1、连接盖落料冲孔拉深翻边复合模连接盖落料冲孔-拉深-翻边复合模 湘潭大学课程设计论文题 目： 连接盖冲压模具设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2017.1.11 板材相对厚度越大，越小，成形极限越大。毛坯尺寸的计算：（1）毛坯翻边预制孔直径 式中 D翻边直径19（按中线计）（mm）； H翻边高度（mm），H=6mm； R竖边与凸缘的圆角半径（mm），r=1.5mm； R料厚（mm），t=1mm。 则： 已知预制孔直径为9.7mm （2）毛坯的直径 当零件的弯曲角为时，则毛坯的展开长度为已知，d=49，r=1.5，H=5 D=5
2、7第二章 冲压工艺方案的确定考虑到需落料、冲孔、拉深、翻边成形四道工序，可以有以下种方案：方案一：先落料冲孔，后拉深翻边成形，采用单工序生产。方案二：落料-冲孔-翻边-拉深复合模，采用复合模生产。方案三：落料-冲孔-翻边-拉深级进模，采用级进模生产。方案一结构简单，但需两道工序、两副模具才能完成，效率较低，且精度不易保证。如此浪费了人力，物力，财力。从经济角度考虑不妥当，难以满足大批量生产要求。方案二只需一副模具即可成型，该工艺特点首先进行落料，再冲孔，翻边，拉深成型。采用这种方法加工的工件外观平整、毛刺小、产品质量高，而且大大的提高了生产效率，也解决了操作者将手放入模具内的不安全因素，复合模
3、能在压力机的一次行程内，完成落料、冲孔、及拉深、翻边数道工序。在完成这些工序的过程中，冲件材料无须进给移动。 复合模具具有以下主要特点：1）冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一直性好。2）冲件表面较为平整。3）适宜冲薄料，也适宜冲脆性或软质材料。4）可从充分利用短料和边角余料。、5）冲裁件内孔和外缘的相对位置精度容易保证，而且板料的定位精度要求比级进模低6）冲模面积较小。复合模也存在一定的问题，如凸凹模内、外形间的壁厚，或内形与外形间壁厚，都不能过薄，以免影响强度。另外，冲件不能漏下，需要解决出件问题。同时，复合模具结构也较为复杂。同样用复合模生产可分为采用筒形料加工和板料加工。筒
4、形料加工工件厚度不能保证。板料加工模具结构相对复杂。方案三：级进模是在压力机一次行程中完成多个工序的模具，它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。使用级进模便于冲压生产自动化，可以采用高速压力机生产，也只需要一副模具，制造精度较高，先落料后冲孔，再进行拉伸翻边成形，但是级进模较难保证内、外相对位置的一直性，材相对生产周期长，其模具结构复杂，成本高，料的定位与送进是级进模设计中的关键问题。通过上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二的板料加工为佳。第三章 排样及材料利用率的计算3.1排样的设计冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还
5、会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料，可分为两种情况。结构废料由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。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称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此，提高材料利用率要从减少工艺废
6、料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。根据材料的利用情况，排样的方法可以有三种：（1）有废料排样沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图a所示。（2）少废料排样 沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在，如图b所示。（3）无废料排样工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。如图c所示。 A图3-1排样方法 a) 有废料排样 b) 少废料排样 c)无废料排样有废料的排样法材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的
7、排样。少、无废料排样法的材料利用率较高，在无废料排样时只有料头、料尾损失，材料利用率可达85%95%，少废料排样法也可达70%90%。少、无废料排样法有利于一次冲裁多个工件，可以提高生产率。由于这种排样法冲切周边减少，所以还可以简化模具结构，降低冲裁力。但是，少、无废料排样的应用范围有一定的局限性，受到工件形状结构的限制，且由于条料本身的宽度公差，条料导向与定位所产生的误差，会直接影响工件尺寸而使工件的精度降低。在几个工件的汇合点容易产生毛刺。由于采用单边剪切，也会加快模具磨损而降低冲模寿命，并直接影响工件的断面质量，所以少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排样。1有废料、少废料或无废料排样
8、。按工件的外形特征、排样的形式又可分为直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等考虑到造作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低。搭边值小，材料利用率虽高，但过小时就不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时候还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均匀，引起模具刃口的磨损。影响搭边值的因素主要有以下几点：1.材料的力学性能 塑性好的材料，搭边值要大一些，硬度高与强度大的材料，搭边值可小些。2.材料的厚度 材料越厚，搭边值也越大。3.工件
9、的形状和尺寸 工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。4.排样的形式 对排的搭边值大雨直排的搭边。5.送料及挡料的方式 用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。查得搭边值=1.5mm，=2.1mm。条料送进步距h=57+1.5=58.5mm 3.2材料利用率的计算 一个步距内的材料利用率 式中 A冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（） 一个步距内的冲件数目；n取1 B条料宽度（mm）； h进距（mm） A=3.1457/257/2=2550（）B=61.2，=71.2%第四章 各部分工艺力的计算4.1冲裁力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。冲裁力是凸模与凹模相对运动使
10、工件与板料分离的力，其大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 4.1.1冲压力的行程曲线 在冲裁过程中，冲裁力的大小是不段变化的，图4-1为冲裁时冲裁力-凸模行程曲线。图中AB段相当于冲裁的弹性阶段，凸模进入材料后，载荷急剧上升，但当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段，载荷的上升就缓慢下来，如BC段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积秒减小，但只要材料加工
11、硬化的影响超过受剪切面积小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相当的影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中C点。此后，受剪面积的减少超过硬化的影响，于是冲裁力下降。凸模再继续下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图中CD段所示，此为冲裁的断裂阶段。此后所用的力仅是克服摩擦阻力,推出已分离的料。4.1.2冲裁力的计算公式冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。考虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力F（N）： （4-1）式中 L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料
12、力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数K=1.3。冲裁件周边长度L=3.1457=178.98mm,取179mm材料的抗剪强度（MPa），取b=310 MPa一般情况下，材料的b=1.3，故冲裁力F（N） F1=LTb=1791310=55490N =0.0455490=2219.6N =0.06355490=3495.9N F1=55490+2219.6+3495.9=6120.5N 式中b材料的抗拉强度（MPa）。4.1.3降低冲裁力的方法在冲裁高强度材料或厚度大、周边长时，所需的冲裁力较大。如果超过现有压力机吨位，就有必须采取措施降低冲裁力，主要有以下几种方法：（一）阶梯凸模冲裁
13、在多凸模冲裁模具中，为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，可根据凸模尺寸的大小，做成不同高度，形成阶梯布置，从而减少冲裁力。这种模具的缺点是长凸模插入凹模较深，容易磨损，修磨刃口也比较麻烦。（二）斜刃口冲裁在用平刃口模具冲裁时，整个刃口同时与冲裁件周边接触，同时切断，所需冲裁力大。若采用斜刃口模具冲裁，也就是将凸模（或凹模）刃口做成有一定斜度的斜刃，冲裁时刃口就不是同时切入，而是逐步切入材料，逐步切断，这样，所需的冲裁力可以减小，并能减小冲击、振动和噪声，对于大型冲压件，斜刃冲裁用的比较广泛。斜刃冲裁降低了冲裁力，使压力机性能在比较柔和、平稳的条件下工作。但模具制造与修磨比较复杂，增加了困难，刃
14、口容易磨损，工件不够平整，一般只用于大型工件冲裁及厚板冲裁。除上述两种方法外，将材料加热冲裁也是一种行之有效的降低冲裁力的方法，因为材料在加热状态的抗剪强度有明显下降。但材料加热后产生氧化皮，且因为要加热，劳动条件差。另外，在保证冲裁件断面质量的前提下，也可适当增大冲裁间隙等方法来降低冲裁力。4.2冲孔力的计算 式中 L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）； 材料抗剪强度（MPa）； K系数，考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。 所以，一般情况下，上式也可以写成 L=3.149.7=30.5mm =310MPa则=1.330.
15、51310=12291.5N推件力： 式中 推件力因素，查得 =0.063； n工件卡的凹模内的个数，取n=1。则 =0.06312291.5=774.4N F2=12291.5+774.4=13065.9N4.3翻边力的计算 式中 翻边后竖边的中径（mm），=21mm； 圆孔初始直径（预制孔）（mm），=9.7mm； 毛坯厚度（mm），=1mm； 材料屈服点（MPa）。 =180MPa则 F3=1.13.14（21-9.7）1180=7025.4N4.4浅拉深成形力 式中 d拉深件的直径（mm），d=49mm； 材料抗拉强度（MPa），得=390MPat材料厚度（mm），t=1mmm=d/D
16、=49/57=0.86 K修正系数，取K=0.8。则 F4=0.83.14491390=48004.32N4.5总的冲裁力的计算 因此，总的冲裁力为： =F1+F2+F3+F4 =6120.5+13065.9+7025.4+48004.32 =74216.12N4.6压力中心的计算 冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。通常利用求平行力系合力作用点的方法（解析法或图解法）确定模具的压力中心。本模具由于制件为轴对称零件，所以其压力中心及为零件的
17、几何中心第五章 冲压设备的选择 冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品制造、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要的问题。对于中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深件多用具有C形床身的开式曲柄压力机。虽然开式压力机的刚度差，并且由于床身的变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的寿命和冲裁件的质量。但是，它却具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械话的附属设备和成本低廉等优点，目前仍是中小件生产的主要设备。确定设备的规格时应注意以下几个问题：1）压力机的行程大小，应能保证成形零件的取出与毛坯的放进，例如拉深所用压力机的行程，至少应大于成品零件高度的两倍以上。2）
18、压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还需要留有安装固定的余地，但过大的工作台面上安装小尺寸的冲模时，工作台的受力条件也是不利的。3）所选压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适应。模具的闭合高度H0是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机的连杆长短能调节，也既压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大闭合爆肚Hmax和最小闭合高度Hmin。设计模具时，模具闭合高度H0的数值应满足下式：4）冲压力与压力机力能的配合关系：当进行冲裁等冲压加工时，由于其施力行程较小，近于板材的厚度，所以可按冲压过程
19、中作用于压力机滑块上所有力的总和F总选取压力机。根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压家的几何尺寸和精度要求等来选定设备类型。由于复合模的特点，为防止设备超载，可按公称压力选择压力机。选取公称压力为350kN的开式压力机JC23-35。其与模具设计的相关参数为：公称压力：350kN滑块行程：80 mm、最大闭合高度：280mm封闭高度调节量：60 mm工作台孔径：380mm610mm模柄孔尺寸：50mm70mm第六章 主要工作部分尺寸计算6.1冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分单边间隙和双边间隙，单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。间隙值的大小对冲裁
20、件质量、模具寿命、冲裁力大小的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。6.1.1冲裁间隙对冲裁件质量的影响 冲裁件的质量主要是指断面质量、尺寸精度和形状误差。断面应平直、光滑；圆角小；无裂纹、撕裂、夹层和毛刺等缺陷。零件表面应尽可能平整。尺寸应在图样规定公差范围之内影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值的大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态、模具结构与制造精度，材料性能等，其中间隙值大小与分布的均匀程度是主要因素。 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与标称尺寸的差值（）。差值越小，精度越高。这个差值包括两方面的偏差，一 是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏
21、差。冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于冲裁过程中，材料受拉伸、挤压、弯曲等作用引起的变形，在加工结束后工件脱离模具时，会产生弹性恢复而造成。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模的间隙。间隙大小对冲裁件尺寸偏差的影响规律可见图6-1。当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸。当间隙较小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料手凸、凹模挤压力大。冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增打发，而冲孔件的孔径则变小。6.1.2冲裁间隙对模具寿命的影响冲裁模具的寿命
22、以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命，冲裁过程中，模具的损坏有磨损、崩刃、折断、啃坏等多种式。 影响模具寿命的因素很多，有模具间隙；模具制造材料和精度、表面粗糙度；被加工材料特性；冲裁件轮廓形状和润滑条件等。模具间隙是其中的一个重要因素。因为冲裁过程中，模具端面受到很大的垂直压力与侧压力，而模具表面与材料的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域，这就以为着即使整个模具在许用压应力下工作，但在模具刃口处所受的压力也非常大。这种高的压力会使冲裁模具和板材的接触面之间产生局部附着现象，当接触面发生相对滑动时，附着部分便发生剪切而引起磨损附着磨损。其磨损量与接触压力、相对滑
23、动距离成正比，与材料屈服强度成反比。它被认为是模具磨损的主要形式。当模具间隙减小时，接触压力（垂直力、侧压力、摩擦力）会随之增大，摩擦距离随这增长，因此模具磨损加剧，甚至使模具与材料之间产生粘结现象。因此适当增大模具间隙，可使凸、凹模侧面与材料见摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。但间隙过大时，半了的弯曲拉伸相应增大，使模具刃口端面上的正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形使磨损加剧，降低模具寿命，同时，间隙过大卸料力会随之增大，也会增加模具的磨损，所以间隙是影响模具寿命的一个重要因素。6.1.3 冲裁间隙对冲裁力及卸料力的影响 当间隙减小时，凸模压入板材的情况接近于挤压状
24、态，材料所受拉应力减小，压应力增大，板料的易产生裂纹，因此最大冲裁力增大。当间隙增大时，材料所受拉应力增大，材料容易产生裂纹，因此冲裁力减小，继续增大间隙值，凸、凹模刃口产生的裂纹不相重合，会发生二次断裂，冲裁力下降变缓。当间隙增大时冲裁件光亮带窄，落料件尺寸偏差为负，冲孔见尺寸偏差为正，因而使卸料力、推件力或顶件力减小。间隙继续增大时，制件毛刺增大，卸料力、顶件力迅速增大。6.2 冲孔刃口尺寸计算 6.2.1计算原则 由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料见的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔见的小断尺寸等与凸模尺寸，在测量与使用中，落料件都是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以
25、小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越来越大，因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则：（1） 落料模先确定凹模r刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等与制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。（2）冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于之间的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的空。凹模人口的标称尺寸应比凸模大个亿最小合理间隙。（3）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保
26、证有合理的间隙值，一般冲模精度较工件精度高23级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件可按IT10级精度要求来处理，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差。所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料尸体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔见负公差为零，只标注正公差。6.2.2计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。1.凸模与凹模分开加工 凸、凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间隙，不仅凸、凹模分别标注公差
27、（凸模，凹模），而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件: 或取 也就是说，新制造的模具应该是。否则制造的模具间隙已超过允许的变动范围，影响模具的使用寿命。2.凸模与凹模配合加工 对于冲制件形状复杂或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或凸模），使他们保持一定距离。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模（或凹模）配作，保证双面间隙”。这样。可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。由于复杂形状工件各部分尺寸性
28、质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化趋势不同，所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同6.2.3冲孔刃口尺寸计算查得冲裁刃口双面间隙Zmin=0.08mm，Zmax=0.12mm。未注公差的零件尺寸按IT14级精度计算，查得x=0.5。冲孔凸、凹模的制造公差可由下表查出：基本尺寸凸模偏差凹模偏差180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030801200.0250.0351201800.0300.0401802600.0300.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.070表6-2 规则形状（圆形、方形）冲裁时凸模、凹
29、模的制造偏差（mm）从上表可知： ，-0.52校核： 因此，凸、凹模采用配合加工方法。则凸模刃口尺寸由下式计算： d=9.96mm 凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保证其双间隙为0.080.12mm。d =10.33mm图6-1冲孔凸模6.2.4拉深成形工作部分尺寸计算 拉深起伏见未注公差按IT14级计算，其偏差值可查表6-1，得其极限偏差为。则凸、凹模的制造公差可按IT10级计算，其值可查得0.14mm。拉深成形模的单边间隙；Z=1.62+0.8*1=2.42查得x=0.7520mm翻边凸，根据入体原则，则先计算凹模尺寸：D=19.75mm凸模尺寸根据凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法：D=
30、15.16mm 50mm成形件凸、凹模，根据入体原则，也先计算凹模：D=55.09mm凸模尺寸根据凹模尺寸配制，凸、凹模采用配合加工方法：D=50.25mm6.2.5落料刃口尺寸计算：。落料件尺寸58.5mm的极限偏差由表6-1查出=0.87mm。磨损因数查出x=0.5。凹模的制造公差：则：凸模尺寸为：d=58.07mm 凹模尺寸:d=58.42mm图6-2落料凹模第七章 模具总体设计7.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以模具类型为复合模具。7.2确定送料方式 模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式，还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如L（送料方向的凹模长度）B（垂直于送料方向的凹模宽度）时，采用纵向送料方式；LB时，则采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本模具而言，L=B其送料方式应采用横向送料。7.3定位方式的选择由于该模具采用的是条料，控制条料送进方向采用导料柱和挡料销协调作用。控制条料送进步距采用挡料销。而第一件工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
