Q235连接板的冷冲压成型工艺及模具设计说明书Word格式文档下载.docx
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方案二：
落料、弯曲级进模，冲孔、翻边按级进模
方案三：
所有工序用一个级进模来完成，做一个多工位级进模
方案四：
落料、冲孔、弯曲直边复合模，最后弯斜边，翻边
攻螺纹最后一道单工序来完成
2.2工艺方案的分析
表2-1各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
级进模
复合模
无导向
有导向
零件公差等级
低
一般
可达IT13—IT10级
可达IT10—IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2—6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm
零件平面度
中小型不平直，高质量制件需较平
由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面
生产效率
较低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率低
安全性
不安全，需采取安全措施
比较安全
模具制造工作量和成本
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时比复合模低
冲裁较复杂零件时比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产
结合表2-1分析知：
制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凹凸模许用最小壁厚，模具强度也能满足要求。
生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。
只需要一副模具，成本低，且生产效率高，但只适合小型冲压件的生产。
模具比较紧凑，生产率高，可以满足大批量生产的要求。
通过对上述四种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案四为佳。
第三章工艺计算
3.1工艺计算
在进行复合模设计时，首先要设计条料排样图，条料排样图的设计是复合模设计时的重要依据。
条料排样图设计的好坏对模具设计的影响是很大的，排样图设计错误会导致制造出来的模具无法冲制零件。
条料排样图一旦确定也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。
在本模具中，排样设计总的原则是先进行拉深，胀形，冲预制孔，翻边，侧冲孔，切边，弯曲，最后落料。
并要考虑模具的强度、刚度、结构的合理性。
有时候也是根据零件的形状和要求来定。
3.2毛坯排样设计
毛坯在板料上可截取的方位很多，这也就决定了毛坯排样方案的多样性。
典型毛坯排样：
单排、斜排、对排、无废料排样、多排、混合排。
毛坯排样的原则：
（1）工件排样要保证产品零件的精度和适用要求；
（2）工序应尽量的分散，以提高模具寿命，简化模具结构；
（3）合理安排各工序，使压力中心尽可能与模具几何中心接近；
（4）同一工位个冲切凸模应尽量设计为同一高度；
（5）冲孔在前，外冲切和落料在后；
（6）为保证条料送进的步距精度，第一工位安排冲导正孔，第二工位设导正销，在其后的各工位上优先在易窜动的工位设置导正销；
（7）设置空位，可以提高凹模，卸料板和凸模固定板的强度；
（8）工件和废料应能顺利排出；
（9）排样方案考虑模具加工设备的条件；
（10）材料利用率要尽量高；
该零件方形且外形比较规则，同时考虑到工序排样要求，毛坯采用单排方案，如图所示：
3.3计算条料宽度
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏，模具刃口，降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值通常由经验确定，表4-1所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
根据零件形状，查表2-1工件之间搭边值a=2.0mm，工件与侧边之间搭边值a1=2.2mm,条料是板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏值为零，下偏差为负值-△
B=（Dmax+2a）0-△
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a—冲裁件之间的搭边值；
△—板料剪裁下的偏差（其值查表2-2）；
B=（17+2*2.2）
=21.40-0.7（mm）
所以条料宽度在21~23mm之间
表2-1搭边值和侧边值的数值
材料厚度t
圆件及r>
2t圆角
矩形边长l≤50
矩形边长l>
50或圆角r≤2
工件间a1
侧边a
工件间a
侧边a1
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25~0.5
1.2
1.5
0.5~0.8
1.0
2．0
0.8~1.2
0.8
1.2~1.5
1.9
1.6~2.0
表2-2剪裁下的偏差△（mm）
条料厚度t（mm）
条料宽度B（mm）
≤50
>
50~100
100~200
200
≤1
0.5
0.7
1~2
2~3
3~5
3.4确定步距
送料步距S：
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关，是决定档料销位置的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；
最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
S=L+a
式中S—冲裁步距
L—沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值
a—沿送进方向的搭边值
该零件的步距确定为：
S=31.5+2=33.5=340-0.025（mm）
3.5计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
η=A/（BS）×
100%
式中A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
η=497/（22×
34）×
100%=66.4%
3.6冲裁力的计算
3.6.1冲裁力的计算
用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：
F=KLtτb（公式5-3）
式中F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪强度；
K—系数，系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3。
冲裁件轮廓周长L=97
查手册可知，Q235板的τb=450Mpa
所以
F=KLtτb
=1.3×
97×
2.5×
450
=141862.5（N）
3.6.2卸料力、推料力的计算
卸料力FX
FX=KXF
推料力FT
FT=nKTF
n为同时卡在凹模内的冲裁件（或废料数）
n=h/t
h为凹模洞口直壁高度
t为板料厚度
=0.055×
141862.5
=5674.5（N）
（KX、KT为卸料力、推件力系数，其值查表4-3可得）
=1×
0.063×
=10639.69（N）
所以总冲压力FZ=F+FX+FT
=141862.5N+5674.5N+10639.69N
=158176.69（N）
3.6.3冲压设备的选择
复合模，为了防止设备超载可以按标称压力FG>
（1.6~1.8）,F总选择压力机，《冲压工艺及模具设计》取公称压力为350KN的开式固定台压力机JA21—35。
其与模具设计的有关技术参数为：
公称压力：
350KN
滑块行程：
130mm
最大封闭高度：
280mm
立柱间距：
428mm
模柄孔尺寸：
Ф50×
70mm
3.7模具压力中心的计算
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，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摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
确定直角坐标系X—Y;
计算出级进模各工序的力，如冲裁力，并求出各部分的中心位置的坐标数值（X1，Y1）、（X2,Y2）、·
·
（Xn,Yn）；
各部分中心位置的坐标分别为：
（0，-8.5），（28，-8.5），（28，-3），（31.5，-3），（31.5,3），（28,3），（28,8.5），（08.5）。
按下列公式求冲模压力中心的坐标数值（X0,Y0）;
X0
=（28×
5.5+28×
3.5+31.5×
6+31.5×
3.5+28×
5.5）/97
=8.4
由于工件y方向对称，故压力中心y0=0
3.8工作零件刃口尺寸计算
3.8.1冲裁间隙分析
1）间隙对冲裁件尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。
2）间隙对模具寿命的影响
模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是影响模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦。
而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重。
所以过小的间隙对模具寿命极为不利。
而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减少，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制而出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。
3）间隙对冲裁工艺力的影响
随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。
通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的5~20%左右时冲裁力的降低不超过5~10%。
间隙对卸料力、推料力的影响比较显著。
间隙增大后从凸模里卸料和从凹模里推料都省力。
当单边间隙达到材料厚度的15~25%左右时的卸料力几乎为零，但间隙继续增大，因为毛刺增大又将引起卸料力、顶件力迅速增大。
4）间隙值的确定
由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。
因此，模具设计时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高。
但分别从质量、冲裁力模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一数值，只是彼此接近。
考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理的间隙，只要间隙在这个范围中，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。
根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。
对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以将冲裁力、提高模具寿命为主。
可采用较大的间隙值。
由于理论法在生产中使用不方便，所以常用查表法来确定间隙值。
差《冷冲压工艺与模具设计》，表2-2得
Zmin=0.36mm
Zmax=0.5mm
3.8.2落料凹、凸模刃口尺寸计算
由于该工件为一落料件，工件公差△为自由公差，对于未标注公差取其为IT14级精度，落料以凹模为准。
由前面查表得Zmin=0.36mm，Zmax=0.5mm。
由于精度在IT14，所以选择系数为X=0.5
（1）第一类尺寸，即磨损后增大的尺寸
第一类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸-X△）+1/4△0
（2）第二类尺寸，即磨损后减小的尺寸
第二类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸+X△）0-1/4△
（3）第三类尺寸，即磨损后不变的尺寸
第三类尺寸=（冲裁件上该尺寸的中间尺寸±
1/8△）
第一类尺寸
Aa1=（17-0.5×
0.43）+0.43/40=16.785+0.10750mm
Aa2=（31.5-0.5×
0.58）+0.56/40=31.21+0.140mm
Aa3=（28-0.5×
0.56）+0.58/40=27.72+0.1450mm
Aa4=（6-0.5×
0.32）+0.32/40=5.84+0.080mm
此工件没有第二类尺寸
第三类尺寸
Ca1=（5.5±
1/8×
0.32）=5.5±
0.04mm
Ca2=（3.5±
0.24）=3.5±
0.03mm
落料凸凹模实际尺寸配对，保证最小间隙0.36
由查表《冲模应用实例》表6—1可选凹模最小壁厚大于5.8mm，取凹模壁厚为8mm
落料凸凹模尺寸如下表：
工件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
17
16.425+0.10750
16.785+0.10750
31.5
30.85+0.140
31.21+0.140
28
27.36+0.1450
27.72+0.1450
6
5.48+0.080
5.84+0.080
3.8.3冲孔刃口尺寸的计算
对于M5的螺纹孔，要先冲Ф4.2的底孔再攻丝，对于Ф4.2+0.160孔冲裁凹模、凸模的制造公差可由《冲模应用实例》表2—12查得
δ凹=0.02mm,δ凸=0.02mm
Zmax=0.35mm,Zmin=0.29mm
则
d凸=（d+x△）0-δ凸=（4.2+0.5×
0.42）0-0.02=4.410-0.02mm
d凹=d凸+Zmin=4.7+0.020mm
校核δ凹+δ凸<
Zmax-Zmin
0.04<
0.6
所以所取的凸、凹模符合要求
3.8.4弯曲凸、凹模刃口尺寸的计算。
由于该弯曲不易施加侧向压力，所以不能施加校正弯曲力，而侧面与孔的间距13没有精度要求，所以选取精度等级为IT11。
因此采用减少弯曲凸、凹模中的间隙来减少回弹。
凸模半径与零件弯曲半径相同，R凸=0.2mm
凹模圆角半径查《冲模应哟偶那个实例》表3—7得，R凹=4mm
凸、凹模单边间隙值Z/2=0.9t=2.25mm
对于工件尺寸130-0.16，取弯曲凸、凹模的制造公差IT7和IT8级，查表得
δ凸=0.035，δ凹=0.054
由公式得B凹=（B-3/4△）+δ凹0=12.88+0.0540mm
B凸=（B-Z/2）0-δ凸=10.630-0.35mm
其工作部分如图所示
表3—4系数X
料厚t（mm）
非圆形
圆形
1
0.75
工件公差△/mm
<
0.16
0.17~0.35
≥0.36
≥0.16
0.20
0.21~0.41
≥0.42
≥0.20
2~4
0.24
0.25~0.49
≥0.50
≥0.24
4
0.30
0.31~0.59
≥0.60
≥0.30
3.9弯曲部分计算
3.9.1弯曲力的计算
由于本工件的弯曲采用接触弯曲，则弯曲力F=0.7cbt2τb/（rp+t）
式中b——弯曲件沿弯曲线的长度
t——弯曲件厚度
τb——抗拉强度
c——系数，取c=1.0~1.3
rp——冲头圆角半径（弯曲半径）
F=0.7cbt2τb/（rp+t）=0.7×
1.2×
28×
2.52×
450/（0.2+2.5）=24500N
3.9.2顶料力的计算
F顶=（0.3~0.8）F=12250N
所以F总=FZ+F+F顶=158176.69+12250+24500=195KN
之前选的压力机F=350KN>
195KN
所以之前选的压力机可用。
第四章冲压模具总体机构设计
4.1模具类型
正装式复合模和倒装式结构比较：
正装式复合模适用于冲制件质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲制件，还可以冲制孔边距较小的冲制件。
倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲制件，但倒装式复合模机构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件。
卸件可靠、便于操作、并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。
根据零件的冲裁工艺方案，为提高经济效益和简化模具结构，适宜采用倒装式复合模生产。
根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模生产。
4.2操作与定位方式
4.2.1操作方式
零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。
导向形式：
滑动导柱导套导向
4.2.2定位方式
定位方式：
板料定位靠导料销和弹簧弹顶的活动档料销完成，因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用的是导料板，无侧压装置。
控制条料的送进步距采用档料销定距。
4.3卸料与出件方式
刚性卸料与弹性卸料的比较：
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2~0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主用用于料厚小于或等于2mm的板料。
由于有压力作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1~0.2）t。
若弹性卸料板还要起到对凸模起导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模。
该模具冲孔凸模与凸凹模冲孔，冲孔废料直接落料。
利用推件块将制件顶出。
4.4模架类型及精度
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四:
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具机构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该模具采用后侧导柱模架，以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。
模具的总体结构如下图所示：
4.5模具的动作过程
由于该模具是落料、冲孔、弯曲复合模，因此落料凸模有一部分为弯曲模。
考虑到弯曲成形要带后于落料冲孔工序，而且必须保证13的尺寸，为此设计了一个活动凸模块和滑轮滑块结构。
活动凸模块18下面需要安装复位弹簧，凸模块下表面与滑块19上表面设计成大约10度的斜面，便于抽动和复位转动板16的设计是根据上模的行程计算出恰好在拉动滑块脱离活动凸模块的时候开始压弯工序，当滚轮17离开转动板的上缘时使转动板带动滑块恰好回复到初始位置。
复合模的动作过程是：
当下模板完成落料、冲孔工序后，安装在落料凹模外侧的滚轮接触滚动板，抽动滑块脱离凸模块，使上模继续下行时不阻碍活动模块向下运动，弯曲凹模15接触材料并完成弯曲工序。
上模回升时，零件由上模中设置的材料杆10打出。
在回程过程中滚轮接触转动板，推动滑块19复位，为再次冲压做好准备。
此模具结构紧凑，装拆模方便，安全可靠，生产效率比使用传统模具提高两倍以上。
第五章模具主要零件的设计
5.1工作零件的结构设计
5.1.1落料的凹模设计
落料凹模采用整体凹模采用线切割机床加工，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。
其外形尺寸按相关公式计算：
凹模高度H=Kb（不应小于8mm）
式中K—系数，查表《冲压工艺及模具设计》得K=0.
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