无凸缘筒形件模具设计Word下载.docx
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铜黄铜
d≥1.5t
d≥1.3t
d≥t
d≥0.9t
d≥1.2t
d≥0.8t
d≥0.7t
d≥1.35t
d≥1.1t
d≥0.6t
零件冲裁孔与边缘的间距d=21-（29\2）=6.5mm，d>
t满足设计要求。
（2）冲裁精度
2.6.7冲裁断面的表面粗糙度表 2.6.8冲裁件允许毛刺的高度
通过查上表2.6.7的冲裁断面的表面粗糙度表Ra=12.5；
查表2.6.8冲裁件允许毛刺的高度：
新建试模时≤0.05mm，生产时≤0.15mm。
d为孔直径
t为材料厚度
第2章工艺方案的选择与确定
（1）根据冲裁件的形状，分为冲孔和落料两道工序，且为大批量生产，故选择复合模。
（2）提出可能方案
冲裁该零件，所需工序有：
（a）落料
（b）冲直径29mm的孔
根据以上工序，可以有如下方案
方案一：
先落料
再冲直径29mm的孔；
方案二：
在同一模具上同时完成冲直径29mm的孔和落料
比较以上两种方案，第二种方案易实现自动化生产，且生产率高操作安全，适合大批量生产，所以选方案二。
（3）冲模的生产过程简图如图1-2
图1-2
第三章搭边与排样
（1）确定合理的排样形式
根据材料的经济应用原则，材料利用率η＝Ｆ/Ｆ0×
１００％＝F/ＡＢ×
１００％，利用率越过越经济，同时还要考虑冲裁件的精度要求，精度要求高的要留搭边。
搭边a和a1的数值查表1-4
表1-4搭边a和a1数值（低碳钢）
注：
对于其他材料，应将表中数值乘以下系数：
中等硬度钢0.9，硬钢0.8硬黄铜1~1.1，硬铝1~1.2
故有：
a=2.5（mm）a1=2.2（mm）
（2）确定条料宽度和步距
每次只冲一个零件的步距A的计算式为：
A=D1+2a1=（51+21）+2*2.2=74.2（mm）
条料宽度：
B=（D+2a）=（18+55）+2*2.5=78（mm）
（3）计算利用率
选择的排样方式如图1-3所示：
η——材料利用率；
Ｆ——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；
A——送料进距（相邻两个制件对应点的距离）；
B——条料宽度。
D1—平行于送料方向的宽带
D—垂直于平行于送料方向的宽带
图1-3
工件的实际面积：
F=52×
55+3.14*9*9-2*（4*30）-3.14*4*4/2+0.5*3.14*21*21-3.14*（29×
29）/4=3361.40
F0=A*B=74.2×
78=5787.6
材料利用率：
η＝Ｆ/Ｆ0×
１００％=58.08％
第四章计算冲压力与压力中心
（1）冲裁力的计算
普通平刃冲裁模，其冲裁力P一般可按下式计算：
FP＝tLτ
材料抗剪强度：
τ=（1.2×
t/d+0.6）*σb
≈150（MPa）
冲孔边缘:
L1=29×
3.14=91.06（mm）
落料边缘：
L2=21×
3.14+2*（30+2*3.14+9*3.14+55）=3.5.02（mm）
冲孔力：
F1=L1τt=91.06×
150×
3=40977N
落料力：
F2=L2τt=305.02×
3=137259N
冲裁力：
F0=F1+F2=178236N
考虑到模具刃口的磨损和凸凹模间隙的波动，材料的机械性能的变化，材料厚度偏差的，实际所需的冲裁力还要增加30％，即：
F=1.3×
F0=231706.8N
τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）；
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）
σb—抗拉强度为235（MPa）
d---材料最大宽度
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，称为推料力；
从凹模内向上顶出制件需的力，称为顶件力（图1-5）。
影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，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FＱ＝ＫFＰ=
推料力FＱ1＝nＫ1FＰ
顶件力FＱ２＝Ｋ２FＰ
图1-4工艺力示意图
由下表1-5查的K=0.045K1=0.05K2=0.04
厚度/（mm）
K
K1
K2
钢
≤0.1
0.1～0.5
0.5～2.5
2.5～6.5
6.5
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
解得：
FQ=0.045×
178436.7=8029.65N
FQ1=0.05×
178436.7=8921.84N
FQ2=0.04×
178436.7=7137.47N
（2）冲裁中心
冲模的压力中心，可按下述原则来确定：
（a）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。
（b）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。
（c）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。
解析法的计算依据是：
各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴力矩。
求出合力作用点的座标位置O0（x0,y０），即为所求模具的压力中心如图1-5
图1-5
其中：
X0=（X1+X2+X3+X4+X5）/5=66.2
Y0=（Y1+Y2+Y3+Y4+Y5）/5=51.4
P——冲裁力（N）；
K——卸料力系数，其值为0.02～0.06（薄料取大值，厚料取小值）；
K１——推料力系数，其值为0.03～0.07（薄料取大值，厚料取小值）；
K2——顶件力系数，其值为0.04～0.08（薄料取大值，厚料取小值）；
n——梗塞在凹模内的制件或废料数量（n＝h/t）;
h——直刃口部分的高（mm）；
t——材料厚度（mm）。
第五章初选设备
（1）计算压力机的表承压力
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
采用弹压卸料装置和上出件的模具时：
FP总＝FＰ＋FＱ＋FＱ2
=178436.7+8029.65+7137.47
=246873.92N≈247KN
根据标称压力等参数查表1-7，可初选压力机为：
JH23-25
压力机型号
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16F
JH23-40
标称压力/KN
31.5
63
100
160
250
400
滑块行程/mm
25
35
45
70
75
80
滑块行程
200
170
145
120
55
最大封闭高度
150
180
205
260
330
封闭高度调节量
65
立柱间距/mm
220
270
340
喉深/mm
90
110
130
工作台前后尺寸/mm
240
300
370
460
工作台左右尺寸/mm
310
450
560
700
垫板厚度/mm
30
40
50
垫板孔径/mm
140
210
320
模柄孔直径/mm
模柄孔深度/mm
60
最大倾斜角
电动机功率/kw
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
5.5
表1-7
第六章凸、凹模刃口尺寸的确定
已知冲裁件材料为Q235A钢厚度t=3mm,冲裁件精度IT12，查公差表1-8
公差表1-8
查的各尺寸如下图1-6所示：
FP总－冲裁各工艺力的总和
dd—冲孔凹模基本尺寸（mm）；
dp—冲孔凸模基本尺寸（mm）；
dmin—冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；
△—制件公差（mm）；
x—系数
冲裁模刃口尺寸计算的基本原则：
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。
冲裁件内圆孔由冲孔制成，外形为非圆形落料而成，
（a）冲孔
凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。
其计算公式如下：
dp＝（dmin＋x△）－δp
dd=（dp+Zmin）+δp
通过查下冲裁件处始双面间隙表1-9，
表1-9冲裁件处始双面间隙
材料厚度mm
软铝
含碳（0.08~0.2）%的钢
Zmin
Zmax
1
0.04
0.07
1.2
0.084
0.072
0.096
0.108
0.075
0.105
0.09
0.12
0.135
1.8
0.126
0.144
0.162
2
0.1
0.16
0.18
0.13
0.176
0.154
0.198
0.22
2.5
0.15
0.2
0.175
0.225
0.25
2.8
0.168
0.224
0.196
0.252
0.28
3
0.24
0.21
0.27
0.3
3.5
0.245
0.315
0.35
0.385
4
0.36
0.32
0.4
0.44
4.5
0.405
0.45
0.49
δp—凸模下偏差，
δd—凹模上偏差
得到：
Zmax=0.27mmZmin=0.21mm
Zmax-Zmin=0.06mm
冲孔部分冲裁凸模，凹模的制作公差，可查表1-10
表1—10
基本尺寸、mm
凸模偏差δp/mm
凹模偏差δd/mm
≤18
0.02
>
180～260
＞18～30
260～360
0.035
30～80
360～500
80～120
500
120～180
查的：
δp=0.02mmδd=0.025mm
有：
δp+δd=0.045mm＜Zmax-Zmin
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1-11：
当制件公差为IT10以上，取x＝１
当制件公差为IT11～IT13，取x＝0.75
当制件公差为IT14以下时，取x＝0.5。
表1-11系数x
材料厚度t（㎜）
非圆形
圆形
0.5
工件公差Δ
<
1
1~2
2~4
4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.44
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
0.20
0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
查的x＝0.75，Δ=0.24
故得：
dp＝（dmin＋x△）+δp=（（29+0.75×
0.21）+0.02
=29.16+0.02
dd=（dp+Zmin）-δp=*（29.16+0.27）-0.025
=29.43-0.025
（b）落料
落料时以落料凹模设计为基准的刃口尺寸计算如下表
表1-11以落料凹模设计为基准的刃口尺寸计算
工序性质
凹模刃口尺寸磨损情况
基准件凹模的尺寸图2.3.3（b）
配制凸模的尺寸
落料
磨损后增大的尺寸
Aj＝（Amax－x△）＋0.25△
按凹模实际尺寸配制，保证双面合理间隙2cmin~2cmax
磨损后减小的尺寸
Bj＝（Bmin＋x△）－0.25△
磨损后不变的尺寸
Cj=（Cmin＋0.5△）±
0.125△
Aj、Bj、Cj为基准件凹模刃口尺寸；
Amax、Bmin、Cmin为落料件的极限尺寸。
计算凹模各尺寸：
查上表1-11的，尺寸42，52，55对应的x=0.75，尺寸18对应x=1
磨损后增大的尺寸的：
Aj＝（Amax－x△）＋0.25△
42mm的：
A1=（42-0.75×
0.25）+0.25/4=41.81+0.06
52mm的：
A2=（52-0.75×
0.30）+0.30/4=51.81+0.06
18mm的：
A3=（18-1×
0.18）+0.18/4=17.82+0.05
圆弧R9，R21的尺寸为了保证分别与18mm，42mm相切，不用计算直接取其
A3,A1值的一半。
磨损后不变的尺寸：
0.125△
44mm的C1=（55+0.75×
0.3）±
0.125×
0.3=54.78±
凸模的尺寸按上述凹模相关尺寸配制，保证双面间隙Zmin～Zmax=0.21～0.27mm（前面以由表1-11查的）
（C）模具间隙
模具间隙即模具凸模与凹模之间的间隙，其对冲裁件的质量，冲裁力，模具寿命都有较大的影响。
因此选择合理的间隙，非常重要，确定合理间隙的方法如下：
1.理论确定法
如图1-7，中的三角形ABC可确定合理的间隙，
图1-7
C=（t-h0）×
t×
tgβ=t（1-h0/t）×
tgβ
查下表1-12的：
h0/t=0.2，β=4°
表1-12h0/t与β的值
h0/t
β
退火
硬化
软钢紫铜软黄铜
6°
5°
中硬钢硬黄铜
4°
硬钢硬青铜
C=3×
（1-0.2）×
tg4°
=3×
0.8×
=0.168mm
Z=2c=0.336mm
2.经验法
材料为硬材料：
t＜3mmZ=（8%～10%）t
t=1～3mmZ=（11%～17%）t
t=3～5mmZ=（17%～25%）t
已知材料厚度为：
t=3mm
Z=0.33～0.51mm
式中，h０——凸模切入深度；
β——最大剪应力方向与垂线方向的夹角
第7章模具的总体结构设计
（1）模具的类型选择
根据冲裁件的结构特点，需冲孔和落料两道工序方能完成零件成型，而且要进大批量的生产，综合上述，课选择正装式复合模进行生产，其结构图如
图1-7.。
在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。
模具各部分名称和代号等参数如下表1-12
表1-12
（2）模架的选择
模架由上下模座，模柄及导向装置（导柱，导套）组成。
（a）模架的形式
模架的形式选择后侧导柱模架，可纵横送料，送料方便。
其模架的形式结构如下图1-8
图1-8
（b）导柱和导套
导柱和导套的结构与尺寸都可以直接从标准中选取，选滑动导向的导柱导套，安装尺寸示意图如图1-9.
图1-9
（c）模柄的选择
所作设计为大型，模具都通过模柄固定在压力机滑块上的，可使用螺钉固定。
第八章工作零件的设计与计算
（1）凸模
（a）凸凹模和凸模的结构形式
由于冲裁件的落料件为非圆形的，可选择直通式凸凹模，直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。
1-10整体式凸模
而冲孔凸模则选择用台阶式凸模，如下图1-11
图1-11标准圆形凸模
（b）长度计算
凸模长度应根据模具结构的需要来确定。
采用固定卸料板和导料板结构时，图1-12所示，凸模的长度应该为：
L＝h1＋h2＋h3＋（15～20）mm
图1-12
（c）材料和其他要求
冲裁件的形状复杂，可选择Cr12，热处理为淬火；
工作部份的粗糙度为：
Ra0.8～0.4um固定部分粗糙度为：
Ra1.6～0.8um
（2）凹模
（一）凹模洞口的类型
1.凹模洞口的类型
常用凹模洞口类型如图1-14所示，其中a）、b）、c）型为直筒式刃口凹模。
其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。
广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。
但因废料或制件在洞壁内的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。
一般复合模和上出件的冲裁模用a）、c）型，下出件的用b）或a）型。
d）、e）型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。
但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大（如α＝30`时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm）。
图1-14凹模洞口的类型
h1、h2、h3、t分别为凸模固定板、卸料板、导料板、材料的厚度。
15～20mm为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板
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