参考弹簧卡片多工位级进模模具设计

弹簧卡片多工位级进模设计 摘要.- 1 - 第一章 多工位级进模概述.- 2 - 1.1 多工位级进模的含义- 2 - 1.2 多工位级进模的特点- 2 - 1.3 对零件的基本要求- 3 - 1.4 多工位级进模的现状- 3 - 第二章 产品工艺性分析.- 5 - 2.1 产品工艺性分析- 5 - 2.2 材料成型性能分析- 5 - 第三章 毛坯的排样.- 7 - 3.1 多工位级进模排样设计原则- 7 - 3.2 毛坯尺寸计算- 8 - 第四章 冲压力的计算.- 14 - 4.1 冲裁力- 14 - 4.2 弯曲力的计算- 14 - 4.3 卸料力、推件力和顶件力- 15 - 4.4 总的冲压力- 16 - 第五章 模具刃口尺寸计算.- 17 - 5.1 弯曲工艺设计计算- 17 - 5.2 冲裁工艺设计计算- 21 - 第六章 模具结构零件设计.- 27 - 6.1 模架设计.- 28 - 6.2 模架的导向零件设计.- 29 - 6.3 支撑零件设计.- 30 - 6.4 弹性元件设计.- 31 - 6.5 紧固件设计.- 31 - 6.6 限位装置设计.- 32 - 第七章 模具工艺零件设计.- 33 - 7.1 工艺零件的设计原则- 33 - 7.2 工作零件的结构设计.- 33 - 7.3 侧向冲压机构- 35 - 7.4 多工位级进模的导料装置- 37 - 7.5 定距与定位.- 39 - 7.6 多工位级进模的卸料装置- 39 - 第八章 冲压设备的选择及其参数.- 42 - 8.1 冲压设备类型的选择- 42 - 8.2 冲压设备规格的选择- 42 - 第九章 模具的装配.- 44 - 9.1 模具的安装调试- 44 - 弹簧卡片多工位级进模设计 9.2 模具的总装图- 44 - 第十章结语与致谢.- 47 - 参 考 文 献.- 48 - 弹簧卡片多工位级进模设计 - 1 - 弹簧卡片多工位级进模的设计弹簧卡片多工位级进模的设计 摘要摘要: : : : 介绍了冲压生产弹簧卡片的多工位级进模的结构特点。该模具自动送料，采用侧刃定位 ,可 快速更换凸模和下模镶块；模具的重复装配精度高，寿命长；为了能自动送料，设置在下模的卸料 板上不得不安装“燕尾”型弯曲凸模，既可弹性压料又可刚性卸料。对同类零件的多工位级进模设 计具有指导意义。 关键词关键词：弹簧卡片,多工位级进模,自动送料,新型卸料板 DesignDesignDesignDesign ofofofof Multi-Multi-Multi-Multi-working-working-working-working-positionpositionpositionposition ProgressiveProgressiveProgressiveProgressive DieDieDieDie forforforfor SpringSpringSpringSpring CaliperCaliperCaliperCaliper AbstractAbstractAbstractAbstract: :Structure character of the multi-working-position progressive die, designed to produce the spring caliper on a punch machine, has been introduced. The innovations lie on its feeding material automatically, positioning material by two pitch punches, replacing all punches and the lower-die pieces rapidly, and its high repeated assembling precision and long life. In order to accomplish the automatic material feeding, the coattail-like bending punch has to be fixed on its stripping board which is set on the lower die. This new type stripping board can implement pressing material elastically and stripping material from punches rigidly.Itcanprovidesomeinstructionsfordesigningothersimilar multi-working-position progressive dies. KeyKeyKeyKeyWWWWordsordsordsords: :spring caliper; multi-working-position progressive die; automatic material feeding; new stripping board. 弹簧卡片多工位级进模设计 - 2 - 第一章第一章 多工位级进模概述多工位级进模概述 1.11.1 多工位级进模的含义多工位级进模的含义 冲模按其功能和模具结构，有单工序模、复合模和级进模之别。它们都是借助压力 机，将被冲的材料放入凸、凹模之间，在压力机的作用下使材料产生变形或分离，完成 冲压工作。 1）单工序模 指在压力机的一次行程中，完成一道冲压工序的冲模。 2) 复合模指模具只有一个工位，并在压力机的一次行程中，完成两个或两个以 上冲压工序的冲模。 3) 级进模 又称跳步模、连续模和多工位级进模，指模具上沿被冲原材料的直线送 进方向，具有至少两个或两个以上工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上完 成两个或两个以上冲压工序的冲模。常见的冲压工序有冲孔（圆孔和异形孔、窄缝、 窄 槽等） 、压弯（一次压弯和多次压弯） 、拉深、再拉深、整形、成形、落料等。由于冲压 件各不相同，所完成的冲压工序性质和工位数也各不相同。其所用的模具在统称级进模 的前提下，一般用制件名称或多少工位加制件名称冠在级进模的前面，以此称呼其不同 的级进模。此次设计的级进模可称为弹簧卡片多工位级进模。 1.21.2 多工位级进模的特点多工位级进模的特点 就其冲压而言，多工位级进模和其他冲模相比，其主要特点如下： 1) 所使用的材料主要是黑色或有色金属， 材料的形状多为具有一定宽度的长条料、 带料或卷料。因为它是在连续的几乎不间断的情况下进行冲压工作，所以要求使用的条 料应越长越好，对于薄料长达几百米以上、中间不允许有接头、料厚为 0.1-6mm，多数 使用 0.15-1.5mm 的材料，而且有色金属居多。料宽的尺寸要求必须一致，应在规定的 公差范围内，且不能有明显毛刺，不允许有扭曲、波浪和锈斑等影响送料和冲压精度方 面的缺陷存在。 2) 所用的压力机刚性要足够，精度好，而且滑块要能长期承受较大的侧向力。一 旦发生故障，压力机有急停功能。 3) 送料方式为按“步距”间歇或直线连续送给。不同级进模的步距大小是不等的， 具体数值在设计排样时确定， 但在送料过程中步距精度必须严格控制才能保证冲件的精 度和质量。 4) 冲压的全过程在未完成成品件前的毛坯件始终不离开（区别于多工位传递模） 条料和载体。 5) 适合大批量中小型定型产品零件的生产，冲压精度高，相当于 IT10-IT13。尺寸 弹簧卡片多工位级进模设计 - 3 - 一致性好，冲件均具有很好的互换性。 6) 生产率高。由于排样采用多排，一次冲压可以出多件。采用高速冲压，每分钟 冲次比普通冲压高出十多倍，生产率很高。 7) 在一副模具的不同工位上，可以完成多种性质的冲裁工序。工位数决定于冲压 工序的需要，原则上多少不受限制，一般而言，中小型件，都可以采用一副级进模冲压 完成。 8) 模具综合技术含量高。模具结构比较复杂，加工精度和制造技术要求高。没有 较先进的精加工设备和熟练而有经验的模具钳工，加工、装配、调试和维修均难以获得 完满效果。 9) 可以实现自动化生产。当模具调整好后，带料或卷料经开卷机、矫平机、驰长 式控制机、送料器、压力机和模具、制件收集器将废料切断或收卷等。可以不用人在设 备旁长期守着，一旦冲压过程异常，由于模具上装有安全保护装置，设备会自动停机， 故能实现冲压自动化生产。 10) 模具制造周期长，成本高。多工位级进模随工位数的增加，相应要加工的模具 零件数也多了，其中工作零件除采用常规方法加工外，精加工都要采用高精度的精密设 备，不仅加工周期长，而且工时费比普通加工高出许多，所以成本比普通冲模高。 11) 工件零件采用超硬材料制造，模具寿命长。由于多工位级进模可以将复杂的内 外型分解为有若干个工位冲成，每个工位的冲压复杂性相对比较简单。工作零件采用硬 质合金或钢结硬质合金，不但制造比较容易，也便于维修更换，使模具的使用寿命大大 延长，寿命最长的达亿次。 1.31.3 对零件的基本要求对零件的基本要求 一般情况下，零件较小，批量大，料厚较薄(0.08-2.5mm)，材质较软，零件形状较 复杂，贵重金属不宜(利用率较低)，精度过高不宜(IT10 级以下)。 1.41.4 多工位级进模的现状多工位级进模的现状 级进模在过去，因技术水平的限制（主要是制造高精度困难） ，工位数相对较少， 3-5 个常见，10 个工位就算多的了，10 个工位以上的就很少见了，所以多工位这个词过 去很少听到。近年来由于对冲压自动化、高精度、长寿命提出了更高的要求，模具设计 与制造高新技术的应用与进步，工位数已不再是限制模具设计与制造的关键，从目前了 解到的情况来看，工位间步距精度可控制在3um 之内，工位数已达十几个，多的已有 70 多个。冲压次数也大大提高，由原来的每分钟冲十几次，提高到每分钟冲几百次， 对 于纯冲裁高达 1500 次/min（带弯曲的加工 500-600 次/min） ，级进模的重量也有过去的 弹簧卡片多工位级进模设计 - 4 - 几十公斤增加到几百公斤，直至上吨。冲压方式有早期的手工送料、手工低速操作， 发 展到如今的自动、 高速、 安全生产。 调整好后的模具在自动检测的情况下实现无人操作。 模具的总寿命由于新材料的应用和加工精度的提高，也不再是早先的几十万次，而是几 千万次、上亿冲次。当然级进模的价格和其他模具相比要高一些，但在冲裁总成本中， 模具费用所占的比例还是很少。 由此可见，多工位级进模是当代冲压模具中生产效率最高、最适合大量生产应用， 已越来越多的广大的用户认识并应用的一种高效、高速、高质、长寿的实用模具。 多工位级进模的应用，反映在模具结构设计方面，它代表了对板料冲压工艺和变形 规律的全面认识，以及对该方面实践经验综合应用的水平高低。反映在模具制造方面， 集中体现在当代最先进的精密模具加工技术的发展与实践。 因此，多工位级进模的广泛应用，展示了现代冲压模具水平的一个重要标志。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 5 - 第二章第二章 产品工艺性分析产品工艺性分析 2.12.1 产品工艺性分析产品工艺性分析 弹簧卡片是交流接触器上夹紧和定位弹簧的一个冲压件， 材料为 10 号钢， 料厚 1mm， 生产批量很大。 其零件图如下， 中间有一个通孔， 孔的两旁有一对垂直朝下的撕开弯曲， 两臂为“燕尾”型朝上的弯曲。该零件涉及工序多，尺寸精度要求较高，采用级进模加 工，节约冲压设备和模具，提高经济效益。经分析，该弹簧卡片需要冲孔、切除废料、 切口、预弯、弯曲、切断等冲压工序。 零件图 此外，由于该工件没有标注公差，对于非圆形工件，取 IT14，冲模可按 IT11 级制造； 对于圆形工件可取 IT6-IT7 级制造。 2.22.2 材料成型性能分析材料成型性能分析 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。 主要化学化学成份为： 碳 C ：0.070.13 硅 Si：0.170.37 锰 Mn：0.350.65 主要力学性能为： 抗拉强度 b (MPa)：335 屈服强度 s (MPa)：205 伸长率 5 (%)：31 断面收缩率 (%)：55 弹簧卡片多工位级进模设计 - 6 - 在本设计中， 10 号钢用来制作弹簧卡片， 一般要进行的热处理工艺为淬火后低温回火 （回 火温度约为 150-250） ，热处理后硬度为 HRC45-50。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 7 - 第三章第三章 毛坯的排样毛坯的排样 多工位级进模的排样设计是多工位自动级进模设计的关键。排样图的优化与否， 不 仅关系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的难易程度和使用寿命等，而且直接关 系到模具各工位加工的协调与稳定。 3.13.1 多工位级进模排样设计原则多工位级进模排样设计原则 多工位级进模的排样，除了遵循普通冲模的排样原则外，还应考虑如下几点： 1）可以将展开轮廓绘制好，在绘制区反复试排，待初步方案确定后，在排样图的 开始端安排冲孔、切口、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排 制件和载体分离。 2）第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔。第二工位设置导正销对带料导正，在 以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的工位设置导正销，也可以在以后的工位中每 隔 1-2 个工位设置导正销。第三个工位根据冲压条料的定位精度，可设置送料步距的误 送检测装置。 3）冲压件上孔的数量较多，且孔的位置太近时，可分布在不同工位上冲出孔，但 孔不能因后续成形工序的影响而变形。对相对位置精度有较高要求的多孔，应考虑同步 冲出。因模具强度的限制不能同步冲出时，后续冲孔应采取保证孔相对位置精度要求的 措施。复杂的型孔可分解为若干简单型孔分步冲出。 4）为提高凹模镶块、卸料板和固定板的强度，保证各成形零件安装位置不发生干 涉，可在排样中设置空工位，空工位的数量根据模具结构的要求而定。 5）成形方向的选择要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。 6）对弯曲和拉深成形件，每一工位的变形程度不宜过大，变形程度较大的冲压件 可分为几次成形。这样既有利于质量的保证，又有利于模具的调试修整。 7）为避免 U 形弯曲件变形区材料的拉伸，应考虑先弯成 45，再弯成 90。 8）在级进拉深排样中，可应用拉深前切口、切槽等技术，以便材料的流动。 9）压筋一般安排在冲孔前，在突包的中央有孔时，可先冲出一个小孔，压突后再 冲到要求的孔径，这样有利于材料的流动。 10）当级进成形工位数不是很多时，制件的精度要求不是很高时，可采用压回条料 的技术，即将凸模切入料厚后，模具中的机构将被切制件反向压入条料内，再送到下一 个工位加工，但不能将制件完全脱离带料后再压入。 11）在级进模冲压过程中，各工位分段切除余料后，形成完整的外形，此时一个重 要的问题就是如何使各段冲裁的连接部位平直或圆滑，以免出现毛刺、错位、尖角等。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 8 - 因此应考虑分段切除时的搭接方法。 根据载体形式的不同将级进模排样分为无载体排样、边料载体排样、单载体排样、 双边载体排样、中间载体排样 5 种类型，经过整体考虑，此次设计采用的是中间载体排 样。 3.23.2 毛坯尺寸计算毛坯尺寸计算 弯曲件的展开长度是根据弯曲前、后中性层长度不变的原则进行计算的，中性层是计算 弯曲件展开长度的基准。其展开长度等于直线部分长度和弯曲部分中性层展开长度之 和。 中性层的位移系数x值 r/t0.70.811.2 x60.280.30.320.33 r/t1.31.522.5345678 x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5 查上表知：x=0.32 中性层半径xtr+=1+0.321=1.32mm L=8.172+36.02+2 360 135 2=58.58mm 故可得零件展开图如下： 弹簧卡片多工位级进模设计 - 9 - .1 搭边搭边 排样时冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料之间留下的工艺余料称为搭边。 (1)搭边的作用 1)起起补偿条料的剪裁误差、送料步距误差，以及补偿由于条料与导料板之间有间 隙所造成的松辽歪斜误差的作用 2)使凸、凹模刃口双边受力。由于搭边的存在，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线 冲裁。受力平衡，合理间隙不易破坏，模具寿命与工作断面质量都能提高 3)对于利用搭边拉条料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的 连续送进。 搭边过大，浪费材料。搭边过小，起不到上述应有的作用，过小的搭边还可能被拉 入凸模和凹模的间隙，使模具容易磨损，甚至损坏模具刃口。搭边的合理数值就是保证 冲裁件质量，保证模具较长寿命、保证自动送料时步被拉弯拉断条件下允许的最小值。 (2)选取搭边值要综合考虑以下因素： 1）材料的力学性能； 2）制件的形状与尺寸； 3）材料厚度； 4) 送料方式与挡料方式。 搭边值与沿边值通常由经验确定，如下表所示，搭边值与沿边值为普通冲裁时钢 （WC0.05%0.25%）的搭边值经验数据之一。 最小工艺搭边值 （mm） 材料厚度圆件及 r2t 的工件矩形工件边长 L50mm矩形工件边长 L50mm 弹簧卡片多工位级进模设计 - 10 - 或 r2t 的工件 工件间a1沿边 a工件间a1沿边 a工件间 a1沿边 a 0.25 0.25-0.5 0.5-0.8 0.8-1.2 1.2-1.6 1.6-2.0 2.0-2.5 2.5-3.0 3.0-3.5 3.5-4.0 4.0-5.0 5.0-12 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 查表知： 制件间1a=1.5mm沿边a=1.8mm 则可取1a=3mm，为计算方便取a=2.28mm .2 条料宽度与导尺间距离的计算条料宽度与导尺间距离的计算 条料的送进步距用侧刃定位时，条料宽度必须增加侧刃切去部分，可按下式计算。 条料宽度为： 0 1max 0, max 0 )5 . 1()2( +=+=nbaLnbaLB 导料板间距为： znbaLZBB+=+=5 . 1 max yLB+= max 1 aa75 . 0 = 式中 max L条料宽度方向冲裁件的最大尺寸，mm； a侧搭边值，mm，见冲压模具设计手册表 2-16； n侧刀数； 1 b侧刀冲切的条料宽度，mm，见冲压模具设计手册表 2-21； Z冲切前的条料宽度与导料板间的间隙， mm， 见 冲压模具设计手册 表 2-20， 为 0.5； y冲切后的条料宽度与导料板间的间隙， mm， 见 冲压模具设计手册 表 2-21， 为 0.1； 弹簧卡片多工位级进模设计 - 11 - 经计算：条料宽度 0 15. 0 0 65 =Bmm 导料板间距5 .65 =Bmm = 1 B58.68mm .3 送料步距送料步距 A A 条料在模具上每次送进的距离成为送料步距 （简称步距或进距） 。 每个步距可以冲出 一个零件，也可以冲出几个零件。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点 之间的距离。在此次设计中，依据工件的 2 个4.5mm 的距离，以及工件间的搭边确定 送料步距 A。 A= max L+ a 式中： max L工件的排样方向上的宽度(mm) a工件间搭边(mm) 故依据工件图可知， A=25 + 3 = 28mm 参照参考文献，多工位级进模步距精度的一般按照如下经验公式进行估算： k n 3 5 . 0 = 式中： 步距精度公差； 沿送料方向毛胚轮廓尺寸的精度提高三级后的公差值； k修正系数，见下表； n级进模的工位数； 修正系数 K 冲裁间隙 z(双面)/mmK 值冲裁间隙 z(双面)/mmK 值 0.01-0.030.850.12-0.151.03 0.03-0.050.900.15-0.181.06 0.05-0.080.950.18-0.221.10 0.08-0.121.00 说明：1）修整系数 k 主要考虑料厚和材质因素，并将其反应到冲裁间隙上去。 2）多工位级进模因工位的步距累积误差，所以标注模具每步尺寸时，应由第一 工位至其他工位直接标注其长度，无论这长度多大，其步距公差均为。 在本设计中，展开后验送料方向的最大轮廓尺寸是 28mm，在图排样图中共分 12 个 工位。尺寸 28mm 的 IT11 级公差值为 0.13mm。即=0.13。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 12 - 模具的双面冲裁间隙为0.13mm。 （见5.1.1凸凹模间隙值的确定）， 查表得K=1.03 。 即：n=10 =0.13mm K=1.03 则： =03 . 1 10 13 . 0 5 . 0 3 0.031mm 则这副多工位级进模的步距公差为0.031mm。 .4 材料的利用率材料的利用率 对冲裁件来说，由于产量大、冲压的生产率高，所以材料费用常会占冲件成本的 60 以上。材料利用率是一项很重要的经济指标。要提高材料利用率，就必须减少废料面 积。冲裁过程中所产生的废料可分为结构废料与工艺废料两种。结构废料是由工件的形 状决定的，而工艺废料则是由冲方式和排样方式所决定的。因此要提高材料的利用率只 要应从减少工艺废料着手，设计处合理的排样方案。但有时需要引起注意的是，在不影 响冲件使用性能的前提下，也可适当改变冲裁件的形状。 材料的利用率可以利用下式进行计算： = AB S 式中 -材料的利用率 S-一个步距内的工件的实际面积 A-送料步距 B-条料宽度 而依据 CAD 计算可得 A=1362.77mm 2 故可得： =74.9% 对弹簧卡片进行工艺分析时可知，该弹簧卡片需要冲孔、切除废料、切口、预弯、弯曲、 切断等冲压工序。具体的工序安排如排样图所示，其中 1 工位冲孔，2、3 工位切除两边 的废料，3、4 工位切除中间废料，5 工位为切口，6 工位是“U”形预弯，8 工位是朝上 的“燕尾型”弯曲，10 工位为切断。为了保证模具强度、保证各成形零件安装位置不发 生干涉，设置 7、9 工位为空工位。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 13 - 排样图 弹簧卡片多工位级进模设计 - 14 - 第四章第四章 冲压力的计算冲压力的计算 4.14.1 冲裁力冲裁力 冲裁力设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。压力机的吨 位必须大于所计算的冲裁力。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机 和设计模具的重要依据之一。 用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力 F 一般按下式计算 b KLtF= 式中 F冲裁力，N； L冲裁周边长度，m； t材料厚度，m； b 材料抗剪强度，MPa； K系数。 系数 K 是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、材料力 学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取 K=1.3。 为计算简便，也可按下式估算冲裁力 b LtF 式中 b 材料的抗拉强度，MPa。 经计算： 第 1 工位冲孔 1 F=231335=6314.6N 第 2、3 工位切除两边废料 2 F=（228+16.42）21335=48521.4N 第 3、4 工位切除中间废料 3 F=（3+19.29）41335=29868.6N 第 5 工位切口 5 F=(6+8+6+8)1335=9380N 第 10 工位切断 10 F=(3+10)21335=8710N 总的冲裁力为： = 冲裁 F1 F+ 2 F+ 3 F+ 5 F+ 10 F=102794.6N 4.24.2 弯曲力的计算弯曲力的计算 为了合理选择压力机和设计模具，必须较为准确地计算弯曲力。 弯曲力的大小不仅与毛坯尺寸、材料力学性能、弯曲半径以及模具间隙等因素有 关，而且与弯曲方式也有很大的关系。因此，在实际生产中，主要根据板料厚度、 宽 度及其力学性能等因素，采用经验公式或简便的理论公式来计算弯曲力。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 15 - 对于 U 形弯曲，其自由弯曲力为： tr kbt F b + = 2 7 . 0 自 式中 自 F弯曲结束时的自由弯曲力，N； b弯曲件的宽度，mm； t弯曲件的厚度，mm； r弯曲件的弯曲半径，mm； b 材料的强度极限，MPa； k安全系数，一般取 1.3。 经计算第 6 工位 U 形预弯 6 F=N625.3810 11 3351253 . 17 . 0 2 = + 对于 V 形弯曲，其自由弯曲力为： tr kbt F b + = 2 6 . 0 自 经计算第 8 工位燕尾型弯曲= 8 F2 11 3351253 . 16 . 0 2 + =6532.5N 总的弯曲力为： F= 86 FF+=10343.125N 4.34.3 卸料力、推件力和顶件力卸料力、推件力和顶件力 影响卸料力、推料力及顶件力的因素很多，要精确的计算是很困难的，在实际的生 产中，常用经验公式进行计算。 推件力为： FnKQ 1 = 推 顶件力为： FKQ 2 = 顶 卸料力为： FKQ 3 = 卸 式中n 同时卡在凹模中的零件数； F 冲裁力，N； 321 ,KKK 卸料力、推件力和顶件力系数，见下表； 弹簧卡片多工位级进模设计 - 16 - 推件力、顶件力、卸料力系数 材料厚度/mm 1 K 2 K 3 K 钢 40.065-0.075 0.1-0.50.0630.080.045-0.055 0.5-2.50.0550.060.04-0.05 2.5-6.50.0450.050.03-0.04 6.50.0250.030.02-0.03 故可取： 1 K=0.055 2 K=0.06 3 K=0.05 经计算各工位推件力、顶件力和卸料力如下表： 推件力/N顶件力/N卸料力/N 第 1 工位冲孔347.303378.876315.73 第 2、3 工位切除两边废料5337.3542911.2842426.07 第 3、4 工位切除中间废料3285.5461792.1161493.43 第 10 工位切断479.05522.6435.5 求和9449.2535604.8764670.73 4.44.4 总的冲压力总的冲压力 当采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲压力为： 推件弯曲冲裁 FFFF+=113137.725+9449.253=122586.978N 弹簧卡片多工位级进模设计 - 17 - 第五章第五章 模具刃口尺寸计算模具刃口尺寸计算 5.15.1 弯曲工艺设计计算弯曲工艺设计计算 弯曲模工作部分的设计主要是指凸、凹模的圆角半径和凹模的工作深度。对于 U 形 件的弯曲模则还有凸、凹模之间的间隙及模具横向尺寸。 .1 弯曲凸、凹模间隙值的确定弯曲凸、凹模间隙值的确定 对于 U 形件的弯曲，必须选择合适的间隙。间隙越小，则弯曲力越大；间隙过小， 会使零件边部壁厚减薄，以及发生划伤或拉长，降低凹模寿命。间隙过大，则回弹大， 降低零件的精度。凸、凹模单边间隙 Z 一般可按下式计算： cttctTZ+=+= maxmax 式中 Z弯曲凸凹模单边间隙，mm； t材料厚度的基本尺寸，mm； max 材料厚度的正偏差，mm； c间隙系数，见下表。 b弯曲件的宽度。 U 形件弯曲凸凹模的间隙系数c值 弯曲件 高度 H/mm 间隙系数 b/H2b/H2 材料厚度 t/mm 0.50.6-22.1-44.1-50.50.6-22.1-44.1-7.57.6-12 100.050.050.04-8- 200.050.050.040.080.060.06 350.070.050.040.080.060.06 500.100.070.050.000.060.06 700.100.070.050.000.100.08 100-0.070.050.05-00.08 150-0.100.070.05-00.10 200-0.100.070.07-50.10 注：当工件精度要求较高时，其间隙值应当适当缩小，去 Z=t。 本次设计中， U 形弯曲时，b=25mm，H=9.78mm，t=1mm，查上表知c=0.1 cttctTZ+=+= maxmax =1.1mm。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 18 - .2 凸模圆角半径的确定凸模圆角半径的确定 如果弯曲件的弯曲半径没有做明确规定，则取 凸 r=（1-3）t。 若弯曲件的弯曲半径为r，则 凸 r=r，但弯曲件的弯曲半径不得小于下表所列数值。 若弯曲半径r较大，精度要求较高时，应考虑回弹的影响，凸模圆角半径 凸 r应根据 回弹角大小做相应的调整。 板料最小弯曲半径 材料 最小弯曲半径 退火或正火冷变形强化 弯曲线位置垂直 于纤维 弯曲线位置平行 于纤维 弯曲线位置垂直 于纤维 弯曲线位置平行 于纤维 08、100.1t0.4t0.4t0.8t 15、200.1t0.5t0.5t1t 25、300.2t0.6t0.6t1.2t 35、400.3t0.8t0.8t1.5t 45、500.5t1t1t1.7t 55、600.7t1.3t1.3t2t 65Mn、T71t2t2t3t TiNiCr91811t2t3t4t 软杜拉铝1t1.5t1.5t2.5t 硬杜拉铝2t3t3t4t 磷铜-1t3t 半硬黄铜0.1t0.35t0.5t1.2t 软黄铜0.1t0.35t0.35t0.8t 紫铜0.1t0.35t1t2t 铝0.1t0.35t0.5t1t 注：1、当弯曲线与纤维方向成一定角度时，可采用垂直和平行纤维方向二者的中间数值。 2、在冲裁或剪裁后没有退火的材料视为硬化的金属选用。 3、弯曲时应使有毛刺的一边处于弯角的内侧。 4、表中t为板料厚度。 本次设计中，r=1mm，则 凸 r=r=1mm，满足要求。 .3 凹模的圆角半径及凹模的工作深度凹模的圆角半径及凹模的工作深度 凹模圆角半径，通常根据材料的厚度选取。 t2mm 时，= d r（3-6）t 弹簧卡片多工位级进模设计 - 19 - t=2-4mm 时，= d r（2-3）t t4mm 时，= d r2t 本次设计中，t=1mm，= d r（3-6）t=3-6mm，可取= d r3mm。 弯曲凹模的深度尺寸大小，与弯曲件的形状及弯曲方式有关。其凸模、凹模的结构 尺寸可查下表。 本次弯曲 U 形件时， 弯曲高度不大且要求两边平直， 则凹模深度应大于零件的高度， 如弯曲模的结构图所示。图中 E 值见下表。 弯曲 U 形件凹模的 E 值 材料厚度t/mm11-22-33-44-55-66-77-88-10 E/mm3456810152025 弯曲模的结构图 综上知， p r=1mm，= d r3mm，E=4mm。 .4 凸、凹模工作部分的尺寸与公差凸、凹模工作部分的尺寸与公差 弹簧卡片多工位级进模设计 - 20 - 如上图所示，弯曲件用外形尺寸标注，工件为单向偏差， 凹模尺寸为： d LLd + =) 4 3 ( 凸模尺寸为： P ZLL dp =)2( 式中 dp LL,凸模和凹模宽度，mm； L弯曲件宽度的基本尺寸，mm； 弯曲件宽度的尺寸偏差，mm； Z凸模与凹模间隙（单边） ，mm； dp ,凸凹模的制造偏差，mm。 可算得： d LLd + =) 4 3 (= 03. 0 0 555.39 + P ZLL dp =)2(= 0 02 . 0 355.37 综上可知： 第 6 工位 U 形弯曲凸、凹模尺寸如下 凸凹模间隙：cttctTZ+=+= maxmax =1.1mm 凸模尺寸为： p r=1mm， P ZLL dp =)2(= 0 02. 0 355.37 凹模尺寸为：= d r3mm， d LLd + =) 4 3 (= 03. 0 0 555.39 + ，E=4mm 同理可得第 9 工位“燕尾”型弯曲凸凹模尺寸（采用滑楔水平运动成形,按 V 形弯曲处 理） 弯曲 V 形件的凹模深度及底部最小厚度 弯曲件边 长 L/mm 深度及最小厚度/mm 材料厚度2mm材料厚度 2-4mm材料厚度4mm h0 L h0 L h0 L 10-252010-152215- 25-502215-2027253230 50-752720-2532303735 75-1003225-3037354240 100-1503730-3542404750 弹簧卡片多工位级进模设计 - 21 - 查上表知： 0 L=10mm,=h20 凸凹模间隙靠压力机的闭合高度控制。 凸模尺寸为： p r=1mm， 凹模尺寸为：= d r3mm，)(8 . 06 . 0( trr pd +=1.2-1.6mm，可取 d r=1.5mm 5.25.2 冲裁工艺设计计算冲裁工艺设计计算 .1 冲裁凸、凹模间隙值的确定冲裁凸、凹模间隙值的确定 凸凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力等有较大 影响，所以必须选择合理地间隙。合理间隙确定的方法如下： 1）理论确定法 依据上下裂纹重合，用几何方法推导，实用上意义不大。 2）经验确定法 在模具设计时合理间隙的值一般通过查表来确定。 电气仪表行业常用的合理间隙值，查冲压模具设计手册表 2-24 知，冲裁模双 面间隙值Z=0.13-0.16mm，可取Z=0.13mm。 .2 冲裁模刃口尺寸计算的原则冲裁模刃口尺寸计算的原则 冲裁件的尺寸精度主要取决与模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具 刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任 务之一。它的确定需要考虑到冲裁变形的规律、冲裁件的精度要求、模具磨损和制造特 点等情况。从生产实践中可以发现落料件的尺寸接近凹模刃口尺寸，冲孔件的尺寸接近 于凸模刃口尺寸，在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺 寸为基准，即落料与冲孔都是以光亮带尺寸为基准的。考虑以上情况，在决定模具刃口 尺寸及其制造公差时应该遵守以下原则： 1）由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的 大端尺寸等于凹模尺寸，间隙取在凸模上；冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸，间隙取 弹簧卡片多工位级进模设计 - 22 - 在凹模上。因为在使用中，随着模具的磨损，凸、凹模之间间隙将会越来越大，所以初 始设计时，凸凹模间隙应该取最小合理间隙。 2）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大， 结果使间隙越来越大，故在设计落料模时，凹模公称尺寸应该取工件尺寸公差范围的较 小尺寸；设计冲孔模时，凸模公称尺寸应该取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。这样才 能保证凸模与凹模在受到一定的磨损情况下仍能够冲出合格工件 3）凸、凹模的制造公差主要与冲裁件的精度和形状有关。一般比冲裁件的精度高 23 级。若工件没有标注公差，则对于非圆形工件安国家“配合尺寸的公差数值”IT14 级处理，冲模则可按 IT11 级制造；对于圆形工件可按 IT6IT7 级制造模具。 本次设计中，工件尺寸按 IT14 级处理，冲模按 IT11 级制造。 .3 冲裁凸、凹模刃口尺寸计算冲裁凸、凹模刃口尺寸计算 凸、凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。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。 冲裁凸、凹模分开加工时的尺寸计算冲裁凸、凹模分开加工时的尺寸计算 用这种方法加工凸、凹模时，要分别标注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差，一般 适用于形状比较规则的冲裁件，如圆形或矩形件。 设工件孔的尺寸为 + d，根据冲裁模刃口尺寸计算原则，冲孔应先确定凸模刃口尺寸， 间隙取在凹模上。其计算公式为： 冲孔凸模刃口尺寸 p ddp +=)( 冲孔凹模刃口尺寸 dd ZdZdd pd + +=+=)()( minmin 式中 p d， d d冲孔凸模和凹模尺寸，mm； d落料件工件孔的基本尺寸，mm； min Z最小合理间隙（双面） ，mm； dp ,凸模和凹模的制造公差，mm，见下表 1； 磨损系数，与制造精度有关，见下表 2； 工件的制造公差，mm。 表 1 规则形状（圆形、矩形）冲裁凸、凹模的制造公差表 （mm） 基本尺寸凸模偏差凹模尺寸 18-0.020+0.020 18-30-0.020+0.025 弹簧卡片多工位级进模设计 - 23 - 30-80-0.020+0.030 80-120-0.025+0.035 120-180-0.030+0.040 180-260-0.030+0.045 260-360-0.035+0.050 360-500-0.040+0.060 500-0.050+0.070 表 2 磨损系数 工件形状 非圆形圆形 10.750.50.750.5 工件精度IT10 以上IT11-IT13IT14IT11-IT13IT14 由上知，工件精度为 IT14，故选择磨损系数=0.5 经计算： 第 1 工位冲孔 +0.3 0 6 冲孔凸模刃口尺寸 p ddp +=)(= 0 02 . 0 )3 . 05 . 06( += 0 02 . 0 15. 6 冲孔凹模刃口尺寸 dd ZdZdd pd + +=+=)()( minmin = 02 . 0 0 28. 6 + 第 3、4 工位切除中间废料（见右图） 工件尺寸 25.0 0 3 + 凸模 0 02. 0 125. 3 = p d 凹模 02.0 0 255.3 + = d d 工件尺寸 52.0 0 22 + 凸模 0 02.0 26.22 = p d 凹模 025.0 0 39.22 + = d d 弹簧卡片多工位级进模设计 - 24 - 冲裁凸、凹模配合加工时的尺寸计算冲裁凸、凹模配合加工时的尺寸计算 先根据冲裁件尺寸和公差加工凸、凹模中的一件（落料时先加工凹模，冲孔时先 加工凸模） ，再以该件为基准件加工另一件，使它们之间保持图纸规定的合理间隙。 这样，在基准件上标注尺寸和制造公差，而配作的另一件上只标注公称尺寸，在技术 第 10 工位切断（见右图） 工件尺寸 25.0 0 3 + 凸模 0 02.0 125.3 = p d 凹模 02.0 0 255.3 + = d d 工件尺寸 36.0 0 10 + 凸模 0 02.0 18.10 = p d 凹模 02. 0 0 31.10 + = d d 第 5 工位切口（见右图） 由以上知， 冲裁单边间隙 2 Z=0.065mm 弯曲单边间隙 1 Z=1.1mm， E=4mm， p r=1mm， d r=1mm p d= 0 02. 0 15 . 5 d d= 02 . 0 0 315. 6 + 弹簧卡片多工位级进模设计 - 25 - 要求中注明配作，保证双面间隙 Z=0.13mm 即可。 第 2、3 工位侧刃切除两边废料 （冲孔） 以凸模为基准件来配作凹模，凸模刃口尺寸的确定，要考虑不同的磨损情况，分三种情 况计算。 下式中 PPP CBA,凹模尺寸，mm； CBA,相应的冲裁件基本尺寸，mm； 冲裁件公差，mm； 冲裁件偏差，mm； p 凹模制造偏差，mm； A 第一种，凸模磨损后变小的尺寸。 p AAp +=)( 1）工件尺寸 3 . 0 0 6+凸模 0 02. 0 15 . 6 2）工件尺寸 43. 0 0 16+凸模 0 02 . 0 215.16 3）工件尺寸 52. 0 0 28+凸模 0 02. 0 26.28 B 第二种，凸模磨损后变大的尺寸。 p BBp + =)( C 第三种，凸模磨损后没有变化的尺寸。 冲裁件孔尺寸标注为 + C时： CCp(=+ 2 )5 . 0 P 冲裁件孔尺寸标注为 C时： CCp(=- 2 )5 . 0 P 弹簧卡片多工位级进模设计 - 26 - 冲裁件孔尺寸标注为 C时： 2 p p CC = 工件尺寸 075. 0 075. 0 5+ 凸模01. 05 按上述方法设计制造凸模，凹模按其尺寸配作，保证最小间隙 min Z在凹模零件图技 术要求中注明即可） 。 弹簧卡片多工位级进模设计 - 27 - 第六章第六章 模具结构零件设计模具结构零件设计 多工位级进模的结构随着制件的形状和要求不同而变化， 但基本结构所包含的的内 容是相同的。与普通模具相比，多工位级进模具有如下特点： 1）支撑牢固 因产品尺寸精度和定位要求都非常高，为保证模具的稳定性，通常采用自制 45 钢 模架（或标准钢制模架） 。板类零件常有 8 块，自上而下分别由上模座、上模垫板、凸 模固定板、卸料背板、卸料板、凹模固定板、下模垫板和下模座，这种结构称为 8 板结 构（也有 7 板结构，则没有卸料背板） 。有时，为了满足合模高度，会在上模加装一块 顶板，或在下模安装模脚。 2）导向精度 上下模导向采用滚珠型外导向组件。同时，因产品批量大，模具寿命要求长，外导 柱选用了可拆卸结构，导套采用专用的厌氧树脂粘接固定，以降低孔的加工难度，提高 装配可靠性。凸模固定板、卸料板及凹模固定板的相对定位由内导组件保证。 3）导料准确 多工位级进模一般采用卷料供料，模内用导料板导料，送料粗定居依靠模外自动送 料装置和模内的侧刃结构。有时也