29.89500.035.50 凹 =( 50-0.18*0.75) 0 4 =49.86500.045R5 凹 =( 5-0.30*0.75)0.300 4 =4.77500.0750.182） . 对冲孔5mm、8mm 采用凸、凹模分开加工的方法。其凸、凹模刃对孔8：查表 2-12【 1】得凸、凹模制造公差： 凸 =0.020mm 凹 =0.020mm校核：ZMAX - ZMIN =0.045-0.025=0.02mm 凸 + 凹

18、 =0.04mm显然不符合 凸 + 凹ZMAX -Z MIN 要求现对 凸 . 凹适当进行调整：取 凸0.4( ZMAX -ZMIN ) =0.4*0.02=0.008mm 凹0.6( ZMAX -ZMIN ) =0.6*0.02=0.012mm此时 凸 + 凹0.008+0.012=0.02=ZMAX -ZMIN 符合要求查表2-13【 1】得磨损因数x=0.5按式 d 凸 =( d + x )0- 凸 【 2】t凸t凸d 凹( d 凸 Zmin )0=( d x +Zmin )02】00得 8凸 =( 8+0.5*0.008) 00.008=8.00400.0088凹 =( 8+0.5*0

19、.008+0.025)00.012 =8.029) 00.0124对孔5：同理 凸 =0.008mm 凹 =0.012mm查表 2-13 得磨损系数x=0.755凸 =( 5+0.75*0.008)00.008=5.00600.0085 凹 =( 5+0.75*0.008+0.025)00.012 =5.03100.012孔心距由表2-5【 4】得31 0.03 ， 28 0.03.表 2-5 孔中心与边缘距离尺寸公差材料厚度t孔中心与边缘距离尺寸 5050 1202± 0.5± 0.62 4± 0.6± 0.74± 0.7± 0.8

20、2.8 凸凹模结构尺寸计算1) .冲孔凸模采用B 型圆凸模图 2-9L=h1+h2+h3+lh 1 凸模固定板的厚度h2卸料板厚度h 3 凸模进入凹模的厚度l 凸模修磨量 . 取 612mm孔 8 凸模 L=20+6+1+10=37mm 取 38mm.孔 5 凸模 L=20+6+1+8=35mm取 35mm.2) .落料凹模侧壁采用阶梯形直壁形孔凹模厚度H=ksk系数，考虑板料厚度的影响。查表3-15 4k=0.4.s垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离 .H=0.4*50=20mm凹模壁厚C=(1.52)H=15mm垂直送料的凹模宽度B=S+2C=50+2*15=80mm送料方向的凹模长度L=s

21、1 +2s2 .=46+2*28=100mm51 送料方向的凹模刃壁间最大距离 .52 送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离 . 查表3-14【 4】 s2 =28mm2.9 模具闭合高度与压力机的关系模具的闭合高度H 是指模具在最低位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。由于压力机的连杆长度可以调节，所以压力机的装模高度可以调节的。当连杆调节到最短时为压力机的最大装模高度Hmax: 当连杆调节到最长时为压力机的最小装模高度Hmin.模具的闭合高度H 应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，否则就不能保证正常的安装与工

22、作。其关系为：Hmax 5 H Hmin 10由选择的模座可知Hmax=145mm , Hmin=120mm因此有134mm H 124mm取 H=130mm.3. 模具标准件的选用1) . 凸模固定板的选用由式 H=(11.5)D3H 固定板的厚度D 凸模与固定板相配合部分的直径H=1.5*8=12mm查阅表 7-1 【 3】选取“固定板100*80*20-45 钢 JB/T 7643.2技术条件：无需热处理淬硬.图 3-12) . 垫板的选用垫片的作用是直接承受和扩散凸凹模传递的压力，以降低模板所受的单位的压力， 防止模板局部破坏导致模具在寿命的降低。点半到的外形与凸模固定板外形应相同。查

23、表7-3【 3】选取“垫板100*80*6 45 钢 JB/T 7643.3 ” , 技术条件为淬火硬度4348HRC.3) . 卸料装置的选用卸料装置是将条料、废料从凸模上卸下的装置，有刚性和弹性两种。刚性卸料板卸料力大，但卸料板不起压料作用，而弹性卸料板的卸料力较小，但在冲压成形过程中还能起到压料的作用，冲裁质量较好，多用于薄板的卸料，鉴于本设计材料较薄，宜采用弹性卸料板。卸料板厚度取H=10mm板孔与凸模按,H7/h6 配合。4) . 模柄的选用模柄采用压入式，形式如下图：图 3-2材料为Q235-AF，模柄与上模座孔采用H7/m6过度配合并加销钉防转。5) . 模架模架的形式在标准模架

24、中，应用最广泛的是用导柱和导套作为导向装置的模架。根据导柱和导套配置的不同有以下四种基本形式：（ 1）后侧导柱模架后侧导柱送料方便，可以纵向和横向送料。但是冲压时如果有偏心载荷，则导柱、 导套会单边磨损。它不能用于模柄与上模座浮动连接的模具。图 3-3后侧导柱模架（ 2）中间导柱模架两导柱左右对称分布，受力平衡，所以导柱、导套磨损均匀。但是只有一个送料方向。图 3-4中间导柱模架（ 3）对角导柱模架导柱的布置是对称的，而且纵横都能送料。对角导柱模架的两导柱之间距离较远，在导柱、导套之间同样间隙的条件下，这种模架的导向精度较高。图 3-5对角导柱模架4）四导柱模架其导向精度与刚度都较好，用于大型

25、冲模。材料HT200材料HT20020 钢渗碳深度0.81.2mm,硬度3-6四周导柱模架本设计中采用的是横向右向左的送料方式，因此选用后侧导柱模架。查表 附表J【 2】 H max 145mm ， Hmin=120mm上模座：100*80*25GB/T2855.5下模座：100*80*30GB/T2855.6导柱： A20h5*110GB/T2861.1 5862HRC20 钢渗碳深度0.81.2mm,硬度导套： A20H6*70*28GB/T2861.65862HRC6) .卸料螺钉查表5-5【3】M8*80JB/T7650.5-94 材料为 45钢，热处理硬度为3545HRC.7) .档料销本设计选用的是弹性卸料装置，因此档料销用弹簧弹顶挡料销。查表 22.5-52 【 5】 6*22JB/T 7649.5 材料为 45 钢，硬度为4348