冲压模具设计计算
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精品资料
第二章 冲压工艺设计和冲压力的计算
2.1冲压件（链轮）简介
链轮三维图如图2.1，材料为Q235，工件厚度3mm，模具精度：IT13为一般精度。
图2.1 零件三维图
图2.2 零件二维图 ______________________________________________________________________________________________________________
精品资料 零件图如图2.2，从零件图分析，该冲压件采用3mm的Q235钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度。并可看出该零件的成形工序有落料、冲孔、拉深、翻边，其难点为该成形件的 拉深和翻边。该零件形状对称，无尖角和其它形状突变，为典型的板料冲压件。
通过计算此零件可按圆筒件拉深成形，因其尺寸精度要求不高，大批量生产，因此可以用冲压方法生产，并可一次最终成形，节约成本，降低劳动。
2.2确定冲压工艺方案
经过对冲压件的工艺分析后，结合产品图进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序和工序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案10。
1）冲压的几种方案
（1）落料、冲孔、拉深、翻边单工序模具生产。
（2）落料、冲孔复合模，拉深、翻边复合模生产。
（3）落料、冲孔连续进行采用级进模生产，拉深、翻边复合模生产。
（4）落料、冲孔、拉深、翻边复合模生产。
方案一：结构简单，需要四道工序，四套模具才能完成工件的加工，成本高。
方案二：加工工序减少，节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，提高了劳动生产率。
方案三：在方案二的基础上加大了制造成本，既不经济又不实惠。
方案四：在方案二的基础上又减少了加工工序，又节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，又提高了劳动生产率。
一个工件往往需要经过多道工序才能完成，编制工序方案时必须考虑两种情况：单工序模分散冲压或工序组合采用复合模连续冲压，这主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素。通过产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作安全以及经济效益等方面的综合分析，比较决定采用方案四。
即：落料、冲孔、拉深、翻边→成品。
2）各加工工序次数的确定
根据工件的形状和尺寸及极限变形程度可进行以下决定：落料、冲孔、拉深、翻边各一次。
3）加工顺序决定的原则
（1）所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应该在平板毛坯上冲出，因为在成型后冲孔模具结构复杂，定位困难，操作也不便，冲出的孔有时不能作为后续工序的定位孔使用。 ______________________________________________________________________________________________________________
精品资料 （2）凡是在位置会受到以后某工作变形影响的孔（拉深件的底部孔径要求不高和变形减轻孔除外）都应在有关的成型工序后再冲出。
（3）两孔靠近或者孔距边缘很小时，如果模具强度足够，最好同时冲出，否则应先冲大孔和一般情况孔，后冲小孔和高精度孔，或者先落料后冲孔，力求把可能产生的畸变限制在最小范围内。
（4）整形或较平工序，应在冲压件基本成型后进行。
4）成型过程
根据加工顺序的原则，确定成型过程如下：
首先是落料、冲孔，形成精确的外形形状；其次是拉深、翻边，也就是成形过程；最后出来的是成品。
采用这种冲压方案，从模具的结构和寿命考虑，有利于降低冲裁力，提高模具的使用寿命，同时结构简单，操作方便，而且减少了不必要的工序，节省了生产资料，提高了经济效益。适合加工厂生产，此种方案最合适。
综上所述，确定使用此方案。
2.3工件的毛坯尺寸计算
根据产品零件图，标注的螺纹尺寸7H164M—为其大径，那么可以计算出小径mm92.6210825.164d小。
由于工件主要成型的工序是落料、冲孔、拉深和翻边，工件变形量不是很大，可以直接落下工件的实际尺寸，根据《冲压工艺学》可知毛坯大径为：
mmhdd03.190912341784D2122
链轮要经过四道工序加工成型，按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工，那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边，然后拉深，最后冲孔和落料。由于链轮的翻边高度不大，假设可一次翻边成形。那么翻边前毛坯上圆孔的初始直径0d为0mr+2()33.782tdDHrmm
但零件的精度要求为IT13级，那么毛坯件的尺寸为：
0.390033.78dmm
00.72190.03Dmm ______________________________________________________________________________________________________________
精品资料 那么毛坯形状及尺寸如图2.3所示：
图2.3 毛坯形状及尺寸
2.4计算拉深和翻边次数
由于链轮要经过四道工序加工成型，按落料、冲孔、拉深、翻边的先后顺序进行加工，那么其最初原始毛坯尺寸的计算应先计算翻边，然后拉深，最后冲孔和落料。根据零件的形状和尺寸，其翻边高度不大，假设可一次翻边成形。那么翻边系数：
033.780.53762.91mdKD
根据《冲压工艺学》查表5.5得52.0Kl，于是lKK，则能够一次翻边成形。又链轮的拉深为带法兰圆筒件的拉深，那么首先得判断是否可一次拉深成形，计算得第一次拉深可能达到的值d/h 和 d/dF分别为0.071和1.413，根据《冲压工艺学》在图4-38中得零件的d/h 和d/dF所决定的点位于曲线下侧，则可一次拉深成形10。
2.5确定其搭边值
考虑到成型范围，应考虑以下因素： ______________________________________________________________________________________________________________
精品资料 材料的机械性能 软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。
2）冲件的形状尺寸 冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。
3）材料的厚度 厚材料的搭边值要大一些。
4）材料及挡料方式 用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距的搭边值要小一些。
卸料方式 弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。
综上所述，根据《冲压工艺学》确定其搭边值：
两工件间的搭边值：a1=2.2mm
工件侧面搭边值：a=2.5mm
条料宽度：B=D+2a=190+2×2.5=195mm
2.6确定排样图
2.6.1利用率的计算
在冲压零件的成本中，材料费用占60%以上，因此材料的经济利用是一个重要问题。冲裁件在板料上的布置叫排样10。合理排样，充分利用材料具有重大的意义，排样的经济程度中材料的利用率K表示为：
0s100nKA (2.1)
式中 K— 材料利用率（%）；
n — 条料上生产的冲件数；
s — 每一冲件的面积（mm2）；
0A— 条料面积（mm2）。
根据以上数据，确定两工件间的搭边值：a1=2.2mm；
工件侧面搭边值：a=2.5mm。
20mm3753365.22190101905.222.29A）（）（
2224.2844095mmrs
一块板料上冲10个，那么取n=10；则利用率：
%77.75%10037533641.2844010K
2.6.2确定其排样图
根据搭边值，那么排样图如图2.4所示： ______________________________________________________________________________________________________________
精品资料
图2.4 排样图
2.7计算各工序冲压力
链轮冲压力包括落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。材料Q235、板材厚度3mm，材料的抗剪强度=450MPa，屈服点数值为235 MPa。
1）冲裁力
为了合理设计模具和正确选用压力机，就必须计算冲裁力12。计算公式如下：
0PLt （2.2）
式中 0P —冲裁力（N）；
—材料抗剪强度（MPa）；
L —材料轮廓长度（mm）；
t —材料厚度（mm）。
本次设计中，冲裁力包括：落料力、冲孔力、拉深力、翻边力。
一般K取1.3，那么
落料力为： P1.31.3596.9034501047564.05lLtNN
冲孔力为： cP1.31.3102.643450180034.57LtNN
拉深力为： la112334500.5260830.73bPdtKN
翻边力为： fb01.1()1.1(6633.78)323578497.75msPDdtN
其中d——拉深毛坯的直径，mm ______________________________________________________________________________________________________________
精品资料 K——修正系数
1K——拉深系数
mD——翻边后竖边的中径，mm
0d——毛坯上圆孔的初始直径，mm
s——材料的屈服点数值，MPa
2）卸料力
卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。卸料力的计算公式如下：
lXXPKP （2.3）
式中Px——卸料力（KN）；
Kx——卸料力系数，查表取0.05；
lP——落料力（KN）。
则 N20.5237805.104756405.0Px
3）推件力
顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力，一般叫做推件力。推件力的计算公式如下：
lTTPnKP （2.4）
式中 TP—推件力（KN）；
TK—推件力系数，查表取0.055；
n —卡在凹模里的料的个数n=h/t，其中，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm）；t为料厚（mm）；
N02.5761605.1047564055.01PT
4）顶料力
逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力一般叫做顶料力。顶料力的计算公式如下：
