开口垫圈冲裁模具设计【课程冲压模具毕业设计说明书论文CAD图】
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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat1.txt上垫板.dwg上模座.dwg下模座.dwg侧刃.dwg全部图纸集合.dwg凸模.dwg凸模固定板.dwg凹模.dwg卸料板.dwg导料板.dwg导料板2.dwg工件图-开口垫圈冲裁模具设计.dwg装配图.dwg设计说明书文档.doc摘 要从冲裁件结构分析，该工件轮廓结构由直线圆弧相切，工件形状具备对称性。模具的设计的设计先从工件的工艺结构出发，根据工件图纸要求和形状来确定模具的设计方案，进步一确定模具制造精度等级，和排样设计从而确定出模具的类型结构，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，提高产品生产效率，保证工件的生产精度，该工件的冲裁模具设计方案采用了级进模具冲裁。在模具设计前主要查找工件图纸中未标注公差的尺寸公差，根据尺寸公差来确定模具制造的精度，经过排样分析以后，开始进行模具的结构设计，计算模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、冲裁间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力，根据总冲压力选择冲压设备；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写技术要求、设计说明书。关键词：级进模，冲裁力，冲裁间隙，压力中心ABSTRACTFrom the analysis of the structure of the blanking parts, the contour of the workpiece is cut by a straight line arc, and the shape of the workpiece is symmetrical. The design of die structure of the workpiece from the first process, to determine the design scheme of the mould according to the requirements of the drawings and the shape of a precision mold manufacturing progress is determined, and the layout design to determine the type of mould structure, from the perspective of practical production, in order to save cost, improve production efficiency. Ensure the precision of production and design of punching die of the workpiece using progressive die blanking. Size tolerance tolerance is not marked in the mold design for main workpiece drawings, to determine the mould manufacturing precision according to the dimensional tolerances, after layout analysis, structure design of die and start, shut height and calculation of mould unloading, blanking force, blanking clearance, die assembly clearance, convex die pressure center, mould height, total pressure, total pressure according to stamping equipment selection; design all determined to start drawing sketches, mold assembly drawing and part drawing, preparation of technical requirements, design specifications.Key words: progressive die, blanking force, blanking gap, pressure center目 录1 前言11.1 冲压的概念、特点及应用11.2 冲压的基本工序及模具22 冲压件工艺分析42.1 工件材料分析42.2 工件结构形状分析43 冲压工艺分析与方案确定53.1 冲裁工艺方案的分析53.2 冲裁工艺方法的选择54 模具总体结构64.1 模具类型的选择64.2 定位方式的选择64.3 送料方式的确定64.4 出件方式的确定64.5模架结构和导向装置的选择65 工艺参数计算85.1 排样方式的选择85.1.1 搭边值的确定85.1.2 材料利用率的计算105.2 冲压力的计算115.2.1 冲裁力的计算115.2.2 卸料力计算115.2.3 总冲压力的计算125.2.4 初选压力机125.2.5 压力中心的确定126 刃口尺寸的计算156.1 冲裁间隙的确定156.2 刃口尺寸的计算及依据与法则167 主要零部件设计207.1 凹模设计207.1.1 凹模刃口结构形式的选择207.1.2 凹模精度与材料的确定207.1.3 凹模外形尺寸的确定217.2 凸模的设计227.2.1 凸模结构的确定227.2.2 凸模高度、长度的确定227.2.3 凸模材料的确定237.3 卸料装置的设计237.3.1 卸料板的外形设计237.3.2 卸料板材料的选择247.3.3 卸料板的结构设计247.3.4 卸料板整体精度的确定247.3.5 弹性元件的设计247.3.6 卸料螺钉的选用257.4 凸模固定板的设计257.5 模柄选择268 冲压设备的校核与选定278.1 冲压设备的校核278.2压力机的选择27结 论29参考文献30摘 要从冲裁件结构分析，该工件轮廓结构由直线圆弧相切，工件形状具备对称性。模具的设计的设计先从工件的工艺结构出发，根据工件图纸要求和形状来确定模具的设计方案，进步一确定模具制造精度等级，和排样设计从而确定出模具的类型结构，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，提高产品生产效率，保证工件的生产精度，该工件的冲裁模具设计方案采用了级进模具冲裁。在模具设计前主要查找工件图纸中未标注公差的尺寸公差，根据尺寸公差来确定模具制造的精度，经过排样分析以后，开始进行模具的结构设计，计算模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、冲裁间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力，根据总冲压力选择冲压设备；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写技术要求、设计说明书。关键词：级进模，冲裁力，冲裁间隙，压力中心ABSTRACTFrom the analysis of the structure of the blanking parts, the contour of the workpiece is cut by a straight line arc, and the shape of the workpiece is symmetrical. The design of die structure of the workpiece from the first process, to determine the design scheme of the mould according to the requirements of the drawings and the shape of a precision mold manufacturing progress is determined, and the layout design to determine the type of mould structure, from the perspective of practical production, in order to save cost, improve production efficiency. Ensure the precision of production and design of punching die of the workpiece using progressive die blanking. Size tolerance tolerance is not marked in the mold design for main workpiece drawings, to determine the mould manufacturing precision according to the dimensional tolerances, after layout analysis, structure design of die and start, shut height and calculation of mould unloading, blanking force, blanking clearance, die assembly clearance, convex die pressure center, mould height, total pressure, total pressure according to stamping equipment selection; design all determined to start drawing sketches, mold assembly drawing and part drawing, preparation of technical requirements, design specifications.Key words: progressive die, blanking force, blanking gap, pressure center目 录1 前言11.1 冲压的概念、特点及应用11.2 冲压的基本工序及模具22 冲压件工艺分析42.1 工件材料分析42.2 工件结构形状分析43 冲压工艺分析与方案确定53.1 冲裁工艺方案的分析53.2 冲裁工艺方法的选择54 模具总体结构64.1 模具类型的选择64.2 定位方式的选择64.3 送料方式的确定64.4 出件方式的确定64.5模架结构和导向装置的选择65 工艺参数计算85.1 排样方式的选择85.1.1 搭边值的确定85.1.2 材料利用率的计算105.2 冲压力的计算115.2.1 冲裁力的计算115.2.2 卸料力计算115.2.3 总冲压力的计算125.2.4 初选压力机125.2.5 压力中心的确定126 刃口尺寸的计算156.1 冲裁间隙的确定156.2 刃口尺寸的计算及依据与法则167 主要零部件设计207.1 凹模设计207.1.1 凹模刃口结构形式的选择207.1.2 凹模精度与材料的确定207.1.3 凹模外形尺寸的确定217.2 凸模的设计227.2.1 凸模结构的确定227.2.2 凸模高度、长度的确定227.2.3 凸模材料的确定237.3 卸料装置的设计237.3.1 卸料板的外形设计237.3.2 卸料板材料的选择247.3.3 卸料板的结构设计247.3.4 卸料板整体精度的确定247.3.5 弹性元件的设计247.3.6 卸料螺钉的选用257.4 凸模固定板的设计257.5 模柄选择268 冲压设备的校核与选定278.1 冲压设备的校核278.2压力机的选择27结 论29参考文献301 前言1.1 冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下:(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。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。 冲压地、在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂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，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，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法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。2 冲压件工艺分析图2-1 工件尺寸图工件名称： 工件图：如图2-1；生产批量；大批量材料：65Mn；材料厚度：1.5mm；精度等级：IT14。工件表面质量：工件表面无毛刺、压痕、拉裂、油污等不良现象2.1 工件材料分析材料名称：优质碳素钢；材料牌号：65Mn；材料状态：已退火；抗剪强度：600Mpa；抗拉强度：750Mpa；屈服点：400Mpa；伸长率：12%2.2 工件结构形状分析冲裁件是由圆弧与直线组成，结构简单，冲裁件具备对称形状，冲裁件仅仅只有一个落料工艺组成。3 冲压工艺分析与方案确定3.1 冲裁工艺方案的分析冲裁件工艺是指冲裁件冲裁件对冲裁工艺的适应性，模具设计前应该先结合工件的尺寸公差、结构工艺，材料等分析计算确定工艺方案再进行模具设计与制造，所以模具的设计要建立在工件的工艺的基础上来确定方案。冲裁工艺方案从尺寸精度、图纸技术要求、工件外观质量、工件材料力学性能及生产批量开始，在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案，工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。3.2 冲裁工艺方法的选择冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种工序的性能。单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模；复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。（1）根据生产批量来确定，一般来说和试样生产采用单工序模具，中、大批量生产采用复合模具或级进模具。（2）根据冲裁件的尺寸精度等级来确定，复合模具冲裁裁件尺寸精度等级较高，避免了多次单工序的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件比较平整。（3）根据工件的结构的复杂程度，生产批量，模具的性能，级进模具可以将复杂多工艺的工件在一副模具上分步完成，避免了多单工序定位和模具设计的周转，且模具运行速度快、生产效率高，但模具结构比较复杂设计和制造周期长。因为该冲裁件的精度要求满足IT14级，由于工件的冲裁刃口尺寸较小，无法采用挡料销确定送料布局，所以采用级进模冲裁，采用侧刃确定送料步距。4 模具总体结构4.1 模具类型的选择在上述的工艺分析方案中确定使用级进冲裁模具，级进模具冲裁效率高，模具稳定性强。4.2 定位方式的选择通过模具的凸、凹模冲裁分离即可完成冲裁件的外形，所以不需要再设计精确地导正定位装置，为了方便生产中送料和精准的确定步距，在模具送料方向上设计侧刃挡块，为了防止送料过程中条料发生偏移，在模具凹模上两侧设计导料板。4.3 送料方式的确定因该冲裁件的结构简单，工序少，生产精度低，因工件材料厚度为1.5mm，条料通常为板材，为了进一步的提高经济效益，冲裁件的生产加工将采用手工送料的方式。4.4 出件方式的确定单工序模具中，通常把凸模装配固定于模具的上模部分，凹模装配固定于模具的下模部分，在压力机的作用下，凸模施加压力，通过凸凹模刃口使材料分离，冲裁落料的成品件从模具下端漏出。4.5模架结构和导向装置的选择模架的外形尺寸主要由凹模周界尺寸决定，凹模周界尺寸主要由冲裁件的外形尺寸来决定。模架分为标准模架和自制模架，标准模架无需设计，在市场上可以采购，标准模架使用材料为铸铁，经过热处理，具备一定得硬度和强度；自制模架个根据凹模的尺寸和实际的安装方式来设计，自制模架采用的材料为45钢，无需热处理，模架具有一定的韧性，对力的疏散效果好。标准模架结构可分为：对角导柱模架由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。后侧导柱模架由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。四导柱模架具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。中间导柱模架，导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高生产效率，模具寿命和工件质量以及工件尺寸精度，采用后侧式导柱模架，模具导向性能好，精度高。图4-1 导柱模架5 工艺参数计算5.1 排样方式的选择冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排 ，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。因此考虑以下三种方案：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、尺寸精度、模具寿命更低一些，但材料利用率最高。综合工件形状结构，考虑排样条料的强度，模具寿命和尺寸精度，决定采用有废料的排样方案。图5-1 排样图5.1.1 搭边值的确定排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验和查表来确定的，该制件的搭边值采用查表5-1取得。如表5-1所示：根据工件外形尺寸可按照知L50mm栏目选取排样的最小搭边值，结合工件材料厚度1.0mm，a的最小值取1.2mm，a1最小值取2.0mm。表5-2 搭边a和a1数值（低碳钢） （mm） 材料厚度圆件及r2t的圆角矩形件边长L50mm矩形件边长L50mm或圆角r2taa1aa1aa10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.51.81.21.00.81.01.21.51.82.22.01.51.21.01.21.51.82.22.52.21.81.51.21.51.82.02.22.52.52.01.81.51.82.52.22.52.82.82.21.81.51.82.02.22.52.83.02.52.01.82.02.22.52.83.2根据模具的结构不同，可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具，侧压装置的作用是用于压紧送进模具的条料（从料带侧面压紧），使条料不至于侧向窜动，以利于稳定地加工生产。侧压装置适用于工件材料厚度较小，精度较高的自动模具。在这次的模具设计中，工件材料厚度0.7mm，采用的是无侧压的导向装置。故按公式5-1计算： B=（Dmax+2a1+C） （5-1） 式中：B-条料宽度； Dmax-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a1-侧搭边值，可参考表5-2； -条料宽度的单向（负向）偏差，见表5-3； C-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表5-4。 表5-3 剪料公差及条料与导料板之间隙 （mm）条料宽度B/mm材料厚度t/mm0112233550501001001501502202203000.40.50.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3表5-4 有侧压装置和无侧压装置对照表 （mm）材料厚度t（mm）无侧压装置有侧压装置条料宽度B（mm）10010020020030010010000.50.511223340.50.50.50.50.50.50.5111111115555588888所以根据以上理论数据由公式5-1得出条料宽度为： B=（Dmax+2a1+C）=（10+21.2+0.5）-00.4mm=12.9-00.4mm5.1.2 材料利用率的计算关于材料利用率，可用公式5-2表示： =A/BS100% （5-2）式中， A-一个步距内冲裁件的实际面；B-条料宽度； S-步距。由图5-1、图5-2和公式5-2得： A=44.2mm2 =A/BS100% =44.2（12.910.24）100%33.5%5.2 冲压力的计算 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一般可以按公式5-3计算：F=KtL （5-3） 式中， -材料抗剪强度（MPa）； L-冲裁周边总长（mm）； t-材料厚度（mm）。系数K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K，一般取13。当查不到抗剪强度时，可以用抗拉强度b代替，而取K取1.3的近似计算法计算。5.2.1 冲裁力的计算 冲孔冲裁力由公式5-3得： F冲=KtL =1.31.5(42.2+24.5)600 =78.1KN5.2.2 卸料力计算当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，或因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料卸下。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力，卸料力计算公式如下： F卸= K卸 F冲 （5-4）式中， F卸-卸料力；F冲-冲裁力；K卸-卸料力系数，见表5-5； 表5-5 卸料力、推件力和顶件力系数 （mm） 料厚/mmK卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 K卸卸料力系数通过查表5-4确定，卸料力系数取K卸0.05，由公式5-5得： F卸= K卸 F冲 =0.0578.1 =3.9KN5.2.3 总冲压力的计算由于冲裁模具采用弹压卸料装置，固总的冲压力包括： F= F冲+F卸 （5-6） =78.1+3.9 =82KN5.2.4 初选压力机压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母C，其操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000KW。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高。考虑到经济性能、加工要求和操作方便在此选开式压力机。根据以上计算数值，初选压力机为J23-10型压力机。5.2.5 压力中心的确定模具压力中心是指冲压时多个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，否则会使冲模和压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，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（X0，Y0），即为所求模具的压力中心。该件的压力中心计算如下：X0（L1X1+L2X2+L nXn）（L1+L2+Ln） （5-6） Y0（L 1Y1+ L 2Y2+L nYn）（L 1+ L 2+L n） （5-7） 式中：X0-压力中心的横坐标； Y0-压力中心的纵坐标； L-冲裁件轮廓尺寸； X-各线段重心的横坐标； Y-各线段重心的纵坐标。X0=（42.220+24.530.12）/（42.2+24.5）=（844+737.9）/66.723.7Y0=（42.220+24.512.55）/（42.2+24.5）=（844+307.5）/66.717.3所以模具的压力中心为（23.7,17.3）图5-2 压力中心解析图6 刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理间隙值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其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。6.1 冲裁间隙的确定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，如图6-1。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。冲裁间隙是冲裁工艺与冲裁模具设计的一个重要工艺参数，对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大的影响。冲裁间隙还影响着冲裁件的尺寸精度。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，精度越高。间隙过大，会使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸，冲裁力也会慢慢下降，卸料力、推件力或顶件力都将随之下降。间隙过小，会使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸，冲裁力也会增大，会使模具刃口磨损加剧，还会产生凸凹模胀裂，小凸模折断，凸模和凸凹模相互啃刃等异常损坏。由此可见，我们在确定冲裁间隙时，一定要有一个合理的范围作为间隙值，当然我们在设计时要采用最小合理间隙。由表6-1可知，Zmin=0.132mm Zmax=0.240mm。 表6-1 部分冲裁模初始双边间隙值 材料厚度08F、10、20、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙(或无间隙)0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.10.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1266.2 刃口尺寸的计算及依据与法则冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理间隙也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。其计算方法是： （1）因为冲出的孔，落下的料都有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模刃口尺寸，而冲孔的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。 （2）在测量与使用中，冲孔能测量到小端尺寸，落料件能测量大端尺寸。 （3）从产品的使用性能看，孔必须控制最小端尺寸，落料的外形尺寸要控制最大端尺寸。 （4）凸、凹模的设计原则 冲孔时，设计计算以凸模为准，间隙放大在凹模刃口上。 落料时，设计计算以凹模为准，间隙缩小在凸模刃口上。（5）考虑磨损（名义尺寸）冲孔时，凹模越磨越小，凸模设计应取制件尺寸公差范围内移大尺寸。落料时，凹模越磨越大，凹模设计应取制件尺寸公差范围内移小尺寸。 （6）凸、凹模刃口的制造公差制件上未注公差，非圆形件按级精度，模具比其高2-3精度即级或级，圆形件按-级精度，凸模和凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，有分开加工和配合加工，分开加工是指凸模和凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保证。其可以凸、凹模具有互换性，便于成批制造，但受冲裁间隙的限制，要求凸、凹模的制造公差较小，主要适用于简单规则形状（圆形、方形或矩形）的冲件。配合加工是指先按图样设计制造其中一件（冲孔先做好凸模，落料先做好凹模），再以此件做为基准件，以基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙，图纸上只要在基准件上标注尺寸和公差，根据公式6-1得： 凸凹ZmaxZmin （6-1）所以，新制造的模具应该保证凸凹ZminZmax，否则，模具的初始间隙已超过了允许的变动范围ZminZmax，影响模具使用寿命。本套模具采用分别加工法进行加工。分开加工时计算公式如下：冲孔凸模尺寸： （6-2）冲孔凹模尺寸： （6-3）落料凸模寸： （6-4）落料凹模尺寸： （6-5）孔距尺寸： （6-6）其中： ，-分别为落料凸、凹模基本尺寸； ，-分别为冲孔凸、凹模基本尺寸； -冲孔件孔的最小极限尺寸； -落料件最大极限尺寸； ，-分别为凹模上偏差，可按IT7，凸模下偏差，可按IT6； -制造公差； -磨损系数，其值在0.51之间。该制件的最小双边间隙为Zmin为0.132mm，最大双边间隙Zmax为0.240mm，则有Zmax- Zmin=0.108。根据工件要求公差等级IT14，查表标准公差数值得： 100-0.36mm, 50-0.3 mm，5.30-0.3 mm。查表6-3得磨损系数x为0.5。表2-1 部分标准公差值（GB/T1800.3-1998）基本尺寸/mm 标准公差等级IT1IT2IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14大于至ummm-30.81.2234610142540600.10.140.253611.52.545812183048750.120.180.361011.52.546915223658900.150.220.3610181.2235811182743701100.180.270.4318301.52.546913213352841300.210.330.5230501.52.54711162539621001600.250.390.625080235813193046741201900.30.460.74801202.5461015223554871402200.350.540.871201803.55812182540631001602500.40.6311802504.571014202946721151852900.460.721.15注释：包容表面取“+”，被包容表面取“-”孔中心距取“”落料凸模根据公式6-4有： D凸1=（100.50.360.108）0-0.02=9.7120-0.02mmD凸2=（50.50.30.108）0-0.02=4.7420-0.02mmD凸3=（5.30.50.30.108）0-0.02=5.0420-0.02mm落料凹模根据公式6-5有： D凹1=（100.50.36）0+0.02=9.820+0.02mmD凹2=（50.50.3）0+0.02=4.850+0.02mmD凹3=（5.30.50.3）0+0.02=5.150+0.02mm表6-2 简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差 (mm)公称尺寸凸模偏差凸凹模偏差凹公称尺寸凸模偏差凸凹模偏差凹1818303080801201201800.0200.0200.0200.0250.0300.0200.0250.0300.0350.0401802602603603605005000.0300.0350.0400.0500.0450.0500.0600.070 表6-3 磨损系数 （mm）材料厚度工件公差1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30磨损系数非圆形x值圆形x值10.750.50.750.57 主要零部件设计虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度有很多不同的，但组成模具的零件种类可以说是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可将他分为非标准件和标准件两类。模具标准化是缩短模具制造周期的有效办法，是应用模具CAD/CAM技术的前提，是模具工业化和现代化的生产基础，所以在模具设计与制造过程中，必须推广和优先使用国家标准。虽然相关行业标准虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度有很多不同的，但组成模具的零件种类可以说是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可以将他们分为工艺零件和结构零件两类。设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总体装配方法，本套模具主要采用螺钉固定模具零件，采用导料板送进定位，无侧压装置。7.1 凹模设计7.1.1 凹模刃口结构形式的选择冲裁凹模刃口形式有直壁式、斜壁式和台阶式两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，为了保证凹模具有一定的强度，所以采用刃口为台阶式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变，装配如图7-1所示。图7-1 凹模7.1.2 凹模精度与材料的确定根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为IT12级，内型腔精度为IT12级，表面粗糙度为Ra1.2um，上下平面的平行度为0.005，材料选Cr12MoV。7.1.3 凹模外形尺寸的确定凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、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的，如图7-1所示。凹模各尺寸计算公式如下： 凹模壁厚 H=Kb1 （15mm） （7-1） 凹模边壁厚 c=（1.52）H（30-40） （7-2） 凹模板边长 L=b1+2c （7-3） 凹模板边宽 B=b2+2c （7-4）式中：b1-冲裁件的横向最大外形尺寸；b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸；K-系数，考虑板料厚度的影响，查表7-1。表7-1 系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22查表7-1得： K=0.5根据公式7-1可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H= Kb1=0.510=5mm为了提高模具性能和凹模刃口磨损的修磨，凹模厚度确定为20mm根据公式7-2可计算凹模边壁厚： C=（1.52）H =1.520240 =3040mm根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。根据公式7-3可计算凹模长：L=b1+2c =10+240 =90mm根据公式7-4可计算凹模宽： L=b2+2c =10+240 =90mm 为了考虑模具中紧固零件和模柄的装配空间，取凹模周界尺寸10010020mm。7.2 凸模的设计7.2.1 凸模结构的确定凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该工件形状简单但尺寸较大，所以将落料凸模模设计成直通式凸模。7.2.2 凸模高度、长度的确定因为该制件形状不是很复杂，所以将冲孔模设计成台阶式凸模。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模与附加长度的总和，如图7-2所示。图7-2 凸模高度尺寸凸模高度为： L=h1+h2+ h3+ h4 （7-5） 式中: h1-凸模固定板厚度； h2-凹模厚度；h3-橡胶压缩时高度； h3-附加长度2-3。附加长度包括凸模的修磨量，凸模进入凸凹模的深度。由公式7-5得： L=15+14+15+3=47mm7.2.3 凸模材料的确定该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以凸模的材料应选Cr12MoV，热处理5862HRC。7.3 卸料装置的设计7.3.1 卸料板的外形设计卸料装置分为弹性卸料和刚性卸料，弹性卸料工作原理为当模具上模上下移动，带动卸料弹簧的压缩和伸张，凸模相对于卸料板上下移动，使夹在凸模上的条料在卸料板的阻力下完成卸料过程，弹性卸料比较力稳定，适合用于工件材料厚度较小的模具。刚性卸料工作原理是当模具完成冲裁打开时，夹在凸模上的条料随着凸模往上移动，与固定于凹模板上的卸料板碰撞，使条料与凸模分离，达到卸料的目的，刚性卸料版卸料力较大，适合用于大型模具和工件材料厚度较大的模具。结合工件的尺寸、材料厚度、模具总体尺寸选择弹性卸料装置。 卸料板与凹模的外形尺寸相同，其厚度尺寸通常为凹模的0.60.8倍，所以取卸料板厚度为15mm，即卸料板尺寸为10010015mm。7.3.2 卸料板材料的选择卸料板主要是起卸料的作用，对它的强度和硬度要求较高，所以材料选择是Cr12MoV，淬火硬度60-64HRC，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。7.3.3 卸料板的结构设计模具采用的是弹压卸料板和卸料螺钉进行卸料，4个卸料螺钉对称分布，使每个卸料螺钉受力均匀，如图7-3所示。图7-3卸料板7.3.4 卸料板整体精度的确定卸料板外轮廓的精度要求不高，所以选取IT14级，上下平面粗糙度0.8um；而内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取IT12级，其余粗糙度Ra为1.2um。7.3.5 弹性元件的设计在冲裁模卸料与出件装置中，常用的元件是弹簧和橡胶，考虑模具的结构，该模具采用的弹性元件为橡胶。橡胶允许承受的负载较大，安装调整较方便灵活，而且成本低，是中小型冲模中弹性卸料、顶件及压边装置常用的弹性元件。7.3.6 卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，非螺纹部分长度为45。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。7.4 凸模固定板的设计凸模固定板主要是固定
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