冲压模具设计计算

第二章冲压工艺设计和冲压力的计算

2.1冲压件（链轮）简介

链轮三维图如图2.1，材料为Q235,工件厚度3mm ,模具精度：IT13为一般精 度。

图2.1 零件三维图

■2)178

图 2.2 零件二维图

零件图如图2.2,从零件图分析，该冲压件采用

3mm 的Q235钢板冲压而成，可 保证足够的刚度与强度。并可看出该零件的成形工序有落料、冲孔、拉深、翻边，其 难点为该成形件的 拉深和翻边。该零件形状对称，无尖角和其它形状突变，为典型 的板料冲压件。

通过计算此零件可按圆筒件拉深成形， 因其尺寸精度要求不高，大批量生产，因 此可以用冲压方法生产，并可一次最终成形，节约成本，降低劳动

斗 XI —7H

2.2确定冲压工艺方案

经过对冲压件的工艺分析后，结合产品图进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序和工序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案10。

1）冲压的几种方案

（1）落料、冲孔、拉深、翻边单工序模具生产。

（2）落料、冲孔复合模，拉深、翻边复合模生产。

（3）落料、冲孔连续进行采用级进模生产，拉深、翻边复合模生产。

（4）落料、冲孔、拉深、翻边复合模生产。

方案一：结构简单，需要四道工序，四套模具才能完成工件的加工，成本高。

方案二：加工工序减少，节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，提高了劳动生产率。

方案三：在方案二的基础上加大了制造成本，既不经济又不实惠。

方案四：在方案二的基础上又减少了加工工序，又节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，又提高了劳动生产率。

一个工件往往需要经过多道工序才能完成，编制工序方案时必须考虑两种情况：单工序模分散冲压或工序组合采用复合模连续冲压，这主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素。通过产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作安全以及经济效益等方面的综合分析，比较决定采用方案四。

即：落料、冲孔、拉深、翻边—成品。

2）各加工工序次数的确定

根据工件的形状和尺寸及极限变形程度可进行以下决定：落料、冲孔、拉深、翻边各一次。

3）加工顺序决定的原则

（1）所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应该在平板毛坯上冲出，因为在成型后冲孔模具结构复杂，定位困难，操作也不便，冲出的孔有时不能作为后续工序的定位孔使用。

（2）凡是在位置会受到以后某工作变形影响的孔（拉深件的底部孔径要求不高和变形减轻孔除外）都应在有关的成型工序后再冲出。

（3）两孔靠近或者孔距边缘很小时，如果模具强度足够，最好同时冲出，否则应先冲大孔和一般情况孔，后冲小孔和高精度孔，或者先落料后冲孔，力求把可能产

生的畸变限制在最小范围内

(4)整形或较平工序，应在冲压件基本成型后进行。

4) 成型过程

根据加工顺序的原则，确定成型过程如下：

首先是落料、冲孔，形成精确的外形形状；其次是拉深、翻边，也就是成形过程；最后出来的是成品。

采用这种冲压方案，从模具的结构和寿命考虑，有利于降低冲裁力，提高模具的使用寿命，同时结构简单，操作方便，而且减少了不必要的工序，节省了生产资料，提高了经济效益。适合加工厂生产，此种方案最合适。

综上所述，确定使用此方案。

2.3工件的毛坯尺寸计算

根据产品零件图，标注的螺纹尺寸M64 1 —7H为其大径，那么可以计算出小径

d 小=64 -1.0825 1 = 62.92mm

。

由于工件主要成型的工序是落料、冲孔、拉深和翻边，工件变形量不是很大，可以直接落下工件的实际尺寸，根据《冲压工艺学》可知毛坯大径为：

D 二d； 4d/ = 1782 4 123 9 = 190.03mm

链轮要经过四道工序加工成型，按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工，

那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边，然后拉深，最后冲孔和落料。由于链

轮的翻边高度不大，假设可一次翻边成形。那么翻边前毛坯上圆孔的初始直径d0为d o 2(H -r) =33.78mm

但零件的精度要求为IT13级，那么毛坯件的尺寸为:

d0 = 33.7800.39mm

D =190.03,72 mm

那么毛坯形状及尺寸如图2.3所示：

图2.3毛坯形状及尺寸

2.4计算拉深和翻边次数

由于链轮要经过四道工序加工成型，按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工，那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边，然后拉深，最后冲孔和落料。根据零件的形状和尺寸，其翻边高度不大，假设可一次翻边成形。那么翻边系数：

一鱼-沁“537

D m62.91

根据《冲压工艺学》查表5.5得K i =0.52，于是K K i，则能够一次翻边成形。又链轮的拉深为带法兰圆筒件的拉深，那么首先得判断是否可一次拉深成形，计算得第一次拉深可能达到的值h/d和d y/d分别为0.071和1.413,根据《冲压工艺学》在图4-38中得零件的h/d和d F/d所决定的点位于曲线下侧，则可一次拉深成形10L

2.5确定其搭边值

考虑到成型范围，应考虑以下因素：

材料的机械性能软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。

2）冲件的形状尺寸冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。

3）材料的厚度厚材料的搭边值要大一些。

4）材料及挡料方式用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距的搭边值要小一些。

卸料方式弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。

综上所述，根据《冲压工艺学》确定其搭边值：

两工件间的搭边值：a1=2.2mm

工件侧面搭边值：a=2.5mm

条料宽度：B=D+2a=190+X 2.5=195mm 2.6确定排样图2.6.1利用率的计算

在冲压零件的成本中，材料费用占60%以上，因此材料的经济利用是一个重要问

题。冲裁件在板料上的布置叫排样 10。合理排样，充分利用材料具有重大的意义, 排样的经济程度中材料的利用率 K 表示为：

上100

式中 K —材料利用率(%；

n —条料上生产的冲件数； s —每一冲件的面积(mm2;

A 0 —条料面积(mm2。

根据以上数据，确定两工件间的搭边值：a i =2.2mm ；

工件侧面搭边值：a=2.5mm 。

A 0 =(9 2.2 2 2.5 190 10) (190 2 2.5) = 375336mm 2

2 2 2

s -二r 95 28440.4mm

一块板料上冲10个，那么取n=10;则利用率:

2.6.2确定其排样图

根据搭边值，那么排样图如图2.4所示:

图2.4

排样图

(2.1)

K 10 28440.41 K

— 375336

100% =75.77%

2.7计算各工序冲压力

链轮冲压力包括落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。材料 Q235板材厚度3mn ， 材料的抗剪强度? =450MPa ，屈服点数值为235 MPa 。

1）冲裁力

为了合理设计模具和正确选用压力机，就必须计算冲裁力 121。计算公式如下：

P o - Lt

（2.2） 式中 P o —冲裁力（N ）；

:—材料抗剪强度（MPa ）; L —材料轮廓长度（mm ）；

t 本次设计中， —材料厚度（mm ）。

冲裁力包括：落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。

般K 取1.3,那么

落料力为： P =1.3L t t=1.3 596.90 3 450N =1047564.05N

冲孔力为： F C =1.3L t =1.3 102.64 3 450N “80034.57N

拉深力为： P a - dt ；「b K i - ： 123 3 450 0.5 = 260830.73N

翻边力为： R b =1.1(D m -d 0)tj =1.1 二(66-33.78) 3 235 = 78497.75N 其中d ------拉深毛坯的直径，mm

K ――修正系数

K l ——拉深系数

6 ――材料的屈服点数值，MPa

2）卸料力

卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。卸料力的计算公式如下:

P x 二 K x P

式中Px ——卸料力（KN ）； Kx ――卸料力系数，查表取0.05;

P l ――落料力（KN ）。

则

P x =0.05 104756405 = 52378.20N 3）推件力

顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力，

一般叫做推件力。推件力的计算

公式如下： D m d o 一 翻边后竖边的中径，mm

毛坯上圆孔的初始直径，mm (2.3)

P T 二nK T R

(2.4)

式中P T—推件力（KN ）；

K T—推件力系数，查表取0.055;

n —卡在凹模里的料的个数n=h/t,其中，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm）；t 为料厚（mm）；

P T =1 0.055 104756405 = 57616.02N

4）顶料力

逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力一般叫做顶料力。顶料力的计算公

式如下：

P D二K D P C（2.5）式中P D—顶料力（KN;

K D—顶料力系数，查表取0.06;

P D =0.06 18003457 = 10802.07N，

则根据式2.6得出，总的冲压工艺力为：

F = P+P c+P s+P fb P x P T P D

=1047564.05+180034.57+260830.73+78497.75+52378.20+57616.02+10802.07 =1784941.76N

=1785KN

则复合模选择冲床时的总压力为F=1.3F=2320.42KN。