落料冲孔复合模设计

韩方恒 李 娜

（徐州机电工程高等职业学校，江苏 徐州 221000）

0 引言

复合模是指冲床在一次行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构。相对其他冷冲压模具结构而言，它具有以下一些优点：①工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；②生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生产。由于复合模本身所具有的一些优点较明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择复合模结构。

1 零件工艺性分析

工件为图1所示的落料冲孔件，材料为Q235钢，材料厚度2mm，生产批量为大批量。工艺性分析内容如图1：

图1 工件图

1）材料分析

Q235为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。

2）结构分析

零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中部有一异形孔，孔的最小尺寸为6mm。另外，经计算异形孔距零件外形之间的最小孔边距为5.5mm。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。

3）精度分析

零件上有4个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属IT13，所以普通冲裁可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸按IT14精度等级查补。

由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。

2 冲裁工艺方案的确定

零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下：

方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。

方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。

所以，比较三个方案欲采用方案二生产。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核，当材料厚度为2mm时，可查得凸凹模最小壁厚为4.9mm，现零件上的最小孔边距为5.5mm，所以可以采用复合模生产，即采用方案二。

3 零件工艺计算

1）刃口尺寸计算

根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。

（1）落料件尺寸的基本计算公式为：

（3）中心距：

尺寸 57±0.2mm

L＝（57±0.2/4）mm＝57±0.05mm

尺寸 7.5±0.12mm

L＝（7.5±0.12/4）mm＝7.5±0.03mm

尺寸 4.5±0.12mm

L＝（4.5±0.12/4）mm＝4.5±0.03mm

2）排样计算

分析零件形状，应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有图2所示两种。

图2 零件可能的排样方式

比较方案a和方案b，方案b所裁条料宽度过窄，剪板时容易造成条料的变形和卷曲，所以应采用方案a。现选用4000mm×1000 mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。

比较以上两种裁剪方法，应采用第1种裁剪方式，即裁为宽81.4mm、长1000mm的条料。其具体排样图如图3所示。

3）冲压力计算

可知冲裁力基本计算公式为：

F=KLTτ

此例中零件的周长为216mm，材料厚度2mm，Q235钢的抗剪强度取350MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为：

F=1.3×216×2×350N=196560N≈197kN

模具采用弹性卸料装置和推件结构，所以所需卸料力FX和推件力FT为：

FX=KXF=0.05×197kN=9.85kN

FT=NKTF=3×0.055×197kN≈32.5kN

则零件所需得冲压力为：

F总=F+FX+FT=（197+9.85+32.5）kN=239.35kN

初选设备为开式压力机J23—35。

4）压力中心计算

零件外形为对称件，中间的异形孔虽然左右不对称，但孔的尺寸很小，左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小，所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。

4 冲压设备的选用

根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾压力机JH23—35。

5 模具零部件结构的确定

1）标准模架的选用

标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。

模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座160mm×125mm×35mm，下模座 160mm×125mm×40mm，导柱 25mm×150mm，导套 25mm×85mm×33mm。

2）卸料装置中弹性元件的计算

模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：

（1）确定橡胶的自由高度H0

H0=（3.5～4）H工

H工=h工作+h修磨=t+1+（5～10）=（2+1+7）mm=10mm

由以上两个公式，取H0=40mm。

（2）确定橡胶的横截面积A

查得矩形橡胶在预压量为10%～15%时的单位压力为0.6MPa，所以：

（3）确定橡胶的平面尺寸

根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为82 mm×25mm，外形暂定一边长为160mm，则另一边长b为115mm。

图3 装配图

（4）校核橡胶的自由高度H0

为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为80mm，所以：

橡胶垫的高径比在0.5～1.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×40mm=34mm。

3）其他零部件结构

凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格A50×100的模柄。

6 模具装配图

模具装配图如图3所示。

7 结束语

该模具经试模一次成功，冲出的工件毛刺小，表面平整，达到了企业的技术和批量生产的要求。

[1]王孝培.冲压手册[M].机械工业出版社,2012-11.

[2]姜银方,袁国定.冲压模具工程师手册[S].机械工业出版社,2011-05.

[3]柳文清.基于CAD的垫片复合模具设计[J].煤矿机械,2012(10).

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