冲压模具设计和制造实例.doc
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冲压模具设计与制造实例
例：
图1所示冲裁件，材料为A3，厚度为2mm，大批量生产。
试制定工件冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程。
零件名称：
止动件
生产批量：
大批
材料：
A3
材料厚度：
t=2mm
一、冲压工艺与模具设计
1.冲压件工艺分析
①材料：
该冲裁件的材料A3钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。
②零件结构：
该冲裁件结构简单，并在转角有四处R2圆角，比较适合冲裁。
0
-0.52
0
-0.52
0
-0.52
0
-0.52
0
-0.74
③尺寸精度：
零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。
孔边距12mm的公差为-0.11，属11级精度。
查公差表可得各尺寸公差为：
零件外形：
65mm24mm30mmR30mmR2mm
+0.36
0
零件内形：
10mm
孔心距：
37±0.31mm
结论：
适合冲裁。
2.工艺方案及模具结构类型
该零件包括落料、冲孔两个工序，可以采用以下三种工艺方案：
①先落料，再冲孔，采用单工序模生产。
②落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。
③冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。
0
-0.11
方案①模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。
由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。
由于孔边距尺寸12mm有公差要求，为了更好地保证此尺寸精度，最后确定用复合冲裁方式进行生产。
工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式。
3.排样设计
查《冲压模具设计与制造》表2.5.2，确定搭边值：
两工件间的搭边：
a=2.2mm
工件边缘搭边：
a1=2.5mm
步距为：
32.2mm
条料宽度B=D+2a1
=65+2*2.5
=70
确定后排样图如2所示
一个步距内的材料利用率η为：
η=A/BS×100%
=1550÷（70×32.2）×100%
=68.8%
查板材标准，宜选900mm×1000mm的钢板，每张钢板可剪裁为14张条料（70mm×1000mm），每张条料可冲378个工件，则η为：
η=nA1/LB×100%
=378×1550/900×1000×100%
=65.1%
即每张板材的材料利用率为65.1%
4.冲压力与压力中心计算
⑴冲压力
落料力F总=1.3Ltτ
=1.3×215.96×2×450
=252.67（KN）
其中τ按非退火A3钢板计算。
冲孔力F冲=1.3Ltτ
=1.3×2π×10×2×450
=74.48（KN）
其中：
d为冲孔直径，2πd为两个圆周长之和。
卸料力F卸=K卸F卸
=0.05×252.67
=12.63（KN）
推件力F推=nK推F推
=6×0.055×37.24
=12.30（KN）
其中n=6是因有两个孔。
总冲压力：
F总=F落+F冲+F卸+F推
=252.67+74.48+12.63+12.30
=352.07（KN）
⑵压力中心
如图3所示：
由于工件X方向对称，故压力中心x0=32.5mm
=13.0mm
其中：
L1=24mmy1=12mm
L2=60mmy2=0mm
L3=24mmy1=12mm
L4=60mmy4=24mm
L5=60mmy5=27.96mm
L6=60mmy6=24mm
L7=60mmy7=12mm
L8=60mmy8=12mm
计算时，忽略边缘4-R2圆角。
由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（32.5，13）
5.工作零件刃口尺寸计算
落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。
即以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。
刃口尺寸计算见表1
6.工作零件结构尺寸
落料凹模板尺寸：
凹模厚度：
H=kb（≥15mm）
H=0.28×65=18.2.mm
凹模边壁厚：
c≥（1.5~2）H
=（1.5~2）×18.2
=（27.3~36.4）mm实取c=30mm
凹模板边长：
L=b＋2c
=65＋2×30
=125mm
查标准JB/T-6743.1-94：
凹模板宽B=125mm
故确定凹模板外形为：
125×125×18（mm）。
将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后实取为：
125×125×14（mm）。
凸凹模尺寸：
凸凹模长度：
L=h1+h2+h
=16+10+24
=50（mm）
其中：
h1-凸凹模固定板厚度
h2-弹性卸料板厚度
h-增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等）
凸凹模内外刃口间壁厚校核：
根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm，根据强度要求查《冲压模具设计与制造》表2.9.6知，该壁厚为4.9mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够。
冲孔凸模尺寸：
凸模长度：
L凸=h1+h2+h3
=14+12+14
40mm
其中：
h1-凸模固定板厚h2-空心垫板厚h3-凹模板厚
凸模强度校核：
该凸模不属于细长杆，强度足够。
7.其它模具零件结构尺寸
根据倒装复合模形式特点：
凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94，确定其它模具模板尺寸列于表2：
序号
名称
长×宽×厚（mm）
材料
数量
1
上垫板
125×125×6
T8A
1
2
凸模固定板
125×125×14
45钢
1
3
空心垫板
125×125×12
45钢
1
4
卸料板
125×125×10
45钢
1
5
凸凹模固定板
125×125×16
45钢
1
6
下垫板
125×125×6
T8A
1
根据模具零件结构尺寸，查标准GB/T2855.5-90选取后侧导柱125×25标准模架一副。
8.冲床选用
根据总冲压力F总=352KN，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备，选用J23-63开式双柱可倾冲床，并在工作台面上备制垫块。
其主要工艺参数如下：
公称压力：
63KN
滑块行程：
130mm
行程次数：
50次/分
最大闭合高度：
360mm
连杆调节长度：
80mm
工作台尺寸（前后×左右）：
480mm×710mm
二、模具制造
1、主要模具零件加工工艺过程
制件：
柴油机飞轮锁片
材料：
Q235
料厚：
1.2mm
该制件为大批量生产，制品图如下：
（一）冲裁件的工艺分析
1、冲裁件为Q235号钢，是普通碳素钢，有较好的冲压性能，由设计书查得τ=350Mpa。
2、该工作外形简单，规则，适合冲压加工。
3、所有未标注公差尺寸，都按IT14级制造。
4、结论：
工艺性较好，可以冲裁。
方案选择：
方案一：
采用单工序模。
方案二：
采用级进模。
方案三：
采用复合模。
单工序模的分析
单工序模又称简单模，是压力机在一次行程内只完成一个工序的冲裁模。
工件属大批量生产，为提高生产效率，不宜采用单工序模，而且单工序模定位精度不是很高，所以采用级进模或复合模。
级进模的分析
级进模是在压力机一次行程中，在一副模具上依次在几个不同的位置同时完成多道工序的冲模。
因为冲裁是依次在几个不同的位置逐步冲出的，因此要控制冲裁件的孔与外形的相对位置精度就必须严格控制送料步距，为此，级进模有两种基本结构类型：
用导正销定距的级进模和用侧刃定距的级进模。
另外级进模有多个工序所以比复合模效率低。
复合模的分析
复合模是在压力机一次工作行程中，在模具同一位置同时完成多道工序的冲模。
它不存在冲压时的定位误差。
特点：
结构紧凑，生产率高，精度高，孔与外形的位置精度容易保证，用于生产批量大。
复合模还分为倒装和正装两种，各有优缺点。
倒装复合模但采用直刃壁凹模洞口凸凹模内有积存废料账力较大，正装复合模的优点是：
就软就薄的冲裁件，冲出的工件比较平整，平直度高，凸凹模内不积存废料减小孔内废料的胀力，有利于凸凹模减小最小壁厚。
经比较分析，该制件的模具制造选用导料销加固定挡料销定位的弹性卸料及上出件的正装复合模。
（二）排样图设计及冲压力和压力中心的计算
由3-6，3-8表可查得：
a1=0.8，a=1.0，△=0.6查书39
1.料宽计算：
B=（D+2a）=62+2*1.0=64mm
2.步距：
A=D=a1=62+0.8=62.8mm
3.材料利用率计算：
η=A/BS×100%=πR2-（πR2+12*4.2）/62.8*64=3.14*312-（3.14*18.52+50.4）/62.8*64×100%=47.08%
（其中a是搭边值，a1是工作间隙，D是平行于送料方向冲材件的宽度，S是一个步距内制件的实际面积，A是步距，B是料宽，R1是大圆半径，R2是小圆半径，12×4.2是方孔的面积，η为一个步距内的材料的利用率）
4.冲裁总压力的确定：
L=2*3.14*31+2*3.14*18.5+12+2*4.2=331.26（周边总长）
计算冲裁力：
F=KLtτ查设计指导书得τ=350Mpa
F=1.3*331.6*1.2*350≈180KN
落料力：
F落=1.3ltτ=1.3*（2*3.14*31）*1.2*350=106295.28N
卸料力：
F卸=kF落=0.02*106295.28=2125.9N
冲孔力：
F冲=1.3*3.14dtτ+1.3*（12+2*4.2）*1.2*350=74572.68N
顶件力：
F顶=-k2F落=0.06*106295.28=6377.7N
冲裁总压力：
F∑=F落+F卸+F冲+F顶
=106295.28+2125.9+74572.68+6377.7=189.4KN
F压=（1.1~1.3）F∑=246KN
说明：
K为安全系数，一般取1.3；k为卸料力系数，其值为0.02~0.06，在上式中取值为0.02；k2为顶件力系数，其值为0.03~0.07，式中取值为0.06
5.压力机的初步选用：
根据制件的冲裁的公称压力，选用开式双柱可倾式压力机，公称压力为350kN形号为J23-35满足：
F压≥F∑
滑块行程
80mm
行程次数
50
最大闭合高度
280mm
封闭高度调节量
60mm
滑块中心线到床声距离
205mm
立柱距离
工作台尺寸直径
工作台尺寸前后
300mm
260mm
380mm
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