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1、某零件冲压模具设计1 前 言 日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。2 工件工艺性分析及方案确定2.1工件工艺性分析2.1.1冲裁工艺性图2-1 零件图由零件简图2-1可见，该工件的加工涉及到落料、
2、冲孔、翻边或拉深等工序成形。该零件的外径为54mm,属于小制件，形状简单且对称，适于冲裁加工。查冷冲压模具设计与制造表2.3冲压件内、外形所能达到的经济精度，因制件形状简单、对称，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT12-IT13。查表2.5孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5mm。查表2.7一般剪切断面表面粗糙度为3.2m.查冷冲模设计表23，得材料10号钢的力学性能如下表：表2-1 10号钢的性能抗剪强度255333MPa抗拉强度b294432MPa屈服点s206MPa伸长率29%材料10钢，其冲压性能较好，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。2.1.2翻边工艺性1.
3、翻边工件边缘与平面的圆角半径r=(23)t2. 翻边的高度h=81.5r=1.53. 翻边的相对厚度d/t=15.16(1.72),所以翻边后有良好的圆筒壁4. 冲孔毛刺面与翻边方向相反，翻边后工件质量没大影响。5. 查中国模具设计大典第3卷，第35页，K.W.I扩孔实验，预加工孔15.16可扩孔到45左右，而制件为28，即满足翻边性能。 总体看来：该制件均满足冲裁工艺性和翻边工艺性，适于冲裁加工。2.1.3判断能否一次性翻边成形由预冲孔公式可以得到翻边高度H的表达式：H=D-d2+0.43r+0.72t (2-1)或H=D2(1-dD)+0.43r+0.72t =D2(1-K) +0.43r
4、+0.72t若将Kmin带入上式，则可得到许可的最大翻边高度HmaxHmax=D2（1-Kmin）+0.43r+0.72t 其中 D翻边后的中经(mm) Kmin极限翻边系数 r翻边圆角半径(mm) t材料厚度(mm)查冷冲模设计，表7-1低碳钢圆孔极限翻边系数 这里凸模采用圆柱形平底型式 孔的加工方式为冲孔 因 相对厚度d/t=15.16 得Kmin= 0.55 于是Hmax=282（1-0.55）+0.432+0.721 =8.0(mm)因工件高度H=Hmax，所以在平板上能一次性翻边成形2.2 工艺方案确定根据工件形状，初步确定采用落料、冲孔和翻边等工序，现确定以下方案：方案一：一套落料
5、、冲孔、翻边复合模方案二：一套落料、冲孔、翻边单工序模方案三：一套落料、冲孔、翻边连续模单工序模、连续模和复合模的相互比较见表2-2表2-2单工序模、连续模和复合模的性能比较 项目单工序模连续模复合模工作情况尺寸精度精度较高可达IT1310级可达IT98级工件形状易加工简单件可加工复杂零件，如宽度极小的异形件、特殊形件形状与尺寸要受模具结构与强度的限制孔与外形的位置精度较高较差较高工件平整性推板上落料，平整较差，易弯曲推板上落料，平整工件尺寸一般不受限制宜较小零件可加工较大零件工件料厚一般不受限制0.66mm0.053mm工艺性能操作性能方便方便不方便，要手动进行卸料安全性比较安全比较安全不太
6、安全生产率低，压力机一次行程只能完成一道工序，但在多工位压力机使用多副模具时，生产率高高，压力机一次行程内可完成多道工序较高，压力机一次行程内能完成两道以上工序条料宽度要求不严格要求严格要求不严格模具制造结构简单，制造周期短结构复杂，制造和调整难度大结构复杂，制造难度大 总的看来：方案一：生产效率高，因为滑块下行一次既完成落料、冲孔和翻边等工序，不存在定位误差，同轴度高，因此冲压出来的制件精度也较高；但模具结构较复杂，因此模具制造难度大。 方案二：生产效率不高，由于要多机床或多道工序完成，致使生产效率和经济效益都降低；但模具制造周期短。方案三：生产效率较高，完成落料、冲孔的连续模生产效率较高，
7、和方案二一样，由于第二道翻边单工序的存在，降低了生产效率不说，精度也难保证。因此综合考虑采用方案一，再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。正装复合模和倒装复合模的比较见下表2-3表2-3正装复合模和倒装复合模的比较序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出操作方便，能装自动拔料装置，能提高生产效率又能保证安全生产，孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的胀力，有利于凸凹模减少最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度4装凹模的面积较大，有利于复杂制件拼快结构如凸凹模较大
8、，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板从表2-3中可以看出：正装对于薄冲件能达到平整要求，且废料不会在凸凹模孔内积聚，有利于凸凹模减少最小壁厚。而倒装不能达到平整要求，而且废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度。从保证冲裁件质量、经济性和安全性前提下，综合考虑采用正装复合模，即模具结构为落料、冲孔、翻边正装复合模。3排样及计算材料利用率3.1计算预冲孔大小图3-1 零件图该制件是在冲孔后的平板毛坯上翻边成形，在翻边时，同心圆之间的距离变化不显著，预制孔直径可以用弯曲展开的方法近似计算：查冷冲模设计第215页预冲孔直径公式d=D1-22r+t2+h (3-1)因 D1=D+t+2
9、r h=H-r-t 代入上式，并简化得：d=D-2(H-0.43r-0.72t) 式中 D翻边后的中经(mm) H翻边高度(mm) r翻边圆角半径(mm) t材料厚度(mm)这里D=28mm H=8mm r=2mm t=1mm所以d=28-2（8-0.432-0.721） =15.16(mm)同可得：相对厚度d/t=15.16/1=15.16翻边系数d/D=15.16/28=0.543.2确定排样方式采用有废料和少废料排样，排样图分别如图3-2和图3-3图3-2 有废料排样图3-3无废料排样少废料排样虽然材料利用率有所提高，但由于条料本身的宽度公差，以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁
10、件尺寸而使冲裁件的精度降低，也降低了模具寿命，结合各自的优缺点，综合考虑采用有废料排样法。3.3计算材料利用率1.计算制件的面积A制件面积A的计算公式：A=4（D2-d2） (3-2)= 4（542 -15.162) =2108.6469(mm2) 式中 D毛坯外径(mm) d冲孔直径(mm)2.确定搭边a与a1的值查冷冲模设计表3-10搭边a与a1数值取a=0.8mm a1=1.0mm于是条料宽度:b=54+2a1=56mm进距:l=54+a=54.8mm 3.材料利用率计算查中国模具设计大典第3卷冲压模具设计。表18.3-24轧制薄钢板的尺寸（GB/T708-1988）板料规格选用 1.0
11、mm750mm1500mm(tmmBmmLmm)1）若采用纵裁：裁板条数 n1=B/b=750/56=13条余22mm每条个数n2=A-al=1500-0.854.8=27个余19.6mm每板总个数n总=n1n2 =1327 =351(个)材料利用率 总=n总(D2-d2)4LB 100% (3-3) =3512108.750100% = 65.79% 2）若采用横裁：裁板条数 n1=L/b=1500/56=26条余44mm每条个数 n2=B-al=750-0.854.8=13个余36.8mm每板总个数n总=n1n2 =2613 =338(个)材料利用率 总=n总(D2-d2)4LB 100% (3-4) =3382108.750100% = 63.35%显然纵裁的材料利用率要高些，因此选用纵裁。4.计算零件的净重GG=F.t. (3-5) 式中 G工件重量（g） F工件面积（cm2） t材料厚度（cm） 材料密度（g/cm3）10号钢属于低炭钢，在这里密度取=7.85 g/cm3则 G=F.t. =2108.646910-21.010-1 7.85 =16.55 g
