圆垫片落料冲孔复合模设计

垫片34复合模CAD 设计 第2章 工艺分析及模具结构设计
2.1 制件的工艺性分析及工艺计算
2.1.1 工艺分析
由图可知，产品为圆片落料、圆片冲孔。

产品形状结构简单对称，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件之间的最小距离满足c>1.5t 要求。

（5.175.22
40
80=--=
c 1.5t=1.5） （1）尺寸精度
任务书对冲件的尺寸精度要求为IT12级，
查参考文献[2]知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT12～IT11级，所以尺寸精度满足要求。

（2）冲裁件断面质量
因为一般用普通冲裁方式冲1mm 以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra 可达12.5～3.2m μ，毛刺允许高度为0.05～0.1mm ；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。

（3）产品材料分析
对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。

本设计的产品材料为08钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。

另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证
经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。

2.1.2 排样及工艺计算
2.1.2.1排样
零件外形为圆形 ，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件为中等批量生产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用单排结构。

如图所示。

图2.1 排样图
2.1.2.2 搭边
查参考文献[1] ，确定搭边值a，b。

当t=1时，a=2，b=1.5
2.1.2.3条料宽度
B=D+2a=80+2*2=84mm
2.1.2.4材料利用率η
式中n—一个歩距内冲裁件数目；A——冲裁件面积（包括内形结构废料）；
S——歩距长度；B——板料宽度；
取：n=1; A=π*402=5026.55；S=81.5；B=84
η=5026.55／81.5*84=73.4
2.2 冲压力及压力中心的计算
2.2.1 计算冲压力
2.2.1.1 冲裁力
冲裁力公式为 落孔P P P += 式中 P —冲裁力； 孔P —冲孔冲裁力； 落P —落料冲裁力。

2.2.1.2 冲孔冲裁力孔P 式中 K —系数（取K=1.3）； n —孔的个数，n=3。

孔L —冲孔周长，66.125401=⨯==ππd L 孔mm 7.1552=⨯==ππd L 孔mm t —材料厚度，mm 1=t
τ—材料抗剪强度，查参考文献[2]知LY12，280=τ～320MPa ，取
300=τMPa 。

30017.153.12300166.1253.121⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=P P P 孔=61253.4=61.25KN 2.2.1.3 落料冲裁力落P 。

3.325180=⨯==ππD L 落mm
所以 98.02KN .7N 9801830013.32513.1==⨯⨯⨯=落P 2.2.1.4卸料力卸P 。

式中 卸K —卸料系数，查参考文献[1]知01.0=卸K ～0.05，取03.0=卸K 。

所以 4.922.09803.0=⨯=卸P KN 2.2.1.5 推料力推P
式中 推K —推料系数，查参考文献[1]取055.0=卸K 。

n —同时卡在凹模洞孔内的件数，3=n 。

所以 1.1025.6155.003=⨯⨯=推P KN 2.2.1.6 顶件力顶P
式中 顶K —顶件系数，查参考文献[1]取06.0=顶K 。

所以 ()56.92.09825.6106.0=+⨯=顶P KN 2.2.1.7 总冲压力总P
冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。

总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为
56.91.1094.202.9825.61++++=+++=++=推卸落孔推卸总P P P P P P P P =181.87K
N
初选压力机：Jc23-35。

2.2.2 计算模具压力中心
由于该零件完全对称于相互垂直大大两条多层次线，所以模具的压力中心在几何图形的狭槽点上。

2.3 凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计算
2.3.1计算模具刃口尺寸
模具采用复合模结构，计算刃口尺寸时宜采用尺寸转换法计算。

零件上包含三个尺寸：落料尺寸074.080-=φA ；
冲孔尺寸62.00140+=φB ,3.0025+=φB ；
位置尺寸105.030±=H 。

查得冲裁模刃口双间隙
24.0min =Z mm ， 36.0max =Z mm 。

1）落料刃口尺寸计算：
074.080-φ的凸凹模的制造公差由表查得 mm 030.0=凹δ ， mm 020.0=凸δ。

由于min max 05.0Z Z -<=+凸凹δδ ， 故采用凸模与凹模 分开加工方法， 由表查得X=0.5，则：
其工作部分结构尺寸如图所示： 2）冲40mm 孔刃口尺寸计算：
62.0040+φ的凸凹模的制造公差由表查得 mm 030.0=凹δ， mm 020.0=凸δ.
由于min max 050.0Z Z -<=+凸凹δδ , 故采用凸模与凹模分别加工方法， 由表查得X=0.5 ，则：
mm Z d d 03
.0003.000min 55.40)24.031.40()(+++=+=+=凹凸凹δ ,
其工作部分结构尺寸如图所示：
3）冲5mm 孔刃口尺寸计算：
3.005+φ的凸凹模的制造公差由表查得 mm 020.0=凹δ， mm 020.0=凸δ.
由于min max 040.0Z Z -<=+凸凹δδ , 故采用凸模与凹模分别加工方法，
由表查得X=0.5 ，则：
其工作部分结构尺寸如图所示：
2.3.2落料凹模结构尺寸计算
落料凹模尺寸如图5.1所示。

图5.1 落料凹模尺寸
2.3.2.1厚度d H
式中 理H —凹模的理论厚度。

96.287.9801833.25125.025.06262
=⨯⨯==落落理P L H mm
进一位取整数取 29=理H mm 查参考文献[4]知刃磨余量为 6=h 。

所以凹模厚度为 29+6 = 35mm 。

因为落料冲裁力KN KN P 15002.98<=落，所以凹模厚度应小于25mm 。

所以将凹模做成一块凹模板和一块夹板相拼的结构。

综合模具结构设计，取凹模厚度
23=凹H mm ，夹板厚度为12mm 。

2.3.2.2 凹模板直径d D
零件外形为圆形，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。

式中 1W —切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时，理H W 2.11≥。

所以 6.149292.1280=⨯⨯+=d D mm 查参考文献[2]按推荐值取 150=d D mm 所以凹模板外形尺寸35150⨯φ
2.3.3冲孔凸模与凸凹模结构尺寸确定
图5.2 凸模尺寸
2.3.3.1冲孔凸模长度L 如图所示
=1H （0.6～0.8）p H 式中 1H —凸模固定板厚度；
p H —冲孔凸模厚度，=1p H 21mm ；=2p H 10mm 自l —凸模自由长度。

所以 =1H （0.6～0.8）p H =（0.6～0.8）=⨯2112.6～16.8mm ，取=1H 14mm 。

='
1H （0.6～0.8）p H =（0.6～0.8）×10=6～8mm, 取=1H 8mm 。

351223=+=+=h H l d 自mm （考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取 5.35=自l mm ）。

所以 取=1H 14mm
自l H L +=11=14+35.5=49.5mm 自l H L +=12=14+35=49mm 2.3.3.2 凸模强度（压应力）校核 校核公式为
压孔][min
σ≤F P
式中 min F —凸模最小断面积，2
2
2min
67.20213.52mm d F =⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ππ； 压][σ—凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV ，查参考文献[2]知，=压][σ（1000～1600）MPa ，取=压][σ1200 MPa 。

因为
29667
.206123
min
==
F P 孔 MPa<压][σ 所以凸模强度校核符合要求。

2.3.3.3凸模刚度（细长杆失稳）校核。

校核公式 孔
nP EJ l max
max μ
π≤
式中 m ax l —凸模最大自由高度；
E —凸模材料弹性模量，一般取5101.2⨯=E MPa ； m ax J —凸模最小断面惯性矩，圆形断面64
4
max d J π=；
μ—支承系数，无导板导向2=μ；
n —安全系数，钢取=n 2～3。

代入公式得
96.806123
36413.52100002
4
max max =⨯⨯⨯⨯=≤
ππ
μ
π
孔nP EJ l mm
实际 5.35=自l mm<40.96mm 所以凸模刚度符合要求 2.3.3.4 凸凹模工作尺寸计算
图5.3凸凹模各部分尺寸
1）凸凹模长度pd H 确定
4624102142=++-=++-=H H h h H pd 卸预自由mm 式中 卸H —卸料板厚度，取10=卸H mm ；
1H —凸凹模固定板厚度，=1H （0.6～0.8）()h H +凹=（0.6～0.8）
=⨯3521～28mm ，取241=H mm 。

2）凸凹模壁厚校核
查参考文献[2]知，倒装复合模凸凹模最小壁厚.72min =n （料厚1=t mm ）； 本设计中()min 5.072/9.35609.479n n >=--=
所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。

3）其他
漏料孔直径取m m 441=φm m 72=φ，刃口直边设计存三片料，高为5mm ，凸凹模和凸凹模固定板之间在装配时安装止转销防转。

2.4 模具总体结构设计
冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。

经分析，此工件有三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。

2.4.1送料定位机构设计
采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。

工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方便.
2.4.2卸料机构设计
2.4.2.1条料的卸除
采用弹性卸料板。

因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。

2.4.2.2 工件的卸除
采用打料装置将工件从落料凹模中推下，罗在模具工作表面上。

2.4.2.3 冲孔废料的卸除
下模座上采用漏料孔排出。

冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。

2.4.3 出件机构设计
因为是复合模结构，所以采用上出件机构
2.5 其他零件尺寸的确定
2.5.1橡胶垫
为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%～45%。

橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%～15%。

橡胶垫产生的力 式中 F —压力；
A —橡胶垫横截面积；
p —与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5.1所示。

表5.1 橡胶压缩量和单位压力
取 222mm 9.12644801504
=-⨯=
A ，则
23.09
.126442940
==
=
A P p 卸MPa
取压缩量为25%，预压缩量为10%，工作行程21≈+=t s mm 。

所以橡胶垫的自由高度为 3.1310
.025.0=-=
s
h 自由mm ，取14mm
预压缩量取为 =预h 2m 。

2.5.2 凸凹模固定板
凸凹模固定板形状与凹模板一致，如图5.3所示，厚度为24mm 。

2.5.3凸模固定板
凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。

固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。

凸模固定板为圆形，厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，材料为Q235
=凸固定H 14mm
2.5.4垫板
冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。

即下列情况下雨加垫板。

式中 y σ—凸模端面的压应力，其数值为F
P ； ][y σ—模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为100MPa ，钢约为200 MPa ； P —冲裁力；
F —凸模上端面面积。

垫板的下载与凸模固定板一致，厚度一般取4～12mm 。

垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度Ra ≤0.32～0.63。

由于本套模具选用压入式模柄，在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板，厚度取为8mm 。

下面校核一下凸凹模与下模座之间是否下雨加垫板。

已知凸凹模下端面直径90=pd D mm ，所以
所以 MPa F P y 25.7
6361.1159272===σ 模座采用铸铁，>=MPa y 100][σy σ，所以不用加垫板。

2.5.5 卸料板
卸料板同样为圆形板，直径和凹模板一致，如图5.3所示，厚度为10mm 。

卸料
板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。

取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.1～0.3mm.
卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm ，螺纹部分为M10×10mm 。

卸料钉尾部应留有足够的行程空间。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm ，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

2.5.6模座
根据凹模板的尺寸，模座采用标准的中间导柱圆形模座，材料采用HT200。

标记为：上模座40160⨯ GB2855.11—81；
下模座45160⨯ GB2855.12—81。

2.6 压力机的确定
模具的闭合高度为
H 闭=H 上模＋ H 垫＋L ＋ H ＋ H 下模－h2 =（40+8+14+35+46+45-2）mm=186mm
式中 L ——凸模长度，L=49mm ；
H ——凹模厚度，H=35mm ；
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm 。

选择压力机JC23-35
公称压力350KN
最大闭合高度280mm
最小闭合高度220mm
所以>-5max H >模H 10min +H
压力机工作台尺寸610380⨯，一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸50～70mm ，
所以压力机合格，可用
第3章零件建模装配体及工程图
3.2零件建模
通过前面的设计可知，该套模具共包含28种零件，其中6种标准可从软件的零件库中调用，剩余的22种则要有设计者之间设计。

在CATIA中，可以通过多种方式将曲面转换为实体，下面为两种典型的零件的画法。

（1）凹模板
操作步骤为：1.在草绘平面内作凹模板外形、刃口和销孔；2.用拉伸命令将平面拉伸为实体；3.用异性孔向导命令端面上相应的位置作出螺纹孔；4.用环形阵列命令作出另外两个螺纹孔；4.用拉伸切除命令作出大孔。

（2）凸凹模
操作步骤为：1.用旋转命令作出凸凹模的外形；2.用拉伸切除命令分别在上下端面作出冲孔孔和漏料孔；3.用拉伸切除命令在下端面上作出销孔。

刚才图对于产品设计而言有重要作用，它是传递产品信息的规范。

在3D零件制作完成以后，需要按照一定的标准绘制2D展开。

在CATIA中，可以直接由实体生成二维的投影图，然后再对二维图形进行诸如剖视、标注等基本操作，最终完成工程图的绘制。