刹车片冲压模具设计

 1零件及冲压工艺分析…………………………………………………………………2

1.1 零件工艺分析…………………………………………………………………………2

1.2  方案论证及计算……………………………………………………………………3

1.3  选择冲压机…………………………………………………………………………6

 2 模具总体设计 ……………………………………………………………………………7

2.1 选择模具类型 …………………………………………………………………………7

2.2凸模设计  ……………………………………………………………………………8

2.3凹模设计  ……………………………………………………………………………9

2.4  模具的结构选择 …………………………………………………………………11

  3总结……………………………………………………………………………………14

 3.1  本冲模的特点………………………………………………………………………14

3.2  本冲模存在的问题及改进措施……………………………………………………14

  4参考文献 ………………………………………………………………………………15

1 零件及冲压工艺分析

1.1 零件工艺分析

    本文所设计的冲裁零件是止动件，如图

 该冲裁件的材料为厚度2mm的A3钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。该冲裁件的材料结构简单，并在转角两处有R2圆角，比较适合冲裁，零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件的尺寸公差。

由工件图可见，该冲压件外形简单，精度要求不高，仅需要一次冲裁加工既可成型，冲压件为大批量生产，质量轻尺寸小，为简化模具制造过程降低生产成本，因而采用单工序。

  该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。 

由表2.3.3查得：

尺寸45mm，选x = 0.5；尺寸35mm，选x = 1；其余尺寸均选x = 0.75。 

落料凹模的基本尺寸计算如下：

磨损后增大的尺寸 

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是44.79mm，34.75mm，11.75mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值。

1.2  方案论证及计算

 在冲压零件的成本中，材料的费用占有相当的比重（普通冲压占60％－80％，多工位级进模依靠高产降低成本，但材料仍占相当比重），提高材料利用率是降低冲压零件成本的重要途径，而材料利用率的高低主要取决于冲压零件的排样。同时毛坯排样的结果又是后续的工步排样以及凹模、卸料板等模具零件设计的基础，因此毛坯排样是冲模设计的重要环节。由于工件在条料上的排布方式多种多样，工件几何形状复杂多样，仅仅凭借设计者的经验进行排样几乎不可能得到最佳的材料利用率。随着计算机技术的不断发展，许多学者对毛坯排样优化算法与系统开发进行了研究，提出了加密点逐步移动判定法水平平行线分割法、顶点算法、高度函数法、包络矩形法等各种算法。

   本文中设计到的冲裁件，排样设计通过查《冲压模具设计与制造》所得。首先确定两工件间的搭边值：a=2.2mm

   工件边缘搭边：a＇=2.5mm

   步距S=35+a=37.2mm

   条料宽度B=（D+2a＇）=45+2*2.5=50mm

   冲裁件面积A=1027.8

  一个步距的材料利用率η=(A/BS)*100%

=55.3%

  查板材标准，宜选900mm*1000mm的钢板

  每张板可剪材为18张条料（50mm*1000mm）

  每张条料可冲483个工件。故每张板材的利

  用率为：

  η＇=(n*A/L*B)*100%=55.2% 

排样图如右图

1.2.1压力中心的计算

    计算压力中心时,先画出凹模型口图,由于工件Y方向对称,故压力中心Xo=32.5

Yo=(24.73*16.95+11.1*39.45+12*45+11.1*39.45+24.73*16.95)/(24.73+11.1+12+11.1+24.73)=26.84 mm

L1=24.73mm           Y1=16.95mm

L2=11.1mm           Y2=39.45mm

L3=12mm              Y3=45mm 

L4=11.1mm          Y4=39.45mm

L5=24.73mm        Y5=16.95mm

计算时忽略边缘2-R2圆角

由以上计算可知冲压件压力中心坐标为(32.5,13.39)

1.2.2  工作零件刃口尺寸计算

    落料部分以落料凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制

基本尺寸

及分类		冲裁间隙	磨损系数	计算公式	制造公差	计算结果
落 料 凹 模	Dmax = 65 (上偏差为0，下偏差为-0.74)	Zmin=0.246 Zmax=0.36 Zmax-Zmin =0.36-0.246 =0.11mm	制作精度为IT14级，故X=0.5	Dd=(Dmax-xΔ)	Δ/4	Dd=.63(上偏差为+0.185，下偏差为0)，相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.246~0.36之间
	Dmax = 24 （上偏差为0，下偏差为-0.52）					Dd=23.74（上偏差为+0.13，下偏差为0）    同上
	Dmax = 30 （上偏差为0，下偏差为-0.52）					Dd=29.74（上偏差为+0.13，下偏差为0）        同上

1.2.3 工作零件结构尺寸                                                                                                                                                        

（1）落料凹模板尺寸

凹模厚度：H=Kb(≥15mm)    （查表2.9.5得K=0.28）

           H=0.28*65=18.2mm

凹模边厚度：C≥(1.5~2)*H

=(1.5~2)*18.2

=(27.3~36.4)mm   实取C=27.3mm

凹模板边长：L=b+2c

             =65+2*27.3

             =119mm

查标准GB/T—6743.1—94：凹模板宽B=119mm

故确定凹模板外形为：125*125*18(mm),将凹模板制作成薄型形式并加空心垫板后实取为：119*119*14（mm）

(2)凸凹模尺寸：

凸凹模长度：L=h+h′+h″=16+10+24=50(mm)

其中：h―增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等）

        h′―凸凹模固定板厚度

            h″―弹性卸料板厚度

凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm，根据强度要求查《冲压模具设计与制造》知壁厚为4.9mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够。

1.3 选择冲压机

该冲压件的排样设计完以后，我们要选择一定的冲压设备。冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量，模具寿命、生产效益及成本等一系列重要问题。在选择冲压设备时需要知道模具的总冲压力，下面就是冲压力的计算：

项目分类	项  目	公 式	结 果	备 注
冲压力	冲裁力P	P=KLtτ=1.3*215.96*2*450	252.67KN	L=215.96  τ=450mpa
	卸料力 P卸	P卸=K＇P=0.05*252.67	12.63KN	查表2.6.1 K＇=0.055
	推件力 P推	P推=nK＂P=6*0.055*252.67	83.38KN	n=h/t=8/1.2=6
	总冲压力P总	P总=P+ P卸+ P推 =252.67+12.36+83.38	348.41KN	直接卸料 下出件

 根据总冲压力P总=348.4KN，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有的设备，选用J23-63开式双柱可倾冲床，并在工作台面上制备垫板，其主要工艺参数如下：

公称压力：630KN

滑块行程：130mm

行程次数：50次/分

最大闭合高度：360mm

连杆调节长度：80mm

工作台尺寸（前后*左右）：480*710

2模具总体设计

2.1选择模具类型

（1）模具类型选择

由冲压工艺分析可知，该零件结构简单，知需一次冲裁即可成型。

（2）定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料钉初定距，定位销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定的余量，可以靠操作工目测来定。

（3）卸料、出件方式的选择

  因为工件厚为2毫米，相对较薄，卸料力也比较小，故可以采用弹性卸料。   

2.2 凸模设计

（1） 凸模的结构形式及固定方法

    由于冲件的形状和尺寸不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃等；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。凸模的固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定；粘结剂浇注法固定等。所以凸模形状是非圆形，刃口形状是平刃，结构是整体式，凸模的固定方法是螺钉和销钉固定。

（2） 凸模长度计算

    凸模长度尺寸应根据模具的具体结构，并考虑修磨、固定板与卸料板之间的安全距离、装配等的需要来确定。

 凸凹模长度：L=h+h′+h″=16+10+24=50(mm)

其中：h―增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等）

  h′―凸凹模固定板厚度

      h″―弹性卸料板厚度

(3)  凸模的强度校核

    在一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，无须进行强度校核。但对特别细长的凸模或凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较厚时，则必须进行承压能力和抗纵弯曲能力的校核。其目的是检查其凸模的危险断面尺寸和自由长度是否要求，以防止凸模纵向失稳和折断。

凸模如图下：

2.3 凹模设计

(1)  凹模外形结构及其固定方法

    凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口也有平刃和斜刃。

    凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺钉（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。所以凹模外形是板形，结构是整体式，刃口是平刃。

（2） 凹模的刃口形式

     凹模按结构分为整体式和镶拼式凹模。冲裁凹模的刃口形式有直筒形和锥形两种。选用刃口形式时，主要应根据冲裁件的形状、厚度、尺寸精度以及模具的具体结构来决定。

（3） 凹模轮廓尺寸的确定

     冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压的作用。由于凹模结构形式及固定方法不同，受力情况又比较复杂，目前还不能理论方法确定凹模轮廓尺寸。

 计算如下：   H=15mm      C=37mm

     凹模如图下：

  对与此次设计的冲裁模，加工工艺也是必须要了解的，下面举例落料凸模加工的工艺过程：

工序号	工序名称	工序内容
1	备料	①     原料尺寸1000*900mm  ②分成条料尺900*70mm
2	热处理	退火
3	粗加工毛胚	刨6面保证尺寸
4	热处理	调质
5	磨平面	磨六面，互为直角
6	钳工划线	画出各孔位置线
7	加工螺钉孔，安装孔	按位置加工螺钉孔，销钉孔
8	热处理	按热处理工艺，淬火回火达到58~62HRC
9	磨平面	精磨上下平面
10	线切割	按图线切割，轮廓达到尺寸要求
11	钳工精修	全面达到设计要求
12	检验

2.4  模具的结构选择

  一套模具，结构简单的不过几十个零部件组成。但是，我们绝不能小看它。在刚开始设计时，是选何种模具结构形式，是选正装模具结构（即凹模安装在下模座上）呢？还是倒（反）装模具结构（即凸模安装在下模座上）？是选单工序模具结构呢？还是选复合模具结构？这是摆在我们每个模具工作者面前的一个非常值得深入探讨的话题，这里面是大有文章可做的。

1、 正装模具的结构特点

　　正装模具的结构特点是凹模安装在下模座上。故无论是工件的落料、冲孔，还是其它一些工序，工件或废料能非常方便的落入冲床工作台上的废料孔中。因此在设计正装模具时，就不必考虑工件或废料的流向。因而使设计出的模具结构非常简单，非常实用。

正装模具结构的优点

（1）因模具结构简单，可缩短模具制造周期，有利于新产品的研制与开发。

（2）使用及维修都较方便。

（3）安装与调整凸、凹模间隙较方便（相对倒装模具而言）。

（4）模具制造成本低，有利于提高企业的经济效益。

（5）由于在整个拉伸过程中，始终存在着压边力，所以适用于非旋转体件的拉抻（参看五金科技，1997；6：42～44）。

正装模具结构的缺点

（1）由于工件或废料在凹模孔内的积聚，增加了凹模孔内的小组涨力。因此凹必须增加壁厚，以提高强度。

（2）由于工件或废料在凹模孔内的积聚，所以在一般情况下，凹模刃口就必须要加工落料斜度。在有些情况下，还要加工凹模刃口的反面孔（出料孔）。因而即延长了模具的制作周期，又加大了模具的加工费用。

2、 倒装模具的结构特点

　　倒装模具的结构特点是凸模安装在下模座上，故我们就必须采用弹压卸料装置将工件或废料从凸模上卸下。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或废件从孔中排出的问题。倒装模是利用冲床上的打料装置，通过打料杆将工件或废料打下，在打料杆将工件或废料打下的一瞬间，利用压缩空气将工件或废料吹走，以免落到工件或坯料上，使模具损坏。另外需注意的一点就是，当冲床滑块处于死点时，卸料圈的上顶面，应比凸模高出约0.20～0.30mm。即必须将坯料压紧后，再进行冲裁。以免坯料或工件在冲裁时移动，达不到精度要求。 

倒装模具结构的优点

（1）由于采用弹压卸料装置，使冲制出的工件平整，表面质量好。

（2）由于采用打料杆将工件或废料从凹模孔中打下，因而工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件可废料对孔的涨力。从而可减少凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸缩小，节约模具材料。

（3）由于工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件或废料对模刃口的磨损，减少凹模的刃磨次数，从而提高了凹模的使用寿命。

（4）由于工件或废料不在凹模也内积聚，因此也就没有必要加工凹模的反面孔（出料孔）。可缩短模具制作周期，降低模具加工费用。

（5）由于压边力只在平板坯料没有完全被拉入凹模前起作用，所以适用于旋转体体的拉伸。如图2中的圆筒形件（参看五金科技，1997；6：42～44）。

倒装模具结构的缺点

（1）模具结构较复杂（相对正装模具而言）。

（2）安装与调整凸凹模之间的间隙较困难（相对正装模而言）。

（3）工件或废料的排除麻烦（最好使用压缩空气将其吹走）

 在本课题中所设计的零件由于加精度要求不高，生产批量不大的工件，在很多生产企业都普遍存在。所以采用有导向装置的单工序模、正装。如下图所示

1.模柄 2.内六角螺钉 3.圆柱定位销 4.导套 5.导柱 6.上模座 7.上模垫板 8.上模      9.上模衬板  10.导套  11.导柱  12. 内六角螺钉  13.卸料板  14.下模  15.挡料钉    16.圆柱定位销   17. 内六角螺钉   18.下模座

3总   结

3.1  本冲模的特点

采用“有导向落料模”，具有结构简单，操作方便，安全，易于制造，装配和维修的特点，为了更好的完成冲压工作，并能保证尺寸精度及使用功能，又能提高材料的利用率，模具本身要符合设计要求，在保证设计方案可行的基础上，要保证制造成本等方面合理的可行。   

3.2  本冲模存在的问题及改进方法

“止动件落料模”在设计和制造过程中会遇到许多问题，其主要问题和解决方案如下：

问题：凸凹模刃口尺寸的控制；

解决方案：严格的刃口尺寸计算。

问题：送料方向定位元件的选择；

解决方案：采用圆柱定位销。

问题：冲压力的大小；

解决方案：严格的冲压力计算。

问题：模具压力中心的确定；

解决方案严格的模具压力中心的计算。

参考文献

1、肖景容等主编．冲压手册．北京：机械工业出版社，1996

2、王孝培主编. 冲压模具设计与制造.北京:机械工业出版社,1990

3、成虹主编．冲压工艺与模具设计．北京：高等教育出版社，2000

4、东福等编．冷冲压模具设计．长沙：湖南科技技术出版社，1985

5、高佩福主编.实用模具制造技术.北京:中国轻工业出版社,1999

6、李云程主编．模具制造工艺学．北京：机械工业出版社，2001

7、硕本主编．冲压工艺学．北京：机械工业出版社，1982

8、陈万林等编.五金科技.北京：机械工业出版社，1997

9、陈剑鹤等编.模具设计基础.北京：机械工业出版社，2003

10、黄劲枝主编.机械设计基础.北京：机械工业出版社，2001