CM004-挡板冲裁级进模设计【冲压模具+含CAD图纸】
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江苏农林职业技术学院 毕 业 设 计（论 文）SNL/QR7.5.4-3 挡板冲裁模设计 专 业 模具制造 学生姓名 郑煜 班 级 学 号 指导教师 完成日期 32附1：成绩评议学号姓名 题目 指导教师建议成绩： 评阅教师建议成绩： 答辩小组建议成绩： 院答辩委员会评阅意见及评定成绩：答辩委员会主任签字（盖章）： 年 月 日附2：毕业设计（论文）任务书姓名学号班级题目设计(论文)主要内容重点研究问题主要技术指标其它要说明的问题指导老师意见 指导教师签字： 年 月 日附3：指导教师意见 对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日评阅教师意见 对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字 年 月 日附4：答辩小组评议意见学号姓名 题目 答辩小组意见： 1、对论文的评价2.建议成绩等级 优 良 中 及格 不及格3.需要说明的问题 答辩小组长签字 年 月 日江苏农林职业技术学院毕业设计（论文）目录摘要1绪论2第2章 冲裁机理分析32.1 冲裁变形过程分析32.2 冲裁件质量分析32.3 冲裁模间隙42.4 间隙对冲裁力的影响4第3章 冲压件工艺设计63.1 冲压件工艺性分析63.2 工艺方案的确定及模具结构类型7第4章 材料的经济利用94.1 排样设计94.2 搭边104.3 计算材料利用率10第5章 压力中心与冲压力的计算125.1 压力中心的计算125.2 冲压力的计算125.3 降低冲裁力的方法14第6章 工作零件刃口尺寸计算156.1 刃口尺寸计算原则156.2 刃口尺寸设计计算156.3 卸料橡胶的设计19第7章 模具总体结构设计207.1 模具类型的选择207.2 定位方式的选择207.3 确定送料方式207.4 确定卸料形式207.5 模架形式20第8章 计算模具闭合高度21第9章 绘制模具总装图22第10章 选择压力机并校核闭合高度23第11章 典型零件的制造工艺2411.1 工艺路线的拟定2411.1.1 表面加工方法的选择2411.1.2加工路线的划分2511.1.3加工工序的组成2611.1.4加工顺序的安排2611.2 制订加工工艺规程的指导思想2711.3 主要成型零件的加工工艺27结论29致谢30参考文献31挡板冲裁模设计摘要目前，冲压技术广泛应用于金属制品个行业中，如汽车，仪表，家用电器等工业中，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在制造行业中占有重要的地位。随着经济的快速发展，模具制造业在工业中所占的地位越来越重要。冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。提高冲模技术水平有利于获得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。冲压工艺是塑性成型加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属材料，而且也可以加工非金属板料。冷冲压的加工方式具有生产效率高，产品一致性好，使用于大批量生产等特点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产，增强效益，更新产品等方面具有重要作用。关键词：冲压;挡板；模具；设计；工艺绪论本课题主要研究的是级进模的设计。在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。本设计模具用于加工挡板。本设计的内容包括零件的工艺性分析，工件的尺寸精度，刃口尺寸的计算模具的整体结构，选择正确的压力机，各部分零件的标准和材料，零件的尺寸设计，主要加工零件的加工工艺等，主要内容如下：(1）到模具制造相关企业调研，了解模具生产，制造，加工情况。结合本设计课题，查阅相关资料。(2）分析设计已知工件级进模具。充分分析工件结构，工艺性，了解机构及工作原理，进行必要的计算，确定模具设计的基本步骤，设计模具的基本参数，设计模具的主体结构，工作零件，卸料装置，导料装置等。(3）绘制模具总装配图，零件图，完成本工件的设计。(4）分析制定主要零件加工工艺。根据主要零件结构，技术参数要求，进行工艺计算，编制主要零件加工工艺规程。第2章 冲裁机理分析生产中为了满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多样的冲压加工方法。概括起来可以分为分离工序与成形工序两大类。分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法、主要分离工序有落料、冲孔、切边、剖切、整修等，其又以冲孔、落料应用最广。落料和冲孔是使坯料沿封闭轮廓分离的工序。冲裁加工之后，材料分成两个部分冲孔是指在板料或者工件上冲出所需形状的孔，冲去的为废料，即封闭轮廓外的部分是工件，封闭轮廓内的部分是废料而落料是指从板料上冲下所需形状的零件或者毛坯，即封闭轮廓内的部分是工件，封闭轮廓外的部分是废料。落料工序和冲孔工序的变形过程和模具结构是相同的，习惯上统称为冲裁。冲裁既可以加工出成品零件，又可以为其他成形工序制备毛胚。2.1 冲裁变形过程分析冲裁工序是利用凸模与凹模组成上、下刃口将板料置于凹模上，凸模下行使板料变形，直至全部分离。因凸模与凹模之间存在间隙z,使凸、凹模作用于板料的力呈不均匀分布，主要集中于凸、模刃口。冲裁变形过程见下图。在具有尖锐刃口及间隙合理的凸、凹模作用下，板料的变形过程可分为弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。(1) 弹性变形阶段凸模与板料接触后，使板料压缩产生拉伸和弯曲弹性变形，此时，板料内应力没有超过材料的弹性极限。若卸去载荷，板料则恢复原状。 (2) 塑性变形阶段当凸模继续下压，板料内的应力值达到屈服强度时开始产生塑性流动、滑移变形，在凸、凹模的压力作用下，板料表面受到压缩，由于凸、凹模之间有间隙存在，使板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的材料产生弯曲，凹模下的材料则向上翘曲出现弯曲和拉伸形成的圆角，并且出现压痕。随着凸模挤入板料的深度增大，塑性变形程度逐渐增大，变形区材料硬化加剧，直到刃口附近的板料内应力达到材料强度极限，冲裁力达到最大值，板料出现裂纹，开始破坏，塑性变形阶段结束。(3) 断裂分离阶段凸模的继续压入，使刃口附近的变形区的应力达到材料的破坏应力，在凹、凸模侧面的变形区先后产生裂纹。已形成的上、下裂纹逐渐扩大并沿最大切应力方向向材料内层延伸，甚至两裂纹相遇重合，板料被剪断分离，冲裁过程结束。2.2 冲裁件质量分析冲裁件质量主要是指冲切断面质量、表面质量、形状误差和尺寸精度。对于冲裁工序而言，冲裁切断面质量往往是关系到工序成功与否的重要因素。冲裁件冲切断面可以明显地区分为四个部分:光亮带、断裂带、圆角和毛刺。光亮带的形成，是在冲裁过程中冲裁模具刃口切入板料后，板料与模具刃口侧面挤压而产生塑性变形的结果:光亮带部分出于具有挤压特征，表面光洁垂直，是冲裁件切断面上精度最高、质量最好的部分。光亮带所占比例通常是冲裁件断面厚度的1/2-1/3。断裂带是在冲裁过程的最后阶段，板料剪断分离时形成的区域，是模具刃口附近裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的断裂面。断裂带表面粗糙并略带斜角，不与板平面垂直。圆角形成的原因，是当模具压入板料时刃口附近的材料被牵连变形的结果。材料塑性越好，则圆角带越大。冲切断面上的毛刺是在冲裁过程中出现微裂纹时形成的。随后已形成的毛刺被拉长，并残留在冲裁件上。影响冲裁件冲切断面质量的因素很多。冲切断面上的光亮带、断裂带、圆角、毛刺等四个部分各自所占断面厚度的比例也是随着制件材料、模具和设备等各种冲裁条件不同而变化的。分析研究表明，凸凹模之间的间隙值是最主要的影响因素。提高冲裁件质量。重要的是必须清楚间隙的影响规律，并寻求获得合那间隙的确定方法。2.3 冲裁模间隙冲裁模具的凸、凹模间隙对冲裁件断面质量有很大的影响。间隙适中时，上、下裂纹互相重合，冲裁件断面虽有一定斜度，但比较平直、光洁且毛刺很小。当间隙过小时，由于分离面上、下裂纹向材料中间扩展时不能互相重合，将被第二次剪切才完成分离，因此出现二次挤压而形成二次光亮带，毛刺也有所增长，冲裁件毛刺容易清除拱弯，断面比较垂直。间隙过大时，材料受到很大的拉伸和弯曲应力作用，冲裁件光亮带小，圆角和斜度加大，毛刺大而厚，难以去除。表1和表2缝冲裁件断面质量要求。表1 普通冲裁断面的近似粗糙度值板料厚度112233445表面粗糙度值3.26.312.52550表2 普通冲裁断面允许的毛刺高度板料厚度0.30.30.50.30.50.30.50.30.5普通冲裁断面允许的毛刺高度0.0150.020.030.040.05普通冲裁断面允许的毛刺高度0.050.080.100.130.15当间隙过大或过小时均使冲裁件尺寸精度降低。同时，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力和冲裁力等。2.4 间隙对冲裁力的影响随着问隙的增大，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。但继续增大间隙值，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹不相重合的影响，冲裁力下降变缓，由于间隙的增大，使冲裁后零件的光亮面变窄，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。但是，间隙增大时，因为毛刺增大，引起卸料力、顶件力迅速增大。第3章 冲压件工艺设计冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性分析和冲裁工艺方案确定。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数和工时，使得模具结构简单且寿命长，能稳定地获得合格冲件，因而可以减小劳动量和冲件成本。劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。零件名称：挡板生产批量：大批材 料：钢板08F材料厚度：t1mm本课题为按挡板（如下图）尺寸设计其模具，并编制模具主要零件的加工工艺规程。图1 产品零件图3.1 冲压件工艺性分析冲裁零件的工艺性是指冲裁零件对冲裁工艺的适应性，即冲裁零件的形状结构、尺寸大小及偏差等是否符合冲裁加工的工艺要求。冲裁零件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响。冲裁零件应满足如下要求：(1) 冲裁工件的形状 冲裁零件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。 (2) 冲裁零件的圆角 除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允许工件有尖锐的清角外，冲裁零件的外形或内孔的交角处，应避免尖锐的清角，其交角处用适宜的圆角相连。(3) 冲裁件局部凸出或凹入部分的宽度和深度宽度不宜太小，应避免有窄长切口和过窄的切槽，否则会降低模具寿命和工件质量。 (4) 冲裁件的孔径 冲裁件的孔径太小时，凸模易折断或压弯。冲孔的最小尺寸取决于材料的机械性能、凸模强度和模具结构，各种形状的孔的最小尺寸可查表 。冲小孔的凸模，如果采用保护套，凸模不易损坏，稳定性提高，最小冲孔尺寸可以减小。(5) 冲裁件孔边之间距离 冲裁件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小，否则会产生孔与孔间材料的扭曲或使边缘材料变形。复合冲裁时，因模壁过薄而容易破损；分别冲裁时，也会因材料易于被拉入凹模而影响模具寿命，特别是冲裁小孔距的小孔时，经常会发生凸模弯曲变形而卡住模具。当冲孔边缘与工件外形边缘不平行时a1应不小于平行时。应不小于1.5t。(6) 冲裁件尺寸的标注 冲裁件尺寸的基准应尽可能与制模时的定位基准重合，并选择在冲裁过程中不参加变形的面或线上。(7) 冲裁件两孔心距所能达到的公差查表该冲裁件的工艺性可按以下几方面进行分析：(1) 材料：该冲裁件的材料08F钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性。(2) 零件结构：该冲裁件结构较简单、对称，并在转角处都有R0.5圆角，比较适合冲裁。(3) 尺寸精度：零件图上尺寸未注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。查公差表(GB1800 表2)可得各尺寸公差为：零件外形： 25 0 -0.52 mm 30 0 -0.52 mm 180 -043 mm 80.18 mm 6 0 -0.3mm R0.5 mm零件内形：3 +0.25 0mm 10 +0.36 0 mm 2.8+0.25 0mm R0.5 mm孔心距：150.21 mm 100.21 mm 孔边距：40.15 mm从上面所分析可得出结论：该工件适合冲裁。3.2 工艺方案的确定及模具结构类型冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。(1) 单工序模在一副模具中完成只完成一种工序的冲模，如落料模，冲孔模，拉深模等结构较为简单，生产效率不高，一般适用于小批量生产。(2) 复合模是在单工序模的基础上发展起来的一种较先进的模，在一副冲模中一次定位可以同时完成几个工序。复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，劳动生产效率高。(3) 连续模是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模，在冲裁过程中，条料在模具中依次在不同的工序位置上，分别完成冲件所要求的工序，除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个(或几个)冲裁件。由于定位误差影响到工件的精度，一般多用于精度低多工序的小零件。从零件图可看出，该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：(1) 先落料，再冲孔，采用两副单工序模生产。(2) 落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。(3) 冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。对以上三种工艺方案进行分析比较：方案一：模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁模或级进冲裁模方式。方案二：复合模定位精度高并且满足大批量生产的要求，但需要考虑凸凹模的强度，正装复合模凸凹模的最小壁厚值对黑色金属等硬性材料可按板料厚度的1.5倍确定，但最小值不小于0.7mm。对有色金属等软材料可约等于板料厚度，但最小值不小于0.5mm。倒装复合模凸凹模的最小壁厚值可按板料厚度的23倍确定，板料厚度小取大值，相反取小值。由于本零件孔比较多，必须用倒装复合模方便落料，根据材料厚度t=1mm，则最小壁厚为3mm，而从零件图可知，工件的最小壁厚为2.1mm，因此复合模的凸凹模的强度不够，该工件并不适合用复合模加工。方案三：级进模本身能满足大批量生产，而且生产效率高，由于工件精度为IT14级，符合级进模加工工件的精度要求。综上所述，最后确定用冲裁方式进行生产。第4章 材料的经济利用4.1 排样设计排样是指冲裁零件（毛坯）在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排料在于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合 设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产最重要的技术指标之一。在冲压工作中，冲压件材料消耗费用可达到总成本的60%75%，每降低1%的冲压废料，将会使成本降低0.4%0.5%。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效果更为突出。排样方法的选择原则：(1) 冲裁小工件或某中工件需要窄条（带）料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。(2) 冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料扎制方向。(3) 冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作方便与安全等。(4) 条料宽度选择与在板料上的排样应优先选用条料宽度较大而步距较小的方案，以便经济地裁切板料，并减少冲压时间。按冲裁工艺方法和材料的合理利用，条料排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。根据冲裁件在条料上的不同布置形式分类，有直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、冲裁搭边等。由于受冲裁件外型的限制，该工件的排样只能采用有废料的排样形式，为了使模具设计简单并且能达到最大的材料利用率，采用直排的形式即可，排样方式如图2所示。图2 排样方式图4.2 搭边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。 搭边的主要作用有：(1) 补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。 (2) 还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。 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，搭边值是由经验确定的。搭边的设计主要考虑几方面的因素：(1) 材料的力学性能。塑性好的材料，搭边值要大些，硬度高与强度大的材料，搭边值小一些。(2) 材料的厚度。材料越厚，搭边值也越大。 (3) 工件的形状和尺寸。工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值也越大 (4) 排样的形式。对排的搭边值大于直排的搭边。 查（冷冲压实用技术 P59 表3-2）根据材料厚度t=1mm，确定搭边值：两工件间的搭边： a1 = 1.2 mm 工件边缘搭边： a = 1.5 mm 步距为： S181.219.2 mm图3 排样图查（冷冲压实用技术 P60 表3-4），确定导料板与条料之间的最小间隙Z无侧压装置 Z = 0.5 mm条料宽度B （D2 aZ）（3021.50.5） 33.5 mm- 条料宽度的偏差，查（冷冲压实用技术 P60 表3-4）得0.4mm确定后排样图如图3所示。4.3 计算材料利用率把工件按图4所示分割计算工件面积：面积A1= 425100 mm2面积A2= 630=180 mm2面积A3= （25+30）8）220mm2面积A4=R2= 3.141.52=7.065mm2面积A5=20.52+2.810=29.57 mm2工件总面积AA1+ A2+A32A42A5100180+22027.065229.57426.73mm2图4 面积计算图一个步距内的材料利用率为： A/BS100 426.73/(33.519.2)10066.35A -一个步距内冲裁件的实际面积BS- 一个步距内毛坯的面积查板材标准，选用1000mm2000mm1mm的钢板，假如，条料长度为1000，则条料上可冲压工件数为：n1=1000-1.2/19.2=52.44个 取n152个则条料利用率为：图5 裁料图1n1A/LB100 (52426.73)(100033.5)10066.2假如，条料长度为2000，则条料上可冲压工件数为n2=2000-1.2/19.2=104.1个 取n1104个则条料利用率为：2n2A/LB100 (104426.73)(200033.5)10066.2显然，两种规格的条料材料利用率是相等的。每张钢板可剪裁59块条料（33.5mm1000mm），每块条料可冲52个工件；一张钢板料1000mm2000mm可冲3068个工件。（如图5所示）则每张板材的材料利用率总为：总nA1/LB100 (3068426.73)(10002000)10065.5第5章 压力中心与冲压力的计算5.1 压力中心的计算冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为了保证冲裁和压力机正常和平稳地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而与压力机滑块的中心重合。如果压力中心不在模柄轴线上，滑块会承受偏心载荷，冲压时会使冲模与压力机滑块产生歪斜，从而导至滑块导轨和模具导向装置的不正常磨损。同时引起凸、凹模间隙不均匀，使刃口迅速变钝，甚至造成刃口损坏，降低模具使用寿命。计算压力中心必须在凹模刃口设定XY轴的正方向，并选择L5的中点作为坐标原点，如图6所示：凹模型口图图6 压力中心由于工件Y方向对称，故压力中心Y0=0mmX0= = =1.31mm其中：L1=25mm x1=18mm； L2=248mm x2=16mm L3=2=28.4816.96mm；x3=10mm；L4=2612mm x4=3mm； L5=30mm x5=0mm； L6=2d=23.14318.84mm x6=1.2（搭边）45.2mm；L7=2（2d+2822.8）59.76mm x7=15.2mm； 计算时，忽略边缘R0.5圆角。由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（1.31，0 ），与冲床滑块中心只偏移1.31 mm，可忽略不计，故基本重合。5.2 冲压力的计算冲裁力是选择和确定冲压设备、及模具强度较核的重要依据，在冲裁模设计中必须进行计算，同时，应掌握影响冲裁力大小的因素及降低冲裁力的方法。冲裁力包括落料力、冲孔力、卸料力和顶件力。当冲裁工作完成后，从板料上冲裁下来的工件(或废料)由于径向发生弹性变形而扩张。会卡在凹模模腔内；同时，在板料上冲裁出的孔径则沿着径向发生弹性收缩，会紧箍在凸模上。为了将紧箍在凸模上的板料卸下来所需要的力称为卸料力，以表示；将卡在凹模中的板料推出或顶出所需的力分别称为推件力与顶件力，以与表示。卸料力、推件力与顶件力是由压机和模具的卸料、顶件装置获得的。在选择压机吨位和设计模具时，要根据模具结构来考虑卸料力、推件力与顶件力的大小，并作必要的计算。影响这些力的因素较多，主要有:材料的机械性能和厚度，工件形状和尺一寸大小，凸、凹模间隙，排样的搭边大小及润滑情况。生产中，常用下列经验公式计算： 式中，分别为卸料系数、推件系数和顶件系数，其值见表2-7；P冲裁力 N；N卡在阴模孔内的工件数，n=h/t (h为凹模刃孔的直壁高度，t为工件厚度)。注：此模具结构中卸料装置为卸料板卸料，并且用顶件块顶出工件，因此只需要计算卸料力与顶件力。以下为冲裁中各力的计算：落料力 F落1.3 L t 1.391.761290 34593.52 (N)其中：L=91.76mm(工件落料周长) t1mm(材料厚度) 查冲压模具设计与制造 表1.5. 2 按08F钢板，取290N/mm2冲孔力 F冲1.3 （L1L2 ）t 1.3（18.8459.76）12901.378.601290）29632.20（N）其中：L1 、L2 为工件孔的周长。 卸料力 F卸Kx （F落F冲） 查表2-9（教材）得Kx = 0.04 0.04（34593.5231140.20）2629.34（N） 顶件力F顶kD F落 查表2-9取KD = 0.06 0.0634593.52 2075.61（N） 总冲压力： F总 = F落F冲F卸+ F顶 34593.5229632.202629.34+2075.61 68930.67（N）5.3 降低冲裁力的方法冲压生产中，由于设备条件以及减少振动、噪声的需要，可以采用以下几种常用方法降低冲裁力。(1) 加热冲裁，材料在加热状态下抗剪强度有明显下降，所以加热冲裁能降低冲裁力。这种冲裁方法的缺点是，材料加热后产生氧化皮，且因加热劳动条件差，只适用于厚板或工件表面质量及公差等级要求不高的工件。(2) 多凸模阶梯布置冲裁，当冲裁模有多个凸模时，可将凸模刃口底平面呈阶梯形布置，多凸模冲裁时，总冲裁力是每个凸模冲裁力的叠加。而将凸模作阶梯形布置后，可以避免各个凸模冲裁力的最大值同时出现，减少了任意冲裁瞬时的剪切面面积，从而降低了冲裁力的峰值。在将多个凸模进行阶梯形布置时，需要注意以下几方面的要求：阶梯形布置需要对称分布，防止偏载；为了避免冲大孔时材料流动的挤压力对小孔冲头的影响，阶梯形应安排先冲大孔、后冲小孔，这样也有利于减少小孔冲头的长度。多凸模之间的高度差H可以取： 当板料厚度t3mm时，H=0.5t。(3) 斜刃口模具冲裁，普通模具刃口都是采用与模具轴线相垂直的平面形式。若将，凸模(或凹模)刃口平面设计成与轴线倾斜一定的角度进行冲裁时，刃口逐步冲切材料，减少了每一瞬时的剪切面积，从而降低了冲裁力。与平刃冲裁相比，斜刃口冲裁的冲裁力可以降低50%-75%。为了制取平整的零件，落料时，将凹模设计为斜刃。冲孔时，则相反，冲裁弯曲状工件时，采用有圆头的凸模。单边斜刃冲裁，只适用于折弯的切口。设计斜刃模具时，应注意将斜刃作对称布置，以免冲裁时承受单向侧压力而发生偏移，啃坏刀刃。轮廓复杂的工件，不宜采用斜刃冲模的减力程度由斜刃高度H和角度决定，H和可参考下列数值选取：当板料厚度t 3mm, H=2t，；当板料厚度 t =310mm, H=t，； 一般情况时，角不大于。 斜刃冲裁力P，可按下式计算： 式中 P用平刃冲模冲裁时所需的力;k冲裁减力系数。 斜刃冲裁厚板时，应验算冲裁功。其公式如下： A=式中 A冲裁功，Nm; t板厚，mm； 斜刃冲裁力，N。 采用斜刃模具的主要缺点是：刃口制造与修磨比较复杂，刃口极易磨损，工件不够平整，因此一般情况下尽量不用，只用于大型工件及厚料冲裁。第6章 工作零件刃口尺寸计算冲裁模凸、凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的重要因素。凸、凹模的合理间隙值也要靠刃口尺寸及其公差保证。因此，在冲裁模设计中，正确确定与计算凸、凹模刃口尺寸及其公差是极为重要的。6.1 刃口尺寸计算原则确定和计算凸、凹模刃口尺寸及公差必须遵循以下原则：(1) 根据冲孔和落料的特点 落料件的尺寸决定于凹模尺寸，故落料模以凹模为设计基准，先确定凹模的人口尺寸，再按间隙值确定凸模的刃口尺寸；冲孔时孔径的尺寸决定于凸模尺寸，故冲孔模以凸模为设计基准，先决定凸模的刃口尺寸，再按间隙值确定凹模的刃口尺寸。(2) 考虑凸、凹模的磨损 凸、凹模在冲裁过程中有磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损则使落料尺寸增大。为了保证冲裁件的尺寸精度要求，并尽可能提高模具的使用寿命，设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模刃口的基本尺寸应去工件尺寸公差范围内的较大尺寸。这样就能保证凸、凹模磨损到一定程度后仍能冲裁出合格的工件。不论落料还是冲孔，凸、凹模间隙都应取用合理间隙范围内的最小值。(3) 刃口制造精度与工件精度的关系 凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具的一定使用寿命。模具刃口制造精度与冲裁件精度的对应关系见表2-5。一般情况下，也可按工件公差的1/3-1/4选取。对于圆形凸、凹模，由于制造容易，精度易保证，制造公差可按IT6-IT7级选取。6.2 刃口尺寸设计计算凸凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。但是，制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。凸、凹模分配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简单，成本低。根据刃口尺寸计算的原则，并且使凸、凹模具有一定的间隙，从而令到加工出来的工件达到一定的尺寸精度，最好的方法就是采用凸凹模配合加工。凸、凹模配合加工，是指先加工凸模(或凹模)，然后根据制造好的凸模(或凹模)的实际尺寸，配做凹模（或凸模），在凹模(或凸模)上修出最小合理间隙值。其方法是把先加工出的凸模(或凹模)作为基准件，它的工作部分的尺寸作为基准尺寸，而与它配做的凹模(或凸模)，只需在图纸上标注相应部分的凸模公称尺寸(或凹模公称尺寸)，注明“x x尺寸按凸模或凹模配作，每边保证间隙x x”。这样，基准件的制造公差（或）的大小，就不再受凸、凹模间隙大小的限制，使模具制造容易。一般基准件的制造公差（或）=4。形状简单时按IT6（）级IT7（）公差制造。配合加工法在工厂中被广泛采用，适用于形状复杂的冲裁件。1、落料应以凹模为基准，然后配做凸模。落料凹模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。因此，凹模尺寸应根据这三种规律分别计算。(1) 凹模磨损后尺寸增大，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凹模尺寸按下公式计算： (2) 凹模磨损后尺寸减小，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凹模尺寸按下公式计算： (3) 凹模磨损后尺寸不变，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成的形式。这时凹模尺寸按下式计算： 2、冲孔应以凸模为基准，然后配做凹模看冲孔件，冲孔凸模磨损后，刃口尺寸变化也有减小、增大、不变三种情况。因此，凸模尺寸也应根据这三种规律分别计算。(1)凸模磨损后尺寸减小，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凸模尺寸按公式计算： （2）凸模磨损后尺寸增大，计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成。这时凸模尺寸按落料凹模公式计算： (3)凸模磨损后尺寸不变，如图2- 14中C1，C2这类尺寸计算方法与落料件相同，按公式(2-7)计算： 式中 D 工件的最大极限尺寸 (mm) d 工件的最小极限尺寸 (mm) 工件公差 （mm）X 系数，X=0.51。它与工件公差等级有关： 当工件公差等级为IT10级或更高时，取X=1； 当工件公差等级为IT11IT13级时，取X=0.75 当工件公差等级为IT14级或更低时，取X=0.5如表3中的零件尺寸所示，把工件各尺寸进行分类：(1) 落料凹模磨损后，会增大的尺寸有：D1=25 0 -0.52 mm D2=180 -043 mm D3=30 0 -0.52 mm D4=6 0 -0.3mm D5=40.15 mm 不变的尺寸有： L1=80.18 mm (2) 冲孔凸模磨损后，会减小的尺寸有： 为 d1=3 +0.25 0mm d2=10 +0.36 0 mm d3=2.8+0.25 0mm 不变的尺寸有： L2=100.21 mm L3=150.21 mm根据凸、凹模配合加工的刃口计算方法，对以上各尺寸进行计算 表3 刃口尺寸计算基本尺寸及分类冲裁间隙磨损系数计算公式计算结果落料凹模 25 0 -0.52查表2-2(教材)(7%10%)tZmin=0.07Zmax=0.10Zmax Zmin=0.03mm制造精度为：IT14级，故X=0.5（P22） +/4 0当凹模磨损后，尺寸25、18、30、6、R0.5会增大。故基本尺寸按下式计算：DA=( Dmaxx)DA=24.740.13 0相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.070.10之间 180 -043 DA=17.780.11 0 同上0-0.5230DA=29.740.13 0同上60 -0.36 同上DA=5.850.08 0同上80.18同上当凹模磨损后，尺寸8基本不变故基本尺寸按下式计算：L=( Lmin+1/2) /8L=80.05孔边距40.15同上+/4 0按落料凹模考虑，当凹模磨损后， 4会增大。故基本尺寸按下式计算：Lp=( Lmaxx)LP4 0.08 0同上孔心距L/2= 150.21同上按冲孔凸模考虑，当凸模磨损后，孔心距尺寸15、10基本不会变。故基本尺寸按下式计算：Lj=( Lmin+1/2) /8Lj=150.05（注： =0.2120.42）100.21同上Lj=100.05冲孔凸模3 +0.25 0 同上0-/4当凸模磨损后，孔尺寸3、R0.5、10、2.8会减小。故基本尺寸按下式计算：dT=( dmin+x) dT=3.13 0 0.06相应凹模尺寸按凸模尺寸配作，保证双面间隙在0.070.10之间10 +0.36 0同上dT=10.180 0.092.8+0.25 0同上dT=2.93 0 0.066.3 卸料橡胶的设计橡胶的允许承受的负荷较大，安装调整灵活方便，是冲裁模中常用的弹性元件。根据模具结构如果选择圆形套在4个卸料钉，初步计算橡胶尺寸为：1卸料板的工作行程：th10.51.5 t为板料厚度；h为凸模缩进卸料板的高度0.5mm。2橡胶工作行程：H1 1.54.56 其中： 凸模刃口修磨量，一般410 mm， 取4.5mm。(P79)3橡胶自由高度H0H1/（0.250.3）6/0.25=24mm 取H1为H0的254 橡胶的预压缩量：H015H00.15243.6mm 一般H01015H05每块橡胶的预压力F0：卸料力为2629.34（N），选用四个圆筒形橡胶，则为： F0Fxy/n2629.34/4=657.33(N)6橡胶的内径d ：因圆筒形橡胶是套在卸料钉上，而卸料钉的直径为8mm,故取橡胶的内径d10mm。7橡胶的外径D：按表2.9.12（P65）计算出橡胶的外径D = 其中：Fxy橡胶所产生的压力，设计时取大于或等于卸料力Fx（即F0）； P橡胶所产生的单位面积压力，与压缩量有关，其值可按图2.9.30（P66）确定，设计时取预压量下的单位压力。因选取预压缩量15，一般预压缩量为自由高度的1015（P64）根据预压缩量为自由高度的15查图2.9.30得P=0.6(MPa=N/mm2)故：D= 38.62mm40mm 8校核橡胶自由高度H0 0.5 H0/D =24/40=0.6 1.5 满足要求。9橡胶的安装高度HH0H0243.620.4020mm圆筒形橡胶尺寸为：内径10mm 外径40mm 自由高度24mm 安装高度20mm第7章 模具总体结构设计7.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。7.2 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板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置采用始用挡料销定位。7.3 确定送料方式 模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式，还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如L(送料方向的凹模长度)B(垂直于送料方向的凹模宽度)时，采用纵向送料方式；LB时，则采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本例的凹模板而言，其送料方式应采用横向送料。另外采用何种送料方式，还得考虑压力机本身是开式还是闭式而定。7.4 确定卸料形式模具是采用弹压卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹压卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹压卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹压卸料板，而只有在弹压卸料板卸料力不足时，才改用固定卸料板。实际中，当材料料厚约在2mm以下时采用弹压卸料板，大于2mm时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为1mm，因此可采用弹压卸料板。7.5 模架形式如采用横向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架或对角导柱导套模架；而后侧导柱导套模架有利于送料(纵横向均可且送料较顺畅)，但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。本模具采用对角导柱导套模架，对横向送料方式较适宜。第8章 计算模具闭合高度冲模结构的外形尺寸必须与所选择的压机相适应,如；冲模下模外形平面尺寸应能安装在压机的工作台面上，模柄尺寸与滑块装模孔尺寸一致。下模顶件装置所用缓冲器的顶杆能通过压机垫板孔。模具的封闭高度应与压机的封闭高度相适应。冲模的封闭高度是指模具在最低工作位置时，上模座顶面与下模座底面间的距离H。压机的封闭高度是指滑块在下极点位置时，滑块下端面至垫板面间的距离。当连杆调至最短时为压机的最大封闭高度Hmax；连杆调至最长时为最小封闭高度Hmin。冲模的封闭高度应介于压机的最大封闭高度及最小封闭高度之间，计算如下：H=H上模H上垫板H凸模H凹模H下垫板H下模座h 35649.52012452165.5 mmh凸模冲裁后进入凹模的深度，h2mm 第9章 绘制模具总装图总装图主要反映整个模具各个零件之间的装配关系,应该对应绘制说明模具构造的投影图,主要是主视图和俯视图及必要的剖面、剖视图，并注明主要结构尺寸，如闭和高度、轮廓尺寸等。习惯上俯视图由下模部分投影而得，同时在图纸的右上角绘出工件图、排样图，右下方列出模具零件的明细表，写明技术要求等。通过对本套模具各个零件的设计计算和校核，确定他们的形状和尺寸，并选用必要的标准件，最终，得到挡板级进模，结构见图8。本级进模是用手工送料，条料第一次进去时，要用始用挡料销顶住，先冲孔，把始用挡料销放开复位再进行下一步冲裁。第二工位是落料，把条料顶到挡料销进行粗定位，当上模下行时，落料凸模上的导正销会对准第一工步中冲裁的两个圆孔进行精确定位，然后把零件冲裁出来。冲裁后工件会进入凹模并且在顶件块上，当上模上行离开凹模时，弹顶器会把顶件块往上顶，从而使工件被顶出凹模。卸料板的作用就是冲裁结束后，坯料会套在凸模上，当上模上行复位，利用卸料橡胶把卸料板往下顶，使坯料从凸模中落下，进行下一步冲裁。图8 模具结构图第10章 选择压力机并校核闭合高度冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品质量、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关。冲压设备的选择只要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备时主要应考虑下述因素：(1) 冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；(2) 冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的要求；(3) 冲压设备的装模高度、工作台面尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具；(4) 冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。根据总冲压力 F总68.9（KN），模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备,选用J23-16开式双柱可倾压力机（一般冲裁时压力不应超过压力机公称压力的80）。 其主要工艺参数如下： 公称压力： 160KN 滑块行程： 55mm 最大闭合高度： 220mm 连杆调节长度：45mm 工作台尺寸（前后左右）： 300mm 450mm垫板尺寸（厚度孔径）：40 mm210 mm模柄孔尺寸（直径深度）：40 mm60mm压力机最大装模高度（压力机最小闭合高度）Hmin220（压力机最大闭合高度）45（连杆调节长度）175mm。校核模具的闭合高度H：HminH110HHmaxH15 (P9) 1754010 mm165.5220405 mm 145mm165.5 175mm Hmin压力机最小闭合高度 H1垫板厚度 Hmax压力机最大闭合高度第11章 典型零件的制造工艺机械制造工艺主要研究如何优质、高效率、低消耗地制造机械产品。顾名思义，工艺即加工制作的艺术、技艺。如何能用最优的方法将产品制造出来就是其研究的内容和任务。一个好的设计，要靠好的工艺，好的材料来保证；产品是龙头，工艺则是基础，再好的设计也要通过工艺来实现；某些产品的性能、寿命等项指标达不到国外先进水平的主要原因，往往在于工艺不过关；在引进国外先进技术时，他们最保密之处恰恰也是工艺方面的一些诀窍。因此，在科技飞速的今天，为了国民经济各部门提供最好的产品，工艺作为机械制造之本的地位日益加强。机械制造工艺包括生产过程和工艺过程。工艺过程指的是在生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质（力学性能、物理性能、化学性能），使其成为成品（或者半成品）的过程。它是生产过程的主要组成部分。机械制造工艺过程又可分为：毛坯制造工艺过程、机械加工工艺过程、机械装配工艺过程等。根据本课题设计要求及特点，仅作机械加工工艺过程。11.1 工艺路线的拟定模具加工工艺规程的制订，在具体工作中应该在充分调查研究的基础上，提出多种方案进行分析比较。因工艺路线不但影响加工的质量和生产效率，而且影响到工人的劳动强度，设备投资、 面积和生产成本等。工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局。其主要任务是选择各个加工表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及整个工艺过程中工序的多少等。关于工艺路线的拟订，目前还没有一套普通而完整的方法。但经过多年来的生产实践已总结出一些综合性的原则。在应用这些原则时，要结合生产实际，分析具体条件，避免生搬硬套。除定位基准的合理选择外，拟订工艺路线还要考虑以下几个方面。11.1.1 表面加工方法的选择零件表面的加工方法，首先取决于加工表面的技术要求。但应注意，这些技术要求不一定就是零件图样所规定的要求，有时还可能由于工艺上的原因而在某些方面高于零件图沙锅内的要求。当明确了各加工表面的技术要求后，即可据次选择能保证该要求的最终加工方法，并确定需几个工步和各工步的加工方法。所选择的加工方法，应该满足零件的质量、加工经济性和生产效率的要求。为此，选择加工方法时应考虑下列因素。(1) 首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙的要求。由于获得同一精度及表面粗糙度加工方法往往有若干种，实际选择时还要结合零件的结构形状、尺寸大小，以及材料和热处理的要求全面考虑。例如，对于IT7精度的孔，一般不宜选择拉削和磨孔。而常选择镗孔或铰孔，孔径大时选择镗孔，孔径小时选择铰孔。(2) 工件材料的性质，对加工方法的选择也有影响。例如，淬火钢应采用磨削加工，有色金属零件，为避免磨削时堵塞砂轮，一般都采用告诉镗或高速精密车削进行精加工。(3) 工件的结构形状和尺寸大小的影响。例如，回转工件可以用车削或磨削等方法加工孔，而模板上的孔，一般就不宜采用车削或磨削，而通常采用镗削或铰削加工。(4) 表面加工方法的选择，除了首先保证质量要求外，还应考虑生产效率和经济性的要求。大批量生产时，应尽量采用高效率的先进工艺方法，如内孔和平面可采用拉削加工取代普通的铣、刨和镗孔方法。(5) 为了能够正确的选择加工方法，还要考虑本厂、本车间现有设备情况及技术条件。应该充分利用现有设备，挖掘企业潜力、发挥工人及技术人员的积极性和创造性。同时也应考虑不断改进的现有的方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。11.1.2加工路线的划分该零件需要加工的表面有：固定用上表面、法兰盘下表面、落料端面、最大圆柱面、工作内外圆柱面、内配合面、拉深圆角面、螺纹孔及光孔。由其工作性质可知落料端面、工作内外圆柱面、拉深圆角面、固定用上表面要求加工精度高，也是加工的主要表面。可安排四个加工阶段，即：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工阶段。(1) 粗加工阶段：主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量，并为半精加工提供定位基准。因此，在此阶段中应采取措施尽可能提高生产率。(2) 半精加工阶段：该阶段的作用是为零件主要表面的精加工做好准备（达到一定精度和表面粗糙度，保证一定的加工余量），并完成一些次要表面如钻孔=功丝等的加工，一般在热处理前进行。(3) 精加工阶段：精加工阶段是去除半精加工所留下的加工余量，使工件各主要表面达到图样要求的尺寸精度和表面粗糙度。(4) 光整加工阶段：对于精加工和表面粗糙度要求很高，如IT7以上的精度，表面粗糙度Ra值小于0.4m的零件可采用光整。但光整加工一般不用于纠正几何形状和相互位置误差。划分加工阶段的理由是：(1) 易于保证加工质量。粗加工阶段的任务是尽快地切除多余的金属层，半精加工阶段是为精加工做准备，而精加工阶段的目的是最终保证加工质量。精加工阶段的余量小，受力小，受力变形小，震动小，切削热少，受热变形小，这样就能保证加工质量。(2) 粗加工切除较多余量，可及时发现毛坯缺陷，及早采取措施，避免浪费工时。(3) 可以合理使用机床、设备。不同的设备具有不同的精度能力和精度寿命，加工过程分阶段，可以在粗加工阶段使用低精度或者旧设备，精加工阶段使用高精度设备。(4) 便于安排热处理工序，对于一些精密零件，粗加工后安排去应力的实效处理，可减少内应力变形对精加工的影响；半精加工后安排淬火不仅容易满足零件的性能要求，而且淬火引起的变形也可通过精加工工序予以消除。此外，粗、精加工分开后，毛坯的缺陷（如气孔、砂眼和加工余量不足等）可在粗加工后及早发现，及时决定修补或报废，以免对应报废的零件继续精加工而浪费工时和其他制造费用。精加工表面应安排在后面，还可以保护其不收损伤。11.1.3加工工序的组成每个表面都有加工方案，有若干个加工步骤，还要分成若干个阶段加工，不能对准一个表面连续加工。这样就产生了一道工序由哪几个加工步骤组成的问题，即工序的集中与分散。工序集中的特点：(1) 可以减少装夹次数。(2) 便于采用高生产效率的机床。(3) 有利于生产组织和计划工作。(4) 占用生产面积小。机械加工的发展方向是工序集中。加工中心机床的加工是典型的工序集中的例子。工序集中存在的问题：(1) 机床结构复杂，刀具多，降低了机床的可靠性，可能影响生产率。(2) 设备过于复杂，调整维护都不方便。11.1.4加工顺序的安排机械加工工序是工艺规程的主要内容，其加工顺序的安排原则是：先基准后其他，先粗后精，先主后次，先面后孔，先外后里。热处理工序的安排：(1) 提高力学性能的热处理 淬火、调质、渗C、渗N等。 淬火-回火工序 安排在主要表面的半精加工以后进行。 调质工序 根据热处理要求安排在不同的位置。硬度低于2535HRC时，安排在粗加工和半精加工之间进行；硬度低于25HRC时，安排在粗加工前进行，以减少车间转换次数；硬度高于35HRC时，安排在半精加工后、精加工前进行，这样易于保证材料的热处理性能。该零件硬度要求是5658HRC，故安排热处理在半精加工之后，精加工之前进行。 渗C、N工序渗C：安排在要求渗C的表面半精加工后。渗N：安排在要求渗N的表面粗磨后、精磨前。(2) 改善材料组织和切削加工性能的热处理 正火、退火正火：提高低碳钢的硬度，使工件的加工精度和表面粗糙度易于保证。退火：降低硬度，使工件易于切削。(3) 消除内应力的热处理退火：安排在粗加工
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