机架框冲压模具设计论文(本科毕业设计 )

摘要在激烈的市场竞争中,产品投入市场的快慢往往是成败的关键。模具是高质量、高效率的生产工具,其开发周期占整个产品开发周期很大的比重,能否缩短开发周期就成为了产品成败的关键,而在工业工程应用日益广泛的今天,缩短模具开发的周期就成为一种必然趋势。本次毕业设计的任务是设计一套机架框冷冲模具。一方面，通过利用各种国家标准和力学分析设计出一套实用性强的模具；另一方面，通过利用PRO/E、CAD等电脑软件技术来缩短产品开发周期。这样可以加快产品整个流程进度，占领消费者心智市场，为以后同产品之间的价格竞争积累资源。关键词机架框冷冲模具落料模冲孔模弯曲模凸模凹模落料力冲孔力卸料力弯曲力顶件力ABSTRACTINTHEFIERCEMARKETCOMPETITION,PRODUCTSPEEDTOMARKETISOFTENTHEKEYTOSUCCESSMOLDISHIGHQUALITY,HIGHEFFICIENCYOFPRODUCTION,THEDEVELOPMENTCYCLETAKESLARGESHAREOFTHEWHOLEPRODUCTDEVELOPMENTCYCLE，SHORTENTHEPRODUCTDEVELOPMENTCYCLEORNOTHASBECOMETHEKEYTOSUCCESS，BUTUSEDWIDELYININDUSTRIALENGINEERINGTODAY,TOSHORTENTHEDEVELOPMENTCYCLEOFMOLDHASBECOMEANINEVITABLETRENDTHECONTENTOFTHISGRADUATIONPROJECTISTODESIGNASETOFTHECOLDDIETOMAKETHERACKFRAMEONTHEONEHAND,THROUGHTHEUSEOFNATIONALSTANDARDSANDMECHANICALANALYSISTODESIGNAPRACTICALMOLDONTHEOTHERHAND,THROUGHTHEUSEOFCAD,PRO/EANDOTHERCOMPUTERSOFTWARETECHNOLOGYTOSHORTENTHEPRODUCTDEVELOPMENTCYCLETHISCANACCELERATETHEPROGRESSOFTHEENTIREPROCESS,OCUPIEDTHECONSUMERMINDMARKET,ANDACCUMULATERESOURCESFORTHESUBSEQUENTPRICECOMPETITIONBETWEENTHESAMEPRODUCTSKEYWORDSDIEFORRACKFRAMEBLANKINGDIEPIERCINGDIEBENDINGDIEPROTRUDINGDIECONCAVEDIEBLANKINGFORCEPUNCHINGFORCEUNLOADINGFORCEBENDINGFORCETOPPIECESFORCE目录第一章前言111选题的目的112题目的意义1第二章冲压的基本知识221冲压的基本工序222冲压加工的特点及应用4221冲压加工的特点4222冲压加工的应用423冲压模具5231冲模的要求5232冲模的种类5233冲模结构组成5234国内外现状综述6第三章冲裁工艺及模具设计831冲裁8311冲裁过程分析8312影响冲裁件断面质量的因素932冲裁间隙10321间隙对冲裁的影响10322间隙值的确定1233凸模与凹模刃口尺寸的确定14331刃口尺寸计算原则14332刃口尺寸计算方法16第四章冲压工艺分析与方案论证1741冲压工艺分析1742冲压方案论证18第五章落料模设计1951落料模的工作原理1952冲压工艺分析，确定冲压工艺方案1953排样1954进行必要的工艺计算20541落料力20542卸料力21543推件力21544选择冲床时的总压力2255确定模具的压力中心2256计算凸、凹模刃口尺寸2357模具各主要零件设计25571凹模的厚度、壁厚及材料25572垫板的采用与厚度26573卸料橡胶的自由高度27574上下模座的外形尺寸和厚度28575上下模座的材料28576模具的总体设计2858选择冲压设备30第六章冲孔模的设计3161冲孔模的工作原理3162冲压件的工艺分析3163计算冲压力31631冲孔力31632冲孔时的卸料力32633推件力计算32634选择冲床时的总压力3264确定模具压力中心3365计算凸模、凹模设计尺寸33651刃口尺寸33652冲孔位置公差3566模具总体设计主要零部件设计36661模具主要零部件的设计36662模具总体设计39663模具的工作原理3967凸模校核40671圆形凸模的校核41672非圆形凸模的强度校核4168压力机的选择42第七章弯曲模的设计4371弯曲模的工作原理4372弯曲件的工艺性43721弯曲件的工艺性43722弯曲件的弯曲圆角半径43723弯曲件的孔与弯曲处的最小距离43724弯曲件的精度4473弯曲件工序的确定原则4474弯曲力的计算45741自由弯曲力的计算45742顶件力和卸料力的计算45743弯曲时压力机压力的确定4675弯曲模工作部分的尺寸46751凸凹模的圆角半径及凹模深度46752弯曲模的间隙48753压力机的选择49754零件的选型4976模具总体设计50第八章结论51致谢52参考文献53附录54外文资料和中文翻译54第一章前言11选题的目的、通过调研目前市场上的各种冷冲模具，设计出性价比更高更合理的冷冲模结构，更好的解决目前零件加工的问题。2、树立正确的设计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决依据，同时培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力，领会基本理论和深化理论知识，检验学生综合素质与实践能力。3、接受工程师必须的综合训练，提高实际工作能力。如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和CAD软件绘图能力；总结提高撰写论文的能力。12题目的意义模具工业是国民经济的重要基础工业之一。作为工业生产中的基础工艺装备，模具以其利用率高、耗能低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点在汽车、飞机、工程机械、动力机械、轻工、日用五金等制造业中作用极为重要,其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。选择该题目进行设计能让学生到材料成型加工的又一种重要方法模具加工,由于它具有很强的实用性，因而对于毕业大学生将来从事机械制造工作定会益处多多。第二章冲压的基本知识21冲压的基本工序冷冲压是机械中常见的一种金属加工方法。它是利用安装在压力机上的冲模对板料施加压力，使其产生分离或变形，以获得一定的几何精度的机械零件或制品，通常是在室温下进行加工的，所以称为冷冲压或板料冲压。冷冲压可既可以加工金属材料，也可以加工非金属材料1。冷冲压与金属切削加工相比有如下优点3,2A金属材料经冲压变形后，其强度和刚度都得到提高。它能使较薄金属材料冲制成尺寸大、质量小、强度及刚度都较高的金属制件。尽管越来越多的汽车零件被塑料件所代替，但迄今为止，汽车覆盖件主要仍是冲压件，世界上各大汽车厂研制的新型汽车亦采用冲压件为覆盖件。可以说冷冲压是一种不能用其他加工方法替代的加工方法。B冷冲压利用金属塑性，使金属材料在外力作用下发生塑性变形以达到制件形状和尺寸要求。冷冲压既不同于锻压加工，不需要对金属材料加热，也不同于常见的金属切削，它是一种节能、无切屑的加工方法。由于在变形过程中未切断金属纤维，因而制件具有较合理的流线分布，这也是冷冲压制件强度和刚度好的重要原因之一。C冷冲压最重要的工艺装备是冷冲模，用冷冲模使金属材料变形，因此，冲压件基本上保持了模具工作部分的形状和尺寸精度。由于制模水平的提高，目前模具精度已达到微米级，制件精度可以达到IT7IT6级。D冷冲压生产操作简单，因而易实现机械化和自动化，生产率高。如一条由46大型压力机组成的冲压生产线，一分钟可以制造大尺寸汽车覆盖件数十件。E尽管制造冷冲模的技术要求高、难度大千上万乃至上亿个制件，加之冲压生产率高，因而在大批量生产的条件下，冲压成本及低。由于冲压件的形状、尺寸和精度要求不同，因此，冲压加工的方法是多种多样的。根据材料的变形特点及工厂现行的习惯，冲压的基本工序可分为分离工序与塑性变形工序两大类10。所谓分离工序，就是冲压过程中使冲压零件与板料沿一定的轮廓线相互分离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。主要冲压工序的分类及特征可见下表21。表21主要冲压工序的分类类别工序名称工序特征切断用剪刀或模具切断板料，切断线不是封闭的用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件落料冲孔用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为废料切口用模具将板料局部切开而不全分离,切口部分材料发生弯曲分离工序切边用模具将工件边缘多余的材料冲切下来弯曲用模具使板料弯成一定角度或一定形状拉深用模具将板料压成任意形状的空心件压肋用模具将板料局部拉伸成凸起和凹进的形状翻边用模具将板料上的孔或外缘翻成直壁缩口用模具对空心件口部加由外向内的径向压力,使局部直径缩小变形工序胀形用模具对空心件加向外的径向力,使局部直径扩张22冲压加工的特点及应用221冲压加工的特点冲压加工不需要加热，也不像金属切削加工时切掉大量的碎屑，因而它是一种节能省材的加工方法；很多冲压制件所用的毛坯是冶金厂大量生产的轧制钢板和钢带，原材料来源途径广且价格低；冲压件的质且主要靠模具保证，容易获得质量好且稳定的冲压制品。和其他加工方法相比，冲压加工概括起来有如下特点1在设备和模具的作用下能得到其他加工方法不易得到的形状复杂、精度一致的制件。2操作简便，生产效率高，适合批量生产，易于实现机械化和自动化。3冲斥生产的材料利用率高，模具寿命较长，故而极大地降低了冲压件的生产成本。4冲压件的尺寸稳定、精度高、互换性好。但是，冲压加丁在生产中也有其局限性。一方面，在冲压加工时产生振动和噪声；另一方面，冲压加工所使用的模具往往具有专一性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具精度高，导致模具制造费用较高，只有在大批且生产时，冲压加工的优越性才能得到充分体现。222冲压加工的应用由于冲压加工具有效率高、成本低、质且稳定等一系列优点，因此在汽车、拖拉机、电机、电器、国防工业以及日常生活用品等行业得到了广泛应用，如在飞机、导弹、各种枪弹的生产中，冲压件占有相当大的比例。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压加工将起到越来超重要的作用。23冲压模具231冲模的要求冲压模具（简称冲模）是对金属板材进行冲压加工以获得合格产品的工具4。在冲压加工过程中，冲模的凸模与凹模直接接触被加工材料并相对作用使其产生塑性变形达到预期的零件。因此对冲模的要求冲模应该具有足够的强度，刚度和相应的形状尺寸精度；冲模主要零件应具有足够的耐磨性和使用寿命；冲模的结构应该确保操作安全，方便，便于管理和维修；冲模应有使材料方便送进，工件方便取出，定位可靠的装置，以保证生产的工件质量稳定；为使冲模上下运动准确，需要有导向装置；冲模零件的加工和装配应该尽可能简单，尽量采用标准件，以缩短模具的制造周期，降低成本；冲模应具有与压力机连接的部位，以适应安装和管理的需要。2232冲模的种类从工艺性质分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等；从工序组合分为单工序模、复合模、连续模等；从材料送进方式分为手动送料模、半自动送料模、自动送料模等；从适用范围分为通用模和专用模等；从导向方式分为无导向模、板式导向模、滑动导向模等。233冲模结构组成冲模结构由五部分组成，即工作零件，辅助装置，导向装置，支撑零件，紧固零件。A工作零件冲模的工作零件是凸模和凹模，在复合模中还有凸凹模。它们成对互相配合，完成对坯料的成形。他们的形状尺寸，尺寸精度，固定方法决定着冲模的性能，模具成本及使用寿命。B辅助装置辅助装置是协助凸模，凹模完成工艺成形不可缺少的装置。C导向装置它是保证上模，下模准确运动的装置，要求工作可靠，导向精度好，有一定的互换性。D支承零件在上模座和下模座上安装着凸模，凹模及其它所有的零件。它们和压力机连接，传递并承受着工作压力。E紧固零件中大型模具大多采用沉头螺栓和销作可卸式连接。模具的连接可靠，拆卸方便也是冲模设计的一个基本要求。234国内外现状综述模具朝着标准化、系列化、专业化和商品化的方向发展。世界主4要工业国模具标准化生产程度达80，模具厂只需设计制造模具工作零件，大部分模具零件均从模具标准厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业程度越来越高，分工越来越细，而规模变小。如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂，甚至某些模具厂仅专业化生产某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。冷冲压朝着使用CAD/CAM技术方向发展6。自80年代初，世界模具行业采用CNC机床，开发和研究冲摸CAD/CAM技术，使冲摸设计和制造现代化。用计算机才用有限元模拟金属板料变形情况，可以预测某一工艺方案对制件成形的可能性和将会发生的问题。计算机将结果显示在终端上供设计人员选择修改，这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模周期。采用CAD/CAM/CAE技术，可以使制模周期缩短1/22/3，精度提高12级。目前用CNC机床加工的模具精度已达M级。世界各主要工业国已广泛使用此技术，我国也正由实验研究转入实用。随着市场经济的发展，商品竞争日趋激烈。为争夺市场，如何提高冷冲压模具设计及制造质量和缩短周期，已成为冲压工程技术人员所面临的重大课题。除了采用简易模具技术，解决产品试制及小批量生产外，目前国内外广泛应用成组技术进行组织产品工程设计、制造及生产8。成组技术是将产品整体为研究对象，分析产品相似性，将形状结构、尺寸、精度等相似的产品分类成组，从而引导产品设计及生产达到成本低、周期短的目的。由于产品相似性使产品制造工艺也具有相似性，这就为冷冲压模具设计应用成组技术创造了条件。典型组合模具不仅能适应小批量生产要求，作到一模多用，只要更换个别工艺件就能组合成新模具进行新的品种生产，从而为小批量生产开辟了新的途径。典型组合模也具能适应中、大批量生产要求，工具制造部门可在、事先制造典型组合模具作为半成品库存，设计部门能在短期内补充设计所需工艺件，即可在较短时间内制造组合成专用模具供中、大批量生产。此外，用锌合金作为模具材料，设计简单，制造容易，不需要专门的模具加工设备，省工、省料。模具用锌合金的性能，相当于低碳钢，加工性质类似于青铜铸件。由于锌合金的独有的特点，必将在生产中广泛应用，对提高冲压生产的工艺技术水平和经济效益，促进机电工业的发展，将起积极作用9。第三章冲裁工艺及模具设计冲裁是利用模具使板料产生分离的一种冲压工序。从广义上讲，冲裁是分离工序的总称，它包括落料、冲孔、切断、切口、修边等多种分离工序。但一般来说，冲裁主要是指落料和冲孔工序。在冲压工艺中，冲裁的用途最为广泛，它既可以直接冲出所需形状的成品工件，又可以为其他成形工序如拉深、弯曲、成形等制备毛坯。31冲裁311冲裁过程分析冲裁加工过程中的受力与变形是比较复杂的，若要深入掌握冲裁工艺，必须研究冲裁时板料分离的实质及影响冲裁过程的因素，从而达到掌握冲裁过程、控制冲裁件质量的目的。冲裁过程分析主要是从力与变形的角度出发，分析、研究冲裁过程。这对编制冲裁工艺、设计冲裁模、控制冲裁件质量有着重要意义。冲裁是分离工序，从凸模接触板料到板料相互分离的过程是在瞬间完成的当凸、凹模间隙正常时，冲裁变形过程大致可分为以下三个阶段弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段，如图31所示。图31冲裁变形过程312影响冲裁件断面质量的因素在四个特征区中，光亮带剪切面的质量最佳。各区域部分在整个断面上所占的比例，随材料的性能、厚度、冲裁间隙、刀口状态及摩擦等条件的不同而变化。1材料性能对断面质量的影响对于塑性较好的杉料冲裁时裂纹出现得较晚，因而材料被剪切的深度较大，所得到的断面光亮带所占比例大，闯角带较宽，断裂带较窄。而塑性差的材料，当剪切开始不久，材料便被拉裂，使断面光亮带所占比例小，圆角带较窄，有斜度的粗糙断裂带所占的比例大。2冲裁间隙对断面质量的影响冲裁间隙值的大小，影响上下裂纹的会合，也影响变形应力的性质和大小。当间隙过小时，上下裂纹延伸时互不重合，如图32A所示。两裂纹之间的材料，随着冲裁的进行将被第二次剪切，在断面上形成第二光亮带，该光亮带中部有残留的断裂带夹层。小间隙还会使庇力状态中的拉应力成分减小，挤压作用增大，使材料塑性得到充分发挥，裂纹的产生受到抑制而推迟。所以，断面光亮带宽度增加，圆角、毛刺、斜度、翘曲、拱弯等缺陷都有所减小，制件质量较好。但断面的质量也有缺陷，如中部的夹层等。当间隙过大时，上下裂纹延伸时仍然互不重合，如图32C所示。这是因为变形材料应力状态中的拉应力成分增大，材料的弯曲和拉仲也增大，容易产生微裂纹，使塑性变形较早结束。所以，断面光亮带变窄，圆角带、断裂带增宽，毛刺增多，拱弯、翘曲现象严重，并且拉裂产生的斜度增大，有时断面会出现两个斜度，冲裁件质量下降。当间隙合适时，上下裂纹延伸后能会合成一条线，如图32B所示。尽管断面也有斜度，但零件比较平直，圆角、毛刺、斜度均不大，有较好的综合断面质量。3模具刃口状念对断面质量的影响刃口状态对冲裁过程中的应力状态有较大影响。当模具刃口磨损成园角时，挤压作用增大，冲裁件的圆角和光亮带增大。但同时也使冲裁件的毛刺增大，凸模钝，落料件上毛刺增大；凹模钝，冲孔件上毛刺增大。图32间隙大小对冲裁件断面质量的影响1断裂带2光亮带3圆角带4第二光亮带32冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模中凸模与凹模刃口之间的间隙。凸模与凹模之间每侧的间隙称为单面间隙，用Z2表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用Z表示，如图33所示。本章所讨论的间隙，如无特殊说明，都是指双面间隙。321间隙对冲裁的影响从上面的分析可知，凸模和凹模之间的间隙，对冲裁件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、冲裁力和冲栽件的尺寸精度。因此，冲栽间隙是冲裁模设计中一个非常重要的工艺参数。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设计的理想尺寸之间的差值。差值越小，则精度越高。总的差值包括以下两个方面1冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是指制件从凹模推出落料件或从凸模上卸下冲孔件时，因材料所受的挤压、拉伸变形等产生回弹面造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的C影响这个偏差值的因素食冲裁间隙、材料性质、工件的形状与尺寸等，其中主要因素是冲栽间隙。图33冲裁间隙冲裁间隙过大时，材料所受拉伸作用增大。冲裁结束后，因材料的弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，从而使落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸孔径大于凸模尺寸直径。冲裁间隙过小时，材料受模具挤压的作用增大C冲裁结束后，因材料的弹性恢复，使落料件尺寸增大，冲孔尺寸孔径减小。尺寸变化量的大小与材料性质、厚度等因素有关。材料性质直接决定了其在冲裁过程中的弹性变形量。软钢的弹性变形量较小，冲裁后其弹性恢复也相应较小，硬钢的弹性恢复量就比较大。2模具本身的制造偏差。上述因素的影响，是在一定的模具制造精度这个前提下讨论的。若模具刃口制造精度低，则冲裁件的制造精度也就无法保证。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件尺寸的精度要求来决定。2间隙对模具寿命的影响模具寿命受各种因素的综合影响，冲裁间隙是主要影响因素之一。冲裁过程中，凸模与冲孔件孔的内侧面，凹模与落料件的外侧面之间均有摩擦。间隙越小，摩按越严重，所以过小的冲裁间隙对模具寿命极为不利。较大的冲裁间隙可使模具与材料之间的摩擦减小，在一定程度上还可以减小间隙分布不均匀的不利影响，从面提高模具寿命。3冲裁间隙对冲裁工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不F分显著。试验结果表明当单面间隙介于材料厚度的520范围内时，冲裁力的降低不超过510。因此，在正常情况下，冲裁间隙对冲裁力的影响不是很大。冲裁间隙对卸料力、报件力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模上卸下零件和从凹模中推出零件都比较省力。当单边间隙达到厚度的1525左右时，卸料力几乎为0。但间隙太大，引起毛刺增加，反而又使卸料力和推件力增加。4322间隙值的确定由以上分析可知，冲裁间隙对冲裁件精度、冲裁工艺力以及模具寿命都有很大影响，但影响的规律各不相同。因此，并不存在一个绝对合理的间隙值，能同时满足冲裁件断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁工艺力最小等各方面的要求。在实际生产中，通常选择一个合适的间隙范围。只要模具间隙在这个范围之内，就可以满足使用要求。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。考虑到模具使用中的磨损，设计和制造新模具时要选择最小合理间隙。确定合理间隙值的方法有两种；理论确定法和经验确定法。1理论确定法理论确定法的主要依据是保证上下裂纹重合，且正好相交于一条直线上，以获得良好的断面质量。图34所示为冲裁过程中产生裂纹的瞬时状态，根据图中的几何关系可求得间隙Z值如下Z2THOTAN2T1HO/TTAN式中Z双面间隙值；T板料厚度；H0产生裂纹时凸模压人材料的深度；H0T产生裂纹时凸模压人材料的相对深度；剪裂纹与垂线间的夹角。图34冲裁过程中产生裂纹的瞬时状态从上式可以看出，合理间隙值Z与板料厚度T、相对压入深度H0/T、剪裂纹方向角度等有关。面H0/T和又与材料的性质有关，因此影响间隙值的主要因素是材料的性质和材料厚度。不同材料的H0/T与值见表31。表31H0/T与值板料厚度增大，间隙值应相应增大。比值H0/T与材料的性质有关，塑性好的材料光亮带占剪切断面的比例大，合理间隙值就取得小一些。材料塑性差，厚度大，其相应的合理间隙值就要取得大一些。33凸模与凹模刃口尺寸的确定凸模与凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的重要因素。凸凹模的合理间隙值也要靠刃口尺寸及其公差来保证。因此，在设计冲裁模具时，正确计算凸模与凹模的刃口尺寸及其公差是十分必要的。331刃口尺寸计算原则在生产实践中，不难发现冲裁生产具有如下特点1由于凸、凹模之间存在间隙，使冲出的孔或落下的制件都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺小等于凸模尺寸。2在测量与使用中，落料件以大端尺寸为基推，冲孔孔径以小端尺寸为基准。3冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模尺寸越磨越小，凹模尺寸越磨越大，结果使凸、凹模之间的间隙逐渐增大。根据冲裁生产的特点，计算和确定凸、凹模刃口尺寸及其公差时应遵循以下原则。1、根据冲孔和落料的特点落料件的尺寸决定于凹模尺寸，故落料模应以凹模为设计基准；先确定凹模的刃口尺寸，再据间隙值确定凸模的刃口尺寸。冲孔时孔径的尺寸决定于凸模尺寸，所以冲孔模应以凸模为设计基淮；先确定凸模的刃口尺寸，再按间隙值确定凹模的刃口尺寸。2、考虑凸模与凹模的磨损凸、凹模在冲裁过程中必然会出现磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损使落料尺寸增大。为了保证冲裁件的尺寸精度，尽可能地提高模具寿命，设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸。设计冲孔模时，凸模刀口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。这样就能保证凸、凹模磨损到一定秤度后仍能冲裁出合格的工件。不论落料还是冲孔，凸、凹模间隙都应选取合理间隙范围内的最小值。3把握好刃口制造精度与工件精度的关系凸、凹模刃口尺小精度的选择，应以能保证工件的精度要求为前提，保证合理的凸、凹模间隙值，从而保证模具的使用寿命。模具刃口制造精度与冲裁件精度的对应关系见表32。一般情况下，也可技工件公差的14L3选取。对于圆形凸、凹模，由于制造容易，精度易保证，制造公差可按IT6IT7级选取。表32模具刃口制造精度与冲裁件精度的对应关系332刃口尺寸计算方法根据凸、凹模的加工工艺和测量方法的不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同。刃口尺寸的计算方法分为下面两种类型。1凸模与凹模分别单独加工这种加工方法，适用于圆形或矩形等规则形状刃口的制造。加工模具时，凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸，并分别在图样上标注凸模和凹模的刃口尺寸和制造公差。为了保证间隙值，应满足下列关系式TPTDZMAXZMIN33或取TP04ZMAXZMIN34TD06ZMAXZMIN35落料与冲孔时凸、凹模刃口尺寸、公差与冲裁件尺寸及其公差的关系如图35所示。图35冲模刃口尺寸的确定第四章冲压工艺分析与方案论证41冲压工艺分析图41零件图该零件为拖拉机机架框，如图41所示。上面有2个15的孔，一个11的孔，一个12的孔以及两个11125的钣金槽。孔主要用于接板的装配，故这几个孔的位置是需要保证的重点。另外钣金槽是用于定位的，位置度也需要得到一定的保证。A该零件的厚度为3毫米。对于一般的冲压来说，它的厚度是过厚了一点，所以在弯曲时若能有效地利用过弯曲和校正弯曲来控制回弹，则可以得到形状和尺寸比较准确的零件；B钣金槽边缘和所有的孔边缘至弯曲半径R的中心距离都大于材料厚度的两倍（6毫米），从而钣金槽边和所有的孔都位于变形区之外，1弯曲时不会引起它们变形，故钣金槽边和所有的孔都可以在弯曲前冲出。孔冲好后，也可作为弯曲时的定位。由图可知，该零件结构形状比较复杂，但并不对称。是由圆弧直线组成，根据零件的具体情况，要完成全部的工序而生成该产品，需经过以下三道工序，它们分别是落料、冲孔和弯曲。42冲压方案论证冲压该零件需要的基本工序有落料、冲孔、弯曲。由于工件结构不算复杂，为了减少模具的制造难易程度，这里选择单工序简单模。具体工序方案主要有有以下几种方案一先落料、再弯曲、最后冲孔。工序较少且较集中，使用设备较少，生产效率较高。在每道工序中都存在着一定的误差，这样零件的精度很难保证。且冲孔模具的结构也比较复杂。方案二先落料、再冲孔、最后弯曲。工序较少且较集中，使用设备较少，生产效率较高。进行弯曲时有较好的定位。加工精度得到很好的保证。模具结构较简单，制造成本较低，符合经济要求。方案三先落料、然后冲孔、再弯曲、最后再冲孔。工序复杂，生产效率低，对于批量生产并不适易，在每道工序中都存在着一定的误差，这样零件的精度很难保证。方案四先冲孔、再落料、最后弯曲。这种工序方案中，孔先冲出，给后面的工序提供了很好的定位。提高了产品的位置精度。但是这样操作不方便，就增加了工人的劳动强度，生产效率降低了。综合考虑到零件的性能、产品质量、生产批量、生产效率使用设备、模具制造的难易程度及寿命高低、操作方便与安全等方面，经过以上的方案比较，可知第二案比较好，所以选择方案二。第五章落料模设计51落料模的工作原理在冲压加工过程中，冲模的凸模与凹模直接接触被加工材料并对材料施加压力，使材料沿轮廓线分离，从而得到预期的零件。52冲压工艺分析，确定冲压工艺方案该零件形状简单，是由圆弧和直线组成的。冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT13，孔中心与边缘距离尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，根据文献1，故决定采用单工序落料模加工，且一次冲压成形。53排样在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。根据文献9，10，采用斜排式的排样方式，如图51所示。图51零件图和排样图由表2138查得最小搭边3AMM，1MM；通过PRO/E的区域分析的功能得到该零件的毛坯的面积A97235MM2；条料的宽度B388323333330MM进距H629721A6357MM；根据公式0BHNA（51）计算得一个进距的材料利用率为93107635092154进行必要的工艺计算该模具采用弹性卸料和下出件方式。Q235的抗拉强度为B375460MPA。541落料力根据文献11公式BLTF1（52）其中落料力N；B抗拉强度MPA，取B400MPA；T材料厚度MPA，T3MM；L零件的毛坯的周长MM。通过PRO/E的面分析的功能得到该零件的毛坯的周长L1548MM故BTF115483400N1858103N542卸料力表51卸料力、推料力和顶料力系数料厚（MM）K卸K推K顶0106009010140105004007006500805250025006005006256000150040025005钢6500150040025003铝、铝合金003008003007紫铜、黄铜002006003009根据公式1FK卸卸（53）其中F落料力N；K卸系数，取K卸004。故1卸卸00418581037432103N543推件力根据公式（54）1FNK推推其中F落料力N；K系数，K0045；推推N卡在凹模洞口的工件或废料数目，。3HNT故30045185810N836110N1FK推推3544选择冲床时的总压力选择冲床时的总压力为F1总FF卸F推2016KN55确定模具的压力中心按比例画出零件形状，选定坐标系XOY，如图52所示。因零件不对称，故XC，YC都需计算。根据文献11，将工件冲裁周边分成L1，L2，L7基本线段，求出各段的重心L1883X10Y118885L26297X22425Y2233L3122047X354438Y321895L48393X462955Y41752L59985X558008Y510357L68813X660036Y61726L758069X728133Y77292根据公式CLIX（55）得12345671273016CLXLXLXLXMM根据公式CLIY（56）得132CLIYM故压力中心坐标值为（30160，13322）YX图52压力中心图56计算凸、凹模刃口尺寸落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料凹模作为设计基准。查文献8，由表21得间隙值ZMIN046ZMAX064MM由于凹模结构相对复杂，尺寸在生产过程中有变大和缩小，所以用配合加工计算法来计算凹模。第一类凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸；第二类凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸；第三类凸模或凹模在磨损后基本不便的尺寸。第一类尺寸（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸X）410第二类尺寸（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸X）41第三类尺寸冲裁件上该尺寸的中间尺寸（1/8）根据公式410）（凹XD（55）其中凹凹模尺寸MM；系数，按工件精度由文献12表27查得X075；工件公差MM；则凹模各部分尺寸为尺寸为883时，凹D（883075054）1308791350尺寸为485时，240240897548凹MM尺寸为R337时，97597533凹MM尺寸为R513时，0150156461凹DMM尺寸为629时，27027085629凹MM凸模工作部分尺寸按凹模配制，保证双面均匀间隙为640MM。57模具各主要零件设计571凹模的厚度、壁厚及材料根据文献11经验公式KBH凹（56）计算凹模厚度其中B工件最大外形尺寸,B6297MM；K系数,查表52得K018表52厚度系数料厚T/MMB/MM051233200010012015018022故3461807629KBH凹MM，取14凹HMM。根据公式凹C（57）得凹模壁厚C2凹228MM根据凹模厚度及工件尺寸,可以估算凹模的外形尺寸长度、宽度和厚度1086689114MM。由于在冷态下被加工材料的变形抗力较大且存在加工硬化效应，故凹模和凸模承受很大的载荷及摩擦、冲击作用。CR12MOV具有优良的热处理性和耐磨性，且韧性较好，通过高温淬火，还具有一定的热硬性，所以凹模和凸模的材料选用CR12MOV。12572垫板的采用与厚度是否采用垫板,视模座所承受的应力是否超过模座材料的许用应力而定当压应力大于,则应采用垫板反之,可以不加垫板该工件落料凸模承压面尺寸如图53所示。模板承受的压应力图53凸模承压面根据公式AF1总（58）得720935161总MPAQ235的120160MPA，所以。可以不加垫板但是考虑到模具的闭合高度,且垫板具有缓冲作用故仍加垫板其厚度取为12MM573卸料橡胶的自由高度根据零件材料厚度为3MM,冲裁时凸模进入凹模深度取1MM,维修时刃磨量为5MM,模具开启时卸料板极高出凸模底面3MM因此总的工作行程1253TH工件MM。根据文献11公式工作自由4（59）橡胶的自由高度48312453453工作自由H考虑到模具的闭合高度及卸料具体情况，可取M自由。模具组装时,橡胶的预压量根据公式自由预H150（510）得5107自由预HMM橡胶的闭合高度2454382自由预MM取40MM橡胶的断面面积根据公式DPFD271（511）其中F7432103，P23MPA,根据选定的卸料螺钉的直径确定D20MM，橡胶与螺钉的配合为间隙配合，取。76HH代入计算得，D127MM574上下模座的外形尺寸和厚度根据凹模外形尺寸确定下模座尺寸为长度、宽度和厚度1156819130（MM）相应确定上模座尺寸为长度、宽度和厚度1156819120（MM）卸料板的外形尺寸和厚度为长度、宽度和厚度108668918（MM）575上下模座的材料因为上下模座在工作中受到较大的冲击力，故选择HT200，它能够承受较大的载荷且，铸造性能好，由于石墨有一定润滑效果，HT200具有较好的减磨和耐磨性。12576模具的总体设计根据上述确定的方案及各步计算结果设计模具草总图，如图54所示本模具采用手工送料，由于凸模断面比较复杂，考虑到加工方便，决定采用螺钉固定方式与模座和垫板相固定。由于模座周界尺寸比较大，所以选择四导柱模架，选择导柱直径为，导柱导套按标准件选取，板材在凹模上依靠挡料销而定位，凹模5与下模座装配时依靠定位销定位，然后由六个均布螺钉紧固。模柄直径选择MM,为标准件。卸料橡胶外径为127，内径为20，查文献8，70选取D20MM的卸料螺钉,螺钉于橡胶内径的配合为间隙配合,配合公差为。6HH图54落料模如果54所示，落料模的工作原理为落料模由模柄、上模座、垫板、凸模、卸料板、凹模、下模座、导柱及销钉、螺钉等连接零件构成。模具工作时，板材在落料凹模上紧靠挡料销而定位，压力机滑块下行，卸料板压紧板材，使其得到充分定位,同时带动凸模下行完成冲裁落料。上模回程时，通过卸料橡胶的弹性回弹作用，使卸料板紧压在落料后的废料上，实现凸模与废料的分离，完成卸料,最终完成落料工序。装配时应达到如下技术要求1装配时应保证凸凹模之间的间隙均匀一致，双向间隙最小值为ZMIN046，最大值为ZMAX064，不允许采用使凸、凹模变形的方法来修正间隙；2卸料机构必须灵活，卸料板在冲模开启状态时，一般应突出凸模表面051MM；3各接合面保证密合，漏料孔应保证畅通，一般应比刃口大022MM4冲模所有活动部分的移动应平稳灵活，无滞止现象；5各紧固用的螺钉不得松动，并保证螺钉和销订的端面不突出上下模座的平面；6工件毛刺高度不得大于005。58选择冲压设备由上面的计算结果可知最大的冲压力为195总FKN；模具的最大闭合高度为H406MM；模具外形尺寸为1156819（MM）；根据以上的资料根据文献8选择压力机的型号J21250（开式可倾压力机），压力机的主要技术参数如下所示公称压力/KN2500滑块行程/MM200行程次数30最大的闭合高度/MM500封闭高度调节量150工作台板尺寸/MM1200800电动机功率/KW30第六章冲孔模的设计61冲孔模的工作原理因为与落料同为分离工序，所以工作原理相似，其工作原理为在冲压加工过程中，冲模的凸模与凹模直接接触被加工材料并对材料施加压力，使材料沿轮廓线分离，从而在工件上得到预期的孔。462冲压件的工艺分析该工序是在材料为Q235上进行非圆形和圆形的冲孔加工，由于冲孔尺寸的工件外形尺寸均较简单，且生产批量不大，为缩短模具的制造周期，降低模具成本，而采用单工序模进行对零件的加工。463计算冲压力该模具采用弹性卸料和下出件方式。Q235的抗拉强度为B375460MPA。631冲孔力根据文献11公式BLTF2（61）其中F冲孔力N；B抗拉强度MPA，取B400MPA；T材料厚度MPA，T3MM；L零件的冲孔毛坯的周长MM。所冲孔的总周长为L2231475231462314552314550522（12511）26915故32108294035691BLTFN。632冲孔时的卸料力根据文献11公式2FK卸卸（62）其中F冲孔力N；K卸系数。K卸004。故F卸K卸F20048298103332103N633推件力计算根据文献11公式2FNK推推（63）其中F2冲孔力N；K推系数。K推0045N卡在凹模洞口的工件或废料数目,153HNT取凹模刃口形式为上小下大的形式。故F推NK推F2500458298103N1867103N634选择冲床时的总压力选择冲床时的总压力为F2总FF卸F推8298332186710497KN64确定模具压力中心按比例画出零件形状，与落料模选定同一坐标系XOY。因零件孔不对称，故XC与YC都需计算。根据文献11将工件冲裁周边分成L1，L2，L6基本线段，求出各段的重心L126254X1925Y1214L226254X23775Y2214L33454X2470Y3214L4471X4596Y41721L5471X5571Y5338L63768X670Y61447由公式CLIX（64）由此可计算得123456126285CLXLXMM由公式CLIY（65）同理计算得185IMM故压力中心坐标值为（28522,1851）65计算凸模、凹模设计尺寸651刃口尺寸冲孔时，尺寸是由凸模决定的，因此应以冲孔凸模为设计基准。根据文献4表21得间隙值ZMIN046ZAX064MM凸、凹模制造公差由表36查得4对于15的孔凸002对于12的孔凸002对于11的孔凸002用分别加工法计算凸模根据公式凸）（凸XD，（66）其中凸凸模尺寸MM；D工件基本尺寸MM；X系数，按工件精度查得9X075；当工件公差为IT10以上时，取X1当工件公差为IT1311时，取X075当工件公差为IT14以上时，取X05工件公差MM；凸凸模制造公差MM。则各凸模各部分尺寸为对于15孔0202157501）（凸DMM对于11孔020217501）（凸DMM对于12孔02）（凸MM对于11125钣金槽R凸（55075027）045MM凹模工作部分尺寸按凸模配制，保证双面均匀间隙为640MM。652冲孔位置公差本冲裁件的经济精度不高，为IT13级，冲孔比落料精度高1级，冲裁件的尺寸公差、孔中心距的公差及孔对外轮廓边缘的公差分别如表6163所示表61冲裁件内、外形所能达到的经济精度表62两孔中心距公差表63孔中心与边缘尺寸公差66模具总体设计主要零部件设计661模具主要零部件的设计A凹模计算根据文献11，125BMM，3TMM，根据公式KBH（67）C2（68）HKB02412530，C2H60其中H凹模厚度MM；C凹模壁度MM；B最大外形尺寸MM；T材料厚度MM。根据凹模厚度和壁厚及工件尺寸,可以计算凹模的外形尺寸长度、宽度和厚度为3057MMB）凸模及相关组件的设计凸模组件有一般包括凸模、凸模固定板以及垫板等。对于该冲孔模采用的结构形式为台阶的形式，11、12小孔孔为第一层，15、钣金槽大孔层为第二层，大孔层比小孔层长约2MM。凸模的一般固定方式为销钉和螺钉来固定。由于该冲孔零件的厚度比较大，所以对于该模具的材料要有较高的耐磨性能，并能够承受较大的冲裁力。所以选用了CR12MOV为凸模材料，凸模工作部分的表面粗糙度为08,其它的表面粗糙度为63。MM对于该模具而言，由于制件的尺寸比较大，所以采用凸模固定板的方式来固定凸模，凸模固定板的主要作用是在零件加工的过程中，对凸模起到一定的保护作用，并能够实现对凸模的固定作用。由凸模的主要尺寸及其结构教室凸模固定板的尺寸如下按文献11经验公式凹固H806（69）2015806凹固HMM可取凸模固定板的厚度为凹MMC）凸模和凹模的材料由于在冷态下被加工材料的变形抗力较大且存在加工硬化效应，故凹模和凸模承受很大的载荷及摩擦、冲击作用。CR12MOV具有优良的热处理性和耐磨性，且韧性较好，通过高温淬火，还具有一定的热硬性，所以凹模和凸模的材料选用CR12MOV。D）卸料橡胶的自由高度根据零件材料厚度为3MM,冲裁时凸模进入凹模深度取1MM,维修时刃磨量为5MM,模具开启时卸料板底面高出凸模底面3MM因此总的工作行程125TH工件MM根据11公式工作自由43（610）橡胶的自由高度4821453453工作自由HMM取45自由HMM模具组装时,橡胶的预压量根据公式自由预10（611）75645自由预MM橡胶的装配高度253840102预自由HMM取40MM根据公式（612）217FDDP得76MM2D橡胶外径MM；D橡胶内径MM；F卸料力（N）；P单位面积橡胶压力（MPA）。E）上下模座的外形尺寸、厚度和材料根据凹模外形尺寸确定下模座尺寸为长度、宽度和厚度80040070MM）相应确定上模座尺寸为长度、宽度和厚度80040060（MM）因为上下模座在工作中受到较大的冲击力，故选择HT200，它能够承受较大的载荷且，铸造性能好，由于石墨有一定润滑效果，HT200具有较好的减磨和耐磨性。12卸料板的外形尺寸和厚度为长度、宽度和厚度71031518（MM）662模具总体设计根据以上分析和设计计算，设计出冲孔模，如图61所示结构。663模具的工作原理完成该工序时，零件的坯料在冲压过程中极易滑动，必须采取定位措施。具体的方法是采用固定销的方式来达到定位的效果。在零件加工时，可直接将坯料放在凹模上进行加工。这样的定位方式既安全又可靠。模具的总体结构如图61所示。上模座采用带柄的矩形模座，凸模采用固定板和螺钉和销钉固定在模座。下模部分由凹模、下模座等组成，通过螺钉和销钉固定。模具的工作过程将落料后的坯料放在凹模上，与定位销接触，这样起到定位的作用。当模具下行时，凸模与坯料进行接触，使坯料充分的定位，继续下行时，使零件的各部位成形。上模回程时，通过橡胶回弹的作用，带动卸料螺钉，将工件弹出并完成该工序的加工。图61冲孔模67凸模校核根据文献2公式凸模为圆形的公式4压BTD（613）凸模为非圆形的公式1压PF（614）由于所选的凸模材料为CR12MOV，根据文献8,查表得许用压应力的值为9811569MPA压671圆形凸模的校核A）11孔的凸模强度校核由上面的公式可知DTB4压则36140压MPA由于压小于标准的许用应力，所以该凸模的强度符合条件。压B）12孔的凸模强度校核由上面的公式可得DTB4压则01243压MPA由于压小于标准的许用应力，所以该凸模的强度符合条件压C）15孔的凸模强度校核由上面