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1、固定垫板冲裁模具设计 n姓名：n班级：n学号： n题类型： 毕业设计n指导老师：n专业： 机械设计制造及其自动化设计零件图样n零件名称：固定垫板n冲压技术要求n材料：Q235n材料厚度：2.5mmn生产批量：月产47万 件n精度要求：保证中心 孔与外形轮廓的一定 位置精度阿里机械设计工作室冲裁模设计程序及步骤n1.冲裁件的工艺性分析和方案确定n1.1零件的工艺性分析 n图样所示零件均未标注公差的一般尺寸,按惯例取公差等级IT12 级,符合一般冲压的精度要求,模具精度取 IT9 即可。n图样零件材为 Q235 钢板,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到这 种材料,价格适中。n外形落料的工艺性
2、: 零件属于中小零件,材料厚 t= 2.5mm,外形简单,结构 对称,是由圆弧和直线组成,尺寸精度要求一般,因此可用冲裁落料工艺。n冲孔工艺: 冲中心孔孔径为 20 mm,两小孔孔径为 10 mm,中心孔与两个小 孔之间距离为5 mm,材料Q235抗剪强度=310380Mpa,一般冲孔模可冲压 的最小孔径为dt=2.5 mm,故各孔均符合冲压工艺要求。孔尺寸精度要求 一般可采用冲孔工艺。n综合以上几个方面的情况可认为图样所示主要冲压工序的工艺性良好。n2.2确定合理冲压工艺方案n图样所示零件所需的基本工序为冲孔、落料。可拟定出如下工艺方案:n方案1.用单工序模分四次加工,即:冲孔(中心孔)冲孔
3、(小孔)-冲孔(小孔 )落料。n方案2.用单工序模和复合模分两次加工,即:落料冲孔(中心孔和小孔) 。n方案3.用复合模一次加工。n方案4.用极进模冲制。n采用方案1、2工序太多会使工件尺寸的积累误差加大,生产率低,操作不方 便也不安全,但模具简单,制造周期短,不过工序分散,模具和设备数量要求 多。n采用方案3零件生产率提高,尺寸精度较好,使用的设备较少,产品质量高,但 复合模具结构复杂,制造精度要求高，成本高且模具寿命较低。n采用方案4生产率提高,尺寸精度可以保证,模具寿命长,但设计制造也复杂。n比较各个方案,方案4适合在大批量生产用任意几何形状板类零件冲裁,而且比较简单，内孔数量不太多，能
4、够保证产品的质量,生产效率也高,使用寿 命长。n综合生产成本方案4更经济,现确定用此方案进行生产。n根据给定的产量的要求,按每月22天/每天8小时计,实行单班生产,则每分钟 的产量是45件。n因此采用普通板人工送料,即可满足生产的需要。n根据市场的供应情况原材料选1000mm2000mm2.5mm热轧钢板。n3.毛坯排样类型及选择n对所示零件,依据条料的供应形式，被冲零件形状及尺寸变形关系，典型的 排样方案有两种如下图:n采用第一种方案要求条料宽度小,模具宽度小,但模具会较长,而且送进步距长, 不便实现快速生产。n采用第二种方案模具宽度增加,但模具长度会缩短,送进步距小,便于提高生产效 率。n
5、两种方案的材料的利用率相当,在同样保证产品质量的情况下,根据少（无）废 料及最佳经济原则，方案二的生产效率较高,所以考虑拟用第二种排样方案。n4零件排样分析n4.1工序排样类型根据零件的冲压要求,所以该零件的冲压适于落料型工序排样。设定工序 排样为：（1）冲中心孔20，（2）冲两个小孔R5，（3）落料。n4.2确定冲裁位置冲裁位置的确定既是确定凹模形孔的分布位置，工位数及各工位的作业内 容，明确零件在模具的冲制顺序。 如图所示 ：n4.3零件排样样图根据以上几个方向的设计,经综合分析比较,可确定图样所示零件的冲压工序 排样图如图所示，采用直排的排样方式，零件的冲制用三工位级进模。第一工位：冲中
6、心孔第二工位: 冲小孔 (两个小孔一个工位完成)第三工位: 落料冲缺口 外形落料 冲小孔 冲中心孔 n4.4确定步距大小查表（搭边数值表）知，搭边值为：沿送进方向搭边为 =2 mm侧向搭边为 =2.5 mm由此可算出步距初定为：S=c+ =2（5+15）+2=42 mm式中：c-制品最大宽度（mm）a-零件间侧向搭边值（mm）由此可以算出一个步距内材料的利用率为：= 100%= 100%=58.3%式中：A-一个步距内冲裁件的实际面积（mm）；B-条料宽度（mm）；S-步距（mm）。由利用率可知，排样合理。n4.5计算条料宽度模具结构采用初始挡料销和挡料杆定距装置，并在条料的送进过 程中安有侧
7、压装置，这样能使条料始终紧靠同一侧导料板送进，因 此只须在条料与另一侧导料板间留有间隙，故按下式计算，查表得 ：=0.8,Z=5条料宽度：B=（Dmax+2a)=（70+22.5)=75 mm导料板之间的距离：A=B+Z= Dmax+2a +Z=70+22.5+5=80 mm式中：B-条料宽度（mm）；A-导料板之间的距离（mm）；-条料宽度的单向（负向）偏差（mm）； Z-导料板与最宽条之间的间隙（mm）；a-侧搭边值（mm）；Dmax-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸（mm）。n4.6条料尺寸及步距精度条料宽度定为 B=75 mm ， 步距为 S=42 mm；步距精度: 工位数为 n=3 ；
8、由轮廓尺寸精度查得T1=0.1；根据冲裁的间隙 从修正系数表中查得 K=1.00；根据经验公式:T/2 =T1K/21.44=0.0314 取T/2=0.04 T/2-步距对称偏差值；T1-冲件沿送料方向最大轮廓尺寸精度提高三级后实际公差值；n-工位数；k-修正系数。n4.7零件产品材料成本n 由钢板尺寸规格1000mm2000mm考虑到材料的利用率和可保持连续冲裁 状态的送料稳定,可将板料按下图所示裁成条料进行冲压,这样每块板裁成 13条长度为1972mm、宽度为75mm的条料。n 每整块钢板可冲的零件数为 47个13=611个,正常情况下每月使用770 张钢板，每张钢板的重量约为 13 k
9、g,所以每月需要 10010kg的钢板,设每 吨钢材2725元,则算出每个零件的材料成本约为0.058元。n5.冲裁力的计算n5.1冲裁力的分类及计算步骤按工序排样图所示,该零件冲压力由多个部分组成:n冲孔力 F :由四个部分组成,即F1、F2、F4，其中F1为冲中心孔的力， F2冲为两 小孔的力， F4为冲缺口的力。n落料力F3：F3为冲外形轮廓的落料力。 n推件力Ft:有三个部分组成,冲中心孔和两个小孔及冲外形轮廓还有冲缺产生的 力。n(1).计算冲裁力公式为:F=KLtbF-冲裁力(N);L-冲裁周边长度(mm);t-材料厚度(mm);b-材料抗剪强度(Mpa);k-修正系数，一般K取1
10、.3。 由设计手册查得b=310-380Mpa,取b=343Mpa,修正系数k取1.3。F1=KL1tb=70006.3 N F2=KL2tb=70006.3 N F4=KL4tb= 33442.5 Nn(2).计算落料力： F3=KL3tb=1.32(5+5+40)+3.14302.5343=216484.45 Nn(3)计算推件力公式为:Ft=nKtFFt-推件力(N)n -同时卡在凹模内的冲裁件数K -推件力系数由表推件力系数查出 k=0.055 ;n=h/t h为凹模型口直壁高度,t为板料厚度. 由模具设计手册查得 h=5 mm,n=5/2=2.5个 推件力： Ft1=nKtF1=20
11、.05570006.3=7700.693N Ft2=nKtF2=Ft1=7700.693NFt3=nktF3=20.055216484.45=23813.3NFt4=nKtF4=20.05533442.5=3678.67N 则有:Ft=Ft1+Ft2+Ft3+Ft4=42893.365N (4)总的冲压力近似为:F总=F3+F1(F2)Ft3+Ft1(Ft2)=216484.45+70006.3+23813.3+770069=318004.77N318KNn5.2压力中心的确定用解析法作法如下:任意选取一点为原点，送料的反方向为x轴。如图所示：由压力中心计算公式:X0=(F1X1+F2X2+F
12、3X3+F4X4)/(F1+F2+F3+F4)Y0=(F1Y1+F2Y2+F3Y3+F4Y4)/(F1+F2+F3+F4)取X1=157,X2=115,X3=73,X4=10, Y1= Y2= Y3= Y4=40将F=KLtb代入上面方程,可求得: X0=90.22 Y0=40即压力中心在落料中心偏右距离为17.22mm的位置。n6. 模具结构示意图 n6.冲裁模刃口尺寸计算n6.1落料凸、凹模刃口尺寸计算n 落料凸凹模的刃口尺寸由于零件的外形比较复杂,为保证零件冲压精度 要求，采用凸、凹模配合加工的方法加工,落料时应以凹模为基准来配作凸 模,根据凹模磨损后的尺寸变化情况将零件各尺寸分类:A1，A2，C。如下图 所示：根据零件的形状，凹模磨损后其尺寸变化有两种情况：（1）凹模磨损后变大的尺寸（图中A1、A2 ），即按一般落料凹模尺寸公 式计算， 查表得Zmin=0.360 ，Zmax=0.500，=0.75 按行业标准查制造精度得1=0.30 ， 2 =0.25A =(A - 1) =(70-0.750.30) =69.775A =(A - 2) =(40-0.750.25) =39.8131d10+1d 0+0.3/4
