止动件冲压模具设计与制造--毕业论文.doc

河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 题目：止动件冲压模具设计与制造4前 言冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。本次设计是参考了众多参考文献及专业资料的规范要求编写而成。本设计主要介绍止动件的冲压工艺分析和落料冲孔模结构设计过程。本设计共分五章，主要包括止动件材料工艺分析和成形性能、冲压工序特点和工艺计算、模具总体结构设计、模具主要零件结构设计及工艺性分析、主要零件工艺过程的制订和主要工序的制订等。另外，还附有毕业设计任务书、论文评阅表、答辩小组成员表、部分模具零件冲压工艺过程卡、装配图一张、零件图四张等摘 要目前，我国冷冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。此次毕业设计产品为止动件，首先对止动件的冲压工艺进行了分析，冲压工艺方案及模具结构类型的进行了确定，并进行了必要的冲压工艺参数计算，介绍了止动件落料冲孔复合模结构设计的要点，模具定位零件、卸料与推件装置的设计，标准模架和导向零件的选用，模具主要工作零件的制造工艺和装配工艺的过程，模具的总装配、试模、润滑及模具使用注意事项等内容。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。在本次毕业设计中利用计算机辅助设计（CAD）绘制模具主要工作零件图和模具的总装配图，运用了数控切削加工、数控线切割电加工等先进加工技术。是一次对所学知识的全面总结和运用，是巩固和加深各种理论知识灵活运用的实践过程。通过毕业设计，可以很好的培养独立分析，独立工作的能力，为毕业以后走上工作岗位从事本技术工作打下良好的基础。关键词：止动件 冲压工艺 落料冲孔复合模 模具设计与制造 目 录前 言I摘 要II设计课题(1)绪 论(2)1 冲压工艺设计(3)1.1工艺设计内容(3)2 止动件工艺分析及计算(4)2.1止动件的工艺设计(5)2.2排样的设计及计算(6)2.3冲裁力和压力中心的计算(13)3 止动件的模具设计与标准选用(23)3.1 模具零件的分类和标准化(23)3.2模具工作零件的结构设计(24)3.3 定位零件的设计(33)3.4卸料与推件装置的设计(38)3.5标准模架和导向零件的选取(43)3.6固定零件的选取(45)4 冲裁模的制造工艺(47)4.1冲孔凸模的制造工艺(47)4.2凸凹模的制造工艺(50)4.3其它模具零件的制造工艺加工工艺过程(53)5 模具装配(56)5.1模具零件的装配(57)5.2总装配(57)5.3模具装配图(58)5.4模具零件图(58)5.5试模(58)5.6润滑(58)5.7模具使用注意事项(58)致 谢(59)参考文献(60)毕业设计任务书(62)IV设计课题产品名称： 止动件产品简图： 如图所示生产批量： 大批量材 料： Q235材料厚度： 2mm产品零件图任务：1、设计此工件的冲裁模 2、编写其制造工艺规程绪 论模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以及保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲载模具在模具工业中举足轻重的地位。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。本次毕业设计的目的是对所学知识的全面总结和运用，巩固和加深各种理论知识灵活运用。目标是通过这次毕业设计，可以很好的培养独立思考，独立工作的能力，为走上工作岗位从事技术工作打下良好的基础。此次毕业设计课题为止动件冲压复合模结构设计与制造。首先对止动件的冲压工艺进行了分析，介绍了落料冲孔模结构设计的要点，同时编制了落料冲孔复合模的制造工艺和装配工艺。1 冲压工艺设计1.1工艺设计内容冲压工艺设计，就是根据冲压件的要求，合理安排原材料准备、各种加工工序等，使得冲压过程在经济和技术上合理可行。工艺过程设计包括以下几个方面的内容。一、工艺方案设计工艺方案设计就是根据冲压件的形状尺寸、材料、生产批量等特点，初步确定出冲压加工内容，并制定出几种可行的加工工艺方案，通过对产品质量、生产效率、设备条件、模具制造和寿命、操作的方便性和安全性、经济性等方面的综合比较，确定出适合具体生产条件的最佳工艺方案。二、工艺性分析根据产品零件的形状尺寸、材料、精度等要求，对冲压工艺方案设计中所确定的各项工序内容逐一进行分析计算，确定它们对冲压工艺的适应性。三、工艺计算为了进行模具设计和冲压加工，工艺计算首先应根据产品零件的几何形状和尺寸来计算所需毛坯的形状和尺寸，然后按照节约材料、简化模具结构的原则拟定合理的排样方案，并确定板料或条料的规格及下料方式。合理优选凸模和凹模之间的间隙等。2 止动件工艺分析及计算止动件的工序和零件如图所示，工件使用材料为Q235钢。材料厚度：2mm。生产批量：大批量。图2.1 止动件零件图2.1止动件的工艺设计2.1.1 产品零件工艺性分析此产品零件只有落料和冲孔两道工序，在本模具加工中落料和冲孔两道工序都要完成；材料为Q235钢，为普通碳素钢，具有良好的可冲压性能；产品零件结构简单，有两个10的圆形冲孔，在转角处有四处R2圆角，并且工件为对称形状，壁厚2mm，比较适合冲裁。零件的尺寸精度：产品零件图上所有未注公差的尺寸，为自由公差，尺寸精度要求较底，可按作IT14级确定零件尺寸的公差；孔边距12mm的公差为0.11，属IT11级精度，普通冲裁加工即可满足要求，但零件的强度应达到5862HRC，有足够的力学性能。查公差表可得零件的各尺寸公差为：零件外形： mm、mm、 mm 、mm 、mm零件内形：mm孔心距：mm结论：适合冲裁2.1.2 冲压工艺方案及模具结构类型的确定根据零件的结构形状，该零件包括落料、冲孔两个基本工序，材料Q235钢，厚度为2mm，一般采用以下三种冲裁工艺方案：方案一：先落料、再冲孔成型，采用单工序模生产。方案二：落料冲孔连续冲压成型，采用级进模生产。方案三：落料冲孔一次冲压成型，采用复合模生产。方案一模具结构简单，但需要先两道工序，两套模具才能完成零件的加工，工件尺寸积累误差大，而且增加了模具的复杂程度，又浪费了工时，生产效率较低，难以满足大批量生产要求。方案二是生产效率可大大提高，但模具的结构复杂，制造难度大，成本较高。表2.1.1三类模具的优缺点比较：特点类型单工序模复合模级进模结构简单较复杂复杂成本、周期小、短小、短高、长制造精度低较高高材料利用率高高低生产效率低低高维修不方便不方便方便产品精度高高低品质低低高安全性不安全不安全安全自动化易于自动化冲床性能要求低低高应用小批量生产大、中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中、小零件冲压由于零件结构简单，考虑到生产该零件加工成型的经济性以及加工时效性，经检验并根据表1.1.1可得确定方案三比较合适。2.2 排样的设计及计算在冲压工艺和模具设计中，冲裁件在条料、带料、板料上的布置方法叫排样。排样是一项极为很重要的、技术性很强的工作，排样的正确与否将影响到材料的合理利用、零件质量、生产率、模具结构与寿命、生产操作与安全等。2.2.1排样方法在冲压生产实际中，由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同，不可能提供一种固定不变的合理排样方案。但在决定排样方案时应遵循的原则是：保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等，总之要从各方面权衡利弊，以选择出较为合理的排样方案。在冲裁件的成本中材料费用一般占60以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。提高材料利用率的方法有：冲裁所产生的废料可分为两类：一类是结构废料，是由冲件的形状特点产生的；另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料而产生的废料，称为工艺废料。要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件（如表1.2.1中的混合排样）等。根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种，如图1.2所示。b)图2.2 排样方法分类a)c)有废料排样 如图1.2a所示。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有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。少废料排样 如图1.2b所示。沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。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，冲模结构简单。无废料排样 如图1.2c所示。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。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。另外，如图1.2c所示，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此，排样时必须统筹兼顾、全面考虑。此外对有废料排样，少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类，其主要形式列于表1.2.1。表2.2.1 有废料排样和少、无废料排样主要形式的分类对于形状复杂的冲件，通常用纸片剪成35个样件，然后摆出各种不同的排样方法，经过分析和计算，决定出合理的排样方案。由于此工件的形状具有对称结构，采用有废料直排法排样较为合理。2.2.2 搭边值排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边数值。搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50以上。影响搭边值的因素 (1）材料的力学性能：硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。 (2）材料厚度：材料越厚，搭边值也越大。 (3）冲裁件的形状与尺寸：零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。 (4）送料及挡料方式：用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。 (5）卸料方式：弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。搭边值是由经验确定的。表2.2.2为最小搭边值的经验数表之一，供设计时参考。表2.2.2 最小搭边值2.2.3 零件毛坯尺寸计算查表1.2.2，确定搭边值：两工件间的搭边值：a1=2.2mm工件边缘的搭边值：a=2.5mm步距为：S=32.2mm条料宽度：=式中条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 侧搭边值，可参考表2.2.2；条料宽度的单向（负向）偏差，表2.2.3、表1.2.4；表2.2.3条料宽度偏差 (mm)条料宽度B/mm材料厚度t/mm1122335500.40.50.70.9501000.50.60.81.01001500.60.70.91.11502200.70.81.01.22203000.80.91.11.3表1.2.4条料宽度偏差 (mm)条料宽度B/mm材料厚度t/mm0.50.5112200.050.080.1020300.080.100.1530500.100.150.202.2.4 材料利用率的计算确定后排样图如下图2.3：图2.3 排样图查板材标准，宜选取8501500mm的轧制薄钢板，厚度允许偏差为。每张钢板可裁条料数为C：C=根 每张钢板能冲出的工件数目N:N=个一个步距内的材料利用率为：=材料总的利用率为： = =式中N 一张板料能冲出的工件数目A 一个工件的实际面积 一根条料宽度 板料总宽度L 条料总长度即每张板料的材料利用率为。2.3冲裁力和压力中心的计算2.3.1冲裁力在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。图2.3.1 所示为Q235钢冲裁时的冲裁力与凸模行程变化曲线，图中OA段相当于冲裁的弹性变形阶段，凸模接触材料后，载何急剧上升，当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升就缓慢下来，如 AB段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积减小，但只要材料加工硬化的影响超过受剪面积减小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相等影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中的 B点。此后，受剪面积的减少超过了加工硬化的影响，于是冲裁力下降。 凸模继续下压，材料内部的微裂纹迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图BC段所示，此为冲裁的断裂阶段。CD段压力主要是用于克服磨擦力和将材料由凹模内的料推出。通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。图 2.3.1 冲裁力与凸模行程曲线图 2.3.2 卸料力、推料力、顶件力示意图 计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、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，以适应冲裁的需求。普通平刃冲裁模，其冲裁力F一般可按下式计算： （2-1）式中F 冲裁力； 材料抗剪强度 (MPa)； L 冲裁周边总长(mm)； t 材料厚度(mm)； K 系数 ； 系数 K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素而设置的安全系数，一般取K=1.3。 表2.3.1 部分常用材料的力学性能当查不到抗剪强度时，可用抗拉强度代替，而取K1的近似计算法计算。公式为： （2-2）式中材料的抗拉强度。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紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下，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；从凹模内向上顶出制件需的力，称为顶件力 (图2.3.2)。影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验公式计算： 卸料力 （2-3）推料力 （2-4）顶件力 （2-5）式中 F冲裁力(N)； 卸料力系数，其值为见表2.3.2 (薄料取大值，厚料取小值)； 推料力系数，其值为见表2.3.2 (薄料取大值，厚料取小值)； 顶件力系数，其值为见表2.3.2 (薄料取大值，厚料取小值)； n梗塞在凹模内的制件或废料数量(nh/t); h凹模洞口的直刃口部分的高度(mm)；t材料厚度(mm)。卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。表2.3.2 卸料力、推料力、顶件力系数材料厚度t/mm钢0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03铝、铝合金0.0250.080.030.07纯铜、黄铜0.020.060.030.09注：卸料力系数，在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。2.3.2冲裁力的计算由于该冲裁件是落料、冲孔倒装复合模，只受冲裁力、卸料力、推件力，其冲裁力由公式（2-1）计算。冲裁力 冲孔力 式中L 冲裁轮廓的总长度（mm)； 板料的抗拉强度（Mpa）查下表2.3.1；t 板料厚度（mm)；C 圆周长（mm)；卸料力由公式（2-3）计算：卸料力 推件力的公式（2-4）计算：推件力 式中n=6是因为有两个孔。2.3.3 压力机公称压力的选取 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。 采用弹压卸料装置和下出件的模具时： （2-6）采用弹压卸料装置和上出件的模具时： （2-7）采用刚性卸料装置和下出件模具时： （2-8）在生产中，当压力机的吨位不足时，可采用凸模的阶梯布置(各凸模工作端面不在一个平面)；斜刃冲裁(冲孔凸模或落料凹模作成斜刃)或加热冲裁等措施以降低冲裁力。因为本次设计采用的是弹压卸料装置和下出件的模具，所以根据公式（2-6）计算压力机的公称压力：压力机的公称压力 2.3.4 压力中心的确定 冲压力合力的作用点称谓模具压力中心。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲裁模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲裁模的压力中心，可按下述原则来确定： 1.对称形状的单个冲裁件，冲裁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。2.形状复杂的零件、多孔冲裁模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲裁模压力中心。另外还可以用作图法、悬挂法等。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的座标位置O0(x0,y0)，即为所求模具的压力中心(如图2.3.4)。图 2.3.4 解析法求压力中心 a）复杂零件冲压压力中心; b）多凸模冲压压力中心计算公式为： (2-9)因冲裁力与冲裁周边长度成正比，所以式中的各冲裁力 P、P、PPn，可分别用各冲裁周边长度 L、L、LLn代替，即： (2-10)由于该零件x方向对称，如图 2.3.5所示，根据公式(2-10)计算，故压力中心x0=32.5mm 式中:L1=24mm Y1=12mmL2=60mm Y2=0mmL3=24mm Y3=12mmL4=14.5mm Y4=12mmL5=38.61mm Y5=27.97mmL6=14.5mm Y6=24mmL7=31.4mm Y7=12mmL8=31.4mm Y8=12mm计算时，忽略边缘4R2.5圆角。由以上计算可知冲裁件的压力中心的坐标为（32.5，13）。 图2.3.5 冲裁件的压力中心2.3.5压力机的选择一般情况下，设备的公称压力应大于或等于成型工艺所需力和辅助工艺力总和的1.3倍。根据总冲压力F=252.85KN,模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备，选用J23-63双柱开式可倾压力机。压力机主要参数：压力机技术规格：J2363公称压力：630KN滑块行程：120mm滑块行程及次数：70次/分最大闭合高度：360mm闭合高度调节量：90mm工作台尺寸(前后左右)：480mm710mm此压力机规定完全符合本模具所要求条件、故选用此压力机。2.3.6 降低冲裁力的措施图2.3.6减小冲裁力的设计当采用平刃冲裁压力过大时，或因现有设备无法满足冲裁需要时，可采用斜刃进行冲裁以降低冲裁力。为了能得到平整的工件，落料时斜刃做在凸模上，如图2.3.6a所示。斜刃一般做成中间凹进的形状。在冲压高强度材料、厚料和大尺寸冲压件时，需要的冲裁力较大，生产现场压力机的吨位不足时，为不影响生产，可采用一些有效措施降低冲裁力。 1.凸模的阶梯布置（如图2.3.6）凸模阶梯布置由于各凸模工作端面不在一个平面，各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而达到降低冲裁力的目的。当凸模直径有较大差异时，一般把小直径凸模做短一些，高度差H=(0.51 )t。凸模的阶梯布置会给刃磨造成一定困难，仅在小批量生产采用。图2.3.7 斜刃冲裁（a）、（b）落料凹模为斜刃；（c）、（d）、（e）冲孔凸模为斜刃；（f）用于切口或切断的单边斜刃2.斜刃冲裁（如图2.3.7）斜刃是将冲孔凸模或落料凹模的工作刃口作成斜刃，冲裁时刃口不是全部同时切入，而是逐步地将材料分离，能显著降低冲裁力，但斜刃刃口制造和刃磨都比较困难，刃口容易磨损，冲件也不够平整。为了能得到较平整的工件，落料时斜刃做在凹模上；冲孔时斜刃做在凸模上。另外，加热冲裁使金属抗剪强度降低，也能降低冲裁力。3 止动件的模具设计与标准选用由冲压工艺分析可知，采用复合冲压模具，复合冲压模具有倒装和顺装之分，倒装复合模在结构上比顺装简单，少一套排除冲孔废料的打料装置，因此优先选用倒装复合模。3.1 模具零件的分类和标准化3.1.1模具零件的分类 按模具零件的不同作用，可将其分为工艺零件和结构零件两大类。工艺零件是在完成冲压工序时，与材料或制件直接发生接触的零件；结构零件是在模具的制造和使用中起装配、安装、定位作用的零件，以及制造和使用中起导向作用的零件冷冲压模具零件的详细分类如下表：3.1.2模具标准化的意义 模具标准化，就是将模具的许多零件的形状和尺寸以及各种典型组合和典型结构按统一结构形式及尺寸，实行标准系列并组织专业化生产，以充分满足用户选用，象普通工具一样在市场上销售和选购。模具标准化还可促使模具工业的发展，促进技术交流，简化模具设计，缩短生产周期。国家标准总局制订了 GB2851287590冷冲模国家标准。该标准根据模具类型、导向方式、送料方向、凹模形状等不同，规定了十四种典型组合形式。每一种典型组合中，又规定了多种凹模周界尺寸 (长宽)以及相配合的凹模厚度、凸模高度、模架类型和尺寸及固定板、卸料板、垫板、导料板等具体尺寸，还规定了选用标准件的种类、规格、数量、位置及有关的尺寸。这样在进行模具设计时，仅设计直接与冲压件有关的部分，其余都可从标准中选取。简化了模具设计，缩短了设计周期，为模具的计算机辅助设计奠定了基础。 3.2模具工作零件的结构设计3.2.1凸模的结构设计 (一)凸模的结构形式 图3.2.2 整体式凸模图 3.2.1 镶拼式凸模图凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，图 3.2.1，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 (图3.2.2c)和台阶式(图3.2.2a、b)。直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时，成形部分常采用成型磨削。对于圆形凸模, GB286381的冷冲模标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格(图3.2.3)。设计时可按国标选择。图3.2.3 标准圆形凸模图 3.2.4 凸模长度的确定 (二)凸模长度的确定(图3.2.4) 凸模长度应根据模具结构的需要来确定。若采用固定卸料板和导料板结构时，凸模的长度应该为： Lh1h2h3（1520）mm（31) 式中：h1、h2、h3分别为凸模固定板、卸料板、导料板的厚度。1520mm为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离。 (三)凸模材料 模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用 T8A、T10A等材料；形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选 Cr12、Cr12MoV、CrWMn等制造，HRC取5862，要求高寿命、高耐磨性的凸模，可选硬质合金材料。 (四)凸模强度和刚度 在一般情况下，凸模的强度是足够的，不必进行强度计算。但是，对细长的凸模，或凸模断面尺寸较小而毛坯厚度又比较大的情况下，必须进行承压能力和抗纵向弯曲能力两方面的校验。 1凸模承载能力校核凸模最小断面承受的压应力，必须小于凸模材料强度允许的压力，即： P/Fmin 故非圆凸模 Fmin P/ (32) 对圆形凸模 dmin 4t/(33) 式中 凸模最小断面的压应力 (MPa)； P 凸模纵向总压力(N)； Fmin 凸模最小断面积()； dmin 凸模最小直径(mm)； t冲裁材料厚度(mm)； 冲裁材料抗剪强度 (MPa)； 凸模材料的许用压应力 (MPa)。 图 3.2.5 凸模的自由长度a)无导向装置的凸模、b)有导向装置的直通式凸模 、c)有导向装置的阶梯式凸模2凸模抗弯能力校核凸模冲裁时稳定性校验采用杆件受轴向压力的欧拉公式。根据模具结构的特点，可分为无导向装置和有导向装置的凸模 (图3.2.5)进行校验。对无导向装置的凸模，其受力情况相当于一端固定另一端自由的压杆，其纵向的抗弯能力可用下列公式校验：对圆形凸模 （34) 对非圆形凸模 （35)有导向装置的凸模，其不发生失稳弯曲的凸模最大长度为： 对圆形凸模 (36) 对非圆形凸模 (37)以上各式中， J为凸模最小截面的惯性距(mm)；F为凸模的冲裁力(N)；d为凸模最小直径(mm)。据上述公式可知，凸模弯曲不失稳时的最大长度 Lmax，与凸模截面尺寸、冲截力的大小、材料机械性能等因素有关。同时还受到模具精度、刃口锋利程度、制造过程、热处理等影响。为防止小凸模的折断，常采用如图 3.2.6所示的结构进行保护。 (五)凸模的护套图 3.2.6a、b是两种简单的圆形凸模护套。图a所示护套1、凸模2均用铆接固定。图b所示护套 1采用台肩固定，凸模2很短，上端有一个锥形台，以防卸料时拔出凸模，冲裁时，凸模依靠芯轴 3承受压力。c所示护套1固定在卸料板(或导板)4上，护套1与上模导板5呈H7/h6的配合，凸模 2与护套1呈H8/h8的配合。工作时护套1始终在上模导板5内滑动而不脱离(起小导柱作用，以防卸料板在水平方向摆动 )。当上模下降时，卸料弹簧压缩，凸模从护套中伸出冲孔。此结构有效地避免了卸料板的摆动和凸模工作端的弯曲，可冲厚度大于直径两倍的小孔。d是一种比较完善的凸模护套，三个等分扇形块6固定在固定板中，具有三个等分扇形槽的护套 1固定在导板4中，可在固定扇形块6内滑动，因此可使凸模在任意位置均处于三向导向与保护之中。但其结构比较复杂，制造比较困难。采用 c、d两种结构时应注意两点：一是，上模处于上止点位置时，护套 1的上端不能离开上模的导向元件(如上模导板5、扇形块6，其最小重叠部分长度不小于 35mm。其二，上模处于下止点位置时，护套1的上端不能受到碰撞。图 3.2.6 凸模护套(六)凸模的固定方式 图 3.2.7大凸模的固定平面尺寸比较大的凸模，可以直接用销钉和螺栓固定(图3.2.7)。中、小型凸模多采用台肩、吊装或铆接固定(图3.2.8)。对于有的小凸模还可以采用粘接固定(图3.2.9)。对于大型冲模中冲小孔的易损凸模，可以采用快换凸模的固定方法，以便于修理与更换，如图 3.2.10所示。图 3.2.8中小凸模的固定方式1凸模 2凸模固定板 3垫板 4防转销5吊装螺钉 6吊装横销 7上模座 图 3.2.9 凸模的粘结固定a)环氧树脂固定 ;b)低熔点合金固定;c)无机粘结剂固定图3.2.10 快换式凸模的固定方法3.2.2 凹模的结构设计(一)凹模洞口的类型常用凹模洞口类型如图 3.2.11所示，其中a)、b)、c)型为直筒式刃口凹模。其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料 (或制件)的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模和上出件的冲裁模用 a)、c)型下出件的用b)或a)型。d)、e)型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大 (如30时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm)。 凹模锥角、后角和洞口高度 h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取1530、 23、h410mm。图 3.2.11 凹模洞口的类型图 3.2.12 凹模外形尺寸(二)凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形与圆形两种。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 3.2.12所示。凹模厚度HKb(15mm) (38) 凹模壁厚 c(1.52)H (3040mm) (39) 表 3.2.1 系数K值b材料厚度t 0.512330.30.20.150.10.350.220.180.120.420.280.20.150.50.350.240.180.60.420.30.22式中b冲裁件的最大外形尺寸； K系数，考虑板料厚度的影响，查表3.2.1根据凹模壁厚即可算出其相应凹模外形尺寸的长和宽，然后可在冷冲模国家标准手册中选取标准值。 (三)凹模的固定方法和主要技术要求 凹模一般采用螺钉和销钉固定。螺钉和销钉的数量、规格及它们的位置应可根据凹模的大小，可在标准的典型组合中查得。位置可根据结构需要作适当调整。螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸，应满足有关要求。 凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行。型孔的表面有粗糙度的要求 Ra0.80.4m。凹模材料选择与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模。3.2.3主要工作零件的尺寸计算本模具有落料、冲孔两道工序，落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配作；冲孔部分冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配作。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配作。模具刃口尺寸计算见表3.2.2表3.2.2刃口尺寸计算基本尺寸及分类冲裁间隙Z磨损系数x计算公式制造公差计算结果及说明落料凹模制造精度为IT14级,故x=0.5相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证双面间隙在0.2460.36之间同上同上相应凸模尺寸按凹模尺寸配作,保证单面间隙在0.1230.18之间同上冲孔凸模同上同上相应凹模尺寸按凸模尺寸配作,保证双面间隙在0.2460.36之间孔边距同上制造精度为IT11级,故x=0.75同上孔心距同上x=0.5落料凹模板尺寸凹模板厚度：凹模边壁厚： 实取c=30mm凹模板边长：查国家标准JB/T6743.1-94：凹模板宽B=125mm故确定凹模板外形尺寸为：12512518(mm)。将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后实取为：12512514(mm)。凸凹模尺寸凸凹模长度：其中：凸凹模固定板厚度；弹性厚度；增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等）；凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm，根据强度要求查冲压模具设计与制造表2.9.6知,该壁厚为4.9mm即可,故该凸凹模侧壁强度足够。冲孔凸模长度凸模长度：其中：凸模固定板厚度；空心垫板厚度；凹模板厚度；凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。具体结构参见图纸。3.3 定位零件的设计为保证出外形完整的合格零件。毛坯在模具中应该有正确的位置，称谓定位。定位应符合六点定位原则。正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。 该模具冲裁用的是条料，控制条料的送进方向采用无侧压装置。控制条料的送进步距，采用挡料销定距。同时接触两个导料销和一个挡料销来进行精确定位。从凹模强度考虑，采用弹顶式导料销。为了便于送料且有利于防止条料偏斜，将两个图3.2.13 定位装置导料销的位置适当地相对中心距进行扩大，且又考虑到工作人员的安全操作，将两个导料销置于近人的一侧。挡料销选用固定挡料销，将其设置在凹模型孔出料一侧，利于落料以后的废料孔进行挡料，控制送料进距。如图3.2.13所示。3.3.1挡料销国标中常见的挡料销有三种形式。固定挡料销 (图3.3.1)活动挡料销(图3.3.2)和始用挡料销(图3.3.3)。固定挡料销安装在凹模上，用来控制条料的进距。特点是结构简单，制造方便。由于安装在凹模上，安装孔可造成凹模强度的削弱。常用的有圆形和钩形挡料销。活动挡料销常用于倒装复合模中。始用挡料销用于级进模中开始定位图3.3.1 固定挡料销图3.3.2 活动挡料销1簧片(或弹簧) 2始用档块 3导料板 4固定卸料板图 3.3.3始用挡料装置3.3.2导料销 导料销通常与挡料销配合使用在级进模中，以减小定位误差，保证孔与外形的相对位置尺寸要求。当零件上有适宜于导料销导正用的孔时，导料销固定在落料凸模上。按其固定方法可分为如图 3.3.4所示的六种。图 a)、b)、c)用于直径小于10mm的孔导正；图d)用于直径为1030mm的孔；图e)用于直径为 2050mm的孔。为了便于装卸，对小的导料销也可采用图 f所示的结构，其更换十分方便。当零件上没有适宜于导料销导正用的孔时，对于工步数较多、零件精度要求较高的级进模，应在条料两侧的空位处设置工艺孔，以供导料销导正条料用。此时，导料销固定在凸模固定板上或弹压卸料板上，图 3.3.5所示。 图 3.3.4 导正销在凸模上的固定形式 图 3.3.5 固定在凸模固定板上的导正销1上模座 2凸模固定板 3卸料板 4导正销 5弹簧 6螺塞 7顶销图3.3.6 挡料销的位置当导料销与挡料销配合使用时，其相互位置如图 3.3.6所示。如按图 a)所示方式定位，其挡料销的位置尺寸可按下式计算：L = A - DP/2 + D/2 + 0.1 = A - (DP - D)/2 + 0.1如按图 b)所示方式定位，其挡料销的位置尺寸可按下式计算：L= A + DP/2 -D/2 -0.1 = A + (DP - D)/2 - 0.1 式中A步距(mm)；Dp落料凸模直径(mm)；D挡料销头部直径(mm)；L、L挡料销轴心与落料凸模轴心距(mm)。3.3.3定位板和定位钉 定位板和定位钉是作为单个毛坯的定位装置，以保证前后工序相对位置精度或对工件内孔与外轮廓的位置精度的要求。图 3.3.6a)所示为毛坯外轮廓定位，图3.3.6b)所示为毛坯内孔定位。 图 3.3.6 定位板和定位钉a)外轮廓定位 b)孔定位3.3.5送料方向的控制 条料的送料方向是条料靠着一侧的导料板，沿着设计的送料方向导向送进。标准的导料板结构见国标 (GB2865.181)。而采用导料销时，要选用两个。导料销的结构与挡料销相同。为了保证送料精度，使条料紧靠一侧的导料板送进，可采用侧压装置。图 3.3.7所示为常用的几种结构。簧片式用于料厚小于1mm，侧压力要求不大的情况。弹簧压块式和弹簧板式用于侧压力较大的场合。弹簧压板式侧压力均匀，它安装在进料口，常用于侧刃定距的级进模。簧片式和弹簧压块式使用时，一般设置 23个。图3.3.7侧压装置a)弹簧侧压块式；b)簧片式；c) 簧片侧压块式 d) 弹簧压板式3.4卸料与推件装置的设计 为了保证冲裁的连续进行，还要设计卸料和推件装置。因为本模具是倒装模具，工件所用条料厚度为2mm，相对较薄，卸料力较小，故采用弹压卸料装置，逆出件的方式生产。弹压卸料装置主要有卸料板、卸料镙钉与弹性元件组成。由于本模具采用弹压卸料装置，对于无精确导向的普通模具，应取台阶宽度，台阶高度取，式中的h为卸料板厚度，t为板料厚度，所以尺寸为安全尺寸。弹压卸料板的型孔与凸模应有适当的间隙，为了满足卸料要求，只要单边间隙小于板厚就可以了。为了提高压料效果，又对间隙值进行了适当的放小，型孔与凸模之间的双边间隙可取0.10.3mm，为了卸料可靠装配模具时弹压卸料板的压料面积