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冲压模具修改设计

板料成型工艺及模具设计

课程设计

院系名称:

机电工程学院

专业名称:

材料成型及控制工程

学生姓名:

彭晓林

学号：

20101014

指导教师:

周建

2013年10月8日

板料成型工艺及模具设计

课程设计

摘要

当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。

因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。

我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。

在这次设计中根据所给题目的要求，我首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择了冲孔落料的方案。

根据对零件的综合分析，在本人这次设计中我设计的模具是正装冲孔落料模，主要介绍的是模具的冲孔落料，冲压生产中应用最广泛的工序之一。

由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法为：

采用复合工序冲孔落料模进行加工。

关键词：

冲孔落料

摘要

1.工件的工艺性分析

零件简图：

如图1.1所示

工件名称：

垫片

生产批量：

大批量

材料：

Q235钢

厚度：

T=2mm

图1.1零件图

1.1冲压时的工艺性分析

冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。

在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。

良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。

冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。

冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。

冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。

对冲压材料的要求冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后继的加工要求（如切削加工、焊接、电镀等）。

本垫片冲裁工艺分析

材料：

该冲压件的材料是Q235是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。

零件结构：

该冲压件结构简单，比较适合冲压。

尺寸精度：

零件图上所有未注公差尺寸属于自由尺寸，可按IT10级确定

工件尺寸的公差。

结论：

适合冲压。

1.2冲压材料选用

冲压工艺对材料的基本要求主要是：

1.对冲压成形性能的要求

为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。

而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关，通常要求材料应具有：

良好的塑性，屈强比小，弹性模量高，板厚方向性系大，板平面方向性系数小。

2.对材料厚度公差的要求

材料的厚度公差应符合国家规定标准。

因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。

．对表面质量的要求材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。

表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好

3.常用冲压材料

对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。

带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也是做成带料供应。

块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。

总上所述，冲压材料我选择10号钢作为冲压件的材料。

1.3冲裁工艺方案的确定

一般对于这样的工件，通常采用冲孔，落料加工方法。

由于该工件的生产批量较大，如果把这道工序放在一起，可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且可以避免原有的加工方法中须将手伸入模具的问题，对保护操作者安全也很有利。

将这道工序复合在一起，可以有以下的两种不同工艺方案：

①先冲孔，后落料的工步；②落料冲孔为同一工步完成。

采用方案2加工工件，不易保证长度尺寸的精度，而且易使孔冲头磨损，降低模具寿命。

经分析，使用方案一较好。

该冲压工件的形状为简单且对称，有精度要求外其余尺寸精度要求不高，材料为Q-235A钢其冲压性能好，孔与外缘的壁厚较大，根据表1.1知复合摸的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。

表1.3强度系数

料厚t

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.2

1.5

1.75

最小壁厚m

1.4

1.6

1.8

2.0

2.3

2.5

2.7

3.2

3.8

4.0

最小直径D

料厚t

2.0

2.1

2.5

2.75

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

最小壁厚m

4.9

5.0

5.8

6.3

6.7

7.8

8.5

9.3

10.0

12.0

最小直径D

1.4排样方案的确定及计算

冲裁所产生的废料分为两种，一是工件的各种内孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称为设计废料；二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料，它取决于冲压方式和排样方式，称为工艺废料。

提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小，另外在满足工件使用要求的前提下，适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。

排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。

搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刀”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。

少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。

并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。

按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。

总上所述排样如图2.1所示。

根据零件形状两式件间按矩形取搭边值b=2mm，侧边取搭边值a=2.2mm。

则进距：

h=35+2=37mm

图1.4排样图

2.模具设计计算

2.1冲

的冲孔模具的设计及计算

2.1.1冲压力计算

根据零件图可知，冲

的冲裁长度L=125.6mm，

可表2.1知材料的抗剪强度

b=370MPa，由零件图可知工件厚度t=2mm。

由公式

（1）

计算得：

F=1.3×125.6×2×370=181332N=121KN

式中：

F—冲裁力，单位为N；

K—系数，是考虑模具刃口磨损，间隙不均匀，材料机械性能

及厚度的波动等实际因素而给出的修正量，一般取K=1.3；

t—材料厚度，单位为mm；

b—材料的抗剪强度，单位为MPa。

表2.1Q235的材料性能

材料

抗剪强度τ\MPa

抗拉强度

δb\MPa

屈服强度δs\MPa

延伸率

δu\%

切入率K\%

弹性模量E\MPa

Q235

310~380

380~470

235

21~25

2×105

由于采用弹性卸料装置和自然漏料方式，总冲压力为：

（2）

式中：

F落—总冲压力，单位为N；

FT---推件力，单位为N；

FX---卸料力，单位为N。

式中：

n---同时卡在凹模内的冲裁件数，n=h/t=6/2=3

KT---推件力系数,查表格3-22，可得0.055

式中：

h---凹模孔的直刃壁高度，单位为mm；

t---材料厚度，单位为mm。

FX=KXF（3）

式中：

KX---卸料力系数，KX=0.041。

查表2.2可得推件力系数、卸料力系数：

KT=0.055，由于冲件料厚

t≤3mm，有h=2mm；

查表4.2可得KT=0.055，KX=0.041，由于冲件料厚t≤3mm，有h=3mm，由n=h/t得：

n=6/2=3；

由公式FT=nKTF，FX=KXF可计算得：

FT=60.5×0.055×1=3.32KN；

FX=60.5×0.041=2.9KN

则总冲压力：

F总=2*（60.5+3.32+2.9）=133.44KN

选用公称压力为300KN的压力机。

表2.2卸料力、推件力及顶件力的系数

材料厚度/mm

约0.1

0.065~0.075

0.1

0.14

0．1~0.5

0.045~0.055

0.063

0.08

0.5~2.5

0.04~0.05

0.055

0.06

2.5~6.5

0.03~0.04

0.045

0.05

2.1.3凹凸模刃口尺寸及公差计算

由于本工序为冲孔，冲裁形状简单，采用凹模与凸模分开加工。

采用凹模与凸模分开加工，其优点是凸、凹模具有互换性，便于成批制造。

但受冲裁间隙的限制，要求凸、凹模的制造公差较小。

查表4-4可得磨损系数：

X3=1；

查表2.3，可知凸、凹模的制造公差：

t1=0.022，

a1=0.020；

表2.3凸模、凹模的制造公差

基本尺寸

凸模偏差δp

凹模偏差δd

≤18

0.022

0.020

＞19~30

0.020

0.0325

＞30~80

0.020

0.030

＞80~120

0.025

0.035

＞120~180

0.030

0.040

＞180~260

0.030

0.045

＞260~360

0.035

0.050

＞360~500

0.040

0.060

＞500

0.050

0.070

代入公式：

冲孔凸模刃口尺寸

（4）

（5）

式中：

-----冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位为mm；

d---------工件的基本尺寸，单位为mm；

X----------磨损系数；

---凸、凹模的制造公差，单位为mm；

△--------冲裁件的制造公差，单位为mm；

------最小合理间隙，单位为mm。

-------最大合理间隙，单位为mm。

由表3-5可知

，分别为0.246,0.360。

经校核可知：

≤Zmax-Zmin（0.020+0.030≤0.360-0.246）成立，所以设计合理。

2.2落料模具的设计及计算

冲裁间隙是冲裁件中凸模与凹模刃口之间的间隙。

凸模与凹模每侧的间隙称为单面间隙，用Z/2表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用Z表示；冲裁间隙对冲裁过程有着很大的影响；对冲裁件的质量起决定性的作用；对冲压力和模具寿命也有较大的影响。

查表2.4可得：

冲裁模初始双面间隙：

Zmax=0.360mm，Zmin=0.246mm。

表2.4冲裁模初始双面间隙

材料厚度

Zmin

Zmax

0.246

0.360

2.75

0.400

0.56

0.460

0.640

2.2.1冲压力计算

冲裁力是冲裁过程中凸模对凹模施加的压力。

在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的。

冲裁力的大小主要与材料的力学性能、厚度、冲裁件轮廓周长及冲裁间隙、刃口锋利程度与表面粗糙度等有重要关系。

在落料工序，选择用平刃口冲裁，正装落料模。

根据工序图1.1可知冲裁长度

L=30*2+35*2+2*3.14*10=192.8mm（6）

由零件图可知，工件材料为Q235，查表2.1，可知材料的抗剪强度

b=370MPa，由零件图可知厚度t=2mm。

落料冲裁力F：

F=KLt

b（7）

式中：

F—冲裁力，单位为N；

K—系数，是考虑模具刃口磨损，间隙不均匀，材料机械性能

及厚度的波动等实际因素而给出的修正量，一般取K=1.3；

t—材料厚度，单位为mm；

b—材料的抗剪强度，单位为MPa。

可得：

由于冲裁时材料的弹性变形及摩擦的存在，当冲裁工作结束时，冲制的零件及废料将发生弹性恢复，使带孔部分的板料紧箍在凸模上，而冲下部分的材料则紧卡在凹模洞口中。

为继续冲裁，必须将箍在凸模板上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。

将紧箍在凸模上的料卸下所需的力称为卸料力，将卡在凹模中的材料推出所需的力称为推件力，将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需的力称为顶件力。

由于本工序采用弹性卸料装置和自然落料方式，所以总冲压力为：

（8）

式中：

F落—总冲压力，单位为N；

FT---推件力，单位为N；

FX---压料力，单位为N。

（9）

式中：

n---同时卡在凹模内的冲裁件数，n=h/t；

KT---推件力系数；

FT---推件力，单位为N。

n=h/t（10）

式中：

h---凹模孔的直刃壁高度，单位为mm；

t---材料厚度，单位为mm。

FX=KXF（11）

式中：

KX---卸料力系数。

查表2.2可得推件力系数、卸料力系数：

KT=0.055，KX=0.041，n=3。

代入数据得：

FT=3

0.055×185.5=30.6KN

KX=3

0.041×185.5=22.83KN

有：

F落=185.5+30.6+22.83=239KN

选用公称压力为300KN的压力机能满足冲压力要求。

2.2.2凸、凹模刃口尺寸及公差计算

落料冲裁凹凸模由于凹凸模形状复杂，所以采用配做加工方式，这种加工方法的特点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不必校核dt+da≤Zmax-Zmin条件，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲裁件工件公差的1/4），使制造容易。

以凹模为基准，配作凸模。

凹模磨损后其尺寸变化有两种情况：

55,35，R10为未注公差一般按IT14确定公差,查表4.4可得磨损系数：

X1=0.75，X2=0.75；0.75.

表2.5磨损系数X

材料厚度/mm

0.75

0.5

1~2

＜0.20

0.21~0.41

≥0.42

2~4

＜0.24

0.25~0.49

≥0.50

＞4

＜0.30

0.31~0.59

≥0.60

凹模磨损后变大的尺寸

（12）

凹模磨损后变小的尺寸

（13）

凹模磨损后没有变化变化的尺寸

（14）

----------------凹模尺寸，mm；

A,B,C----------------相对应的冲裁件基本尺寸，mm；

X----磨损系数，X值在0.5～1之间，它与冲裁件精度有关；

△---冲裁件的制造公差，单位为mm。

---------------冲裁件偏差，

--------凹模制造偏差，mm，根据经验一般

取△/4。

可得：

落料凹模磨损后变大的刃口尺寸：

由以上可知：

落料凸模的刃口尺寸按照凹模的实际刃口尺寸配制，保证间隙（0.246～0.360）mm。

图2.2模具图

2.3模具压力中心的确定

如图2.3根据图形分析，因为工件图形对称，故落料时

的压力中心在上O1；冲孔

的压力中心在O2上。

图2.3压力中心

2.4凸模、凹模、凸凹模的结构设计

2.4.1落料凸凹模的结构设计

在落料凹模内部，由于要设置推件块，所以凹模刃口应采用直通型刃口，该凹模的结构简单，宜采用整体式。

查表得k=0.40

即凹模高度H=kb=0.40×55mm=22mm（15）

凹模壁厚C=1.5H=1.5×22mm=33mm（16）

凹模的外形尺寸的确定:

凹模外形长度L=（55+2×33）=121mm（17）

凹模外形宽度B=（35+2×33）=101mm（18）

凹模整体尺寸标准化，取为120mm×100mm×36mm

2.4.2冲孔

凸模设计

为了增加凸模的强度和刚度，凸模非工作部分直径应制作成逐渐增大的多级形式，且它的外形尺寸较大，所以选用B形圆凸模。

凸模固定板厚度取为20mm凸模长度根据结构上的需要来确定

L=H凸模固定板+H落料凹模=20+33=53mm（取50mm）（19）

由于此凸模直径较大，且长度较短，刚度和强度足够外，所以无需对其进行强度校核。

冲裁时凸模进入凹模刃口1mm。

2.4.3凸凹模的结构设计

本模具为复合冲裁模，除了冲孔凸模和落料凹模以外，还有一个凸凹模。

根据整体模具的结构设计需要，凸凹模的结构简图应如图所示，确定凸凹模安排在模架的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力与模柄中心重合。

校核凸凹的强度，查表得凸凹模的最小壁厚为4.9mm，凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保证双面间隙为0.246mm-0.36mm。

凸凹模的孔中心与边缘尺寸距离15mm的公差，应比零件所标注的精度高3-4级别，即定为（15±0.15）mm。

图2.4落料凸模

图2.5冲孔凸模

图2.6凹模

2.5模具总装图

图2.7总装图

3.模具材料的选用

利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。

是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。

而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。

冷冲模材料应具有的性能：

冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。

冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。

模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。

因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。

1.应具有较高的变形抗力：

主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。

其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。

工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。

2.应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。

其基体中碳含量越高冲击韧性越高。

故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。

3.应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：

对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等

4.应具有较好的冷、热加工工艺性：

钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。

总上所述：

凸、凹模采用工作部分局部淬火

材料也用淬火变形小的

模具钢。

4.冲压设备的选择

按公称压力

选取压力机

表4.1开式双柱可倾压力机技术规格

型号

J23-3.15

J23-6.3

J23-10

J23-16

J23-16B

J23-25

JC23-25

公称压力

31.5

100

160

250

350

滑块行程

滑块行程次数

200

170

145

120

最大封闭高度

120

150

180

220

270

280

封闭高度调节量

滑块中心线至床身距离

110

130

160

200

205

立柱距离

120

150

180

220

270

300

工作台尺寸

前后

160

200

240

300

370

380

左右

250

310

370

450

560

610

工作台孔尺寸

前后

110

130

160

110

200

左右

120

160

200

240

210

290

直径

110

140

170

210

160

260

垫板尺寸

厚度

直径

150

模柄孔尺寸

直径

深度

滑块底面尺寸

前后

180

190

左右

100

200

210

床身最大可倾角

=1.6×195KN=312KN

按上述要求，结合工厂实际，可选用JC23-25开式双柱可倾压力机。

并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。

5.模具的装卸

5.1模具的装配

复合模是指在冲床一次行程中冲制产品两道或两道以上工序的冲模，这种模具结构复杂，装配要求高，但由于模具生产率高，各内、外型面间的相对位置精度高，故广泛应用于精密零件的加工。

本模具为落料—拉深复合模其装配一般按下面的步骤进行：

（1）装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。

（2）将拉深凸模装在下模座上，并相对下模座底面垂直。

。

同磨端面平齐后，作止动螺钉孔，并安装止动螺钉。

（3）以顶件块定心，将凹模装在下模座上，经调整与拉深凸模同轴后，用平行夹板夹紧，做螺钉孔和销钉，并拧紧螺钉，配入适当过盈的定位销。

（4）将凸凹模装在固定板上，并保持垂直，同磨大的；端面齐平。

（5）用平行夹板将上凸凹模的固定板与上模座加紧后合模，使导柱缓慢进入导套。

在凸凹模的外圆对正凹模后，配作螺钉和螺钉过孔，并拧入螺钉但不要太紧。

用轻轻敲打固定板的方法进行细致的调整，待凸凹模和凹模的间隙均匀后，配作凸凹模固定板和上模座的销孔，并配入相应过盈量的销钉。

（6）加工顶件块时，外圆按凹模的孔实配，内孔按拉深凸模的外圆实配，保持要求的间隙。

装配后，顶件块的顶面须高于凹模

而拉伸凸模的顶面不得高于凹模。

（7）安装固定挡料销和卸料板，按凹模板上的孔套在凸凹模外圆上应于凹模中心保持一致。

在用平行夹板夹紧的情况下，按凹模上的螺孔引作卸料板上的螺钉过孔，并以螺钉固紧，其他零件的装配均符合要求后打标记。

5.2卸料装置的确定

卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。

通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。

卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置﹑弹性卸料装置和废料切刀三种。

固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。

出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。

我们通常把准过载上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。

综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为2.0mm，相对较薄，卸料力也比较小，

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