圆垫片落料冲孔复合模设计

垫片34复合模CAD设计
第2章工艺分析及模具结构设计
2.1制件的工艺性分析及工艺计算
2.1.1工艺分析
由图可知，产品为圆片落料、圆片冲孔。

产品形状结构简单对称，无狭槽、尖
角；孔与孔之间、孔与零件之间的最小距离满足c>1.5t要求。

(c = 8°二4° - 2.5 =17.5 1.5t=1.5)
2
(1)尺寸精度
任务书对冲件的尺寸精度要求为IT12级，
查参考文献［2］知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT12〜IT11级，所以尺寸精度满足要求。

(2)冲裁件断面质量
因为一般用普通冲裁方式冲1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达
12.5〜3.2 Pm，毛刺允许高度为0.05〜0.1mm本产品在断面粗糙度上没有太严格的要
求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。

(3)产品材料分析
对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差
符合国家标准。

本设计的产品材料为08钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。

另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证
经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。

2.1.2排样及工艺计算
2.1.2.1 排样
零件外形为圆形，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件为中等批量生
产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具
生产成本，所以本设计决定采用单排结构。

如图所示。

图2.1排样图
2.122 搭边
查参考文献［1］，确定搭边值a，b。

当t=1 时，a=2，b=1.5
2.1.2.3条料宽度
B=D+2a=80+2*2=84mm
2.1.2.4 材料利用率n
式中n——个歩距内冲裁件数目；A――冲裁件面积（包括内形结构废料）；
S――歩距长度； B ――板料宽度；
取：n=1; A=n *402=5026.55 ；S=81.5; B=84
n =5026.55 / 81.5*84=73.4
2.2冲压力及压力中心的计算
221 计算冲压力
2.2.1.1 冲裁力
冲裁力公式为^P孔P落
式中P—冲裁力；
P孔—冲孔冲裁力；
P落一落料冲裁力。

2.2.1.2 冲孔冲裁力P孔
式中K —系数（取K=1.3）;
n—孔的个数，n=3。

L孔一冲孔周长，L孔1 ==二40 =125.66mm
L孔2 - d - ■: 5 二15.7 mm
t —材料厚度，t =1mm
£ —材料抗剪强度，查参考文献［2］知LY12, E=280〜320MPa 取T= 300 MPa
P孔^ P1 F2 =1.3 125.66 1 300 2 1.3 15.7 1 300 =61253.4=61.25KN
2.2.1.3 落料冲裁力P落。

1落=nD =兀汉80 = 251.33 mm
所以P落=1.3 251.33 1 300 =98018.7N =98.02KN
2.2.1.4卸料力P卸。

式中K卸一卸料系数，查参考文献［1］知K卸=0.01〜0.05,取K卸二0.03。

所以P卸=0.03 98.02 = 2.94 KN
2.2.1.5 推料力P推
式中K推一推料系数，查参考文献［1］取K卸=0.055。

n —同时卡在凹模洞孔内的件数，n=3。

所以P t -3 0.055 61.25 =10.1KN
2.2.1.6 顶件力P顶
式中K顶一顶件系数，查参考文献［1］取K顶二0.06。

所以F顶=0.06 61.25 98.02 =9.56 KN
2.2.1.7 总冲压力P总
冲裁时，压力机的压力值必须大于或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，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为
P总二P P卸P t 二P孔-P落P卸P推二61.25 98.02 2.94 10.1 9.56 =181.87K N
初选压力机：Jc23-35o
2.2.2 计算模具压力中心
由于该零件完全对称于相互垂直大大两条多层次线，所以模具的压力中心在几何图形的狭槽点上。

2.3凸模凹模凸凹模刃口及结构尺寸计算
2.3.1计算模具刃口尺寸
模具采用复合模结构，计算刃口尺寸时宜采用尺寸转换法计算。

零件上包含三个尺寸：落料尺寸A = ©80°0.74 ；
冲孔尺寸B1 二400062, B^ -500-3;
位置尺寸H =30—0.105。

查得冲裁模刃口双间隙
Z min =0.24 mm Z max =0.36mm
1）落料刃口尺寸计算：
4|8000.74的凸凹模的制造公差由表查得
、凹=0.030mm ,
、.凸=0.020mm。

由于■:『凹…■:『凸=0.05 ■: Z max - Z min ,
故采用凸模与凹模分开加工方法，
由表查得X=0.5，贝
其工作部分结构尺寸如图所示：
2 ）冲40mm孔刃口尺寸计算：
4000.62的凸凹模的制造公差由表查得
、凹=0.030mm,
' 凸二0.020mm.
由于「•凹，凸二0.050 ：：： Z max -Z min ,
故采用凸模与凹模分别加工方法，
由表查得X=0.5 ，贝U：
d凹二（d凸Z min）o 凹=（40.31 0.24）00.03= 40.55。

0.03mm ,
其工作部分结构尺寸如图所示：
3）冲5mm孔刃口尺寸计算：
-500.3的凸凹模的制造公差由表查得
' 凹=0.020mm，
' 凸二0.020mm.
由于「•凹'凸二0.040 ：：： Z max —Zmin 故采用凸模与凹模分别加工方法，
由表查得X=0.5 ,贝IJ: 其工作部分结构尺寸如图所示:
2.3.2落料凹模结构尺寸计算
落料凹模尺寸如图5.1所示。

H 凹=23 m m ,夹板厚度为12mm 。

2.322 凹模板直径D d
零件外形为圆形，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。

式中 W 1 —切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时，
W —1.2H 理。

D d =80 2 1.2 29 = 149.6 mm 所以凹模板外形尺寸150 35
2.3.3冲孔凸模与凸凹模结构尺寸确定
图5.2凸模尺寸
2.3.3.1冲孔凸模长度L
如图所示
H (0.6〜0.8 ) H p
式中 H 1 —凸模固定板厚度;
H p —冲孔凸模厚度，H p 1=21mm ； H p 2 =10mm
I 自一凸模自由长度。

所以 比=(0.6 〜0.8 ) H p = (0.6 〜0.8 ) 21=12.6 〜16.8mm 取 U^Mmm 。

式中 H 理一凹模的理论厚度 查参考文献［4］知刃磨余量为
所以凹模厚度为 H 理二 29
L X 150K
厚度应小于 25m m 。

所以将 所以
查参考文献［2］按推荐值取
D d = 1 5 0mm 石 28.96 mm
进一位取整数取
m Da
2.3.2.1 厚度 H d
H 理=0.256 29+6 = 35mm 。

D
因为落料冲裁力卩落=98.(
H i = （0.6〜0.8 ） H p = （0.6〜0.8 ） X 10=6〜8mm,取 H i=8mm 。

=35mm （考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取
l 自=35.5 mm ）
取比=14mm
2.3.3.2 凸模强度（压应力）校核
校核公式为
所以凸模强度校核符合要求。

校核公式 式中l m a —凸模最大自由高度;
E —凸模材料弹性模量，一般取 E =2.1 105MPa ；
「一支承系数，无导板导向 」=2 ；
n —安全系数，钢取n =2〜3。

代入公式得
EJ max I 210000—站3' 80.96mm
2， 64 3 6123
所以凸模刚度符合要求 I 自二 H d h =23 12 所以 L i =比 I 自=14+35.5=49.5mm
L 2 =比 I 自=14+35=49mm
式中 F mi —凸模最小断面积，F mi min ⑴2
—I <2J
笔2=2如;
［二］压一凸模材料的许用压应力, 凸模材料选用 Cr12MoV ，查参考文献
［2］ 知，［二］压二（1000〜1600） MPa , 取［二］压=1200 MPa 。

因为 P 孔 = 6123
F min 20.67
= 2 96 MPa<［匚］压
2.3.3.3凸模刚度（细长杆失稳） 校核。

EJ max
nP 孔
J ma —凸模最小断面惯性矩，圆形断面 J max 64
31 l — max ―nP 孔
2.3.3.4 凸凹模工作尺寸计算
图5.3凸凹模各部分尺寸
1）凸凹模长度H pd确定
Hp d =h自由一h 预■ H卸■ H2=14—'2 10■ 24 = 46 mm
式中H卸一卸料板厚度，取H卸=10 mm
H i —凸凹模固定板厚度，比=（0.6〜0.8 ）H凹h = （0.6〜0.8 ）
汽35 = 21 〜28mm 取H j = 24 mm
2）凸凹模壁厚校核
查参考文献［2］知，倒装复合模凸凹模最小壁厚n min =2.7 （料厚t=1mm；
本设计中n =［79.49 -60 -5.39 /2 =7.05 - n min
所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。

3）其他
漏料孔直径取％= 44mm % =7mm，刃口直边设计存三片料，高为5mm凸凹模和凸凹模固定板之间在装配时安装止转销防转。

2.4模具总体结构设计
冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。

经分析，此工件有三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。

2.4.1送料定位机构设计
采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。

工作时可随凹
模下行而压入孔内，工作很方便.
2.4.2卸料机构设计
2.4.2.1条料的卸除
采用弹性卸料板。

因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。

242.2 工件的卸除
采用打料装置将工件从落料凹模中推下，罗在模具工作表面上。

242.3 冲孔废料的卸除
下模座上采用漏料孔排出。

冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。

2.4.3 出件机构设计
因为是复合模结构，所以采用上出件机构
2.5其他零件尺寸的确定
2.5.1橡胶垫
为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度
的45% —般取自由高度的35%-45%橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%-
15%
橡胶垫产生的力
式中F —压力；
A—橡胶垫横截面积；
p —与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5.1所示。

取A 1502-802= 12644.9mm2，则4
0.23 MPa
12644.9
取压缩量为25%预压缩量为10%工作行程s = t + 1賂2mm
所以橡胶垫的自由高度为
h
自由
s
0.25-0.10
二13.3 mm 取14mm
预压缩量取为h预=2m
2.5.2凸凹模固定板
凸凹模固定板形状与凹模板一致，如图5.3所示，厚度为24mm
2.5.3凸模固定板
凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。

固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6 H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。

凸模固定板为圆形，厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，材料为Q235
H凸固定=14mm
2.5.4垫板
冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。

即下列情况下雨加垫板。

P
式中—凸模端面的压应力，其数值为P；
y F
［二y］—模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为looMPa钢约为200 MPa P—冲裁力；
F —凸模上端面面积。

垫板的下载与凸模固定板一致，厚度一般取4〜12mm垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度Rs K 0.32〜0.63。

由于本套模具选用压入式模柄，在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板，
厚度取为8mm
下面校核一下凸凹模与下模座之间是否下雨加垫板。

已知凸凹模下端面直径D pd =90mm所以
P 159272.1
所以；-v 25MPa
F 6361.7
模座采用铸铁，⑺］=100MPa 、二y，所以不用加垫板。

2.5.5卸料板
卸料板同样为圆形板，直径和凹模板一致，如图 5.3所示，厚度为10mm卸料
板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。

取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.1〜0.3mm.
卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm螺纹部分为M1C K 10mm卸料钉尾部应留有足够的行程空间。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm 有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

2.5.6模座
根据凹模板的尺寸，模座采用标准的中间导柱圆形模座，材料采用HT200
标记为：上模座160 40 GB2855.11 —81;
下模座160 45 GB2855.12—81。

2.6压力机的确定
模具的闭合高度为
H 闭=H上模+ H 垫+ L+ H + H 下模—h2 = （40+8+14+35+46+45-2 mm=186mm 式中L
------------- 凸模长度，L=49mm
H凹模厚度，H=35mm
h2――凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm
选择压力机JC23-35
公称压力350KN
最大闭合高度280mm
最小闭合高度220mm
所以H max 一5 . H 模H min 70
压力机工作台尺寸380 610，一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸
50 〜70mm
所以压力机合格，可用
第3章零件建模装配体及工程图
3.2零件建模
通过前面的设计可知，该套模具共包含28种零件，其中6种标准可从软件的零件库中调用，剩余的22种则要有设计者之间设计。

在CATIA中，可以通过多种方式将曲面转换为实体，下面为两种典型的零件的画法。

（1）凹模板
操作步骤为：1.在草绘平面内作凹模板外形、刃口和销孔；2.用拉伸命令将平面拉伸为实体；
3.用异性孔向导命令端面上相应的位置作出螺纹孔；
4.用环形阵列命令作出另外两个螺纹孔；
4.用拉伸切除命令作出大孔。

（2）凸凹模
操作步骤为：1.用旋转命令作出凸凹模的外形；2.用拉伸切除命令分别在上下端面作出冲孔孔和漏料孔；3.用拉伸切除命令在下端面上作出销孔。

刚才图对于产品设计而言有重要作用，它是传递产品信息的规范。

在3D零件
制作完成以后，需要按照一定的标准绘制2D展开。

在CATIA中，可以直接由实体生成二维的投影图，然后再对二维图形进行诸如剖视、标注等基本操作，最终完成工程图的绘制。