压力锅锅体冲压模具设计说明书

压力锅锅体冲压模具设计摘 要冲压工艺与模具设计是机械设计与制造中的重要组成部分，模具是产品生产的重要工具本文介绍了压力锅锅体冲压工艺与模具设计从中提出了可行的成形方法及模具机构,主要介绍了课题的研究内容和预计困难，冲裁的技术参数，模具材料选购原则，零件、工件的分析，模具方案计，设计计算选择压力机和压力机参数定并且简要的介绍了本课题的设计意义。关键词：压力锅 冲裁 模具 AbstractStamping process and die design mechanical design and manufacture of an important part of the abrasive products is an important tool in this article describes the pressure cooker pot stamping process and die design from the feasible method of molding and die mechanism, introduced the topic research content and expected difficulties, technical parameters punching, mold material purchase principle, replacement parts and analysis of the workpiece, die program design, design calculations presses and presses, the parameter set selection and a brief introduction to this topic design sense.Keywords：Pressure cooker Punching Mould目 录摘要3引言4第1章 课题的研究内容及预计困难51.1 本课题设计意义51.2 冲裁模具总体设计概述51.3 总体方案设计9第2章 冲裁的技术参数122.1 冲裁理论分析122.2 压力中心计算13第3章 模具材料选购原则163.1 满足工作条件要求163.2 满足工艺性能要求173.3 满足经济性要求19第4章 零件工件的分析204.1 模具的主要零件、作用及安全要求204.2 冲裁模模具材料选择21第5章 模具方案设计245.1 模具结构设计245.2 模具结构及工件加工特点24第6章 设计计算及压力机的选择256.1 模具设计计算256.2 压力机参数确定26第7章 成型模具的注意事项26 7.1 弯曲27 7.2 拉深27结论29致谢30参考文献3131引 言模具是工业产品生产用的重要工艺装备，它是以其自身的特殊形状通过一定的方式使原料成型。现代产品生产中，模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到广泛的应用。本次毕业设计的课题是压力锅锅体冲裁模具设计及其凸模数控加工仿真；设计的工作要求是：设计一个本次毕业设计不仅使我更加深了对机械设备的选用，而且对电器元件的选择也有了更深的了解，尤其是对以前不太熟悉的化工容积设计的步骤和方法有了深入的了解和学习。我所设计的是压力锅锅体冲裁模具，是一种典型的五金产品。主要利用压力机完成对压力锅锅体的下料，且对锅体进行切边成型的工序，其模具结构相对简单。通过设计我熟悉了模具设计的一般过程。本课题来源于生产实际，选用本课题对锻炼我的设计能力和做好毕业设计具有一定的实际意义。第1章 课题的研究内容及预计困难冲裁是指利用模具在压力机上使板料产生分离的冲压工艺。冲裁可直接冲出所需形状的零件，也可为其他工序制备毛坯。冲裁时所需使用的模具称为冲裁模。而本课题为压力锅锅体冲裁模具设计，压力锅锅体模具设计首先要设计好立体的锅体图，并且要有尺寸，第二、把压力锅锅体的表面积算出需多少平方的原材料。在提到原材料对我来说还是个未知数，虽然说学过模具这门课，但是书本内容不具体，由此看来解决这件事就得问懂这方面的人或到图书馆查资料或上网找相关资料。对于模具材料也得去了解。预计可能由的困难还是很多的，设计锅体的各方面是否合理，冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度。还要考虑冲裁间隙，因为冲裁间隙对冲裁件有着直接厉害关系。还有凸凹模刃口的计算、冲裁力的大小、模具的精度、模具的寿命、模具的安全、模具的使用与维护等。总之困难重重，需要我去查阅相关资料手册专业书籍来一步一步完成设计。1.1 本课题设计意义产品更新换代越来越快。无论是工业产品还是家电产品，大多数应用模具成型。因此，产品对模具的精度要求越来越高、越来越普及。由于模具是典型的技术密集型产品，为了表达清楚设计意图，设计人员必须花费大量的时间来绘制模架、顶杆、滑块等结构相对固定的零部件。目前，CAD/CAE的发展，为广大模具设计人员提供了方便。特别是近几年来，模具CAD/CAE技术发展很快，应用范围日益扩大，并取得了可观的经济效益。随着科技的不断进步，制造业正向数字化、全球化、网络化的方向发展，产品的生命周期越来越短，新产品的上市速度越来越快。模具是制造业的基本工艺设备，模具设计的、制造的效率对产品的开发效率有决定性影响。因此在模具设计的过程中，利用先进的CAD/CAE技术进行模具设计省事、省力，而且最为重要的是保证了成型后制品的准确性，减少了试模的次数，缩短了模具的设计及生产的周期。1.2 冲裁模具总体设计概述1分析产品的制件的工艺性，拟定工艺方案(1)先审查产品制件是否合乎冲裁结构工艺性，以及冲压的经济性。(2)拟定工艺方案，在分析工艺性的基础上，确定冲压件的总体工艺方案，然后确定冲压加工方案。2冲压工艺及工件设计冲压工艺设计：是指针对某一具体的冲压工件，根据其材料、结构特点、尺寸精度要求以及生产批量，按照现有设备和生产能力，拟定出一套经济合理，技术上切实可行的冲压加工工艺方案。同一种冲压件往往有多种工艺方案，因而必须根据各方面的因素和要求，通过分析比较进行优化设计，最终确定出最佳方案。冲压工艺设计一般以冲压工艺卡片的形式进行表达，在编制卡片过程中不仅要求工艺设计人员本身具备丰富的工艺设计知识和冲压实践经验，而且还要在实际工作中，与产品设计、模具设计人员以及模具制造、冲压生产人员紧密配合，及时采用先进经验并采纳合理化建议，将其贯穿到工艺规程中。冲压工艺卡片是模具设计以及指导冲压生产工艺过程的重要依据。制定工艺方案的原则在对冲压件进行工艺分析的基础上，考虑冲压工序的性质、数量、顺序、组合方式以及其它辅助工序的安排，拟定出最佳工艺方案。(1)工序性质的确定工序性质是指某种冲压件所需要的冲压工序的种类，如分离工序中的冲孔、落料、切边，成形工序中的弯曲、翻边、拉深等。工序性质的确定主要取决于冲压件的结构形状、尺寸精度，同时需要考虑工件的变形性质和具体的生产条件。工序性质的确定，应遵循以下原则:1)工序性质应与工艺性状相吻合所谓工艺性状是指制件的材料性能和几何形状对某工序成形的适应状态。在一定条件下，每种冲压工序都有在其变形规律支配下的工艺性状范围，只要材质性能和冲压件形状与之适应，该制件就可由该工序成形。从坯料向零件成形的多道工序中，这种材料性能和工序件形状在每一冲压工序后都会发生变化，因而前道工序的性质应能保证制件的工艺性状变化适合于下道工序的工艺性状范围。依此安排各个工序，使坯料得以顺利地向零件转化。由此，冲压件本身在很大程度上就决定了工序的性质，但有时又不十分明显，需要通过工艺计算才能确定。2)工序性质应保证变形区为弱区所谓弱区是指变形抗力小的区域。根据阻力最小定律，应使变形区为弱区，以达到变形容易，同时又保证不变形区的相对稳定。有时变形区与非变形区强弱对比不明显，为了使变形区为弱区，就需要增加工序。（2）排料及材料利用率的计算，选择合理的排料方式，决定出塔边值，并确定出条料的宽度，并力求取得最佳的材料利用率。（3）刃口尺寸计算，确定出凸凹模的加工方法，按其不同的加工方法分别计算出凸凹模的刃口尺寸。（4）冲压力、压力中心的计算及冲压设备初步选择，计算出冲压力及压力中心，并根据冲压力初步选定冲压设备。按所需方面压力选择设备，是否符合闭合高度要求，还需待画模具结构图后，再做校核与选择，最终确定设备的类型及规格。工件名称：压力锅锅体工件简图：如图所示生产批量：大批量材料：不锈钢1CR18NI9TI材料厚度：1.5mm 3冲模结构设计冲裁模结构设计注意事项 ：(1)排样：冲裁件的排样。 (2)模具结构：为何采用单工序冲裁模而不用复合模或级进模 ，模具结构是否与冲件批量相适应。 (3)模架尺寸：模架的平面尺寸，不仅与模块平面尺寸相适应，还应与压力机台面或垫板(4)开孔大小相适应：用增加或除去垫板的办法使压力机容纳模具时，注意压力机台面（垫板）开孔的改变 。(5)送料方向:送料方向（横送、直送）要与选用的压力机相适应 。(6)冲 裁 力:冲裁力计算及减力措施。 (7)操作安全:冲孔模应考虑放入和取出工件方便安全。 (8)防止失误:冲孔模的定位，宜防止落料平坯正反面都能放入。 (9)凸模强度:多凸模的冲孔模，邻近大凸模的细小凸模，应比大凸模在长度上短一冲件料厚，若做成相同长度则容易折断。 (10)防止侧向力:单面冲裁的模具，应在结构上采取措施，使凸模和凹模的侧向力相互平衡，不宜让模架的导柱导套受侧向力 。(11)限 位 块:为便于校模和存放，模具安装闭合高度限位块，模具工作时限位块不应受压。4.冲模制造的过程 冲模制造的过程，主要包括冲压件分析估算、模具图样设计、编制模具制造工艺规程、生产组织准备、模具零部件的加工和热处理、模具的装配、调试及检验与包装等内容。 (1) 分析估算 在接受模具制造的委托时，首先根据冲压件图样或实物分析研究采用什么样的成形工艺方案，继而确定模具套数、模具结构及模具主要加工方法，然后估算模具费用及交货期等。 (2) 模具图样设计 模具图样设计是模具制造过程中最关键的工作，通常由技术部门完成。模具设计图样一般包括模具结构总装图和模具零件图，图样中除应有的结构形状、尺寸、精度、表面粗糙度以外，还需提出必要的技术要求，如零件材料、热处理及加工、使用等方面的要求。模具图样一旦确定，就成为生产的法规性技术文件，无论是模具原材料的准备、加工工艺的制定，还是模具的装配与验收等，都以此为准来进行工作。 (3)制定加工工艺规程 确定凹模尺寸，在计算出凹模的刃口尺寸的基础上，再计算出凹模的壁厚，确定凹模外轮廓储存，在确定凹模壁厚时要注意三个问题。第一要考虑凹模上螺孔、销孔的布置；第二应使压力中心与凹模的几何中心基本重合；第三应尽量按国家标准选取凹模的外形尺寸。根据凹模的外轮廓尺寸及冲压要求，从冲模标准中选出合适的模架类型，并查出相应标准，画出上、下模板、导柱、导套的模架零件。画冲模装配图。画冲模零件图。编写技术文件。 (4)零部件加工 按照零部件加工工艺规程或工艺卡片，利用机械加工、电加工及其他方法，分别进行毛坯准备、粗加工、半精加工、热处理及精加工或修研抛光，制造出符合设计图样要求的冲模零部件。 5.方案设计步骤(1)确定凹模尺寸，在计算出凹模的刃口尺寸的基础上，再计算出凹模的壁厚，确定袄木外轮廓尺寸，在确定凹模壁厚时要注意三个问题。第一须考虑凹模上螺孔、销孔的位置；第二应使压力中心与凹模的几何中心基本重合；第三应尽量按国家标准选取凹模的外行尺寸。(2)根据凹模的外轮廓尺寸及冲压要求，从冲模标准中选取合适的模架类型，并查出相应标准，画出上、下模板、导柱、导套的模架零件。(3)画冲模装配图(4)画冲模零件图(5)编写技术文件1.3 总体方案设计1方案一：导板式单工序冲裁模单工序冲裁模又称简单冲裁模，这种冲裁模工作时，冲床每一次行程只完成单一的冲压工序。模具的上模部分由模柄，上模板，垫板，凸模固定板及凸模组成。模具的下模部分由导板，导料板，固定板，固定挡料销，凹模，下模板及承料板组成，其中导板与凸模为滑动配合，冲裁时对上模起导向作用，保证凸凹模间隙均匀，同时导板还起卸料作用。导板与凸模的配合间隙必须小于凸凹模间隙，一般来说，对于薄料（t0.8mm）,导板与凸模的配合为H6/h5;对于厚料（t3mm）其配合为H8/h7。导板式冲裁模结构简单,但对于导板与凸模的配合精度要求高,特别是模具间隙小时,导板的加工非常困难,导向精度也不容易保证,所以,此类模具主要用于材料厚,工件精度不太高的场合,冲裁时要求凸模与导板不脱开。2.方案二：导柱式工序冲裁模结构主要有工作零件凸模和凹模，定位零件为两个导料板和定位板，导料板对条料送进起导向作用，定位板是限制条料的送进距离。卸料零件为两个固定卸料板，支撑零件为上模座和下模座等零件组成。此外还有起连接紧固作用的螺钉和销钉等。模具工作时,导柱首先进入导套从而导正凸模进入凹模,保证凸凹模间隙均匀.冲裁结束后,上模恢复,凸模随之恢复,装于导料板上的卸料板将箍紧与凸模上的条料卸下,工件册从下模座漏料孔落下。该模具具有一定的通用性，通过更换凸模和凹模，调整导料板、定位板卸料板位置，可以冲裁不同冲件。另外，改变定位零件和卸料零件的结构，还可用于冲孔，即成为冲孔模。无导向冲裁模的特点是结构简单、质量轻、尺寸小、制造简单、成本低，但使用时安装调整间隙麻烦，冲裁件质量差，模具寿命低，操作不够安全。因此无导向简单冲裁适用于冲裁精度要求不高、批量小的冲裁件。3.方案三：导柱式简单冲裁模导柱式简单冲裁模是利用导柱和导套实现上、下模精确导向定位。凸、凹模在进行冲裁之前，导柱已经进入导套，从而保证在冲裁过程中凸模和凹模之间的间隙均匀一致。上、下模座和导柱、导套装配组成部件称为模架。这种模具的结构特点是：导柱与模座孔为H7/r6（或r7/h6）的过盈配合；导套与上模座孔也为H7/r6过盈配合。其主要目的是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和导套从上模座中脱落下来，为了使导向准确和运动灵活，导柱和导套的配合采用H7/r6的间隙配合。冲模工作时，条料靠导料板和固定挡料销实现正确定位，以保证冲裁时条料上的搭边值均匀一致。这副冲模采用了刚性卸料板卸料，冲出的工件在凹模空洞中，由凸模逐个顶出凹模直壁处，实现自然漏料。由于导柱式简单冲裁模导向准确可靠,并能保证冲裁间隙均匀稳定,因此,冲裁件的精度比用导板模冲裁的工件精度高,冲裁模使用寿命长,而且在冲床上安装使用方便,与导板冲裁模相比,敞开性好,视野广,便于操作,卸料板不再起导向作用,单纯用来卸料。导柱式冲裁模目前使用较为普遍,适合大批量生产,导柱式冲裁模的缺点是:冲裁模外形轮廓尺寸大,结构较为复杂,制造成本高,目前各工厂逐渐采用标准模架,这样可以大大减少设计时间和制造周期。刚性卸料板使用于冲压厚度在0.5mm以上的条料，尤其使用于简单的弯曲模和拉深模。其中有封闭式刚性卸料板、钩形刚性卸料板、悬臂式刚性卸料板等。刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模上，能承受较大的卸料力，其卸料可靠、安全，但操作不便，生产效率不高。刚性卸料板与凸模间的单边间隙一般取0.10.5mm。刚性卸料板的厚度取决于卸料力大小及卸料尺寸，一般取512mm。 固定挡料销和导正销定位的级进模 其工作零件包括冲孔凸模、落料凸模、凹模。定位零件包括导料板（与导板为一整体）、始用挡料销、固定挡料销、导正销。工作时，始用挡料销限定条料的初始位置，进行冲孔。始用挡料销在弹簧作用下复位后，条料再送进一个步距，以固定挡料销粗定位，落料时以装在落料凸模端面上的导正销进行精定位，保证零件上的孔与外圆的相对位置精度。在落料的同时，在冲孔恭维冲出孔，这样连续进行冲裁直至条料或带料冲完为止。采用这种级进模，当冲压件的形状不适合用导正销定位时，可在条料上的的废料部分冲出工艺孔，利用装在凸模固定板上的导正销进行导正。级进模一般都有导向装置，该模具是用导板给凸模导向，并以导板进行卸料，为了便于操作和提高生产率，可采用自动挡料定位或自动送料装置加定位零件定位。 推件装置有两种装置，是刚性推件装置和弹性推件装置。刚性推件装置其推件力大，推件可靠，但不具有压料作用；弹性推件装置在冲压时能压住工件，冲出的工件质量较高，但弹性元件的压力有限，当需要较大推件力时其结构庞大。 导向及支承固定零件：对生产批量大、要求模具寿命长、工件精度较高的冲模，一般采用导柱、导套来保证上、下模的精确导向。导柱、导套的结构形式有滑动和滚动两种，故采用导柱式简单冲裁模，且用无毛刺冲裁采用负间隙冲裁法,该方法可以应用普通模具,能比较容易地安装在普通冲床上冲制出无毛刺的零件,实现该冲裁的模具如图1所示，装置有2副各具有一个凸模和一个凹模的模具，第一副模具为主冲模具(凸模1,凹模9),第二副模具为反冲模具(凸模7,凹模4),在模板3、6上分别装有凸模1、7的导向套,两凸模分别可在各自的导向套内沿冲裁方向往复移动凹模4嵌在模板3上与模板3一起可由导柱5导向,沿冲裁轴线方向。1导柱，2导套，3上模，4卸料螺钉，5模柄，6防转销，7固定板，8垫板，9橡胶，10凸模，11凹模，12螺钉，13下模座，14销钉，15卸料板，16承料板，17螺钉第2章 冲裁的技术参数2.1 冲裁理论分析冲裁是利用冲模在压力机上使板料分离的一种冲压工艺，是使材料一部分相对另一部分发生分离，是冲压加工方法中的基础工序，应用极为广泛，它既可以直接冲压出所需的零件，又可以为其他冲压工序制备毛坯。材料经过冲裁以后，被分离成两部分，一般为冲落部分和带孔部分。冲裁工序的种类很多，比如切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等。若冲裁的目的是为了获取有一定外形轮廓和尺寸的冲落部分，则称为落料工序，剩余的带孔部分就成为废料；反之，若冲裁的目的是为了获取一定形状和尺寸的内孔，此时，冲落部分成为废料，带孔部分即为l件，则称为冲孔工序，。冲裁工艺是冲压生产的主要工艺方法之一。冲裁所得到的工件可以直接作为零件使用或用于装配部件，也可以作为弯曲、拉深、成形等其他工序的毛坯。按照分离变形机理不同，冲裁可分为普通冲裁、精密冲裁、整修和半精密冲裁，本书仅介绍普通冲裁。作为塑性加工方法之一的冲裁，它的变形力学范围既包含了剪切又包含了断裂。为了研究冲裁件的质量、模具的寿命以及冲裁力较精确的计算等，应该从塑性力学理论，方法及冲裁变形的实际条件诸方面对冲裁变形机理进行分析，以便认识冲裁变形的本质。根据冲裁理论分析,使冲裁件具有一定的精度,并保证获得无毛刺冲件,凸、凹模应采用负间隙,这样可使材料在变形区造成三向压应力状态,从而使变形区的材料进入塑性状态,可使剪口达到强力压板精冲的精度同时,由于主冲凸模进行负间隙不完全冲裁,使得板料被压凸后,被压凸部分和板料部分之间未产生撕裂和分离,如图2所示，这时在压凸部分的材料与板料之间有一高为S和宽为D/2的金属连接带,当对被压凸部分进行反顶并使之与板料分离时,金属连接带就要产生撕裂,同时在压应力作用下,使板料在剪切口附近处于拉伸状态,并由产生塑性变形,致使板料的下表面出现类似于其上表面的塌角,从而有效地控制了毛刺的产生,如图3所示 对板料进行冲裁时,两凹模先对向压紧被冲板料,而后主冲模具的凸模穿过反冲模具的凹模作不完全冲裁,当主冲模具的凸模回复时,反冲模具的凸模穿过主冲模具凹模对同一位置反向冲裁，待反冲模具的凸模回复原位后,两凹模松开工件，按照上述结构装置,冲孔时先将被冲件放置在凹模9上后,凹模4移近凹模9压紧被冲件,然后凸模1作不完全冲裁,待凸模1回复后,凸模7作完全冲裁,当凸模7回复时,冲压动作完成,这样得到的冲件为无毛刺冲件。图2-1无毛刺凸模图2-2 无毛刺冲裁凹模A塌角B光亮带C撕裂带D塌角根据无毛刺冲裁的工艺设计,影响冲裁效果的主要因素如下:1冲裁深度 冲裁深度是影响冲件质量的重要因素,根据无毛刺冲裁的工艺设计,冲件是在三向压应力的塑性状态下完成接近纯剪变形,因而可得到高质量的剪切断面,即很光亮的剪切断面，为了达到这一目的,就要对主冲凸模的冲裁深度进行研究大量的试验和生产实践证明,在主冲凸模进行不完全冲裁时,控制主冲凸模下表面距其对应的凹模上表面的高度值,是获得高质量剪切断面的重要因素,如果将这一高度值控制在最小范围内,必将会得到最长的光洁剪切断面,即得到最高的剪口完好率，由于被冲件的材料厚度不同,推荐高度值的取值范围为S= 12.5mm2冲裁间隙 主冲模具的冲裁间隙是影响冲裁效果的重要因素,冲裁间隙的取值不同,将直接影响到获得无毛刺冲裁件的技术效果，在无毛刺冲裁工艺设计中采用了负间隙冲裁,如果负间隙值取值过小,将不能获得无毛刺冲裁件;如果负间隙取值过大,这将直接影响冲件剪口的完好率,即直接影响剪口质量，而负间隙的选定不仅与冲件材料的厚度有关,同时还取决于冲件材料的机械性能，模具刃口情况等因素。考虑上述诸多因素,推荐主冲模具的负间隙值为D=0.050.50mm，最佳负间隙值的选择,依赖于对无毛刺冲裁工艺的理解和掌握情况,最终通过试验来确定，用负间隙冲裁法进行无毛刺冲裁时要严格保持一定的冲裁条件和冲裁参数,这样所冲制的工件冲切表面才能具有如图3的特征。2.2 压力中心计算确定多凸模模具的压力中心，是将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心（见图3-2）。计算其压力中心的步骤如下： 1.按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置。2.在任意位置画出坐标轴线x，y。坐标轴位置选择适当可使计算简化。在选择坐标轴位置时，应尽量把坐标原点取在某一刃口轮廓的压力中心，或使坐标轴线尽量多的通过凸模刃口轮廓的压力中心，坐标原点最好是几个凸模刃口轮廓压力中心的对称中心。 图3-2压力中心的确定图3-2压力中心的确定分别计算凸模刃口轮廓的压力中心及坐标位置X1，X2，X3，Xn和Y1，Y2，Y3，Yn分别计算凸模刃口轮廓的冲裁力F1，F2，F3，Fn或每一个凸模刃口轮廓的周长对于平行力系，冲裁力的合力等于各力的代数和。即F=F1+F2+Fn 3.根据力学定理，合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之代数和，则得压力中心坐标计算公式。冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)而变化的，如图2.2.3所示。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：F卸料=KLtb式中 F冲裁力；L冲裁周边长度； t材料厚度；b材料抗剪强度；K系数。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K1.3。卸料力、推件力及顶件力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复）及摩擦的存在，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要准确地计算这些力是困难的，生产中常用下列经验公式计算 Fx=kxFFz= F卸料+Fx冲模压力中心的确定模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能会出现由于冲件的形状特殊或排样特殊，从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。简单几何图形压力中心的位置，对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。此工件的是圆形,其压力中心的在图形的几何中心。第3章 模具材料选购原则3.1 满足工作条件要求 1耐磨性 耐磨性又称耐磨耗性。材料的耐磨损性能，用磨耗量或耐磨指数表示。 磨损现象很常见，造成这一现象的原因很多有物理化学和机械方面的，主要由磨粒磨损，粘着磨损（胶合），疲劳磨损（点蚀），腐蚀磨损。 耐磨性几乎和材料所有性能都有关系，而且在不同磨耗机理条件下，为提高耐磨性对材料性能亦有不同要求。由于摩擦材料和试验条件各不相同，可用磨耗指数表示或由用磨耗试验机在规定条件下进行试验所测得的材料减量（g/cm2），或其倒数表示，耐磨性是摩擦磨损试验中的一个测量参量。坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。 硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。强韧性 模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。 模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。 (1)疲劳断裂性能零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象就叫作疲劳断裂。 条件: 超出材料的疲劳极限。 疲劳极限：在一定条件下（a）纯弯曲；（b）完全对称循环；（c）应力幅恒定；（d）频率在3000-10000次/分；小试样有足够大的过渡圆角，表面经过抛光；由实验中得出的，在10的七次方周次下仍不断裂的最大应力 提高疲劳极限的途径主要有：在零件结构设计中尽量避免尖角、缺口和截面突变，以免产生应力集中而由此产生疲劳裂纹；提高零件表面加工质量，减少疲劳源；采用各种表面强化处理等模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。 模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。 (2)高温性能 当模具的工作温度较高进，会使强度降低（在不同温度下进行金属材料的静拉伸试验时，可以发现，随着试验温度的升高，屈服平台消失，而且材料所能承受的最大载荷也降低）。塑性增大（ 在高温条件下，影响材料机械性能的因素增多，不仅温度有影响，应变速度，断裂所需时间也有影响）和强度下降。导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。 (3)耐冷热疲劳性能 有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。 (4)耐蚀性 有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。3.2 满足工艺性能要求 模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。 1可锻性金属具有热塑性，在加热状态（各种金属要求温度不同），可以进行压力加工，称为具有可锻性。 可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态 或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分 。 金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的性能，也叫工艺塑性。可锻性指标通常用金属材料在一定塑性变形方式下表面开始出现裂纹时的变形量来表示，这个变形量称为临界变形量。各种锻压加工的变形方式不同,表示可锻性的指标也不同。镦粗以压缩率表示,延伸以延伸率或截面缩小率表示，扭转以扭角表示。影响因子：可锻性同许多因素有关，一方面受化学成分、相组成、晶粒大小等内在因素影响；另一方面又受温度、变形方式和速度、材料表面状况和周围环境介质等外部因素影响。在一般情况下，合金元素增加，则变形抗力增高,塑性降低,加工温度范围变窄，因而可锻性降低。材料内部组织均匀，杂质少，第二相不偏聚在晶界，可锻性较高。加工温度和变形速度合适，变形分布均匀，变形为压应力状态，材料表面光洁，可锻性也较高。一般合金钢和高合金钢的可锻性比碳钢差；而纯金属和铝等有色金属的可锻性比较好。具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。 2退火工艺性 退火定义：将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的：是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。 （1）金属工具使用时因受热而失去原有的硬度。 （2）把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却。退火可以减低金属硬度和脆性，增加可塑性。也叫焖火。球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。 3切削加工性 切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件 的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。一般非铁金属(有色金属）比铁金属切削加工性好，铸铁比钢好。切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。 4氧化、脱碳敏感性 高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。 5淬硬性 指钢在淬火时硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。主要取决于马氏体中的含碳量，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。其他合金元素的影响比较小。淬透性才是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布表示。 淬硬性是指在理想的淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度，也称可硬性。淬火后具有均匀而高的表面硬度。 6淬透性 表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一。主要与钢的过冷奥氏体稳定性和钢的临界冷却速度有关。淬硬层深度，也叫淬透层深度；是指由钢的表面量到钢的半马氏体区（组织中马氏体占50%、其余50%为珠光体类型组织）组织处的深度（也有个别钢种如工具钢、轴承钢需要量到90%或95%的马氏体区组织处）。钢的淬硬层深度越大，就表面这种钢的淬透性越好。淬透性是指在规定条件下试样淬透层深度和硬度分布来表征的材料特征，它主要取决于材料的临界淬火冷速的大小。在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关。钢的淬透性主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度和保温时间等因素有关。淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂。淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。 7淬火变形开裂倾向 常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。 8可磨削性 砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。 就是磨削加工工艺性，一般说磨削工艺性不好就是指材料太硬、太黏等等一些不利于磨削加工的特性。3.3 满足经济性要求 在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。第4章 零件工件的分析4.1 模具的主要零件、作用及安全要求 工作零件凸凹模是直接使坯料成形的工作零件，因此，它是模具上的关键零件。凸凹模不但精密而且复杂，它应满足如下要求：（1）应有足够的强度，不能在冲压过程中断裂或破坏；（2）对其材料及热处理应有适当要求，防止硬度太高而脆裂。 定位零件定位零件是确定坯件安装位置的零件，有定位销（板）、挡料销（板）、导正销、导料板、定距侧刀、侧压器等。设计定位零件时应考虑操作方便，不应有过定位，位置要便于观察，最好采用前推定位、外廓定位和导正销定位等。 压料、卸料及出料零件压料零件有压边圈、压料板等。 压边圈可对拉延坯料加压边力，从而防止坯料在切向压力的作用下拱起而形成皱褶。压料板的作用是防止坯料移动和弹跳。顶出器、卸料板的作用是便于出件和清理废料。它们由弹簧、橡胶和设备上的气垫推杆支撑，可上下运动，顶出件设计时应具有足够的顶出力，运动要有限位。卸料板应尽量缩小闭合区域或在操作位置上铣出空手槽。暴露的卸料板的四周应设有防护板，防止手指伸入或异物进入，外露表面棱角应倒钝。 导向零件导柱和导套是应用最广泛的一种导向零件。其作用是保证凸凹模在冲压工作时有精确的配合间隙。因此，导柱、导套的间隙应小于冲裁间隙。导柱设在下模座，要保证在冲程下死点时，导柱的上端面在上模板顶面以上最少5至10毫米。导柱应安排在远离模块和压料板的部位，使操作者的手臂不用越过导柱送取料。 支承及夹持零件它包括上下模板、模柄、凸凹模固定板、垫板、限位器等。上下模板是冲模的基础零件，其他各种零件都分别安装固定在上面。模板的平面尺寸，尤其是前后方向应与制件相适应，过大或过小均不利于操作。 有些模具（落料、冲孔类模具）为了出件方便，需在模架下设垫板。这时垫板最好与模板之间用螺钉连接在一起，两垫板的厚度应绝对相等。垫板的间距以能出件为准，不要太大，以免模板断裂。 紧固零件它包括螺钉、螺母、弹簧、柱销、垫圈等，一般都采用标准件。冲压模具的标准件用量较多，设计选用时应保证紧固和弹性顶出的需要，避免紧固件暴露在表面操作位置上，防止碰伤人手和妨碍操作。 在结构上应尽量保证进料、定料、出件、清理废料的方便。对于小型零件的加工要严禁操作者的手指、手腕或身体的其他部位伸入模区作业；对于大型零件的加工，若操作者必须手入模内作业时，要尽可能减少入模的范围，尽可能缩短身体某部位在模内停留的时间，并应明确模具危险区范围，配备必要的防护措施和装置。 模具上的各种零件应有足够的强度及刚度，防止使用过程中损坏和变形，紧固零件要有防松动措施，避免意外伤害操作者。 不允许在加工过程中发生废料或工件飞弹现象，影响操作者的注意力，甚至击伤操作者。另外要避免冲裁件毛刺割伤人手。不允许操作者在进行冲压操作时有过大的动作幅度，避免出现使身体失去稳定的姿势；不允许在作业时有过多和过难的动作。应尽量避免冲压加工时有强烈的噪声和振动。模具设计应在总图上标明模具重量，便于安装，保障安全。20千克以上的零件加工应有起重搬运措施，减轻劳动强度。装拆模具零件时应方便安全，避免有夹手、割手的可能；模具要便于解体存放。总之，模具中的哪怕是细微的问题都会影响安全，只有对每种作业中的具体问题进行分析，才能提出模具中的安全注意事项。4.2 冲裁模模具材料选择1冲裁模模具钢组织的强化机理 在冲裁板件时，由于单位负荷较大（200MPa）、被冲裁材料的应力状态较复杂，在分离过程中模具切削刃的发热温度较高（200），故冲裁模的耐用度在大多数情况不能满足板料冲压生产的要求。 为提高冲裁模的耐用度，研制了三种新型模具钢。它是通过提高模具钢内的碳化物相数量和改变其类型，达到最大提高冲裁模耐用度的。但是，因提高了碳化物的不均匀性，这时模具钢的机械性能可能变坏，因此，必须在模具钢内同时添加某些活性元素，例如，钒和钼可改善组织内各元素的分布，并且可提高模具钢的物理机械性能和使用性能。钼可部分替换碳化物内的铬原子，而钒可减小合金渗碳体的总量，从而可促使显著减小模具钢微体积内的化学成分和碳化物的不均匀性。 形成的碳化物M7C3与显著数量的铬（达89）有关系，从而常降低合金化的效果。为排除这种现象，在钢内必须添加0.40.8Ti，从而可减小固溶体内的含碳量，提高马氏体转变点的温度，并可促使减少组织内的残余奥氏体数量（达710）。此外,减小含碳量可促使获得韧性较好的母体，并可导致提高应力源内的松弛程度，这对模具钢工作过程甚为重要。 在用形成碳化物的活性元素（Mo，V，Ti等）合理的合金化基础上，研制了有效的组织强化机理。它可保证改善模具钢的综合性能，部分减小钢内碳化物成因的化学成分不均匀性，并可排除或难于使铬原子从固溶体内转移到碳化物中。 上述元素的难熔碳化物在淬火温度t淬10401080时未溶解，可保证奥氏体保持较细晶粒，从而有较高的抗脆性破坏水平和抗弯强度水平。此外，在r转变时增加最分散的MC类型碳化物的体积份额，可提高马氏体形核中心的数量，从而同样促使马氏体转变温度M始、M终的提高和晶粒的细化，并使模具在使用时其切削刃的金属难于流动，从而提高模具的耐磨性。 马氏体转变的开始温度M始和终了温度M终与模具钢成分和淬火温度的变化曲线 2冲裁模模具钢的化学成分 已确定,在含612Cr的模具钢内,活性元素特别是Ti(达0.7%)，与Mn、Cr和Mo最佳结合，可促使形成较高质量的组织相，并可提高模具钢的强度（b3400MPa3600MPa），耐磨性和耐热性(t450500)。含0。2%0。9%钼，可抑制分散的脆性颗粒沿马氏体晶界析出，并可明显提高模具钢在淬火和回火后的冲击韧性。钒与钛可细化晶粒提高模具钢的耐磨性。钒与钼、硅可保证模具钢各种性能的满意结合，而在添加钛时可提高它们对耐磨性影响的效果。 用形成碳化物的活性元素合金化的高铬对淬火时过热的敏感性较小，保证细晶粒的淬水温度区域被显著扩大，从而可建立碳化铬和其它元素在奥氏体内较大溶解的条件。 统计处理铬的分布数据表明，添加钛可促使扩大铬在固溶体内的浓度区间，并使其右移，从而证明用形成碳化物过程中获自由的铬，可提高模具钢金属母体的合金度。 淬火后铬的分布区间 1.Crl2MoV钢 2.Cr5V3SiTi钢 3.Cr12MOSiMi钢 4.Cr3MnVTi钢 n.Cr的分布频率 在上述研究的基础上,研制出三种冲裁模模具钢的合理化学成分，列于表4-1。 表4-1 冲裁模模具钢的化学成分钢化学元素含量(%)CMnSiCrMoVTiCr3MnVTi1.151.251.01.20.450.522.83.40.20.31.01.20.550.08Cr5V3SiTi1.751.850.80.91.24.65.40.20.42.33.20.40.7Cr12MoSiTi1.751.850.30.60.71.04412.50.650.950.30.50.40.73新型模具钢的机械性能 已确定，在含铬量3以上的模具内，形成碳化物较活性的元素与锰、铬和钼最佳结合，可提高模具钢在热处理后的强度和耐磨性，见表4-2。表4-2 热处理最佳规范和模具钢的机械性能钢 温度(oC)硬度(HRC)抗弯强度极限(MPa)冲击韧性(MJ/m3)淬火回火Crl2MoV100010202002206162270029000.350.4Cr3MnVTi98010001802006163320037000.350.45Cr5V3SiTi102010602202406163350037000.50.6Crl2MoSiTi104010802202406163340036000.450.55所研究的模具钢在传统淬火后的组织,由马氏体、残余奥氏A残和碳化物MC所组成（见表4-3）。当不能保证所需的临界冷却温度情况，同样可能形成下贝氏体类型的组织。回火到工作硬度6062HRC，将导致残余奥氏体的部分分解和碳化物相含量的增加。淬火和回火，组织的各组元之间关系主要取决于模具钢的化学万分和其热处理规范。 表4-3 模具钢内组织的各组元数量（%）钢退火淬火回火马氏体内的含碳量MCMCA残MCA残CrMnVTi141610148121015680.240.29Cr5V3SiTi18231418152215195100.250.30Crl2MoSiTi16221216118241317570.230.28已确定,阻碍碳化物对钢内实际奥氏体晶粒长大作用的温度区间为1000-1200oC。实际奥氏体的晶粒大小将显著影响到马氏体的分散性和在淬火和回火状态下模具钢的机械性能。 由于存在碳化钛、碳化钒和二次碳代铬，故在淬火和回火后被研究钢内的碳你物相较Crl2MoV钢内的分散，见表4-4。表4-4 模具钢内碳化物颗粒的数量钢碳化物数量（个）碳化物总量(个)碳化物的体积(%)碳化物颗粒的尺（m）10Crl2MoV1502586597312286427371016.6Cr3MnVTi139770252513210363292212.0Cr5VSiTi234678729226412676389118.8Crl2MoSiTi2513804308204233133416220.9注:该数据是当每个视场面积为0.25mm2时按10个视场的平均值得出的。从表4中可同，在Cr5V3SiTi钢和Crl2MoSiTi钢中，碳化物含量较传统模具钢Crl2MoV内的多。在Crl2MoV钢内的细小碳化物数量（尺寸6m以下）占碳化物总量的72.4%，而在Cr3MnVTi钢、Cr5V3SiTi钢和Crl2MoSiTi钢内的碳化物数量分别占89.8%，88.02%，87.1%。这与表4-2内获得的机械性能很吻合，亦与表4-5内的模具钢的耐磨性试验结果和抗压塑性变形的试验结果相吻合。 表4-5 淬火和回火后模具钢的抗压强度和耐磨性钢温度（oC）硬度（HRC）压（MPa）相对耐磨性淬火回火Crl2MoV10002206220711.0Cr3MnVTi9802206221651.3Cr5V3SiTi10302206224781.75Crl2MoSiTi10602406225001.7在所研究的模具钢内，细小的碳化钛在淬火温度时无热动力性将邻近段的元素溶解在自己内，故可促使碳化物周围微体积内保持相对的化学均匀性，从而改善它们在金属母体内的固定，也就是可提高模具钢的强度和耐磨性。 已确定，Cr5V3SiT钢和Crl2MoSiTi钢可使所需使用性能完全保持到回火温度500550oC，从而可应用于高速压力机上的模具。这种模具的工作刃允许发热到400oC。这些钢种同样推荐应用于工作在动载荷范围宽广的模具，以及使用在高磨损条件下的重载冲裁模。 Cr3MnVTi模具钢可用来制造轻载冲裁模和大批量生产电机零件的模具。 第5章 模具方案设计5.1 模具结构设计1主要参数的确定(1)步距精度及导正销的设置、步距精度为0.01mm,步距是工件的宽度尺寸加一个搭边尺寸2405=245mm，步距为245mm步距精度由导正销保证，有3个导正销设在落料凸模的底部。 (2)模具主要零件精度确定、凸模与凹模的冲裁间隙尺寸可按工件的材料厚度及材料的机械性能确定。凸、凹棋双面间隙取料厚的8%10%之间为0.18mrn。 (3)模架的选取。由于工件厚度适中，冲裁间隙为0.18mm。因此模肯采用滑动导向后导柱模架，回缀配合转庇。 5.2 模具结构及工件加工特点模具加工是指成型和制坯工具的加工，此外还包括剪切模和模切模具。 通常情况下，模具有上模和下模两部分组成。将钢板放置在上下模之间，在压力机的作用下实现材料的成型，当压力机打开时，就会获得由模具形状所确定的工件或去除相应的废料。 小至电子连接器，大 至汽车仪表盘的工件都可以用模具成型。 级进模是指能自动的把加工工件从一个工位移动到另一个工位，并在最后一个工位得到成型零件的一套模具。 模具加工工艺包括：裁模、冲坯模、复合模、挤压模、四滑轨模、级进模、冲压模、模切模具等。模具总体设计，它由模架的上模和下模两部分组成。工作零件是冲模完成分离材料成形所需要的零件，包括凸模与凹模。凸模和凹模刃口之间要有合理间隙并且锋利，以保证实现分离材料的目的。卸料及推件装置是由卸料板、橡皮、螺钉组成，利用压缩橡皮产生的卸料力来完成压料、卸料。卡在凹模孔内的工件，则利用凸模在冲裁时一个推一个地由凹模孔下落。此外坯有前后侧面导板，侧压板，以及由挡料销和两个临时挡料销组成的步距定位装置第6章 设计计算及压力机的选择6.1 模具设计计算1排样、计算条料宽度及确定步距采用单排方案，由表2-18确定搭边值，根据零件形状两式件间按矩形取搭边值b=2.0mm，侧边取搭边值a=2.0mm。计算冲压力该模具采用钢性卸料和下出料方式落料力查表8-7得 500=1.3 L=910.6T=1.5mmb=500MPA