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1、1题目：管材卡扣冲裁模的设计第 1 章 引言在现代化生产中，模具工业是国民经济发展的重要基础工业之一，模具在机械、电子、航空、航天、兵器、汽车、电器、仪表、轻工、农业、机械及日常生活用品的生产中，已占有十分重要的地位，在产品竞争和产品不断更新的年代，要使产品不断降低成本并具有价格优势，采用模具成形技术来制造产品是非常重要的途径之一。现代工业发达的国家对模具工业都十分重视，模具技术水平的高低反映了一个国家制造业的能力和工业发达的程度。随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。数控加工技术在模具制造的应用，它不仅提高了生产效率，降低了劳
2、动强度，还使得一些无法加工的零件变得可以加工。例如：简单的线切割加工时间长，如果不采用数控加工技术，劳动强度就很大；鼠标外壳模具形状不规则，如果不用数控加工，就很难加工且加工精度低，这就说明模具行业已与数控加工密不可分。本设计是作为模具设计与制造专业毕业生，在毕业之前对所学专业知识的一次综合性运用。巩固和扩展自己所学的基本理论和专业知识，综合运用所学知识培养自己的技能分析和解决实际问题的能力，初步形成融技术、管理于一体的大工程意识，培养勇于探索的创新精神和实践能力；培养正确的设计和研究思想、理论联系实际、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；进一步训练和提高课题方案设计、资料查阅、理论计算、
3、计算机使用、文字表达等方面的能力和技巧；通过本次设计能够进一步深入的掌握冲压模具设计与制造技术。2第 2 章管材卡扣模具设计过程2.12.1 产品零件图产品零件图R44015.2200.888?6+0.03 -06840R20R20.8图 2-1 卡扣零件图2.22.2 工艺分工艺分析析冲压件的工艺性是指冲件在冲压加工中的难易程序。冲压工艺性的好坏直接影响冲压件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率和冲压成本，甚至影响到冲压工艺的实施。因此，设计中应尽可能提高冲压件的工艺性。2.2.1 零件结构及尺寸分析零件使用材料为低碳钢，牌号 Q195，材料厚度为 0.8mm，大批量生产。低碳钢又称软钢，是碳
4、含量低于 0.25的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，冲压性能，适合进行冲压加工。零件既有冲孔、落料，还有弯曲，但结构较为简单，属于对称图形。需要冲32 个 6 的孔、1 个 40 的半圆。根据图 1-1 上所标注的尺寸，除对制件的2 个孔的公差有要求外，其余都是按 IT14 精度等级进行。2.2.2 零件冲裁工艺分析冲裁的孔与孔之间、孔与零件边缘之间需要一定间隙，不可过小，一般取【1】C(11.5)t,C(1.52)t。由图 1-1 上的尺寸可知零件上的二孔距离足够，而二孔与零件边缘的距离C=10-3=71.5X0.8。由此可知该零
5、件上的孔与孔、孔与边的距离满足冲裁工艺要求。2.2.3 弯曲工艺分析管材卡扣制件的弯曲部分形状左右对称，因此毛坯受力均衡不产生滑动。该制件的生产采用弯曲、落料、冲孔三道基本工序，弯曲半径大于最小弯曲半径（0.8t=0.80.8=1.60.52mm=1mm，所以为有圆角半径弯曲。则 L=l 直+l 圆弧=A1+A2+B1+B2+L1+L2+L3=20+20+15.2+15.2+6.82008+6.82008+64.056=148.09616mm2.3.2 排样设计冲裁件在板料上的布置叫排样。它是制定冲压工艺不可缺少的内容，直接影响着材料的利用率、冲模结构、制件质量和生产率等，条料冲裁时所产生的废
6、料分为两种情况：（1）工艺废料：工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边，与定位孔不可避免的料头和料尾废料。（2）结构废料：由于工件结构的需要，如工件内孔的存在而产生的废料。排样方法主要有三种：有搭边排样：无搭边排样：少搭边排样合理排样并充分利用材料具有重大意义。此模具设计时，由于采用先弯曲的基本工序，因此宽度方向采用精裁方法， （即宽度方向不落料） ，使模具简单化，故条料宽度为 20，公差为IT14。另外，考虑操作方便及模具结构简单，故采用直排设计。 排样时，制件与制件之间，制件与条料侧边之间的距离叫做搭边。冲裁后，搭边虽然是废料。但是在工艺上有很大作用。搭边最主要的作用是
7、补偿定位误差，保证条料具有一定的刚度，便于送料。搭边值太大，材料利用率。搭边值过小，搭边强度不够，产生变形。搭边值一般由经验确定，下表可供日常设计参考。6料厚手工送料自动送料圆形非圆形a a1aa1aa111.51.521.51221.52.5232232.5232.53432.53.534345435454表 2-2 冲裁金属材料的搭边值制件厚度 0.8mm，属于非圆形，查上表得 a1=1.5（制件间） 。送料步距用 A 表示；即 A= L+a1=141.27608+1.5=142.77608mm式中：L零件边长a1工件间搭边值1.5 144.28最终可以确定排样图 2-32.3.3 材料利
8、用率的计算衡量材料经济利用的指标就是材料利用率。一个进距内的材料利用率=（nA/Bh） 100% 式中：A冲裁面积(包括冲裁小孔)，mm2；n一个进距的冲件数；B条料宽度，mm；h进距，mm。根据排样图图 2-3：=（1X2683.0016/20X142.77608）X100%=93.95%72.3.4 压力中心的计算【3】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
9、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）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（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。综上所述，由于该制件形状简单而对称的工件，圆形、正多边形、矩形，其冲裁时的压力中心与工件的中心重合。制件的弯曲、落料、冲孔均为轴对称形状，其中心便是压力机的压力中心，故压力中心就是冲裁件的几何中心，无需进行压力中心的计算。2.3.5 各部分冲压力的计算（1）冲孔力计算冲孔力就是凸模对板料施加的力，随进入材料的深度而不断发生变化。它是选定
10、压力机的依据。计算公式：P=Ltb 式中 P 冲裁力（N） ；L 冲裁线长度（m）t 制件的厚度（m）b 材料的抗拉强度（Pa）此零件厚度为 0.8，查表 2-3 得抗拉强度 b为 320400 Mpa。取 b =320Mpa 根据以上公式得8P=Ltb=(3.1432）0.83202=9646N=9.646KN材料名称牌号材料状态抗剪强度抗拉强度伸长率屈服强度普通碳素钢Q195未退火2603203204002833200Q235未退火3103803804702125240Q275未退火4005005006201519280优质碳素结构钢08F已退火2203102803903218008已退火
11、2603603304503220010已退火2603403004402921020已退火2804003604102525045已退火4405605507001636065Mn已退火60075012400表 2-3 常用冲压金属材料的力学性能表（2）落料力的计算计算公式：P=Ltb 式中 P 冲裁力（N） ；L 冲裁线长度（m）t 制件的厚度（m）b 材料的抗拉强度（Pa）此零件厚度为 0.8，查表 2-4 得抗拉强度 b为 320400 Mpa。取 b 9=320Mpa；由于制件宽度方向采用精裁方法，故工件外轮廓周长不包括制件两个长度方向上的尺寸。根据公式以上公式得：P=Ltb=(3.1410
12、2）0.8320=16076.8N=16.076KN（3）自由弯曲力与校正弯曲力自由弯曲力计算公式 F自=0.7kbt2b/r+t式中 F自 冲压行程结束时的自由弯曲力(N)；k 安全系数,一般取 1.3；b 弯曲材料的宽度（mm） ；t 弯曲材料的厚度（mm） ；r 弯曲件的内弯曲半径（mm） ；b 材料的强度极限（MPa） ；抗拉强度查表 2-4，b=320 400Mpa，取 b=400Mpa。可得：F自 1=0.7X1.3X20X6.4X400/4+0.8=9706N=9.706KNX2=19.41KNF自 2=0.7X1.3X20X6.4X400/20+0.8=2240N=2.2KN校
13、正弯曲力计算公式 F校Aq式中 F校 校正弯曲时的弯曲力（N） ；A 校正部分垂直投影面积（mm2） ；q 单位面积上的校正力（Mpa） ，取 q=30 Mpa则 F校=Aq=402030=24000N=24KN（4）推件力计算按冲压工艺与模具结构书中推件力的计算公式为 Q推=K推Pn式中 Q推 推件力;K推 推件力系数；一般取 0.050.08；这里取 K推=0.05P 冲裁力;n 同时卡在凹模洞口的件数，n=h/t（h 为凹模刃口直壁高度，t 为制件厚度） ；则 Q推=0.0516.0761=0.8038 KN10（5）卸料力计算【4】按冲压工艺与模具结构书中卸料力的计算公式为 Q卸=K卸
14、P 式中 K卸 卸料力系数一般取 0.050.08 这里取 K卸0.05;P 冲裁力;则 Q卸=K卸P冲孔力=0.059.646=0.4823 KNQ卸=K卸P落料力=0.0516.076=0.8038 KN则总冲压力为P总= P冲孔力+ P落料力+ Q推+Q卸+ Q卸=9.646+16.076+0.8038+0.4823+0.8038=27.8119KN（6）回弹值得确定压弯过程并不完全是材料的塑性变形过程，其弯曲部位还存在着弹性变形，所以压弯后零件形状与模具的形状并不完全一致，这种现象称为回弹。由于影响回弹的因素很多（材料的力学性能、材料的屈服点越、弹性模量、材料的相对弯曲半径、弯曲工件的
15、形状、模具尺寸、模具间隙、校正力）等，由于影响回弹数值的因素很多，而且各因素往往有相互影响，故难以进行精确的计算或分析。在一般情况下，设计模具时对回弹量确定大多按照经验数值，或计算后在实际试模中再进行修正。只有当弯曲工件的圆角半径 r/t 小于 5-8 时,工件的弯曲半径一般变化不大，只考虑角度回弹。但是在本设计中的工件圆角半径均大于 5，可先计算出回弹值，在试模时在修正。可以是用下面的计算公式进行计算。rt=1/(1/r+3s/Et)t=r/rT rt凸模的圆角半径，mm；r 弯曲件圆角半径，mm；t凸模圆弧所对中心角，mm； 弯曲件弯曲角， （） ；s弯曲件材料屈服强度，Mpa；E 材料拉压弹性模量，Mpa；11t 材料厚度，mm。根据以上公式，求的：R4 凸模圆角半径 rt=1/(1/4+3X200/200000X0.8)=3.9408R4 凸模圆弧所对中心角 t=r/rT=4X90/3.9408=91.3520R20 凸模圆角半径 rt=1/(1/20+3X200/200000X0.8)=18.6219R20 凸模圆弧所对中心角 t=r/rT=4X180/18.9219=38.05112.3.6 压设备的选择（1）冲压设备类型的选择根据所要完
