课程设计

课程设计说明书
题目：冲孔、复合膜
学院：南昌航空大学科技学院
专业名称：材料成型及控制工程
班级学号：088101302
学生姓名：谭艳萍
指导教师：常春
二O一一年十二月
目录
1 零件的工艺性分析及工艺方案 (1)
2 排样方案 (2)
3 冲压力计算及设备选择 (3)
4 压力中心计算 (5)
5主要零件设计 (6)
6定位装置的设计 (8)
7 卸料装置的设计 (8)
8 有关模具设计计算 (9)
9 参考文献 (10)
1 零件的工艺性分析及工艺方案
零件为图1所示的连接板，材料为Q235，材料厚
度为2mm,生产批量为大批量，
1.2 冲裁件的工艺性分析
1.2.1材料分析
Q235钢板，属于普通碳素钢，厚度2mm 。

该
材料的抗剪强度304373MPa τ= 、抗拉强度
432461b MPa σ= 、 屈服强度253s MPa σ=长
率21%25%δ= 。

由此可知，该材料的屈强比
较小 ，延伸率较高，具有较高的弹性和良好的塑
性，因此具有良好的冲压性能，适合冲压。

图1,连接板
1.2.2 结构分析
零件结构简单，无尖角，对冲裁加工较为有利。

零件有两个圆孔，孔的尺寸大小为7mm ，满足冲裁最小孔径min d ≥m m 20.1=t 的要求。

另外，经计算两个孔距离件外形之间的最小孔边距为11mm,满足冲裁件最小孔边距min l ≥1.5t(3mm)的要求。

所以，该零件的结构满足冲裁的要求。

1.2.3 冲裁件的精度
工件的尺寸全部为自由公差，可看着IT14级，尺寸精度底，普通冲裁就能满足要求。

1.3冲裁工艺方案的确定
该工件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：先落料，后冲孔，再弯曲。

采用单工序模生产。

方案二：落料—冲孔复合冲压，再弯曲。

采用复合模生产。

方案三：冲孔—落料级进冲压，再弯曲。

采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需要三道工序三套模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。

方案二只需两套模具，工作精度及生产效率都比较高，模具轮廓尺寸较小，模具制造
方案三也只需要两副模具，级进模是一种多工位，效率高的加工方法。

但级进模轮廓尺寸较大，采用此方案会加大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。

所以经过比较，采用方案二最为合适。

1.4 选择模具结构形式
1.4.1 模具类型：
根据以上零件的冲裁工艺方案分析，确定采用倒装落料冲孔复合模。

1.4.2 操作与定位方式：
虽然零件的生产批量较大，但是合理的安排生产可以采用手工送料方式能够达到批量生产的要求，且能降低模具生产成本，因此采用手工送料方式。

另外考虑到零件的尺寸及厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料销导向、挡料销定位的定位方式。

为了减少材料的消耗和提高定距的可靠性，决定采用直排有废料排样的排样方式。

1.4.3 卸料与出件方式：
考虑到零件的厚度，采用弹性卸料方式，利用推件块将制件顶出。

2 排样方案
2.1毛坯展开尺寸的计算
（1）弯（曲中性层位置的确定
弯曲属于90°角弯曲，r=3mm，t=2mm,
r-弯曲部分内半径t-材料厚度x——中心层位移系数由《冲压模具简明设计手册》83页表3.19由r/t=1.5，取x=0.436，则：
(2)弯曲件毛坯展开长度L，其零件展开图如图2所示。

L=L1+L2+π/2(r+xt)=44-5+50-5+π/2(3+0.436×2)=90.08mm
图2：零件展开图2.2 排样方式与材料利用率的计算
2.2.1 排样图如下：
由零件图可知，该零件的外形近似于矩形，其大概轮廓尺寸为：90×20。

根据
以上的分析，排样图3所示。

2.2.2 材料搭边值：
查《冲压工艺与模具设计》表2-13得：
侧面a=2mm，工件间a1=1.8mm，取a1=2mm
2.2.3 计算步距：
送料步距：S=20+2=22mm
2.2.4 条料宽度的计算:
可按无侧压计算
B=[D+2（a+∆)+b0]-∆= [90.08+2×(2+0.6)+0.5]-0.6= 95.180-0.6(mm)，取B=95mm
式中 B—条料标称宽度（mm）；
D—工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
a—侧搭边（mm）；
∆—条料宽度的公差（mm）,见《冲压工艺与模具设计》表2-14；
b0—条料与导料板间的间隙
（mm),见《冲压工艺与模具设计》表
2-15。

导料板间的距离：
A=B+b0=95.18+0.5=95.68mm
2.2.5 材料利用率计算：
一个进距内的材料利用率ŋ为：
ŋ=(nA/SB)=（1×1660.5）/
（22×95)×100%=79.4%
式中 A—一个工件有用
的面积，用CAD作图，分析面积得
1660.50mm，
n—一个进距内冲
件数目。

3 冲压力计算及设备选择
3.1冲压力计算
3.1.1 冲裁力的计算：
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。

可知冲裁力基本计算公式为：F=KLtτ
式中 F—冲裁力(N)
K—系数，一般取K=1.3
L—冲裁周边长度（mm）
τ= ,取τ=310MPa
τ—材料抗剪强度(MPa),304373MPa
冲孔力F1：F1=KL1tτ=1.3×2π×7×2×310=35431.76N
落料力F2：F2=KL2tτ=1.3×212.43×2×310=171218.58N
模具采用刚性卸料装置和下出料方式，所以需需卸料力F卸和推件力F推。

3.1.2卸料力计算：
F卸=K卸F2=0.04×171218.58=6848.74N
式中K卸查《冲压工艺与模具设计》表2-2，K卸取0.04。

3.1.3推件力计算：
F推= nK推F1=0.55×35431.76×3=58462.40N
式中 K推查《冲压工艺与模具设计》表2-2，K推取0.55
n—同时卡在凹模内冲裁件数n=h/t，查表知n=h/t=6/2=3。

3.1.4 总冲压力：
F总=F1+F2+F卸+F推=（35431.76+171218.58+6848.74+58462.40）N=271.96KN
初选压力机公称压力：F0≥（1.1~1.3）F总取F0=1.3F总=353.55KN
从满足冲压工艺的要求看，可选用400KN的开式压力机。

3.2 设备的选择：
根据零件精度要求，以及其多工位的要求，同时根据计算所得选定压力机为开式双柱可倾压力机。

查《简明冲压模具设计手册》表1-39可以选定压力机为J23-40。

其压力机主要规格如下：
公称压力 400KN
滑块行程 100mm
滑块行程次数 80/min
最大闭合高度Hmax 300mm
闭合高度调节量 80mm
工作台尺寸 420mm*630mm
垫板厚度H1 80mm
模柄孔尺寸Φ50mm*70mm
床身最大倾角 30°
4 压力中心计算
4.1 零件图如下：
图4，零件图
4.2 计算压力中心：
用CAD制图，画出零件图后，先确定面域，再用UCS确定坐标，最后由“查询—面域\质量特性”确定重心，知x=45.07mm,y=0mm。

4.3 模具刃口尺寸计算：
（1）凸、凹模制造公差按IT14级精度期选，由《冲压工艺与模具设计》表2-10查得：对于冲Φ7mm孔，δp=δd=0.02mm；对于落料尺寸20mm，δp=0.02mm，δδd=0.025mm；
落料尺寸90.08mm，δp=0.025mm,δd=0.035mm。

由于凸、凹模均满足δp+δd≤Z max-Z min条件，故采用凸、凹模分开加工法。

（2）模具刃口尺寸计算：
工件精度IT14，则x=0.5，厚度t=2mm，材料Q235，则查《冲压工艺与模具设计》表2-5知，Z max=0.360mm，Z min=0.246mm。

落料（20mm）： D d=(D-xΔ)0+δd=（20-0.5*0.52）0+0.025=错误！未指定书签。

19.740+0.025mm
D p=(D d-Z min)0-δp=(19.74-0.246）0-0.02=19.4940-0.02mm
式中Δ按IT14级精度选取，查《互换性与技术测量》表1-8，Δ=0.52mm。

校核：δp+δd=0.045mm≤Z max-Z min=0.114mm
落料（90.08mm）： A d=(A-xΔ)0+δd=（90.08-0.5*0.87）0+0.035=89.6450+0.035mm A p=(A d-Z min)0-δp=（89.645-0.246）0-0.025=89.3990-0.025mm 式中Δ按IT14级精度选取，查《互换性与技术测量》表1-8，Δ=0.87mm。

校核：δp+δd=0.06mm≤Z max-Z min=0.114mm
冲孔（Φ7mm）： d p=（d+xΔ）0-δp=（7+0.5*0.36）0-0.02=7.180-0.02mm
D d=（d p+Z min）0+δd=（7.18+0.246）0+0.02=7.4260+0.02mm
式中Δ按IT14级精度选取，查《互换性与技术测量》表1-8，Δ=0.36mm 。

校核：δp+δd=0.04mm≤Z max-Z min=0.114mm
5主要零件设计
5.1 工作零件：
5.1.1落料凹模的外形尺寸确定：
图5：凹模尺寸
l=95mm，b=24mm，
凹模高度： H=Kl=0.28*95=26.6mm (≥15mm)
凹模壁厚： c=（1.5～2）H=（1.5～2)*26.34=39.51mm～52.68mm (≥30～40mm) 式中k为系数，查《冲压工艺与模具设计》表8-1值k=0.28mm
L=l+2c=95+80=175mm,B=b+2c=24+80=104mm.
查《最新冲压模具标准及应用手册》表3-20，知L=200mm，B125mm，H=28mm。

图6：凸凹模高度
5.1.2 凸凹模高度：
h=h5+h4+h3=20+20+12=52mm
如图6所示，h5为凸凹模固定板厚度（查《简明冲压模具设计手册》表6-67，初选200*125*20mm），h4为增加高度（冲压时橡胶高20mm），h3为卸料板厚度（初选200*125*12mm）。

5.1.3 凸模的设计：
（1）选择B型圆凸模；
（2）凸模的长度确定：
L=h1+h2+h=10+28+2=40mm
式中：h1—凸模固定板厚度（mm）
h2—附加长度，它包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度（mm）
h —导料销伸出的高度（mm）
查《简明冲压模具设计手册》表6-6，圆凸模 BⅠ7.15*40 JB/T 8057.2-1995T10A
（3）凸模与与其固定板的装配：凸模与固定板的配合为过渡配合。

凸模的装配方法为压入法，其特点为连接牢固可靠，对配合孔的精度要求高。

加工成本高，因以凹模为配作件，所以凹模以凸模为基准配作，保证单面间隙为0.014mm～0.018mm。

6定位装置的设计
6.1 模具的定位设计：。

根据实际情况在本套模具中选用接触定位形式，即当条料同时接触两个导料销和一个挡料销时，便可达到完全定位。

6.2 条料的横向定位装置：
在这落料冲孔复合模中，采用活动导料销进行导料。

两个导料销置于同一侧，有利于安全操作。

两个导料销的中心距拉得尽可能的大些，有利于送料和防止条料偏斜。

6.3 条料的纵向定位装置：
条料纵向定位也称为挡料，主要作用是保证纵向搭边值。

在本套模具中采用活动挡料销。

查《简明冲压模具设计手册》表6-29，
d=4-0.030-0.060mm，d1=8mm，L=18mm；
7 卸料装置的设计
卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后，将条料或工序件与落料凸模或冲孔凸模脱离，以便进行下一次冲裁。

为了保证模具零件精度，同时也为了为防止零件的变形。

故采用弹性卸料，由于橡胶块作为弹性元件具有承受负荷比弹簧大，安全及安装调整方便等特点，所以选用橡胶块作为弹压卸料装置的弹性元件。

所以弹压卸料装置由弹压卸料板，卸料螺钉与橡胶块组成。

7.1 选用橡胶类型：
由于普通橡胶的耐油性很差且容易老化，所以选用耐油橡胶块，其牌号为3002。

7.2 卸料螺钉及其设置：
（1）选用圆柱头内六角卸料螺钉，查《冲压模具设计手册》表6-50知：圆柱头内六角卸料螺钉：M10*55 JB/T 7650.6
材料：45
热处理硬度：35~40HRC
GB T 的规定
技术要求：按/3098.32000
a卸料螺钉长度的确定：
L=h2+h3+H0=15+20+20=55mm
式中：h 2-----模座沉孔处厚度（mm ）
h 3--凸凹模固定板厚度（mm ）
H 0--预压后弹性元件的高度（mm ） b 模座沉孔深度计算：
h 1=h+hx+hm+（3～5）=12+3+6+4=25mm
式中：h--为螺钉头部的高度（mm ）
x h --卸料板工作行程（mm ）,一般取1x t h =+ t 为板料厚度
m h --凸模预计总刃磨量，m h =4~10mm,板料厚度大时取大值。

8 有关模具设计计算
8.1 选择模架及模柄：
采用 GB/T 2851.3-1990后侧导柱模架。

根据最大轮廓尺寸176mm ×104mm 选相近规格标准模架，L ×B 为200mm ×125mm ，上模板厚35mm ，下模板厚40mm 。

导柱、导套按GB/T2861.1-1990：选导柱A25h5×150；选导套A25H6×85×33。

注：参考《简明模具设计手册》表6-73至表6-77。

按JB/T 7646.3-1994选B32×79的凸缘模柄。

注：参考《简明模具设计手册》表6-64。

8.2 导柱、导套的配合及参数设计：
采用导柱导套滑动导向模架，将导柱与导套制成小间隙配合，为H6/h5一级配合。

导柱导套与模架均为H7/r6过盈配合。

为了保证使用过程中的安全与可靠性，导柱上端面与上模座的上平面留12mmd 的距离，导柱下端面与下模座下平面留4mm 的距离，导套与上模座上平面留4mm 的距离。

8.3 标准件的选择： （1）内六角圆柱头螺钉：摘自GB/T70.1----2000的主要技术参数：
8d M = 1.25P =
d 参照=28
m i n 12.73k d = min 6.86e = max 8.00s d = min 0.4r = min 7.64K = m a x 8K = max 6.140S = min 6.020S = max 0.8v = m i n 4t = min 12.33w d = min 3.3w = m a x 9.2a d = （2）圆柱销 圆柱销技术参数：(6/8)8d m h mm = 1.6c mm ≈ 14~80l mm =
即选用：/119.1GB T 销 8m6×80-A 1 和 8m ×40-A 1
表面粗糙度：0.8a R m μ≤
8.4 压力机的校核：
（1）公称压力：
根据公称压力选压力机，它的压力为400KN>353.55KN ，满足要求。

（2）闭合高度： 由于压力机型号知Hmax=300mm ，M=80mm ，H1=80mm 。

由模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间： (Hmax-H1)-5≥H ≥(Hmin-H1)+10
即： （300-80)-5=215mm ≥H ≥（300-80-80）+10=150mm
Hmax-最大闭合高度，M-闭合高度的调节量，H1-压力机工作垫板厚度，Hmin-最小闭合高度；
选择H=177mm ，符合压力机要求。

9 参考文献
《冲压工艺与模具设计》..................姜奎华主编 机械工业出版社 《简明冲压模具设计手册》................齐卫东主编 北京理工大学出版社 《互换性与技术测量》...................莫雨松等编 中国计量出版社 《冲压工艺与模具设计》.................贾俐俐主编 人民邮电出版社。