修边冲孔模设计标准论文

邢台职业技术学院毕业论文

邢台职业技术学院毕业论文

安装横梁修边冲孔模具设计研究

班 级 ：模具132班 姓 名 ：李美佳 学 号 ：130003040202 指导老师 ：于锁清 日 期 ：2016-5-27 专 业 ：模具设计与制造

第 1 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

绪论

21世纪的今天,中国凭借丰富且廉价的人力资源、庞大的市场及其它许多有利条件，已成为承接工业发达国家模具业转移的良好目的地。随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐增加，中国模具已经与世界模具密不可分，中国模具在世界模具中的地位和影响越业越重要。据相关专业人士分析，未来十年，中国模具工业和技术的主要发展方向将主要集中在以下几个方面：

(1)模具结构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高。由于成型零件日趋大型及高效率生产所要求的一模多腔，使模具日趋大型化；随着零件微型化和模具结构发展的要求，今后模具加工的精度将更小，这必将促进超精密加工的发展。 (2)CAD/CAE/CAM 技术在模具设计制造中的广泛应用。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计的制造系统(CAD/CAE/CAM)，发展高精度、高寿命模具和简易模具(软模、低熔点合金模具等)制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。模具制造是设计的延续，推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要求。实践证明，模具CAD/CAE/CAM技术是当代最合理的模具生产方式，既可用于建模、为数控加工提供NC程序，也可针对不同的模具类型，以相应的基础理论，通过数值模拟方法达到预测产品成型过程的目的，改善模具结构。从CAD/CAE/CAM一体化的角度分析，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM协同作业，以充分发挥各单元的优势和功效。因此，应大力进行高端辅助设计制造软件的培训、推广和应用。 (3)快速经济模具技术的推广应用。快速模具制造及快速成型技术是在近两来迅速发展起来的，并正向着高精度、更快捷的方向发展。与传统的模具技术相比，该技术具有制模周期短、成本特点，是综合经济效益较显著的模具制造技术。近年来快速模具制造商投入了很大的人力和物力，对各种模具的快速制造工艺进行研发，对传统的快速模具制造技术进行改造，嫁接了先进的RP及NC技术，有效满足一些高精度、高寿命模具的生产需求。

(4)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。模具标准件应进一步增加规格、品种、发展和完善销售网络，保证供货速度，为客户提供交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低的优质模具标准件。 (5)开发优质模具材料和先进的表面处理技术。模具材料是模具工业的基础，制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。当前，国外模具材料系列日趋完善与细化，国内开发的高级优质模具钢品种虽然不少，但推广应用不足，每年所需约70万吨模具钢还要有相当一分进口。

模具表面处理技术对模具的制造精度、模具的强度、模具的寿命、模具的制造成本等有着直接的影响。稀土表面工程技术和纳米技术表面工程技术的出现进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。同时处理技术由大气热处理向真空热处理发展。

(6)冲压成形技术将更加科学化、数字化，可控化。科学化主要体现深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理念、失稳理论与变形程度等对成形过程、

第 2 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

产品质量、成本、效益的预测和可控程序。数字化主要体现在应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压方案。

(7)成形过程的数值模拟技术将在实用化方向取得很大的发展，并与化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂开关零件成形，从而真正进入实用阶段。(8)注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。

(9)对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便宜从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。

(10)冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、修改化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统(FMS)、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。

第二章工艺分析

1工艺分析

成形需要拉延——修边冲孔——整形——冲孔4道工序来完成，现主要介绍修边冲孔模的设计。图1为拉延后图，图2为修边件 零件材料为Cr12MoV，精度IT12级，修边冲孔模寿命要求35万次。

图1 图2

零件属于普通零件，形状复杂。但设计模具时应注意一下几点： (1)零件有26个孔，26个凸模如何安装。

（2）孔比较小，凸模较细，冲孔是凸模的强度如何解决。 (3)横梁形状比较复杂，修边的边界和废料刀如何选择。 通过查相关资料，初步确定相应的解决方案如下：

（1）冲孔凸模与上模座采用螺栓连接，并于修边凹模一同安装在上模座。 （2）修边凸模与下模采用定位键定位并用螺栓连接用UG软件完成：具体加工采

第 3 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

用UG加工模块进行编程加工。

1.1 冲裁力的计算

1.1.1 无剪切角时的冲裁力P： P=L*t*б P=2475*55*0.2=272250KN

1.1.2 薄板的修冲,落料模凹模及废料刀部结构

料厚1.2＜t＜2.5 时

1.1.3 切刃侧压力N：约为冲裁力P的1/3，即N=P/3=L*t*б/3=272250/3=90750KN

b

b

（N）

1.2 推件力

推件力Ps根据板厚、形状的不同而变化，一般为冲裁力的4～20%，如冲裁间隙为板厚的10%以下时，推件力将增大。

t≤2mm： Ps=0.05P（形状简单）； Ps=0.06P（形状复杂）； t=2～4.5mm： Ps=0.07P（形状简单）； Ps=0.08P（形状复杂）； t≥4.6mm： Ps=（0.10-0.20）P ；

所以P为冲裁力。PS=272250*0.6=163350KN

压料力一般为5% P，外板或制品斜度较大时最小10% P。 P=272250*0.5=136125KN

压料力

1.3 卸料力

卸料力因料厚、形状等的不同而各异，一般取冲裁力的2～8%。P卸料力=136125KN

2冲裁间隙

2.1间隙选取原则

落料尺寸取决于凹模尺寸（基准侧），间隙取在凸模上。 冲孔尺寸取决于凸模尺寸（基准侧），间隙取在凹模上。

第 4 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

2.2间隙值的选取

板厚t 间隙C 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.5 0.030 0.035 0.040 0.045 0.060 0.070 0.080 0.090 C/t 5% 5% 5% 5% 6% 6% 6% 6% 板厚t 间隙C 1.6 1.8 2 2.2 2.5 2.6 2.9 3 0.112 0.126 0.140 0.154 0.200 0.208 0.247 0.255 C/t 7% 7% 7% 7% 8.0% 8.0% 8.5% 8.5% 板厚t 间隙C 3.5 4 4.5 5 6 7 8 10 0.315 0.360 0.428 0.475 0.600 0.700 0.800 1.000 C/t 9.0% 9.0% 9.5% 9.5% 10.0% 10.0% 10.0% 10.0% 经查表得：C=0.140 c/t=7

第三章模具零件设计

1压料芯的设定（压料芯）

1.1决定的要素

压料芯在模具中的主要作用是冲程时把材料压在凸模上，修边时防止材料变形，回程时压料芯得到弹簧的反作用力而退料，并帮助送料导向和保护凹模。 使用顶销等强制废料落下及防止板件错动的机构时，确定压料芯一定要比顶销提前min5mm压料。压料芯安装尺寸要考虑凹模有4-6mm的刃磨量，压料芯应根据工件形状制作，型孔与凹模的配合为H7/h6或H8/f7.

压料芯具有卸料与压料的双重作用，多用于冲制薄料，使零件的平面度提高，借助弹簧装置卸料，常兼作压边、压料装置或导向。压料芯平面外形尺寸与凸模尺寸相同，厚度取凸模的0.6-0.8倍，压料芯雨凸模的双边间隙根据冲件的料厚确定，一般取0.1-0.3mm（料厚时去最大，料薄时取最小）

1.2压料芯的导向

a. 利用导板导向 b. 利用导柱/导套导向

第 5 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

c. 利用刃口导向

1.3压料芯的示意图

1.4卸料装置

简易模等冲孔模有时使用橡胶或聚氨酯退料板，但只适用于平面退料。型面相对平缓的斜楔冲孔时，也可用聚氨酯压料。本此设计中用的聚氨酯压料：

2凸模

2.1凸模材质

凸模材质的选定是依据产量、零件板厚、形状及其它条件来决定：

选定条件 凸模形式 整体堆焊 材质 基体： 碳素钢 35 结构钢 Q235-A 纵式镶块 HT+钢镶块 灰口铸铁 HT250 HT300 主要用于外板 产量/月 零件板厚 零件形状、其它 一般使用 断面变化小 依据焊接棒的开发来使用 第 6 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

横式镶块 HT+钢镶块 整体钢板 CrWMn Cr12MoV 铸造合金 7CrSiMnMoV 铸CH-1（火焰淬火）

其它 只用于内板 断面变化小 小件、断面变化小 用于落料模（板材） 2.2 刃口相关尺寸

a. 铸造结构

整体铸造镶块的刃口部位背空在模具图中不用设计出。

第 7 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

b. 钢件结构

锻件镶块、铸造小镶块和废料刀的刃口部位背空在模具图中直接设计出来。

冲大孔的凹模刃口部位参考上述背空详图制作，直径大于100mm的冲孔凹模的背空可以不设计出，直径小于等于100mm的冲孔凹模的背空在图纸中设计出（背空刀直径为34mm）。

c. 凸模强度弱的部分局部镶块，以增强修边刃口强度：

2.3 凸模分块原则

a. 在结构可行的情况下，凸模分块尽量少； b. 凸模整体铸造困难时，可分成若干大块；

第 8 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

2.4 工作表面和让开

b. 凸模的让开 a. 凸模的工作表面

凸模设计图：

2.5 制件定位

a. 当修边长度较长时，采用局部形状 定位，其余部分让开：

第 9 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

b. 一般采用废料刀部定位，但浅拉延件难以定位时，可采用如下定位：

3凹模

3.1 凹模形式和材质的选定

凹模形式和材质的选定是根据产量、零件板厚、形状及其它条件来决定，见下表：

凹模形式 整体形式 堆焊刃口 材质 CH-1 T10A Cr12MoV （合金工具钢） 基体：碳素钢 35# 灰口铸铁 纵式镶块 HT300 基体：HT250 镶块：T10A 横式镶块 CrWMn Cr12MoV 平面形状修边线变化小时 平面形状变化大、 断面形状变化小时 平面或断面形状变化大时 选定条件 产量/月 零件板厚 零件形状、其它 用于落料模 断面形状、高度变化不大时 第 10 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

铸造合金

WST2363 ICD ZCH-1 2601 其它 3.2凹模镶块的标准结构

a. 钢件结构：

W≥ 1.2×H

H≥ 40

t<1.6以下： M12×50,Φ12×50 t≥1.6以上： M16×60,Φ16×60

b. 铸件结构：

凹模高度H：50≤H≤200；凹模宽度W：W≥1.2×H； 凹模长度L：250≤L≤400 一般取300 筋位置：40≤a≤60； b≤200 H≤80时不设加强筋。

第 11 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

M16×60 Φ16×60 4凹模的分块

4.1分块线与刃口线夹角应在70-110°范围，尽可能垂直 4.1.1凹模的分块线与凸模分块线应错开10mm以上。

4.1.2在后

序伸长翻边，收缩翻边明显的地方不要分块。

4.1.3在对称部分对刀困难时不分块

第 12 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

4.1.4在平面形状的直线部位进行分块，以方便制造。当θ和拐角R小时，在离

开R的终止点10mm（如图）以上的直线部进行分块。重量以15-20㎏为标准，以30kg为最大；长度以200-300mm为标准，以500mm为最大。

5镶块座的台阶结构：

a. 刃口镶块座的台阶原则上取水平；

第 13 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

b. 在横向的推力小时，断面上的 修边线接近直线时，刃口镶块 的台阶也可以为斜面。

c. 有时还可以用台阶给镶块定位

镶块定位面 拼装基准块 5.1镶块安装部位的结构

5.1.2周圈修边时，原则上镶块角部相邻两方向的挡墙距离能保证Φ63的铣刀铣

到位。

5.1.3周圈挡墙不利于钳工对研调整，应设置挡键，以便于调整。

a. 镶块总长度和宽度都小于1.2m时，加4个挡键。(图1，图2) b. 镶块总长度和宽度都大于1.2m时，四角8个挡键。（图3） c. 镶块长度大于1.2m，宽度小于1.2m时，四角6个挡键。（图4）

图1 图2 第 14 页 共 29 页 加定位键 图3 邢台职业技术学院毕业论文

6、废料刀

6.1工作结构示意图：

6.2废料刀的结构

6.2.1 为解决修边模废料刀处的废屑问题， 下模刀块和废料刀之间留出1mm的间隙， 以便废屑落下。

6.2.2 废料刀部与修边线随型部分长度减小至8mm。

第 15 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

① 修边线为凸：

6.2.3 在装配侧修废料刀时，废料刀与铸件距离过近，铸件变形后与模座发生干涉，导致无法安装废料刀, 在设计阶段，按下图所示设计。

下模镶块侧修刃口尺寸

a部详图

第 16 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

下模废料刀与下模镶块让位示意图

8.3 废料刀的设置原则：

a. 考虑到废料滑槽安装，废料刀应取足够的高度； b. 应考虑紧固螺钉的头部不妨碍废料滑出；

c. 考虑到废料的大小、流出，加强筋应尽可能取在内侧； d. 保证废料排出通畅，要考虑废料各向翻转都能顺利落下。 e. 模具料厚t≥1.2mm时，废料刀必须设置挡墙。

9、废料处理

9.1 注意事项：

a. 必须确认废料滑到模具外还是压床工作台外； b. 废料以每一次冲裁落下为原则；

c. 模具内废料滑槽倾角：滑道≥25°，有条件的做30°，滚道≥15°； 小孔废料滑料角度＞25°，如有条件尽量加大到30°以上；

因闭高及送料高度等原因无法达到角度要求的，在20°～25°之间的需要预留废料

第 17 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

搬运装置的安装位置及气路过线孔，20°以下的使用废料搬运装置； d. 手工线模具安装滑槽高度不够时，可考虑使用废料盒；

e. 当要求废料滑出压床工作台面时，废料滑槽应为二级可拆式；二级滑道角度≥15°；

f. 废料刀处必须有足够的高度，以便安装滑槽；

g. 废料要处理得安全，并能从模具里有足够的空间滑出来； h. 各种废料斗的开口部分（接口部）尺寸要注意规范 i. 废料不能自由下落时，应采取强制下落措施。

10 废料滑槽的设计

滑料板设计备料时采用材质为SPCC,板料厚度为2.3mm，当滑料角度小于20度时，滑料板上增加滤油网板。 10.1废料流出模具外：

10.2废料流到机床前侧：为确保操作者的场地，按下图处理

第 18 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

10.3外周废料滑槽： a. 前后方向

b. 侧向（左右方向）

为了防止废料超越滑槽侧壁立边飞出，可在侧面安装防护板，安装板可以安装在下模，也可以安装在上模，但防护板的高度尺寸也不能太高，不能高于废料20mm,滑槽侧壁应该距废料断点尽量远些，其间隙不得小于50mm,但一级滑槽不得低于50mm，二级不得低于50mm。

第 19 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

防护板

c. 考虑模具铸件形状对废料滑槽的影响。

第 20 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

筋的设置要便于滑槽的安装

d.外部滑槽，无论在展开还是合上时，均不得与吊耳或起重棒干涉，如下图所示。

第 21 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

避免废料滑槽与起重棒干涉

e.废料滑槽要避免与模具紧固螺栓和快速定位销干涉，如下图所示。

避免废料滑槽与紧固螺栓和定位销干涉

10.4模具内的废料滑槽

第 22 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

a. 废料滑槽宽度的确定：

废料滑槽的宽度大于废料的最大长度，避免废料在滑道中卡住。按废料流向及废料长度确定滑槽宽度尺寸。

注：图中箭头方向表示废料的方向。

b. 滑槽的宽度大于废料的最大尺寸。 c.多个废料滑出时避免干涉。 d. 滑槽安装要方便、可靠。

第 23 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

e. 当废料距离模具边缘比较远，且受送料高度的影响下，既要满足足够的滑料空间P，同时也要保证足够的角度θ2滑出机床外，可参考此种结构设计。

11.冲孔凸模与固定座

11.1 圆形冲孔凸模的安装

a. 球锁快换式固定座固定

（板厚≤1.2mm且冲孔直径φ≤8mm使用，具体数值参照技术协议）； b. 凸肩式固定座固定（不能使用球锁快换式的场合）,需要附带垫板。

11.2 异形冲孔凸模的安装

有以下四种安装方式

a为标准型，b、c、d为非标型。

需保证螺钉沉孔距边界最小距离10mm，距孔最小距离10mm，不能保证时也可5mm。

第 24 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

11.3 凸模安装座

a. 与上模座铸成一体（孔密集并预料不到孔位置变更时）：

安装座的高度H和宽度a的关系： H≤4a-100

但a的最小值为50mm，也可以利用三角筋加强。

可以预料孔位置变更（通过设计更改）及修正时，固定座应尽可能宽。

b. 分体式（可以预料到孔位置更改及设计更改修正时）：

11.4 冲孔凸模刃口对间隙有困难时，要考虑零件形状和冲孔位置等，并且要考虑以下结构：

a. 为使钳工调整间隙方便，要在靠近凸模用的侧面尽量设计铸造孔；

第 25 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

b. 在冲孔凸模附近的凹模镶块设计时考虑采用工艺垫板，保证钳工最小操作空间100mm；

c. 必要时，可使用安装凸模用的辅助接板；

d. 长圆孔、异形孔等，凸模固定座尽量单个设计。

11.5 倾斜面冲孔

11.5.1 冲孔孔径与最大倾斜角：

第 26 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

11.5.2 冲孔凸模形状：

11.5.3 刃口切入量：孔径>φ6取3～5mm，孔径<φ6取3mm； 11.5.4 冲头直径的设定：

a. 用直径d的冲头在斜面倾角θ料厚为t的板料上冲孔，实际冲孔尺寸

D=d/cosθ-t*tanθ；

b. 斜面与冲压方向夹角不超过7°，冲头直径与产品图要求一致；

c. 倾斜角度超过7°时，有必要要求孔径精度时，就需要进行孔径的预定，在研究孔的用途的基础上，决定用与不用。如要保证加工后的孔呈圆孔，需要把冲孔凸模和凹模变成椭圆，椭圆冲头长、短轴直径分别为D和d=（D+t*tan

第 27 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

θ）*cosθ。 11.6 冲头的选用

1）一般冲头选用标准长度80mm。

2）一般当孔径d＜Φ8时，选用球锁紧凸模(具体数值参照技术协议)。

3）异型孔选用时须注意，即使孔是对称的选用的标准冲头的止动面不一定相同4）正冲孔和侧冲孔时，冲头标准件选用顶料型凸模

侧冲孔

第 28 页 共 29 页

邢台职业技术学院毕业论文

第 29 页 共 29 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/coi6.html