毕业设计设计说明书40落料冲裁模

宁波理工学院毕业设计（论文）题 目 薄板槽形落料成形模 Plate groove blanking die 姓 名 学 号 专业班级 机械设计制造及其自动化091班 指导教师 学 院 机电与能源工程学院 完成日期 2013年5月20日 41 / 47摘 要模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备, 具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。用模具制造的零件表现出来的高效率、高精度、高复杂性、低消耗和低成本是任何其他加工方法无法比拟的。本文采用UG三维设计软件进行薄板槽型的冲压工艺分析及复合模具的设计。按照冲压复合模具的设计步骤,进行工艺分析，确定冲压工序，根据计算规则计算出毛坯尺寸、凸模、凹模尺寸及冲压力等。计算完成后，按照零件计算结果绘制模具零部件三维图、工程图及模具装配图。通过上述过程最终完成薄板槽型的冲槽、落料复合模具的设计。关键词：薄板；冲压；CAD；UG；复合模 AbstractMold is the machinery manufacturing industry with advanced technology, far-reaching critical process equipment, high production efficiency, high utilization of materials, parts quality, process adaptability and other characteristics, are widely used in automobiles, machinery, aerospace, aviation, light industry, electronics, electrical, instrumentation and other industries. Mold parts manufactured manifested high efficiency, high precision, high-complexity, low consumption and low cost are any other processing methods can not match.In this paper, three-dimensional design software UG Groove sheet stamping process analysis and composite mold design. According to the design of composite die stamping steps for process analysis to determine the stamping process, according to the calculation rules to calculate the blank size, punch, punch die size and pressure. Calculation is completed, in accordance with the calculation results are plotted mold parts dimensional maps, engineering drawings and die assembly drawings. Through the above process to finalize the thin groove notching, blanking composite mold design.Keywords: Sheet metal；stamping；CAD；UG；compound die目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1选题的背景及意义11.2 国内外发展的状况31.2.1 国外发展状况31.2.2 国内发展状况41.2.3 现代模具发展趋势5第2章 薄板槽型零件工业性分析和工艺方案的拟定72.1薄板槽型零件工艺性分析72.2薄板槽型零件冲压工艺方案拟定82.3冲压工艺设计基本内容82.4冲压工艺方案分析和确定9第3章 工艺参数的计算113.1 毛坯尺寸的计算113.1.1 排样113.1.2 排样的方式113.1.3 搭边113.1.4 材料的利用率123.2 各部分工艺力的计算133.2.1 冲裁力的计算133.2.2 卸料力的计算133.2.3 顶件力的计算143.2.4 推件力的计算143.2.5 总的冲裁力计算153.3 压力中心的确定153.4 冲压设备的选用15第4章 凸凹模刃口尺寸计算174.1 落料、冲槽的冲裁凸凹模刃口的计算174.1.1 冲裁件的凸凹模刃口尺寸的计算原则174.1.2 冲裁件的凸凹模刃口尺寸的计算方法174.1.3 落料刃口尺寸的计算184.1.4 成形凸模刃口尺寸的计算19第5章 模具工作零件及结构设计215.1 模具工作零件及结构设计215.1.1 冲槽凸模的设计215.1.2 冲槽凹模的设计225.1.3 落料凹模的设计235.1.4 落料凸模的设计245.1.5 模架的选择255.1.6 模柄的选择285.1.7 垫板的设计29第6章 顶出、卸料装置及定位零件的设计306.1 出件装置的设计306.1.1 顶件装置的设计306.2 卸料装置的设计306.2.1 卸料板的设计306.2.2 卸料弹簧的设计316.2.3 卸料螺钉的选择326.3 定位零件的设计336.3.1 定位销336.3.2 挡料销33第7章 模具的装配及总装配图347.1 模具的装配347.1.1 冲模的装配方法347.2 总装配图34第8章 冲压模具合理使用与维护368.1 冲压模具的使用及维护368.2提高模具使用寿命的途径36参考文献38附 录39致 谢40第1章 绪论1.1选题的背景及意义美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石；日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”;德国给模具工业冠以“金属加工业中的帝王”称号；欧盟一些国家称“模具就是黄金”；中国模具权威称“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中所具有的重要地位，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要指标之一。冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一。它是由人使用板料、借助于常规的或专业的冲压设备（动力）、从安装在设备上的模具里使其得到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料、模具和设备是冲压加工的三要素。因为它主要用于加工板料零件，所以又称板料冲压。冲压加工的特点如下：（1） 借助压力机的压力，利用模具能获得壁薄、质量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他的方法难以加工甚至无法加工；（2）冲压加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性；（3）冲压加工是少、无切削加工的一种，部分零件冲压直接成形，大部分无需任何再加工，材料利用率高，达85%以上；（4）生产效率高，生产过程容易实现机械化和自动化，适合于大批大量生产；（5）操作简单，便于组织生产和管理。冲压加工的缺点是模具制造的周期长，制造成本高，不适于单件小批量生产；其次，冲压加工多用机械压力机，由于滑块往复运动快，大量手工操作，劳动强度较大，易发生事故，安全生产与管理要求高，须采用必要的安全技术措施来保证。冲压加工的应用十分广泛，不仅可以加工金属材料，而且可以加工非金属材料。在现代制造业，比如汽车、拖拉机、农业机械、电机、电器、仪表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生产方面，都占有十分重要的地位。冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。 当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快二完善的得到解决。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较小而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用工序集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合工序。根据工序组合的方法不同，又可将其分为复合、级进和复合级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 级进冲压在压力机的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合级进冲压在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 A、复合模具的定义：复合模具是在一次下压的过程中,可以同时完成多道工序的模具。B、复合模具的特点：高精度的模具、提高工件质量、效率提高C、复合模具的分类： 冲裁类复合模 如落料、冲孔复合模；切断、冲孔复合模等； 成形类复合模 如复合挤压模等； 冲裁与成形复合模 如落料、拉深复合模；冲孔、翻边复合模；拉深、切边复合模；落料、拉深、冲孔、翻边复合模等。D、复合模的选择原则： 批量生产，当要大批量生产零件时，由于复合模的特点3，可以大大提高效率，减小成本，因为复合模的成本要较高不适用小批量生产的零件； 复合工序的多少，一般复合模会是小于四道工序，过多工序会使模具过于复杂，强度、可靠性等也下降，制造业困难。 模具结构的大小，复合模的大小不同，他的结构和板块会有繁简的差异 工件精度 当冲压工件的尺寸精度或同轴度、对称度等位置精度要求较高时,应考虑采用复合模。1.2 国内外发展的状况1.2.1 国外发展状况高新技术在模具企业中得到广泛应用(1) 广泛应用CAD/CAE/CAM技术超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，3D设计已达到了7080%。PRO/E、UG、CIMATRON等软件普遍应用。数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量。CAE技术已逐渐成熟（意大利COMAU公司应用CAE技术后，试模时间减少了50%以上）。(2) 普遍采用高速切削加工技术 特征：以高切削速度、高进给速度、高加工质量。加工效率：比传统的切削工艺要高几倍，甚至十几倍。转速：1500030000r/min。效益：大大缩短制模时间。(3) 普遍应用快速成型技术与快速制模技术塑料模具：有专门提供原型制造服务的机构和公司塑料模具厂家利用快速原型浇制硅胶模具，用于少量翻制塑料件。汽车模具：多为锌基合金快速制模和使用环氧树脂制作金属成型模。1.2.2 国内发展状况我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。国内的模具生产厂已超过17000家，从业人员达50万。近年来，我国的模具工业一直以每年13左右的增长速度快速发展我国模具行业在“十五”期间的增长速度达到1315。(1) 中国模具产业的进出口近几年来，我国每年进口模具约占市场总量的20左右，已超过10亿美元，成为世界上最大的模具进口国其中塑料与橡胶模具占全部进口模具的50以上，冲压模具占全部进口模具约40 中、高档模具进口比例占市场总量的40以上(2) 我国模具技术的发展进步主要表现在1)研究开发了模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些新的热处理工艺，延长了模具的使用寿命。比如冲模广泛使用合金工具钢代替碳素工具钢，提高模具寿命，减少模具热处理变形。2)开发了多工位级进模和硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了精密塑料注射模。3)研究开发了一些模具加工新技术和新工艺。如三维曲面数控加工；模具表面抛光、表面皮纹加工及皮纹辊制造技术；模具钢的超塑性成型技术和各种快速成型技术等。4)模具加工设备已得到较大发展，已广泛使用精密坐标磨床、数控(CNC)铣床、CNC电火花线切割机床和高精度电火花成型机床等。模具零件的精度由数控机床保证，解决了以前传统切削加工生产模具零件，靠钳工技艺保证质量，质量难保证的问题。5)模具计算机辅助设计和制造(模具CAD/CAM/CAE)已在国内得到了广泛的开发应用。三维造型软件和仿真软件的广泛应用，不仅能自动编程，还能进行干涉检查，保证设计和工艺的合理性。(3) 中国模具工业存在的问题 精密加工设备还很少大型、精密、复杂和长寿命模具的产需矛盾十分突出许多先进的技术如CADCAECAM技术的普及率还不高1.2.3 现代模具发展趋势(1) 粗加工向高速加工发展（以高速铣削加工为代表，高速铣削加工主轴转速可达400010000r/min，快速进给速度可达3040m/min,与传统铣削加工相比，工件温升低，热变形小，效率高，还可加工硬度达HRC60的模块。(2) 成形表面的加工向精密、自动化发展（成形表面的精加工向数控、数显方向发展，数控机床、电火花成形机床、慢走丝线切割机床等精加工广泛运用。(3) 光整加工向自动化发展（目前模具的研磨、抛光等光整加工仍然以手工作业为主，不仅费工费力，而且表面质量低。发达国家正在研制数控自动化光整加工设备。(4) 快速成形加工模具技术将得到发展快速原型制造技术是通过计算机控制逐层堆积材料来制造复杂形状的实体样件或模具零件，不用工装和刀具能实现零件的单件生产。低熔点合金模、精铸模、层叠模、环氧树脂模等一些快速经济型模具将进一步得到应用，适合于多品种少批量生产用模。高速扫描及数字化系统用于逆向工程，扫描系统和加工中心结合，从实物扫描到加工一步完成，可大幅缩短制模周期。适合仿造零件和模具的加工，不需要图纸，直接用实物就能加工。(5) 模具CADCAECAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展模具设计中常用的绘图软件有CAD、CAXA电子图板，常用的三维造型和加工软件有PRO/E、UG、CAXA机械制造工程师、MOSTERCAM。用于模具设计制造的计算机软件日趋完善，并向智能化、集成化方向发展，能减少设计人员的重复劳动，提高效率。运用三维造型和加工软件，可生成刀具轨迹并输出加工程序代码，通过仿真进行加工精度检查和干涉检查，从而保证设计和工艺的合理性。第2章 薄板槽型零件工业性分析和工艺方案的拟定2.1薄板槽型零件工艺性分析所需加工的工件名称：薄板槽型零件零件的生产批量：大批量生产（150万件/年）零件的材料：10钢，厚1mm预计薄板槽型零件的日产量约为6000件/天薄板槽型零件的工件图如图2.1和图2.2所示：图2.1 零件三维图图2.2 零件二维图工件的工艺性分析是根据工件的图样，分析冲压件的形状、尺寸、表面质量等是否符合冲压工艺要求。冲压工艺一般具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点。薄板冲槽模具-薄板槽形落料成形模。根据零件进行复合模设计，图2.1为零件三维图，图2.2为薄板槽型零件图。零件材料为10钢，厚度t=1mm。材料10号钢塑性、韧性很好，易冷热加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好，焊接性优良，无回火脆性，淬透性和淬硬性均差。制造要求受力不大、韧性高的零件，如汽车车身、贮器、深冲压器皿、管子、垫片等，可用作冷轧、冷冲、冷镦、冷弯、热轧等工艺成形，也可用作心部强度不高的渗碳件、碳氮共渗件等。2.2薄板槽型零件冲压工艺方案拟定工艺方案确定是在对冲压件的工艺性分析之后应进行的重要环节。确定工艺方案主要是确定各次冲压加工的工序性质、工序数量、工序顺序、工序的组合方式等。冲压工艺方案的确定要考虑多方面的因素，有时还要进行必要的工艺计算，因此实际中通常提出几种可能的方案，进行分析比较后确定最佳方案。2.3冲压工艺设计基本内容工艺类型 工艺类型是指成型冲压件所需要的冲压工序种类，如落料、冲孔、切边、拉伸、翻孔、胀形、整形都是冲压加工常见的工序。结合本设计来看的话则有落料和冲孔两种类型。工序数量 工序数量是指不同性质进行相同次数的工序重复进行的数量。工序数量的确定主要取决于几何形状的复杂程度、尺寸大小和精度材料冲压成型性能、模具强度等，并与冲压工序性质有关。工序顺序 工序顺序是指各工序的先后顺序,主要取决于冲压变形规律和零件质量要求,如果工序顺序的变更不影响托板质量,则应当根据操作、定位及模具结构等结构因素确定。组合方式 一个冲压件往往需要经过多道工序才能完成，因此制定工艺方案时，必须考虑采用单工序模分散冲压还是将工序组合起来采用复合模或级进模冲压。2.4冲压工艺方案分析和确定1、方案1：单工序模落料+冲槽； 方案2：单工序模冲槽+落料； 方案3：复合模落料+冲槽； 方案4：复合模冲槽+落料； 方案5：级进模落料+冲槽； 方案6：级进模冲槽+落料。2、分析比较上述6种方案，可以看出：（1）方案1：此方案为单工序模，用此方案生产零件尺寸和厚度不受限制，生产设备维护成本低，且生产操作较为方便。但是，这个方案的缺点有冲件精度低、冲件平整度差、生产率低，适合中小批量生产，并且不安全，需采取安全措施。结合本设计来看，本设计为大批量生产的薄板槽型零件，而方案1生产率低，故排除方案1。（2）方案2：同方案1都为单工序模，唯一不同的就是工序的顺序相反。因此，结合本设计生产大批量薄板槽型零件的条件可知，本方案不适合生产托板。（3）方案5：本方案为级进模，工序顺序为先落料后冲槽。本方案生产产品的优点有工序间可自动送料，故生产率高，可以使用高速压力机，冲件小时多排冲压法应用较多，模具制造的工作量和成型较复合模低，适合冲件大批量生产，而且安全性高。 级进模生产的缺点有冲件精度为IT13IT10级，精度较低，且冲件平整度较差，质量要求高时需要校平。 结合本设计要求看，可以查出本设计精度要求为IT7级，故方案5的精度达不到要求，所以排除方案5。（4）方案6：本方案和方案5都是级进模，只是工序顺序相反。因本设计的精度要求为为IT7级，故方案6也被排除。 上面分析了方案1、方案2、方案5和方案6，即单工序模和级进模都不满足该薄板槽型零件的生产要求。下面继续分析方案3和方案4：（5）方案3：本方案是复合模生产，工序顺序是先落料后冲槽。本方案生产优点有冲件精度高，为IT10IT7级；冲件平整，适合大批量生产。 方案3的生产缺点有：操作时出件较为困难，速度不宜太高；安全性较差需采取安全措施。 结合本设计的要求即厚度t=1mm，材料为10钢，生产批量为大批量生产，精度要求为IT7级的薄板槽型零件，本方案满足其生产要求，故暂时保留方案3。（6）方案4：本方案和方案3都是复合模生产，具有相似的优点和缺点，所以也满足本设计的要求。但是，它们唯一的区别就是工序相反，本方案为先冲槽后落料。针对方案3和方案4的复合模生产，因为都满足本设计的要求，本着最优原则对它们进行比较。由于它们唯一的区别是工序顺序相反。因为一般多工序冲压时，有落料和冲槽，则先落料后冲槽能够减少定位误差和避免换算尺寸。综上所述，故选择方案3即复合模落料+冲槽。第3章 工艺参数的计算3.1 毛坯尺寸的计算3.1.1 排样排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当的搭边值，是提高材料利用率、降低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。3.1.2 排样的方式 排样的方式有多种多样。有直排、斜排、直对排和混合排的废料排样，模具沿工件全部外形进行冲裁，工件周边都留有搭边。这种排样能保证冲裁件的质量，冲模寿命也长，但材料利用率低。有少废料和无废料排样，这两种排样方式对节省材料具有重要意义，并有利下一次冲裁多个工件，故可以提高生产率。同时因冲裁周边减少，又可简化冲模结构和降低冲裁力。但采用少废料和无废料排样时，由于条料宽度的公差以及条料导向与定位所产生的误差，使工件的质量和精度较低。考虑到操作方便及使模具结构简单，故该零件采用直排的有废料排样。这种排样方式能保证冲裁件的质量，冲模寿命也长，但材料利用率相对较低。如下图3.1所示。3.1.3 搭边 搭边是指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。搭边的作用是补偿条料的定位误差和剪板误差，确保冲压出合格零件。搭边还可以保持条料有一定的刚度，便于送料。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。搭边过大，材料利用率低；但过小的搭边，容易造成搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增加冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均匀，损坏模具刃口挤近凹模。一般来说，搭边值是由经验确定的。可参照冲模设计应用实例中表2-16列出了冲裁时常用的最小搭边值。按冲模设计应用实例表2-16查得最小搭边值：，条料宽度：步距：3.1.4 材料的利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。排样时，在保证工件质量的前提下，主要考虑如何提高材料的利用率。材料利用率的计算公式如下：计算冲裁件的面积A：一个步距的材料利用率: (3-1)式中： A一个步距内冲裁件的实际面积 n一个步距内冲裁件数目 b条料宽度 h步距所以该零件的一个步距的材料利用率： 图3.1 排样图3.2 各部分工艺力的计算工艺力主要包括冲裁力、卸料力、推件力、顶出力、翻边力等。冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料相分离所需要的力。从凸模上将工件或废料取下来所需的力称为卸料力。从凹模内将工件或废料顺着冲裁方向推出的力称推件力。从凹模内将工件或废料逆着冲裁方向顶出的力称顶件力3.2.1 冲裁力的计算冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料相分离所需要的力。按式（3-1）： (3-1)式中： 冲裁力（N）L工件外轮廓周长（mm），t材料厚度（），材料的抗剪强度（MPa）。由表1-1查得 工件外轮廓周长：则冲裁力为：3.2.2 卸料力的计算 从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力称为卸料力。按式（3-2）： （3-2）式中： 卸料力因数，其值由表3.1查得表3.1 卸料力、推料力和顶料力因数料厚/mm钢0.10.060.090.10.140.10.50.040.070.0650.080.52.50.0250.060.050.062.56.50.020.050.0450.056.50.0150.040.0250.03铝、铝合金0.030.080.030.07纯铜、黄铜0.020.060.030.09则卸料力为：3.2.3 顶件力的计算 把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力称为推件力。按式（3-3）： （3-3）式中：推件力（N）顶件力因数，其值由表3-1查得 则顶件力为：3.2.4 推件力的计算 把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力称为推件力。按式（3-4）： （3-4）式中：推件力（N）推件力因数，其值由表3-1查得 n工件卡在凹模内的个数，取则推件力为： 3.2.5 总的冲裁力计算3.3 压力中心的确定冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲压时，模具的压力中心一定要与冲床滑块的中心线重合。否则滑块就会承受偏心载荷，使模具歪斜，间隙不均，从而导致冲床滑块与导轨和模具的不正常磨损，降低冲床和模具的寿命。所以在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块中心重合。由于该工件为对称的冲压件，所以其压力中心在于轮廓图形的几何中心O点。3.4 冲压设备的选用冲压设备选择的要求：（1） 所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：（2） 压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁、弯曲等模具，其行程不宜过大，以免发生凸模与导板分离（导板模）或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成形零件的取出。（3）所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小高度之间的要求。（4）压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台面的受力条件也是不利的。由复合模的特点，为了安全起见，防止设备超载，可按公称压力的原则选用压力机。参照冲模设计应用实例书末附录B3，可选取公称压力为250KN的开式双柱可倾压力机。其与模具设计的有关参数为：公称压力：250KN滑块行程：65mm最大闭合高度；270mm连杆调节量：55mm工作台尺寸：（前后mm左右mm）：370560垫板尺寸（厚度mm孔径mm）：50200模柄孔尺寸：最大倾斜角度：工作零件的刃口尺寸计算该模具的工作零件的刃口尺寸包括落料的凸模和凹模、冲槽的凸模和凹模的刃口尺寸。 冲裁件的尺寸精度取决于凸凹模刃口部分的尺寸。冲裁的合理间隙也要靠凸凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的。第4章 凸凹模刃口尺寸计算4.1 落料、冲槽的冲裁凸凹模刃口的计算4.1.1 冲裁件的凸凹模刃口尺寸的计算原则（1）落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲槽件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲槽模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。（2）考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。（3） 在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。一般模具粗造精度比工件精度高34级。若零件没有标注公差，则可通过冲模设计应用实例书末附录D，查出冲压件未注公差尺寸的极限偏差。4.1.2 冲裁件的凸凹模刃口尺寸的计算方法由于模具加工和测量方法的不同，凸模与凹模刀口部分尺寸的计算公式和制造公差的标注也不同，基本上可分为两类：（1）凸模凸模与凹模分开加工 采用这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。为了保证间隙值，必须满足式（4-1）条件。 （4-1）式中：凸模的制造公差；凹模的制造公差。、的值见表4.1。表4.1 规则形状冲裁时凸、凹模的制造公差基本尺寸凸模公差凹模尺寸基本尺寸凸模公差凹模尺寸180.0200.0201802600.0300.04518300.0200.0252603600.0350.05030800.0200.0303605000.0400.060801200.0250.0355000.0500.0701201800.0300.040（2）凸模与凹模配合加工 对于形状复杂或料薄的冲裁件。为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先加工好其中的件(凸模或凹模)，作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。4.1.3 落料刃口尺寸的计算该冲裁件落料时，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸，成形凹模尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。由冲模设计应用实例表2.3.3查得：，。对于零件图中未注公差的尺寸，由冲模设计应用实例书末附录D中查出其极限偏差为：mm，mm，mm。由公差表查得工件各尺寸的公差等级，然后确定x，由表4-2可知，对于该落料件的尺寸，当时，；当时，。根据凹模磨损后的尺寸变化情况，将零件图落料部分的各尺寸进行分类：A类尺寸：，A类尺寸计算公式： （4-2）式中：基准件尺寸（mm）；工件极限尺寸（mm）；工件公差（mm）。按式（4-2）落料凹模刃口尺寸计算如下： 落料凸模的基本尺寸分别和落料凹模相同，分别是74.63mm，105.565mm，R9.82mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值。4.1.4 成形凸模刃口尺寸的计算该冲裁件冲槽时，选凸模为设计基准件，只需要计算成形凸模刃口尺寸，成形凸模尺寸及制造公差，凹模刃口尺寸由凸模实际尺寸按间隙要求配作。由冲模设计应用实例表2.3.3查得：，。对于零件图中未注公差的尺寸，由冲模设计应用实例书末附录D中查出其极限偏差为：mm，mm，mm，mm，mm，mm。由公差表查得工件各尺寸的公差等级，然后确定x，由表4.2可知，对于该冲槽件的尺寸，当时，；当时，。根据凸模磨损后的尺寸变化情况，将零件图冲槽部分的各尺寸进行分类：A类尺寸：mm，B类尺寸：mm，mm，mm，mm，mm。成形凸模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸按式（4-2）计算：B类尺寸计算公式： （4-3）式中：基准件尺寸（mm）；工件极限尺寸（mm）；工件公差（mm）。第二类尺寸：磨损后减小的尺寸按（式4-3）计算： 成形凹模的基本尺寸和成形凸模相同，分别是81.565mm，59.63mm，9.82mm，R2.813mm，R3.775mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凹模实际刃口尺寸与成形凸模配制，保证最小双面合理间隙值。表4.1 因数x材料厚度t/mm非 圆 形 x 值圆 形 x 值10.750.50.750.5工 件 公 差 D/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.210.590.600.300.30第5章 模具工作零件及结构设计5.1 模具工作零件及结构设计按一般的模具设计过程是先设计落料凹模的外形尺寸和选模架，在设计其它主要零件和结构零件，但由于此零件的结构特点，先设计落料凹模和选模架，无法得到准确的尺寸和结构设计，因此本零件的模具主要零件的设计从最里面的冲槽开始，把落料凹模的设计和选模架放在最后设计。5.1.1 冲槽凸模的设计在满足国标技术要求和实用要求的下，以及便于该凸模的加工制造和为避免应力集中和保证强度与刚度方面的要求，在考虑到其它模具零件尺寸设计的要求，该工件冲槽凸模的具体尺寸如下图5.1所示。材料：Cr12MoV；硬度：HRC5862图5.1 冲槽凸模零件图 在一般情况下，凸模的强度是足够的。所以不用进行强度计算。但是对于特别细长的凸模或板料度较大的情况下，应进行压应力和弯曲应刀的校核，检查危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。5.1.2 冲槽凹模的设计 根据该零件模具的总体设计和冲槽凹模的刃口尺寸，在满足国标要求的条件下该工件冲槽凹模的具体尺寸如图5.2所示。材料：Cr12MoV；硬度：HRC6064。图5.2 冲槽凹模零件图5.1.3 落料凹模的设计1. 落料凹模的刃口形式的选择由于该工件的落料为第一道工序，落料凹模的孔内需要进行其它工序的加工，需按装其它的凸、凹模，因此选择柱形刃口，刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变，但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。2. 落料凹模的外形尺寸落料凹模的外形尺寸 凹模厚度 凹模厚度可由式（5-1）经验公式确定。 （5-1）式中： b 凹模刃口的最大尺寸； K系数，其值见冲模设计应用实例表217，取K=0.18。则凹模厚度：取凹模厚度 凹模壁厚 凹模壁厚可由式（5-2）经验公式确定。 （5-2）则凹模壁厚： 则凹模长度：根据该零件模具的总体设计，按上面公式计算的凹模厚度和凹模壁厚，可以保证凹模有足够的强度和刚度，一般可不在进行强度校核，因此按照国标进行设计，该凹模的具体尺寸和结构如图5.3所示。材料：T10A硬度：HRC6064图5.3 落料凹模零件图5.1.4 落料凸模的设计在满足国标技术要求和实用要求的下，以及便于该凸模的加工制造和为避免应力集中和保证强度与刚度方面的要求，在考虑到其它模具零件尺寸设计的要求，该工件落料凸模的具体尺寸如图5.4所示。材料：T10A；硬度：HRC5862图5.4 落料凸模零件图5.1.5 模架的选择模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上。为了缩短模具制造周期，降低成本，将按照国标给出的模架标准进行选取和设计，选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位、出件方式，材料送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大3040mm。模板厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择模架时还要注意到模架与压力机安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大4050mm。冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度等。通常中、小型冲模常采用后侧式、对角式或对称式的导柱型模架。四角导柱式模架主要用于精度要求高的冲压件和大型冲压件。因此根据该工件的的形状，坯件定位、出件方式，材料横向送进，选择后侧式滑动导向导柱导套模架作为该零件的模架类型。如图5.5所示。图5.5 后侧式滑动导向导柱导套模架根据主要工作部分的尺寸，参照有关资料，选择模架如下。上模座： 材料为HT200下模座： 材料为HT200导 柱： 材料为20Cr导 套： 材料为20Cr 模架的闭合高度：210mm255mm考虑到其它零件的安装位置，则所设计的最终的结构、具体尺寸及各零件的安装位置如下。下模座如图5.6所示。材料：HT200图5.6 下模座零件图上模座如图5.7所示。材料：HT200 图5.7 上模座零件图5.1.6 模柄的选择 模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床滑块上。常用模柄形式如图5.8所示。图5.8 模柄的结构形式a)整体式模柄 b)带台阶的压入式模柄c)带螺纹的旋入式模柄d)有凸缘的模柄f)浮动式模柄根据该零件模具的总体设计和第二部分对压力机的选取所给出的滑块上的模柄孔尺寸：，和凸模的结构，选择图5.8b）有凸缘的模柄作为该模具的模柄形式。由于模柄已标准化，根据国标所选取的模柄尺寸如下：5.1.7 垫板的设计垫板的作用是将凸模承受的压力均布到模座上，避免凸模直接和模座接触，从而避免压强过高而压塌模作面。根据该零件模具的总体设计，结合各凸凹模的尺寸以及各固定板、螺栓、推杆的尺寸和安装位置，特别是凸凹模固定板的尺寸，再结合国标给出的垫板设计的厚度和尺寸之间的关系要求，则垫板的具体形状和尺寸如图5.9所示。材料：聚氨酯图5.9 橡胶垫板零件图第6章 顶出、卸料装置及定位零件的设计6.1 出件装置的设计6.1.1 顶件装置的设计顶件装置的作用是将工件从凹模中顶出，凹模装在模座上时，如果工件不能通过模具的底部漏出，则需要借助于装在压力机工作台下的顶件装置利用弹簧和气垫驱动推板顶出工件。根据该零件模具的总体设计，结合落料凸凹模、成形凸凹模和工件的形状和尺寸，在保证它有足够强图的要求下，所设计的顶出器的具体形状如图6.1所示。尺寸详见零件图和装配图 图6.1 顶件装置三维图6.2 卸料装置的设计6.2.1 卸料板的设计卸料板一般分为刚性卸料板和弹性卸料板两种形式。刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模座上，能承受的卸料力较大，常用于厚板冲压件的卸料。其卸料可靠、安全；但操作不便，生产效率不高。刚性卸料板和凸模的单边间隙一般取0.10.5。刚性卸料板的厚度与卸料力大小及卸料尺寸有关，一般取512。弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产率高，冲压前可对毛坯有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸科。但由于受弹簧、橡胶等零件的限制，卸料力较小。并且结构复杂，可靠与安全不如刚性卸料板。弹性卸料板和凸模的单边间隙一般取C=0.10.2t。根据该零件模具的总体设计，这里选择弹性卸料板。根据凸、凹模和模架的形状和尺寸，考虑到它与其它零件之间的间隙，依据有关设计资料和技术要求，该卸料板的具体形状和尺寸如图6.2所示。材料：45钢图6.2 卸料板零件图6.2.2 卸料弹簧的设计卸料弹簧的设计计算：根据模具结构初定4 根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为：根据预压力和模具的结构尺寸，由冲压模具设计手册表1-14初选出弹簧，其最大工作负荷校验是否满足式中：为弹簧最大允许压缩量，取9mm式中：弹簧的预压缩量，mm。卸料板的工作行程，mm，一般设计过程中取材料厚度加1mm。凸模的总修磨余量，mm，一般取35mm。在本次设计中，取，。所以，即因此该弹簧满足设计要求。弹簧参数详见表6.1表6.1 圆柱螺旋压缩弹簧参数弹簧外径钢丝直径节距最大工作负荷下的总变形量弹簧的自由长度最大工作负荷408.010.29652700装配高度： 6.2.3 卸料螺钉的选择根据该零件模具的总体设计，参照国标，选择圆柱头内六角卸料螺钉，型号为： M1290 GB2867.6-19816.3 定位零件的设计模具上定位零件的作用是使毛坯在模具上能够正确定位。毛坯在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。如图6.3中所示的销a；二是在与送料的垂直方向上的定位，通常称为送进导向，如图6.3中所示的销b、c。图6.3 挡料销定位示意图6.3.1 定位销上模座与模柄定位时，定位销采用M620 上模座与落料凸模定位时，定位销采用M650 上模座、橡胶垫板和成形凹模定位时，定位销采用M550 下模座与凹模板定位时，定位销采用M10506.3.2 挡料销挡料硝的作用是保证条料送进时有准确的送进距。其结构形式可分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销三种。根据该零件模具的总体设计，采用圆柱式固定挡料销。根据国标选择的挡料销为： A8 JB/T7649.10-2008第7章 模具的装配及总装配图7.1 模具的装配冲模的装配就是根据模具结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，将符合图样技术要求的模具零件，经适当协调加工后组装成满足使用要求的模具整体。在装配过程中既要保证配合零件的配合精度。又要保证零件之间的位置精度，对于需作相对运动的零部件，还必须保证它们之间的运动精度。因此，冲模装配是最后实现冲模设计和冲压工艺意图的过程，是冲模制造过过程中的关键工序。7.1.1 冲模的装配方法 由于冲模生产是属于单件小批量生产，装配时冲模零件的加工误差积累会影响装配精度，因此传统的冲模装配工艺基本上都是采用修配和调整的配作装配法。近年来，随着模具加工技术的飞速发展，采用了先进的数控技木及计算机加工系统，因面对模具零件可以进行高精度的加工，而且模具的检测手段日益完善，使模具装配工作变得越来越简捷。装配时，只要将加工好的零件直接联接起来，不必或少量修配就能满足装配要求。因此冲模的装配方法大致有以下两种。配作装配法，直接装配法。在装配过程中究竟选择上述哪种装配方法合适，必须充分分析该冲模的结构特点及冲模零件加工工艺和加工精度等因素，从选择最方便又最可靠的装配方法来保证冲模的质量。如在零件加工中，若主要采用了电加工机床，数控机床等精密设备加工，由于加工出来的零件质量及精度都很高，且模架又采用了标准模架结构，则可采用直接装配法。反之，如果不具备高精度加工设备，又没有采用标准模架，则只能采用配作装配法。7.2 总装配图通过以上设计，可得到如图7.1所示的模具总装配图。模具上模部分主要由上模板、橡胶垫板 、落料凸模、成形凹模及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以弹簧为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、成形凸模等组成。则模具的闭合高度图7.1 模具总装配三维图第8章 冲压模具合理使用与维护8.1 冲压模具的使用及维护（1）模具使用前应严格检查，清除杂物。有导向装置的模具，还应检查润滑是否良好。（2）经常检修压力机，保证压力机精度。（3）按安装程序将模具安装在压力机上，无导向装置的模具和导板模要仔细调整间隙。（4）冲压毛坯要清洁，并按要求均匀的涂好润滑剂。（5）凸、凹模刃口磨损后应及时刃磨，或则会加速刃口的磨损、降低冲压件质量和模具寿命。（6）用于大批生产的模具必须有备品，以便轮换使用保证正常生产的需要。（7）送料、出件使用的工、夹具应用软金属制成，以防意外损坏模具。（8）搬运模具要轻拿轻放，以免损坏模具的刃口及导向装置。超过50的中、大型模具要设计起吊装置以便搬运。（9）模具入厍存放前应清除废料及脏物，并在刃口和导向部分涂抹润滑油防锈。8.2提高模具使用寿命的途径（1）合理设计模具 设计模具时应选取合适的间隙值；保证足够的刚度；注意凸模形状设计；采用导向装置；降低模具表面粗糙度；适当选择模具硬度等。（2）正确选用模具材料 应根据模具的工作条件、性能要求和工厂实际情况选用模具材料。（3）保证热处理质量采用热处理新工艺 同样的模具材料，热处理工艺条件不同，其性能可能会出现很大的差异，因此在选择了合适的模具材料后，应根据模具的具体工作条件采用相应的热处理工艺并注意防止热处理缺陷。近年来，热处理新工艺发展迅速，其中以表曲强化处理应用较多，如电火花强化、渗氮、渗硼等，使模具表面具有高的硬度和耐磨性，从而提高模具的使用寿命。（4）保证加工质量和采用新的加工方法 锻造要注意改善碳化物偏析，以提高模具的冲击韧性、硬度和耐磨性。机加工要防止产生尖锐转角或过小圆角半径、表面刀痕、磨痕和裂口等缺陷，否则会引超应力集中。表面切削加工余量不足使脱碳层未全部除去，将导致模具发生早期磨损或开裂。参考文献1 刘建超，张宝忠. 冲压模具设计与制造M. 北京:高等教育出版社, 2010.1.2 周兆元，李翔英. 互换性与测量技术基础M. 北京:机械工业出版社, 2011.3.3 马朝兴. 冲压模具设计手册M. 北京:化学工业出版社, 2009.9.4 模具实用技术丛书编委会. 冲模设计应用实例M. 北京:机械工业出版社, 1999.6.5 杨占尧. 最新冲压模具标准及应用手册M. 北京:化学工业出版社, 2010.10.6 邹青，呼咏. 机械制造技术基础课程设计指导教程M. 北京:机械工业出版社, 2011.6.