1、沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算垫片 34 复合模 CAD 设计沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算第 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 c1.5t 要求。（ 1.5t=1.5）5.17.2408c（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 IT12IT11 级，所以尺寸精度满足要求。沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算（2）冲裁件断面质量 因为一般用普
2、通冲裁方式冲 1mm 以下的金属板料时，其断面粗糙度 Ra 可达12.53.2 ，毛刺允许高度为 0.050.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太m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
3、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2.1.2.2 搭边查参考文献1 ，确定搭边值 ， 。ab当 t=1 时，a=2，b=1.5沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算2.1.2.3 条料宽度B=D+2a=80+2*2=84mm2.1.2.4 材料利用率 nASB式中 一个歩距内冲裁件数目； A冲裁件面积（包括内形结构废料） ；nS歩距长度； B板料宽度；取
4、：n=1; A=*40=5026.55；S=81.5 ；B=84=5026.5581.5*84=73.4沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算72.2 冲压力及压力中心的计算2.2.1 计算冲压力2.2.1.1 冲裁力冲裁力公式为 落孔 P式中 冲裁力；P冲孔冲裁力；孔落料冲裁力。落2.2.1.2 冲孔冲裁力 孔PtnKL孔孔 式中 K系数（取 K=1.3） ；孔的个数，n=3。n冲孔周长， mm孔L6.125401dL孔mm72孔材料厚度，tmt材料抗剪强度，查参考文献2知 LY12， 320MPa，取 280MPa。30=61253.4=61.25KN317.523016.25.121
5、P孔2.2.1.3 落料冲裁力 。落tKL落落mm 3.25180D落所以 98.02KN.73.251. 落P2.2.1.4 卸料力 。卸沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算8卸卸卸 PK式中 卸料系数，查参考文献1知 0.05，取 。卸K01.卸 03.卸K所以 KN492.803.卸2.2.1.5 推料力 推P推推推 PnK式中 推料系数，查参考文献1取 。推K05.卸同时卡在凹模洞孔内的件数， 。n 3所以 KN1.25.6.03推P2.2.1.6 顶件力 顶）（ 落孔顶顶 PK式中 顶件系数，查参考文献1取 。顶K06.顶所以 KN59285.610.顶P2.2.1.7 总冲压力
6、 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=181.87K56.9104.2.985.61推卸落孔推卸总 PPPN初选压力机：Jc23-35 。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。沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算8零件上包含三个尺寸：落料尺寸 ；074.8A冲
7、孔尺寸 , ；62.014B3.05位置尺寸 。15.H查得冲裁模刃口双间隙mm， mm。24.0minZ36.0maxZ1）落料刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表查得074.8，3凹。2.凸由于 ， minax5Z凸凹故采用凸模与凹模 分开加工方法，由表查得 X=0.5，则：mXD03.03.0 67945.8 ）（）（ 凹凹 Z 2.2.min 51)679()( 凸凹凸其工作部分结构尺寸如图所示：2）冲 40mm 孔刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表查得62.04，m3凹凸沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算8由于 ,minax05.Z凸凹 故采用凸模与凹模分别加工方法，由表查得
8、 X=0.5 ，则： mXd 02.02.0 31465.4 ）（）（ 凸凸 ,Zmin 5)31()( 凹凸凹其工作部分结构尺寸如图所示： 3）冲 5mm 孔刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表查得3.05，m2凹凸由于 ,minax04Z凸凹故采用凸模与凹模分别加工方法，由表查得 X=0.5 ，则： mXd02.02.0 1535.）（）（ 凸凸 Zmin 9)41()( 凹凸凹其工作部分结构尺寸如图所示：沈阳航空学院课程设计说明书 4 工艺计算86 其他零件的设计142.3.2 落料凹模结构尺寸计算落料凹模尺寸如图 5.1 所示。图 5.1 落料凹模尺寸2.3.2.1 厚度 dHhHd理
9、式中 凹模的理论厚度。理mm96.287.9013.25.025.0662 落落理 PL进一位取整数取 mm理查参考文献4知刃磨余量为 。h所以凹模厚度为 29+6 = 35mm。因为落料冲裁力 ，所以凹模厚度应小于 25mm。所以将KNP1502.98落凹模做成一块凹模板和一块夹板相拼的结构。综合模具结构设计，取凹模厚度mm，夹板厚度为 12mm。23凹H2.3.2.2 凹模板直径 dD零件外形为圆形，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。12Wd6 其他零件的设计14式中 切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时， 。1W 理HW2.1所以 mm6.1492.80dD查参考文献2按推荐值
10、取 mm50dD所以凹模板外形尺寸 32.3.3 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如图所示自lH1（0.60.8） p25.0孔孔 PLphld自式中 凸模固定板厚度；1H冲孔凸模厚度， 21mm； 10mmp 1pH2p凸模自由长度。 自l6 其他零件的设计14所以 （0.60.8） =（0.60.8） 12.616.8mm，取1HpH2114mm。1H（0.60.8） =（0.60.8）10=68mm, 取 8mm。1p 1Hmm（考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取 352hld自mm） 。5.3自所以 取 14mm1H=14+35.5
11、=49.5mm自lL=14+35=49mm自122.3.3.2 凸模强度（压应力）校核校核公式为 压孔 minFP式中 凸模最小断面积， ；minF 222in 67.013.5md凸模材料的许用压应力，凸模材料选用 Cr12MoV，查参考文献2压知， （10001600）MPa，取 1200 MPa。压 压因为 MPa2967.013minFP孔 压所以凸模强度校核符合要求。2.3.3.3 凸模刚度（细长杆失稳）校核。校核公式 孔nPEJlmaxmax式中 凸模最大自由高度；maxlE 凸模材料弹性模量，一般取 MPa；510.2凸模最小断面惯性矩，圆形断面 ；maxJ 64maxdJ支承系
12、数，无导板导向 ；2安全系数，钢取 23。nn6 其他零件的设计14代入公式得mm96.8061234.5024maxmax 孔nPEJl实际 mm40.96mm5.3自l所以凸模刚度符合要求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 确定pdHmm4621042Hh卸预自 由式中 卸料板厚度，取 mm；卸 卸凸凹模固定板厚度， （0.60.8） =（0.60.8）1 1hH凹2128mm，取 mm。35242）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 （料厚 mm） ；.72min1t本设计中 i5.072/9.3560.479n所以凸凹模壁厚
13、校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。6 其他零件的设计143）其他漏料孔直径取 ，刃口直边设计存三片料，高为 5mm，凸凹m4172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
14、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。2.4.2.2 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。2.4.2.3 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6 其他零件的设计14的
15、45%，一般取自由高度的 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ApF式中 压力；F橡胶垫横截面积；A与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表 5.1 所示。p表 5.1 橡胶压缩量和单位压力 橡胶压缩量（%）单位压力（MPa）橡胶压缩量(%)单位压力(MPa)1015200.260.500.702530351.031.522.10取 ，则22m9.16480154AMPa3.0APp卸取压缩量为 25%，预压缩量为 10%，工作行程 mm。21ts所以橡胶垫的自由高度为mm，取 14mm3.10.25sh自 由预压缩量取为 2m。预2.5.2 凸凹模固定板凸凹模
16、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6 其他零件的设计14一般取凹模厚度的 0.60.8 倍，材料为 Q23514mm凸 固 定H2.5.4 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。 y式中 凸模端面的压应力，其数值为 ；yFP模座材料下
17、雨压应力，其数值：铸铁约为 100MPa，钢约为 200 yMPa；冲裁力；P凸模上端面面积。F垫板的下载与凸模固定板一致，厚度一般取 412mm。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度 Ra0.320.63。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 mm，所以90pdD2223.7614mFNP.159805落孔所以 MPay2.76319模座采用铸铁， ，所以不用加垫板。y0y2.5.5 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 A
18、3 或（45）钢，不用热处理淬硬。取卸料板与凸凹模的双面间隙为 0.10.3mm.6 其他零件的设计14卸料板上设置 4 个卸料螺钉，公称直径为 10mm，螺纹部分为 M1010mm。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 GB2855.1181；4016下模座 GB2855.1281。52.6 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
19、）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 5maxH模 10min压力机工作台尺寸 ，一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸6385070mm，所以压力机合格，可用6 其他零件的设计15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
20、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6 其他零件的设计156 其他零件的设计15
