落料、冲孔、弯曲复合模设计

1模具设计作业题：冲孔弯曲复合模设计：零件简图：如图1所示；生产批量：大批量；材料：Q235A；零件厚度：3mm。图1零件简图21、冲压件的工艺分析以及方案的确定通过对冲压件图样的分析得出对于这类工件，一般采用先落料、冲孔，再弯曲的加工顺序进行加工。如果把三道工序放到一起，可以大大提高工作效率，降低整个模具的开发成本，能够减轻工作量，节约能源，产品质量稳定而且在加工时不需再将手伸入模具空间,保护了操作者的人身安全。将三道工序复合在一起，可以有以下两个不同的工艺方案：方案一、先落料，然后冲孔和弯曲在同一工步；方案二、冲孔为同一工步首先完成，然后再进行弯曲。采用第一种方案加工工件，不易保证长度尺寸的精度，而且容易磨损内孔冲头，降低模具寿命。经分析、比较最后确认方案二。对弯曲的回弹，可以用减小间隙的方法来避免或减小回弹。该冲压件的形状较为简单对称,由《冷冲压成形工艺与模具设计制造》中的表4-9和表4-11查的，冲裁件内外形达到的经济精度为IT12～IT13,弯曲部分用r=2.5mm的圆角进行过渡。除孔0.021018mm有精度要求外,其余尺寸的精度要求不高。Q235-A钢冲压性能较好,孔与外缘的壁厚较大,复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。因此,该工件采用落料、冲孔及弯曲复合模加工较合理。2、主要工艺参数的计算2.1毛坯尺寸的计算在计算毛坯尺寸前，需要先确定弯曲前的形状和尺寸,又有弯曲半径r=2.5mm0.5t=0.5x3=1.5mm,故这类弯曲件变薄不严重，横断面畸变较小，可以按应变中性层展开长度等于毛坯长度的原则计算毛坯尺寸，即：12++()180arktLll式中的L——毛坯的展开长度，k——与变形程度有关的系数，rKt=2.53=0.83查书本中表4-5利用插值法算得k=0.4064，带入数据L=9.5+80.5+3.1490(2.50.40643)180=95.84mm32.2排样的设计与计算排样设计主要确定排样形式、送料步距、条料宽度、材料利用率和绘制排样图。（1）排样方式的确定根据冲裁件的结构特点，排样方式选择为直排。（2）送料步距的确定查相关手册表2-7，工件间最小工艺搭边值为2.2mm，可取a1=4mm。最小工艺边距搭边值为2.5mm，取a=3mm。送料步距确定为h=99.84mm。（3）条料的宽度确定按照无侧压装置的条料宽度计算公式，查相关手册表2-8和2-9可以确定条料与导料销的间隙和条料宽度偏差分别为b0=0.8mm，Δ=0.5mm。B=00(2)lab=000.5(40230.8)46.8（4）材料利用率的确定nABh=12nAABh（）=(2640)80.5215.34099.8446.81（）×100％=70.0％（5）绘制排样图。冲裁件排样图如图2所示：图2排样图2.3冲压力的计算及设备的选择该模具采用弹性卸料和下方出料方式。总冲压力0=++=FFFF卸推由冲裁力F、卸料力F卸、推件力F推和弯曲力F弯曲组成。由于采用复合冲裁模，其冲裁力由落料冲裁力F落料和冲孔冲裁力F冲孔两部分组成。4平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力可按下式计算：FLt式中：L--冲裁件的周长，mm；t--材料的厚度，mm；--材料的抗剪强度，MPa。选择设备吨位时考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动的因素，实际冲裁力可能增大，所以应取1.3bFLtLt式中b--材料的抗拉强度，MPa。（1）落料、冲孔冲裁力的计算。查相关手册得知材料Q235-A的抗拉强度b=375~500MPa，取b=400MPa。落料力F落料=bLt=258.23400=309840N冲孔力F冲孔=bLt=75.43400=90480N冲裁力+FFF落料冲孔=309840+90480=400320N（2）卸料力的计算。查书本《冲裁工艺与冲裁模》表2-13，卸料力的系数1K=0.04。1FKF卸落料=0.04309840=12393.6N（3）推件力的计算。查书本《冲裁工艺与冲裁模》表2-13，推件力的系数2K=0.045，取刃口高度h=12mm。n=12/3=42nFKF推冲孔=40.04590480=16286.4N（4）弯曲力的计算设计采用强力弹压校正弯曲，故可按下式计算弯曲力F弯曲：=qFA弯曲式中，A为工件压料校正部位的投影面积，单位为2mm，可依工作计算尺寸求得；q为单位弯曲校正力（2N/mm）。根据该工件材料、厚度查相关手5册表4-4得知q=70～1002N/mm，取q=852N/mm，则可求出：=qFA弯曲=83985=63495N（5）压料力F压可近似取弯曲力的30﹪～80﹪。即F=0.6F压弯曲=0.663495=38097N（6）选择冲床时的总冲压力为：0=++++F=FFFFF卸推弯曲压492495N≈530.6kN（7）选用设备公称压力。根据上面算的总冲压力为530.6kN，所用机械压力机公称压力应选取最接近0F而又稍大一些的压力机，查相关手册，选取国产公称压力为630kN的J23—63型开式双柱可倾压力机，其主要结构参数如表1所示：表1J23—63型开式双柱可倾压力机主要结构参数公称压力/kN630达到公称压力时滑块离下死点的距离/mm8滑块行程/mm120行程次数/mm70最大闭合高度/mm固定式和可倾式360活动台位置最低460最高220闭合高度调节量/mm90滑块中心到床身的距离/mm260工作台尺寸/mm左右710前后480工作台孔尺寸/mm左右340前后180直径230立柱间距离/mm3406模柄孔尺寸（直径x深度）/（mmxmm）5070工作台厚度/mm90倾角（可倾式工作台压力机）/（°）2302.4计算刃口部分尺寸查《冷冲压成形工艺与模具设计制造》中表格4-6得间隙minZ=0.460，maxZ=0.640。（1）对冲18和6的孔采用凹、凸模分开加工的方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下。查表4-15得对于18和6凸、凹模制造公差均为：凸=0.020，凹=0.020。校核：maxZ-minZ=0.18mm，凸+凹=0.040mm满足maxZ-minZ凸+凹的条件。查表4-16得磨损系数=0.75，所以对18的孔有：d凸1=0-d+凸（）=0-0.02018+0.750.021（）=0-0.02018.02d凹1=+0mind+Z凹凸（）=+0.020018.02+0.460（）=+0.020018.48对6的孔有：d凸2=0-d+凸（）=0-0.0206+0.750.24（）=0-0.0206.18d凹2=+0mind+Z凹凸（）=+0.02006.18+0.460（）=+0.02006.64（2）对外轮廓的落料，由于形状比较复杂，故采用配合加工的方法，其凸凹模尺寸计算如下。以凹模为基准件，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此都属于A类尺寸。零件图中未注公差的尺寸按自由公差。①对尺寸D=95.8mm刃口计算查表2-11得凸、凹模制造公差：p=-0.023mmd=+0.04mm由于7maxZ-minZ=0.18mm，p+d=0.027mm，满足maxZ-minZ≥p+d。查表2-12得磨损系数χ=0.75。0()ddDD=0.040(95.840.750.35)=96.100.0400min()pdpDDZ=00.023(96.100.36)=95.6400.023②对尺寸D1=40mm刃口计算查表2-11得凸、凹模制造公差：p=-0.02mmd=+0.03mm由于maxZ-minZ=0.18mm，p+d=0.01mm，满足maxZ-minZ≥p+d。查表2-12得磨损系数χ=0.75。110()ddDD=0.030(400.750.25)=40.190.030011min()pdpDDZ=00.02(40.190.46)=39.7300.02③对尺寸D2=26mm刃口计算查表2-11得凸、凹模制造公差：p=-0.02mmd=+0.03mm由于maxZ-minZ=0.18mm，p+d=0.01mm，满足maxZ-minZ≥p+d。查表2-12得磨损系数χ=0.75。220()ddDD=0.030(260.750.21)=26.160.030022min()pdpDDZ=00.02(26.160.36)=25.8000.02（3）弯曲凸、凹模尺寸计算因为不能用施加侧向压力进行校正，故采用减小弯曲凸、凹模间隙来减小回弹。凸模的圆角半径与零件的弯曲半径相同，pR=2.5mm；凹模圆角半径取DR=5mm；凸、凹模单面间隙取Z∕2=0.9t=2.7mm。对于工件尺寸860-0.87mm，取弯曲凸、凹模的制造公差IT7和IT8级，查公差配合表得d=0.054mm，p=0.035mm。则+0.054d0=86-0.750.87B（）=+0.054085.35mm0p-0.035=85.35-2.7B（）=0-0.03582.65mm其工作部分尺寸如图3所示：8图3工作部分尺寸（4）孔心距的计算由于该工件需要冲制两个孔，故其孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证，由于凸凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取在中心距的中心点上，按双向对称偏差标注，可按下式计算。min11()28ddLLT式中dL——凹模孔心距的尺寸，公差取工件公差的1/4即dT=14；minL——工件孔心距的最小极限尺寸；——工件孔心距公差。带入数据得到dL=370.01mm3、压力中心计算因为该工件是轴对称零件，所以其压力中心在对称轴上，计算压力中心时，只需要考虑如图4所示X方向的值。9XlXlXlXlXlXlXlXlllllll1122334455667701234567280.840.25214.8487.924095.84671844280.8214.840618≈51mm图4压力中心4、模具总体设计及主要零部件设计4.1模具零件结构的确定（1）凹模结构尺寸的确定。凹模外形尺寸主要包括凹模厚度ah、凹模壁厚c、凹模宽度1B和凹模长度1L。凹模厚度尺寸的确定查模具设计和制造表2-15凹模厚度修正系数K=0.35,凹模厚度尺寸ah=Kb=0.35×95.84mm=34mm凹模壁厚c=（1.5~2.0）ah，可取c=55mm左右凹模宽度1B=l+2c=（40+2×55）mm=150mm,设计使取1B=200mm。凹模长度尺寸的确定。根据排样图，凹模长度1L=步距+2c，1L=（99.84+2×55）mm=209.8mm，设计使取1L=250mm。（2）凸模结构尺寸的确定。凸模长度尺寸与凸模固定板和推件板的厚度有关。10凸模固定板的厚度取1H=20mm。推件板的厚度取2H=30mm，自由尺寸与修模量及进去凹模深度总计A′取为7mm。凸模长度2L=1H+2H+A′,可取2L=（20+30+7）mm=57mm（3）凸、凹模的尺寸的确定。根据模具的具体情况，凸、凹模的厚度选取54mm。凸、凹模的外刃口尺寸按凹模刃口配制，并保证间隙0.46~0.64mm。4.2模具其他零件的选择模架选用中等精度，中小尺寸冲压件的对角导柱模架，从右向左，操作方便。上模座板：L×B×H=250mm×200mm×50mm（GB/T2861.3-81）下模座板：L×B×H=250mm×200mm×60mm（GB/T2861.8-81）导柱：d×L=32×215mm（GB/T2856.2-81）导套：d×L×D=32mm×120mm×48mm（GB/T2856.1-81）垫板：15mm卸料板：12mm在确定模具闭合高度之前，为使模具正常工作，模具闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应，应