镁合金手机外壳冲压模设计 推荐.docx
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镁合金手机外壳冲压模设计
第一章冲裁件的工艺分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即设计的冲压件在材料、结构、形状、尺寸大少及公差和尺寸基准等各方面是否符合冲压加工的工艺要求。
冲压件的工艺性好坏，直接影响到加工的难易程度。
工艺性差的冲压件，材料损耗和废品率会增加，甚至于无法正常生产出合格的产品。
该制件形状简单，尺寸一般，厚度为1mm，一般批量，属于普通冲裁件。
1.1材料：
该制件的材料为T2钢板，硬态。
锡青铜带QSn6.5-0.1（M）硬态，带料，抗剪强度τ=255MP.抗拉强度бb=294MP断后伸长率为δ10=38%。
此材料具有良好的弹性和塑性，其冲裁加工性较好。
1.1.1工件的结构形状与尺寸：
根据零件图，为了获得较好的表面质量，各冲裁凸模都采用圆角过渡，查表2.6.2，矩形凸模的圆角应大于0.9*t，取r=0.6*2=1.2mm（宽度）
对于长圆孔不小于0.7t，取r=0.7*2=1.4mm
1.1.2冲裁件的尺寸精度与表面粗糙度分析
该零件所要求的表面光洁度为4级，所有未注尺寸公差均IT13级计算。
1.2冲裁件工艺方案的确定
通过对工件的结构分析，该件由冲孔、落料、胀形三道工序完成，但是工件的尺寸精度要求不高，形状一般，生产批量为中批量。
决定采用复合模具一次完成，在结构上采用倒装复合模具，采用侧压装置，进行左右定位，那前后定位采用浮动挡料销。
通过对结构的分析，其方案有以下三种：
1、冲孔——落料——压印（复合模）
2、落料——冲孔——压印（复合模）
3、冲孔——压印——落料（级进模）
本套模具结构采用倒装复合模，落料凹模装在上模，冲孔凸模也在上模，这样构成了镶拼式凸凹模，起结构得到简化。
其方案的确定，最终由结构制约。
方案一，其工序过程简单，制件的形状尺寸及精度便于控制，且制造误差很小。
方案二，其落料工序之后，制件的位置尺寸将难以保证，故不能采用其工序。
方案三，由于采用级进模，则模具结构很复杂。
第二章排样设计
2.1排样图
排样是指工件在条料、带料或板料是布置的方法。
工件的合理布置（即材料的经济利用），与零件的形状有密切关系。
按零件的不同几何形状，可得出其相适合的排样类型。
即按材料的经济利用程度，排样可分为有废料、少废料和无废料排样三种。
合理利用，决定着产品生产成本的高低，因此排样是很重要的。
根据工件的结构特点，选用少废料排样。
排样图如下所示：
图2-1
查《冲压设计资料》表2-15，得工件间搭边值a1=2.0mm，侧边搭边值a2=2.2mm.
因采用侧压装置进行定位，那计算公式：
条料宽度B=〔D+2a+δ〕
式中：
B——条料的基本尺寸
a—侧面搭边
δ——条料下料剪公差
D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸。
查表2.5.3《冲压工艺与模具设计》
得：
δ=0.6mm
即B=
=
mm
2.2条料进距的确定
进距是指在模具中逐次送进时每次向前移动的距离。
进距的大小和精度直接影响冲件的外形精度﹑内外形相对位置精度和冲切过程能否顺利完成。
进距的基本计算公式如下所示，
S=A+B+2M
其中：
S——进距的基本尺寸mm
M——搭边宽度mm
A，B——外型基本尺寸mm
进料步距X=27+2=29mm
2.3利用率计算
在冲压零件成本中，材料费用约占60％以上那么合理的排样，会降低产品的成本，计算材料的利用率是很关键的。
计算公式：
η=
×100％=
×100％
式中：
η——材料利用率
F——工件实际面积
A——送料步距
B——条料宽度
根据工件图上尺寸可得：
F=178×80=1360
A×B=29×85=2465
即η=
×100%=55.17%
从材料利用率上看，这种排样是合理的。
2.4利用率的提高
从上节看出，若能减少废品面积。
则材料的利用率高。
废料可分为工艺废料与结构废料两种。
搭边和余料属工艺废料，这是与排样形式及冲压方式有关的废料；结构废料由工件的形状特点决定，一般不能改变。
所以只有设计合理的排样方案，减少工艺废料，才能提高材料利用率。
排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。
排样时应考虑如下原则：
１．提高材料利用率（不影响制件使用性能前提下，还可适当
改变制件形状）
２．排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。
３．模具结构简单、寿命高。
４．保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
第三章冲压压力机的选用
3.1计算冲裁力：
冲裁力是选用压力机的依据，也是设计模具时校核模具强度及刚度的依据。
选用时压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。
本次设计模具刃口为普通的，其冲裁力Fp计算公式：
Fp=Kp*t*L*
Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙的波动（数值的变化或分而不均）、润滑情况、材料力学性能与厚度公差变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3。
当查不到抗剪强度τ时，可用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1近似计算法计算。
查阅相关资料可得：
铜的抗剪强度&=240MPa
根据经验，取Kp=1.3t=2mm
由工件图尺寸得：
L=80+2*3.14*5+2*17=111.4mm
Fp=Kp*t*L*
=2*1.3*240*111.4=68640（N）
3.2推件力、卸料力
影响卸料力和推件力的因素很多，要精确的计算很困难。
在实际生产中常采用经验公式计算：
卸料力Fx=KFp
顶件力FQ2=K1Fp
式中：
Fp——冲裁力（N）；
K——卸料力系数，其值为0.05～0.10（薄料取大值，厚料取小值）
K1——顶件力系数，其值为0.06～0.08（薄料取大值，厚料取小值）
h为直刃口部分的高（mm），t为材料厚（mm）
卸料力:
FX=KFpK=0.02
=0.02×68640
=1372.8（N）
推件力:
FQ2=K1FpK1=0.04
=0.04×68640
=2745.6（N）
二者合力为4118.4N
3.3压印力
因为该工序中，有压印工序，即需要计算压印力F1。
其计算公式：
=P*
P=1.15*
*2t/D
式中：
——压印力
——压印面积.取
=3*3*3.14=28026
P——压印压力系数
——近似抗拉强度.
=240MPa
t——工件厚度.t=2mm
D——压印最大直径.取D=8mm
则P=1.15*240*2*2/8=138MPa
=138*3*3*3.14=3899.88N
冲裁时，压力机的公称压力必须大于等于各冲裁工艺力的总和FPE:
FPE=F1+FP1+FQ2+FT
=3899.88+68640+4118.4
=7665.8.28（N）
即总压力F=7665.8.28（N）
查《冲压工艺与模具设计》，附表A-1冲压设备的规格
从中可选用开式双柱可倾式压力机，型号为JH23-16
其相关参数如下：
3.4压力机的参数
根据冲裁力和压印力计算可知：
FPE=160KN,查表得：
（如下表所示）
名称
开式双柱可倾式压力机
闭合高度调节量/mm
45
型号
Jh23—16
立柱间距离/mm
220
工程压力/KN
160
最大装模高度/mm
220
滑快行程/mm
50
工作台
尺寸/mm
前后
300
左右
450
行程次数（次.min-1）
150
垫板尺寸/mm
厚度
40
孔径
210
最大闭合高度mm
220
模柄孔尺寸/mm
直径
40
深度
60
3.5压力机的校核
压力机的装模高度冲模闭合高度H模是指模具在最底的工位时，下模座的地面到顶面的距离。
再计具时它应与压力机的闭合高度相协调。
压力机的闭合高度H是指滑块在下死点时，工作台面至滑块下平面的距离。
大多数压力机，其连杆长度可以调节，也既压力机的闭合高度可以调整。
当连杆调至最短时，压力机闭合高度最大，称最大闭合高度Hmax,连杆调至最长时，压力机闭合高度最小，称最小闭合高度Hmin。
模具的闭合高度必须适合于压力机的闭合高度范围要求它们之间的关系为：
（Hmax－h1）－5≥h≥（Hmin－h1）+10
模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间，并考虑留有适当余量.计算公式如下：
（Hmax-H1）-5≥H≥（Hmin-H1）+10mm
Hmax——压力机的最大闭合高度
Hmin——压力机的最小闭合高度（压力机连杆调节长度80mm）
H1——压力机工作垫板厚度
H——模具的闭和高度
Hmax-H1——压力机的最大装模高度
Hmin-H1——压力机的最小装模高度
根据公式得：
175≥195≥220符合条件
3.6其他参数
1．压力机工作台尺寸压力机工作台上垫板的平面尺寸应大于模具下模座的平面尺寸，并留有固定模具的充分余地，一般每边留50—70
2．压力机工作台孔尺寸模具底部设置漏料孔尺寸必须小于工作台孔尺寸
3．压力机的模柄孔尺寸模柄的高度应小于模槟安装孔的深度。
第四章模具结构设计
4.1落料凹模结构设计
4.1.1凹模洞口的类型：
凹模的孔口形式通常有如图4-1所示的几种。
图中a、e为直壁形，刃口强度高，刃磨后空口尺寸不变，制造方便。
但是在孔口内易于积存工件或废料，增大了凹模的胀力、推件力和孔壁的磨损；磨损后每次的修磨量大，模具的总寿命较低。
此外，凹模磨损后孔口可能成倒锥，使冲成的工件或废料反跳到凹模表面上，造成操作困难。
直壁形孔口凹模适用于冲裁精度较高、厚度较大的工件。
对于上顶出工件（或废料）的模具也采用此种孔口形式。
a适用于圆形或矩形工件；e适用于形状复杂的工件。
b、c、d的孔口为锥形，孔口内不易于积存工件或废料，孔壁所受的胀力、摩擦力小，所以凹模的磨损及每次的饿刃磨量小。
但刃口强度较低，且刃口的尺寸在修磨后略有增大。
一般用于形状简单，精度要求不高和较薄的冲裁件。
c适用于较复杂的冲裁加件；d用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。
f为凸台式凹模，适用于冲裁软而薄的金属与非金属材料，这种材料一般不淬火或淬火强度不高[（35～38）HRC]，可以用手锤敲打凸台斜面以调整模具间隙，直到试冲出满意的冲压件为止。
图4-1
根据上述分析本模具采用a为合理。
凹模的固定方法和主要技术要求
由于该模具结构是倒装的，则落料凹模装在上模，用台阶将其固定。
根据总体结构的约束，凹模的内部有冲孔凸模，内部应留有镶嵌小凸模的孔。
且在凹模内部铸造胀形的凸模，其尺寸精度有很高的要求。
同时采用镶拼式的结构，其材料选用T10A。
其结构如下所示：
图4-2落料凹模
凹模的外形尺寸设计过程：
凹模的外形一般有圆形和矩形两种，不管那种形状都应保证凹模有足够的强度、刚度和修磨量。
凹模厚度经验公式：
H≧K*b（≥15mm）
凹模壁厚经验公式：
c≥（1.5~2）H（≥30~40mm）
其中b——冲裁件的最大外形尺寸。
K——影响扳料厚度的系数。
查表2.8.2《冲压工艺与模具设计》得K=0.28
则H≥0.28*80mm=22.4mm取H=24mm
即c≥1.5*24mm=36mm
凹模的总长L=（36*2+80）mm=152mm
凹模的总宽B=（27+2*36）mm=99mm取B=100mm
4.1.2凸凹模结构设计
凸模是指落料凸模，凹模是指冲孔凹模。
其结构如下所示：
图4-3凸凹模
4.2凸模结构类型的确定
通常分为两大类。
一类是镶拼式，另一类为整体式。
整体式中，根据加工方与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。
台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时，成形部分常采用成型磨削。
对于圆形凸模，GB2863—81的冷冲模标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格。
根据工件以及装配结构的要求选用整体式台阶凸模结构。
故选用台阶固定的方法。
4.3凸模长度的计算
应根据模具结构的需要来确定。
若采用固定卸料板和导料板结构时，凸模的长度应该为：
L＝H1＋H2＋H3＋（15～20）mm
若采用弹性卸料板和导料板结构，凸模的长度应该为：
L＝H1＋H2＋H4
式中：
L——凸模的长度
H1——凸模固定板的厚度
H2——卸料板的厚度
H3——导料板的厚度
H4——卸料弹性元件被预压后的厚度
其中15～20mm为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离。
凸模长度应该为L=L1+L2+（10—15）
=30+15+15+9=69mm
4.4模具材料的选用
模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。
因此应有高的硬度与适当的韧性。
形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用T8A、T10A等材料；形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选Cr12、Ｃr12MoV、CrWMn等制造，HRC取58～62，要求高寿命、高耐磨性的凸模，可选硬质合金材料。
因此本套模具的凸模材料：
选用T10A钢
图4-4凸模的结构
第五章冲模零部件设计
5.1模柄：
根据压力机的模柄孔，其基本尺寸为Ф40mm，可得模柄的基本尺寸为Ф40mm，
查《冲压设计资料》，表8-33，选用Ⅱ型模柄
材料为A3钢
其结构如下：
图5-1模柄
5.2模架的选用
根据凹模边界尺寸L*B=152*100，查阅《冲压设计资料》表8-16，选用后侧滑动导柱模架，GB2851.3-81
上模座：
170*100*35（厚度）
下模座：
170*100*40
导柱：
Ф25*130
导套：
Ф25*85*33
图5-2上模座
导柱导套选用
根据上模座的导套孔的尺寸，查阅相关资料：
选用导套的孔径为Ф25，然后根据模具的高度，选用导柱的长度为130mm，进一步查得导套的基本尺寸为孔径为Ф25，总体长度为118mm.二者采用过渡配合H7/h8，
图5-2导套
垫板结构设计
垫板的结构设计如下图所示：
在160吨位的压力下，上下模座有可能变形使模具的寿命大大降低，从而必须加强上下模座的强度；故设计一垫板。
图5-3垫板
第六章模具结构的校核
6.1凸模的强度校核：
对于冲孔凸模尺寸2——6×12的压应力校核：
因为该凸模的轮廓是非圆形。
则计算公式为
其中
——凸模最小断面面积（
）
P——凸模从向总压力（N）
——凸模材料的许用压应力（MPa）
因为凸模的材料是T10A钢，其许用压应力的计算公式：
其中n—安全系数，取n=3
查阅相关资料得：
材料T10A的
为736MPa
则
=
=245.33MPa
取退火后的许用压应力为退火前的3倍。
那么
=
=93.3
而冲孔凸模的横截面积F=
=64.26
理论上要求大于计算的值，但实际确小于。
为了保证凸模的寿命。
必须给于设计一凸模保护套，使凸模得以正常工作。
对于尺寸为B×L=3×5的矩形凸模校核：
该横截面积形状为矩形，得计算公式：
材料为T10A钢，火处理。
即为性材料，有
取安全系数n为3
故
材料的许用压应力
=
=245.33MPa
则
=
=93.3
而实际冲孔凸模的横截面积F=3×5=15
故三个冲孔凸模需要设计保护套。
综上可见，凸模都需设计保护套，其类型如下：
图6-1保护套
6.2凸模抗弯能力的校核
对于尺寸2——6×12的冲孔凸模：
由于本套模具采用导向装置，冲孔凸模截面形状非圆形。
则计算公式为：
其中I——凸模最小横截面的惯性矩。
——冲裁力。
取
=68640N
该轮廓是由矩形、圆形两部分组成。
其惯性矩有
、
（矩形）
（圆形）
则
=
=
=18.99
对于尺寸B×L=3×5的矩形冲孔凸模的校核：
惯性矩
则
第七章模具刃口尺寸的计算
7.1尺寸计算原则
在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则：
1）根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，故冲冲模应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。
2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲孔件孔径减小，故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。
3）考虑工件精度与模具精度间的关系，在确定模具制造公差时，既要保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。
一般冲模精度较工件精度高2～3级。
7.2凸、凹模刃口尺寸计算
根据制件的结构，外型轮廓较为复杂、且具有对称性，可采用凸、凹模配合加工方法加工制造
因制件为落料件，故选用凹模为设计基件，配合加工。
查表2.24，«冲压工艺与模具设计»得：
查表2.3.1对于所有尺寸，取系数X=0.75
其刃口尺寸计算过程如下：
对于基本尺寸为80
a=
b=
c=
d=
对于落料件上的孔，这些刃口结构简单，故采用凸凹模分开加工。
其刃口的计算过程如下：
该零件无特殊要求，只有冲孔工序。
故所有的尺寸按IT13级精度制造。
凸、凹模刃口尺寸的计算
根据公式：
│бp│+│бd│≤2Cmax-2Cmin
若бp+бd>2Cmax-2Cmin
则取бp=0.4（2Cmax–2Cmin）
бd=0.6（2Cmax–2Cmin
查表2.2.3得：
所有的尺寸，取系数X=0.75
设凸模、凹模分别按IT7和IT8级加工制造。
冲孔：
对于基本尺寸3，
=
+
0.01+0.014
0.18-0.14=0.04（满足间隙公差条件）
第八章凸、凹模间隙的确定
冲裁凸模和凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺中的力、模具寿命都有很大的影响。
因此，设计模具时一定要选择一个合理的间隙值，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，使所需冲裁力小，模具寿命高。
虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙Cmin
本模具间隙的确定由经验确定法可知：
本模具所冲裁的是材料是，料厚为2mm那么凸﹑凹模之间的间隙为
c=（6％～8％）t
=（6％～8％）×2
=0.12～0.16mm
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