机械毕业设计（论文）-张力盘的冲压工艺及模具设计（全套图纸） .pdf

- - 1 - - 目 录 目 录 . - 1 - 设计总说明 . - 3 - introduction . - 4 - 第章 绪论 . - 5 - 1.1 冲压成型工艺的新技术发展 . - 5 - 1.2 冲压成型工艺. - 5 - 1.3 冲压成型的特点： . - 5 - 1.4 冲压成型的基本工序 . - 6 - 1.5 冲压成型工艺的模具 . - 6 - 1.6 冲压成型模具的分类 . - 7 - 1.7 冲压模具的基本组成 . - 8 - 1.7.1 冲模工艺零件 - 8 - 1.7.2 冲模辅助零件 . - 8 - 1.8 冲压成型的基本过程 . - 9 - 第章 冲压件的材料以及材料性能 . - 9 - 2.1 冲压件材料的分类 - 9 - 2.2 材料的性能 - 10 - 2.3 q235 材料的性能指标 . - 10 - 第章 应用软件简介 . - 10 - 3.1 pro/engineer - 10 - 3.2 autocad - 11 - 第章 零件的 pro/e 与 autocad 图 . - 11 - 第章 模具设计与结构设计 12 5. 零件的简介. 12 5.2 零件的工艺分析 . 13 5.3 复合模工艺与结构设计 . 13 5.3.1 复合模冲压的工件图 . 13 5.3.2 工艺参数的计算 . 13 5.3.3 模具主要工作部分尺寸的计算 . 17 5,3.4 模具主要零件的结构设计 . 19 5.3.5 复合模的总装图 . 30 5.4 腰形孔冲裁模工艺与结构设计 . 31 5.4.1 腰形孔冲裁工序的工件图 . 31 5,4.2 冲裁的工艺分析 . 31 5.4.3 工艺参数的确定 . 31 5.4.4 确定模具的压力中心 . 32 - - 2 - - 5.4.5 计算凸，凹模的刃口尺寸 . 33 5.4.6 模具主要零件的结构设计 . 34 5.4.7 模具的总装配图 . 36 5.5 内孔外缘翻边模工艺与结构设计 . 36 5.5.1 翻边工序的工件图 . 36 5.5.2 翻边工序的工艺计算 . 36 5.5.3 翻边凸，凹模刃口尺寸的计算 . 38 5.5.4 模具主要零件的结构设计 . 40 5.5.5 翻边模的总装配图 . 42 第六章 模具的装配 43 6.1 模具装配的特点 . 43 6.2 模具装配的技术要求 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.3 模具装配的工艺要点 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.4 模具的装配顺序 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第七章 模具的制造 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.1 模具的加工方法 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.2 模具加工的工艺路线 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.3 模具的加工方法 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.3.1 落料凹模 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.3.2 凸凹模. 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.3.3 冲孔凸模 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 鸣 谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 设计总结 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 - - 3 - - 设计总说明 本设计主要阐述了张力盘的冲压模具结构设计。 设计首先简单分析了冲压成形工艺的发展情况和冲压成形的主要特点， 以及 冲压模具的主要结构特点。然后从张力盘的基本结构出发，分析其加工工序。结 合工件的产量和模具设计的复杂程度，决定采用三套模具独立成形。第一套为落 料、冲孔 、局部浅拉深复合模；第二套为腰形孔冲裁模；第三套为内孔外缘翻 边模.在二维软件 autocad 的辅助下,设计出各套模具的主要结构.最后分析了模 具装配的工艺技术要求和模具主要零件的加工制造情况,以及使用三维软件 pro/e 对模具进行实体设计与动画演示. 设计重点阐述了模具的结构设计过程。首先对模具进行工艺参数，主要工作 部分刃口尺寸的相关计算，然后再利用得出的数据结合有关的参考资料和图册， 对模具的主要零件进行结构设计， 包括工作零件,定位零件,导向零件,卸料装置, 顶件装置,压边装置等的设计.最后根据全部零件的结构设计选用合适的模座和 模柄,并选用合适的冲压设备. 关键词：张力盘；冲压模具；复合模；冲裁模；翻边模 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 - - 4 - - introduction this design is major to have elaborated the stamping die structural design of tension plate. design first simple analysed the stamping shape technology development condition and the major characteristic of the stamping shape, as well as the major structural characteristic of stamping mould. then from the basic structure of tension plate, analyse its processing process. combine the complex level of mould design and the output of workpiece , decide to become shape with 3 sets of mould independence. the first is the compound die to punch , punch hole and part deeply pull; the second is the cutting mould for waist shape hole; the 3th die is the upsiding down edges die of the hole outside reason and inside. in the help of the 2 dimension software autocads , devise the major structure of each set die. have analysed use as well as the processing production condition of mould major element and the requirement of engineering technology of die assembly finally three- dimensional software pro/e for die carry out entity design and animation demonstration. design is key to elaborat the structural design course of die. first carries out the technology parameter and the mainly work partial point sizes, then use the reference information and picture that reached , as the major element of die carries out structural design, include working element, location element, lead element and tripper carry installation , press the design of side installation etc choose suitable die and die handle finally according to the structural design of all elements , and choose suitable stamping equipment. keywords: tension plate ; stamping die; compound die ; cutting die; upsiding down edges die - - 5 - - 五金冲压模具设计及制造工艺制定 机械设计制造及其自动化，指导教师： 副教授 第章 绪论 1.1 冲压成型工艺的新技术发展 随着科学技术的发展和工业生产的迅猛发展 ，冲压模具技术及模具不断革 新和发展，冲压成型工艺新技术的发展主要反映在以下几个方面： 1模具的计算机辅助设计和辅助制造设计技术（模具 cad 和 cam）使模具 的设计效率和制造效率提高了很多，生产周期大大缩短了。 2工艺分析中的板料成型模拟防真技术得到广泛的应用。节省了昂贵的模 具实验费用，大大缩短试制周期和提高成形件的质量。 3快速模具制造技术的发展 4采用冲压新工艺 ，使冲压工艺的应用范围进一步变大，冲压件的质量和 生产效率大大提高，从而使生产成本进一步降低。 5冲压生产的机械化和自动化。 1.2 冲压成型工艺 冲压是塑性加工的基本方法之一 ，他是利用安装在压力机上的模具，在室 温下对板料施加压力使其变形和分离，从而获得具有一定形状，尺寸的零件的压 力加工方法。它主要用于加工板料零件，所以也称板料加工。 冲压生产中常用的材料有金属板料和非金属板料。作为冲压用材料，它应满 足冲压件的使用要求。对于不同的零件，有不同的使用要求。有的需要教高的强 度与刚度，有的需要教高的导电性和导磁性，有的需要足够的强度并尽可能轻的 质量，等等。同时，选择材料的时候，还应满足冲压工艺对材料的要求，以保证 冲压过程顺利进行。即：应具有良好的塑性和表面质量，以及板料厚度公差应符 合标准规定。 1.3 冲压成型的特点： 冲压成型的特点如下： 1能冲压出其他加工工艺难以加工或无法加工的形状复杂零件。 2冲压件质量稳定，尺寸精度高。 - - 6 - - 3冲压件具有重量轻，强度高 。刚性好和表面粗糙度小的特点 4生产效率高。 5材料利用率高。 6 操作简单，便于组织生产。 7易于实现机械化与自动化。 8冲压的缺点是模具制造周期长，制造成本高。故不适于单件小批量的生 产。 1.4 冲压成型的基本工序 由于冲压件的形状 ， 尺寸和精度要求不同 ， 因此冲压加工的方法很多样的。 根据材料的变形特点及工厂现行的习惯， 冲压的基本工序可分为分离工序和塑性 变形工序两大类。 分离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线互相分离， 并获得一定断面质量 的冲压加工方法。 塑性变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形， 以获得所要求 的形状 ，尺寸和精度的冲压加工方法。 为了提高劳动生产率 ，常将两个以上的基本工序合并成一个工序，称为复 合工序 。 其基本工序分类如下表: 冲 压 工 序 分离工序 冲裁 落料，冲孔，切边，切口，剖切，切舌，整修，精冲，切断 变形工序 弯曲 弯曲，卷边，扭弯 拉深 拉深 ，反拉深，变薄拉深 成形 成形，胀形，整形，缩口，翻边，翻孔，教正，压印，冷墩 挤压 正挤压，反挤压，复合挤压 表 1-1 .冷冲压工序分类表 1.5 冲压成型工艺的模具 成型冲压制品的模具叫冲压模具。冲压模具是冲压生产中的基础工艺装备， 是冲压生产件不可缺少的工具。一副模具制成后，可以生产出数以万计的制品零 件具有很高的经济效益和社会效益。但冲模生产是典型的单件生产的产品，它关 系到冲压件的尺寸精度，外观，物理性能等，所以需要按照虫牙生产的要求或用 户签定的模具加工合同组织生产。 一副合格的模具应具有以下的基本要求： 1.模具零件选用的材料性能，加工和热处理质量，达到图样设计要求。 .模具装配过程中，能达到的设计要求的装配质量和使用性能 - - 7 - - .试用制件质量合格，达到产品零件的设计质量要求和使用要求 .冲模使用能满足冲压批量生产的要求，并有很高的使用寿命和耐用度 .冲模制造中尽量采用新技术，新工艺和新材料，缩短模具的加工周期， 降低生产成本，提高经济效益和水平。 由上述可知模具对冲压制品的成本也影响很大。除了简单的模具外，制模费 是很高的。一副优质的模具可生产制品万件以上。当批量不大时，模具费用在成 本中所占的比例将会很大，这时应尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低 成本。所以为了能制造出质量高的模具，在模具生产过程中。应制定模具制造工 艺规程，来指导模具加工的全过程，并用于模具生产过程中的生产组织。 1.6 冲压成型模具的分类 冲模的种类很多,按其工作特点和结构形式不同,可作如下分类 .按冲压工序的工作性质分类 ,可分为冲裁模,弯曲模,拉深模等 冲裁模:冲裁的过程是将金属或非金属板材的一部分材料与另一部分材料 分离的过程,根据工序要求不同,可以沿封闭轮廓或非轮廓线分离.冲裁模的特点 是凸模和凹模之间有与冲裁材料性能和厚度有关的冲裁间隙值,还有凸模和凹模 的刃口,一般情况下其刃口为 90 度. 弯曲模:弯曲结构形式是随弯曲件的形状尺寸和采用不同弯曲方式确定的. 一般分为简单弯曲模,连续弯曲模和自动弯曲模. 拉深模:拉深分首次拉深和以后各次的拉深 ,首次拉深的毛坯为平板毛坯, 而以后各次拉深是在上一次拉深的半成品件的基础上进行的. .按工序组合方式 ,冷冲压模有单工序冲模,复合模,级进模等 单工序冲模:又称为简单模,在一套冲模中只完成一个工序,是冲压生产中应 用最多的一种形式.如落料模,冲孔模,弯曲模等. 复合模:在冲床滑块的一次行程中 ,在同一位置上,使材料顺序完成几个冲 压工序的方法.如落料-冲孔,落料-拉深,落料-拉深-冲孔等复合工序. 级进模：又称级进模，跳步模。连续冲压模是在冲床滑块的一次行程中，按 一次程序完成两个或两个以上工序 。工作时，随着条料的连续送进，在模具的 不同部位，分别顺序完成不同冲压冲压工序，在冲床的一次行程中，得到一个或 数个制作。 .按冲模导向方式分为无导向冲模，导柱模，导板模。 无导向冲模又称敞开模，多用于单工序冲压，生产批量较小或冲压件精度要 求低的情况。上，下模的相对位置由压力机来保证。 导柱模是上，下模之间用导柱和导套来保证起相对位置精度。一般有二导柱 和四导柱的步排方式。使用滚动导向的模架可比滑动模架提供更高的导向精度。 - - 8 - - 导板模：用导板直接为凸模导向，对小孔冲模，可以同时保护小凸模，也可 将导板导向与导柱导向连用。 .按送料方式分为手工送料模，半自动化冲模，自动冲模。 .按使用模具材料分金属冲模和非金属冲模 .按生产适应性分通用冲模和专用冲模。 1.7 冲压模具的基本组成 1.7.1 冲模工艺零件 1，工作零件 工作零件是指与冲压材料直接接触，对其施加压力，完成材料冲压工序的零 件 包括凸模，凹模，凸凹模和凸模，凹模的镶拼件等。凸模，凹模又称为上， 下模，在着弯曲，拉深和成形模具中较多采用。 2 ，定位零件 定位零件的作用是确保毛坯或坯件在冲模中的正确位置， 使冲压件达到合格 的形状，尺寸要求。定位零件主要包括挡料销，定距侧刃，导正销，导料板，定 位销，定位板等。 挡料销：用于坯料送进时定位。 定距侧刃：用于连续冲压中条料送进是的定位。 导正销：用于连续冲模中条料送进时的精定位。 3卸料，推件零件 卸料零件用于从凸模周边卸除坯料或废料。分为弹性卸料板和刚性卸料板 推件是冲压后的制件或废料，从凹模或凸凹模洞口内推出 。推件动作的完 成是由数个零件联合动作完成的，故称为推件装置。常用零件有推杆，推板，打 料杆及各类推件器，顶杆等。推件装置分为刚性和弹性两种形式。 1.7.2 冲模辅助零件 1 导向零件。主要用于保证凸模和凹模之间互相位置的准确性。由导柱， 导套，导板组成。 2 支持零件。主要是设计结构需要，用于连接和固定工作零件，使之成为 完整的模具结构。主要包括上模座，下模座，固定板，垫板，模柄等。 3 紧固零件。主要用于紧固，连接各种冲模零件，如 各种螺钉，圆销等 4 供力零件。可为冲压工作提供卸料力 ，推件力，压边力等。供力零件 有弹簧，橡胶，空气垫等。 - - 9 - - 1.8 冲压成型的基本过程 冲压成型是把板料送到装配好在压力机上冲压模具上，通过上，下模座的闭 合，冲压出一定形状的零件，再把废料和冲出的零件卸出的过程。冲压的过程简 单，生产效率高。 1上料过程 通过手工上料或者自动上料装置，把板料送到冲压模具的合适位置上，有定 位零件来固定位置 2冲压过程 装配好在压力机上的模具， 通过压力机的启动， 产生上， 下模座的相对运动。 冲压出一定形状的零件。 3卸料过程 冲压完成后，上，下模分开，冲出的零件和废料随着上，下模的分离，由推 件装置和卸料板从凸模跟凹模中分离出来的工程 。 第章 冲压件的材料以及材料性能 2.1 冲压件材料的分类 冲压生产中常用的材料有金属板料和非金属板料 。金属板料又分为黑色金 属板料和有色金属板料。其分类如下表所示： 类别 牌号 黑色金属材料 普通低碳钢板 如 q235 优质碳素钢板 如 08f，10 低合金结构钢板 如 q345 （16m）q259 （09mn2） 电工硅钢板 如 d12 d41 不锈钢板 如 1cr18ni9ti 1cr13 其他 有色金属材料 纯铜板 如 ti t2 黄铜板 如 h62 h68 紫铜板 铝板 如 1050a (l3) 1035(l4) 3a21(lf21) 钛合金板 其他 非金属材料 绝缘胶木板 纸板 纤维板 塑料板 橡胶板 有机玻璃层压板 - - 10 - - 毛毡 表 2-1 冲压生产中常用的板料 2.2 材料的性能 普通碳素钢主要用与平板制件或变形量小的简单制件。 低合金结构钢板塑性 好，强度高，主要应用于受力复杂的关键零件，如汽车横梁，纵梁。黄铜板具有 良好的苏醒，较高的强度，教强的抗腐蚀性和很好的焊接性能。紫铜板有优良的 导电性，导热性及较好的塑性。铝板具有比重小，导电导热性好，塑性好，以及 在水或其他介质中有很好的耐腐蚀性等优点。 从制造方法上，钢板可分为热轧板和冷轧板。热轧板是在加热的状态下轧制 至规定的尺寸。冷轧板是在热轧状态下轧制一定的厚度，然后再在常温下轧制所 需要的尺寸。冷轧板受轧制条件的限制，一般都是厚度小于 4mm 的薄板，他表面 光洁，平正，厚度公差比较严格，在相同的拉延级别时，冲压性能好于热轧板。 热轧板一般冲压前需经过酸洗，以除去钢板表面上的氧化皮及铁锈。 本次加工的零件是采用普通碳素钢 q235，厚度为 0.8mm，属于冷轧钢板。 2.3 q235 材料的性能指标 屈服点、 抗拉强度和伸长率， 是钢材的三项重要技术性能指标。 屈服点 （s） 是结构设计时强度取值的依据，表示钢材在正常工作状态允许达到的应力值。抗 拉强度（b）是钢材抵抗断裂破坏能力的一个重要指标，抗拉强度不能直接利 用，但屈服点和抗拉强度的比值（即屈强比 s/b）却能反映钢材的安全可靠 程度和利用率 q235 的性能指标如下表 材料名称 材料状 态 抗剪强度 /mpa 抗拉强度 b/mpa 伸长率 10 /% 屈服强度 s/mpa 普通碳素钢 q235 未退火 310380 380470 2125 240 表 2-2 q235 材料性能指标 第章 应用软件简介 这次毕业设计主要采用 pro/e 和 autocad 两种软件， 现对这两种软件做一下 简介： 3.1 pro/engineer - - 11 - - pro/engineer 是由美国 ptc 参数技术公司推出，是国际上最先进也是最成 熟使用的参数化的特征造型技术的大型 cad/cam/cam 集成软件。 pro/engineer 包括三维实体造型、装配模拟、加工仿真 nc 自动编程，板金 设计、电路布线、装配管路设计等专有模块，id 访求工程，ce 并行工程等先进 的设计方法和模式。其主要特点是参数化的特征造型；统一的能使各模块集成起 来的数据库；设计修改的关联性，即一处修该，别的模块中相应的图形或数据也 会自动更新。 它的性能优良、 功能强大， 是一套可以应用于工业设计、 机械设计、 功能仿真、制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。pro/engineer 自 1988 问世以来，10 多年来已成为全世界最普及的 3d cad/cam 系统。pro/engineer 在 今日俨然已成为 3d cad/cam 系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、 工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等各行业。pro/engineer 可谓是 全方位的 3d cad/cam 系统的标准软件，集成了零件设计、产品装配、模具开发、 nc 加工、钣金件设计、铸造设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、 应力分析、产品数据管理等功能于一体，其模块众多。pro/enginee 是一套由设 计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特 征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。 3.2 autocad autocad 系统是美国 autodesk 公司为微机开发的一个交互式绘图软件，它 基本上是一个二维工程图软件，具有教强的绘图，编辑 ，剖面线和图案绘制 ， 尺寸标注以及方便用户的二次开发功能 ，也具有部分三维作图造型功能。是目 前世界上应用最广的 cad 软件！ 第章 零件的 pro/e 与 autocad 图 首先用 pro/e 作出零件的实体三维建模，过程如下： 1由零件的整体外型决定该零件建模的命令。由于该零件是旋转体，所以 用旋转命令进行建模。首先建立实体，根据零件的尺寸做好旋转面，可以得到旋 转体 具体命令为：insertprotrusionrevolve,然后草绘出零件的剖面图 2将旋转体抽壳，得到一个厚度为 0。8 的壳。 具体命令为：insertshell.选择要抽壳的曲面，输入抽壳的厚度为 0.8 3使用切削命令生成腰形孔 具体命令为：insertcut.选择好平面作出腰形孔的尺寸，然后输入切削的 深度为 0.8 经过上述过程，得到零件的三维图如图 3-1 所示： - 12 - 图 3-1 张力盘实体图 然后再用 autocad 作出零件的二维图，由于 autocad 的使用方法简单， 作图过程在这里不在多说，该零件的 cad 图如图 3-2 所示： 图 3-2 张力盘 cad 图 第章 模具设计与结构设计 5. 零件的简介 张力盘是用在棉、毛、麻、绢、化纤的各种环锭细纱机捻线机上锭子与滚盘 之间，作锭带张紧之用的。它适用于各种环锭细纱机、捻线机的锭带张紧调节。 具有优良的动平衡性能， 降低了因锭带张力盘运转不平衡造成的纱线捻度不匀及 - 13 - 掉带等现象；更具有密封性能好、使用寿命长等特点 5.2 零件的工艺分析 该张力盘一年的产量为 10 万件， 属于大批量生产， 材料为碳素结构钢 q235， 厚度为 0.8mm。工艺图由上面第四章的工件图可见，未注公差为 it14。由该工件 图可以看到，工件需要内外缘同时翻边，同时需要冲裁出腰形孔，且从变形的程 度来看是属于局部的浅拉深变形的成形件。因此 ，在设计模具的时候，需要考 虑的问题是该工件是否能一次成形，能否一次成形后能制出的工件保证表面平 整 ，而且无裂纹是本设计的关键。由于该工件的年产量是 10 万件，产品批量算 比较大，所以采用一次成形不合理，而且采用级进模结构的话，模具设计会很复 杂， 设计过程中出现的问题也会很多。 所以本零件采用三套模具成形来完成加工。 分析工件图的结构后得出三套模具的设计如下： 1，由于该工件需要内孔翻边，翻边前孔口断面质量越好，就越有利于翻边 成形 。因此，翻边前要进行预冲孔。所以第一套模具为落料，冲孔 ，局部浅拉 深复合模。 2，工件冲压过程中，宜先进行冲孔再最后成形。所以第二套模具是腰形孔 冲裁模。 3. 最后的工序就是工件的成形工序了， 所以第三套模具是内孔外缘翻边模。 5.3 复合模工艺与结构设计 5.3.1 复合模冲压的工件图 由零件图可知，第一套模具的工件图如下图所示： 图 5-1 5.3.2 工艺参数的计算 - 14 - （ 1 以下资料参考） 5.3.2.1 毛坯尺寸的计算 毛坯尺寸的确定方法很多，有等重量法，等体积法，等面积法等。一般形状 规则的工件可以用等面积法进行计算。 所以此工件采用等面积法进行毛坯尺寸的 计算。将工件分成若干规则表面，求和后的表面积等于工件的面积。又因为毛坯 是圆形的，即可得到毛坯的直径 由工件图推知，将零件分成圆 1 a，圆环 2 a，圆锥台 3 a 三个简单的几何体。由 表 4-6 查得它们的计算公式分别为： 圆 1 a= 2 4 d = 2 3.14*24 4 2 mm=452.16 2 mm 圆环 2 a= 22 32 () 4 dd = 22 3.14 (4427 ) 4 2 mm=947.5 2 mm 圆锥台 3 a= 12 () 2 dd l + = 22 2724 3.14* 3.51.5 *() 2 + + 2 mm=304.9 2 mm 则毛坯的展开尺寸 d= 123 4 ()aaa +=46.6 2 mm 从 表 4-4 查 得 局 部 浅 拉 深 的 修 边 余 量hv=2.0mm 。则 毛 坯 的 直 径 d=46.6mm+2*2.0mm=50.6mm。取 d=50mm. 5.3.2.2 排样 排样是指冲裁件在条料，带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当 的搭边值，是降低成本和保证工件质量及模具寿命的有效措施。 本工件排料根据落料工序设计 。考虑操作方便 以及模具结构简单，所以采 用单排排样设计。由表 2-16 查得搭边值 1 a=1.5mm，a=1.5mm,采用手动送料形式 上料，则： 条料宽b=50mm+2a=53mm 条料的进距h=50mm+ 1 a=51.5mm 所以单件材料的利用率按式（2-16）计算。 = na bh 100% 式中 a-冲裁件面积（包括内形结构废料） ； n-一个进距内冲裁件数目 所以本工件的材料利用率为： - 15 - = na bh 100%= 2 46 d h 100%=72% 5.3.2.3 工序压力的计算 .落料力的计算 由公式（2-7） ： f落=l t 式中 f落-落料力（n） l-工件外轮廓周长， l=d=157mm t-材料的厚度，t=0.8mm -材料的抗剪强度（ a mp） 。由冲压材料的性能和规格表查得 =310380 a mp，这里取 =310 a mp 考虑到凸，凹模刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化以及材 料厚度偏差等因素， 实际所需的冲裁力还需增加 30%， 故选择冲床时的冲裁力 （n） 应为： f落=1.3l t 则落料力为： f落=1.3157mm0.8mm310 a mp=50.62kn .卸料力的计算 按式（2-11） ： f卸=k卸f落 式中 k卸-卸料力因数 ，其值查表 2-15 查得k卸=0.03 所以卸料力为： f卸=k卸f落=0.0350.62kn=1.52kn 冲孔力的计算 因为翻边前，要在坯料上加工出待翻边的孔。根据翻边原理，翻边后的直径 壁和圆弧部分就相当于弯曲， 因而翻边后的高度可采用弯曲毛坯尺寸的公式近似 的计算，可得出孔径公式为： 2(0.430.72 )ddhrt= 式中 d-翻边孔线的直径，d=10.9mm h-翻边高度， h=2.2mm t-翻边圆角直径 t=1mm 所以预冲孔的直径为： 2(0.430.72 )ddhrt=10.92(2.20.43*1 0.72*0.8)mm=7.4mm - 16 - 再计算冲压力，按式（2-11） ： f冲=1.3l t 式中 l-工件内轮廓的周长（mm） 。 l=3.147.4mm=23.24mm 所以冲孔力则为：f冲=1.3l t=1.323.240.8310kn=7.49kn .推件力的计算 按式（2-11） fnk f= 推推冲 式中 k推-推件力系数，其值由表 2-15 查得k推=0.05 n-卡在凹模内的工件数，n=1 推件力为： fnk f= 推推冲=0.057.49 3 10 n =374.5 n 局部浅拉深力的计算 由于该拉深为局部的浅拉深，故可以按有压边圈的圆筒形件近似计算。按式 （4-35） ： b fk dt= 拉 式中 f拉- - - -拉深力（n） d- - - - -拉深件的直径，d=27mm； t- - - - - -材料的厚度，t=0.8mm b - - - -材料的强度极限（ a mp） ， b =380 a mp k- - - - -修正系数。由于拉深系数 27 50 d m d =0.57，由表 4-18 查得修正系数k=0.93 故拉深力为： b fk dt= 拉 =0.933.14270.8380kn=23.97kn 压边力的计算 压边力的计算有公式： q fap= 式中 a-压边圈的面积， 22 1 ( 5027 ) 4 a=1390.2 2 mm p-单位压边力，由表 4-16 查得 p=3.0 a mp 则压边力为： q fap=1390.23.0kn=4.17kn 所以总的冲压力为： fffffff=+ 压总拉落卸冲推 = （50.62+1.52+7.49+0.3745+23.97+4.17）=88.15kn - 17 - 5.3.3 模具主要工作部分尺寸的计算 模具的工作部分有冲50孔的凸模跟凹模，有冲7.4孔的凸模跟凹模，还 有局部浅拉深的凸模跟凹模。 工件的公差按 it14 来计算。再查表 2-10 确定冲裁模刃口间隙双面，得起间 隙值为 min z=0.07mm， max z=0.1mm。下面再计算各刃口的工作尺寸。 5.3.3.1 落料刃口的尺寸计算 查书附录 d1 可查得50的极限偏差为-0.62。所以 0 0.62 50mm的凸，凹模的 制造公差由表 2-12 得凹=0.03mm，凸=0.02mm。 由于凹+凸 max z- min z，故采用凸模与凹模配合加工的方法， 因数由表 2-13 查得，x=0.5。由于落料件尺寸等于凹模刃口尺寸 ，故应先确定凹模刃口 尺寸，间隙取在凸模上 所以凸模刃口尺寸的计算公式由式（2-3）得： ()ddx + = v 凹 凹0 式中 d凹- - - - -落料凹模刃口的基本尺寸， v- - - - - - - -工件的制造公差 x- - - - - -因数，查表 2-13 得x=0.5 所以 ()ddx + = v 凹 凹0 =500.5*0.62 +0.03 0 （）mm= 0.03 0 49.69+mm d凸的尺寸按凹模尺寸配制 ，保证其双面间隙为 0.070.1mm。 其工作部分结构尺寸下图所示： 刃口尺寸按凹模配制 图 5-2 5.3.3.2 冲孔刃口尺寸计算 - 18 - 查书附录 d1 可查得7.4的极限偏差为+0.36。所以的 0.36 0 7.4+凸，凹模的制 造公差由表 2-12 得凹=0.02mm，凸=0.02mm。 由于凹+凸 max z- min z，故采用凸模与凹模配合加工的方法。 因数由表 2-13 查得，x=0.5。由于冲孔件尺寸等于凸模刃口尺寸 ，故应先确定凸模刃口尺寸， 间隙取在凹模上。 所以凸模刃口尺寸的计算公式由式（2-3）得： d =v 凸 0 凸- （d+x ） 式中 d凸- - - - -冲孔凸模刃口的基本尺寸 则： d =v 凸 0 凸- （d+x ）= 0 -0.02 （7.4+0.5*0.36） d凸的尺寸按凹模尺寸配制 ，保证其双面间隙为 0.070.1mm。 其工作部分结构尺寸如下图： 刃口尺寸按凸模配制 图 5-3 5.3.3.3 局部浅拉深工作部分尺寸的计算 拉深工作部分的凸模跟凹模的单边间隙可按表 4-12 中式 2 z =1t计算 ，则 2 z =0.8mm。 对于拉深模， 如果工件的公差为it13级以上， 凸， 凹模的制造公差为it6it8 级 ；若工件的公差为 it14 级以下，则凸，凹模的制造公差为 it10 级。所以， 按 it10 级精度 ，查书附录的凸，凹模的制造公差为= 凹凸=0.084 - 19 - 由于工件要求的是外形精度较高，所以应以凹模为设计基准，考虑到凹模磨 损后尺寸增大，其尺寸计算见式（4-24） 凹模的尺寸： max0 (0.75* ) d d dd + =v 凸模的尺寸： 0 max (0.75*) p p ddz =v 式中 max d- - - - - - -工件的外形的公称尺寸； v- - - - - - - - - - -工件的制造公差； p，d- - - -凸，凹模的制造公差。 查书附录 d1 可查得24的极限偏差为-0.52，27的极限偏差为-0.52 所以 ，24的工作尺寸为： max0 (0.75* ) d d dd + =v= 0.084 0 (240.75*0.52)+= 0.084 0 23.61+ 0 max (0.75*) p p ddz =v= 0 0.084 (23.61 1.6)= 0 0.084 22.01 27的工作尺寸为： max0 (0.75* ) d d dd + =v= 0.084 0 (270.75*0.52)+= 0.084 0 26.61+ 0 max (0.75*) p p ddz =v= 0 0.084 (26.61 1.6)= 0 0.084 25.01 其工作部分结构尺寸如下图， 图 5-4 5,3.4 模具主要零件的结构设计 5.3.4.1 凹模结构的设计 1凹模刃口的形式 - 20 - 常用的凹模刃口形式有以下 （a） (b) (c) 图 5-5 图 a 为锥形刃口，冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小。但刃 口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大 。适用于要求不高，材料厚度较薄工 件的冲裁。当 t2.5mm 时 ，a= 15. 图 b，c 为柱形刃口筒形或锥形凹模。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。 但孔容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高 的工件的冲裁。当 t0.5mm，时，h=2.56mm；当 t=0.55mm 时，h=510mm ； 当 t=510mm 时，h=1015 时， a= 0 3 0 5。 综合上述，由于工件的厚度很薄 ，只有 0.8mm，所以翻边的预冲孔7.4的 冲孔凹模用（a）图所示的刃口模式。而对于落料凹模50mm的刃口，由于工件 落料后就进浅拉深，而且本设计采用上卸料的形式，所以不用考虑板料卡在凹模 口的情况，所以可采用垂直的边作为凹模的刃口形式。 凹模的外形尺寸 凹模的厚度计算公式见（2-25） ： hkb= 凹模壁厚（指凹模刃口与外缘的距离）的计算公式见（2-26）： 小凹模：(1.5 2)ch= 大凹模：(2 3)ch= 式中 b-凹模孔的最大宽度（mm） ； k-因数，考虑坯料厚度影响的系数 h- 凹模厚度，其值为15 20mm； c-凹模的壁厚，其值为26 40mm 由上可知，50mm落料凹模的厚度为：hkb=0.35 50mm=17.5mm 50mm落料凹模的壁厚为：(2 3)ch=(2 3)17.5mm=（35 52.5）mm 本设计凹模的厚度跟模座工作台的尺寸想配合，所以50mm孔的落料凹模设 计为： 160mm125mm17.5mm 其图如下图所示： - 21 - 图 5-6 因为本设计采用凸凹模结构，所以冲7.4孔的凹模刃口部分跟局部浅拉深 的凸模部分构成一个凸凹模。其结构下面另行设计。 凹模材料的选用 凹模推荐用材料为 9mn2v 、 t10a 、 cr6wv 、 cr12, 热处理硬度为 hrc5862。 这里选用 t10a 5.3.4.2 卸料零件的设计 1卸料板的选用 卸料板分为刚性卸料板和弹性卸料板。 刚性卸料板用螺钉和销钉固定在下模，能承受的卸料力较大，常用于厚板冲 压件的卸料。其卸料可靠，安全；但操作不方便，生产效率不高。刚性卸料板和 凸模的单边间隙一般取 0.10.5mm。 弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高，冲压前可对毛坯有 预压作用，冲压后也可使平稳卸料 。但由于受弹簧，橡胶等零件的限制，卸料 力较小。并且结构复杂，可靠与安全性不如刚性卸料板。 模具是采用弹性卸料板还是采用固定卸料板,取决与卸料力的大小,其中材 料厚度是主要的考虑因素。由于弹性卸料模具操作时固定卸料模具方便，而且卸 料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件的表面，所以实际设计时应该尽量采 用弹性卸料板，只有在弹性卸料板卸料不足时，才用固定卸料板。一般当材料厚 度在 2mm 以下时采用弹性卸料板，否则用固定卸料板。本模具所加工的材料的厚 度为 0.8mm，因此可采用弹性卸料板。 2卸料螺钉的选用 卸料螺钉有圆柱头卸料螺钉和内六角圆柱头卸料螺钉， 本设计采用圆柱头卸 料螺钉。卸料螺钉的长度和直径的选用根据实际模具的结构的尺寸而定 3卸料元件的选用 由于橡胶允许承受的负荷较大，而且安装调整比较灵活方便，亦是冲模中弹 性卸料、顶件及压边装置常用的弹性元件。所以本设计采用橡胶作为卸料元件。 橡胶的材料是聚胺脂弹性体。 4橡胶的装配高度： 本设计两个地方采用橡胶作为弹性元件。第一个地方是弹性卸料装置，第二 个地方是下顶块弹性压边装置。 先计算卸料装置橡胶的自由高度，由式（1-4） ； 3.5 4h= 自由工作 （）s - 22 - 式中 h自由-橡胶的自由高度（mm） 工作 s-工作行程与模具修磨量或调整量之和。 工作 s=（3.5+1+5） mm=9.5mm 则 h自由=3.5 4（）*9.5mm，=33.2538mm 取 h自由=35mm 由式（1-5）计算橡胶的装配高度为： 0.85 0.9h= 装配自由 （）h 所以 0.85 0.9h= 装配自由 （）h=0.85 0.9 *35（）mm=29.7531.5mm 取 h装配=30mm 橡胶的断面面积，在模具装配时按模具空间大小确定。卸料橡胶通过卸料螺 钉装配 再计算下顶块弹性压边装置的橡胶自由高度，由式（1-4） ； 3.5 4h= 自由工作 （）s 工作 s=（3.5+5）mm=8.5mm 则 h自由=3.5 4（）*8.5mm，=29.7534mm 取 h自由=30mm 由式（1-5）计算橡胶的装配高度为： 0.85 0.9h= 装配自由 （）h=0.85 0.9 *30（）mm=25.527mm 取 h装配=26mm 橡胶的断面面积，在模具装配时按模具空间大小确定。橡胶通过双头镙柱装 配起来。 5.3.4.3 凸，凹模固定板的设计 由模具总体设计关系得知，凸，凹模固定板的厚度取为凹模厚度的 0.60.8 倍。 所以本套模具的凸，凹模固定板厚度为： 0.6 0.8h = 凹 （）*h=0.6 0.8 *17.5（）mm=10.514mm 取其厚度为 14mm - 23 - 5.3.4. 垫板的设计 冲裁凸模是否加垫板，应根据模座承压的大小进行判断。凸模支承端面对模 座的单位压力（mpa）为 a f p = 式中 f冲裁力（n） ； a凸模支承端面积（mm 2） 。 垫板的采用和厚度: 其承压应力为: 22 222 8 0.8 400 2 409.6 10.03 44 b p rtf mpa da = 由书末附录得 ht200 模板的 p 为 90140mpa p p 因此须采用垫板，垫板厚度取 10mm。 5.3.4.5 盖板的结构设计 盖板的作用是固定复合模和弹性元件橡胶。由模具总体设计关系得知，其厚 度可以与垫板厚度差不多。 所以取盖板的厚度为 10mm。 5.3.4.6 凸模结构的设计 1凸模的结构形式 常见的凸模结构形式有很多种类:圆形断面凸模，非圆形断面凸模和复杂形 状凸模等。本设计的冲孔凸模采用的是圆形凸模。 圆形凸模的常用形式如下图 - 24 - （a） (b) (c) 图 5-7 其中（a）为铆接式， （b）为粘接式， （c）为压入式。 圆形断面标准凸模,为避免应力集中和保证强度与刚度的要求,做成圆滑过 渡的阶梯形,适用于直径1mm25mm情况、有冲制直径8mm30mm的凸模结 构形式。为了改善凸模强度，可以在它的中部增加过渡阶梯，在这里我们采用图 （c）的压入式结构。凸模和凸模固定板之间采用过渡配合，凸模装入固定板后， 端面进行研磨。 凸模材料的选用 按国家标准（gb2863 . 1-81, gb2863.2-81）,凸模材料用 t10a、cr6wv 、 9mn2v 、 cr12、 cr12mov。 前两种材料热处理硬度为 hrc5660， 后三种为 hrc56 62，尾部回火至 hrc4050。本设计选用 t10a。 凸模长度的确定 凸模长度 l 应该根据模具的具体结构确定。 对于本设计，冲孔凸模有冲7.4mm孔的，还有冲50mm孔的。下面先确 定7.4mm孔凸模的长度 上模座是带有凸模固定板，卸料用的弹性体，卸料板和垫板。故凸模长度应 为 lhhhh=+ 凸固卸盖橡 式中 h凸固- - - -凸模固定板厚度（mm） h卸- - - - - - -卸料板厚度（mm） h橡- - - - - - -橡胶的装配高度（mm） h盖- - - - - - -盖板的厚度（mm） 则凸模的长