冲裁冲孔复合模设计.docx
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冲裁冲孔复合模设计
冲压复合模具工艺设计
如图1所示零件：
钢板
生产批量：
中小批量
材料：
08F料厚t=1.2mm
公差按IT14级制造
本零件为落料冲孔模
设计该零件的冲压工艺与模具。
图1钢板
设计该零件的冲压工艺与模具
（一）冲压工艺分析设计
冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。
一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。
当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。
以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。
根据这一要求对该零件进行工艺分析。
零件尺寸部分公差已经给出，其余未标注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差，经查公差表，各尺寸公差为：
500-0.62、24.70-0.52、70-0.36、6.50-0.36、10±0.18、150+0.43以根据图纸要求进行设计并画图，利用普通冲裁方式可达到图样要求。
材料为08F钢板是优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能。
材料的厚度为1.2mm。
由于该件外形简单，形状规则，适于落料冲孔加工。
（二）确定工艺方案及模具结构形式
确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。
确定合理的冲裁工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个合理的冲压工艺方案。
经分析，该零件属于中小批量生产，工艺性较好，冲压件尺寸精度不高，形状简单。
根据现有冲模制造条件与冲压设备，采用冲裁冲孔复合模，模具制造周期短，价格低廉，工人操作安全，方便可靠。
（三）模具设计计算
1.排样
因为矩形边长L=50mm查表1可知
两工件间按矩形取搭边值a=1.8，工件与边缘搭边值a1=1.5.
条料宽度按相应的公式计算：
B=（D+2a+δ）-δ查表2⊿=0.5C=0.2
B=（50+2×2+0.5）0-0.5
B=54.50-0.5mm
表1搭边值和侧边值的数值
材料厚度t（mm）
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
工件间a1
侧边a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25～0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5～0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8～1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2～1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6～2.0
1.2
1.5
2.0
2.2
2.0
2.2
表2剪裁下的下偏差△（mm）
条料厚度t（mm）
条料宽度b（mm）
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.5
0.5
0.7
1.0
＞１～３
0.5
1.0
1.0
1.0
＞3～４
1.0
1.0
1.0
1.5
＞４～６
1.0
1.0
1.0
2.0
根据上述数据可知图形搭边值和条料宽度，如图2可示：
图2排样图
2．计算冲裁力
若采用平刃冲裁模，其冲裁力Pp按下式计算：
P—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
τ—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修正系数，一般取Ｋ=1.3。
L=50+50+10×4+24.7×2=189.4mm
查τ>=210-400取τ=300
Pp=KLtτ
=1.3×（50+50+10×4+24.7×2）×1.2×300
=88639.2N
3计算总冲压力：
卸料力、顶件力、推料力的计算
在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。
为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。
从凸模上卸下箍着的料称卸料力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。
一般按以下公式计算：
卸料力 PX=KXpP
顶件力PD=KDPP
推料力PQ=nK1Pp
式中，FP——冲裁力，N；
KX——卸料力系数，可查表；
KD——顶件力系数，可查表；
K1——推料力系数，可查表；
n——梗塞在凹模内的制件或废料数量，n=h/th为凹模直刃高度，t为板厚；
KX=0.04KD=0.06K1=0.05
卸料力计算：
PX=KXPP
=0.04×88639.2
=3545.6N
顶件力计算：
PD=KDPP
=0.06×88639.2
=5318.4N
推料力计算：
PQ=nK1Pp
=3×0.05×88639.2
=13295.9N
如表3.1
材料种类
板料厚度/mm
Kx
K1
KD
钢
~0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
>6.5
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
~0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.065
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
黄铜、紫铜
0.02~0.06
0.03~0.09
铝、铝合金
0.025~0.08
0.03~0.07
所以总冲压力：
P总=PX+PD+PQ
=3545.6N+5318.4N+13295.9N
=22159.9N
4确定压力中心：
（1）冲孔压力中心：
X01=25
Y01=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn）/（L1＋L2＋…＋Ln）
=11.49mm
（2）落料压力中心：
X02=25
Y02=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn）/（L1＋L2＋…＋Ln）
=12.35mm
（3）总压力中心：
X0=25mmY0=11.64mm
5模具刃口尺寸的计算：
（1）凹模结构设计
考虑本成品零件的结构形状,本凹模采用矩形局凹模,其材料和凸模一样为
10TA，热处理硬度为58-62HRC内形尺寸即半成品的外形.
凹模厚度H=Kb（>=15mm）
凹模壁厚C=（1.5~2）H（>=30~40mm）
式中，b为冲裁件的最大外型尺寸;K是考虑板厚度的影响系数。
查表可知
K=0.35
凹模厚度H=Kb=0.35×54=18.9mm
凹模壁厚C=（1.5~2）H=2H=37.8mm
凹模长度L的确定
W1=2C=75.6；工件b=37.8
L=b+2W1=37.8+W1=113.4mm=115mm
凹模宽度B的确定
B=2C+工件宽
=75.6+24.7
=100.3mm=100mm
L×B×H=115×100×18.9mm
冲孔凹模设计
冲孔孔径D=φ3.2mm
（2）凸模长度L1的确定
落料凸模长度计算为：
L1=h1+h2+t+Y
其中导料板厚h1=25；卸料板厚h2=20；板料厚度t=1.2;凸模修磨量Y=20则
L1=h1+h2+t+Y
=25+20+1.2+20
=66.2mm
镶块式凸模冲孔杆长度计算为
L2=L1+h3+t
其中L1为落料凸模长度，h3为凸模杆凸出长度，t为板厚。
L2=L1+h3+t
=66.2+3+1.2
=70.4mm
6计算凸、凹模的工作部分的尺寸
在冲模刃尺寸计算时需要注意：
在计算工件外形落料时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制。
保证双面间隙为0.096~0.120mm。
A类:
Aj=（Amax-X△）0δ
B类:
Bj=（Bmin+X△）0-δ
式中，Aj、Bj——基准件尺寸，单位均为mm。
Amax、Bmin——相应的工件极限尺寸，单位均为mm。
△——工件公差，单位均为mm。
δ——基准件制造偏差，单位均为mm。
当刃口尺寸公差标注形式为+δ
（-δ）时，δ=△/4，当标注形式为+-δ时，δ=△/8.
第一类尺寸A1、A2、A3、A4.由表1查表得：
X1、X2=0.5X3、X4=0.75
A1=（50-0.5×0.62）00.62/4=49.690+0.155mm
A2=（24.7-0.5×0.52）00.52/4=24.4400.13mm
A3=（7-0.75×0.36）00.36/4=6.7300.09mm
A4=（6.5-0.75×0.36）00.36/4=6.2300.09mm
第二类尺寸B。
查表1得，X=0.5有公式得：
B=（15+0.5×0.43）-0.43/40=15.215-0.1080mm
第三类尺寸C。
查表1得，X=0.5有公式得：
C=（9.82+0.5×0.36）±0.36/8=10±0.045mm
冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。
此工件的尺寸公差有查表可知：
3.2+0.080mm
有冲压工艺学教材表：
Zmax=0.120mm,Zmin=0.096mm
Zmax-Zmin=0.024mm
冲孔部分：
δp=0.020mm,δd=0.020mm
X=0.5
dp=（d+X△）-δ0=（3.2+0.5×0.08）–0.020=3.24–0.020mm
dd=（dp+Zmin）0+δd=（3.24+0.096）0+0.02mm=3.3360+0.02mm
表10系数X
料厚t（mm）
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
（四）冲裁工艺方案的确定
1.冲裁工序的组合
（1）生产批量：
中批和大批量生产采用复合冲裁
（2）工件尺寸公差等级：
复合冲裁所得到的工件尺寸公差等级高，因为它避免了多次冲压的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平整。
（3）对工件尺寸、形状的适应性：
工件的尺寸较小时，考虑到单工序上料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁。
（4）模具制造、安装调整和成本：
对复杂形状的工件，采用复合冲裁较为适合，因模具制造、安装调整较易，成本较低。
（5）操作方便与安全：
复合冲裁处件或清除废料较困难，工件安全性较差。
2．冲裁顺序安排
根据图形安排，先进行冲孔，冲孔结束后再进行落料，这样能保证精度。
（五）凸模强度的校核
在一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，无须进行强度校核。
但对特别细长的凸模或凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较厚时，则必须进行承压能力和抗纵弯曲能力的校核。
其目的是检查其凸模的危险断面尺寸和自由长度是否满足要求，以防止凸模纵向失稳和折断。
强度的校核的目的主要是检查其高度是否足够，若高度不够，将会产生弯曲变形以至损坏
查《实用模具设计与制造手册》[3]表2—94凹模的强度校核公式
σW=1.5P/h×h（3.7）
hmin=1.5p/[σW]
其中为冲裁力
P=Ltτ=π357×1.5×300=50444.1NPp=KLtτ
=1.3×（50+50+10×4+24.7×2）×1.2×300
=88639.2N
hmin==1.5×88639.2N=60mm
取h=65mm
所以凸模强度符合强度要求
凹模板上螺钉孔
的确定
查〈〈冷冲模具设计与指导〉〉表1—26，可以用M10的紧固螺钉，材料为45钢许用负载为3100N
查表可得
a1=12.5d=10mm
a2=1.5d=12mm
（六）模具模架选择
（1）冲压设备的选用
压力机对模具寿命的影响也不容被忽视。
压力机在不加载状态下的精度称为静精度，加载状态下的精度称为动精度。
当压力机的动精度不好时，就等于哟暖和精度不好的压力机进行冲压加
工。
由于测量动精度很困难，目前还没有压力机动精度的标准，生产厂家
也只保证压力机的静精度。
因此压力机的动精度一般只能根据其静精度的好坏、框架结构形式和尺寸以及对压力机生产厂家的信任程度来推断。
根据以上原因和总的冲裁力必须小于或等于压力机的公称压力，故选压力机型号
故选压力机型号为开式压力机其技术规格如下:
公称压力40KN
滑块行程40mm
滑块行程次数6
最大的封闭高度为260mm
闭合高度调节量为35mm
工作台尺寸前后180mm
左右280mm
模柄孔尺寸（直径x深度）Φ30×50
（2）模柄的选用
通过查找手册确定选用压入式模柄
模柄材料：
Q235-1FGB700
直径d=32mm高度L=80mm的A型压入式模柄
模柄A32×80JB/T7646.1
（3）模具的闭合高度的计算
冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离H。
冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。
压机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上平面间的距离。
当连杆调至最短时为压机的最大装模高度Hmax；连杆调至最长时为为最小装模高度Hmin。
冲模的闭合高度H应介于压机的最大装模高度Hmax之间，其关系为：
Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm255>H>220
如果冲模的闭合高度大于压机最大装模高度时，冲不能在该压力机上使用。
反之小于压力机最小装模高度时，可加经过磨平的垫板。
冲模的其它外形结构尺寸也必须和压力机相适应，如模具外形轮廓平面尺寸与压力机垫板、滑块底面尺寸，模柄与模柄孔尺寸，下模缓冲器平面尺寸与压力机垫板孔尺寸等都必须相适应，以便模具能正确安装和正常使用。
（4）根据凹模宽度B、长度L、厚度H，凸模长度L1、导料板厚、卸料板厚、板料厚度、凸模修磨量等数据查表得到模具模架的尺寸。
查表可得数据如下
1、上下模座GB/T2856.3250×200×50
2、导柱GB/T2861.432×215
3、导套GB/T2861.832×150×48
4、螺钉DB/T70.1M6×43
5、模具闭合高度H=230mm
（5）推杆的选材，热处理工艺方案
根据《冷冲压模具设计手册》[2]一般用途的推杆的材料选择45钢。
它是一种优质碳素钢。
含磷比较少，非金属杂质比较少。
钢的品质较高。
它须调质处理后使用，调质处理后具有良好的综合力学性能，即具有较高的的刃性和塑性，焊接性能也好。
固采用此钢比较好。
（6）推杆与推板的设计
为了便于装在凹模内，本副模具采用刚性推件装置。
同时采用圆柱形推板，推板的大直径大约设计为6mm，小直径大约设计为3.2mm推板的长度大约为152mm
（7）卸料板的设计
一般卸料板材料为45号钢，它是一种优质碳素钢，卸料板的形状设计为长方形，其工作部分的尺寸由冲落料部分的凸凹模来决定，并且与凸凹模保持1~2mm的间隙。
（8）确定装配基准
1、落料，冲孔应以冲材凸凹模为装配基准件。
首先确定凸凹模在模架中的位置，安装凸凹模组件，确定凸凹组件在下模座的位置，然后用平行板将凸凹模和下模座夹紧。
冲裁模具材料的选取：
可查《冷冲压模具设计指导》表8-8和8-9：
凸模的材料为T10A，凹模的材料为T10A，热处理硬度为58-62HRC，垫板、凸模固定板、凹模固定板的材料的45号钢，热处理硬度为HRC43-48。
冲裁模的常用配合：
2、H7/h6的间隙定位配合，导柱和导套的配合。
3、H7/r6的过度配合，用于较高的定位，凸模与固定板的配合，导套与模座，导套与固定板，模柄与模座的配合。
4、H7/m6的过度配合，能以最好的定位精度满足零件的刚性和定位要求，凸模的固定导套与模座的固定、导柱与固定板的固定。
实验小节
随着社会的发展，机械行业的模具专业在我国现代工业发展中成为一个越来越重要的分支。
模具渗透着整个社会。
不管在那个行业，都有模具的存在。
日常生活中轻重工业，都离不开模具生产，模具就是为了得到所需要的产品。
要什么样的产品，就可以生产什么样的模具，如（塑料模具、冷冲压模具、压铸模、橡胶模）。
而目前形势的需要，产品更新换代更快更易，所以模具行业的发展空间很大，有待我们去努力，去探索。
模具生产过程是一个循序渐进的过程，生产模具过程中可能用到的的机器有很多种类，如（电火花成型机、数控线切割、车床、铣床、刨床、磨床、镗床等）。
三年的学习，我对模具设计与制造有了深刻的认识。
此次单独设计一个模具，让我了解了很多的模具结构、模具加工工艺、模具的用途。
并且学到不少的书本上没有的知识，就拿塑料模来说，对于影响模具寿命的因素，主要是模具的加工精度和材料的刚度，还有模具的材料，模具生产批量，模具结构等。
影响模具的产品质量的主要因素也是模具的制造精度。
。
通过这次课程设计，我从理论和实践上又更进一步的加深。
模具结构设计的好坏直接影响产品质量和经济。
中国面临世界的挑战，在模具行业这方面，我希望日后能在模具这一行有所贡献。
感谢我的导师田浩彬老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
这次的课程设计让我又更加深了模具设计各方面知识。
参考文献
[1]《冷冲模设计》———丁松聚主编-——北京机械工业出版社
[2]《冷冲压模具设计手册》———丁松聚主编———机械工业出版社
[3]《冲压工艺与模具设计》———成虹主编———北京高等教育出版社
[4]《冲压模具设计及实例精解》———宛强主编———北京化学工业出版社
[5]《画法几何及工程制图———朱辉主编———上海科学技术出版社
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