毕业设计（论文）挡板冲裁级进模设计

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用 第35页 共34页编号： 毕业设计(论文)说明书题 目： 挡板冲裁级进模设计 院 （系）： 应用科技学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 030Y20135 指导教师： 职 称： 高级实验师 高级工程师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2007 年 6 月 15 日目 录1 引言41.1 课题的提出41.2 国内外的研究现状及存在的问题41.3 本设计需完成的工作42 冲裁机理分析52.1 冲裁变形过程分析52.2 冲裁件质量分析62.3 冲裁模间隙62.4 间隙对冲裁力的影响73 冲压件工艺设计73.1 冲压件工艺性分析83.2 工艺方案的确定及模具结构类型84 材料的经济利用84.1 排样设计84.2 搭边84.3 计算材料利用率85 压力中心与冲压力的计算85.1 压力中心的计算85.2 冲压力的计算85.3 降低冲裁力的方法86 工作零件刃口尺寸计算86.1 刃口尺寸计算原则86.2 刃口尺寸设计计算86.3 卸料橡胶的设计87 模具总体结构设计87.1 模具类型的选择87.2 定位方式的选择87.3 确定送料方式87.4. 确定卸料形式87.5. 模架形式88 主要零部件的结构设计88.1 工作零件的结构设计88.1.1落料凹模88.1.2典型组合的选择88.1.3 落料凸模尺寸的确定88.1.4 冲孔凸模尺寸的确定88.2 定位零件的设计88.2.1.导正销88.2.2.导料板的设计88.2.3.挡料销88.2.4始用挡料装置88.3 卸料零件的设计88.3.1 卸料板88.3.2 卸料螺钉的选用88.3.3 顶件块88.3.4 顶杆88.4 模架及其他零部件88.4.1模架的选用88.4.2模 柄89 计算模具闭合高度810 绘制模具总装图811 选择压力机并校核闭合高度812 典型零件的制造工艺812.1 工艺路线的拟定812.1.1 表面加工方法的选择812.1.2加工路线的划分812.1.3加工工序的组成812.1.4加工顺序的安排812.2 制订加工工艺规程的指导思想812.3主要成型零件的加工工艺813 结论8谢 辞8参考文献81 引言1.1 课题的提出目前，冲压技术广泛应用于金属制品个行业中，如汽车，仪表，家用电器等工业中，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在制造行业中占有重要的地位。随着经济的快速发展，模具制造业在工业中所占的地位越来越重要。冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。提高冲模技术水平有利于获得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。冲压工艺是塑性成型加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属材料，而且也可以加工非金属板料。冷冲压的加工方式具有生产效率高，产品一致性好，使用于大批量生产等特点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产，增强效益，更新产品等方面具有重要作用。1.2 国内外的研究现状及存在的问题改革开放以来，通过技术引进和合资经营，我国的冲模技术有了长足的进步，在冲模技术领域采用了CAD、CAM、CAE技术和先进制造技术，显著的缩短了冲模技术和制造周期，提高了冲模质量，实现了冲模工作零件的互换，但是大多数企业仍然沿用传统的冲模技术和制造方法，有些冲模特别是汽车覆盖件冲模仍然依靠进口，严重地影响了我国机电产品自主开发的能力和改型更新的速度。我国正处模具设计制造水平提升关键期，中国正在成为全球制造业中心，板料成型加工是先进制造业的重要组成部分。目前，我国设计制造的精密多工位级进模和多功能模具，与国外同类模具水平相比，从模具结构、制造精度、制造周期、使用寿命等指标来衡量，水平相当或接近，完全可以替代进口。提高冲模技术可以从两方面入手，一方面是提高冲模所体现的冲压工艺水平，开发冲压新工艺；另一方面是通过采用计算机技术（冲模CAD、CAM、CAE技术）和先进制造技术（数控多轴联动加工中心，CNC高精度电火花和线切割加工，CNC点位坐标镗、坐标磨和连续轨迹坐标磨等），提高冲模设计和制造的水平。冷冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部分越来越多的采用冷冲压加工产品零部件，如机械制造、车辆生产、航空航天、电子、电器、轻工、仪表及日用品等行业。在这些部门中，冲压件所占的比重都相当大，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻、刚度好的冲压件所代替。通过冲压加工，大大提高了生产率，降低了成本。1.3 本设计需完成的工作本课题主要研究的是级进模的设计。级进模在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。级进模冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。本设计模具用于加工挡板。本级进模设计的内容包括零件的工艺性分析，工件的尺寸精度，刃口尺寸的计算模具的整体结构，选择正确的压力机，各部分零件的标准和材料，零件的尺寸设计，主要加工零件的加工工艺等，主要内容如下：(1）到模具制造相关企业调研，了解模具生产，制造，加工情况。结合本设计课题，查阅相关资料。(2）分析设计已知工件级进模具。充分分析工件结构，工艺性，了解级进模机构及工作原理，进行必要的计算，确定模具设计的基本步骤，设计模具的基本参数，设计模具的主体结构，工作零件，卸料装置，导料装置等。(3）绘制模具总装配图，零件图，完成本工件的级进模设计。(4）分析制定主要零件加工工艺。根据主要零件结构，技术参数要求，进行工艺计算，编制主要零件加工工艺规程。2 冲裁机理分析生产中为了满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多样的冲压加工方法。概括起来可以分为分离工序与成形工序两大类。分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法、主要分离工序有落料、冲孔、切边、剖切、整修等，其又以冲孔、落料应用最广。落料和冲孔是使坯料沿封闭轮廓分离的工序。冲裁加工之后，材料分成两个部分冲孔是指在板料或者工件上冲出所需形状的孔，冲去的为废料，即封闭轮廓外的部分是工件，封闭轮廓内的部分是废料而落料是指从板料上冲下所需形状的零件或者毛坯，即封闭轮廓内的部分是工件，封闭轮廓外的部分是废料。落料工序和冲孔工序的变形过程和模具结构是相同的，习惯上统称为冲裁。冲裁既可以加工出成品零件，又可以为其他成形工序制备毛胚。2.1 冲裁变形过程分析冲裁工序是利用凸模与凹模组成上、下刃口将板料置于凹模上，凸模下行使板料变形，直至全部分离。因凸模与凹模之间存在间隙z,使凸、凹模作用于板料的力呈不均匀分布，主要集中于凸、模刃口。冲裁变形过程见下图。在具有尖锐刃口及间隙合理的凸、凹模作用下，板料的变形过程可分为弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。(1) 弹性变形阶段凸模与板料接触后，使板料压缩产生拉伸和弯曲弹性变形，此时，板料内应力没有超过材料的弹性极限。若卸去载荷，板料则恢复原状。 (2) 塑性变形阶段当凸模继续下压，板料内的应力值达到屈服强度时开始产生塑性流动、滑移变形，在凸、凹模的压力作用下，板料表面受到压缩，由于凸、凹模之间有间隙存在，使板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的材料产生弯曲，凹模下的材料则向上翘曲出现弯曲和拉伸形成的圆角，并且出现压痕。随着凸模挤入板料的深度增大，塑性变形程度逐渐增大，变形区材料硬化加剧，直到刃口附近的板料内应力达到材料强度极限，冲裁力达到最大值，板料出现裂纹，开始破坏，塑性变形阶段结束。(3) 断裂分离阶段凸模的继续压入，使刃口附近的变形区的应力达到材料的破坏应力，在凹、凸模侧面的变形区先后产生裂纹。已形成的上、下裂纹逐渐扩大并沿最大切应力方向向材料内层延伸，甚至两裂纹相遇重合，板料被剪断分离，冲裁过程结束。2.2 冲裁件质量分析冲裁件质量主要是指冲切断面质量、表面质量、形状误差和尺寸精度。对于冲裁工序而言，冲裁切断面质量往往是关系到工序成功与否的重要因素。冲裁件冲切断面可以明显地区分为四个部分:光亮带、断裂带、圆角和毛刺。光亮带的形成，是在冲裁过程中冲裁模具刃口切入板料后，板料与模具刃口侧面挤压而产生塑性变形的结果:光亮带部分出于具有挤压特征，表面光洁垂直，是冲裁件切断面上精度最高、质量最好的部分。光亮带所占比例通常是冲裁件断面厚度的1/2-1/3。 断裂带是在冲裁过程的最后阶段，板料剪断分离时形成的区域，是模具刃口附近裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的断裂面。断裂带表面粗糙并略带斜角，不与板平面垂直。圆角形成的原因，是当模具压入板料时刃口附近的材料被牵连变形的结果。材料塑性越好，则圆角带越大。冲切断面上的毛刺是在冲裁过程中出现微裂纹时形成的。随后已形成的毛刺被拉长，并残留在冲裁件上。影响冲裁件冲切断面质量的因素很多。冲切断面上的光亮带、断裂带、圆角、毛刺等四个部分各自所占断面厚度的比例也是随着制件材料、模具和设备等各种冲裁条件不同而变化的。分析研究表明，凸凹模之间的间隙值是最主要的影响因素。提高冲裁件质量。重要的是必须清楚间隙的影响规律，并寻求获得合那间隙的确定方法。2.3 冲裁模间隙冲裁模具的凸、凹模间隙对冲裁件断面质量有很大的影响。间隙适中时，上、下裂纹互相重合，冲裁件断面虽有一定斜度，但比较平直、光洁且毛刺很小。当间隙过小时，由于分离面上、下裂纹向材料中间扩展时不能互相重合，将被第二次剪切才完成分离，因此出现二次挤压而形成二次光亮带，毛刺也有所增长，冲裁件毛刺容易清除拱弯，断面比较垂直。间隙过大时，材料受到很大的拉伸和弯曲应力作用，冲裁件光亮带小，圆角和斜度加大，毛刺大而厚，难以去除。表1和表2缝冲裁件断面质量要求。表1 普通冲裁断面的近似粗糙度值板料厚度112233445表面粗糙度值3.26.312.52550表2 普通冲裁断面允许的毛刺高度板料厚度0.30.30.50.30.50.30.50.30.5普通冲裁断面允许的毛刺高度0.0150.020.030.040.05普通冲裁断面允许的毛刺高度0.050.080.100.130.15当间隙过大或过小时均使冲裁件尺寸精度降低。同时，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力和冲裁力等。2.4 间隙对冲裁力的影响随着问隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。但继续增大间隙值，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹不相重合的影响，冲裁力下降变缓，由于间隙的增大，使冲裁后零件的光亮面变窄，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。但是，间隙增大时，因为毛刺增大，引起卸料力、顶件力迅速增大.3 冲压件工艺设计冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性分析和冲裁工艺方案确定。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数和工时，使得模具结构简单且寿命长，能稳定地获得合格冲件，因而可以减小劳动量和冲件成本。劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。零件名称：挡板生产批量：大批材 料：钢板08F材料厚度：t1mm本课题为按挡板（如下图）尺寸设计其模具，并编制模具主要零件的加工工艺规程。图1 产品零件图3.1 冲压件工艺性分析冲裁零件的工艺性是指冲裁零件对冲裁工艺的适应性，即冲裁零件的形状结构、尺寸大小及偏差等是否符合冲裁加工的工艺要求。冲裁零件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响。冲裁零件应满足如下要求：(1) 冲裁工件的形状 冲裁零件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。 (2) 冲裁零件的圆角 除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允许工件有尖锐的清角外，冲裁零件的外形或内孔的交角处，应避免尖锐的清角，其交角处用适宜的圆角相连。(3) 冲裁件局部凸出或凹入部分的宽度和深度宽度不宜太小，应避免有窄长切口和过窄的切槽，否则会降低模具寿命和工件质量。 (4) 冲裁件的孔径 冲裁件的孔径太小时，凸模易折断或压弯。冲孔的最小尺寸取决于材料的机械性能、凸模强度和模具结构，各种形状的孔的最小尺寸可查表 。冲小孔的凸模，如果采用保护套，凸模不易损坏，稳定性提高，最小冲孔尺寸可以减小。(5) 冲裁件孔边之间距离 冲裁件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小，否则会产生孔与孔间材料的扭曲或使边缘材料变形。复合冲裁时，因模壁过薄而容易破损；分别冲裁时，也会因材料易于被拉入凹模而影响模具寿命，特别是冲裁小孔距的小孔时，经常会发生凸模弯曲变形而卡住模具。当冲孔边缘与工件外形边缘不平行时a1应不小于平行时。应不小于1.5t。(6) 冲裁件尺寸的标注 冲裁件尺寸的基准应尽可能与制模时的定位基准重合，并选择在冲裁过程中不参加变形的面或线上。(7) 冲裁件两孔心距所能达到的公差查表该冲裁件的工艺性可按以下几方面进行分析：(1) 材料：该冲裁件的材料08F钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性。(2) 零件结构：该冲裁件结构较简单、对称，并在转角处都有R0.5圆角，比较适合冲裁。(3) 尺寸精度：零件图上尺寸未注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。查公差表(GB1800 表2)可得各尺寸公差为：零件外形： 25 0 -0.52 mm 30 0 -0.52 mm 180 -043 mm 80.18 mm 6 0 -0.3mm R0.5 mm零件内形：3 +0.25 0mm 10 +0.36 0 mm 2.8+0.25 0mm R0.5 mm 孔心距：150.21 mm 100.21 mm 孔边距：40.15 mm从上面所分析可得出结论：该工件适合冲裁。3.2 工艺方案的确定及模具结构类型冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。(1) 单工序模在一副模具中完成只完成一种工序的冲模，如落料模，冲孔模，拉深模等结构较为简单，生产效率不高，一般适用于小批量生产。(2) 复合模是在单工序模的基础上发展起来的一种较先进的模，在一副冲模中一次定位可以同时完成几个工序。复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，劳动生产效率高。(3) 连续模是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模，在冲裁过程中，条料在模具中依次在不同的工序位置上，分别完成冲件所要求的工序，除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个(或几个)冲裁件。由于定位误差影响到工件的精度，一般多用于精度低多工序的小零件。从零件图可看出，该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：(1) 先落料，再冲孔，采用两副单工序模生产。(2) 落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。(3) 冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。对以上三种工艺方案进行分析比较：方案一：模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁模或级进冲裁模方式。方案二：复合模定位精度高并且满足大批量生产的要求，但需要考虑凸凹模的强度，正装复合模凸凹模的最小壁厚值对黑色金属等硬性材料可按板料厚度的1.5倍确定，但最小值不小于0.7mm。对有色金属等软材料可约等于板料厚度，但最小值不小于0.5mm。倒装复合模凸凹模的最小壁厚值可按板料厚度的23倍确定，板料厚度小取大值，相反取小值。由于本零件孔比较多，必须用倒装复合模方便落料，根据材料厚度t=1mm，则最小壁厚为3mm，而从零件图可知，工件的最小壁厚为2.1mm，因此复合模的凸凹模的强度不够，该工件并不适合用复合模加工。方案三：级进模本身能满足大批量生产，而且生产效率高，由于工件精度为IT14级，符合级进模加工工件的精度要求。综上所述，最后确定用级进冲裁方式进行生产。4 材料的经济利用4.1 排样设计排样是指冲裁零件（毛坯）在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排料在于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合 设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产最重要的技术指标之一。在冲压工作中，冲压件材料消耗费用可达到总成本的60%75%，每降低1%的冲压废料，将会使成本降低0.4%0.5%。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效果更为突出。排样方法的选择原则：(1) 冲裁小工件或某中工件需要窄条（带）料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。(2) 冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料扎制方向。(3) 冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作方便与安全等。(4) 条料宽度选择与在板料上的排样应优先选用条料宽度较大而步距较小的方案，以便经济地裁切板料，并减少冲压时间。按冲裁工艺方法和材料的合理利用，条料排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。根据冲裁件在条料上的不同布置形式分类，有直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、冲裁搭边等。由于受冲裁件外型的限制，该工件的排样只能采用有废料的排样形式，为了使模具设计简单并且能达到最大的材料利用率，采用直排的形式即可，排样方式如图2所示。图2 排样方式图4.2 搭边排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。 搭边的主要作用有：(1) 补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。 (2) 还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。 搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。搭边的设计主要考虑几方面的因素：(1) 材料的力学性能。塑性好的材料，搭边值要大些，硬度高与强度大的材料，搭边值小一些。(2) 材料的厚度。材料越厚，搭边值也越大。 (3) 工件的形状和尺寸。工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值也越大 (4) 排样的形式。对排的搭边值大于直排的搭边。 查（冷冲压实用技术 P59 表3-2）根据材料厚度t=1mm，确定搭边值：两工件间的搭边： a1 = 1.2 mm 工件边缘搭边： a = 1.5 mm 步距为： S181.219.2 mm查（冷冲压实用技术 P60 表3-4），确定导料板与条料之间的最小间隙Z无侧压装置 Z = 0.5 mm图3 排样图条料宽度B （D2 aZ）（3021.50.5） 33.5 mm- 条料宽度的偏差，查（冷冲压实用技术 P60 表3-4）得0.4mm确定后排样图如图3所示。4.3 计算材料利用率把工件按图4所示分割计算工件面积：面积A1= 425100 mm2面积A2= 630=180 mm2面积A3= （25+30）8）220mm2面积A4=R2= 3.141.52=7.065mm2面积A5=20.52+2.810=29.57 mm2工件总面积AA1+ A2+A32A42A5100180+22027.065229.57426.73mm2图4 面积计算图一个步距内的材料利用率为： A/BS100 426.73/(33.519.2)10066.35A -一个步距内冲裁件的实际面积BS- 一个步距内毛坯的面积查板材标准，选用1000mm2000mm1mm的钢板，假如，条料长度为1000，则条料上可冲压工件数为：n1=1000-1.2/19.2=52.44个 取n152个则条料利用率为：图5 裁料图1n1A/LB100 (52426.73)(100033.5)10066.2假如，条料长度为2000，则条料上可冲压工件数为n2=2000-1.2/19.2=104.1个 取n1104个则条料利用率为：2n2A/LB100 (104426.73)(200033.5)10066.2显然，两种规格的条料材料利用率是相等的。每张钢板可剪裁59块条料（33.5mm1000mm），每块条料可冲52个工件；一张钢板料1000mm2000mm可冲3068个工件。（如图5所示）则每张板材的材料利用率总为：总nA1/LB100 (3068426.73)(10002000)10065.55 压力中心与冲压力的计算5.1 压力中心的计算冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为了保证冲裁和压力机正常和平稳地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而与压力机滑块的中心重合。如果压力中心不在模柄轴线上，滑块会承受偏心载荷，冲压时会使冲模与压力机滑块产生歪斜，从而导至滑块导轨和模具导向装置的不正常磨损。同时引起凸、凹模间隙不均匀，使刃口迅速变钝，甚至造成刃口损坏，降低模具使用寿命。计算压力中心必须在凹模刃口设定XY轴的正方向，并选择L5的中点作为坐标原点，如图6所示：凹模型口图图6 压力中心由于工件Y方向对称，故压力中心Y0=0mmX0= = =1.31mm其中：L1=25mm x1=18mm； L2=248mm x2=16mm L3=2=28.4816.96mm；x3=10mm；L4=2612mm x4=3mm； L5=30mm x5=0mm； L6=2d=23.14318.84mm x6=1.2（搭边）45.2mm；L7=2（2d+2822.8）59.76mm x7=15.2mm； 计算时，忽略边缘R0.5圆角。由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（1.31，0 ），与冲床滑块中心只偏移1.31 mm，可忽略不计，故基本重合。5.2 冲压力的计算冲裁力是选择和确定冲压设备、及模具强度较核的重要依据，在冲裁模设计中必须进行计算，同时，应掌握影响冲裁力大小的因素及降低冲裁力的方法。 冲裁力包括落料力、冲孔力、卸料力和顶件力。当冲裁工作完成后，从板料上冲裁下来的工件(或废料)由于径向发生弹性变形而扩张。会卡在凹模模腔内；同时，在板料上冲裁出的孔径则沿着径向发生弹性收缩，会紧箍在凸模上。为了将紧箍在凸模上的板料卸下来所需要的力称为卸料力，以表示；将卡在凹模中的板料推出或顶出所需的力分别称为推件力与顶件力，以与表示。卸料力、推件力与顶件力是由压机和模具的卸料、顶件装置获得的。在选择压机吨位和设计模具时，要根据模具结构来考虑卸料力、推件力与顶件力的大小，并作必要的计算。影响这些力的因素较多，主要有:材料的机械性能和厚度，工件形状和尺一寸大小，凸、凹模间隙，排样的搭边大小及润滑情况。生产中，常用下列经验公式计算： 式中，分别为卸料系数、推件系数和顶件系数，其值见表2-7；P冲裁力 N；N卡在阴模孔内的工件数，n=h/t (h为凹模刃孔的直壁高度，t为工件厚度)。注：此模具结构中卸料装置为卸料板卸料，并且用顶件块顶出工件，因此只需要计算卸料力与顶件力。以下为冲裁中各力的计算：落料力 F落1.3 L t 1.391.761290 34593.52 (N)其中：L=91.76mm(工件落料周长) t1mm(材料厚度) 查冲压模具设计与制造 表1.5. 2 按08F钢板，取290N/mm2冲孔力 F冲1.3 （L1L2 ）t 1.3（18.8459.76）12901.378.601290）29632.20（N）其中：L1 、L2 为工件孔的周长。 卸料力 F卸Kx （F落F冲） 查表2-9（教材）得Kx = 0.04 0.04（34593.5231140.20）2629.34（N） 顶件力F顶kD F落 查表2-9取KD = 0.06 0.0634593.52 2075.61（N） 总冲压力： F总 = F落F冲F卸+ F顶 34593.5229632.202629.34+2075.61 68930.67（N）该模具采用级进模，拟选择弹性卸料、上出件。根据计算结果，冲压设备拟选J23-165.3 降低冲裁力的方法冲压生产中，由于设备条件以及减少振动、噪声的需要，可以采用以下几种常用方法降低冲裁力。(1) 加热冲裁，材料在加热状态下抗剪强度有明显下降，所以加热冲裁能降低冲裁力。这种冲裁方法的缺点是，材料加热后产生氧化皮，且因加热劳动条件差，只适用于厚板或工件表面质量及公差等级要求不高的工件。(2) 多凸模阶梯布置冲裁，当冲裁模有多个凸模时，可将凸模刃口底平面呈阶梯形布置，多凸模冲裁时，总冲裁力是每个凸模冲裁力的叠加。而将凸模作阶梯形布置后，可以避免各个凸模冲裁力的最大值同时出现，减少了任意冲裁瞬时的剪切面面积，从而降低了冲裁力的峰值。在将多个凸模进行阶梯形布置时，需要注意以下几方面的要求：阶梯形布置需要对称分布，防止偏载；为了避免冲大孔时材料流动的挤压力对小孔冲头的影响，阶梯形应安排先冲大孔、后冲小孔，这样也有利于减少小孔冲头的长度。多凸模之间的高度差H可以取： 当板料厚度t3mm时，H=0.5t。(3) 斜刃口模具冲裁，普通模具刃口都是采用与模具轴线相垂直的平面形式。若将，凸模(或凹模)刃口平面设计成与轴线倾斜一定的角度进行冲裁时，刃口逐步冲切材料，减少了每一瞬时的剪切面积，从而降低了冲裁力。与平刃冲裁相比，斜刃口冲裁的冲裁力可以降低50%-75%。为了制取平整的零件，落料时，将凹模设计为斜刃。冲孔时，则相反，冲裁弯曲状工件时，采用有圆头的凸模。单边斜刃冲裁，只适用于折弯的切口。设计斜刃模具时，应注意将斜刃作对称布置，以免冲裁时承受单向侧压力而发生偏移，啃坏刀刃。轮廓复杂的工件，不宜采用斜刃冲模的减力程度由斜刃高度H和角度决定，H和可参考下列数值选取：当板料厚度t 3mm, H=2t，；当板料厚度 t =310mm, H=t，； 一般情况时，角不大于。 斜刃冲裁力P，可按下式计算： 式中 P用平刃冲模冲裁时所需的力;k冲裁减力系数。 斜刃冲裁厚板时，应验算冲裁功。其公式如下： A=式中 A冲裁功，Nm; t板厚，mm； 斜刃冲裁力，N。 采用斜刃模具的主要缺点是：刃口制造与修磨比较复杂，刃口极易磨损，工件不够平整，因此一般情况下尽量不用，只用于大型工件及厚料冲裁。6 工作零件刃口尺寸计算冲裁模凸、凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的重要因素。凸、凹模的合理间隙值也要靠刃口尺寸及其公差保证。因此，在冲裁模设计中，正确确定与计算凸、凹模刃口尺寸及其公差是极为重要的。6.1 刃口尺寸计算原则确定和计算凸、凹模刃口尺寸及公差必须遵循以下原则：(1) 根据冲孔和落料的特点 落料件的尺寸决定于凹模尺寸，故落料模以凹模为设计基准，先确定凹模的人口尺寸，再按间隙值确定凸模的刃口尺寸；冲孔时孔径的尺寸决定于凸模尺寸，故冲孔模以凸模为设计基准，先决定凸模的刃口尺寸，再按间隙值确定凹模的刃口尺寸。(2) 考虑凸、凹模的磨损 凸、凹模在冲裁过程中有磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损则使落料尺寸增大。为了保证冲裁件的尺寸精度要求，并尽可能提高模具的使用寿命，设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模刃口的基本尺寸应去工件尺寸公差范围内的较大尺寸。这样就能保证凸、凹模磨损到一定程度后仍能冲裁出合格的工件。不论落料还是冲孔，凸、凹模间隙都应取用合理间隙范围内的最小值。(3) 刃口制造精度与工件精度的关系 凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具的一定使用寿命。模具刃口制造精度与冲裁件精度的对应关系见表2-5。一般情况下，也可按工件公差的1/3-1/4选取。对于圆形凸、凹模，由于制造容易，精度易保证，制造公差可按IT6-IT7级选取。6.2 刃口尺寸设计计算凸凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。但是，制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。凸、凹模分配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简单，成本低。根据刃口尺寸计算的原则，并且使凸、凹模具有一定的间隙，从而令到加工出来的工件达到一定的尺寸精度，最好的方法就是采用凸凹模配合加工。凸、凹模配合加工，是指先加工凸模(或凹模)，然后根据制造好的凸模(或凹模)的实际尺寸，配做凹模（或凸模），在凹模(或凸模)上修出最小合理间隙值。其方法是把先加工出的凸模(或凹模)作为基准件，它的工作部分的尺寸作为基准尺寸，而与它配做的凹模(或凸模)，只需在图纸上标注相应部分的凸模公称尺寸(或凹模公称尺寸)，注明“x x尺寸按凸模或凹模配作，每边保证间隙x x”。这样，基准件的制造公差（或）的大小，就不再受凸、凹模间隙大小的限制，使模具制造容易。一般基准件的制造公差（或）=4。形状简单时按IT6（）级IT7（）公差制造。配合加工法在工厂中被广泛采用，适用于形状复杂的冲裁件。 1、落料 应以凹模为基准，然后配做凸模。落料凹模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。因此，凹模尺寸应根据这三种规律分别计算。 (1) 凹模磨损后尺寸增大，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凹模尺寸按下公式计算： (2) 凹模磨损后尺寸减小，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凹模尺寸按下公式计算： (3) 凹模磨损后尺寸不变，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成的形式。这时凹模尺寸按下式计算： 2、冲孔应以凸模为基准，然后配做凹模看冲孔件，冲孔凸模磨损后，刃口尺寸变化也有减小、增大、不变三种情况。因此，凸模尺寸也应根据这三种规律分别计算。(1)凸模磨损后尺寸减小，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凸模尺寸按公式计算： （2）凸模磨损后尺寸增大，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凸模尺寸按落料凹模公式计算： (3)凸模磨损后尺寸不变，如图2- 14中C1，C2这类尺寸计算方法与落料件相同，按公式(2-7)计算： 式中 D 工件的最大极限尺寸 (mm) d 工件的最小极限尺寸 (mm) 工件公差 （mm）X 系数，X=0.51。它与工件公差等级有关： 当工件公差等级为IT10级或更高时，取X=1； 当工件公差等级为IT11IT13级时，取X=0.75 当工件公差等级为IT14级或更低时，取X=0.5如表3中的零件尺寸所示，把工件各尺寸进行分类：(1) 落料凹模磨损后，会增大的尺寸有：D1=25 0 -0.52 mm D2=180 -043 mm D3=30 0 -0.52 mm D4=6 0 -0.3mm D5=40.15 mm 不变的尺寸有： L1=80.18 mm (2) 冲孔凸模磨损后，会减小的尺寸有： 为 d1=3 +0.25 0mm d2=10 +0.36 0 mm d3=2.8+0.25 0mm 不变的尺寸有： L2=100.21 mm L3=150.21 mm根据凸、凹模配合加工的刃口计算方法，对以上各尺寸进行计算 表3 刃口尺寸计算基本尺寸及分类冲裁间隙磨损系数计算公式计算结果落料凹模 25 0 -0.52查表2-2(教材)(7%10%)tZmin=0.07Zmax=0.10Zmax Zmin=0.03mm制造精度为：IT14级，故X=0.5（P22） +/4 0当凹模磨损后，尺寸25、18、30、6、R0.5会增大。故基本尺寸按下式计算：DA=( Dmaxx)DA=24.740.13 0相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.070.10之间 180 -043 DA=17.780.11 0 同上0-0.5230DA=29.740.13 0同上60 -0.36 同上DA=5.850.08 0同上80.18同上当凹模磨损后，尺寸8基本不变故基本尺寸按下式计算：L=( Lmin+1/2) /8L=80.05孔边距40.15同上+/4 0按落料凹模考虑，当凹模磨损后， 4会增大。故基本尺寸按下式计算：Lp=( Lmaxx)LP4 0.08 0同上孔心距L/2= 150.21同上按冲孔凸模考虑，当凸模磨损后，孔心距尺寸15、10基本不会变。故基本尺寸按下式计算：Lj=( Lmin+1/2) /8Lj=150.05（注： =0.2120.42）100.21同上Lj=100.05冲孔凸模3 +0.25 0 同上0-/4当凸模磨损后，孔尺寸3、R0.5、10、2.8会减小。故基本尺寸按下式计算：dT=( dmin+x) dT=3.13 0 0.06相应凹模尺寸按凸模尺寸配作，保证双面间隙在0.070.10之间10 +0.36 0同上dT=10.180 0.092.8+0.25 0同上dT=2.93 0 0.066.3 卸料橡胶的设计 橡胶的允许承受的负荷较大，安装调整灵活方便，是冲裁模中常用的弹性元件。根据模具结构如果选择圆形套在4个卸料钉，初步计算橡胶尺寸为：1卸料板的工作行程：th10.51.5 t为板料厚度；h为凸模缩进卸料板的高度0.5mm。2橡胶工作行程：H1 1.54.56 其中： 凸模刃口修磨量，一般410 mm， 取4.5mm。(P79)3橡胶自由高度H0H1/（0.250.3）6/0.25=24mm 取H1为H0的254 橡胶的预压缩量：H015H00.15243.6mm 一般H01015H05每块橡胶的预压力F0：卸料力为2629.34（N），选用四个圆筒形橡胶，则为： F0Fxy/n2629.34/4=657.33(N)6橡胶的内径d ：因圆筒形橡胶是套在卸料钉上，而卸料钉的直径为8mm,故取橡胶的内径d10mm。7橡胶的外径D：按表2.9.12（P65）计算出橡胶的外径D = 其中：Fxy橡胶所产生的压力，设计时取大于或等于卸料力Fx（即F0）； P橡胶所产生的单位面积压力，与压缩量有关，其值可按图2.9.30（P66）确定，设计时取预压量下的单位压力。因选取预压缩量15，一般预压缩量为自由高度的1015（P64）根据预压缩量为自由高度的15查图2.9.30得P=0.6(MPa=N/mm2)故：D= 38.62mm40mm 8校核橡胶自由高度H0 0.5 H0/D =24/40=0.6 1.5 满足要求。9橡胶的安装高度HH0H0243.620.4020mm圆筒形橡胶尺寸为：内径10mm 外径40mm 自由高度24mm 安装高度20mm7 模具总体结构设计7.1 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。7.2 定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置采用始用挡料销定位。7.3 确定送料方式 模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式，还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如L(送料方向的凹模长度)B(垂直于送料方向的凹模宽度)时，采用纵向送料方式；LB时，则采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本例的凹模板而言，其送料方式应采用横向送料。另外采用何种送料方式，还得考虑压力机本身是开式还是闭式而定。7.4. 确定卸料形式模具是采用弹压卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹压卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹压卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹压卸料板，而只有在弹压卸料板卸料力不足时，才改用固定卸料板。实际中，当材料料厚约在2mm以下时采用弹压卸料板，大于2mm时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为1mm，因此可采用弹压卸料板。7.5. 模架形式如采用横向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架或对角导柱导套模架；而后侧导柱导套模架有利于送料(纵横向均可且送料较顺畅)，但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。本模具采用对角导柱导套模架，对横向送料方式较适宜。8 主要零部件的结构设计8.1 工作零件的结构设计8.1.1落料凹模凹模采用整体凹模，并且选择直筒形刃口。各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心尽量重合。凹模的外形尺寸设计凹模因其结构形式不一，冲裁时受力状态比较复杂，现在还不能用理论计算方法确定其尺寸。在生产实际中，一般根据冲裁件的轮廓尺寸和板料厚度，按经验公式概略地计算凹模的外形尺寸（见图7）凹模厚度：Hkb(15mm)（P64 冲压工艺与模具设计） 查表3-3得K=0.42 H0.4235.715mm （b35.7凹摸刃口的最大尺寸，对级进模应是包括落料和冲孔两部分） 凹模边壁厚：C（1.52）H (3040mm) C（1.52）15（22.530）mm 实取C32mm凹模宽度：Bb+2C (图7) 35.723299.7mmB99.7mm，查标准JB/T7643.11994：根据“就近就高”的原则初定凹模周界，考虑到固定凹模的螺孔与凹模刃图7 凹模尺寸的确定壁间的距离不能太近，则取凹模板宽B=100mm；L=125mm；H=20mm；故确定凹模板外形为：12510020mm。8.1.2典型组合的选择计算凹模周界及确定模具的主要结构是为了选用合适的模具结构典型组合。根据本模具采用横向送料方式、弹压卸料板、对角导柱导套模架及凹模周界为LB=125100，可从冷冲模国家标准查到弹压卸料横向送料典型组合(GB2872.2-81)。各模具零件的标准外形尺寸列于表4:表4 各模具零件的标准外形尺寸序号名 称标 准长宽厚数量1上 垫 板JB/T7643.394125100612凸模固定板JB/T7643.2941251001613卸 料 板JB/T7643.2941251001414导 料 板JB/T7648.594165B615凹 模JB/T7643.1941251001616承 料 板JB/T7648.69410040217紧 固 螺 钉（承料板）GB6576M61028圆 柱 销（凸模）GB1197684029紧 固 螺 钉（凸模）GB7076M840410卸料螺钉JB/T7650.581842411弹簧或聚胺脂橡胶垫设计选用412紧 固 螺 钉（卸料板）GB7085M820413圆 柱 销（导料板）GB11976620414圆 柱 销（凹模）GB11976840215紧 固 螺 钉（凹模）GB7085M8404本典型组合凸模的推荐长度为48mm、配用对角导柱模架(GB/T2851.1-90)125100,闭合高度在120150mm之间。这些尺寸是否合适，还要经过综合设计后才能最后确定。8.1.3 落料凸模尺寸的确定 落料凸模的外形尺寸是按照凹模的尺寸，并保证一定的间隙值来配合加工。根据零件外形将落料凸模设计成直通式，这样可便于用线切割加工，使刃口尺寸精度提高。其定位方式是用一个M6沉头螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H7/m6。 落料凸模长度：L h1+h2 + h3h4 16+14+200.549.5mmh1凸模固定板厚度； h2弹性卸料板厚度； h3弹性元件安装高度； h4凸模缩进卸料板的高度8.1.4 冲孔凸模尺寸的确定冲孔凸模长度：与落料凸模长度一样 LT=L= 49.5mm所冲的2圆形孔的冲孔凸模采用台阶式结构，冲2个长形孔的凸模采用直通式结构。与固定板配合采用H7/n6或H7/m6 过渡配合，直通式凸模为防止卸料力将凸模拉出，在凸模尾部加一个2mm的挂销固定。凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，故强度足够。刃口尺寸按表1计算的数值，其他尺寸参照标准GB/T5825-91选取。8.2 定位零件的设计8.2.1.导正销使用导正销的目的是消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差。导正销先进入已冲孔中，导正条料位置，保证孔与外形相对位置公差的要求。导正销主要用于级进模，其特点是：导正销固定在凸模上，与凸模之间不能相对滑动，送料失误时易发生事故。为了使导正销工作可靠，避免折断，导正销的直径一般应大于2mm。孔径小于2mm的孔不宜用导正销导正，但可另冲直径大于2mm的工艺孔进行导正。本设计模具是在条料送进时采用挡料销作为粗定距，在落料凸模下部安装两个导正销，利用条料上3mm两孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在挡料销上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移01mm，冲压过程中粗定位完成以后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约01mm而完成精确定距。用这种方法定距，精度可达到002mm。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。导正销直径ddpZ=3.130.053.08mmdp冲孔凸模直径（按前表计算值） Z导正销与孔径的双面间隙，查表34(教) 得