冲压模具设计计算-修订编选

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1、0 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 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 1 此可以用冲压方法生产，并可一次最终成形，节约成本

2、，降低劳动。 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

3、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

4、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。 2 （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

5、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，标注的螺纹尺寸为其大径，那么可以计算出小径7H164M 。 mm92.6210825 . 1 64d 小 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： mmhdd03.19

6、0912341784D 2 1 2 2 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为 0 d 0m r+2()33.78 2 t dDHrmm 但零件的精度要求为 IT13 级，那么毛坯件的尺寸为： 0.39 00 33.78dmm 0 0.72 190.03Dmm 那么毛坯形状及尺寸如图 2.3 所示： 3 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

7、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： 0 33.78 0.537 62.91 m d K D 根据冲压工艺学查表 5.5 得，于是，则能够一次翻边成形。52. 0Kl l KK 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 和 分别为 0.071 和 1.413，根据冲压工艺学 在d/hd/dF 图 4-38 中得零件的 和所决定的点位于曲线下侧，则可一次拉深成形。d/hd/dF 10 2.5 确定其搭边值

8、 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+22.5=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

9、%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。合理排样，充分利用材料具有重大的意义， 10 排样的经济程度中材料的利用率 K 表示为： 4 (2.1) 0 s 100 n K A 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） ； 条料面积（mm2） 。 0 A 根据以上数据，确定两工件间的搭边值：a1=2.2mm； 工件侧面搭边值：a=2.5mm。 2 0 mm3753365 . 22190101905 . 222 . 29A）（）（ 222 4 . 2844095mmrs 一块板料上冲 10 个，那么取 n=10；则利用率

10、： %77.75%100 375336 41.2844010 K 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 2.7 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 3mm， 5 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。计算公式如下： 12 0 PLt （2.2） 式中 冲裁力（N） ； 0 P 材料抗剪强度（MPa） ； L 材料轮廓长度（mm） ； t 材料厚度（mm） 。 本次设计中，冲裁力包括：落料力、冲孔力、拉深

11、力、翻边力。 一般 K 取 1.3，那么 落料力为： P1.31.3 596.90 3 4501047564.05 l L tNN 冲孔力为： c P1.31.3 102.64 3 450180034.57L tNN 拉深力为： la1 123 3 450 0.5260830.73 b PdtKN 翻边力为： fb0 1.1 ()1.1(6633.78) 3 23578497.75 ms PDd tN 其中 d拉深毛坯的直径，mm K修正系数 拉深系数 1 K 翻边后竖边的中径，mm m D 毛坯上圆孔的初始直径，mm 0 d 材料的屈服点数值，MPa s 2）卸料力 卸下包在凸模上材料所需要

12、的力一般叫做卸料力。卸料力的计算公式如下： （2.3） lXX PK P 式中 Px卸料力（KN） ； Kx卸料力系数，查表取 0.05； 落料力（KN） 。 l P 则 N20.5237805.104756405. 0Px 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： （2.4） lTT PnK P 式中 推件力（KN） ； T P 6 推件力系数，查表取 0.055； T K 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） ； N02.5761605.1047564055. 01PT

13、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： （2.5） cDD PK P 式中 顶料力（KN） ； D P 顶料力系数，查表取 0.06； D K ，N07.1080257.18003406. 0PD 则根据式 2.6 得出，总的冲压工艺力为： lclsfb +P +P +P =1047564.05+180034.57+260830.73+78497.75+52378.20+57616.02+10802.07 =1784941.76N =1785KN XTD FPPPP 则复合模选择冲床时的总压力为 F=1.3F=2320.42KN。 7 第

14、三章 落料、冲孔、拉深、翻边复合模的设计 3.1 模具零件刃口尺寸计算 3.1.1 尺寸计算原则 刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素， 模具的合理间隙值也要靠模具 刃口尺寸及其公差来保证。生产实践中存在如下问题： 13 1）由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的，且落料 大端尺寸等与凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 2） 在测量与使用中， 落料件是以大端尺寸为基准， 冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 3） 冲裁时， 凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦， 凸模愈磨愈小， 凹模愈磨愈大， 结果使间隙愈用愈大。 4）拉深时，凸凹模工作部分的尺寸和拉深方法有关，可查设计资

15、料确定，也可 按卡契马列克经验公式计算。 5）圆孔翻边的尺寸计算采用翻边高度计算翻边圆孔的初始直径和翻边系数计 0 d 算可以达到翻边高度。 由此，在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，应考虑： 1）落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料 模时，以凹模为基准，间隙取在凹模上。 2）设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲 孔模时，凸模基本尺寸则应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样在凸凹模磨损 到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。凸凹模间隙择取最小合理间隙值。 3）设计拉深、翻边模时，其基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，这 样在凸

16、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。凸凹模间隙择取最小合 理间隙值。 4）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。 根据以上原则：落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制。由于 此工件属薄板料的冲裁件，因此采用凸凹模配合加工。 3.1.2 模具间隙的选择 模具间隙是指凸凹模刃口间缝隙的距离，用 C 表示，俗称单面间隙。双面间隙 用 Z 表示。 拉深、 翻边 V 形工件时， 凸、 凹模间隙是靠调整压力机闭合高度来控制的， 8 不需要在模具结构上确定间隙。以下为落料、冲孔复合模间隙的确定： 15 1）冲裁间隙对冲裁件质量的影响 冲裁件质量是指切断面质量，尺寸精度及形状误差。切断面