120X120方形垫片冲压复合模具设计.docx

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120X120方形垫片冲压复合模具设计

第1章绪论

1.1课题研究的主要内容和方案

1.1.1课题研究的主要内容

120X120方形垫片零件冲压模具设计

原始资料及设计技术要求如下：

冷冲压模具设计，设计要求：

生产批量，大批量生产

材料，Q235

材料厚度2mm

1.1.2课题研究的方案

1、分析冲压件的工艺性

根据设计题目的要求，分析冲压件成型的结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求

2、制定冲压件工艺方案

在分析了冲压件的工艺性后，通过可以列出几种不同工艺方案，从产

品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高

低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然

后确定适合于工厂具体生产条件的最经济合理的工艺方案。

3、确定毛坯形状、尺寸和下料方式。

在最经济的原则下，决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，并确定材料的消耗量。

4、确定冲模类型及结构型式。

5、进行必要的工艺计算

6、选择压力机

7、绘制模具总图和非标准零件图。

1.2研究课题的主要目标和特色

利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件的质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。

从冷冲压方面来看，冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产效率，操作简便。

对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件冲压件，而高速冲床每分钟可生产百件至千件以上冲压件。

冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，因而是一种节约能源、节约原材料的无（或少）切削加工方法。

由于冷冲压所用原料多是表面质量好的板料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定、互换性好。

利用模具的生产优势，通过落料、冲孔两道工序完成零件的加工，能够实现满足零件加工的各项指标。

第2章120X120方形垫片冲压复合模设计

2.1120X120方形垫片冲裁工艺性分析

本设计是120X120方形垫片落料冲孔复合模，120X120方形垫片简图：

如图2-1所示

图2-1120X120方形垫片零件图

生产批量：

大批量

材料：

Q235

材料厚度：

2mm

由零件图可知，120X120方形垫片的加工涉及到落料、冲孔工序。

该零件形状简单、对称，尺寸不大，是由简单的圆和直线组成，工艺性好。

冲裁件的经济精度不高于IT11级，一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。

能达到经济精度，适合大批量的生产，生产成本经济，经济性好。

几何形状，尺寸和精度等情况均符合冲裁的工艺要求。

复合模的特点：

冲件精度较高，不受送料误差影响。

内外行相对位置一致性好。

冲件表面比较平整。

适宜冲脆性或软质材料。

可以充分利用短料和边角余料。

冲模面积较小。

而该件的厚度为2mm，较薄，工件上孔与孔之间的距离为15mm，较大，孔边距大于最小合理值，且最窄为15mm大于复合模的凸凹最小壁厚所需要的8.5mm，所以冲裁模采用复合模较为合理。

因为零件的加工涉及二道工序，为保证零件的精度要求，故先采用倒装式落料冲孔复合模对工件冲孔落料加工，从而加工出最后的零件。

2.2工件排样与搭边

2.2.1排样

冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。

2.2.2材料的利用率

排样的目的是为了合理利用原材料。

衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。

所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。

排样合理与否，对材料的利用率的大小直接影响。

材料利用率的计算公式如下：

一个进距的材料利用率η的计算如下：

η=×100%（2-1）

式中A——冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）；

n——一个进距内冲裁件数目;

b——条料宽度，（mm）;

h——进距,（mm）。

一张板料上总的材料利用率η总的计算如下：

η总=（）×100%（2-2）

式中η总——一张板料上冲裁件总数目；

L——板料长，（mm）；

2.2.3搭边

排样中相邻两制件之间的余料或制件与条料边缘间的余料称为搭边。

其作用是补偿定位误差和保持有一定的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差、送进步距误差、送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保证冲出合格的工件，便于送料。

搭边是废料，从节省材料出发，搭边越小越好。

但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。

图2-2排样图

2.3冲裁间隙

冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的间隙。

单边用间隙用C表示，双边用Z表示。

圆形冲裁模双边间隙为Z=D凹-D凸

式中D凹——冲裁模凹模直径尺寸（mm）

D凸——冲裁模凹模直径尺寸（mm）

冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的选取是否合理直接影响到冲裁件质量、冲裁力、冲模的使用寿命和卸料力等。

2.3.1冲裁间隙的选取

冲裁间隙对冲裁件断面的质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响。

冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。

选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。

其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。

设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。

查表2-1选得间隙值为Zmin=0.246、Zmax=0.360（mm）。

表２-1冲裁模刃口始用间隙

材料名称

08F、10、35、09Mn、Q235、B2

Q234

40、50

厚度t

初始间隙Z

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

1.0

0.10

0.14

0.10

0.14

0.10

0.14

1.2

0.12

0.18

0.13

0.18

0.13

0.18

2.0

0.246

0.360

0.17

0.24

0.260

0.380

为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。

2.4冲压力计算

冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。

计算冲裁力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。

选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

冲裁时的总力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。

2.4.1冲裁力计算

冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。

根据《冷冲压模具设计指导》中介绍的计算方法如下：

一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：

F=L·t·τ（2-3）

式中F——冲裁力,N；

L——冲裁件的冲裁长度,mm；

t——板料厚度，mm；

τ——材料的抗剪强度,Mpa；

有时也可用材料的抗拉强度进行计算：

F=L·t·σb（2-4）

式中

σb——为材料的抗拉强度，Mpa

在落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。

由支承板零件图可得:

落料力：

L=120mm

t=2mm

σb=450MPa

F落=L·t·σb=（120×2×450）N=475200N

冲孔力：

L1=2×л×30=188.4mm

t=2mm

σb=450MPa

F孔=L·t·σb=（1884×2×450）N

=16956N

2.4.2卸料力、推件力和顶出力

从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力；逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力。

卸料力、推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算，见式（2-5）。

卸料力：

F卸=K卸·F落

推件力：

F推=n·K推·F孔

顶出力：

F顶=K顶·F落（2-5）

式中：

K卸、K推、K顶——分别为卸料力、推件力系数,其值见表2-2；

n——同时卡在凹模内的零件数；

h——凹模直壁洞口的高度。

表2-2推件力、顶件力、卸料力系数

料厚/（mm）

K推

K顶

K卸

钢

≤0.1

>0.1~0.5

>0.5~2.5

>2.5~6.5

0.1

0.065

0.050

0.040

0.014

0.08

0.06

0.05

0.06—0.075

0.045—0.055

0.04—0.05

0.03—0.04

卸料力：

F卸=K卸·F落=（0.05×475200）N=23760N

推件力：

F推=n·K推·F孔=（4×0.05×16956）N

=3391.2N

（n=h／t=8mm／2mm=4个）

F总=F落＋F孔＋F卸＋F推

=（475200＋16956＋23760＋3391.2）N=519307.2=519.31KN

2.5模具压力中心计算

压力中心的计算采用空间平行力系的合力作用而得求解方法。

画出所示制件，选定坐标系xoy,如图2-3所示。

冲裁件以XY轴对称，所以Y0=0。

则压力中心为（0，0）。

2.6凸、凹模刃口尺寸计算

模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度，因而，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。

2.6.1凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则

（1）落料件的尺寸是由凹模决定的，故应以落料凹模为基准。

冲孔件的尺寸是由凸模决定的，故应以冲孔凸模为基准件。

（2）凸模和凹模之间应保证有合理间隙。

计算时先计算基准件尺寸，间隙是在计算非基准件时才考虑的。

对于落料件，凹模为基准件，间隙由减小凸模尺寸来取得。

对于冲孔件，凸模为基准件，间隙由增大凹模尺寸来取得。

（3）考虑到间隙在模具使用过程会随磨损而增大，故设计凸模和凹模时初始间隙应取最小值。

（4）应区分模具磨损过程中凸模和凹模尺寸的变化趋势。

凹模尺寸愈磨愈增大，凸模愈磨愈减小，因此，在设计新模具过程时，落料凹模尺寸应接近于落料件的最小极限尺寸（也就是落料件的最大极限尺寸减去全部磨损量），冲孔凸模尺寸应接近于冲孔件的最大极限尺寸（也就是冲孔件的最小极限尺寸加上全部磨损量）。

（5）凸模和凹模的制造公差与冲裁的尺寸精度相适应，其上下偏差值应按入体方向来标注。

（6）模具有两种制造方式。

一种方式是凸模凹模分别加工，成批制造，可以互换。

另一种方式是单配加工，先加工基准件，然后非基准件按基准件配，加工后的凸凹模不能互换。

2.6.2凸、凹模刃口尺寸计算的方法

由于凸模和凹模的加工方法不同，设计时其刃口尺寸计算应分别进行计算。

（1）凸模与凹模分开加工

采用凸模与凹模分开加工这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。

为了保证间隙值，应满足（2-6）条件。

δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin（2-6）

式中δ凸——凸模的制造公差；

δ凹——凹模的制造公差。

δ凸、δ凹的值见表2-3。

表2-3规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差

基本尺寸

凸模公差δ凸

凹模公差δ凹

≤18

0.020

0.020

＞18～30

0.020

0.025

＞120～180

0.030

0.040

下面对冲孔和落料两种情况加以分析讨论。

①冲孔

冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。

设工件孔的尺寸为d+△，其计算公式为：