圆垫片落料冲孔复合模设计.docx
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圆垫片落料冲孔复合模设计
垫片34复合模CAD设计
第2章工艺分析及模具结构设计
2.1制件的工艺性分析及工艺计算
2.1.1工艺分析
由图可知，产品为圆片落料、圆片冲孔。
产品形状结构简单对称，无狭槽、尖
角；孔与孔之间、孔与零件之间的最小距离满足c>1.5t要求。
（c=8°二4°-2.5=17.51.5t=1.5）
2
（1）尺寸精度
任务书对冲件的尺寸精度要求为IT12级，
查参考文献［2］知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT12〜IT11级，所以
尺寸精度满足要求。
（2）冲裁件断面质量
因为一般用普通冲裁方式冲1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达
12.5〜3.2Pm，毛刺允许高度为0.05〜0.1mm本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。
（3）产品材料分析
对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差
符合国家标准。
本设计的产品材料为08钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。
另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证
经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。
2.1.2排样及工艺计算
2.1.2.1排样
零件外形为圆形，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件为中等批量生
产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具
生产成本，所以本设计决定采用单排结构。
如图所示。
图2.1排样图
2.122搭边
查参考文献［1］，确定搭边值a，b。
当t=1时，a=2，b=1.5
2.1.2.3条料宽度
B=D+2a=80+2*2=84mm
2.1.2.4材料利用率n
式中n——个歩距内冲裁件数目；A――冲裁件面积（包括内形结构废料）；
S――歩距长度；B――板料宽度；
取：
n=1;A=n*402=5026.55；S=81.5;B=84
n=5026.55/81.5*84=73.4
2.2冲压力及压力中心的计算
221计算冲压力
2.2.1.1冲裁力
冲裁力公式为^P孔P落
式中P—冲裁力；
P孔—冲孔冲裁力；
P落一落料冲裁力。
2.2.1.2冲孔冲裁力P孔
式中K—系数（取K=1.3）;
n—孔的个数，n=3。
L孔一冲孔周长，L孔1==二40=125.66mm
L孔2-d-■:
5二15.7mm
t—材料厚度，t=1mm
£—材料抗剪强度，查参考文献［2］知LY12,e=280〜320MPa取t=300MPa
P孔^P1F2=1.3125.66130021.315.71300=61253.4=61.25KN
2.2.1.3落料冲裁力P落。
1落=nD=兀汉80=251.33mm
所以P落=1.3251.331300=98018.7N=98.02KN
2.2.1.4卸料力P卸。
式中K卸一卸料系数，查参考文献［1］知K卸=0.01〜0.05,取K卸二0.03。
所以P卸=0.0398.02=2.94KN
2.2.1.5推料力P推
式中K推一推料系数，查参考文献［1］取K卸=0.055。
n—同时卡在凹模洞孔内的件数，n=3。
所以Pt-30.05561.25=10.1KN
2.2.1.6顶件力P顶
式中K顶一顶件系数，查参考文献［1］取K顶二0.06。
所以F顶=0.0661.2598.02=9.56KN
2.2.1.7总冲压力P总
冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。
总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为
P总二PP卸Pt二P孔-P落P卸P推二61.2598.022.9410.19.56=181.87K
N
初选压力机：
Jc23-35o
2.2.2计算模具压力中心
由于该零件完全对称于相互垂直大大两条多层次线，所以模具的压力中心在几何图形的狭槽点上。
2.3凸模凹模凸凹模刃口及结构尺寸计算
2.3.1计算模具刃口尺寸
模具采用复合模结构，计算刃口尺寸时宜采用尺寸转换法计算。
零件上包含三个尺寸：
落料尺寸A=©80°0.74；
冲孔尺寸B1二400062,B^-500-3;
位置尺寸H=30—0.105。
查得冲裁模刃口双间隙
Zmin=0.24mmZmax=0.36mm
1）落料刃口尺寸计算：
4|8000.74的凸凹模的制造公差由表查得
、凹=0.030mm,
、.凸=0.020mm。
由于■:
『凹…■:
『凸=0.05■:
Zmax-Zmin,
故采用凸模与凹模分开加工方法，
由表查得X=0.5，贝
其工作部分结构尺寸如图所示：
2）冲40mm孔刃口尺寸计算：
4000.62的凸凹模的制造公差由表查得
、凹=0.030mm,
'凸二0.020mm.
由于「•凹，凸二0.050：
：
：
Zmax-Zmin,
故采用凸模与凹模分别加工方法，
由表查得X=0.5，贝U：
d凹二（d凸Zmin）o凹=（40.310.24）00.03=40.55。
0.03mm,
其工作部分结构尺寸如图所示：
-F-
1
mJ.宛
~1
F
3）冲5mm孔刃口尺寸计算：
-500.3的凸凹模的制造公差由表查得
'凹=0.020mm，
'凸二0.020mm.
由于「•凹'凸二0.040：
：
：
Zmax—Zmin故采用凸模与凹模分别加工方法，
由表查得X=0.5,贝IJ:
其工作部分结构尺寸如图所示:
2.3.2落料凹模结构尺寸计算
落料凹模尺寸如图5.1所示。
凹模做成一块凹模板和一块夹板相拼的结构。
综合模具结构设计，取凹模厚度
H凹=23mm,夹板厚度为12mm。
2.322凹模板直径Dd
零件外形为圆形，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。
式中W1—切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时，W—1.2H理。
查参考文献［2］按推荐值取
Dd=150mm
所以
Dd=8021.229=149.6mm
所以凹模板外形尺寸15035
2.3.3冲孔凸模与凸凹模结构尺寸确定图5.2凸模尺寸
2.3.3.1冲孔凸模长度L
如图所示
H（0.6〜0.8）Hp
式中H1—凸模固定板厚度;
Hp—冲孔凸模厚度，Hp1=21mm；Hp2=10mm
I自一凸模自由长度。
所以比=（0.6〜0.8）Hp=（0.6〜0.8）21=12.6〜16.8mm取U^Mmm。
Hi=（0.6〜0.8）Hp=（0.6〜0.8）X10=6〜8mm,取Hi=8mm。
I自二Hdh=2312
=35mm（考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取
所以
l自=35.5mm）
取比=14mm
2.3.3.2凸模强度（压应力）校核
2.3.3.3
校核公式为
所以凸模强度校核符合要求。
EJmax
nP孔
Jma—凸模最小断面惯性矩，圆形断面Jmax
64
校核公式
式中lma—凸模最大自由高度;
E—凸模材料弹性模量，一般取E=2.1105MPa；
「一支承系数，无导板导向」=2；
n—安全系数，钢取n=2〜3。
代入公式得
31
l—
max
―nP孔
EJmaxI210000—站3'80.96mm
2，6436123
所以凸模刚度符合要求
2.3.3.4凸凹模工作尺寸计算
图5.3凸凹模各部分尺寸
1）凸凹模长度Hpd确定
Hpd=h自由一h预■H卸■H2=14—'210■24=46mm
式中H卸一卸料板厚度，取H卸=10mm
Hi—凸凹模固定板厚度，比=（0.6〜0.8）H凹h=（0.6〜0.8）
汽35=21〜28mm取Hj=24mm
2）凸凹模壁厚校核
查参考文献［2］知，倒装复合模凸凹模最小壁厚nmin=2.7（料厚t=1mm；
本设计中n=［79.49-60-5.39/2=7.05-nmin
所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。
3）其他
漏料孔直径取％=44mm%=7mm，刃口直边设计存三片料，高为5mm凸凹模和凸凹模固定板之间在装配时安装止转销防转。
2.4模具总体结构设计
冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。
经分析，此工件有三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。
2.4.1送料定位机构设计
采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。
工作时可随凹
模下行而压入孔内，工作很方便.
2.4.2卸料机构设计
2.4.2.1条料的卸除
采用弹性卸料板。
因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。
242.2工件的卸除
采用打料装置将工件从落料凹模中推下，罗在模具工作表面上。
242.3冲孔废料的卸除
下模座上采用漏料孔排出。
冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。
2.4.3出件机构设计
因为是复合模结构，所以采用上出件机构
2.5其他零件尺寸的确定
2.5.1橡胶垫
为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度
的45%—般取自由高度的35%-45%橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%-
15%
橡胶垫产生的力
式中F—压力；
A—橡胶垫横截面积；
p—与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5.1所示。
表5.1橡胶压缩量和单位压力
橡胶压缩量（%
单位压力
（MPa
橡胶压缩量
（%）
单位压力（MPa）
10
0.26
25
1.03
15
0.50
30
1.52
20
0.70
35
2.10
取A1502-802=12644.9mm2，则4
0.23MPa
12644.9
取压缩量为25%预压缩量为10%工作行程s=t+1賂2mm
h自由
s
0.25-0.10
二13.3mm取14mm
所以橡胶垫的自由高度为
预压缩量取为h预=2m
2.5.2凸凹模固定板
凸凹模固定板形状与凹模板一致，如图5.3所示，厚度为24mm
2.5.3凸模固定板
凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。
固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。
凸模固定板为圆形，厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，材料为Q235
H凸固定=14mm
2.5.4垫板
冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。
即下列情况下雨加垫板。
P
式中—凸模端面的压应力，其数值为P；
yF
［二y］—模座材料下雨压应力，其数值：
铸铁约为looMPa钢约为200MPap—冲裁力；
F—凸模上端面面积。
垫板的下载与凸模固定板一致，厚度一般取4〜12mm垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度RsK0.32〜0.63。
由于本套模具选用压入式模柄，在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板，
厚度取为8mm
下面校核一下凸凹模与下模座之间是否下雨加垫板。
已知凸凹模下端面直径Dpd=90mm所以
P159272.1
所以；-v25MPa
F6361.7
模座采用铸铁，⑺］=100MPa、二y，所以不用加垫板。
2.5.5卸料板
卸料板同样为圆形板，直径和凹模板一致，如图5.3所示，厚度为10mm卸料
板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。
取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.1〜0.3mm.
卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm螺纹部分为M1CK10mm卸料钉尾部应留有足够的行程空间。
卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
2.5.6模座
根据凹模板的尺寸，模座采用标准的中间导柱圆形模座，材料采用HT200
标记为：
上模座16040GB2855.11—81;
下模座16045GB2855.12—81。
2.6压力机的确定
模具的闭合高度为
H闭=H上模+H垫+L+H+H下模—h2=（40+8+14+35+46+45-2mm=186mm式中L凸模长度，L=49mm
H凹模厚度，H=35mm
h2――凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm
选择压力机JC23-35
公称压力350KN
最大闭合高度280mm
最小闭合高度220mm
所以Hmax一5.H模Hmin70
压力机工作台尺寸380610，一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸
50〜70mm
所以压力机合格，可用
第3章零件建模装配体及工程图
3.2零件建模
通过前面的设计可知，该套模具共包含28种零件，其中6种标准可从软件的零件库中调用，剩余的22种则要有设计者之间设计。
在CATIA中，可以通过多种方式将曲面转换为实体，下面为两种典型的零件的画法。
（1）凹模板
操作步骤为：
1.在草绘平面内作凹模板外形、刃口和销孔；2.用拉伸命令将平面拉伸为实体；3.用异性孔向导命令端面上相应的位置作出螺纹孔；4.用环形阵列命令作出另外两个螺纹孔；4.用拉伸切除命令作出大孔。
（2）凸凹模
操作步骤为：
1.用旋转命令作出凸凹模的外形；2.用拉伸切除命令分别在上下端面作出冲孔孔和漏料孔；3.用拉伸切除命令在下端面上作出销孔。
刚才图对于产品设计而言有重要作用，它是传递产品信息的规范。
在3D零件
制作完成以后，需要按照一定的标准绘制2D展开。
在CATIA中，可以直接由实体生成二维的投影图，然后再对二维图形进行诸如剖视、标注等基本操作，最终完成工程图的绘制
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