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异形垫板冲模设计

摘要

本篇设计是异形垫板的冲模设计。

首先根据所给的零件的各种尺寸、生产的批量以及材料等要求进行信息采集。

对零件先进行模具的结构和工艺方案的确定，然后进行冲压方案的确定，确定排样以及材料利用率，计算凸凹模的刃口尺寸，初选压力机及压力中心的计算，确定模架以及凸凹模和零、部件各项尺寸，校核压力机，绘制装配图以及零件图。

在结构设计中，由于所选零、部件选用的都是国家的标准零件，同事也对部分零件进行加工工艺的分析，并完成了这篇异形垫板冲模设计的毕业论文。

关键词：

冲压；刃口；结构；

Abstract

Thisdesignisthedesignofspecial-shapedplatedie.Firstly,accordingtothesizeofthepartsoftheproductionbatchandmaterialrequirementsforinformationcollection.Thefirstpartofthedeterminationofthestructureandcraftschemeofthemould,andthendeterminethestampingproject,determinethelayoutandtheutilizationrateofmaterial,thecalculationofpunchanddiecuttingedgesize,calculationofprimaryelectionpressandpressurecenter,mouldanddeterminetheconvexandconcavedieandthesizezero,parts,checkingthepress,assemblydrawingandpartsfig..Instructuraldesign,becausetheselectedzero,partschosenarestandardpartsofthecountry,analysisandcolleaguesalsoprocessingtoproducepartsandfinishedthisarticle,special-shapedplatestampingdiedesignandgraduationthesis.

Keywords:

stamping;cuttingedge;structure;

前言

模具行业是伴随着现在的科学技术产物，主要应用于制造业和加工业，由于产品的更新换代步伐加快了，例如汽车、电子、电器等，将对冲压工艺的生产水平推向更高的要求。

因为模具有很强的适应性、良好的互换性、很高的生产率以及较高的社会效益，所以模具的用途比较广泛，有繁多的种类。

总体而言模具大致可以归结为三大类型分别为：

金属板材成形模具，如冲模等；金属体积成形模具，锻模，压铸膜等；非金属材料制品成形模具，橡胶制品等。

而冲压加工又是当代机械制造业中现进、高效的加工方法之一，它是在室温下利用安装在压力机上的模具対材料施力，从而产生塑性变形或分离，获得所需零件的一种加工方法。

冲压加工主要形式是少切削或无切削。

冲压所使用的模具简称冲模，可以批量化生产的专业工具，冲压必须要有合理的冲压工艺、高效的冲压设备而且要有先进的模具，当满足以上的要求时才可以完美的冲出想要的冲压件，冲压无论在经济性和技术性能方面都有着良好的特有的有点，如下所示：

1.模具可以保证主要的尺寸和精度，可以加工出其他零件难以加工或加工不

了的质量稳定共同性的零件。

2.生产率以及材料利用率高，可以实现机械化和自动化。

3.冲的过程中利用金属材料的本身特有的塑性变形提高工件的性能。

4.使用的时间长，花费成本不高，操作简单。

5.一般来说生产过程中基本上没有切屑碎料产生，加工的范围较大。

由于加工的类型多而且繁杂所以采用的工序的种类各式各样的，但是根据形变的的特征，大致可以分为两类：

一种是使得材料按规定好的轮廓。

尺寸、形状的分离工序，另一种是没有产生塑变（塑性变形）获得的成形工序。

第一章零件的冲裁工艺分析

异形垫板的零件图：

（1）材料为BLC（冷轧板）,料厚为3mm；

（2）外观光滑，无毛刺；

（3）产量1WPCS。

1.1异形垫板冲裁的工艺分析

由零件图可知该零件的材料为BLC（冷轧板），材料的厚度为3毫米（mm），之间的精度没有要求，产量为1万件，倒角为R2，一个直径为20毫米（mm）和两个直径为8毫米（mm）的孔。

具体分析如下：

1.从零件的结构分析：

该零件结构并不复杂，尺寸比例比较适中，板料的厚度为3毫米也适中，产量为1万件属于大批量生产，适合于冲裁制造。

2.落料圆角半径为：

R2，查《冲压手册简明设计手册》表2.1可以得到值为2≥0.35t（t为板料的厚度），具有良好的工艺性。

3.冲裁件孔的最小尺寸为Φ8，查《冲压手册简明设计手册》表2.2课得到值为8≥1t（t为板料的厚度），具有良好的工艺性。

4.最小的孔边距、孔间距为8查《冲压手册简明设计手册》可知8≥2t（t为板料的厚度），符合工艺性要求。

5.材料为BLC，料厚t=3mm。

具有良好的冲压性能。

6.表面粗糙度：

制件零件图的上面没有标注表面粗糙度，可认为对表面没有特殊的要求，可按照IT14的要求进行加工，可取Ra12.5μm，符合工艺性。

1.2冲压工艺方案的确定

根据图示可知零件包括两个基本工序，包括冲孔和落料有以下三种方案可以采用：

一方案：

先冲孔，然后再进行落料，由此可以选用单工序模具进行生产。

二方案：

落料与冲孔复合冲裁，据此可以攒用复合模具进行生产。

三方案：

冲孔与落料连续生产，可以采用基金模具（连续模）进行生产。

一方案中冲压的生产力比较低，而且压力机一次的行程内只能完成一道工序。

磨具的结构简单，用两套模具生产，大批量生产时难以满足要求，设备能力小。

方案二中增加工位数有限，生产通用性较差，难以实现操作机械化自动化的可能性。

制作的零件精度高，平直性好，但是因为其结构复杂，制造难度太大，成本很高。

方案三中冲压生产率高，压力机一次行程内可完成多道的工序，易于实现操作的机械化和自动化的可能性，安装容易，调整不困难，操作简单，生产高效。

依上述可以选用方案三的级进模得冲裁方式进行生产该种零件。

第二章冲压工艺的计算

2.1排样方法

制件类似于长方形，因而在排样方式上可以采取最简单的直排，可以采取有废料排样考虑到零件的圆角设计舍弃了无废料排样，这样可以保证冲件的质量，提高了材料的利用率，材料在冲压时所花费在总成本中所占比重大（约为60%），便于工人的操作，减轻工人的劳动强度，材料在冲裁过程中翻动较少，简化了模具的结构并且提高了模具的使用寿命。

如下图进行材料的排样：

图2-1排样方式

2.2搭边

冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。

搭边有避免因送料误差发生的零件缺角、边或尺寸超差，使得凹凸模刃口之间受力不均衡的作用。

能够有效的提高模具使用时间，还可以实现自动送料。

在确定搭边的值时先要求出板料的宽度，然后再查表所得制件最终的搭边值得大小。

具体步骤如下：

条料的宽度计算：

选取无侧压的计算公式,条料在无侧压装置的导料板之间送料时，如图2-2所示，条料宽度和导料板间距离按下式计算：

条料宽度B0-△=[L+2a+C]0-△

导料板间距离A=B+C=L+2a+2C

式中：

B——调料的宽度；

L——冲裁件垂直于送料方形的最大尺寸；

a——侧搭边的最小值，见表2.1；

△——代表条料宽度的单项（负向）偏差，见表2.2；

C——导料板与最宽条料板之间的单面最小间隙。

图2-2无侧压装置时的冲裁

表2.1较大工件合理搭边经值（mm）

材料厚度t（mm）

工件间a1

侧面a

1~2

2.0

2.5

2~3

3.0

3.5

3~4

3.5

4.0

根据表内参数与零件信息可得：

a1=3.0mm；a=3.5mm。

表2.2条料宽度偏差（mm）

条料宽度B

材料厚度t

0~1

1~2

2~3

3~5

0~50

0.4

0.5

0.7

0.9

50~100

0.5

0.6

0.8

1.0

100~150

0.6

0.7

0.9

1.1

150~220

0.7

0.8

1.0

1.2

220~300

0.8

0.9

1.1

1.3

表2.3送料最小间隙C（mm）

材料厚度t

无侧压装置

条料宽度B

100以下

100~200

200~300

0~0.5

0.5

0.5

1

0.5~1

0.5

0.5

1

1~2

0.5

1

1

2~3

0.5

1

1

3~4

0.5

1

1

4~5

0.5

1

1

导料板与最宽条料之间单面最小间隙值查表2.3得，C=0.5。

偏差由表2.2其值0.8。

宽度：

B0-△=[L+2a+C]0-△=[60+2×3.5+0.5]=67.50-0.8

导料板间距：

A=B+C=L+2a+2C=60+2×3.5+2×0.5=750-0.8

2.3材料利用率

材料的利用率是衡量合理利用材料的指标。

材料的利用率通常是以一个布局内零件的实际尺寸面积与多用麦胚面积百分比来表示。

即：

η=

×100%=

×100%

式中：

S1——一个步距内零件的实际面积；

S0——一个步距内所需要毛坯面积；

A——送料步距；

B——条料宽度。

S1=80×60-2π×16-12×20-20×15-100π=3845.3mm2

S0=67.5×83=5602.5mm2

η=

×100%=

×100%=

×100%=69%

第三章凸、凹模刃口尺寸计算

3.1凸、凹模刃口尺寸的计算准则

凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁件生产技术上的效果，失宠才设计的重要环节，必须根根据冲裁件的变形规律、冲裁的磨损规律和经济的合理性综合考虑，遵循下列原则：

①设计落料模时，应该以凹模为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得；设计冲孔模时，应该以凸模为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。

②根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使得落料件轮廓变大，因此设计落料模时，凹模的刃口尺寸应该等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使得冲孔件的孔的径尺寸减小，因此，设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。

③冲裁模在使用中，磨损间隙值将不断增大，因此，设计时无论是冲孔模还是落料模，新模具都必须选取最小合理间隙Zmin，使得模具具有较长寿命。

3.2凸、凹模刃口尺寸的计算

由于冲模的加工方不同，刃口尺寸计算方法也不同，本论文选择分开加工法，有加工周期短，形状简单，有良好的互换性，适合大批量生产。

具体计算步骤如下：

1.确定初始间隙：

查表3.1

表3.1较大的冲裁模具初始双面间隙（mm）

材料厚度t（mm）

08、10、35、09Mn2、Q235

Zmin

Zmax

2.1

0.260

0.380

2.5

0.360

0.500

2.75

0.400

0.560

3.0

0.460

0.640

3.5

0.540

0.740

4.0

0.640

0.880

4.5

0.720

1.000

由表可以得出：

Zmin=0.460mm，Zmax=0.640mm

Zmax-Zmin=0.180mm

2.确定磨损系数x：

查表3.2

表3.2磨损系数x

材料厚度t（mm）

非圆形工件x值

圆形工件x值

1

0.75

0.5

0.75

0.5

工件公差△（mm）

1

＜0.16

0.17~0.35

≥0.36

＜0.16

≥0.16

1~2

＜0.20

0.21~0.41

≥0.42

＜0.20

≥0.20

2~4

0＜.24

0.25~0.49

≥0.50

＜0.24

≥0.24

＞4

＜0.30

0.31~0.59

≥0.60

＜0.30

≥0.30

直径为20的圆的磨损系数查表为：

0.75；

直径为8的圆的磨损系数查表为：

0.75；

边长为80、20、12、20、60、45、15的磨损系数查表为：

1。

3.冲孔（凸、凹模刃口尺寸计算）：

表3.3规则形状冲裁凸、凹模制造极限偏差（mm）

材料厚度t（mm）

基本尺寸

0~10

10~50

50~100

+δd

－δp

+δd

－δp

+δd

－δp

1.2

+0.010

-0.007

+0.012

-0.008

+0.017

-0.010

1.5

+0.012

-0.008

+0.015

-0.010

+0.020

-0.012

1.8

+0.015

-0.010

+0.017

-0.012

+0.025

-0.014

2.0

+0.017

-0.012

+0.020

-0.014

+0.030

-0.017

2.5

+0.023

-0.014

+0.027

-0.017

+0.035

-0.020

3.0

+0.027

-0.017

+0.030

-0.020

+0.040

-0.023

由表查得：

Φ8δp1=0.017mmδd1=0.027mm

Φ20δp2=0.020mmδd2=0.030mm

Φ8δp3=0.017mmδd3=0.027mm

校核：

δp1+δd1=0.044＜0.180

δp2+δd2=0.050＜0.180

δp3+δd3=0.044＜0.180满足要求

凸模刃口尺寸：

dp1=（d1+x△）0-δp1=（8+1×0）0-0.017=80-0.017mm

dp2=（d2+x△）0–δp2=（20+1×0）0-0.020=200-0.020mm

dp3=（d3+x△）0–δp3=（8+1×0）0-0.017=80-0.017mm

凹模刃口尺寸：

dd1=（dp1+Zmin）+δd10=（8+0.46）+0.0270=8.46+0.0270mm

dd2=（dp2+Zmin）+δd20=（20+0.46）+0.0300=8.46+0.0300mm

dd3=（dp3+Zmin）+δd30=（8+0.46）+0.0270=8.46+0.0270mm

4.落料（凸凹模刃口尺寸计算）：

查表3.3得：

80δp1=0.027mmδd1=0.040mm

45δp2=0.023mmδd2=0.040mm

20δp3=0.020mmδd3=0.030mm

15δp4=0.020mmδd4=0.030mm

60δp5=0.023mmδd5=0.040mm

20δp6=0.020mmδd6=0.030mm

12δp7=0.020mmδd7=0.030mm

20δp8=0.020mmδd8=0.030mm

20δp9=0.020mmδd9=0.030mm

校核：

δp1+δd1=0.067＜0.180

δp2+δd2=0.063＜0.180

δp3+δd3=0.050＜0.180

δp4+δd4=0.050＜0.180

δp5+δd5=0.063＜0.180

δp6+δd6=0.050＜0.180

δp7+δd7=0.050＜0.180

δp8+δd8=0.050＜0.180

δp9+δd9=0.050＜0.180满足要求

凹模刃口尺寸：

Dd1=（D1－x△）+δd10=（80－1×0）+0.040=80+0.040mm

Dd2=（D2－x△）+δd20=（45－1×0）+0.040=45+0.040mm

Dd3=（D3－x△）+δd30=（20－1×0）+0.030=20+0.030mm

Dd4=（D4－x△）+δd40=（15－1×0）+0.030=15+0.030mm

Dd5=（D5－x△）+δd50=（60－1×0）+0.040=60+0.040mm

Dd6=（D6－x△）+δd60=（20－1×0）+0.030=20+0.040mm

Dd7=（D7－x△）+δd70=（12－1×0）+0.030=12+0.030mm

Dd8=（D8－x△）+δd80=（20－1×0）+0.030=20+0.030mm

Dd9=（D9－x△）+δd90=（20－1×0）+0.030=20+0.030mm

凸模刃口尺寸：

Dp1=（Dd1－Zmin）0-δp1=（80－0.46）0-0.027=79.540-0.027mm

Dp2=（Dd2－Zmin）0–δp2=（45－0.46）0-0.023=44.54-0.023mm

Dp3=（Dd3－Zmin）0–δp3=（20－0.46）0-0.020=19.540-0.020mm

Dp4=（Dd4－Zmin）0–δp4=（15－0.46）0-0.020=14.540-0.020mm

Dp5=（Dd5－Zmin）0–δp5=（60－0.46）0-0.020=59.540-0.020mm

Dp6=（Dd6－Zmin）0–δp6=（20－0.46）0-0.020=19.540-0.020mm

Dp7=（Dd7－Zmin）0–δp7=（12－0.46）0-0.020=11.540-0.020mm

Dp8=（Dd8－Zmin）0–δp8=（20－0.46）0-0.020=19.540-0.027mm

Dp9=（Dd9－Zmin）0–δp9=（20－0.46）0-0.020=19.540-0.027mm

5.孔心距：

图3-1孔心距

两个小孔AB之间的距离为：

21mm；

大孔与小孔A之间的距离为：

=39.3mm；

大孔与小孔B之间的距离为：

=39.5mm。

第四章初选压力机、计算冲压力

4.1计算冲压力

冲裁力是冲裁过程中涂抹对版聊施压的压力。

它是选用压力几何设计模具的重要依据之一。

在整个冲裁过程中冲裁力的大小是不断变化的，如图3-1所示。

OA为弹性变形阶段，C点为冲裁力的最大值。

BC为断裂阶段。

到达C点时，板料已经分离。

CD段所用的力是为了推出已分离的料。

通常所说的冲裁力是指板料所作用在涂抹上的最大抗力。

板料内剪切变形区上产生最大抗力时出现裂纹（即图中的B点），此时，板料内剪切变形区的切应力为材料的抗剪强度。

图4-1冲裁力的变化曲线

冲裁力F可按下列公式计算

F=KLtτb

式中：

F——冲裁力；

L——冲裁周边长度；

t——材料厚度；

τb——材料抗剪强度，MPa；

K——系数。

K一般取1.3，τb查《冲压模具简明设计手册》表2.29得314MPa。

L=（80+60）×2+24+16π+20π=310.2mm

F=KLtτb=1.3×310.2×314×3=379870.92N

卸料力F卸=K卸F

式中：

K卸通过查表4.1得

K卸=0.04

F卸=K卸F=0.04×379870.92=15194.84N

表4.1卸料力、推件力、顶件力系数

料厚（mm）

K卸

K推

K顶

钢

≤0.1

0.06~0.09

0.1

0.14

＞0.1~0.5

0.04~0.07

0.065

0.08

＞0.5~2.5

0.025~0.06

0.05

0.06

＞2.5~6.5

0.02~0.05

0.045

0.05

＞6.5

0.015~0.04

0.025

0.03

紫铜、黄铜

0.02~0.06

0.03~0.09

铝、铝合金

0.03~0.08

0.03~0.07

推料力：

F推=nK推F

式中：

F——冲裁力；

n——卡在凹模内冲裁件（或废料）数。

其中n可以用以下公式：

n=

式中：

h——凹模洞口直刃臂的高度；

t——板料厚度。

依据表4.1得：

K推=0.045，依据《冲压模具简明设计手册》表2.40查h应大于等于8，本文取h=9，所以n=3。

F推=nK推F=3×0.045×379870.92=18993.57

N。

顶件力：

F顶=K顶F（F——冲裁力）

据表4.1查得K顶=0.05，F顶=K顶F=0.05×379870.92=18993.55N。

4.2初选压力机

冲裁时，压力机的公称压力必须等于或大于各种冲压工艺力的总和F∑。

本文中选取弹性卸料装置和下出料方式：

F∑=F+F推+F卸=379870.92+15194.84+18993.57=446348.33N≈446kN

应选取压力计标称压力：

P0≥（1.1~1.3）F∑=490.6~579.8kN，依据《冲压模具简明设计手册》表13.10得出压力计的型号为：

JH21-60开式固定台压力机。

具体参数如下表所示：

表4.2压力机各项参数

参数名称

型号

JH21-60

标称压力/kN

600

续表

标称行程/mm

4

滑块行程/mm

140

行程次数/次▪min-1

70

最大闭合高度/mm

300

封闭高度调节/mm

70

滑块中心线到机身距离/mm

270

工作台尺寸

左右/mm

870

前后/mm

520

工作台孔尺寸/mm

150

模柄孔尺寸

直径/mm

50

深度/mm

60

电动机功率/kW

5.5

第五章凸、凹模设计及模架的选取

5.1凸模设计

冲孔凸模：

三个孔别为Φ20、Φ8、Φ8。

对于直径为8的孔查《冲压模具简明设计手册》表2.57，采用圆柱头直杆圆形凸模D=8,D1=11,H=5.0,L=50，如下图所示。

图5-1

对于直径为20的孔查《冲压模具简明设计手册》表2.55，采用圆柱头直杆圆形凸模，D=20，H=5，D1=24，r=0.4，L=50。

图5-2

凸模强度校核：

dmin=4t

式中：

dmin——圆形凸模最小截面的面积，mm2；

t——材料的厚度，mm；

——冲裁的抗剪强度，MPa；

[σ]——凸模材料的许用压力，本文中取1300MPa。

dmin=4t

=4*3*314/1300=2.9mm2,最小凸模圆面积为50.3mm2，所以强度合格。

固定方式，采用凸模固定板方式固定。

5.2凹模设计

凹模孔口：

根据《冲压模具简明设计手册》查表2.40，选取直筒式孔口凹模（c）系列，刃