冲孔翻边模具设计.docx
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冲孔翻边模具设计
第1章概论……………………………………………………………………2
1.1冲压模地位及冲模技术................................2
1.2.1冲压模相关介绍................................2
1.2.2冲模在现代生产中的地位........................3
2.3工艺方案的确定…………………………………………………..4
第一章概论
1.1引言
日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。
模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。
因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。
随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。
1.2冲压模地位及我国冲压技术
1.2.1冲压模相关介绍
冷冲压:
是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。
冲压可分为五个基本工序：
冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。
冲压模具:
在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。
冲压模按照工序组合分为三类：
单工序模、复合模和级进模。
复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料，可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但模具结构复杂，制造困难。
冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。
冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。
模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
1.2.2冲模在现代工业生产中的地位
在现代工业生产中，冲模约占模具工业的50%，，在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。
据统计，利用冲模制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%~70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。
在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。
第二章冲压件的工艺分析
2.1冲裁工艺性
如图所示零件，中批量生产，已有毛坯如图所示，材料为08钢，厚度为1.5mm。
08钢为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能，和良好的塑形成型能力。
查《冷冲压模具设计与制造》表2.3冲压件内、外形所能达到的经济精度，因制件形状简单、对称，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12-IT13。
由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。
2.2翻边工艺计算
翻孔工艺计算有两方面的内容：
一是要根据翻孔的孔径，计算毛坯预制孔的尺寸；二是要根据允许的极限翻孔系数，校核一次翻孔可能达到的翻孔高度。
平板毛坯翻孔预制孔直径
可以近似地安弯曲展开计算
将
及h=H-r-t代人上式并整理后可得预孔直径
为
=D-2（H-0.43r-0.72t）=25.5-2X（9-0.43X5-0.72X1.5）=12.46mm
一次翻孔的极限高度，可以根据极限翻孔系数及预制孔直径
推导求得。
即
式中
所以最大翻边高度
其中D—翻边后的中经（mm）
Kmin—极限翻边系数
r—翻边圆角半径（mm）
t—材料厚度（mm）
根据相对厚度
查表可得极限翻边系数
=0.50
于是
因为工件翻边高度H<
，所以在平板上能一次性翻边成形。
2.3冲压方案的确定
2.3.1初步确定加工方案
根据工件形状，初步确定采用落料、冲孔和翻边等工序，现确定以下方案：
方案一：
一套冲孔、翻边复合模
方案二：
一套冲孔、翻边单工序模
方案三：
一套冲孔、翻边连续模
2.3.2冲压工艺的制定
单工序模、连续模和复合模的相互比较见表2-2
表2-1单工序模、连续模和复合模的性能比较
项目
单工序模
连续模
复合模
工作情况
尺寸精度
精度较高
可达IT13～10级
可达IT9～8级
工件形状
易加工简单件
可加工复杂零件，如宽度极小的异形件、特殊形件
形状与尺寸要受模具结构与强度的限制
孔与外形的位置精度
较高
较差
较高
工件平整性
推板上落料，平整
较差，易弯曲
推板上落料，平整
工件尺寸
一般不受限制
宜较小零件
可加工较大零件
工件料厚
一般不受限制
0.6～6mm
0.05～3mm
工艺性能
操作性能
方便
方便
不方便，要手动进行卸料
安全性
比较安全
比较安全
不太安全
生产率
低，压力机一次行程只能完成一道工序，但在多工位压力机使用多副模具时，生产率高
高，压力机一次行程内可完成多道工序
较高，压力机一次行程内能完成两道以上工序
条料宽度
要求不严格
要求严格
要求不严格
模具制造
结构简单，制造周期短
结构复杂，制造和调整难度大
结构复杂，制造难度大
总的看来：
方案一：
生产效率高，因为滑块下行一次既完成冲孔和翻边等工序，不存在定位误差，同轴度高，因此冲压出来的制件精度也较高；但模具结构较复杂，因此模具制造难度大。
方案二：
生产效率不高，由于要多机床或多道工序完成，致使生产效率和经济效益都降低；但模具制造周期短。
方案三：
生产效率较高，完成冲孔的连续模生产效率较高，和方案二一样，由于第二道翻边单工序的存在，降低了生产效率不说，精度也难保证。
因此综合考虑采用方案一，再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。
正装复合模和倒装复合模的比较见下表2-3
序号
正装
倒装
1
对于薄冲件能达到平整要求
适用于较硬且厚度较大的材料但不能达到平整要求
2
操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出
操作方便，能装自动拔料装置，能提高生产效率又能保证安全生产，孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉
3
废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的胀力，有利于凸凹模减少最小壁厚
废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度
4
装凹模的面积较大，有利于复杂制件拼快结构
如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板
表2-2正装复合模和倒装复合模的比较
从表2-2中可以看出：
正装对于薄冲件能达到平整要求，且废料不会在凸凹模孔内积聚，有利于凸凹模减少最小壁厚但是不能冲裁较硬的或厚度大于0.3mm的板料而倒装虽不能达到平整要求，而且废料在凸凹模孔内积聚，但能冲裁较硬的板料。
从保证冲裁件质量、经济性和安全性前提下，综合考虑采用正装复合模，即模具结构为冲孔、翻边倒装复合模。
第三章冲裁力及压力中心计算
3.1冲裁力的计算
3.1.1冲孔力的计算
冲孔力公式
F冲=
式中L————冲裁件周长（mm）
t————材料厚度（mm）
————材料的抗剪强度（MPa）查表知
=260MPa
K————系数，常取K=1.3
则F冲=
3.1.2推件力的计算
F推=nK推F冲
式中K推————推件力因数，查表知K推=0.05
n————工件卡在凹槽内的个数，取n=3
则F推=
3.1.3翻边力的计算
F翻=
式中
—————材料的屈服强度，查表得
=200MPa
D——————翻边直径（mm）,D=24mm
——————毛坯预制孔直径，
=20.96mm
则F翻=
3.1.4总的冲裁力
F=F冲+F推+F翻
=33.37+5.01+3.15KN=41.53KN
3.2计算压力中心
计算压力中心的目的是使模柄轴线和压力机滑块的中心线重合，避免滑块受偏心载荷的影响而导致滑块轨道和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。
从制件的形状可以看出，该制件是回转体结构，形状对称，故模具压力中心就在圆心部位，即无须再来计算了。
3.3冲压设备的确定
由于复合模的特点，为防止设备过载，可按公称压力F压》（1.6~1.8）F选择压力机。
F压》（1.6~1.8）F》66.45~74.75KN
查表选取公称压力为100KN的开式压力机，参数如下：
公称压力：
100KN
滑块行程：
55mm
滑块行程次数：
145次/min
最大闭合高度：
180mm
最大装模高度：
145mm
模柄孔尺寸：
30mm
55mm
第四章主要工作部分尺寸计算
4.1冲孔刃口计算
查表冲裁模初始双面间隙Z取
Zmin=0.132mZmax=0.240m
对零件图中未注公差的尺寸，冲压件一般保证精度IT14，因制件形状简单且对称，在这里保证精度IT13。
查《互换性与测量技术基础》表3-6简单形状冲裁时
mm的极限偏差
，磨损因数查表得x=0.75。
冲孔凸凹模的制造公差由表差得：
凸=0.020mm
凹=0.025mm
校核：
凸+
凹=0.045mm<
=0.108mm
则凸模刃口尺寸
d凸=
4.2翻边工作刃口尺寸计算
如图5-1，由于在翻边过程中，材料沿切向伸长，因此其端面的材料变薄非常严重，根据材料的统一变形情况，翻边凹模与翻边凸模之间的间隙应小于原来的材料厚度。
图5-1翻边间隙
查表得平板毛坯翻边时凸凹模之间的间隙取Z/2=1.3mm.
翻边凸模的刃口尺寸计算如下：
查表得翻边凸模极限偏差为：
Φ
mm
查表磨损系数取X=0.5
则
=（d+XΔ）
=（24+0.5*0.28）
=24.14
mm
翻边凹模的刃口尺寸计算如下：
根据翻边间隙和翻边凸模的刃口尺寸来确定翻边凹模的人口尺寸
D
=（d
+2*Z/2）
=（24.14+2*1.3）
=26.74
mm
第五章主要零部件及模具结构设计
5.1模架的选择
查《中国模具设计大典》第3卷，表22.4-30后侧导柱模架（GB/T2851.3-1990）
根据凹模周界尺寸选择选择模架160X160mm
名称
尺寸
材料
热处理
上模板
下模板
导柱
导套
凸缘模柄
160×160mm×40mm
160×160mm×45mm
φ28mm×150mm
φ28mm×100mm×
40mm
φ32mm×59mm
HT200
HT200
20
20
Q235
渗碳58～62HRC
渗碳58～62HRC
5.2冲孔凸模的设计
凸模长度的计算公式
式中
————凸模固定板厚度
————固定卸料板厚度
————导料板厚度
h————增加长度
所以L=15+0+0+38mm=53mm
因为冲裁件形状简单，冲裁材料厚度小于3mm所以冲孔凸模选用材料为T8A钢，淬硬处理。
具体的凸模设计如下：
5.3凹凸模的设计
凹凸模由下凸模固定板固定，伸出导板的部分起冲裁作用并对毛坯起导向作用。
其高度在本模具设计中由凹模固定板高度、导板高度、翻边后高度和预留高度决定。
所以凸凹模高度h=12mm+40mm+14mm+4mm=70mm
因为冲裁件形状简单，冲裁材料厚度小于3mm所以翻边凹模选用材料为T8A钢，淬硬处理。
倒装复合模的冲孔废料容易积存在凸凹模型内，所受胀力大凸凹模最小壁厚要大些。
所以查表可知倒装复合模的凸凹模最小壁厚为3.8mm
又（24.14mm-12.70mm）/2=5.72mm>3.8mm
所以此凸凹模可以满足要求
具体的凸凹模结构设计如图：
5.4翻边凹模的设计
翻边凹模由上凹模固定板固定，工作时，凹模下行，对毛坯进行压边从而达到翻边的作用。
因为冲裁件形状简单，冲裁材料厚度小于3mm所以翻边凹模选用材料为T8A钢，淬硬处理。
具体结构设计如下图：
5.3其他部件的设计
名称
尺寸
材料
热处理
压边圈
上模垫板
导板
带肩推板
推杆
翻边凹模固定板
凸模固定板
凹模固定板
高度34mm
高度24
φ105mm×40mm
-
φ13mm
高度18mm
高度15mm
高度12mm
45
Q235
Q235
Q235
45
Q275
Q275
Q275
-
-
淬火
淬火
淬火（43-48HRC）
-
-
-
第六章装配图
由以上设计计算，并绘图设计，该外壳零件的落料冲孔倒装式复合模装配图如下：
参考文献
1王秀凤、万良辉《冲压模具设计与制造》北京航空航天大学出版社
2杨占尧《冲压模具图册》高等教育出版社
3肖景容《冲压工艺学》机械工业出版社
4梁炳文《冷冲压工艺手册》北京航空航天大学出版社
5王孝培《冲压设计资料》
6.许发樾《冲模设计应用实例》机械工业出版社
7.余银柱《冲压工艺与模具设计》北京大学出版社
8.王立人《冲压模设计指导》北京理工大学出版社
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