吊耳冲压模具设计.doc

宜宾职业技术学院宜宾职业技术学院 毕业设计 题目：吊耳冲压模具设计题目：吊耳冲压模具设计 系系 部部 现代制造工程系现代制造工程系 专专 业业 名名 称称 模具设计与制造模具设计与制造 班班 级级 模模 具具 11041104 班班 姓姓 名名 薛薛 奎奎 指指 导导 教教 师师 郭郭 晟晟 20122012 年年 1010 月月 1616 日日 宜宾职业技术学院 毕业论文(设计)选题报告 姓名薛奎性别男学号201013099系部 现代制造 工程系 专业 模具设计 与制造 论文(设计) 题目 吊耳冲压模具设计 课题来源 生产 课题类别 设计类 选做本课题的原因及条件分析： 原因:吊耳模具设计运用到大学几年所学到的相关知识，主要涉及到模具总体设计，主 要部件计算,模具总装图，模具辅助零件设计，模具的装配等；通过本次设计能加深并巩固 已学的专业知识和技能能提高分析和解决问题的能力；同时也能检验我专业知识和实践能力。 条件：本人通过这三年的专业学习，具有较扎实的冲压模具知识和技能；能运用 autocad、ug 等工具进行设计；同时还有模具模型可供我们使用并且有好的网络及图书资源， 更有经验丰富的指导老师。我相信在指导教师的辅导下我一定能顺利完成本课题。 因此，我们申请此课题，望指导老师及系领导批准。 内容和要求 内容：收集相关资料，对吊耳零件进行 分析，确定吊耳冲压模具设计方案；对 落料、冲孔成型零件（凸模、凹模）进行结构设计；对落料、冲孔成型零件相关参数 进行设计计算；绘制成型零件的零件图和模具辅助零件图；编写设计说明书、绘制模 具装配图。 要求：毕业设计做到结构合理、参数准确、图纸符合国家标准，冷冲压机构设计 符合国家标准 gb/2875规定。设计做到立论正确，论述充分，结构严谨合理，文 字通顺，专业用语准确，书写工整规范 指导 教师 意见签名： 年 月 日 附表 2 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）指导教师成绩评定表 学生 姓名 薛奎 学生 学号 201013099 班级模具 1104 题目吊耳冲压模具设计 评价内容具 体 要 求分 值评 分 调查论证 能独立查阅文献和从事其他调研；有收集、加工各种信 息及获取新知识的能力。 10 分析及实践 能力 理论分析与计算正确，有较强的实际动手能力、分析能 力和计算机应用能力。 20 基础理论与 专业知识 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能对课 题进行理论分析，得出有价值的结论。 20 论文（设计） 写作质量 立论正确，论述充分，结论严谨合理；分析处理科学； 文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写 工整规范，图表完备、整洁、正确；论文有应用价值、 设计结果达到要求。 30 学习态度与 工作质量 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工 作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。 10 创 新 有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 总分 系部毕业论文（设计）领导小组意见： （签章） 年 月 日 指导 教师 评语 是否可以提交答辩是否 指导教师签字 年 月 日 附表 3 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）评阅教师成绩评定表 学生姓名薛奎学生学号 201013099 班级模具 1104 题目吊耳冲压模具设计 评价内容具 体 要 求分值评分 文献综述 综述简练完整，有见解；有收集、加工各种信息及获取新 知识的能力。 10 论文（设计） 写作质量 立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处 理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用 价值、设计结果达到要求。 70 工作量及 难度 工作量饱满，难度较大。 10 创 新有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 总分 评阅 教师 评语 是否可以提交答辩是否 评阅教师签字 年 月 日 附表 4 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）答辩记录表 学生姓名薛奎学生学号 201013099 班级模具 1104 题 目吊耳冲压模具设计 答辩小组成员 姓 名职称工作单位备注 曾欣讲师宜宾职业技术学院 唐永艳副教授宜宾职业技术学院 刘咸超助教宜宾职业技术学院 董振森高级技师宜宾 812 厂 刘宗义工程师普什模具公司 答辩中提出的主要问题及学生回答问题的简要情况： 答辩小组代表签字： 年 月 日 附表 5 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）答辩成绩评定表 学生姓名薛奎学生学号 201013099 班级模具 1104 题 目吊耳冲压模具设计 姓名曾欣唐永艳刘咸超董振森刘宗义 答辩小组 成员 职称讲师副教授助教高级技师工程师 评价内容具 体 要 求分值评分 报告内容 思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科 学，分析归纳合理；结论严谨；论文（设计）结果有应用价值。 40 答 辩 回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有 深度。 30 创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 综合素质 能合理运用挂图、幻灯、投影或计算机多媒体等辅助手段，用 普通话答辩。 10 报告时间报告时间控制在要求的时间范围之内。 10 答辩成绩 答辩小组代表签字： 年 月 日 附表 6 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）综合成绩评定表 学生姓名薛奎学生学号 201013099 班级模具 1104 题 目吊耳冲压模具设计 成绩权重得 分 指导教师评定成绩 30% 评阅教师评定成绩 30% 答辩成绩 40% 毕业论文（设计）综合成绩 （百分制） 毕业论文（设计） 答辩委员会 审定意见 主任签字 年 月 日 学院意见 年 月 日 注：综合成绩=指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩成绩40% 吊耳冲压模具设计 摘 要 本文针对吊耳零件设计了复合模。该模具设计的难点主要是如何解决好零件 中的孔冲裁、确定模具结构、如何进行模具的制造及冲裁方案选定等。本文结合 吊耳零件的特点，具体解决了压力机的选择与校核、凸模和凹模刃口尺寸计算及 结构设计、定位方案设计、卸料方式的设计、主要模具零件的加工工艺、标准零 件的选用等一系列的设计工作，这些设计可为类似的零件模具设计提供现实的指 导意义。此次模具设计的突出特点是尝试使用复杂的复合模具，解决常规冲压工 艺模具套数多、工艺路线长、生产成本高、效率低等缺点，并为以后此类零件冲 压模具设计提供了可靠的依据。 关键词：复合模；冲裁力；冲裁间隙 目目 录录 1 绪论.1 2 冲压件工艺分析.2 2.1 冲压的工艺方案分析与确定.2 2.2 定位方式的选择.3 2.4 吊耳零件有关工艺与设计.4 2.4.1 排样方式的确定及其计算.4 2.4.2 条料宽度的确定.5 2.4.3 确定步距.7 2.4.4 材料利用率.7 3 模具总体设计.8 3.1 冲压力与压力中心计算.8 3.1.1 冲压力计算.8 3.1.2 压力中心计算.10 3.1.3 冲裁模间隙的确定.12 3.2 工作零件刃口尺寸计算.14 3.2.1 刃口尺寸确定的原则.14 3.2.2 刃口尺寸确定的方法.14 3.2.3 刃口尺寸计算.15 3.3 工作零件结构设计.17 3.3.1 冲孔凸模设计.17 3.3.2 落料凹模设计.18 3.3.3 凸凹模设计.20 4 其它模具零件的设计.23 4.1 卸料板的设计.23 4.2 垫板的设计.24 4.3 凸模固定板设计.25 4.4 凸凹模固定板.26 i 4.5 模架的选用.27 4.6 压力机的规格选用.28 5 标准零件的选用.31 5.1 活动挡料销及导料销.31 5.2 推杆.31 5.3 圆柱销.31 5.4 卸料螺钉.31 5.5 内六角圆柱头螺钉.32 5.7 卸料弹簧.33 5.8 导柱导套.33 5.9 模座.34 6 模具总装配图.35 结论.37 致谢.38 参考文献.39 附录.40 零件图 a 40 装配图 b.40 0 1 绪论绪论 现代模具行业是技术、资金密集型的行业。现代模具是高技术背景下的工艺 密集型工业, 是高技术人才密集型行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各 业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。 冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等） 、一 次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。提高冲模技术水平有利于获 得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。 冲压就是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分 离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。吊耳件运用于较多的机 械产品和生活用品中，例如：桶，卷扬机整体起吊用吊耳。其上的电机、减速器 等的起吊用吊环螺钉。吊耳常设在机架等处，有铸造、锻造或焊、接铆接等形式， 不可拆卸，承载能力大且稳定，常用于设备的整体起吊。吊环螺钉属于可拆卸形 式，常用于独立小部套的起吊。 本次设计零件一般是冲裁件，材料是 45 钢，厚度是根据受力情况而定，精 度等级也根据用途而定，一般为 it12it14 级，大批量生产本设计注重在模具 的设计方案、方法上面。零件简单，但属于金属加工，有较难的模具加工工艺， 所以必须采用复合冲裁或级进模冲裁才能冲出工件。这样冲出的工件才具有更高 的精度，且加工速度也可得以提高。 1 2 冲压件工艺分析冲压件工艺分析 图图 2-12-1 吊耳零件图吊耳零件图 工件名称：吊耳 生产批量：大量 材料：45 钢 材料厚度：2mm 此工件只有落料和冲孔两个工序。材料为 45 钢具有良好的冲压性能，适合 冲裁。工件相对简单，有 2 个 4 的孔 1 个 8 的孔孔与孔，孔与边缘之间的距 离也满足要求，因该零件在安装时精度要求较高；所以孔之间的精度为 it12 级， 其余的为自由公差 it14 级尺寸精度较高，该工件所有尺寸为自由尺寸，查表 实用冲压技术手册 p469，附录 g 冲压基准件标准公差数值表，可得各尺寸 公差为： 零件轮廓：30、11、9、r7、4、8 0 76 . 0 0 53 . 0 0 32 . 0 0 52 . 0 25 . 0 0 0 35 . 0 孔心距：20、17 32 . 0 32 . 0 32 . 0 32 . 0 断面粗糙度 ：ra6.3。 2.12.1 冲压的工艺方案分析与确定冲压的工艺方案分析与确定 该工件包括落料，冲孔两个工序，可以有以下三种方案： 2 方案一：落料冲孔，采用单工序模生产。 方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔落料级进冲压，采用级进模生产。 方案一结构模具简单，但需要两道工序两套模具，成本高而生产效率低，制 造容易模具寿命长,难以满足大批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精 度及生产效率都较高工序比较集中，占用设备和人员少，适用于大批量生产，但 模具结构复杂，成本高，方案三也只需一副模具，生产率高，操作方便，但模具 结构复杂，制造周期长，对零件定位复杂。倒装的凹模在上，凸模在下,正装的 凸模在上，凹模在下；其次是卸料方式的不同,倒装卸料是打杆，正装的是推杆！ 该零件精度要求不高正装复合模结构较为简单，成本较低。 综上所述，考虑到该件的批量大，为保证各项技术要求，选用方案二为佳， 采用自然落料的倒装式复合模。 2.22.2 定位方式的选择定位方式的选择 为保证冲裁出外形完整的合格零件，毛坯在模具中应该有正确的位置，正确 位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的 种类很多，设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行 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销。因为该零件较 小，为倒装复合模，所以控制条料的送进步距采用活动挡料销。 2.32.3 卸料、出件方式的选择卸料、出件方式的选择 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用在冲裁料厚在 2.5mm 以下 的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件 (弹簧或橡 皮)、卸料螺钉组成弹压卸料装置。卸料板与凸模之间单边间隙选择（0.10.2） t，若弹压卸料板还需对凸模起导向作用时，弹性元件的选择，应满足卸料力和 冲模结构的要求。为使卸料可靠，卸料板应高出模具刃口工作面 0.30.5mm， 材料采用 45 钢，热处理淬火硬度 4348hrc。因为工件料厚 2mm，相对较薄， 卸料力不大，由此可知卸料、出件方式的选择可采用弹性卸料装置卸料。 3 2.42.4 吊耳零件有关工艺与设计吊耳零件有关工艺与设计 2.4.12.4.1 排样方式的确定及其计算排样方式的确定及其计算 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸 完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具 寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。 方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排 样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直 排最佳。 图图 2-22-2 排样图排样图 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边 的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。 搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛 刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。 搭边值通常是由经验值确定，表（2-1）所列搭边值为普通冲裁时经验数据 之一。 4 表表 2-12-1 搭边搭边 a a 和数和数 a1a1 值值 圆形件半径 r2t 的工 件 矩形工件边长 l50mm 矩形工件边长 l50mm 或 r2t 的工件材料厚度 工件间 a1沿边 a工件间 a1沿边 a工件间 a1沿边 a 0.25 0.250.5 0.50.8 0.81.2 1.21.6 1.62.0 2.02.5 2.53.0 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8t 据制件厚度与制件的排样方法可查表(2-1)得工件间为 1.8 沿边为 2。 2.4.22.4.2 条料宽度的确定条料宽度的确定 排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度与进距就可计算出。计算条料的宽 度时须要考虑三种情况： （1）有侧压装置时条料的宽度； （2）无侧压装置时条料的宽度； （3）有定距侧刃时条料的宽度； 图图 2-3 有侧压装置时条料的宽度确定有侧压装置时条料的宽度确定 5 图图 2-4 无侧压装置时条料的宽度确定无侧压装置时条料的宽度确定 本设计采用的是无侧压装置的模具。 条料宽度公式： bd2ac （mm) （2-1） 0 式中: c条料与导料板之间的间隙（即条料的可摆动量）： b100,c=0.51.0；b100,c=1.01.5 查表（2-1） ； b条料宽度基本尺寸； a侧面搭边,查表（2-1） ； d条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸； 条料下料剪切公差， b=(d+2a+c)-0 b=（3022+1） =350-0.5 (mm) 表表 2-22-2 剪料公差及条料与导料板之间隙剪料公差及条料与导料板之间隙( (mm) ) 材料厚度 t/mm 条料宽度 b/mm 1122335 50 0.40.50.70.9 50100 0.50.60.81.0 100150 0.60.70.91.1 6 150220 0.70.81.01.2 表表 2-32-3 条料宽度偏差条料宽度偏差 ( (mm) ) 材料厚度 t/mm 条料宽度 b/mm 0.50.5112 20 0.050.080.10 2030 0.080.100.15 3050 0.100.150.20 2.4.32.4.3 确定步距确定步距 送料步距 s：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一 个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确 定与模具的结构有关。 进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值； 最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 复合模送料步距 s=零件的长度+搭边值 （2- 2） s23+2.2 25.2(mm) 2.4.42.4.4 材料利用率材料利用率 材料利用率通常是指在一个进距内的制件实际面积与所用毛坯面积的百分 比 ： =f/f0100% =f/ab100% （2- 3） 式中： 材料利用率（%） ； f 冲裁件的实际面积(mm2)； f0 所用材料面积，包括工件面积与废料面积； a 送料进距（相邻两个制件对应点的距离） ； 7 b 条料宽度(mm)。 =f/f0100% =f/ab100% =3011+148+（3.147/2)-(3.1442+3.14222) /25.234100% =61% 8 3 模具总体设计模具总体设计 3.13.1 冲压力与压力中心计算冲压力与压力中心计算 冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。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重要依据之一。 表表 3-13-1 部分常用冲压材料的力学性能部分常用冲压材料的力学性能 材料名称牌号材料状态抗剪强度抗拉强度伸长率 屈服强 度 q195 未退火2603203204002833 200 q235 未退火3103803804702125 240 普通碳素钢 q275 未退火4005005006201519 280 08f 已退火220310280390 32180 08 已退火260360330450 32200 10 已退火260340300440 29210 20 已退火280400360410 25250 45 已退火440560550700 16360 优质碳素结 构钢 65mn 已退火 60075012400 3.1.13.1.1 冲压力计算冲压力计算 计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机 的吨位必须大于所计 算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其 冲裁力 f p 一般可以按下式计算： fp=kptl (3-1) 式中：材料抗剪强度， ； l冲裁周边总长（mm） ； t材料厚度（mm）; 9 系数 kp 是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化 或分布不均） ，润滑 情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全 系数 kp，一般取 13。当查不到抗剪强度 r 时，可以用抗拉强度 b 代替 ， 而取 kp=1 的近似计算法计算。根据公式 3-1 可得出详见表（表 3-3） 。 抗剪强度 按退火 45 钢板计算，查表(实用冲压技术手册 p329，表 849 黑色金属的机械性能)，得 45 钢退火 =440560；取 =500mpa。 表表 3-23-2 卸料力、推件力和顶件力系数卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mm kxktkd 钢 0.1 0.10.5 0.50.25 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 铝、铝合金 纯铜，黄铜 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 对于表中的数据，厚的材料取小直，薄材料取大值。 表表 3-33-3 冲压力冲压力 项目分类项目公式结果备注 落料力 f落 f落=1.3lt 137800n =500mpa l=106mm 冲孔力 f冲 f冲=1.3lt 65312nl=50.24mm 卸料力 f卸f卸=k卸 f 冲 3265.6n 查表 5 得 k卸=0.05 推件力 f推 f推=nk推f落 9646n n=h/t=12/2=6 k推=0.07 冲压力 总冲压力 f总f总=f落+f冲+f卸+f推 216023.6n 10 3.1.23.1.2 压力中心计算压力中心计算 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模 具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模 和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加 速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确 定： （1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 （2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相 重合。 （3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出 冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸 力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置 0，0（x=0,y=0） ，即为所 求模具的压力中心如图（图 3-1） ，根据公式： （3- n i pi n i ipi pnpp npnpp f xf fff xfxfxf x 1 1 21 2211 0 2） （3- n i pi n i ipi pnpp npnpp f yf fff yfyfyf y 1 1 21 2211 0 3） 先求合力，即使有力矩也要转化成单一的力矢量；然后选取任意点作转动中 心根据力矩平衡原理求作用点的坐标。最后从作用点出发画出合力交与物体表面 得到的交点即压力中心。得出表（表 3-4），最后画出压力中心图如图（图 3-1） 。 11 表表 3-43-4 压力中心计算压力中心计算 l1 l2 l3 l4 l5 l6 l7 l8 l9 l10 l11 x y 图图 3-13-1 压力中心压力中心 由以上计算结果可以看出该工件的压力中心在（0，10.1）这一点。 各基本要素压力中心的坐标值 基本要素长度 l/mm xy l1=3000 l2=11155.5 l3=81111 l4=8715 l5=21.98019 l6=8-715 l7=8-1111 l8=11-155.5 l9=25.12019 l10=12.56-105.5 l11=12.56105.5 合计 156.12 010.1 12 3.1.33.1.3 冲裁模间隙的确定冲裁模间隙的确定 冲裁间隙时指冲裁模中凹模刃口横向尺寸 da与凸模刃口横向尺寸 dr的差值 （如图 3-2），是设计模具的重要工艺参数。 图图 3-2 冲裁间隙冲裁间隙 （1）间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则 精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差， 二是模具本身的制造偏差。 （2）间隙对模具寿命的影响 间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲 的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大， 摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。 设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满 足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命 等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中 的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要 间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间 隙 zmin，最大值称为最大合理间隙 zmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间 隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 zmin。 根据始用间隙表（3-5）查得材料 45 号钢的最小双面间隙 zmin=0.260mm， 最大双面间隙 zmax=0.380mm 13 表表 3-53-5 冲裁模初始用间隙冲裁模初始用间隙 2c(2c(mm) ) 08、10、35、 09mn、q235 16mn 45、50 65mn 材料 厚度 2cmin2cmax2cmin2cmax2cmin2cmax2cmin2cmax 小于 0.5 极小间隙 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 .3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.4000 .460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 14 3.23.2 工作零件刃口尺寸计算工作零件刃口尺寸计算 3.2.13.2.1 刃口尺寸确定的原则刃口尺寸确定的原则 （1）凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果， 是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的 合理性，遵循以下原则： 设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸 获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获 得。 根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此设计落 料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件 的孔径尺寸减小，因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极 限尺寸。 冲裁模在使用中，由于磨损间隙值将不断增大，因此设计时无论是落料 模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙，使模具具有较长的寿命。 min c 根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。 （2）工作零件刃口计算 凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲 裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的合理 性，遵循以下原则： 设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸 获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获 得。 根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此设计落 料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件 的孔径尺寸减小，因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极 限尺寸。 冲裁模在使用中，由于磨损间隙值将不断增大，因此设计时无论是落料 15 模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙，使模具具有较长的寿命。 min c 根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。 3.2.23.2.2 刃口尺寸确定的方法刃口尺寸确定的方法 模具刃口尺寸计算方法分为两种。 （1）凸模和凹模分开加工 在这种情况下，需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。落料时，间 隙取在凸模上；冲孔时，间隙取在凹模上。凸模和凹模分开加工的优点是凸模和 凹模具有互换性，可以批量生产。但是为了保证合理的间隙，要求加工凸模和凹 模的机床精度高，加工难度大，因此凸模和凹模分开加工的方法仅适用于形状简 单的冲裁模。 （2）凸模和凹模配合加工 所谓配合加工就是在凸模和凹模中先选定一件为基准件，制造好后用它的实 际刃口尺寸来配做另一件，使它们之间达到最小合理间隙值。落料时，先做凹模， 以它为基准件配做凸模，保证最小的合理间隙值；冲孔时，先做凸模，以它为基 准件配做凹模，保证最小的合理间隙值。 凸、凹模配合加工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均属于单件或小批量生产，因此，目前多 数工厂均采用配合加工法生产凸模和凹模。 所以，根据工件图，确定落料部分以落料凹模为基准计算 ,落料凸模按间隙 值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹 模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。 设冲孔尺寸为 0 d ，设工件尺寸为 d,根据以上原则，冲孔时以凸模为设计 0 基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺 寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙 2cmin。凸模制造偏差取负偏差，凹 模取正偏差。 3.2.33.2.3 刃口尺寸计算刃口尺寸计算 16 根据工件图，确定落料部分以落料凹模为基准计算 ,落料凸模按间隙值配制； 冲孔部分以冲孔凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模、冲孔 凸模为基准，凸凹模按间隙值配制，详细计算见表（表 3-6） 。 表表 3-63-6 刃口尺寸刃口尺寸 尺寸及分类冲裁间隙 磨损系 数 计算公式结果备注 dmax=30 0 76 . 0 dd=29.62 19 . 0 0 dmax=11 0 53 . 0 dd=10.735 132 . 0 0 dmax=19 0 32 . 0 dd=18.84 08 . 0 0 落 料 凹 模 r7 0 52 . 0 制件精 度为： it14 级, 故 x=0.5 dd（dmaxx） d 0 dd（ddzmin) 0 p （dmaxx zmin) 0 p dd=6.74 13 . 0 0 dmin=4 25 . 0 0 p d =4.188 0 062. 0 冲 孔 凸 模 dmin=8 35 . 0 0 p d （ p d x） 0 p d d （ p d zmin) d 0 （ p d x zmin) d 0 p d =8.263 0 088. 0 孔 心 距 l200.32 zmin=0.260mm zmax=0.380mm zmazmin =0.3800.26 0 =0.12mm 制件精 度为： it12 级, 故 x=0.75 ld=ld/8 ld=200.04 相应凸 模尺寸 按凹模 尺寸配 作，保 证双面 间隙在 0.260 0.38 0 之间, 制造公 差为 d/4 17 l170.32ld=170.04 18 表表 3-73-7 系数系数 x x 非圆形圆形 10.750.50.750.5 料厚 t(mm) 工件公差/mm 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 3.33.3 工作零件结构设计工作零件结构设计 3.3.13.3.1 冲孔凸模设计冲孔凸模设计 由于冲件的形状和尺寸不同，冲模结构与加工以及装配工艺等实际条件不同， 在实际生产中使用的凸模结构形式很多。其断面形状有圆形和非圆形。冲孔时凸 模为圆形，为使凸模的强度刚性较好，装配修磨方便，则采用台阶式凸模。落料 时凸模为非圆形，凡是截面为非圆形的凸模，应用最为广泛的有台肩固定和铆接 两种，其固定部分应尽量简化成简单形状的几何截面（圆形或矩形） 。但不论那 种固定方法，只要工作部分截面是非圆形的，而固定部分是圆形的，都必须在固 定端处加防转销。以铆接发固定时，铆接部位的硬度较工作部分要低。则采用台 肩式固定。 凸模长度：l凸h1+h2+h314+6+1530(mm) 其中：h1凸模固定板厚 h2垫板厚 h3凹模板厚 校核冲孔凸模强度 k1=lt/fk (3-4） k2=t/fk (3-5） 式中 l冲件轮廓的周长（mm） ； 19 t冲件材料厚度（mm） ； fk接触面积（mm2） ，取接触宽度为 t/2； k凸模刃口接触应力（mpa） ； 凸模材料许用应力，对于 t10a 模具钢，可取 500800（mpa） 。 该冲孔凸模的强度校核计算如下： 校核冲模孔 由公式(3-2)得： k1=25.122600/50.24 =600mpa=800mpa 则最大孔的凸模的强度足够。 冲件轮廓周长为 25.12mm，冲件材料厚度 2mm，接触面积 50.24 mm2，冲件 材料抗剪强度取 600mpa，凸模材料许用应力取 800mpa。 根据以上计算和表 3-6 画出零件图（见图 3-3） 。 使用凸模固定板固定。 图图 3-33-3 冲孔凸模冲孔凸模 3.3.23.3.2 落料凹模落料凹模设计设计 20 凹模采用整体凹模，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在 模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力滑块中心与模柄中心重合。 整体式凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的 刚度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最 大外形尺寸来确定。 凹模厚度：h=kb(b15mm) （3- 6） 查表实用冲压技术手册 p225，表 5 系数 k 值，得 k=0.32 h=0.32309.6mm 凹模边壁厚：c（1.52） h c（1.52） 9.6（14.419.2）mm 实取 c=18mm 凹模板边长：lb+2c30+21866mm 查标准 jb/t6743.194：凹模板宽 b60mm 故确定凹模板外形为：66629.6（mm）凹模板作成薄型形式并加空心垫 板后，查表冲模设计手册 p631，表 3-7 矩形和圆形凹模外形尺寸，实取为： 666220（mm）图 3-4） 。 21 图图 3-43-4 落料凹模落料凹模 3.3.3 凸凹模设计凸凹模设计 （1）凸凹模外形尺寸的确定 凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定。凸凹模的外形尺寸应 保证有足够的强度、刚度和修磨量，一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外 形尺寸来确定的，与落料凹模配合确定，其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定。 （1）凸凹模壁厚的确定 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外 缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚 应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内 孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直 22 筒型刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大 一些。 查【冲模设计应用实例p46，公式 2-27 矩形和圆形凹模外形尺寸】凸 凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚见 表 3-8。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小一些。 表表 3-8 凸凹模的最小壁厚凸凹模的最小壁厚 材料厚度t/mm0.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.5 最小壁厚mm1.41.82.32.73.23.64.04.44.95.25.8 材料厚t/mm2.83.03.23.53.84.04.24.44.64.85.0 最小壁厚mm6.46.77.17.68.18.58.89.19.49.710 凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为 4.9mm，该壁厚大于4.9mm即可，本设计中凸凹模的壁厚为5.2mm，故该凸凹模 的侧壁强度要求足够。 （3）凸凹模洞口类型的选取 本设计采用的是倒装式复合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要设 计凸凹模洞口类型，排出积存废料。 凸凹模洞口的类型如图 3-5 所示，其中 a、b、c 型为直筒式刃口凹模，其特 点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求 较小，形状复杂的精密制件。但因废料的聚集而增大了推件力和凸凹模的涨裂力， 给凸、凸凹模的强度都带来了不利影响。一般复合模和上出件的冲裁模用 a、c 型，下出件用 b、d 型其中 d 型是锥筒式刃口，在凸凹模内不聚集材料，侧壁磨 损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大。 综上所述，本设计选用 a 型洞口。 23 (a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)锥筒式 (e)锥形式 图图 3-5 凸凹模洞口的类型凸凹模洞口的类型 凸凹模材料常与凸模相同，但硬度要比凸模稍硬，根据经验这样磨损相当， 有利于同时进行给换或修磨，所以选用 t10a，热处理后硬度达到 5862hrc。 使用凸凹模固定板固定。 落料凸模长度：l=h1+h2+h=7+5+12=24（mm） (3-7) 其中：h1落料凸模固定板厚度 h2弹性卸料板厚度 h增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等） 落料凸模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构，落料凸模内外刃口最小壁 厚为 7mm，根据强度要求查表实用冲压技术手册p228，表 38 凸凹模最 小壁厚知，该壁厚为 5mm，故该落料凸模侧壁强度足够（见图 3-6） 。 24 图图 3-63-6 凸凹模凸凹模 以上是工作零件的设计，冲压模具工作时要承受冲击、震动、摩擦、高压和 拉伸、弯曲等负荷，工作条件复杂,易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因 此对模具工作零件材料的要求比普通零件高。一般硬度要达到 5860hrc。 25 4 其它模具零件其它模具零件的设计的设计 4.14.1 卸料板的设计卸料板的设计 卸料装置可以卸下废料，也可以卸下冲件。其结构形式较小没有较大的卸料 力。在此模具中将采用生产中采用弹性卸料装置。因为弹性卸料较快，零件的厚 度为2毫米，相对此模具比较薄，卸料力较小，故采用弹性卸料。 在前面冲压工艺分析中已经选择了卸料装置为弹性卸料，采用卸料板卸料。 卸料板的厚度一般取 520mm，考虑到材料厚度不大所以取 5mm，卸料板的周 界尺寸与凹模的板的周界尺寸相同，卸料板采用 45 刚制造，淬火硬度为 4045hrc。卸料板与凸凹模的间隙值由表 4-2 确定，取 0.15mm 料板的具体结 构形式和 （1）外形：弹压卸料板的外形一般与同方向的固定板的外形一致，弹性卸 料板一般与凹模外形一致。 （2）厚度：x=6mm。 （3）成形孔：基本与凹模刃口的形状相同。 在前面冲压工艺分析中已经选择了卸料装置为弹性卸料，采用卸料板卸料。 卸料板的厚度查表 4-1 取周界尺寸与凹模的板的周界尺寸相同。卸料板与凸凹模 的间隙值由表 4-2 确定，取 0.10mm 料板采用 q235 钢制造，淬火硬度为 4045hrc。 表表 4-14-1 固定卸料板厚度固定卸料板厚度 卸料板宽度 冲件厚度 t 200 0.8 6681012 0.810.5 68101214 1.53 810121416 表表4 4- -2 2 弹压卸料板与凸模间隙值弹压卸料板与凸模间隙值 材料厚度t/mm0.50.511 单边间隙z/mm 0.050.10.15 26 根据以上结论应选用卸料板(gb2858.5-81) 66626（mm）q235 （如图4-1） 。 图图 4-14-1 卸料板卸料板 4.24.2 垫板的设计垫板的设计 垫板的作用是承受和扩散凸模或凹模传递的压力，防止模座被挤压损伤，垫 板上下面须磨平。是否采用垫板,以承压面较小的凸模进行计算,冲小孔的凸模承 压应力为: =f/a=600mpa (4-1) 式中： f冲裁力(n) 27 a模具支承端面积(mm) t8a 钢模板的p为 300360mpa p 因此必须采用垫板，一般取垫板厚度为 5mm。 根据落料凹模的尺寸查实用冲压技术手册查得： 垫板(gb2858.6-81) 66625（mm）t8a 钢 见下图（图 4-2） 。 图图 4-24-2 垫板垫板 4.34.3 凸模固定板设计凸模固定板设计 28 凸模固定板用于将凸模准确的安装在上模座上，以保证在冲裁过程中凸模能 稳定、可靠地工作。凸模固定板的外形及长宽尺寸一般与凹模外形和尺寸一致。 凸模固定板与凸模一般采用 h7/m6 过渡配合。根据查实用冲压技术手册查 得 凸模固定板(gb2858.5-81)