落料、冲孔、弯曲复合模设计

冲孔弯曲复合模设计：

零件简图：  如图1所示 ；

    生产批量：  大批量 ；

    材    料：  Q235A ；

    零件厚度：  3 mm。

                图1   零件简图

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、冲孔，再弯曲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、先落料，然后冲孔和弯曲在同一工步；

方案二、冲孔为同一工步首先完成，然后再进行弯曲。

采用第一种方案加工工件，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。经分析、比较最后确认方案二。对弯曲的回弹，可以用减小间隙的方法来避免或减小回弹。

该冲压件的形状较为简单对称,由《冷冲压成形工艺与模具设计制造》中的表4-9和表4-11查的，冲裁件内外形达到的经济精度为IT12～IT13,弯曲部分用r=2.5mm 的圆角进行过渡。除孔mm 有精度要求外, 其余尺寸的精度要求不高。Q235- A 钢冲压性能较好, 孔与外缘的壁厚较大, 复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。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，需要先确定弯曲前的形状和尺寸,又有弯曲半径

r=2.5mm > 0.5t=0.5x3=1.5mm,故这类弯曲件变薄不严重，横断面畸变较小，可以按应变中性层展开长度等于毛坯长度的原则计算毛坯尺寸，即：

式中的L——毛坯的展开长度，k——与变形程度有关的系数，=

=0.83查书本中表4-5利用插值法算得 k=0.40，带入数据L=9.5+80.5+=95.84 mm

  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。

（2）送料步距的确定   查相关手册表2-7，工件间最小工艺搭边值为2.2mm，可取a1=4 mm。最小工艺边距搭边值为2.5 mm，取a=3 mm。送料步距确定为h=99.84 mm。

（3）条料的宽度确定 按照无侧压装置的条料宽度计算公式，查相关手册表2-8和2-9可以确定条料与导料销的间隙和条料宽度偏差分别为b0=0.8mm，Δ=0.5mm。

B==

（4） 材料利用率的确定

     ==×100％=70.0％

（5）绘制排样图。冲裁件排样图如图2所示：

图2  排样图

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。

平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力可按下式计算：

     式中：--冲裁件的周长，mm；

           --材料的厚度，mm；

           --材料的抗剪强度，MPa。

   选择设备吨位时考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动的因素，实际冲裁力可能增大，所以应取

     式中--材料的抗拉强度，MPa。

（1）落料、冲孔冲裁力的计算。查相关手册得知材料Q235-A的抗拉强度

=375~500MPa，取=400MPa。

落料力  = =258.23400=309840 N

     冲孔力   = = 75.43400 = 90480 N

        冲裁力   =309840+90480=400320 N

（2）卸料力的计算。查书本《冲裁工艺与冲裁模》表2-13，卸料力的系

数=0.04。

=0.04309840=12393.6 N

（3）推件力的计算。查书本《冲裁工艺与冲裁模》表2-13，推件力的系

数=0.045，取刃口高度h=12 mm。n=12/3=4

               =40.04590480=16286.4 N

（4）弯曲力的计算

设计采用强力弹压校正弯曲，故可按下式计算弯曲力：

式中，A为工件压料校正部位的投影面积，单位为，可依工作计算

尺寸求得；为单位弯曲校正力（）。根据该工件材料、厚度查相关手册表4-4得知=70～100，取=85，则可求出：

=83985=63495 N  

（5）压料力可近似取弯曲力的30﹪～80﹪。

即  =0.663495=38097 N

（6）选择冲床时的总冲压力为：

492495 N≈530.6 

（7）选用设备公称压力。  

根据上面算的总冲压力为530.6，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，查相关手册，选取国产公称压力为

630的J23—63型开式双柱可倾压力机，其主要结构参数如表1所示：

表1  J23—63型开式双柱可倾压力机主要结构参数

     查《冷冲压成形工艺与模具设计制造》中表格4-6得间隙=0.460，=0.0。

（1）对冲和的孔采用凹、凸模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部

分尺寸计算如下。

   查表4-15得对于和凸、凹模制造公差均为：=0.020，=0.020。

   校核：-=0.18 mm，+=0.040 mm

   满足->+的条件。

查表4-16得磨损系数，所以对的孔有：

     ===

     ===

     对的孔有：

     ===

          ===

（2）对外轮廓的落料，由于形状比较复杂，故采用配合加工的方法，其凸

凹模尺寸计算如下。

      以凹模为基准件，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此都属于A类尺寸。零件图中未注公差的尺寸按自由公差。

对尺寸D=95.8mm刃口计算

查表2-11得凸、凹模制造公差：=-0.023mm  =+0.04mm由于-=0.18mm，+=0.027mm，满足-≥+。         

查表2-12得 磨损系数χ= 0.75。

==96.10

==95.

    对尺寸D1=40mm刃口计算

查表2-11得凸、凹模制造公差：=-0.02mm  =+0.03mm

由于-=0.18mm，+=0.01mm，满足-≥+。查表2-12得磨损系数χ= 0.75。

==40.19

==39.73

对尺寸D2=26mm刃口计算

查表2-11得凸、凹模制造公差：=-0.02mm  =+0.03mm

由于-=0.18mm，+=0.01mm，满足-≥+。查表2-12得磨损系数χ= 0.75。

==26.16

==25.80

（3）弯曲凸、凹模尺寸计算  因为不能用施加侧向压力进行校正，故采用减

小弯曲凸、凹模间隙来减小回弹。

     凸模的圆角半径与零件的弯曲半径相同，=2.5 mm；凹模圆角半径取=5 mm；凸、凹模单面间隙取Z∕2=0.9t=2.7 mm。

     对于工件尺寸86mm，取弯曲凸、凹模的制造公差IT7和IT8级，查公差配合表得=0.054 mm，=0.035 mm。则

=mm

=mm

     其工作部分尺寸如图3所示：

图3  工作部分尺寸

（4）孔心距的计算

由于该工件需要冲制两个孔，故其孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证，由于凸凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取在中心距的中心点上，按双向对称偏差标注，可按下式计算。

式中  ——凹模孔心距的尺寸，公差取工件公差的1/4即=；

      ——工件孔心距的最小极限尺寸；

       ——工件孔心距公差。

 带入数据得到=mm

3、压力中心计算

   因为该工件是轴对称零件，所以其压力中心在对称轴上，计算压力中心时，只需要考虑如图4所示X方向的值。

            ≈51 mm

图4   压力中心

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）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=0.35×95.84 mm=34 mm

凹模壁厚c=（1.5~2.0），可取c=55 mm左右

凹模宽度=+2c=（40+2×55）mm=150 mm,设计使取=200 mm。

     凹模长度尺寸的确定。根据排样图，凹模长度=步距+2c，=（99.84+2×55）mm=209.8mm，设计使取=250mm。

（2）凸模结构尺寸的确定。  凸模长度尺寸与凸模固定板和推件板的厚度有关。

凸模固定板的厚度取=20 mm。推件板的厚度取=30 mm，自由尺寸与修模量及进去凹模深度总计A′取为7 mm。

凸模长度=++ A′,可取=（20+30+7）mm=57 mm

（3）凸、凹模的尺寸的确定。

根据模具的具体情况，凸、凹模的厚度选取54mm。

凸、凹模的外刃口尺寸按凹模刃口配制，并保证间隙0.46~0. mm。

4.2模具其他零件的选择

      模架选用中等精度，中小尺寸冲压件的对角导柱模架，从右向左，操

作方便。

     上模座板：L×B×H=250 mm×200 mm×50 mm  （GB/T2861.3-81）

下模座板：L×B×H=250 mm×200 mm×60 mm  （GB/T2861.8-81）

导    柱：d×L=32×215 mm  （GB/T2856.2-81）

导    套：d×L×D=32 mm×120 mm×48 mm  （GB/T2856.1-81）

垫    板：15 mm

卸 料 板：12 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+15+25+34+3+54+60=241 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、冲孔翻边图凹模、翻边成形落料凸凹模、

成形凹模、落料凹模、定位拉料板、卸料环等主要零件组成，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，由四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，落料凸模与弯曲凹模采用相拼式，利用圆柱销进行定位，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.下模座    2.导 柱   3、25.卸料橡胶   4.卸料板   5.挡料销  6.落料凹模   7.滚  珠    8.导 套   9.型芯固定板    10.垫 板   11.上模座  12.螺  栓

13、14．冲孔凸模   15.沉头螺钉   16. 模 柄   17.打料杆   18、21.弹 簧

19、20、24、28、31、32.螺  栓    21.压料板   23.落料凹模    25.凸凹模  

26.活动凸模块   27.橡 胶   29.凹 模  30.定位销

4.4 绘制模具主要零件图

  （1）冲孔凸模如图6所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～60HRC。

图6  冲孔凸模

（2）冲孔凸模如图7所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～60HRC。

图7  冲孔凸模

（3）弯曲凹模如图8所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～62HRC。

图 8  弯曲凹模

（4）落料凸模如图9所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～62HRC。

图 9  落料凸模

（4）凸凹模如图10所示，材料选用Cr12MoV，热处理58～62HRC。

图10  凸 凹 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                                                                            

为期三周的冲压模具设计已近结束了，如果三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、冲孔和弯曲。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、《冷冲压成形工艺与模具设计制造》   付宏生 等编著       化学工业出版社， 2005.3 

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、《冲压模具设计与制造》  徐政坤主编    化学工业出版社，2003.7

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