水泵连接垫圈冲孔、落料冲压复合模设计 模具专业毕业论文.doc

宜宾职业技术学院 毕业设计 题目：水泵连接垫圈冲孔、落料冲压复合模设计 系 部 现 代 制 造 工 程 系 专 业 名 称 模 具 设 计 与 制 造 班 级 模 具 1103 姓 名 学 号 201012654 指 导 教 师 2012 年 10 月 10 日 附表 1 宜宾职业技术学院 毕业论文(设计)选题报告 姓名 肖超 性别 男 学号 201012654 系部 制造系 专业 模具 设计题目 水泵连接垫圈冲孔、落料冲压复合模设计 课题来源 生产实际 课题类别 毕业设计 选做本课题的原因及条件分析： 原因：我国是一个模具制造大国,模具制造业居世界第二,目前，电子、汽车、电机、电器、 仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，的零部件，都要依靠模具成型。 条件分析：指导老师的定期指导；大学期间所学的基础知识和专业知识；学院提供资料 查询的图书馆和强大的数据库。 因此，我申请此课题，望指导老师及系领导批准。 内容和要求 内容：1、零件的工艺分析（尺寸、精度）和模具总体结构的方案的确定； 2、模具参数的设计与计算： 3、凸、凹模设计计算和工艺过程； 4、主要零件加工工艺过程设计。 要求：1、设计出一套完整的模具； 2、按照国家标准绘制总装图、零件图、及 5000 字论文。 指导 教师 意见 （签章） 年 月 日 系部毕业论文（设计）领导意见： （签章） 年 月 日 i 水泵连接垫圈冲孔、落料冲压复合模设计 摘 要 冷冲压模具结构简单实用，使用方便可靠，根据此次毕业设计水泵连接垫 圈的几何形状要求、材料和尺寸分析得出凸模的结构，采用复合模冲压，这样 有利于提供高生产效率，模具设计和制造也相对简单。分析该零件的排样形式 得出材料利用率，画排样图。计算冲裁力、压力中心和刃口尺寸，再进行整体 设计。当所有的参数计算完后，对模具的装备方案，主要零件的设计和装备技 术要求进行分析。设计出主要零部件，再对标准件进行选取和加工制造。最后 选择压力机，校核压力机是否合格。在设计过程中除了设计说明书外，还包括 模具的装配图和零件图。 关键词：水泵连接垫圈，冲孔，落料，复合模具结构设计 ii 目 录 1 绪论 1 2 冲压件工艺分析 2 2.1 材料分析 2 2.2 尺寸结构 2 2.3 尺寸精度 2 3 冲压方案的确定 4 3.1 冲裁工艺方案的确定 4 3.2 冲裁工艺方法的选择 4 3.3 冲裁结构的选取 5 4 模具总体结构的确定 6 4.1 模具类型的选择 6 4.2 送料方式的选择 6 4.3 定位方式的选择 6 4.4 卸料、出件方式的选择 6 4.5 导向方式的选择 6 5 工艺参数计算 7 5.1 排样方式的选择 8 5.1.1 搭边值的确定 .9 5.1.2 材料利用率的确定 .10 5.2 冲压力的计算 11 5.2.1 总冲裁力的计算 .12 5.2.2 卸料力、推件力的计算 .13 5.2.3 总冲压力的计算 .14 5.2.4 初选压力机 .14 5.2.5 压力中心的确定 .14 6 刃口尺寸计算 17 6.1 冲裁间隙确定 17 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 18 iii 7 主要零部件设计 24 7.1 凹模的设计 24 7.1.1 凹模刃口结构形式的选择 .24 7.1.2 凹模精度与材料的确定 .24 7.1.3 凹模外形尺寸计算 .24 7.2 凸模的设计 27 7.2.1 凸模的结构确定 .27 7.2.2 凸模的长度确定 .27 7.2.3 凸模材料的确定 .28 7.2.4 凸模精度的确定 .28 7.3 凸凹模的设计 29 7.3.1 凸凹模外形尺寸的确定 .29 7.3.2 凸凹模壁厚的确定 .29 7.3.3 凸凹模洞口类型的选取 .29 7.3.4 凸凹模尺寸的设计 .30 7.3.5 凸凹模材料的选取 .31 7.3.6 凸凹模精度的确定 .31 7.4 卸料板的设计 31 7.4.1 卸料板外型设计 .31 7.4.2 卸料板材料的选择 .32 7.4.3 卸料板的结构设计 .33 7.4.4 卸料板整体精度的确定 .33 7.5 固定板的设计 33 7.5.1 凸模固定板的设计 .33 7.5.2 凸凹模固定板的设计 .34 7.6 卸料橡胶的设计 35 7.7 推件块、垫板、推板和推杆的设计 36 7.7.1 推件块的设计 .36 7.7.2 垫板的设计 .37 iv 7.7.3 推板的设计 .37 7.7.4 推杆的设计 .38 7.8 挡料销、导料销、卸料螺钉的选用 38 7.8.1 挡料销、导料销的选用 .38 7.8.2 卸料螺钉的选用 .39 7.9 上下模座、模柄、打杆的选用 39 7.9.1 上下模座的选用 .39 7.9.2 模柄的选用 .40 7.9.3 打杆的选用 .41 7.10 螺钉、销钉的选用 41 8 冲压设备的校核 .43 8.1 冲压设备的校核 .43 8.2 冲压设备的选用 .43 9 压力机的选用 .44 10 模具结构简述 .45 结论 46 致谢 47 参考文献 48 附录 49 1 1 绪论 模具材料是模具加工业的基础。随着我国国民经济发展和人民生活水平的 提高，人们对产品的审美观、价值观也不断提高，从而对各类模具产品，无论 是内在质量还是外表美观等方面均要求日益精臻，因此势必对工模具材料在数 量上、系列上和质量上提出更高的要求。中国的模具材料从无到有，从小到大， 从少到多，直到现在，无论是从钢种还是从规格、标准化、系列化等方面，都 是伴随着模具制造发展而发展的。 改革开放以来，我国的工业和经济蓬勃发展，以前的手工作坊和落后的生 产方式已经不能满足现代工业的要求，迫切需要寻找另一种更有效率的方式来 适应现代工业。而在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和 多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另 一方面朝着大批量、高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来 创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。于是模具技术及模具工业应 运而生。 在现代工业生产中，60%90%的工业生产需要使用模具来加工。作为一 种高效率的生产工具，模具是工业生产中使用极为广泛、地位极其重要的工艺 装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产； 节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单， 对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加 工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再次加工；能制造出其它加工工艺 方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产自动化的特点。 2 2 冲压件工艺分析 图 2-1 水泵连接垫圈零件简图 生产批量：大批量 材料：q235； 材料厚度：1.5mm； 未注公差：it14 。 2.1 材料分析 表 2-1 部分碳素钢抗剪性能 材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度 （ mpa） 抗拉强度 （ mpa） 屈服点 （ mpa） 伸长率 （%） 普通碳素钢 q235 未退火 310380 380470 240 2125 由上表 2-1 可知：q235 钢是普通碳素钢，具有较好的冲裁成形性性能，适 合要求较高的零件。综合评比均适合冲裁加工。 2.2 零件结构 零件结构形状相对简单，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中有三个圆 孔，孔的最小尺寸为 5mm，满足冲裁最小孔径 dmin2mm 的要求。根据该零件 形状来分析，该零件的结构满足冲裁要求。 2.3 尺寸精度 该零件上有 5 个尺寸标注了公差要求，由公差等级表查得：其孔的公差要 求都属 it13，所以普通冲裁可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸，属 3 于自由尺寸，按 it14 经查表 2-2 得： 零件外形尺寸：60 0-0.74，r10 0-0.36 零件内形尺寸：700.095，52 0+0.19，5 0+0.075 通过查公差等级表，我们发现普通冲裁能够满足零件精度要求。 表 2-2 常见零件公差等级表 公差等级 it4 it5 it6 it7 it8 it9 it10 it11 it12 it13 it14 基本尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 400500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 4 3 冲裁方案的确定 3.1 冲裁工艺方案的确定 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。 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。 其三种工序的性能见表 3-1： 表 3-1 单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能 比较项目 单工序模 复合模 级进模 生产批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 冲压精度 较低 较高 较高 冲压生产率 低，压力机一次行程内只能完成一个工序 较高，压力机一次 行程内可完成二个 以上工序 高，压力机在一次行 程内能完成多个工序 实现操作机械化 自动化的可能性 较易，尤其适合于多 工位压力机上实现自 动化 制件和废料排除较 复杂，只能在单机 上实现部分机械操 作 容易，尤其适应于单 机上实现自动化 生产通用性 通用性好，适合于中 小批量生产及大型零 件的大量生产 通用性较差，仅适 合于大批量生产 通用性较差，仅适合 于中小型零件的大批 量生产 冲模制造的复杂 性和价格 结构简单，制造周期 短，价格低 冲裁较复杂零件时， 比级进模低 冲裁较简单零件时低 于复合模 复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板 料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。由于零件的生产要求的 是大批量生产、零件的尺寸较小，制造相对比较难，为提高生产率，根据上述 5 方案分析、比较，宜采用复合模冲裁。 3.3 冲裁结构的选取 按照复合模工作零件的安装位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模 两种，两种的优点、缺点及适用范围见表 3-2： 表 3-2 正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围 比较项目 正装（顺装）式复合模 倒装式复合模 结构 凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模 凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模 优点 冲出的冲件平直度较高 结构较简单 缺点 结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件 适用范围 冲制材质较软或板料较薄的平直 度要求较高的冲裁件，还可以冲 制孔边距离较小的冲裁件 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件， 但倒装式复合模结构简单、又可 以直接利用压力机的打杆装置进 行推件，卸料可靠，便于操作， 并为机械化出件提供了有利条件， 故应用十分广泛 通过对正装式复合模和倒装式复合模两种优点、缺点及适用范围的分析比 较，正装式复合模适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件， 还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式复合模不宜冲制孔边距离较小的 冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件， 卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。综 上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜采用倒装式复 合模。 6 4 模具总体结构的确定 4.1 模具类型的选择 由以上冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，模具类型为倒装式复合模。 4.2 送料方式的选择 由于零件的生产批量是大批量及模具类型的确定，合理安排生产可采用从 右到左自动送料方式。 4.3 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销，无侧压装置。 控制条料的送进布局采用挡料销定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一 定余量，可以靠操作工目测来定。 4.4 卸料、出件方式的选择 刚性卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工 件冲裁后卸料。 弹性卸料具有卸料与压料的双重作用，主要用在冲料厚在 1.5mm 及以下厚 度的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料 螺钉组成弹压装置。 因为工件料厚为 1.5mm，卸料力一般，可采用弹性卸料装置。又因为是倒 装式复合模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。 4.5 导向方式的选择 方案一：采用对角导柱模架。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。 方案二：采用后侧导柱模架。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，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。但 是不能使用浮动模柄。 方案三：采用四导柱模架。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及大量生产用的自动冲压模 架。 方案四：采用中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准 7 确。只能一个方向送料。 （a） （b） （c ） （d） 图 4-1 导柱模架 （a ）下模座 （b）导柱 （c ）导套 （d）上模座 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工 件质量，采用后侧导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。由于 前面和左、右不受限制，能满足工件成型的要求。即方案二最佳。 8 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。因此有下列三种方案： 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 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最 高。 采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制 件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差 的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，故应采用方案二。 分析零件形状，应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有图 5-1 和图 5-2 所示两种。 图 5-1 直排样一 图 5-2 直排样二 9 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取得。 如表 5-1 所示：根据此表和工件外形可知 l50mm ，可确定搭边值 a 和 a1，a 取 1.8mm，a 1 取 1mm，较为合理。 表5-1 搭边a和a 1数值（低碳钢） mm 圆件或圆角 r2t 的工件 矩形件边长 l50mm材料厚度 t/mm 工件间 a1 沿边 a 工件间 a1 沿边 a 0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 0.25-0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 0.5-0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 0.8-1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.2-1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.6-2.0 1.2 1.5 1.8 2.5 2.0-2.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5-3.0 1.8 2.2 2.2 2.5 3.0-3.5 2.2 2.5 2.5 2.8 3.5-4.0 2.5 2.8 2.5 3.2 4.0-5.0 3.0 3.5 3.5 4.0 宽度的确定： 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。本套模具无导料板为无侧压装置。 故按下式计算： b =（d max+2a1+c） 0 - 0 - （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 5-1； 10 -条料宽度的单向（负向）偏差，见表 5-2； c-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表 5-3。 表 5-2 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 01 12 23 35 50 50100 100150 150220 220300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表 5-3 有侧压装置和无侧压装置对照表 mm 无侧压装置 有侧压装置 条料宽度 b（mm）材料厚度 t（ mm） 100 100200 200300 100 100 00.5 0.51 12 23 34 45 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 所以根据以上理论数据由公式（5-1）得出： 直排样一： 条料宽度 b =（d max+2a1+c） =90+2.4+0.5=91.9-00.60 - 0 - 直排样二： 条料宽度 b =（d max+2a1+c） =60+3.6+0.5=63.1-00.60 - 0 - 5.1.2 材料利用率的计算 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比就叫材料利用率，它是衡量合 理利用材料的经济性指标。关于材料利用率，可用下式表示： =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 和图 5-2；公式（5-2）得： 11 a=3600+314+200 =4114（mm 2） 直排样一： =a/bs100% =4114（91.961.5 ） 100% 71.08% 直排样二： =a/bs100% =4114（63.191 ）100% 72.39% 根据上述纵排、横排两个式子的计算对比，可确定直排样二的材料利用率 比直排样一的材料利用率高。结合模具结构总体结构，方便操作，最终选用图 5-2 直排样二作为零件的排样图，具体如图 5-3 所示： 图 5-3 排样示意图 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 fp 一般可以按下式计算： fp=kptl （5-3） 式中: -材料抗剪强度，见表 5-3（mpa） ； l-冲裁周边总长（ mm） ； t-材料厚度（mm） ； 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。当查不到抗剪强度时，可以用抗拉强度 b代替，而取 kp=1.3的近似计算法计算。 由于q235钢的力学性能查表2-1可得：抗剪强度 取350mpa。 12 的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册 中查找，本设计 取值的通过查下表确定，材料厚度 t=1.5mm，取 =350mpa。 13 表 5-3 部分材料抗剪强度 /mpa 5.2.1 总冲裁力的计算 f 冲 = f1+f2 （5- 4） 式中: f 冲 -总冲裁力； f1-落料时的冲裁力； f2-冲孔时的冲裁力。 冲裁周边的总长（mm） 落料周长为： l1=（460-220）+（23.1410）+（45 ） =282.8（mm） 冲孔周长为： l2=23.145+3.1452 =184.68（mm） 落料冲裁力由公式（5-3）得： f1=kptl1 =1.3282.81.5320 =176（kn） 冲孔冲裁力由公式（5-3）得： f2=kptl2 =1.3184.681.5320 =115（kn） 所以可求总冲裁力由公式（5-4）得： f 冲 =f1+f2=115+176=291（kn） 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 普通碳素钢 q235 未退火 310380 380470 2125 240 铝 l2、l3 、l5 已退火 80 75110 25 5080 14 5.2.2 卸料力、推件力的计算 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，模面上的材料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刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推 出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出 制件或废料所需的力，称为推料力。 模具采用弹性卸料装置和推件结构，凹模型口直壁高度 h=6mm，所需卸料 力 f 卸 和推件力 f 推 分别为： 推件力、卸料力计算公式如下： f 推 =nk 推 f 冲 （5-5） f 卸 = k 卸 f 冲 （5-6） 式中： f 推 -推件力； f 卸 -卸料力； f 冲 -冲裁力； k 卸 -卸料力系数，见表 5-4； k 推 -推件力系数，见表 5-4； n-卡在凹模里的工件个数，n=h/t。 表 5-4 卸料力、推件力和顶件力系数 mm 料厚/mm k 卸 k 推 k 顶 钢 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 铝及铝合金 紫铜、黄铜 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 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 推 -推件力系数通过查表 5-4 确定，推件力系数取 k 推 0.055； 由公式（5-5 ）得： 推件力 f 推 =nk 推 f 冲 =6/1.50.055291 15 =64（kn） k 卸 卸料力系数通过查表 5-4 确定，卸料力系数取 k 卸 0.045； 由公式（5-6 ）得： 卸料力 f 卸 = k 卸 f 冲 =0.05291 =14.55（kn） 5.2.3 总冲压力的计算 f= f 冲 +f 卸 +f 推 =291+14.55+64 =369.55（kn） 5.2.4 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，其机身前端及左 右均敞开，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，查下表 5-5 初选压力机为 j23-40 型压力机。 表 5-5 开式压力机规格及参数 型号 j23-10 j23-16 j23-25 j23-35 j23-40 公称压力/kn 100 160 250 350 400 滑块行程/mm 45 55 65 100 100 最大闭合高度/mm 180 220 270 290 330 闭合高度调节/mm 35 45 55 60 65 滑块中心线至床身 距离/mm 130 160 200 200 250 前后 150 180 220 220 260滑块底面 尺寸/mm 左右 170 200 250 250 300 工作台板厚度/mm 35 40 50 290 65 直径 30 40 40 40 50模柄孔尺 寸 /mm 深度 35 60 60 60 70 16 5.2.5 压力中心的确定 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（x 0， y0） ，即为所求模具的压力中 心。 单个零件的压力中心计算如下： x0（l 1x1+l2x2+lnxn）（ l1+l2+ln） （5-7） y0（l 1y1+l2y2+lnyn）（ l1+l2+ln） （5-8） 式中： x0-压力中心的横坐标； y0-压力中心的纵坐标； l-各线段的长度； x-各线段重心的横坐标； y-各线段重心的纵坐标。 分析本制件图 2-1 可知，该图关于 x 轴和 y 轴对称，外轮廓为中心对称。 压力中心的 x 轴和 y 轴为 0。 由图 5-3 分析压力中心： 17 图 5-3 压力中心分析 由于该零件是一个圆形图形，属于对称中心零件，所以该零件的压力中心 在图形的几何中心处，o（0，0）为压力中心。 18 6 刃口尺寸计算 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 冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之 间的空隙尺寸，如图 6-1 所示。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。冲 裁过程中模具的失效形式一般有磨损、变形、崩刀和凹模刃口胀裂四种。间隙 大小主要对模具磨损及胀裂产生影响,间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小， 因而模具的磨损也减小。但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。 一般间隙为（10%15% ） t 时的磨损最小，模具寿命较高。 图 6-1 冲裁间隙图 由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规 律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量 最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。所以在实 际生产中，其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前 提下，使模具寿命达到最长。目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定 合理的间隙植。本套模具采用查表法予以确定其间隙植。 根据表 6-1 查得材料 q235 的最小双边间隙 2cmin=0.13mm，最大双边间隙 2cmax=0.17mm。 19 表 6-1 冲裁模初始双边间隙值 mm 08、10、35、 09mn、q235 16mn 40、50 65mn材料 厚度 zmin zmax zmin zmax zmin zmax zmin zmax 小于 0.5 极小间隙（或无间隙） 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 0.400 0.460 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 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则： （1）根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模 应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸 模尺寸，故冲孔以凹模为基准件，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。 （2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大， 其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲 孔件孔径减小，故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。 （3）凸模和凹模之间应保证有合理的间隙。 （4）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。 20 制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙： 分别加工法。分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保 证间隙要求。凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。这种加工方法必须 把模具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方 法主要用于冲裁形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模 具。 单配加工法。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。先加工基 准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。通常落料 件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。这种方法多用于冲裁件的形 状复杂、间隙较小的模具。 根据上述计算法则，对于采用分别加工的凸模和凹模，应保证下述关系： 凸 凹 zmaxz min 所以，新制造的模具应该保证 凸 凹 z minzmax，否则，模具的初 始间隙已超过了允许的变动范围 zminz max，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： （6-0min凸凸xd 1） 冲孔凹模尺寸： （6-凸0mininz 2） 落料凸模尺寸： （6-0凸inax凸d 3） 落料凹模尺寸： （6-凸0max 4） 孔距尺寸： （6-1/8ld 5） 其中， ， -分别为落料凸、凹模基本尺寸；凸d 21 ， -分别为冲孔凸、凹模基本尺寸；凸d -冲孔件孔的最小极限尺寸；min -落料件最大极限尺寸；axd ， -分别为凹模上偏差，可按 it7，凸模下偏差，可按 it6；凸 -制造公差； -磨损系数，其值在 0.51 之间。x 该制件的最小双边间隙为 ，最大双边间隙为 ，m3.0zinm17.0zax 则有 。查表 2-1 标准公差数值得：41.7.0zminax 250+0.075mm、700.095mm 、52 0+0.19mm、为 it11 级，x=0.75；60 0- 0.74mm、r10 0-0.36mm 为 it14 级，x=0.5。 冲孔根据公式（6-1）有： 0min凸凸xd 08.75.5 06.8. 冲孔根据公式（6-2）有： 凸 0minin凸zxd .12375.05 1862 校核，为了保证初始间隙值小于最大合理间隙值 ，需满足以下条件：maxz inax凸 故由上面的计算结果可知： 04.2.01.8.0 满足以上要求。 冲孔根据公式（6-1）有： 0min凸凸xd 22 m19.05208. .8. 冲孔根据公式（6-2）有： 凸 0minin凸zxd 25. 0.4 校核，为了保证初始间隙值小于最大合理间隙值 ，需满足以下条件：max inax凸z 故由上面的计算结果可知： 04.26.04.2.0 满足以上要求。 孔距尺寸根据公式（6-5）有： 1/8ld m024.7 落料根据公式（6-3）有： 0凸inax凸zd 13745600.8- m31.9.8- 落料根据公式（6-4）有： 凹凹 0maxd = 45.9.26 校核，为了保证初始间隙值小于最大合理间隙值 ，需满足以下条件：maxzinmax凸 故由上面的计算结果可知： 04.28.06.2.0 满足以上要求。 落料根据公式（6-3）有： 23 0凸minmax凸zd 315.9 09. 落料根据公式（6-4）有： 凸 0max凸 45.9 1. 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 18 1830 3080 80120 120180 0.020 0.020 0.020 0.025 0.030 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 180260 260360 360500 500 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 由下表 6-3 可查得：按照圆形公差查得磨损系数 x=0.75，非圆形件磨损系 数 x=0.5。 表 6-3 磨损系数 mm 材料厚度 工件公差 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 非圆形 x 值 圆形 x 值 磨损系数 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工作零件刃口尺寸如图6-2，根据以上公式（6-1） 、 （6-2） 、 （6-3） 、 （6-4） 、 （6-5）分别计算工作零件刃口尺寸见表6-4： 24 （a） （b） 图6-1 工作零件刃口尺寸 （a）落料 （b）冲孔 表 6-4 工作零件刃口尺寸的计算 mm 尺寸及分类 尺寸转换 计算公式 结果 0.26459d凹 60 600-0.74 .8-31凸 05凹 落料 r10 r100-0.36 凸0max凸d zinax 9.凸 08.2d凸 52 520+0.190 45凹 08.6凸 冲孔 5 50+0.075 0min凸凸d 0ininzx 12d凹 孔心距 70 700.095 1/8ld 4.7l 通过上述对工作零件刃口尺寸的计算，落料凹模、凸模的尺寸如图 6-2： （1） （2） 图 6-2 落料凹模、凸模的尺寸 （1）落料凹模尺寸 （2）落料凸模尺寸 25 7 主要零部件设计 虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度不同，但组成模具的零件种类是基 本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可以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，销钉起零件的定位作用，采用挡料 销送进定距和导料销送进定位，无侧压装置。下面就分别介绍各个零部件的设 计方法。 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筒式和锥形两种，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，所以采用 刃口为直通式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变。 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 it11 级，内型腔精 度为 it7 级，表面粗糙度为 ra3.2um，上下平面的平行度为 0.02，材料选 cr12mov。 7.1.3 凹模外形的确定 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： 凹模边壁厚 h=kb1 （7- 1） 凹模边壁厚 c=（1.52）h （7- 2） 凹模板边长 l=b1+2c （7-3） 凹模板边宽 b=b2+2c （7- 4） 26 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 材料厚度 t/mm 材料料宽 s/mm 1 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 图7-1 凹模外形尺寸的确定 查表7-1 得：k=0.3。 根据公式（7-1）可计算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： h=kb1 27 =0.360 =18（mm） 根据公式（7-2）可计算凹模边壁厚： c=（1.52）h =1.518218 =2736（mm） 取凹模边壁厚为40mm。 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 =90+230 =150（mm） 根据公式（7-4）可计算凹模宽： l=b2+2c =60+230 =120（mm） 即：lbh=150mm120mm18mm 查表 7-2 得凹模尺寸为 160mm125mm18mm。 表 7-2 矩形和圆形凹模外形尺寸 mm 矩形凹模的长度和宽度 lb 矩形和圆形凹 模厚度 圆形凹模直径 d 6350、6363 10、12、14、 16、18、20 63 8063、 8080、10063、10080、100100 、12580 12、14、16、 18、20、22 80、100 125100、125125、（140）80、（140）100 14、16、18、 20、22、25 125 （140）125、（140）（140）、 160100、160125 、 160（140）、 200100、200125 16、18、20、 22、25、28 （140） 28 160160、200（140）、200160、200125 、 250（140 ） 16、20、22、 25、28、32 160 200200、250160、250200、（280）160 18、22、25、 28、32、3