支撑板零件冲压工艺及模具设计

支撑板零件冲压工艺及模具设计,支撑,零件,冲压,工艺,模具设计 冷冲压工艺规程卡片 南昌航大机械系 产品名称 工件名称 支撑板 产量 第 页 产品图号 工件图号 共 页 材料牌号及 技术规格 45钢 毛料形状及尺寸 选用板料 纵裁成 1800×900×2 1800×126×2 工序 号 工序 名称 工 序 草 图 工装名称 设备 检验 要求 工种 备注 0 下料 1800×126×2 剪床 1 冲孔落料 冲孔落料复合模 300kN 压力机 按草图 检验 2 弯曲 (带预弯) 弯曲模 250kN 压力机 按草图检验 3 冲孔 4-φ10 冲孔模 250kN 压力机 按图检验 4 去毛刺 滚筒 5 检验 按冲压 件图检验 原底图 总号 日期 更改标记 编制 校对 核对 文件号 签名 底图 总号 签字 签名 日期 日期 南昌航空大学学士学位论文 1目 录 1 引言 …………………………………………………………………… 1 2 支撑板复合模设计……………………………………………2 2.1 支撑板冲裁工艺性分析 ………………………………………………2 2.2 工件排样与搭边 ……………………………………………………… 3 2.3 冲裁间隙 ……………………………………………………………… 5 2.4 冲压力计算 …………………………………………………………… 6 2.5 模具压力中心计算 …………………………………………………… 8 2.6 凸、凹模刃口尺寸计算 ………………………………………………9 2.7 复合模凹、凸凹模结构设计 ………………………………………… 15 2.8 复合模总体设计与标准零件选用…………………………………… 17 2.9 模具闭合高度与压力机的关系……………………………………… 23 2.10模架主要零部件………………………………………………… 24 2.11 压力机选择 ………………………………………………………… 27 3 支撑板弯曲模设计…………………………………………29 3.1 支撑板弯曲工艺性分析………………………………………………29 3.2 支撑板冲裁工艺力计算……………………………………………… 29 3.3 弯曲回弹量计算……………………………………………………… 30 3.4 支撑板弯曲模结构设计……………………………………………… 32 3.5 弯曲模总体设计与标准零件选用…………………………………… 34 3.6 压力机选择…………………………………………………………… 35 4 结 论 …………………………………………………………………… 36 参考文献 …………………………………………………………………37 致 谢 …………………………………………………………………… 37 支撑板零件冲压工艺及模具设计 摘要：模具是工业生产中使用广泛的基础工艺装备。模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗是其他加工制造方法所不能比拟的。模具技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造水平高低的重要标准，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 本设计课题是支撑板零件冲压工艺及模具设计,主要包括落料冲孔复合模及其弯曲模设计。本论文主要阐述了支撑板落料冲孔复合模及其弯曲模的设计步骤过程。 支撑板复合模采用倒装式结构，具有操作方便安全，生产效率高优点。该部分设计包括了对支撑板的冲裁工艺性分析；工件的排样与搭边计算；冲压力及冲压中心的计算；对模具主要零件的设计，如冲裁间隙的选择、凸模、凸凹模和凹模刃口部分尺寸计算，结构尺寸的确定；对模具标准件的选用分析，目前，模具零件大多已经标准化，设计时选用标准件，如模架主要零部件，导柱、导套、上下模座、弹性元件等。根据冲压力的计算进行了压力机的选择。 弯曲模的设计与复合模的设计类似，弯曲模结构上略为简单。这部分设计内容包括支撑板弯曲工艺分析；弯曲力计算；对弯曲后工件弯曲回弹量计算；弯曲模主要零件的设计，即凸模和凹模工作部分尺寸的计算，结构尺寸的设计。对模具标准件的选用分析，如模架主要零部件，导柱、导套、上下模座、垫板、固定板等。 关键词： 冲压工艺 落料冲孔 复合模设计 弯曲模设计 　　　　　　　　　　　 The Design of Support Board Blanking-piercing Compound Dies and Bending Dies Abstract：Die industrial production is the use of broad-based technology and equipment. Mold parts demonstrated by the high precision and high complexity, high consistency, high productivity and low consumption of other processing methods can not be compared. Die technology has become the level of a country's level of the important manufacturing standards and to a large extent determine the quality, effectiveness and capability to develop new products. The design issue is support plate parts stamping process and die design, including blanking punching and bending die compound die design. This paper described the support plate blanking of punching and bending die-step process of design. Support plate of a flip-style structure, easy to operate with safe, high-productivity advantage. The design includes some of the support plate blanking of the analysis; parts of the layout and take-calculated and ram-pressure center of the calculation; Die major parts of the design, such as punching gap choice, punch, Tuao Mould and Die edge of the size, structure size to be confirmed; die on the selection of standard parts, at present, most of mold parts have been standardized, the design criteria of selection, such as die-main parts, I.-I. Case, - Block, from top to bottom, flexible components, and so on. According to the calculation-pressure presses a choice. Bending Die Design and the design of a similar model, slightly bending die on the simple structure. This part of the design include support plate bending process analysis; bending of the calculation; bending after the rebound in terms of bending the workpiece; bending die major parts of the design, that is, punch and die work of the calculation of the size, structure size of the design. Die standard part of the selection of major components such as die-I.-I. Case, from top to bottom-Block, Dianban the fixed plate, and so on. Keywords: Stamping Process Blanking Piercing Design of Piercing Compound mold Design of Bending mold 1.引 言 模具是工业生产中使用广泛的基础工艺装备。模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗是其他加工制造方法所不能比拟的。模具技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造水平高低的重要标准，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 目前，国内外模具工业迅猛发展，其产值已超过机床工业的产值。随着工业技术的迅速发展，对模具的设计和制造要求也越来越高。我国模具工业作为一个独立、新型的工业，正处于飞速发展阶段，已经成为国民经济的基础工业之一，其发展前景是十分广阔的。 本论文阐述的是支撑板落料冲孔复合模及弯曲模设计，具有非常现实的设计意义。复合模是在压力机的一次行程中，在同一工位上完成两道或两道以上的冲压工序。复合模的结构紧凑，冲出来的精度高，适合大批量的生产，特别是孔与制件的外形的同心度容易保证，但复合模的结构复杂，制造相对困难。 本设计支撑板落料冲孔复合模采用倒装结构，凸凹模安装在模具下模座上。倒装复合模废料清理无须二次清理，操作方便安全，生产效率较高。复合模与弯曲模的设计过程大致相似，复合模较弯曲模结构更为复杂。设计上主要是对凸模、凹模和凸凹模的设计，其中主要是其工作部分的尺寸设计，以保证制件的精度和质量要求。模具许多零件大多已经标准化，如模架、导柱、模座、卸料螺钉、固定板等。在设计中，只须根据设计需要和标准合理选定。 2.支撑板复合模设计 2.1支撑板冲裁工艺性分析 本设计是一支撑板落料冲孔复合模及弯曲模，支撑板零件简图：如图2-1所示 图 2-1 支撑板零件图 生产批量：大批量 材料：45# 材料厚度：2mm 由零件图可知，支撑板的加工涉及到落料、冲孔和弯曲三道工序。该零件形状简单、对称，尺寸不大，是由简单的圆和直线组成，工艺性好。冲裁件的经济精度不高于IT11级，一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。支撑板零件的加工精度要求为IT10，能达到经济精度，适合大批量的生产，生产成本经济，经济性好。几何形状，尺寸和精度等情况均符合冲裁的工艺要求。因为零件的加工涉及三道工序，为保证零件的精度要求，故先采用倒装式落料冲孔复合模对工件冲孔落料加工，再利用弯曲模对冲裁后的工件进行弯曲，从而加工出最后的零件。 2.2工件排样与搭边 1）排样 冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。 2）材料的利用率 排样的目的是为了合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。材料利用率的计算公式如下： 一个进距的材料利用率η的计算如下： η=×100% （2-1） 式中 A ——冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）； n ——一个进距内冲裁件数目; b ——条料宽度，（mm）; h ——进距,（mm）。 一张板料上总的材料利用率η总的计算如下： η总=（）×100% （2-2） 式中 η总—— 一张板料上冲裁件总数目； L ——板料长，（mm）； 3） 搭边 排样中相邻两制件之间的余料或制件与条料边缘间的余料称为搭边。其作用是补偿定位误差和保持有一定的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差、送进步距误差、送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保证冲出合格的工件，便于送料。 搭边是废料，从节省材料出发，搭边越小越好。但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。 由支撑板零件图和排样图2-2可得知： 因为经过支撑板毛坯经落料冲孔后，还须进行弯曲工序才能得到最后支撑板零件，故在进行复合模的排样时，必须先进行弯曲展开计算。 支撑板弯曲展开长度为： L=（80-2-5）+（40-2-5）+л/2（5+0.46×2） =115.933116 mm 冲裁件面积：A=60×50+（116-50）×30mm2 =4980mm2 条料宽度：b =60+2.5×2+2+45 mm=112 mm 进距：h=116 +2.5 mm=118.5 mm 一个进距的材料利用率： η=( nA / bh)×100%=4980×2 mm2/（112mm×118.5 mm）×100% =75% 图2-2 排样图 2.3冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的间隙。单边用间隙用C表示，双边用Z表示。 圆形冲裁模双边间隙为 Z=D凹-D凸 式中 D凹——冲裁模凹模直径尺寸（mm） D凸 ——冲裁模凹模直径尺寸（mm） 冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的选取是否合理直接影响到冲裁件质量、冲裁力、冲模的使用寿命和卸料力等。 1）冲裁间隙的选取 冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。查表2-1选得间隙值为Zmin=0.15、Zmax=0.19（mm）。 表２-1 冲裁模刃口始用间隙 材料名称 、10、45、09Mn、Q235、B2 Q234 40、50 厚度t 初始间隙Z Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 1.0 0.10 0.14 0.10 0.14 0.10 0.14 1.5 0.12 0.18 0.13 0.18 0.13 0.18 2.0 0.15 0.19 0.17 0.24 0.17 0.24 为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。 2.4冲压力计算 冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲压力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。 1）冲裁力计算 冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。 一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算： F=L·t·τ （2-3） 式中 F —— 冲裁力, N； L —— 冲裁件的冲裁长度, mm； t —— 板料厚度，mm； τ—— 材料的抗剪强度, Mpa； 有时也可用材料的抗拉强度进行计算： F=L·t·σb （2-4） 式中 σb—— 为材料的抗拉强度，Mpa 在落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。由支撑板零件图可得: 落料力： L=(60+50+15+66+30+66+15+50)mm=352mm t =2 mm τ=304MPa F落= L·t·τ= (352×2×304)N=214.0 KN 冲孔力： L1=3×л×10=97.34mm t =2 mm τ=304MPa F孔 = L·t·τ=（97.34×2×304）N =59.2KN 2）卸料力、推件力和顶出力 从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力；逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力。 卸料力、推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算，见式（2-5）。 卸料力：F卸=K卸·F 落 推件力：F推=n·K推·F孔 顶出力：F顶=K顶· F 落 （2-5） 式中： K卸、K推、K顶—— 分别为卸料力、推件力系数,其值见表2-2； n—— 同时卡在凹模内的零件数； h——凹模直壁洞口的高度。 表2- 2 推件力、顶件力、卸料力系数 料厚/（mm） K推 K顶 K卸 钢 ≤0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.1 0.063 0.055 0.045 0.14 0.08 0.06 0.05 卸料力：F卸=K卸·F 落=（0.04×214）KN=8.56KN 推件力：F推=n·K推·F孔=（3×0.055×59.2）KN =9.768KN （n=h／t=6mm／2 mm = 3个） F总 = F 落＋F孔＋F卸＋F推 =（214＋59.2＋8.56＋9.768）KN=291.5KN 2.5模具压力中心计算 冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为模具的冲压压力中心。要使冲压模具正常工作，模具的压力中心必须通过模柄曲线和压力机的滑块中心线重合。否则在冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向机构产生不均匀磨损。压力中心的计算采用空间平行力系的合力作用而得求解方法。 画出所示制件，选定坐标系xoy,如图2-3所示。冲裁件以X轴对称，所以Y0 = 0。 图1-3 L1=50 mm X1=25 mm L2=15 mm X2=50 mm L3=66 mm X3=83 mm L4=30 mm X4=116 mm L5=66 mm X5=83 mm L6=15 mm X6=50 mm L7=50 mm X7=25 mm L8=17.27 mm X8=25 mm L9=17.27 mm X9=25 mm L10=28.26 mm X10=101 mm L11=60 mm X11=0 mm 故 X0 =( L1×X1+ L2×X2+ L3×X3+ L4×X4+ L5×X5+ L6×X6+ L7×X7+ L8×X8+ L9×X9+ L10×X10+ L11×X11)/ (L1+ L2+ L3+ L4+ L5+ L6+ L7+ L8+ L9+ L10+L11)=53.41 mm 2.6凸、凹模刃口尺寸计算 模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度，因而，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。 1）凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则 实践证明，落料件的尺寸接近于其凹模刃口尺寸，而冲孔尺寸接近于其凸模刃口尺寸。所以，落料时取凹模作为设计的基准件；冲孔时取凸模作为设计的基准件。计算凸模和凹模尺寸时应遵循的原则如下： （1）冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内也可使用。而凹模的基本尺寸则按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小间隙值。 （2）落料时，应先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格的零件。凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小间隙值。 （3）在确定模具刃口制造公差时，既要能保证工件的精度要求，又能保证合理的间隙数值。一般模具制造精度比工件精度高3～4级。 2）凸、凹模刃口尺寸计算的方法 由于凸模和凹模的加工方法不同，设计时其刃口尺寸计算应分别进行计算。 （1） 凸模与凹模分开加工 采用凸模与凹模分开加工这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。为了保证间隙值，应满足（2-6）条件。 δ凸 +δ凹 ≤Zmax-Zmin （2-6） 式中 δ凸 —— 凸模的制造公差； δ凹 —— 凹模的制造公差。 δ凸、δ凹的值见表2-3。 表2-3 规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差 基本尺寸 凸模公差δ凸 凹模公差δ凹 ≤18 0.020 0.020 ＞18～30 0.020 0.025 ＞30～80 0.020 0.030 下面对冲孔和落料两种情况加以分析讨论。 ① 冲孔 冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。设工件孔的尺寸为d+△，其计算公式为： d凸 = （d﹢xΔ） （2-7） d凹 = （d凸﹢Zmin） （2-8） 式中 d凸、d凹 ——冲孔凸、凹模基本尺寸，mm； Δ ——工件制造公差，mm； X ——因数，其值可查表2-4。 ② 落料 根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin。仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。设工件尺寸为D0-Δ，其计算式如下： D凹 = （D﹣ x△） (2-9) D凸 =（D凹﹣Zmin） (2-10) 2-4 因数x 材料厚度 t/mm 非圆形x值 圆形x值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差Δ/ mm 1 ＜0.16 0.17～0.35 ≥0.36 ＜0.16 ≥0.16 1～2 ＜0.20 0.21～0.41 ≥0.42 ＜0.20 ≥0.20 2～4 ＜0.24 0.25～0.49 ≥0.50 ＜0.24 ≥0.24 ＞4 ＜0.30 0.21～0.59 ≥0.60 ＜0.30 ≥0.30 （2） 凸模与凹模配合加工 对于形状复杂或材料薄的零件，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。但用此方法制造的凸、凹模是不能互换的。 由于复杂工件形状各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不同，所以基准件的刃口尺寸需要按不同方法计算。如图2-4 a)为一落料件，应以凹模为基准件，凹模的磨损情况可分为三类： 第一类是凹模磨损后增大的尺寸（图中A类尺寸）； 第二类是凹模磨损后减小的尺寸（图中B类尺寸）； 第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸（图中C类尺寸）。 a） 落料件 b) 冲孔件 图2-4 落料、冲孔件的尺寸分类 同理，对于图2-4 b）的冲孔件，应以凸模为基准件，可根据凸模的磨损情况，按图示方法将尺寸分为A、B、C三类。当凸模磨损后，其尺寸的增减情况也是增大、减小、不变这一同样的规律。因此，对于复杂形状的落料件或冲孔件，其模具基准件的刃口尺寸均可按下式计算。 A类： Aj＝（Amax﹣x△） B类： Bj＝（Bmin﹣x△） C类： Cj＝（Cmin﹢0.5△）± （2-11） 式中 Aj 、 Bj 、 Cj ——基准件尺寸，mm； Amax 、Bmin、 Cmin——工件极限尺寸，mm； △ ——工件公差，mm。 对于与基准件相配合的非基准件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在图样上标注，而是仅标注基本尺寸，并注明其公差按基准件凹模或凸模的实际尺寸配做，并保证应留的间隙值。 另外，如果按照加工的需要，希望对落料件以凸模为基准，对冲孔件以凹模为基准件，则模具基准件的刃口尺寸可按式2-12计算： A类： Aj＝（Amax﹣x△﹣Zmin） B类： Bj＝（Bmin＋x△＋Zmin） C类： Cj＝（Cmin﹢0.5△）± （2-12） 由上文中间隙选择中，查表得间隙值Zmin＝015 mm Zmax＝0.19 mm 对冲孔11mm、9mm采用凸、凹模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下： 查表2-3得凸、凹模制造公差： δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm 较核：Zmax- Zmin＝0.19-0.15=0.04 mm，δ凸 -δ凹= 0.04 mm 满足Zmax- Zmin≥δ凸 -δ凹条件 查表2- 4得因数x为： x＝0.75 根据式（2-7）、（2-8）可得 冲孔11mm d凸11=（d1 + x△）＝（11＋0.75×0.058） mm ＝11.04 mm d凹11＝（d凸 1＋Zmin ）＝（11.04＋0.15） mm ＝11.19 mm 冲孔9mm d凸9=（d 2+ x△）＝(9＋0.75×0.058) mm ＝9.04 mm d凹9＝（d凸 2＋Zmin ）＝(9.04+0.15) mm =9.19 mm 由于支撑板落料形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下： 以凹模为基准件，因凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此属于A类尺寸。 查表2- 4得因数x为：当 △＜0.16时，x＝1 当0.17＜△＜0.35 时，x＝0.75 按式（2-11） Aj ＝(Amax－x△) 60凹 ＝（60－1×0.12） mm = 59.88 mm 50凹 ＝（50－1×0.1） mm = 49.90 mm 30凹＝（30－1×0.084） mm =29.916 mm 116凹＝（116－1×0.14） mm =115.96 mm 凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证单面间隙为Zmin/2~ Zmax/2。 2.7复合模凹、凸凹模的结构设计 1）凹模 (1) 凹模的类型　　按凹模的刃口孔形可分为圆柱形孔口凹模、锥形孔口凹模；按凹模的结构可分为整体式凹模和镶拼式凹模。 (2) 凹模刃口形式　　锥形刃口：如图2-5a)所示。冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。当t﹤2.5mm时，α＝15′;当t＝2.5~6mm时，α＝30′;当采用电火花加工凹模时，α＝4~20′。 柱形刃口：如图2-5b)所示。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。当t<0.5mm时,h=3~5mm;当t=0.5~5mm 时,h=5~10 mm ; 当t=5~10mm时,h=10~15mm。 (3) 凹模外形尺寸的确定 本设计凹模采用圆柱形孔口凹模。圆形凹模可按冷冲模国家标准或工厂标准选用，非标准尺寸的凹模的外形尺寸常用经验公式计算确定。 凹模厚度的确定件式（2-13）。 　　　　　　H=Kb （2-13） 凹模壁厚（指凹模刃口与外边缘的距离）的确定式见（2-14）。 　　　　　c=(1.5～2)H （小型凹模） c=(2～3)H　　　 （大型凹模） （2-14） 式中　　　b——凹模孔的最大宽度，mm; K——因数，见表2-5； 　H——凹模厚度， 　　　　　C——凹模壁厚。 按上式计算的非标准凹模外形尺寸，可以保证凹模有足够的强度和刚度，一般可不再进行强度校核。 表2-5　　　　因数K的数值 材料厚度t/ mm b/ mm 0.5 1 2 ＜50 0.3 0.35 0.42 ＞50～100 0.2 0.22 0.28 本设计支撑板零件，是非标准尺寸凹模，则按上述公式有： 　　　　　H=Kb＝0.22×116 mm＝23.2 mm 　c=1.5H=1.5×23.2mm =34.8 mm 取整后得凹模厚度23 mm，凹模壁厚35 mm。 由上述外形尺寸和查国家标准，可选用200×160×25T10A JB/T 7643.1国家标准矩形凹模板制取. 其他尺寸根据凸凹模及固定要求而定（见凹模零件图）。 （2）凸凹模外型结构 凸凹模的内、外缘均为刃口，内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。 凸凹模的最小壁厚值m一般可按经验数据决定。不积聚废料的凸凹模最小壁厚值见式（2-15）。 　　冲裁硬材料时　　　　m=1.5t 冲裁软材料时　　　　m ≈ t　　　　 （2-15） 对于倒装复合模，因为孔内会积聚废料，所以最小壁厚要大些。其他外形尺寸按零件冲裁要求及固定配合要求而定（见凸凹模零件图）。 2.8复合模总体设计与标准零件选用 冲压模具零件的分类可按在模具中的作用，分为结构性零件和工艺性零件两大类。结构性零件包括导向零件（导板、导柱和导套等）、固定零件（模座、模柄、凸、凹模固定板和垫板等）及其他紧固零件。工艺性零件包括成型零件（凸模、凹模、凸凹模）、定位零件（定位钉、定位板、挡料销、导正销、侧刃等）和压料、卸料零件（卸料板、压边圈、顶件板和推件板等）。冲压模具已经制定了国家标准，包括模架、典型组合、零部件技术条件等，在设计时可参考标准选用标准零部件。 1） 模固定板 根据表2-6，选用固定板200×160×20-45钢JB/T7653.2 　　　　　材料：45钢 技术条件：按JB/T7653-1994的规定 表2-6 矩形固定板（摘自JB/T7643.2-1994） (mm) 其尺寸设计根据推件块，凸模及其固定需要设计（见固定板零件图）固定板的外形尺寸一般与凹模大小一样，可由标准中查得。固定凸模用的型孔与凸模固定部分相适应。型孔位置应与凹模型孔位置协调一致。凸模固定板内凸模的固定方法通常是将凸模压入固定板内，其配合为H7/m6，直通式凸模用N7/h6、P7/h6。对于大尺寸的凸模，也可直接用螺钉、销钉固定到模座上而不用固定板。对于小凸模还可以采用粘结固定。 2）凸模 (1) 凸模的类型 按工作性质，冲裁凸模可分为落料凹模、冲孔凸模等；按工作断面形状，冲裁凸模有圆形、方形、矩形等；按其结构，冲裁凸模分为镶拼凸模和整体凸模；按固定方式，冲裁凸模又背台式、叠装式、压块式、护套式、组合式等。 (2) 凸模结构形式 凸模的结构形式分为无固定台阶式和有固定台阶式两种。无固定台阶式的凸模，其工作部分和固定部分为等断面形式，故非常适合凸模刃口用线切割或成型磨削成型。有固定台阶的凸模，其中间台阶和凸模固定板以过渡配合相配，而凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于从凸模固定板中拉出。工作部分可采用车削、磨削或采用仿形刨加工，最后用钳工进行精修。 凸模长度 凸模长度一般是根据模具装配图结构上的需要确定的，本设计中凸模的长度等于凸模固定板的高度和凹模的高度之和。 凸模材料 模具刃口要有高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常选用T8A、T10A等制造。形状复杂、淬火变形大，特别是用线加工方法加工时，应选用合金工具钢，如Cr12、9Mn2V、CrWMn等制造，热处理硬度取58~62HRC。本设计选用T10A，热处理硬度56~60HRC。 根据表2-7，本设计中支撑板冲孔凸模选用B形凸模： 凸模1: BⅡ11.04×45JB/T8057.2-1995 T10A 凸模2: BⅡ9.04×45JB/T8057.2-1995 T10A 技术条件:按JB/T7653-1994的规定。 表2- 7 B型凸模（摘自JB/T8057.2-1995） (mm) 3） 凸模垫板 凸模垫板装在凸模和上模座之间。它的作用是承受凸模或凹模压力，防止冲裁时过大的压力凸模压坏上模座而影响模具的正常工作。垫板的尺寸可在标准中查的（表2-8）。 根据表2-8，垫板200×160×10-45钢JB/T7653.2 　　　　　材料：45钢 技术条件：按JB/T7653-1994的规定 根据支撑板零件，凸模固定需要设计（见垫板零件图）。 表2-8 矩形垫板（摘自JB/T7643.３-1994） 4）定位零件 冲模定位零件的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确定位，不同的定位方式根据毛坯的形状、尺寸及模具的结构形式进行选择。 （1） 挡料销 其作用是给予条料或带料送料时以确定送进距离。 表２-9 固定挡料销（摘自JB/T7649.10-1994） (mm) 固定挡料销A8 JB/T7649.10 材料：45 热处理硬度 43～48HRC 技术条件按JB/T7653—1994规定 （2）导料销 导正销GB/119-86 A8×50 材料:：35钢 热处理硬度28~38HRC 5）卸料装置 卸料装置是将材料从凸模上卸下的装置，有固定卸料板和弹性卸料板两种。本设计采用弹性卸料装置。弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用。包括弹性元件、卸料螺钉和卸料板。 （1） 弹性元件 卸料用弹性元件有弹簧、橡胶及气垫三种，弹簧的压力随行程增加而增加，呈一定线性增长。橡胶的压力和额行程呈曲线式增长，气垫的压力在行程中基本不变。目前常用的弹性元件是弹簧和橡胶。在本设计中选用弹簧作为弹性元件。 a. 卸料弹簧的设计计算 初定6 根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为： F卸/n=6420/6=1070 N b. 根据模具结构尺寸，初选弹簧参数为：d=8、D2=45、t=13.5、Fj=2200、h0=90、n=5.5、hj=26.9、L=1060（mm） c. 弹簧的特曲线 Fj=1750 N hj=26.9 h预=hj/FjF预=26.9/1750X1070=16.4 d. 检查弹簧最大压缩量是否满足条件 h预+hj+h修磨=16.4+2.5+6=26.9>24.9 mm 故所选弹簧是合适的。 规格：弹簧8×45×90 外径：D=45 mm 钢丝直径：d=8.0 mm 自由高度：H0=90 mm 装配高度：H2=H0-h预=90-16.4=73.6 mm （2）卸料螺钉 表2-11 圆柱头内六角卸料螺钉（摘自JB/T7650.6-1994） （mm） 圆柱头卸料螺钉M10×90 JB/T7650.6 材料：45 热处理硬度35～40HRC 技术条件：GB/T3098.3—2000的规定 数量：6个 6）推件装置 刚性推件装置：常安装在上模部分。推件力是由压力机的横杆通过推杆、顶板、顶杆传给推件板。推杆长短要一致，分布要均匀。顶板一般装在上模座的孔内，形状按被推下的工件形状来决定。 （1） 顶板 顶板的选择见下表2-12的国标： 此处选用顶板A50 JB/T7650.4 材料：45 热处理硬度43～48HRC 技术条件：按JB/T7653—1994的规定 顶板（摘自JB/T7650.4-1994） （2）推杆 推杆的选择。带肩推杆（摘自JB/T7650.1-1994） （mm） 推杆A16×80JB/T7650.1 材料：45 热处理硬度：43～48HRC 技术条件：按JB/T7653—1994的规定 （3）顶杆 顶杆的选择见下表的国标： 顶杆A8×50 JB/T7650.3 材料：45 热处理硬度43～48HRC 技术条件：按JB/T7653—1994的规定顶杆（摘自JB/T7650.3-1994） （mm） 2.9模具闭合高度与压力机装模高度的关系 模具的闭合高度H是指模具在完成冲压工序时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。由于压力机的连杆长度可以调节，所以压力机的装模高度可以调节的。当连杆调节到最短时为压力机的最大装模高度Hmax: 当连杆调节到最长时为压力机的最小装模高度Hmin.模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，否则就不能保证正常的安装与工作。其关系为： Hmax－5≥H ≥Hmin＋10 （2-16） 若模具的闭合高度H > Hmax ,则压力机不能用，若H < Hmin ,则可用加垫板，设垫板厚度为H1,则有 Hmax－H1－5≥H ≥Hmin－H1＋10 （2-17） 2.10模架主要零部件 1） 模架 模架由模座、导柱及模柄等零件组成。 模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部负荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。一般模架均已标准化，设计模具时，应加以正确选用。 模架的要求：要有足够的强度与刚度； 要有足够的精度（如上、下模座要平行，导柱、导套中心要与上、下模座垂直，模柄要与上模座垂直等）；上、下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小），上、下模之间的移动应平稳和无滞住现象。 模架的形式 在标准模架中，应用最广泛的是用导柱和导套作为导向装置的模架。根据导柱和导套配置的不同有以下四种基本形式： 图2-6 后侧导柱模架 （1）后侧导柱模架 后侧导柱送料方便，可以纵向和横向送料。但是冲压时如果有偏心载荷，则导柱、导套会单边磨损。它不能用于模柄与上模座浮动连接的模具。 （2）中间导柱模架 两导柱左右对称分布，受力平衡，所以导柱、导套磨损均匀。但是只有一个送料方向。 图2-7 中间导柱模架 （3）对角导柱模架 导柱的布置是对称的，而且纵横都能送料。对角导柱模架的两导柱之间距离较远，在导柱、导套之间同样间隙的条件下，这种模架的导向精度较高。 图2-8 对角导柱模架 （4）四导柱模架 其导向精度与刚度都较好，用于大型冲模。 图2-9 四周导柱模架 在本设计中采用后侧导柱模架。其选用标准件表2-15。 后侧导柱模架（摘自GB/T2851.3-1990） （mm）模架250×200～190I GB/T2851.5 模架技术条件：按JB/T8050—1999的规定 2）导柱与导套 导柱与导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取。在选用时应注意导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，下模座底面与导柱底面的距离应为0.5～1㎜。导柱与导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。当冲裁板厚载0.8㎜以下的模具时，选用H6/h5配合的I级精度模架。当冲裁板厚为0.8～4㎜时，选用H7/h6配合的Ⅱ级精度模架。 （1）导柱标准 B型导柱（摘自GB/T2861.2-1990） （mm） 导柱B32h6×150×50 GB/T2861.2 技术条件：按JB/T8070—1995的规定 （2）导套的标准 A型导柱套(摘自GB/T2861.6-1990) （mm） 导套A32H7×105×43 GB/T2861.6 技术条件：按JB/T8070—1995的规定 3）模座 （1）后侧导柱上模座标准 上模座250×200×45GB/T2855.5 技术条件：按JB/T8070—1995的规定 （2） 后侧导柱下模座标准 下模座250×200×50GB/T2855.6 技术条件：按JB/T8070—1995的规定(摘自GB/T2855.6-1990)。 4. 模柄 模柄有刚性与浮动两大类。所谓刚性模柄是指模柄与上模座是刚性连接，不能发生相对运动。所谓浮动模柄是指模柄相对上模座能做微小的摆动采用浮动模柄后，压力机滑块的运动误差不会影响上、下模的导向。常用的刚性模柄有四种型式：整体式、压入式、旋入式和凸缘式。本设计采用凸缘式。 模柄 B50 JB/T7646.3 材料：Q235-A•F 技术条件：按JB/7853-1994的规定 ２.11压力机选择 1） 压力机选用原则 确定压力机规格时，一般应遵循以下原则。 （1）压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。 （2）压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。 （3）压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装。尤其是压力机的闭合高度应于冲模的闭合高度相适应。 （4）压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。 2）曲柄压力机规格选择 曲柄压力机按床身及结构可分为开式和闭式曲柄压力机。开式压力机有固定台式、可倾式和升台式三种。固定台式压力机刚性、抗震性和稳定性好，适用较大吨位。可倾式压力机产生的废料可通过自重滑下。升台式压力机适用于模具高度变化较大的冲孔、修边及弯曲工序。 根据2.4冲压力的计算，总的冲裁力为221.1KN，考虑到压力机的适用范围，故选择开式双柱可倾式压力机。型号为J23—40型，其部分参数如下： 标称压力：400KN 滑块行程：100mm 行程次数：45次/min 连杆调节长度：65 mm 最大装模高度：265 mm 工作台尺寸（前后×左右）：460 mm × 700 mm 模柄孔尺寸(直径×深度)：φ50 mm × 70 mm 电动机功率：5.5KW ３．支撑板弯曲模设计 3.1支撑板弯曲工艺性分析 弯曲是使材料产生塑性变形、形成有一定角度形状零件的冲压工序。弯曲工序可以用模具在普通压力机上进行，也可以在专用的弯曲机上或弯曲设备上进行。具有良好的工艺性的弯曲件，不仅能简化弯曲工艺过程和模具设计，而且能够提高弯曲件的精度和节省材料。 由零件图2-1所示，支撑板属于板材弯曲。支撑板弯曲半径是R5mm，弯曲角度成90º，弯边长40mm，符合弯曲的工艺性要求，弯曲零件的孔离弯曲线大于要求的最小距离，弯曲时不会发生孔变形，具有良好的弯曲工艺性，足以达到制件精度质量要求。 3.2支撑板弯曲工艺力的计算 1） 合理地选择弯曲用的压力机和设计模具，必须计算弯曲力。弯曲力的大小不仅与毛坯的尺寸、材料的力学性能、弯曲半径等有关，而且与弯曲方式也有很大关系，从理论上计算弯曲力是比较繁杂，精确度也不高，因此生产中常用经验公式进行计算。 V形自由弯曲 （3-1） V形约束弯曲 （3-2） U形自由弯曲 （3-3） U形约束弯曲 （3-4） 式中：P——弯曲力 N C——系数，取1～1.3 t——材料厚度，mm b——弯曲件的宽度，mm r——凸模圆角半径，mm б——材料的抗拉强度，Mpa K——系数，取0.3～0.6 2） 顶件力和压料力的计算 顶件力或压料力Q值可近似取自由弯曲力的30%～80%，即 Q=（0.3～0.8）P （3-5） 式中：Q——顶件力或压料力，N； P——自由弯曲力，N 3） 支撑板弯曲力的计算按V形约束弯曲计算，则按公式3-2和3-5可得： 弯曲力 P1==0.6× =3.159 KN 顶件力 P2=（0.3～0.8）P1=0.6×3159 =1.895 KN 总的弯曲力P总 =P1+P2=3.159 KN+1.895KN=5.054 KN （C取1.3，取390MPa） 3.3撑板弯曲回弹计算 1） 压弯过程并不完全是材料的塑性变形过程，其弯曲部位还存在着弹性变形。弯曲工件从模具中取出后，由于弹性变形的恢复，使工件的弯角和弯曲半径发生变化，所以被弯曲零件的形状与模具的性质不完全一致，这种现象称为回弹。回弹的大小通常用角度回弹量Δα和曲率回弹Δρ来表示。 2） 影响回弹的因素 （1）材料的力学性能 角度回弹量及曲率回弹量与材料的屈服点σs成正比，与弹性模量E成反比。 （2）弯曲半径与材料厚度的比值r/t 当其他条件相同时，角度回弹量随r/t值的增大而增大，曲率回弹量随r/t的增大而减小。 （3）弯曲角 弯曲角越大，表示变形区域越大，角度回弹量也越大。而曲率回弹量与弯曲角度大小无关。 （4）弯曲工件的形状 一般弯制U形工件要比弯制V形工件的回弹量要小。 （5）模具间隙 在弯曲U形工件时，凸模与凹模之间的间隙越小，则回弹量越小。 （6）校正弯曲时的较正力 校正力小，回弹量大，增加回弹量可减小回弹量。 3） 角度回弹量的确定 由于影响角度回弹量数值的因素较多，而各种因素