弯垫板冲压模具设计

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1、课 程 设 计 说 明 书题目：弯垫板冲压模具设计学院：材料科学与工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 目录一、 确定工艺方案及模具结构形式二、 工艺计算三、 凸、凹模具零件设计四、 模具零部件设计五、 相关零件刚度、强度校核六、 压力机的校核七、 参考文献零件图一、确定工艺方案及模具结构形式（一）工艺方案的确定1、零件的工艺性分析该零件材料为10钢，为优质碳素结构钢，其抗剪强度为=260340MPa，抗拉强度为b=300440MPa，屈服强度为s=210MPa，伸长率为=29%，屈强比为s/b=0.480.7，材料综合性能良好，适合冲压工艺。大批量生产，板厚

2、为1.5mm，工件精度为IT8。有落料、冲孔、弯曲三个工序。2、工艺方案的确定（1）方案种类：该零件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可以有三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料，再弯曲。采用单工序模生产方案二：先冲孔落料，再弯曲。采用连续模和弯曲模生产方案三：先冲孔落料，再弯曲。采用复合模和弯曲模生产方案四：冲孔落料弯曲复合模生产（2）方案比较：方案一：结构简单，但需要三道工具三副模具，成本高而生产效率低，模具寿命低，冲压精度差，操作也不安全，难以满足中批量生产要求。方案二：连续模是一种多工位，效率高的加工方法。但连续模轮廓尺寸较大，采用此方案会加大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。

3、方案三：需要两套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。方案四：只需一套模具，但模具结构复杂，制造加工难度大，且维修不易。综合考虑，故采用第三种方案最佳。（二）模具总体结构设计1、模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模，所以模具类型为落料-冲孔复合模、弯曲模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件凸凹模。凸凹模装在上模模称为正装式复合模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。2、定位方式模具冲压所使用的原料是条料，卸料采用弹性卸料装置，导料采用导料销，送进步距控制采用活

4、动挡料销。3、卸料与出件方式采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装置依靠弹簧的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。冲孔废料直接从凸凹模孔中落下，制件由顶件块从凹模中顶出。4、模架的类型中间导柱导套模架适宜于纵向送料，对角导柱导套模架适宜横向送料，四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。该模具采用后侧导柱的模架，模架10080130150 I GB/T 2851.3，用导柱导套导向，送料与操作的方便。二、工艺计算（一）毛坯尺寸计算弯曲件毛坯展开长度的计算：一般将 rt0.5的弯曲称为有圆角半径的弯曲，rt0.5的弯曲称为无圆角半径弯曲

5、。根据工件图，rt =.，故零件是无圆角半径弯曲。无圆角半径弯曲的毛坯尺寸计算是依据弯曲前后材料体积不变原则确定的，并考虑弯曲时圆角变形区板厚变薄。计算公式如下：L（）（二）排样的设计与计算冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算条料宽度和送料步距，计算材料利用率，画排样图。、排样方法的选择根据对所给零件的分析，可采用直排有废料排样或无搭边对排方式，但无搭边对排方式模具过于复杂，且不能保证精度，而且两种排样方式材料利用率相差不大，故采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件。、计算冲裁面积冲裁面积A（）（

6、）.mm2侧面搭边1.mm, 工件间搭边.mm、步距和条料宽度的计算步距H1.mm条料宽度B.mm、排样图（三）材料利用率的计算一个步距的材料利用率: (A/BH)100%(./（.）)100% .% （四）工艺力的计算、冲孔落料模（）冲裁工艺力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。冲裁力是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。冲裁力的计算公式：FKLt式中 F冲裁力（N）； L零件的剪切周长（mm）； t材料厚度（mm）； 材料抗剪切强度（MPa）； K系数。考虑到模具间隙值的波动及均匀性，刃口的磨损，材料力学性能及厚度的波动、润滑情况等因素对冲裁力的值都有影响，一般取K1.3。K

7、1.3 ；t.mm ； MPa；落料力F1KL1t1.3.N冲孔力F2KL2t1.3.N冲裁力FF1F2N 卸料力F卸K卸F0.04N推件力F推K推F0.055N表3.1 卸料力、推件力、顶件力系数料厚（mm）钢0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09（）初选压力机总的冲压力F总F F卸F推.KN应选取的压力机公称压力为： 16

8、0kN 。因此可选择压力机型号为 J23-16。J23-16压力机技术参数： 公称压力： 160kN 滑块行程 ： 55mm 滑块行程次数： 120/nmin-1 最大封闭高度： 220mm 封闭高度调节量： 45mm 工作台尺寸（左右前后）： 450300mm 模柄孔尺寸（直径深度）： 4060mm 倾斜角： 352、弯曲模(1)弯曲回弹角的确定此弯曲件为小圆角半径弯曲，查文献1表3-11， =1.5(2)L形弯曲件自由弯曲力L形弯曲件是在自由弯曲阶段相当于弯曲U形件的一半，而且应设置压料装置，所以可近似地取弯曲力为 F自=（FU+FQ）/2 （1-1）其中：FU为弯曲力 FQ为压料力FU0

9、.7KBt2b/（r+t）式中FU为U形件冲压行程结束时的自由弯曲力，（N）；B冲裁件宽度（mm）； t材料厚度（mm）； r冲裁件弯曲半径（mm）；b材料抗拉强度（MPa）；K为安全系数。一般取系数K=1.3U形弯曲件弯曲力计算：FU0.71.3121.52370/（0.51.5）4545.45N对设置压料装置的弯曲模，其压料力也要由压力机滑块承担，FQ可近似取自由弯曲力的30%60%,即FQ=（0.30.6）FU。，这里取FQ=0.5FU。将数据代入，求得： FQ=2272.73N将FQ、FU代入式（1-1）得： F自=3409.09N(3) L形弯曲件校正弯曲力F校Ap式中F校 为校正弯

10、曲时的弯曲力，（N）；A为校正部分垂直投影面积，(mm2)；p为单位面积上的校正力，（MPa）；具体弯曲计算如下：A 209+0.5112369.97mm2F校100MPa369.97mm236997N=37kN(4)顶件力F顶（0.30.8）FU，取系数为0.5，则F顶=2272.73N(5)选择冲压设备由弯曲工艺可知，弯曲时的校正弯曲力与自由弯曲力、顶出力不是同时发生的，且校正弯曲力比自由弯曲力和顶出力大得多。因此，可按F校=37KN选择冲压设备，实际选用100kN压力机，因此可选择压力机型号为 J23-10。压力机J23-10，其主要技术参数为： 公称压力： 100kN 滑块行程： 45

11、mm 滑块行程次数： 145/nmin-1 最大闭合高度： 180mm闭合高度调节量： 35mm工作台尺寸（左右前后）： 370240mm模柄孔尺寸（直径深度）： 3055mm床身最大倾角： 35（五）冲模的压力中心的确定计算公式为:X0 （L1X1L2X2LnXn）/（L1L2Ln）LiXi/Li y0（L1y1L2y2Lnyn）/（ L1L2Ln）Liyi/Li 式中: L1、L2、Ln为个凸模轮廓长。X0 0 （零件左右对称）y0（2/31111215.592248630+1112+286）/（(12+6+11+6）+34）=2424.39/143.916.85mm压力中心计算图三、凸、

12、凹模具零件设计（一）落料冲孔复合模设计1、冲裁凸凹模间隙的确定冲裁模间隙是直接关系到冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要工艺参数。冲裁模间隙数值，主要与材料的厚度、种类有关。但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，而应区别情况，分别对待，在保证冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下，是模具寿命最高。查教材表2-3，可知： Zmax0.120mm ，Zmin0.090mmZmaxZmin=0.030mm 2、冲模的凸凹模刃口尺寸计算凸、凹模刃口尺寸的计算可以分为两种：一是凸凹模分别加工，这种加工方法适用于圆形或简单形状

13、的冲裁件。采用凸、凹模分别加工法，为了保证合理间隙，必须满足系类条件：PdZmaxZmin 。二是凸、凹模配合加工，对于形状复杂或薄料的冲裁件的冲裁，一般采用配合加工。（1）对于落料，应以凹模为基准件，工件形状复杂，采用配合加工,系数x=1。各尺寸为A1：220.0165，A2：90.011，A3：120.0135，C1：80.011，C2：50.009A1d=Amax1x0 + =22.016510.0330 +0.008 = 21.98 0+0.008mmA2d=Amax2x0 + =9.01110.0220 +0.006 =8.990 +0.006 mmA3d=Amax3x0 + =12

14、.013510.0270 +0.007 =11.990 +0.007 mmC1d= Cmin1+0.5- + =( 7.989+0.50.022)0.003=80.003mmC2d= Cmin2+0.5- + = (4.991+0.50.018)0.002=50.002mm该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值ZminZmax=0.090.12mm。（2）对于冲孔6，采用凸凹模分别加工：P0.02mm ，d0.02mm；工件公差0.018mm；磨损系数x0.75经计算：Pd=0.04mm ZmaxZmin，可取P=0.4（ZmaxZmin）=0.012mm，d=0

15、.6（ZmaxZmin）=0.018mm。dp（d+x）-P 0（6+0.750.018）-0.012 06.01-0.012 0mmdd（dp+Zmin） 0+d=（6.01+0.09） 0+0.0186.10 0+0.018mm（3）对于冲孔12，采用凸凹模分别加工：P0.02mm ，d0.02mm；工件公差0.027mm；磨损系数x0.75经计算：Pd=0.04mm ZmaxZmin，可取P=0.4（ZmaxZmin）=0.012mm，d=0.6（ZmaxZmin）=0.018mm。dp（d+x）-P 0（12+0.750.027）-0.012 012.02-0.012 0mmdd（dp

16、+Zmin） 0+d=（12.02+0.09） 0+0.01812.11 0+0.018mm（二）弯曲模工作部分尺寸计算1. 弯曲凸凹模的间隙确定：弯曲U形件时，凸凹模间隙c的大小，对弯曲件质量有直接影响，过大的间隙将引起弹复角的增加，过小时，引起工件材料厚度的变薄，降低了模具试用寿命。对于钢板，凸凹模合理间隙值：c（1.051.15）t，取系数为1.1，则c=1.11.5=1.65mm。2. 凸、凹模长度尺寸计算弯曲件长度尺寸标注在外侧，应以凹模为基准。工件弯曲长度L22mm，0.033mm，P0.02mm；Ld= （L-0.5）0+P（22+0.50.033）0+0.0222.020+0.

17、02mmLpLd-c22.02-1.6520.370-0.020mm3. 凸、凹模的圆角半径凸模圆角半径rpr0.5mm ；凹模圆角半径rd(36)t，取rd=5t=51.5=7.5mm4. 弯曲凹模深度查文献1表3-26，m=4mm则L0=16+4=20mm四、模具零部件设计（一）落料-冲孔复合模具1、 冲孔凸模设计冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。小端圆柱部分，是具有锋利刃口的工作部分，采用台肩式固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 5862。2、 凹模设计凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构，通过螺钉

18、、销钉与固定板，上模座连接固定。凹模刃口的结构形式：因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取10mm。凹模材料和技术要求：凹模的材料选用Cr12MoV。工件部分淬硬至HRC6064。外轮廓棱角要倒钝。3、 凸凹模设计凸凹模采用固定板固定。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作,内形刃口尺寸按凸模尺寸配做，保证最小间隙为Zmin=0.09mm。凸凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC 5862。4、 定位零件定位零件的作用是使坯料或工件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。 选用活动挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，活动挡料

19、销固定在卸料板上，材料45号钢，硬度为HRC 4348选用导料销2个。导料销的作用是保证条料送料的准确，在条料的送进方向上。5、 卸料及出件装置卸料采用弹性卸料装置，由，卸料板，卸料螺钉，弹性元件（这里是橡胶）组成。出件装置由打杆、推件块、连接推杆、顶件块组成。6、 模柄模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的尺寸规格选用凸缘式模柄，B20JB/T7646.3。7、 模座标准模座根据模架类型及凹模周界尺寸选用，上模座：1008025mm；下模座：1008030mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。8、 导柱和导套导柱选用A型

20、导柱，A20h6120GB2861.1-81 。材料为20钢，热处理要求：渗碳深度为0.81.2，硬度HRC5862。导套选用A型导套，A20H76523GB2861.6-81 。材料为20钢，热处理要求：渗碳深度为0.81.2，硬度HRC5862。（二）弯曲模1、 凸模凸模采用固定板固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端淬硬至HRC 5862。2、 凹模凹模是由两部分组成，用螺钉固定于下模座内。凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC6064。3、 模柄模柄材料为Q235，采用凸缘式A3064 JB/T 7646.1。4、导柱和导套导柱选用A型导柱，A20h6130GB2861.1-8

21、1 。材料为20钢，热处理要求：渗碳深度为0.81.2，硬度HRC5862。导套选用A型导套，A20H77028GB2861.6-81 。材料为20钢，热处理要求：渗碳深度为0.81.2，硬度HRC5862。五、相关零件刚度、强度校核(一)冲孔落料模1、冲孔凸模长度计算冲孔凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的， 其凸模长度用下列公式计算：L = h 1 + h 2 + h 3 + h式中 L 凸模长度， m mh 1 凸模固定板高度， m mh 2 推件块高度， m mh 3 凸模进入凹模深度， m mh 附加高度， 一般取 1 5 2 0 m m凸模长度 L = 2 0 + 10+ 1.5

22、 + 15= 46.5 m m2、强度校核对于圆凸模，校核强度可以用最小直径d的大小是否满足式d4t/压求得，t 冲裁材料厚度， 冲裁材料的抗剪强度， 取 300 M p a压 凸模材料许用压应力，取 1000Mpa即d41.5300/1000=1.8mm满足要求3、弯曲应力校核对于圆形凸模（ 有导向装置）L m a x270d2/F式中 L m a x 允许的凸模最大自由长度，F 冲模力, 凸模最小直径，L m a x27062/33082=53.44mm所以长度适宜。(二)弯曲模1、凸模长度计算冲孔凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的， 其凸模长度用下列公式计算：L = h 1 + h

23、2 + h式中 L 凸模长度， m mh 1 凸模固定板高度， m mh 2 凸模进入凹模深度， m mh 附加高度，mm凸模长度 L = 8 + 18.5 +29 = 55.5 m m2、强度校核对于非圆凸模，校核强度可以用凸模刃口最小面积A的大小是否满足式AF/压求得， 压 凸模材料许用压应力，取 1000Mpa即A=20.3722=448.14mm237000/1000=37mm2满足要求3、弯曲应力校核对于非圆形凸模（ 有导向装置）L m a x1200（JF)式中 L m a x 允许的凸模最大自由长度，F 冲模力,J 凸模最小断面惯性矩，J=ab3/12=2220.373/12=1

24、5495mm4L m a x1200(1549537000)=777mm所以长度适宜。六、压力机的校核（一）冲孔落料模压力机表6.1 开式压力机J23-16的技术参数公称压力（KN）160滑块行程（mm）55滑块行程次数(n/min)120最大闭合高度(mm)220闭合高度调节量(mm)45工作台尺寸(mm)前后300左右450模柄孔尺寸(mm)直径40深度601、 公称压力根据公称压力的选取压力机型号为J23-16,它的压力为160kN98.62kN, 故符合要求。2、 滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压件能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=1.5mm,卸料板的厚度h

25、=10mm,及凸模冲入凹模的最大深度1.5mm,即S1=1.5+10+1.5=13mm37kN, 故符合要求。2、 滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压件能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=1.5mm,及凸模冲入凹模的最大深度18.5mm,即S1=1.5+18.5=20mmS=45mm, 故符合要求。3、 工作台面的尺寸 根据下模座LB125mm80mm，而压力机的工作台面LB370mm240mm，故符合要求。4、 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔的直径为30mm,模柄孔深度为55mm,而所选的模柄夹持部分直径为30mm,长度为48mm,故符合要求。5、 闭合高度模具的闭合高

26、度：H闭=H上+H垫+L+H-h2+t=30+8+55.5+28.5+40-18.5+1.5=145mm式中：h2为凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=18.5mmL凸模长度，L=55.5mmH凹模厚度，H=28.5mm可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-10的最大装模高度（180 mm），可以使用。由压力机型号知：最大闭合高度Hmax180mm，闭合高度调节量H35mm，工作台板厚t20mm ；HminHmaxH180-35145mm 由公式: Hmax-t-5HHmin-t+10, 得：180-20-5H145-20+10 即 155145135，所以压力机合适。参考文献1、简明冲压模具设计手册齐卫东，北京理工大学出版社，2009.42、冲压模具设计和加工计算速查手册薛啟翔，化学工业出版社，2007.103、冲压工艺学肖金荣、姜奎华，机械工业出版社，1999.84、冲压模具典型结构图例杨占尧，化学工业出版社，2008.15、冲模结构设计要领与范例周大隽，机械工业出版社，2005.116、冷冲压模具设计图册陈剑鹤，清华大学出版社，2007.107、冲压模具课程设计指导与范例林承全、胡绍平，化学工业出版社，2008.18、冲压模具设计宋满仓，电子工业出版社，2010.1