铁路货车制动器背板冲压模具设计

铁路货车制动器背板冲压模具设计 专 业 班 级 姓 名 指导老师 一、零件设计任务零件简图如图 1-1 所示：材料：Q235A材料厚度:6mm生产批量:中批量未注公差:按 IT14 级确定.图 1-12、零件的工艺性分析2.1 工件材料由图 1-1 分析可知：Q235A 韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性适合冲裁加工2.2 工件结构形状工件结构形状较为，有 8 个圆孔和两个矩形槽，由图 1-1 看出孔边距 C＝26mm＞1﹣1.5t 满足要求可以冲裁加工2.3 工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，有些孔的加工精度达到 IT9，精度较高，需采用光洁冲裁其余均可采用普通冲裁综合以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工3、冲裁工艺方案完成此工件需要冲孔，落料，胀形三道工序其加工工艺方案分为以下三种：1.方案一：单工序模生产先胀形，再冲孔，最后落料；2.方案二：级进模生产胀形-冲孔-落料级进冲压；3.方案三：复合模生产胀形-冲孔-落料复合冲压。

方案一模具结构简单，但需三道工序，即需要落料模，胀形模，冲孔模三副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求方安二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造，安装较复合模复杂，而且因为工件的外形尺寸比较大，采用级进模占据的空间太大通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳考虑到零件结构较为复杂,料比较厚，且有些孔的精度要求比较高，故拟采用两副复合模完成工件的生产：一副落料-冲孔（加工精度要求较低的 4* 24） ；一副精冲-胀形复合模具四、冲压模具工艺与设计计算4．1 落料-冲孔复合模的设计与计算4.1.1 排样图的设计与计算经过分析，两副模具只有在使用第一幅复合模时需要排样处理落料-冲孔复合模排样分析：在冲压零件的成本中，材料费用约占 60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。

因此，排样时应考虑如下原则： １．提高材料利用率 (不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状) ２．排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全 ３．模具结构简单、寿命高 ４．保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求根据零件实际情况，采用有废料排样法：如，沿制件的全部外形轮廓冲压，在制件之间及制件与条料侧 边之间 ，都有工艺余料 (称搭边 )存在因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低该冲裁件材料厚度较厚，尺寸大，近似方形，因此可采用直排比较合理表 1 搭边 a 和 a1 数值(低碳钢)查表 1 得：两工件间的搭边:a1=0.6t=3.6mm工件边缘搭边：a=0.7t=4.2mm步距为：648+3.6=651.6mm条料宽度 B=（D+2a）(mm) 式中： B——条料宽度的基本尺寸(mm)； D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，由图 1-1 知 D=420(mm)；a——侧面搭边，查表 4.2(mm)； 条料宽度 B=(420+4.2*2) =428.4mm确定后排样图如下图：4.1.2 冲压力与压力中心计算1、冲压力的计算计算冲压力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。

压力机的吨位必须大于所计算的冲压力，以适应冲压的需求对于冲裁模 ，其冲压力 一般可按下式计算： F＝KptLτ 式中 τ—— 材料抗剪强度；L——冲压周边总长(mm)； t——材料厚度(mm) 系数 Kp 是考虑到冲压模刃口的磨损、 凸模与 凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均)、润滑情况 、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 1.3 当查不到抗剪强度 τ 时，可用抗拉强度 σb 代替 τ，而取 Kp＝1 的近似计算法计算当上模完成一次冲压后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性 收缩而紧箍在 凸模上 为了使冲压工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力 ；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推件力影响卸料力、推件力 的因素很多，要精确地计算是困难的在实际生产中常采用经验 公式计算： 卸料力： F 卸=K 卸*F推件力： F 推＝K 推*F顶件力： F 顶＝K 顶*F式中 F——冲压力(N)； K 卸——卸料力系数，其值为 0.02～0.06(薄料取大值， 厚料取小值)；K 推——推料力系数，其值为 0.03～0.07(薄料取大值， 厚料取小值)；K 顶—— 顶件力系数，其值为 0.04～0.08(薄料取大值， 厚料取小值)；n——梗塞在凹模内的制件或废料数量(n＝h/t); h——直刃口部分的高(mm)；t——材料厚度(mm)。

卸料力和 顶件力还是 设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据冲压力:＝KptLτ=1.3*材料周边的总长*材料厚度*Q235A 钢的抗剪强度总F=1.3*1950.6*6*350=5325.138KN卸料力：F 卸=K 卸*F=0.02*5325.138=106.503KN推件力：F 推＝K 推*F=0.03* 5325.138=159.754KN顶件力：F 顶＝K 顶*F=0.04* 5325.138=213.006KN总冲压力= F+F 卸+F 推 = 5325.138+1106.503+159.754=6591.4KN2、压力中心计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲压件，冲模的压力中心就是冲压件的几何中心2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心工件图如下：此时工件基本为一对称件由图示此可知工件压力中心坐标为 X360，Y0 4.1.3 冲压模刃口尺寸计算㈠、计算原则冲压件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲压模主要任务之一从生产实践中可以发现： （1）由于凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，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）冲压时，凸模、凹模要与冲压件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙越来越大由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则： ① 落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上 ② 考虑到冲压中凸模、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。

这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值 ③ 确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求如果对刃口精度要求过高( 即制造公差过小)，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低(即制造公差过大) ，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正 ㈡、刃口尺寸的计算1．落料部分：落料应以凹模为基准件，然后配做凸模工件落料部分的外形尺寸为 =420 mm、 =648 mm、 =R160 mm、 =R501A05.12A023A014A062.=R25 ，凹模磨损后，尺寸 、 、 、 、 变大52.0 1235由表 4-1 查得： =0.5， =0.5， =0.5， =0.5， =0.75.12345系数 x非 圆 形 圆 形 1 0.75 0.5 0.75 0.5材料厚度t(㎜ )工件公差 Δ 4 ≤0.16≤0.20≤0.24≤0.30 0.17~0.350.21~0.410.25~0.440.31~0.59≥0.36≥0.42≥0.50≥0.60 <0.16<0.20<0.24<0.30≥0.16≥0.20≥0.24≥0.30 表 4-1由《冲压工艺与模具设计》公式（2-11）得 =（420-0.5*1.55 ） mm=419.23 mm dA1 5.1)*4/(0 39.0=（648-0.5*2） mm=647 mm d2 2)*4/1(05.0=（160-0.5*1） mm=159.50 mm dA3 1)*4/(0 25.0=（50-0.5*0.62 ） mm=49.69 mm d4 62.0)*4/1( 15.0=（25-0.75*0.52 ） mm=24.61 mm dA5 52.0)*4/1( 13.0由《冲压工艺与模具设计》表 2-5 查得=1.08； =1.4minZmaxZ该零件落料部分的凸模刃口尺寸按上述凹模的相应尺寸配制，保证双面间隙值 — =1.08—1.4mm。

minZax2. 冲孔部分由《冲压工艺与模具设计》表 2-5 查得=1.08mm； =1.4mmminZmaxZ工件冲孔部分的尺寸有 =24 由《冲压工艺与模具设计》表 1B52.02-10 查得凸、凹模制造公差：, mmdp 025.,02.inax45. Zd 由表 4-1 查得： =0.51故 mdp 02.02.64)5.*024( d 05.05.3.)8.16.( 4.1.4 主要零件设计一、工作零件（一）凸、凹模固定形式参照《冲压工艺与模具设计》图 8-1 凸模、凹模的固定形式，选用图 h 的连接形式，直接用螺钉和销直接固定在模板上2）凹模刃口形式由于零件形状较简单，冲压制件精度要求不是很高，废料向下落，参照《冲压工艺与模具设计》图 8-3，选用图 b 形式的刃口形式3）凹模外形和尺寸的确定由于冲孔尺寸较落料部分小得多，故本副模具只需要对落料部分的凹模进行校核：由于本工件形状特殊故只能按经验公式概率的计算由经验公式 凹模高度 Ｈ＝Ｋｂ（≥15mm）凹模壁厚 c(1.5~2)H (≥30~40mm)式中 b—冲压件最大外形尺寸K—系数，考虑板厚的影响，其值可查《冲压工艺与模具设计》表 8-1H=0.22×648=142.56mm 取 H=144mmc=(1.5~2)×143=214.5~286mm 取 c=200mm，考虑到凹模尺寸过大，而加工圆弧一侧受力较少，。