弯垫板冲压模具设计说明

课程设计说明书题目：弯垫板冲压模具设计学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：：学号：指导教师：目录一、确定工艺方案及模具结构形式二、工艺计算三、凸、凹模具零件设计四、模具零部件设计五、相关零件刚度、强度校核六、压力机的校核七、参考文献零件图一、确定工艺方案及模具结构形式（一）工艺方案的确定1、零件的工艺性分析该零件材料为10钢，为优质碳素结构钢，其抗剪强度为τ=260～340MPa，抗拉强度为σb=300～440MPa，屈服强度为σs=210MPa，伸长率为δ=29%，屈强比为σs/σb=0.48～0.7，材料综合性能良好，适合冲压工艺。

大批量生产，板厚为1.5mm，工件精度为IT8。

有落料、冲孔、弯曲三个工序。

2、工艺方案的确定（1）方案种类：该零件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可以有三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料，再弯曲。

采用单工序模生产方案二：先冲孔落料，再弯曲。

采用连续模和弯曲模生产方案三：先冲孔落料，再弯曲。

采用复合模和弯曲模生产方案四：冲孔落料弯曲复合模生产（2）方案比较：方案一：结构简单，但需要三道工具三副模具，成本高而生产效率低，模具寿命低，冲压精度差，操作也不安全，难以满足中批量生产要求。

方案二：连续模是一种多工位，效率高的加工方法。

但连续模轮廓尺寸较大，采用此方案会加大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。

方案三：需要两套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。

方案四：只需一套模具，但模具结构复杂，制造加工难度大，且维修不易。

综合考虑，故采用第三种方案最佳。

（二）模具总体结构设计1、模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模，所以模具类型为落料-冲孔复合模、弯曲模。

复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件——凸凹模。

凸凹模装在上模模称为正装式复合模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。

采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。

2、定位方式模具冲压所使用的原料是条料，卸料采用弹性卸料装置，导料采用导料销，送进步距控制采用活动挡料销。

3、卸料与出件方式采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装置依靠弹簧的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。

冲孔废料直接从凸凹模孔中落下，制件由顶件块从凹模中顶出。

4、模架的类型中间导柱导套模架适宜于纵向送料，对角导柱导套模架适宜横向送料，四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。

该模具采用后侧导柱的模架，模架100ｘ80ｘ130~150 I GB/T 2851.3，用导柱导套导向，送料与操作的方便。

二、工艺计算（一）毛坯尺寸计算弯曲件毛坯展开长度的计算：一般将r／t＞0.5的弯曲称为有圆角半径的弯曲，r／t≤0.5的弯曲称为无圆角半径弯曲。

根据工件图，r／t =０．５／１．５＝０.３３＜０．５，故零件是无圆角半径弯曲。

无圆角半径弯曲的毛坯尺寸计算是依据弯曲前后材料体积不变原则确定的，并考虑弯曲时圆角变形区板厚变薄。

计算公式如下：L＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｏ．５ｔ＝１４＋（２２－２）＋０．５ｘ１．５＝３４．７５ｍｍ（二）排样的设计与计算冲裁件在条料上的布置方法称为排样。

排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算条料宽度和送料步距，计算材料利用率，画排样图。

１、排样方法的选择根据对所给零件的分析，可采用直排有废料排样或无搭边对排方式，但无搭边对排方式模具过于复杂，且不能保证精度，而且两种排样方式材料利用率相差不大，故采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。

可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件。

２、计算冲裁面积冲裁面积A＝１２ｘ８＋２２ｘ９＋０．５π（６２＋１１２）－（π（３２＋６２））＝３９９.２４mm2侧面搭边ａ＝1.５mm, 工件间搭边ａ１＝１.２mm３、步距和条料宽度的计算步距H＝２２＋1.２＝２３.２mm条料宽度B＝３４.７５＋２ｘ１.５＝３７.７５mm４、排样图（三）材料利用率的计算一个步距的材料利用率:η＝(A/BH)×100%＝(３９９.２４/（３７.７５×２３.２）)×100%＝４５.６%（四）工艺力的计算１、冲孔落料模（１）冲裁工艺力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。

冲裁力是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。

冲裁力的计算公式：F＝KLtτ式中F——冲裁力（N）；L——零件的剪切周长（mm）；t——材料厚度（mm）；τ——材料抗剪切强度（MPa）；K——系数。

考虑到模具间隙值的波动及均匀性，刃口的磨损，材料力学性能及厚度的波动、润滑情况等因素对冲裁力的值都有影响，一般取K＝1.3。

K＝1.3 ；t＝１.５mm ；τ＝３００MPa；落料力F1＝KL1tτ＝1.3×９７.４×１.５×３００＝５６９７９N冲孔力F2＝KL2tτ＝1.3×５６.５５×１.５×３００＝３３０８２N冲裁力F＝F1＋F2＝９００６１N卸料力F卸＝K卸F＝0.04×９００６１＝３６０２N推件力F推＝K推F＝0.055×９００６１＝４９５３N表3.1 卸料力、推件力、顶件力系数（２）初选压力机总的冲压力F总＝F＋F卸F推＝９００６１＋３６０２＋４９５３＝９８.６２KN应选取的压力机公称压力为：160kN 。

因此可选择压力机型号为J23-16。

J23-16压力机技术参数：公称压力：160kN滑块行程：55mm滑块行程次数：120/n•min-1最大封闭高度：220mm封闭高度调节量：45mm工作台尺寸（左右×前后）：450×300mm模柄孔尺寸（直径×深度）：40×60mm倾斜角：35°2、弯曲模(1)弯曲回弹角的确定此弯曲件为小圆角半径弯曲，查文献1表3-11，=1.5(2)L形弯曲件自由弯曲力L形弯曲件是在自由弯曲阶段相当于弯曲U形件的一半，而且应设置压料装置，所以可近似地取弯曲力为F自=（FU+FQ）/2 （1-1）其中：FU为弯曲力FQ为压料力FU＝0.7KBt2σb/（r+t）式中FU——为U形件冲压行程结束时的自由弯曲力，（N）；B——冲裁件宽度（mm）；t——材料厚度（mm）；r——冲裁件弯曲半径（mm）；σb——材料抗拉强度（MPa）；K——为安全系数。

一般取系数K=1.3U形弯曲件弯曲力计算：FU＝0.7×1.3×12×1.52×370/（0.5＋1.5）＝4545.45N对设置压料装置的弯曲模，其压料力也要由压力机滑块承担，FQ可近似取自由弯曲力的30%～60%,即FQ=（0.3～0.6）FU。

，这里取FQ=0.5FU。

将数据代入，求得：FQ=2272.73N将FQ、FU代入式（1-1）得：F自=3409.09N(3) L形弯曲件校正弯曲力F校＝Ap式中F校——为校正弯曲时的弯曲力，（N）；A——为校正部分垂直投影面积，(mm2)；p——为单位面积上的校正力，（MPa）；具体弯曲计算如下：A ＝20×9+0.5π112＝369.97mm2F校＝100MPa×369.97mm2＝36997N=37kN(4)顶件力F顶＝（0.3～0.8）FU，取系数为0.5，则F顶=2272.73N(5)选择冲压设备由弯曲工艺可知，弯曲时的校正弯曲力与自由弯曲力、顶出力不是同时发生的，且校正弯曲力比自由弯曲力和顶出力大得多。

因此，可按F校=37KN选择冲压设备，实际选用100kN压力机，因此可选择压力机型号为J23-10。

压力机J23-10，其主要技术参数为：公称压力：100kN滑块行程：45mm滑块行程次数：145/n·min-1最大闭合高度：180mm闭合高度调节量：35mm工作台尺寸（左右×前后）：370×240mm模柄孔尺寸（直径×深度）：30×55mm床身最大倾角：35°（五）冲模的压力中心的确定计算公式为:X0＝（L1X1＋L2X2……LnXn）/（L1＋L2……Ln）＝∑LiXi/∑Liy0＝（L1y1＋L2y2……Lnyn）/（L1＋L2……Ln）＝∑Liyi/∑Li式中: L1、L2、Ln为个凸模轮廓长。

X0 ＝0 （零件左右对称）y0＝（2/3×11×11π＋2×15.5×9＋2×24×8＋6π×30+11×12π+28×6π）/（(12+6+11+6）π+34）=2424.39/143.9＝16.85mm压力中心计算图三、凸、凹模具零件设计（一）落料冲孔复合模设计1、冲裁凸凹模间隙的确定冲裁模间隙是直接关系到冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要工艺参数。

冲裁模间隙数值，主要与材料的厚度、种类有关。

但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，而应区别情况，分别对待，在保证冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下，是模具寿命最高。

查教材表2-3，可知：Zmax＝0.120mm ，Zmin＝0.090mmZmax–Zmin=0.030mm2、冲模的凸凹模刃口尺寸计算凸、凹模刃口尺寸的计算可以分为两种：一是凸凹模分别加工，这种加工方法适用于圆形或简单形状的冲裁件。

采用凸、凹模分别加工法，为了保证合理间隙，必须满足系类条件：δP＋δd≤Zmax－Zmin 。

二是凸、凹模配合加工，对于形状复杂或薄料的冲裁件的冲裁，一般采用配合加工。

（1）对于落料，应以凹模为基准件，工件形状复杂，采用配合加工,系数x=1。

各尺寸为A1：22，A2：9，A3：12，C1：8，C2：5A1d=== mmA2d===mm A3d===mmC1d==( 7.989+0.5×0.022=8C2d== (4.991+0.5×0.018=5mm该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值Zmin~Zmax=0.09~0.12mm。

（2）对于冲孔Φ6，采用凸凹模分别加工：δP＝0.02mm ，δd＝0.02mm；工件公差Δ＝0.018mm；磨损系数x＝0.75 经计算：δP＋δd=0.04mm＞Zmax－Zmin，可取δP=0.4（Zmax－Zmin）=0.012mm，δd=0.6（Zmax－Zmin）=0.018mm。

d p＝＝＝mmd d＝=＝mm（3）对于冲孔Φ12，采用凸凹模分别加工：δP＝0.02mm ，δd＝0.02mm；工件公差Δ＝0.027mm；磨损系数x＝0.75 经计算：δP＋δd=0.04mm＞Zmax－Zmin，可取δP=0.4（Zmax－Zmin）=0.012mm，δd=0.6（Zmax－Zmin）=0.018mm。