冲压模具设计作业之连接板设计

设计题目
零件名称：连接板
生产批量：大批量
材料及厚度：10，1mm
冲裁工艺分析
冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。

一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。

当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。

以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。

根据这一要求对该零件进行工艺分析。

几何形状
该冲裁件外形简单，形状规则，且成几何中心对称。

最小孔距、孔边距
经计算零件的孔边距为5.75mm大于最小孔边距1.5t=1.5x1=1.5mm、孔距为40mm 明显足够，所以零件适合冲裁。

冲孔最小尺寸
查表3-8（参考文献[1]）冲孔最小尺寸为1.3t=1.3x1=1.3小于ф8.5，即得此孔能够冲出。

冲裁件的精度和断面粗糙度
由于零件内外形尺寸均未注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸公差，经查公差表得各尺寸公差分别为：
零件外形尺寸：200
52
.0
-140
43
.0
-
零件内形尺寸：8.536.0
+
材料
10钢属于碳素钢，查附表1（参考文献[1]）可知其屈强比较小，延伸率较高，具有良好的冲压性能。

结论：此零件适合冲裁
确定冲压工艺方案
确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。

确定合理的冲裁工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个合理的冲压工艺方案。

方案种类
该零件包括冲孔，落料两个基本工序，可以采用以下三种方案：
(1)先落料再冲孔采用单工序模生产
(2)落料—冲孔复合冲压采用复合模生产
(3)冲孔—落料连续冲压采用级进模生产
方案的比较与分析
方案(1)模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，且生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。

故而不选此方案。

由于零件结构简单对称，为提高生产效率，主要可以应用以下两种方案即采用复合冲压或级进冲压，又由于级进冲压模具结构相对复合冲压模具结构较大，且较为复杂些，为了便于工艺加工及节省昂贵的模具材料，本模具采用复合冲裁方式进行生产，且结构紧凑，零件精度高。

方案的确定
由零件尺寸可知，查表3-28（参考文献[1]）得最小壁厚δ为2.7﹤5.75mm即凸凹模壁厚大于允许的最小壁厚，所以为便于操作完全可以采用复合模结构。

复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式复合模。

考虑到工件成形后，如何脱模方便。

正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取也不方便。

倒装式复合模成形后工件留在上模，只须在上模装一推出装置，借助模具的合复力就可以轻松的将工件给卸下来。

考虑到工件成形后，如何脱模方便，故采用倒装式复合模，因该制件较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。

它还可以对冲孔小凸模起导向作用和保护作用，和定位钉定位方式。

冲裁工艺计算
排样及裁板方式确定
在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。

排样
排样是指冲件在条料、带料或`板料上布置的方法。

冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。

根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。

零件外形近似矩形，轮廓尺寸为60x20，根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法是不可能做到；但能采用有废料和少废料的排样方法。

考虑到操作方便并为了保证零件精度，排样方式采用直排有废料排样。

排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。

它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。

搭边数值取决于以下因素：
①件的尺寸和形状。

②材料的硬度和厚度。

③排样的形式（直排、斜排、对排等）。

④条料的送料方法（是否有侧压板）。

⑤挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。

搭边值一般是由
经验再经过简单计算确定的。

查表3-13（参考文献[1]）得搭边参考值为：沿边a=1.8工件间a 1=1.5
由式3-12（参考文献[1]）送料步距S=20+ a 1即得S=20+1.5=21.5mm
又因为本模具采用无侧压装置，查表3-14（参考文献[1]）得条料宽度公式
B=（D max +2a+Z ）0
∆
- 即得B=（60+2x1.8+0.5）06.0-=64.206.0-
式中Z —导料与最宽条料之间的间隙，其值由表3-16查得（参考文献[1]）
△—条料宽度偏差，其值由表3-15查得（参考文献[1]）
裁板方式与利用率的计算
当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。

选取的冲裁方式不同时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。

因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量。

根据不产品的结构和工艺性能，本副模具顶板式顺出件结构。

由于本模具采用顺出件式模具冲裁，省去校平工序，既可满足工件对平面度的要求，有能保证安全生产。

查附表3 （参考文献[1]）选用的板料规格为600x1200x1mm
(1)横裁：
根据板料的规格及零件的尺寸，剪切条料尺寸为64.2x600,一板料可裁条料为18条，每条可冲零件的个数为26个，即一块板料可冲裁总的零件个数为18x26=468个
根据式3-10（参考文献[1]）一块板料的利用率为：
η=n x100% =468 x100% =53%
式中A 0—一个制件的有效面积
A — 一块板料的面积
n — 一块板料秘冲制件的总个数
(2)纵裁：
剪切条料尺寸为64.2x1200,一块板料可裁条料共9条，每条可冲零件的个数为54个，即一块板料可冲裁总的零件个数为54x9=486个。

根据式3-10（参考文献[1]）一块板料的利用率为：
η=n x100% =486 x100% A A 0A A 0600
1200819x 6001200819x
=55%
式中A0—一个制件的有效面积
A —一块板料的面积
n —一块板料秘冲制件的总个数
经计算得到的横裁与纵裁的材料利用率，相比较确定裁板方式为纵裁
冲压力计算
力的计算
计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，因此要计算最大冲裁力。

则冲裁力可按下式计算：
F=AΓ式3-1（参考文献[1]）
式中，A为剪切断面面积，Γ为板料的抗剪强度。

考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响，可取安全系数为1.3，并取抗剪强度τ为抗拉强度σb的0.8倍，于是在生产中冲裁力便可按下式计算：
式3-2（参考文献[1]）
F=LTσ
b
式中L—冲裁轮廓的总长度(mm);
t—板料厚度(mm);
板料的抗拉强度(MPa)。

σ
b
=300（参考文献[1]）
经查的取σ
b
计算工序冲压力
由于影响卸料力、推加力和顶件力的因素很多，根本无法准确计算。

在生产中均采用下列经验公式计算：
查附表1（参考文献[1]）取材料的抗拉强度τ=270Mpa
落料力F l=KLtτ式3-10（参考文献[1]）
F l=1.3x146.04x1x270=51.3KN
冲孔力F k=KLtτ式3-10（参考文献[1]）
F k=1.3x2πx8.5x1x270=18.7KN
卸料力F x =K x F l式3-15（参考文献[1]）
F x=0.045x51.3=2.3KN
推件力F t=nK t F k式3-16（参考文献[1]）
F t =6x0.055x18.7=6.2KN
式中L —冲裁时材料发生剪切变形处的周长
K —安全系数，K=1.3
K x 、K t —分别为卸料力、推件力系数，查表3-18（参考文献[1]）
n —同时卡在凹模内的废料个数，n=t h （h 为凹模洞口深度，t 为料厚）n=16=6 查表3-27（参考文献[1]）在此取h=6
F z =F l +F k +F x +F t
=51.3+18.7+2.3+6.2
=78.5KN
初步预选压力机
根据以上所计算得到的总冲压力，查附表5（参考文献[1]）初选型号为JB23-25的压力机。

确定压力中心
因为此图形为对称图形,固它的压力中心即重心就是此图形的 对称中心
弹性元件选择计算
根据已知冲裁板厚t=1mm ，冲裁力卸料力F=2.3KN
1).初选弹簧数目为6个，每个弹簧应提供预压力即为：
F 0≥n Fx 式3-37（参考文献[1]）
F 0≥62300=384N
2).初选弹簧规格为：25mmX4.5mmX50mm 查表10-1（参考文献[2]）其具体参数如下： D 2=25mm,d=4.5mmt=7.85mm,F 2=786N, △H 0 =16.5mm,H 0=50mm,n=5.5
3).计算弹簧预压缩量△H 0
△H 0= （F2H0 ）F 0 式3-38（参考文献[1]）
=（7865.16）x384
=8mm
4).校核
△H=△H 0+△H '+△H " 式3-39（参考文献[1]）
=8+2+5
=15mm
由于16.5＞15，即△H2＞△H 式3-38（参考文献[1]）
所以所选弹簧合适。

式中F0—弹簧的预压力
F x—卸料力
n—弹簧根数
△H2—弹簧最大许可压缩量
△H—弹簧实际总压缩量
△H0—弹簧预压缩量
△H'—卸料板的工作行程，一般取△H'=t+1,t为料厚，这里取△H'=2
△H"—凸模刃磨余量，可取5—10mm
工作零件刃口尺寸计算
刃口工艺分析：结合模具及工件的形状特点，此模具制造宜采用配作法，落料时，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求配作；冲孔时，则只需计算凸模的刃口尺寸及制造公差，凹模刃口尺寸由凸模实际尺寸按要求配作；只是需要在配作时保证最小双面合理间隙值查表
3-33 Z min=0.100mm(参考文献[1])凸凹模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸结
合完成。

1).冲孔凸模
+
冲孔Ф8.536.0
由式3-9（参考文献[1]）d T=(d+x△)0
δ-
T
=(8.5+0.5x0.36) 0
-
09
.0
=8.680
-
.0
09
相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证Z min=0.100mm
式中x—系数，在0.5~1之间，查表3-5得x=0.5（参考文献[1]）
△—冲裁零件制造公差
δT—凸模的制造公差，在此取δT=4
∆
Z min—最小初始双面间隙，查表3-3，取Z min=0.100mm
2).落料凹模
δ0A
由式3-8（参考文献[1]）D A=（D max-- x△）+
落外形200
52
.0- D A =（20-0.5x0.52）13.00+
=19.7413.00+
落外形140
43.0-
D A =（14-0.5x0.43）1075.00+
相应凸模尺寸按凹模刃口尺寸配作，保证间隙Z min =0.100mm
式中x —系数，在0.5~1之间，查表3-5得x=0.5（参考文献[1]）
△—冲裁零件制造公差
δA —凹模的制造公差，在此取δA =4∆
Z min —最小初始双面间隙，查表3-3，取Z min =0.100mm
3).孔心距（凹模、凸模磨损后不变的尺寸）
由参考文献[1]公式：C A =（C min +0.5△）±0.5δA
C A =(39.85+0.5x0.3)±0.0375
=40±0.0375
冲裁模主要零部件的结构设计
模具总体设计
根据已确定的工艺方案，分析可知模具结构可采用前后送料，挡料销定距，导料销定位，弹性卸料装置卸料，下漏料方式的倒装式冲裁，模具结构形式可采用后置导柱标准模架。

模具结构草图，如下图所示：
1.下模座
2.导柱
3.凸凹模固定板
4.弹簧
5.卸料板
6.落料凹模板
7.空心垫板
8.导套
9.上模座10.螺钉11.模柄12.打杆13.圆柱销14.凸模15.垫板16. 凸模固定板17.推件块18.导料销19. 凸凹模
模具零件设计
工作零件设计
(1)冲孔凸模
凸模长度：L t=h1+h2+h3
=14+12+14
=40mm
式中h1—凸模固定板厚度，一般取（0.6~0.8）凹模板厚
h2—空心垫板厚
h3—落料凹模板厚
凸模零件图如图所示：
(2)落料凹模
由式3-31（参考文献[1]）H=ks(H≥8)
H=0.30x60
=18mm
由式3-32（参考文献[1]）B=s+(2.5~4.0)H
B=60+(2.5~4.0)x18
=105~132
由式3-33 （参考文献[1]）L=s1+2s2
L=20+2x30
=80mm
式中H—凹模厚度
B—垂直于送料方向的凹模宽度
L—送料方向的凹模长度
k—系数，查表3-24（参考文献[1]）取k=0.30
s—垂直于送料料方向的凹模刃壁间的最大距离
s1—送料方向的凹模刃壁间的最大距离
s2—送料料方向的凹模刃壁到凹模边缘的最小距离
查表2-41（参考文献[3]）根据上面所算得的尺寸，确定凹模
板外形规格为125x125x18(mm)，因考虑到昂贵的模具材料的节省，将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后实取为125x125x14(mm)其
零件图如图所示：
(3)凸凹模
= h1+h2+h3
L
凸凹
=10+34+14
=58mm
式中h1—卸料板厚度一般取（6~12）在此取h1=10mm
h2—卸料板下平面到凸凹模固定板上平面的之间距离，根据经验值一般取（25~35）mm,在此取34mm.
h3—凸凹模固定板厚度，一般取（0.6~0.8）倍凹模板厚度，在此取为14mm
定位零件的确定
(1)固定挡料销
查表10-60（参考文献[2]）挡料销具体参数如下：
材料：45#钢热处理：HRC43-48
规格：A6x4x3 GB2866.11-81
(2)导料销
查表10-60（参考文献[2]）挡料销具体参数如下：
材料：45#钢热处理：HRC43-48
规格：A6x4x3 GB2866.11-81
卸料零件设计
(1)卸料板
本模具采用弹性卸料装置，卸料板厚度根据经验值一般取（6-12）mm在此取10mm,其周界尺寸与落料凹模同等大小。

其零件图如图所示：
(2)卸料螺钉
查表10-64(参考文献[2])确定卸料螺钉相关参数如下:
材料: 45#钢热处理:24~28HRC
规格: 10x60 GB2867.5-81
推件零件设计
(1)打杆
由于零件结构的限制，其结构形式采用简单的圆柱式打杆，其直径按模柄孔大小确定，d=12mm打杆长度L=L1+L2+C
L=10+95+15
=120mm
式中L1—推出状态时，打杆在垫板上平面以下的长度
L2—模柄长度
C—考虑各种误差而加的常数，通常取C=10~15在此取15mm
打杆零件图如图所示：
(2)推件块
推件块按落料凹模配作，保证间隙在（0.5~1）mm,推件块凸台与空心垫板之间的间隙在此取0.5mm,推件块长度L=L1+L2+L3
L=4+18+2
=24mm
式中L1—推件块凸台高，一般取（3~4 ）mm在此取为4 mm
L2—在推出状态时，推件块凸台下平面到落料凹模板下平面的距离
L3—推件块行程
其零件图如图所示：
固定板、垫板设计
(1)凸模固定板
凸模固定板厚度为（0.6~0.8）倍落料凹模板厚，即(0.6~0.8)x18=(10.8~14.4)mm在此取14mm，其周界尺寸与落料凹模同等大。

其零件图如图所示：
(2)凸凹模固定板
凸凹模固定板厚度为（0.6~0.8）倍落料凹模板厚，即(0.6~0.8)x18=(10.8~14.4)mm 在此取14mm，其周界尺寸与落料凹模同等大。

其零件图如图所示：
(3)上垫板
根据下式算得结论，验证是否需要垫板
P=F z /A 式3-42 (参考文献[1])
=18700/(2x )
=53Mpa
查表3-34 模座材料的许用应力（参考文献[1]） 得 σ在90~140MPa 之间
4
15
1514.3⨯
⨯
明显本模具不需要垫板,但由于结构的需要,所以加一块厚为6mm的垫板，其周界尺寸与落料凹模同等大，垫板零件图如图所示：
(4)空心垫板
为了节省昂贵的模具材料而作成两部分的空心垫板，其零件图如图所示：
模架、模柄的选择
(1)模架
随着冷冲压技术的发展和新型模具材料的出现，模具结构也发生了一定的变化，虽然模具的结构类型很多，但对其基本要求是一致的。

即不仅能冲出合格的零件，适应生产批量的需要，而且要求操作方便，生产安全、寿命长、成本低，以及制造和维修方便。

随着冷冲模国家标准实施以来，在设计模具时对冲模模架的选择一般都是按国家标准来选的。

由前面所确定的为标准的后置导柱模架,又根据凹模周界尺寸L=125mm
B=125mm 初选模架125x125x(160~190)mm GB/T2851.3-90.查表2-41（参考文献[2]）又依模具结构草图及以上得到的各板厚度,可知模具闭合高度
H=35+6+40+58+45-1=183mm在模架最大最小闭合高度（160~190）之间。

所以所选模架合适。

(2)模柄
本模具采用压入式模柄,又根据所初选的压力机，从而得到的模柄孔尺寸参数，可以确定模柄相关参数如下：
材料：Q235
规格：A40x95 GB286.21-81 查表10-47(参考文献[2])
螺钉及销钉的选择
(1)上模紧固螺钉
材料:45#钢
规格:GB/T65-2000 M8x65 查附表4.3 (参考文献[4])
(2)下模紧固螺钉
材料:45#钢
规格:GB/T65-2000 M8x40 查附表4.3 (参考文献[4])
(3)凸凹模紧固螺钉
材料:45#钢
规格:GB/T65-2000 M8x40 查附表4.3 (参考文献[4])
(4)上模长圆柱销
材料:45#钢
规格:GB/T119.1 10 x60 查附表4.14 (参考文献[4])
(5)上模短圆柱销
材料:45#钢
规格:GB/T119.1 10 x45 查附表4.14 (参考文献[4])
(6)上模短圆柱销
材料:45#钢
规格:GB/T119.1 10 x40 查附表4.14 (参考文献[4])
(7)防转销
材料:45#钢
规格: 6x14
选定设备
压力机对模具寿命的影响也不容被忽视。

压力机在不加载状态下的精度称为静精度，加载状态下的精度称为动精度。

当压力机的动精度不好时，就等于哟暖和精度不好的压力机进行冲压加工。

由于测量动精度很困难，目前还没有压力机动精度的标准，生产厂家也只保证压力机的静精度。

因此压力机的动精度一般只能根据其静精度的好坏、框架结构形式和尺寸以及对压力机生产厂家的信任程度来推断。

根据第三部分初选的压力机，以及第四部分所得到的模具闭合高度，校核压力机
是否合适。

H max-5mm≥H+T≥Hmin +10mm
H max-T-5mm≥H≥Hmin-T+10mm
270-50-5mm≥H≥215-50+10mm
215mm≥H≥155mm
显然前面初选的压力机能够满足要求
式中H max—压力机的最大闭合高度
Hmin—压力机的最小闭合高度
T—垫板厚度
压力机主要技术参数如下表所示：
参考文献：
[1] 王孝培主编《冲压手册》. 北京：机械工业出版社出版社，1990.11
[2] 王芳主编《冷冲压模具设计指导》. 北京：机械工业出版社出版社，1990.10
[3] 郑家贤主编《冲压工艺与模具设计实用技术》. 北京：机械工业出版社，2005.1
[4] 曾霞文、徐政坤主编《冷冲压工艺及模具设计》. 长沙：中南大学出版社，2006.1
[5] 吴兆祥主编《模具材料及表面热处理》. 北京：机械工业出版社，2000.5
[6] 谭海林主编《模具制造工艺学》. 长沙：中南大学出版社，2006.5
[7] 王卫卫主编《材料成型设备》. 北京：机械工业出版社出版社，2004.8
[8] 谌康焘主编《机械绘图》. 上海：交通大学出版社，2004
[9] 欧圣雅. 冷冲压与塑料成型机械. 北京：机械工业出版社，1998
[10] 王开明编译. 机械液压拉伸. 模具技术，1985(3)。