脚垫片冲压级进模具设计【全套含CAD图纸、说明书】
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毕毕业业论论文文 题 目脚垫片冲压级进模具设计 学生姓名 学 号 院 系 专 业 班 级 指导教师 顾问教师 年十一月 淮安信息职业技术学院毕业设计论文淮安信息职业技术学院毕业设计论文 摘摘 要要 随着模具工业的迅猛的发展，模具设计与制造以成为一个行业，工业生产 中普遍采用模具成型工艺方法，有效地保证了产品的生产率和质量，使操作技 术简化，还能省料、节能，获得显著的经济效益。 由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多， 但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸 造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建 材用模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。 我的设计是级进模的设计，冲压模具主要是将板料分离或成形而得到制件 的加工方法。因为模具的生产主要是大批量的生产，而且模具可以保证冲压产 品的尺寸精度和产品质量，模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足 工件的工艺性设计，能否加工出合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理 等。在本次设计中，不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求，还要保证它 的使用寿命。 关键词关键词：级进模；工艺性；使用寿命； 目录目录 I I AbstractAbstract With the rapid development of industrial molds, mold design and manufacturing to become a trade, industrial production methods commonly used by die molding process, effectively ensure the productivity and quality of products, so that technology simplifies operations, but also material saving, energy saving, achieve significant economic benefits. Due to the characteristics of different materials and processes, production equipment is different, mold a large variety of the most widely used around the following: cold punching mold, plastic molding, forging mold, die casting, powder metallurgy mold, rubber molding, glass molding, ceramic products, mold, food and candy mold, mold and other building materials used. Among them, cold stamping dies, plastic and complexity of the technical requirements of the higher. My graduation project is the composite mould, stamping die mainly to isolated or forming the sheet metal processing methods are workpiece. Because molds are mainly high volume production, and stamping die products can ensure the dimensional accuracy and quality, mold design and manufacture of primary consideration to the mold design can meet the design process the workpiece, can process a qualified parts, and, later, maintenance and storage is reasonable. In this design, not only to consider making the parts to make to meet the job requirements, but also to ensure its service life. Keyword: composite mould; Technological efficiency; service life； 目录 II 目目 录录 摘摘 要要I ABSTRACT II 目目 录录.III 第一章第一章 绪论绪论.1 第二章第二章 冲压件工艺分析冲压件工艺分析.3 2.1 材料分析.3 2.2 零件结构.3 2.3 尺寸精度.4 2.4 毛坯尺寸展开4 第三章第三章 冲裁方案的确定冲裁方案的确定.7 3.1 冲裁工艺方案的确定.7 3.2 冲裁工艺方法的选择.7 第四章第四章 模具总体结构的确定模具总体结构的确定.9 4.1 模具类型的选择.9 4.2 送料方式的选择.9 4.3 定位方式的选择.9 4.4 卸料、出件方式的选择.9 4.5 导向方式的选择.9 第五章第五章 工艺参数计算工艺参数计算.11 5.1 排样方式的选择.11 5.1.1 排样及搭边值的计算11 5.1.2 步距的计算11 5.1.3 条料宽度的确定12 5.1.4 材料利用率的计算12 5.2 冲压力的计算.14 5.2.1 冲裁力的计算.14 5.2.2 弯曲力的计算.15 5.2.3 卸料力与推件力的计算15 5.2.4 总冲压力的计算16 5.3 压力机吨位选择16 5.3.1 冲压设备类型的选择.16 5.3.2 确定压力机设备的规格.17 第六章第六章 刃口尺寸计算刃口尺寸计算.21 6.1 冲裁间隙的确定.21 目录 III 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则.23 6.3 弯曲刃口尺寸计算.24 第七章第七章 主要零部件设计主要零部件设计.25 7.1 凹模设计.25 7.1.1 凹模外形的确定25 7.1.2 凹模刃口结构形式的选择26 7.1.3 凹模精度与材料的确定26 7.2 凸模的设计.26 7.2.1 凸模结构的确定26 7.2.2 凸模高度的确定26 7.2.3 凸模材料的确定27 7.2.4 凸模精度的确定27 7.3 卸料板的设计.27 7.3.1 卸料板外型设计27 7.3.2 卸料板材料的选择27 7.3.3 卸料板整体精度的确定27 7.4 固定板的设计.28 7.5 垫板的设计.28 7.6 上下模座、模柄的选用.28 7.6.1 上下模座的选用28 7.6.2 模柄的选用29 7.7 螺钉、销钉的选用.29 第八章第八章 冲压设备的校核与选定冲压设备的校核与选定.31 8.1 冲压设备的校核.31 8.2 冲压设备的选用.31 总结与期望总结与期望.33 致谢致谢.34 参考文献参考文献.35 0 第一章第一章 绪论绪论 近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精 密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月 异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高 品质的、新的发展水平。前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲 裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、压延、压印等，可以进行复 杂零件的立体精密成形。过去的精密冲裁只能对厚度为 58mm 以下的中板或薄 板进行加工，而现在可以对厚度达 25mm 的厚板实现精密冲裁，并可对 b900MPa 的高强度合金材料进行精冲。 由于引入了 CAE，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐 步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。 在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或压延毛坯进行优 化设计。 此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成 形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始 走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化 的发展道路。 为了满足制件更新换代快和生产批量小的发展趋势，发展了一些新的成形 工艺(如高能成形和旋压等)、简易模具（如软模和低熔点合金模等） 、通用组合 模具和数控冲压设备等。这样，就使冲压生产既适合大量生产，也同样适用于 小批生产。不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高强 度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。 脚垫片零件是冲压生产的一个典型零件，在客车生产中有很强的作用，其 模具设计有一定的实用价值。对于该制件我们利用先进的模具生产提高生产效 益、保证产品质量、节约成本，从而取得很高的经济效益。 第一章 绪论 1 第二章第二章 冲压件工艺分析冲压件工艺分析 图 2-1 支架 生产批量：大批量； 材料：45； 材料厚度：2mm； 未注公差：IT14。 2.12.1 材料分析材料分析 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 （%） 1026034029043021026碳素结构 钢45 已退火 44056055070036016 由上表 2-1 可知：45 钢是碳素结构钢，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。 2.22.2 零件结构零件结构 零件结构形状相对简单，有冲裁和弯曲工序加工而成。零件中有 2 个孔， 孔的边长最小尺寸为 7mm，孔离工件边缘的距离最小约为 6.5mm。根据该零件 形状来分析，该零件的结构满足冲裁要求。 2 2.32.3 尺寸精度尺寸精度 该零件上尺寸有未注尺寸公差，所以未注尺寸公差由公差等级表查得：对 于未注公差尺寸，属于自由尺寸，按 IT14 查表 2-1 得到： 属于 A 类尺寸的有：、 0 0.74 64.5 0 0.36 10R 0 0.62 40.2 属于 B 类尺寸的有：、 0.52 0 20 0.36 0 7 属于 C 类尺寸的有：44.5 0.2 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IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14 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 2.42.4 毛坯尺寸展开毛坯尺寸展开 弯曲部分有 1 处，属于 V 形弯曲。 第一章 绪论 3 图 2-2 v 形弯曲分析图 圆角展开长度计算公式： 0.5Lrxt 式中：r为折弯部分小圆弧半径 x为中性层的位移系数 由表查得 x=0.31 弯曲件展开为如图 2-3 所示的毛坯的形状和尺寸。 图 2-3 毛坯展开图 4 第三章第三章 冲裁方案的确定冲裁方案的确定 3.13.1 冲裁工艺方案的确定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。 3.23.2 冲裁工艺方法的选择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 第一章 绪论 5 是大批量生产，而且工件有弯曲，相对复杂，所以不适合采用复合模。使用级 进模可以满足生产的需要。 6 第四章 模具总体结构的确定 4.14.1 模具类型的选择模具类型的选择 由以上冲压工艺分析可知，采用级进模冲压。 4.24.2 送料方式的选择送料方式的选择 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左 右自动送料方式。 4.34.3 定位方式的定位方式的选择选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。 控制条料的送进布距采用侧刃定距，并使用导正销完成精确的定位。 4.44.4 卸料、出件方式的选择卸料、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 2mm 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 2mm，卸料力一般，由于需要弯曲工序，所以使用弹性卸 料板，卸料的同时还可以起到压料的作用。 4.54.5 导向方式的选择导向方式的选择 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 确。只能一个方向送料。 第一章 绪论 7 （a） （b） （c） （d） 图 4-1 导柱模架 （a）中间导柱模架 （b）后侧导柱 （c）对角导柱 （d）四角导 柱 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，工件也不算太小，所以采用对角导柱模架。由于左、右不受限制，能 满足工件成型的要求。即方案三最佳。 8 第五章第五章 工艺参数计算工艺参数计算 5.15.1 排样排样方式的选择方式的选择 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，故应采用方案一。 分析零件形状，应采用单直排的排样方式。 5.1.15.1.1 排样及搭边值的计算排样及搭边值的计算 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。搭 边的作用是：补偿送料误差，以保证冲出合格产品；保持条料刚度利于送料， 避免废料丝进入模具间隙损坏模具。搭边值要合理确定，从节省材料出发，搭 边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。 综合考虑工件质量及成本，根据零件形状尺寸，材料厚度，材料的力学性能以 及送料及挡料方式，我们来选择合理的搭边值。 此次设计采用的是弹性卸料装置，根据查表确定工件的侧搭边值为 2.2mm、2.5mm，由于有切断和侧刃工序，所以采用搭边值为 3mm。 5.1.25.1.2 步距的计算步距的计算 步距是指冲压过程中压力机每冲压一次条料向前送进的距离，其值为排样 沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值 步距可定义为： S=L+b 式中 ： 第五章 工艺参数计算 9 S冲裁步距； L沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值； b沿送进方向的搭边值 本设计沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度约为 L=64.5, 沿送进方 向的搭边值 b=3m 所以步距 S=L+b =64.5+3 =67.5mm 5.1.35.1.3 条料宽度的确定条料宽度的确定 条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需条料宽度方向的最小尺寸。理论 上条料宽度可按下式计算： 5 0 )2( aDB 式中 ： B条料宽度的基本尺寸； D工件在宽度方向的尺寸； a侧搭边最小值。 条料宽度偏差（查表得本设计=0.5） 由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差。实际的条料宽度应 有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。 本设计条料宽度可用下式计算： 0 0.5 (40.22 3)B =mm 0 0.5 46.2 5.1.45.1.4 材料利用率的计算材料利用率的计算 材料利用率定义为： =A/BS100% 式中 ： 材料利用率 A产品毛坯外形所包容的面积，CAD 测量得：2550 B条料宽度 S冲裁步距 =A/BS100% =2550/67.546.2100% 10 =81.7% 越大，废料多占面积越小。因此，一般将 作为衡量毛坯排样方案友优劣 的指标。材料利用率的计算有时也可以整个条料为基础计算。 即 在冲压生产中，材料利用率为 81.7%。 第五章 工艺参数计算 11 图 5-2 零件排样图 5.25.2 冲压力的计算冲压力的计算 5.2.15.2.1 冲裁力的计算冲裁力的计算 冲裁力可以参考文献4第 50 页式（2-1） （2-2） 或 FKLt b FLt 式中 冲裁件周边长度（mm） ；L 材料厚度（mm）;t 材料抗减强度（） ；MPa 系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性K 能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取=1.3。K 材料的抗拉强度（） ，一般情况下，材料的，取 b MPa1.3 b 。600 b MPa 计算结果如下： 第 1 工位：冲导正孔（冲裁周长为 185mm） 1 1852600222FmmmmMPaKN 第 2、3 工位：冲孔切口（周长 129mm） 2 1292600155FmmmmMPaKN 第 6 工位：切断（周长 152.5mm） 5 152.42600183FmmmmMPaKN 222 155 183560FKN 总 5.2.25.2.2 弯曲力的计算弯曲力的计算 弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据之一，特别是在弯曲坯料教 厚，弯曲线较长，相对弯曲半径较小，材料强度较大的弯曲件时，必须对弯曲 12 力进行计算。影响弯曲力的因素很多，若要进行精确计算是很复杂的，这里只 进行大略计算，不考虑较平。由于零件的弯曲部位比较多，所以将它们分别计 算，再因为弯曲力的方向相同，将求得各弯曲分力代数相加后便得到总的弯曲 力。 根据 v 型件的弯曲力计算，得出： 2 b 0.6 Bt F rt K 2 0.6 1.3 64.5 2600 22 30KN 自由弯曲力在冲压行程结束时的弯曲力 N 自 F B弯曲件的宽度 K安全系数，一般取 K=1.3 材料的抗拉强度 MPa b r弯曲件的内弯曲半径，mm t弯曲件材料厚度 5.2.35.2.3 卸料力与推件力的计算卸料力与推件力的计算 由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍 在凸模上，而落下部分的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下紧箍着的材 料所需的力称为卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力称为推 件力；逆着冲裁方向顶出变的力称力顶件力。 影响卸料力、推件力和顶出力的因素很多，如材料的种类，材料厚度，冲 裁间隙，零件形状尺寸以及润滑情况等。这些力通常采用经验公式进行计算， 参考文献4第 52 页公式 FK F 卸卸 FK F 推推 FK F 顶顶 式中冲裁力（） ；FN 、分别为卸料力、推件力、顶件力系数，其值可参考文献K卸K推K顶 4第 52 页表 2-2。 第五章 工艺参数计算 13 实际生产中，凹模孔口中会同时卡有好几个工件，因而在计算推件力时应 考虑工件数目。本模具拟设在冲裁时凹模孔只会卡住 1 个工件，因而推件力只 需计算卡住一个工件时的冲裁力。 冲裁时所需的冲压力为冲裁力、卸料力、推件力之和，应根据不同的模具 结构区别对待。本模具采用弹性卸料装置和下出料方式，其总冲压力的公式可 参考文献4第 52 页公式： FFFF 总冲卸推 通过查表得 0.05 0.05 K K 卸 推 则所需的卸料力和推件力分别为： 0.05 56028 0.05 56028 FKNKN FKNKN 卸 推 5.2.45.2.4 总冲压力的计算总冲压力的计算 各个工位的总冲压力如下： 通过以上计算，得到各工步的冲压力分别为： 模具总冲压力为模具各个工步的冲压力总和； 560302828646FKNKNKNKNKN 总 5.35.3 压力机吨位选择压力机吨位选择 5.3.15.3.1 冲压设备类型的选择冲压设备类型的选择 根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和 精度要求等来选择设备的类型。 对于中小型的冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力 机。虽然开式冲床的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁模的 间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量。可是，由于它提供了极为方 便的操作条件和非常容易安装机械化附属装置的特点，使它成为目前中、小型 冲压设备的主要形式。 对于大中型冲压件的生产多采用闭式结构形式的机械压力机，其中有一 般用途的通用压力机，也有台面较小而刚度大的专用挤压压力机、精压机等。 在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构 简单，调整方便。 在小批量生产当中，尤其是大型厚板冲压件的生产多采用液压机。 液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施 14 力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点。但是，液压机的速度小， 生产效率低，而且零件的尺寸精度有时因受到操作因素的影响而不十分稳定。 摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点， 所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是，摩擦压力机的 行程次数较少，生产率低，而且操作也不太方便。 在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机 或多工位自动压力机。 综合以上因素，选用开式压力机比较合适。 5.3.25.3.2 确定压力机设备的规格确定压力机设备的规格 （1）压力机的行程太小，应能保证成型零件的取出和毛坯的放进，例 如拉深所用的压力机行程，至少应大于成型零件的高度两倍以上。 （2）压力机工作台面的尺寸应大于冲模平面尺寸，且还需留有安装固 定的余地，但过大的工作台面上安装小尺寸的冲模，工作台的受力条件也是不 利的。 （3）所用压力机的闭合高度应与冲模闭合高度相适应。 模具闭合高度是指上模在最低工作位置时，下模板的底面到上模板 0 H 顶面的距离。 压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，工作台面到滑块的距离。H 大多数压力机，其连杆长度能调节，也即压力机的闭合高度可以调整，故压力 机有最大的闭合高度，最小闭合高度。 max H min H 设计模具时，模具的闭合高度的数值应该满足下式 0 H max0min 510HmmHHmm 如无特殊情况应取上限值，即最好取在.这是为了避免连 0 H 0min 1 3 HHL 杆调节过长，螺纹接触面积小而压坏。如果模具闭合高度实在太小，可以在压 床下面加垫板。 第五章 工艺参数计算 15 图 5-3 压力机 （4）冲压力与压力机能的配合关系：当进行冲裁等冲压加工时，由于其施 力行程较小，近于板料的厚度，所以可按冲压过程中作用于压力机滑块上所有 力的总和选取压力机。通常取压力机的名义吨位比大。F总F总20%30%: 本模具在冲裁过程中总的冲压力，结合模具的闭合高度，为防646FKN 总 止设备过载，可按公称压力选择压力机。参考文献6第 49 页初选压1.3FF 压总 力机型号为 J23-100 压力机，其主要技术参数如下： 表 5-1 开式压力机规格及参数 型号 J23-25J23-35J23-40J23-100 公称压力/KN2503504001000 滑块行程/mm65100100130 最大闭合高度/mm270290330480 闭合高度调节/mm55606580 滑块中心线至床身 距离/mm 200200250260 16 工作台板厚度/mm50556580 模柄孔尺 寸/mm 直径40405060 深度60607075 第五章 工艺参数计算 17 第六章第六章 刃口尺寸计算刃口尺寸计算 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。 6.16.1 冲裁间隙的确定冲裁间隙的确定 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。 根据实用间隙表 6-1 查得材料 45 钢的最小双面间隙 Zmin=0.246mm，最大 双面间隙 Zmax=0.360mm。 18 表 6-1 冲裁模初始双边间隙值 材料 厚度 08、10、20、35 、 09Mn、Q235 16Mn40、5065Mn ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax 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 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 0.060 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 0.040 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 0.060 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 0.040 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 0.060 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 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 第六章 刃口尺寸的计算 19 6.26.2 刃口尺寸的计算及依据与法则刃口尺寸的计算及依据与法则 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理 间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸 和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。 凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法， 第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与 凹模配作法。 该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不 宜采用，故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。 （1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸 A Aj=(Amax-x) 4 1 0 凸模或凹模磨损后会减小的尺寸-第一类尺寸 B Bj=(Bmin+x) 0 4 1 （3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸-第一类尺寸 C Cj=(Cmin+) 2 1 8 1 其中，x 为磨损系数。 查表得： 工件精度 IT10 级以上 x=1 工件精度 IT1-IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5 因为本工件尺寸均为基本尺寸，故按 IT14 级精度，x=0.5。 在所有的尺寸中， 属于 A 类尺寸的有：、 0 0.74 64.5 0 0.36 10R 0 0.62 40.2 属于 B 类尺寸的有：、 0.52 0 20 0.36 0 7 属于 C 类尺寸的有：44.5 0.2 注：脚垫片模具凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸第一类尺寸 A。 脚垫片模具凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸第二类尺寸 B。 脚垫片模具凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸 C。 其中，x 为磨损系数。 具体计算如表 6-1。 表 6-1 工作零件刃口尺寸计算 20 尺寸类 型 公称尺寸公式计算后尺寸备注 0 0.74 64.5 0.18 0 64.13 0 0.36 10R 0.09 0 9.82R A 0 0.62 40.2 )41( 0 )max(AAj 0.16 0 39.9 0.52 0 20 0 0.13 20.26 B 0.36 0 7 0 )4/1( )min( xBBj 0 0.09 7.18 C44.50.2Cj=(Cmin+) 2 1 8 1 44.50.05 保证双边 间隙为 0.246- 0.360。 6.36.3 弯曲刃口尺寸计算弯曲刃口尺寸计算 弯曲模的刃口尺寸计算 弯曲时，V 形件的弯曲，必须选择适当的间隙，间隙的大小对于工件质量 和弯曲力的大小有很大的影响。间隙越小，弯曲力越大。间隙过小，会使工件 壁变薄，并降低凸模寿命。间隙过大，则回弹较大，还会降低工件的精度。 弯曲时，间隙值利用公式计算。 )1 ( 2 nt Z 式中： 弯曲凸、凹模的单面间隙； 2 Z t材料的公称厚度； n因数，与工件的弯曲高度和弯曲线长度有关，查表，取 0.05。 代入公式可得：。(1)2 1.052.1 2 Z tn 弯曲件标注的为外形公差，应计算模具的凹模尺寸，凸模根据单面间隙配 作。 取弯曲凸、凹模的制造公差为 IT17、IT18，查表得： 021 . 0 凸 033. 0 凹 第七章 主要零部件设计 21 第七章第七章 主要零部件设计主要零部件设计 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。 7.17.1 凹模设计凹模设计 7.1.17.1.1 凹模外形的确定凹模外形的确定 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 凹模边壁厚 c1.5H 凹模板边长 L=b1+2c 凹模板边宽 B=b2+2c 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 1336 50 0.300.400.350.500.450.60 501000.200.300.220.350.300.45 1002000.150.200.180.220.220.30 2000.100.150.120.180.150.22 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=Kb2 =0.364.5 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 22 =19（mm） 根据公式（7-2）可计算凹模边壁厚： 第六章 刃口尺寸的计算 23 c1.5H =1.519 =28.5（mm） 取凹模边壁厚为 30mm。 根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。 取整后取：LBH=500mm160mm40mm 7.1.27.1.2 凹模刃口结构形式的选择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。 7.1.37.1.3 凹模精度与材料的确定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 Cr12。 7.27.2 凸模的设计凸模的设计 7.2.17.2.1 凸模凸模结构的确定结构的确定 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。因为该制件形状不复杂，所以 将落料模设计成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样， 凸模与凸模固定板的配合按 H7/m6。 7.2.27.2.2 凸模高度的确定凸模高度的确定 因为该制件形状不是很复杂，所以将冲孔模设计成台阶式或者铆接。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 7-1 所示。 图 7-1 凸模高度尺寸 24 第七章 模具零部件设计 25 凸模高度为： L=h1+h2+H 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=26mm； h2-弹簧和卸料板厚度，可得：h2=68mm； H-附加长度。 附加长度包括凸模的修磨量，橡胶的高度，凸模进入凸凹模的深度。 由公式(7-5)得： L=26+68+3=97mm) 7.2.37.2.3 凸模材料的确定凸模材料的确定 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 Cr12，热处理 5862HRC。 7.2.47.2.4 凸模精度的确定凸模精度的确定 根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用 IT7 级，表面粗糙度 为 Ra1.6um。 7.37.3 卸料板的设计卸料板的设计 7.3.17.3.1 卸料板外型设计卸料板外型设计 在冲压工艺分析中已经选择了弹性卸料装置，采用卸料板进行卸料。卸料 板不仅有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护作用，卸料板的边 界尺寸与凹模的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的间隙值由表 7-4 确定，取 0.15mm。 卸料板与凹模的外形尺寸相同，厚度为 28mm，根据凹模的尺寸，从而可以 确定卸料板的尺寸 500mm160mm28mm。 7.3.27.3.2 卸料板材料的选择卸料板材料的选择 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 45 钢。45 钢是优质碳素结构钢，它的质量较好，含碳量（0.45%）波动小， 性能较稳定。经过热处理（调质）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的 强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。 7.3.37.3.3 卸料板整体精度的确定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，粗糙度为 Ra3.2；而内 轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取 IT11 级，粗糙度为 Ra1.6；两 个螺纹孔和挡料销、导料销有定位的作用，所以精度要求要高一些为 IT7 级， 粗糙度为 Ra3.2。 26 7.47.4 固定板的设计固定板的设计 凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、 上模座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按 H7/m6。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的 0.60.8 倍。 则凸模固定板的厚度： H 凸固=（0.60.8）H 凹 式中： H 凸固-凸模固定板厚度； H 凹-凹模厚度。 根据公式（7-7）得凸模固定板厚度为： H 凸固=（0.60.8）H 凹 =（0.60.8）H 凹 =（0.60.8）40 = 1824（mm） 凸模固定板厚度取 26mm。 7.57.5 垫板的设计垫板的设计 它的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，如果凸模的端部对材料的压 力超过材料的许用压力，需在凸模端部与上模座之间加上垫板防止模具损坏。 垫板外形尺寸可与凸模固定板相同，其厚度一般取 315mm，查参考文献 中冲压模具设计与制造 22.5-17JB/T7643.3-1994，可得垫板尺寸为 500mm160 mm15mm。 7.67.6 上下模座、模柄的选用上下模座、模柄的选用 7.6.7.6.1 1 上下模座的选用上下模座的选用 本模具采用后侧导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。后侧导柱、 导套都是圆柱形的，其加工方便，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位 置时（闭合状态） ，导柱上端面与上模座顶面的距离 11mm。而下模座底面与导 柱底面的距离为 14mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用 H7/r6 的过盈配合,导套 的外径与上模座导套孔采用 H7/r6 的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导 柱一定要进入导套 10mm 以上。导柱与导套之间采用 H7/r6 的间隙配合，导柱与 导套均采用 20 钢，热处理硬度渗碳深度 0.81.2mm，淬硬 5862HRC。 第八章 冲压设备校核与选定 27 表 7-2 模架组合 名 称数 量材 料规 格标 准 上模座1HT 200 500mm315mm65mm GB/T2856.1 下模架1HT 200 500mm315mm75mm GB/T2856.2 导 柱120 45mm260mm GB/T2861.3 导 套120 45mm150mm60mm GB/T2861.8 7.6.27.6.2 模柄的选用模柄的选用 模柄的作用是将上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有： （1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。 （2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用 H7/n6 配合，可以保证较高 的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。 （3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，拧入防转螺钉紧固，垂直度较 差，主要用于小型模具。 （4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与较大是模 具。 （5）浮动式模柄，它由模柄、球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过 球
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