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摘要模具是大批量生产同型产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定。而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零件可以采用冶金厂大量的廉价的轧制钢板或钢带为材料，而且在生产中不需要加热，具有生产效率高，质量好，重量轻，成本低节约能源和原材料等一系列的优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。全套图纸加153893706本设计进行了冲压模具的设计。文中简要概述了冲压模具目前的发展状况和趋势。对产品进行了详细工艺分析和工艺方案的确定。进行了凹、凸模的闭合高度的计算并确定了模具的结构。计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导板、挡料销等。选定了合理的冲压设备。设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。此外，本模具采用挡料销挡料。模具的冲压凸模用固定板固定，便于调整间隙；冲压凹模则采用整体固定板固定。关键词：凹模；凸模；设计计算；校核。AbstractMolds to form a mass production of industrial production facilities, is the main techniques and equipment。Mold industry is the foundation of the national economy industry。Tool to ensure accuracy of the ram of the product sizes, and make products quality。And the process of the surface of the product。Die in the production of parts of the metallurgical factory of rolled steel plates or with a material，And in production dont need, with high efficiency, quality, light weight and low cost to save energy and raw materials for a range of advantages，is Other process could compare with。Use of molds has become an important means of industry and technology development. modern industrial development and technical level, much depends on industrial development of the mold。This design has been blanking, punching, progressive die design. This paper briefly outlines the current development of stamping die situation and trends. Carried out a detailed process of product analysis and identification technology program. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the mold of this set of key components, such as: punch, die, punch retainers, plate, fixed die plate, stripper plate, guide plate, block material or marketing. Mold using standard mold, use a suitable stamping device. Design specifications of the working parts and the press were carried out the necessary checking calculation. In addition, the mold used beginning with the gauge pin gauge. Die punching and blanking punch were fixed with different fixation plate, easy to adjust the gap; punching die is fixed by the overall fixed plate. Blanking punch that has the lead is sold, guaranteeing her appearance on the hole and the relative position accuracy, improved precision. Key words: Gang dies; punch; die; Blanking; calculate and design; Checking. 目录摘要1Abstract2第1章 绪论5第2章 零件的分析72.1 零件的工艺性分析72.1.1 材料82.1.2 结构形状82.1.3 尺寸精度82.2 工艺方案分析82.2.1 方案的确定82.2.2 方案比较9第3章 模具间隙和凸凹模尺寸的确定103.1 模具间隙的确定103.2 凸凹模尺寸11第4章 冲载力和压力中心的计算154.1 冲压力的计算154.1.1 冲裁力的计算154.1.2 卸料力的计算164.1.3 推件力的计算164.1.4 总冲压力164.2 压力中心的计算164.3 设备的选择17第5章 排样设计195.2确定搭边和条料宽度205.2.1搭边205.2.2条料宽度的确定205.3材料的经济利用率21第6章 模具总体设计226.1 垫板的设计226.2 定位零件的设计226.3 模柄的选择226.4 连接件与紧固件的选取226.5 下模板的确定226.6 挡料螺钉236.7 卸料板23第7章 模具的寿命247.1 模具的失效形式247.2 提高模具寿命的途径26结论与展望29致谢30参考文献31第1章 绪论1、冲压成型的特点冲压成形是指在压力机上通过模具对板料金属（或非金属）加压，使其产生分离或塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能要求的零件的加工方法，它属于塑性成形的加工方法之一，见图1.1。这种加工方法又称冷冲压或板料冲压，所使用的成形工具为冷冲压模具，简称冲模。冲模设计是实现冷冲工艺的核心，一个冲压零件往往需要几个工序甚至几副模具才能加工成形。冲压成形是一种先进的金属加工方法，和其他的加工方法（如机械加工）相比具有以下特点：1. 可以获得其他加工方法不能或难以加工的形状复杂的零件，如汽车覆盖件、车门等2. 由于尺寸精度主要有模具来保证，所以加工出的零件质量稳定、一致性好，具有“一模一样”的特征。3. 材料利用率高，属少、无切屑加工。4. 可以利用金属板料的塑性变形提高工件的强度、刚度。5. 生产率高、操作简便，易于实现自动化。图0.1 冲压原理结构简图2、冲压工序的分类冲压工序按变形性质可分为分离工序和成形工序两大类。1. 分离工序被加工材料在外力作用下因剪切而发生分离，从而形成具有一定形状和一定尺寸的零件，如剪切、冲孔、落料、切边等。2. 成形工序被加工材料在外力作用下，发生塑性变形，从而得到具有一定形状和尺寸的零件，如弯曲、拉伸、翻边等。3、模具发展的现状及趋势标志冲模技术先进水平的多工位级进模，是我国重点发展的精密模具品种。复合模能够在一副模具的一次冲压完成复杂零件的冲裁，弯曲，拉深，立体成型以及装配等复杂工艺，具有生产效率高，操作安全可靠，可以加工复杂零件等特点而受到普遍的重视，应用也日益广泛。有代表性的是电机的转子、定子叠片复合模，已达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：1. 全面推广CAD/CAM/CAE技术2. 高速铣削加工3. 模具扫描及数字化系统4. 电火花铣削加工5. 提高模具标准化程度6. 优质材料及先进表面处理技术第2章 零件的分析2.1 零件的工艺性分析零件图及相关尺寸见图2.1.1 材料垫片零件材质为：Q235-A，厚度为1mm；属于普通碳素纲，具有良好的冲压性能。由资料1查表得抗拉强度=375500Mpa，屈服极限=235MPa，弹性模数E=MP，伸长率=25%，抗剪强度为=310380Mpa。2.1.2 结构形状该零件的结构相对有些复杂，但其属于薄板件，对称结构，比较规则，结构相对而言不算太大，适合冲压加工。2.1.3 尺寸精度由于本零件给定的尺寸精度一般，所以未标注公差的尺寸都按生产所需经济精度要求的IT12级查2得各尺寸的公差结论：该冲裁件的材料Q235-A，是普通碳素结构钢，具有较好的冲压性能，年生产10万件，为大批量生产，故比较适合冲裁加工。2.2 工艺方案分析2.2.1 方案的确定该零件包括冲孔、落料两个基本工序，可以采用以下四种工艺方案：方案一：直接落料获得产品，采用单工序模生产。方案二：先冲孔，再落料，采用单工序复合模生产。方案三：采用形状倒置的复合模具获得落料产品。方案四：采用先冲孔，再落料的级进模。2.2.2 方案比较方案一:模具结构相对而言比较简单，经济性高，但相对精度较低，不能很好的保证产品的允许公差尺寸。方案二:先采用冲孔来定位工件毛坯料，然后再落下成品。既能很好的保证工件有一定的定位精度，又能减少一次冲压的合力，并且保证机构能在相对小的载荷下工作。方案三：采用此种生产方式可以大大的提高工作效率，而且可以提高毛坯料的利用效率，但是该种方式会大大增加压力机的吨位，在实际生产中还得考虑减噪、安全、灵活等。况且该零件垫片本来就已经属于尺寸较大的工件了，采用一次落两个会使模具的体积扩大，不便于装卸等。方案四：供需相对分散，两次冲裁对精度具有一定的影响，且同样具有方案三的问题，且不适合实际生产，工作效率也没有什么实质性的提高，而且模具规模也大大加大，同时模具的结构相对较复杂。综上所述以及实际生产的相关条件和要求，我决定选择第二种方案。第3章 模具间隙和凸凹模尺寸的确定3.1 模具间隙的确定在模具设计时确定一个合理的间隙值，能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。因此在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命的三个因素综合考虑，给间隙规定一个合理的范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，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。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙。确定合理间隙值有理论法和经验法两种。1、理论确定法主要是根据凸、凹模刃口产生的裂纹相互重合进行计算。查1得凸、凹模的合理间隙：Z=2(t-b)tan （2.1）=2t(t-t/b)tan式中：Z双面间隙值（mm）；t材料厚度（mm）； b产生裂纹时凸模挤入的材料深度（mm）； b/t 产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度； 剪切裂纹与垂线间的夹角。由上式可见，影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，所需间隙Z值就越大；材料厚度越薄，塑性越好的材料，所需间隙Z值就越小。由于理论计算法在生产中计算不方便，故目前广泛采用的是经验法确定间隙。2、经验确定法根据研究与实际生产经验，间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值，这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件要求都前提下，应以降低冲裁力，提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值。查2得表2.1。 表2.1 冲裁模初始用间隙2c mm 材料厚度t（mm）65Mn、45、T730、硅钢片08、10、15、H62、Q235H62、H68、LF212Cmin2Cmax2CminCmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax0.20.0080.0120.010.0140.0120.0160.0140.0180.30.0120.0180.0150.0210.0180.0240.0210.0270.40.0160.0240.020.0280.0240.0320.0280.036注：当模具采用线切割加工，若直接从凹模中制取凸模，此时凸凹模间隙决定于电极丝直径，放电间隙和研磨量，但其总和不能超过最大单面初始间隙值。本设计选用经验确定法，零件厚度为1mm，材料型号为Q235-A.故查表2.1得：2Cmin=0.012mm2Cmax=0.016mm3.2 凸凹模尺寸凸模与凹模刃口尺寸的确定凸模与凹模刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。因此正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。冲裁时凸、凹模的制造公差由2得表2.2，如下： 表2.2 凸、凹模的制造公差基本尺寸凸模偏差凹模偏差基本尺寸凸模偏差凹模偏差180.0200.0201802600.0300.04518300.0200.0252603600.0360.05030800.0200.0303605000.0400.060801200.0250.0355000.0500.0701201800.0300.040零件的冲孔基本尺寸为18之间，故取凸模偏差为0.020mm，凹模偏差为0.020mm。凸、凹模刃口尺寸确定的原则由于凸凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都带有锥度，而在冲裁件尺寸的测量和使用中，都以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸。落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料而产生的，而冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，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凹模尺寸。冲裁过程中，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凹模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大，因此确定凸凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔，并遵循如下原则：1、根据冲孔落料的特点 落料件的尺寸取决于凹模的尺寸，故落料模以凹模为设计基准，先确定凹模的尺寸，再按照间隙值确定凸模刃口尺寸；冲孔时孔径的尺寸取决于凸模的尺寸，故冲孔模以凸模为设计基准。2、先考虑凹、凸模的磨损 凹、凸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，凹模尺寸磨损使落料尺寸增大。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取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。3、刃口制造精度与工件精度的关系 凹、凸模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凹、凸模间隙值，保证模具的一定使用寿命。刃口尺寸的计算方法由于冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类。 冲孔：凸模刃口尺寸：（2.5）凹模刃口尺寸： （2.6）式中：d冲孔件豁孔的最大极限尺寸（mm）；冲孔凸模基本尺寸（mm）；凸模刃口制造公差，可按IT8选用（mm）；制件公差（mm）；K系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关。查2得，详见上表2.3；冲孔凹模基本尺寸（mm）；最小合理间隙（mm）。落料：凹模刃口尺寸：（2.7）凸模刃口尺寸：（2.8）式中：落料件的最小极限尺寸（mm）；落料凹模基本尺寸（mm）；落料凸模基本尺寸（mm）。凸模与凹模配作法 采用凸凹模分开加工时，为了保证凹凸模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差。因此，造成冲裁制造困难。为了保证凹、凸模间一定的合理间隙，必须满足关系式，这对于、差值很小时，将使凹、凸模刃口尺寸公差值更小，给凹、凸模的制造带来困难。这种情况必须采用配合加工配合加工就是先按设计尺寸制造一个基准件，然后再根据基准件的实际尺寸，按要求的间隙值配制另一件。对于冲制薄材料的冲裁，或冲制复杂形状的工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配作的方法加工。落料时应以凹模为基准件，根据凹模的实际尺寸按最小合理间隙配置凸模。冲孔时应以凸模为基准件配制凹模。第4章 冲载力和压力中心的计算4.1 冲压力的计算4.1.1 冲裁力的计算冲孔力由2得冲裁力的计算公式F冲孔孔=KLt （3.1）式中： K系数，K=1.3； L冲裁周边长度（mm）； t冲裁件的厚度（mm）；材料的抗剪强度（MPa）。F冲孔孔=KLt=1.359.693501= 27.15895（kN）落料力=KLt （3.2） 式中： K系数，K=1.3； L冲裁周边长度（mm）； t冲裁件的厚度（mm）；材料的抗剪强度（MPa）。=KLt=1.3166.83501=75.894（kN）4.1.2 卸料力的计算由2得卸料力的计算公式F卸料=K卸料F落料 （3.3）式中： K卸料卸料力系数，查表3.1。F卸料=K卸料F落料 =0.03475.894=2.58（kN）4.1.3 推件力的计算由2中推件力的计算公式F推件=nK推件F冲孔（3.4） 式中： K推件推件力系数，查表3.1。n同时梗塞在凹模内的工件数（废料数）；F推件=nK推件F冲孔 =10.04527.15895=1.222（kN）4.1.4 总冲压力F= F落料+F卸料+F推件 （3.6）=27.15895+75.894+2.58+1.222=106.85（kN）4.2 压力中心的计算因为该零件是对称图形，并按照如下式进行计算得：冲孔：（3.8） （3.9）冲裁边：（3.10） （4.11）式中：冲孔时指各种孔的中心位置；冲裁边时指各线段中心坐标； 冲各孔时所用压力； 各线段长度； 压力中心坐标。4.3 设备的选择计算得总冲压力是106.85KN，压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力。所以选用公称压力为100吨的压力机。压力机主要参数经查2、10、14得表3.2。表 3.2压力机参数序号项 目数值单位1冲压设备型号J23-1002公 称 压 力100吨3滑 块 行 程130毫米4滑块每分钟行程次数38次5最大闭合高度480毫米6闭合高度调节量400毫米7滑块中心线至床身距离380毫米8立柱距离530毫米9工作台尺寸前 后710毫米左 右1080毫米10工作台孔尺寸前 后380毫米左 右560毫米直 径500毫米11垫板尺寸厚 度100毫米直 径12模柄孔尺寸直 径60毫米深 度75毫米13滑块底面尺寸前 后360毫米左 右430毫米14机床最大可倾角30度第5章 排样设计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。沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。（2）少废料排样。沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率较高，冲模结构简单。 (3）无废料排样。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。另外，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。由于零件为大批量生产，为了提高模具的寿命，所以选用少废料排样。排样图如图4.1所示。图4.1 排样图5.2确定搭边和条料宽度5.2.1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入模具间隙，从而提高模具寿命。搭边通常有经验确定，由参考文献1根据材料的性能、厚度和形状可确定搭边值5.2.2条料宽度的确定由于上节确定的a值已经考虑了剪料公差所引起的减小值，所以条料宽度的计算一般采用下列的简化公式。（1）有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进，故按下式计算：条料宽度：（4.1）导料板间距： （4.2）式中：b条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 侧搭边值；条料宽度的单向（负向）偏差； Z导料板与最宽条料之间的间隙；（2）无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离侧压装置的模具，应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。为了补偿侧面搭边的减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，应按下式计算：条料宽度：（4.3）导料板间距： （4.4）式中：b条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a侧搭边值；条料宽度的单向（负向）偏差； Z导料板与最宽条料之间的间隙；（2）无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离由于模具设计时有冲孔凸模起定位作用,落料尺寸要求不高，所以选用无侧压装置。同时用无测压装置公式（4.3、4.4）来计算。条料宽度：5.3材料的经济利用率参考文献1中公式 =100%（4.5）=1740/（6440）=68%式中：材料利用率n张板料（或帯料、条料）上冲件的数目A整个冲裁件的实际面积L板料长度B板料宽度第6章 模具总体设计6.1 垫板的设计在设计冲模时，由模板所承受压力的大小来判断是否加装垫板。因为模板承受的压应力大于模板材料所承受压力大小，所以使用垫板。在冲压凸模固定板和模板之间加置一淬硬的垫板，从而提高了冲模耐用度。其外形与固定板相同。材料采用45号钢。如下图所示:6.2 定位零件的设计定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是送进导向；二是送料定距。送进导向的定位零件有导正销、导料板、侧压板等；送料定距的定位零件有用挡料销、侧刃等；在本次设计中使用的是定位销。如下图所示:6.3 模柄的选择模柄的直径根据所选压力机的模柄孔径确定,模柄根据此次设计的特点，选取B型模柄，如下图所示: 6.4 连接件与紧固件的选取下模座与下凸模固定板的固定选用内六角螺钉，定位销选用圆柱销。上模座与弯曲凸模的固定选用内六角螺钉，定位销选用公称直径圆柱销。卸料板用圆柱头卸料螺钉连接。6.5 下模板的确定在上文中模架的尺寸已经确定，下面来确定下模板的尺寸。上模座的尺寸与形状与下模座基本相同。在导柱导套的配合方面有细微差别。差别在与上模座厚,下模座与导柱配合，上模座与导套配合。如下图所示:6.6 挡料螺钉挡料销的选用查6中表2-7-5，查得具体尺寸如图所示。相关精度根据12确定。图6.5 挡料螺钉6.7 卸料板外形尺寸及螺钉、销钉位置与下模固定板相同，由于卸料只是起顶出条了的作用，所以对其强度和刚度不做要求。但要保证一定的周边精度以及一定的强度。根据13确定其形状见如下图所示: 第7章 模具的寿命模具的寿命是指模具能够生产合格制品的耐用程度，一般以模具所完成的工作循环次数或所生产的制件数量来表示。模具在使用过程中，其零件将由于磨损或损坏而失效。如果磨损或损坏严重，导致模具无法修复时，模具就应报废。如果模具的零件都具有互换性，零件失效后能够得到更换，那么模具的寿命在理论上将是无限的。但是，模具在长时间使用后，零件趋于老化，故障概率大大增加，修理费用随之增加，同时模具经常需要修理会直接影响制件的生产。因此，当修理模具在经济上并不合理时，也应考虑将其报废。模具在报废前所完成的工作循环次数或所生产的制件数量称为模具的总寿命。除此以外，还应考虑模具在两次修理之间的寿命，如冲裁模的刃磨寿命。在设计和制造模具时，作为用户都会提出关于模具寿命的要求，这种要求称为模具的期望寿命。确定模具的期望寿命应综合考虑两方面的因素：一是技术上的可能性；二是经济上的合理性。一般而言，当制件生产批量较小时，模具寿命只需满足制件生产量的要求就足够了，此时在保证模具寿命的前提下应尽量降低模具的成本；当制件为大批大量生产时，即使需要很高的模具成本，也应尽可能地提高模具的使用寿命和使用效率。7.1 模具的失效形式模具失效的基本形式有五种，即磨损失效、疲劳失效、热疲劳失效、塑性变形失效和断裂失效。磨损失效模具在使用时的磨损是不可避免的，使用时间越长，则磨损量也越大，磨损就越严重。磨损的形式有磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等。判断模具是否因磨损而失效的主要标准是制件的尺寸精度，当制件的尺寸超出允许的公差范围时即宣告模具失效。如果模具的磨损导致制件的表面质量严重下降，那么制件的表面质量要求也是判断模具是否失效的依据。冲裁模的凸、凹模刃口由于磨损而逐渐钝化，严重时将显著地劣化模具的工作条件和制件的质量。制件的毛刺高度随着凸、凹模刃口的钝化而逐渐增高，因而可以作为判断凸、凹模刃口钝化程度的标志，当毛刺高度超过规定值时，表明刃口钝化严重，需要重新刃磨刃口后模具才能继续使用。疲劳失效模具一般都以间歇工作的方式进行工作，频繁的反复加载和卸载使模具受力零件处于交变应力作用下。模具使用一段时间后，由于交变应力的作用，在零件表面或内部存在微观缺陷及应力集中的部位将会萌生许多微裂纹。模具继续使用时，这些微裂纹将逐渐扩展，当微裂纹扩展到一定程度时，模具零件的承载能力被严重削弱，最终导致模具开裂或破损。热疲劳失效热加工模具一般都在急冷急热条件下工作。当模具零件急剧受热时，温度较高的表层材料的受热膨胀受到温度较低的内层材料的约束，使表层材料产生压应力；当模具零件急剧冷却时，温度较低的表层材料的冷却收缩又受到温度较高的内层材料的约束，使表层材料产生拉应力。在工作一段时间后，这种循环热应力将使模具零件表层材料出现许多细小的裂纹，导致模具失效。热疲劳裂纹的形状有网状、放射状、平行状等。塑性变形失效当模具零件承受的载荷使零件内部的应力超过其自身材料的屈服强度时，零件就会产生塑性变形。常见的塑性变形失效有工作零件出现表面皱纹、局部塌陷和棱角倒塌，凸模、型芯出现镦粗、纵向弯曲，型腔、型孔出现胀大等。断裂失效模具在正常工作时，因为某种原因而突然出现较大的裂纹，甚至分裂成几个部分，使模具立即丧失工作能力的失效形式称为断裂失效。常见的断裂失效有开裂、破裂、崩刃、折断等。模具失效的五种基本形式中，热疲劳失效一般只出现于冷热温差较大的热加工模具，其他的四种形式在各类模具上都有可能出现。不同的失效形式之间常常有密切的联系和交互促进作用。磨损产生的沟痕往往成为萌生疲劳裂纹和热疲劳裂纹的发源地，同时深而尖锐的沟痕本身就可成为一次性断裂的起裂点。零件表面出现疲劳裂纹和热疲劳裂纹后，表面质量严重恶化，将使磨损加剧，裂纹的尖端出现应力集中，将成为断裂源，促进一次性断裂的产生。磨损虽然会导致模具失效，但在正常的工作条件下，模具在失效前都能在较长的时间内稳定有效地工作。大部分模具的有效寿命决定于磨损失效，对于这些模具，磨损失效是它们的正常失效形式，其有效磨损寿命是确定模具期望寿命的依据。部分重载模具如冷挤压模的有效寿命主要决定于疲劳失效，部分冷、热温差很大的模具如压铸模的有效寿命主要决定于热疲劳失效。在疲劳和热疲劳失效前，模具一般也有较长的使用寿命，但习惯上仍将它们看作是模具的早期失效。如果模具质量存在问题，或者使用不当，塑性变形和断裂失效在模具使用的各个时期都有可能产生，而且一旦发生的话，其后果很可能是致命的，它们是造成模具早期失效的主要形式。保证和提高模具的寿命，一方面要通过各种途径保证和提高模具的耐磨性，使模具具有足够的有效磨损寿命，另一方面要采取各种措施，预防早期失效的出现，保证模具在有效寿命期内能够安全稳定地运行。7.2 提高模具寿命的途径模具磨损的根本原因是模具零件与制件（或坯料）之间或模具零件与零件之间的相互摩擦作用。能够降低这种摩擦作用，或者能够提高模具零件的耐磨性的途径，都是降低模具的磨损速度、提高模具有效磨损寿命的有效途径。合理选择模具材料材料的耐磨性是决定模具零件磨损速度的主要因素之一，材料的耐磨性主要决定于材料的种类和热处理状态。常用模具材料中，以冷作模具用钢为例，硬质合金的耐磨性最高，其次是高碳高铬工具钢，再次是低合金工具钢，碳素工具钢的耐磨性最低。一般情况下，需要耐磨的模具零件都应通过淬火或其他热处理方法提高材料的硬度，材料越硬，耐磨性就越好。提高模具零件表面质量首先，要提高零件表面的精加工质量。零件加工越精细，表面粗糙度值越小，则磨损速度就越慢，使用寿命就越高。其次，要尽力避免零件表层材料在加工过程发生软化现象，防止材料耐磨性的降低。例如，在磨削加工时，如果工艺条件选择不当，就会会产生磨削烧伤，使表层材料的硬度降低，大大降低零件的耐磨性。润滑处理模具的导柱、导套及其他有相对运动的部位应经常加注润滑油。冲压加工时一般应在凸、凹模工作表面或毛坯表面涂覆润滑油或润滑剂。变形抗力大的冲压加工，如冷挤压、厚料拉深、变薄拉深等，应对坯料进行表面润滑处理，例如：对碳钢坯料进行磷化皂化处理；对不锈钢坯料进行草酸盐处理。锻模、塑料模和压铸模等模具在成形前都应将润滑剂或起模剂喷涂于成形零件表面。防止粘模如果制件材料与模具材料之间有较强的亲和力，两者之间会产生很强的粘附作用，甚至相互间在高压作用下产生冷焊，这就是所谓的粘模现象。粘模现象严重时，将在起模时导致制件和模具零件表面的材料撕裂脱落，一方面影响制件的表面质量，另一方面将使模具零件产生剧烈的粘着磨损，同时脱落的材料颗粒还会加剧模具零件的磨损。因此，无论是对于制件质量，还是对于模具寿命，粘模现象都是极为有害的，都应采取措施加以预防。预防粘模的方法有：采用与制件材料亲和力较小的模具材料；采用可靠的润滑措施，防止润滑膜在高压下被挤破；采用渗氮、碳氮共渗等表面处理方法，改变模具零件表层材料的组织结构。合理选择模具结构参数和成形工艺条件在保证制件质量的前提下，对于冲裁模适当加大凸、凹模间隙，对于弯曲模、拉深模适当加大凸、凹模间隙和凹模口部圆角半径，对于冷挤压模适当减小凹模入口角和凸、凹模工作带高度，以及增加制件的起模斜度，都能提高模具磨损寿命。对于塑料模、压铸模等模具，适当减小成形压力、温度和速度，提高模具温度，既能减小熔融塑料或合金液在充模时对模具成形表面的冲击磨损，又能减小制件对模具的胀模力，从而减小模具在制件起模时的磨损。表面强化表面强化的目的是提高模具零件表面的耐磨性。常用的表面强化方法有表面电火花强化、硬质合金堆焊、渗氮、碳氮共渗、渗硫处理、表面镀铬等。表面电火花强化、硬质合金堆焊常用于冲裁模。渗氮（硬氮化）主要用于热加工模具钢零件的表面强化，此方法除能提高零件的耐磨性外，还能提高零件的耐疲劳性、耐热疲劳性和耐磨蚀性，主要用于压铸模、塑料模等模具。碳氮共渗（气体软氮化）不受钢种的限制，能应用于各类模具。渗硫处理能减小摩擦系数，提高材料的耐磨性，一般只用于拉深模、弯曲模。表面镀铬主要用于塑料模及拉深模、弯曲模。除了上述常用方法外、模具的表面强化还有渗硼处理、渗金属处理、化学气相沉积处理、碳氮硼多元共渗等许多方法。其他事项妥善处理模具损坏事故，细致分析事故原因，进而采取适当措施防止同类事故的再次发生。做好预防性维修工作，防止一个零件的失效殃及其他零件的安全。对已经失效的零件应及时修理或更换。妥善保管摸具，防止模具生锈，遗失。在日常生产中模具由于磨损或其他形式而失效，在这之前生产的零件称为模具的寿命（生产寿命）。结论与展望这次设计是对我大学生活的总结。此次设计要综合运用到我大学几年里所学到的理论知识和专业知识，并为即将踏入社会的我奠定了坚实的基础。以下是我对这次的设计的一些体会和心得：1在今次的设计过程中，有很多的问题需要独立思考，在用常规的方法解决不了问题时，还要从反向去思考。从而使我的思维能力得到了很大的提高。设计中所涉及到一定的创新设计，给我提供了一个很好的提高应变能力的训练机会。2设计时，经过不断的到校图书馆认真地查找和借阅相关的参考资料，不但提高了个人查阅资料的能力，还扩阔了我的知识视野。3本模具采用CAD等制图软件设计，在设计其间对软件的理解与熟练程度得到了很好的提升。经过近一学期的努力终于完成了设计，说心里话，作为一个大学生，在最初拿到课题进行设计时，就好像丈二的和尚，我想最大的难度在于自己对冲压模设计的思路很迷忙，面对神秘瑰丽的冲裁模茫然不知从何处下手，几经酝酿思索，最后在指导老师的鼓励和帮助下，收集资料，确定方案，最终对简单冲压模设计进行尝试性的构思，由此才展开设计。在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，没有实践条件，不能根据实际的情况来作合适、客观地修改，加上我自己的实践经验又不多，这样做出来的设计，难免有不足之处，希望老师能够本谅。经历过本次设计之后，使我解决机械设计问题的能力有了很大的提升，对以后的工作有很大的帮助，更有信心迎接挑战。致谢经过几个月的设计，本次设计已经接近尾声，作为一个大学生的设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢老师。虽然老师平日里工作繁多，但在我做设计的每个阶段，他每周都要抽出半天不辞辛苦的来学校对我们进行指导，每周六老师都上网来和我们和交流指导。这让我很感动。老师的治学严谨和科学研究的精神是我永远学习的榜样。然后还要感谢大学几年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次设计才会顺利完成。参考文献 1 中国机械工程学会锻压学会编.锻压手册.M. 机械工业出版社2冲模设计手册.编写组编.冲模设计手册.M.机械工业出版社3 周开勤.机械零件手册. (第五版). M.北京:高等教育出版社.2001.4 机械设计手册编委会.机械设计手册.M.北京:机械工业出版社.5 郑甲红.机械原理. M.北京:机械工业出版社.2005.106 孙志礼.机械设计手册.M.东北大学出版社.2006.67 巩鹏.机械设计设计指导书. M.东北大学出版社.2006.68 李益民. 机械制造工艺设计简明手册.M.北京:机械工业出版社.2007.59 王成等编. 冲压工艺与模具设计. M.北京:高等教育出版社.10 吴曾评等编. 冲压模具设计师手册.M.北京:机械工业出版社.11 姜奎华. 冲压工艺与模具设计.M.北京:机械工业出版社.12 胡风兰.互换性与技术测量基础.M.北京:高等教育出版社.2005.313 宋欣，傅旻，刘雅洪. 嵌入式插销冲压模具设计. C.天津：天津科技大学；2005.0314王孝培主编.冲压手册.M.北京:机械工业出版社.199015 美美国金属学会主编.金属手册(第九版第十四章). M.北京:机械工业出版社,1994
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