正装复合模课程设计.doc

湖南涉外经济学院机械工程学部冲压成型工艺及模具设计课程设计任务书 学部 专业题目 任务起止日期： 年 月 日至 年 月 日止学生姓名： 班级： 指导老师： 日期： 系主任： 日期： 审查学部主任： 日期： 批准 前 言 模具是工业产品生产用的工艺设备，主要应用于制造业。它是和冲压、锻造、铸造成形机械，以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成形加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用。模具属于精密机械产品，它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件、导向零件、支承零件、定位零件及送料机构、抽芯机构、推出机构等。模具与相应的成形设备（如冲床、塑料注射机、压铸机等）配套使用时，可直接改变金属或非金属材料的形状、尺寸、相对位置和性能，使之成形为合格的制件。为提高模具的质量性能精度和生产效率，缩短模具制造周期，模具多采用标准零件，所以模具属于标准化程度较高的产品。一副中小型冲模或塑料注射模中，其标准零件可达90%，其工时节约率可达25%到45%。现代产品生产中，由于模具的加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到了很广泛的应用。现代工业产品的零件，广泛采用冲压、锻造成形、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其它成形加工方法，和成形模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料成形加工成符合产品要求的零件，或成为精加工前的半成品件。如汽车覆盖件，须采用多副模具，进行冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳、洗衣机内桶是采用塑料注射模，经一次注射成型为合格零件；发动机的曲轴，连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品配件。高精度、高效率、长寿命的冲模，塑料注射成型模具，可成形加工几十万件，甚至几千万件产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件上亿件，这类模具称为大批量生产用模具。适用于多品种、少批量，或产品试制的模具有组合冲模、快速冲模、叠层冲模或低熔点合金成形模具等。在现代加工业中，具有重要的经济价值，这类模具称为通用、经济模具。电子计算机、现代通信器材与设备、电器、仪器与仪表等工业产品的元器件或零、部件越来越趋于微型化、精密化，其零件结构设计中的槽、缝、孔尺寸要求在0.3mm以下，所以批量生产用模具要求很高。如高压开关中的多触点零件，宽度仅为10mm，却需冲孔，冲槽、弯曲、三层叠压等多个工序，模具需设计为70工位的精密级进冲模。又如手机中零件尺寸极其微小，对模具的要求很高。这类微型冲件和塑件用的模具，已成为高技术模具或专利模具。大型模具，重量在10吨以上的已很常见，有些模具重量达到30吨。如大型汽车覆盖件冲模、大型曲轴锻模、大尺寸电视机外壳用塑料注塑模等重量都在10吨以上。随着现代化工业和科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强，模具的制造水平已成为工业国家制造工艺水平的标志。另外，模具是进行成形加工及少、无切屑加工的主要工装，在大批、大量加工中，可使材料利用率达90%或以上。当今社会的发展和进步，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能生产加工出来。因此，模具的发展与人们的生活越来越紧密。我们利用模具加工各种的工件，以便满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。因此我选择了模具的毕业设计来检验我在这方面的知识。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也有很多种，模具的种类繁多，但是用处广泛的大约有以下几种:冲裁模、弯曲模、拉深模、冷压模、硬质合金冲模、塑料成型模等。其中以冷压模和塑料膜的技术要求和复杂程度高。在本次毕业设计中利用计算机辅助设计（CAD）绘制模具装配图以及主要零件图，使得对CAD的应用得到了巩固和加深。同时对所给的零件进行分析，分析该零件的尺寸、形状、厚度、加工规模等从而得出用一般精度的模具即可完成加工要求。在加工分案的选择上选用了正装式复合模进行加工。同时对冲裁工艺、模具的整体结构、工作原理进行详细的介绍。希望对大学四年的知识能够有一个总结，顺利完成这次毕业设计。 课题：正装复合模设计零件简图：如图所示材 料：0.8F厚 度: 1.2mm1 冲裁工艺设计11 冲裁件的工艺分析冲裁件的的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件在冲压加工中的难易程度。冲裁件的工艺是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响，一般情况下对冲压件工艺性影响最大的是几何尺寸和精度要求。1.1.1 材料特性分析冲压所用的材料，不仅要满足工件的技术要求，同时也必须满足冲压工艺要求：（1）应有良好的塑性。在成形工序中，塑性好的材料，其容许的变形程度大。在分离工序中，良好的塑性才能获得理想的断面质量。（2）应具有光洁平整且无缺陷损伤的表面状态。表面状态好的材料，加工时不易破裂，也不容易擦伤模具，制成的零件也有良好的表面状态。（3）材料的厚度公差应符合国家标准。因为一定的模具间隙，适应于一定厚度的材料。本零件采用10号钢，10号钢属于优质碳素结构钢，其中含C量为0.07%0.14%，抗拉强度，屈服强度。其韧性好，强度适中吻合加工的要求。1.1.2 冲裁件的结构工艺性分析（1）冲裁件的形状应尽量简单，最好是规则的几何形状或由规则的几何形状所组成。同时应避免冲裁件上过长的悬臂与凹槽，它们的宽度要大于料厚的（1.5到2）倍，该零件外形上接近于矩形，没有悬臂和凹槽，冲裁件的最小尺寸为1.4mm大于1.5t。（2）一般情况下，冲裁件的外形和内孔应避免尖角，采用的圆角。此零件设有R2.5的倒角。（3）冲孔时，因受凸模强度限制，孔的尺寸不宜过小。用一般冲模冲圆孔时，对硬钢，直径；对软钢和黄铜，；对铝及锌，。冲方孔时，对硬钢，边长；对软钢及黄铜，；对铝和锌，。由于10号钢属于软钢。而。所以该条件也满足。（4）孔与孔之间的距离或孔与零件边缘之间的距离a，因受模具强度和冲裁件质量的限制，其值不能过小，一般应取a.2t(3-4mm),如使用级进模，而且对零件精度要求不高时，a可适当减小，但也不宜于小于板厚。该零件的孔与孔间的最小尺寸为5.5mm,孔与零件边缘的最短距离为4mm。（5）冲裁件的精度一般可达IT10-IT12,高精度可达IT8-IT10级，冲孔比落料的精度约高一级。该零件没有标准公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的公差数值精度来处理，冲模则可按精度制造。1.2 冲压工艺方案的确定该工件有两道加工工序：冲孔、落料。可以有以下三种方案：方案一：先落料后冲孔，采用简单模生产；方案二：落料和冲孔连续加工，采用级进模生产；方案三：落料和冲孔复合加工，采用复合模生产。三种方案比较见表1.1表1.1 三种方案的比较模具种类比较项目简单模级进模复合模冲裁件精度较低高一般生产效率低较高高生产批量批量小或试制冲裁件大批量大批量模具复杂程度简单较复杂复杂模具制造成本较低较高高模具的结构特点结构简单安装容易结构较复杂制造麻烦结构较复杂模具的制造精度较低较高高模具制造周期较快较长长冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好方案一虽然模具结构简单，尺寸较小，重量较轻，模具制造简单，成本低廉。模具依靠压力机导轨导向，模具的安装调整麻烦，很难保证上、下部分对正，从而难以保证凸、凹模之间的间隙均匀，冲裁件精度差，模具寿命低，操作也不安全，需要两套模具，生产率较低而且不适合大批量生产。方案二级进模是多工序冲模，在一副模具上能完成多道工序，使用级进模可以减少模具和设备数量，提高生产效率。级进模容易实现冲压生产自动化。但是，级进模比简单模结构复杂，制造麻烦，成本增加。级进模的条料的准确定位的问题不好解决。方案三复合模也是多工序冲模，在一副模具中一次送料定位可以同时完成几个工序。和级进模相比，冲裁件的内孔和外缘具有较高的位置精度，条料的定位精度要求较低，冲模轮廓尺寸较小，复合模适合于生产批量大、精度要求高的冲裁件，且零件的形位精度容易保证，条料的定位精度要求较低，生产效率较高。综上分析应该选择第三方案进行加工。2. 排样设计及材料利用率计算 2.1 排样方案的确定冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。排样的合理与否直接关系到材料利用率的高低，而冲压件的成本中，材料费用一般占60%以上，因此合理排样对提高材料利用率降低成本具有十分重要的意义。根据材料的合理利用情况，条料的排样方法可以分为三种：（一）有废料排样：沿工件全部外形冲裁，工件四周都留有搭边。可由搭边补偿误差，因而能保证冲裁件的精度和质量，冲模寿命也较高，但材料利用率低。（二）少废料排样：沿工件部分外形冲裁，局部有搭边和余料。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差就会影响模具的寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。（三）无废料排样：工件由条料顺次切下，直接获得零件，无任何搭边。冲件的质量较差，模具寿命低，但材料利用率高。采用少、无废料排样，对节省材料有重要意义。同时，因冲切周边减小，可降低冲压力并简化冲模结构。但采用少、无废料排样也存在一些缺点，如工件所能达到的质量与精度都较差，同时模具寿命也较低。此外，少无废料排样中，工件的毛刺也不在同一方向。无论是有废料、少废料或无废料排样，其排样的型式均可分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排和多行排等。综上分析，根据零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样，采用直排的形式。2.2 搭边的选取排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边虽然形成废料，但在工艺上却有很大的作用。搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的零件。搭边还可以保证条料有一定的刚度，利于送进。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小，在冲裁中有可能被拉断，使零件产生毛刺，严重时会拉入凸模与凹模间隙之中，损坏模具刃口。搭边值的大小通常与材料的机械性能、工件的形状和尺寸、材料厚度以及送料和挡料方式等因素有关。硬材料的搭边值比软材料的搭边值可小一些；工件尺寸大或是有尖突的复杂形状时，搭边值取大些，厚材料的搭边值应取大些；用手工送料，有侧压装置，搭边值可取小些。目前搭边值的大小是由经验确定的。表2.1是常用以确定搭边值的参考数表。 表2.1 搭边a和a1的数值材料厚度tmm圆件及圆角r2t矩形件边长L50mm矩形边长L50mm或圆角r2t工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.501.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.8根据零件矩形形状最长边长为24.5mm，厚度为0.8mm,所以a1=1.5mm,沿边a=1.8mm。2.3 送料步距、条料宽度及导料销与条料间距计算2.3.1送料步距：两次冲裁间板料在送料方向移动的距离L，其值等于冲裁件相应部分的宽度加上工件间搭边值a,即L=d1+a=22+1.2=23.2mm （2-1） 2.3.2条料宽度及导料销与条料间距的计算条料宽度的计算B=d2+2a=（34+1.5x2）0-0.5=37 0-0.5 （2-2） 导料销与条料间距为1.2mm.所以排样图如图2-1: 图 2-12.4 材料利用率的计算查板材标准应选900mm1000mm的钢板，每个钢板可剪裁成24个条料（37mm1000mm）,每张条料可加工43个零件，则材料的利用率为 =nA/BLx100% = (22x34x1032/900x1000)=85.77% （2-3） n-一张板料上冲件的数量A-零件的实际面积B-板料的宽度L-板料的长度即每张板材的材料利用率为63.3%3. 冲裁工艺计算3.1 冲裁力和压力中心的计算3.1.1 冲裁力的计算冲裁力是指冲裁时，材料对凸模的最大抵抗力，它是选择冲压设备和校核模具强度的重要依据。用平刃冲裁模冲裁时，其冲裁力的计算公式为 （3-1） -冲裁力（N）-冲裁件的周长（mm） -板料的厚度(mm)-材料的抗剪强度（2）-系数。这一公式是对冲裁区的变形进行简化，认为是纯剪变形得到的。变形区的实际变形情况比较复杂，因此，采用系数加以修正，一般可取=1.3。抗剪强度的数值，取决于材料的种类和状态，可取。为了计算方便，也可以用下式估算冲裁力： （3-2）式中：-材料的抗拉强度经查机械设计手册得10号钢的抗拉强度b=335MPa.由此可以得出：落=冲3.1.2 卸料力、推料力和顶件力的计算冲模过程中，材料由于弹性变形和摩擦使带孔部分的板料紧箍在凸模上，而冲落部分的板料紧卡在凹模洞口内。为了继续下一步的冲裁工作，必须将箍在凸模上的板料卸下，将卡在凹模洞口的板料推出，从凸模上卸下紧箍着的板料叫卸料，所需的力叫卸料力；顺着冲裁方向将卡在凹模洞口内的板料推出叫推件，所需的力叫推件力；有时需要将卡在凹模洞口内的板料逆着冲裁方向顶出，这就叫顶件，顶件所需的力叫顶件力。影响卸料力、推件力和顶件力的因素有很多，主要有材料的机械性能、材料厚度、模具间隙、零件的形状和尺寸以及润滑条件等。要准确计算这些力是很难的，生产中常用以下经验公式进行计算：推件力 （3-3）顶件力 （3-4）卸料力 （3-5）式中：n-同时卡在凹模洞口内的零件数 -冲裁力（N） 、-推件力、顶件力和卸料力系数，其值见下表、表3.1 推件力系数、顶件力系数和卸料力系数料 厚K1K2K3钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.030.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.03 铝、铝合金紫铜、黄铜0.030.070.030.090.0250.080.020.06注：卸料力系数在冲多孔和轮廓复杂冲裁件时取上限。查表可有：=0.14，=0.075总冲压力总冲压力是各种冲压工艺的总和，由于本模具采用弹性卸料装置，则：在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时，所需冲裁力如果超过现有压力机吨位，就必须采取降低冲裁力。一般采用如下几种方法：（1）材料加热红肿。材料加热后抗剪强度可以大大降低，从而降低冲裁力。但材料加热后产生氧化皮，故此法一般只适用于厚板或工件表面质量及精度要求不高的零件。（2）在多凸模冲模中，将凸模作阶梯形布置，即将凸模刃口制成不同高度，使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，这样就能降低总的冲裁力。（3）用斜刃口模具冲裁。用普通的平刃口模具冲裁时，其整个刃口平面都同时压入材料中，故在冲裁大型或厚板工件时，冲裁力往往很大，若将凸模刃口平面做成与其轴线倾斜一个角度，冲裁时刃口就不是全部同时切入，而是逐步冲切材料，这就等于减少了剪切断面积，因而能降低冲裁力。斜刃冲模虽然降低了冲裁力，但增加了模具制造和修磨的困难，刃口也容易磨损，故一般情况下尽量不用，只用于大型工件冲裁及厚板冲裁。3.1.3 压力中心的计算冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为保证冲模正确平衡地工作，冲模压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心线相重合，以免滑块受偏心载荷，从而减少冲模和压力机导轨的不正常磨损，提高模具寿命，避免冲压事故。冲模压力中心的计算，是采用空间平行力系合力作用线的求解方法，即根据“合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和”的力学原理求得。对于任何形状，不论单个图形（敞开或封闭的轮廓）或多个图形（如多凸模、复合模和级进模）冲裁，其计算方法相同。首先将组成图形的轮廓线划分为若干基本线段，分别计算其冲裁力（对于多凸模，分别计算各凸模图形的冲裁力），这些即为分力，由各分力之和算出合力。然后，任意选定直角坐标系,确定各线段或各图形的重心坐标，按上述定理列式，即可求出压力中心的坐标。由于线段的长度或图形的轮廓周长与冲裁力成正比，所以可以用线段的长度或图形轮廓的周长代替，这时压力中心坐标公式如下： （3-6） （3-7） 由此可算得所以压力中心为（13.25,9.55）3.1.4压力机的选择冲压工作是在冲压设备上进行的，目前应用较多的有曲柄压力机、摩擦压力机和液压机。曲柄压力机可用于各类冲模，其中偏心机床尤其适用于导柱、导套不脱开的模具（如导板模），摩擦压力机和液压机主要用于校正模、压铸模等，同时也适用于挤压模。这里简单介绍一下生产中最普遍适用的压力机。曲柄压力机包括各种结构的偏心冲床和曲柄冲床，其基本工作机构都是曲柄连杆机构。偏心冲床也称开式曲柄压力机，启动后，电动机通过小齿轮和大齿轮及离合器将动力传给偏心轴，偏心轴在轴承中作回转运动。连杆把偏心轴的回转运动转变为滑块的直线运动，滑块在床身的导轨作上下往复运动。模具的上模固定于滑块上，模具的下模固定在工作台上。为了控制滑块的运动和位置设有离合器和制动器。离合器的作用是：电动机在飞轮不停的运转下，使曲柄机构开动或停止。工作时，主要踩下脚踏开关，离合器啮合，偏心轴转动，即可带动滑块作上下往复运动，进行冲压。制动器的动作与离合器的动作密切配合，在离合器脱开后，制动器同时将曲柄连杆机构停止在一定的位置上。床身是所有运动部分的支承体，并将压力机的全部机构联接成一个整体。3.1.5 曲柄压力机的主要技术参数曲柄压力机的主要技术参数是反映一台压力机工作能力、所能加工零件的尺寸范围以及有关生产率的指标，分述如下。（1）公称压力曲柄压力机的公称压力，是指曲柄旋转到下死点前某一特定角度（此角度称为公称压力角，约为30度）时，滑块所能容许的承受的最大作用力。它是反映压力机工作能力的重要指标，生产中不容许冲压力大于公称压力。（2）滑块行程滑块行程是指滑块从上死点到下死点所走的距离，它为曲柄半径的两倍。（3）闭合高度闭合高度又称装模高度，是指滑块在下死点位置时，滑块下表面到工作台垫板上表面的距离。当闭合高度调节装置将滑块调整到最上位置时，闭合高度达到最大值，称为最大闭合高度；当闭合高度调节装置将滑块调整到最下位置时，闭合高度达到最小值，称为最小闭合高度。（4）滑块行程次数滑块行程次数是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。3.1.6曲柄压力机的选用确定压力机的规格时，一般应遵循以下原则。（1） 压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。（2） 压力机滑块行程应满足工件在高度上能获得所需的尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。（3） 压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应能满足模具的正确安装。 表3.2 开式压力机的主要结构参数公称压力（KN）63160400630滑块离下死点的距离3.5578滑块的行程5070100120行程次数1601158070最大封闭高度（mm）固定式和可倾式170220300360活动台位置最低300400460最高160200220封闭高度调节量（mm）40608090滑块中心到床身的距离（mm）110160220300左右（工作台尺寸）(mm)315450630710前后（工作台尺寸）(mm)200300420480前后（工作台孔尺寸）（mm）70110150180直径（工作台孔尺寸）（mm）110160200230立柱间的距离（mm）150220300340模柄孔尺寸(mm)305050工作台板厚度（mm）40608090倾角（。）30303030该模具的行程为7mm所以选用JB 23-400型压力机。3.2 凸凹模刃口尺寸的计算模具刃口尺寸及其公差是影响冲裁件精度的首要因素，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定冲裁模凸模和凹模刃口的尺寸及其公差，是冲裁模具设计的重要内容。凸模和凹模刃口尺寸及其公差的确定，必须考虑到冲裁变形的规律、冲裁件的精度要求、冲模的磨损和制造特点等多方面的情况。实践证明，落料件的尺寸和冲孔时孔的尺寸都是以光亮带尺寸为准的，而落料件上光亮带的尺寸等于凹模刃口尺寸，冲孔时孔的光亮带尺寸等于凸模刃口尺寸。因此，计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别处理，其原则如下：（1）设计落料模时，因落料尺寸等于凹模刃口尺寸，故应先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上；考虑到冲裁中模具的磨损，凹模刃口尺寸越磨越大，因此，凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的尺寸，以保证凹模磨损到一定程度时，仍能冲出合格零件；凸、凹模之间的间隙则取最小合理间隙值，以保证模具磨损到一定程度时，间隙仍在合理间隙范围内。（2）设计冲孔模时，因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸，故应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上，考虑到考虑到冲裁中模具的磨损，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的尺寸，以保证凸模磨损到一定程度时，仍可使用；凸、凹模之间的间隙取最小合理间隙值。（3）凸模和凹模的制造公差，应考虑工件的公差要求。如果对刃口精度要求过高，势必使模具制造困难，成本增加，生产周期延长；如果对刃口精度要求过低，则生产出来的零件可能不合格，或使模具寿命降低。零件精度与模具制造精度的关系见表3.2。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的公差数值IT14精度来处理，冲模则可按IT11精度制造；对于圆形件，一般可按IT6到IT7精度制造模具。凸、凹模刃口尺寸按加工方法的不同，可分两种情况分别计算：一种是凸模和凹模分开加工采用这种方法时，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸及其制造公差。这种方法适用于圆形冲裁件；一种是凸模和凹模配合加工，这种方法适用用形状复杂或薄板料的冲裁件，其基本的做法是：先按制件的尺寸和公差加工凸、凹模中的一件再以此为基准件加工另一个件。使它们之间保证一定的间隙。因此，只在基准件上标注尺寸和制造公差，配作的另一个件只需标注基本尺寸，同时标明所留的间隙即可。这样，凸、凹模的制造公差和不再受间隙的限制，根据经验一般取。其中落料部分以凹模为基准，落料凸模按间隙值配合。冲孔部分以凸模为基准，冲孔凹模按间隙值配合。所给零件的尺寸公差根据下表可得 表3.3 标准公差数值基本尺寸（mm）公差等级IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11m034610142540603558121830487561069152236589010188111827437011018309132133528413030501116253962100160由于冲模的制造等级为IT11所以选择零件的主要尺寸及公差分别为， ， ， ， ,。3.2.1 落料刃口尺寸的计算冲裁间隙的选择见表3.3 表3.4 冲裁模刃口双面间隙Z材料厚度tT8、45Q215A、Q235A08F、10、15Z minZ maxZ minZ maxZ minZ max0.350.030.050.020.050.010.030.50.040.080.030.070.020.040.80.090.120.060.100.030.07所以冲裁间隙： 磨损系数，与制造精度有关，可按下列关系取值：工件精度以上 =1.0工件精度IT11-IT13 =0.75工件精度 =0.5若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的公差数值IT14精度来处理，冲模则可以按IT11精度制造，所以磨损系数为0.5.表3.5 凹模刃口尺寸计算过程基本尺寸磨损系数计算公式制造公 差计算结果0.50.0325凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.0275凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.0275凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0,50.0225凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.0275凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.015凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间3.2.2 冲孔刃口尺寸计算 表3.6 凸模刃口尺寸计算过程基本尺寸磨损系数计算公式制造公差计算结果0.50.02凹模尺寸按凸模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间0.50.02凹模尺寸按凸模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间由于在计算出凹模尺寸时，凸模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间，在计算出凸模尺寸时凹模尺寸按凹模尺寸配合保证双边间隙在0.03mm到0.07mm之间所以满足凸凹模的制造公差之和小于最大与最小合理间隙的的差。4. 模具主要零部件结构和设计模具的零部件，有很大一部分已实现了标准化，这对于简化设计工作、稳定模具质量、简化模具的制造维修等，都具有重大的意义。在设计模具时，对于标准化的零、部件，例如模架，只需在标准化的资料中正确的选择，大量的设计工作是对非标准件的设计。冲模零、部件的分类可综合如下：工作零件：有凸模和凹模，在复合模中有凸凹模。定位零件：有挡料销、导正销、定位销、导尺、导料销、侧压板、侧刃等。卸料与推件零、部件：有卸料板、压料板、推件器等。导向零件：有导板、导柱、导套、导筒。联接固定零件：有上模板、下模板、模柄、凸模固定板、凹模固定板、垫板、限制器、螺钉、销钉、键等。此外，对于自动化生产的模具，还有自动送料装置、自动出件装置和快速换模装置等。4.1 卸料装置卸料装置分为刚性卸料装置和弹性卸料装置两种形式，视模具的结构要求的选择。刚性卸料装置分为两种：封闭式卸料装置和悬臂式卸料装置。刚性卸料装置结构简单，工作可靠，卸料力大，适用于平整度要求不高或厚板零件的卸料。弹性卸料装置分为两种:一种是用橡胶作弹性元件，一种是用弹簧作弹性元件。弹性卸料装置在各类冲床中广泛应用，特别是材料较薄、制件要求平整的复合模最适宜。弹性卸料板根据需要可装在上模，也可装在下模。弹性卸料装置有敞开的工作空间，操作方便，工件质量也较好，但是冲压力会增加。其中橡胶的选用为设计的一个重点。4.1.1 橡胶的选用橡胶允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调整方便，所以在冲裁模中应用最多。冲裁模中用于卸料的橡胶有合成橡胶和聚氨酯橡胶（PUR），其中聚氨酯橡胶的性能比合成橡胶优异，是常用的卸料弹性元件。冲模标准中专门规定了聚氨酯橡胶的规格与尺寸，选用很方便。橡胶常见的形状为矩形、圆筒形、圆柱形。（1）橡胶选择的原则为保证卸料正常工作，应使橡胶的预压力大于或等于，即 （4-1）橡胶的压力与压缩量之间不是线性关系，橡胶压缩时产生的压力按下式计算 （4-2）式中-橡胶的横截面积（与卸料板贴合的面积），； -橡胶的单位压力，。可从表41中选取。 表4.1 橡胶压缩量与单位压力压缩量(%)101520253035单位压力聚氨酯橡胶1.12.54.25.6合成橡胶0.260.500.701.061.522.10橡胶极限压缩量应大于或等于橡胶工作时的总压缩量，即 (4-3)式中：-橡胶极限压缩量，保证橡胶经久耐用，聚氨酯橡胶取，为橡胶的自由高度，mm; -橡胶工作时的总压缩量，mm; -橡胶预压缩量，一般合成橡胶选取hy=(0.1-0.5)ho，聚氨酯橡胶选取，mm; -卸料板的工作行程，一般取，t为板料厚度，mm; -凸模或凸凹模刃磨量和调整量，一般取410mm。橡胶的高度与外径D之比应满足条件： (4-4)（2）橡胶选用与计算步骤根据模具结构确定橡胶的形状与数量n。确定每块橡胶所承受的预压力。 (4-5)确定橡胶的横截面积及截面尺寸。计算并校核橡胶的自由高度的。橡胶的自由高度可按下式计算 (4-6)橡胶的自由高度的校核式为。若，可将橡胶分成若干层，并在层间垫以钢垫片；若，则应重新确定橡胶尺寸。考虑了模具的结构选用4个圆柱形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为确定橡胶的横截面积A。取，查得p=1.1MPa,则确定橡胶的截面尺寸。假设选用直径为8mm的卸料螺钉，橡胶上螺钉过孔的直径d=10mm,则橡胶外径D根据 (4-7)求得为保证足够的卸料力选用25mm。计算并校核橡胶的自由高度因为，故所选橡胶符合要求。橡胶的安装高度根据冷冲模卸料装置 聚氨酯弹性体 GB2867.981如图4-1 表4.2 聚氨酯弹性体的标准DdH166.512208.52516203210.5162025 图 4-1所以橡胶的选用标准为D=25mm,d=8.5mm,H=20mm。根据GB 2858.281卸料板的规格为。4.2 出件装置出件装置有刚性和弹性两种。弹性出件装置一般装于下模，顶件力由装在下模底部的弹性缓冲器提供，由弹性元件推动推板，再推动推板，再推动顶杆，顶杆推动顶块而出件。这种装置除有顶出工件的作用外，还可压平工件。这种结构也常用于卸料。刚性出件装置一般装在上模，这种装置的推件力大而可靠。如推件力需通过推板和几个推杆传递给推块时，推杆长短要求一致，布置合理。推板的形状要按推下工件的形状相应的设计。4.3 定位零件冲模的定位装置及零件，其作用是保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置，以保证冲压件的质量及冲压生产的顺利进行。使用条料时，条料在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料，挡料零件有挡料销、定距侧刃等；二是在与送料方向垂直的方向上的定位，通常称为送进导向，送进导向的零件有导料销、导尺等。单个毛料定位时多采用定位板或定位销。1.条料的挡料方式与零件常见的限定条料送进距离的方式有挡料销挡料和侧刃定距。挡料销可分为固定挡料销和活动挡料销。固定挡料销又分为圆头挡料销和钩形挡料销两种，一般装在凹模上。圆头挡料销应用较多。当定位销孔离凹模孔口太近时，为保证凹模有足够的强度，宜采用钩形挡料销。固定挡料销结构简单，制造容易，应用广泛。活动挡料销，销头的一边做成斜面，送料时，条料靠斜面使挡料销抬起，当搭边越过后，弹簧将挡料销恢复原位，条料回拉，使搭边抵住挡料销而定位。定距侧刃可分为三种形式：长方形侧刃制造和使用都很简单，但当刃口尖角磨损后，在条料侧边形成的毛刺会影响定位和送进。为了解决这个问题必须采用采用斜形侧刃，这时由于侧刃尖角磨损而形成的毛刺不会影响条料的送进，但必须增大切边的宽度，因而造成原材料过多的消耗。尖角形侧刃需与弹簧挡销配合使用，先在条料边缘冲切尖角缺口，条料送进，当缺口滑过弹簧挡销后，反向后拉条料至挡销卡住缺口定距。尖角形侧刃废料少，但操作麻烦，生产效率低。侧刃定距准确可靠，生产效率高，但会增大总的冲压力并增加材料消耗。一般用于级进模冲制窄长形零件或薄料冲裁。侧刃的数量可以是一个，或者是两个。两个侧刃可以并列布置，也可按对角布置，对角布置能够保证料尾的充分利用。条料的送进导向方式与零件条料的送进导向方式有导料销和导尺式。导销式送进导向时，在条料的一侧有两个导料销，条料考紧靠导料销送进，这种方式在复合模中应用较多。导尺式常用于有导板的简单模和级进模。导尺式送进导向时，送进导向的零件是导尺。导尺与卸料板做成整体为整体式，导尺与卸料板分开为分开式。两导尺之间的距离等于条料的宽度加上0.21.0mm的间隙。间隙的作用是保证在条料宽度不均匀时也能在导尺间顺利通过。如果条料的宽度公差太大或搭边太小，须在一边的导尺上装侧压装置，以保证准确定位。材料为A3 GB70091导料销和挡料销为同一尺寸如图4-2。 图 4-24.4 凹模的设计冲裁模的凹模孔口形式有两种：锥形孔口凹模，孔内不易积存工件或废料，孔壁所受的摩擦力及胀力小，所以凹模的磨损及每次的修磨量小，但刃口强度较低，孔口尺寸在修磨后有所增大。这种型式的凹模一般用于精度要求不高、形状简单、材料厚度较薄的工件的冲裁。柱形孔口锥形凹模，刃口强度高，修磨后孔口尺寸不变，但在孔口内可能积存工件或废料，增加冲裁力和孔壁的磨损，磨损后每次的修磨量较大，凹模的总寿命较低。此外，磨损后可能形成孔口的倒锥形状，使冲成的工件从孔口反跳到凹模表面上，造成操作上的困难。这种型式的凹模适用于形状复杂、精度要求较高的工件的冲裁。凹模推荐采用材料为9Mn2V、T10A、Cr6WV、Cr12,热处理硬度为5862HRC。凹模的轮廓尺寸，因其结构型式不一，受力状态各不相同，目前还不能用理论方法计算方法确定，在生产中根据冲裁件尺寸和板料厚度，凭经验概略地加以计算。凹模厚度： （4-8）凹模壁厚： （4-9）式中： -冲裁件最大外形尺寸；-系数，考虑料的厚度的影响，其值可查表 表4.3 系数K值tmmbmm0.51230.30.350.420.50.20.220.280.350.150.180.20.240.10.120.150.18所以凹模厚度为16mm凹模壁厚30mm根据模具用标准尺寸表13.1-1选择的凹模板外形尺寸为。所选材料为Cr12,热处理硬度为5862HRC。4.5 凸凹模的设计凸凹模存在于复合模中。凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸，不像凹模那样可以将外缘轮廓尺寸扩大，所以从强度考虑，壁厚受最小值限制，凸凹模的最小壁厚受冲模结构影响。凸凹模装于上模（正装复合模）时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；凸凹模装于下模（倒装复合模）时，如果是柱形孔口，则内孔积存废料，胀力大，最小壁厚要大些。凸凹模的最小壁厚值可参考下表 表4.4凸凹模的最小壁值选择材料厚度最小壁厚a最小直径D0.41.4150.51.60.61.80.72.00.82.30.92.5181.02.74.6 凸模的设计常见的凸模结构型式有几种。圆形断面标准凸模，为避免应力集中和保证强度和刚度的要求，做成圆滑过渡的阶梯形，适用于直径1到25的情况。冲制小孔时可以采用护套结构，既可以提高纵向弯曲的能力，又能节省模具材料。凸模的固定一般选择凸模固定板固定，凸模和固定板之间采用过渡配合，凸模装入固定板后，端面进行配磨。按照国家标准（GB 2863.181，GB 2863.281），凸模材料用T10A、Cr6WV、9Mn2V、Cr12、Cr12MoV。前两种材料热处理硬度为5660HRC,后三种为5862HRC，尾部回火至4050HRC。凸模的长度应根据模具的具体结构确定。例如固定板、承料板、凹模构成的下模，凸模的高度为 （4-10）式中：-固定板的厚度（mm）; -凹模的厚度（mm）;所以凸模的高度为所以凸模一得结构如图4-3 图 4-3凸模二的结构如图4-4 图 4-44.7 模架模柄及上、下模板中间联以导向装置的总体称为模架。模架已有国家标准，模具设计时，通常都是按标准选定。只有在不能使用标准模架的特殊情况下，才单独进行设计。4.7.1 模板在上、下模板上安装全部模具零件，构成模具的总体和传递压力。模板不仅应该具有足够的强度，而且还有足够的刚度。刚度问题往往容易被忽视，如果刚性不足，工作时会产生严重的弹性变形而导致模具零件迅速磨损或损坏。模板设计时，圆形模板的外径应比圆形凹模直径大3070mm,以便安装和固定。同样，矩形模板的长度应比凹模长度大4070mm,而宽度取与凹模宽度相同或稍大的尺寸。模板轮廓尺寸应比冲床工作台漏料孔至少大4050mm。模板厚度可参照凹模厚度估算，通常为凹模厚度11.5倍。4.7.2 导向零件导向零件是指上、下模的导向装置零件。有导向装置的冲模，冲制的工件质量稳定。精度高，凸模和凹模之间的间隙能始终保持均匀一致，工件有较好的互换性，同时，模具使用方便，容易调整，细小凸模也不易折断，模具寿命高。因此，对生产批量大、要求模具寿命长、工件的精度高的冲裁模，一般采用导向装置，以保证上、下模的精确导向。常用的导向装置有导板式和导柱式。导柱常用有两个。对大型冲模、冲裁工件精度要求高或自动化冲模，则用四个或六个导柱。两个导柱直径除后侧导柱是相同的外，其余对角与中间布置的两导柱直径均不相同，以避免装配错误或间隙不均而损坏刃口。导柱和与之相配合的导套，分别压入下模板和上模板的安装孔中，分别采用R7h6和H7v6过盈配合。导柱、导套也有用环氧树脂等材料粘结固定的。导柱、导套要求有较好的耐磨性和足够的韧性，一般用20钢制造，经表面渗碳淬火，导套的硬度应低于导柱。要求高的导柱、导套（如滚动式），用GCr15制造。导柱和导套之间采用间隙配合，配合精度为H6h5或H7h6。对高速冲裁、精密冲裁和硬质合金模冲裁，要求采用滚珠式导柱、导套，滚珠导柱、导套结构不仅无间隙，且有0.010.02mm的过盈量，导向效果很好。大型模具多用阶梯形导柱，其大端直径等于导套的外径，从而使上、下模板安装导柱、导套的孔径相同，可以在一般的设备上同时加工保证同心度。中、小型模具多用圆柱形导柱，使导柱加工容易。为了导向的可靠性，可增加导向部分长度，所取导套长度比模板的厚度大。导柱、导套与上、下模装配成套的模架，必须符合技术指标分级标准，同时，上模板上平面对下模板下平面的平行度，导柱轴心线对下模板下平面的垂直度，导套孔轴心线对上模板上平面的垂直度等技术指标必须保证。4.8 联接与固定零件4.8.1 模柄模具的上部分通过模柄联接固定在冲床滑块上。模柄的结构型式有很多，常见的结构型式有（1）带凸缘模柄，用46个螺钉与上模板联接固定，使用于尺寸较大的冲模；（2）压入式模柄，通过配合与上模板联接固定，使用于模板较厚的各种冲模；（3）旋入式模柄，通过螺纹与上模板联接固定，适用于有导柱的冲模；（4）浮动式模柄，模柄的压力通过球形垫传递给上模板，可以避免压力机导轨误差对模具导向精度的影响，适用于硬质合金多工序冲模。4.8.2 凸模固定板与垫板用凸模固定板将凸模固定联接固定在模板的正确位置上。凸模固定板有圆形和矩形两种，其平面尺寸除保证能安装凸模外，还应能够正确地安放定位销钉和紧固螺钉。其厚度一般取凹模厚度的60%到80%。固定板与凸模之间采用过渡配合，压装后将凸模尾部与固定板一起磨平。垫板的作用是分散凸模传来的压力，防止模板被压挤损伤。凸模端面对模板的单位压力为 （4-11）式中：-冲压力（N）-凸模支承端的面积（mm2）如果凸模端面上的单位压力大于模板材料的许用挤压力时，就需要在凸模支承面上加一淬硬磨平的垫板；如果凸模端面上的单位压力小于模板材料的许用挤压应力，可以不加垫板。垫板厚度一般为3到8mm。垫板材料可选用45钢和T7A。4.8.3 螺纹紧固件常用的螺纹紧固件有螺栓、螺柱、螺钉、螺母、和垫圈等。螺栓、螺柱和螺钉都是在圆柱表面上制出螺纹，起到连接其他零件的作用，其公称长度l去决于被连接零件的有关厚度。螺栓一般用于被连接件不太厚，适合钻成孔的情况，螺柱用于被连接零件之一较厚或不容许钻成通孔的情况，故两端都有螺纹。旋入被连接零件螺纹孔内的一端称为旋入端，与螺母连接的另一端称为紧固端，螺钉则用于不经常拆卸或受力较小的连接中，按用途可分为连接螺钉和紧定螺钉等，螺母是和螺栓或螺柱等一起进行连接的，垫圈一般放在螺母下面，可避免旋紧螺母时损伤被连接零件的表面。弹簧垫圈可防止螺母松动脱落。4.8.4 圆柱销常用的圆柱销分为不淬硬钢圆柱销和淬硬钢圆柱销两种。不淬硬钢圆柱销直径公差有m6和h8两种，淬硬钢圆柱销直径公差只有m6一种。淬硬钢圆柱销因淬火方式不同分为A型（普通淬火）和B型（表面淬火）两种。圆柱销一般用于机件的定位和连接。当被连接的某零件的孔不通时，可采用内螺纹圆柱销来连接。内螺纹圆柱销分为不淬钢内螺纹圆柱销和淬硬钢内螺纹圆柱销两种。它们的直径公差均为m6。淬硬钢内螺纹圆柱销因淬火方式不同也分为A型（普通淬火）和B型（表面淬火）两种。在某些连接要求不高的场合，还可以采用拆卸方便的弹性圆柱销。弹性圆柱销具有弹性，在销孔中始终保持张力，紧贴孔壁，不易松动，且这种销对销孔表面要求不高，因此，它们使用日益广泛。