铰链落料冲孔复合模具设计

第一章概述

1.1 课题的来源与选题依据

1.课题来源：企业开发研制产品需要。

选题依据：根据学生所学专业及教学大纲要求，结合相关企业实际生产需要及设计模式，促使学生将所学专业基础知识及专业知识具体应用到实践中，培养其理论联系实际的能力。

1.1.1 课题的意义及目的

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压及模具技术也在不断革新与发展，主要表现在以下几个方面：

1）工艺分析计算方法现代化

近几年来，国外开始采用有限变形的弹塑性有限方法，对复杂成型件的成型过程进行应力，应变分析的计算机模拟，只预测某一工艺方案对零件成型的可能性和会发生的问题，将结果显示在图形的终端上，供设计人员进行修改和选择。

2）模具设计制造现代化

为了加快产品的更新换代，缩短模具设计周期，工业发达国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造的研究，并已在生产中运用。

3）冷冲压生产机械化与自动化

为了大量生产的需要，冲压设备由低速压力机发展到高速自动压力机。

4）发展新的成型工艺

为了满足产品更新换代和小批量生产的需要，发展了一些新的成型工艺，简易模具，数控冲压设备和冲压柔性制造技术等。

5）不断改进板料的冲压性能

目前世界各先进工业国不断研制出冲压性能良好的板料，只提高冲压成型能力和使用效果。

设计目的：

1）掌握冷冲压模具的设计方法，要求我们将理论与实际密切联系起来力求所学知识更完备。

2）培养综合运用所学知识，独立解决实际问题的能力，并提高模具的设计与制造水平。3）熟悉查阅有关资料的手册的方法，了解成型模具的工艺要求及结构特点。

4）为了使我们为以后的工作打下良好的基础。

第二章 冲压工艺过程设计

2.1 冲压件的工艺分析

2.1.1 根据零件的使用条件和技术要求进行工艺分析

该零件(铰链)主要用于电信设备上零部件的安装固定以及用于其它地方，可以说用途甚为广泛。有两个该零件通过销一样的东西将其结合就形成了铰链，但问题的关键是要注意卷圆部分以及八字孔，而其它部分要求并不是十分严格，只要能达到产品使用目的就可以。

2.1.2 根据零件的形状、尺寸精度和材料进行工艺分析

1 冲裁件的形状和尺寸

a.该冲裁件形状简单、对称、可采用少废料直排，提高材料利用率，并且该冲裁件的外形4处交角处采用了圆角过渡，而八字形孔要保证其尖角不允许圆角过渡，但卷圆端部的两个90°尖角不符合冲裁工艺要求，故需要设工艺圆角，其圆角值可查《冲压工艺与模具设计》 表2.6.1 Rmin=0.35t=0.35×2.5=0.875mm ，取Rmin=1mm 。

b.因该冲裁件本身就没有悬臂与狭槽，故不需考虑其最小宽度b 。

c.因受模具强度和零件质量的限制，冲裁件中孔与孔之间以及孔与零件边缘之间的壁厚值不能太小，若是太小零件质量不易保证。查书《冲压工艺与模具设计》图2.6.2 知必须满足c≥t ，即c≥2.5，而该冲裁件上Cmin=9-5.2=3.8>c 故满足要求。

d.冲裁件的孔径由于受冲孔凸模强度和刚度的限制而不宜太小，否则凸模易折断和压弯。该冲裁件的材料为SS400 ，τ =400～510Mpa ，查书《冲压工艺与模具设计》表2.6.2知自由凸模最小冲孔孔径d≥1.3t=1.3×2.5=3.25mm ，而该零件的最小孔径d=Φ8.4＞3.25mm 故满足要求。

e.该零件上尺寸90、70，20、40等都是自由公差按IT14取，尺寸0

5.063－趋近IT14级，

而尺寸Φ8.5±0.3、Φ10.4±0.2、Φ8.4±0.2均在IT14级以下，普通冲裁加工可获得的零件尺寸公差等级可以查《冷冲压模具设计指导》表8-19，当t=2.5mm 时，内孔、孔中心距和孔边距高于IT14，故该冲裁件可以用普通冲裁完成。 2 弯曲工艺性分析

a .弯曲件的最大弯曲圆角半径可以不加限制，只要措施得当控制其回弹量即可，查书《冲压工艺与模具设计》表3.3.1 最小相对弯曲半径Rmin/t 的实验数值：

当弯曲线与板料轧纹方向垂直时Rmin=0.6×2.5=1.5mm ；

当弯曲线与板料轧纹方向水平时Rmin=1.2×2.5=3mm ；而R=5≥Rmin 故满足要求。 b .由后面尺寸展开计算知直边L 2=18.42mm ， 即H=L 2=18.42mm ＞2t=2×2.5=5mm ，故弯曲件的直边高度也满足要求。

c .孔边至弯曲半径中心的距离L 查《冲压工艺与模具设计》P120 图3.3.14知 L≥2t 而L =26.44-9-8.5-4.2=4.74≤2t=2×2.5=5mm 。故不能满足要求，应先弯曲后冲孔。但尺寸相差

不大，且考虑该八字形孔是固定螺栓让孔，形状和尺寸要求并不是很高，允许有少量的变形，如果重新做模具其成本大大增加，所以综合考虑仍然采用冲孔落料复合模。

2.1.3 材料分析

注：a.拉伸试验取横向试样；屈服现象不明显，采用Rpa2；对拉伸试验取Lo=50mm，b=25mm的试样，即为GB/T228中P14试样。

b.弯曲试验取横向试样。冲裁试验时试验宽度为35mm。

c .冲击试验取纵向试样，冲击试验仅适用于厚度不小于12.0mm 的产品。

d .WEL-TENS90RE 的拉伸试样取Lo=50mm ，b=25mm 。

根据材料分析SS400韧性较好，塑性较好，弹性模量较大（E=206GPa ）适宜冷冲压成形加工。

2.2 确定工艺方案

2.2.1 冲压工序类型和工序数量的确定

该零件为电信设备上零部件的安装固定，故该零件为中批量生产，工艺性较好，可以从零件图上直观确定该冲裁件所需的基本工序有：落料、冲孔、预弯、卷圆、弯曲。 2.2.2 工序组合及方案比较

方案一：落料→冲Φ8.4孔→冲Φ10.4孔→预弯→卷圆→弯曲。

方案二：复合模冲孔落料（落料与冲Φ8.4孔）→冲Φ10.4孔→预弯→卷圆→弯曲。 方案三：落料与冲8字形孔的级进模→预弯→卷圆→弯曲。 方案比较：

方案一：此方案需要6副模具，工作量较大，较烦琐，成本较高，生产率低。 方案二：虽然此方案要5副模具才能完成，但相对方案一6套模具来说已经减轻工作量，并且每副模具都较简单，而且加工质量比较好，成本也较低。

方案三：虽然此方案只需要4副模具，但第一副模具是涉及级进模，此副模具结构较复杂，而且制造成本较高，同时冲孔时冲孔的质量比较差，没有方案二的冲孔质量好；八字孔一次成型，孔与孔连接处应力较集中，影响模具强度。

综合考虑：采用方案二 2.2.3 各工序模具结构形式的确定 工序Ⅰ 冲孔落料复合模，采用倒装式。

工序Ⅱ 冲孔模，采用顺装，镶套式凹模，下漏料。 工序Ⅲ 弯曲预弯R 圆角，顺装，带顶板校正弯曲。 工序Ⅳ 弯曲模卷圆R 圆角，立式卷圆模。 工序Ⅴ 弯曲模成形弯曲，顺装，带顶板校正弯曲。

2.2.4 计算并确定每个工序的形状和尺寸，绘制各工序图、排样图，并且计算材料利用率 1.复合模（冲外形及2-Ø8.4±0.2孔） 1) 计算弯曲件毛坯展开尺寸 该零件圆角半径为R=5mm

查书《冲压工艺与模具设计》知道 R=5＞0.5t=0.5×0.25=1.25mm 故选单向弯曲件的毛坯展开长度计算公式为：

°+×=

180)

(xt r L πα 因25

.25==t r 查书《冲压工艺与模具设计》表3.3.3知道 x=0.38