订书机推钉块冲压模具设计说明书.doc

课程设计
扬州职业大
订书机推钉块成形模具设计

院 系 机械工程学院
专 业 模具设计与制造
学 号 0901030235
姓 名 杨帅
指导教师 孙庆东

1零件工艺分析及成形方案确定
1.1零件工艺分析
1.1.1零件图的零件尺寸及技术要求
如图1-1即是是零件图的尺寸要求。其技术要求制件表面无划伤、边缘无毛刺，未注公差为IT12。零件厚度为0.8mm，材料为20钢，生产数量为10万件。

图1.1 零件
1.1.2产品结构形状分析
该零件形状为半对称，其中包括一处冲圆形孔一处冲方形孔，还有切舌和弯曲、整形，零件尺寸相对较小。
1.1.3产品尺寸精度、粗糙度、断面质量、材料分析
（1）尺寸精度
图纸对该零件的13.6尺寸精度要求为IT10级，其余为IT12级。
（2）断面质量
表面要求无毛刺
（3）产品材料分析
对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。
经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。
（4）产量 10万件
由产品的生产数量10万件可知，产品批量为中等批量，适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模。
1.2 冲压工艺方案的确定
落料冲孔同时进行加工，生产效率高，模具设计也简单。

2 工艺计算
2.1展开料计算

图3.2 展开料

2.2排样计算
零件外形为半对称 ，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件尺寸较小，以及对板料的充分利用。所以本设计决定采用交叉双排结构[4]。

如图3.3所示。

图3.3 排样图
（1） 搭边
查参考文献[1] ，确定搭边值，。当时, 。
（2） 条料宽度
mm
（3） 材料利用率
（3.5）
式中 —板料（带料或条料）上实际冲裁的零件数量；
—零件的实际面积；
—板料（带料或条料）长度；
—板料（带料或条料）宽度；
若取工件数量件，则料长为

取
所以条料规格为
所以材料利用率为

2.3落料冲孔复合模相关计算
2.3.1冲压力计算
（1） 冲裁力
冲裁力公式为 （3.6）
式中 —冲裁力；
—冲孔冲裁力；
—落料冲裁力。
（2）冲孔冲裁力
（3.7）
式中 K—系数（取K=1.3）；
—孔的个数，。
—冲孔周长，；
—材料厚度，；
—材料抗剪强度；
—材料的抗拉强度，查参看文献[1]知

所以 N
（3） 落料冲裁力。
（3.8）

所以
（4）卸料力。
（3.9）
式中 —卸料系数，查参考文献[2]知，取。
所以
（5） 推料力
（3.10）
式中 —推料系数，查参考文献[2]取；
—同时卡在凹模洞孔内的件数，。
所以
（6） 顶件力
（3.11）
式中 —顶件系数，查参考文献[2]取。
所以
（7） 总冲压力
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

冲裁时，压力机的公称压力P必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。一般为P，系数为1.3，则

查参考文献[1]表1-6 初选压力机：J23-10 主要工艺参数如下：
公称压力：100KN
滑块行程：60mm
行程次数：135次/分
最大闭合高度：180mm
闭合高度调节量：50mm，(最小闭合高度：130mm)
工作台尺寸：前后240mm，左右360mm
模柄孔尺寸：直径30mm，深度50mm
工作垫板：厚度50mm，直径
3.2.2 计算模具压力中心
以圆心作为直角坐标系的原点，建立直角坐标系。通过计算，得次工件的压力中心为（-3,0）。
2.3.3 模具的刃口尺寸计算
模具采用复合模结构，为便于凸凹模加工，保证凸凹膜之间的间隙，采用凸凹模配合加工。
零件上包含三个尺寸：磨损后增大的尺寸，相当于落料中的凹模，，，， ，，，；磨损后减小的尺寸，相当于冲孔中的凸模，，；磨损后基本不变的尺寸，，，。

（1） 落料凹模刃口尺寸
（3.12）

式中 —落料凹模刃口尺寸（mm）;
—落料件最大极限尺寸（mm）;
—落料件尺寸公差（mm）;

; (查表得x=0.75)
; (查表得x=0.75)
; (查表得x=1)
; (查表得x=0.75)
(查表得x=1)

（2） 冲孔凸模刃口尺寸。
（3.13）
式中 —冲孔凸模刃口尺寸（mm）;
—冲孔件最小极限尺寸（mm）;
—冲孔件尺寸公差（mm）;
—工件的位置距离尺寸（mm）。

; (查表得x=1)
; (查表得x=1)
; (查表得x=1)

（3） 基本不变的尺寸

式中 —工件的位置距离尺寸（mm）
—工件的位置距离最小尺寸（mm）
—尺寸公差（mm）

非基准件（对落料凹模来说是凸模，对冲孔凸模来说是凹模）按以上基准件的实际尺寸配作，保证双面间隙0.072~0.104mm。
3 模具结构设计
3.1落料冲孔复合模结构设计
（1）模具的形式
复合模又可分为正装式和倒装式，正装的特点：工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，必须加以清除才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直；倒装特点：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[8]。
经分析，此工件有两个孔，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。
（1） 定位装置
采用固定定位销，其定位销安装在凸凹模上。
（2） 卸料装置
调料卸料：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。
工件卸除：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。
冲孔废料卸除：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。
（3） 导向
导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便，而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。
（4） 模架
若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。
本设计决定采用中间导柱模架。
4 模具工作零件的设计及计算
4.1落料冲孔复合模工作零件的设计及计算
4.1.1落料凹模
落料凹模尺寸如图5.1所示。

图5.1 落料凹模尺寸
（1） 差参考文献[2] 表2-39可知：
凹模的 厚度 壁厚
（2） 凹模板的长宽
该工件的展开料是半对称，落料凹模可以做成长方体，以压力中心为对称中心，则：
长度 ；
宽 。
考虑实际模架大小是其凹模板故修正为。
4.1.2凸模长度及校核
由于冲件的形状和尺寸的不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦有所不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式也就有很多种形式。一般冲裁凸模的形状是由产品的形状决定的，它可以采用直身结构也可采用加强型结构。主要的固定方式有：台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定以及粘结剂浇注法固定等，本设计用抬肩固定式。冲孔凸模尺寸如图5.2
（1） 冲孔凸模长度
本次采用弹压卸料板，计算公式如下
（5.3）
图5.2凸模尺寸图5.2 凸模尺寸凸模尺寸

式中 —凸模长度mm；
—凸模固定板厚度，本次取20mm；
—卸料板厚度，本次取20mm；
—材料厚度，本次0.8mm
—附加长度，包括凸模修模量，一般取4~10mm，本次取4mm；凸模进入凹模的深度，一般取0.5~1mm，本次取0.7mm。
所以 。
（2） 凸模的强度校核
冲裁时凸模因承受了全部的压力，所以它承受了相当大的压应力。而在卸料时，又承受有拉应力。因此，在一次冲裁的过程中，其应力为拉伸和压缩交变反复作用在一般情况下，凸模的强度是足够的，因此没有必要作强度的校核但在该设计设计中为保险即要校核。
1. 压应力校核。抗压强度校核公式如下：
圆形凸模
非圆形凸模 （5.4）
式中 —凸模最小直径，本次为3mm；
—冲裁材料厚度，本次为0.8mm；
—冲裁材料抗剪强度，差参考文献[1]知；
—冲孔冲裁力，；
—凸模最小截面积，本次为15；
—凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV，查参考文献[2]得，取。
1) 圆形凸模校核

所以圆形凸模强度校核符合要求。
2) 非圆形凸模校核

所以非圆形凸模强度校核符合要求。、
2. 失稳弯曲应力校核。校核公式如下：
圆形凸模 （5.5）
非圆形凸模
式中 —许可的凸模最大自由长度，mm；
d —凸模的最小直径，mm；
F—冲孔冲裁力，；
J—凸模最小断面的惯性矩，，差参考文献[2]表10-18知矩形截面最小断面惯性矩；
1) 圆形凸模校核

2) 非圆形凸模校核

所以凸模刚度符合要求。
4.1.3凸凹模
如图5.3
（1）凸凹模的厚度

式中 —卸料板厚度，取；
—卸料板在开始时要比凸凹模高；
—橡胶垫的自由高度。

图5.3凸凹模
（2）壁厚校核
查参考文献[1]表1-28知，当料厚t=0.8mm时，倒装复合模凸凹模最小壁厚mm；本设计中所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。
（3）其他
漏圆料孔直径取，漏方料孔取矩形，刃口直边设计存三片料，高为2.4mm。

5 其他零件设计
5.1落料冲孔复合模其他零件
5.1.1橡胶垫
为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%～45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%～15%。
橡胶垫产生的力[8]
（6.1）
式中 —压力N；
—橡胶垫横截面积；
—与橡胶垫压缩量有关的单位压力MPa，如表5.1所示。
表6.1 合成橡胶压缩量和单位压力
橡胶压缩量（%）
单位压力（MPa）

橡胶压缩量(%)
单位压力(MPa)
10
15
20
0.26
0.50
0.74

25
30
35
1.06
1.52
2.10
取 ，则

取压缩量为20%，预压缩量为10%。
所以橡胶垫的自由高度为
,
式中 —橡胶自由高度，mm；
—卸料板的工作行程，mm，一般取，t为板料厚度
—凸模或凸凹模的刃磨量，mm，一般取，厚板取大值，薄板取小值，本次取0.5mm。
系数0.25~0.3，聚氨酯橡胶取0.25，合成橡胶取0.3。本次采用合成橡胶，故取0.3。
所以
预压缩量取为 。
工作行程
5.1.2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。即下列情况下要加垫板。
（6.2）
式中 —凸模端面的压应力，其数值为；
—模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为100MPa，钢约为200 MPa；
—冲裁力；
—凸模上端面面积。
垫板的形状与凸模固定板一致，厚度一般取3～10mm。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度Ra≤0.32～0.63。
由于本套模具选用上出件需安装下顶出机构，故在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板，厚度取为10mm。
下面校核一下凸凹模与下模座之间是否下要加垫板。
已知凸凹模下端面，所以

所以 ，
模座采用铸铁，，所以用加垫板。
5.1.4卸料板
卸料板同样为长方形，长宽和凹模板一致，如图5.3所示，厚度为10mm。卸料板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.1～0.3mm。
5.1.5紧固件
紧固件的的直径,实际应比它大即取,紧固件的长度，在上模的螺钉选用内六角螺钉、数目为四个，而销钉选用A型销钉数、为两个位置分布如图6.1。

图6.1 垫板
5.1.6模架
根据凹模板的尺寸，模架采用标准的后导柱长方形模架，材料采用HT200。标记为：上模座 GB2855.5—81；下模座 GB2855.6—81。
5.1.7压力机校核
模具的闭合高度为
，
所以模具的外形尺寸为 ，
模具闭合高度与压力机装模高度关系：

已知：，。
模具闭合高度应为：
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寸，即>。
所以压力机合格，可用。
5.1.8复合模的结构图

图5.4 落料冲孔结构图
1-上模座、2-导套、3-导柱、4-销钉、5-垫板、6-螺钉、7-凸模固定板、8-推杆、9-凸模、10-模柄、11-模柄、12-推荐块、13-螺钉、14-凹模、15-卸料板、16-下模座、17-橡胶垫、18-凸凹模、19-销钉、20-定位销、21-螺钉、22-卸料螺钉。

参考文献
[1] 李慧敏.冷冲压模具设计.北京：化学工业出版社,2010.2
[2] 重庆大学 王孝培.冲压手册.重庆：机械工业出版社,1986.10