端盖冲孔落料复合模具设计

端盖冲孔落料复合模具设计摘 要： 根据零件图的结构分析,该零件采用倒装复合模具冲压比较合理。该复合模具结构特点是：凸凹模安装在下模座上，采用弹压卸料装置将废料从凸凹模上卸下。而它的凹模是安装在上模座上，因而就存在着如何将凹孔内的工件从孔中排出的问题，故在凹模内安装推件块把凹模内的工件在冲压完成后推出。该模具一次冲压就可以冲出完整的产品。关键词：凹凸模；推件块；倒装复合模具；凹模目 录1 冲压件零件工艺性分析 .51.1 产品分析 .51.2 送料步距与条料宽度的计算 .72 冲压力及压力中心的计算 .92.1 计算冲压力 .92.1.1 冲裁力 .92.2 计算模具压力中心 .123 凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计算 .123.1 计算模具刃口尺寸 .123.2 落料凹模结构尺寸计算 .143.3 凸模 .153.4 凸凹模工作尺寸计算 .173.5 其他 .184 模具总体结构设计 .184.1 送料定位机构设计 .184.2 卸料机构设计 .184.3 出件机构设计 .195 其他零件尺寸的确定 .195.1 弹簧 .195.2 凸凹模固定板 .205.3 凸模固定板 .205.4 垫板 .205.5 卸料板 .215.7 压力机的确定 .226 模具装配图 .23总 结致 谢参考文献前 言模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础设备，是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，是工业发展的基石，被人称为“工业之母”和“磁力工业”。该模具设计制造难点是如何解决好零件中的小孔冲裁，如何确定模具结构、冲裁方案，如何进行模具制造等问题，以及模具制造装配要注意的问题，本文在模具结构上选用倒装复合模取代以往采用的正装复合模，这样废料不落在模具表面便于工人操作；在模具制造过程中，为了提高凸模的韧性防止在使用过程中折断，采用模具钢取代常规采用的模具钢，并采用真空热处理；在装配过程中为了提高凸模的稳定性，凸模与凸模固定板的装配采用螺钉固定等措施，这些措施较好的解决了该模具设计制造难点。现代工业产品的生产对模具要求越来越高，模具结构日趋复杂，制造难度日益增大。模具制造正由过去的劳动密集和主要依靠人工技巧及采用传统机械加工设备转变为技术密集，更多的依靠各种高效、高精密的数控切削机床、电加工机床，从过去的机械加工时代转变成机、电结合加工以及其他特殊加工时代，模具钳工量正呈逐渐减少之势。现代模具制造集中了制造技术的精华，体现了先进制造技术，已成为技术密集型的综合加工技术。第 5 页 共 25 页1 冲压件零件工艺性分析1.1 产品分析图 1-1如上图为端盖，其外表面粗糙度要求光滑，要求壁厚均匀。工件对公差要求不高，公差按 IT14 级制造，工件外观必须平顺，毛边等均需去除。材料：第 6 页 共 25 页(1) 08AL 是优质冷冲压薄板钢中的 Al 脱氧镇静钢冷轧板。主要用于制造 4mm 以下的各种冷冲压构件，如车身、驾驶室、各种仪表及机器外壳等。08AL 是优质碳素结构钢的一种，一般用作冷冲压薄板钢中的 Al 脱氧镇静钢冷轧板,其命名规则类同碳素结构钢，其两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍，即“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%，“Al”表示铝脱氧冶炼镇静。(2)该冲压件为壳类零件，为大批量生产，由于冲压外形尺寸不大，内仅有 1 个 32的孔，模具制造工艺简单。(3)图 1-1 中的，由于 08AI 属于深冲钢塑性韧性好，为了方便我们分开进行制造，所以采用二套模具来完成，第一套我们采用落料冲孔为一体，第二套我们采用拉伸，切边为一套模具。我们主要介绍第一套模具。（4）由图 1-1 可知，要生产出该零件要冲孔，落料，拉伸，切边等几道工序来完成。我主要做冲孔落料复合模。 1.1.1 排样的确定 在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。 1.1.2 冲裁件的排样 排样是指冲件在条料、带料、或板料上布置的方法。冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。 根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。1.1.3 搭边 ：第 7 页 共 25 页图 1-2排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。 搭边数值取决于以下因素： 件的尺寸和形状。 材料的硬度和厚度。 排样的形式（直排、斜排、对排等）。 条料的送料方法（是否有侧压板）。 挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。搭边值一般是由经验再经过简单计算确定的。 查模具设计与制造1P15 表 1-8 得搭边值（t=1.5）：0.12a；通过以上分析和计算得出以图 2.1 的排样形式为最佳方案。1.2 送料步距与条料宽度的计算1.2.1 送料步距：1aDA式中 D平行于送料方向的冲裁件宽度；冲裁件之间的搭边值。1a48.930.148.921aA其中第 8 页 共 25 页m48.92 25.6.0)5.164(2.7.125.).164()5.16(072.2 rrdHdD当 的值很小时；7.05.6dh无凸缘零件切边余量h=01.2.2 条料宽度（采用无侧压装置） 0.18970.1).2.148.92(0)2( baDB式中 D冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；冲裁件与条料侧边之间旳搭边；a板料剪裁时的下偏差（P16 表 1-9 取=1.0）;条料与导料板之间的间隙。0b（2）材料利用率 衡量材料经济利用的指标是材料利用率。 一个步距内的材料利用率为 ： %62.4108.973.452%10ABS式中 A送料步距；B条料宽度（mm）； 一个步距内零件的实际面积；1S 91.52348.92)(42211 ）（ dS一张板料上总的材料利用率(选用 710mm*1420mm 裁成 7 条 110mm*1420mm 的条料):%1020LBnS式中 一个零件的实际面积；2S第 9 页 共 25 页n张板料上的冲件总数目（7*14）； L板料长度（mm）； B板料宽度（mm）； 故可知一张板料的利用率为： %48.57142079.5%1020 LBnS2 冲压力及压力中心的计算2.1 计算冲压力2.1.1 冲裁力 冲裁力公式为 落孔 F式中 冲裁力；F冲孔冲裁力；孔落料冲裁力。落2.1.2 冲孔冲裁力 孔FtKLF孔孔 式中 K系数（取 K=1.3）；冲孔周长，孔L mdL53.102孔材料厚度，t m5.1t材料抗剪强度，查参考文献知 08AL， 。 MPa250KNF 1.4938.4250.13.0.1 孔2.1.3 落料冲裁力 :落第 10 页 共 25 页tKLF落落 mDL53.29048.落所以 KN6.14.16250.153.290.1 落F故 KN4.96.4.2.1.4 卸料力 卸F落卸卸 FK式中 卸料系数，查参考文献1知 ,取 。卸K 06.25.0卸 05.卸K所以 NF81.763.1405.卸2.1.5 推件力 推）落孔推推 FnKF(7.45.1/7th式中 推料系数，查参考文献1，推K05.推取 K梗塞在凹槽内的冲件数；n凹槽直壁洞口的高度（查 p53 表 1-25 取 h=7mm）。h所以 KNF 28.4963.10.4905.7.4 ）（推2.1.6 顶件力 顶）（ 落孔顶顶 FKF式中 顶件系数，查参考文献1取 。顶K06.顶所以 1.4kN3.14.9. ）（）（ 落孔顶顶第 11 页 共 25 页2.1.7 总冲压力 总F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KN159.204.1085.764.19顶卸总 FF初选压力机 4023J根据计算的冲压工艺总力，一般在冲裁时压力机的吨位应比计算的冲压力大 30%左右，因此压力机初选 ,查 冲压模具设计与制造技术指kN91.27%13059.20 4023J南 主编 李名望 化学工业出版社 P231 附表 3-2 其主要技术参数如下：标称压力/kN：400；滑块行程/mm:80；行程次数/（次/min）:45/90；最大闭合高度/mm:330;连杆调节量/mm：65；工作台尺寸（前后*左右）/mm：460*700;孔径/mm：320；电动机功率/kN：5.5；模柄孔尺寸（直径*深度）/mm: 7054023J2.2 计算模具压力中心 模具的压力中心 第 12 页 共 25 页图 2-1 57.2348.9210021 lxlxc由以上计算得出模具的压力中心位于零件中心与孔中心之间，其在零件中心往右边孔中心偏移 2.57。3 凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计算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。零件上包含两个尺寸：落料尺寸 ；21.0489A冲孔尺寸 6.03B查1p35 表 1-19 得冲裁模刃口双间隙mm， mm。132.0minZ240.maxZ3.1.1 落料刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由 1表 1-22 查得21.0489，m5.凹。03.凸由于 ， mZm108.32.04.06.35.2. minax 凸凹 第 13 页 共 25 页故采用凸模与凹模 分开加工方法，由表 1-21 查得 取 X=0.5，则：21.0489落料： ）（ ）（）凸 凹凹凸凹 m92.5)0.132-9.8()-( 38.54D 0.-0.5-0min .25.ax Z校核： Z108.32.024.06.35.02. minax 凸凹 （满足间隙公差条件）冲孔： 02.02.0min 135.32)( ）（凸凸 xd 30.00i 1. ）（凹凸凹 Z校核： minaxZ凸凹 （满足间隙公差条件）108.5.03.2.其工作部分结构尺寸如图所示：（插图 ）图 3-1第 14 页 共 25 页3.2 落料凹模结构尺寸计算落料凹模尺寸如图所示图 3-23.2.1 凹模厚度 H)15(mKbH式中 冲裁件的最大外形尺寸；bK凹模厚度系数，考虑板料厚度系数的影响，见1P55 表 1-26。mH74.28.930.凹模壁厚 (3040mm)c)25.1(c38.47.26.1凹模尺寸：凹模宽度： mcbL 24.183.428.92凹模长度 B 取 200mm（送料方向）。采用标准化，取凹模轮廓尺寸为 200*200*28mm。第 15 页 共 25 页查2模具专业与毕业设计手册表 7-20 矩形凹模轮廓尺寸为：200*200*28（GB 2858.1-81）；模板 GB 2858.2-81 200*200*28；垫板 GB 2858.3-81 200*200*10 。3.3 凸模图 3-33.3.1 凸模长度：1P51（公式 1-32)YHL321式中 凸模固定板的厚度 (19.42mm)；1H卸料板的厚度(p62 查 1-28 取 10mm);2导料板的厚度;（取 2）3附加的长度，包括凸模刃口的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.51mm）,Y凸模固定板与卸料板的安全距离 A 等，其中 A 取 1520mm. 42.5)01(204.19L3.3.2 凸模强度（压应力）校核压应力公式为 压btd4式中 冲压材料的抗拉强度， ；b 25.10.4dd凸模最小直径；凸模材料的许用压应力，凸模选用 T10A，查参考文献2(模具专业毕业设压第 16 页 共 25 页计手册 天津大学出版社 主编/魏春雷 朱三武 章南)P63 表 3-18 知， （10001600）MPa，取 1200 MPa。压压因为 25.13d纵向弯曲应力（有导向） Fdl2max8529.1430.9342.52式中 凸模最大允许长度；maxl冲裁力 F所以凸模强度校核符合要求。3.4 凸凹模工作尺寸计算图 3-4 凸凹模各部分尺寸查1 表 1-27 料厚 t 为 1.5mm,凹凸模的最小壁厚 a 为 4.0mm;最小直径 D 为 21mm。3.4.1 凸凹模长度 确定H tHH 凹凸 固垫下 模上 模凹 凸 m5.3.12805418凹 凸式中 模具闭合高度；H第 17 页 共 25 页上模厚度；上 模H下模厚度；下 模凸模垫板厚度；垫凸模固定板厚度；凸 固凹模厚度；凹H凸模深入凹凸模厚度。t3.4.2 凸凹模壁厚校核查参考文献1知，倒装复合模凸凹模最小壁厚 （料厚 mm）；4.0min5.1t本设计中 ,由于冲孔为偏离正中心 10mm 的孔，所以,凹D24.301624.21-冲 孔落 料凸模的最小壁厚 .30min 所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。3.5 其他漏料孔直径取 ，刃口直边设计存三片料，高为 5mm，凸凹模和凸凹模固定m40板之间在装配时安装止转销防转。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。第 18 页 共 25 页4.1 送料定位机构设计 采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在凹模固定板和活动卸料板之间。工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方便.4.2 卸料机构设计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。4.2.2 工件的卸除 采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。4.2.3 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。 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。5 其他零件尺寸的确定5.1 弹簧 5.1.1 计算弹簧的预压力冲模冲裁的板料厚度 t=1.5mm，由于 ,查1 表 1-13 得 ，MPab325 5.0卸K落料冲裁力： ，所以KNF63.14卸料力： 0815.7.05.卸按标准选弹簧个数 n=6，则每个弹簧的预压力为:F=1180N NnF18065.70/卸预初选弹簧规格估算弹簧的极限负荷第 19 页 共 25 页N17085.1. 预极 F查标准 GB/T 208994。按实验负荷大于极限负荷查表。初选弹簧规格。603OhDd计算所选弹簧的预压量 67.018/ 极 限 负 荷预 压 力预 压 缩 量 Fh5.1.2 校核弹簧的压缩量卸料板的工作行程 5.21.料 厚卸 料 板 工 作 行 程 th取凸模刃口修模量 ，m104工 作 零 件 的 刃 磨 量则弹簧工作时的总压缩量为： 17.85.267.0工 作 零 件 刃 磨 量卸 料 板 工 作 行 程预 压 缩 量极 限 负 荷 hhhh因为 17.1.3 工 作 零 件 刃 磨 量卸 料 板 工 作 行 程预 压 缩 量最 大 允 许 压 缩 量 hhhh故所选弹簧合适。弹簧标记为： GB/T2089-94。60315.2 凸凹模固定板凸凹模固定板形状与凹模板一致，如图 3-2 所示，厚度为 22mm。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度配合 H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。凸模固定板为矩形，厚度一般取凹模厚度的0.60.8 倍，材料为 45#； 。mH20凸 固 定第 20 页 共 25 页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。即下列情况下加垫板。 y式中 凸模端面的压应力，其数值为 ；yFP模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为 100MPa，钢约为 200 MPa；y冲裁力；P凸模上端面面积。F垫板的直径与凸模固定板一致，厚度一般取 412mm。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度 Ra0.320.63。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加垫板。已知凸凹模下端面直径 mm，10pdD所以 22298.7534mF由 NP1064901落孔所以 MPaFy 27.48.7536模座采用铸铁， ，所以不用加垫板。y10y5.5 卸料板卸料板同样为矩形板，直径和凹模板一致，如图所示，厚度为 16mm。卸料板材料选45 钢，热处理淬硬 4348HRC。取卸料板与凸凹模的双面间隙为 0.10.3mm.卸料板上设置 6 个卸料螺钉，公称直径第 21 页 共 25 页为 10mm，螺纹部分为 M10×10mm。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。 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 HT400。标记为：上模座 GB/T 2855.590；4520下模座 GB/T 2855.690。5.7 压力机的确定模具的闭合高度为: mhhH 185532804554321 67)1()(18)0()( L式中 模具闭合高度； 上模座厚度；1h 下模座厚度；2 凹模板厚度；3凸模长度；4h凸模垫板厚度；5凸模刃口进入凹模刃口的深度，一般 =0.51mm；导柱长度。L选择压力机 JC23-40公称压力 400KN最大闭合高度 265mm最小闭合高度 220mm由公式： 得， ，故需加至少 35mm 的磨平垫板。5maxH模 10minminH压力机工作台尺寸 ，一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺746第 22 页 共 25 页5070mm，导柱 ，导套 。(查技术指南 P236)19032431052所以压力机合格，可用。6 模具装配图1-下模座； 2-导柱； 3-弹簧； 4-卸料板； 5-活动导料销； 6-导套； 7-上模座； 8-凸模固定板； 9-推件块； 10-连接推杆； 11-推板； 12-打杆； 13-模柄； 14-冲孔凸模；15-垫板； 16-落料凹模； 17-凸凹模； 18-固定板第 23 页 共 25 页总 结经过一段时间的努力，终于完成了本次设计任务。我设计的是端盖冲孔落料复合模，经过本次设计，使我对模具有了更多的了解和认识。 在设计过程中，运用了本学期及以前学的有关知识，逐步提高了我们的理论水平、构思能力，提高了分析问题及解决问题的能力。 本设计重点是在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，主要介绍冲裁件的工艺性分析、确定冲裁工艺方案、选择模具的结构形式、工艺计算、选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸、校核模具闭合高度及压力机、绘制模具总装图及零件图。第 24 页 共 25 页致 谢几个星期的毕业设计，不仅给了我一次独立思考的机会，同时也是一次自我评价的时候，也是对我所学的知识的一次总结。在这段紧张而又忙碌的日子里，我查阅相关资料，认真推算各种数据，周密思考每一种设计方案，这几个星期的毕业设计中，我经过了从对冲压模具的一无所知到能熟练运的成长过程并且虚心向同学和指导老师探讨、请教。时日虽短，但自感收获颇多。通过查阅冲压模具设计与制造的相关书籍文献资料，提取出与我的毕业设计相关的大量资料。是将我大专三年来在学校里所学的理论知识与在实习工厂里的钳工实习、数控加工实习所获得的实践知识有机的融合到一起。使我的综合运用能力有了明显的提高，同时也培养了我的创新思维，懂得了治学严谨，持之以恒的道理。同时这次的毕业设计很好地锻炼了我的独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。关键是掌握了独立思考和解决问题的方法，在指导老师的指导和同学的帮助下熟悉了独立进行项目设计的全过程以及设计过程中如何解决碰到的难题。此收获虽有勤奋学习的功劳，但更多的却与指导老师平时对我们的严格要求有着密不可分的联系。他常常在关键时刻给我们以方向性的指导。在此，特感谢指导老师刘中华老师对我们的严格监督和悉心指导，才使我们得以按计划完成本次设计，为我们的三年大专生活画上了圆满的句号。签名：第 25 页 共 25 页参考文献1 李奇.模具设计与制造 第 3 版M.北京: 人民邮电出版社, 2014 年 5 月2 魏春雷 朱三武 章南.模具专业毕业设计手册M.天津: 天津大学出版社, 2010 年 1月3 李名望.冲压模具设计与制造技术指南M.北京: 化学工业出版社, 2008 年 08 月4 周大隽.冲模结构设计要领与范例M.北京: 机械工业出版社, 2006 年 08 月