冲压模具设计计算.docx

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冲压模具设计计算

第二章冲压工艺设计和冲压力的计算

冲压件（链轮）简介

链轮三维图如图，材料为Q235，工件厚度3mm，模具精度：

IT13为一般精度。

图零件三维图

图零件二维图

零件图如图，从零件图分析，该冲压件采用3mm的Q235钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度。

并可看出该零件的成形工序有落料、冲孔、拉深、翻边，其难点为该成形件的拉深和翻边。

该零件形状对称，无尖角和其它形状突变，为典型的板料冲压件。

通过计算此零件可按圆筒件拉深成形，因其尺寸精度要求不高，大批量生产，因此可以用冲压方法生产，并可一次最终成形，节约成本，降低劳动。

确定冲压工艺方案

经过对冲压件的工艺分析后，结合产品图进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序和工序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案。

1）冲压的几种方案

（1）落料、冲孔、拉深、翻边单工序模具生产。

（2）落料、冲孔复合模，拉深、翻边复合模生产。

（3）落料、冲孔连续进行采用级进模生产，拉深、翻边复合模生产。

（4）落料、冲孔、拉深、翻边复合模生产。

方案一：

结构简单，需要四道工序，四套模具才能完成工件的加工，成本高。

方案二：

加工工序减少，节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，提高了劳动生产率。

方案三：

在方案二的基础上加大了制造成本，既不经济又不实惠。

方案四：

在方案二的基础上又减少了加工工序，又节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，又提高了劳动生产率。

一个工件往往需要经过多道工序才能完成，编制工序方案时必须考虑两种情况：

单工序模分散冲压或工序组合采用复合模连续冲压，这主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素。

通过产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作安全以及经济效益等方面的综合分析，比较决定采用方案四。

即：

落料、冲孔、拉深、翻边→成品。

2）各加工工序次数的确定

根据工件的形状和尺寸及极限变形程度可进行以下决定：

落料、冲孔、拉深、翻边各一次。

3）加工顺序决定的原则

（1）所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应该在平板毛坯上冲出，因为在成型后冲孔模具结构复杂，定位困难，操作也不便，冲出的孔有时不能作为后续工序的定位孔使用。

（2）凡是在位置会受到以后某工作变形影响的孔（拉深件的底部孔径要求不高和变形减轻孔除外）都应在有关的成型工序后再冲出。

（3）两孔靠近或者孔距边缘很小时，如果模具强度足够，最好同时冲出，否则应先冲大孔和一般情况孔，后冲小孔和高精度孔，或者先落料后冲孔，力求把可能产生的畸变限制在最小范围内。

（4）整形或较平工序，应在冲压件基本成型后进行。

4）成型过程

根据加工顺序的原则，确定成型过程如下：

首先是落料、冲孔，形成精确的外形形状；其次是拉深、翻边，也就是成形过程；最后出来的是成品。

采用这种冲压方案，从模具的结构和寿命考虑，有利于降低冲裁力，提高模具的使用寿命，同时结构简单，操作方便，而且减少了不必要的工序，节省了生产资料，提高了经济效益。

适合加工厂生产，此种方案最合适。

综上所述，确定使用此方案。

工件的毛坯尺寸计算

根据产品零件图，标注的螺纹尺寸为其大径，那么可以计算出小径。

由于工件主要成型的工序是落料、冲孔、拉深和翻边，工件变形量不是很大，可以直接落下工件的实际尺寸，根据《冲压工艺学》可知毛坯大径为：

链轮要经过四道工序加工成型，按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工，那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边，然后拉深，最后冲孔和落料。

由于链轮的翻边高度不大，假设可一次翻边成形。

那么翻边前毛坯上圆孔的初始直径为

但零件的精度要求为IT13级，那么毛坯件的尺寸为：

那么毛坯形状及尺寸如图所示：

图毛坯形状及尺寸

计算拉深和翻边次数

由于链轮要经过四道工序加工成型，按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工，那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边，然后拉深，最后冲孔和落料。

根据零件的形状和尺寸，其翻边高度不大，假设可一次翻边成形。

那么翻边系数：

根据《冲压工艺学》查表得，于是，则能够一次翻边成形。

又链轮的拉深为带法兰圆筒件的拉深，那么首先得判断是否可一次拉深成形，计算得第一次拉深可能达到的值和分别为和，根据《冲压工艺学》在图4-38中得零件的和所决定的点位于曲线下侧，则可一次拉深成形。

确定其搭边值

考虑到成型范围，应考虑以下因素：

材料的机械性能软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。

2）冲件的形状尺寸冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。

3）材料的厚度厚材料的搭边值要大一些。

4）材料及挡料方式用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距的搭边值要小一些。

卸料方式弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。

综上所述，根据《冲压工艺学》确定其搭边值：

两工件间的搭边值：

a1=

工件侧面搭边值：

a=

条料宽度：

B=D+2a=190+2×=195mm

确定排样图

利用率的计算

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

冲裁件在板料上的布置叫排样。

合理排样，充分利用材料具有重大的意义，排样的经济程度中材料的利用率K表示为：

式中K—材料利用率（%）；

n—条料上生产的冲件数；

s—每一冲件的面积（mm2）；

—条料面积（mm2）。

根据以上数据，确定两工件间的搭边值：

a1=；

工件侧面搭边值：

a=。

一块板料上冲10个，那么取n=10；则利用率：

确定其排样图

根据搭边值，那么排样图如图所示：

图排样图

计算各工序冲压力

链轮冲压力包括落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。

材料Q235、板材厚度3mm，材料的抗剪强度=450MPa，屈服点数值为235MPa。

1）冲裁力

为了合理设计模具和正确选用压力机，就必须计算冲裁力。

计算公式如下：

（）

式中—冲裁力（N）；

—材料抗剪强度（MPa）；

L—材料轮廓长度（mm）；

t—材料厚度（mm）。

本次设计中，冲裁力包括：

落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。

一般K取，那么

落料力为：

冲孔力为：

拉深力为：

翻边力为：

其中d——拉深毛坯的直径，mm

K——修正系数

——拉深系数

——翻边后竖边的中径，mm

——毛坯上圆孔的初始直径，mm

——材料的屈服点数值，MPa

2）卸料力

卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。

卸料力的计算公式如下：

（）

式中Px——卸料力（KN）；

Kx——卸料力系数，查表取；

——落料力（KN）。

则

3）推件力

顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力，一般叫做推件力。

推件力的计算公式如下：

（）

式中—推件力（KN）；

—推件力系数，查表取；

n—卡在凹模里的料的个数n=h/t，其中，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm）；t为料厚（mm）；

4）顶料力

逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力一般叫做顶料力。

顶料力的计算公式如下：

（）

式中—顶料力（KN）；

—顶料力系数，查表取；

，

则根据式得出，总的冲压工艺力为：

则复合模选择冲床时的总压力为F==。

第三章落料、冲孔、拉深、翻边复合模的设计

模具零件刃口尺寸计算

尺寸计算原则

刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。

生产实践中存在如下问题：

1）由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的，且落料大端尺寸等与凹模尺寸，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，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙愈用愈大。

4）拉深时，凸凹模工作部分的尺寸和拉深方法有关，可查设计资料确定，也可按卡契马列克经验公式计算。

5）圆孔翻边的尺寸计算采用翻边高度计算翻边圆孔的初始直径和翻边系数计算可以达到翻边高度。

由此，在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，应考虑：

1）落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。

故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凹模上。

2）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；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。

这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。

凸凹模间隙择取最小合理间隙值。

3）设计拉深、翻边模时，其基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。

凸凹模间隙择取最小合理间隙值。

4）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。

根据以上原则：

落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制。

由于此工件属薄板料的冲裁件，因此采用凸凹模配合加工。

模具间隙的选择

模具间隙是指凸凹模刃口间缝隙的距离，用C表示，俗称单面间隙。

双面间隙用Z表示。

拉深、翻边V形工件时，凸、凹模间隙是靠调整压力机闭合高度来控制的，不需要在模具结构上确定间隙。

以下为落料、冲孔复合模间隙的确定：

1）冲裁间隙对冲裁件质量的影响

冲裁件质量是指切断面质量，尺寸精度及形状误差。

切断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷。

零件表面应尽量可能平整，即穹弯小。

尺寸应保证不超过图纸规定的公差范围。

当把凸、凹模间隙值控制在一定范围内时，冲件比较平直、光洁、毛刺很小，且所需冲裁力小。

间隙过小时，在断面出现挤长的毛刺。

间隙过大时，材料的弯曲与拉深增大，材料易破裂，致使制件光亮带减小，塌角与断裂斜度都增大，毛刺大而厚。

2）间隙对冲裁力的影响

当间隙小于合理间隙时，不仅冲裁力增大，而且剪切力减小。

3）间隙对模具寿命的影响

为了提高模具的寿命，一般采用较大的间隙。

若采用小间隙，就必须提高模具硬度与模具制造光洁度、精度，改善润滑条件，以减小磨损。

4）凸、凹模间隙的确定

根据以上条件综合确定：

间隙选择：

选择Ⅲ型，间隙适中，R减小，α正常，拉毛正常。

则根据《冲模设计手册》，落料、冲孔复合模刃口始用间隙为：

Zmin～Zmax=～。

（由表2—3查得）。

尺寸分类

工件毛坯尺寸如图所示，将工件尺寸进行分类如下：

1）外形尺寸

A类：

刃磨后凹模尺寸两边增大的，把产品零件图尺寸化成A0-△，△为工件公差；

2）内形尺寸

B类：

刃磨后凹模尺寸两边增大的，把产品零件图尺寸化成B+△。

落料冲孔凸凹模刃口尺寸计算

根据零件的类型，那么尺寸的分类如图3-3所示。

图落料冲孔半成品图

该模具为复合模，落料以凹模为基准，根据零件情况，凹模磨损后的尺寸变化为A类尺寸；故查表2—7得，那么mm。

冲孔以凸模为基准，凸模磨损后的尺寸变化为B类尺寸，查表2—7得，那么mm。

该零件凸模（或凹模）刃口尺寸按上述凹模（或者凸模）的相应部分尺寸配置，保证双面间隙Zmin～Zmax=～。

（由表2—3查得）。

所以各刃口的尺寸分别为mm

mm

mm

mm

拉深凸凹模刃口尺寸计算

（1）凹模圆角半径和凸模圆角半径

由于链轮为一次拉深成型，那么凸凹模的圆角等于零件的圆角半径，即

（2）凸凹模间隙

根据链轮的材质和板厚，链轮的尺寸精度和表面质量要求，那么凸凹模间隙

（3）凸凹模尺寸及制造公差

链轮的拉深为一次拉深成形，链轮在装配的时候对链轮的内形尺寸有要求，所以凸模尺寸为

凹模尺寸为

又根据表4-7，那么凸凹模的制造公差和分别为和。

那么凸模尺寸

凹模尺寸

翻边凸凹模刃口尺寸计算

链轮的翻边为圆孔一次翻边成形，其