本科毕业设计论文连接板冲压工艺及模具设计说明书Word文档下载推荐.docx

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2.1材料分析

内容：

如图所示的零件，

（1）生产批量：

大批量；

（2）材料：

Q235；

（3）材料厚度：

t=2.0mm。

冲裁材料为Q235，查文献[1]可得：

P25表2.7普通碳素结构钢（GB699-88摘录），碳的质量百分数是0.07%～0.14％，属于低炭钢，屈服点σs=240MPa，抗拉强度

，延伸率不小于25％，塑性好，焊接性好，适合冲裁。

2.2冲裁件的结构工艺性

冲裁件的结构形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料，矩形孔两端宜用圆弧连接，以利于模具加工。

冲裁件凸出或凹进的部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽。

最小宽度b一般不小于1.5t，若冲裁材料为高碳钢，b≥2t,

，当材料厚度t<

1mm时，按1mm计算。

该工件凸出部分的宽度为10mm和15mm。

最小宽度b=（100-70）/2mm=15mm≥1.5t=1.5×

2=3mm，满足条件。

冲裁件的孔径因受冲孔凸模和刚度的现在，不宜太小，否则容易折断和压弯，冲孔的最小尺寸取决于冲压材料的力学性能，凸模强度和模具结构。

该冲裁件的孔径d=10mm≥1.5t=1.5×

2=3mm，查文献[2]：

P75表2.18，用无保护套凸模冲孔。

冲孔件上孔与孔、孔与边缘间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过薄或材料易被拉入凹模而影响模具寿命。

一般孔边距取：

对圆孔为（1～1.5）t。

对矩形孔为（1.5～2）t。

该工件所需冲的2个孔的孔边距为10-15mm，大于（1～1.5）t=2.0～3.0mm，满足条件。

2.3冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求

冲裁件孔中心距公差如表2.2所示

表2.2冲裁件孔中心距公差（单位：

mm）

材料厚度t

普通冲孔公差

高级冲孔公差

≤50

50~150

150~300

≤1

±

0.1

0.15

0.2

0.03

0.05

0.08

1~2

0.12

0.3

0.04

0.06

2~4

0.25

0.35

4~6

0.40

0.10

2.4冲裁方案的确定

冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。

复合冲裁是在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；

级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可完成一个冲裁件。

该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下五种工艺方案：

方案一：

先落料，后冲孔。

采用单工序模生产。

方案二：

落料-冲孔复合冲压。

采用倒装复合模生产。

方案三：

冲孔-落料级进冲压。

采用级进模生产。

方案一结构简单，但需两道工序、两副模具才能完成，生产效率也低，如此则浪费了人力、物力、财力，从经济性的角度来考虑不妥当，难以满足大批量的生产要求。

方案二采用倒装复合模生产，与方案一相比，倒装复合模具把凸凹模放在下模，虽然模具结构较方案二简单，可冲工件的孔边距也较大，但是工件的平整性较方案一差。

方案三采用冲孔落料级进模具生产，也只需要一副模具，制造精度高，先冲孔后落料，但是其模具结构复杂，生产周期长，成本高。

通过上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。

3排样图的设计及材料利用率的计算

3.1排样的设计

冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。

排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，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，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。

如图3.1所示。

图3.3冲裁件的排样

1．结构废料由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。

2．工艺废料工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。

合理的排样方法，应是将工艺废料减到最少。

考虑到该工件的外形特征和材料的利用情况，此采用以上的的排样方式。

3.2搭边的选取

3.2.1搭边

搭边值的选取关系到送料的顺利进行、制件的质量、材料的利用率、模具寿命。

搭边值要合理确定。

搭边值过大，材料利用率低。

搭边值小，材料利用率虽高，但过小就不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。

搭边值过小，会使作用在凸模侧面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均匀，引起模具刃口的磨损。

影响搭边值大小的因素主要有：

1．材料的力学性能：

塑性好的材料，搭边值要大一些，硬度高与强度大的材料，搭边值可小一些。

2．材料的厚度：

材料越厚，搭边值也越大。

3．工件的形状和尺寸：

工件的外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。

4．排样的形式；

对排的搭边值大于直排的搭边。

5．送料及当料方式：

用手工送料，有侧压板的搭边值可小一些。

搭边值一般由经验确定，根据工件宽和材料厚度，由文献[2]P72表2.13可知：

选工件间搭边值a=2.0mm,侧面搭边a1=2.0mm。

3.2.2条料宽度的确定

排样方案和搭边数值确定后，即可确定条料或带料的宽度和进距。

条料宽度的确定原则是：

最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。

因此，在确定条料宽度时必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同结构分别计算。

进距是指条料在模具上每次送进的距离，进距的计算与排样方式有关，每个进距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件。

进距是决定挡料销位置的依据。

每次只冲一个零件的进距的计算公式为

（3.4）

式中B——平行于送料方向工件的宽度；

a——冲件之间的搭边值。

考虑到工件形状的特殊性，此工件在生产的过程中送料时将使用导料板，如3.4：

条料宽度

B-Δ=（Dmax+2a）-Δ

=（100+2×

2.0）-0.5=104-0.5mm

条料与导料板之间的间隙△查表3.1得△=0.5mm,

3.3材料利用率的计算

一个步距的材料利用率为

=

（3.5）

上式引自文献[2]P67式2-21.

式中A——冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm2）；

N——一个布距内冲裁件数目；

B——条料宽度（mm）；

H——进距（mm）；

冲裁件的面积A=7478.54mm2

进距S=B+a=100+2.0=102mm

故一个进距内的材料利用率为

η=nF/Bs×

100%

η=1×

7478.54/102×

104×

100%=70.49%

4冲裁工艺力的计算

4.1冲裁力的计算

冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。

冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离的力，其大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度等参数有关。

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的选用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。

4.1.1冲裁力的计算公式

冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。

考虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力F（N）：

（4.1）

上式引自文献[2]P50式（2.1）。

式中L——冲裁件周边长度（mm）；

t——材料厚度（mm）；

τ——材料抗剪强度（MPa）；

K——系数。

考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数K=1.3。

冲裁件周边长度L=662.6mm，（包括外形和孔，374.2+162.8+62.8*2）

材料的抗剪强度（MPa）查文献[1]P25表2-7：

取σb=380MPa

一般情况下，材料的σb=1.3τ，故冲裁力F（N）

F=LTσb=380×

1.3×

662.6×

2=654.65KN

式中σb——材料的抗拉强度（MPa）。

4.2卸料力、推件力、和顶件力的计算

从凸模上将零件或废料卸下来的力称卸料力

，顺着冲裁方向将零件或废料从凹模腔推出的力称推件力

，逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔内顶出的力称

。

卸料力、推件力、顶件力是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得的。

影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。

在此用经验公式计算：

=0.05F=0.05×

654.65=32.73N（4.2）

=0.055F=0.055×

654.65=36N（4.3）

式（4-2）、（4-3）引自文献[2]P52。

式中F——冲裁力；

、

——分别为卸料力、推件力、顶件力系数，

表4.1卸料力、推件力和顶件力系数

材料

系数

钢

铜

铝

≤0.1

>

0.1～0.5

0.5～2.5

2.5～6.5

6.5

0.065～0.075

0.045～0.055

0.04～0.05

0.03～0.04

0.02～0.06

0.025～0.08

0.063

0.055

0.045

0.025

0.03～0.07

0.03～0.09

0.14

注：

表4.1引自文献[2]。

卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。

冲裁时，所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。

采用刚性卸料装置和下出料的冲裁模的总压力为

（4.5）

采用弹性卸料装置和下出料的总压力为

（4.6）

采用弹性卸料装置和上出料方式的的总压力为

（4.7）

式（4.5）、（4.6）、（4.7）引自文献[2]P52。

因为工件厚1.2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料装置上出料方式，总冲压力F总：

F总=F冲+F卸+F顶=654.65+32.73+36=723.38kN

4.3冲压压力中心计算

冲裁时的合力作用或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。

如果模具压力中心与滑块的压力中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具寿命和压力机的使用寿命。

计算压力中心时，如图4-2所示。

为了减少计算，坐标设在

和

上，此时

=0，

=0，可少算两个数。

将XOY坐标系建立在图示的对称中心上，将冲裁轮廓线按集合图形分解为10段基本线段。

若选用JH21-100冲床，模柄孔Φ50，压力中心点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。

有关计算如表4-1。

其计算公式如下：

=0（4.8）

=3.2（4.9）

式（4.8）、（4.9）引自文献[2]P248。

式中x1、x2……xn——各图形冲裁力的x轴坐标（mm）；

y1、y2……yn——各图形冲裁力的y轴坐标（mm）；

……

——各图形冲裁周边长度（mm）。

由于本设计中产品对称，所以模具的压力中心为零，即在产品中心。

5冲压设备的选择

5.1.冲压设备类型的选择

根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求来选定设备类型。

开式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命。

但是它成本低，且有三个方向可以操作的优点广泛适用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。

闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适用于大型复杂冲压件的生产。

双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。

高速压力机或多工位自动压力机适用于大批量生产。

液压机没有固定的工作行程，不会因板厚超差而过载，全行程中压力恒定，但是压力机的速度低、生产效率低。

适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。

摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。

在小批量生产中用来完成弯曲、成型等冲压工作。

考虑到以上的因素，选用开式压力机比较合适。

5.2.选择压力机

考虑到制件的精度要求，参考文献[2]P49初选JH21-100压力机，其主要技术参数如下：

公称压力：

1000kN

标称压力行程:

10mm

滑块行程：

140mm

最大封闭高度：

400mm

封闭高度调节量：

110mm

工作台孔径（前后×

左右）：

600mm×

900mm

模柄孔尺寸（直径×

深度）：

Φ60mm×

70mm

6冲裁模工作部分设计计算

6.1.冲裁间隙

冲裁间隙是冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。

冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙单边间隙用C表示,双边间隙用Z表示。

间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中一个极其重要的工艺参数。

确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。

一般直接采取查表的方法，直接明了。

间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关，但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，各种资料中给的间隙值并不相同，有的相差较大，选用时应按使用要求分别选取。

对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用小的间隙值，而对于精度要求不高的工件，则应尽可能采用大间隙，以利于提高模具寿命、降低冲裁力。

同时还必须结合生产条件，根据冲裁件尺寸和形状、模具材料和加工方法、冲压方法及生产率等，灵活掌握、斟情增减。

本模具所冲裁的材料为Q235，材料厚度为2.0mm，查表得：

=0.06mm，

=0.15mm.

6.2模具刃口尺寸的计算

冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙的数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。

因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务之一。

6.2.1计算原则

由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。

在测量与使用过程中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。

冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。

因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循下述原则：

落料模先确定凹模尺寸，其标称尺寸应取接近或者等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。

冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。

凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。

6.2.2计算方法

模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。

1、凸模与凹模分开加工:

凸、凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。

此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间隙

，不仅凸、凹模分别标注公差（凸模

，凹模

），而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件

（6.2）

或取

（6.3）

也就是说，新制造的模具应该是

，如图6-5所示。

否则制造的模具间隙已超过允许的变动范围

~

，影响模具的使用寿命。

2、凸模与凹模配合加工:

对于冲制件形状复杂或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。

此方法是先加工好凸模（或凹模）作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或凸模），使他们保持一定距离。

因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“×

×

尺寸按凸模（或凹模）配作，保证双面间隙”。

这样。

可放大基准件的制造公差。

其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。

由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化趋势不同，所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同。

6.2.3落料部分刃口设计计算

应以凹模为基准件，然后配做凸模。

图示为落料件，先做凹模，凹模磨损后，（图6.6右图的点画线位置），刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。

因此凹模尺寸应按不同情况分别计算。

凹模磨损后尺寸变大（图中A类）。

计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为A0-△，再按落料凹模公式计算:

（6.4）

上式引自文献[2]P64式（2.11）。

式中Ad——凹模刃口尺寸（mm）；

A——工件标称尺寸（mm）；

△——工件公差（mm）；

δd——凹模制造偏差（mm）；

δd=△/4。

落料凹模尺寸：

Aj1=（Amax-XΔ）+Δ

=100-0.5×

0.35=99.84+0.02;

Aj2=（Amax-XΔ）+Δ

=50-0.5×

0.32=49.84+0.02;

Aj3=（Amax-XΔ）+Δ

=5-0.5×

0.2=4.9+0.02;

Aj4=（Amax-XΔ）+Δ

=5.2-0.5×

0.2=5.1+0.02;

该零件落料时凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值

～

=0.06～0.12mm。

本设计中取0.08。

落料凸模尺寸：

Aj1=（Amax-2Z）+Δ

=99.84-2×

0.08=99.68+0.02;

Aj2=（Amax-2Z）+Δ

=49.84-2×

0.08=49.68+0.02;

Aj3=（Amax-Z）+Δ

=4.9-0.08=4.82+0.02;

Aj4=（Amax+Z）+Δ

=5.1+0.08=5.18+0.02;

6.2.4冲孔部分刃口设计计算

由于冲出的孔形状简单，所以凸模与凹模分开加工。

由文献[2]P58表2.5查得

=0.06mm

=0.12mm

-

=（0.12-0.06）mm=0.08mm

由文献[2]P58表2.10查得凸、凹模的制造公差：

=0.02mm,

=0.02mm

=（0.02+0.02）mm=0.04mm<

-

工件尺寸Φ11mm未标注尺寸公差，按照IT10级精度处理，x=0.5,，工件公差△=0.04，

冲孔凸模尺寸：

Bj1=（Amin+XΔ）+Δ/4

=20+0.5×

0.15=20.08+0.02

Bj2=（Amin+XΔ）-Δ/4

=10+0.5×

0.25=10.12-0.02

冲孔凹模尺寸：

Bh1=（Amin+2Z）-Δ/4

=20.1+2×

0.08=20.26-0.02

Bh1=（Amin+Z）-Δ/4

=10.1+0.08=10.18-0.02

6.2.5孔心距的计算:

（6.6）

上式引自