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固定垫片级进模冲压模具设计【16张CAD图纸和毕业论文】

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关键词：: 全套CAD图纸和毕业论文固定垫片级进模冲压模具设计全套 cad 图纸以及毕业论文

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目录 3

前言 5

第一章、绪论 6

1.1.冲压技术理论概述 6

1.1.1.全面推广CAD/CAM/CAE技术 6

1.1.2.高速铣削加工 6

1.1.3.模具扫描及数字化系统 6

1.1.4.电火花铣削加工 6

1.1.5.优质材料及先进表面处理技术 7

1.1.6.模具研磨抛光将自动化、智能化 7

1.2.冲压加工经济性分析 7

1.2.1.提高模具标准化程度 7

1.2.2.冲压件的成本分析 7

1.2.3.冲压工艺与其他常规加工手段比较 8

第二章、零件工艺性分析及确定工艺结构方案 9

2.1.产品零件图 9

2.2.零件工艺性分析 10

2.2.1.结构与尺寸 10

2.2.2.零件精度 10

2.2.3.材料 10

2.3.确定冲裁工艺方案 10

第三章、确定模具总体结构方案 13

3.1.模具类型 13

3.2.操作与定位方式 13

3.3.卸料与出件方式 13

3.4.模架类型及精度 13

第四章、工艺计算 14

4.1.排样设计与计算 14

4.1.1.排样方法 14

4.1.2.搭边值的确定 15

4.1.3.送料步距与条料宽度计算 15

4.1.4.材料利用率及排样草图 16

4.2.冲裁力、压力机的选取及压力中心计算 17

4.2.1.冲裁力的计算 17

4.2.2.卸料力、推件力和顶件力 17

4.2.3.压力机所需总冲压力的计算 18

4.3.压力中心的计算 19

4.3.1.压力中心的计算 19

4.4.凸、凹模刃口尺寸计算 21

4.5.卸料结构设计、弹性元件的选用和计算 25

4.5.1.卸料结构设计 25

4.5.2.弹性元件的选用和计算 26

第五章、级进模的主要零件设计 28

5.1.凸、凹模结构设计 28

5.1.1.凹模 28

5.1.2.凸模 30

5.2.结构件与安装 34

5.2.1.凸模固定板 34

5.2.2.模柄 35

5.2.3.垫板 36

5.3.模架 37

5.3.1.模具闭合高度校核 37

5.4.压力机的选用与校核 38

5.4.1.压力机的选用 38

总结 39

参考文献 40

前言

由于模具技术的迅速发展，模具设计与制造已成为机械行业中一个大的分枝。从事模具行业工作的专业人才也越来越多，模具也倾向标准化，系列化，模具的诸多零件已经具有互换性，模具的设计周期越来越短，因此模具已经成为提高产品的竞争能力的重要手段。模具已成为各种产品不可缺少的工艺设备。

本次毕业设计内容是：固定垫片冲压工艺及模具设计。毕业设计的目的不仅是对大学所学知识的一个巩固和总结，而且是大学期间重要的实践环节，它能综合培养查资料的能力、画图能力、独立分析能力、向老师、同学学习的能力。毕业设计作为对所学专业知识的一次综合检测，为以后参加工作也将奠定坚实基础。

本次重点设计的是一副冲孔落料级进模。这次设计是在老师认真、耐心的指导下进行的，是在对模具的经济性、模具的寿命、生产周期及生产成本等因素进行了全面的仔细的分析下而进行设计的。因我个人经验和水平有限，因此很难避免在设计的过程中存在不合理之处，望各位老师多多批评指正。

本论文是在老师的精心指导和严格要求下完成的。老师那严谨求实的治学态度，渊博的知识为我们树立了榜样，在此向她表示衷心的感谢！

在论文的设计和写作过程中，得到同学的大力支持和协助，在此一并感谢！

我相信：在老师的耐心指导和同学们的大力支持下，我一定能顺利完成本次设计。

第一章、绪论

1.1.冲压技术理论概述

模具技术的发展是适应时代的发展，社会的需求，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。达到这一要求急需发展如下几项：

1.1.1.全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

1.1.2.高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

1.1.3.模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

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固定板，上垫板.png

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凸模，卸料板.png

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下模板，凹模.png

内容简介：: 无锡太湖学院冷冲压工艺卡片零件名称固定垫片零件图号材料牌号及规格H68，1.263.8L毛坯种类带料毛坯尺寸63.8L每毛坯可制件数工序号工序名称工序内容冲压设备工艺装备一次加工数工序附图10冲孔冲两边侧刃及中间孔J23-25模具和自动送料机构120冲孔冲2个圆孔及月牙孔J23-25模具和自动送料机构130冲裁切中间异形孔J23-25模具和自动送料机构140冲裁落料J23-25模具和自动送料机构150检验检验5班级姓名学号日期批改日期1 XXXX 大学毕业设计（论文）说明书题目固定垫片多工序级进模具设计学生系别机电工程系专业班级材料成型及控制工程学号指导教师 2 本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）固定垫片冷冲压工艺及级进模设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：学号：作者姓名： 2018 年 03 月 12 日 3 目录目录 .3 前言 .5 第一章、绪论 .6 1.1.冲压技术理论概述 .6 1.1.1.全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 .6 1.1.2.高速铣削加工 6 1.1.3.模具扫描及数字化系统 6 1.1.4.电火花铣削加工 6 1.1.5.优质材料及先进表面处理技术 7 1.1.6.模具研磨抛光将自动化、智能化 7 1.2.冲压加工经济性分析 .7 1.2.1.提高模具标准化程度 7 1.2.2.冲压件的成本分析 7 1.2.3.冲压工艺与其他常规加工手段比较 8 第二章、零件工艺性分析及确定工艺结构方案 .9 2.1.产品零件图 .9 2.2.零件工艺性分析 .10 2.2.1.结构与尺寸 10 2.2.2.零件精度 10 2.2.3.材料 10 2.3.确定冲裁工艺方案 .10 第三章、确定模具总体结构方案 .13 3.1.模具类型 .13 3.2.操作与定位方式 .13 3.3.卸料与出件方式 .13 3.4.模架类型及精度 .13 第四章、工艺计算 .14 4.1.排样设计与计算 .14 4.1.1.排样方法 14 4.1.2.搭边值的确定 15 4.1.3.送料步距与条料宽度计算 15 4.1.4.材料利用率及排样草图 16 4.2.冲裁力、压力机的选取及压力中心计算 .17 4.2.1.冲裁力的计算 17 4.2.2.卸料力、推件力和顶件力 17 4.2.3.压力机所需总冲压力的计算 18 4.3.压力中心的计算 .19 4.3.1.压力中心的计算 19 4.4.凸、凹模刃口尺寸计算 .21 4 4.5.卸料结构设计、弹性元件的选用和计算 .25 4.5.1.卸料结构设计 25 4.5.2.弹性元件的选用和计算 26 第五章、级进模的主要零件设计 .28 5.1.凸、凹模结构设计 .28 5.1.1.凹模 28 5.1.2.凸模 30 5.2.结构件与安装 .34 5.2.1.凸模固定板 34 5.2.2.模柄 35 5.2.3.垫板 36 5.3.模架 .37 5.3.1.模具闭合高度校核 37 5.4.压力机的选用与校核 .38 5.4.1.压力机的选用 38 总结 .39 参考文献 .40 5 前言由于模具技术的迅速发展，模具设计与制造已成为机械行业中一个大的分枝。从事模具行业工作的专业人才也越来越多，模具也倾向标准化，系列化，模具的诸多零件已经具有互换性，模具的设计周期越来越短，因此模具已经成为提高产品的竞争能力的重要手段。模具已成为各种产品不可缺少的工艺设备。本次毕业设计内容是：固定垫片冲压工艺及模具设计。毕业设计的目的不仅是对大学所学知识的一个巩固和总结，而且是大学期间重要的实践环节，它能综合培养查资料的能力、画图能力、独立分析能力、向老师、同学学习的能力。毕业设计作为对所学专业知识的一次综合检测，为以后参加工作也将奠定坚实基础。本次重点设计的是一副冲孔落料级进模。这次设计是在老师认真、耐心的指导下进行的，是在对模具的经济性、模具的寿命、生产周期及生产成本等因素进行了全面的仔细的分析下而进行设计的。因我个人经验和水平有限，因此很难避免在设计的过程中存在不合理之处，望各位老师多多批评指正。本论文是在老师的精心指导和严格要求下完成的。老师那严谨求实的治学态度，渊博的知识为我们树立了榜样，在此向她表示衷心的感谢！在论文的设计和写作过程中，得到同学的大力支持和协助，在此一并感谢！我相信：在老师的耐心指导和同学们的大力支持下，我一定能顺利完成本次设计。 6 第一章、绪论 1.1.冲压技术理论概述模具技术的发展是适应时代的发展，社会的需求，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。达到这一要求急需发展如下几项： 1.1.1.全面推广 CAD/CAM/CAE 技术模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 CAD/CAM 技术培训和技术服务的力度；进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算机和网络的发展正使 CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 1.1.2.高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 1.1.3.模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 CAD 数据，用于模具制造业的“逆向工程” 。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 1.1.4.电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工 (像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将 7 得到发展。 1.1.5.优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积 (TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。 1.1.6.模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 1.2.冲压加工经济性分析 1.2.1.提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右，与国外相比，我国模具工业基础还是相当薄弱的，正需要我们这代人继续努力，大展宏图。 1.2.2.冲压件的成本分析所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。也就是生产中的“最小最大”原则。在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越大。冲压件的制造成本为： C材加模式中 C制造成本（费用）；材料费，包括原材料费、外购件费；材加工费，包括工人工资、设备折旧费、车间经费等；加模具费模上述可知，冲压件的制造成本为： 8 ，冲压件生产成本是由固定费和可变费两部分组成的，所以要C材加模设法降低固定费用或可变费用，都能使生产成本降低，利润增加，为四化建设积累资金。可见企业要提高经济效益，就要在降低成本上下功夫。 1.2.3.冲压工艺与其他常规加工手段比较冷冲压工艺与其他加工相比，有以下特点： 1）用冷冲压可以得到形状复杂、用其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。冷冲压件的尺寸精度是由模具保证，因此，尺寸稳定，互换性好。 2）材料利用率高、工件重量轻、刚性好、强度高、冲压过程耗能少。 3）操作简单，劳动强度低、易于实现机械化和自动化、生产效率高。 4）冲压加工所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长、成本较高。由于冷冲压有许多的优点，因此，在机械制造、电子、电器等各行各业中，都得到了广泛的应用。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。 9 第二章、零件工艺性分析及确定工艺结构方案本次课题是设计一个冲孔落料级进模具。级进模是指冲床在一次行程中，完成落料冲孔等多个的一种模具结构，相对与其他冷冲模具结构而言，它具有以下一些优点：工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可以再生产。它的缺点是：模具零部件加工制造比较困难，成本较高，并且凸、凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些内孔间距、内孔与边缘间距较小的工件不适宜采用。由于级进模具本身具有的优点明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择级进模结构。冲压工艺与模具设计的理论性和实用性均很强。从理论与实践相结合的角度来研究、探讨，并侧重加强工程实践能力这点应该得到重视。本次毕业设计是一个重要的专业教学环节，这个教学环节的目的：（1）帮助学生具体运用和巩固模具设计与制造课程及相关的理论知识，了解设计冲压模的一般程序。（2）是使学生能够熟练地运用有关技术资料，如冷冲模国家标准、模具设计与制造简明手册、冷冲压模具结构图册及其它有关规范等。（3）训练学生初步设计冷冲压模具的能力，为以后的工作打下初步的基础。 10 2.1.产品零件图图 2.1 固定垫片冲压零件图冲裁工件是一种常见的固定垫片，其材料为 H68，属于黄铜，厚度为 1.2mm，工件需求量大，属于大批量生产，如图 2.1 所示。由模具设计手册可以知道：制件在冲裁时要求两个相交边尽量避免锐角，严禁尖角，圆角半径 R=0.25t，冲裁件的凸出或凹入不宜太小，应避免长悬臂和窄臂和窄槽，要求悬臂和槽长 L 与其宽度 B 应有一定的比列。钢板时， B=（1.3 至 1.5）t ，有色金属板时，B=（0.75 至 0.8）t，L1.51.2，而最小孔径 4mm 大于 t，所以该零件适宜于冲裁加工。 2.2.2.零件精度本次零件设计精度要求不高，图上所注尺寸只有个别尺寸已经标注公差，别的都是无公差无特殊要求，选取公差等级为 IT14 级，利用普通冲裁方式可达到要求。其模具制造精度也不高，能达到经济精度。 2.2.3.材料黄铜 H68，厚度 1.2mm 软态，带料，抗剪强度为 240MPa,抗拉强度为 300PMa,屈服极限 100PMa,此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性较好，适合于冲裁各类零件。 2.3.确定冲裁工艺方案在工艺性分析的基础上，列出各种可能的冲压工艺方案，包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，并对各种可能工艺方案从产品质量，生产效率，模具制造成本，安全性，经济性等方面进行综合分析论证，选出最佳冲压工艺方案。确定工艺方案就是确定冲压件的加工路线，合理的工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究比较与其经济效果，然后选择合理的工艺方案。此零件冲压包括冲孔、落料两个基本工序，具体工艺顺序分析如下：（1）单工序冲裁单工序弯曲，采用单工序模生产。（2）级进冲孔落料，采用级进模生产。（3）复合模落料冲孔，采用复合模具生产。方案（1）模具结构简单，制造周期短，加工成本低。但需要两道工序，两付模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。且不便于工人操作。所以一般不予采用。方案（2）采用连续冲裁冲出的零件精度和平直度较好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方法可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。同时又减少了一副模具，大大节省了成本。方案（3）采用复合模具。只有当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整 12 时，才选用复合模具结构。而且制作的费用较低，模具结构简单，但是无法实现自动化，生产效率明显下降，无法满足大批量生产。由于零件结构简单，为提高生产效率，这样应采用复合冲裁或连续冲裁方式。如采用复合模，则其凸凹模壁厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度；凸凹模刃磨有时不方便，尤其是在凸凹模即冲裁，又成形的情况下，复合模的生产效率又明显低于级进模。由于产品外形比较小，结构简单，上模在卸料的过程中，需要增加卸料板的宽度，有足够的空间安装弹簧或者是橡胶。下模采用垫板的方法，将所落产品和冲孔的废料从垫板的空间中排出，再分类，将产品和废料分离。级进模具有如下优点：（1）生产效率较高，尤其能适合于在单机上实现自动化；（2）安全、省料及其它开支省；（3）模具的使用寿命长，修模调整容易；（4）冲制的产品精度高，美观。故此冲裁件采用级进模为合理，设计方案为分别对凸模组件和凹模组件进行了定位和固紧。使装配容易和装配精度容易得到保证。综上所述可知，宜采用方案（2），在此冲件中，采用先完成冲孔,再冲孔，最后落料，距离比较近的孔要分开冲裁，确保凹模壁厚强度，又因为零件的尺寸比较小，可以在一副模具中完成全部工序的，模具外形不大，成本低，方便制造，维修也容易，故采用在级进模中完成冲孔落料的工艺方案。 13 第三章、确定模具总体结构方案 3.1.模具类型根据零件的冲裁工艺方案，优先采用冲孔落料级进冲裁模。 3.2.操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用定位销导向。 3.3.卸料与出件方式考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料的方式。为了便于操作、提高生产率，所冲产品和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的出件方式。 3.4.模架类型及精度由于零件厚度薄，冲裁间隙小，又是级进模，因此采用常见的后侧导柱标准模架。考虑零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用 1 级精度的模架，同时模具内部增加两个内导柱，方便调整模具间隙的同时，起到导向作用。 14 第四章、工艺计算 4.1.排样设计与计算排样是模具设计的核心部分，排样的方式决定了模具结构，凹模的分布等方面内容。在进行排样之前，首先需要对制件的电子图档进行排样。冲压件零件各部分的作用不同，其在精度和工艺等方面的要求也不同，设计中根据冲压件零件图的公差确定目标值。制件目标值的选取原则如下：（1）冲圆孔、异形孔目标值的确定原则：孔在冲裁时，冲头易磨损，加工过程中越来越小，为此孔（包括圆孔，异形孔）的尺寸目标值取其公差偏上限，此情况下的目标值 L=基本尺寸 L1+（1/2 倍公差的上偏差值）+0.05mm 至 0.1mm 的余量。（2）外形尺寸的确定：外形在成型中，因凹模在冲裁过程中由于摩擦方面的原因，其外形会逐渐变大，为了保证冲压制件的精度，延长模具的使用寿命，提高其的经济性，其目标值的确定时在误差范围内应该尽量取下限值，在此情况下的目标值的取法为：目标值 L=基本尺寸 L1（1/2 下偏差） 2。 4.1.1.排样方法排样对材料的利用率，工件的尺寸精度，生产率，模具制造难易程度和使用寿命有一定的影响。按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与 15 少、无废料排样两大类。排样又可分直排、斜排、对排、对头斜排、多排、混合排等。有废料排样有如下几种形式：（1）直排排样时，应优先选用直排，因为直排的模具最简单。但对于三角形、角尺形等工件，采用直排会造成较大的材料浪费，可考虑选择斜排或对排。（2）斜排斜排将时制模工作量增大。（3）对排选取对排省料幅度较大。比直排省料可达 30%-50%。但需要注意：如果采取送料一次冲一件的方案，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模具费也相差不大，但只实用于条料，不能用卷料。排样的常用方法有：有废料排样法；少废料排样法；无废料排样法。设计中由于制件的外形比较复杂，采用裁搭边法，将制件的加工通过分次裁切来完成。分次排样法设计加工出来的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等优点。本次课题产品外形类似长方形，所以可以选择常见的直排法。 4.1.2.搭边值的确定搭边值的作用，搭边是指排样时零件与条料侧边这间留下的剩料。其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命提高。为了节约材料，应选择合理的搭边值，它一般与卸料板的形式，条料厚度，冲压宽度 L 有关。本设计采用弹性卸料板，条料厚度 t1.2mm,冲压宽度 L50+5.8=55.8mm50mm ,查冷冲模设计P60 知：搭边值工件间 1.8mm，侧a 面 2.0mm 。1a1 4.1.3.送料步距与条料宽度计算条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，用 A 表示。其大小为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，对于无废料一模出两件，送料步距是工件宽度的两倍。查冲压工艺与模具设计P63，条料宽度按公式（4.1）计算即2 (4.1)001LB2ab 16 式中 L 条料公称宽度，mm； B垂直于送料方向的工件尺寸,mm；侧搭边，mm；1a b 侧刃切除的料宽，mm 为剪板机下料公差，=0.5mm 条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，剪裁时的公差整带分布规定上偏差为零，下偏差为负值条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料销导向而又无侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。所以条料宽度 L=（55.8+22+22） =63.8 mm0.50.5 送料步距 A=32+1.8=33.8mm 4.1.4.材料利用率及排样草图在冲压件的成本中，材料的费用占 60%以上，因此材料的经济利用有非常重要的意义。冲压件在材料或板料上的布置方法称为排样。衡量排样经济性的指标是材料的利用率。不合理的排样方式会浪费材料，并且还可能影响到制件的质量，影响模具的结构设计的合理性；影响模具的使用寿命，制件的生产效率和模具的成本等技术、经济指标等 2。通常以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示： / ( /LB)100 (4.2)1S01 式中个步距内零件的实际面积；个步距内所需毛坯面积；0 L 送料步距； B条料宽度。经计算，一个步距内固定垫片的实际有效面积约为 1650.27mm2 ，一个步1S 距内所需毛坯面积为 63.833.82156.44mm 2。具体排样图如图 4.2 0S 17 图 4.2 固定垫片排样草图根据以上排样图上看，产品先冲侧刃和圆孔，此处圆孔是为了在下个工步可以用于定位，所以本次课题排样，先冲侧刃，保证切条料宽度后，继续送料，再第二步时，先准确保证条料宽度尺寸，利用中间的工艺孔准确定位，确保送料距离。然后将条料继续送料，在工艺圆孔的基础上冲异形孔，到产品上只有异形孔，没有工艺圆孔，继续送料，最后工步是落料，产品从凹模下面排出。冲裁单件材料的利用率：=1650.27/2156.44100%=76.528% (4.2) 因此选用卷料，采用单排排样，这样的材料利用率较合宜，且操作方便。 4.2.冲裁力、压力机的选取及压力中心计算 4.2.1.冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了选择合适的压力机，设计和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。其冲裁力 F 的计算公式为：FKLt 其中 F 为冲裁力 N；L 为冲裁件的周长 mm；t 板料厚度 mm；为材料的抗剪强度 MPa；为系数，常取 1.3 在一般情况下，材料的 b1.3，为计算方便，也可用这个式子计算冲裁力： FkLtb (4.3) 根据以上计算公式，计算出各工序的冲裁力 F1 冲侧刃力 F1kLtb1.3（33.8+2+2） 1.224014152.32N=14.152KN F2 冲侧刃力 F2kLtb1.3（33.8+2+2） 18 1.224014152.32N=14.152KN F3 冲腰孔力 F3kLtb1.3（6+4+4）1.224010048.9N=10.05KN F4 冲圆孔力 F4kLtb1.3（8）1.22409404.928N=9.4KN F5 冲圆孔力 F5kLtb1.3（4）1.22404702.464N=4.7KN F6 冲圆孔力 F6kLtb1.3（4）1.22404702.464N=4.7KN F7 冲月牙力 F7kLtb1.366.321.224024830.208N=24.83KN F8 冲异形孔力 F8kLtb1.382.211.224030779.424N=30.78KN F9 落料力 F9kLtb1.3169.591.224063494.496N=63.5KN 固定垫片模具的冲裁力为：FF1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9 =14.152+14.152+10.05+9.4+4.7+4.7+24.83+30.78+63.5 176.264KN 4.2.2.卸料力、推件力和顶件力从凸模上卸下板料所需的力称为卸料力；从凹模内向下推出工件或废料所需F凹的力称推件力；从凹模内向上顶工件或废料所需的力称为顶件力。F推 F顶 6 、与和冲件轮廓的形状、冲裁间隙、材料种类和厚度、润滑情况、凹推顶凹模洞口形状因素有关。在实际生产中常用以下经验公式计算： (4.4)FK卸卸 (4.5)n推推 (4.6)顶顶式中 F 冲裁力；卸料力系数；K卸推件力系数；推顶件力系数；顶 n梗塞在凹模内的冲件数（nh/t） h为凹模直壁洞口的高度。 19 、与可分别由表 4.1 查取。当冲裁件形状复杂、冲裁间隙较小，润F凹推顶滑较差、材料强度高时应取较大的值；反之则应取较小的值。表 4.1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚/mm K卸 K推 K顶 0.52.5 0.0250.06 0.05 0.06 取为 0.04、为 0.05、为 0.06K卸推顶 4.2.3.压力机所需总冲压力的计算采用弹压卸料装置和下出件模具： (4.7)F总卸推采用弹压装置和上出件模具时： (4.8)总顶卸采用刚性卸料装置和下出件模具时： (4.9)F总顶弹簧片模具采用弹性卸料，其所需总压力为 1.09F 1.09176.264KN 192.128KNF总卸推 4.3.压力中心的计算 4.3.1.压力中心的计算模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机的滑块中心线重合，以使平稳工作，减少导向磨损，提高模具及压力机的寿命，所以压力中心应在模柄直径范围内，才算是符合设计原理。根据产品形状及模具设计结构，分析建立压力中心示意图，分别计算各力的力矩之和，分别计算 X 轴和 Y 轴的力矩，从而计算出压力中心坐标，如下图所示， 20 图 4.3 压力中心坐标示意图因冲压力与冲压周边长度成正比，所以式中的各冲压力 P、Pn，可分别用各冲压周边长度 L、Ln 代替，即： P1冲侧刃力 1 P1=KL，得 P1=14.152KN P2冲侧刃力 2 P2=KL，得 P2=14.152KN P3冲腰圆孔力 P3=KL，得 P3=10.05KN P4冲 8 孔力 P4=KL，得 P4=9.4KN P5冲 4 孔力 P5=KL，得 P5=4.7KN P6冲 4 孔力 P6=KL，得 P6=4.7KN 21 P7冲月牙孔力 P7=KL，得 P7=24.83KN P8冲异形孔力 P8=KL，得 P8=30.78KN P9落料力 P9=KL，得 P9=63.5KN Y1P1 到 X 轴的力臂 Y1=29.9 X1P1 到 Y 轴的力臂 X1=50.7 Y2P2 到 X 轴的力臂 Y2=-29.9 X2P2 到 Y 轴的力臂 X2=50.7 Y3P3 到 X 轴的力臂 Y3=14.1 X3P3 到 Y 轴的力臂 X3=50.7 Y4P4 到 X 轴的力臂 Y4=-10.9 X4P4 到 Y 轴的力臂 X4=50.7 Y5P5 到 X 轴的力臂 Y5=16.1 X5P5 到 Y 轴的力臂 X5=27.9 Y6P6 到 X 轴的力臂 Y6=16.1 X6P6 到 Y 轴的力臂 X6=5.9 Y7P7 到 X 轴的力臂 Y7=-22.76 X7P7 到 Y 轴的力臂 X7=16.9 Y8P8 到 X 轴的力臂 Y8=-5 X8P8 到 Y 轴的力臂 X8=-16.9 Y9P9 到 X 轴的力臂 Y9=0 X9P9 到 Y 轴的力臂 X9=-50.7 根据合力距定理： YG=（Y1F1+Y2F2）/（F1+F2） XG=（X1F1+X2F2）/（F1+F2） YGF 冲压力到 X 轴的力臂；YG=-2.987 XGF 冲压力到 Y 轴的力臂；XG=-4.198 所以该模具压力中心为（-4.198，-2.987），在模柄直径范围内，符合设计要求。 22 4.4.凸、凹模刃口尺寸计算凸、凹模加工方法一般分为两种：（1）凸、凹模分开加工法，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。（2）凸、凹模配合加工法，采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。按配做法制模的加工顺序，落料时先加工凹模，配做凸模；冲孔时先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。这说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。用单配加工法常用于生产复杂形状及薄料冲裁件的模具。在计算复杂形状的凸模和凹模工作部分的尺寸时，往往存在着三类不同性质的尺寸：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变的尺寸。如图，其中尺寸 a、b、c 对于凸模来说属于第二类尺寸，对于凹模来说属于第一类尺寸；尺寸 d 对于凸模来说属于第一类尺寸，对于凹模来说属于第二类尺寸；尺寸 e 对于凸模和凹模来说都是属于第三类尺寸。图 4.4 复杂形状冲裁件的尺寸分类尺寸的计算方法：第一类尺寸(冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸x) (4.11)1/40 第二类尺寸(冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸x) (4.12)(/) 第三类尺寸冲裁件上该尺寸的中间尺寸(1/8) (4.13) 对于该工件来说，在级进模中完成的工步是冲孔，落料，该工件精度无特殊要 23 求，根据工件公差等级取为 IT14 级，由于材料薄，模具间隙小，故凸凹模采用配做加工为宜。又根据排样图可知，凹模的加工比凸模的加工要困难，且级进模的所有凹模的孔均在一个模板上，因此，选用凹模为制造基准件。所以不论冲孔、落料，只计算凹模刃口的尺寸及公差。各凸模按凹模各对应尺寸标注其基本尺寸，并注明按凹模实际刃口尺寸配双面间隙 Zmin=0.08mm。（1）级进模中落料模，计算凹模刃口尺寸，按照一定的间隙配做凸模。按磨损情况分类计算：凹模磨损后增大的尺寸，查中国模具工程大典第 4 卷模具工程大典 P273，按照公式（4.14）计算：3 （4.14）dd0(DX) 尺寸 50 磨损后增大，查表 X= 0.25 =50dd0()2. 尺寸 32 磨损后增大，查表 X= 0.25 =32dd0(D)2. 尺寸 10 磨损后增大，查表 X= 0.25 =10dd0()2. 尺寸 5.8 磨损后增大，查表 X= 0.25 =5.8dd0(D)2. 尺寸 3 磨损后增大，查表 X= 0.25 =3dd0()2. 落料凸模的尺寸计算： Aj1=(D-Zmin)-/4 =50-0.08=49.92 ；02. Aj2=(D-Zmin)-/4 24 =32-0.08=31.92 ； 02. Aj3=(D-Zmin) -/4 =10-0.08=9.92 ；02. Aj4=(D-Zmin/2) -/4 =3-0.08/2=2.96 ；02. （2）冲孔时，把凸模尺寸换算到凹模的尺寸计算，由于先做凹模，凸模是按凹模以一定的间隙配制的，所以凹模公差凹也要比较小。即凹凸 1/4(Z maxZ min)。由图 4.6 中可以得到换算后凹模的基本尺寸与公差图 4.6 冲孔，将凸模尺寸换算到凹模的计算图即 d 凹 (d minx Z min 凹 ) （4.15）0 冲孔凹模、落料凸模分别按照冲孔凸模、落料凹模的实际尺寸进行配制，双边由表查得 Zmax0.11mm ，Z min0.08mm ，ZZ maxZ min0.03mm，大批量生产、且工作精度要求不高，按大间隙可提高模具的寿命。凹模磨损后减小的尺寸，按公式 d 凹 (d minxZ min 凹 ) 计算0 尺寸 4 磨损后减小，查表 X=0.5 凹凸 1/4=1/40.12-0.02=0.01 冲孔凹模为圆形，故可按 d 凹 =(dminxZ min) 计算：/40 25 尺寸 4 磨损后减小，查表 X=0.25 d 凹 (d min xZ min) =（4+0.06+0.08） =4.14/4002.02. 尺寸 6 磨损后减小，查表 X=0.25 d 凹 (d min xZ min) =（6+0.08） =6.08/4002.02. 尺寸 10 磨损后减小，查表 X=0.25 d 凹 (d min xZ min) =（10+0.08） =10.08/4002.02. 尺寸 16 磨损后减小，查表 X=0.25 d 凹 (d min xZ min) =（16+0.08/2） =16.04/4002.02. 尺寸 7 磨损后减小，查表 X=0.25 d 凹 (d min xZ min/2) =（7+0.08/2） =7.04/4002.02. 尺寸 16 磨损后减小，查表 X=0.25 d 凹 (d min xZ min/2) =（16+0.08/2） =16.04/4002.02. 尺寸 12 磨损后减小，查表 X=0.25 d 凹 (d min x- Zmin/2) =（12-0.08/2） =12.04/4002.02. （3）凹模磨损后不变的尺寸，按公式计算：d(X)1/8D 台阶尺寸 5.8 磨损后不变的尺寸 =5.80.01d(X)1/8凹由于现在凹模基本上都采用线切割方法加工，精度可达0.010.02mm ，而凸模因结构形式不同有多种加工方法。在留出不小于 0.02mm 研磨量的情况下，采用线切割的机床加工凹模时，各型孔尺寸和孔距尺寸的制造公差均可标注为 0.01（为机床的一般能达到的加工精度）。凸凹模的材料根据性能特点选用 Cr12MoV。 4.5.卸料结构设计、弹性元件的选用和计算 4.5.1.卸料结构设计卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后，将条料或工序件与落料凸模或冲孔凸 26 模脱离，以便进行下一次冲裁。卸料装置可分为固定卸料装置和弹性卸料装置，卸料装置可分为固定卸料和弹性卸料两种：刚性卸料，常用于较硬、较厚且精度要求不太高的工件冲裁。结构简单，卸料力大。弹性卸料常用于冲裁厚度小于 1.5mm 的板料，由于压料的作用，冲裁件平整。本设计零件厚度为 1.2mm，零件精度要求不高，所以采用弹性卸料。固定板，卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同，其厚度可取凹模厚度的 0.81 倍，板料厚度超过 3mm 时，可与凹模厚度一致。弹性卸料板形孔与凸模的单面间隙可以取 0.050.1mm ，厚料与硬料可取大值。则厚度 H 固 0.6H 凹 0.63521mm ,因为冲裁件为材料为 H68，厚度为 1.2mm，所以取 H 固 18mm。 4.5.2.弹性元件的选用和计算本次设计中只进行弹压卸料的树脂进行计算和选用。弹性卸料板的平面外形尺寸一般与凹模相同，板料厚度未超过 1.2mm 时，其卸料板宽度在 125200 之间，查模具工程大典P574 可知凹模最小厚度为 H26mm，本次设计取 H=35mm。卸料树脂的选用：（1）初步确定树脂的个数 N，一般 46 个，本设计选用 6 个，使受力均匀。（2）根据卸料力 /N0.04 /41175.1N （4.16）F预卸 F冲（3）根据极限工作压力大于预压力，一般可以取（1.52）极预 F极预（4）根据树脂压力与其压缩量成正比的特征，计算树脂的预压量，h预 / 0.5 （4.17）h预 F预极极 h极式中弹簧极限压缩量（mm ）极 27 弹簧的预压力（N）h预弹簧极限工作负荷（N）F极（5）检验选的树脂是否合适，使树脂工作时的总压缩量不超过树脂允许的h 极限工作负荷的压缩量即满足h极 20+2+325mm （4.18）h极预 xm 式中卸料板的工作行程（mm ），x 凸模的刃磨量，一般取 410mmm 冲孔落料凸模长度 L 应根据模具的结构确定，据冷冲模设计P99 公式知，凸模长度的计算公式为：凸 = + + 1.0mm （4.19）凸 1H23 式中凸模固定板厚度，mm ；弹压卸料板厚度，mm ；2 预压状态下卸料弹簧的长度,其长度为(0.850.9) ；3 3H 2.0附加厚度，凸模缩进卸料板的距离. 凸模固定板外形与尺寸与凹模板相同，厚度为凹模板厚度的 0.50.6 倍。凸模固定板厚度为 18mm。对于螺钉吊装的直通式凸模，其型孔于凸模的双边间隙可取 0.050.1，这里取 0.08mm. = + + 2.0=18+25+242.0=65mmL凸 1H23 28 第五章、级进模的主要零件设计 5.1.凸、凹模结构设计 5.1.1.凹模（1）类型凹模型孔侧壁形状形状有两种：一种是侧壁与凹模的凹模面稍倾斜的斜壁孔。但斜壁孔的加工存在难度，增加成本，在此处暂不采用。一种是侧壁与凹模面垂直的直壁孔，在刃口孔内易于聚集废料或工件，增大了凹模的胀裂力、推件力和孔壁的磨损。磨损后刃口形成倒锥形状，可能使冲成的工件从孔口反跳到凹模表面上造成操作困难，但直壁刃口凹模，刃口强度较高，刃口修磨后工作部分尺寸不变，制造方便。适合用于截面为非圆形的工件。本零件采用这种形式。台阶型孔的设计参数：一是直刃口的有效高度 h，一般的当 t1mm 时，取 h35mm，一是斜壁孔比单边孔扩大值 b，一般取 b0.51mm 。 29 所以取 h3mm，b1mm。如图 4.1 所示图 5.1 凹模型孔侧壁形状（2）凹模结构尺寸的确定凹模厚度：HKb（须15mm）（5.1）凹模壁厚：C（1.01.5）H（须3040mm）（5.2）式中 b冲裁件最大外形尺寸，b134.3mm； K系数，查表取 K0.24，则：HKb0.24134.332.232mm，取 35mm 凹模壁厚：C（1.01.5）H3552.5mm，查表得 C=40mm 沿送料方向的凹模型孔壁间最小距离为： b33.81612.515.29mm 垂直送料方向的凹模型孔壁间最大距离为：（17055.8）/2=57.1mml 确定凹模有效面积，从型孔边界画一矩形 lb 初定为凹模有效面积 134.3mm67.8mm。凹模有效面积矩形的对称中心应与压力中心重合，以便使模柄的中心线通过压力中心。但压力中心对于矩形的宽度并不处于对称位置，长度也不处于对称位置，因此应将矩形的长度增大为，使压力中心对于处于对称位置，即以压力中心到矩ll 形左边的距离为实际凹模有效面积矩形长度的一半。（3）计算凹模外形尺寸从凹模有效面积矩形 b 向四周扩大一个允许的凹模壁厚 C 值，即 40mm，l 30 即为凹模外形尺寸 LB 的尺寸。则：凹模长度 L： L134.3+240214.3mm 凹模宽度 B： B67.8+240147.8mm 经综合考虑，选取与计算值相近的标准凹模板轮廓尺寸，将上述尺寸圆整为： 200mm 140mm 35mm，考虑到螺钉，销钉，内导柱等复制件的安装位置，考虑将凹模宽度适当增大，采用整体式的凹模结构，所以本次设计凹模取值 200mm 170mm 35mm，如下图所示：图 5.2 凹模图形 5.1.2.凸模（1）凸模的设计原则 31 为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都须满足如下三个原则：精确定位凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位，否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时造成啃模。防止拔出回程时，卸料力对凸模产生拉深作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出。防止转动（2）凸模的结构形式经综合考虑，落料凸模的刃口部分为非圆形断面，为了便于凸模和固定扳的加工，可设计成直通式形状结构，其工作部分和固定部分的形状做成一样，这类凸模采用磨削，线切割的方式加工，凸模的尺寸根据刃口尺寸，卸料装置和安装固定要求确定。凸模的结构和尺寸如图 5.3 所示， 32 图 5.3 落料凸模图冲孔凸模采用标准 A 型的圆凸模 33 图 5.4 圆形冲孔凸模冲孔凸模采用标准 B 型的非圆直通凸模，采用台阶或者螺钉固定。 34 图 5.5 非圆形冲孔凸模 (3) 固定方式凸模在上模的正确固定应该是既要保证凸模工作可靠和良好的稳定性，还要使凸模在更换或修理时拆装方便。落料凸模采用直通式凸模，上模板之间用螺钉固定。其配合为过盈配合，间隙为 H9/u6。对于冲孔凸模，将安装部分设计成便于加工成型的长圆形，通过固定板固定。其配合间隙为 H7/m6。凸模固定板内凸模的固定方法通常时凸模压入固定板内。如下图所示： 35 图 5.6 固定示意图 5.2.结构件与安装 5.2.1.凸模固定板用凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外，还要考虑螺钉与销钉孔的设置。由于工件形状不规则，固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本上是一致的，型孔的位置应当与凹模的型孔位置协调一致。一般取其厚度等于凹模厚度的 60%80%，此处取 18mm。其外形尺寸为 200mm170mm18mm。固定板内形尺寸则根据凸模形状确定。凸模固定板孔与凸模采用过渡配合（H7/m6），压装后端面要磨平，以保证冲模的垂直度，图形如下： 36 图 5.7 固定板图形 5.2.2.模柄模柄是连接上模与压力机的零件。此处选用压入式模柄，它与上模座孔采用 H7/m6 过渡配合，压装后端面要磨平，以保证冲模的垂直度。并加销钉防止转动。销钉直径为 8，模柄直径 d 值按压力机模座孔为 40。模柄为直径 d40mm，高度 L85mm 的 A 型压入式模柄。如图 5.8 所示。 37 图 5.8 模柄 A4085 5.2.3.垫板垫板装在固定板与上模座或下模座之间，它的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，保护模座以免被凸模端面压陷而影响模具的正常工作。垫板的外形尺寸与凹模大致相同，垫板的厚度由经验可选为 610mm。在此确定垫板的外形尺寸为 200mm170mm15mm。垫板的材料一般可选 45 钢，热处理 HRC45-48，如下图所示： 38 图 5.9 上垫板图 5.3.模架模架是由上下模座、模柄及导向装置 (最常用的是导柱、导套) 组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。一般模架均已列入标准，设计模具时，应加以正确选用。本设计中选用 22#后侧导柱标准模架。 5.3.1.模具闭合高度校核模具的闭合高度 H 模具是指模具在最低工作位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度必需与压力机的装模高度相适应。压力机装模高度是指滑块在下止点位置时，滑块底平面与压力机工作台上的垫板上平面之间的高度。由于压力 39 机的连杆长度可以调节，所以压力机的装模高度是可以调节的。当连杆调节至最短时

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