支撑板冲压模具.docx

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支撑板冲压模具

支撑板冲压模具

一、“模具设计”课程设计任务书.................

二、模具设计及其零部件计算........................

2.1、冲裁件的工艺性分析...........................

2.2、工艺方案的确定...............................

2.3、排样设计与计算...............................

2.3.1排样方法与原则...........................

2.3.2确定搭边值...............................

2.3.3送料步距与条料宽度的计算.................

2.3.4材料利用率的计算.........................

2.4、冲裁力的计算..................................

2.4.1落料力、冲孔力、卸料力、推件力的计算.....

2.4.2初选压力机...............................

2.5、模具压力中心计算..............................

2.6、凸凹模设计....................................

2.6.1尺寸计算原则..............................

2.6.2落料凸、凹模刃口尺寸计算..................

2.6.3冲孔凸凹模刃口尺寸计算....................

2.6.4凸、凹模结构的确定........................

2.6.5凸模承压能力校验..........................

2.7、模具材料的选择.................................

2.8、模架的选用.....................................

2.9、整体模具的装配.................................

三、课程设计总结.......................................

四、参考文献............................................

二、模具设计及其零部件计算

2.1、冲裁件的工艺性分析

课题为支撑板冲压复合模设计，加工涉及落料、冲孔两道工序。

零件形状简单、对称，尺寸不大，工艺性好。

材料20钢，厚度为0.5mm，冲裁精度为IT11级，冲孔件精度IT10级。

2.2、工艺方案的确定

该制件包括冲孔，落料两个基本工序，可有以下三种工艺方案。

方案一：

先落料，后冲孔，采用单工序模生产。

方案二：

落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：

冲孔-落料连续冲压，采用连续模生产。

方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低；两次定位累积误差大。

方案二只需一副模具，冲压件的形状精度和尺寸精度容易保证，且生产效率高，但模具结构较方案一复杂。

方案三也只需一副模具，且生产效率也很高，并且容易实现自动化生产，由于此制件所有尺寸都属于自由公差，尺寸精度要求并不高，只要在模具上设置导正销导正足够可以保证冲压件的形状精度，所以此制件即可以用复合模也可以用级进模进行冲压生产。

结论：

采用后落料冲孔倒装复合模对工件冲孔落料加工，即方案二。

2.3、排样设计与计算

2.3.1排样方法与原则

（1）冲裁小工件或某种工件需要窄带料时，应在符合材料规格及工艺要求的情况下沿板料顺长方向进行排样。

（2）冲裁弯曲件毛坯时，应考虑板料的轧制方向。

（3）冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐度、冲模结构是否简单和操作的方便与安全等。

（4）条料宽度选择与在板料上的排样应考虑选用条料宽度较而步距较小的方案，可经济地将板料切为条料，并能减少冲制时间。

故采用直排有废料排样。

2.3.2确定搭边值

（1）冲裁模搭边：

排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。

（2）搭边的作用：

1）补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送

料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。

2）还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从

而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。

（3）搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。

但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。

一般来说，搭边值是由经验确定的。

板厚0.5m（1.2~1.6mm），查表知a1=1.5mm，a=1.8mm。

2.3.3送料步距与条料宽度的计算

（1）送料步距：

A=b+a1=27+1.5=28.5

（2）条料宽度：

其计算公式为B=D+2a+Δ

公式中：

B---条料宽度的基本尺寸mm；

D---工作在宽度方向的尺寸mm；

a---侧搭边的最小值mm；

Δ---条料宽度的单向公差mm。

即可得出B=45+2*1.8+0.13=48.73

2.3.4材料利用率的计算

通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示,其公式为：

η=nS/bA*100%

公式中n---一个步距中的零件数；

S---零件的实际面积；

b---条料宽度；

A---送料步距。

即计算可得η=nS/bA*100%=84.71%。

2.4、冲裁力的计算

2.4.1落料力、冲孔力、卸料力、推件力的计算

1）冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据，对于普通平刃中的冲裁，其冲裁力F公式为

F=KLtτ

公式中F-----冲裁力（N）；

L-----冲裁件的周长（mm）；

t-----板料厚度（mm）；

τ-----材料抗剪强度（N/mm²）；

K-----系数，一般常取1.3。

落料力F1=KLtτ=1.3*0.5*119.7*350=2.95*104N。

冲孔力F2=KLtτ=1.3*π*16*0.5*350=1.143*104N。

卸料力查表可取K=0.05

F3=KF1=0.05*29.2*10³N=1.46*10³N。

推件力查表可取K=0.063

F4=nKF1=1*0.063*29.2*10³N=1.84*10³N。

所以总冲裁力F=F1+F2+F3+F4=44.23*10³N。

2.4.2初选压力机

初步选择压力机的吨位为50KN。

2.5、模具压力中心计算

取工件导向中心线为X轴，故y=0。

作图程序如下：

l1=15mmx1=7.5

l2=12mmx2=15

l3=20mmx3=25

l4=12mmx4=35

l5=15mmx5=42.5

l6=70mmx6=50

l7=15mmx7=42.5

l8=12mmx8=35

l9=20mmx9=25

l10=12mmx10=15

l11=15mmx11=7.5

l12=70mmx12=0

所以

（l1*x1+l2*x2+l3*x3+l4*x4+l5*x5+l6*x6+l7*x7+l8*x8+l9*x9+l10*x10+l11*x11+l12*x12/（l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7+l8+l9+l10+l11+l12）=7200/288=25。

所以压力中心坐标为（25,0）。

2.6、凸凹模设计

冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。

冲裁的合理间隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现的。

正确的确定刃口尺寸是非常重要的。

2.6.1尺寸计算原则

（1）先确定基准件

落料：

以凹模为基准，间隙取在凸模上；

冲孔：

以凸模为基准，间隙取在凹模上。

（2）考虑冲模的磨损规律

落料模：

凹模基本尺寸应取最小极限尺寸；

冲孔模：

凸模基本尺寸应取最大极限尺寸。

（3）凸、凹模刃口制造公差应合理

形状简单的刃口制造偏差：

按IT6～IT7级或查表3-9；

形状复杂的刃口制造偏差：

取冲裁件相应部位公差的1/4；

对刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差：

取冲裁件相应部位公差的

1/8并冠以（±）；

（4）冲裁间隙采用最小合理间隙值（Zmin单边）

凸凹模磨损到一定程度情况下，仍能冲出合格制件。

（5）尺寸偏差应按“入体”原则标注

落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。

2.6.2落料凸、凹模刃口尺寸计算

采用凸、凹模分开加工法时，为了保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。

对于冲制薄材料（因Zmax与Zmin的差值很小）的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配作的加工方法。

配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。

这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核+≤的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。

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，但在图纸上注明：

“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙值Zmin”。

采用配作法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大，变小还是不变这三种情况，然后分别按不同的公式计算。

（1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸——第一类尺寸A

落料凹模或冲孔凸模磨损后将会增大的尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（2.4.1）相同

第一类尺寸：

（2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸——第二类尺寸B

冲孔凸模或落料凹模磨损后将会减小的尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（2.4.3）相同。

第二类尺寸：

（3）凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸——第三类尺寸C

凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸，不必考虑磨损的影响，相当于简单形状的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（2.4.5）计算。

第三类尺寸：

一般经验可知：

δp=Δ/4=0；δd=Δ/4=+0.075mm;磨损系数x=0.75。

由上公式计算可得凹模尺寸：

A（45）=（45-0.75*0.13）+δd=44.925+0.075;

A（17）=（17-0.75*0.14）+δd=16.923+0.075；

A（20）=（20-0.75*0.11）-δd=19.924-0.075；

B（7.85）=（7.85+0.75*0.11）-δd=7.922

C

（2）=（2+0.5*0.07）+/-δd=2.035.

由凹模尺寸可得配置凸模尺寸，保证最小间隙Zmin=0.02mm。

双边间隙值0.02~0.04mm。

2.6.3冲孔凸凹模刃口尺寸计算

冲孔时以以凸模为基准件来配制凹模，凸模人口尺寸的确定与落料计算原理相似，可知凸模的直径D=（16+0.75*0.14）-0.020=16.085mm。

同样配制出凹模刃口尺寸。

同样，要在图纸技术要求上注明“凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双边间隙值Zmin~Zmax”。

2.6.4凸、凹模结构的确定

（1）凹模外形尺寸

凹模厚度：

按公式H=Kb（≥15mm）

凹模壁厚：

按公式c=（1.5~2.0）H（≥30~40mm）

公式中：

b----冲裁件最大外形尺寸；

K----系数，经查表得k=0.3。

则

H=Kb=0.3*45=13.5mm

考虑到模具寿命，所以凹模厚度适当增加，故取20mm。

C=（1.5~2.0）H=30~40mm

所以凹模宽度B=b+2c=110~130mm，为配合适模架，取100mm

凹模长度L=a+2c=130~150mm，为配合适模架，取120mm。

故凹模板的外形尺寸为：

120mm*100mm*20mm。

（2）凸模固定板的厚度：

一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，即H=14mm。

（3）凸模长度：

其长L固定板厚度、安全距离、修磨量、凸模进入凹模深度的总和。

其中固定板厚度14mm，凹模厚度，凸模修磨量取

1mm，凸模进入凹模深度取1mm，即L=14+20+1+1=36mm。

（4）凹凸模长度：

其长L0为固定板厚度、中间板厚、卸料板厚、凸模进入凹模深度的总和。

即L0=16+25+10+1=44mm。

（5）卸料装置中弹性元件的计算。

本模具弹性元件采用橡胶。

其尺寸计算如下：

橡胶的自由高度H0=（3.5~4）H工

H工=h工+h修=t+1+（5~10）

=10mm

橡胶的安装高度H=0.85H0=20mm。

落料凹模结构图

凸模结构图凸凹模结构图

2.6.5凸模承压能力校验

凸模垫板的采用和厚度：

是否采用垫板，以凸模的承压面进行计算，按一下公式计算：

σ=F/A

公式中：

F为冲裁力；A为凸模最小承压面积。

则

σ=44.23*1000/3.14*64=168.87MPa。

查表可知铸铁模板的【σ】为90~140MPa＜σ，所以必须采用垫板，垫板厚度取6mm。

2.7、模具材料的选择

根据材料特性，模柄、打杆、一块、上下模板、垫板、凸模固定板、卸料板的材料使用45钢；推杆、冲孔凸模、落料凹模、凹凸模的模具材料使用Cr12MoV；导柱和导套使用T8A。

2.8、模架的选用

标准模架的选用依据为凹模外形尺寸。

模具采用后侧导柱模架，根据以上计算结果，查表的模架规格为上模座120mm*100mm*25mm，下模座120mm*100mm*28mm。

2.9、整体模具的装配

三、课程设计总结

通过这次课程设计，把先修课程（机械制图，机械制造，机械设计，冷冲压与塑料成型机械，模具工艺学，模具材料与热处理，冷冲压模具设计资料与指导，冷冲压工艺与模具设计）中所学到的理论知识在实际的设计工作中综合地加以运用。

使这些知识得到巩固发展，初步培养了我冷冲压模具设计的独立工作打下良好基础，树立正确的设计思路。

在这短短的几天里，从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书。

学到很多原本学到的但不是很懂的知识，了解了一些设计的原理和过程。

例如，冲裁模具设计一般步骤：

（1）冲裁件工艺性分析；

（2）确定冲裁工艺方案；

（3）选择模具的结构形式；

（4）进行必要的工艺计算；

（5）选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸；

（6）选择压力机的型号或验算已选的压力机；

（7）绘制模具总装图及零件图；

还有更多的知识，在这里不做过多的叙述。

在这次设计中，我总结了：

要学会亲自去尝试，不要害怕失败。

失败也是一份财富，经历也是一份拥有。

此外，这次设计过程中还有许多不如意和不完善的地方，通过这次的经历，希望以后会越做越好！

四、参考文献

1、《模具设计与制造》（第二版）西安科技大学出版社2010年版

2、《冷冲模设计与制造》机械工业出版社2004年版

3、《冲压工艺及模具设计》化学工业出版社2008年版

4、《冲压模设计指导》北京理工大学出版社2010年版

5、《现代冷冲模设计应用实例》化学工业出版社2008年版