第六章 复合模

第六章复合模第一节概述第二节复合模设计示范

第一节概述前几章介绍了各种单工序冲压模具的设计方法，在实际生产中常常将几个单工序冲压过程集中于一套模具来完成，这种在一副模具上、在冲床的一次行程中，在同一工位上完成两种或两种以上冲压工序的模具称为复合模。一、复合模的特点1、生产效率成倍提高2、提高冲压件的质量复合模的同心度误差在±0.02~±0.04mm以内。3、对模具制造精度要求较高由于复合模要在一副模具中完成几道冲压工序，故模具结构一般比单工序模复杂，而且各零部件在动作时要求相互不干涉、准确可靠。这就要求模具的制造精度较高。因此模具的制造成本也就提高了，制造周期相对延长，维修也不如单工序模简便。二、复合模的种类按复合工序的性质分类，复合模有以下几种：（1）冲裁类复合模如落料、冲孔复合模、切断、冲孔复合模等。（2）成形类复合模如弯曲复合模、复合挤压模等。（3）冲裁与成形复合模如落料、拉深复合模、冲孔、翻边复合模、拉深、切边复合模、落料、拉深、冲孔、翻边复合模等。按卸料方法分类，复合模有可分为：

顺装与倒装两种。

三、选择复合模的原则1、生产批量大批量更适合使用复合模。2、冲压工件的精度当冲压工件的精度与同轴度要求高；形状复杂，重新定位可能产生较大加工误差的冲压工件，应考虑采用复合模。3、复合工序的数量一般复合模的复合工序数量在四工序以下，更多的工序将导致模具结构过于复杂，同时模具的强度、刚度、可靠性也将随之下降，制造及维修更加困难。在分析冲压件的特点，确定是否采用复合模时，可参照以上原则及表2-8、表2-9综合进行考虑。四、复合模设计要点

从设计本质与单工序模无区别，但根据实际经验，需注意以下几个问题：1、曲柄压力机的许用压力曲线与复合模压力曲线的关系对于单工序冲压加工，冲压力曲线不能超过曲柄压力机许用压力曲线，否则设备会因超载而损坏。对复合模加工也应满足这一要求。但由于复合冲压时所用压力机的行程中有更大比例的工作行程，这样就容易造成超载。尤其是对落料、拉深复合模，落料在先，拉深在后，落料力一般较大，拉深力较小，而设备压力曲线的变化趋势则相反，所以极易产生超载，如右图。因此在选择设备时要特别注意。2、复合模中凸凹模的设计在复合模中最具特点的模具零件是凸凹模。由于凸凹模的壁厚是由冲压工件的尺寸形状决定的，而凸凹模的壁厚从强度上要求不能过薄，否则模具寿命太短。因此凸凹模的壁厚在设计时必须进行校核，使之大于壁厚值。最小壁厚值一般由经验定。并且，当凸凹模装于上模时（正装复合模），内孔不积存废料，凸凹模受到的胀力小，此时最小壁厚可小一些，其值m可按式（2-27)确定.当凸凹模装于下模时（倒装复合模），凸凹模孔口中积存有废料，孔口授胀力大，此时最小壁厚要大些。其值m见表6-1。3、复合模中的卸料、推件装置在复合模中由于有较多的动作要在冲床的一次行程中完成，为简化模具结构，通常将一些辅助动作，如卸料及推件，采用弹性装置来完成。同时弹性装置也可使冲压工件在整个冲压过程中始终受到压力，而冲压工件的平整度更好。4、复合模选用的模架由于复合模的精度较高，故复合模的模架也应选用精度较高的模架。滚珠式模架相对于滑动式模架具有导向精度高寿命长的优点，因此常选用滚珠式模架。模架中的模座也长选用钢板模，以代替普通的铸铁模座。对要求精度高的复合模，可采用球面浮动模柄，以减小冲压设备或模具安装时的误差对模具的不利影响。应当注意的是，当采用浮动式模柄时，导柱不能离开导套，否则可能产生严重的机床和人身事故。5、复合模工作部分零件的材料选用

复合模的工作部分零件应选用加工性较好的材质，如应选用：耐磨性好、淬透性高、热处理变形小的材料。第二节复合模设计示范一、落料、冲孔、弯曲复合模工件名称：盖板生产批量：大批量材料：Q235-A钢，厚度t=3mm工件简图：如右图所示1、冲压工件的工艺分析一般对于这样的工件，通常采用先落料、冲孔，再弯曲的加工方法。由于批量大，考虑将三道工序放到一起进行。将三道工序复合在一起，可以有以下两个不同的方案：1）先落料，然后冲孔和弯曲在同一工步；2）落料、冲孔为同一工步先完成，然后进行弯曲。采用方案1），不易保证长度尺寸的精度，而且易使内孔冲头磨损，降低模具寿命。经分析、比较确定用方案2）。对于弯曲的回弹，可以用减小间隙的方法来避免或减小回弹。该冲压工件的形状较为简单且对称，弯曲部分有R=2.5mm的圆角过渡。除孔有精度要求外，其余尺寸精度要求不高。材料为Q235-A钢，其冲压性能较好，空域外缘的壁厚较大，根据表6-1知复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。因此该冲裁件可选用落料、冲孔及弯曲的复合模。2、主要工艺参数计算

1）毛坯的尺寸计算见毛坯的工件展开图按弯曲件展开来计算，中性层r=R+Kt式中：r—中性层半径（mm）；R—弯曲内半径，R=2.5mm；K—中性层位置因数，由表3-2查出K=0.3;t—材料厚度，t=3mm。则中性层半径r=2.5+0.3mm×3mm=3.4mm。中性层长度直线部分长度为：a=15mm-2.5mm-3mm=9.5mmb=86mm-2.5mm-3mm=80.5mmL=a+b+l=9.5mm+80.5mm+5.34mm=95.34mm按弯曲件展开来计算:

式中：r—中性层半径（mm）；R—弯曲内半径，R=2.5mm；K—中性层位置因数，t—材料厚度，t=3mm。则中性层半径r=2.5+0.3mm×3mm=3.4mm。中性层长度直线部分长度为：a=15mm-2.5mm-3mm=9.5mmb=86mm-2.5mm-3mm=80.5mmL=a+b+l=9.5mm+80.5mm+5.34mm=95.34mm返回则毛坯的外形尺寸为：由表2—16可查得冲裁时的搭边值a=3mm、a1=2.5mm，则条料宽度为：

b=40mm+2×3mm=46mm送进步距为：h=95.34mm+2.5mm=97.84mm2）压力中心计算

因该工件是轴对称零件，所以其中心在对称中心线上。计算压力中心时，仅考虑如右下图所示x方向的值。设模具的压力中心坐标为xc、yc，则yc=0。3)各部分工艺力计算（1）落料力计算F落=1.3Ltτ式中：F落—落料力(N)；L—工件外轮廓周长(mm);t—材料厚度(mm)；t=3mm；

τ—材料的抗剪强度。由书末附录A1查得τ=310MPa。L=2×(14.84+80.8)mm+26mm+40mm=257.28mm则:F落=(1.3×257.28×310)N≈311.05kN(2)冲孔力计算

F冲=1.3Ltτ式中L—工件内轮廓周长(mm)

则F冲=[1.3×3.14×(18+6)×3×310]N≈91.11kN(3)卸料力F卸=K卸F式中—K卸卸料力因数，其值由表2-15查得K卸=0.03，则：F卸=K卸F落≈9.33kNF’卸=K卸F冲≈2.73kN（4）推件力

F推=nK推F冲式中K推—推件力因数，其值由表2-15查得K推=0.045。冲孔凹模刃口直壁高度h=6mm，则：

P推=2×0.045×91.11kN≈8.2kN（5）弯曲力计算按近似压弯力公式计算：式中：F1—自由弯曲力(N)；B—弯曲件的宽度，B=40mm；t—弯曲件的厚度，t=3mm；R—弯曲件的内弯曲半径，R=2.5mm；σb—材料的强度极限；由书末附录查得σb=380MPa；K—安全因数，一般取K=1.3。则（6）压料力

FQ的值可近似取自由弯曲力的30%~80%，

即：FQ

=0.8×F1=0.8×22.63×10³=18.11kN

则总冲压力为F总=F落+F冲+F卸+F’卸+F推+F1+FQ=

(311.05+91.11+9.33+2.73+8.2+22.63+18.11)×10³N≈465.16kN

4）冲压设备的选择

为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力F压(1.6～1.8)F总的原则选取压力机。参照书末附录B3可选取公称压力为630kN的开式双柱可倾压力机，该压力机与模具设计的有关参数为：公称压力：630kN滑块行程130mm

最大闭合高度：360mm封闭高度调节量：80mm

工作台尺寸：480mm×710mm模柄孔尺寸：ф50mm×80mm3、主要工作部分尺寸计算

落料凹模、冲孔凸模、凸凹模和弯曲模的工作关系如图6-6所示。根据表2-10查得，冲裁模初始双面间隙未注公差的毛坯的尺寸按照IT14级精度计算，也可查书末附录D1。磨损因数x的值见表2-13。1）落料刃口尺寸计算设冲裁凸模、凹模分别按IT6和IT7级制造，也可查表2-12。工件尺寸凸模尺寸凹模尺寸校核：对于l1:0.02mm+0.02mm=0.04mm<0.06mm对于l3:0.02mm+0.025mm=0.045mm<0.06mm对于l4：0.02mm+0.03mm=0.05mm<0.06mm对于L：0.025mm+0.035mm=0.06mm证明了所取的δ凸和δ凹是合适的。2）冲孔刃口尺寸计算

对于孔冲裁凸模、凹模的制造公查可由表2-12查得，δ凹=0.02mm，δ凸=0.02mm，则：则取模具的凸、凹模的制造公差为IT5级，查书末附录E3得δ凸=δ凹=0.008mm，则：对于孔心距C=37±0.3mm，

C凸=C±δ凸=37±(0.3/4)mm=37±0.075mm3）弯曲部分尺寸计算由于该弯曲不易施加侧向压力，故不能施加校正弯曲力，侧面与大孔的间距又有精度要求，精度等级为IT11级。因此，采用减少弯曲凸、凹模的间隙来减少回弹。凸模的圆角半径与零件的弯曲半径相同，R凸=2.5mm。凹模的圆角半径由表3-7查得，R凹=5mm。凸、凹模单面间隙值Z/2=0.9t=2.7mm。对于工件尺寸，取弯曲凸模、凹模的制造公差IT7和IT8级，查书末附录的δ凸=0.035，δ凹=0.054。按式（3-9）得，其工作部分尺寸如图6-5所示。返回4、模具主要零件及结构设计模具的结构简图如6-6，主要由上模座、下模座、落料凹模、冲孔凸模、弯曲凹模、凸凹模、活动凸模、卸料板、压料板、固定板、垫板等零件组成。1)卸料零件的计算

该模具采用弹性卸料装置。根据工厂经验可按所选弹簧的最大工作负荷，并使来选择弹簧。下卸料装置初定9根弹簧，则每根弹簧分担的卸料力为：根据顶压力F预（0.5×1073N=536.5N）和模具结构尺寸，由书末附录C1中可选序号62～67的弹簧，其F1=1120N>1073N。检验是否满足：其中s工作=15mm+1mm=16mm，查附录C1及负荷一行程曲线，可得下列有关数据。

故选取66号弹簧，外径D=40mm，钢丝值径d=6mm，自由状态下高度H=140mm。弹簧序号HH1S1=H-H1S预s总=s工作+s预+s修磨(=6)625036.113.9729637049.320.71133649062.527.514366511075.634.418406614095.444.6224467170115.254.83052返回弹簧的装配高度H2=H-s预=118mm。

下卸料板厚度取20mm，根据结构选用280mm×170mm×20mm标准模板，内孔与凸凹模间隙为0.1mm。

同理，根据模具结构尺寸，上卸料装置由书末附录C1中选取2个38号弹簧，外径D=20mm，钢丝直径d=3mm，自由状态下高度H=65mm；装配高度H2=123mm。2）凸凹模外形尺寸

该凸凹模的最小壁厚为7mm。

通过表6-1校核，可知凸凹模的壁厚有足够的强度。根据下卸料弹簧和下卸料板的厚度及模具结构，可选取凸凹模的高度为78mm。其结构如右图。3）模架的选择凹模外形尺寸及弹簧尺寸确定后，可参照有关标准选取后侧导柱模架280mm×170mm×220mm～265mm(GB/T2851.3—90)。上模座：280mm×170mm×50mm材质为HT200下模座：280mm×170