弹簧片冲压工艺及弯曲模具设计

前 言由于模具技术的迅速发展，模具设计与制造已成为机械行业中一个大的分枝。从事模具行业工作的专业人才也越来越多，模具也倾向标准化，系列化，模具的诸多零件已经具有互换性，模具的设计周期越来越短，因此模具已经成为提高产品的竞争能力的重要手段。模具已成为各种产品不可缺少的工艺设备。本次毕业设计内容是：弹簧片冲压工艺及弯曲模具设计。毕业设计的目的不仅是对大学四年所学知识的一个巩固和总结，而且是大学期间重要的实践环节，它能综合培养查资料的能力、画图能力、独立分析能力、向老师、同学学习的能力。毕业设计作为对所学专业知识的一次综合检测，为以后参加工作也将奠定坚实基础。本次重点设计的是一副冲孔落料连续模，一副弯曲模。这次设计是在老师认真、耐心的指导下进行的，是在对模具的经济性、模具的寿命、生产周期及生产成本等因素进行了全面的仔细的分析下而进行设计的。因我个人经验和水平有限，因此很难避免在设计的过程中存在不合理之处，望各位老师多多批评指正。 本论文是在厉春元老师的精心指导和严格要求下完成的。厉春元老师严谨求实的治学态度，渊博的知识为我们树立了榜样，在此向她表示衷心的感谢！在论文的设计和写作过程中，得到同学的大力支持和协助，在此一并感谢！我相信：在厉春元老师的耐心指导和同学们的大力支持下，我一定能顺利完成本次毕业设计，为四年大学学习生涯划上一个完整的句号。目录前 言11 绪论61.1 冲压技术理论概述61.1.1 全面推广CAD/CAM/CAE技术61.1.2 高速铣削加工61.1.3 模具扫描及数字化系统61.1.4 电火花铣削加工61.1.5 优质材料及先进表面处理技术71.1.6 模具研磨抛光将自动化、智能化71.2 冲压加工经济性分析71.2.1 提高模具标准化程度71.2.2 冲压件的成本分析72 零件工艺性分析及确定工艺结构方案82.1 产品零件图82.2 零件工艺性分析82.2.1 结构与尺寸82.2.2 精度82.2.3 材料82.3 确定冲裁工艺方案93 确定模具总体结构方案103.1 模具类型103.2 操作与定位方式103.3 卸料与出件方式103.4 模架类型及精度104 工艺计算104.1 排样设计与计算104.1.1 排样方法104.1.2 搭边值的确定114.1.3 送料步距与条料宽度计算124.1.4 材料利用率及排样草图124.2 冲裁力、压力机的选取及压力中心计算134.2.1 冲裁力的计算134.2.2 卸料力、推件力和顶件力134.2.3 压力机所需总冲压力的计算144.3 压力中心的计算144.3.1 压力中心的计算144.4 凸、凹模刃口尺寸计算154.5 卸料结构设计、弹性元件的选用和计算184.5.1 卸料结构设计184.5.2 弹性元件的选用和计算195 连续模的主要零件设计205.1 凸凹模结构设计205.1.1 凹模205.1.2 凸模215.2 定位形式与结构设计235.2.1 设计原则235.2.2 定位零件机构与应用245.3 结构件与安装255.3.1 凸模固定板255.3.2 模柄255.3.3 垫板255.4 模架265.4.1 对模架的基本要求265.4.2 模架形式265.4.3 导柱与导套265.4.4 模具闭合高度校核275.5模具紧固件与自制零件选用275.5.1 模具紧固件的规格型号275.5.2 模具自制零件的材料及热处理要求275.6 压力机的选用与校核285.6.1压力机的选用285.6.2 冲压力和做功的校核286 弯曲模设计计算296.1 弯曲力的计算及压力机的选择296.1.1 弯曲力的计算296.1.2 弯曲用压力机的额定压力的确定296.2 弹簧片的回弹量计算306.3 弯曲模工作部分尺寸的确定316.3.1 凸模和凹模形状316.3.2 凸、凹模工作部分尺寸与公差316.3.3 凸、凹模间隙326.4 弯曲模的结构零件设计326.4.1滑块326.4.2 斜楔336.4.3 顶件杆336.4.4 模 柄346.5 弯曲模具弹簧结构及选用346.6 弯曲模整体模具结构356.7 弯曲模具工作过程366.8 弯曲模零件总体尺寸的确定376.8.1 模架零件尺寸376.8.2 紧固件选用376.8.3 模具自制零件的材料及热处理要求377 模具的装配387.1 模具装配的要点概述387.2 连续模的装配工艺387.2.1 装配前的准备387.2.2 检查387.2.3 确定装配方法和装配顺序388 方案二：进行冲孔落料的设计398.1 零件的冲裁工艺分析398.2 操作与定位方式398.3 卸料装置的设计408.5 工艺计算408.5.1 排样408.5.2 确定条料的宽度和纵向定距408.5.3 材料利用率及排样草图418.6 凸凹模刃口尺寸的计算418.7 冲裁力的计算418.8 模架的选择428.9 紧固件选用438.10 压力机的选择439.两种方案的优缺点439.1 制造精度及使用寿命比较：439.2 模具的安装和调整449.3 其它方面比较44总 结45参考文献46致 谢471 绪论1.1 冲压技术理论概述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： 1.1.1 全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 1.1.2 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 1.1.3 模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 1.1.4 电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 1.1.5 优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 1.1.6 模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。1.2 冲压加工经济性分析1.2.1 提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。1.2.2 冲压件的成本分析所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。也就是生产中的“最小最大”原则。在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越大。冲压件的制造成本为： .(1) 式中 C制造成本（费用）； 材料费，包括原材料费、外购件费； 加工费，包括工人工资、设备折旧费、车间经费等； 模具费上述可知，冲压件的制造成本为：CC材+C模+C冲压件生产成本是由固定费和可变费两部分组成的，所以要设法降低固定费用或可变费用，都能使生产成本降低，利润增加，为四化建设积累资金。可见企业要提高经济效益，就要在降低成本上下功夫。2 零件工艺性分析及确定工艺结构方案2.1 产品零件图图2.1 弹簧片冲压零件图冲裁工件是一种常见的弹簧片，其材料为60Si2Mn，厚度为0.5mm，工件需大批量生产，如图2.1所示。2.2 零件工艺性分析冲裁的工艺性是从冲压件工艺方面来衡量设计是否合理。在满足工件零件使用要求的条件下，能够以最经济最简单的方法冲出来就说明工艺性好。但是工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术和设备等因素的制约。2.2.1 结构与尺寸该零件结构简单，形状对称，尺寸较小，强度要求不高，外形简单。悬臂宽度10mm大于1.5t，最小孔径4mm大于t。适宜于冲裁加工。2.2.2 精度本次零件设计精度要求不高，图上所注尺寸公差无特殊要求，选取公差等级为IT14级，利用普通冲裁方式可达到要求。其模具制造精度也不高，能达到经济精度。查公差表可得各尺寸公差为：mm、mm、mm，mm，mm，mm， mm， mm， mm。2.2.3 材料优质弹簧钢60Si2Mn，厚度0.5mm软态，带料，抗剪强度，断后伸长率。此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性较好。2.3 确定冲裁工艺方案确定工艺方案就是确定冲压件的加工路线，合理的工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究比较与其经济效果，然后选择合理的工艺方案。此零件冲压包括冲孔落料、弯曲两个基本工序，其中冲孔落料和弯曲能分别采取两种方案，具体分析如下：（1）单工序冲裁单工序弯曲，采用单工序模生产。（2）级进冲裁落料弯曲，采用连续模与单工序模相结合生产。（3）复合模弯曲，采用复合模具及弯曲相结合生产。方案（1）模具结构简单，制造周期短，加工成本低。但需要五道工序、五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。且不便于工人操作。所以一般不予采用。 方案（2）采用连续冲裁冲出的零件精度和平直度较好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方法可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。同时又减少了一副模具，大大节省了成本。方案（3）采用复合模具。只有当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整时，才选用复合模具结构。而且制作的费用较高，一般不采用。由于零件结构简单，为提高生产效率，这样应采用复合冲裁或连续冲裁方式。如采用复合模，则其凸凹模壁厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度；凸凹模刃磨有时不方便，尤其是在凸凹模即冲裁，又成形的情况下。 连续模具有如下优点：（1）生产效率较高，尤其能适合于在单机上实现自动化；（2）安全、省料及其它开支省；（3）模具的使用寿命长，修模调整容易；（4）冲制的产品精度高，美观。故此冲裁件采用连续模为合理，设计方案为分别对凸模组件和凹模组件进行了定位和固紧。使装配容易和装配精度容易得到保证。综上所述可知，宜采用方案（2），在此冲件中，采用先完成冲孔压加强紧后冲孔落料能保证凸凹模的最小壁厚，又因为零件的尺寸比较大，若在一副模具中完成全部工序的，则会造成模具庞大，不方便制造，同时不经济，生产成本会成倍增加，故采用先在连续模中完成冲孔落料，最后弯曲成型的工艺方案。3 确定模具总体结构方案3.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案，优先采用级进冲裁模。3.2 操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，侧刃定距的定位方式。为减小料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双刃左右对称布置。3.3 卸料与出件方式考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料的方式。为了便于操作、提高生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的出件方式。3.4 模架类型及精度由于零件厚度薄，冲裁间隙小，又是级进模，因此采用导向平稳的中间导柱模架。考虑零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用1级精度的模架。4 工艺计算4.1 排样设计与计算4.1.1 排样方法排样对材料的利用率，工件的尺寸精度，生产率，模具制造难易程度和使用寿命有一定的影响。按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与少、无废料排样两大类。排样又可分直排、斜排、对排、对头斜排、多排、混合排等。有废料排样有如下几种形式：（1）直排 排样时，应优先选用直排，因为直排的模具最简单。但对于三角形、角尺形等工件，采用直排会造成较大的材料浪费，可考虑选择斜排或对排。（2）斜排 斜排将时制模工作量增大。（3）对排 选取对排省料幅度较大。比直排省料可达30%-50%。但需要注意：如果采取送料一次冲一件的方案，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模具费也相差不大，但只实用于条料，不能用卷料。（4）混合排 如果将一种零件落料后的废料作为另一种工件的原材料，当然也可以提高材料的利用效率。但这种排样对于小型件既不方便又不安全。而采用混合排是只有两种零件的板厚与材质相同，并在设计人员的细心安排之下才有可能实现。如下图所示三种排样方法：图4.1 直排、对角排 、斜排综上所述相同个数的零件采用直排料面积为16200，对角排17360 ，斜排17020，为了节省材料并结合零件本身的形状，本排样采用直排法。4.1.2 搭边值的确定搭边值的作用，搭边是指排样时零件与条料侧边这间留下的剩料。其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命提高。为了节约材料，应选择合理的搭边值，它一般与卸料板的形式，条料厚度，冲压宽度L有关。本设计采用弹性卸料板，条料厚度t0.5mm,冲压宽度L80mm50mm,查冷冲模设计P60知：搭边值工件间1.8mm，侧面2.0mm。又由于其为中碳刚类型，由经验确定要乘以0.9的系数。所以实际搭边值：工件间搭边值 1.8mm0.91.6mm，侧面搭边值 2.0mm0.91.8mm4.1.3 送料步距与条料宽度计算条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，用A表示。其大小为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，对于无废料一模出两件，送料步距是工件宽度的两倍。查冲压工艺与模具设计P63，条料宽度按公式（2）计算即 . (2)式中 L条料公称宽度，mm； B垂直于送料方向的工件尺寸,mm； 侧搭边，mm； b 侧刃切除的料宽，mm 为剪板机下料公差，=0.5mm条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，剪裁时的公差整带分布规定上偏差为零，下偏差为负值条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料板导向而又无侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。另因采用IA型侧刃每边增加切入宽度1.5mm，所以条料宽度 L =（80+21.8+21.5）=86.6 mm送料步距 A = 28+1.6=29.6mm4.1.4 材料利用率及排样草图通常以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示：/(/LB)100 .(3)式中个步距内零件的实际面积；个步距内所需毛坯面积； L送料步距； B条料宽度。经计算，一个步距内弹簧片的实际有效面积约为1760 mm2 ，一个步距内所需毛坯面积为86.659.25008.3mm2 ，如图4.2 图4.2弹簧片排样草图冲裁单件材料的利用率： 因此选用卷料，采用单排排样，这样的材料利用率较合宜，且操作方便。 4.2 冲裁力、压力机的选取及压力中心计算4.2.1 冲裁力的计算冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。其冲裁力F的计算公式为：FKLt其中F为冲裁力N；L为冲裁件的周长mm；t板料厚度mm；为材料的抗剪强度MPa；为系数，常取1.3在一般情况下，材料的b1.3，为计算方便，也可用这个式子计算冲裁力： FLtb . (4)弹簧片模具的冲裁力为：FLtb281.920.51300183248N(其中L=21.9410020+41.2+28+29.2=281.92mm )4.2.2 卸料力、推件力和顶件力 从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力；从凹模内向下推出工件或废料所需的力称推件力；从凹模内向上顶工件或废料所需的力称为顶件力。、与和冲件轮廓的形状、冲裁间隙、材料种类和厚度、润滑情况、凹模洞口形状因素有关。在实际生产中常用以下经验公式计算： .(5) .(6) .(7)式中 F冲裁力；卸料力系数；推件力系数；顶件力系数；n梗塞在凹模内的冲件数（nh/t） h为凹模直壁洞口的高度。、与可分别由表4.1查取。当冲裁件形状复杂、冲裁间隙较小，润滑较差、材料强度高时应取较大的值；反之则应取较小的值。表4.1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚/mm0.52.50.0250.060.050.06取为0.04、为0.05、为0.064.2.3 压力机所需总冲压力的计算采用弹压卸料装置和下出件模具： . (8)采用弹压装置和上出件模具时： . (9)采用刚性卸料装置和下出件模具时： . (10)弹簧片模具采用弹性卸料，其所需总压力为1.1F201572N201.5KN4.3 压力中心的计算4.3.1 压力中心的计算模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机的滑块中心线重合，以使平稳工作，减少导向磨损，提高模具及压力机的寿命。图4.3 压力中心坐标系选取如图4.3所示的坐标系。因为三个工位均是对称分布的，所以其Y坐标为0，对于X坐标，三个工位的中心分别为（0，0）（29.6，0）（59.2，0）即0，29.6，59.2，三个工位的对应长度是186.72mm， 69.2mm，87.32mm按冲压工艺及模具设计P103式（3.25）计算压力中心 .（11） =21.028mm所以连续冲裁下零件的压力中心为：（21.028，0）4.4 凸、凹模刃口尺寸计算凸、凹模加工方法一般分为两种：（1）凸、凹模分开加工法，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、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。（2）凸、凹模配合加工法，采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。按配做法制模的加工顺序，落料时先加工凹模，配做凸模；冲孔时先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。这说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。用单配加工法常用于生产复杂形状及薄料冲裁件的模具。在计算复杂形状的凸模和凹模工作部分的尺寸时，往往存在着三类不同性质的尺寸：第一类，凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸；第二类，凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸；第三类，凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸。如图，其中尺寸a、b、c对于凸模来说属于第二类尺寸，对于凹模来说属于第一类尺寸；尺寸d对于凸模来说属于第一类尺寸，对于凹模来说属于第二类尺寸；尺寸e对于凸模和凹模来说都是属于第三类尺寸。图4.4 复杂形状冲裁件的尺寸分类尺寸的计算方法：第一类尺寸(冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸x) .(12)第二类尺寸(冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸x) .(13)第三类尺寸冲裁件上该尺寸的中间尺寸(1/8) .(14)对于该工件来说，在连续模中完成的工步是冲孔，落料 ，该工件精度无特殊要求，根据工件公差等级取为IT14级，由于材料薄，模具间隙小，故凸凹模采用配做加工为宜。又根据排样图可知，凹模的加工比凸模的加工要困难，且级进模的所有凹模的孔均在一个模板上，因此，选用凹模为制造基准件。所以不论冲孔、落料，只计算凹模刃口的尺寸及公差。各凸模按凹模各对应尺寸标注其基本尺寸，并注明按凹模实际刃口尺寸配双面间隙0.04mm。零件图的尺寸为：图4.5零件图（1）连续模中落料模，计算凹模刃口尺寸，按照一定的间隙配做凸模。按磨损情况分类计算： 凹模磨损后增大的尺寸，查中国模具工程大典第4卷模具工程大典P273，按照公式（4.14）计算： . （14）尺寸R 磨损后增大，查表X = 0.5 = = 尺寸R 磨损后增大，查表X = 0.5 = = 尺寸磨损后增大，查表X = 0.5 = = 尺寸磨损后增大，查表X = 0.75 = = （2）冲孔时，把凸模尺寸换算到凹模的尺寸计算，由于先做凹模，凸模是按凹模以一定的间隙配制的，所以凹模公差凹也要比较小。即凹凸1/4(ZmaxZmin)。 由图4.6中可以得到换算后凹模的基本尺寸与公差图4.6冲孔，将凸模尺寸换算到凹模的计算图 即 d凹(dminxZmin凹) .（16）冲孔凹模、落料凸模分别按照冲孔凸模、落料凹模的实际尺寸进行配制，双边由表查得Zmax 0.06mm，Zmin 0.04mm，Z ZmaxZmin 0.02mm大批量生产、且工作精度要求不高，按大间隙可提高模具的寿命。凹模磨损后减小的尺寸，按公式d凹(dminxZmin凹)计算尺寸R 磨损后减小，查表X = 0.75凹 凸1/4=1/40.43-0.02=0.09d凹 (dminxZmin凹)（14+0.750.02+0.04-0.09）=13.97尺寸R 磨损后减小，查表X = 0. 5凹凸1/4=1/40.62-0.02=0.153d凹(dminxZmin凹)（32+0.50.02+0.04-0.153）=31.89 尺寸R 磨损后减小，查表X = 0. 75凹凸1/4=1/40.36-0.02=0.07d凹(dminxZmin凹)（10+0.750.02+0.04-0.07）=9.99 冲孔凹模为圆形，故可按d凹=(dminxZmin) 计算：尺寸R磨损后减小，查表X = 0. 5d凹(dminxZmin) =（4+0.50.3+0.04）= 4.19 （3）凹模磨损后不变的尺寸，按公式计算：尺寸R 磨损后不变的尺寸 = = （4）侧刃孔尺寸可按公式计算，取=0.02则由于现在凹模基本上都采用线切割方法加工，精度可达0.010.02mm，而凸模因结构形式不同有多种加工方法。在留出不小于0.02mm研磨量的情况下，采用线切割的机床加工凹模时，各型孔尺寸和孔距尺寸的制造公差均可标注为0.01（为机床的一般能达到的加工精度）。凸凹模的材料根据性能特点选用T10A。4.5 卸料结构设计、弹性元件的选用和计算4.5.1 卸料结构设计卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后，将条料或工序件与落料凸模或冲孔凸模脱离，以便进行下一次冲裁。卸料装置可分为固定卸料装置和弹性卸料装置，卸料装置可分为固定卸料和弹性卸料两种：刚性卸料，常用于较硬、较厚且精度要求不太高的工件冲裁。结构简单，卸料力大。弹性卸料常用于冲裁厚度小于1.5mm的板料，由于压料的作用，冲裁件平整。本设计零件厚度为0.5mm，零件精度要求不高，所以采用弹性卸料。固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同，其厚度可取凹模厚度的0.81倍，板料厚度超过3mm时，可与凹模厚度一致。弹性卸料板形孔与凸模的单面间隙可以取0.20.5mm，厚料与硬料可取大植。则厚度H固0.8H凹0.81814.4mm,因为冲裁件为材料为60Si2Mn，厚度为0.5mm，所以取H固14mm。卸料板凸台的高度：H导料板的厚度板料厚度（0.030.50）mm4mm4.5.2 弹性元件的选用和计算本次设计中只进行弹压卸料的弹簧进行计算和选用。弹性卸料板的平面外形尺寸一般与凹模相同，板料厚度未超过0.8mm时，其卸料板宽度在125200之间，查模具工程大典P574可知凹模最小厚度为H14mm。卸料弹簧的选用：（1） 初步确定弹簧的个数N，一般24个，本设计选用4个，使受力均匀。（2） 根据卸料力/N0.04/418324N （4.16）（3） 根据极限工作压力大于预压力，一般可以取（1.52）（4） 根据弹簧压力与其压缩量成正比的特征，计算弹簧的预压量，/0.5 （4.17）式中 弹簧极限压缩量（mm）弹簧的预压力（N）弹簧极限工作负荷（N）选用弹簧长度确定: LR181280(GB/T20891994),（5） 检验选的弹簧是否合适，使弹簧工作时的总压缩量不超过弹簧允许的极限工作负荷的压缩量即满足 80+1.5+1091.5mm （4.18）式中 卸料板的工作行程（mm）， 凸模的刃磨量，一般取410mm冲孔落料凸模长度L应根据模具的结构确定，据冷冲模设计P99公式知，凸模长度的计算公式为：=+0.2mm （4.19） 式中 凸模固定板厚度，mm； 弹压卸料板厚度，mm； 预压状态下卸料弹簧的长度,其长度为(0.850.9)； 0.2附加厚度，凸模缩进卸料板的距离.凸模固定板外形与尺寸与凹模板相同，厚度为凹模板厚度的0.81倍。凸模固定板厚度为16mm。对于螺钉吊装的直通式凸模，其型孔于凸模的双边间隙可取0.10.3，这里取0.2mm.=+0.2=16+14+270.5=56.5mm 5 连续模的主要零件设计5.1 凸凹模结构设计5.1.1 凹模（1）类型凹模型孔侧壁形状形状有两种：一种是侧壁与凹模的凹模面稍倾斜的斜壁孔。但斜壁孔的加工存在难度，增加成本，在此处暂不采用。一种是侧壁与凹模面垂直的直壁孔，在刃口孔内易于聚集废料或工件，增大了凹模的胀裂力、推件力和孔壁的磨损。磨损后刃口形成倒锥形状，可能使冲成的工件从孔口反跳到凹模表面上造成操作困难，但直壁刃口凹模，刃口强度较高，刃口修磨后工作部分尺寸不变，制造方便。适合用于截面为非圆形的工件。本零件采用这种形式。台阶型孔的设计参数：一是直刃口的有效高度h，一般的当t1mm时，取h45mm，一是斜壁孔比单边孔扩大值b，一般取b0.51mm。所以取 h4mm，b1mm。如图4.1所示图5.1 凹模型孔侧壁形状（2）凹模结构尺寸的确定 凹模厚度：HKb（须15mm） （5.1） 凹模壁厚：C（1.52）H（须3040mm） （5.2） 式中 b冲裁件最大外形尺寸，b80mm； K系数，查表取K0.2，则：HKb0.28016mm，取18mm凹模壁厚：C（1.52）H2736mm，查表得C=30沿送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：b328+1.6287.2mm垂直送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：80+21.8+6295.6mm确定凹模有效面积，如图5.2所示，从型孔边界画一矩形lb初定为凹模有效面积74mm95.64mm。凹模有效面积矩形的对称中心应与压力中心重合，以便使模柄的中心线通过压力中心。但压力中心对于矩形的宽度并不处于对称位置，长度也不处于对称位置，因此应将矩形的长度增大为，使压力中心对于处于对称位置，即以压力中心到矩形左边的距离为实际凹模有效面积矩形长度的一半。则修正后的凹模有效面积矩形的长度与宽度b分别为：L 95.64mmb （74-21.03）2105.94mm其面积分布情况如图5.2所示：图5.2 凹模有效面积（3）计算凹模外形尺寸从凹模有效面积矩形b向四周扩大一个允许的凹模壁厚C值，即30mm，即为凹模外形尺寸LB的尺寸。则：凹模长度L： L95.6+230155.6mm 凹模宽度B： B105.94+230165.94mm经综合考虑，选取与计算值相近的标准凹模板轮廓尺寸，将上述尺寸圆整为：16016018mm，采用整体式的凹模结构。5.1.2 凸模（1） 凸模的设计原则为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都须满足如下三个原则： 精确定位 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位，否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时造成啃模。 防止拔出 回程时，卸料力对凸模产生拉深作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出。 防止转动（2） 凸模的结构形式经综合考虑，落料凸模的刃口部分为非圆形断面，为了便于凸模和固定扳的加工，可设计成直通式形状结构，其工作部分和固定部分的形状做成一样，这类凸模采用磨削，线切割的方式加工，凸模的尺寸根据刃口尺寸，卸料装置和安装固定要求确定。凸模的结构和尺寸如图5.3所示， 图5.3 冲孔落料凸模冲孔凸模采用标准A型的圆凸模。图5.4 圆形冲孔凸模(3) 固定方式凸模在上模的正确固定应该是既要保证凸模工作可靠和良好的稳定性，还要使凸模在更换或修理时拆装方便。落料凸模采用直通式凸模。其工作部分要进行淬火，其长度为25mm，另一端要要处于软态，便于与固定板进行铆接，为了铆接其总长要增加1mm，其配合为过渡配合，间隙为H7/m6。其结构形式如图所示：图5.5铆接结构图对于冲孔凸模，将安装部分设计成便于加工成型的长圆形，通过固定板固定。其配合间隙为H7/m6。凸模固定板内凸模的固定方法通常时凸模压入固定板内。（4）受力校合凸模端面尺寸较小时，必须进行承压能力和抗纵向弯曲能力两方面的校验。此设计中圆形冲孔凸模断面面积最小，故只对其进行校核。 承压能力校验： （5.3）对圆形凸模，代入上式可得 （5.4）式中 P冲裁力，N； F凸模最小断面面积，mm； d凸模直径，mm； t毛料厚度，mm； 毛料的抗剪强度，MPa； 凸模材料的许用压应力，MPa。其中20，查冲压模具与制造P103表9-9，知MPa，取1000MPa，706Mpa，则： （5.5）所以 成立，即该冲孔凸模承压能力足够。5.2 定位形式与结构设计5.2.1 设计原则 （1）定位支承点和支承面，定位至少有三个支承点（通常采用支承面）、两个导向点（有时可采用导向面）及一个定程点（有时可采用定程面），定位的支承点及导向点之间应有足够的距离，以保证坯料及条料的定位精度和稳定。 （2）定位的方向与位置选择，定位的方向与位置应使操作方便，送料方向从右至左或从前至后较为合适，前者导向点最好设计在后侧，后者导向点设计在左侧较为合适。在校平及整形时，最好先采用以外形初定位，再以导正销定位的方法。（3）处理好粗定位与精定位的关系，多工位级进模等在多工序联合冲压时，往往设有初始定位（粗定位）和最终定位（精定位）所构成的复合型定位机构，上、下工序的定位形式应力求一致，粗定位要服从精定位，以防止相互矛盾。（4）非对称外形的制件定位，其定位方向应固定，以免冲反而影响制件的质量。（5）多工序冲压各工序冲压基准，冲压件的全部工序应保证定位基准统一的原则，否则容易增大定位误差。多道工序分别冲压时，上下工序的定位形式应力求一致。（6） 应保证定位的可靠和冲压的安全，定位机构必须远离产生细小废料或切屑的地方，否则这些废料和切屑的混入，常会影响定位工作和定位尺寸精度。同时还要注意定位机构不应被废料堵塞或卡住，以保证冲压的安全和可靠性。5.2.2 定位零件机构与应用条料靠着导料板一侧导向送进，以免送偏。此级进模中，从左向右送料，与条料相靠的导料板装在左侧。材料比较薄，右侧装有承料板有利于条料平稳进入，提高冲裁质量。同时为使条料顺利通过，导料板间的距离应等于条料的最大宽度加上一间隙值（一般大于0.5mm）。查表选导料板的高度H4mm。模具导料板之间的距离按下式 AB+b （5.6）式中 B条料公称宽度 mm； b条料与导料板间的间隙 mm；AB+b86.6+0.587.1mm图5.6 导料板（3）侧刃定距侧刃定距是在条料的一侧或两侧冲切定距槽，定距槽的距离等于步距的长度。其定距精度比挡料销定距高。在多工位连续模中常采用侧刃定距定位。侧刃定距既适合于手工送料，也适合于自动或半自动送料。考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用侧刃定距。由于材料的厚度在1.5mm以下，且精度要求不高，所以选用IA型省料。侧刃的宽度为6mm,长度为一个步距长度29.6mm为了保证料尾的充分利用，两个侧刃采用两侧对称布置，同时提高零件外形尺寸的精度。5.3 结构件与安装5.3.1 凸模固定板用凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外，还要考虑螺钉与销钉孔的设置。由于工件形状不规则，固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本上是一致的，型孔的位置应当与凹模的型孔位置协调一致。一般取其厚度等于凹模厚度的60%80%，此处取20mm。其外形尺寸为160mm160mm20mm。固定板内形尺寸则根据凸模形状确定。凸模固定板孔与凸模采用过渡配合（H7/m6），压装后端面要磨平，以保证冲模的垂直度。5.3.2 模柄模柄是连接上模与压力机的零件。此处选用压入式模柄，它与上模座孔采用H7/m6过渡配合，压装后端面要磨平，以保证冲模的垂直度。并加销钉防止转动。销钉直径为6，模柄直径d值按压力机模座孔为50。模柄为直径d50mm，高度L105mm的A型压入式模柄。如图5.7所示。图5.7 模柄A501055.3.3 垫板垫板装在固定板与上模座或下模座之间，它的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，保护模座以免被凸模端面压陷而影响模具的正常工作。垫板的外形尺寸与凹模大致相同，垫板的厚度由经验可选为610mm。在此确定垫板的外形尺寸为160mm160mm8mm。垫板的材料一般可选45钢，热处理硬度取4348HRC。5.4 模架模架是由上下模座、模柄及导向装置 (最常用的是导柱、导套) 组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。一般模架均已列入标准，设计模具时，应加以正确选用。5.4.1 对模架的基本要求(1) 要有足够的强度与刚度；(2) 要有足够的精度 (如上下模座要平行，导柱导套中心要与上下模座垂直，模柄要与上模座垂直等) ；(3) 上下模之间的导向要精确 (导向件之间的间隙要很小，上下模之间的移动应平稳和无滞住现象)。5.4.2 模架形式标准模架中，应用最广的是用导柱、导套作为导向装置的模架。根据导柱、导套配置的不同有四种基本型式：后侧导柱模架、中间导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架。当冲裁板厚在0.8mm以下的模具时，选用H6/h5配合的级精度模架。当冲裁板厚度为0.81.4mm时，选用H7/h6配合的级精度模架。在这里选用H6/h5配合的级精度的对角导柱模架，L为160mm，B为160mm，H最大为200mm最小为160mm，下模座为160mm160mm45mm，上模座为160 mm160mm40mm。5.4.3 导柱与导套导柱导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取。在选用时应注意导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于1015mm，而下模座底面与导柱底面的距离应为0.51mm。导柱与导套之间的配合根据冲裁间隙大小选用。导柱1 32mm160mm（GB2861.1-81）导套1 32mm80mm （GB2861.6-81）导柱2 28mm160mm（GB2861.1-81）导套2 28mm80mm （GB2861.6-81）5.4.4 模具闭合高度校核模具的闭合高度H模具是指模具在最低工作位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度必需与压力机的装模高度相适应。压力机装模高度是指滑块在下止点位置时，滑块底平面与压力机工作台上的垫板上平面之间的高度。由于压力机的连杆长度可以调节，所以压力机的装模高度是可以调节的。当连杆调节至最短时为压力机的最大装模高度Hmax；当连杆调至最长时为压力机的最小装模高度Hmin。模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，否则就不能保证正常的安装与工作。最小装模高度Hmin为215mm。.其关系为：Hmin+10mmHHmax5mm。 (4.5)则代入数据得：Hmin+10mm170mmHHmax5mm195mm，加垫块满足要求。模具的其他外形结构尺寸也必须与压力机相适应。如模具外形轮廓平面尺寸与压力机的滑块底面尺寸与工作台面尺寸，模具的模柄与滑块的模柄孔尺寸，模具下模座下弹顶装置的平面尺寸与压力机工作台面孔的尺寸等都必须相适应，才能使模具正确的安装和正常使用。5.5模具紧固件与自制零件选用5.5.1 模具紧固件的规格型号按确定的冲模形式及计算出的参数，从冷冲模标准中查出有关标准件。具体如下:销钉: 2850 GB119862855 GB119862612 GB/T 119.120004415 GB11986螺钉: 8M1245 GB70854M48 GB70854M615 GB70855.5.2 模具自制零件的材料及热处理要求上、下模座：HT200模 柄：45钢、 4348HRC垫 板：45钢、 4348HRC凸模固定板：45钢、 4348HRC导 料 板：45钢、 调质2832HRC卸 料 板：45钢、 4348HRC凹 模：T10A、 6064HRC凸 模：T10A、 5862HRC5.6 压力机的选用与校核5.6.1压力机的选用所选用的压力机公称压力应大于计算出来的总冲压力250kN；压力机的最大装模高度应大于或等于170mm(冲模闭合高度+5mm)；工作台板尺寸应能满足冲模的正确安装。按上述要求可选用J2325开式双柱可倾压力机。但需要在工作台面上加设垫板。其主要技术参数为：选择压力机的型号为开式双柱可倾式压力机：J2325.它的主要技术参数如下：公称压力 250KN滑块行程 65mm滑块行程次数 55/105次/min最大装模高度 270mm连杆调节长度 55mm模柄孔尺寸（直径深度/ mm） 5070mm工作台尺寸(前后左右) 370560mm 电动机功率/KW 2.2KW5.6.2 冲压力和做功的校核总冲压力201.5kN公称压力250kN对J2325压力机来说=9且 11.32mm （5.7）根据材料成型设备式（2-18）压力机的做功能力有： ：0.315250kN11.32mm=382.1J （5.8）而此时工件的变形功为： 201.5kN0.5mm100.75J （5.9）因为，故选择J23-25压力机，做功足够。6 弯曲模设计计算6.1 弯曲力的计算及压力机的选择6.1.1 弯曲力的计算（1）弯曲过程有两步，第一步是凸模向下运动的弯曲，弯曲按照自由弯曲计算，U形件弯曲使用带反顶板的U型弯曲模具，但不进行校型弯曲时，反顶压力的弯曲力按式计算： （6.1）式中 B弯曲线长度（mm）； t板料厚度（mm）； 材料抗拉强度（MPa）； 弯曲凸模圆角半径（mm）。第二步是通过滑块向左压圆弧的弯曲，并施加校正力。由于采用侧压滑块的结构，侧压力是通过斜楔行块传递给滑块的，取斜楔的角度为60，故总弯曲力为：0.5118865943N（2）顶件力或压料力对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模，其顶件力可近似取自由弯曲力的3080，即：K （6.2）式中 自由弯曲力顶件力 K 系数其中K取0.2，所以 K0.2118862377.2N6.1.2 弯曲用压力机的额定压力的确定压力机公称压力的确定，为了确保机械压力机的安全，按经验，可将计算的弯曲力限制在压力机额定压力的75%80%，并据此确定压力机的额定压力。对于有弹性顶件装置的自由弯曲可按照进行验算1.2（11886+5943）21394.8N （6.3）按上述要求可选用J236.3开式双柱可倾压力机。其主要技术参数为：公称压力： 40kN滑块行程： 40mm最大封闭高度： 160mm封闭高度调节量： 40mm模柄孔尺寸： 30mm50mm工作台尺寸（前后左右）： 180mm280mm工作台板厚度： 35mm6.2 弹簧片的回弹量计算为了便于叙述，将弹簧片的半径为R68，R3的圆角分别称为大圆角和小圆角，其半径分别表示为和。由文献可知，弯曲回弹和曲率回弹量表示。当R(58)t(t为板料的厚度)时工件弯曲半径变化不大，只考虑角度的回弹。因36t3mm,所以对