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1、典型张力盘冲压复合模具设计作者 吴振献 指导教师 苏财茂 副教授摘要：分析了典型张力盘的冲压工艺，确定了复合模具设计方案。计算了复合模具中的毛坯尺寸、冲压过程中的各工艺力等主要工艺参数和落料刃口、冲孔刃口等主要工作部分尺寸，设计了主要零件结构和实体模型，绘制了模具的装配图。分析了模的动作过程。关键词：张力盘；冲压；复合模Design of Compound Stamping Die for Typical Tension PlateWU ZhenxianAbstract: Stamping process of typical tension plate is analyzed first.
2、Design scheme of compound stamping die is determinated. Primary process parameters and work part sizes are calculated. The former includes blank dimension,process force and so on. The latter includes cutting edge sizes etc. Primary part structure and solid model are designed. Assembly drawing of com
3、pound die are drawn. Acting process of die is also analyzed.Key words: Tension plate; Stamping; Compound die1 前言模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业生产的基础工艺装备，模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。冲压模具是其中重要的一种。用它生产零部件，具有生产效率高、质量好、节约能源和原材料、成本低等一系列优点。为了满足人类对工业产品的品种、数量、质量及款式的越来越高的要求12。世界上各发达国家已十分重视模具技术的开发，并取得了显著的
4、经济效益。模具的标准化和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。这是由于模具标准化是组织模具专业化生产的前提，我国已经颁布了冷冲压术语、冷冲模零部件的国家标准而且冲模的模架等基础零部件已专业化，商品化。此外，还有数以万计的模具私营企业和个体劳动者，在满足模具需求方面，起着不可忽视的作用。可以说，中国在模具技术方面，已有一支较强的队伍。模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强，它已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一2。根据我国模具制造技术的发展现状及存在的问题，今后应朝着如下几个方向发展1：（1）开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具，以满足国内市场需求。（2）加速模具标准化和商品化，以提
5、高模具质量，缩短模具制造周期。（3）大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制造过程的自动化和制造的高效率性。（4）积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。（5）发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件有（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推（顶）料（件）机构，检测与安全机构等。为提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件多由标准零、部件组成。所以，模具应属于标准化程度较高的产品。金属板料冲压是模具在工业生产中应用广泛的加工
6、形式之一，随着市场竞争日趋加剧，产品质量不断提高，对生产的安全性，操作的方便性等要求也日益提高。模具作为冲压生产的基本要素，其设计制造技术受到普遍重视，因此学习模具课程，进行模具设计也是适应现代化工业要求的。设计一套完整的模具，要求设计者应具有扎实的动手能力和广阔的理论知识体系，如金属材料与热处理知识、机械设计基础知识、机械制图、机械工艺制造学、公差与配合等一系列的知识体系345。冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验性都很强的工作,冲模制造则是模具设计过程的延续，目的是使设计图样，通过原材料的加工和装配，转变为具有使用功能和使用价值的模具实体,为现代生产加工企业提供了高效率、低能耗、低成本
7、的生产方式。本文设计涉及加工环节中的各个细节,将整个模具设计过程作了详细介绍。2 典型张力盘冲压复合模具的设计过程2.1 产品生产的基本要求工件名称：张力盘生产批量：大批量材料：Q235-A 钢 厚度 t=0.8mm2.2 产品零件图及模型图1 产品零件图 图2 产品模型图2.3 工件工艺分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。工件采用材料为Q235-A钢，厚度为0.8mm，材料冲压性能良好。从工件的外观观察，工件是内外边缘同时翻边和局部拉深的
8、，因此能否在起伏过程一次完成工件是保证工件的平整和预防起皱关键。那么就不大适合单一工序生产，单一工序生产难以保障工件的精度和满足量生产要求；而采用级进（或叫连续模）模具结构过于复杂，因此工件从经济效益、精度要求以及需要采用批量生产，采用复合模具在一个模穴生产完成是比较理想的。2.4 确定冲压件的最佳工艺制造方案根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔、拉深、翻边四种，可以用以下两种工艺方案：方案1：采用反装式复合模具分为三副模具复合一次工序完成工件生产，采用弹性卸料装置卸料。第一副模具作用为落料、冲孔、浅拉深。第二副模具作用为U形孔的冲裁。第三副模具作用为内外翻边。方案2：采用正装式复合模具
9、分为三副模具复合一次工序完成工件生产，采用弹性卸料装置卸料。第一副模具作用为落料，浅拉深。第二副模具作用为冲预冲孔、内外翻边。第三副模具作用为U形孔的冲裁。两种方案都采用弹性卸料装置，都能够保证避免压伤工件，冲孔和内翻边一次完成方便，但是第二种方案需要外加切边整形浪费材料，并且可能造成表面起皱。卸料时工件在凸模一侧，工件在下侧卸料，取出不方便。第一种虽然内孔翻边上下模镶拼复杂，但是卸料时卸料比较容易，而且保证精度和避免二次修边整形。经过多方论证，所以本设计采用第一种方案。2.5 主要工艺参数的计算2.5.1毛坯的尺寸计算根据等面积原则，用解析法求该零件的毛坯直径。首先将该零件分成圆、圆环、圆锥
10、台三个简单的几何体，由表1查得他们的面积公式分别为：则毛坯展开尺寸 经查表2拉深的修边余量mm。则毛坯的直径：mmmm，取D=50mm 。表1 简单几何体表面积计算公式序号名称几何体面积A1圆2圆环3圆锥台表2 有凸缘圆筒件的修边余量凸缘直径凸缘的相对直径附图1.5以下1.5222.52.54251.61.41.21.0502.52.01.81.61003.53.02.52.21504.33.63.02.52005.04.23.52.72.5.2 画排样图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料分为
11、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。排样中相邻冲裁件间的余料或冲裁件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边用以防止送料发生偏差时，冲出残缺的废品。此模具设计时，由于采用先落料的基本工序，因此长度和宽度方向均采用搭边方法，因为这样制件的质量和模具的寿命都较高。另外，考虑操作方便及模具结构简单，故采用直排设计，并采用双排挡料销挡料。在排样图上应该标注条料宽度及
12、其送料步距及搭边a和a1值。由表3可查得，冲裁时的搭边值为，所以则有：条料宽：条料的进距：冲裁单个工件的材料利用率 ：表3 冲裁金属材料的搭边值料 厚手工送料自动送料圆 形非圆形a a1aa1aa111.51.521.51221.52.5232232.5232.5画排样图如下：图3 排样图2.5.3 计算压力中心为了保证压力机和模具正常地工作必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。形状简单而对称的工件，如圆形、正多边形、矩形，其冲裁时的压力
13、中心与工件的中心重合。由于该零件的落料、冲孔、翻边均为轴对称形状，其中心便是压力机的压力中心，故不必进行压力中心的计算。2.5.4 各部分工艺力的计算2.5.4.1 落料力计算按文献5中公式计算： 式中落料力（N）；工件外轮廓周长（），=D=157mm ；材料厚度（）；材料抗剪强度（MPa）；此零件厚度为0.8的Q235-A 钢，查表4得 ，抗剪强度=310380 Mpa，取=310 Mpa落料力则为：mmmmMPaKN2.5.4.2 卸料力计算卸料力公式：-卸料力系数，经查表5 取=0.03；卸料力则为：=表4 黑色金属的力学性能材料名称牌号材料状态抗剪强度普通碳素钢Q195未退火260-3
14、20Q215270-340Q235310-380Q255340-420Q275400-500表5 卸料力和推件力和顶出力因数料厚/mm钢0.06-0.090.10.140.1-0.50.04-0.070.0650.080.5-2.50.025-0.060.050.062.5-6.50.02-0.050.0450.056.50.015-0.040.0250.03注：卸料力因数在冲多孔、大搭边和轮廓复杂的工件时取上限值；冲裁间隙取最大时，因数数值可取小些。2.5.4.3 冲孔力计算按文献5中公式计算： 式中工件内轮廓周长（） mmmm； 材料厚度（），=0.8mm；材料抗剪强度（Mpa），查表4取=310 Mpa；则冲孔力为：KNKN2.5.4.4 推件力计算根据文献5中的公式：其中推件力因数，经查表5得到=0.05；F冲冲孔力的大小；卡在凹模内的工件（或废料）的数目，n=2，因为有两次冲孔动作。则推件力为：KNKN2.5.4.5 拉深力计算由于该零件为浅拉深，可按有压边圈的圆筒形件近似计算：式子中拉深力（N）； 拉深件的直径=27mm ；材料的厚
