毕业设计（论文）-安全带卡扣复合模设计【含全套CAD设计图纸】 .doc

优秀毕业设计，全套设计需要图纸加 qq97666224 安全带卡扣复合模设计 摘 要 本次设计为汽车安全带卡扣的冲压模具设计，设计了一套冲孔、落料的级 进模具。经查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比采用 冲孔落料工序，通过冲裁力、推料力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再 分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出设计的模具类型 后将模具的各个工作部件设计过程表达出来。本模具性能可靠，运行平稳，提 高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。 关键词：安全带；卡扣；复合模；设计 i 目 录 1 绪论1 2 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 3 3 冲裁方案的确定5 3.1 冲裁工艺方案的确定 5 3.2 冲裁工艺方法的选择 5 4 模具总体结构的确定7 4.1 模具类型的选择 7 4.2 送料方式的选择 7 4.3 定位方式的选择 7 4.4 卸料方式的选择 7 4.5 导向方式的选择 8 5 工艺参数计算9 5.1 排样方式的选择 9 5.1.1 搭边值的确定10 5.1.2 材料利用率的确定11 5.2 冲压力的计算 .12 5.2.1 总冲裁力的计算13 5.2.2 卸料力、推件力的计算14 5.2.3 总冲压力的计算15 5.2.4 初选压力机15 5.2.5 压力中心的确定16 6 刃口尺寸计算.18 6.1 冲裁间隙的确定 .18 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 .19 ii 7 主要零部件设计.27 7.1 凹模设计 .27 7.1.1 凹模外形的确定27 7.1.2 凹模刃口结构形式的选择27 7.1.3 凹模精度与材料的确定27 7.2 凸模的设计 .30 7.2.1 凸模结构的确定30 7.2.2 凸模材料的确定30 7.2.3 凸模精度的确定30 7.2.4 凸模高度的确定31 7.3 凸凹模设计 .32 7.3.1 凸凹模外形的确定32 7.3.2 凸凹模材料的选取32 7.3.3 凸凹模精度的确定32 7.3.4 凸凹模壁厚的确定32 7.3.5 凸凹模洞口类型的选取33 7.3.6 凸凹模尺寸的设计33 7.4 定位零件的选用 .34 7.5 卸料装置的选定 .35 7.5.1 卸料装置的选用 35 7.5.2 卸料螺钉的选用 35 7.5.3 卸料板外型设计 35 7.5.4 卸料板材料的选择36 7.5.5 卸料板的结构设计36 7.5.6 卸料板整体精度的确定36 7.5.7 卸料橡胶的选用36 7.6 推件装置的选定 .38 7.6.1 推件块的设计 39 7.6.2 推板的选用40 iii 7.6.3 推杆的选用40 7.7 上下模座的选用 .41 7.8 连接及固定零件的选用 .41 7.8.1 螺钉与销钉的选用 41 7.8.2 模柄的选用 42 7.8.3 凸模固定板的设计42 7.8.4 凸凹模固定板的设计 43 7.8.5 垫板的设计44 8 冲压设备的校核与选定.45 8.1 冲压设备的校核 .45 8.2 冲压设备的选用 .45 9 压力机的选用.46 10 模具结构简述47 结论.48 致谢.49 参考文献.50 1 1 绪论绪论 日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外 壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切 的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定 着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分 为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身 又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的 “磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石” ；德国则认 为是所有工业中的“关键工业” ；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣 富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密” ，是“进入富裕社会的原动 力” 。日本模具产业年产值达到 13000 亿日元，远远超过日本机床总产值 9000 亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。在模 具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%， 其它各类模具约占 11%。 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈 广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。 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（俗称冲压件或冲件）的一种压力 加工方法。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。冲 压是一种先进的金属加工方法，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。与 机械加工及塑性加工和其它方法相比，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) 冲压一般没有切削碎料产生，材料的消耗较少利用率高，一般为 70%85%，易实现机械化和自动化； (2) 在形状和尺寸精度方面的互换性较好。一般情况下可直接满足装配和 使用要求； (3) 冲压可加工的尺寸范围大、形状复杂的零件，而这些零件用其它方法 2 是不可能或很难得到的，如薄壳件； (4) 被加工的金属在冲压加工过程中产生加工硬化，金属内部组织得到改 善，机械强度有所提高，所以冲压件刚度强度较好； (5) 冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材 料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好， 具有“一模一样”的特征； (6) 在大量生产的条件下，产品的成本低，经济效益较高； (7) 冲裁过程能耗较低。 由此可见冲压制得的零件具有表面质量好重最轻成本低的优点。所以冲压 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 来越多的采用冲压方法加工产品零件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航 空、航天、家电及轻工业等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重相当 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。有些机械设备往 往以冲压件所占比例的大小作为评价结构是否先进的指标之一。 工业发达国家对冷冲压生产工工艺的发展是很重视的。不少国家(如美国、 日本等)模具工业产值己超过机床工业。从这些国家钢材构成可以看出冷冲压的 发展趋势。钢带和钢板占全部品种的 67%，充分说明冲压这种加工方法己成为 现代工业生产的重要手段和发展方向。 冲压技术的发展特征是： (1) 冲压成形科学化、数字化和可控化； (2) 突出“精、省、净“三大优势； (3) 冲压成形可以实现全过程控制； (4) 产品从设计开始即进入控制，考虑工艺； 3 2 工艺分析工艺分析 图图 2- -1 安全带卡扣安全带卡扣零件零件 生产批量：大批量； 材 料：35 钢； 材料厚度：1mm； 未注公差：it14。 2.1 材料分析材料分析 该冲裁件的材料为 35 钢，是优质碳素结构钢，具有良好的塑性、较高的强 度、硬度，工艺性较好，适合此次零件设计。 2.2 零件结构零件结构 该冲裁件结构简单对称，孔的中心边缘与零件边缘的距离满足加工要求。 2.3 尺寸精度尺寸精度 由于本零件给定的精度都按生产所需经济精度要求 it12 查表 2-2 得： 零件外形尺寸：、 0 0.12- r5 0 0.12- 3.6 0 0.18- r14 0 0.25- 44 零件内形尺寸：l7、w24、 12 . 0 0 r3.5 定位孔尺寸：130.18、70.15 根据零件图 2-1 可知内孔采用冲孔，零件的外形轮廓采用落料。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。 4 表表 2- -1 标准公差数值（摘自标准公差数值（摘自 gb/ /t1800.3- -1998） 公差等级 it 2 it 3 it 4 it 5 it 6 it 7 it 8 it 9 it 10 it 11 it 12 it 13 it 14 基本尺寸 /mm /m/mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 400500 1.2 1.5 1.5 2 2.5 2.5 3 4 5 7 8 9 10 2 2.5 2.5 3 4 4 5 6 8 10 12 13 15 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 5 3 冲裁方案的确定冲裁方案的确定 3.1 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。 3.2 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。 方案一：先落料，后冲孔。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。 方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。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。 方案三：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。 表表 3- -1 单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能单工序冲裁、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 根据分析结合表 3-1 得出结论： （1）模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该零 6 件的大批量产量要求。 （2）只需一副模具，冲压件的形位公差精度和尺度精度容易保证，且生产 效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制 造并不困难。 （3）也只需要一副模具，生产效率高，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。由于零件的结构形状简单、级进模设计较复杂，制造较难。 为提高生产率，根据上述方案的分析与比较，该件的冲压生产采用第二种 为佳。 7 4 模具总体结构的确定模具总体结构的确定 4.1 模具类型的选择模具类型的选择 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 4-1。 表表 4- -1 正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围正装式复合模、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 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， 还可以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式冷冲模不宜冲制孔边距较小的冲裁件， 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，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。 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 送料方式的选择送料方式的选择 由于零件的生产批量是大批量，选用手动送料方式比较合理。 4.3 定位方式的选择定位方式的选择 定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。由于毛坯选择的是条 料，零件的精度不高，且采用的是手动送料方式，所以可以采用固定挡料销进 行送料方向的定位，采用导料销进行垂直方向的导料。 4.4 卸料方式的选择卸料方式的选择 8 钢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，主要用在冲裁料厚 1.5mm 及以下的 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 1mm，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。 方案二：采用后侧式导柱模架。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对模 具使用寿命有一定影响。 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。 （1） （2） （3） （4） （1）下模座 （2）导柱 （3）导套 （4）上模座 图图 4- -1 导柱模架导柱模架 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 9 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。 5 工艺参数计算工艺参数计算 5.1 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。沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条 料之间都存在搭边废料冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命高， 但材料利用率低。 方案二：少废料排样。因受剪裁条料质量和定位误差的影响。其冲件质量 稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命。但材料利用率稍高。 方案三：无废料排样。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边， 沿直线或曲线切断条料而获得冲件，但对材料利用率最高。 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，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，故应 采用方案一。 由于设计的零件带圆弧零件，所以采用有废料直排法。如图 5- -1 10 图图 5- -1 直排徘样直排徘样 5.1.1 搭边值的确定搭边值的确定 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 l0.5112 200.050.080.10 20300.080.100.15 30500.100.150.20 所以根据以上理论数据由公式（5-1）得出： 条料宽度： =（44+21.5） 0 max )2( adb 0 15 . 0 =47mm 0 15 . 0 5.1.2 材料利用率材料利用率的确定的确定 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： a=（11+26.79）25.921/2+（26.794.080.5） +142r2146/36077 =489.7584+54.6516+615.75249.721777 860mm 送料步距为：s=29.2mm 条料宽度为：b=47 mm 一个步距内的材料利用率为： 12 =（/bs）100 1 a =（860/4729.2）100 = 62.663 所得排样图如图 5-2 所示： 图图 5- -2 排样示意图排样示意图 5.2 冲压力的计算冲压力的计算 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 5-4(mpa)； l-冲裁周边总长(mm)； 13 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35钢的力学性能查表5-4可得：抗剪强度取450mpa 表表 5- -4 部分材料抗剪强度部分材料抗剪强度 / /mpa 5.2.1 总冲裁力总冲裁力的计算的计算 由于冲裁模具采用弹性卸料装置和自然落料方式。 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。 落料周长为： l1=52.26+22.382+6.382+3.6 =113.38mm 冲孔周长为： l2=23.143.52+47 =71.96mm 落料冲裁力由公式(5-3)得： f1=kptl1 =1.31113.8450 =66327.3n 材料名称牌号材料状态抗剪强度 /mpa 10260340 15270380 20280400 35400520 碳素结构钢 45 已退火 440560 14 冲孔冲裁力由公式(5-3)得： f2=kptl2 =1.3171.96450 =42096.6n 所以可求总冲裁力由公式(5-4)得： f冲= f1+f2=66327.3+42096.6 =108423.9n 5.2.2 卸料力、推件力的计算卸料力、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 5-5； k推-推件力系数，见表 5-5； n-卡在凹模里的工件个数，n=h/t。 表表 5- -5 卸料力、推件力和顶件力系数卸料力、推件力和顶件力系数 mm 料厚/mmk卸k推k顶 15 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 5-5 确定，推件力系数取 k推0.055； 由公式(5-5)得： f推=nk推f冲 =4/10.055108423.9=23855.238n k卸-卸料力系数通过查表 5-5 确定，卸料力系数取 k卸0.045； 由公式(5-6)得： f卸= k卸 f冲 =0.045108423.9 =4879.0755n 5.2.3 总冲压力的计算总冲压力的计算 f= f冲+f卸+f推 =108423.9+23855.238+4879.0755 =137158.2135n 5.2.4 初选压力机初选压力机 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。 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 5-6 初选压力机为 j23-16 型压力机。 表表 5- -6 开式双柱可倾压力机规格及参数开式双柱可倾压力机规格及参数 型号 j23-10j23-16j23-25j23-35j23-40 16 公称压力/kn100160250350400 滑块行程/mm455565100100 最大闭合高度/mm180220270290330 闭合高度调节/mm3545556065 滑块中心线至床身 距离/mm 130160200200250 前后150180220220260 滑块底面 尺寸/mm 左右170200250250300 工作台板厚度/mm35405029065 直径3040404050 模柄孔尺 寸/mm 深度3560606070 5.2.5 压力中心的确定压力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压合力的作用点的位置。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，冲模的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。 首先给零件设一个坐标系 0（0，0）如图 5-3，其次算出各组成线段的压力 中心，弧线的压力中心公式 57，合力的压力公式 5-8 和 5-9。 y=（180rsin ）/（ ）=rs/b （5-7） 式中： r-表示半径 a-表示角度 b-表示弧长 取 3.1415 17 （5-8） ）（）（ nnn lllxlxlxlx 2122110 （5-9）（ nnn lllylylyly 2122110 式中： ln-表示各线段的长度 xn-各线段中的 x 坐标 yn-各线段中的 y 坐标 x0-表示总力的 x 坐标 y0-表示总力的 y 坐标 将零件的各值代入相对应的公式，经计算所得的值如表 5-7 所示。 表表 5- -7 各个参数之间的坐标值各个参数之间的坐标值 各基本要素压力中心的坐标值 基本要素长度 l/mm xy l1=6.382.1324.25 l2=22.3813.389.45 l3=52.2632.230 l4=22.3813.39-9.45 l5=6.382.132-4.25 l6=3.6 00 l7=713.53.5 l8=10.9919.210 l9=713.5-3.5 l10=10.9912.210 l11=21.98300 合计=2386.96151.6840 由上表 5-7 可以得出零件的压力中心为（23.11，0） 。 18 19 6 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。 图图 6- -1 冲裁间隙图冲裁间隙图 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 20 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 35 钢的最小双面间隙 zmin=0.100mm，最大 双面间隙 zmax=0.140mm。 表表 6- -1 冲裁模初始双边间隙值冲裁模初始双边间隙值 mm 08、10、35、 09mn、35 16mn40、5065mn 材料 厚度 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 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， 21 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。 制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙： （1）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。 （2）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zmaxzmin 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： 落料 d凹=(dmax-x) (6-1)凹 0 d凸=( d凹-zmin)=(dmax-x-zmin) (6-2) 0 凸 冲孔 d凸=(dmin+x) 0 凸 (6-3) d凹=( d凸+zmin)=( dmin+x+ zmin) (6-4) 凹 0 式中: d凸、d凹-分别为落料凹模和凸模的基本尺寸； d凸、d凹-分别为冲孔凹模和凸模的基本尺寸； dmax -落料件的最大极限尺寸； 22 dmin-冲孔件的最小极限尺寸； -冲裁件公差； -磨损系数； 凸、凹-分别为凹模和凸模的制造公差，凸模偏差取负，凹模偏差取 正。 由上表 6-1 可得：zmin=0.100mm zmax=0.140mm zmaxzmin=(0.1400.100)mm=0.040mm 由表 6-3 得，x=0.75；设凸、凹模分别按 it6 和 it7 级加工制造，则： 冲孔根据公式（6-3）有： 0 min凸 凸 xdd 0 009. 0 15 . 0 75 . 0 7 0 009.0 112.7 冲孔根据公式（6-4）有： 凸 0minmin凸 zxdd 0.015 0 1 . 015 . 0 75 . 0 7 mm212 . 7 0.015 0 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 z minmax凸凸 zz 故由上面的计算结果可知：mm04. 0024. 0mm015 . 0 mm009. 0 满足以上要求。 冲孔根据公式（6-3）有： 0 min凸 凸 xdd 0 009 . 0 18 . 0 75. 013 mm135.13 0 009. 0 冲孔根据公式（6-4）有： 23 凸 0minmin凸 zxdd 0.018 0 1 . 018. 075 . 0 13 mm235.13 0.018 0 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 z minmax凸凸 zz 故由上面的计算结果可知：mm04 . 0 027. 0mm018 . 0 mm009. 0 满足以上要求。 冲孔根据公式（6-3）有： 0 min凸 凸 xdd 0 008 . 0 12. 075 . 0 5 . 3 0 008 . 0 59 . 3 冲孔根据公式（6-4）有： 凸 0minmin凸 zxdd 0.012 0 1 . 012. 075 . 0 5 . 3 mm69. 3 0120 0 。 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 z minmax凸凸 zz 故由上面的计算结果可知：mm04 . 0 02 . 0 mm012. 0mm008. 0 满足以上要求。 落料根据公式（6-1）有： 凹 凹 0max xdd 008 . 0 0 0.1257 . 06 . 3 mm51 . 3 0080 0 。 落料根据公式（6-2）有： 24 0 凸minmax凸 凸 z凸x凸dd 0 012 . 0 1 . 00.1257 . 06 . 3 mm41 . 3 0 0.012- 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 z minmax凸凸 zz 故由上面的计算结果可知：mm04 . 0 02 . 0 mm012. 0mm008. 0 满足以上要求。 落料根据公式（6-1）有： 凹 凹 0max xdd 008. 0 0 0.1257 . 05 mm91 . 4 0080 0 。 落料根据公式（6-2）有： 0 凸minmax凸 凸 z凸x凸dd mm81 . 4 0 0.012- 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 z minmax凸凸 zz 故由上面的计算结果可知：mm04 . 0 02 . 0 mm012. 0mm008. 0 满足以上要求。 落料根据公式（6-1）有： 凹 凹 0max xdd 009 . 0 0 0.1857 . 014 mm865.13 0090 0 。 落料根据公式（6-2）有： 0 凸minmax凸 凸 z凸x凸dd 25 mm765.13 0 0.018- 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 z minmax凸凸 zz 故由上面的计算结果可知：mm04 . 0 027 . 0 mm018 . 0 mm009 . 0 满足以上要求。 落料根据公式（6-1）有： 凹 凹 0max xdd =mm81.43 0.016 0 落料根据公式（6-2）有： 0 凸minmax凸 凸 z凸x凸dd 0 0.025- 1 . 00.2557 . 044 mm71.43 0 0.025- 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 z minmax凸凸 zz 故由上面的计算结果可知：mm04 . 0 041 . 0 mm025 . 0 mm016 . 0 不满足以上要求。 因此，只有缩小、，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围 凸 凸 内，由此可取： mmmmzz016 . 0 04. 04 . 04 . 0 minmax凸 mmmmzz024 . 0 04 . 0 6 . 06 . 0 minmax 凹 故： 016 . 0 0 19.44d 凹 0 024 . 0 凸 29.44d 表表 6- -2 简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差 mm 26 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 表表 6- -3 磨损系数磨损系数 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 值圆形 值 磨损系数 10.750.50.750.5 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） 分别计算工作零件刃口尺寸见表6-4。 （1）落料 （2）冲孔 图图 6- -2 工作零件刃口尺寸工作零件刃口尺寸 表表 6- -4 工作零件刃口尺寸的计算工作零件刃口尺寸的计算 尺寸及分类尺寸转换计算公式结果 d凹=4.910+0.08 落料r5 0 0.12- r5 d凹=(dmax-) 凹 0 d凸=4.810+0.08 27 d凹=3.510+0.016 3.6 0 0.12- 3.6 d凸=3.410-0.012 d凹=413.8650+0.012 d凸=13.7650+0.018r14 0 0.18- r14 d凹=44.190+0.016 44 0 0.25- 44 d凸=(dmax-zmin) 0 凸 d凸=44.290-0.024 优秀毕业设计，全套设计需要图纸加 qq97666224 26 d凸=7.1120-0.03 7 15 . 0 0 7 d凹=7.2120-0.03 d凸=3.590-0.04 冲孔 r3.5 120 0 r3.5 。 d凸=(dmin+) 0 凸 d凹=( dmin+ zmin) 凹 0 d凹=3.690-0.04 1313.0.18ld=13.2350.025 定位孔 77 0.15 ld=l1/8 ld=7.2120.025 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 6-3。 （1）凹模 （2）凸模 图图 6- -3 落料凹模、凸模的尺寸落料凹模、凸模的尺寸 优秀毕业设计，全套设计需要图纸加 qq97666224 27 7 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。 7.1 凹模设计凹模设计 7.1.1 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。 7.1.2 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。 7.1.3 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 ra1.6um，上下平面的平行度为 0.02，