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1、1杯形件落料、拉深、冲孔、复合模 1.冲压件结构工艺性分析 此工件有落料、拉深、冲孔三个工序。材料为Q235钢，具有良好的冲压性能， 适合冲裁。工件结构相对简单，有个m的孔、个mm的孔、个 m的孔、还有一个不规则的孔，孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最 小壁厚为m（20mm的孔与杯形件内壁之间的壁厚）。工件属于典型圆筒形件 拉深，形状基本对称，对工件厚度变化也没有作要求，但是零件图上已经给出了 孔心距的公差，由公差可以查得公差等级应为IT12级，尺寸精度较低，而工件总 高度尺寸32mm可在拉深后采用修边达到要求，普通冲裁完全能满足要求。 2.冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、拉深、冲孔
2、三个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先落料、再拉深、最后冲孔，采用单工序模生产。 方案二：冲孔、拉深、落料级进冲压，采用级进模生产。 方案三：落料-拉深-冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案一模具结构简单，但需要三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以 满足中批量的生产要求。方案二需要一副模具，生产效率高，操作方便，工件精 度也能满足要求，但是由于工件的尺寸相对较大，采用级进模生产需要较大的冲 裁力，模具的尺寸相对较大，对资源产生较大的浪费，对成本的要求也较高，结 构比较复杂，不易冲裁。方案三也只需一副模具，工件的精度及生产效率也较高， 消除了方案二的弊端，模具制造也不困难，工件的
3、最小壁厚也能满足要求，且冲 压件质量较高，成本也较低。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生 产采用方案三为佳。 3.主要设计计算 3.1 毛坯尺寸的计算2根据表面积相等原则，用解析法求该零件的毛坯直径D，又因为工件是规则 的形状，所以可以根据表4.3.3的公式计算毛坯直径D，具体计算见表一。 3.2 排样方式的确定及其计算 设计复合模，首先要设计条料的排样图，杯形件的形状具有对称的特点。没 有必要直对排，直对排时材料的利用率也较低，应采用有废料直排，如图二所示 的排样方法，可显著地减少废料。搭边值取 1.0mm和 1.2mm，条料宽度为 105.8m，步距为 103.4m，一个步距的材
4、料利用率为59%（相关计算见表一）。 查板材标准， 宜选1000m1000m的钢板， 每张钢板可剪裁为9张条料 （105m 1000m），每张条料可冲 9个工件，故每张钢板的材料利用率为52%。 图 3-1：排样图 3.3 成形次数的确定 该工件为简单的杯形件，求出h/d=34/79=0.43，根据毛坯相对厚度t/D=1.5/102.4=1.5，查表4.4.3发现h/d小于表中数值(h/d=0.840.65)，能一次拉深 成形，所以采用落料拉深复合冲压，因为t/D=1.5查表4.4.4可用可不用压料装置， 用压料装置，这样可选择较小拉深系数，所以用压料装置。修边余量的选择，当 零件相对高度h/
5、d很小，并且高度尺寸要求不高时，也可以不用切边工序，考虑到 工件的精度，还是考虑采用切边。 3.4 冲压工序压力计算3该模具采用正装复合模，固定卸料与顶件，采用落料、拉深、冲孔三个工序复 合，冲压工艺总力的计算相对比较复杂，冲裁力已经包括了拉深中的落料力，因 此在计算的时候要特别的注意，不要做重复的计算，不然就会造成不必要的资源 浪费，具体冲压力的计算见表一，根据冲压工艺总力计算，计算结果并结合工件 高度，初选J23-63压力机。 表一：主要设计计算 项目分类 项目 公式 结果 备注 毛坯 毛坯直径D 2 2 2222 1.720.56d dH rdD r + - = - 102.4mm排样
6、冲裁件面 积A 2/4A D p = 6411.6mm2 查表4.3.1得修边余量 h=2mm； 查表2.5.2得最小搭边 值a=1.2m,a1=1.0m采 用无侧压装置， 条料与导料板间隙Cmin=1mn=1条料宽度B 2BDaC =+ 105.8mm步距S1SDa =+ 103.4mm一个步进 距的材料 利用率 =10%nABS 59% 冲压力 冲裁力F F=KLtb 375336NL=641.6mm,b=300mPa拉深力1F 1 2 1FdtK p = b 74418N查表4.4.6的1K=0.50,b=400mPa压边力YF ( )2 22 2 /4Y AF Dd r p p = -
7、+ 7058.7N初定Ar=5.5mm， 查表4.4.5得p=2.3mPa卸料力xF x XFKF = 18766.8N查表2.6.1得 XK=0.054顶件力DF D DFKF = 22520.2N查表2.6.1得 DK =0.06冲压工艺 总力ZF 1Z Y X DFFFFFF =+ 498099.7N弹性卸料，上出件 3.5 压力中心的确定及相关计算 计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图三所示，在图中将xoy坐标系建立 在图示的对称中心线上， 将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L1共11组基本线段， 用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（0.15,8.54）。有关计算如表二所示。 图3
8、2：凹模型口图 表二：压力中心数据表 基本要素长度L/mm 各基本要素压力中心的坐标值5x yL1=62.8 17.5 3L2=62.8 0 25L3=62.8 17.5 3L4=15.7 12.5 15L5=15.7 12.5 15L6=25 0 10L7=25 0 20L8=15.7 20 23L9=15.7 20 23L10=9.42 24 23L1=9.42 29 16合计320.040.15 8.54由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点 O 较 小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点 O。若选用 J23-63 冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积
9、范围内，满足要求。 3.6 工作部分尺寸计算 落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸计算见表 所示，该工件要求不高，为 简单方便，实际生产中直接按工件尺寸作拉深凸、凹模固定板以及卸料板，这种 加工方法可以保证零件各个孔的同轴度，使装配工作简化，因此，工作零件刃口 尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见下表 表三：工作部分尺寸计算 尺寸及分类 凸、凹模间双面 间隙 尺寸偏 差与磨 损系数 计算公式 结果 备注 落料 102.4 查表 2.3.3得，Zmax=0.240mmZmin=0.132mm=0.35X=0.75 DA=(DmaxX)+A 0.0350102.14 + - 模具制造公差 是查表
10、 2.4.1 所得， 满足A+ T （ Zmax- Zmin）DT=(DAZmin)T 00.022102.01 + -6拉深 79 查表 4.8.2得Z=3.3mm=0.30 DA=(Dmax0.75)+A 0.05078.78 + - 模具制造公差 是查表 4.8.3 所得。当零件 尺寸标注在外 形时，以凹模 为基准DT=(DAZ)T 00.0275.48 + - 表四：工作部分尺寸计算 尺寸及分类 尺寸转换 计算公式 结果 备注 冲孔 3 0.1003 f + - dT=(dAZmin/2)0 dA + -dA=(dmin+X)0 dT + -dT=00.0063.05 + -dA=0.
11、01003.116 + - 查表 2.3.3 得， 冲裁双面间隙Zmax=0.240Zmin=0.132磨损系数X=0.75， 模具按IT6级、IT7级制造。校 核满足A+T （Zmax- Zmin） 5 0.1205 f + - dT=00.0085.06 + -dA=0.01205.126 + - 100.15010 f + - dT=00.00910.075 + -dA=0.015010.141 + - 20 0.18020 f + - dT=00.01320.105 + -dA=0.021020.171 + - 孔心距 8 80.06 LA=L/8LA=80.015 18 180.08
12、 LA=180.020 20 200.09 LA=200.025 24 240.09 LA=240.025 35 350.10 LA=350.025 49 490.10 LA=490.025 3.7 卸料弹簧的设计 卸料弹簧的设计计算见表四。选用的 8 根弹簧的高度务必一致，而且型号完 全相同，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。由弹簧 的相关规格工具书查的，初选弹簧规格为 60m10m20m。具体参数是：弹 簧中径D=60m,材料直径d=10mm,节距t=20m,FJ=4180N,HJ=27.1m,自由高 度H0=75m,n=3,L=848m。 表五：卸料弹簧的设计计算7
13、项目 公式 结果 备注 卸料板工作行程 h 工 h工=h1+t+h2 4.5mmh1为凸模凹进卸料板的高度1mm,h2为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm弹簧的工作行程 H 工 H工=h工+h修 8.5mmh修为凸模修磨量，取4mm弹簧自由高度 H0 75mm由弹簧的型号及凸模的工作行程 综合考虑的 弹簧的预压缩量 H 预 JJHH FF预 预 = 15.2mmHJ为弹簧工作极限负荷下的变形 量，FJ为工作极限负荷。F预 为 每个弹簧的预压力 每个弹簧承受的载荷F预 FF = 预卸/8 2345.9N选用8个标准的弹簧，由卸料力 计算得到 校核弹簧的实际总压 缩量 H=H预+h工+h修=23.7m
14、HJ满足要求 H弹簧实际总压缩量 弹簧的安装高度 H 安 H安=H0H预 60mm4模具总体设计84.1 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。 4.2 定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。 控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因 为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。 4.3 卸料、出料方式的选择 因为工件料厚为1.5m，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。 又因为是复合模生产，所以采用上出件比较便于操作与提高生产效率。 4.4 导向方式的选择 为了提高模具的寿命和工
15、件质量，方便安装调整，该复合模采用中间导柱的 导向方式。 5主要零部件的设计95.1 工作零件的结构设计 由于工件形状简单对称，所以模具的工作零件均采用整体结构，拉深凸模、 落料凹模和凸凹模、冲孔凸模的结构如图 所示。 为了实现先落料，次拉深，模具装配后，应使拉深凸模的端面比落料端面低， 所以图 所示拉深凸模，其长度L1 可按下式计算： L1=H 固+H 凹-H 低=20+40-5=55mm式中H 固-凸模固定板的厚度，H 固=20mmH 凹凹模的厚度，H 凹=40mmH 低装配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根据板厚大小决定 H 低=5mm图三所示，凸凹模因为型孔较多，为了防止淬火变形，除了采用工作部分局
