三角定位片冲压复合模具设计.docx
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三角定位片冲压复合模具设计
冲压成形工艺与模具设计
课程设计
题目：
三角定位片冲压复合模具设计
学院：
材料科学与工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
目录
1.零件图及工艺方案2
1.1零件图2
1.2工艺分析2
1.3工艺方案的确定2
2.工艺设计2
2.1计算毛坯尺寸2
2.1.1修编余量的确定2
2.1.2计算工件表面积2
2.1.3拉伸次数的确定2
2.2排样设计2
2.2.2送料步距的确定2
2.2.3调料宽度的确定2
2.2.4材料利用率的确定2
3.模具工作零件刃口尺寸计算2
3.1落料刃口尺寸2
3.2冲孔刃口尺寸2
3.3拉深2
4.工序力的计算及压力机的选用2
4.1落料力和冲孔力2
4.2卸料力和顶件力2
4.3拉深力2
4.4压力机的选择2
4.5压力中心的确定2
5模具结构的设计2
5.1落料拉深凸凹模的设计2
5.2冲孔凸模2
5.3拉深冲孔凸凹模2
5.4落料凹模2
5.5各板设计2
5.6模架的选取2
5.7装配图2
6参考资料2
1.零件图及工艺方案
1.1零件图
1.2工艺分析
通过对三角定位片零件图分析可以初步得出尺寸不是很大，精度要求不是很高，大量生产。
制件外形为一简单拉伸件，还要异形冲孔。
要注意拉伸过程中起皱和破裂的的控制。
该零件的材料是10钢,抗拉强度为σb>335MPa,料厚1.5mm，偏薄，所要拉伸的深度比较浅，而且拉伸圆角半径为3mm，大于一倍料厚满足拉伸件拉伸件的要求，因此具有良好的结构工艺性，零件尺寸除了80mm标有公差，其余均为标注公差，所以该零件的精度没有什么要求，固可按照IT14级精度进行计算。
综上：
该零件的形状、尺寸、精度、材料均符合冲压工艺要求，故可以采用冲压方法加工。
1.3工艺方案的确定
根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:
落料、冲孔、拉深。
根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案：
方案一
以上工序过程都采用单工序模加工。
用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。
方案二
落料与拉深还有冲孔在复合模中加工成半成品。
提高了生产率。
对落料以及拉深、冲孔的精度也有很大的提高。
方案三
采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。
模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。
根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案二最适合。
即落料、拉深在同一复合模中完成，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。
2.工艺设计
2.1计算毛坯尺寸
2.1.1修编余量的确定
由于板料存在着各项异性，实际生产中毛坯和凸、凹模的中心也不可能完全重合，因此拉伸口部分不可能很整齐，通常都要有修边工序，以切去不整齐的部分。
为此计算毛坯尺寸应留有修边余量。
拉伸件高度:
h=20mm
拉伸件的相对高度:
h/d=20/80=0.25<0.5
故可不考虑修边余量。
2.1.2计算工件表面积
首先将拉伸件划分为若干个简单便于计算的几何体，并分别求出个简单几何体的表面积。
把各简单几何面积相加即为零件的总面积，然后根据表面积相等原则，求出坯料直径。
计算过程如下
πD2=A1+A2+A3=∑Ai
故D=
A1=
A2=
[2πr（d-2r）+8r2]
A3=
（d-2r）2
把以上各部分的面积相加后带入式，整理后可以得出坯料的直径为
D=
式中D—坯料的直径，单位mm；
d、H、r—拉伸件直径高度和圆角半径，单位mm
计算的D=107.85mm，取D=108mm
2.1.3拉伸次数的确定
总的拉伸系数m=d/D=0.74，查教材可知[m1]=0.5,m>m1,故可以一次拉伸。
2.2排样设计
排样设计主要是确定排样方式、送料步距、条料宽度、材料利用率
2.2.1排样方式的确定
根据冲裁件在板料上的布置方式，排样方式有直排、单行排、多行排、斜排的多种排样方式。
该零件属于圆形冲空件，工艺废料和结构废料不可避免综合排样的设计原则选择直排。
2.2.2送料步距的确定
工件之间的最小搭边值为1.5mm，最小工艺边距搭边值为2mm，根据公式A=D+a1，送料步距确定为109.5mm
2.2.3调料宽度的确定
调料宽度按下式计算B=D+2a=113mm。
2.2.4材料利用率的确定
=A/BS*100%=75.3%
式中:
-材料的利用率
A-一个步距内的工件的实际面积
S-送料步距
B-条料宽度
3.模具工作零件刃口尺寸计算
采用凸凹模分别加工，凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证，这样就需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于成批制造，主要用于简单，规范形状（图形，方法或矩形）的冲件。
3.1落料刃口尺寸
所以落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。
式中
—落料凸模最大直径（mm）
—落料凹模最大直径（mm）
D—工件允许最大尺寸（mm）
—冲裁工件要求的公差
X—系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取X=0.5。
对于未标注公差可按IT14级计算，根据教材上表查得，冲裁模刃口双面间隙：
Zmax=0.120mm，Zmin=0.090
、
—凹、凸模制造偏差，这里可以按IT6和IT7来选取:
落料刃口尺寸：
108mm
工件尺寸公差按IT14级精度选取，得工件尺寸偏差108-0.87，查表凹模
=0.022，凸模
=0.035。
则
=（108-0.5x0.87）0+0.022
=107.57+0.022
=（107.57-0.090）-0.035
=107.48-0.035
3.2冲孔刃口尺寸
对于形状复杂或薄工件的模具，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，必须使用配合加工。
此方法是事先做好其中的一件（凹模或凸模）作为基准件，然后以此件的实际尺寸配加工另一件，使它们之间保持一定间隙。
设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配作件上只标注公称尺寸，不注公差。
所以对于冲孔使用配作法
对于非规则形状的冲裁，落料凹模刃口尺寸随刃口磨损量增大的变化情况，没有圆形落料凹模刃口尺寸磨损后只增大那样单一的变化规律；冲孔凸模没有圆形没有圆形冲孔凹模刃口尺寸磨损后只减小那样单一的变化规律；无论是落料凹模还是冲孔凸模，磨损后刃口尺寸的变化均有可能有三种情况：
磨损后尺寸增大，简称A类尺寸；磨损后尺寸减小，简称B类尺寸；磨损后尺寸不变，简称C类尺寸。
A类尺寸：
B类尺寸：
C类尺寸：
式中
——与A类尺寸对应的工件尺寸允许的最大值（mm）
——与B类尺寸对应的工件尺寸允许的最小值（mm）
——与C类尺寸对应的工件尺寸允许的最小值（mm）
分析只a和r的尺寸均是增大的尺寸为a=20-0.52（
=0.52）R=6-0.36（
=0.36）,其中x=0.5，采用凹模为设计基准件，所以
ad=（20-0.5x0.52）+0.52/4
=19.74+0.13
Rd=（6-0.5x0.36）+0.36/4
=5.82+0.09
3.3拉深
对于拉伸时工作零件设计主要是凹模圆角半径rd，凸模圆半径rp，凸、凹模的间隙Z,凸模直径Dp，凹模直径Dd。
当rd过小时，材料对凹模的压力增大，摩擦力增大，摩擦力增大，磨损加剧，使模具寿命降低。
所以rd既不能过大也不能过小，通常按经验公式计算
rd=0.8
式中，D为毛坯直径，mm；d为拉伸后的直径，mm。
求的凹模圆角半径rd=5mm。
对于凸模圆角半径对拉伸影响不大，但必须合适，所以一般选取拉伸后零件底部的圆角半径
rp=r
拉深间隙是指单面间隙。
间隙的大小对拉深力、拉深件的质量、拉深模的寿命都会有影响，对于精度要求较高的零件，为了使拉深后回弹小，常采用负间隙拉深，其间隙值为0.9-0.95t，Z处于材料名义厚度和最小厚度之间。
对于该零件选取材料的厚度t为间隙。
拉深时，拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同，只是具体内容不同，这里不在复述。
拉深凸模和凹模的单边间隙Z=t=1.5mm计算凸凹模制造公差，按IT8级精度选取，对于拉深尺寸20，
。
因因拉深件注外形尺寸，按凹模进行配作：
故凹模的尺寸
Dd=20+0.46
凸模的尺寸为
Dp=（D-2Z）-0.46
4.工序力的计算及压力机的选用
4.1落料力和冲孔力
平刃凸模落料力的计算公式为
式中P—冲裁力（N）；
L—冲件的周边长度（mm）
t—板料厚度（mm）；
—材料的抗冲剪强度（MPa）；
K—修正系数。
它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。
其影响范围的最小值和最大值在（1.0～1.3）P的范围内，一般k取为1.25～1.3。
在实际应用中，抗冲剪强度
的值一般取材料抗拉强度
的0.7~0.85。
为便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度
的80%。
取350MPa。
落料的周长为339.12mm，冲孔力的周长为97.68mm。
因此，该冲件的落料力的计算公式为
=1.3x0.8x339.12x1.5x350
=185159N
F孔=1.3x0.8xLt
=1.3x0.8x78.84x1.3x350
=37307N
4.2卸料力和顶件力
一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。
会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。
从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。
影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。
所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算：
卸料力
式中F——冲裁力（N）
——顶件力及卸料力系数，其值可查教材。
这里取
为0.04。
因此
F卸=0.04x（185159+37307）=8898N
F顶=0.05x185159=9257N
4.3拉深力
拉深力一般以经验公式计算由于是不采用压边圈的一次拉深，所以
拉深力
F=1.25π（D-d）t
=1.25x3.14x28x1.5x350
=57697N
4.4压力机的选择
F=F落+F孔+F卸+F顶+F拉
=185159+37307+8898+9257+57697
=298318N=298KN
所以选择开式压力机
标称压力：
298KN
固定行程：
215mm
模柄孔：
4.5压力中心的确定
模具压力中心的确定特别的作用，如果压力中心没有位于模柄的投影下面，模具工作的时候容易失衡，短期不会出现什么问题，随时模具工作的时间增加，会逐渐的磨损凹模和凸模，导致模具的工作寿命大大缩短，甚至提前报废。
所以为了提高模具的寿命和使用年限，必须确定压力中心，保证压力中心和模柄尽量重合，即使不重合，也要保证模具的压力中心位于模具的投影下面。
本次设计中，由于模具使用复合膜，而且压力中心即为几何中心，所以模具的压力中心选择工件的几何中心即可。
5模具结构的设计
5.1落料拉深凸凹模的设计
5.2冲孔凸模
5.3拉深冲孔凸凹模
5.4落料凹模
5.5各板设计
卸料板200mmx160mmx10mm
凸模固定板200mmx160mmx30mm
凹模固定板200mmx160mmx30mm
上垫板200mmx160mmx10mm
下垫板200mmx160mmx20mm
5.6模架的选取
选取对角导柱模架
上模座200mmx160mmx40mm
下模座200mmx160mmx45mm
导柱28mmx180mm32mmx180mm
导套28mmx100mmx38mm32mmx100mmx38mm
模柄B型凸缘模柄
5.7装配图
6参考资料
1、《冷冲压工艺及模具设计》刘心治主编重庆大学出版社
2、《冲压工艺及模具设计》万战胜主编铁道出版社
3、《冲模设计》吉林人民出版社
4、《实用冲压技术》机工出版社
5、《冷冲压及塑料成型工艺与模具设计资料》机工出版社
6、《模具设计与制造简明手册》冯炳尧等编上海工业出版社
7、《冲压工艺模具设计实用技术》郑家贤编机械工业出版社
8、《实用板金冲压工艺图集》梁炳文主编机械工业出版社
9、《新编机械设计手册》学苑出版社
10、《机械设计手册》机械工业出版社
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