支架连接板的模具设计(冲压模设计实例)

支架连接板的模具设计
一支架连接板零件如图一所示，材料为Q235钢板，料厚为1.5mm，该零件年产量为20万件，要求制定冲压工艺方案并进行模具设计。

图一冲压件图
1.分析零件的冲压工艺性
该连接板形状简单、结构对称，除孔距mm
40±0.15有公差要求外，其余尺寸为自由公差，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。

Φ8.5的孔边距外轮廓的距离
（20/2-8.5/2=5.75）大于凸凹模允许的最小壁厚，故考虑采用复合冲压工序。

2.确定冲压工艺方案
该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：
方案一：先落料后冲孔，采用单工序模生产。

方案二：落料一冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：冲孔一落料级进冲压，采用级进模生产。

上述三个方案中，方案一模具结构简单，需要两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量。

方案二需要一副模具，冲压件的形状精度和尺寸精度易于保证，且生产效率高，模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

方案三需要一副模具，生产率高，但冲制的制件精度较复合模冲制的制件精度低。

在级进模中为给条料定位需要设置导正销，故其模具结构较复合模复杂。

通过上述方案分析、比较，宜采用方案二。

3.工艺计算
1)排样设计
该零件采用直排式排样形式如图二所示，搭边值为2mm和1.5mm，可算出送料进距为21.5mm，材料宽度为64mm，查出剪板机剪料的精度并标注于图中。

图二 排样图
一个步距内的材料利用率：
2
2
08.510402022100%100%72.7%21.564
A A ππη⎛⎫
⨯+⨯-⨯⨯ ⎪⎝⎭=⨯=⨯=⨯
2) 凸、凹模工作部分尺寸计算
由文献1中的表2-2可查得凸、凹模间隙分别为：
min 0.13Z =，max 0.17Z =
又有文献1表2-4可查得max min 0.050.04p d Z Z δδ+=>-=
采用分别加工法制造模具。

凸模制造精度p δ和凹模制造精度d δ分别取：
max min 0.4()0.40.040.016p Z Z δ=⨯-=⨯=
max min 0.6()0.60.040.024d Z Z δ=⨯-=⨯=
确定凸、凹模工作部分尺寸：
落料：先计算凹模尺寸d D ，再计算凸模尺寸p D 。

落料Φ20时，尺寸20的自由公差按IT14选取，0.52∆=；取0.5x =，d D 、p D 的计算如下：
0.0240.024
max 000()(200.50.52)19.74d d D D x mm δ+=-∆=-⨯=
000min 0.0160.016()(19.740.13)19.61p p d D D Z mm δ---=-=-=
冲孔：先计算凸模尺寸p d ，再计算凹模尺寸d d 。

冲Φ8.5的孔时，尺寸8.5的自由公差按IT14；0.36∆=；取0.5x =，d d 、p d 的计算如下：
000min 0.0160.016()(8.50.50.36)8.68p p d d x mm δ---=+∆=+⨯=
0.0240.024
min 000()(8.680.13)8.81d d p d d Z mm δ+=+=+=
孔距d L ：孔距是不变尺寸：
min (0.5)/8d L l =+∆±∆
孔距(400.15)±：
[(400.150.520.15)20.15/8]400.037d L mm mm =-+⨯⨯±⨯=±
式中：/80.0375mm ∆=，取0.037mm 。

3) 计算冲压力，选择压力机。

落料力F 落：
1.3 1.3143 1.535097.5F Lt KN τ==⨯⨯⨯=落
式中：τ取350MP τ=，143mm 是冲裁件冲裁周长。

冲孔力F 孔：
2 1.32 1.
3 3.148.5 1.535036F Lt KN τ=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=孔
卸料力F 1：
110.0597.5 4.875F K F KN ==⨯=落
式中：1K 可由文献1表2-5查得。

推料力F 2：
2240.055368F nK F KN ==⨯⨯=孔
式中：2K 可由文献1表2-5查得，n 为卡在凹模内的冲孔废料数目，现取4n =。

根据复合模结构，总的冲压力F 总为：
1297.536 4.8758146F F F F F KN =+++=+++=总孔落
为满足冲压力的要求，可选用150KN ≥的开式压力机。

4. 模具结构总体设计
根据冲压工艺方案，已确定采用复合模结构，根据该零件特点可用倒装复合模结构；采用弹压卸料、刚性推件；条料在模具中的定位采用活动挡料销；采用纵向送料；为了操作方便，采用后侧导柱滑动模架。

5. 工作零件结构尺寸 落料凹模板尺寸：
凹模厚度： 0.256015H Kb mm ==⨯=
式中系数K 可由文献1表2-9查得为0.25，b 为冲裁件最大外形尺寸。

凹模壁厚：(1.5~2.0)(22.5~30)c H mm ==，实取30mm 。

凹模板边长：260230120L b c mm =+=+⨯= 凹模板宽度：2023080B mm =+⨯=
由文献2，查标准JB/T-7643.1-94确定出凹模板外形尺寸为：12510016mm ⨯⨯。

凸凹模尺寸： 凸凹模厚度：1216121442()
L h h h mm =++=++=
其中： 1h ——凸凹模固定板厚度；
2
h ——弹性卸料板厚度；
h ——增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等） 凸凹模内外刃口间壁厚校核：由文献1表2-10可查得冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为3.8mm ，该壁厚为5即可。

故该凸凹模侧壁强度足够。

冲孔凸模尺寸： 凸模长度：1214161545mm
L h h h =++=++=凸
其中：1h ——凸模固定板厚度；
2
h ——凹模板厚度；
h ——附加长度
凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。

6.其它模具零件结构尺寸
根据倒装复合模形式特点: 凹模板尺寸并查标准JB/T-7643.1-94，确定其它模具模板尺寸列于表1：
表一模具的其它零件尺寸
7.选择典型组合和压力机规格
根据凹模周界尺寸并查文献2（GB/T 2831.1-1981）选择复合模矩形厚凹模典型组合,上下模座厚度分别为30mm和35mm，模具的闭合高度在120~150mm之间。

根据总的冲压力和模具闭合高度，进一步选择压力机的规格，查GB/T 14347——1993可选用开式固定台压力机，其主要工艺参数如下：
公称压力：160KN；
滑块行程：71mm；
行程次数：115次∕分；
最大闭合高度：180mm；
工作台尺寸（前后×左右）：355mm ×500mm。

8.绘制模具装配图和零件图
按照确定的复合模结构形式和标准模架，绘制出装配图如附录所示。

参考文献
[1] 党根茂，骆志斌，李集仁编. 模具设计与制造. 西安：西安电子科技大学出版
社，2006
[2] 中国机械工程学会中国模具设计大典编委会编著. 中国模具设计大典. 北京：
机械工业出版社，2003。