USB接口工艺级进模具及送料机构设计

I 摘要摘要 本设计是针对 USB 接口的工艺及工装进行了分析和设计，USB 接口的设 计具有尺寸精度要求高，制作难度较大，结构复杂等特点。模具设计中的级进 模具具有生产效率高,加工精度高等特点，被广泛应用于多方面的生产中。USB 接口的加工工艺要求符合级进模的特点，因此，本设计采用多工位级进模具。 本文就 USB 接口的加工工艺进行了比较分析，确定了合理的加工工艺；就实际 生产状况，经过综合比较确定了模具结构，对模具的各个部分进行了必要的设 计分析；参考了相关模具设计资料，进行了必要的理论计算，以此使本设计更 加规范合理；在此基础上，就本设计中的模具进行了必须的经济效益分析。本 课题的任务就是制定出合理的工艺方案和设计出一套精良的实用的冷冲压模具 并且符合生产纲领的要求。在设计中要充分讨论工艺方案的合理性与模具结构 方案的适用性。 关键词：级进模，USB 接口,加工工艺 II Abstract Abstract:This design was aims at the USB connection the craft and the work clothes has carried on the analysis and the design, the USB connection design has the size accuracy requirement to be high, the manufacture difficulty was big, structure complex and so on characteristics. In the mold designs level enters the mold to have the production efficiency to be high, the working accuracy higher characteristic, is widely applied in various production. The USB connections processing technological requirement conforms to the level to enter molds characteristic, therefore, this design uses the multi-location level to enter the mold. This article has carried on the comparative analysis on the USB connections processing craft, has determined the reasonable processing craft; Produces the condition on the reality, underwent the synthesis to be quite definite the mold structure, has carried on the essential project analysis to molds each part; Has referred to the related mold design information, has carried on the essential theoretical calculation, causes this design by this to be standarder reasonably; Based on this, in this designs mold carried on must economic efficiency analysis. This topics duty is works out the reasonable craft plan and designs a set of excellent practical cold stamping mold, and meets the production guiding principle requirement. Must discuss the craft plan fully in the design the rationality and the mold organization plan serviceability Key word: The level enters the mold, the USB connection, the processing craft III 目录目录 前言1 1 概述.2 1.1 冲模设计概述2 1.1.1 冲模分类模.2 1.1.2 冲模基本结构组成.2 1.1.3 冲模设计前的准备工作及应具备的技术资料.3 1.1.4 冲模设计的内容和步骤.3 1.1.5 工艺方案的选择.4 1.1.6 模具结构的选择.4 1.2.冷冲压生产的特点5 2 工艺方案的确定.7 2.1 制定冲压工艺的主要内容：7 2.2 工件的加工工艺8 2.2.1 工艺方案的种类8 2.2.2 工艺方案的比较和确定9 3 模具设计.10 3.1 模具的总体结构设计10 3.1.1.模具类形的选择10 3.1.2 定位方式的选择.10 3.1.3 落料方式的选择.10 3.1.4 送料方式的选择.11 3.1.5 导柱、导套位置的确定.12 3.1.6 模具工序的安排.12 3.1.7 工件毛刺方向设计.12 3.2 模具的主要零部件设计13 3.2.1 工作零部件的结构设计13 3.2.2 定位零部件的设计13 3.2.3 模架零部件的设计14 4 尺寸计算.15 4.1 排样设计与计算15 4.1.1 排样方法的确定15 4.1.2 搭边值的确定16 4.1.3 条料步距和宽度的确定16 4.1.4 条料利用率的确定17 4.2 冲裁压力的计算17 4.3 卸料力、推件力和顶件力的计算17 4.4 压力机公称压力的计算18 4.5 冲模闭合高度的计算19 IV 4.6 送料机构斜楔的计算21 4.7 凸、凹模刃口尺寸的计算21 4.8 弯曲模尺寸的计算23 4.8.1 弯曲力的计算23 4.8.2 弯曲模具工作部分的计算24 5 经济技术性分析.26 结论27 参考文献28 致谢29 1 前言 冷冲压一般是以金属板料为原材料（也有采用金属管料和金属材料的） ，利用 压力机上的模具作往复运动，在常温下对金属板料内部产生变形的内力。当内力的 作用达到一定的数值时，板料毛坯或毛坯的某个部分便产生与内力的作用性质相对 应的变形，使板料分离（或局部分）或产生塑性变形，从而获得所需尺寸及形状的 零件 冷冲压模具生产率很高，操作简单，精度较高，而且易于实现自动化。U 盘接 口片完全可以采用冷冲压模具生产。另一方面，冷冲压所获得的零件无需进行切削 加工，因而是一种节省能源、节省原材料的无（或少）切削加工方法。冷冲件的尺 寸公差由冲模来保证，因此产品尺寸精度高，互换性好。 随着科学技术的发展，模具工业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，因此模具 CAD/CAE/CAM 正向集 成化、三维化、智能化和网络化方向发展，模具检测、加工设备向精密、高效和多 功能方向发展，模具材料及表面处理技术发展迅速，快速经济制模技术也发展比较 迅速。 由于我的水平有限，设计模具方面的经验也存在很多的不足，因此在设计方面 肯定存在疏漏与错误之处,请各位老师多多指导。设计中存在错误是不可怕的，可 怕的是把错误带到生产实践来。对待错误我们应该有良好的态度，及时地作出修改， 在修改错误的同时我们也在学习、进步。因此，深望广大老师提出批评与建议。同 时我也会不断完善自己，使自己在模具方面有更大的提升空间。 2 1 概述 现代工业的飞速发展，特别是机械制造业的快速发展,加上目前我国经济处于 高速持续发展阶段，经济全球化日趋明显，这为我国的冲压模具发展提供了良好的 条件和机遇。一方面国内冲模市场将继续高速发展，另一方面，国外冲模制作制造 逐渐向我国转移，我国的冲模工业水平不仅在量和质的方面将有很大提高，而且在 行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术方面也会取得较 大发展。 随着冲压技术的广泛发展和应用，各个工业部门几乎都离不开冲模，尤其是汽 车、电器、电机、仪表和日用品工业，其产品质量、生产效率、生产成本及产品更 新换代的快慢等，都在很大程度上取决于模具。因此，模具工业是带动各项工业产 品发展的先行工业。如何提供更好、更快、更多的模具，是模具工作者共同的重要 课题。 1.1 冲模设计概述 1.1.1 冲模分类模 冲模按冲压工艺性质分类有：切断模、落料模、冲孔模、切口模、剖截模、修 边模、整修模、精冲模、压弯模、卷边模、扭弯模、拉深模、成形模、翻孔模、翻 边模、胀形模、缩口模、校平模、整形模、压印模、冲中心模、冷镦模、冷挤模、 复合级进模等。 按模具的导向方式分有：导柱模、导板模、导筒模和无导向模等。 按机械化程度分有：手工操作模、半自动模、自动化模等。 按冲模材料分有：钢硬质合金铸铁低熔点合金聚氨酯橡胶等。 1.1.2 冲模基本结构组成 1) 工艺零件工作零件（凸模、凹模、凸凹模、刃口镶块） 定位零件（定位销、挡料销、导正销、导料板、定距侧刃、侧压器） 压料出料零件（压料板、卸料板、顶出器、顶销、推板、废料刀） 2) 构造零件支撑夹持零件（上下模板、模柄、固定板、垫板、行程限 制器） 导向零件（导柱、导套、导板、导筒 紧固件及其它（螺钉、销钉、弹簧起重钉、其他） 3) 传动及改变工作运动方向的零件（斜楔、滑块、凸轮、铰链接头） 3 1.1.3 冲模设计前的准备工作及应具备的技术资料 1）冲压件的图样和技术条件。如果只有样件而没有图样，可将样件进行 测绘，但需经有关人员确认后，才可做为模具设计的依据。 2）冲压工艺。有时，冲压工艺由模具设计人员来制订，但必须了解生产的 批量和可供选用的压力机型号。 3）压力机的技术参数，主要是与模具安装及工作有关的技术参数。 4）有关技术标准。如：原材料标准、模具标准件等。 5）冲模设计资料和模具结构图等。 1.1.4 冲模设计的内容和步骤 1) 分析冲压件的工艺性。根据冲压件图，分析其形状特点、尺寸大小、精度 要求及所用的材料是否符合冲压工艺要求。良好冲压工艺性应保证产品质量稳定、 工序数目少、材料消耗少、模具结构简单、操作安全和方便。如果发现冲压件的工 艺性很差，则应会同设计人员，在保证产品使用要求的前提下，对冲压件的形状、 尺寸、精度要求乃至原材料的选用，进行必要的、合理的修改。 2) 确定工艺方案。对于一个冲压件，其冲压工艺方案（包括工序性质、工序 数目、工序顺序及组合方式）可能有几个，应从质量效率成本和安全等方面进行分 析和比较，然后确定一个最适合于所给生产条件的最佳方案。 3) 在制定工艺方案时，有的需要进行必要的工艺计算，以确定毛坯形状和尺 寸，以及工序间尺寸等。只有产品（冲压件）的工艺性和工艺方案经确定后，才能 进行具体的模具设计工作。 4) 计算各工序压力，确形式定压力中心。 5) 确定压力机型号和模具安装尺寸。 6）画排样图和工序件图。 7）绘制冲模总图（下平面图、上平面图、和剖面图等） 。 8）设计评审。通常，对于较复杂的模具，需组织有经验的设计人员、工艺人 员、冲压工和模具维修工等，对模具结构进行评审，并提出改进意见。 9）根据评审意见修改冲模总图。 10）绘制冲模零件图。 11）零件土标注尺寸、公差及技术条件，必要的强度核算。 12）总图标注技术条件及注意事项。 4 1.1.5 工艺方案的选择 冲压工艺方案的内容包括：确定工艺程序、工序数目和顺序；确定合理的派样 和工序间尺寸；用单工序模还是复合模或连续模；是手工操作还是半自动化或自动 化模等。 为了确定工序数量，有时需要进行仔细的计算，如毛坯展开尺寸，工序尺寸， 材料消耗等。 为了更好的确定工艺方案，往往需要有几个不同的工艺方案来进行分析和比较， 最后选择一个最合理的工艺方案。再选择工艺方案时，必须考虑以下因素： 1）生产纲领。 2）冲压件的形状、尺寸、精度要求和材料性能等。 3）现有设备条件和生产技术水平。 4）模具设计、制造和维修的技术水平和能力。 5）生产准备的周期。 通常，在大批量生产时，为了达到高质量、高效率和低材料消耗的目的，采用 高效率的压力机和复杂、高效率的模具，毛坯和产品的送进和取出采用自动化或机 械化装置；在成批生产时，多采用单动式压力机和较简单的模具来生产，毛坯和产 品的送、取多采用手工或机械作业；在小批量生产时，为了降低成本，多采用间易 模具或组合模具、通用模具来生产，同时还应容许对零件进行机械和手工进精加工。 1.1.6 模具结构的选择 1.模具结构设计前应确认事项: 1）冲压件的工艺性。冲压件的形状、尺寸、精度和所用的材料，都应适合冲 压工艺要求。 2）冲压工艺方案的合理性。合理的工艺方案，应能包证产品（冲压件）质量， 同时又适合于所给的生产条件。 2.模具结构选择的主要内容: 1）模具的类型。 2）凸凹模的结构型式形状、尺寸、精度固定方式和镶拼方式等。 3）毛坯的送进、导向、定位型式。 4）毛坯和零件的压料卸料型式。 5）零件的取出和废料的排除方式。 6）模架及导向型式。 5 7）弹性元件的种类和型式。 8）模具起重型式。 9）模具安装到压力机的定位与加紧型式。 3.选择模具结构时应考屡的因素 1）冲压件的大小和形状及精度。 2）冲压工艺。 3）生产能量。 4）所使用的压力机。 5）上料和出件的方式。 6）操作安全和方便。 7）模具制造和维修技术。 8）生产准备周期。 9）成本。 1.2.冷冲压生产的特点 冲压生产是指常温下利用压力机并依靠模具是材料产生局部或整体变形，以获 得所需要的形状和尺寸制件的加工工艺。 冷冲压是一种先进的加工工艺，与其他加工方法相比在技术上和经济上有以下 优点： 1技术上： 1） 利用模具能冲出各种形状复杂的，精度一致的制件，能保证互换性。 2） 冲压生产是节约能源，节约材料的加工方法。冲压加工是直接采用轧制的 钢板和钢带，只要排样合理，可以极大的提高材料的利用率。 3） 冲压过程中，材料表面不易遭受破坏，制件表面质量好。 4） 操作简单，便于自动化，生产效率高，成本低，制件质量好的加工方法。 2经济上： 1） 原材料是冶金厂大量的廉价的轧制板材或带材。 2） 采用适当的冲压工艺后，可大量节约金属材料，可实现少切屑的加工方法。 材料利用率一般可达，因而制件的成本相应的较低。 3） 节省能源。冲压时可不需加热，也不像切削加工那样将金属切成碎屑而需 要消耗很大的能量。 4） 生产率高。每分钟一台冲压设备可生产零件几件到几十件。目前的高速冲 床生产率则每分钟高达百件甚至上千件。 6 5） 操作简单，便于组织生产。在大批量的的生产中，易于实现机械化和自动 化，进一步提高劳动生产率。 6） 对操作人员的技术要求不高。需要大量操作工人时，只需对他们进行简单 的培训即可。 冷冲压也有不足之处，主要缺点为： 1） 需要有专用模具，其制造周期长、费用高。因此，在生产批量小时，经济 上不合适。 2） 需要有制作精度较高、相适应于冲压工艺要求（满足相应的应力状态、符 合一定的变形要求）的模具。因此，有时不能制造出精度要求极高的制件。 按照不同的生产特点，冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来可以分为分离 工序和成形工序两大类。分离工序是指使板料按照一定的轮廓线分离而获得一定、 尺寸和切断面质量的冲压件；成形工序则是指坯料在不破坏的条件下产生塑性变形 而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序按冲压方式的不同又可分成 很多基本工序。有时也将其中的某些工序进行组合与装配。 冲压件的精度是有一定限制的，对于一般模具所能达到的精度为： 冲裁 级 光洁冲裁 级 精密冲裁 级 整修 级 冲孔 级 压弯 级 筒形拉深件的高度 级 带凸缘拉深件的高度 级 拉深件的直径 级 拉深件的厚度 级 冷挤压 级 立体成形（敞开式模具） 级 （封闭式模具） 周向尺寸 级 径向尺寸 级 以上是对有关冲压模具设计过程、冷冲压生产特点等有关内容所作的概述。 7 2 工艺方案的确定 2.1 制定冲压工艺的主要内容： 制定冲压工艺时，先要分析制件的工艺性。通常在分析制件的工艺性尚属合理 以后，列出几种不同的冲压工艺方案（包括工序性质、工序数、工序顺序、工序合 并等） ，进行综合分析、比较，然后确定适合具体生产的最经济的合理方案，并在 最经济的原则下决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，确定材料的消耗量最后根据制 定的工艺方案和制件的形状特点、精度要求、生产批量，模具加工条件，操作习惯 与安全性，以及现有设备的自动化装置等，确定冲模类型，选定设备的类型和压力 大小。以下为工件的展开图和工件成形后图样： 图 2.1 工件三视图 8 图 1.2 工件展开图 2.2 工件的加工工艺 工件材料为 2Cr13、厚度为 0.5mm 的优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能， 适合冲裁。工件加工有冲孔、落料、折弯三个工序。 ，工件结构比较复杂，有四个 2.52mm 的方孔，并且相距较近，外形结构比较复杂。该工件包含的工序大致有： 冲孔；落料；折弯；成形。冲孔时按 IT10 级计算。冲压加工材料由金属 材料和非金属材料，金属材料分黑色金属和有色金属两类，黑色金属材料由普通碳 素钢和优质碳素结构钢，由于碳素结构钢既保证机械性能又保证化学成分，主要用 于复杂的弯曲件和拉深件加工，具有较好的冲压工艺性。普通冲材加工的零件，由 于冲裁后材料的弹性恢复，将使冲孔件的尺寸与凸模尺寸，落料件尺寸与凹模尺寸 之间出现误差，导致冲裁件尺寸精度不高，一般为 IT10-IT14 级，经济精度为 IT12-IT14 级，由于冲裁时材料被剪裂破坏的，导致冲裁件断面粗糙不平，一般断 面粗糙度为 Ra100-6.3um，制件要求的公差等级为 IT10 级，所以，冲压件的尺寸精 度能满足工件要求。 综上，根据冲压件图，分析其形状尺寸大小，精度要求及所用的材料，此工件 较符合工艺要求。 虽然只有四个方孔，但考虑倒孔距尺寸和工件的刚度，并且还要冲出制件外形， 冲孔应该分两次完成。第一次冲第一、第三个方孔，第二次冲第二、第四个方孔。 由于考虑到最后要折弯成一个封闭型的工件，折弯也不能一次完成，也应分成三次 来完成，首先应折成 U 形的，之后折成半封闭形的，最后才能成型。折弯顺序应 该如图 2.3 图 2.3 9 2.2.1 工艺方案的种类 对于一个冲压件，其冲压工艺方案可能有几个，应从质量，效率，成本和安全 等方面进行分析和比较，然后确定一个最合适于所给生产条件的最佳方案。 综合考虑大致有如下几种方案： 方案一：一次冲孔；二次冲孔；落料；一次折弯；二次折弯；三 次成型；本方案采用单工序模生产。 方案二：一次冲孔；二次冲孔；落料；一次折弯，二次折弯；三次 成型；本方案采用复合模生产。 方案三：一次冲孔；二次冲孔；落料；一次折弯；二次折弯；三 次成型；本方案采用级进模生产。 2.2.2 工艺方案的比较和确定 方案一，模具结构简单，制造方便，成本相对较低，生产效率低，且更重要的 是在第一道工序完成后，进入下面的工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打 折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。故而不选此方案。 方案二，只是部分工序采用了复合模具，而其他的仍为单工序模，跟方案一比 较，跟本没什么有点，而且后面采用复合模具不能降低前面的误差，反而使成本增 加了。 方案三，采用了级进模生产，首先降低了工人的劳动强度，提高了生产效率， 因此也降低了生产成本。级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。它是在一 副模具内，按加工的零件，分为若干等距离工位，在每个工位上安排一定的冲压工 序，完成工件的某部分的加工，被加工材料经逐个工位冲压加工后，便完成工件的 冲压加工。在一副模具中可以连续完成冲裁，弯曲，拉深，成形等工序。一般来说， 无论冲压零件怎么复杂，冲压工序怎么多，均可用一副级进模冲压完成。虽然级进 模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，但是适用于大批量、小型冲压件的生产加 工，而该工件符合级进模大批量，小型冲压件的要求。所要生产的零件每年的市场 需求量大概是 100 多万件，需求量较大，市场前景较为广阔，因此需要模具具有较 高的生产效率，这样每件产品的成本才会降下来。 比较以上方案，复合模具的生产效率高，由于一套模具能完成若干工序，所以 大大减少了冲压设备的占用，减少了操作人员，减少了周转时间，提高了生产率。 而且提高了冲压件的质量，在复合模具中几道冲压工序在同一工位上完成，不用重 新定位，可以避免重新定位产生的误差，从而保证了冲压件的位置精度，而复合模 具的选择原则包括生产批量，冲压工件的精度，复合工序的数量等。而本设计中的 10 方案二复合工序只是很少一部分，因此不用复合模。级进模具是多工序冲模，在一 副模具上可以完成工件所需要的全部工序，比复合模具有更高的生产率；而级进模 具多为自动送料连续工作，手不必进入危险区，所以级进模具具有操作安全的显著 特点；级进模具易于实现自动化，包括自动送料，自动出料，自动叠片等；使用级 进模具可以减少占用压力机的数量，减少占地面积，减少半成品件的周转；级进模 适用于大批量生产加工，被加工零件要有足够的产量和批量。虽然采用级进模具材 料的利用率较低，级进模具使用带料或者条料，载体要有足够的强度，占用材料较 多，但综合比较各个方面，决定采用级进模具。 综合三个方案的比较，最后决定采取第三个方案。 3 模具设计 3.1 模具的总体结构设计 3.1.1.模具类形的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进模冲压，所以本套模具类形为级进模。 3.1.2 定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板；控制条料的 送进步距采用侧刃冲出。而冲孔过程因为条料有一定的搭边余量，可以靠操作 工人来确定。 3.1.3 落料方式的选择 根据模具冲裁的运动特点,该模具采用弹性卸料方式比较方便，而且在部分工 位卸料板还可以做压料板使用。上模座下降，落料凸模对工件落下坯料。结构简图 见图 3.1。 11 图 3.1 3.1.4 送料方式的选择 根据模具总体设计及综合考虑，送料方式分为两部分： 1）在落料之前，由于采用了侧刃冲出步距定位，只需要把条料沿着导料板往 前送即可。如用自动送料机构，则模具机构设计势必相当复杂，无谓增加制造成本。 所以只需要一个工人手工操作即可，安全方便。 2）在落料之后，由于工件的前进方向发生变化，人工送料难度极大，且相当 危险，须采用自动送料装置。上模座继续下降，斜楔推动滚轮使滑座连同推板向左 退出。当上模座上升时借拉簧之力，推板将落料平坯送入弯曲工位。结构简图见图 3.2。 12 图 3.2 3.1.5 导柱、导套位置的确定 为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模具，该复合模 采用滑动导向四导柱模架。 3.1.6 模具工序的安排 在级进模具中，包括多个工序，怎样合理安排各工序的顺序，对工件的质量和 模具成本影响很大。而各种工序的排列顺序可以参考以下原则：对于纯冲裁的级 进模，先冲形孔，伴随切去外形余料，最后得到完整的冲压工件。在切除外形余料 的过程中，应力求保持条料载体的足够强度；对于冲裁、弯曲的级进模，应先冲 孔和弯曲部分外形的余料，再进行弯曲，然后再冲去其余的余料，作后再冲那些靠 近弯边的孔和弯曲部分侧面有孔精度要求的侧壁孔；对于冲裁、拉深级进模，为 了获得较小的拉深因数，应先按排切口加工，再进行拉深，完成拉深工序后，再从 条料上冲下工件；对于带有拉深、弯曲工序的工件，应先进行拉深，然后再考虑 冲切周边余料，随后进行弯曲加工，这是因为再拉深过程中，周边材料流动量较大， 先拉深后弯曲可以避免零件变形；对于带有镦形的工件，为了保证镦形时便于材 13 料流动和减少镦形压力，在镦形前应该镦形部分周边余料适当切除，然后在安排镦 形，镦形完成后再进行一次精确冲切余料，方能达到所需的几何形状的尺寸精度， 如果再镦形部位还有冲孔加工，一般应先镦形后冲孔；对于带有镦形、弯曲加工 的工件，一般应先镦形，然后冲切余料，再进行弯曲加工。 经过分析比较，决定采用第种的工序排列。 3.1.7 工件毛刺方向设计 在冲压过程中，冲压工件经过凸、凹模冲切的最后切断面时出现毛刺的方向面。 工件提出毛刺方向要求时，应保证工件毛刺方向一致，一副模具冲出的工件不应有 正有反；对于有弯曲加工的工件，在设计条料排样时应使毛刺面保留在弯曲件的内 侧，这样不仅使工件外形美观，而且弯曲部位不会出现边口裂纹。本模具设计时， 工件的排样避免了毛刺的影响。 3.2 模具的主要零部件设计 3.2.1 工作零部件的结构设计 1）本模具冲孔、冲外形时的冲裁模的凸凹模刃口型式选用平刃，因为平刃的 刃口强度高，刃口尺寸不随修磨刃口平面而改变，适用于形状复杂，精度要求较高 的模具。刃口高度选取 5 毫米。凹模采用整体凹模，轮廓全部采用数控线切割机床 即可一次成型,安排凹模在模架上的位置时,要依据压力中心的数据,尽量保证压力中 心与模柄中心重合。在工艺允许的情况下，应适当加长冲裁凸模，以便减少修磨冲 裁凸模刃口相应修磨弯曲凸模基面的次数。 其轮廓尺寸可按资料计算: 凹模厚度 H=kb(查冲压模具设计手册，得 k=0.22) 取凹模厚度 H=70mm 凹模宽度 B 为 240mm(送料方向) 凹模长度 L 为 130mm 2）本模具采用的弯曲模具分三个部分，第一次先弯成 U 型，之后再进一步弯 成半封闭 U 型，最后弯成闭合图形，即 U 盘接口的形状。在弯曲模的设计中要注 意以下几点：应尽量使后续的弯曲工序的弯曲线于材料轧纹方向成一定夹角；弯曲 时，应先弯外角，后弯内角，前次的弯曲必须使后续的弯曲有合适的定位基准，后 续弯曲不影响前次弯曲的成型精度；确定弯曲方向时，应尽量使工件的冲裁断裂带 14 处于弯曲件的内侧；为了便于修磨冲裁刃口，应尽量使弯曲成型部分与冲裁部分相 当集中，先冲裁再弯曲，最后切断卸料。弯曲成型后的落料凸模长度，能保证弯曲 件在正常的闭模状态下不滞留在凹模内。 3.2.2 定位零部件的设计 结合本套模具的具体结构,考虑到工件的形状,设置侧刃冲出步矩和一个自动送 料机构起定距的作用；两个导料板起导料作用。 1）凹模固定采用螺钉紧固、销钉定位的方式，该方式紧固力大，定位可靠， 通用性较强，装拆方便。凸模采用热套和冷压，过盈配合固定，该方式紧固力大， 不易拆装。 2）工件在模具上的定位部分的采用平面滑移，导料板导向，送料机构定距的 方式。该定位方式送料和出件较方便，而且安装方便简洁。 3.2.3 模架零部件的设计 该模具采用滑动导向四导柱模架，这种模架的导柱在模具四周位置，冲压时可 以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格: 导柱:d/mmL/mm 分别为 16245(GB2851.781) 导套: d/mmL/mmD/mm 分别为 2011534(GB2851.781) 根据查表确定: 上模座厚度 H 上取 40mm,下模厚度 H 下取 50mm。则该模具的闭合高度 H 闭 为: H 闭=H 上模+H 下模+L+H-h=40+50+98+80-1=267mm 上式中: L凸模高度 98mm H凹模高度 80mm h凸模冲裁后进入凸凹模的深度 1mm 4 尺寸计算 4.1 排样设计与计算 4.1.1 排样方法的确定 根据工件的形状，综合分析工件的各工序在模具中的冲压顺序；模具的工位数， 及各工位的工作内容；工件在条料上的排列方式和方位，并反映出材料的利用率； 15 模具的步距尺寸和定距方式；条料的带宽、条料的纹向、送料方向；条料载体的设 计形式和模具的结构。确定采用无废料排样的方法是不可能做到，但是可以采用有 废料和少废料的排样方法。 条料在不断的送进过程中，经过不断的冲切余料，条料内连接冲压件运载前进 的这一部分材料称为条料的载体，也称之为搭边。载体的形式有双侧载体，单侧载 体及桥接载体和中间载体。双侧载体在条料的两侧都设计载体，被加工工件连接在 两侧载体中间，载体的两侧对称位置可冲导正钉，以提高导正精度。双侧载体送进 平稳，但是材料利用率低，等宽双侧载体比较常用，而不等宽双侧载体的宽的一侧 称为主载体，窄的一侧称之为副载体，一般导正钉都设计在主载体上，副载体上不 冲导正钉孔。单侧载体是在条料的一侧设计载体，各工位的冲件仅靠这侧载体运行 送进。导正钉孔多放在单侧载体上，因此送料精度不如双侧载体高。单侧载体应用 于厚度在 0.5 毫米以上的冲压件，对于细长的工件，也可设计为单侧载体，为了增 加载体强度，在每个冲压件之间适当位置用一小细条料连接起来，这种形式称为桥 接载体。中间载体为载体在条料的中间位置，一般适用于对称工件，最适合对称工 件两侧有弯曲的工件。综合以上材料，采用中间载体符合要求。 条料排样设计时，首先考虑被加工工件在全部冲压工序需分为多少个加工工位， 其中要设计几个空工位。 工位的确定：保证工件的精度要求和工件几何形状的正确，对于精度要求高的 部位，应尽量集中在一个工位一次冲压完成，以避免步距误差影响精度要求；对于 复杂的形孔与外形分断切除时，应力要求做到各段形孔的形状要简单、规则和容易 加工；对于在普通低速冲床上的级进模，多应用侧刃定距，为了减少步距的累计误 差，凡是能合并的工位，就不要分开，工位要尽量地少；多次拉深的级进模，由于 连续冲压，其拉深因数的选择应以安全稳定为原则；复杂的弯曲工件，应分数次弯 曲成形，不宜一次强行弯曲成形，必要时安排整形工序以保证工件质量。不作任何 加工的工位称为空位工位，增设空位工位是为了保证模具具有足够的强度，模具步 距较大时（一般步距大于 16 毫米） ，不宜多设空位工位，精度要求高、形状复杂的 工件应少设空位工位。 经过多次排样计算，本工件的排样图应该如下，如图 4.1 16 图 4.1 4.1.2 搭边值的确定 查冷冲模设计手册，侧面取搭边值：a1， =10mm 4.1.3 条料步距和宽度的确定 由搭边值和工件的尺寸可以得出步距为 34mm，冲侧刃宽度为 2mm。 4.1.4 条料利用率的确定 K3 = 100 1 00 3B L Fn 式中 K3板料的材料利用率； n3一张钢板上冲件总数； F冲裁件面积（mm2）； L0板料长度（mm）； 17 10646 34025 B0板料宽度（mm）。 由以上数据可知 n3 = 10，F = ab = 34 19= 646，L0 = 340，B0 = 19。 K3 = 100 = 76 4.2 冲裁压力的计算 F = Lt1 式中 F冲裁力（N）； L冲裁刃口周长（mm）； t材料厚度（mm）； 材料抗剪强度（MPa）。 在生产中，考虑到刃口变钝、间隙不匀和材料性能波动等因素，通常按下式计 算冲裁力： F = 1.3Ltb 1 式中 b材料抗剪强度（MPa）； 由冲模设计手册，查得 b = 340 MPa，由以上数据可知 L = 2（a+b） = 2（34 + 10 ）= 88，t = 0.5。 F 1.3Ltb = 1.388 0.5 340 = 19448N 4.3 卸料力、推件力和顶件力的计算 Fx = KxF1 Ft = nKtF Fd = KdF 式中 Fx、Ft、Fd分别是卸料力、推件力、顶件力（N）； Kx、Kt、Kd分别是卸料力系数、推件力系数、顶件力系数； F冲裁力（N）； n同时梗塞在凹模内的工件数。 由上述数据可知 F =1964.8，n = 1，由冲模设计手册查得 Kx = 0.04，Kt = 0.07 Kd = 0.07。 Fx = KxF = 0.04 19448 = 777.92 Ft = nKtF = 1 0.07 19448= 1361.36 Fd = KdF = 0.07 19448 = 1361.36 18 4.4 压力机公称压力的计算 压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。冲裁时的冲压力 Fz由冲裁力 F、卸 料力 Fx、推件力 Ft及顶件力 Fd组成。这些力在选择压力机时那些要考虑进去，应 该根据不同的模具结构分别对待，即 采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 Fz = F + Fx + Ft 4 采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时 Fz = F + Fx + Fd 采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 Fz = F + Ft 式中 Fz冲压力（N）； F冲裁力（N）； Fx卸料力（N）； Ft推件力（N）； Fd顶件力（N）。 由上述结果可知 F = 19448，Fx = 777.92，Ft = 1361.36，Fd = 1361.36 根据所设计的结构符合弹性卸料装置和下出料方式： Fz = F + Fx + Ft = 19448777.921361.36 = 21587.28N 根据以上计算结果,冲压设备选 J11-16。 其主要技术参数如下： 公称压力：160KN 公称压力行程：13mm 滑块行程：50mm 滑块行程次数：120 次/min 最大装模高度：300mm 装模高度调节量：45mm 导轨间距离：150mm 立柱距离：300mm 工作台尺寸（前后左右）：320mm450mm 滑块底面前后尺寸：140mm 19 4.5 冲模闭合高度的计算 冲模的闭合高度，是指冲模处于闭合状态（工作行程最底点）时，上模板的上 平面至下模板的下平面的高度。 冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应（图 4.2），通常应满足下列关系式： （Hmax 5） H （Hmin + 10）1 式中 Hmax压力机的最大闭合高度（mm）； Hmin压力机的最小闭合高度（mm）； H冲模的闭合高度（mm）。 图 4.2 闭合高度示意图 对于冲裁类冲模（图 4.3）不需考虑冲裁料厚（与料厚无关），但要考虑 刃口进入量 ： 20 图 4.3 刃口进入量 H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 1 式中 H冲模的闭合高度（mm）； h1下模板的厚度（mm）； h2上模板的厚度（mm）； h3凹模的厚度（mm）； h4凸模的厚度（mm）； h5垫板的厚度（mm） 凸模刃口进入凹模刃口的深度（mm）；对于普通冲裁模取 = 1，对于精密冲裁模取 = 0。 由所设计的模具可知 h1 = 50，h2 = 40，h3 = 65，h4 = 110，本设计为普通 冲裁模取 = 1。 H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 50 + 40 + 65 + 110 + 10- 1 = 274mm 4.6 送料机构斜楔的计算 冲模上的斜楔滑块结构，可以将上模座的垂直方向运动变成推料板的水平或者 倾斜方向运动。其中斜楔滑块角度与行程的关系如图 4.4 所示。 S = S1 tan1 21 S1 = S cot 式中 S1斜楔行程（mm）； S滑块行程（mm）； 斜楔滑块角度（）。 图 4.4 斜楔的计算 由所设计的装配图可知滑块行程 S = 80mm， = 60 S1 = S cot= 80 cot60=25.6mm 4.7 凸、凹模刃口尺寸的计算 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。确定刃口尺寸及制造公差时，须参考以下原则： 落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，因此设计落料模时， 一凹模位准，间隙取在凸模上，设计冲孔模时，以凸模为准，间隙设在凹模上；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 凸、凹模磨损到一定程度的情况下，任能冲出合格的零件；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。 由于模具加工制造方法的不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算方法和制造公 差也不同，分为两类： 1）凸模与凹模分开加工，这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造 公差，适用于圆形或简单形状的工件，为了保证间隙，应满足下式条件。 22 1 maxmin ZZ 凸凹 式中：凸模制造公差；凸 凹模制造公差。凹 冲孔凸凹模尺寸计算：设工件的尺寸为，根据刃口尺寸计算原则，冲 0 d 孔时应先确定凸模刃口尺寸，由于基准件凸模的刃口尺寸在磨损后会减小，因 此应使凸模的基本尺寸接近工件孔的最大尺寸，再增大凹模以保证最小合理间 隙，凸模的制造取负偏差，凹模取正偏差，计算见下式， min Z 1 min0 (2) d ddxZ 凸 凸 0 凸- 凹 （dx ) 式中：、冲孔凸、凹模尺寸（mm） ；d凸d凹 工件制造公差（mm） ； x因数，其值差手册。 （2.50.5 X 0.4）=2.7 1 d凸长 0 -0. 020 0 -0. 020 （20.5 X 0.4）=2.2d凸宽 0 -0. 020 0 -0. 020 （2.50.5 X 0.42 X 0.08）2.86d凹长 +0. 02 0 +0. 02 0 （20.5 X 0.42 X 0.08）2.36d凹宽 +0. 02 0 +0. 02 0 2）凸模与凹模配合加工，适用于形状复杂或者料薄的冲裁件，为了保证凸凹 模的间隙值，必须采用配合加工，此方法是先加工好其中的一件（凸模或者凹模） 作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使他们保持一定的间隙，该方 法的特定是：模具间隙是用配置的方法保证的，省去了公差计算，也容易加工；尺 寸标注简单，只需要在基准件上标注尺寸和公差，配置件仅标注基本尺寸和配合所 留间隙。冲孔时，先做凸模，以它为基准件配作凹模，保证最小的合理间隙值，落 料时，先做凹模，以它为基准件配作凸模，保证最小的合理间隙值。 凸、凹模配合加工的方法有利于获得最小合理间隙，放宽对模具加工设备的精 度要求，而冲模的生产规模多数情况下属于单件或者小批量生产，因此，多数工厂 均采用配合加工法生产凸模和凹模。 3）无论是分开加工法还是配合加工法，基准件（凸模或凹模）尺寸和公差计 算可以用以下公式： 磨损后增大的尺寸，以接近或等于工件的最小极限尺寸作为基准件的基本尺 寸，则 1 max0 () i i AAx 磨损后减小的尺寸，以接近或等于工件的最大极限尺寸作为基准件的基本尺 寸，则 1 0 max () i i BBx 23 磨损后不变的尺寸，以工件的中间尺寸作为基准件的基本尺寸，即 1 maxmin () 2 ii cc C 4.8 弯曲模尺寸的计算计算 4.8.1 弯曲力的计算 弯曲力是指完成预定弯曲时需要压力机所施加的压力，弯曲力包括自由弯 曲力和校正弯曲力。弯曲力是设计冲压工艺、选择压力机和设计模具时的重要 依据。弯曲力通常根据工件的宽度、厚度，材料的力学性能和模具的结构、尺 寸等采用经验公式来进行弯曲力的估算。 1）自由弯曲力的计算 V 形弯曲件按下式计算 1 2 1 0.6 b KBt F Rt U 形弯曲件按下式计算 1 2 1 0.7 b KBt F Rt 式中: 自由弯曲力（冲压行程结束，尚未进行校正弯曲时的压力） （N） ； 1 F B弯曲件宽度（mm） ； t弯曲件材料厚度（mm） ； R弯曲内半径（mm） ； 材料抗拉强度（MPa） ； b K安全因数，一般取 K1.3。 本模具设计中为 U 形弯曲，所以 278.46N 2 1 0.7 b KBt F Rt 2 0.7 1.3 34 0.5450 120.5 2）校正弯曲力的计算 校正弯曲力的计算按下式计算 1 2 FqA 式中：校正力（N） ； 2 F 单位校正力（MPa） ；q A工件被校正部分的投影面积（） 。 2 mm 24 4.8.2 弯曲模具工作部分的计算 1）U 形工件弯曲时，必须需要选择适当的间隙，间隙的大小对工件质量和弯 曲力有很大的影响，间隙过小，弯曲力大，工件变薄并降低模具寿命，间隙过大， 回弹较大，还会降低工件精度。V 形工件弯曲时，凸凹模间隙是靠调整压力机闭合 高度来控制的，不需要在模具结构上确定间隙。 U 形工件弯曲凸凹模间隙按下式确定： 1 min 2 z tnt 1 (1) 2 z tn 式中： 凸、凹模的单边间隙（mm） ； 2 z 材料的最小厚度（mm） ； min t t材料的公称厚度（mm） ； n因数，查表知，H 为弯曲件高度，B 为弯曲线长度。 本设计中的凸凹模间隙为： 0.50.05 10.55 1 (1+0.05)=1.05 2 z 2 z 2）凸模、凹模工作部分尺寸计算 用外形尺寸标注的弯曲件，工件为双向偏差时，凹模尺寸为: 1 () 2 A A LL 工件为单向负偏差时，凹模尺寸为: 1 3 () 4 A A LL 凸模按凹模配置，保证间隙为 Z。 T L 25 图 4.5 工件要求外形的模具尺寸 用内形尺寸标注的弯曲件，工件为双向偏差时，凸模尺寸为 1 () 2 t t LL 工件为单向正偏差时，凸模尺寸为 1 1 () 4 t t LL 凹模按凸模配置，保证间隙为 Z。 a L 图 4.6 工件要求内形的模具尺寸 式中：、凹模工作部分尺寸（） ； A L a Lmm 、凸模工作部分尺寸（） ； T L t Lmm 工件外部和内部的公称尺寸（） ；Lmm 工件公差（） ；mm Z弯曲模凸模于凹模双面间隙； 、凹模于凸模的制造偏差，采用 IT10。 A t 2