弯管冲孔,翻边复合模说明书

目 录

目 录 ................................................................................ 1 一、 冲压件工艺性分析 ..................................................... 3 二、 冲裁工艺方案的确定 . ................................................ 4 三、 毛坯形状尺寸和下料方式确定 ................................ 5 四、 工件的排样设计 ......................................................... 6 五、 工艺力的计算 ............................................................. 8

1. 冲压力的计算 ............................................................ 8 2. 压力中心的计算 . ....................................................... 9 六、 工件的尺寸计算 ...................................................... 11

1. 刃口尺寸计算方法 . ................................................ 11 2. 落料刃口尺寸 ......................................................... 12 3. 切边刃口尺寸 ......................................................... 13 4. 翻边刃口尺寸 ......................................................... 13 七、 主要零部件的设计 .................................................. 15

1. 冲模结构的确定 . .................................................... 15 2. 落料凹模尺寸 ......................................................... 15 3. 翻边凸模尺寸 ......................................................... 17 4. 凸凹模尺寸 ............................................................. 18 5. 定位零件 ................................................................. 18

6. 卸料零件 ................................................................. 19 7. 推件装置 ................................................................. 20 8. 固定零件 ................................................................. 21 9. 垫板 . ......................................................................... 22 10. 凸模的强度与刚度校对 . ..................................... 22 八、 弹性元件 . .................................................................. 24

1. 弹簧 . ......................................................................... 24 2. 橡胶 . ......................................................................... 24 九、 导柱导套及模柄的选用 . ......................................... 25

1. 导柱导套的作用 . .................................................... 25 2. 模柄的选用 ............................................................. 25 3. 模架的选择 ............................................................. 26 4. 模具的动作过程 . .................................................... 26 十、 冲压设备的选择 ...................................................... 26 十一、 参考文献 .............................................................. 30

一、冲压件工艺性分析

工件名称：弯管垫片 生产批量：大批量生产 材料：黄铜H68

厚度：1mm

该零件是圆形的轴对称工件，总体上结构简单，主要尺寸是内径

Φ

.

外径Φ24，精度要求一般，无特别的尺寸要求，可取为IT11级，材料厚度t=1mm，翻边的高度为2mm ，其工件的加工工艺性较好，即冲裁性较好。

黄铜H68的力学性能：

抗剪强度：τb=400Mpa， 抗拉强度：Rm=400Mpa， 伸 长 率：A11.3=15%

下屈服强度：Rel=250Mpa.

图1 工件图

二、冲裁工艺方案的确定

方案一：采用单工序模具，即先落料后冲孔，再翻边，需两套模具。 方案二：采用复合模具，即一次完成落料、冲孔、翻边工序，只需要一套模具。

方案三：采用级进模具，即先冲空、落料，再翻边，只需要一套模具。 表1 模具类型

由于这样一个工艺按单工序模具来加工，则需两个工序，即需要两套模具，两台设备，模具制造费用大，生产效率低，且不容易保证尺寸精度，操作不便，也不够安全，所以方案一不合理，若用级进模具则模具制造难度加大，工件的尺寸也不容易保证，生产效率也不高，所以方案三也不合理。而采用复合模制造冲件时，由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称，复合模的成本不是很高，制造的难度也不大，容易保证尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生产效率高，所以综合考虑，方案二比较合理。

三、毛坯形状尺寸和下料方式确定

由于该工件是圆形的垫片，最大外径是落料的直径，且生产批量大，所以为了送料方便快速，坯料可以用采料，宽度应比工件的最大直径大两个单边搭边值，两冲裁件也应留一个最小的搭边值，以保证冲裁出完整的工件，避免残缺工件的产生，提高坯料的利用率，提高生产效率和工作质量。

由于工件只须内孔翻边，则落料件的尺寸与工件的外径相等。 查表 【1】3-3 最小搭边值得出： a1=a=1.5mm

条料宽度的尺寸计算还与条料送进时模具上有无侧压装置及是否有侧刃有关，本套模具中没有侧压和侧刃装置，则条料宽度的计算公式为：

条料宽度：B=D+2a=24+2*1.5=27mm 送进步距：S=D+ a1=24+1.5=25.5mm

四、工件的排样设计

图2 排样图

排样和材料的利用率

在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好的确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。

一般的冲裁时产生的废料分两种，一种是冲孔的废料和材料尾部条料，这种废料的产生与排样无关，而只与零件的结构有关，称之为结构废料，另一种是料头、前、中、侧面的搭边，与搭边选用及工艺方法有关，称之为工艺废料。所以要提高材料的利用率就要合理排样，尽可能地减少工艺废料。

因为是圆形毛坯，选择有废料的单排排样，采用手工送料。

有表 [2] A-7冷扎黄铜板的规格及材料尺寸的综合考虑，选用600*1200（mm ）的板料规格。

条料纵裁600/27=22.2条 （取整）

每条零件个数 (1200-a1)/s=(1200-1.5)/25.5=47 零件总个数 n=22*47=1034（个） 则总的材料利用率为：

η 总 =（NA/LB）*100%=[（1034*452.4）/（1200*600）]*100%=64.97% 式中 N 为一张板料上冲裁件的总数目，单位为个； A 为一个冲裁件的实际面积，单位为mm2 L 为单料板长度，单位为mm ； B 为板料宽度，单位为mm 。

若考虑结构废料：

利用率为 （1034*298.46）/（1200*600）=42.86%

五、工艺力的计算

1. 冲压力的计算

（1）落料力 F 落=kl1tτb

式中，k 为安全系数，一般取1.3； L1为剪切长度，单位为mm ； T 为板料厚度，单位为mm ； Τb 为板料的抗剪强度，单位为MPa 则 F 落=1.3*3.14*24mm*1mm*400MPa ≈39.19KN

（2）卸料力

F 卸=K卸*F落

式中，K 卸为卸料力系数，查表3-8[1],K卸=0.02； 则 F 卸=0.02*39.19KN=783.8N

（3）切边力

F 切=1.3L2tΤb =1.3*3.14*14*1*400 =22.86KN

（4）顶件力

F 顶=K顶*F切

式中，K 顶为顶件力系数，查表3-8[1],K顶=0.03 K 顶=0.03*22.86=685.8N

（5）翻边力

此模具翻边凸模的工作部分为圆锥形，且翻边时无预制孔，所需翻边力要比预制孔的大1.13~1.75倍。取1.2倍，则

F=1.2F翻

由F 翻 =1.1π（Dm -d0）t0σs

式中，Dm 为翻孔后竖边的中径，单位为mm ； D0为预制冲孔孔径，单位为mm ； t0为毛坯厚度，单位为mm ； σs 为材料屈服强度，单位为MPa 。 则 F 翻=（1.1*3.14*15*1*250）KN =12.95 KN F=1.2*12.95 KN =15.54 KN

（6) 推件力

F 推=nK推F 切

式中 K 推为推件力因数，查表3-8[1], K推=0.03, N 为工件在凹模内的个数，n=h/t=2 则 F 推=2*0.03*22.86 KN =2057.4N

总的冲裁工艺力F 总

① 采用刚性卸料装置和下出料方式出料时，总的冲裁工艺力为： F 总=F+F推

② 采用弹性卸料装置和上出料方式时，总的冲裁工艺力为： F 总=F+F卸+F顶

③ 采用弹性卸料装置和下出料方式时，总的冲裁工艺力为： F 总=F+F卸+F推

而本零件拟采用弹压卸料和上出料的模具，所以:

总的冲裁力 F 总=39.19KN +22.86KN +15.54KN +0.78KN +0.69KN =79.06 KN

2. 压力中心的计算

压力中心是指冲压合力的作用点。为使冲模能平稳工作，冲模在压力机固定时，必须使其的压力中心通过模柄中心并与滑块的中心线重合，否则模具将受到偏裁，造成凸凹模之间的间隙分布不均，导向零件加速磨损，模具刃口及其他零件损坏，甚至会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。因此必须计算压力中心，并在模具安装时，使其通过模柄中心并滑块中心线重合。

由于本零件为形状对称的冲裁件，其压力中心位于冲裁轮廓的几何中心上，

不需要计算，如图所示：

0点即为该工件的压力中心。

图3 压力中心图

六、工件的尺寸计算

1. 刃口尺寸计算方法

刃口尺寸的计算方法与模具的加工方法有关。模具加工方法通常有分别加工法（互换加工法）和配合加工法两种。

表2 两种模具加工方法比较

表3 分别加工法模具刃口尺寸计算公式

表中D ，d 为落料，冲孔工件基本尺寸，单位为mm ；

D p

，d d 为落料

d

凸、凹模刃口尺寸，单位为mm ；p 、d d 为冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位为mm ；

∆为工件公差，单位为mm ；X 为磨损系数，C C min 为最小合理间隙，单位为mm ，

max

为最大合理间隙，单位为mm ，

δp

、δd 为凸、凹模制造公差。

2. 落料刃口尺寸

落料模设计时，以落料凹模刃口尺寸与冲件尺寸基本一致，作为设计基准尺寸，凸、凹模间隙靠减小凸模刃口尺寸得到。由于模具在冲裁过程中不断被磨损，致使凹模刃口尺寸逐渐增大，故设计时，应选用接近或等于工件的最下极限尺寸作为凹模刃口尺寸。

查表3-17[3],落料冲孔模刃口始用间隙，得 Zmin=0.13， Zmax=0.16 工件的未注公差尺寸按IT11级计算。 落料凸、凹模的制造公差由表3-25[1],查得：

δd =+0.01mm，δp =-0.007mm

查表3-25[1],查得：

磨损系数x=0.75 校核

Z max

δd

+

p

=0.017

-Z min =0.03

则落料模刃口尺寸为：

+δd +0. 01

D d 00 =（D-X ∆）=（24-0.75*0.13）mm

=23.90

+0. 01

mm

D p

D Z -δp d min =（-）=（23.90-0.13）-0. 007mm

-0. 007

=23.77mm

3. 切边刃口尺寸

+0. 114mm ，尺寸精度为IT11级 φ0冲压工件切边部分尺寸为

查表3-17[3]，得 磨损系数x=0.75 校核 ：

Z max

δd

+

p

=0.017

-Z min =0.03

则切边凸、凹模采用分开加工方法 切边模刃口尺寸：

d p =(d +X ∆) 0-δP

=(14+0.75*0.13)

-0. 007

-0. 007

mm

=14.10mm

mm

+δd +0. 01

d d =(d p +Z min ) 0=(14. 10+0. 13) 0

+0. 01

=14.23mm

4. 翻边刃口尺寸

由于是内孔翻边且有尺寸精度要求，尺寸精度由凸模保证，故设计基准尺寸应以凸模为基准，凸、凹模间隙靠加大凹模刃口尺寸得到，凸模在工作过程中也不断的磨损，故设计时，应选用接近或等于工件的最大极限尺寸作为凸模刃口的设计尺寸。

为避免弹性卸料和推件装置的行程过大，翻边凸模设计为圆锥形凸模，其锥角取90°，推件块还有压边的作用，故翻边凸模不需要台肩。

由于翻边凸模的直径：

D =14. 10-0. 007mm P

翻边凸模，凹模之间的单边间隙C 查表6-2[1]，可得 C=0.85mm 翻边凹模尺寸：

+0. 01

D =(D +2C ) mm d P 0

=（14.10+2*0.85）

+0. 01

+0. 01

mm

=

15. 800mm

七、主要零部件的设计

1. 冲模结构的确定

首先我们之前已经确定这是一套复合膜。分析这个冲件可知。它是一个简单的圆形且是轴向对称的冲件，而且最大直径可直接通过落料得到，内部需要同心冲孔和翻边，而内孔的冲裁又会产生废料，所以总体上应将落料的凹模固定在上模座上。而冲孔的凹模固定在下模座上，这样先完成落料，再随着模具的继续动作完成冲孔和翻边，而冲孔和翻边产生的废料可以通过与冲孔凹模相同的瞳孔直接排出模具外。又由于条料只有1mm 厚度，比较薄，而且冲压件较小，质量要求一般，属于普通冲裁。所以可以用弹性卸料装置进行卸料，同时可以利用弹性装置来实现冲裁前凹凸模与卸料板的压力来完成压料动作，以保证工件的平整度。又由于毛胚料的形式送进模具，生产量又大，所以可用两个导料销和一个挡料销来完成条料送进时的形式送进时的正定位和均匀正确的送料步距，同时由于冲件的结构比较简单，尺寸精度要求一般，而且是大量的生产，应尽可能的提高模具的使用寿命，可以用导柱和导套配合的形式来完成正确的冲裁定位。

表4 正、倒装符合冲裁模的特点比较

2. 落料凹模尺寸

在落料凹模内部，由于要设置推件块，所以凹模采用直刃口结构，根据零件的料厚查表3-30[1]得其直刃口高度为6mm, 为保证凹模强度，直刃口高度取

10mm 。根据零件刃口形状，决定凹模外形采用圆形整体式。

查表1-1-40[40]得

凹模高度 H=22mm 凹模壁厚 C=30mm 凹模直径 D=D0+2C=89.90+0.01 0mm

查表5.1-5[6]得凹模尺寸为：100*40 JB/T7643.1 具体尺寸如图:

图4 凹模尺寸

材料:Cr12，热处理硬度:60~64HRC

3. 翻边凸模尺寸

图5 翻孔凸模尺寸 材料Cr12，热处理硬度58~62HRC

4. 凸凹模尺寸

图6 凸凹模

材料Cr12，热处理硬度60~64HRC

5. 定位零件

冲模的定位装置用以保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置。定位零件分两类：一类是在送料方向垂直方向的定位，即送进导向，另一类是要送料方向上定位用来控制送料进距。在本套模具中，导料装置和挡料装置均采用销钉的形式，共三个。其中两个作为导料销压装在凹凸模的一侧，另外一个作为挡料销压装载凹凸模上与送料方向一致的前方，其销头高度为(t+1)mm，即2mm. 具体形状尺寸如下图:

图7 挡料销

材料：45钢， 热处理：硬度43~48HRC

6. 卸料零件

卸料板的形式较多，本套模具采用弹压卸料板的形式，它的作用是除了把板料从凹凸模上卸下外，还祈祷压料和导向的作用。这里的卸料板与凹凸模相配的导向孔其尺寸公差与凸模的配合要求，与被冲工件的材料厚度有关。冲件厚度在0.8 ~3mm之间时配合为h6/H7

卸料板的厚度查表得：H=6

卸料板孔与凸模的单边间隙查表取:C=0.1mm 卸料版导向孔高度(3 ~5)mm

卸料螺丝钉直径d1处的l 最小值为： 铸铁模座为d ，钢模座为0.75d 卸料板与卸料螺钉的结构尺寸如下：

图8 卸料板

卸料螺钉选用圆柱头内六角卸料螺钉 M8x80 JB/T 7650.6-1994 卸料板材料取Q235，淬火处理，硬度值为（56~62）HRC 。 卸料螺钉材料取45钢，热处理，硬度值（35~40）HRC 。

7. 推件装置

推件装置的作用是顺着冲压方向推出卡在凹模孔内的制件或废料，根据推件力的来源不同分为刚性装置和弹性推件装置。

在本套模具中采用弹性推件装置，弹性推件装置由弹性元件和推件块组成。与刚性推件装置的不同是其推件力来源于弹性元件的被压缩，因此推件力不大，但出件平稳无撞击，同时有压料的作用。从而使冲件质量较高，多用于冲压薄板以及工件精度要求较高的模具。弹性推荐装置各组成零件的设计方法参考刚性推荐装置。

推件块是从凹模孔内推出制件或废料的零件，常见结构如图所示：通常安装在落料凹模和冲孔凸模之间，并能做上下的相对滑动。在模具开启时要求其下端面比凹模的孔型决定，内孔由冲孔凸模的外形决定，落料凹模的刃孔采用H8/f8的间隙配合。推件块的高度H 应等于凹模刃口的高度h 加上台阶的高度h ’和

0.3 ~0.5mm的伸出量，其中台阶的作用是防止模具开启时，推件装置由于自重而掉出模具，其值由所推件尺寸大小决定。

图9 推件块

推件块材料为：45钢； 热处理：硬度值为：（43~48）HRC

8. 固定零件

图10凸凹模固定板尺寸

9. 垫板

垫板设在凸、凹模与模座之间，承受和分散冲压负荷，防止上、下模座呗压出凹坑。

实际使用时模具中是否要设置点半可按下式校对： σ=F/A

式中，σ为凸模施加给模座的单位压力，单位为MPa ，F 为凸模承受的冲压力，单位为N ；A 为凸模的最小截面积，单位为mm2。

图11 垫板

10. 凸模的强度与刚度校对

一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，不需要进行校对，但是当凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较大，或结构需要凸模特别细长时，则应进行承压能力和抗纵向弯曲能力的校对：

1) 压应力的校对，凸模承压能力按下式校对：

Amin ≥ F/[σ压]

式中Amin ——凸模最小截面的截面积（mm2）； F ——冲裁力（N ）；

[σ压] ——凸模材料的作用压应力（MPa ）, [σ压]的值取决于材料热处理和冲模结构等，如T8A 、T10A 、Cr12MoV 、GCr15等工具刚淬火硬度为58～62HRC 时，取1000～1600MPa ，当有特殊导向时，可取2000～3000MPa 。

Amin=16.66 mm2 ≥ F/[σ压] = （15.54*103）/2000 由此可得，凸模承压能力符合标准。 2）弯曲应力的校对

凸模的抗弯能力，根据模具结构特点，可分为无导向装置凸模和有导向装置凸模两种情况

无导向装置的圆形凸模长度应满足： Lmax ≤ 95*d2 / √F 非圆形凸模长度应满足： Lmax ≤ 425 *√I/F 带导向装置的圆形凸模长度满足： Lmax ≤ 270*√I/F

带导向装置的非圆形凸模长度满足： Lmax ≤ 1200*√I/F 式中

Lmax ———凸模最大长度（mm ） D ————凸模最小直径（mm ） F ————冲裁力（N ）

I ————凸模最小横截面积的惯性矩（mm ） 由此可知

Lmax ≤270*14.102/(√15.54*103) 满足要求，所以符合凸模的长度的设计

八、弹性元件

1. 弹簧

该模具选用强力弹簧，强力弹簧由异型截面积钢丝绕制而成，与圆截面钢丝弹簧相比，异形截面弹簧具有体积小，变形量大（13%——14%），承载能力强的特点，因此习惯称为强力弹簧。弹簧选取后，当弹簧高度h0与中径Dm 之比>2.6时，要合理设计安装窝座或心轴，或两者并用，与弹簧接触的窝座底部要加工平整，不能带有锥度，弹簧安装时在无心轴且平底孔的情况下，孔的深度至少需要相当于弹簧的两周，安装的有心轴，则心轴长度必须大于弹簧高度，每件强力弹簧都涂有颜色，起保护作用和便于识别、更换。

查表5.3-15【6】得：

选用F 组弹簧：D=30.5mm，D1=17.5mm，h0=40mm，hj=10mm

2. 橡胶

聚氨酯弹性体是一种优良的弹性元件材料，其特点是弹性大，硬度高，常将其制成带孔或不带孔的圆柱状或块状，在冲模中作为弹性元件用于卸料、压料、顶件等。聚氨酯橡胶的寿命比一般橡胶高，可达20万次以上，承载能力高，安装调整非常方便和使用安全，所以，在冲模忠使用非常普遍。

查表5.3-16得

选用直径D=60mm,d=24mm，H=20mm的聚氨酯弹性体 聚氨酯弹性体60*24*20 JB/T1650-1995

九、导柱导套及模柄的选用

1. 导柱导套的作用

导向零件的作用是保证运动方向和确定上下模相对位置，目的是是凸模能正确进入凹模，并尽可能地使凸凹模周边间隙均匀，本套模具的导向装置是导套和导柱。

通常间隙小时，滑块岛主，导套按H6/h5配合，冲裁间隙较大时，滑块导柱，导套按H7/h6配合，不管是那种配合，都必须保证其配合间隙小于冲裁间隙，否则导向元件起不到应起的作用。

导柱导套的选用首先根据冲裁间隙选择导向装置的精度等级和类型，有已经选定的上下模座上的导套孔和导柱孔的直径确定导套，导柱的直径，有模具的闭合高度确定导柱导套的长度。

本套模具选取A 型导柱导套。

2. 模柄的选用

模柄的作用是把模具的上模固定在压力滑块上，通常应用在于中小型模具，模柄是标准件。

表5常用的标准模柄

模柄的选用依据的是压力机模孔的直径，必须是压力机模柄孔的直径等于模柄直径d ，其中带孔的模柄适用于有刚性推件装置的模具，模柄材料推荐采用a265A 或45钢。

本模具选用压入式模柄。

3. 模架的选择

该模具模架选用查表22.4-30【】得

本模具选用后侧导柱模架100*100*140~165 GB/T2581.3 上模座：100*100*30 下模座：100*100*40 导柱：20*130 导套：20*70*28 单位mm

4. 模具的动作过程

模具的动作过程：条料从卸载板下面送入，依靠目测定位，上横下行，卸料版与推件块压紧板料，然后，凸凹模与落料凹模完成落料，冲孔与翻孔工序是由圆锥形的翻孔凸模和带有凹台的凸凹模进行的，翻孔凸模是圆锥形，上横下行，其冲孔时，是用尖端进行穿孔，穿孔后的孔边缘是很不整齐的，上模回开时，由卸料板及推件块完成卸料，挤切修边的废料从下模座的孔排出。

十、冲压设备的选择

冲压设备类型的选择要依据冲压零件的生产批量，零件尺寸的大小，工艺方法与性质，以及冲压件的尺寸，形状等要求进行。冲压生产中应较多的是机械机和液压机，设备选择注意对于校正弯曲，校形和精冲等工序，要求压力机有足够的刚度，应选用精密压力机，生产批量不大时可选用摩擦压力机。若采用曲柄压力机，严格控制压力机闭合高度和冲压料的厚度公差，以防设备损坏。

经过各项比较，查表6.2-1得，

本套模具选用公差称压力为100KN 的开式双柱可倾式压力机J23-10

表6 J23-10开式双柱可倾式压力机

闭模高度 H max —5 >= H >= H min +10

式中 H —冲模的闭合高度 H max —最大的装模高度 H min —最小的装模高度 由此可知：

H = 上模板厚度 + 垫板厚度 +凹模厚度 + 凸模厚度 + 下模板厚度 —冲头进入凹模深度

=30 + 6 +60 +40 +40 -6 =170 mm

180-5 >= H >= 155+10 所以，符合标准

做功校核：对J23-10压力机, S g =4 mm ，F g = 100 KN h0 = 0.4 √F g = 4.0 mm 压力机做功能力有

A1 = 0.315 F g h0 =0.315 *100*4=126 J

而 此时工件变形功A1‘=FS=79.06KN*4mm=316.24J 故选择J23-10压力机做功不够，设备过载，改选J23-100为选择设备即符合 做功校核：对J23-10压力机, S g =4 mm ，F g = 100 KN h 0 = 0.4 √F g = 4.0 mm 压力机做功能力有

A 1 = 0.315 F g h0 =0.315 *100*4=126 J 而 此时工件变形功A 1

‘

=FS=79.06KN*4mm=316.24J

故选择J23-10压力机做功不够，设备过载，改选J23-100为选择设备即符合 装模高度校核：模具高度低于压力机最大封闭高度，需加垫块 滑块行程校核：经过校核，滑块行程符合要求 模具安装空间尺寸：模具足以安装，符合标准

表7 J23-100开式双柱可倾式压力机

十一、参考文献

【1】柯旭贵 张荣清 冲压工艺与模具设计 机械工程出版社 【2】洪慎章 实用冲压工艺及模具设计 机械工业出版社 【3】陈锡标 周小玉 实用模具技术手册 机械工业出版社 【4】王树勋 苏树珊 模具实用技术设计综合手册 华南理工出版社 【5】肖祥芷 王考培 中国模具设计大典 江西科学技术出版社 【6】伍光明 刘厚才 冲压模具设计指导 国防工业出版社