毕业设计（论文）导柱式弹顶落料模具设计说明书

第一章 冲压设备1.1 冲压技术简介 冷冲压在锻压生产中占有很重要的地位，在工业中的应用十分广泛，它也是锻压专业教学的基本内容。冷冲压生产技术是多方面的，但其中最为主要的基础内容是，在充分地了解和掌握各种冲压变形规律的基础上解决冲压加工中出现的各种实际问题,确定最佳工艺参数，以最简便的方式在消耗最低的条件下实现冲压加工过程，获得高质量的冲压产品。冷冲压是塑性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.冲压加工的范围十分广泛，不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属材料。冲压加工时，板料在模具的作用下，其内部产生使之变形的内力。冷冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。一般的冲压加工，每分钟一台冲压设备可生产零件的数目是几件到几十件。但是，目前已有相当数量高速冲床的生产率已达每分钟数百件或数千件以上。1.2 冲床冲床用来安装与之相适应的模具。J23系列开式可倾冲床和J21S系列深喉冲床，在J21S系列深喉冲床中，快速冲床，特点是行程小，行程次数38170(次/min)。J23系列开式可倾冲床为可倾式铸造结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下。它较J21S系列深喉冲床，它较偏心冲床有较大的行程，行程次数45120(次/min)。其它冲床同J23系列开式可倾冲床相似。1.3参数计算为了正确选用冲床，必须了解它的一些主要数据。1.3.1额定吨位冲床铭牌上规定的吨位为冲床的额定吨位。额定吨位的大小，反映冲床的冲裁力。在我国，J23系列开式可倾冲床特点系列生产，共8级，具体型号有J23-16、JB23-20A、J23-25、JB23-35、JG23-35、JG23-40、JD21-100、JB21-160等各种冲床。选择冲床时，必须使冲床的额定吨位大于工件所需要的冲裁力。由表1.1查得Q235的=375460 Mpa，取=450 Mpa。工件所需要的冲裁力P可从模具设计手册查得： P= （1.1）式中 t圆盘的厚度（m）；D圆盘的直径（m）；材料的抗拉强度（MPa）；K考虑弹性脱料装置的压缩力，圆盘厚度公差，冲模间隙的变化，刃口变钝等因素使冲裁力增大的系数，可取K1.3. =14.04 (T) 表1.1 部分碳素结构钢力学性能牌号屈服强度/MPa伸长率/%抗拉强度/MPa Q215 1652152631335410 Q235 1852352126375460 Q225 2052551924410510 Q275 2252751520490610故应选用35吨的的J23系列开式可倾冲床，床身材料为可倾式铸造结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下，采用刚性转健离合器，具有单次和连续操作规范。 使用带式制动器，滑块装有压塌式保险器，超载时保险器压塌，从而保证整机不受损坏。冲床具有通用性强、精度高、性能可靠、便于操作的优点。 配备自动送料装置可实现半自动化冲压作业。具体基本参数见表1-2 JB23-35 吨开式可倾冲床使用说明书。1.3.2. 闭合高度 闭合高度是冲模设计和冲模在冲床上安装时都必须考虑的重要因素。闭合高度有两种: (1) 冲模闭合高度: 冲模闭合高度是指上、下模在最低工作位置时冲模高度。(2) 冲床闭合高度:冲床上的连杆,可以通过螺纹调节其长度调节量为M。冲床闭合高度是指冲床在M=0时从台面至下止点时滑块下平面间的距离。选择冲床时,须使冲床的闭合高度大于冲模的闭合高度,否则, 滑块在上止点时将冲模装在冲床上,冲床开动后将会使冲模损坏。取合模后固定板和卸料板之间的安全距离为20毫米。在本设计中闭合高度为:上模座 垫板 凸模固定板卸料板+凹模+下模座安全距离即:=60+10+40+15+60+55+20=260(mm)所选冲床闭合高度,满足其中为最大闭合高度，最小闭合高度，为闭合高度。所以，这套模具设计的闭合高度为260毫米。1.3.3台面尺寸(长宽)和台面孔尺寸 在冲模设计和安装时，必须考虑台面尺寸和台面孔尺寸，前者应能保证模具在台面上压紧，后者应能保证冲孔的余料或工件能从台面孔落下。1.3.4模柄孔尺寸 在冲模设计和安装时, 必须考虑冲床滑块模柄孔的尺寸。通常，模柄外径和上模座孔的配合采用H7/m6。表1-2 JB23-35 吨开式冲床使用说明书序号项 目数 值单位1公称压力35吨2滑块行程100毫米3滑块每分钟行程次数55次/分4封闭高度调节量80毫米5封闭高度(滑块在下死点时至台面的距离)最 大 300毫米最 小 220毫米6工作台尺寸前 后480毫米左 右710毫米8喉口深度710毫米9立柱间距离390毫米10模柄孔尺寸直径50毫米深度60毫米11滑块底面尺寸前 后320毫米前 后270毫米12外形尺寸前 后1480毫米左 右1050毫米地面上高2200毫米13机床重量45吨 第二章 冲裁力和排样2.1冲裁力计算冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力按公式（1.1）已计算。如图2.1所示为模具所要加工的工件圆盘的图，材料为Q235，厚度1mm，大批生产。 图2.1 圆盘2.1.1冲裁件工艺分析由圆盘图可见，该冲裁件外形简单，仅需一次冲裁加工即可成型。冲裁件为大批量生产，因此采用单工序、后导柱导向式冲裁模进行加工，以方便工人操作，并保证尺寸精度，由于工件尺寸较薄，故可采用固定卸料板弹性卸料和下出料的方式。 2.1.2 确定模具压力中心圆盘为对称形状制件，压力中心位于制件轮廓图形的几何中心上。2.2冲裁排样设计条料、帯料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样和选择适当的搭边值是提高材料利用率、降低成本、保证冲件质量及模具寿命的有效措施。2.2.1材料利用率排样的目的是为了在保证制件质量的前提下，合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率，一个进矩的材料利用率计算见式（2.4）=F= nA = BL=(nA/BL)100% （2.4）A=式中：n一张板料（或帯料、条料）上冲件的数目A一个冲裁件的实际面积L板料长度B板料宽度r板料半径值越大材料的利用率就越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。提高材料利用率的方法：冲裁所产生的废料可分为两类：一类是结构废料，是由冲件的形状特点产生的；另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料而产生的废料，称为工艺废料。要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件等。对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。另外，在使用条件许可下，当取得零件设计单位同意后，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率.2.2.2条料排样的分类根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种（1）有废料排样；（2）少废料排样；(3）无废料排样。在冲压生产实际中，由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同，不可能提供一种固定不变的合理排样方案。但在决定排样方案时应遵循的原则是：保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等。从各方面权衡利弊，根据排样采用少废料排样。2.2.3搭边的确定排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边数值。搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至搭边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50以上。影响搭边值的因素:（1）材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大（2）材料厚度 材料越厚，搭边值也越大。（3）冲裁件的形状与尺寸 零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。（4）送料及挡料方式 用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。（5）卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。表2.2为最小搭边值（单行排列）： 表2.2 最小工艺搭边值（单行排列）材料厚度t/mm工件间c/mm沿边a/mm0.50.81.01.20.81.20.81.01.21.61.01.22.2.4计算排样由表2.2取搭边值c=1.5 mm,a=2mm，条料宽度为79mm，进矩为76.5mm。第三章 模具结构设计冲裁模是冲压生产所用的主要工艺装备，冲裁模具结构的合理性和先进性，对冲裁件的质量与精度、冲裁加工的生产率与经济效益、模具的使用寿命与操作安全等都有密切的关系。模具的整个装配关系如图3.1所示。 图3.1 模具的总装图 1-上模座；2-弹簧；3-卸料螺钉；4-螺钉；5-模柄；6-止转销；7-圆柱销；8-垫板；9-凸模固定板；10-凸模；11-卸料板；12-凹模；13-下模座；14-圆柱销；15-导柱；16-挡料销；17-导套 3.1 模具的组成3.1.1概述冲模的种类很多,但都包括以下几部分零件：1.工作件： 即直接参加冲裁工作的零件，如凸模、 凹模。2.定位件: 它的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确定位，如挡料销。3.脱料件: 每完成一次冲裁后,用来退出工件或余料的零件，如卸料板、弹簧和卸料螺钉组成。4.装配件：包括模具的其它零件，主要的有控制冲裁时凸模和凹模正确位置的导柱和导套的导向零件，安装和固定用的上、下模座、 凸模固定板、垫板和模柄等。在该模具设计中总装图如图2.1所示。3.2 凸模凸模又称冲头，是冲裁的关键零件之一，其工作端的截面形状根据模形确定，我设计的凸模刃口是平的。凸模的材料应满足下列要求：(a) 能够承受强大的剪切力、压力、冲击力和摩擦力。因此模刃需要有很高的硬度，很高的耐磨和耐疲劳的能力以及足够的韧性；(b) 热处理以后的变形应该尽可能的小；(c) 长期使用中的变形应尽可能的小。根据上述要求，通常采用碳素工具钢和合金工具钢制造，如Cr12、Cr12Mov、9SiCr、T10A、T12A等作为制造凸模的材料。凸模尾端淬硬至5660HRC（T10A、T12A）或5862 HRC（Cr12、Cr12Mov、9SiCr）。凸模尾端淬火后回火，硬度为4348 HRC为宜。3.3 凹模 凹模刃口的周边形状和凸模相同，因为要清除废料或工件，沿深度方向的尺寸不能上下一致。凹模材材可与凸模相同或优于凸模，淬火硬度可与凸模相同或略高于凸模，如可取(6064) HRC。一般也采用合金工具钢Cr12、Cr12Mov、9SiCr、T10A、T12A等制造,上下两平面之间的平行度要求不超过0.003. 凹模工作表面的粗糙度要求是,凹模刃口要锋利，强度要大，外廓棱角要倒钝等。冲裁时凹模承受冲裁力和的作用，由于凹模的结构形式不一，目前还不可能用理论计算法确定凹模尺寸，在生产中大都采用经验公式概略的计算凹模尺寸。凹模多采用机械法固定，由螺钉将其紧固在下模座上，并用圆柱销定位，或用凹模的长宽尺寸与下模座过渡配合的止口代替圆柱销定位。3.4 导柱和导套在大批量生产中为了便于装模或在精度要求高的情况下，模具都采用导向装置，以保证精确的定位，提高冲件质量及模具寿命。导柱、导套都是圆柱形，加工方便，容易装配，是模具行业最广泛的导向装置。可在上、下模座上分别设置导柱、导套对凸模、凹模进行导向。导柱和导套如图3.2和3.3。 图 3.2 导柱图3.3 导套在选用时应注意在冲裁过程中导柱最好不要脱离导套的导向孔，导柱的长度应保证模具的闭合后，导柱的上端面与模座顶面的距离不小于10mm15mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为2mm3mm。导柱和导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。当冲裁板厚在0.8mm以下的间隙模具时，选用配合精度模架。当冲裁板厚为0.8mm4mm时，选用配合的精度模架。一般导柱、导套大都采用低碳钢（20钢或25钢）制造，经渗碳（渗碳层厚度为1.2mm1.5mm）和淬火，导柱硬度为58HRC62HRC，导套为56HRC60HRC，再经磨光方可使用，导柱和导套也可轴承钢制造。导柱、导套分别和下、上模座固定时，一般采用粘合剂将它们固定起来，固定的方法有以下几种：1低熔点合金浇注 低熔点合金又名冷胀合金，它具有在冷却凝固时体积膨胀的特性。这种特性可用于导柱式弹顶落料模具的紧固和导套的装配。既保证模具的定位精度，又节省大量的机钳工工时。同时模具损坏后，修理更换冲头也很方便。低熔点合金的配方表3.1。各种金属的性能如下：锑-熔点为630，是一种银白略带浅蓝色的金属，性脆，可与多种金属熔合成合金。锑合金具有高的硬度和蚀性，在泠却凝固时，体积不收缩,并稍有膨胀，冷却率为0.2，因此能得到清晰，饱满的铸件。锑是低熔点合金具有泠胀特性的主要元素。铅-熔点为327，是合金中最便宜的，最容易买到的金属，质软，机械性能差，铅熔化后，挥发性大，有毒，在配制时应注意。铋-熔点为271，用以降低合金的熔点，改善流动性，在合金的配方比中数量最大。锡-熔点为232，锡可改善合金的机械性能，提高韧性,提高韧性，同时降低合金的熔点，增加流动性。采用低熔点合金浇注的最大缺点，是天热的时候，它的冷胀特性减。为了克服这个缺点，可采用环氧树脂浇注和无机粘结剂浇注。低熔点合金的配方表3.1序号锑铅铋锡镉合金熔点浇注温度备注1928.54814.5_12015020025354515_1001201503_275013107090120浇注电极用2 环氧树脂浇注 环氧树脂的配方如下：6101环氧树脂：铁粉(填料)；磷苯二甲酸二丁(吸湿剂)；乙二胺(固化剂)。环氧树脂加热到3040，加入磷苯二甲酸二丁酯，均匀搅拌后，再加入铁粉，再搅拌均匀。在一切工作准备好的情况下，加入乙二胺，进行搅拌，在气泡完全消失后进行浇注。3 无机粘结剂浇注 无机粘结剂的成分为：氧化铜-黑色粉末，粗度要求320目左右，保持干燥；磷酸-无色透明稠厚液体；氢氧化铝-白色粉末。无机粘结剂固体(氧化铜)和液体(配制好的含有氢氧化铝的磷酸)的配比对粘结性能有直接性的影响，固液配比K为固体的克数比液体的毫升数。K大则粘结强度高。但凝固快，在室温下倘使K5，粘结剂的调制工作便很难进行，往往在调制中，就已干固。反之K小，粘结时使用时间长，但粘结强度低。通常取K=5：1。配好后不断搅拌至成为棕黑色胶状体，便成为无机粘结剂，即可进行浇注。浇注后放入烘箱内，保持温度在4050烘干。3.5挡料销 模具上的挡料销的作用是使毛坯或半成品在模具上能够正确的定位。根据毛坯形状、尺寸及模具的结构形式，可选用不同的定位方式。挡料销的定位面抵住条料的浅搭边或工件内轮廓的前（后）面，使条料送进准确。3.6弹簧在冲裁模卸料与出件装置中，常用的是弹簧，弹簧起平稳缓冲和退料作用，所得冲裁零件质量较好，冲压平稳，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹簧。考虑模具设计时出件装置中的弹簧很少专门计算。弹簧的材料为65Mn、60SiMn等经淬火，回火至硬度为40 HRC45HRC ,淬火前两端压紧3/4圈后磨平，使其与轴线垂直。圆形断面螺旋压缩弹簧加工容易，价格便宜，一般模具采用较多。当强力弹簧刚度大，一般承载能力会提高45%左右，但强力弹簧加工较困难，价格贵，故多用于大批量生产的模具中。弹簧是标准件，直接外购即可。3.7 模柄中小型模具一般均通过模柄将模具固定在冲床滑块上的。对于大型模具则可用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。在设计冲模时，除按模具结构特点选用不同模柄种类外，必须根据确定的冲床确定模柄的安装直径和高度，模柄安装直径d和长度L应与滑块模柄孔尺寸相适应。模柄直径可取与模柄孔相等，采用间隙配合H11/d11，模柄长度应小于模柄孔深度5mm10mm。模柄支撑面应垂直于模柄的轴线（垂直不超过0.02：100）。压入式模柄配合面的表面粗糙度应达到1.60.8。模柄通常采用Q235或Q275钢制造。3.8 上、下模座模座分上模座和下模座，它们是冲模全部零件的安装的基体，又承受和传递冲裁力，因此它具有足够的强度、刚度和足够大的外形尺寸。上模座通过模柄安装在冲床滑块上，下模座用压板和螺栓固定在工作台上。带导柱的模板已经标准化了。上、下模座通过导柱、导套的连接而形成模架，模架已经标准化，可由专门模具厂提供，模座要有足够的厚度，一般取凹模的1倍1.5倍。模座的前侧面需进行机械加工，以便在此面上打上该模具的标记，上模座导套孔的外侧面要加工一条浅窄槽，便于工作时对导套的润滑。模座常用灰铁制造，该材料有较好的吸振性，常用的有HT200、HT400。3.9 其它固定零件其它固定零件主要指凸模固定板、螺母、螺柱、垫板、托板、顶杆、圆柱销、止转销、螺钉和卸料螺钉等。固定板主要用于凸、凹模等工作零件的固定。在必须进行凸模固定板的设计时，其平面尺寸除应保证凸模的安装外，应有足够的尺寸来安放螺钉和圆柱销钉。固定板材料一般选用Q235，有时也用45钢。垫板装在固定板与上模座之间，它的作用是承受凸模或凹模压力，防止过大的冲裁力在上、下模座上压出凹坑，而影响模具的正常工作。垫板外形多与凹模外形一致，厚度一般取3mm10mm。垫板材料选用45钢或T8A进行淬火。材料为45钢时，热处理后硬度为40HRC45HRC，材料为T7时，淬火硬度为52HRC56HRC。螺钉与各种销钉、螺母、螺柱都是标准件，设计模具时按标准选用即可。螺钉用于固定模具零件，而销钉则起定位作用。模具中广泛应用的是内六角螺钉和圆柱销钉，其中M6mmM12mm的螺钉和4mm10mm的销钉最为常用。具体配合和粗糙度见表3.2,模具的主要材料见表3.3。表3.2 冲模中主要零件的材料零件名称材 料热 处 理硬 度凸 模钢T10A淬 火HRC5660凹 模钢T10A淬 火HRC5862凸模固定板钢45-模 柄Q235-垫 板钢 45淬 火HRC2832上模座灰铸铁HT200消除内应力-下模座灰铸铁HT200消除内应力-卸料版钢 45-顶尖块钢45-托 板钢 Q235-A-导 柱钢 20渗碳淬 火HRC5862导 套钢 20渗碳淬 火HRC5660橡 皮聚氨酯-表3.3 模具制造公差配合零部件配合名称采用配合粗糙度凸模与凸模固定板H7/m6或H7/n66.3um12.5 um导套与导柱H7/h60.1 um0.4 um凸模与卸料板H7/h60.8 um模柄与上模座H7/m60.8 um 1.6 um模柄与冲床滑块H7/d113.2 um销钉孔与销钉H7/n61.6 um3.2 um第四章 冲裁模基本加工凸模和凹模是冲裁模的最主要的工作零件，对于不同的模具，其形状、尺寸差别较大。由较高的加工要求。它们的加工质量直接影响模具的使用寿命及冲裁根据的质量。在凸模和凹模的加工过程中，凸模的刃口轮廓和凹模的型孔，往往是加工中难度最大的部位，花费的劳动量也最多，由于冲裁件的形状繁多，凹模型孔和凸模的刃口轮廓也多种多样，但从工艺角度考虑大致可分成圆形和异形两类。本设计中的凸模和凹模都都属于圆形，所以重点分析它们的加工过程和上下模座的加工过程。4.1凸模的加工具有圆形刃口的凸模加工比较简单，热处理前用线切割机床即可获得较理想的刃口形状和配合表面。凸模的工艺路线为：备料线切割热处理检验。4.2凹模的加工具有圆形单型孔刃口的凹模的型孔加工比较简单，热处理前用线切割机床即可获得图纸的基本要求。凹模的工艺路线为：备料线切割热处理检验。4.3冲裁模工装制造工艺过程卡一套完整的工装模具设计出来后，要有一系列加工制造过程控制，完整合理的工艺制造过程是保证模具冲裁质量的关键。但就本设计来说，是大批量生产，凸模的轮廓尺寸太小，不能用一般的加工方法加工，只能采用线切割加工来加工凸模，这样精度高、方便，直接在线切割机上切割成型。表 4.1是本套冲模模具主要零件工装制造工艺过程卡。表4.1为模具主要零件工装制造工艺过程卡学校机械加工工艺过程卡零件名称导柱式弹顶落料模具宁夏理工学院生产类型大批生产加工零件工序内容工 序 说 明机床上模座(HT200)备料铸造毛坯刨平面刨上下平面牛头刨长磨平面磨上下平面平面磨床钳工划线划前部、导套孔线和卸料螺钉、螺钉、止转销和圆柱销的中心线虎钳铣前部按划线铣前部立式铣床钻孔按线钻导套至48mm，按中心线分别钻2mm、8mm、11.5mm、12mm的孔。按中心线钻孔20mm至35mm、1 8mm至20mm。立式钻床镗孔与下模座重叠，镗孔保证垂直镗床铣槽按线铣R2.5mm的圆弧槽立式铣床检验按图纸检验下模座（HT200）备料铸造毛坯刨平面刨上下平面牛头刨长磨平面磨上下平面平面磨床钳工划线划前部线，划导柱孔、螺纹孔、螺钉孔及销孔线虎钳铣床加工按线铣前部，铣肩台至尺寸立式铣床钻床加工钻导柱孔至33mm、顶杆孔至10mm、圆柱销孔至10mm,钻螺纹底孔并攻螺纹立式钻床镗孔和上模座重叠，一起镗孔至mm，镗圆柱孔至mm镗床检验按图纸检验凸模(T10A)备料备好棒料线切割编程序快速走丝数控电火花线切割机床热处理按热处理工艺淬火达5660HRC检验按图纸检验凹模(T10A)备料备好棒料线切割编程序快速走丝数控电火花线切割机床热处理按热处理工艺淬火达6064 HRC检验按图纸检验导柱（20）下料按尺寸38X215mm切断锯床车端面钻中心孔车端面保持长度212.5mm，钻中心孔，调头车端面保持210mm，钻中心孔卧式车床车外圆车外圆至35.4mm，切10X0.5mm槽到尺寸；车端部，调头车外圆至35.4mm，车端部卧式车床检验按热处理按热处理工艺进行，保证渗碳深度0.81.2mm，表面硬度5862HRC研中心孔研中心孔，调头研另一端中心孔卧式车床磨外圆磨35h6外圆留研磨量0.01mm，调头磨35r6外圆到尺寸外圆磨床研磨研磨外圆35h6外圆到尺寸卧式车床检验按图纸检验导套（20）下料按尺寸56X125mm切断锯床车外圆及内孔车端面保持长度123mm，钻35mm的孔至33mm，车50mm的外圆至50.4mm，倒角，车3X1mm的槽至尺寸，镗35mm的孔至34.6mm，镗油槽，镗36的孔至尺寸，倒角卧式车床车外圆倒角车52mm的外圆至尺寸，车端面保证长度120mm，倒内外圆角卧式车床检验热处理按热处理工艺进行，保证渗碳层深度0.81.2mm，硬度5862HRC磨内外圆磨50mm外圆达到图样要求，磨35mm内孔，留研磨量0.01mm万能外圆磨床研磨内孔研磨35mm的孔达图样要求，研磨圆弧卧式车床检验按图纸检验第五章 模具的间隙确定5.1 引言冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的尺寸之差。单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示，从模具设计手册差得：圆形冲裁模间隙为Z=- （5.1）式中： -冲裁模凹模直径尺寸，mm； -冲裁模凸模直径尺寸，mm。冲裁间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力的影响很大，是模具设计中的一个重要因素。因此设计模具时一定要选择一个合理的间隙，考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常选择一个适当的范围作为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙，由于模具在使用过程中会逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙。5.2 间隙对冲裁工作的影响间隙值影响到冲裁时弯曲、拉伸、挤压等附加变形的大小，因而对冲裁工序影响很大，主要有以下几个方面。5.2.1间隙对零件质量的影响模具间隙是影响断面质量的主要因素，提高断面质量的关键在于推迟裂纹的产生，其主要途径就是减小间隙。模具间隙对冲裁件尺寸精度影响主要是当间隙较大时，材料所受拉拉伸作用增大，冲裁结束后，因材料的弹性恢复，使冲孔件的尺寸增大，落料件的尺寸变小，当间隙较小时，材料受凹、凸模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。5.2.2间隙对冲裁力的影响间隙增大，材料所受的拉应力增大、材料容易断裂分离，冲裁件可得到一定程度的降低，继续增大间隙值，会因从凹、凸模刃口处产生不相重合的影响，冲裁力下降变慢。当单向间隙为材料厚的5%20%时，冲裁力的降低并不显著（不超过5%10%）。间隙减小。材料所受拉应力减小，压应力增大，材料不易产生撕裂，使冲裁力增大，在间隙合理情况下，冲裁力最小。5.2.3间隙对模具寿命的影响模具间隙是影响模具寿命中最主要的因素之一。冲裁过程中，凸、凹模刃口受到材料对它的作用力。在这些力的作用下，模具的失效形式一般有磨损、崩刃、变形、胀裂、断裂等。间隙主要对模具的磨损和胀裂有影响，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，磨损也越严重。过小的间隙会引起冲裁力、侧压力、摩擦力增大，甚至会材料粘连刃口，这就加剧了刃口的磨损；如果出现剪切，产生的碎屑也会使磨损加大，间隙小，落料件或废料往往滞留在凹模口洞口，导致凹模胀裂。所以过小的间隙对模具的寿命极为不利。间隙增大，可使冲裁力、卸料力等减小，使模具侧面与材料间的摩擦减小，从而刃口磨损减小。适当大的间隙还可补偿因模具制造精度不够及动态间隙不均匀所造成的不足，不至于伤刃口，起到延长模具寿命的影响。5.2.4间隙对冲裁力尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件相对于凸、凹模的偏差，主要是制件从凹模推出（落料件）或从凸模上卸下（冲孔件）时，因材料所受的挤压变形、纤维伸长穹弯等产生弹性恢复而造成的。偏差值有可能是正的，也有可能是负的。影响这个偏差值的因素有：凸、凹模间隙，材料性质，工件形状与尺寸等。其中主要因素是凸、凹模的间隙值。当凸、凹模间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁结束后，因材料的弹性恢复使冲裁件尺寸向实体方向收缩，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。当间隙较小时，由于材料受凸、凹模的挤压力大，故冲裁后材料的弹性回复使落料尺寸增大，冲孔孔径变小。尺寸变化量的大小与料性质、厚度、轧制方向等因素有关。材料性质直接决定了材料在冲裁过程中的弹性变形量，软刚的弹性变形量较小，冲裁后的弹性恢复也小；硬钢的弹性恢复也大。表5.1模具精度与冲裁件精度的关系冲模制造精度材料厚度t/mm0.50.81.01.52345610IT6IT7IT8IT8IT9IT10IT10IT7 IT8IT9IT10IT10IT12IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14上述因素的影响是在一定的模具制造精度的前提下讨论的。若模具刃口的制造精度低，则冲裁件的制造精度也就无法保证。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工工件的尺寸要求来决定。此外，模具的结构形式及定位方式对孔的定位尺寸精度也有较大的影响。冲模制造精度与冲裁件精度之间的关系可从模具设计手册差得如下表5.1所示。 5.3 合理间隙值的选取合理间隙值的选取主要与冲压零件的材料的力学性能、材料厚度、制件使用要求等因素有关，间隙选择合适，可使冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较高。但不同行业的冲裁间隙值也有所不同，一般说来，对于断面质量与冲件精度均要求高的工件选用较小的间隙值，但模具寿命较低。对于断面质量、冲件精度均要求不高的工件，满足冲裁件要求的前提下，所以提高模具寿命为主，采用较大的合理间隙。模具对于被冲裁的板料发生切割作用,其变形过程：a) 弹性变形b)塑性变形 c) 剪切阶段 d)分离阶段。 确定间隙的方法一般有两种：理论确定法和查表确定法。下面分别简单介绍这两种方法。1 查表确定法查表确定法是普遍采用的方法之一，可用于一般条件下的冲裁。由于各类间隙值之间没有绝对的界限，因此，必须根据冲件尺寸与形状，模具材料和加工方法，以及冲压方法、速度等因素增减间隙值。如：1）在相同条件下，非圆形比圆形间隙大，冲孔比落料间隙大。2）直壁凹模比锥口凹模间隙大。3）高速冲压时，模具易发热，间隙应增大，当形成次数超过200次/min时，间隙值应增大10%左右。4）冷冲时比热冲时间要大。5）冲裁热轧硅钢板比冲裁冷轧硅钢板的间隙大。6）用电火花加工的凹模，其间隙比用磨削加工的凹模小0.5%2%。2 理论确定法理论确定的主要根据是保证上、下裂纹重合，以获得良好的冲裁断面，冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态。由于该计算方法在生产中使用不便，故目前常用的是查表确定法。5.4 冲裁模刃口尺寸计算冲裁件的尺寸精度主要取决于凸、凹刃口尺寸及公差，合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸、凹刃口尺寸及其公差，是冲裁模设计的一项重要工作。5.4.1凸、凹模刃口尺寸计算原则由冲裁过程和生产实践可知：落料件是凹模刃口挤切材料产生的，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。同时考虑到模具使用后的磨损情况，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：落料时，先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内，冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸和凹模刃口基本尺寸减小一个最小合理减小值来确定。凸模和凹模刃口的制造公差，主要取确定于冲裁件的精度和形状。一般模具的制造精度比冲裁件的精度至少高12级。若工件没有标注公差，则对于非圆型件按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理。制件精度与模具的关系见表5.1。5.4.2刃口尺寸计算方法凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可分为两类。（1）凸模与凹模分开加工这种方法主要适用于圆形或形状简单的冲裁件。采用这种方法时，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差（凸模公差、凹模公差）。同时，为保证一定的间隙，模具的制造公差必须满足模具设计手册中的公式： （5.2） （5.3） （5.4）式中：-凸模制造公差； -凹模制造公差； -最大合理间隙； -最小合理间隙。其计算公式见表5.2.2）凸模与凹模配作加工凸、凹模配作加工是指先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件（一般落料时以凹模为基准件，冲孔时以凸模为基准件），然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作另一件。这种加工的方法的特点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不需要公式来进行校核，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲裁件公差的1/4），使制造容易，因此是目前工厂常常采用的方法。用配合法加工法制造模具常使用于复杂及薄料的冲裁件，图样上只需标注基准件的尺寸及其公差，配作件仅注基本尺寸，并注明与基准件配作及保证的间隙值。表5.2 凸模与凹模分开加工工作部分尺寸和公差计算公式工序性质制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料后求出先求出冲孔先求出后求出注： 、-落料凸、凹模基本尺寸，mm；、-冲孔凸、凹模基本尺寸，mm；-制件制造公差，mm；-最小合理间隙；-因数，其值见表5.3，、-凸、凹模制造公差，见表5.4。表5.3因数材料厚度t/mm非圆形值圆形值10.750.50.750.5 制造公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.4230800.0200.03018300.0200.025801200.0250.035表5.5冲裁模初始双面间隙z（z=2c）材料厚度t/mm08、10、35、Q23540、5065Mn极小间隙0.90.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.180-本设计利用公式（5.2）来计算凹模、凸模刃口尺寸，由模具设计手册差得表5.5，=0.100mm，=0.14mm。由模具设计手册差得表5.4，=0.020mm，=0.030mm。由模具设计手册差得表5.3， =0.5。 =0.050mm =0.040mm不满足 因此 可按（5.3）和 （5.4） =0.4（0.140-0.100）=0.016mm=0.6（0.140-0.010）=0.024mm=0.016+0.024=0.040mm=0.040mm满足 故凸、凹模采取分别制造的方法。利用模具设计手册差得表5.2凸模与凹模分开加工工作部分尺寸和公差计算公式先求出凹模尺寸： mm后求出凸模尺寸：=mm结束语伴随着历时近三个月的毕业设计的结束，我四年的大学生涯也即将就此划上句号。在这宝贵的四年中，我学到了很多机械方面的专业知识，这次毕业设计，是我第一次将四年所学知识用于生产中的问题，也是第一次将四年所学知识得到了一次的综合运用。本次毕业设计的课题是在指导老师的精心安排下，按照我们的专业知识及社会的发展需要而制定的，在本次设计中我查阅了大量的设计手册,以及有关冲模方面的资料。通过本次毕业设计，对于我来说得到了如下几个方面的收获：1使我掌握模具的设计过程和方法，包括设备的参数计算和型号的选择、主要零、部件的计算、结构设计等，培养了我对模具的结构分析和设计的能力。2. 训练和提高了工程设计的基本技能，如数据计算、机械制图、现场记录、计算机及网络的应用、查阅技术资料和手册、编写技术文件等。3. 综合应用大学四年所学的理论知识，提高理论联系实际和综合分析的能力，培养我们独立创新的意识和能力。4. 通过这次的设计让我们养成了科学严谨的工作作风以及脚踏实地的工作态度，为成功走上工作岗位迈出坚实的一步。本次设计题目导柱式弹顶落料模具设计，先通过对冲裁力的计算选出冲床，再对零件的工艺性分析确定模具具体类型，完成模具的整体结构设计，模具的基本加工知识，模具间隙的确定。通过一个比较典型的工件来说明冲裁模具的工作原理，设计了步骤及工作流程。对于以后在工作中解决实际问题有很大的参考价值。本次设计是在孟天祥老师的指导下完成的，限于本人水平，内容中有很大不足，敬请各位老师谅解。参 考 文 献机械零件手册. 周开勤. 北京. 高等教育出版社，2006.12冲压工艺与模具设计. 牟林 北京. 北京大学出版社，2006.8模具制造工艺学. 李云程. 北京. 机械工业出版社，2000.10冲压模具图册. 杨占尧. 北京. 高等教育出版社，2008.3机械制造与模具制造工艺学. 陈国香. 北京. 清华大学出版社，2006.5冲压工艺模具学.卢险峰. 北京. 机械工业出版，2006.4机械制造技术基础.卢秉恒. 北京. 机械工业出版社，2008.3机械制造工艺设计简明手册. 李益民. 北京. 机械工业出版社，2008.6画法几何及机械制图. 毛昕. 北京. 高等教育出版社，2004.7机械制造工艺学.陈明. 北京. 机械工业出版社，2007年10月- 25 -