落料冲孔复合模具设计Word格式文档下载.docx

落料冲孔复合模具设计Word格式文档下载.docx

《落料冲孔复合模具设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《落料冲孔复合模具设计Word格式文档下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

技术要求，该零件尺寸图上所有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差，属自由尺寸，因此，尺寸精度要求较低。

1工艺分析：

（1）结构；

由图（1—1）可知该制件包括；

冲孔、落料等工序。

从整体上看主要由冲孔、落料完成。

（2）尺寸精度；

该零件尺寸图上所有未标注公差为IT14级确定工件尺寸公差，属自由尺寸，因此，尺寸精度要求较低。

（3）合理性；

由于该制件要求中批量生产，因此可以初步断定采用复合模具设计，可采用，冲孔、落料复合模具，这样模具结构较简单。

（4）材料采用Q235钢

2方案选取

方案一：

采用复合模加工。

复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，适合重量生产。

方案二：

级进模比单工序生产率高，减少了模具和设备数量，便于生产自动化对于孔边距较小的有利，适合大批量生产

方案三：

单冲模结构简单，制造成本低，易于加工和模具的维修，适用于小批量或试制件

比较三个方案，第一由于小孔于边缘距离太近，所以不适合连续冲孔，容易变形。

适合选用级进模，但由于精度要求低，成本上不适合。

第二生产批量上本制件是中批量生产，优先适合于复合模。

所以最后决定用1套复合模落料加冲孔，然后单工序模冲2小孔，完成制件。

二排样设计

在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。

冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。

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。

因此，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。

根据零件实际情况，采用有废料排样法：

如，沿制件的全部外形轮廓冲压，在制件之间与制件与条料侧边之间，都有工艺余料（称搭边）存在。

因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。

排样方式的确定：

排样方式

概念

优缺点与适用范围

有废料

排样

沿零件的全部外形冲压四周有一定的余量

这样排样材料利用率较低，但制件质量和精度均能得到保证，冲模的寿命相应提高，多用于形状复杂制件精度要求较高的制品冲压

少废料

沿制件部分外形冲压，也就是

只能有一个。

这种排样材料利用率较高，具有一次能冲压多个制件和简化模具结构降低冲压力等优点。

但只能保证一个方向的制件精度。

无废料

在整个冲压过程中只有料头料尾和结构废料。

这种排样材料利用率最高但制件的冲压精度差，多用于冲压精度要求不高，且比较贵重的材料冲压。

表1搭边a和a1数值（低碳钢）

材料

厚度t

圆件与r>

2t的圆角

矩形件边长l<

50mm

矩形件边长l>

50mm或圆角r<

2t

工件间a1

侧面a

工件间a1

0.25

1.8

2.0

2.2

2.5

2.8

3.0

1.2

1.5

0.5

1.0

0.8

1.6

3.2

3.5

4.0

4.5

5.0~10

0.6t

0.7t

0.8t

0.9t

表4-2各材料搭边系数

系数

中等硬度的钢

硬钢

青铜与硬黄铜

硬铝

0.9

1～1.1

1～1.2

软黄铜

铝

非金属（皮革、硬纸板）

1.3～1.4

1.5～2

查表1得：

两工件间的搭边:

a1=2.2mm

工件边缘搭边：

a=2.5mm

条料宽度B=（D+2a）MM

式中：

B——毛坯宽度的基本尺寸（mm）；

D——毛坯宽度方向零件轮廓的最大尺寸（mm）；

a——侧面搭边，查表1（mm）；

毛坯宽度B=74+2.5*2=79（mm）

步距=32+2.2=34.2mm

三、材料利用率

在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。

不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率，可用下式计算：

η＝Ｆ/Ｆ0×

１００％＝F/ＡＢ×

１００％ 

式中

η——材料利用率；



Ｆ——工件的实际面积；

F0——所用材料面积，包括工件面积与废料面积；

A——送料进距（相邻两个制件对应点的距离）；

B——条料宽度。

材料利用率η＝Ｆ/Ｆ0×

１００％

η=1240.7/2701.8*100%

=45.9%

四、冲裁力与压力中心计算

1、冲裁力

计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。

压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。

普通平刃冲裁模，其冲裁力P一般可按下式计算：

FP＝KptLτ

式中τ——材料抗剪强度

L——冲裁周边总长（mm）；

t——材料厚度（mm）

系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的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σb代替τ，而取Kp＝1的近似计算法计算。

当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。

为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。

从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；

从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推件力。

影响卸料力、推件力的因素很多，要精确地计算是困难的。

在实际生产中常采用经验公式计算：

卸料力F卸=K卸*F落

推件力F推＝nK推*F落

式中P——冲裁力（N）；

K——卸料力系数，其值为0.02～0.06（薄料取大值，厚料取小值）；

K１——推料力系数，其值为0.03～0.07（薄料取大值，厚料取小值）；

K2——顶件力系数，其值为0.04～0.08（薄料取大值，厚料取小值）；

n——梗塞在凹模内的制件或废料数量（n＝h/t）;

h——直刃口部分的高（mm）；

t——材料厚度（mm）。

卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。

落料力F落＝KptLτ=1.3*169.4*3*250=165.2KN

卸料力F卸=0.04*165.2=6.6KN

推件力F推＝nK推*F落=2*0.05*165.2=16.5KN

冲孔力F冲=KptLτ=1.3*56.55*3*250=55.14KN

总冲压力=F落+F卸+F推+F冲=165.2+6.6+16.5+55.14=243.44KN

2、压力中心计算

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。

对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。

否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

冲模的压力中心，可按下述原则来确定：

（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心

工件图如下：

由此工件可知压力中心为模具中心。

五、凸模与凹模刃口尺寸的计算

1、冲裁模刃口尺寸计算的基本原则

冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸与制造精度来保证。

正确确定模具刃口尺寸与其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。

从生产实践中可以发现：



（1）由于凸模、凹模之间存在间隙（冲裁间隙，即指冲裁凸模合凹模刃口之间的距离，也就是凸模工作部分和凹模工作部分之间的尺寸差），使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。



（2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。

（3）冲裁时，凸模、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙越来越大。

由此在决定模具刃口尺寸与其制造公差时需考虑下述原则：



（1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。

故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；

设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。

（2）考虑到冲裁中凸模、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；

设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。

这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。

凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值。

（3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。

如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；

如果对刃口精度要求过低（即制造公差过大），则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。

制件精度与模具制造精度的关系见表2.2.1。

若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；

对于圆形件，一般可按IT7～IT6级制造模具。

冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；

冲孔件下偏差为零，上偏差为正。

2、刃口尺寸的计算方法

由于模具加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为二种情况。

凸模与凹模分别加工计算模具刃口尺寸

采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。

冲裁间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来保证。

要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差（凸模δp、凹模δd），优点是具有互换性，但受到冲裁间隙的限制，它适用于圆形或简单形状的冲压件。

从图2.3.1冲压件与凸模、凹模刃口尺寸与公差的分布状态可以看出，要保证初始间隙值小于最大合理间隙2cmax，必须满足下列条件：

　　　　　　｜δp｜＋｜δd｜≤２cmax－2cmin

　　　也就是说，新制造的模具应该是｜δp｜＋｜δd｜＋２cmin≤2cmax。

否则制造的模具间隙已超过允许变动范围2cmin～2cmax，影响模具的使用寿命。

若｜δp｜＋｜δd｜>

２cmax－2cmin，可取δp＝0.4（2cmax－2cmin），δd＝0.6（2cmax－2cmin）作为模具的凸模、凹模的制造偏差。

常用凹模洞口类型为直筒式刃口凹模。

其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。

广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。

但因废料或制件在洞壁内的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。

一般复合模和上出件的冲裁模用a）、c）型，下出件的用b）或a）型。

d）、e）型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。

但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大（如α＝30o时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm）。

　　凹模锥角α、后角β和洞口高度h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取α＝15′～30′、β＝2°

～３°

、h＝４～10mm。

1．落料：

设工件的尺寸为D０－△，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。

首先确定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2cmin。

凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取负偏差，其计算公式如下：

凹模

凸凹模

凸模偏差取：

上偏差-0.01，下偏差-0.02

凹模偏差取：

上偏差+0.15，下偏差0.1

2.冲孔：

设冲孔尺寸为d＋△0，根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2cmin。

凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。

其计算公式如下：

在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距Ld按下式确定：

Ｄd—落料凹模基本尺寸（mm）；

Ｄp—落料凸模基本尺寸（mm）；

Dmax—落料件最大极限尺寸（mm）；

dd—冲孔凹模基本尺寸（mm）；



dp—冲孔凸模基本尺寸（mm）；

dmin—冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；

Ld—同一工步中凹模孔距基本尺寸（mm）；

Lmin—制件孔距最小极限尺寸（mm）；

△—制件公差（mm）；

2cmin—凸模、凹模最小初始双面间隙（mm）；

δp—凸模下偏差，可按IT6选用（mm）；

δd—凹模上偏差，可按IT7选用（mm）；

x—系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表2.3.1：

当制件公差为IT10以上，取x＝１

当制件公差为IT11～IT13，取x＝0.75

当制件公差为IT14以下时，取x＝0.5。

系数x

材料厚度t（㎜）

非圆形

圆形

1

0.75

工件公差Δ

<

1

1~2

2~4

>

4

≤0.16

≤0.20

≤0.24

≤0.30

0.17~0.35

0.21~0.41

0.25~0.44

0.31~0.59

≥0.36

≥0.42

≥0.50

≥0.60

0.16

0.20

0.24

0.30

≥0.16

≥0.20

≥0.24

≥0.30

冲孔凸模

六.闭合高度

冲模的闭合高度Hm是指模具在最低工作位置时,上模板的上平面与下模板的下平面间的距离。

冲模的闭合高度应与压力机的装模高度相适应。

压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时,滑块底面到工作台垫板之间的距离。

压力机的长度一般是可以调节的,所以装模高度也是可调的。

当连杆调至最短时,压力机的装模高度称最大装模高度Hmax,连杆调至最长时的装模高度称为最小装模高度Hmin

所以H模=上模板厚度+凸模固定板厚度+弹簧压缩长度+卸料板厚度+凹模厚度+下模板厚度+材料厚度2-弹簧在固定板和卸料板间的距离

182mm

七、定位零件的设计

为保证冲裁出外形完整的合格零件。

毛坯在模具中应该有正确的位置。

正确位置是依靠定位零件来保证的。

由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。

设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。

定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。

（一）挡料销

国标中常见的挡料销有三种形式。

固定挡料销活动挡料销和始用挡料销。

固定挡料销安装在凹模上，用来控制条料的进距。

特点是结构简单，制造方便。

由于安装在凹模上，安装孔可造成凹模强度的削弱。

常用的有圆形和钩形挡料销。

活动挡料销常用于倒装复合模中。

始用挡料销用于定位

八、弹簧的选用

弹簧属标准件，在模具中应用最多的是圆柱螺旋压缩弹簧和碟形弹簧。

这里是采用圆柱螺旋压缩弹簧。

选择原则：

1.簧必须满足预压力的要求：

2.装置顶件装置一般是弹性的。

其基本组成有顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器，弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是弹簧或橡胶，这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高。

推件块或顶件块在冲压过程中是在凹模中运动的零件，对它有如下要求：

模具处于闭合状态时，其背后有一定空间，以备修磨和调整的需要；

模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲压；

它与凹模和凸模的配合应保证顺利滑动，不发生互相干涉。

为此，推件块和顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。

推件块和顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合，也可以根据板料厚度取适当间隙。

所选弹簧必须满足预压力要求：

所选弹簧必须满足最大许可压缩量的要求

查有关弹簧规格，选弹簧规格为TM20X9X30

九、模架与成型设备的选用

9.1模架的选用

冲压模具的模架可以选用标准模架也可自制模架，简单的和大型的模具一般采用自制模架，采用标准模架，可缩短生产周期，降低生产成本。

国际模架有两类：

一类是由上模座.下模座.导柱导套组成的导柱模架，另一类是弹压导板下模座导柱导套组成的导板模架。

根据上下模具的性质分为铸铁模架，

与钢板模架。

其特点如下：

导柱模模架根据导套与导柱的摩擦性质可分为，滑动和滚动导向两种，为保证模架的一定精度国际上规定导柱导套的配合精度上模座上平面对下模座下平面的平行度。

导柱轴心线下模座下平面的垂直度。

滑动导向模座根据导柱安装位置不同可以分以下几种，其中对角导柱模架，中间导柱模架，四导柱模架，导向装置都安装在模架的对称线上，传动平稳，导向正确可靠，多用与精度较高的模具。

后侧导柱模架的导向装置在后侧送料比较方便。

滚动导向模架；

其特点是导向精度高运动刚性好使用寿命长。

导板模模架：

作为凸模导向用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构。

凸模与固定板是间隙配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量。

导柱导套应注意导柱导套的配合间隙必须小于冲压间隙

为送料方便：

该模具采用后侧导柱模架。

9.2冲床的选用

根据总冲压力与模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J21-200冲床,并在工作台面上备制垫块。

冲压设备规格的选择

在选择冲压设备的类型后，应经一部根据冲压中所需要的冲压力（包括卸料力、压料力等），变形功以与模具的结构形式和闭合高度，外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。

（1）工称压力

压力机的工称压力，是指压力机滑块下止点前某一特定距离，即压力机的曲柄旋转至离下止点前某一特定角度（称为、公称压力角，约为30度）时，滑块上所容许的最大工作压力，根据曲柄连杆机构的工作原理可知，压力机滑块的压力在全行程中不是常数，而是随曲柄转角的变化而变化的。

因此选用压力机时，不仅要考虑工称压力的大小，而且还要保证完成冲压件加工时的冲压工艺曲线必须在压力机滑块的许用负荷曲线之下。

一般情况下，压力机的工称压力应大于或等于冲压工艺的总工艺力的1.3倍。

在开式压力机上进行精密冲才时，压力机的工称压力应大于冲压总工艺的2倍。

（2）滑块的行程

压力机的滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离，压力机行程的大小应能保证毛胚或半成品的放入一继成型零件的取出。

一般冲裁，精压工序所需的行程较小，弯曲，拉深工序则需要较大的行程。

拉深件所用的压力机。

其行程至少应大于或这等于成品零件高度的2.5倍以上。

其主要工艺参数如下：

型号J21-200

计量单位台

重量15800（kg）

主电机功率18.5（kw）

公称压力2000（kn）

滑块行程180（mm）

行程次数40（次/min）

最大装模高度360（mm）

喉口深度400（mm）

工作台尺寸1200×

780×

140（mm）

滑块底面尺寸700×

500（mm）

模柄孔尺寸φ70×

80（φmm*mm）

十、模具的调试

模具在式冲过程中，常见的问题产生原因与调整方法如下：

1.送料不通畅或被卡死：

其原因是导料销之间尺寸过小或凸模与卸料板之间间隙过大使得搭边翻钮。

调整方法有：

修整或重装导料板根据情况采取措施减小凸模与导料板之间的距离。

2.卸料不正常或退不下料，其原因有装配不正常导致卸料装置不能动作，弹簧的弹力不足，卸料板行程不足，调整方法：

修整卸料板或重新装配，更换弹簧，加深卸料螺钉的沉孔深度。

3.制件的毛刺较大，其原因是刃口不锋利或翠火硬度低，凸凹模间隙过大或间隙不均，调整方法有修模工作部分的刃口，重新调整凸凹模间隙使其均匀。

4.凸凹模刃口相碰，其原因可能是上下模座固定板凹模垫板安装面不平行，凸凹模错位凸模导柱等零件安装不