垫板的冲压成形工艺及模具设计

1 绪论模具工业是国民经济的基础工业,是工业生产的重要工艺装备.先进 国家的模具工业已摆脱从属地位,发展为独立的行业.我国1998年3月在《国务院关于当前产业政策要点的决定》模具被列 为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位,把发展 模具工业摆在发展国民经济的重要位置.目前,我国冲压模具在产值占模 具总产值的40%以上,处于主导地位.冲压是一种先进的少无切削加工方法 ,具有节能省材,效率高,产品 质量好,重量轻,加工成本低等一系列优点,在汽车,航空航天,仪器仪表, 家电,电子,通讯,军工,日用品等产品的生产中得到了广泛的应用.据统 计,薄板成型后,制造了相当于原材料的12倍的附加值, 在国民经济生产 总值中,与其相关的产品占四分之一,在现代汽车工业中,冲压件的产值 占总产值的59%.随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈 来愈广泛的应用。

在完成大学三年的课程学习、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、 机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、 加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。

对于模具 设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。

经过在新 飞、洛阳中国生产实习，我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一 个全新的认识，丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识， 而对于模具的制造工艺更是有了全新的理解。

在指导老师的细心指导下 和在工厂师傅的讲解下，我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深 刻的认识。

同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很 多相关资料，通过这些实践，我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制 造、加工工艺。

通过在图书馆借阅相关手册和书籍，更系统而全面了细 节问题。

锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质。

设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大 努力搞好本次毕业设计。

在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自 己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。

由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中难免有不妥之处，肯请各位老师指正。

2 制件的工艺性分析工件名称：垫板生产批量：大批量材料：A3厚度：0.5mm工件简图见图 1图 1 制件图制件的总体分析工艺性：垫板属于中等尺寸零件，料厚 0.5mm，外形复杂程度一般， 尺寸精度要求一图示零件材料为 A3 钢，能够进行一般的冲压加工，市场 上也容易得到这种材料，价格适中。

因此零件外形可采用落料工艺获得。

冲孔的工艺性：φ4.5mm 的孔，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。

此工件只有外形落料和冲孔两个工序。

图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取 IT14 级，符合一 般级进冲压的经济精度要求。

由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生 产。

3 工艺方案的确定垫板零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工 艺方案。

方案一：用简单模分两次加工，即先落料,后冲孔。

采用单工序模生 产。

方案二：落料——冲孔复合模。

采用复合模生产。

方案三：冲孔——落料级进模。

采用级进模生产。

分析各方案的优缺点方案一：生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件 为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。

方案二：冲压生产率较高，压力机一次行程内可完成两个以上工序， 实现操作机械化，自动化难，制件和废料排除较复杂，另外复合模制造 的复杂性和价格较高。

方案三：只需要一副模具，生产率高，压力机一次行程内可完成多 个工序，实现操作机械化自动化容易，尤其适应于单机上实现自动化， 冲模的制造复杂性和价格低于复合模，精度也可也得到保证。

通过上述三个方案的比较，该件的冲压生产采用方案三更佳。

4 主要工艺参数计算4.1 排样的设计与计算设计级进模时，首先要设计条料排样图。

根据工件的形状选择有废料排样，且为直排的形式，虽然材料的利 用率低于少废料和无废料排样，但工件的精度高垫板零件设计为单向排列，采用直排的排样方案（如图 2 所示）图 2 排样图4.1.1 确定搭边与搭肩值搭边和搭肩值一般是由经验确定的查表而取最小搭边值为 a=1.0mm和 b=1.2mm 表 1 最小搭边值材料厚 度 t圆形或圆角 r＞2t的工件矩形边长 L＜50mm的工件矩形边长 L≥50mm或圆角 r≤2t 的工件工件间 a 侧面 a 工件间 a 侧面 a 工件间 a 侧面 a＜0.25 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25～0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.50.5～0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.00.8～1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.81.2～1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.82.04.1.2 计算送料步距和条料的宽度条料宽度的计算：拟采用无侧压装置的送料方式，由B - 0Δ = 〔D m a x +2a＋C〕 0 - ΔD m a x—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a—侧搭边值c—导料板与最宽条料之间的间隙由表查得 C＝0.5代入数据计算，取得条料宽度为 31.9mm。

导料板间距离的计算：由 s=D+2(a+c 1),代入数据计算得导料板间距 离为 32.4mm。

4.1.3 计算材料的利用率：材料利用率 h 的计算公式为h = % 100 ´ BlnA 式中 A—一个冲裁件的面积，mm 2 ;n—板料（或条料.带料）上冲压件的数量；B—条料（或条料.带料）宽度，mm;L—板料（或条料.带料）长度， mm若取工件 n＝20 件，则料长L=20D+19b+2b=20×29+19×1+2×1=601mm所以条料规格为 601×31.9×0.5所以材料的利用率为h ＝ 22 20 3.14(14.53) 100% 60131.9 ´- ´ ´ ＝66％4.2 冲压力的计算并初步选取压力机的吨位4.2.1 冲裁力的计算冲裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具 采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力 F 按下式计算：F =KLtΓb冲裁力公式为 P ＝P 孔 +P 落式中 P—冲裁力P 孔 —冲孔冲裁力P 落 —落料冲裁力表 2 卸料力、推件力、顶件力系数 料厚/mm K 卸 K 推 K 顶钢 ≤0.1 0.06～0.09 0.1 0.14＞0.1～0.5 0.04～0.07 0.065 0.08＞0.5～2.5 0.025～0.06 0.05 0.06＞2.5～6.5 0.02～0.05 0.045 0.05＞6.5 0.015～0.04 0.025 0.03纯铜、黄铜 0.02～0.06 0.03～0.09铝、铝合金 0.03～0.08 0.03～0.07① 冲孔冲裁力 P 孔P 孔 ＝K L 孔 tτ式中 K—系数，查表取 K＝1.3L 孔 —冲孔周长，L＝3.14×4.5＝14.13mmt—材料厚度，t＝0.5mmτ—材料抗剪强度，MPa，查手册 A3 钢 τ＝（370～460）MP a， 取 τ＝400 MP a所以 P 孔 ＝K L 孔 tτ＝1.3×14.13×0.5×400＝3673.8N取 P 孔 ＝3.68KN② 落料冲裁力 P 落P 落 ＝K L 落 tτ式中 L 落 —落料件外形周边尺寸L 落 ＝3.14×29－12＋3.14×6＝97.9mm所以 P 落 ＝KLtτ＝1.3×97.9×0.5×400=25454N取 P 落 ＝25.5K N4.2.2 卸料力、推件力及顶件了力的计算：卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。

而推件力是将梗塞在 凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。

顶件力逆冲裁方向将料从凹模内 顶出所需的力。

卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或 顶件装置传递的，所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予 以考虑，影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、厚度、模具 间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。

现 在按照下面的经验公式计算：卸料力 P xP x＝ x K P 落 式中 P x—卸料力 x K —卸料系数，查表 x K ＝0.04～0.05，取 x K ＝0.045所以 P x＝0.045×25.5＝1.15K N 推料力 tP t P ＝ t K P 孔 n式中 t K —推料系数,查表取 t K =0.055n—同时卡在凹模洞孔内的件数,取 n=10所以 t P =0.055×3.68×10=2.024KN顶件力 dP d P = Kd (P 孔 ＋P 落 ）式中 d P —顶件力d K =顶件系数,查表取 d K =0.06所以 d P =0.06×(3.68+25.5)=1.7508KN4.2.3 总冲压力 P 总冲裁时,压力机的压力值必须大于或者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 性卸料装置和下出件的模具时,总的冲压力为P 总 =P+ Px + t P = P 孔 +P 落 + P x + t P =3.68+25.5+1.15+2.024=32.36KN 4.3 压力机的公称压力的确定：初选开式可倾压力机参数压力机型号为 J23-6.3查手册选择压力机的公称压力为：63KN滑块固定行 35mm(最大闭合高度)150 mm闭合高度调节量 35mm(标准型)工作台尺寸(左右×前后)200×310mm(标准型)工作台孔尺寸(左右×前后) 160×140mm(标准型)立柱间距离(不小于) 150mm模柄孔尺寸(直径×深度) Ф25×40mm4.4 压力中心的确定模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。

为了保证压力机和模具 的正常工作，应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。

否则 冲压时滑块会承受偏心载荷，导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常 磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件的质量降低模具寿命 甚至损坏模具。

而本模具所冲裁的制件形状完全对称于相互垂直的 两条 对称线，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。

4.5 工作部分的尺寸计算4.5.1 计算凸凹模工作部分的尺寸（冲孔）并确定其公差：该零件在弯曲前属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落 料 获得，而中间的小孔尺寸则是由冲孔得到。