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一种汽车后备轮车架加固板成型工艺及其模具设计【含CAD图纸、说明书】
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本科生毕业设计题 目 一种汽车后备轮车架加固板成型工艺及其模具设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导老师 年 3 月 8 日一种汽车后备轮车架加固板成型工艺及其模具设计目 录摘要IIIABSTRACTIV1 绪论12 冲压工艺设计和冲压力的计算32.1冲压件（汽车备轮架加固板）简介32.2冲压工艺分析和工艺方案分析42.3工件的毛坯尺寸计算42.4确定其搭边值52.5确定排样图52.6计算各工序冲压力62.7本章小结83 落料、冲孔复合模的设计83.1模具零件刃口尺寸计算83.2冲模工作零件的设计与计算113.3本章小结144 模具结构零件设计154.1确定模具的结构形式154.2冲模零件的设计164.3螺钉的选择214.4上下模板（模座）214.5本章小结225 设备的选择235.1模具的压力中心235.2模具闭合高度的确定245.3压力机的选取255.4本章小结26结 论27参考文献28致谢29II一种汽车后备轮车架加固板成型工艺及其模具设计中文摘要及关键词摘 要：在这次设计中根据所给题目的要求，首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择加工方案。由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用,使得模具行业的产值已经大大超过机床刀具工业的产值.这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中,在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中,越多越多地采用模具来进行生产,模具工业明显地成为技术 经济和国力发展的关键.因此,要使国民经济各个部门获得高速发展,加速实现社会主义四个现代化,就必须尽快将模具工业搞上去,使模具生产形成一个独立的工业部门,从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键的作用. 本设计汽车后备轮加固板零件冲压模具，凸凹模安装在模具下模座上。倒装复合模废料清理无须二次清理，操作方便安全，生产效率较高。复合模与弯曲模的设计过程大致相似，复合模较弯曲模结构更为复杂。设计上主要是对凸模、凹模的设计，其中主要是其工作部分的尺寸设计，以保证制件的精度和质量要求。关键词：模具 冲裁件 凸模 凹模 英文摘要及关键词Abstract：In this design according to the requirements of the topic, firstly, stamping parts are analyzed, the dimensional accuracy of the parts of the analysis that the general accuracy of the mould can meet the requirements of precision parts, from the shape, dimension and mass production situation, selection and processing scheme. Due to the importance of the mold industry, mold forming technology has been widely used in various industrial sectors, so that the mold industry output value has been greatly exceeded the machine tool industry output value. This fully explained in the process of national economy vigorous development, in the fierce competition for each industrial developed countries on the world market, more and more using mold for production, key technology and national economic development has become the mold industry obviously.Therefore, to make each department of national economic high speed development, accelerate the realization of the four modernizations of socialism, we must mold industrial make up as soon as possible, so that the mold production formed an independent industrial sector, so as to give full play to the key role of mold industry in the national economy. The design of bending plate stamping bracket parts of the die, punch and die installed in the mould of the lower mould seat. Flip composite modulus waste disposal, without two clean, convenient and safe operation, high production efficiency. The design process of compound die and bending die compound die is similar, the bending die structure is more complex. The design is mainly the design of the punch, concave die and punch and die, which is mainly designed dimension of the part of the work, to ensure the precision and quality requirements.Keywords: Molding;Blanking piece;Punch;Die punchIV1 绪论1.1 模具的作用近年来,由于模具技术的迅速发展, 模具设计与制造已成为一个行业越来越来引起人们的重视.模具是现代工业生产中重要的工艺装备,他在各种生产行业,特别是冲压和塑料成形加工中,应用极为广泛.我国模具工业总产值中,冲压模具的产值约为50.现代模具技术的发展,在很大程度上依赖于模具标准化的程度,优质模具材料的研究,先进的模具设计和制造技术,专用的机床设备及高水平的生产技术管理等等,但其中模具设计是至关重要的一个方面。 利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段,它对于保证制品质量,缩短试制周期,进而争先进入市场,以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义.因此德国把模具成为”金属加工中的帝王”,把模具工业视为”关键 工业”,美国把模具成为”美国工业的基石”,把模具工业视为”不 可估量其力量的工业”,日本把模具说成”促进社会富裕繁荣的动力”把模具工业视为”整个工业发展的秘密”。由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用,使得模具行业的产值已经大大超过机床刀具工业的产值.这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中,在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中,越多越多地采用模具来进行生产,模具工业明显地成为技术 经济和国力发展的关键。从我国的情况来看,不少工业产品质量上不 去,新产品开发不出来,老产品更新速度慢,能源消耗指标高,材料消耗量大,这些都与我国模具生产技术落后,没有一个强大的 先进的模具工业密切相关。因此,要使国民经济各个部门获得高速发展,加速实现社会主义四个现代化,就必须尽快将模具工业搞上去,使模具生产形成一个独立的工业部门,从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键的作用。1.2 冲压技术的特点冲压生产靠模具和压力机完成加工过程,与其他机械加工方法相比,其在技术和经济方面有如下特点:冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化和自动化.普通压力机每分钟可以生产十几个零件,高速压力机每分钟可生产几百甚至上千件零件.所以它是一种高效率的加工方法。冲压件的尺寸精度由模具来保证,所以质量稳定,互换性好。冲压可加工出尺寸范围较大 形状较复杂的零件,小到仪表零件,大到汽车覆盖件,还可获得其他加工方法难以制造的壁薄 、 质量轻、 刚性好 、 表面质量高 、 形状复杂的零件。冲压加工一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样,需大量切削金属,所以它不但节能,而且节约金属,故冲压件的成本较低。由于冲压工艺具有上述突出的特点,因此在国民经济各个领域广泛应用.例如,航空航天、机械、电子通信 、交通 、兵器 、日用电器及轻工等产业都有冲压加工,不但在工业生产中广泛才用冲压工艺,而且可以说每个人每天都直接与冲压产品发生联系。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 越来越多地才用冲压加工方法加工零件部件,如汽车 、农机、仪表 、仪器 、电子、航空 、航天 、军工 、家电及轻工等行业.在这些工业部门中,冲压件所占比例相当大,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,现在大多也被质量轻 刚度好的冲压件所代替.因此可以说,如果生产中不广泛才用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量 、 降低生产成本 、快速进行产品更新换代是难以实现的。322 冲压工艺设计和冲压力的计算2.1冲压件（汽车备轮架加固板）简介备轮架加固板（如图2.1所示）的主要作用是增加汽车备轮架强度。1）备轮架加固板的特性如下： 外形简单。结构简单，形状规则对称。备轮架加固板造价低，适于批量生产。2）产品加工材料的选择根据上述介绍，选取工件的材料及特性如下：选取材料为：SPCCSB（冷轧板），选用08此种钢材广泛用于汽车制造业。材料的其它特性见表1：表2-1 SPCCSB材料的特性材料名称牌号状态抗剪强度/MPa抗拉强度1/MPa伸长率（%）优质碳素结构钢08已退火26036033045032图2-1 工件图2.2冲压工艺分析和工艺方案分析2.2.1冲压的工艺分析零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件。1） 工件的外形及内形分布均匀，无尖锐的角，符合冲裁要求。2） 孔边距a1.5（圆孔=1.5），符合冲裁要求。3） 工件无细长的旋臂与窄槽，模具结构简单，适合冲裁。4） 材料为优质碳素结构钢，是常用的冲裁材料，具有良好的冲裁性能。工件尺寸属于装配要求精确尺寸，此尺寸可定为加工尺寸。7）成型件的尺寸要求不高，表面粗糙度要求不大，变形量很小，不会引起破裂，在成形过程中无需增加预成型工艺，可以一次成型。综上所述，此工件适宜冲裁。2.2.2冲压工艺方案的确定经过对冲压件（备轮架加固板）的工艺分析后，结合产品图进行必要的工艺计算，并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序和工序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压分析方案。1）冲压的几种方案（1）落料、冲孔、单工序模具生产。（2）落料、冲孔复合模模具生产。（3）落料、冲孔连续进行采用级进模生产。方案一：结构简单，需要三道工序，三套模具才能完成工件的加工，成本高。方案二：加工工序减少，节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，提高了劳动生产率。方案三：在方案二的基础上加大了制造成本，既不经济又不实惠。一个工件往往需要经过多道工序才能完成，编制工序方案时必须考虑两种情况：单工序模分散冲压或工序组合采用复合模连续冲压，这主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素。通过产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作安全以及经济效益等方面的综合分析，比较决定采用方案二。即：落料、冲孔成品。2）各加工工序次数的确定根据工件的形状和尺寸及极限变形程度可进行以下决定：落料、冲孔一次成型，2.3工件的毛坯尺寸计算由于工件主要成型的工序是落料、冲孔,工件变形量不是很大，可以直接落下工件的实际尺寸，根据冲模设计手册可知毛坯尺寸计算如下：毛坯的长度：L=150+1062=362mmL1=106mmL2=150mmL3=106mm毛坯的宽度：B=48+143+65=256mmB1=48mmB2=143mmB3=65mm2.4确定其搭边值考虑到成型范围，应考虑以下因素：1） 料的机械性能 软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。2）冲件的形状尺寸 冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。3）材料的厚度 厚材料的搭边值要大一些。4）材料及挡料方式 用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距的搭边值要小一些。5） 卸料方式 弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。综上所述，根据冲模设计手册确定其搭边值：工件侧面搭边值：a=4.0mm条料宽度：B=L+2a=256+24=264mm2.5确定排样图2.5.1利用率的计算一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数称为材料利用率。由于板料冲裁时板厚时一定的，所以材料利用率可用面积之比，即一段条料的有效面积与这段条料的面积之比，来代替重量之比。同一个工件，排样不同时，材料利用率也会不同，材料利用率越高越省料，因此，材料利用率是判断排样是否经济的重要参数，以下便通过计算材料利用率来判断所用排样方法是否合理。本零件使用条料坯料，准确的材料利用率应考虑导料头、料尾的材料消耗，按下式计算整条料的材料利用率： 公式 (2.1)式中 K 材料利用率（%）； n 条料上生产的冲件数； a 每一冲件的面积（mm2）； A0 条料面积（mm2）。根据以上数据，确定两工件间的搭边值：a1=4mm；工件侧面搭边值：a2=5mm。a=256362-(48+191)73/22-15043-15072-28522-(142)2-(5.52)2-(5.52)- (10.52)=72793.45272794mmn=(1500-4)/372 =4.02；取n=4K=(195906.363)/(3701000)100=71.05。2.5.2确定排样图图2-2 排样图2.6计算各工序冲压力1）冲裁力为了合理设计模具和正确选用压力机，就必须计算冲裁力。计算公式如下： 公式 （2）式中 P0 冲裁力（N）； 材料抗剪强度（MPa）； L 材料轮廓长度（mm）； t 材料厚度（mm）。本次设计中，工件的轮廓长度：L1=106+72+150+72+106+165+163.33+48+33.5+43+150+43+33.5+48+163.33+65+65=1361.66mm；L2=112+21+282+524=311.62mm；L=L1+L2=1361.66+311.62=1673.28mm；已知t=4.0mm，则 P0=3001673.284.0=2007936(N)；则 P=1.3P0=1.32007936=2610316.8（N）2611KN2）卸料力卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。卸料力的计算公式如下： 公式 （3）式中Px卸料力（KN）；Kx卸料力系数，查表取0.04； P冲裁力（KN）。则 Px=0.042611=104.44KN。3）推料力顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力，一般叫做推料力。推料力的计算公式如下： 公式 （4）式中 PT推料力（KN）； KT推料力系数，查表取0.045； n 卡在凹模里的料的个数n=h/t，其中，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm）；t为料厚（mm）；PT=0.0452611=117.5KN4）顶料力逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力一般叫做顶料力。顶料力的计算公式如下： 公式 （5）式中 PD顶料力（KN）； KD顶料力系数，查表取0.05；PD=0.052611=130.55KN，则根据式2.6得出，总的冲压工艺力为： 公式 （6）F=2611+104.44+117.5+130.55=2833.5KN则落料、冲孔复合模选择冲床时的总压力为F总=1.3F=3116.85KN。2.7本章小结本章介绍了冲压件（备轮架加固板）的主要特征，通过对其分析确定合适的冲压方案：即落料、冲孔复合模。根据零件尺寸确定毛坯尺寸和形状，从而确定其搭边植，绘制出排样图。通过毛坯尺寸计算各工序的冲压力，为冲压设备的选择打好基础。3 落料、冲孔复合模的设计3.1模具零件刃口尺寸计算3.1.1尺寸计算原则刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。生产实践中存在如下问题：1）由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的，且落料大端尺寸等与凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。3）冲裁时，凸凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙愈用愈大。由此，在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，应考虑：1）落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凹模上。2）设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。凸凹模间隙择取最小合理间隙值。3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。根据以上原则：落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制。由于此工件属薄板料的冲裁件，因此采用凸凹模配合加工。3.1.2模具间隙的选择模具间隙是指凸凹模刃口间缝隙的距离，用C表示，俗称单面间隙。双面间隙用Z表示。弯曲V形工件时，凸、凹模间隙是靠调整压力机闭合高度来控制的，不需要在模具结构上确定间隙。以下为落料、冲孔复合模间隙的确定：1）冲裁间隙对冲裁件质量的影响冲裁件质量是指切断面质量，尺寸精度及形状误差。切断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷。零件表面应尽量可能平整，即穹弯小。尺寸应保证不超过图纸规定的公差范围。当把凸、凹模间隙值控制在一定范围内时，冲件比较平直、光洁、毛刺很小，且所需冲裁力小。间隙过小时，在断面出现挤长的毛刺。间隙过大时，材料的弯曲与拉深增大，材料易破裂，致使制件光亮带减小，塌角与断裂斜度都增大，毛刺大而厚。2）间隙对冲裁力的影响当间隙小于合理间隙时，不仅冲裁力增大，而且剪切力减小。3）间隙对模具寿命的影响为了提高模具的寿命，一般采用较大的间隙。若采用小间隙，就必须提高模具硬度与模具制造光洁度、精度，改善润滑条件，以减小磨损。4）凸、凹模间隙的确定根据以上条件综合确定：间隙选择：选择型，间隙适中，R减小，正常，拉毛正常。则根据冲模设计手册，落料、冲孔复合模刃口始用间隙为：2Cmax=0.58mm，2Cmin=0.5mm 1/2Zmax=0.22mm，1/2Zmin=0.16mm3.1.3尺寸分类工件毛坯尺寸如图2.2所示，将工件尺寸进行分类如下：1）外形尺寸A类：刃磨后凹模尺寸两边增大的，把产品零件图尺寸化成A0-，为工件公差；106=1060-0.87mm65=650-0.74mm48=480-0.62mm33.5=33.50-0.62mm2）内形尺寸B类：刃磨后凹模尺寸两边减小的，把产品零件图尺寸化成E+0 150=1500+1mm 11=110+0.43mm21=210+0.52mm 52=520+0.74mm 14=140+0.43mm3）中心距尺寸C类：该尺寸与刃磨无关，把产品零件图化成L/272=720.37mm43=430.31mm3.1.4凸、凹模尺寸计算孔11=110+0.43mm、21=210+52mm、14=140+0.43mm、52=1500+0.74mm的圆形凸模和凹模分开加工，其余尺寸配合加工，先做凸模，配做凹模，用复合模冲工件，落料凹模刃壁垂直。1）分开加工的尺寸先计算分开加工的尺寸：E0+=110+0.43mm根据模具设计手册查表得：当t=4.0mm时，2Cmax=0.58mm，2Cmin=0.5mm即 1/2Zmax=0.22mm，1/2Zmin=0.16mm查模具设计手册得需满足以下两式：0.4（2Cmax-2Cmin）即0.032mm-Ms =0.2mm；查表取Ms=0.05mm,即0.15mm比较0.032mm与0.15mm，取=0.032mm=0.58-0.0.5-0.032=0.058mm 公式 （7）其中，E=11，N7查表按=0.43，=0.064mm得N7=0.145mm,因Ms=0.05mm，查表得N2=0.015。故 dE =11+0.145+0.015=11.16mm 公式 （8）=11.16+0.22=11.38mm。故凸模为11.380-0.032，凹模为11.380+0.058。依次类推可得：E1+=210+0.52mm时，凸模为21.380-0.032，凹模为21.380+0.058E2+=520+0.74mm时，凸模为52.380-0.032，凹模为52.380+0.058E3+=140+0.43mm时，凸模为14.380-0.032，凹模为14.380+0.0582）配合加工尺寸配合加工的尺寸计算如下：孔类尺寸3.2冲模工作零件的设计与计算3.2.1凸模的计算和校核1）凸模的结构形式落料、冲孔复合模的冲孔凸模选用带台肩的凸模，此凸模与固定板紧配合，上端带台肩，以防拉下，基本形状如图3.1所示：2）凸模的长度计算根据模具的具体结构形式，冲孔凸模固定板厚度h1=32mm；落料凹模厚度取h2=66mm；凸模进入凹模的深度为1mm。则冲孔凸模总长为：L= h1+ h2+1=20+28+1=98mm。则根据模具设计大典，落料、冲孔模凸模选择圆凸模A1198-T10A、A2198-T10A，代号为JB/T 8057-1995。 图3-1 凸模图3）凸模强度校核凸模长度确定后，为防止纵向失稳和折断，应进行凸模承压能力和抗弯能力的校核。冲裁时凸模所受的应力，有平均压应力和刃口的接触应力k两种。孔径大于冲件材料厚度时，接触应力大于平均压应力，因而强度核算的条件是接触应力小于或等于凸模材料的许用应力，孔径小于或等于冲件材料厚度时，强度核算条件可以是平均压应力小于或等于凸模材料的许用应力。本次设计中，凸模材料选取T10A，HRC5660。本次凸模校核采用以下公式进行校核： 公式 （9）式中 t 冲件材料的厚度（mm）；dmin 圆形凸模最小截面的直径（mm）；凸模最小断面的压应力（MPa）；凸模材料许用压应力，对于常用合金模具钢，可取18002200MPa。则=4（4.0/11）300=436.36MPa200150mm），冲件料厚（1.53mm），经查表取壁厚为35mm。则凸模长L=98+235=168mm；宽B=75+235=145mm。则凹模外形尺寸为LBh=16814548对照矩形落料凹模外形尺寸表，将上述尺寸改为500mm400mm72mm。3.2.3凸凹模的计算和校核凸凹模存在于复合模中，在本次设计中，它既是冲孔凹模，又是落料凸模，它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定冲裁件的尺寸，不像凹模那样可以将外缘轮廓尺寸扩大，所以从强度考虑，壁厚受最小值限制。凸凹模的最小壁厚受冲模结构影响。凸凹模装于上模（正装复合模）时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小一些；凸凹模装于下模（倒装复合模）时，如果是柱形孔口，则内孔积存废料，胀力大，最小壁厚要大一些。作为冲孔凹模时，选为柱形孔口锥形凹模，刃口强度高，修磨后孔口尺寸不变，但在孔口内可能积存工件和废料，增加冲裁力和孔壁的磨损，磨损后每次的修磨量较大，凹模的总寿命较低，这种型式的凹模适用于形状复杂、精度要求较高的工件的冲裁。其通过2个沉头螺钉，紧固在凸凹模固定板上，以保证卸料时凸凹模的稳定及下次冲压时的精度。其结构形式如下图3-2所示：图3-2 凹凸模结构图根据模具设计与制造，查表得：。其材料为Cr12,热处理硬度为HRC5862,根据经验，选取凸凹模的厚度为104mm。3.3本章小结本章论述了落料、冲孔复合模刃口尺寸的计算。主要是冲孔凸模、落料凹模和凸凹模的刃口尺寸。通过科学计算进行强度校核，以保证冲压件的精度。4 模具结构零件设计4.1确定模具的结构形式根据冲压工艺过程选定的模具类型，此次工艺选取的是落料冲孔复合模，压弯模具的结构形式。确定模具形式时综合考虑冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及冲压设备与制模条件，操作方便与安全的前提下，应解决模具的正、倒装结构选择和定位、卸料、导向方式的选择等。4.1.1正、倒装结构的选择复合模的结构特点主要表现在具有复合形式的凸凹模，它既起落料凸模作用，又起冲孔凹模的作用。当凸凹模装在下模，落料凹模装在上模，成为倒装复合模。反之称为正装复合模。本次设计的落料、冲孔复合模就采用倒装复合模的结构。这种结构冲孔废料由凸凹模孔下漏出，结构简单，操作方便。4.1.2定位方式的选择为保证冲压质量和稳定冲压生产过程，冲压用毛坯（条料、带料、单个毛坯等）在模具中必须具有正确的位置。因此，定位方式的选择，是模具结构设计的重要内容。根据毛坯的形状、尺寸和模具结构的不同，可用不同的定位方式，各种定位方式应满足以下要求：保证定位的可靠性定位至少应有三个支承点（通常采用支承面），两个导向点及一个定程点，定位的支承点及导向点之间应有足够的距离，以保证毛坯定位稳定。保证操作的稳定性若条料从右到左送进时，导向点应设在右侧；若条料从前向后送进时，导向点应设在左侧。保证定位的精确性多工序联合冲压时，应有初始定位和最终定位位置。保证定位基准的准确性多道工序在多副模具上冲压时，应力求前后工序的定位基准一致，这有利于冲压质量和模具的设计与制造。根据定位零件的功能不同，常见的定位方式有以下几种：1）条料在模具中的定位方式，控制条料的送进距离。零件包括挡料销、定距侧刃、导正销。挡料销又分为固定式、活动式和初始挡料销三种，可用于各种类型的模具。定距侧刃和导正销多用于级进模，分别起初始定位和精确定位的作用。2）控制条料的送进方向。定位零件包括导料板、侧压板。导料板可用于各种模具，有时也可用两个导料销代替。侧压板常用于级进模，以保证条料沿着导料板基准面送进。4.1.3卸料、出件方式的选择在确定模具结构形式时，必须选择确定其卸料、出件的方式。模具的卸料方式包括刚性卸料、弹性卸料和废料切刀卸料三种，出件方式包括刚性推件和弹性推件两种。选择卸料出件方式时，应综合考虑模具类型、工件质量要求及操作方便等因素，以使模具结构简单，工件安全可靠。根据上述原则采用弹性卸料和弹性推件方式。4.1.4导向方式的选择一般来说，对于单工序模的弯曲模、拉深模以及其他简单成型模，由于凸凹模的单边间隙较大，压力机滑块导轨的导向精度一般能满足凸凹模对中的要求，故各类模具大都不采用导向装置。对于生产批量较小，工件精度较低，冲裁厚料的单工序模，也不考虑导向装置。但因冲裁间隙较小，故对压力机滑块导轨的导向精度要求精度较高。无导向模的主要优点是加工制造简单，模具成本低。缺点是模具在压力机上的安装调整不方便，且模具寿命和工件的质量不如有导向的模具高。对于复合模、级进模和工件质量要求较高或生产批量要求较大的模具，均采用导向装置。模具的导向方式主要分为滑动导柱导套、滚动导柱导套和导板导向三种。4.2冲模零件的设计4.2.1导向零件的设计导向零件用来保证上模相对于下模的正确运动，其导向方式主要为滑动式导柱导套、滚动式导柱导套和导板导向三种。本次设计中模具选择滑动式导柱导套。1）安装尺寸要求导柱直径一般在1660mm之间，长度在90320mm之间。选择导柱时应考虑到模具的闭合高度要求。即在模具处于最低工作位置时，导柱上端面与上模板之间的距离不能小于1015mm之间，以保证凸凹模多次刃磨而使模具闭合高度变小时，导柱也不会影响正常工作，导柱下端面与下模板下端面的距离一般取23mm，以保证下模板在压力机工作台上安装和固定。导套上端面与上模板的上平面的距离应大于3mm.根据上述原则，本次设计的落料、冲孔复合模采用滑动导柱导套导向方式。如图4-1、4-2所示。落料、冲孔复合模采用：A型导柱 50350 GB/T2861A型导套 5015863 GB/T2861 图4-1 导柱 图4-2 导套2）尺寸配合要求导柱导套分别压入下模板和上模板的安装孔中，一般采用过盈配合H7/r6。导柱与导套之间采用间隙配合H7/h6或H6/h5。其配合精度主要取决于冲压件工序性质，冲压件的精度以及模具寿命等要求。对于一般模具，通常取间隙配合H7/h6。对于冲裁件间隙较小（小于0.03mm）的模具，或者结构复杂的模具，级进模，或者要求寿命较长的硬质合金模，应选用间隙配合H6/h5。3）材料及热处理要求导柱、导套一般选用20号钢制造，为了满足其配合表面的硬度，耐磨性及一定韧性的要求，应进行表面的渗碳处理，渗碳层深度为0.81.2mm，渗碳后的淬火硬度为5862HRC。配合表面粗糙度应不大于0.8m。4.2.2卸料装置1）卸料板尺寸合理的卸料板结构形式是模具能否正常工作的重要环节之一。卸料板除了进行卸料外,在某些结构的模具中还起到保护凸模的重要作用,选用时要根据凹模周界以及模具的具体结构形式进行选择。 2）卸料螺钉的结构形式在本次设计中，卸料螺钉采用圆柱头内六角卸料螺钉，查阅模具设计大典（第619页）选取的卸料螺钉为M12和M16两种，如图4-3所示，材料为45钢，热处理硬度为3540HRC。3）卸料螺钉的尺寸根据以上，选取卸料螺钉为：M12137 GB/T3098.3M16146 GB/T3098.3图4-3 圆柱头没六角卸料螺钉4.2.3承料装置承料板的作用是扩大冲压材料受承托的部分，以便于送进。本次设计中采用了承料装置，用以保证送料时定位的精度。通过一个螺栓固定在橡胶上。其具体尺寸为：50040032，材料为Q235。4.2.4挡料和导正装置挡料装置对人工送料提供进给量的依据。当材料与挡料装置的定位面（边）接触时，即停止进给。在材料需要于模具内更精密定位时，应采用导正销将材料导正。导正销不仅可用于人工送料，也能用于自动送料。挡料装置在单工序落料或复合模中，主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。根据模具的结构形式，本次设计的落料、冲孔复合模中，当模具闭合后不允许挡料销的顶端高出材料，所以此套模具中采用活动挡料销。其结构形式如图4.4所示，它利用压缩弹簧上下活动，广泛应用于复合模中。根据上述原则，查阅模具设计大典，确定落料、冲孔复合模中采用导正销和挡料销。选择技术条件按JB/T7653-1994的规定，分别为：挡料销 1016 JB/T 7649.5，材料为45钢；导料销 1016 JB/T 7649.5，材料为45钢。图4-4 挡料装置4.2.5定位装置定位装置保证工序件进行后续冲压时，在模具内占有正确的位置，常用的定位装置有定位销和定位板两类。定位销沿工件外形布置。根据模具结构需要，采用销对垫板、凸凹模固定板进行定位，查阅模具设计大典，选择销16114 GB/T 119.1。如图4.5所示。图4-5 销4.2.6出件装根据模具的结构，出件装置选择弹性卸料。1）高度计算在落料、冲孔复合模中下模和上模均采用此种卸料方式，选择的弹性体为：聚氨酯弹性体 6016.540 JB/T7650.9-1995；根据模具结构，落料、冲孔复合模的上、下模选取高为40mm的聚氨酯弹性体。2）受力计算橡胶受压时应力和应变的关系，也可用弹性模量表示，即 公式 （12）式中 E弹性模量（MPa）； P压力（N）； F承压面积（cm2）；压缩应变（%）。但是橡胶的弹性模量，不是一个常数，而是随材料牌号、应变量和形状系数K而变化。形状系数是橡胶承压面积和自由膨胀表面积的比值。对于外径为D、内径d、高h的空心圆柱体，其形状系数为 公式 （13）则经过计算得出=0.271825，查表取弹性模量为48MPa。承压面积F=26.13 cm2，压缩应变=25%。则压力P=1004826.1325=383497（N）。4.2.7固定板固定板分为圆形固定板和矩形固定板两种，在本次设计中选择的均为矩形固定板。应用于凸模结构，设计时应注意以下几点：1）凸模固定板的厚度一般选取凹模厚度的0.6至0.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉和销钉的位置。2）固定板的上下表面应磨平，并与凸模安装孔的孔轴线垂直，固定板基准面的粗糙度为1.6至0.8m。3）凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/r6，压装后端面要磨平。4）固定板材料一般采用Q235或45钢，无须热处理淬硬。在本次设计中：凸模固定板选择500mm400 mm32 mm；凸凹模固定板选择500mm400 mm32 mm。4.2.8垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模板所受的单位压力，防止模板被局部压陷。模具中最为常见的是凸模垫板，它被装于凸模固定板和模板之间，模具中是否加装垫板，要根据模板所受的压力大小进行判断，模板所受的单位压力计算公式是： 公式 (14)式中 模板承受的压应力（MPa）；F冲裁力（N）；A凸模固定端面积（mm2）；模板材料的许用压力（MPa）；对于HT250，=90至140 MPa,对于ZG310570，=110至150 MPa。当时，必须使用垫板。垫板的外形尺寸可以与固定板相同，其厚度一般取310mm。垫板材料为45钢或T8A钢，淬火硬度为43至48HRC。垫板的上下表面应磨平，表面粗糙度Ra为1.6至0.8m，以保证平行度要求。本次设计的垫板选取厚度为20mm，材料为T8A的矩形垫板。4.2.9模柄在本次设计中采用的模柄为凸缘模柄，材料为Q235，技术条件按照JB/T 7646-1994的规定，选用B型模柄，代号为B76136 JB/T 7646.31994。4.3螺钉的选择紧固螺钉选择的为内六角圆柱螺钉，螺纹规格为d=M12和M16,性能等级为8.8级，表面氧化的A级内六角圆柱头螺钉，代号为GB/T 70.1。在本次设计中，选用的螺钉标准件有M12、M16两种。如图4-6所示。 图4-6 内六角圆柱头螺钉4.4上下模板（模座）上下模板用于安装固定模具的全部主要零件，起着支撑和传递冲压力的作用。模板可带导柱和不带导柱两种，带导柱的模板已标准化，设计时，选取标准模架。模架分为很多种，有对角式模架、四导柱模架、后侧导柱模架等等。对角式模架，其特点是导柱与模具中心对称而对角布置，因此受力平衡，有利于延长模具寿命，该模架从两个方向送料，操作较方便。但因受导柱间距离的限制，使用条料冲压时条料宽度不能太大，故常用于级进模和复合模，是生产中用的较多的一种。中间导柱模架，导柱布置在模板中部两侧，受力平衡，拔模方便，运动平稳。导向精度高，其凹模面积是导套间的有效区域，仅适用于横向送料。适用的模具凹模周界的范围是6350mm2至500500 mm2。缺点是只能从一个方向送料，常用于弯曲拉深模具。后侧导柱模架，可从三个方向进行送料，操作方便，但由于导柱布置在后侧，故冲压时受力不平衡，影响模具寿命，主要用于一般精度的模具。四导柱的模架，受力平衡，导向精度高，适用于大型精密模具。滑动导柱模架，由于导柱和导套的导向是通过滚珠的滚动摩擦来实现的，因此导向精度高，寿命长，主要用于薄料冲裁模，硬质合金模以及高速精密级进模。根据设计需要两套模具均选用四导柱模架。根据模具设计大典，联系实际,凹模周界为500mm400mm，选择的中间导柱模架代号为GB/T2851.5，其技术条件按照JB/T8050-1999的规定，材料为45钢。选取的中间导柱上模座和下模座为：50040065的四导柱上模座，代号为GB/T2855.9；50040080的中间导柱下模座，代号为GB/T2855.10。技术条件均采用JB/T8070-1995的规定。4.5本章小结本章介绍了冲模设计的零件及其结构、参数，通过对结构的分析，落料、冲孔复合模采用倒装结构；卸料和出件方式选择弹性卸料方式；以及其他零部件的确定。图4-7 冲孔复合模模具装配图5 设备的选择5.1模具的压力中心一副模具的压力中心就是这幅冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上。否则冲压时会产生偏心载荷，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具和压力机的使用寿命，而且也影响冲压件的质量，因此必须计算其压力中心。对于对称形状的压力中心就是其几何中心，对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。本次设计采用计算法求得压力中心，计算方法如下：选定坐标系xOy，如图5-1所示。图5-1 落料、冲孔压力中心示意图2)计算各基本线段的重心位置到y轴的距离和到x轴的距离，距离大小分别如下：x1=0；x2=53；x3=106；x4=181；x5=256；x6=309；x7=362；x8=325.75；x9289.5；x10=272.75；x11=256；x12=181；x13=106；x14=89.25。y1=32.5；y2=0；y3=36；y4=72；y5=36；y6=0；y7=32.5；y8=136.5；y9=232；y10=256；y11=234.5；y12=213；y13=234.5；y14=256。3）力矩原理得到压力重心点c到x轴和y轴的距离公式如下： 公式 （15） 公式 （16）分别代入式7.1、式7.2得：xc=181mmyc=131mm5.2模具闭合高度的确定模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模板的上平面与下模板的下平面之间的距离，以H模表示。压力机的装模高度是指滑块在下止点位置时，滑块底平面至工作台垫板上平面之间的距离。一般压力机的连杆都具有一定的调节量，当连杆调至最短时，成为压力机的最大装模高度，以Hmax表示，当连杆调至最长时，称为压力机的最小装模高度，以Hmin表示，模具闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应，由于压力机的连杆长度可调整，故模具闭合高度分为最大闭合。压力机的闭合高度与模具闭合高度的关系一般为： 公式 （17）其中 Hmax压力机最大的闭合高度（mm）； Hmin压力机最小的闭合高度（mm）； h1 压力机垫板厚度（mm）； h 模具的闭合高度（mm）。当模具的闭合高度大于压力机的最大闭合高度时，模具无法在压力机上安装，冲模不能在该机床上使用，必须选取其他压力机。当模具的闭合高度小于压力机的最小闭合高度时，可以在压力机的垫板上再加垫板来使用。本次设计的落料、冲孔模具下模座厚度为80mm；下垫板厚度为20mm；凸凹模固定板厚度为32mm；凸凹模厚度为104mm；卸料板厚度为32mm；上模座厚度为65mm；上垫板厚度为20mm；凸模固定板厚度为32mm；落料凹模厚度为72mm，落料、冲孔复合模具的闭合高度为：H=20+32+104+32+65+20+32+7=377mm另外，模具的其他结构尺寸也必须与压力机配合。5.3压力机的选取5.3.1设备类型的选取设备类型的选取主要取决于冲压的工艺要求和生产批量，一般情况下，应遵循如下原则：对于中小型冲裁件，弯曲件或拉深件，多采用开式曲柄压力机。对于大中型冲裁件和精度要求较高的冲压件，多采用闭式曲柄压力机。对于复杂形状的中小型件的生产，应优先选取多工位自动压力机或高速压力机。对于小批量的大型厚板的冲压生产，多采用液压压力机。对于精冲工艺，最好在专用精冲压力机上进行。若在普通曲柄压力机或液压机上完成精冲工艺时，须在设备或模具上附加压边系统和反压系统。对于校正弯曲、校平和整形工序，要求压力机有足够的刚度，应优先选取冲压机。当生产批量不大时可选取摩擦压力机，若采用曲柄压力机完成上述工序时，务必严格控制压力机的闭合高度和冲压材料的厚度公差，以防损坏设备。5.3.2设备规格的选择在设备类型选定后，根据冲压工艺力（包括卸料力、压料力等），模具闭合高度和模板平面轮廓尺寸等确定设备规格。设备规格主要指压力机的公称压力、行程、滑块尺寸、装模高度、工作台面尺寸等技术参数。公称压力压力机的公称压力是指滑块滑下止点前某一特定的距离，或曲轴转角离下止点某一高度时的压力。一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺的1.3倍。为使压力机能够安全的用于冲压工艺，通常对公称压力考虑适当的安全系数。滑块行程滑块行程是指滑块从上死点到下死点所走的距离，它为曲柄半径的两倍。闭合高度闭合
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