体重秤连接板冲压工艺与模具设计文档格式.docx

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该零件为体重秤的连接板，材料较薄，其主要作用是起连接作用。

零件外形不对称，无尖角或其他形状突变，为典型的板材冲压件。

零件外形除底面有平面度要求外其他均无公差要求，并且所用材料为卷料。

通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的薄板冲压成型件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此可以用冲压成方法生产。

同时，如果工序顺序不同则定位等随之发生变化，最终使设备的外形变化。

综上所述，虽然工件尺寸不大，但是为了加工过程简单，要对零件的加工工序进行必要的最优方案分析。

在进行工艺方案分析之前，首先要考虑解决好工艺与模具设计中几个重要问题：

（1）模具主要工作部分的强度和耐磨性应适应冲压材料强度的特点；

（2）模具设计的功用性、实用性、经济性、寿命等方面的考虑。

（3）工艺方案和模具结构应保证能达到冲压件要求的精度、外形。

图2.2零件图

2.1对冲压件的工艺分析

对中间不规则方孔的弯曲、零件上舌形、斜度为17°

弯曲成形要认真考虑，因为如果加工顺序不同，定位不同，加工过程中可能发生干涉，最终使零件加工出现不可修复的破坏。

2.2确定工艺方案

2.2.1冲压工序性质和工序次数

（a）落料；

（b）冲的孔一个；

（c）冲Φ7.5的孔一个；

（d）中间宽14.1mm、长33.1mm不规则方孔；

（e）冲两个7.9×

3.2的方孔；

（f）冲一个15.9×

3.7的方孔；

（g）斜冲圆与方孔的组合；

（h）对120.5×

48.9的板材翻边；

（i）对中间不规则方孔翻边；

（j）弯曲成向视图C（如图2.2）；

（k）压筋；

（l）冲压12.8×

2。

2.2.2选择最优方案

根据以上工序，可以作出下列各种组合方案：

方案

（1）：

落料—冲的孔、冲不规则方孔、冲7.9×

3.2、15.9×

3.7的方孔—对中间不规则方孔弯曲、120.5×

48.9的板材翻边—弯曲成向视图C（图2）—压筋、冲压12.8×

2、舌形成形。

方案

（2）:

落料—冲Ф6.1、Ф7.5的孔—冲不规则方孔—对中间不规则方孔翻边—冲7.9×

3.7的方孔—对120.5×

48.9的板材弯曲—压筋、冲压12.8×

2、舌形成形—弯曲成向视图C（图2.2）。

方案（3）：

落料和冲零件上所有孔—对中间不规则方孔翻边—对120.5×

48.9的板材弯曲—弯曲成向视图C（图2.2）—压筋、冲压12.8×

对以上方案进行分析：

方案

（1）从生产效率上看，模具结构和寿命方面考虑，将各种孔组合到一起进行冲压，有助于提高生产效率，并且成形放在最后，则第四道工序和第五道工序中的舌形成形不会发生干涉，有助于定位，操作比较简单。

方案

（2）,从模具结构和寿命方面考虑，将各道工序分开有助于降低冲裁力和提高模具寿命，同时模具结构比较简单，操作比较方便，但生产效率比较低。

同时把弯曲成C向视图（图2），定位比较困难，加工不方便。

参考文献[3]P14～18

（a）落料

（b）冲孔

（c）弯曲翻边

（d）弯曲

（e）压筋、冲压12.8×

2、舌形成形

图2.3工序图

方案（3）,落料和零件上的孔采用复合模组合，优点是节省了工序和设备，可以提高生产效率，但模具结构复杂，冲裁力也比较大，模壁强度较差，模具容易磨损或破坏，因此不宜采用。

综上所述，从生产效率、模具结构、寿命方面以及冲压后零件精度等各方面考虑，方案一是比较合理的。

确定了工艺方案以后，就可以进行该方案的模具结构形式的确定，各工序的冲压力计算和冲压设备的选用。

所定的工艺方案如下：

（1）落料；

（2）冲的孔、冲不规则方孔、冲7.9×

（3）对中间不规则方孔弯曲、120.5×

（4）弯曲成向视图C（如图2.2）；

（5）压筋、冲压12.8×

确定了工艺方案之后，就可以进行各道工序中模具结构形式的设计和计算，模具材料选用，冲压设备的选用等。

3落料模设计

冲裁是利用模具是板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、切边等。

用它可以制作零件或者微弯曲、拉伸、成形等工序准备毛坯。

从板料上冲下所需形状（毛坯）叫落料。

单工序模又叫简单模，是指在压力机的一次行程内，只完成一道工序的模具，如落料模。

3.1毛坯尺寸计算

在进行模具设计之前，要先对零件进行尺寸估算、选材，以便模具设计和零件的加工。

3.1.1毛坯尺寸的计算

根据老师所给实物的测量得出其各部分的尺寸，然后对零件的展开毛坯进行尺寸计算。

由于零件不是规则的盒形或回转体，并且其毛坯外形尺寸主要是通过翻边和弯曲公式得到。

该零件是经过压缩类翻边，在压缩类平面翻边时，除了靠近竖边根部缘角半径附近的金属变形外，其余部分处于切向压应力和径向拉应力的作用下，产生的企鹅想变性和径向伸长变形，可见压缩类平面翻边的应力状态和变形特点和拉伸基本相同，则可按拉深对毛坯进行计算。

图3.1毛坯

此为一次拉深成形不封闭矩形盒，其毛坯尺寸计算如下：

先将直边按弯曲计算，

圆角部分按0.25圆筒拉深计算，于是得出毛坯外形，然后再进行修正，则得毛坯外形。

按弯曲展开的直线部分的长度为

=h+0.57

（3.1）

式中h—矩形盒高度；

—矩形盒底部圆角。

圆角部分按0.25圆筒拉深计算，得

R=

（3.2）

由上得毛坯的尺寸（如图3.1）。

3.1.2选材

连接板根据所用场合、受力大小的不同，其所用材料不尽相同。

在选取连接板的材料时起受力直接决定材料性质。

而体重秤连接板主要是连接弹簧，其受力不大，则所用材料为Q235[4]。

由于体重秤连接板属于简单的五金件，对精度要求不高，无形位公差等，其经过冲压加工成形后并不需要额外的热处理。

冷冲压所用材料一般为小于4mm的板料、条料、带料等。

板料按厚度分可分为薄板、中板、厚板、特厚板；

按生产方法可分为热轧钢板、冷轧钢板。

板料冲压，它是利用冲模使板料产生变形或分离，而获得具有一定形状和尺寸的锻压件的工艺方法。

本零件可选用板料或者卷料（卷料即紧紧地卷绕成圆柱状的连续的带料）,而综合考虑生产经济性等，最终选定卷料。

3.1.3排样

在冲压零件的成本中，材料费用占60%以上，因此材料的经济的利用是一个重要问题。

冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。

排样方法主要分为有废料排样、少废料排样、无废料排样。

有废料排样即有一定的搭边。

搭边是工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。

搭边能够补偿定位误差，从而得到合格的产品[1]。

此外，搭边还可以使条料获得一定刚度，有助于送料。

搭边值的大小主要与材料的机械性能、工件的形状和尺寸、材料的厚度以及送料与挡料方式有关。

由表2-11[1]查得沿送进方向的搭边a=1.8mm,侧向搭边

=1.5mm，有两种排样方式（a）、（b），由材料利用率公式：

%（3.3）

式中：

—材料利用率；

—工件的实际面积，[

]为

；

—所用的材料面积，包括工件面积和材料面积。

得两种单排方式的材料利用率分别为88.7﹪、87.6﹪。

图3.2（a）所示排样方式材料利用率高，则选用此种排样方式。

（a）

（b）

图3.2排样方式

3.2模具结构形式的确定

在工艺方案分析和比较中已选用了模具种类，选用模具是一般有落料模，冲孔模，弯曲翻边复合模，弯曲模，成形模。

在选择合适的模具结构，使它尽可能满足下列要求：

（1）能冲出符合要求的零件的模具；

（2）能提高生产率；

（3）模具制造和修模方便；

（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。

所冲裁的板料较薄，但由于所需零件的精度不高，因此所选模具并不是高精度模具。

此外，零件为大批量生产。

由于零件成形所需力并不大，并且大部分为小变形成形，因此在选用模具时，可通过计算、经验、查表确定凸模、凹模、上模座及固定板、垫板等零件的尺寸。

设计制造时应注意以下几点：

（1）应使凸模长度不能过长，使其工作时不易折断；

（2）要合理的选用间隙，从而保证零件制品断面质量、提高模具寿命、降低冲裁力；

（3）为了防止过大的冲压力在上下模板上压出凹坑，影响模具正常工作，一般要安装垫板，承受凸模压力；

（4）选用导柱式模具，导柱导套为圆形，加工比较方便凸凹模间隙易于保证，且不会改变。

总体而言，导柱式模具有冲压件精度高，模具寿命长，安装方便。

但是由于冲压零件并不是高精度零件，则可选用A型导柱导套。

3.2.1凸凹模配置位置

可以凸模在上、凹模在下，也可以选择完全相反的布置。

分析比较二者的优缺点可以明显地发现，前者的布置方式便于落料件的取出，不用设计额外的顶杆之类的卸料装置。

3.3落料模具的具体设计

3.3.1冲模的压力中心

一副冲模的压力中心就是这副冲模各个压力的合力作用点，一般指平面投影。

冲模的压力中心，应尽可能和压力机滑块的中心在同一垂直线上。

绝大多数的冲裁件，沿冲裁轮廓的断面厚度不变。

轮廓各部分的冲裁力，与轮廓的长度成正比，同时冲裁力沿轮廓分布。

因此，求轮廓的压力中心，击球轮廓线的重心位置。

可有参考文献[2]P707所给公式求得重心位置，即压力中心。

3.3.2凸凹模间隙

冲裁模间隙是直接关系到冲件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要参数。

所取冲裁间隙数值，应保证冲件断面质量和尺寸的前提下，使模具寿命最长。

由参考文献[1]P14页表2-3查得：

（3.4）

3.3.3凸凹模工作部分尺寸和公差

对于单工序模来说，工作部分包括凸模、凹模两个零件。

在确定落料模的凸模和凹模工作部分尺寸时，必须遵守以下几个原则：

（1）对于落料件的尺寸取决于凹模的尺寸，因此以凹模为基准，间隙置于凸模上。

。

（2）考虑到冲裁件中凸凹模磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。

这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，人能冲出合格的零件。

凸凹模间隙则取最小合理间隙值。

（3）考虑工件精度与模具精度间关系，在选择模具刃口制造公差时，既要保证刃口制造公差要求，又要保证合理间隙数值，一般冲模精度较工件精度高2-3级。

根据上述原则，进行落料凸凹模尺寸的计算。

按工件成形后精度为IT10级来计算尺寸，并查表2-3[1]可得冲裁模初始双面间隙Z。

对于材料厚度为1mm的中等硬度钢材，

，

由于模具加工与测量方法不同，凹模与凸模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注不同，可分为凸模与凹模分开加工、凸模与凹模配合加工。

计算时按凸模与凹模分开加工。

采用这种加工方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它是用于圆形或简单形状的工件。

为了保证间隙值，必须满足下列条件：

（3.5）

或取：

（3.6）

（3.7）

由表2-6[1]查处凸凹模制造公差，

由上式计算得，

由于凸凹模不是规则的圆形，可参照圆形的计算过程，得出凸凹模的长宽，

3.3.4冲裁力的计算

计算冲裁力的目的是为了合理地选择压床和设计模具。

压床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

（a）考虑到模具刃口磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，落料力按下式计算：

（3.8）

通过对毛坯的计算得其周长

，厚度t=1mm,以及由表D-22[2]可查得

材料的抗剪强度

=303Mpa代入上式，得

=84018.87（N）（3.9）

（b）冲裁件从板料上切下以后，板料上的孔会发生弹性收缩，从凸模上将零件或废料卸下来所需得力称为卸料力。

影响卸料力的因素很多，主要有材料的机械性能、材料厚度、模具间隙、零件形状尺寸以及润滑情况等，比较难计算，则用经验公式如下：

（3.10）

式中F—冲裁力，[F]为N；

—卸料力系数，其值见表2-10[1]。

通过上式计算得

=3360N。

采用弹性卸料装置的总冲裁力为：

=87378N（3.11）

3.3.5压力的选用及模具的相关参数

压力机的种类很多，，按驱动滑块的力可分为机械压力机、液压压力机、气动压力机等；

按机架形式可分为开式压力机、闭式压力机等。

由于机械压力机加工速度比液压机快的多，高的生产效率等绝对的优势，因此选用机械压力机。

曲柄机构的运动曲线，可适合于弯曲、拉深等几乎所有的冲压加工，则选用曲柄式的压力机。

通过进一步考虑冲裁力的大小，冲压零件尺寸和模具尺寸来确定设备规格。

（1）各种工序所需压力

由上3.3.4的计算可知

=87.378（kN）；

所选压力机的公称压力应是所需压力的1.3倍以上。

=1.3×

87.378=113.59（kN）（3.12）

由此可选压力机JH21-25，其滑块行程长度80mm。

（2）闭合高度

冲模的闭合高度

是模具在最低的工作位置时，下模座的底面之上模座的顶面的距离。

在设计模具时，它应与压力机的闭合高度相协调。

综合考虑各方面因素，可得出冲压模具的闭合高度为207mm。

3.3.6凹模设计

（1）凹模壁厚

凹模壁厚是指凹模刃口和外缘的的距离，如参考文献[2]P628图14-14所示。

凹模壁厚可按表14-5[1]选择为45mm。

刃口与刃口之间距离，其最小值和冲件材料的强度与厚度有关。

增大刃口之间的距离显然能提高模具的强度和寿命。

（2）凹模厚度

凹模厚度h可根据冲裁力从参考文献[2]P629图14-15选择，最终得凹模厚度为20mm。

（3）刃壁高度

垂直于凹模平面的刃壁，其高度h可按下列规则计算：

冲件材料厚度t≦3mm,h=3mm；

冲件厚度t＞3mm,h=t。

当凹模需要更长寿命时，刃壁高度可以比上述增加，但应该带有斜度，以利于工件或废料漏下。

综上所述，通过查表14-6[2]得矩形凹模的长度和宽度为250×

140。

3.3.7凸模设计

根据零件加工外形的需要，要选择凸模的结构形状。

（1）凸模长度L

凸模长度一般要根据结构上的需要而确定。

初步确定凸模长度L=70mm。

（2）由于凸模固定板是用于凸模的固定，二者采用H7/r6配合。

（3）核算异形凸模的强度，可按凸模工作端面宽度B大于冲件材料厚度t,按式14-7[2]核算刃口接触应力

，因为此时接触应力

大于平均压应力

（14-7）

式中L—冲件轮廓周长（mm）；

t—冲件材料厚度（mm）；

—冲件材料抗剪强度（Mpa）；

—接触面积（

）,取接触宽度为t/2；

—凸模刃口接触应力（MPa）；

[

]—凸模材料许用压应力，对于合金模具钢，可取1800～2200（MPa）。

通过计算可得

=6.3MPa满足条件。

3.3.8卸料装置设计

模具的卸料装置主要分为固定卸料板、弹性卸料板，固定卸料板有一定的厚度，用螺栓和销钉固定在下模座，能承受的卸料力比较大，常用于厚板冲压件的卸料。

而弹性卸料板受橡胶等零件的限制，卸料力较小，主要用于板厚在1.5mm以下的薄板的卸料工作。

综上分析，本零件1mm厚的薄板，不宜采用固定卸料板，则选用弹性卸料板，并且卸料板的厚度取10mm。

3.3.9导向装置设计

模具导向有导板、导柱、导套等几种方式，最常见的是导柱和导套导向。

导柱导套都是圆柱形，加工方便，加工方便，容易装配，并且由于此冲压零件的精度不高，选用A型。

此外，导柱和导套为间隙配合，要求配合表面坚硬和耐磨，并且有一定的韧性，常用20号钢制作，表面经过渗碳淬火，硬度为HRC58～62，渗碳层深度0.8～1.2mm。

由于工作精度要求不高，而且材料不是太厚，模具间隙较小，故采用中间导柱式模架。

3.3.10定位零件

模具上定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确定位。

根据毛坯形状，尺寸以及模具的结构型式，可以选用不同的定位方式。

原材料为卷料，则本套模具选用的是挡料销。

挡料销主要应用于条料或带料送进时定位，可分为固定式和活动式，选用的是M8固定挡料销。

由于此种挡料销的固定部分和工作部分的直径差别较大，不至于削弱凹模或卸料板的强度，并且制造简单，使用方便。

此卸料板安装在凹模上。

综上所述，这套落料模的结构要点如下：

（1）凸模在上模座，凹模在下模座，这样有助于落料后，便于毛坯的取出，有利于安全操作，有助于保护模架刃口。

（2）上模采用弹性卸料装置。

弹簧的压力通过卸料板使废料从凸模上脱落；

并且使用卸料螺钉，保证卸料板的运动精度。

（3）在装配上导套和上模座采用H7/r6[5]过盈配合，导柱与下模座采用H7/h6的间隙配合。

（4）采用中间导柱模架导向。

图4落料模

1.下模座2.导柱3.定位销4.凹模5.内六角圆柱头螺钉M106.挡料销7.卸料板8.橡胶9.圆柱头内六角卸料螺钉M1010导套11.上模座12.固定板13.垫板14.开槽盘头螺钉M1015.模柄16.凸模

3.4模具材料的选用

凸模和凹模是在强压、连续使用和很大冲击的条件下工作，并伴有温度的的升高，工作条件极其恶劣的情况。

所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。

硬度较大，热处理变形小，而且价格要低廉。

选用模具材料的原则，做到在满足使用条件下成本最低：

（1）根据冲压零件生产批量的大小;

（2）根据冲压材料的性质，工序中种类冲模零件的工作条件和作用;

（3）考虑模具材料的生产和供应情况。

结合上述原则，查参考文献[4]，得：

a.凸模、凹模均采用3Cr2W8V；

b.导柱、导套采用20钢；

c.挡料销、螺钉、垫板、凸模固定板采用45钢；

d.卸料板采用Q235钢；

e.上下模座采用HT200。

部分模具材料要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度，以利于修磨。

模具装配图的绘制参考文献[6][7][8][9][10]。

4冲孔模具设计

冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序。

冲孔同落料一样都属于落料，其模具设计与落料模具设计有许多相似之处。

由于所冲孔比较多，并且各孔形状不不一致，所以凸凹模形状，选用组合模还是整体模是必须要考虑的问题。

冲孔模的结构与一般落料模结构相似，但是冲孔模，特别是冲小孔模具要仔细考虑。

冲孔模具设计时，必须考虑凸模强度，以防止凸模折断或破裂；

还应考虑凸模能快速更换以及凸精确导向，提高冲模精度等问题。

4.1凸凹模配置位置

由于此为单工序模，为了便于废料的排出，凸模在上、凹模在下。

由于冲孔后零件发生弹性收缩会会随凸模回程时移动，所以用弹性卸料板将工件卸下。

这样操作比较方便而且安全，能保证较高的生产效率。

4.2凸模和凹模工作部分尺寸的计算

冲孔零件尺寸由凸模刃口尺寸决定，在生产过程中，凸、凹模刃口尺寸又因磨损而发生变化。

凸模越磨越小，凹模越磨越，大结果使间隙越来越大。

因此，当设计和制造模具时，取最小合理间隙。

在决定凸模和凹模工作部分尺寸时，必须遵循以下几个原则：

（1）冲孔时，应先确定工作部分尺寸，其大小或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，能冲出合理的孔件。

凹模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。

（2）冲孔件的公差一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d,工件公差为△，则冲孔件尺寸为

由表2-3[1]查出

、

由于工件为简单形状，并且凸模和凹模分开加工，所以要分开标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差。

为了保证间隙值，必须满足以下条件：

（4.1）

（4.2）

（4.4）

由表2-6[1]查出凸模、凹模制造公差△，由表2-7[1]查出系数x的值，根据计算公式：

（4.5）

（4.6）

可计算出凸模和凹模的尺寸。

4.3冲裁力的计算

（1）冲孔时，除了冲孔所用的力，工件从凸模上取出得力即卸料力要考虑到。

根据冲裁力的计算公式：

（a）平刃口模具冲压Ф7.5孔，冲孔力为：

（b）冲压Ф6.1孔，冲孔力为：

（c）冲不规则方孔，冲孔力：

（d）冲7.9×

3.2的方孔：

（e）冲15.9×

3.7的方孔：

把上面的力都整合到一起，则得，

（2）冲裁工作完成后，从工件上冲裁出的孔则沿着径向发生弹性收缩，会紧箍在凸模上。

为了将紧箍在凸模上的料卸下，则需一定的卸料力

按下列经验公式计算，即

（4.7）

通过上式计算得，

为4670N。

（4）卸料力、冲裁力在选择压力机是要根据不同情况