落料、冲孔、弯曲复合模设计.doc

模具设计作业题：
拉深冲孔复合模设计：
工艺性分析
工件名称：角撑
材料：LY12M
厚度：1.2mm
工件简图:如图1所示

1、冲压件的工艺分析以及方案的确定
通过对冲压件图样的分析得出对于这类工件，一般采用先落料、再拉深，后冲孔的加工顺序进行加工。如果把三道工序放到一起，可以大大提高工作效率，降低整个模具的开发成本，能够减轻工作量，节约能源，产品质量稳定而且在加工时不需再将手伸入模具空间, 保护了操作者的人身安全。将三道工序复合在一起，可以有以下两个不同的工艺方案：
方案一、先冲孔、落料为同一工步首先完成，然后再进行拉深。采用级进模具。
方案二、先落料，然后冲孔和拉深在同一工序；采用复合模具。
由于此零件为盒形件且直边较短拉深后由于回弹的影响，难以保证零件的精度，因此可留一截直边，零件成形后在削去多余的直边。
采用第一种方案加工工件，只需一副模具，生产效率高，但结构复杂，生产成本高。不易保证长度尺寸的精度，而且容易磨损内孔冲头，降低模具寿命。方案二也只需一副模具，生产效率高，结构较方案一简单。经分析、比较最后确认方案二。
该冲压件的形状较为简单对称, 冲裁件内外形达到的经济精度为IT12～IT13，最小孔径为2.6 mm,查钣金课本表 页：两孔中心距公差，25.5 mm；一般冲裁件剪断面粗糙度6.3 。圆角部分r=3mm，其尺寸的精度要求不高，LY12M冲压性能较好,孔与外缘的壁厚较大, 复合模中的凸凹模壁厚部分需要足够的强度。因此, 该工件采用落料、冲孔及弯曲复合模加工较合理。
2、主要工艺参数的计算
2.1 毛坯尺寸的计算
在计算毛坯尺寸前，需要先确定拉深前的形状和尺寸,又有拉深圆角半径r=3mm，板料厚度t=1.2mm,r/t=,故这类弯曲件变薄不严重，横断面畸变较小，并且留出8.5的直壁高度，拉伸成型后还需要修边，故毛料展开粗劣计算即可：
1）将盒形件两个圆角部分合在一起，组成一个圆筒，其展开半径为：
， D=70mm
2）直边部分按弯曲计算展开：
B=D=70mm，
3）展开后的毛料如下图：

4）拉伸成型后如图：

2.2 排样的设计与计算
排样设计主要确定排样形式、送料步距、条料宽度、材料利用率和绘制排样图。
（1）排样方式的确定 根据冲裁件的结构特点，排样方式选择为直排。
以下对两种直排方式进行分别计算：
方式一：竖排
1、搭边值的确定
由课本表3-17查的和值：
工件间=1mm，沿边=1.2mm。
2、送料步距的确定
A=D+=70+1=71mm
D——平行于送料方向的冲裁宽度 ——冲裁件之间的搭边值。
3、条料的宽度确定 按照无侧压装置的条料宽度计算公式，查书中的表3-18得 =0.6mm =0.2mm
B==mm
4、绘制排样图。冲裁件排样图如图2所示：

图2 排样图
方式二：横排
1、搭边值的确定
由书中表2-4查的和值：
工件间=1.2mm 沿边=1.0mm
2、送料步距的确定
A=D+=89.5+1.2=90.7mm
D——平行于送料方向的冲裁宽度 ——冲裁件之间的搭边值。
3、条料的宽度确定 按照无侧压装置的条料宽度计算公式，查书中的表3-18得：=0.5mm =0.2mm
B==mm

4、绘制排样图。冲裁件排样图如图3所示：

图3 排样图

通过计算，当选用第二种排样方案时，整体材料利用率也大于第一种方案的材料利用率，因此选用第一种排样方案进行排样。

2.3 冲压力的计算及设备的选择
该模具采用弹性卸料和下方出料方式。总冲压力由冲裁力、卸料力、推件力和弯曲力组成。由于采用复合冲裁模，其冲裁力由落料冲裁力和冲孔冲裁力两部分组成。

2.3.1 冲裁力的计算
采用平刃口模具冲裁，其理论冲裁力可按下式计算：

式中：--安全系数，常取K=1.3
--冲裁件的周长，mm；
--材料的厚度，mm；
--材料的抗剪强度，MPa。
查表(实用冲模设计与制造)A-2 抗剪强度：= MPa
冲裁件周长：=
（1）落料、冲孔冲裁力的计算。查相关手册得知材料LY12的抗拉强度=400~460MPa因此取=460MPa，

（2）压边力的计算。查书本《实用冲模设计与制造》表2-21，

（3）反顶力的计算。

（4）卸料力的计算

（5）选择冲床时的总冲压力为：

（7）选用设备公称压力。
根据上面算的总冲压力为188.7，所用机械压力机公称压力应选取最接近而又稍大一些的压力机，查书本《实用冲模设计与制造》附录B，表B-4，选取国产公称压力为250的J23—25型开式双柱可倾压力机其主要结构参数如表1所示：
J23-16型开式双柱可倾压力机主要结构参数
公称压力/KN
250
滑块行程/mm
65
滑块行程次数/（次/min）
105
最大封闭高度/mm
270
封闭高度调节量/mm
55
滑块中心线至床身距离/mm
200
立柱距离/mm
270
工作台尺寸/mm（前后×左右）
370×560
垫板尺寸/mm（厚度×孔径）
50×200
模柄孔尺寸/mm（直径×深度）
φ40×60
床身最大倾斜角(°)
30

2.4计算刃口部分尺寸
2.4.1冲裁凸、凹模结构设计
（1）冲裁间隙
查《冲压模具设计与制造》中表格2-11得间隙=0.16mm，=0.19mm。
（2）凸、凹模刃口精度
查课本表3-13 由于t=1.2mm，工件精度选取IT12，故模具尺寸精度选为IT9
（3）对冲的孔采用凹、凸模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下。
查《冲压模具设计与制造》表2-6 查得磨损系数x=0.75
对于查《冲压模具设计与制造》表2-5凸、凹模制造公差均为：=0.020，=0.020。查《冲压模具设计与制造》表2-4：=0.19
=0.16

校核：-=0.03mm，+=0.040 mm
不满足->+的条件。
因此，只有缩小、，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此取
0.4=0.40.02=0.012mm
0.6=0.60.02=0.018mm
故 =mm =mm
（4）对外轮廓的落料，由于形状比较简单、有规则，故依旧采用凸凹模分别加工的方法，其凸凹模尺寸计算如下。
①对圆弧部分尺寸D= mm刃口计算
查《冲压模具设计与制造》表2-5得凸、凹模制造公差：=0.020mm =0.030mm
查《冲压模具设计与制造》表2-6得 磨损系数χ= 0. 5。

校核：-=0.03mm，+=0.050 mm
不满足->+的条件。
0.4=0.40.02=0.012mm
0.6=0.60.02=0.018mm
因此，只有缩小、，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此取
==mm
==69.69mm

② 对拉深模具刃口尺寸计算
拉深凹模的圆角半径可按经验公式 ，取=6mm，一次拉深成型中，凸模圆角半径与工件的圆角半径相等。但对于厚度小于6mm的材料其数值不得小于2t。而=3 ，符合要求，不需要加入整形工序，故=3mm
圆弧部分：
查《冲压模具设计与制造》表4-18凸、凹模制造公差均为：=0.08，=0.05。式4-43： ，取Z=2.8
查表2-6得磨损系数χ= 0.75。
==50.063mm
==47.263mm
3、压力中心计算
因为该工件是轴对称零件，所以其压力中心在其几何中心上。

4、模具总体设计及主要零部件设计
4.1 模具零件结构的确定
（1）落料凹模结构尺寸的确定。 凹模外形尺寸主要包括凹模厚度、凹模壁厚c、凹模宽度和凹模长度。
凹模厚度尺寸的确定 查模具设计和制造表2-15,凹模厚度修正系数=0.35,凹模厚度尺寸=b=0.35×70 mm=24.5mm
凹模壁厚c=（1.5~2.0），可取c=35 mm
凹模宽度==（89.5+2×35）mm=159.5 mm,
设计使取=160mm
凹模长度=步距+2C
=（71+2×35）= 141 mm。
设计时取凹模长度 =200mm
（2）落料凸模结构尺寸的确定。 凸模长度尺寸与凸模凸缘和卸料板的厚度有关。
卸料板厚度取=16 mm。凸模凸缘取=15 mm，压缩后橡皮圈厚度 。
凸模长度=++,可取=（16+15+39）mm=70 mm
（3）凸、凹模的尺寸的确定。
凸、凹模的厚度，根据模具的具体情况而定。
凸、凹模的外刃口尺寸按凹模刃口配制，并保证间隙0.32~0.33 mm。
4.2模具其他零件的选择
模架选用一般精度，中小尺寸冲压件的后侧导柱模架。
上模座板：L×B×H=315mm×250mm×50mm （GB/T2855.1）
下模座板：L×B×H=315mm×250mm×60mm （GB/T2855.2）
导 柱1：d×L=40mm×230mm （GB/T2861.1）
导 柱2：d×L=45mm×230mm （GB/T2861.1）
导 套1：d×L×D=40mm×125mm×48mm（GB/T2861.3）
导 套2：d×L×D=45mm×125mm×48mm（GB/T2861.3）
垫 板：35 mm
卸 料 板：16 mm

在确定模具闭合高度之前，为使模具正常工作，模具闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应，应介于冲床最大和最小闭合高度之间，一般可按式H最大-5≥H模 ≥ H最小+10确定。
如果模具闭合高度小于冲床的最小闭合高度时，可以采用垫板，其高度为H1则关系式见式H最大-H1-5≥H模 ≥ H最小-H1+10
其中，H最大-H1和H最小-H1分别为模具安装在冲床垫板上时，冲床的最大和最小装模高度。模具闭合高度：=50+35+25+30+70+60=270 mm

4.3 绘制模具总装配图
按已经确定的模具形式及相关参数，选择冷冲模标准模具。绘制模具总配，主要是由上模座、下模座、冲孔凸模、拉深凹模、成形落料凸凹模、成形凹模、落料凹模、卸料板等主要零件组成，同时它们也是此套模具的主要工作零件，如图5所示。
条料的送进，由六个导料销控制其方向，由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹性卸料装置，由橡胶来提供卸料力。为了便于加工，落料凸模与冲孔凸模采用相拼式，并保证其安装的准确性，对于冲孔部分，冲孔的费料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔落下。

图5 装 配 图

1.模柄 2.卸料螺钉 3.中间导柱模架 4.圆柱销 5.凸凹模 6.冲孔凸模 7.卸料橡皮 8.卸料板 9.螺钉 10.落料凹模 11.冲孔凹模 12.拉深凸模 13.垫板 14.顶件器 15.顶杆 16.挡料销 17.导料销

4.4 绘制模具主要零件图
（1）拉深凸模如图6所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～60HRC。

图6 拉深凸模
（2）落料凹模如图7所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～60HRC。

图7 落料凹模
（3）凸凹模如图8所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～62HRC。

图 8 凸凹模
（4）冲孔凸模如图9所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～62HRC。

图 9 冲孔凸模
4.5 定位零件
模具上定位零件的作用是使毛坯在模具上能够正确定位。毛坯在模具中定位又两个内容：一是送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料，二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向如图11所示：

图11 毛坯的定位及导向
4.6 导向及支撑固定零件
导柱和导套的选择：
对生产批量大，要求模具寿命高，工件精度较高的冲模，一般采用导柱、导套来保证上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动的两种。经过计较选用了滚珠导柱、导套.
滚珠导柱、导套是一种无间隙、精度高、寿命长的导向装置，适合于高速冲模、精密冲裁模以及硬质合金模具的冲压工作。
如图12所示为滚珠导柱、导套的结构形式，导套与上模座导套孔采用过盈配合，导柱与下模座导柱孔位过盈配合，滚珠置于滚珠夹持圈内，与导柱和导套接触，并有微量过盈。
设计时，滚珠与导柱、导套之间应保持0.01--0.02 mm的过盈量。为保证
均匀接触，滚珠尺寸必须严格控制。滚珠直径一般取—5 mm。对于高精度模具滚珠精度去IT5，一般精度的模具，取IT6.滚珠排列对称，分布均匀，每个滚珠在上下运动时都有其各自的滚道而减少磨损。滚珠夹持圈的长度L，应保证上模回程至上止点时，仍有2--3圈滚珠与导柱、导套配合，起导向作用。导套长度约为L1=L+（5--10) mm。

图12 滚珠导柱、导套
4.6 模 柄
模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式分为整体式模柄、带台阶的压入式模柄、带螺纹的旋入式模柄、有凸缘的模柄、浮动式模柄选用浮动式模柄如图它由模柄、球面垫圈和接板组成。这种结构可通过球面垫快消除冲床导轨误差对冲模导向精度的影响。适用于有滚珠导柱、导套导向的精度冲模。
在设计模柄时要注意，模柄的长度不得大于冲床滑块里模柄孔德深度，模柄直径应与模柄孔一致，在本设计中采用带台阶的压入式模柄。其结构图如图13所示。

图13 模 柄

设 计 小 结
为期四周的冲压模具设计已近结束了，如果四周时间完全拿来做设计，那么时间肯定很充裕，但是在设计的同时要实训以及课程的考试，所以时间就耗去一大部分。此次设计的题目是综合性的，集结了落料、冲孔和拉深。通过设计，使我对冲压成形模具有了更深刻的认识，在理论学习的基础上，对实际设计能力也有了一定的提高，对各种手册得查法有了亲身的体验，同时也熟练了CAD软件的操作，对冲压工艺与模具设计中的冲模部分的压力中心计算有了更进一步的了解，并且对卸料装置、送料定位装置及固定装置有了进一步的掌握。
在此次设计过程中，遇到了一些挫折和困难，但是通过不断摸索，开拓了思维，同时也解决了不少以前尚未弄明白的问题，使自己的技术知识得到了巩固，提高了自己操作的能力。这次设计过程中，虽然遇到了一些问题，但是通过自己的仔细思考和研究，并在老师以及同学的帮助下，许多疑难问题都得到了解决。对自己的知识面和技术水平的提高有很大的帮助。
通过设计我也认识到自己的不足，对细节的东西学的不够透彻，对知识深度的挖掘不够。同时我也感悟到与别人合作的快乐，认识到团结就是力量，通过与同学的交流可以很快的学到很多东西，为我以后在工作上做了思想上的准备和技术上的准备，以后的学习工作中我更加努力！

参 考 文 献
1、《实用冲压模具设计与制造》 洪慎章 等编著 机械工业出版社 2010.4
2、《机械设计》 濮良贵 纪名刚主编 高等教育出版社，2006.5
3、《实用模具设计与制造手册》 许发樾主编 机械工业出版社，2000.10
4、《冲压模具设计与指导》 伍先明主编 国防工业出版社，2011.11
5、《冲压工艺与模具设计》 马正元、韩啓主编 机械工业出版社，
1998.5
6、《冲压结构设计方法、要点及实例》 张正修主编 化学工业出版社，
2003.75、
7、《机械制图与CAD》 陈伟珍 伟余萍主编 华南理工大学出版社，2006.8
8、《模具设计与制造》 张荣清主编 高等教育出版社，2008.3
9、《机械精度设计与检测技术》 王玉主编 刘笃喜 蔡安江副主编 国防工业出版社