同济大学模具设计倒装复合模设计计算说明书

《模具设计》计算说明书设计题目：倒装复合模设计题目15姓名：章平学号：1251738学院：机械与能源工程学院专业：机械设计制造及其自动化指导教师：林建平2015年12月目录第1章冲压件的工艺分析 (1)1.1 设计任务 (1)1.2 工艺分析 (1)第2章生产方案的制定 (2)第3章模具设计工艺计算 (3)3.1 计算送料距离 (3)3.2 计算条料宽度 (4)3.3 材料利用率计算 (4)3.4 计算压力中心 (4)3.5 冲压工艺力的计算 (5)3.5.1冲裁力的计算 (6)3.5.2卸料力、推件力的计算 (6)3.5.3冲裁工序力的计算 (6)3.6 压力机的选择 (7)3.7 刃口尺寸的计算 (7)3.7.1冲裁间隙的确定 (7)3.7.2 凸、凹模刃口尺寸的计算原则 (7)3.7.3刃口尺寸计算 (7)第4章模具类型的选择和确定 (10)4.1 模具形式的确定 (10)4.2 送料方式 (10)4.3 卸料方式 (10)4.4 定位方式 (10)4.5 导向方式 (10)第5章模具主要零件的设计 (11)5.1 凹模的设计 (11)5.2 凸模的设计 (12)5.3 凸凹模的设计 (12)5.4 定位装置的设计 (13)5.5 卸料装置的设计 (13)5.6 推件装置的设计 (13)5.7 模柄的设计 (14)5.8 固定板、垫板和紧固件的设计 (14)5.9 模架的设计 (15)5.10 冲压设备的选择 (16)第6章设计心得 (16)参考文献 (18)第1章 冲压件的工艺分析1.1 设计任务设计工件图，如下图1-1：生产批量：较大批量；材料：紫铜（工业纯铜）；板料厚度：t=0.8mm ；设计要求：1、选择一个冲件，尺寸公差自定；2、设计一副冲压模具，倒装复合模、正装复合模或级进模；3、最后提交：总装图（包括模具结构、技术条件、冲件零件图、排样图）1张；凸模或凹模零件图1张；设计说明书（冲件工艺分析、相关排样图、设计说明、模具结构设计说明、相关工艺计算刃口计算及压机选择、设计心得）。

1.2 工艺分析1、紫铜即工业纯铜，具有优良的延展性，但强度和硬度较差，抗拉强度为230~240MPa ，屈服强度为70~90MPa ，抗剪强度为190MPa ，该材料具有较好的弹性和塑性，适合冲裁加工。

2、冲压件形状和尺寸：（1）工件需要落料和冲孔两道工序；（2）结构简单、对称，外形都没有尖角，边和边的连接处可以用圆弧过渡，以便于模具加工，过渡圆弧的圆角半径应满足0.50.4r t mm >=，选定0.5r mm =；（3）凹槽的宽度b=13mm ，满足b>2t=1.6mm ，合理；零件上有4个直径9mm 的孔，本设计采用无导向凸模，根据文献[1]P26表2-2，得无导向凸模可冲孔的最小孔径min 0.90.729d t mm mm ==<，合理；孔与孔边缘的距离 1.5 1.2b t mm ≥=，孔与图1- 1 工件图边缘的距离10.8b t mm ≥=，经验证，本设计中的零件符合要求。

3、冲压件精度：由于零件图上未标注尺寸偏差，属于自由公差，可按IT14确定零件尺寸。

4、冲压件断面粗糙度：冲裁断面表面粗糙度根据文献[1]P28表2-7，选定为Ra=3.2m μ。

第2章 生产方案的制定经制件的工艺性分析，由冲裁工艺可知：该零件包括冲孔和落料2个基本工序可采用的工艺方案有：方案一：先落料，再冲孔，采用单工序模生产。

方案二：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。

方案三：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案一模具结构简单，但需要两道工序，两副模具，生产率低，难以满足该零件的批量生产要求。

方案二只需要一副模具，生产效率高，但是定位多，制件精度不太高，所以适合于精度不高、生产批量大的制件。

方案三只需一副模具，精度等级高，形位误差小，模具结构紧凑，体积小，生产效率高。

通过对以上三方案的分析比较，该零件的生产采用方案三合适。

表2-1 单工序模、级进模和复合模的特点比较根据文献[1]P55表2-18得，凸凹模的最小壁厚为0.8～1.0mm ，经验证，该零件的所有边缘距离均大于最小壁厚，故可以使用复合模结构。

第3章 模具设计工艺计算3.1 计算送料距离采用单排排样，如图3-1所示。

首先确定搭边值。

根据文献[1]P36表2-10，按矩形形状和板料厚度值，取工件间搭边值a1=1.5mm ，侧边搭边值a=1.8mm 。

图3- 1 排样图因此送料步距为：1A D a =+ （3-1）式中：A ——送料进距（mm ）；D ——在送料方向上冲裁件的宽度（mm ）；1a ——冲裁件之间的搭边值（mm ）。

得：82 1.583.5A m m m m m m=+= 3.2 计算条料宽度采用手动保持条料紧贴单侧导料板送料，则条料宽度按下式计算：0()B L+2a -∆= （3-2） 式中：B ——条料宽度（mm ）；L ——冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸（mm ）；a ——冲裁件与条料侧边之间的搭边值（mm ）；∆——条料下料时的下偏差值，根据文献[1]P37表2-11，∆取=0.6mm 。

得：000.60.6()(125 1.8)128.6B L+2a +2mm -∆--==⨯=3.3 材料利用率计算选用0.810001500mm mm mm ⨯⨯的紫铜板，裁成宽129mm ，长1000mm 的条料，则每张板所出零件数为：11500100015001000 1.5111112112983.5a n B A --=⨯=⨯=⨯= 裁成宽129mm ，长1500mm 的条料，则每张板所出零件数为：11000150010001500 1.571711912983.5a n B A --=⨯=⨯=⨯= 由计算可知，板料采用第一种裁切方法比较经济，板料利用率为：1218037.8100%100%64.84%1000150010001500nS η⨯=⨯=⨯=⨯⨯ 3.4 计算压力中心将零件如图3-2所示，水平右向为X 轴正向，竖直向上为Y 轴正向，原点在左边的中点处，根据图3-3所示，利用SolidWorks软件，得到关于零件的所有信息，包x y)=(35.2,0)。

括其形心（质心）坐标，得(,c c图3- 2 零件坐标图图3- 3 SolidWorks测量形心图3.5 冲压工艺力的计算由之前的工艺分析可知，紫铜材料抗剪强度τb=190MPa。

冲孔时冲裁周长：L1=π×9mm×4=113.04mm。

落料时冲裁周长：L2=489.2mm。

3.5.1冲裁力的计算c b F KAt KLt τ=b ＝ （3-3） 式中：c F ——冲裁力（N ）； K ——系数，常取1.3；A ——冲裁断面面积（2mm ）；τb ——材料抗剪强度（MPa ）；L ——冲裁周边长度（mm ）；t ——材料厚度，为0.8mm ；冲孔时冲裁力：-36c11100.819010N 22.337KN F KL t τ⨯⨯⨯⨯⨯≈b ＝=1.3113.04落料时冲裁力：-36c22100.819010N 96666KN F KL t τ⨯⨯⨯⨯⨯≈b ＝=1.3489.2.故总的冲裁力为：c c1c2=+KN 96.666KN 119KN F F F +≈＝22.3373.5.2卸料力、推件力的计算x x c F K F ＝ （3-4） t t c F nK F ＝ （3-5） 式中x F 、t F ——卸料力、推件力（KN ）；x K 、t K ——卸料力系数、推件力系数，根据文献[1]P44表2-15取x K =0.04，t K =0.06； n ——同时卡在凹模内的冲落部分制件或废料的数量，h n t=； h ——凹模洞口的直刃壁高度（mm ），取h=4mm ，则n=5；代入数值得：x x 0.04119KN 4.76KN c F K F =⨯=＝t t =50.06119KN=35.7KN c F nKF ⨯⨯＝3.5.3冲裁工序力的计算本模具采用弹性卸料装置和下出件的方式，所以冲裁工序力：x t ++=119KN+4.76KN+35.7KN=159.46KN c F F F F ＝3.6 压力机的选择一般所选压力机的公称压力 1.2 1.2159.46KN 191.35KN p F F ≥=⨯≈，根据文献[1]P18表1-5，初选开式双柱可倾式曲柄压力机，型号J23-25。

3.7 刃口尺寸的计算3.7.1冲裁间隙的确定考虑到冲裁模具的磨损，在冲裁生产过程中，凸模磨损后尺寸减小，凹模磨损后尺寸增大，这样冲裁间隙就随着冲裁模具的磨损而增大，为保证寿命要求，设计时初始间隙就必须选用适中间隙范围内的最小冲裁间隙Zmin 。

由于理论计算法在生产中使用不方便，故采用经验数据。

根据文献[1]P39表2-12，确定冲裁间隙为Zmin=0.045mm ，Zmax=0.075mm 。

3.7.2 凸、凹模刃口尺寸的计算原则落料时，工件的大端尺寸近似等于凹模的刃口尺寸，所以落料工序应以凹模为基准件，先确定凹模尺寸，凸模尺寸按照凹模尺寸减去最小冲裁间隙确定。

而冲孔时，工件的小端尺寸近似等于凸模的刃口尺寸，所以冲模工序应以凸模为基准件，先确定凸模尺寸，凹模尺寸按照凸模尺寸加上最小冲裁间隙得到。

为了使新模具间隙不小于最小合理间隙（min Z ），一般凹模公差标成d σ+，下偏差为0，而凸模公差标成p δ-，上偏差为0。

在模具制造中，凸、凹模的加工方法有两种，一种是按互换性原则组织生产（分别加工法），一种是按配合加工原则组织生产（配合加工法）。

最好采用分别加工法，这样的模具具有良好的互换性，且加工容易，模具的制造周期短，但采用这种方法是有条件的，必须满足：m a x m i t a Z Z δδ+≤- （3-6）其中，t δ是凸模的制造公差，a δ是凹模的制造公差，max Z 和min Z 是模具合理间隙的最大值和最小值。

3.7.3刃口尺寸计算（1）冲孔尺寸：采用分别加工法，以凸模为基准件，冲裁孔的直径为0.3609+mm ，根据刃口尺寸计算原则，计算如下：凸模：0()p p d d +x δ-=∆（3-7） 凸凹模的凹模部分：min 0()d d d d +x Z δ+=∆+ （3-8）式中：p d 、d d ——冲孔凸模、凸凹模的凹模部分刃口尺寸（mm ）； d ——冲孔工件的基本尺寸（mm ）；∆——工件的公差（mm ）； p δ、d δ——冲孔凸模、凸凹模的凹模部分刃口制造公差（mm ）；x ——磨损系数。

圆形件刃口的制造公差等级可取IT6~IT7，因孔的制造精度一般比轴低一等级，故取凸模的制造公差为IT6，凸凹模的凹模部分的制造公差为IT7。