毕业论文-落料冲孔及冲压模具设计程序.doc

摘要 I 摘摘 要要 本文主要介绍了连接支架的冲压设计过程。连接支架用于高架箱的连接， 属于比较典型的冲压件，其工序主要分为落料冲孔、压弯以及冲豁。这次设计 的主要目的在于使学生能够更加熟悉的理解和掌握冲压设计的过程，并运用所 学的知识进行冲压模具的设计，选取相应的标准件将模具安装起来，并选用相 应的压力机进行生产。在设计过程中可以熟悉模具的设计流程，掌握如何按照 国家标准进行模具设计并选择标准件进行安装，提高学生将所学专业知识运用 到生产实际中的能力。 本文详细介绍了落料冲孔工序的设计过程。根据对冲压件的分析选用倒装复 合模具，设计了非标准件如冲孔凸模、凸凹模、卸料板、凹模、推件器等，设 计并选用垫板和一些标准件将模具安装。 关键词 冲压 落料冲孔 复合模 Abstract II AbstractAbstract This paper is about the stamping design process of the connection bracket. Connection bracket is used for connecting the elevated tank, It is one of the typical stamping parts,the process consists of blanking punching, bending, and red exclusion.The main purpose of this design is to enable students to become more familiar with understanding and mastering the process of stamping the design and use of knowledge learned in stamping die design, select the appropriate installation of standard parts will die together, and chose the press for the correspondingproduction.In the design process can be familiar with the mold design process to learn how to follow the national standard Mojusheji and selection criteria for An Zhuang Jian, enhance the professional knowledge of the students will Suoxue Yunyong ability to Productive Process. This paper describes the design process blanking punching process.Based on the analysis of selected flip-stamping complex mold design non-standard items such as punching punch, punch, stripper plate and die, pushing pieces etc., design and selection plate and installed a number of standard parts will die. Key words stamping blanking punching compound die 目录 i 目目 录录 中文摘要 Abstract 第一章第一章 绪论 1 第一节 概述1 第二节 冲压技术的进步1 第三节 模具的发展与现状2 第四节 模具 CAD/CAE/CAM 技术2 第五节 课题的主要特点与意义4 第二章第二章 冲压模具设计过程与要点5 第一节 冲压模具5 1.1 冲压模具简介5 1.2 冲压模具分类5 1.3 单工序模5 第二节 冲压模具设计程序冲压模具设计程序6 2.1 冲压模具的一般设计过程6 2.2 冲模设计原始资料7 2.3 冲压模具设计应注意的问题7 2.4 成本分析与结构方案8 第三章第三章 冲压工艺方案的确定9 目录 ii 第一节 落料冲孔工序9 第二节 压弯工序 10 第三节 冲豁工序11 第四章第四章 落料冲孔工序模具的设计12 第一节 复合模具的比较12 第二节 模具总体结构设计12 2.1 模具类型的选择12 2.2 操作与定位方式12 2.3 卸料、出件方式12 2.4 确定送料方式13 2.5 确定导向方式13 第三节 模具设计计算14 3.1 工艺分析14 3.2 排样图设计15 3.3 冲压力计算17 3.4 模具压力中心的确定20 3.5 工作零件刃口尺寸计算20 第四节 主要零部件的确定24 4.1 工作零件的结构设计24 4.2 凹模的设计24 4.3 冲孔凸模的设计26 目录 iii 4.4 凸凹模的设计29 4.5 模板的设计30 4.6 模架及其它零部件的选用36 第五节 校核模具闭合高度及压力及有关参数39 第六节 设计并绘制模具总装图、选取标准件39 第七节 绘制非标准件零件图41 第五章第五章 压弯工序简介42 第六章第六章 冲豁工序简介42 总结43 致谢44 参考文献45 目录 iv 目录 v 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 概述概述 冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件， 具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成 本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其他加工方 法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被 广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产 之中。 在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面 的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具 为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲 压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来 越重要的作用。 第二节第二节 冲压技术的进步冲压技术的进步 近几十年来，冲压技术有了飞速的发展。它不仅表现在许多新工艺与新技术 在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的 是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。 现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介 入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造（图 1.1） 。生产过程 逐步实现机械化、自动化，并且正在向自动化、集成化方向发展。实现自动化 冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。 冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有的本质的飞跃。结合现代技术信 吉林大学学士学位论文 1 息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三方面组合又形成现代冲压新的生 产模式计算机集成制造系统 CIMS（Computer Integrated Manufacturing System)。把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计 算机等技术融为一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技 术水平提高到一个新的高度。 第三节第三节 模具的发展与现状模具的发展与现状 模具是工业生产中的基础工艺设备，是一种高附加值的高技术密集型产品也 是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平 的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具 的需求量越来越大，技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益 加快， “十一五期间”产品发展重点主要表现在【2】： （1）汽车覆盖件模； （2）精密冲模； （3）大型及精密塑料模； （4）主要模具标准件； (5)其它高技术含量的模具。 目前我国模具年生产总量已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的 40% 以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发 达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部 分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高， 代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本达到国际水平，模具 结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在 制造质量、精度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定差距。标志冲 模技术先进水平的多工位级进模和多功能复合模具，是我国重点发展的精密模 具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多功能级进模和 多功能复合模具相比，存在一定差距。 第四节第四节 模具模具 CAD/CAE/CAM 技术技术 吉林大学学士学位论文 2 冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研 究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。 20 世纪 60 年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计 与制造中的应用。通过以计算机为主要计算手段，以数学模型为中心，采用人 机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生 产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造 的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。 模具 CAD/CAE/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高 效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具， 使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及 生产管理进行设计和优化。模具 CAD/CAE/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造 周期，降低生产成本与提高产品质量已成为模具界的共识。模具 CAD/CAE/CAM 在近 20 年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模 具 CAD/CAE/CAM 技术发展速度更快，应用范围更广。 汽车覆盖件模具作为模具领域的一个重要组成部分，得到了业界的普遍关注， 代表了模具技术的进步。 国际上最早开展汽车覆盖件模 CAD/CAM 系统研究与开发的是各个大汽车制造 公司。早在 1965 年日本丰田汽车公司已将数控技术用于汽车覆盖件的模具加工， 取得了很好的经济效果。上世纪 80 年代丰田汽车公司所采用的汽车覆盖件 CAD/CAM 系统包括了 NTDFB 和 CADETT 两个设计软件及加工凸、凹模的 TINCA 软 件，可完成车身外形设计、车身结构设计、冲模 CAD、主模型与冲模加工和夹 具加工等任务。据报道，该系统投入使用后可使丰田公司的汽车覆盖件成形模 设计与制造时间减少 50%，本世纪之初丰田汽车公司又采用了美国 PDC 公司基 于 Pro/E 软件平台开发的面向拉延模设计的专业化软件 Pro/Dieface。 美国通用汽车公司依托美国 UGS 公司在 UG-II 软件平台上也开发了用于汽车 覆盖件模具设计的专用模块，如钣金件设计、车身设计、复盖件冲压工艺设计 （包括冲压方向选择、工艺余量补充、压边面形状设计和修边线确定）和模具 结构设计等，目前该系统正处于试运行阶段。与此同时，美国福特汽车公司、 英国 PSF 公司、日本获原铁工所、富士 吉林大学学士学位论文 3 铁工所等国外生产汽车覆盖件模具的公司也开发了各自公司专用的汽车覆盖件 模 CAD/CAM 系统。目前这些系统尚不对外出售。 国内如湖南大学、吉林大学和华中科技大学等单位近几年来对汽车覆盖件模 CAD/CAE/CAM 技术进行了系统而深入的研究，取得了许多可喜的成果。 如华中科技大学模具技术国家重点实验室最新推出的汽车覆盖件冲压成形快 速分析软件 FASTAMP，基于改进的有限元逆算法和板壳单元，综合考虑了摩擦、 压边力和拉深筋等工艺条件，将产品设计、材料选择和工艺设计紧密联系起来， 能够快速模拟汽车覆盖件成形后的起皱、破裂和成形不足等缺陷，优化压边力、 拉深筋和摩擦等工艺参数、校核压料面和工艺补充面的合理性、提供最优的毛 坯形状，从而可以为汽车覆盖件工艺设计和模具设计提供全面的解决方案。 展望国内外 CAD/CAE/CAM 技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的 变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装 配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快， 学科领域交叉之广前所未见，今后十年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系统必然是当 今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的成形方法相结合的产物，其 特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。主要表现在： （1）模具 CAD/CAM 的专业化程度不断提高； （2）基于网络的 CAD/CAE/CAM 一体化系统结构初见端倪； （3）模具 CAD/CAE/CAM 的智能化引人注目； (4)与先进制造技术的结合日益紧密。 第五节第五节 课题的主要特点及意义课题的主要特点及意义 本课题主要针对中连接支架实例，在对支架零件落料、冲孔、压弯和冲豁等 成形工艺分析的基础上，提出该零件采用复合模的冲压方案，根据零件的形状、 尺寸精度等要求，设计过程采用“单列直排”的排样方法，提高材料的利用率 和生产率。 本课题设计的知识面广，综合性较强，在巩固大学所学的知识的同时，对于 提高设计者的创新能力、协调能力、开拓设计思路等方面为作者提供一个良好 的平台。 吉林大学学士学位论文 4 第二章第二章 冲压模具设计过程与要点冲压模具设计过程与要点 第一节第一节 冲压模具冲压模具 1.1 冲压模具简介冲压模具简介 冲压模具-在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半 成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模） 。冲压-是在室温 下，利用安装在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， 从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺 装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具 设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产 品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新 产品的开发能力。 1.2 冲压模具分类冲压模具分类 冲模的结构形式很多，可以根据以下特征进行分类： 按冲压工序性质分有冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模、翻边模、胀形模 等20。按工序组合分有：单工序模(又称简单模)、复合模、连续模等。按导向 方式分有：无导向模、导柱模、导板模、导筒模等。按机械化程度分有：手工 操作模、半自动化模、自动化模等。按生产适应性分有：通用模、专用模等。 按冲模材料分有：钢模、铸铁模、锌基合金模、聚氨酯橡胶模、木材模、水泥 模等。按冲模尺寸大小分有：大型冲模、中型冲模、小型冲模。 吉林大学学士学位论文 5 1.3 单工序模单工序模 单工序模是指压力机一次行程中，完成一道冲压工序的模具。如落料、冲 孔、切边、剖切等。单工序模可以同时有多个凸模，但其完成的工序类型相同。 设计单工序冲裁模需要考虑下列问题：（1）为何采用单工序模而不用符合模或 级进模；（2）模具结构与模具材料是否与冲裁件批量相适应；（3）非标准模 架或模具零件能否改用标准件；（4）模架的平面尺寸不仅应与模块平面尺寸相 适应，还应与压力机台面或垫板开孔大小相适应；（5）在模具上安装闭合高度 限位块，便于校模和存放模具工作时限位块不应受压；（6）对称工件的冲模模 架应保证上、下模的正确装配；（7）弯曲件的落料模，排料时应考虑材料碾纹 方向；（8）刃口尖角处宜用拼块，这样既便于加工，也可防止应力集中导致开 裂；（9）拼块不能依靠定位销承受侧向力，要将拼块嵌入模座内；（10）卸料 螺钉装配时，必须确保卸料版与有关模板保持平衡；（11）安装于模具内的弹 簧，在结构上应能保证弹簧断裂时不致蹦出伤人；（12）冲模应考虑放入和取 出冲件方便安全；（13）多凸模冲孔，临近大凸模的细小凸模，应比大凸模在 长度上短一冲件料厚，若做成相同长度则容易折断。 第二节第二节 冲压模具设计程序冲压模具设计程序 2.1 冲压模具的一般设计过程冲压模具的一般设计过程 依据冲压件的产品图样进行冲压工艺过程设计并确定工艺方案后，可进行 冲模的设计。在模具设计时，要收集、准备有关的设计参考资料;经过充分理解、 研究和确定内容之后，便可着手绘制模具的草图;在绘制草图阶段，要召开讨论 会，以防发生设计上的重大错误;然后，再绘正式图。 （1）分析冷冲压件的工艺性。根据设计题目的要求，分析冲压件成形的 结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符 合冲压工艺要求。如果发现冲压件工艺性差，则需要对冲压件产品提出修改意 见，经产品设计者同意后方可修改。 （2）制定冲压件工艺方案。在分析了冲压件的工艺性之后，通常可以列 吉林大学学士学位论文 6 出几种不同的冲压工艺方案（包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式） ， 从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高低、 工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然后确定适合 于工厂具体生产条件的最经济最合理的方案。 （3）确定毛坯形状、尺寸和下料方式。在最经济的原则下，决定毛坯的形 状、尺寸和下料方式，并确定材料的消耗量。 （4）确定冲模类型及结构型式。根据所确定的工艺方案和冲压件的形状特 点、精度要求、生产批量、模具制造条件、操作方便及安全的要求，以及利用 现有通用机械化、自动化装置的可能，选定冲模类型及结构型式。 （5）进行必要的工艺计算。计算毛坯尺寸、冲压力、模具压力中心、计算 或估算各模具的外形尺寸、凸凹模的间隙等。 （6）选择压力机。压力机的选择是模具设计的主要内容，压力机型号的确 定主要取决于冲压工艺的要求和冲模结构情况。 （7）绘制模具总图和非标准零件图，编写设计计算说明书。 2.2 冲模设计原始资料冲模设计原始资料 在进行冲模设计之前。需要掌握以下原始资料： (1)冲压件图样及技术要求：了解被冲零件的形状、尺寸大小、表面粗糙度、 材质与厚度、有无后续热处理及人由处理等信息。 (2)零件的批量大小：模具结构的确定、模具材料的选取、冲压设备的选择 及操作送料方式等都应由零件批量决定。 (3)产品工艺文件：如工艺规程卡等。 (4)掌握车间现有的冲压设备资料：如设备的吨位、台面、行程、送料方式、 模具安装固定方式竿。新设计的模具应尽量能够在现有设备上安装使用。 (5)有关冲模标准化的资料 ，如 GB28512875.81 等。 2.3 冲压模具设计应注意的问题冲压模具设计应注意的问题 冲压模具设计的整个过程是从分析总体方案开始到完成全部技术设计，计 算、绘图、修改等步骤。在设计过程中 应注意以下问题。 吉林大学学士学位论文 7 1.合理选择模具结构：根据零件图样及技术要求，结合生产实际情况，提 出模具结构方案，分析、比较、选择。 2.采用标准零部件：应尽量选用国家标准件及工厂冲模标准件。使模具设 计典型化及制造简单化，缩短设计制造周期，降低成本。 3.其它 1）定位销的用法：冲模中的定位销常选用圆柱销，其直径与螺钉直径相近， 不能太细，每个模具上只须两个销钉，其长度不要太长，其进入模体长度是直 径的 22.5 倍。 2）螺钉用法：固定螺钉拧入模体的深度不要太深。 3）打标记：铸件模板要设计出加工、定位及打印编号的凸台。 4）对导住、导套的要求：模具完全对称时两导柱的导向直径不易设计得相 等，避免合模时误装方向而损坏模具刃口。导套长度的选取应保证开始工作时 导柱进入导套 1015mm。 2.4 成本分析与结构方案成本分析与结构方案 在选择冲模结构方案时，除了考虑冲压件的质量、技术要求外，还要结合 批量大小与现有冲压设备类型，对冲压件成本进行综合分析。一般情况下，简 单模造价低于复合模，复合模造价低于连续模。 当冲压产品的质量要求较高、批量又比较大时，应尽量选用连续模。连续模易 于实现自动化送料操作，而且生产过程稳定，产品一致性较好。对于质量要求 高、批量小的冲压件，可选用复合模来生产。对于形状简单、精度要求低的冲 压件，应当选用简单模。 吉林大学学士学位论文 8 第第 3 章章 冲压件的工艺分析冲压件的工艺分析 第一节第一节 落料冲孔工序落料冲孔工序 该零件为固定高架箱的连接支架，如图 3-1 所示。该零件用于零件的连接。 有以下三种冲裁方案可供选择： 方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔落料复合冲压。复合模生产。 方案三：冲孔落料级进冲压。级进模生产。 图 3-1 表表 3-1 各类模具结构及特点比较各类模具结构及特点比较 单工序模模具种类 比较项目无导向有导向 级进模复合模 吉林大学学士学位论文 9 零件公差等级低一般可达 IT13IT10 级可达 IT10IT8 级 零件特点 尺寸不受 限制厚度 不受限制 中小型尺 寸厚度较 厚 小零件厚度 0.26mm 可加工复杂零件，如宽 度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构与 强度限制，尺寸可以较大， 厚度可达 3mm 零件平面度低一般 中小型件不平直，高质 量制件需较平 由于压料冲件的同时得到 了较平，制件平直度好且 具有良好的剪切断面 生产效率低较低 工序间自动送料，可以 自动排除制件，生产效 率高 冲件被顶到模具工作表面 上，必须手动或机械排除， 生产效率较低 安全性 不安全，需采取安全措 施 比较安全不安全，需采取安全措施 模具制造工作量 和成本 低 比无导向 的稍高 冲裁简单的零件时，比 复合模低 冲裁较复杂零件时，比级 进模低 适用场合 料厚精度要求低的小批 量冲件的生产 大批量小型冲压件的生 产 形状复杂，精度要求较高， 平直度要求高的中小型制 件的大批量生产 结合表 2-1 分析知： 方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高 而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。 方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模 具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。 方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大 于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位 置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三 简单。 通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。 吉林大学学士学位论文 10 第第 2 2 节节 压压弯工序弯工序 该压弯件的特点是工件尺寸 大，形状呈对称分布。外形尺寸 无公差要求，按 IT14 等级精度 计算，利用普通压弯方式可达到 要求。各圆角大于压弯件允许的 最小圆角半径。壁部圆角半径 R3.5，相对圆角半径 R/T=3.5/1.5=2.35-8，且大于允许的最小弯曲半径值， 因此可以弯曲成型。 图 3-2 弯曲是将板料弯成一定形状和角度的零件的成型方法，是板料冲压中常见 的加工工序之一，该零件结构简单可一次成型。从生产效率、模具结构和寿命 方面考虑，在一定生产批量的情况下，采用一次弯曲成形的工序比较合适。 第第 3 3 节节 冲豁工序冲豁工序 冲孔件属于内形部分的上偏差为正，下偏差为零（相当于基孔制标注，只 大不小） 。属于外形部分的上偏差为零，下偏差为负（相当于基轴制标注，只小 不大） 。 孔心距或距离的尺寸，按 标注。 补注公差后的零件如图 3-3 所示： 15 7.6 23 12 11 39 25 95 124 30 吉林大学学士学位论文 11 图 3-3 冲豁内形部分尺寸公差等级取 IT12 级。由上图可知，此零件的工艺结构简单， 模壁强度足够，孔径也远超过所要求的最小孔径，所以符合冲裁的条件，故可 选用冲裁的方法进行生产。 第第 4 章章 落料冲孔工序模具的设计落料冲孔工序模具的设计 第一节第一节 复合模具的比较复合模具的比较 正装式复合模和倒装式结构比较： 正装式复合模适用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。 倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，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件可靠，便于操作，并为机械化 出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。 根据零件分析，制件的精度要求较低，孔边距较大，为提高经济效益和简 化模具结构，适宜 采用倒装复合模生产。 根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产。 第二节第二节 模具总体结构设计模具总体结构设计 2.1 模具类型的选择模具类型的选择 经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料 厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案， 弹性卸料装置，自然漏料的倒装复合结构方式。 吉林大学学士学位论文 12 2.2 操作与定位方式操作与定位方式 2.2.1 操作方式 零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。 2.2.2 定位方式 因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根 据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步 距采用固定挡料销。 2.3 卸料、出件方式卸料、出件方式 2.3.1 卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较： 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。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增 大，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸 料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离 卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合。 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的 板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择 （0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小 于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模。 工件平直度较高，料厚为 1.5mm 相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具 比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料 板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。 2.3.2 出件方式 因采用倒装复合模生产，故采用下出件为佳。 出件方式设计图如图 4-1 所示，上部分为圆孔， 保证冲孔凸模冲裁下来的废料可以落下。下部分为 一矩形槽，用于接收落下来的废料，在下方安装一 个矩形盖板，由六个小螺钉进行固定。 吉林大学学士学位论文 13 2.4 确定送料方 式 因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送料。 2.5 确定导向方式 图 4-1 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，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重 影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。 方案三：四导柱模架。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，以及大量生产用的自动冲压模 架。 方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。单 只能一个方向送料。 由于该零件的尺寸相对较大，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，采用四导柱的导向方式，即方案三最佳。 第三节第三节 模具设计计算模具设计计算 3.1 工艺分析工艺分析 该零件从整体上看是一个带中心孔的带“”形零件，在落料冲孔工序 中主要控制零件的对称性，由于零件尺寸均未表明公差，可按 IT12 级取公差。 该零件材料为 St13，料厚为 1.5mm，查表可知这种材料的屈服强度 ，抗拉强度，伸长率为 34，因而从材料精度和MPa s 240MPa b 370270 材料方面分析比较适合冲压加工。图 2-1 中标注尺寸为该零件的毛坯展开尺寸。 （表 4-1 ST13 材料成分与性能） 吉林大学学士学位论文 14 材料牌号ST13 标准DIN 国家与地区Germany 钢组结构钢 次级类别DIN 1623-1 Flat products of steel; Cold rolled strip and sheet of mild unalloyed steels 注释Quality specifications; DIN 1623-1 was superseded by EN 10130 用途Cold rolled sheet for exacting deep drawing. 元素最小最大近似 C0.1000 化学成分 （%） N0.0070 最小最大近似的 薄板；钢带；冷轧 屈服强度 s (Mpa)250 抗拉强度 b（Mpa） 270370 32.0伸长率 (%) L0 = 80 mm 材料性能 硬度=57 HRB 另外有表 4-2 中数据可知，ST13 的机械性能于 08F 号钢性能相当，有良好 的冲压性能。 （ 表 4-2） 材料 机械性能 ST13低碳钢 08F 硅钢片 D41 抗拉强度 /MPa 270370255324490 抗剪强度 / MPa 250310216275422 延伸率 100 3244 3.2 排样图设计排样图设计 吉林大学学士学位论文 15 排样图在模具设计中有重要的作用，它具体反映了零件在整个冲压成形过 程中，毛坯外形在条料上的截取方式和与相邻毛坯的关系，而且对材料的利用 率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著地影响。 排样方式的选择： 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。 通过上述三种方案的分析比较，由于该零件形状对称，综合考虑模具寿命 和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有 废料排样的具体形式选择直排最佳。 3.2.1 计算条料的宽度 搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和 送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅 会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。 或影响送料工作。 根据零件形状，查表 5-1 工件之间搭边值 a=5.0mm, 工件与侧边之间搭边 值 a1=3mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零， 小偏差为负值 B=（Dmax2a）-0 （公式 4-1） 式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a 冲裁件之间的搭边值； 板料剪裁下的偏差（其值查表 4-3） ； B=（189.423） =195.40-0.5(mm) 吉林大学学士学位论文 16 所以条料宽度在 194.9195.4mm (表 4-3 搭边值和侧边值的数值) 圆件及 r2t 圆角矩形边长 l50矩形边长 l50 或圆角 r2 材料厚度 t 工件间 a1侧边 a 工件间 a侧边 a1工件间 a1侧边 a 0.25 以下1.82.02.22.52.83.0 0.250.51.21.51.82.02.22.5 0.50.81.01.21.51.81.82.0 0.81.20.81.01.21.51.51.8 1.21.51.01.21.51.81.92.0 1.62.01.21.52.02.22.02.2 （表 4-4 剪裁下的下偏差（mm） ） 条料宽度(mm) 条料厚度(mm) 50 50100100200200 0.50.50.71.0 0.51.01.01.0 31.01.01.01.5 41.01.01.02.0 3.2.2 确定步距 送料步距 S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲 一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度 的确定与模具的结构有关。 进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值； 最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 送料步距 S S 30+5=35mm 此排样图如 4-2 所示。 吉林大学学士学位论文 17 3.2.3 计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理 利用材料的重要指标。由排样图知计算材料的利用率可计算一个步距内的材料 利用率即可。 一个步距内的材料利用率 （图 4-2） /BS100% (公式 4-2) 式中 A一个步距内冲裁件的实际面积； B条料宽度； S步距； =4704.73（35*195.4）100% =68.8%（实际面积 A 由 UG 模拟所得） 3.3 冲压力的计算冲压力的计算 3.3.1 冲裁力的计算 用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： F=KLtb ( 公式 4-3) 式中 F冲裁力； L冲裁周边长度； t材料厚度； b材料抗剪强度； K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀， 刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取 =1.3。 计算冲裁件轮廓周长 L： 由于零件轮廓较复杂，用 UG 计算出 L=446.9+3.14*7mm=468.6mm。 查表知 b=270370Mpa，取 b=320Mpa 吉林大学学士学位论文 18 所以 F=KLtb=1.3*486.6*320*1.5=303638.4N 3.3.2 卸料力、推料力的计算 卸料力 FX FX=KXF （公式 4-4） 推料力 FT FT =nKTF （公式 4-5） n梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t)； h直刃口部分的高(mm)； t 材料厚度(mm) FX=KXF =0.04303638.4 =12146(N) （KX、KT为卸料力、推件力系数，其值查表 4-4 可得） FT=nKTF =40.055303638.4 =66800(N) 所以总冲压力 FZ=F+FX+FT =303638.4N+12146N+66800N =382630(N) （ 表 4-4 卸料力、推件力和顶件力系数） 料厚 t/mmKXKTKD 钢 0.1 0.10.5 0.52.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.1 0.063 0.055 0.14 0.08 0.06 吉林大学学士学位论文 19 2.56.5 6.5 0.030.04 0.020.03 0.045 0.025 0.05 0.03 铝、铝合金 纯铜，黄铜 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 3.3.3 压力机的选择 冲压设备的选择: 在冷冲压生产中，冲压设备的选择是一项非常重要的工作，它直接关系到设 备的安全和合理使用，同时也关系到冲压工艺是否能顺利进行和模具的寿命、 产品的质量、生产效率以及成本的高低等一系列问题。 选择设备，首先要清楚地了解被加工产品的特点（包括所采用的冲压工艺性 质、生产批量大小、冲压件的几何形状及尺寸、精度要求、工序的分配、成品 取件方法、废料处理等）和各类冲压设备的特点（包括压力及功率的大小，具 备哪些辅助装置及功能，行程、速度大小，精度、装模空间大小，操作空间大 小等)，然后，进行最适合两者特点的组合。也就是说，使所选用设备的性能与 产品的加工对设备性能的要求相适应，尽量不造成欠缺或浪费。最后，确定出 设备的类型及其规格。 开式曲柄压力机虽然刚度差，但它成本低，且有三个方向可以操作的优点， 故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件、拉深件的生产中。 闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能靠两个方向操作，适用于大中型件的 生产。 双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件 的生产。 综合考虑，采用开式曲柄压力机。 根据上述冲压力的计算，初步选用型号为 JA23-80 开式双柱可倾压力机。该 型号压力机主要技术规格如下： 公称压力 800KN; 滑块行程 130mm; 最大闭合高度 380mm; 最大装模高度 240mm; 吉林大学学士学位论文 20 连杆调节量 45mm; 工作台尺寸（前后 mm 左右 mm）; 540800 垫板尺寸（厚度 mm 孔径 mm） ;100100 模柄孔尺寸（直径 mm 深度 mm） ;7560 滑块中心至床身中心距离 270mm; 最大倾斜角 30 根据对该型号压力机的分析可以知道该压力机适合产品的落料冲孔工序，因 此初选 JA23-80 开式双柱可倾压力机。 3.4 模具压力中心的确定模具压力中心的确定 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。 该零件为轴对称图形，其压力中心为中间冲孔的孔心。 3.5 工作零件刃口尺寸计算工作零件刃口尺寸计算 3.5.1 冲裁间隙分析 （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基本尺寸的差值，差值越小，则 精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差， 二是模具本身的制造偏差。 （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，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因 数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而 且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具 寿命极为不利。 而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造 和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。 吉林大学学士学位论文 21 （3）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显著，当单边间隙在材料厚度的 520%左右时， 冲裁力的降低不超过 510%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大 后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的 1525% 左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、 顶件力迅速增大。 （4）间隙值的确定 由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有 很大的影响。因此，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，但分别从质量， 冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此 接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当 的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个 范围的最小值称为最小合理间隙 Cmin，最大值称为最大合理间隙 Cmax。考虑到 模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理 间隙值 Cmin。 确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺 寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精 度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。 由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。 经验公式； 软材料： t1mm，C=(3%4%)t t=13mm，C=(5%8%)t t=35mm，C=(8%1%)t 硬材料： t1mm，C=(4%5%)t t=13mm，C=(6%8%)t t=38mm，C=(8%13%)t 吉林大学学士学位论文 22 因此选择 C=1.5*（6%8%）=0.090.12mm。 3.5.2 凹模、凸凹模刃口尺寸 该制件外形为“”形，相对较复杂，适合采用凸凹模配作加工。配 作法加工的特点是模具的间隙由配做保证，工艺比较简单，无需较核 TAZmaxZmin 的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制 造容易，所以采用配作法加工。 凹模刃口磨损后，刃口尺寸只有一种变化，全部变大。其刃口尺寸一般按式 5-8