垫片34复合模CAD设计第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c>1.5t 要求。
（5.175.224080=--=c 1.5t=1.5） （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IT12～IT11级，所以尺寸精度满足要求。
（2）冲裁件断面质量因为一般用普通冲裁方式冲1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达 ，毛刺允许高度为0.05～0.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太12.5～3.2m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a，b。
当t=1时，a=2，b=1.52.1.2.3条料宽度B=D+2a=80+2*2=84mm2.1.2.4材料利用率ηnAη=⨯100%SB式中n—一个歩距冲裁件数目；A——冲裁件面积（包括形结构废料）；S——歩距长度；B——板料宽度；取：n=1; A=π*40²=5026.55；S=81.5；B=84η=5026.55／81.5*84=73.42.2 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 P P += 式中 P —冲裁力； 孔P —冲孔冲裁力； 落P —落料冲裁力。
2.2.1.2 冲孔冲裁力孔Pτt nKL P 孔孔=式中 K —系数（取K=1.3）； n —孔的个数，n=3。
孔L —冲孔周长，66.125401=⨯==ππd L 孔mm 7.1552=⨯==ππd L 孔mm t —材料厚度，mm 1=tτ—材料抗剪强度，查参考文献[2]知LY12，280=τ～320MPa ，取300=τMPa 。
30017.153.12300166.1253.121⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=P P P 孔=61253.4=61.25KN 2.2.1.3 落料冲裁力落P 。
τt KL P 落落= 3.325180=⨯==ππD L 落mm所以 98.02KN .7N 9801830013.32513.1==⨯⨯⨯=落P 2.2.1.4卸料力卸P 。
卸卸卸P K P =式中 卸K —卸料系数，查参考文献[1]知01.0=卸K ～0.05，取03.0=卸K 。
所以 4.922.09803.0=⨯=卸P KN 2.2.1.5 推料力推P推推推P nK P =式中 推K —推料系数，查参考文献[1]取055.0=卸K 。
n —同时卡在凹模洞孔的件数，3=n 。
所以 1.1025.6155.003=⨯⨯=推P KN 2.2.1.6 顶件力顶P）（落孔顶顶P P K P +=式中 顶K —顶件系数，查参考文献[1]取06.0=顶K 。
所以 ()56.92.09825.6106.0=+⨯=顶P KN 2.2.1.7 总冲压力总P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56.91.1094.202.9825.61++++=+++=++=推卸落孔推卸总P P P P P P P P =181.87KN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。
零件上包含三个尺寸：落料尺寸074.080-=φA ；冲孔尺寸62.00140+=φB ,3.0025+=φB ；位置尺寸105.030±=H 。
查得冲裁模刃口双间隙24.0min =Z mm ， 36.0max =Z mm 。
1）落料刃口尺寸计算：074.080-φ的凸凹模的制造公差由表查得mm 030.0=凹δ ， mm 020.0=凸δ。
由于min max 05.0Z Z -<=+凸凹δδ ， 故采用凸模与凹模 分开加工方法， 由表查得X=0.5，则：mm X D D 03.0003.00063.7974.05.080+++=⨯-=∆-=）（）（凹凹δ mm Z D D 002.0002.00min 51.79)24.05.063.79()(---=⨯-=-=凸凹凸δ其工作部分结构尺寸如图所示：2）冲40mm 孔刃口尺寸计算：62.0040+φ的凸凹模的制造公差由表查得mm 030.0=凹δ， mm 020.0=凸δ.由于min max 050.0Z Z -<=+凸凹δδ ,故采用凸模与凹模分别加工方法， 由表查得X=0.5 ，则：mm X d d 002.0002.0031.4062.05.040---=⨯+=∆+=）（）（凸凸δmm Z d d 03.0003.000min 55.40)24.031.40()(+++=+=+=凹凸凹δ ,其工作部分结构尺寸如图所示：3）冲5mm 孔刃口尺寸计算：3.005+φ的凸凹模的制造公差由表查得 mm 020.0=凹δ， mm 020.0=凸δ.由于min max 040.0Z Z -<=+凸凹δδ , 故采用凸模与凹模分别加工方法， 由表查得X=0.5 ，则：mm X d d 002.0002.0015.53.05.05---=⨯+=∆+=）（）（凸凸δmm Z d d 02.0002.000min 39.5)24.015.5()(+++=+=+=凹凸凹δ其工作部分结构尺寸如图所示：2.3.2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d Hh H H d +=理 式中 理H —凹模的理论厚度。
96.287.9801833.25125.025.06262=⨯⨯==落落理P L H mm进一位取整数取 29=理H mm 查参考文献[4]知刃磨余量为 6=h 。
所以凹模厚度为 29+6 = 35mm 。
因为落料冲裁力KN KN P 15002.98<=落，所以凹模厚度应小于25mm 。
所以将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23=凹H mm ，夹板厚度为12mm 。
2.3.2.2 凹模板直径d D零件外形为圆形，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。
12W D D d +=式中 1W —切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时，理H W 2.11≥。
所以 6.149292.1280=⨯⨯+=d D mm 查参考文献[2]按推荐值取 150=d D mm 所以凹模板外形尺寸35150⨯φ2.3.3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l H L +=1 =1H （0.6～0.8）p H 6225.0孔孔P L H p =h H l d +=自式中 1H —凸模固定板厚度；p H —冲孔凸模厚度，=1p H 21mm ；=2p H 10mm 自l —凸模自由长度。
所以 =1H （0.6～0.8）p H =（0.6～0.8）=⨯2112.6～16.8mm ，取=1H 14mm 。
='1H （0.6～0.8）p H =（0.6～0.8）×10=6～8mm, 取=1H 8mm 。
351223=+=+=h H l d 自mm （考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取 5.35=自l mm ）。
所以 取=1H 14mm自l H L +=11=14+35.5=49.5mm 自l H L +=12=14+35=49mm 2.3.3.2 凸模强度（压应力）校核 校核公式为压孔][minσ≤F P式中 min F —凸模最小断面积，222min67.20213.52mm d F =⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ππ； 压][σ—凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV ，查参考文献[2]知，=压][σ（1000～1600）MPa ，取=压][σ1200 MPa 。
因为29667.206123min==F P 孔 MPa<压][σ 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nP EJ l maxmax μπ≤式中 m ax l —凸模最大自由高度；E —凸模材料弹性模量，一般取5101.2⨯=E MPa ； max J —凸模最小断面惯性矩，圆形断面644max d J π=；μ—支承系数，无导板导向2=μ；n —安全系数，钢取=n 2～3。
代入公式得96.80612336413.521000024max max =⨯⨯⨯⨯=≤ππμπ孔nP EJ l mm实际 5.35=自l mm<40.96mm 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pd H 确定4624102142=++-=++-=H H h h H pd 卸预自由mm 式中 卸H —卸料板厚度，取10=卸H mm ；1H —凸凹模固定板厚度，=1H （0.6～0.8）()h H +凹=（0.6～0.8）=⨯3521～28mm ，取241=H mm 。
2）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.72min =n （料厚1=t mm ）； 本设计中()min 5.072/9.35609.479n n >=--=所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。
3）其他漏料孔直径取m m 441=φm m 72=φ，刃口直边设计存三片料，高为5mm ，凸凹模和凸凹模固定板之间在装配时安装止转销防转。