底板连接板冲压工艺和模具设计

合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文目 录中文摘要 1英文摘要 21 绪论 32 毛坯计算和确定工艺方案 42.1 工艺性分析 .42.2 毛坯展开尺寸的计算 .62.3 确定基本工序与合并方案 73 第一工步落料冲孔复合模具设计 93.1 排样图的设计及材料利用率的计算 93.1.1 确定排样、条料尺寸方案 93.1.2 材料利用率计算 103.2 计算冲裁压力及选用压力机 .113.2.1 冲裁工艺力的计算 113.2.1.1 冲裁力计算 .113.2.1.2 卸料力的计算 .123.2.1.3 推件力的计算 .123.2.1 压力机的选择 123.3 模具工作部分尺寸计算和公差的确定 .133.3.1 落料模 133.3.1.1 落料模尺寸的确定 133.3.1.2 落料凹模外形尺寸 .143.3.1.3 落料凸模具体尺寸 .153.3.1.4 落料凸凹模具强度的校核 .163.3.2 冲孔模 163.3.2.1 冲孔模尺寸的确定 163.3.2.2 冲孔凸模具体尺寸 .173.3.2.3 冲孔凹模具体尺寸 .173.4 复合模具整体的设计及结构件的选择 .183.4.1 复合模具结构形式选择 183.4.2 模具结构件的选择 193.4.2.1 模架的确定 .193.4.2.2 模架结构形式的合理性分析 203.4.3 模柄的设计 203.4.4 导向装置（导柱和导套）的设计 203.4.5 卸料装置的设计 203.4.5.1 卸料板结构的设计 .20合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文3.4.5.2 弹簧的设计 .213.4.5.3 卸料镙栓的设计 .223.4.5 推件、顶件装置的设计 233.4.5.1 打杆的选择 .233.4.5.2 推板的设计 .233.4.5.3 顶板的设计 .233.4.6 定位装置的设计 243.4.6.1 挡料销的设计 .243.4.6.2 导料销的设计 .243.4.6.3 上模固定板的设计 .243.4.6.4 垫板的设计 .243.4.7 固定零件（螺栓、销）尺寸的确定 25小 结 26致 谢 27参考文献 28附 录 29合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文插 图图 1-1 工件 CAD 图 .3图 1-2 工件三维造型 4图 2-1 弯曲件展开类型分类 6图 2-2 工件展开图 7图 2-3 工件展开图三维造型 7图 3-1 落料冲孔模 CAD 总装图 9图 3-2 落料冲孔模三维造型 9图 3-3 排样图 10图 3-4 凹模三维造型图 15图 3-5 凸凹模三维造型 15图 3-6 冲孔凸模三维造型 .17图 3-7 模架 cad 简图 .19图 3-8 模架三维造型 19图 3-9 卸料板 cad 图 .21图 3-10 卸料板三维造型 21图 3-11 蝶形弹簧 cad 图 .22图 3-12 蝶形弹簧三维造型 22图 3-13 卸料螺钉三维造型 22图 3-14 打杆三维造型 23图 3-15 推板 cad 图 .23图 3-17 顶板 cad 图 .23图 3-19 挡料销三维造型 24图 3-20 上模固定板三维造型 24图 3-21 垫板 cad 图 .25合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文表 格表 3.1 压力机参数 13表 3.2 平冲压件公差尺寸公差 13表 3.3 倒、顺装复合模比较 18表 3.4 模架规格 19表 3.5 主要结构件的厚度 20合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文1底板连接板冲压工艺和模具设计摘 要：毕业设计的主要内容是底板连接板生产所需的工艺设计、模具设计。底板连接板在冲压过程中所涉及到的主要工艺有冲孔和弯曲，在进行工艺设计之前，先根据产品的图纸，分析冲压件的结构形状、尺寸精度和材料性能，提出各种可能成形的工艺方案。通过分析、计算，论述各方案的工艺特点和经济效益,确定较好的工艺方案，进而确定生产工序及其所需的各种设备，然后进行模具设计。工件的成形共需要五副模具：1.落料冲孔复合模具 2.槽边弯曲冲孔复合模具 3.槽边弯曲翻边孔复合模具 4.侧边弯曲模具 5.成型弯曲模具。针对这一套落料冲孔复合模和第五套弯曲模，我设计并绘制了它们的总装 CAD 图、零件 CAD 图、立体图。由于冲孔尺寸很小和弯曲过程中会出现回弹及表面擦伤等生产问题，对此我采取了一些有效的预防措施，来克服冲压过程中出现缺陷。关键词：落料；冲孔；弯曲；回弹合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文2Abstract:The main content of the essay is technological design and mould design what link floor production requires. The main process in the stamping process of link floor are Punching and bending.We must Analysis the structure of the shape, size, accuracy and performance materials according to the drawings productsbefore the design process,so we can made Various possible processes for forming. Through analysis, calculated on the programme of technological features and economic benefits, better determine the technology programme, production processes and thereby determine the necessary equipment and then proceed to mold design. Forming part of the total needs of five die: 1. Blanking of punching die 2. Groove edge of bending punching die 3. Flanging-bending groove edge of mold 4. Bending the side Die 5. Molding bending die. This set off for punching composite materials-and Di Wutao bending die, I designed and drew a map of their CAD assembly, parts CAD map, three-dimensional map. As small size and punching the process of bending will rebound and surface scratches, and other production problems, I have taken some effective preventive measures to overcome the press works in the emerging defective.Key words: blanking ; piercing ; bending ; spring back合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文31 绪论模具是工业生产的基础工艺装备，因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用。模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业” ，美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石” ，在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号，而欧盟一些国家称“模具就是黄金” ，中国模具权威经理称为“模具是印钞机” ，可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的地位。目前，我国加入 WTO 之后，在当代工业的迅速发展下，各行业产品的品种和数量不断增加，换型加快，对产品质量、样式和外观也不断提出新要求，使模具需求增加，对模具质量要求也越来越高，模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代和产品竞争能力。因此，迅速提高模具技术水平已成为当务之急。当代模具的设计与制造广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） ，设计过程程序化和自动化，使用程序、模具拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。我设计的课题是底板连接板成形模设计，工件如下图：图 1-1 工件 CAD 图合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文4图 1-2 工件三维造型这个课题零件是 XX 厂的实际生产零件，实用性较强。在制造过程中用到了冲孔、弯曲、翻边、冲凸起等成形工艺。在冲孔工艺中，由于孔的孔径较小，所以在设计过程中对冲孔凸模进行了改进。弯曲时由于弯曲半径为 0.2mm，所以采用的是校正弯曲。冲压件材料是 SECC，其力学性能非常适合冲压。2 毛坯计算和确定工艺方案2.1 工艺性分析（1）冲孔（槽）尺寸大小工艺分析冲孔的最小尺寸与孔的形状、板材力学性能和厚度有关，因受凸模强度的限制，冲孔的尺寸不能过小。结合 SECC 材料的力学性能，在用一般冲模冲孔时冲的直径应该大于材料的厚度即： 1。在此课程设计中用的板料厚度 t=2mm，td冲孔孔径 d 分别为 3.5mm、 4.5mm、 5mm、 5.4mm，四个孔的大小都适合冲压，但是由于冲孔冲头很细很长，冲头的刚度可能不够，在设计过程中我对冲孔凸模进行了一定的改进。冲槽时候，槽的宽度 b 不小于 0.9 倍的板料厚度即： 1。在此课程设tb9.0计的工件中最小的槽的宽度是 2mm，大于 0.9 倍的料厚，也是可以冲压的，但是鉴于冲头的长度很长，在设计过程中我也对冲槽凸模进行了一些改进，增强了冲合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文5头的刚度，使模具的寿命更长。（2）孔（槽）间距的工艺分析冲压时候，孔与孔之间或者孔与边缘之间的距离 a，受模具的强度和冲裁件质量的限制，其值不能过小，宜取 ，但不得小于 34mm。必要时可取ta2（当 t1mm 时，按 t=1mm）但模具寿命会因此降低或结构复杂程度ta)5.1(增加 1。在此课程设计的工件中，最小的孔边距是 3.14mm，已经很接近允许冲孔间距最小值，理论上必须采取一些措施：1.减小冲裁力，减小冲裁力的方法有斜刃冲裁和阶梯冲裁。2.增加压边力。但是这几种方法都会增加模具的制造成本和模具的复杂度，不利于模具的制造，而且在实际生产中已经证明，普通的冲孔模具能够满足这样的孔边距的冲裁，所以在工艺设计中我省去了这方面的改进，以使得模具设计和制造简单，成本低廉。（3）孔（槽）壁的要求在弯曲件上冲孔时，其孔壁与工件直壁的最小距离应不小于 1（R 为t5.0弯曲件冲孔处的圆角，t 为料厚） 。若距离过小，孔边进入工件底部的圆角部分，冲孔时候会使凸模受水平推力而折断，影响冲孔质量和模具寿命。在此课程设计中，因为有的槽就在折边上，为了避免上面所说到的缺陷产生，在工艺设计中，把冲孔工序安排在了弯曲之前，从而避免了上面所说到的冲孔限制。（4）工件弯曲时弯曲半径的工艺分析如果弯曲半径过小，弯曲时板料外层拉伸变形量过大，使得拉应力达到或超过抗拉强度，则板料外层将出现断裂，致使工件报废。因此板料弯曲存在一个最小圆角半径允许值。理论上弯曲半径的最大值是没有限制的，但是也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角度和圆角半径的精度都不易达到要求。在此毕业设计工件中，弯曲半径均为 0.2mm，这个半径已经小于了材料的最小弯曲半径，所以必须在弯曲工艺上进行改进。例如预先开槽或压槽的方法，使弯曲部位的板料边薄，能防止弯曲部位开裂。（5）工件弯曲时其它工艺分析弯曲线不应该位于两件宽度突变处，以避免撕裂。在此毕业设计中，有许多弯曲都在工件宽度突变处，对此在工艺设计时在这种翻边处都事先冲好工艺槽，从而避免工件的撕裂。合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文6在进行直角弯曲时，如果弯边高度过小，弯边在模具上支撑的长度过小，不容易形成足够的弯矩，将产生不规则变形，很难得到形状准确的零件。为了避免这种情况，应使弯边高度 1。在此毕业设计工件中有一个弯边高度为tH5.24mm，不满足前面的公式，理论上不能完成折边，但是在实际生产中证明这个高度的折边是可行的。（6）在此工件的凸起特征上要有一个圆孔，由于冲凸起时金属的流动会使得孔的形状和孔之间距离发生不规则变化，导致安装定位不准确，所以在工艺设计中把这个冲孔工艺发在冲凸起之后，或者同时完成。2.2 毛坯展开尺寸的计算工件厚度 t=2mm，该工件的折弯角均为 r=0.2mm，工件的各边尺寸如图 1-1。此工件的弯曲角小于 0.5 倍的料厚，这类弯曲零件的毛坯尺寸是根据弯曲前后材料体积不变的原则，并考虑在弯曲处材料有变薄现象进行计算的，由文献3表 3.18 可得公式如下：图 2-1 弯曲件展开类型分类弯曲一个角零件展开长度： （2-1）tL4.021一次同时弯曲两个角零件展开长度： （2-2）tL6.03一次同时弯曲两个角，第二次弯曲另一个角，两件展开长度：（2-3）tL321根据上面的公式，各部分的边长计算如下：侧边弯曲自上而下展开尺寸：L1=6 2+205+0.6 2=218.2L2=6 2+209.4+0.6 2=222.6合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文7L3=15 2+205+0.6 2=236.2横向弯边展开尺寸：L=58+18+62+4+2=144槽边弯边展开尺寸：L1=0.5+4.5+0.4 2=5.8L2=0.5+10+0.4 2=11.3各边加减计算误差后的展开工件图如下：图 2-2 工件展开图图 2-3 工件展开图三维造型2.3 确定基本工序与合并方案对于底板连接板，包括以下基本工序：落料，冲直径 d 分别为3.5mm、 4.5mm、 5mm、 5.4mm 的孔，冲槽孔，冲翻边孔，冲两个凸起，L 弯曲，U 形弯曲，Z 形弯曲。根据这些基本工序，可拟出如下三种方案：方案一： 落料+冲径为 3.5mm、4.5mm、5mm、5.4mm 的孔+冲所有槽孔合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文8 压侧包+弯两个向下的槽边+冲包底直径 5mm 的孔+螺纹孔翻边 弯四个向上的槽边+压带孔包 U 形弯曲+L 形弯曲 Z 形弯曲方案二： 落料+冲孔径为 3.5mm、4.5mm、5mm 、5.4mm 的孔+冲所有槽孔 弯四个向上的槽边+压带孔包 压侧包+弯两个向下的槽边+冲包底直径 5mm 的孔+螺纹孔翻边 U 形弯曲+L 形弯曲 Z 形弯曲方案三：此方案为一料两件 落料+冲孔径为 3.5mm、4.5mm、5mm、5.4mm 的孔+冲所有槽孔 弯两个向下的槽边+压带孔包+压侧包+螺纹孔翻边 U 形弯曲侧边+弯四个向上的槽边+冲包底直径 5mm 的孔 U 形弯曲横向中部边 U 形弯曲横向中部边 切断 翻横向边分析比较上述三种方案，可以看到：在方案三中，横向和纵向的结构是完全对称的，压力中心正好是工件的几何中心，加工零件的质量好，模具寿命长。但是由于工件大，所需要的模具刃口大，整个模具笨重，加工复杂，浪费材料，而且所需的冲压力增加了一倍，对压力机的吨位要求更高。在方案一和二中，虽然该工件不对称，但在多工序一次冲压成形过程中，冲压机的中心与模具的中心基本重合，这样就可以避开了偏心问题，从而也避免了因偏心引起的各种问题。该套模具工序比较集中，生产效率高，占用设备及人员数量少。模具小巧简洁，方便搬运。底板连接板对外形的尺寸精度和表面质量没有特别的要求，并且年生产量比较大。从经济和实际生产的情况来分析，应该选择方案一或者二的设计方法。从方案一和二的对比中可以看到只有压包上的冲孔工序顺序不同，两者权衡合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文9下，方案二更好一些。由于冲压包时金属的流动会使事先冲好的孔大小和位置发生不规则变化，影响了零件的质量和定位。所以最终确定选用方案二为最终方案。3 第一工步落料冲孔复合模具设计第一副模具采取落料与冲孔工序复合模，其总装图和立体图如下：1 卸料弹簧调节螺母 2 弹簧调节板 3 卸料弹簧 4 内六角螺钉 5 凸凹模 6 定位销钉 7 定位销钉 8 内六角螺钉 9 内六角螺钉 10 导柱 11 下模座 12 凸模固定板 13 卸料板 14 导料销 15 落料凹模 16 导套 17 冲孔凸模固定板 18 上模座 19 垫板 20 内六角螺钉 21 定位销钉 22 冲孔凸模 23 顶杆 24 模柄 25 防转螺钉 26 定位螺钉 27 推板 28 推件块图 3-1 落料冲孔模 CAD 总装图合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文10图 3-2 落料冲孔模三维造型3.1 排样图的设计及材料利用率的计算3.1.1 确定排样、条料尺寸方案排样是指冲裁件在板料、条料或带料上的布置方式。排样的意义就在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件。排样分为有搭边、少搭边、无搭边三种，按工件的外形特征又可分为直排、斜排、混合排等形式。板料排样还要注意到板料的轧制方向等因素。此工件落料件形状简单，形状近似矩形，所以此工件排样采用的是直排式。搭边是指在条料冲裁时，工件之间以及工件与条料侧边之间的余料。搭边的作用是：补偿送料误差，以保证冲出合格零件；保持条料刚度以利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但是搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。为了使作用在毛坯侧面上的应力沿被冲件周长均匀分布，必须使搭边的最小宽度大于塑变区的宽度，而塑变区宽度与材料性质和厚度有关，一般约等于 0.5t，搭边的最小宽度的最大值约等于毛坯的厚度。若搭边值小于材料厚度，在冲裁中还可能被拉入模具间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口，降低模具寿命。总的来说搭边值是通过经验来确定的，通过文献1中表 2.25 的经验数值，结合材料的形状和力学性能确定工件与工件之间的搭边值为 3.4mm，工件与条料侧边之间的搭边值是 3.5mm，进距为 148mm，搭边示意图如下：合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文11图 3-3 排样图这种搭边值在实际生产中也是证明可行的。3.1.2 材料利用率计算条料长度选 L=2000mm，由文献2可得计算材料利用率的公式：（3-1）%10bLnF工件面积 : =144.6 237 34270 mm 2 （3-2）lbF可用工件的个数: = 2000/(144.6+3.4) 13 （3-3）)(1an= 1334270 / （2442000） 100% 91.3 %3.2 计算冲裁压力及选用压力机3.2.1 冲裁工艺力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算3.2.1.1 冲裁力计算 由文献1公式 2.7 可得到一般平刃口模具冲裁时冲裁力 P0的计算公式，即1 （3-4）LtAP0式中 A剪切断面面积，mm 2；t材料厚度，mmL冲裁周长，mm合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文12材料的抗剪强度， MPa 。也可以按文献1式 2.8 计算，即（3-5）bLtfP10式中 f 1系数，取决于材料的屈强比，一般取 0.6-0.9；L冲裁内外周边的总长，mm；t材料厚度，mmb材料的抗拉强度，MPa我在设计工程中采用的是第二个公式进行计算的。材料的抗拉强度 b=300400 MPa， 取抗拉强度为 355 MPa 屈服强度 s= 250320 MPa， 取屈服强度为 320 MPa 屈强比 = 0.9b3520取 f1=0.9冲压件厚度 t=2mm落料周边长度 L1=(57+7.1+9.3 2+12+4.5 2+16.1 2+66) 2+204+218=825.8孔（槽）边长 L1=（4.5+5.4+5+3.5）+（10 2+11 2+5.8 2）+（20 2+112+9 2）+（13 2+18+3+11.3+12+5.8+6+3.5+9）+（19 2+3.1 2+2 2+19 2）=374.2落料力 F 1=0.9 825.8 2 355=528 KN冲孔（槽）力 F 2=0.9 374.2 2 355=240 KN总的冲裁力 P0=528+240=768 KN为了安全要实际冲裁力要加上一个安全系数 1.3实际冲裁力 P0=768 1.3=998 KN3.2.1.2 卸料力的计算卸料力 （文献1公式 2.10） （3-6）01K式中 P 0冲裁力，N；P1卸料力，N；K1推出系数，见文献 1中表 2.32这里取推出系数为 K1=0.15P1=0.15 998=150 KN合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文133.2.1.3 推件力的计算推件力 P2 = nK2 P0 （文献1公式 2.11） （3-7）式中 P 0冲裁力，N；P2推件力，N；n同时卡在凹模中的工件（或废料）数目， ，h 为凹模腔口tn高度，mm，t 为材料厚度K2推出系数，见文献 1中表 2.32这里取推出系数为 K2=0.05P2=0.05 1 998=50 KN 3.2.1 压力机的选择总的冲裁力 F=P0+P1+P2=998+150+50=1198 KN由1表 13.9 取公称压力 F = 1600 KN 的开式压力机，其压力就足够了。拟选用型号为 JA1600A 的开式双柱可倾压力机,该压力机技术参数如表 3.1：表 3.1 压力机参数型号 公称压力 （KN）滑块行程（mm）滑块行程次数（min -1）最大闭合高度（mm）闭合高度调节量（mm）滑块中心线至床身距离（mm）立柱距离（mm）JA1600A 1600 160 40 450 130 380 530工作台尺寸（mm）工作台孔尺寸（mm）垫板尺寸（mm）模柄尺寸（mm）滑块底面尺寸（mm）床身最大可倾角（）前后 左右前后左右直径厚度直径 直径深度前后左右710 1120 300 530 400 100 70 80 360 400 253.3 模具工作部分尺寸计算和公差的确定3.3.1 落料模 合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文143.3.1.1 落料模尺寸的确定 设计落料模具时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸来获得。工件的公差等级如下表：表 3.2 平冲压件公差尺寸公差平冲压件公差尺寸基本尺寸 公差等级大于 至 FT5 FT6- 10 0.06 0.1010 50 0.20 0.2850 200 0.26 0.36200 0.15% 0.25%由于此工件是应用在电机上的，所以公差等级采用的电机行业中的公差等级，换算成国家标准公差大约是 IT7 级由于毛坯形状复杂，凸模和凹模可采用配合加工。这种方法有利于获取最小合理间隙，放宽对模具加工设备的精度要求，对于冲制复杂形状零件的冲模，对数工厂均采用配合加工法加工凸模和凹模。由于凹模磨损，尺寸会变化，增大尺寸记为 A 类，减小尺寸记为 B 类，不变尺寸记为 C 类。凹模刃口尺寸（3-8）dxAd0)(（3-9）B（文献1公式 2-52-9） （3-10）ddC)(式中 Ad、B d、C d落料凹模刃口三类尺寸，mm；A、B、C 冲压件三类尺寸， mm；冲压件公差，mm；凹模的制造公差，mm；d磨损系数；x当标注 、 时 ；当标注 时 ；d4dd8凸模刃口尺寸：按凹模尺寸配制，保证单面间隙为 Zmin/2-Zmax/23.3.1.2 落料凹模外形尺寸 合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文15工件公差等级是 IT7 级， =1x由上面凹模刃口尺寸公式可以计算出凹模刃口各个尺寸。凹模外形尺寸可以用下述经验公式确定：凹模高度 H=KB （3-11）凹模壁厚 C=(1.5-2)H （3-12）式中 B凹模孔的最大宽度，mm，但不能小于 15mm；C凹模壁厚，mm，指刃口至凹模外形边缘的距离；K系数，见文献 1中表 2.41。取 K=0.15凹模最大宽度 B=218 mm 凹模高度 H=0.15 218=32.7 mm凹模壁厚 C=2 32.7=65.4 mm考虑到实际运用中修模量等因素，将凹模外形尺寸圆整化如下：凹模高度 H=35mm；凹模最小壁厚 B=50mm。凹模具体尺寸见手绘图。UG 图如下：图 3-4 凹模三维造型图3.3.1.3 落料凸模具体尺寸 由文献 2表 2-23 知： =0.126=0.180落料凸模尺寸保证凸凹模间隙配做。由于凸模的外形复杂，要用线切割方法加工，所以不能加工出凸颈用来固定合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文16凸模，所以凸模的固定方式适用螺钉固定。凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，凸模的长度： 5.0321hL式中 L凸模的长度，mm；h1卸料板的厚度，mm；h2卸料弹簧自由高度，mm；h3凸模固定板厚度，mm。凸模的长度 L=18+25+20-0.5=62.5mm 。凸模具体尺寸见手绘图。ug 图如下：图 3-5 凸凹模三维造型3.3.1.4 落料凸凹模具强度的校核凹模强度校核：（文献1表 2.50） （3-13）5.12wwHP式中 弯曲应力计算值，N；w许用弯曲应力，MPa， =（300-500）MPa ； wP冲压力，N ；H凹模厚度，mm。=1.5 528000/502=316.8 MPaww凹模强度足够。凸模强度校核：由于凸模断面大而且也不是很长，所以不必给该凸凹模进行弯曲应力校核。3.3.2 冲孔模合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文173.3.2.1 冲孔模尺寸的确定 设计冲孔模具时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸来获得。工件的公差等级如表 3.2。由于此工件是应用在电机上的，所以公差等级采用的电机行业中的公差等级，换算成国家标准公差大约是 IT7 级凸模凹模采用分开方式加工。由于凸模磨损，尺寸会变化，增大尺寸记为 A 类，减小尺寸记为 B 类，不变尺寸记为 C 类。凸模刃口尺寸（3-14）pxAp0)(（3-15）B（文献1公式 2-102-14） （3-16）ppxC)(式中 Ap、B p、C p落料凸模刃口三类尺寸，mm；A、B、C 冲压件三类尺寸， mm；冲压件公差，mm；凸模的制造公差，mm；p磨损系数；x当标注 、 时 ；当标注 时 ；p4pp8冲孔凹模刃口尺寸：按凸模尺寸配制，保证单面间隙为 Zmin/2-Zmax/23.3.2.2 冲孔凸模具体尺寸 工件公差等级是 IT7 级， =1x由上面凸模刃口尺寸公式可以计算出凸模刃口各个尺寸。凸模外形尺寸：由于凸模刃口尺寸比较小，凸模的长度比较长，模具刚度不够，所以必须对凸模结构进行改进。冲孔凸模靠加粗凸模非工作部分尺寸来增强凸模的强度。冲槽模靠把模具的非工作部分做成实心的来增强模具的刚度，已达到模具刚度要求，增加模具的寿命。考虑到实际运用中修模量等因素，凸模工作部分的尺寸长度为 6mm （冲裁料的厚度是 2mm） 。凸模的长度根据下面公式计算：合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文185.021hL式中 L凸模的长度，mm；h1冲孔凸模固定板的厚度，mm；h2落料凹模的厚度，mm。凸模的长度 L=20+35-0.5=54.5mm 。凸模具体尺寸见手绘图。UG 图如下：图 3-6 冲孔凸模三维造型3.3.2.3 冲孔凹模具体尺寸 由文献2中表 2-23 知： =0.126 =0.180 冲孔凹模尺寸保证凸凹模间隙配做。冲孔凹模是在落料凸模上的，为了使得冲孔过程中落料顺利，比且考虑到模具的修模量，在工艺设计过程中定凹模刃口高度为 6mm，凹模刃口下面漏料部分形状适当简化并且向外扩 1mm。冲孔凹模和落料凸模是一个凸凹复合模具。凸凹模的具体尺寸和 ug 造型图见图 3-5。3.4 复合模具整体的设计及结构件的选择3.4.1 复合模具结构形式选择落料冲孔复合模一般分为倒装复合模和顺装复合模两类：下表是倒、顺装复合模比较。表 3.3 倒、顺装复合模比较合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文19比较项目 倒装复合模 顺装复合模凸模 在上模部分 在下模部分凹模 在上模部分 在下模部分工作零部件装配位置凸凹模 在下模部分 在上模部分出件方式采用顶板、顶杆自上模（凹模）内撞出，下落到模具工作面上。采用弹顶器自下模（凹模）内顶出至模具工作表面上。冲裁件的平整度 较差 较好废料排除废料在凸凹模中积累到一定程度后，便从下模部分的漏料孔或排出槽排出。废料不能在凸凹模中积聚。压力机在回程的时，废料即从凸凹模中排出。凸凹模的强度和寿命凸凹模承受的涨力比较大，凸凹模的最小壁厚应严格控制。受力情况比倒装复合模好，但凸凹模的内尺寸易磨损增大。生产操作废料自漏料孔中排出，有利于清理模具工作面，生产操作安全。废料自上而下击落，和工作一起汇集于模具工作面上，对生产操作不利。根据表 3.1 的对比可以看出，由于本次零件的板厚度较大，且表面质量要求不是很高，为了提高生产效率及操作安全性，也便于漏料，该套复合模具应该选择倒装式。3.4.2 模具结构件的选择3.4.2.1 模架的确定从工作受力变形特点、工件定位、出件方式、材料送进方向、导柱受力状态、操作是否方便等方面来看，模架的结构宜采用滑动导向模架结构型式。此工件的周长较大导致凹模刃口较大，但是所需要的冲裁力并不是很大，要是选用便准模架，模架的厚度和长宽势必很大，整个模具显得非常笨重。所以在设计过程中我选择了自制模架，优点是结构简单小巧，而且价格低廉。其大致结构如下图：合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文20图 3-7 模架 cad 简图图 3-8 模架三维造型模架为中间导向形式，闭合高度为 215mm-250mm。下面表 3.4 是上下模座的外形尺寸，mm。表 3.4 模架规格 单位 mmL B HMAX HMIN 522 305 250 215 45 553.4.2.2 模架结构形式的合理性分析根据图 31 落料冲孔复合模从上到下的顺序罗列主要结构件的厚度(后面会分别给出这些结构件厚度的来源)如表 3.5 表示：单位 mm表 3.5 主要结构件的厚度 单位 mm上模座 垫板 冲孔凸模固定板 凹模 凸凹模 下模座45 8 20 35 62.5 55由表 3.5 可以得出模具的闭合高度如下=下模座厚+上模座厚+凸凹模高+凹模高-（凹模与凸模的刃口高度差 闭 合H+t）垫板厚冲孔凸模固定板厚 代入数值 55+45+62.5+35-（0+2）820 = 228.5mm闭 合合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文21根据设备负荷情况，拟选用 1600KN 的压力机。该压力机的最大闭合高度为450mm,最小闭合高度为 320mm，在安装模架时要使用垫块。模具闭合高度满足 245= =225,故认为是合适的。55minmaxhHh闭 合3.4.3 模柄的设计根据所选压力机上模柄孔径尺寸为 7080，选用旋入式模柄，模柄属标准件，由文献1 表 15.19 选 JB/T7646.2 来确定它的尺寸，其规格为 A60，需要加模柄套。3.4.4 导向装置（导柱和导套）的设计由于标准模架可以直接选定导柱和导套的规格。导柱：配合模座选用 A 型导柱（GB2861.5-81）A40200导套：配合模座选用 A 型导套（GB2861.5-81）A4011543由文献1表 15.21 查得，导套的外径为 。53.4.5 卸料装置的设计卸料板的主要作用是把材料从凸凹模上卸下，有时也可以作压料板用以防止材料变形并能帮助送料导向和保护凸模等。3.4.5.1 卸料板结构的设计本次选用的弹性卸料板，借助卸料弹簧来起到卸料和压边的双重作用。卸料板的结构平面图和三维图如下：图 3-9 卸料板 cad 图合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文22图 3-10 卸料板三维造型3.4.5.2 弹簧的设计卸料力前面已经计算出来 F=50000N。根据文献 2中蝶形弹簧选择原则计算如下：拟用 8 个蝶形弹簧，每组弹簧承受负荷：P=50000/8=6250N从文献2中表 1-17 中选用 8 号弹簧：D=40mm d=25mm t=2.5mm fm=0.8 h0=2.5在最大允许应变量 0.65fm 时，P=9800N。计算每组弹簧片数：（3-17）5.780.3f5.0m工 作Fn取 n=8总压缩量：mm （3-18）16.480650mnfF总弹簧的自由高度：mm （3-19）.23.0hH自弹簧预压缩量：（3-20）28.19608152.150 ）（）（预 mnfF预压缩后弹簧的高度：mm.8.426预H弹簧结构如下图：合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文23图 3-11 蝶形弹簧 cad 图图 3-12 蝶形弹簧三维造型3.4.5.3 卸料镙栓的设计A:上模座卸料螺栓沉孔深度 2h2h 卸料板工作行程+螺栓头高 则 6.5+12=18.5mm还应留有 2.2mm 的安全空隙，凸凹模修磨量 62.2，需加深卸料螺栓沉孔深度，取 2h= 45mm。B: 卸料螺栓长度 1l根据实际情况查文献9表 6-22 选用 mm。651l图 3-13 卸料螺钉三维造型3.4.5 推件、顶件装置的设计倒装时，要利用刚性或弹性推件装置推出工件。推件装置在上模内，通过冲床滑块内的打料机构来完成推件工作。3.4.5.1 打杆的选择合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文24打杆长度 2l： 模柄总长 + 上模座厚 推件快厚 模柄压入深度。则 100 + 45 5 - 27 = 113 选用 A 型带肩推杆，为标准件，查文献1表 15.42，取 12mm， 2l = 120 mm。图 3-14 打杆三维造型3.4.5.2 推板的设计推板的结构如下图图 3-15 推板 cad 图 图 3-16 推板三维造型3.4.5.3 顶板的设计顶板的结构图如下图：图 3-17 顶板 cad 图 图 3-18 顶板三维造型3.4.6 定位装置的设计为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文25工序，必须采用各种形式的定位装置。以下给出是是本套模具中各个位置所使用到的固定装置：3.4.6.1 挡料销的设计为了方便定位作用，本套模具采用的挡料销为固定挡料销。固定挡料销为标准件，查文献1表 15.49 取其尺寸：A10 JB/T 7649.10 图 3-19 挡料销三维造型3.4.6.2 导料销的设计控制送料方向一般要用两个导料销，尺寸和挡料销的设置一样。3.4.6.3 上模固定板的设计上模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。此上模固定板主要用来固定冲孔凸模。同时也能起到给顶杆的导向作用。由于凸模的尺寸和外形，凸模固定板厚度取 20mm。其结构如下图：图 3-20 上模固定板三维造型3.4.6.4 垫板的设计垫板的结构如下图：合肥工业大学 2008 届材料科学与工程学院毕业设计论文26图 3-21 垫板 cad 图 图 3-22 垫板三维造型3.4.7 固定零件（螺栓、销）尺寸的确定 根据前面确定的模具部件，上模座上有复合模用内六角头螺栓 4 个，销 2 个；下模座上有落料凸凹模用内六角头螺栓 4 个；卸料螺栓 6 个。一般情况下螺栓和销钉是不需要来校正的，只要根据模具的形状来确定螺栓，销钉的长度，以及所开沉孔的深度就可以了。以下由文献9表 6-22 给出是一些详细的设置：A. 上模座固定螺栓和销 根据复合模总体尺寸，其内六角头螺栓选用 4 个M1070（螺纹长 40mm） ，销用 2 个 1090，上模座为内六角头螺栓开沉孔深35mm。B. 凸凹模固定螺栓 根据凸凹模总体尺寸，其螺栓选用 4 个 M1260（螺纹长 50mm） ，下模座开沉孔深 40mm，用两个 1280 的销钉定位。