模具培训 UG模具设计

模具培训 UG模具设计摘 要 本书主要介绍冷冲压模具冲裁模具的有关设计，冲裁模设计主要步骤有： 分析冲裁件的工艺性、确定冲裁工艺方案、（工序性质与数量的确定、工序顺序的确定、工序组合方式的确定）、确定模具总体结构方案（模具类型、操作与定位方式、卸料与出料方式、模架类型与精度）、进行有关工艺与设计计算（排样设计与计算、计算冲压力与压力中心、计算凸、凹模刀刃尺寸与公差）、设计、选用模具零部件，绘制模具总装草图（确定凹凸模具结构形式计算凹模轮廓尺寸与凸模结构尺寸、选择定位零件、设计选用卸料与出件零件、选择模架，并确定其他模具零件的结构尺寸或标准规格、绘制模具总装草图校核压力机）、绘制模具总装图和零件图（模具总装图的绘制、模具零件图的绘制）确定模具零件加工工艺过程、确定模具装配工艺过程、编写有关技术文件。关键词：复合模 弹压卸料装置 冲裁间隙 冲裁力 压力中心 压力机 公称压力 弹压卸料装置目 录 第一章 模具概述11.1 模具工业现状11.2 模具的发展趋势31.3 冷冲压模具分类与特点61.4 冷冲压模具设计6第二章 优质碳素结构钢冲压件模具设计82.1 零件冲裁工艺性分析8 2.2 冲压工艺方案9 2.3 排样设计9 2.4 模具结构与装配图设计11第三章 零部件设计 133.1 工作零件计算与设计133.2 工作零件结构设计153.3 弹压卸料装置设计163.4 定位零件设计和选用173.5 连接件与固定件设计173.6 其他零件设计和选用18 3.7 模架选取19第四章 冲压设备选用204.1 冲裁力与压力中心计算204.2 压力机类型与选择244.3 模具安装与闭合高度校核25第五章 主要零部件加工工艺28 5.1 凹凸模加工工艺分析28 5.2 凹凸模数控加工305.3 模具装配工艺分析31结束语32参考资料33第一章 模具概述1.1模具工业现状由于历史原因形成的封闭式、“大而全”的企业特征，我国大部分企业均设有模具车间，处于本厂的配套地位，自70年代末才有了模具工业化和生产专业化这个概念。模具工业主要生产能力分散在各部门主要产品厂内的工模具车间，所生产的模具基本自产自用。据粗略估计，产品厂的模具生产能力占全国模具生产能力的75，他们的装备水平较好，技术力量较强，生产潜力较大，但主要为本厂产品服务，与市场联系较少，经营机制不灵活，不能发挥人力物力的潜力。模具专业厂全国只有二百家左右，商品模具只占总数的20左右，模具标准件的商品率也不到20。由于受旧管理体制的影响较深，缺乏统筹规划和组织协调，存在着“中而全”，“小而全”的结构缺陷，生产效率不高，经济效益较差。 模具行业的生产小而散乱，跨行业、投资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总销售量。为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。改革开放20多年来，我国(除港台地区外，下同)的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和水平、产品档次都有了很大的提高。据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间（分厂）近17000家，约60万从业人员，年模具总产值达200亿元人民币。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的60左右，还不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。据海关统计，1997年进口模具价值6.3亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997年出口模具仅为7800万美元。1997年中国模具工业协会对下属的209家骨干企业（含产品厂的模具车间）的统计资料表明，其模具总产值13.7亿元人民币，进口模具大约为336万美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。1模具工业产品结构的现状 按照中国模具工业协会的划分，我国模具基本分为10大类，其中，冲压模和塑料成型模两大类占主要部分。按产值计算，目前我国冲压模占50左右，塑料成形模约占20，拉丝模（工具）约占10，而世界上发达工业国家和地区的塑料成形模比例一般占全部模具产值的40以上。 我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。 我国的塑料成形模具设计，制作技术起步较晚，整体水平还较低。目前单型腔，简单型腔的模具达70以上，仍占主导地位。一模多腔精密复杂的塑料注射模，多色塑料注射模已经能初步设计和制造。模具平均寿命约为80万次左右，主要差距是模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等，注射模精度已达到5um以下，最高寿命已突破2000万次，型腔数量已超过100腔，达到了80年代中期至90年代初期的国际先进水平。2模具工业技术结构现状 我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。从总体上来讲，与发达工业国家与港台地区先进水平相比，还有较大的差距。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM微机与其兼容机、HP工作站等）不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。 缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；而80年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。3模具工业配套材料，标准件结构现状 近10多年来，特别是“八五”以来，国家有关部委已多次组织有关材料研究所、大专院校和钢铁企业，研究和开发模具专用系列钢种、模具专用硬质合金与其他模具加工的专用工具、辅助材料等，并有所推广。但因材料的质量不够稳定，缺乏必要的试验条件和试验数据，规格品种较少，大型模具和特种模具所需的钢材与规格还有缺口。在钢材供应上，解决用户的零星用量与钢厂的批量生产的供需矛盾，尚未得到有效的解决。另外，国外模具钢材近年来相继在国内建立了销售网点，但因渠道不畅、技术服务支撑薄弱与价格偏高、外汇结算制度等因素的影响，目前推广应用不多。模具加工的辅助材料和专用技术近年来虽有所推广应用，但未形成成熟的生产技术，大多仍还处于试验摸索阶段，如模具表面涂层技术、模具表面热处理技术、模具导向副润滑技术、模具型腔传感技术与润滑技术、模具去应力技术、模具抗疲劳与防腐技术等尚未完全形成生产力，走向商品化。一些关键、重要的技术也还缺少知识产权的保护。 我国的模具标准件生产，80年代初才形成小规模生产，模具标准化程度与标准件的使用覆盖面约占20%，从市场上能配到的也只有约30个品种，且仅限于中小规格。标准凸凹模、热流道元件等刚刚开始供应，模架与零件生产供应渠道不畅，精度和质量也较差。4模具工业产业组织结构现状 我国的模具工业相对较落后，至今仍不能称其为一个独立的行业。我国目前的模具生产企业可划分为四大类：专业模具厂，专业生产外供模具；产品厂的模具分厂或车间，以供给本产品厂所需的模具为主要任务；三资企业的模具分厂，其组织模式与专业模具厂相类似，以小而专为主；乡镇模具企业，与专业模具厂相类似。其中以第一类数量最多，模具产量约占总产量的70%以上。我国的模具行业管理体制分散。目前有19个大行业部门制造和使用模具，没有统一管理的部门。仅靠中国模具工业协会统筹规划，集中攻关，跨行业，跨部门管理困难很多。 模具适宜于中小型企业组织生产，而我国技术改造投资向大中型企业倾斜时，中小型模具企业的投资得不到保证。包括产品厂的模具车间、分厂在内，技术改造后不能很快收回其投资，甚至负债累累，影响发展。虽然大多数产品厂的模具车间、分厂技术力量强，设备条件较好，生产的模具水平也较高，但设备利用率低。 我国模具价格长期以来同其价值不协调，造成模具行业“自身经济效益小，社会效益大”的现象。“干模具的不如干模具标准件的，干标准件的不如干模具带件生产的。干带件生产的不如用模具加工产品的”之类不正常现象存在，极大地挫伤了模具企业（包括模具车间和分厂）职工的积极性。这也是模具行业留不住人才，青年技术人员和青年工人不愿学技术的原因之一。1.2模具的发展趋势1模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展（1）模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试与生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型与雕刻自动编程系统、逆向工程系统与复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统等。（2）模具设计、分析与制造的三维化 传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟与信息的管理与共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold与日立造船的Space-E/mold均是3D专业注塑模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置与典型结构设计。澳大利亚Moldflow公司的三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers已经受到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工大学研制的同类软件HSC3D4.5F与郑州工业大学的Z-mold软件。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如Cimatron公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。（3）模具软件应用的网络化趋势 随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以与计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。美国在其21世纪制造企业战略中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从40个月缩短到4个月。2.模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展（1）模具检测设备的日益精密、高效 精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达23m，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mm×3250mm三坐标测量机，还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物建立数学模型输出工程图纸模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。这方面的设备还包括：英国雷尼绍公司第二代高速扫描仪(CYCLON SERIES2)可实现激光测头和接触式测头优势互补，激光扫描精度为0.05mm，接触式测头扫描精度达0.02mm。另外德国GOM公司的ATOS便携式扫描仪，日本罗兰公司的PIX-30、PIX-4台式扫描仪和英国泰勒·霍普森公司的TALYSCAN150多传感三维扫描仪分别具有高速化、廉价化和功能复合化等特点。（2）数控电火花加工机床 日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动与定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制与自动编程专家系统。另外有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源与模糊控制(FC)等技术。（3）高速铣削机床(HSM) 铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣削加工的510倍)与可加工硬材料(<60HRC)等诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。瑞士克朗公司UCP710型五轴联动加工中心，其机床定位精度可达8m，自制的具有矢量闭环控制电主轴，最大转速为42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速铣床，其加工范围达2500mm×5000mm×1800mm，转速达20500r/min，切削进给速度达20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。3.快速经济制模技术 缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。 (1)快速原型制造技术(RPM)。它包括激光立体光刻技术(SLA) ；叠层轮廓制造技术(LOM) ；激光粉末选区烧结成形技术(SLS) ；熔融沉积成形技术(FDM) 和三维印刷成形技术(3D-P)等。 (2)表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面与精细花纹的一种工艺技术。 (3)浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术与硅橡胶制模技术等。 (4)冷挤压与超塑成形制模技术。 (5)无模多点成形技术。 (6)KEVRON钢带冲裁落料制模技术。 (7)模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造与失蜡精铸等技术。 (8)其他方面技术。如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术与实型铸造冲模刃口镶块技术等。4模具材料与表面处理技术发展迅速 模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火钢(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用钢有预硬钢(如美国P20)、时效硬化型钢(如美国P21、日本NAK55等)、热处理硬化型钢(如美国D2，日本PD613、PD555、瑞典一胜白136等)、粉末模具钢(如日本KAD18和KAS440)等；覆盖件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V铸铁等，大型模架用HT250。多工位精密冲模常采用钢结硬质合金与硬质合金YG20等。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术与电镀(刷镀)防腐强化等技术也日益受到重视。5模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同 在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术与热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造与全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。1.3 冷冲压模具分类与特点 冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特征分类：1根据工艺性质分类（1）冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模等。（2）弯曲模 使平板坯料沿着直线（弯曲模）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。（3）拉抻模 是把平板坯料制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。（4）成形模 是将坯料或工序件按凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。2根据工序组合程度分类（1）单工序模 一般只有一对凸、凹模，在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。（2）复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上工序的模具。（3）连续模 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道以上工序的模具。连续模又称级进模。冷冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。主要有：（1）冷冲压是少、无切屑加工方法之一，是一种省能、低耗、高效的加工方法，因而冲件的成本较低。（2）冷冲压件的尺寸公差由模具保证，具有“一模一样”，的特征，所以产品质量稳定。（3）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。（4）冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，其生产率高、操作简单、易于机械化与自动化。用普通压力机进行冲压加工，每分钟可达几十件；用高速压力机生产，每分钟可达上百件或千件以上。由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高的特点，生产成本高。所以，只有在冲压零件批量大的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。1.4 冷冲压模具设计冲压设计与生产实际关系密切。为使冲压工艺设计、模具设计与模具制造工艺设计最大限度地适合于实际生产条件，保证冲压出质量与尺寸精度均满足图样要求的产品零件，既要做到技术上先进可行又要在经济上合理，因此在冲压设计过程中，要考虑多方面问题，概括起来应主要包括以下内容：（1） 搜集冲压设计必需的原始资料。（2） 分析产品零件的冲压工艺性。（3） 确定冲压工艺方案。（4） 确定模具类型。（5） 选择冲压设备。（6） 编写冲压工艺过程卡。（7） 重新审查产品零件图和冲压件工艺过程卡。（8） 进行模具的总体设计。（9） 进行模具的主要零部件设计。（10） 绘制模具总装图和零件图。（11） 校核模具图样。（12） 编写设计计算说明书。第二章 优质碳素结构钢冲压件模具设计落料模零件简图：（图2-1）生产批量：大批量；材料：30钢；材料厚度：1.2mm。2.1 零件冲裁工艺性分析（1）材料 30钢为优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能。（2）工件结构 如图一所示，该零件结构形状简单对称，零件可分为冲孔落料两部分，故考虑采用复合模冲压工序一次冲压成形。（3）零件有两个14的孔，孔冲压是本设计的一个难点。（4）尺寸精度 （查极限测量P27表3.1）零件中：1160-0.87mm 140+0.43mm 340-0.62mm 170-0.43mm 均属于IT14级。（5）分析该工件的尺寸精度，其两孔中心距的尺寸与公差为（82±0.2）mm,查表得，用一般精度的模具可达到的两孔中心距离公差为±0.15mm，即可满足该工件的精度要求。从零件的形状，尺寸标注与生产批量等情况看，也均符合冲裁的工艺要求，并且只需一次落料即可，采用单工序落料模进行加工。（6）结论： 可以冲裁。2.2 冲压工艺方案该零件包括落料和冲裁两个基本工序，可以用以下三个工艺方案方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产；方案二：落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产；方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模冲压。方案一结构简单，但需两道工序两副模具，生产率较低，难以，满足该零件的产量要求。方案二只需一副模具，冲压件形位公差和尺寸精度容易保证，且生产率高。尽管模具结构较方案较一复杂，但工件结构简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具生产率也很高，但零件冲压精度稍差，欲保证冲压见形状精度需要在模具上设置导正销导正，侧刃定位等，模具制造和安装较复合模复杂。通过对上述三种方案分比较，结合设计要求与现有的冲床的生产设备，第一种方案、第三种方案不适用于采用。该件的冲压生产采用方案二为佳，即采用冲孔落料复合模设计方案。2.3 排样设计（1）在选用排样算法时，应充分考虑以下工程约束条件：(1)   具有较高的材料利用率；(2)   考虑材料的各向异性，要求弯曲线与条料纤维方向交角在一定的角度范围内；(3)   对于窄长型冲压件，应使其方位角在一定范围内以保证条料的平整度；(4)   考虑料宽约束(给定最大最小料宽)以满足用户特定的材料宽度要求；(5)   模具结构设计的合理性；（2）材料利用率的确定在冲压零件的成本中，材料费用约占60以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样，不合理的排样会浪费材料。衡量排样经济性的指标是材料的选用率，可用下式计算： 式中 F/F0×100F/AB ×100 （2-1） 式中：材料利用率； F工件的实际面积； Fo所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A 送料进距 (相邻两个制件对应点的距离)； B条料宽度；(1)搭边值的确定查冲压工艺与模具设计P45表2.5.2，确定搭边值：两工件间的搭边：a1 =0.8mm工件边缘搭边：a=1mm(2)计算冲裁件的面积AA=（11682）×17×17/2-2×14×17-×72mm2=3190mm2(3)送料进距的确定送料步距 A=D+a1=116+1.5mm=117.5mm式中D平行于送件方向的冲件宽度。步距为：117.5mm（4）条料宽度的确定根据工件结构采用无侧压装置模具，因考虑在送料过程中条料摆动量而是侧面搭边值减少为了补偿侧面搭边减少，条料宽度应增加条料可能的摆动量。故按式（2-2）计算（冲压工艺与模具设计P67公式2.5.4；） 条料宽度B-0=(D+2a+C) -0 （2-2） =(38+2*2+0.5)0-0.1 =40.40-0.1mm式中D-条料宽度方向冲裁件最大尺寸； a-侧搭边值； -条料宽度的单向（负向）偏差，查冲压模具设计与制造P67表2.5.4=0.1mm C-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值查冲压工艺与模具设计P46表2.5.5得0.8mm。确定后排样图如图二所示。（4）材料利用率的确定一个步距内的材料利用率为： F/Fo×100F/AB×100 （2-3） =1×3190 mm2/117.5mm×40.4mm×100% =72%经计算得出选用直排有废料排样方式，如（图2-2）所示。（图2-2）查GB708-65板材标准，宜选0.5mm*800mm*1000mm每条钢板条数n1=1000/38=26 （条）余12mm每条板上工件数n2=b-a1/s=800-0.8/34.8=22（个）式中b-钢板宽度（即每条钢板长度）800mm每条钢板上总工件数n总=n1*n2=26*22=572个。则总板料利用率 总=n总*D2/4L*D*100% （2-4） =572*3.14*342/4*800*1000*100% =64.88%即每张板材的材料利用率为64.88%2.4 模具结构与装配图设计复合模的结构可分为倒装式与正装式复合模两个，在选择模具结构时要根据冲压件质量、生产批量、精度要求、方便操作等方面来确定。正装式结构与倒装式结构比较：正装式结构较适用于冲制材质比较软的或板料比较薄的平直度要求度较高的冲裁件，还可以冲裁孔边距离较小的冲裁件，条料的送进，由两个导料销控制其方向，由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹性卸料装置，将条料从凸模上卸下。同时由装在模座之下的顶出装置实现上出件通过调整螺母压缩橡胶，可调整顶出力。由于该弹性顶出装置在冲裁时能压住工件，并与时地将工件从凹模内顶出，因此可使冲出的工件表面平整，实用于厚度不大的中小工件的冲裁。便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。 本设计初步确定选择正装式结构，这种结构操作、维修较方便。装配图设计如下：1挡料销 2凸模 3凸模固定板 4垫板 5卸料螺钉 6模柄 7连接螺钉8 上模座 9导套 10弹簧 11导料销 12卸料销 13定位销 14导柱 15下模座第三章 零部件设计3.1 工作零件刃口尺寸计算与设计刃口尺寸计算的依据和原则冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸与精度来保证。正确确定模具刃口尺寸与其制造公差，是设计冲裁模的主要任务之一。从生产实践中可以发现： 由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的制件或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 在测量与使有中，落料件以大端尺寸为基准，冲孔孔径以小端尺寸为基准。 冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越来越大。由此在决定模具刃口尺寸与其制造公差时须考虑下述原则： 落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔件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。 考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凸模基本尺寸应取制件尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件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。 确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口尺寸精度要求过高（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；如果对刃口尺寸要求过低（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；冲孔件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。凸、凹模刃口的计算方法（1）确定间隙值 根据材料厚度为0.3mm与材料为碳素结构纲20f查表冲压工艺与模具设计P34表2.2.4得Zmin=0.03mm, Zmax =0.05mm.则Zmax-Zmin=（0.05-0.03）mm=0.02mm（2）确定磨损系数 工件精度IT11IT14级，x取0.75mm；工件精度在IT14磨损系数取x=0.5mm。（3）确定凸、凹模的制造精度取T0.4（Zmax-Zmin）=0.4*0.02=0.008mmA0.6（Zmax-Zmin）=0.6*0.02=0.012mm对零件图中未注公差的尺寸，查机械制图附表1-21得其极限偏差为1160-0.87mm 140+0.43mm 340-0.62mm 170-0.43mm 本例工件因形状比较复杂、且为薄材料，为了保证凸凹模之间的间隙值，必须采用凸、凹模配合加工的方法。现以凹模为基准件，根据凹模磨损后的尺寸变化情况，将零件图中各尺寸进行分类：A类尺寸： 1160-0.87mm 340-0.62mm 170-0.43mmB类尺寸: 140+0.43mmC类尺寸: 82±0.2mm凹模刃口尺寸计算如下：Ad=(A-X) /40116d=(116-0.5×0.87)0+0.22=115.570+0.22mm34d=(34-0.5×0.62)0+0.16=33.690+0.16mm17d=(17-0.5×0.4)0+0.11=16.790+0.11mmBd=(B+X)0-/414d=(14+0.5×0.43)0-0.11=14.220-0.11mmCd=±/882d=(82±0.4/8)mm=(82±0.05)mm凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制，并保证双面间隙0.13 0.16mm。3.2 工作零件结构设计 凹模尺寸： 凹模厚度：H=kb(15mm) H=0.18*116=20mm式中k-系数，考虑板料厚度影响见冲压工艺与模具设计表2.8.2 凹模边厚度：C>=(1.52)*H =(1.52)*21 =3042mm凹模零件简图如（图3-1）： （图3-1）比例1：3凸、凹模最小壁厚选择凸、凹模是复合模中同时具有落料和冲孔凹模作用的工作零件。他的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸、凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。3.3 弹压卸料装置设计卸料弹压装置是由卸料板、弹性元件、卸料螺钉等零件组成。该装置既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，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压卸料装置。卸料弹簧的设计计算压力要足够，即 F预F卸/n （3-1）式中：F预-弹簧的预压力；F卸-卸料力或推料力；n- 弹簧根数；压缩量要足够。即 S1S总=S工作+ S预+S修磨 （3-2）式中：S1-弹簧允许的最大压缩量；S总-弹簧需要的总压缩量；S预-弹簧的预压缩量；S工作-卸料板或推料板，压边圈的工作行程；S修磨-模具的修磨量或调整量，一般取46mm。要复合模具结构空间的要求。因模具闭合高度的大小限定了所选弹簧在预压状态下的长度，上下模座的尺寸限定了卸料板的面积，也限定了允许弹簧占用面积；所以选用弹簧的根数，直径的长度，必须符合模具结构空间的要求。根据模具结构初步确定弹簧根数n，并计算出每根弹簧分担的卸料力F预F卸/n （3-3）=7400/4N=1850N查有关弹簧规格初选取弹簧规格为30mm*4mm*30mm经校核所选弹簧符合要求。3.4 定位零件设计和选用导料销是对条料或带料的侧向进行导向，以免送偏的定位零件，导料销一般设两个，并位于条料的同侧，从右向左送料时，导料销装在后侧；从前向后送料时，导料销装在左侧。本设计采用固定式的导料销，并选用标准结构(GB2866.5-81)。挡料销起定位作用，用它挡住搭边或冲件轮廓，以限定条料送进距离。一般分为固定挡料销、活动挡料销两种，本设计采用固定挡料销。采用国标（GB2866.11-81）中A型挡料销。该模具为正装下顶出单工序落料模。条料的送进，由两个导料销控制其方向，由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹性卸料装置，将条料从凸模上卸下。同时由装在模座之上的顶出装置实现上出件，通过调整螺母压缩橡胶，可调整顶出力。由于该弹性顶出装置在冲裁时能压住工件，并与时地将工件从凹模中顶出。因此可使冲出的表面平整，适用于厚度较薄的中小工件的冲裁。3.5 连接件与固定零件的设计与选用（1）模柄。中小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠连接。凸缘模柄，用34个螺钉紧固于上模座，模柄的凸缘与上模座的窝孔采用H7/js6过渡配合。多用于较大型的模具。模柄材料通常采用Q235或Q275钢，其支撑面应垂直于模柄的轴线根据所选模架，选取标准模柄40*60mm压入式模柄一个。配合H7/js6过渡配合。（2）固定板。将凸模或凹模按一定相对位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座或下模座上。模具中最常见的是凸模固定板，固定板分为圆形固定板和矩形固定板两种，主要用于固定小型的凸模和凹模。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉与销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。固定板材料一般采用Q235或45钢。根据以上资料分别选取凸模固定板和凸凹模固定板各一块，厚度均为20mm，材料T8A钢。过渡配合H7/m6（3）垫板。垫板的作用是直接承受凸模的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被局部压陷，从而影响凸模的正常工作。是否需要用垫板，可按下式校核： p=F/A （3-4）式中： p凸模头部端面对模座的单位压力（N） F 凸模承受的总压力（N）； A凸模头部端面支承面积（mm²）如果头部端面上的单位压力p大于模座材料的许用压力时，就需要加垫板；反之则不需要加垫板。选取垫板厚度10mm，材料45钢。（4）螺钉与销钉。螺钉和销钉都是标准件，设计模具时按标准选用即可。螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用 ，常用圆柱销钉。螺钉、销钉规格应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。根据装配所需选取螺钉M10*55mm 4根，M8*30mm 4根，M8*20mm 3根，M10*72 1根。销D10*65mm 4根。材料均为45钢。3.6 其它零件设计和选用推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种。一般刚性的用得较多，它由打杆、推板连接推杆和推件块组成。本套模具设计采用刚性推件装置。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板，将凹模内的工件推出，其推出力大，工作可靠。推件块设计：推件块外径设计以落料凹模内孔尺寸为准，高度取值也略小于落料凹模。推件块与冲孔小凸模的配合间隙以H7/h6配合，起到稳定小凸模的作用。连接推杆需要24根且分布均匀、长短一致。推板要有足够的刚度，其平面形状尺寸只要能够覆盖到连接推杆，不必设计的太大，以使安装推板的孔不至太大，推杆与推板设计参考国标。根据正装复合模形式特点: 凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94，确定其它模具模板尺寸列于下表：序 号名 称厚度（mm）材 料数量1垫板104512凸模固定板17T8A13卸料板1645钢14凸凹模固定板17T8A1表3-1根据模具零件结构尺寸，查GB/T2851.1-90选取后侧导柱标准模架一副。3.7 模架的选用根据标准规定，模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板、下模座、导柱导套组成的导板模模架。导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精密等级分为I 级和II级。按导柱的位置不同，又分为对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架等结构。根据本付模具的设计精度要求与冲裁方案的设计，该模具采用滑动模架中的对角模架，精度选择为I 级，这样可以更好保护小凸模的寿命，提高模具寿命。查GB/T2851.1-90选取后侧导柱标准模架。 第四章 冲压设备选用4.1 冲裁力和压力中心的计算4.11 冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。普通平刃冲裁模 ，其冲裁力 P一般可按下式计算： FPKptL （4-1）式中: 材料抗剪强度 ，见附表 (MPa)；      L冲裁周边总长(mm)；      t材料厚度(mm)；     系数 Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均)、润滑情况 、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 13。当查不到抗剪强度 时，用抗拉强度b代替，而取Kp1的近似计算法计算。当上模完成 一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性 收缩而紧箍在 凸模上。了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力 ；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；从凹模内向上顶出制件需的力，称为 顶件力 (图2-3)。影响卸料力、推料力和 顶件力 的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验 公式计算： 卸料力FF （4-2）推料力F1n1F （4-3）顶件力 F22F （4-4)图（4-1） 工艺力示意图式中: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)； K2 顶件力系数，其值为0.040.08(薄料取大值， 厚料取小值)； n梗塞在凹模内的制件或废料数量(nh/t); h直刃口部分的高(mm)；t材料厚度(mm)。卸料力和 顶件力还是 设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。代入上式计算得出L=369.36mmt=1mmb=500MPa故： F=369.39mm×1mm×500MPa=18.46×104N卸料力FF 取k为0.04 =18.46×104N×0.04=0.74×104N顶料力 FkF 取k为0.06 =0.06×18.46×104N=1.11×104N推料力F1n1F 取n 为6mm k取0.04 =6×0.04×18.46×104N=4.43×104N顶件力 FF 推料力F1n1F 取0.05 =0.05×18.46×104N=0.76×104N4.12 压力机公称压力的选取     冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。   选择冲床时的总冲压力：FP总 FPFQ1FQ2 （4-5） = 18.46×104N +4.43×104N0.76×104N =23.99×104N    采用刚性卸料装置和下出件模具时：     在生产中，当压力机的吨位不足时，可采用凸模的阶梯布置(各凸模工作端面不在一个平面)；斜刃冲裁(冲孔凸模或落料凹模作成斜刃)或加热冲裁等措施以降低冲裁力。经上述计算分析得出采用弹压卸料装置和上出件的模具。4.13 压力中心的确定     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，应使冲模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，使滑块和导轨间产生过大的磨损，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。按比例画出工件形状，将工件轮廓分成L1,L2L5的基本线段，并选定坐标系Oxy，如图（2-4）所示。工件左右对称其压力中心一定在对称轴上，即Xo=0,故只计算Yo     因冲裁力与冲裁周边长度成正比， 所以式中的各冲裁力 P、Pn，可分别用各冲裁周边长度 L、Ln代替，即：L1=116mm2×14mm=88mm