链轮的冲压工艺及模具设计
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第 2 章 链轮冲压模具的设计
1. 模具结构形式选择
此模具为拉深翻边复合工序 ， 由于壁厚均匀 ， 采用拉深翻边复 合模强度足够 ， 模具总体结构简单见下图模具总装示意图 。 该结 构采用倒装式 ， 模座下的弹顶器兼作压边与顶件装置 ， 另设有弹 性卸料和推件装置。
图（ 4） 模具总装示意图
2. 模具工作零件的设计
2.1 拉深工作部分刃口尺寸计算
2.1.1 拉深凸、 凹模圆角半径的 确定
拉深凹模圆角半径可根据公式 ： A r =0.8 t d D ) (
- 进行计算： R ……拉深凹模圆角半径 ；
D ……坯料直径；
d ……拉深凹模内径 ；
t ……板料厚度。
则： 拉深凹模圆角半径 ： A r =0.8× (206-126)3
′ =12m m
拉深凸模圆角半径： 可根据公式： T r =(0.7～1.0) A
r =9mm
2.1.2 拉深凸、 凹模的工作部分尺寸计算
查【 1】 表 19.4-39 得， 拉深凹模和拉深凸模的计算公式为 ：
d D =(d +0.4△ ＋2c ) 0 d
d +
p D =(d +0.4△) 0
D
d - d D ……
拉深凹模即凸凹模内缘尺寸； p D …… 拉深凸模刃口尺寸 ；
c ……凸 ， 凹模的单边间隙 ；
δ d
…… 拉深凹模的制造公差 ； δ p
…… 拉深凸模的制造公差 ； △…… 拉深件基本尺寸 d 的公差（ △ ＝0.35m m） ;
查【 4】 表 7.14 IT 12 级 内缘尺寸 =120mm 取 △=0.35m m d ……工件的内边缘尺寸 （d ＝120m m） ；
查【 2】 表 4.8.3 得 ：δ d ＝0.10； δ p
＝0.06. C =(1～ 1.1) max
T =1×3
=3m m
注： max T ……板料厚度的最大极限尺寸
则可计算拉深凹模的刃口尺寸为：
d D =(d +0.4△＋
2c) d
d
+ 0 =(120+0.4×0.35+2×3) 0.10 0
+
=126.14 0.10 0 + m m 拉深凸模刃口尺寸为 ：
p D =(d+0.4△) 0
D
d - =(120+0.4×0.35) 0.06
-
=120.14 0.06 0
- mm
拉深凹模高度 H 1 确定：
H 1 = 1 h + 2 h + 3 h -t
1 h …… 凹模固定板的厚度 ， 取 1 h =42mm （
依据拉深凹模的外缘直 径， 结合模具的结构要求， 查 〔1〕 表 22.5-19，选 1 h =42mm.)
2 h ……
凹模固定板与毛坯 间的安全距离 ,一般为 10～20 ㎜， 这里 取 h 2 =15 ㎜.
t ……制件的厚度 .t ＝3m m.
H 1 =42+15+40-3
=94mm
为了减少拉深时对拉深凸模的冲击力 ，减轻对拉深凸模的磨损， 保证制件的精度 ， 延长其使用寿命 ， 需要在拉深凸模上开出出气 孔。 其直径 d 可查 【1】 表 19.4-41 可得 ：d ＝10m m. 考虑到拉深 凸模固定的紧固性 ，保证制件的制造精度 ，应该采用压入式凸模， 其高度可由下式算出 :
2 H = 1 h + 2 h +
3 h -t
1 h …… 凸模固定板的厚度 ，取 1 h =50mm
2 h ……
垫板的厚度，（ 查【 1】表 22.5-62，依据凹模的外缘尺寸， 选顶板的厚度为 13m m, 考虑顶杆的头部尺寸， 确定垫板的 厚度 2 h =18m m.)
3 h …… 制件的高度 ， 3 h =18+3=21m m.
t ……制件的厚度 ，t =3m m.
因此拉深凸模的高度为 ：
2 H =50+18+21-3
=86(m m )
则： 拉深凸模 和拉深凹模（ 翻边凹模 ）的设计图如下所示 ：
其余
图（ 5） 拉深凸模
4
2 其余
图（ 6） 拉深凹模 （ 翻边凹模）
2.2 翻边工作部分的尺寸计算
翻边凹模圆角半径一般对翻边成形影响不大 ， 可取 该值等于零 件的圆角半径 ， R =6mm
翻边凸模圆角半径应尽量取大些， 以便有利于翻边变形， R=7mm 单边间隙 Z=0.75×3=2.25m m
为了避免弹性卸料和推件装置的行程过大 ， 翻边凸模端部设计 为椭圆 形凸模 ，其锥角取 90 度 。推件块还有压边的作用 ，故翻边 凸模不需要台肩 。
查表 2-12 得凸、凹模的制造公差 凸 d = 凹 d =0.02m m 。磨损系数由表 2-13 得 X=0.75
翻边凸模尺寸 ：D 凸 =(64-t +x △) 0
凸
d - =61.075 0 02 . 0 - mm 翻边凹模尺寸 ：D 凹 =( D 凸 +2Z ) 凹
d + 0 =65.575 02 . 0 0 + mm 翻边凸模示意图如下 ：
其余
图（ 7） 翻边凸模
2.3 模架的选择
凹模壁厚： C =（1.5～2）H
H ……凹模高度=54m m
=2×54
=108mm
拉深凹模周界尺寸 L=凹模刃口尺寸+2×C
=126+216
=342m m
选取 Ⅰ 级精度的后侧导柱模架, 由 【 4】 表 3－6 查得 ， 模架的 规格为 ：400 ㎜ ×280 ㎜×55 ㎜， 其图示如下所示 ：
图（ 8） 后侧导柱模架
该模架的上模座的规格为：G B/T 2855.5400×280×55 ㎜. 下 模座的规格为 ：G B/T 2855.6400×280×55 ㎜ . 导柱的规格为 ：
GB/T 2861.1 35×210 ㎜ . 导套的规格为 ： GB /T 2861.6 35 ×115×48 ㎜.
2.4 模具其它零部件的计算和选取
2.4.1 压力机型号的确定
模具闭合高度 H =上模座厚 h 1 +上垫板厚 h 2 +拉深凹模高度 h 3 +拉 深凸模高度
h 4 -制件高度 h 5 +制件厚度 t +下垫板厚度 h 6 +下模座厚度 h 7
. 上模座厚度 h 1 ……查 【 4】 表 3-6 可知： h 1
=45mm 上垫板厚度 h 2 ……查 【4】表 2-17， 选择圆形垫板的厚度 h 2 ＝ 11mm
拉深凹模高度 h 3 ……
结合模具结构和冲压工艺总力 ， 选定 h 3
=94mm 拉深凸模高度 h 4 …… 依据模具结构要求， 选定 h 4
＝ 86m m 制件高度 h 5 ……h 5
=21m m 制件厚度 t …… t =3mm
下垫板厚度 h 6 ……查 【 4】 表 2-17， 选择下垫板厚度 h 6
=10m m 下模座厚度 h 7 ……查 【 4】 表 3-6 可知： h 7
＝ 55m m 则， 模具的闭合高度为 ：
H= h 1 + h 2 + h 3 + h 4 - h 5 +t + h 6 + h 7
=45+11+94+86+21+3+10+55
=325mm
我们初选的压力机型号为 J 23-63,其最大闭合高度为 400mm ，可 见该模具的闭合高度小于所选压力机 J 23-63 的最大装模高度，可 以使用 。
2.4.2 模柄的确定
由 J 23-63 型号的压力机模柄孔尺寸 50mm ×70m m,选择 B 型压入 式模柄 ，查【1】表 22.5-24 可选得其模柄规格为 A50 ㎜×110 ㎜ .
2.4.3 螺钉的选用
根据模具结构要求，查【1】表 22.6-1 可选择螺纹规格为 d=M 10 ㎜ 的内六角柱头螺钉 ， 其尺寸规格如下 ： k d ＝ 16 ㎜， k =10 ㎜,s =8.115 ㎜,e =9.15 ㎜ .公称长度 l 依据模具设计要求选用即 可， 则其图示如下：
图（ 9） 内六角螺钉
2.4.4 圆柱销的选用
根据模具的结构要求 ， 查 【 1】 表 22.6-12， 可选规格为 GB /T 119.1 8 m6×l -A 1 的圆柱销 。 圆柱销的长度 l 可根据模具设计的 要求自行选定 。 它的材料为 C rW Mn 钢 ，硬度为 125～ 254HV30， 表 面粗糙度为 ： 公差 m 6：R a ≤0.8μm ； 其图示如下 ：
图（ 10）
圆柱销
2.4.5 卸料装置的选用
2.4.5.1 推件板的选用 根据设计的需要 ， 顶板兼有压边的作用 ， 因此依据落料凹模的 刃口尺寸 ，查【 1】表 22.5-62 选 A 型顶板 ，取其直径 D 为 63 ㎜， 其厚度为 10mm.
2.4.5.2 顶杆的选用
顶杆的长度为 ：H =h+ 1 h + 2 h + 3 h + 4
h
h ……顶杆的头部尺寸， 查 【1】表 22.5-59 选 A 型推杆 ，可得
其头部尺寸为 7 ㎜.
1 h ……
凸模固定板的厚度 ，取其值为 50 ㎜. 2 h ……
下垫板的厚度， 取其值为 10mm. 3 h …… 下模座的厚度. 3 h =55 ㎜.
4 h ……
自由尺寸 ， 一般取 10～20 ㎜， 这里选取 20 ㎜. 则，顶杆的长度为：H =7+50+10+55+20=142mm. 依据此计算结果 查【 1】 表 22.5-59 选 A 型推杆， 其粗端部直径 d＝ 15 ㎜， 长度 L ＝142 ㎜,细端直径 1 d =10m m
2.4.5.3 弹性卸料元件的选用
因为只有当顶杆受力向上推动顶板时 ， 顶板才能够顶出制件 。 由于聚氨酯橡胶具有高的强度 、 高弹性 、 高耐磨性和易于机械加 工的特性 ， 在冲模中应用越来越多 ， 因此我们采用聚氨酯弹性体 来提供推动顶杆的力 ， 顶件器装在下模座上 。
顶件力的计算公式为 ： 1 F =KF
K ……顶件力系数 ， 查【 5】 表 2.6.1，选 K =0.1
F ……拉深力 ，已计算出为 340646N
因此顶件力 1 F =0.1×340646
=34064.6(N )
查【1】表 22.5-12，选聚氨酯弹性体的尺寸为：直径 D ＝ 52 ㎜， d＝18.5 ㎜，厚度 H =40 ㎜。 其图示如下所示 ：
图（ 11） 聚氨酯弹性体 其工作过程如下：
在压力机的作用下， 上模在滑块的作用下向下移动 ， 凹模 7 下 行压迫毛坯向下进行拉深 ， 中间翻边凸模在上模下行的同时 ， 毛 坯继续向下移动 ，使翻边凸模相对上行进行翻边 ，工作行程结束。
上模回程 ，在橡皮和圆柱销 17 的作用下 ，制件脱离下模 ，上模 继续回程， 在打杆 8 和推件板 9 的作用下 ， 制件脱离凹模 ， 行程 结束 ， 进行下一次拉深翻边 。
3. 工作零件的加工工艺
3.1 模具材料的选用
根据模具的种类和生产类型 ， 所以要求模具材料具有良好的加 工工艺性 ， 便于切削加工 ， 淬透性要好 ， 热处理变形小 ； 还要具 有较高的强度 、 硬度 、 耐磨性和耐冲击性等 。 同时还考虑到国家 资源和材料的经济性 ： 拉深凸模可以选择 T10A、 硬度为 62— 64 HRC；拉深凹模（ 翻边凹模 ）用 T10A、硬度为 58—62 H RC；翻边 凸模用 T10A、 硬度为 60—62 H RC。
3.2 模具工作零件的加工工艺
本幅模具工作零件都是旋转体 ， 形状比较简单 ， 加工主要采用 车削加工。
3.2.1 拉深凸模的加工工艺过程
见表 【1】《 拉深凸模加工工艺过程卡 》
3.2.2 拉深凹模的加工工艺过程
见表 【2】《 拉深凹模的加工工艺过程卡 》
3.2.3 翻边凸模的加工工艺过程
见表 【3】《 翻边凸模的加工工艺过程卡 》