方形垫片冲孔模设计.pdf

1. 加工零件的工艺性分析 工件名称：方形垫片（平直度较高） ； 工件简图：如图 1­1 所示； 生产批量：大批量； 材料：Q235­A； 材料厚度：1mm 1．1 材料 由图 1­1 分析知：Q235­A 号钢，强度、硬度很高，塑性好，抗失稳起皱能力强， 表面质量良好冲压性能良好，综合分析适合冲裁加工 1．2 工艺性 工件的公差等级不高， 端面粗糙度没有特别要求， 当冲裁厚度小于 2mm 的金属板 料时粗糙度可达 Ra­12.5~3.2，工件结构相对简单、规则，没有过长的突出悬臂和过窄 的凹槽，孔径大小为Φ5mm，孔心距和孔边距合适，为节约成本，采用手工送料的的 方式，所以满足冲裁要求 1．3 尺寸精度 由零件所标注的尺寸中可以看见，孔的尺寸精度为 IT12，其余全部是自由公差， 可以看作 IT14级， 尺寸精度较低， 普通冲裁完全能满足要求 外型尺寸是分别是160mm 和 130mm 故是小型零件图样中精度及断面质量均没有特别的要求查《冲压与模具 设计》标准公差表（3­6） ，各尺寸公差为： 160+0.5 mm 130+0.3mm断面质量按一般标准处理根据生产实践可知其装配关系大致为一般的普通冲孔模 形式的改进。

综合上述分析得知：该工件适合冲裁加工 2 冲裁工艺方案的确定 2．1 冲载方案 根据工件变形方式，考虑工序组合，可以有如下三种冲载方案： 方案一：设计两个单工序模分两次冲裁加工； 优点：模具结构简单，制造周期短，制造简单，模具寿命长，定位基准统一且与设 计基准重合，回弹小容易控制，尺寸精度高，操作方便 缺点：工序分散，模具、设备、操作人员需求多，劳动强度大，安全性不高精度 较低，冲件平整度一般 方案二：侧刃定距的级进模； 优点：定位精度高，生产效率高，送料操作方便，比较安全 缺点：材料消耗增大，冲裁力增大，成本高，工件的平整度低，高质量的件需校平 材料要求严格 方案三：固定档料销和导料销的正装式复合模； 优点：适合于冲裁板料较薄的平直度要求较高的冲件，顶件力大小容易调节，效率 高，凸凹模内不积存废料，涨力小，不易破裂，精度高，模具寿命长 缺点：不宜用高速自动压力机，且要有安全装置，模具制造周期长 通过对上述 3 种方案的综合分析比较，该工件的复合冲压生产采用方案三为佳即采用固定档料销和导料销定位的正装式复合模 3 排样排样 3．1 计算毛坯尺寸，合理排样并绘制排样图，计算出材料利用率。

3.1.1 排样方式的选择 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边冲件尺寸完全 由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低 方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命 较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单 方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方 式选择方案一为佳考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳 3．2 搭边值的确定 排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫做搭边搭边的 作用有两个：一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件二是可以增加条料 刚度，方便条料送进，提高劳动生产率搭边过大，浪费材料搭边过小，冲裁时容 易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口， 降低模具寿命或影响送料工作 根据零件形状，查冲压模具设计手册得工件之间搭边值 a=2.5mm工件与侧边之间搭边值 a1=2.0mm 3．3 条料宽度的确定 在排样方案和搭边值确定之后，就可以确定条料的宽度和导料板之间的距离，条 料是有板料裁剪下料而得，本次选用的是无侧压装置，为保证送料顺利，规定其上偏 差为零，下偏差为负值—△，查冲压模具设计手册得： △=0.7 Z=0.5 条料宽度 B- 0 △ =（Dmax＋2a+Z）- 0 △ （公式 3­17） =（160+2x2.5+0.5）- 0 0.6 =165.5- 0 0.7 式中 Dmax­­­­­­­­­­­­条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a­­­­­­­­­­­­­­­­­冲裁件之间的搭边值； △­­­­­­­­­­­­­­­­­板料剪裁下的偏差（其值查表） 。

3．4 材料利用率的计算 其一个步距内的材料利用率η可由下式计算得出： η=A/BSx100% （3­15） =（160x65—2xΠ2.5 2 ）x2/165.5x132x100% =94.85%式中： A ­­­­­­­­­­ 一个步距内冲裁件的实际面积（mm 2 ） ； B ­­­­­­­­­ 条料宽度（mm） ； S ­­­­­­­­­ 步距（mm） 4 压力机的选择 4．1 冲裁力的计算 用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算： F=KLtτb ( 公式 3­24) 式中 F—冲裁力（N） ； L—冲裁周边长度(mm)； t—材料厚度(mm)； τb—材料抗剪强度（MPa） ； K—系数，系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀， 刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3 为计算方便，也可按下式计算： F≈Ltσσb （3­25）σσb­­­­­­­­­材料抗拉强度（MPa） ； 周边长度 L=130x2+160x2+4x3.14x5 =642.8mm 查询设计手册得 Q235­A 的抗拉强度为 375~460 MPa，取 σσb =460 MPa 所以 F≈Ltσσb =642.8x1x460 =295.688(KN) 4．2 卸料力、顶件力的计算 卸料力 FX FX=KXF （公式 3­26） 顶件力 FD FD =KDF （公式 3­27）（KX、KD 为卸料力、顶件力系数，其值查表 3­11 可得） 表 3­11 料厚 t/mm KX KT KD 钢 ＞0.5~2.5 0.04~0.05 0.055 0.06 翁其金.徐新成．冲压工艺及冲模设计[M]．北京：机械工业出版社，2004.7． 卸料力系数： Kx = 0.05 顶件力系数：KD = 0.06 Fx=0.05x295.688 =14.78KN FD =0.06x295.688 =17.74KN 4．3 确定压力机公称压力 压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。

计算总冲压力 FZ，原则上只计算同时 发生的力，并应根据不同的模具结构分别对待 本设计中模具使用弹性卸料装置和上出料方式的结构形式，因此冲压力由冲裁 力、卸料力及推件力构成，可由下式计算得出： FZ =F + Fx + FD （3­29） 所以总冲压力：FZ =F + Fx + FD =295.688+14.78+17.74=328.21(KN) 则压力机的公称压力应大于或等于 328.21KN，由此查询国家标准（GB/T 14347­1993）选择公称压力为 350kN 的 JC23­25 开式双柱可倾标准工作台 滑块行程 80mm；滑块行程次数（次/分钟）50；最大闭合高度 280mm；闭合高度调节 量 60mm； 滑块中心线至床身距离 205mm； 立柱距离 300mm； 工作台尺寸前后 380mm、 左右 610mm；工作台孔尺寸前后 200mm、左右 290mm、直径 260mm；垫板尺寸厚度 60mm， 直径 150mm； 模柄孔尺寸直径 50mm、 深度 70mm； 滑块底面尺寸前后 190mm、 左右 210mm；床身最大倾角 20 4．4 冲模压力中心的确定 冲压力合力的的作用点称为模具的压力中心。

模具的压力中心应该通过压力机滑 块的中心线对于有模柄冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线否则，冲压时 滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间 隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具在实际生产中，可 能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲件的形状特殊，从模 具结构考虑，不宜于使压力中心与模柄中心相重合的情况，这时应注意使压力中心的 偏离不致超出所选用压力机允许的范围 冲裁形状对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心通过对工件 的分析计算得知，工件属于对称图形， ，所以压力中心位于工件的几何中心，即坐标为 （0,0） 5 冲裁模间隙值的确定凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，两侧间隙之和称为双面间隙如无特殊 说明，一般都是指双面间隙 确定原则：根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这几个因素规定一个范围 值 确定方法有理论法和查表法，由于理论法在生产中使用不方便，通常用查表法确 定间隙值查表（3­4）得知： 表（3­4） 材料厚度 Q235 Zmin Zmax 1.0 0.100 0.140 资料来源： 翁其金.徐新成． 冲压工艺及冲模设计[M]． 北京： 机械工业出版社， 2004.7． Zmin=0.10mm Zmax=0.14 mm 6 凸模与凹模刃口尺寸的确定 6．1 计算方法 凸模与凹模分别加工法 优点：凸凹模具有互换性，制造周期短。

便于成批制造 缺点：模具的制造公差小，模具制造困难，成本较高凸模与凹模配合加工法 优点：模具的间隙由配制保证，工艺简单，还可适当放大基准件的制造公差 缺点：凸凹模没有互换性，制造周期长，不利于成批制造 综合分析选用凸模与凹模分别加工法计算公式如下： 落料 Dd=(Dmax­x△) 0 +δd （3­2） Dp=(Dd­ Zmin) –δp 0 =( Dmax­x△- Zmin) –δp 0 （3­3） 冲孔 dp=(dmin+ x△) –δp 0 （3­4） dd =( dp + Zmin) 0 +δd =( d min+ x△ + Zmin) 0 +δd （3­5） 孔心距 Ld=（Lmin+△/2）+δd/2=（Lmin+△/2）+△/8 （3­6） 式中 Dd、Dp­­­­­­­­­­­­­­­落料凹、凸模尺寸； dp、dd­­­­­­­­­­­­­­­­冲孔凸、凹模尺寸； Ld­­­­­­­凹模孔心距的尺寸，公差δd取工件公差的 1/4，即δd=△/4； Lmin­­­­工件孔心距的最小极限尺寸； Dmax­­­­­­落料件的最大极限尺寸；Dmin­­­­­­­冲孔件孔的最小极限尺寸； △ ---冲裁件制造公差； Zmin­­­­­­­最小初始双面间隙； δp 、δd­­­­凸凹模的制造公差，可查有关资料，或取δp≤0.4（Zmax—Zmin ） 、δd≤0.6（Zmax—Zmin） ； x­­­­­­­­­系数， 为了避免冲裁件尺寸都偏向极限尺寸，应使冲裁件的实际尺寸尽量接近 冲裁件公差带的中间尺寸。

X 值在 0.5~1 之间，与冲裁件的精度等级有关 6．1．1 刃口尺寸计算 表 3­5 系数 x 料厚 t（mm） 非圆形 圆形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/mm 1 ＜0.16 0.17~0.35 ≥0.36 ＜0.16 ≥0.16 资料来源： 翁其金.徐新成． 冲压工艺及冲模设计[M]． 北京： 机械工业出版社， 2004.7． 本工件中： 外形 160+0.5 mm ；130+0.3mm 属于落料，内形Φ5 0.16 0 属于冲孔，85+0.20； 96+0.20 为孔心距尺寸 （1） 落料 查表 3­4、3­5 和设计手册得： Zmax=0.140mm Zmin=0.100mm δp=0.020mm δd=0.030mm x=0.75 校核间隙：|δp|+ |δd|=（0.020+0.030）mm=0.050mm> Zmax—Zmin =（0.140—0.100）mm=0.040mm 说明所取凸凹模公差不能满足|δp|+ |δd|≤Zmax。