外舌止动垫圈级进模具设计

宜宾职业技术学院 毕业论文（设计） 题目：外舌止动垫圈级进模具设计 系 部 现代制造工程系 专 业 名 称 模具设计制造 班 级 模具 1074 姓 名 陈鹏 学 号 200710746 指 导 教 师 罗宗平（工程师）赖啸 2009 年 7 月 20 日 1 摘 要 冲压模具在工业生产中应用广泛。冲压模具的设计充分利用了机械压力机的功用 特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形，生产效率提高，经济效益显著。冲压模 具的设计充分利用了机械压力机的功用特点，在室温的条件下对坯件进行冲压成形， 生产效率提高，经济效益显著。 本文的级进模具设计实例结构简单实用，使用方便可 靠，对类似的两工位零件的大批量生产具有一定的参考作用。本设计还做了一些简化， 比如没有单独用侧刃挡块，而是用导料板代替了侧刃挡块，减少了零件数量。在传统 的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着 当今科技的发展， 工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用 到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大 大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。 关键词：冷冲压、模具设计、模具制造、生产效率 2 目录 1 绪 论 1 2 零件工艺性分析 2 3 确定工艺方案 3 4 排样设计 4 4.1 排样方法 4 4.2 搭边值的确定 4 4.3 条料宽度的确定 4 4.4 材料利用率 5 5 计算总冲压力 6 5.1 冲裁力的计算 6 5.2 卸料力和推件力的计算 7 6 压力中心的计算 8 7 冲裁间隙 11 8 凸、凹模刃口尺寸计算 12 9 主要零件的设计 14 9.1 凸模的设计 14 9.1.1 凸模结构形式的确定 14 9.1.2 凸模的固定方式 14 9.1.3 凸模长度设计 15 9.1.4 凸模的材料及热处理 15 9.2 凹模的设计 15 9.2.1 凹模洞口的选用 15 9.2.2 凹模结构和尺寸的设计 16 9.2.3 凹模材料和热处理 17 9.3 定位零件的设计 17 9.4 导料板的设计 19 3 9.5 卸料板的设计 20 9.6 弹性元件的设计 20 9.7 凸模固定板和垫板的设计 22 9.8 模架、模柄、导柱和导套的选择 22 9.9 压力机的选择 24 9.10 自动送料装置的选择 25 9.11 模具总装图 26 总结 30 致谢 31 附表 32 参考文献 37 1 1 绪 论 根据考古发现，早在 2000 多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中 国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953 年，长春第一汽车制造厂在 中国首次建立了冲模车间，该厂于 1958 年开始制造汽车覆盖件模具。我国于 20 世纪 60 年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了 300 多 亿元（未包括港、澳、台的统计数据）各类冲压模具的生产能力。 我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面 都已有了很大发展， 但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿 命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进 口。一些低档次的简单冲模，已趋于供过于求，市场竞争激烈。 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加， 更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多 样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝 着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益， 生产上采取专用设备生产的方式。模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产 中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可 实现高速大批量的生产。节约原材料，实现无切屑加工。产品质量稳定，具有良好的 互换性。操作简单，对操作人员没有很高的技术要求。利用模具批量生产的零件加工 费用低，所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工，能制造出其它加工 工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品，容易实现生产的自动化的特点。 2 2 零件工艺性分析 结构：零件大小适中，外形简单，对称。冲裁件外形为圆角，不需用过用镶拼模 或分段冲裁，直接冲裁可获得，零件毛刺小，模具寿命高，孔的直径较小，适合冲裁 加工。 公差：尺寸公差除 260 -0.13 、10+0.11 0 为 IT11 级以外，其余尺寸公差 均低于 IT12 级，亦无其他特殊要求，利用普通冲裁既可达到零件图纸要求。 材料：Q235-A，卷料，抗剪强度 =350MPa，抗拉强度 b=400 MPa ,延伸率 10=2125%。此材料具有高的弹性和良好的耐磨性，其冲裁加工性好。 因受凸模强度和刚度的限制，冲裁件上的孔不宜太小，从附表 5 自由凸模冲孔的 最小尺寸可知最小孔 10.50.9t，所以用于冲孔的凸模不必使用凸模保护套。 一般普通冲裁方式冲 2mm 以下的的金属板料时，其断面粗糙度可达 12.53.2m ，毛刺高度为 0.010.05mm，从此零件的技术要求上看普通冲裁即可满足 要求。 综上所述，该零件有良好的冲裁性能，所以采用普通冲裁既可加工。 图（2-1） 零件图 零件名称：外舌止动垫圈 材料：Q235-A 厚度：0.5mm 生产批量：大批量 未注公差：IT14 3 3 确定工艺方案 该工件包括落料、冲孔、打弯三个工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先冲孔，再切口，最后落料，单工序生产； 方案二：冲孔切口落料复合模生产； 方案三：冲孔切口落料级进冲压，采用级进模生产。 方案一用单工序模。该模具结构简单，单副模具成本低，使用、维修方便，但需 要三道工序三付模具，重复定位差，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求 和制件精度。方案二用复合模。只需一副模具，其结构紧凑，生产率高，制件精度高， 特别是制件孔对外形的位置度容易保证，由于工件的设计，对模具零件精度要求较低， 模具装配精度也较工件的精度及生产效率都较低。且模具强度差较小，制造难度较低， 并且冲压后成品件不会留在模具上，在清理模具上的物料时也不会影响冲压速度，操 作方便，大批量生产是很合适。方案三用级进模。整个制件的成形是在级进过程中逐 步完成的。级进成形是属工序集中的工艺方法，可使切边、冲孔、打弯成形、落料等 多种工序在一副模具上完成。级进模可分为普通级进模和多工位精密级进模。采用导 正销或侧刃定位，板料厚度 0.5mm 比较薄，适合用侧刃定位，因为用导正销定位薄料 易使零件产生翘曲。但是模具设计成本适中，且模具的定位简单。利于大批量生产。 通过对上述三种方案的分析比较，从零件的生产批量和技术要求上看，该零件的冲压 生产宜采用侧刃定位的普通级进模为最佳选择。 4 4 排样设计 4.1 排样方法 根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种， 根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等 形式。 有废料排样，在零件之间以及零件与条料侧边之间都留有工艺余料（搭边） ，所以 零件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低。 少废料排样，只在零件之间或零件与条料侧边之间留有搭边，材料利用率可达 70% 90%。 无废料排样法，材料利用率高，可达 85%95%，不但有利于一次冲程获得多个 制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但因条料本身的公差以及条料导向与定 位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时模具单面受力（单边 切断时） ，不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面 质量。 从本制件的精度等级上看，应该采用有废料排样来保证制件的质量。从制件尺寸 和外形上看，可以采用直排、斜排或对排，但从三种搭边相同的排样图上可看出直排 的材料利用率最高，所以采用直排形式。 4.2 搭边值的确定 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作 用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大， 浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉 入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，影响送料工作。查附表 4 搭边值表 可知工件间 a 为 1.2mm，沿边 a1 为 1.5mm，由于考虑对排造成的影响取 a 为 1.2mm。 4.3 条料宽度的确定 5 本设计采用侧刃定距条料宽度的为： B=（D2a nb） 0 - 试中： D条料宽度基本尺寸； a沿边搭边值； 条料剪切公差； n侧刃个数； b侧刃裁切的料边宽度(mm)，金属材料取 1.52.5，非金属材料取 24(mm)，薄料取小值，厚料取大值。 B(26+21.2+21.5) 0 -0.4 31.4 0 -0.4 4.4 材料利用率 在模具设计中，排样设计是一项极为重要的、技术性很强的设计工作。合理的排 样对节约材料、提高经济效益有很重要的实际意义，材料利用率是衡量材料经济利用 的尺度，通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率 表示： =(nA1)(hB)100% 式中： 材料利用率； n 冲裁件的数目； A1 冲裁件的实际面积(mm 2)； B 板料宽度(mm)； h进距。 采用分块法分把制件为六块近似计算冲压件的面积： A1=3.141313-3.145.255.25=444.11(mm2) 进距： h=26+1.2=27.2(mm) 条料宽度： B=81(mm) 材料利用率：=411.33(27.231.4)100%=52% 由以上计算可知排样图如下： 6 1.5 27.21.21.2 图（4-1） 排样图 5 计算总冲压力 5.1 冲裁力的计算 冲裁力计算公式： PKpLt 式中： P冲裁力 (N)； 材料抗剪强度(MPa)； L冲裁周边总长(mm)； t材料厚度(mm)； Kp安全系数一般取 13。 结合零件压力中心图（6-1）可知： L13.1410.5 32.97(mm) L23.1426 81.64(mm) L3L 422.8+4.4 10（mm） 根据零件材料力学性能、尺寸和以上两公式可知：抗剪强度 =480Mpa，周边总长 L291.34，材料厚度 t0.5，取 Kp1，则： 7 P13503.1410.50.51 5769.75(N) P23503.14260.51 14287(N) P33500.5 110 1750(N) P 总 P 1+P2+P3 21806.75+1308.405+2616.81 =25731.965（N） 5.2 卸料力和推件力的计算 卸料力计算公式： QKP 推件力计算公式： Q1nK 1P 式中： Q卸料力(N)； Q1推件力(N)； P冲裁力 (N)； K卸料力系数，其值为 0.020.06(薄料取大值，厚料取小值)； K1推料力系数，其值为 0.030.07(薄料取大值，厚料取小值)； n根塞在凹模内的制件或度料数量，n=h/t； h直刃口部分的高度； t材料的厚度。 Q0.0621806.75 1308.4051(N) 选用 B 型凹模，根据洞口高度 h410mm，取 h5mm。因凸模冲裁时将进入凹 模 1mm，所以实际堵塞在凹模洞口里的废料数 n10.52。 Q10.06221806.75 2616.81(N) 8 当模具采用弹压卸料装置和下出件方式时总冲压力： FP QQ 1 试中： F总冲压力 (N)； P冲裁力 (N)； Q卸料力(N) ； Q1推件力(N) 。 F21806.75+1308.405+2616.81 25731.965(N) 6 压力中心的计算 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正 常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则会使冲模和压力机滑 块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低 模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定： 1、对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 2、工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 3、形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力 中心。 解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴 的力矩。求出合力作用点的坐标位置 X0，Y 0（即 x=0,y=0） ，即为所求模具的压力中心。 单个零件的压力中心计算如下： X0(L 1X1+L2X2+LnXn)(L 1+L2+Ln) Y0(L 1Y1+L2Y2+LnYn)(L 1+L2+Ln) 式中： X0压力中心的横坐标； 9 Y0压力中心的纵坐标； L各线段的长度； X各线段重心的横坐标； Y各线段重心的纵坐标。 落料凸模的压力中心：因为落料时为一个圆，落料的压力中心就是圆心。 根据排样图用解析法确定与计算模具冲裁时的压力中心： 图（6-2）冲裁压力中心 表 6-2 冲裁压力中心坐标 各线段压力中心坐标 线段长度（mm） X Y L181.64 13 13 L210 40.2 1.5 L332.97 67.4 13 排样冲裁时的压力中心坐标： X0(L 1X1+L2X2+L5X5)(L 1+L2+L5) 3685.498124.61 29.58 Y0(L 1Y1+L2Y2+L5Y5)(L 1+L2+L5) 1504.93124.61 12.08 10 7 冲裁间隙 设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产 品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的 要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中的偏差及使用 中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内， 就可以冲出合格的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙 Cmin，最大值称为最大 合理间隙 Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时 要采用最小合理间隙值 Cmin。 冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响 模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。冲裁过程中，凸模与被冲 的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也 越严重，而降低了模具的寿命。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延 缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。 因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。 根据近年来的研究与使用经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精 度、断面垂直度要求高的制件应选用较小间隙值，对于断面垂直度与尺寸精度要求不 高的制件，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大间隙值。 查附表 2 冲裁模初始用双边间隙 2c 可知 Q235 最小双面间隙为 2Cmin=0.04mm，最 大双面间隙为 2Cmax=0.06mm。 11 8 凸、凹模刃口尺寸计算 模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则： 1、落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模 时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模 上。 2、考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范 围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺 寸。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸、凹模间隙 则取最小合理间隙值。 3、确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高 (即制造公差过小) ，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要 求过低(即制造公差过大) ，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。若制 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 级处理， 冲模则可按 IT11 级制造；对于圆形件，一般可按 IT79 级制造模具。冲压件的尺寸 公差应按“入体 ”原则标注为单向公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏 差为正，下偏差为零。 由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标 注也不同，刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况。凸模与凹模分开加工和凸模与凹 模配合加工。 对于形状复杂或薄板工件的模具，为了保证冲裁凸、凹模间有合理的间隙值，必 须采用配合加工。此方法是先做好其中一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基 准件的实际尺寸减去合理的双边间隙值来配合加工另一件，使它们之间保留合理的间 隙值，因此在标注尺寸时只在基准件上标注尺寸制造公差，另一件只标注公称尺寸并 注明配做所留的间隙值。 由于材料相对较薄，模具间隙小，故凸、凹模采用配合加工为宜。查附表 2 冲裁 模初始用间隙保证冲裁双边间隙为 0.040.07mm，零件图上未注公差按济济等级 IT14 计算。落料时以凹模尺寸为基准间隙取在凸模上，冲孔时以凸模为基准间隙取在凹模 12 上。按模具磨损原理得到的计算公式如下： 磨损后增大尺寸计算公式： Ad(A maxx) +00.25 磨损后减小尺寸计算公式： Bd(B minx) 0-0.25 磨损后不变尺寸计算公式： Cd(C min0.5) 0.125 试中： Amax最大极限尺寸； Bmin最小极限尺寸； Cmin最大极限尺寸； 制件公差； x磨损系数。 由以上公式和磨损系数附表 8 得到的各凸、凹模刃口尺寸如下表： 表 8-1 凸、凹模刃口尺寸 尺寸变化 零件尺寸 磨损系数 刃口尺寸 26 0 -0.13 0.75 (260.75 0.13)25.903+0.1875 0 增大 2.8 +0.65 - 0.65 0.75 (2.80.750.65)2.3125+0.1625 0 减小 10.5+0.11 0 0.75 (10.50.750.11)10.5825 0 -0.0275 不变 4.40. 75 0.5 (4.40.750.50.13)4.40.01625 根据公差表（GB/T1800.31990）可知以上尺寸公差都在 IT69 级之间，很合理。 13 9 主要零件的设计 9.1 凸模的设计 9.1.1 凸模结构形式的确定 凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加 工方法的不同，又分为直通式和台阶式。直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与 尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。台阶式凸模一般采用机械加 工，当形状复杂时，成形部分常采用成型磨削。对于圆形凸模，GB2863 81 的冷冲模 标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格。 整体式凸模用特种加工制造方便，易保证加工质量。镶拼式凸模用于大型零件的 冲孔、落料或剪切等，不仅降低了制造难度，而且能节约模具材料，也避免了大凸模 锻造和热处理的困难。带护套式凸模主要是增加细长凸模的强度。从附表 5 自由凸模 冲孔的最小尺寸和零件图上的尺寸可知本设计的所有凸模不必用保护套，并且落料凸 模宜采用直通式，冲孔凸模宜采用台阶式，以增加圆形凸模的强度。 9.1.2 凸模的固定方式 凸模的固定方式是台肩固定和铆接固定。在卸料力大或凸模固定端退火困难时，通 常采用台肩固定。对于卸料力较小的阶梯式或直通式凸模，一般在装入固定板后再铆 开与固定板一起磨平，铆开端要进行退火处理。 台肩固定和铆接在模具行业中应用最为广泛，但必须注意只要固定端为圆形，都 必须家防转销防转，否则在冲压过程中一旦转动，不仅会损坏模具或设备，甚至还会 出现人员伤亡的重大事故。 凸模与凸模固顶板的配合，一般是采用基孔制过度配合（H7/n6 或 H7/m6） ，对于 直通式凸模采用基轴制过度配合（N7/h6 或 M7/h6） 。但是当凸模采用弹压卸料板导向 时，凸模与凸模固定板也可采用 H7/n6 配合，这不仅凸模更换带来方便，而且客服了 因固定板与凹模型腔孔位置误差引起的凸、凹模间隙不均的弊病。在模具行业中最常 采用的还是 H7/n6 或 H7/m6 的过度配合。 从本设计中可分析出，凸模均宜采用铆接固定，凸模与凸模固顶板采用过度配合 14 （H7/n6 或 H7/m6） ，最为简便。 9.1.3 凸模长度设计 凸模长度确定公式： Lh 1h 2h 3(1020) 式中： L凸模长度(mm)； h1凸模固定板厚(mm)； h2卸料板厚(mm)； h3侧面导板厚(mm)； 1020附加长度。 L1014520 49(mm) 9.1.4 凸模的材料及热处理 冲裁模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬 度与适当的韧性。形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用 T8A、T10A 等材料；形 状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选 Cr12、Cr12MoV、CrWMn 等制造，HRC 取 5862，要求高寿命、高耐磨性的凸模，可选硬质合金材料。 在一般情况下，凸模材料的强度是足够的，不必进行强度计算。但是，对细长的 凸模，或凸模断面尺寸较小而毛坯厚度又比较大的情况下，必须进行承压能力和抗纵 向弯曲能力两方面的校验。由于满足自由凸模冲孔的最小尺寸要求，因此不用校核。 由于设计生产批量大、精度要求较高、材料较薄，为了减少凹模的磨损和修摩等 辅助时间，从效率和经济角度上分析选用 Cr12，热处理后硬度达到 5862HRC，工作 部分表面粗糙度达到 0.4。 9.2 凹模的设计 9.2.1 凹模洞口的选用 常用凹模洞口类型如图图（9-1）所示，其中 a、b 、c 型为直筒式刃口凹模。其特 点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。广泛用于冲裁公差要求较小， 形状复杂的精密制件。但因废料(或制件)的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、 凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模和上出件的冲裁模用 a、c 型，下出件的 用 a 或 b 型。 d 或 e 型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。但刃口强度 15 差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大 (如 30时，刃磨 0.1mm，其尺寸增大 0.0017mm)。 凹模锥角 、后角 和洞口高度 h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取 15 30、 2 3 、 h410mm。 图（9-1） 凹模洞口形式 由于是大批量生产要求刃摩后尺寸不变，而本设计采用下出件方式，所以采用 b 型洞口形式便于加工又能保证使用是的要求。 9.2.2 凹模结构和尺寸的设计 凹模采用整体凹模，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架 上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力滑块中心与模柄中心重合。 整体式凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的刚度、 刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸 来确定。 凹模厚度的确定公式为： HK b1 (15mm) 式中： H凹模板厚度(mm)； K系数值，考虑板料厚度的影响； b1 冲裁件的最大外形尺寸。 查附表 9 凹模厚度系数 K 取 0.30，由前面知 b 为 26(mm)。 H0.3026 7.8 查附表 7 矩形和圆形凹模的外形尺寸取标准 H18 。 模具壁厚的确定公式为： C(1.52)H (3040mm) 16 C(1.52)18 2736 垂直于送料方向凹模宽度计算公式： Bb2C (mm) 26322 90(mm) 送料方向凹模长度 L106322170(mm)。 采用了侧刃定距从排样形式上可知在宽度方向和长度方向上要加上侧刃两倍的宽 度和长度所以 B138210158(mm)、L170 262226(mm)。 根据 GB/T2856.11990 的规定外形尺寸取标准 B200(mm) 、L 250(mm)。 9.2.3 凹模材料和热处理 凹模材料常与凸模相同，但硬度要比凸模稍硬，根据经验这样磨损相当，有利于 同时进行给换或修磨，所以选用 Cr12，热处理后硬度达到 6264HRC。 9.3 定位零件的设计 为保证冲裁出外形完整的合格零件。毛坯在模具中应该有正确的位置。正确位置 是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。 设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。 此模具采用的是级进模生产，并且是 0.5mm 的薄料选用侧刃定位比较适合。 在级进模中，侧刃控制进距准确可靠，而且生产效率高。但它是以切去条料边缘 少量材料而出现的台肩定位，固增加了材料的耗损和冲裁力。一般用于生产效率高、 进距较小、材料较薄或用其他定位方式有困难的级进模中。有时也用特殊侧刃切去条 料的部分边缘，得到零件的部分轮廓形状。 侧刃可分为带导向和无导向两大类。无导向的优点是制造简单、刃摩方便，但在 冲裁时，单边受力，侧压力大，使侧刃不能保持正确的位置，甚至出现非工作一侧啃 食现象。带导向的侧刃工作时导向部分首先插入侧刃孔，改善了受力状况，能保证侧 刃的正确位置，但制造和刃摩比较困难。 上述两类又可根据断面形状分为多种如图（9-2）所示，其中 A、B、C 均为标准 型(GB2865.181)。A 型断面为矩形，称矩形侧刃，其结构简单，制造方便。但侧刃角 部因制造或磨损原因，使切出的条料台肩角部出现圆角和毛刺，所以送料时不能使台 17 肩直边紧靠侧刃挡块，致使条料不能准确到位。因此矩形侧刃定距的定位误差较大， 出现的毛刺，也使送料工作不够畅通。矩形侧刃常用于料厚为 1.5mm 以下且要求不高 的一般制件冲裁的定位。B 型和 C 型为成型侧刃，尽管在条料上仍然有圆角或毛刺的 产生，但是因圆角和毛刺离开了定位面，所以定位准确可靠。但侧刃形状较前者复杂， 而且增加了材料的消耗，常用于冲裁厚度在 0.5mm 以下或公差要求较严的制件。成形 侧刃外斜为 45(B 型或 C 型)，冲去条料边缘的废料容易跳回模面而影响侧刃的正常工 作所以常在大批量生产中将侧刃作成内斜 60以上的燕尾槽形，以增大废料与凹模的 摩擦力，使废料在侧刃的推动下向下漏料。D 型为尖角侧刃，耗材较小，生产效率低， 只有在冲裁贵重金属是才使用。 图（9-2） 侧刃刃口形式 在模具设计中，可根据制件的结构和材料的价值，采用单侧刃或双侧刃。单侧刃 一般用于步数少、材料较硬或厚度较大的级进模中；双侧刃用于步数较多、材料较薄 的级进模中。用双侧刃定距较单侧刃定距定位精度高，但材料利用率略有下降。 双侧刃的排列位置有对称排列和错开排列，错开排列可以使条料的全长的到利用， 材料利用率比对称排列高。 侧刃沿送料方向的断面尺寸，一般应与步距相等。但在导正销与侧刃兼用的级进 模中，侧刃的这一尺寸最好比步距销大 0.050.10mm，才能达到用导正销校正条料位 18 置的目的。侧刃在送料方向的断面尺寸公差，一般按基轴制 h6 制造，在精密级进模中， 按 h4 制造；侧刃孔按侧刃实际尺寸加单面间隙配制。 综上所述采用 C 型侧刃，双侧刃错开排列实现冲裁时的定位。材料用 Cr12，热处 理后硬度达到 5862HRC，工作部分表面粗糙度达到 0.4。按 JB/T7648.1 标准侧刃各 设计参数选择为:S26(mm)、B10(mm)、B 15(mm)、a2(mm)。 9.4 导料板的设计 导料板的工作侧壁设计成平直的，导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平， 导料板不仅有导料作用还起到侧刃当块的作用。导料板的厚度查附表 3 选择应为 3mm。导料板用螺钉固定在凹模上。导料板用 45 钢制作，热处理硬度 5860HRC。 导料板的进端安装承料板，承料板的厚度与导料板的厚度相等。入口处设计成 15的斜 角，长为 50mm，导料板与承料板之间用铆钉铆接。 导料板板间距离的确定如下图： 图（9-3）导料板 前导料板间距： A 1BZD2anbZ(mm) 后导料板间距： A 2D2ay(mm) 式中： D条料宽度基本尺寸(mm)； a沿边搭边值 (mm)； 条料剪切公差； n侧刃个数； b侧刃裁切的料边宽度(mm)，金属材料取 1.52.5，非金属材料取 24(mm)，薄料取小值，厚料取大值； Z条料导料板间的间隙(mm)； 19 y侧刃冲切后条料与导料板之间的间隙，常取 0.10.4。 查附表 1 剪料公差 及条料与导料板之间的间隙 Z 得 Z0.4，由上知 B31.4。 A 131.40.5 31.8(mm) A 22621.20.2 28.6(mm) 9.5 卸料板的设计 卸料根据工作情况的不同可分为刚性卸料和弹性卸料。弹压卸料板具有卸料和压 料的双重作用，主要用在冲裁料厚在 1.5mm 以下的板料，由于有压料作用，冲裁件比 较平整。弹压卸料板与弹性元件 (弹簧或橡皮)、卸料螺钉组成弹压卸料装置。卸料板 与凸模之间没有导向关系时常取双边间隙 0.20.6mm， 若弹压卸料板还要起对凸模 导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙，一般取 0.010.03mm。弹性元件的选 择，应满足卸料力和冲模结构的要求。为使卸料可靠，卸料板应高出模具刃口工作面 0.30.5mm。 为了压紧条料，应将弹压卸料板对应于导料板之间的部分做出凸台，其凸台高度 h 为： hH(0.1 0.3)t 式中： H导料板厚度(mm)； t材料厚度(mm)。 h4(0.1 0.3)0.5 40.20.5 5(mm) 卸料板总厚查附表 10 应取 8mm，但考虑到固定时螺钉头部的影响，故增大 6mm，所以取 14mm。材料采用 45 刚，热处理淬火硬度 3842HRC。 9.6 弹性元件的设计 采用橡胶板作外为弹性元件的优点是允许承受的负荷较大。并且安装调试方便， 选用橡胶的方法是根据卸料力（顶件力、推件力）和压缩量来确定厚度和承压面积， 步骤如下： 确定橡胶板的工作行程压缩量： 20 hh 1th 2h 3 (mm) 式中： h橡胶工作行程压缩量（mm） ； h1 凸模滞后量，取 1mm； t 冲裁板厚(mm)； h2 冲裁时凸模进入凹模深度，取 1mm； h3 凸模修磨量，取 46mm。 根据冲裁板厚 t0.5 mm 得： h10.515 7.5(mm) 确定橡胶板的厚度 H。生产实践证明，普通橡胶允许的最大压缩量不应超过厚度 的 45%，以保证橡胶的使用寿命。同时，为了保证卸料，橡胶应预先压缩(1015)%。 橡胶厚度与工作行程压缩量之间有如下关系： Hh(0.250.35) 式中： H橡胶板厚度(mm)； h橡胶工作行程压缩量(mm)。 H7.5(0.250.35) 3021.43(mm) 确定橡胶板的安装高度。为了保证卸料力（顶件力、推件力） ，橡胶应预先压缩 (0.10.15)H，所以安装高度为 (0.850.9)H 。 确定橡胶的承压面积 F，承压面积取决于所需的卸料力 Px 和橡胶压缩量为(1015) %时产生的单位压力 q。 承压面积计算公式： FPx q 式中： F橡胶板承压面积 (mm2)； Px卸料力 (顶件力、推件力) (N)； q按压缩量（1015）%时选用的单位压力（N） ，一般取 0.260.5MPa。 根据上面计算可知卸料力 Px1308.405 (N)，单位压力取 0.3 MPa 计算得： F1308.405 0.3 21 4061.35(mm 2) 确定橡胶板平面尺寸，为了保证橡胶正常工作，橡胶厚度与外径的比值 HD 应 在 0.51.5 之间，若大于 1.5 用钢板隔开，增强橡胶工作的稳定性。通过以上计算橡胶 的压缩量要求和承压面积可知橡胶能满足工作要求，按 JB/T7650.91995 圆筒形标准 确定橡胶的尺寸为 4512.525。 9.7 凸模固定板和垫板的设计 凸模固定板的外形一般与凹模与凹模、卸料板尺寸相同，凸模固定板的厚度取 6080% 凹模厚度。凸模固定板采用 45 刚，热处理后硬度达到 4045RC，与凸模是 配合采用 H7/n6 或 H7/m6 的过度配合。 垫板是承受和分散冲压力的板件其作用是防止模座凸、凹模支撑端面压陷，选用 垫板的材料条件为： P F 式中： 凸、凹模支撑端面的压应力(MPa) ； P冲压力 (N)； F凸、凹模支撑端面的面积(mm 2)； 垫板材料的许用压力(MPa)。 由前面的计算可知 P21806.75 (N)、F444.11(mm 2)得： 21806.75444.11 49 凸模垫板用 45 刚查附表 2 部分常用材料的力学性能知360 大于 157.91 满足要 求，垫板的外形尺寸与固定板相同，厚度一般取 412mm，热处理硬度达到 4045HRC。 9.8 模架、模柄、导柱和导套的选择 模架按国家标准根据导柱在模架上的固定位置不同可分为： 1、对角导柱模架。由于导柱安装在模具中心对称的对角线上，所以上模座在导柱 上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模(X 轴为横向，Y 轴 为纵向) 。 2、后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因导柱安 装在后侧，工作时，偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能使用浮动模柄结构。 22 3、中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方 向送料。 4、四角导柱模架。具有滑动平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压尺 寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。 模柄是连接上模与压力机的零件，常用于 1000KN 以下的压力机的模具安装。模 柄的结构型式比较多，常用的有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘式模柄、浮动模柄等 几种。 导柱式导向零件，是保证上下模之间相对位置关系的重要零件。常用的为 A 型导 柱（滑动摩擦） 、B 型导柱（滚动摩擦） 。 导套的作用和导柱的相同。常用的同样为 A 型导柱（滑动摩擦） 、B 型导柱（滚动 摩擦） 。 本设计的模架采用对角导柱模架，导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确， 很适应于冲裁双侧刃定位的零件。 采用滑动导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。滑动导柱、导套都是圆柱 形的，其加工方便，可采用车床加工，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置 时（闭合状态） ，导柱上端面与上模座顶面的距离 15mm。而下模座底面与导柱底面的 距离为 5mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用 H7/r6 的过度配合,导套的外径与上模座 导套孔采用 H7/r6 的过度配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套 10mm 以上。导柱与导套之间采用 H7/h6 的间隙配合。导柱与导套均采用 45 钢，热处 理渗碳淬硬 6264HRC 。 导柱、导套、模柄和上下模板的尺寸按标准 GB/T2856.11900 选取如下： A 型导柱：d(mm) L(mm)分别为 25(mm)160(mm)； A 型导套：d(mm) L(mm)D(mm)分别为 25(mm)100(mm)38(mm)； 压入式台阶模柄：d(mm)L(mm) 分别为 40(mm)90(mm)； 对角导柱模上模座的尺寸：L(mm)B(mm)H(mm)分别为 140(mm)125(mm) 40(mm)； 对角导柱模下模座的的尺：L(mm)B(mm)H(mm)分别为 140(mm)125(mm) 40(mm)。 23 那么该模具的闭合高度为： HH 1H 2LH 3H 4h 2 式中： H模具闭合高度(mm)； L凸模长度(mm)； H1上模板厚度(mm)； H2下模板厚度(mm) ； H3垫板厚度(mm) ； H4凹模厚度(mm) ； h2凸模冲裁后进入凹模的深度(mm)。 根据前面的数据可知 L49(mm)，H 150，H 260(mm)，H 310(mm)， H418(mm)， h21(mm)得： H50604910181 186(mm) 导柱、导套的形式和模板的配合关系如下图： 图（9-4） 导柱、导套、模座的关系 24 9.9 压力机的选择 该冲裁件所需的冲裁力为 21806.75(N)，初选开式双柱可倾压力机 J2325，其主 要技术参数如下： 公称压力：250KN； 滑块行程：65mm； 行程次数：60 次/min； 最大闭合高度：270mm； 最大装模高度；220mm； 作台尺寸（前后左右）：370mm570mm； 滑块底面尺寸（前后左右）：220 mm250 mm； 垫板厚度：50mm； 电机：2.2KW ； 模柄孔尺寸：40mm ； 最大倾角高度：30 。 校核压力机闭合高度公式： (HmaxH 1)5H(H minH 1)10 式中： Hmax压力机最大装模高度； Hmin压力机最小装模高度； H1压力机垫板的厚度； H模具闭合高度。 根据以上参数可得： 270505H2055010 215H165 由上可知 H191mm，所以压力机闭合高度满足。 9.10 自动送料装置的选择 设计中采用了侧刃定距的级进模配合自动送料装置实现快速、高效冲裁。 自动送料装置采用东莞市远东机械设备有限公司生产的型号为 YGDL001 的高速 滚筒送料机，其特点如下： 1、单向轴承 25 嵌有超硬合金，并配合滚柱轴承，具耐磨性、安全性、精度高、寿命长。齿轮经过 热处理 HRC60再精密研磨、传动精度高。 2、滚轮 采用中空式、重量轻、回转惯性小，可即时停止，确保送料精度。经热处理 HRC60镀硬铬再研磨，硬度高、耐磨性优、寿命长。 3、碟式刹车（一般刹车装置） 采用高级离合器来令片两面完全接触，寿命长、稳定性佳、精度高。 4、逆向装置 (1) 构造和单向装置一样，能相当精确地控制下轮，长时间使用亦不会使下轮有丝 毫的倒退现象，稳定性和精度相当高； (2) 不会因为冲压时所溅出的残油，而使刹车失灵产生下轮倒转，送距不准现象； (3) 不易产生高热； (4) 附有超硬合金和滚柱，不易磨损； (5) 动作方式为滚柱作圆周运动，不会有咬死现象； (6) 磨擦力小，所需转动扭力相对减小，转动机构较不易损坏； (7) 逆向装置的配备时速度可达 30 米每分； (8) 特殊结构，增加了使用寿命。 5、送料速度每分钟 600 次。 6、形式 单式：适用于卷料（厚度 0.15mm 以上），单制品或连续冲制品时用之。 复式：适用于卷料（厚度 0.15mm 以下），短尺材料、单制品连续冲制品时用之。 从以上特点可看出选用单式即可满足送料要求。 9.11 模具总装图 由以上的设计，可得到模具总装图结构和组合方式。模具的上模部分由上模座、 上模垫板、凸模、凸模固定板、及卸料板、垫板等组成。卸料方式是采用的弹性卸料 板卸料。上模座、凸模垫板、凸模固定板、用 4 个 M10 螺钉和 2 个10 圆柱销固定。 下模部分由下模座、凹模、导料板、承料板等组成。下模座、凹模、导料板用 4 26 个 M10 的螺钉和 2 个 10 的圆柱销固定。 冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。模具装配后要符合相应的技术要求，才能冲 出合格的制件。 装配好后卸料板要高出凸模刃口工作面 0.30.5mm，保证卸料可靠。 通过前面的结构设计和相关计算了得到装配图主要零件明细表，依照本表可画出 模具装配图。 总结 通过三个多月的努力，终于圆满完成了设计的各项任务。设计中遇到了问题，遇 到了挫折，有过迷惑，有过挣扎，但最总我还是坚持过来了。 毕业设计可以说是对我大学 3 年学习成果的考核和总结。在这几个月里我通过自 己的努力以及老师的耐心指导，本着严谨求实、开拓创新的精神，完成了大学 3 年里 最后的设计实践。 这次设计的是使我第一次从理论构思到实际生产论证的设计，它使我更深刻的理 解了模具设计的过程，同时对大学里学到的知识有了更系统的掌握。 在设计过程中，我应用了分块解决的思想来解决每一大部分，我通过查阅大量有 关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也 经历了不少艰辛，但收获非常巨大。在整个设计中，我懂得了许多东西，也培养了我 独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非 27 常重要的影响。设计中大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索 的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的不是十全十美，但是在设计过程中所学到 的东西是我最大的收获和财富，将使我终身受益。 这次的毕业设计不仅是对自己大学三年的考核，也是对自身能力的一次全面的、 综合型的测试，为今后的工作奠定了一定的基础。 致谢 这次毕业设计说明书的完成，首先要感谢我的指导老师罗宗平和辅导员杨宇老师， 在毕业设计说明书编制过程中，给予了精心的指导，并讲解了相关要领，提出了宝贵 的专业意见。其次要感谢曾经的科任教师袁永富、曾兴、刘学航、田泽明等老师，正 是因为有他们的指导才使我的毕业设计能够按期完成。最后也要感谢我的同学和朋友 的支持。 28 附表 附表 1 部分常用材料的力学性能 极限强度 材料 名称 材料 牌号 材料 状态 /MPa b/MPa 伸厂率 （%） 屈服 强度 s/MPa 弹性模量 E/Pa 05 200 230 28 05F 210300 260380 32 08F 220310 280390 32 180 08 260360 330450 32 200 190000 10F 220340 280420 30 190 10 260340 300440 29 210 198000 15F 250370 320460 28 碳素结构 钢 15 已退火 270380 340480 26 320 202000 29 20F 280890 340480 26 320 200000 20 280400 360510 25 250 210000 25 320440 400550 24 280 202000 30 360480 450600 22 300 202000 35 400520 520670 20 320 201000 40 420520 520670 18 340 213500 45 440560 550700 16 360 204000 软 260 300 38 140 锡磷青铜 QSn6.5 0.1 硬 480 550 35 100000 锡锌青铜 QSn43 特硬 550 650 12 546 124000 硅青铜 QSi31 硬 480520 600650 35 540 H62 硬 370 420 10 100000 黄铜 H68 硬 350 400 15 250 110000 半硬 520 600 10 186 铝青铜 Qal7 硬 560 650 5 25 11500013000 0 附表 2 冲裁模初始用间隙 2c(mm) T8 45 65Mn 青铜 硅钢 A2、A3 8、10、15 紫铜 黄铜 软铝材料 厚度 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 2Cmin 2Cmax 0.35 0.03 0.05 0.03 0.05 0.01 0.03 0.5 0.05 0.10 0.04 0.07 0.03 0.05 0.02 0.02 0.8 0.12 0.16 0.10 0.13 0.05 0.07 0.03 0.05 1.0 0.16 0.20 0.12 0.16 0.08 0.12 0.04 0.06 1.2 0.22 0.26 0.16 0.20 0.11 0.15 0.06 0.08 1.5 0.31 0.35 0.22 0.26 0.14 0.18 0.08 0.11 1.8 0.37 0.42 0.28 0.32 0.18 0.24 0.09 0.13 2.0 0.42 0.48 0.36 0.39 0.21 0.27 0.10 0.14 30 2.5 0.53 0.59 0.43 0.49 0.28 0.34 0.15 0.20 3.0 0.64 0.70 0.54 0.60 0.34 0.40 0.18 0.24 3.5 0.74 0.82 0.65 0.72 0.44 0.52 0.25 0.32 4.0 0.86 0.94 0.77 0.85 0.52 0.60 0.28 0.36 4.5 0.98 1.06 0.88 0.96 0.65 0.73 0.32 0.41 5.0 1.08 1.18 1.00 0.10 0.76 0.86 0.35 0.45 6.0 0.3 1.4 1.23 1.33 0.98 1.08 0.50 0.60 附表 3 导料板厚度 导料板宽度 送进材料抬起 送进材料不抬起冲件厚度 t 200 200 200 200 1 4 6 3 4 12 6 8 4 6 23 8 10 8 6 附表 4 搭边 a 和 b 值(mm) 圆件及 r2t 矩形工件 L50 矩形工件 L50 或 r 2t材料厚度 工件间 a 沿边 b 工件间 a 沿边 b 工件间 a 沿边 b 0.25 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.250.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.50.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.81.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.21.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 1.62.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.0 2.2 2.02.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.2 2.5 2.53.0 1.8 2.2 2.2 2.5 2.5 2.8 31 3.03.5 2.2 2.5 2.5 2.8 2.8 3.2 3.54.0 2.5 2.5 2.5 3.2 3.2 3.5 4.05.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 5.0 12 0.6t 0.7t 0.7t 0.8t 0.8t 0.9t 附表 5 自由凸模冲孔的最小尺寸(mm) 材料 圆形孔 正方形孔 矩形孔 矩形两头带圆 钢 700 MPa D1.5t a1.35t a1.1t a1.2t 钢 =400700 MPa d1.3t a1.2t a0.9t at 钢 400 MPa dt a0.9t a0.7t a0.8t 黄铜、铜 d0.9t a0.8t a0.6t a0.7t 铝、锌 d0.8t a0.7t a0.5t a0.6t 纸胶板、布胶板 d0.7t a0.6t a0.4t a0.5t 硬纸、纸 d0.6t a0.5t a0.3t a0.4t 附表 6 剪料公差 及条料与导料板之间的间隙 Z(mm) 材料厚度 t 1 12 23 35 条料宽 度 B C C C C 50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 501 00 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 100 50 0.6 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 150 220 0.7 0.2 0.8 0.3 1.0 0.5 1.2 0.7 32 220 300 0.8 0.3 0.9 0.4 1.1 0.6 1.3 0.8 附表 7 矩形和圆形凹模的外形尺寸(GB285881) 矩形凹模的长度和宽度 LB 矩形和圆形凹模厚度 H 6350 6363 10、12、14、16、18、20 8063、8080、10063、10080、100100、1 2580 12、14、16、18120、22 125100、125125、14080、14080、 14、16、18、20、22、25 140125、140140、160100、160125 160140、200100、200125 16、18、20、22、25、28 200140、200160、250125、250140 16、20、22、25、28、32 200200、250160、250200、280160 18、22、25、28、32、35 250 250、280200、280250、315200 20、25、28、32、35、40 315250 2