侧板落料冲孔复合模设计（含solidworks三维图）

第39页 共39页引言复合模是指冲床在一次行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构。在完成这些过程中冲压坯料无需进给移动。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋向供过于求，市场竞争激烈。 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。随着科学技术的进步、社会经济的快速发展，模具成形技术及模具设计与制造已成为当代工业生产的重要手段。近十几年来，中国模具工业发展十分迅速，特别是高新技术企业的快速发展加大了用于技术进步的投资力度，技术进步已成为企业发展的重要动力。当前，人们对冷冲压技术的重视程度越来越高。生产效率高、产品一致性好、应用范围广等特点得到社会各界越来越多的业内人士的认同，模具制造已经迅速民展成为一个新兴的热门行业，在整个模具制造中冷冲压模具占到模具总量的50%以上。与其他设计、制造方法相比，冷冲压工艺和冷冲模设计制造具有显著的特殊性。现代科学技术的发展，使汽车、电子、电器、食品包装等产品的更新换代加快；不断增长的社会需求，对冲压生产工艺水平提出了更高的要求。如何使冲压工艺水平适应现代工业生产对冲压生产精密、高速、自动化，以及冲压模具高精度、高寿命的要求。在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。同时，随着数字化技术的发展，一些大型软件如ProEngineer、SolidWorks、UG等都已开发出专门用于冲压模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。这些软件在模具设计中的应用，成功地弥补了传统设计方法的不足，制品几何造型、模具的结构设计，都是基于同一数据库进行的，既方便，又易保证制品的精度。本课题主要是冲压的工艺设计，也就是冲压模的工艺设计方案分析及确定工艺计算，模具结构设计计算等内容。生产主要是为了提高生产效率，因此在设计时要力求结构简单，但是一定要保证其精度要求。本模具的工作工序包括有落料和冲孔。1 工艺分析1.1 零件冲压工艺性分析 图1.1 侧板零件冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲压工艺的适应性。冲裁件的工艺性对冲裁件质量、材料经济利用、生产率、模具制造及使用寿命等都有很大影响。因此，在设计中应尽可能提高其工艺性。冲裁件的工艺性主要包括以下几个方面：（1） 冲裁件的形状和尺寸冲裁件形状应尽可能设计成简单、对称，使排样时废料最少。表1-1 冲裁件圆角半径R的最小值冲裁件的外形和内孔应尽量避免尖锐的角，在各直线或曲线连接处，除少、无废料排样或采用镶拼模结构外，都应有适当的圆角相连，其半径R的最小值见表1-1。表1-2 采用凸模护套冲孔的最小尺寸材料圆形孔（d）方形孔（a）硬钢软钢及黄铜铝、锌0.5t0.35t0.3t0.4t0.3t0.28t表1-3 冲裁件的最小孔边距冲裁材料a/tb /t分开冲同时冲分开冲同时冲L/tL/t硬钢1.31.522.31.3+0.1 L/t黄铜、软钢0.91.01.41.50.5+0.1 L/t纯铜软锌0.750.81.11.20.2+0.1 L/t夹纸、夹布胶板0.70.750.91.00.1 L/t图1.2 冲裁件的最小孔边距冲裁件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜过小。冲孔时，孔径比翼过小。其最小孔径与孔的形状、材料的力学性能、材料的厚度等有关。冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小，其许可值见表1-3和图1.2。当孔边缘与制件边缘不平行时应不小于t,平行时应不小于1.5t。在弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔壁与工件壁之间应保持一定的距离，若距离太小，冲孔时会使凸模受水平推力而折断。（2）冲裁件的精度与粗糙度冲裁件内外形的精度不高于IT11级。一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。见表表1-6。冲裁件断面的表面粗糙度和允许的毛刺高度可见表1-4和表1-5表1-4一般冲裁件剪断面的表面粗糙度材料厚度t/mm112233445表面粗糙度/m3.26.312.52550表1-5 冲裁件的允许毛刺高度 (单位：mm)材料厚度0.30.30.50.51.01.01.51.52.0新模试冲时允许毛刺高度0.0150.020.030.040.05生产时允许毛刺高度0.050.080.100.130.15表1-6 孔对外缘轮廓的尺寸公差（单位：mm）模具型式和定位方法模具精度工件尺寸模具型式和定位方法模具精度工件尺寸3030100100200366303012012040040010001000200020004000f（精密级）0.050.050.10.150.20.30.5m（中等级）0.10.10.20.30.50.81.22c（粗糙级）0.20.30.50.81.2234v（最粗级）0.511.52.5468表1-8 倒圆半径与倒角高度尺寸的极限偏差数值尺寸等级公差等级0.533663030f（精密级）0.20.512m（中等级）c（粗糙级）0.4124v（最粗级）1.2 冲压工艺方案的确定冲压模是指在冷冲压加工中，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。其工作原理是,上模通过模柄与冲床滑块相联接,下模利用压板固定在冲床的工作台上,上下模通过导柱、导套导向。工作时,条料靠着定位机构送进定位,当上模随滑块下降时,卸料板先压住板料,接着凸模冲落凹模上面的材料获得工件。这时工件卡在凸模与顶块之间,废料也紧紧箍在凸模上。在上模回升时,工件由顶块借弹簧的弹力从凹模中顶出；同时箍在凸模上的废料,由卸料板靠弹簧的弹力卸掉,完成一个工位的冲制过程。再将条料送进一个步距, 经逐个工位冲制过后,便得到一个完整的冲压工件,如此往复进行批量生产。冲模设计时，首先要根据工艺方案选定模具类型（简单模、级进模或复合模），确定具体的模具总体结构形式。这是冲模设计的关键一步，它直接影响冲压件的品质，成本和冲压生产率。模具的结构形式很多，可根据冲压件的形状、尺寸、精度、材料性能和生产批量及冲压设备、模具加工条件、工艺方案等设计。在满足冲压件品质要求的前提下，力求模具结构简单、制造周期短、成本低、生产效率高、寿命长。确定模具结构形式的内容包括以下几个方面：根据冲压件的形状和尺寸，确定凸、凹模的加工精度、结构形式和固定方法；根据毛坯的特点、冲压件的精度和生产批量，确定定位、导料和挡料方式；根据工件和废料的形状、大小，确定进料、出件和排出废料的方式；根据板料的厚度和冲压件的精度要求，确定压料与卸料方式，压料或不压料，弹性卸料或刚性卸料；根据生产批量，确定操作方式：手工操作、自动或半自动操作；根据冲压件的特征和对模具寿命的要求，确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式和模具固定方式；根据所使用的设备，确定模具的安装与固定方式。根据工序组合程度分类，冲模的典型结构有如下三种：单工序模、复合模、连续模。表1-9 单工序模、复合模、连续模优缺点比较比较项单工序模连续模复合模生产效率低最高搞零件精度最低，一般为IT1415级高最高，可达IT8级，内、外同心度一般可达0.02mm结构与成本最简单、最容易制造、成本最低较复杂成本高结构紧凑、复杂成本高模具尺寸小大中材料利用率可用废料冲压零件、材料利用率高可用废料冲压零件、材料利用率高操作与调试最不安全、调试最不方便，寿命低、易磨损好较好适用范围精度要求不高、形状简单的小批量生产和新产品试制精度要求不高、尺寸小的大批量生产精度要求高、尺寸大的大批量生产，尤其适宜冲压薄料、软料及脆性材料单工序模是指在一副模具上只完成零件的一个冲压工序的模具。典型结构有敞开式简单冲裁模、导板模、小冲孔模。 复合模是指压力机一次行程中，在模具的一个工位上，同时完成两道以上不同工序的模具，它属于多工序模。连续模是指在压力机一次行程中按照一定顺序在同一模具的不同工位上完成两道以上工序的模具。从图1.1可知，该零件包括落料和冲孔两个基本工序，根据冲压要求可以有以下三种工艺方案。方案一：先落料后冲孔，采用单工序生产。方案二：落料,冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔,落料级进冲压，采用级进模生产。参照表1-9单工序模、复合模、连续模优缺点比较，分析上述三个方案，确定该零件冲压的工艺方案。方案一模具结构简单，需要两副模具，生产效率低；方案二需要一副模具，零件的形状和尺寸精度容易保证，且生产效率高，模具结构比方案一复杂，但由于侧板零件的几何形状简单，模具的制造并不复杂；方案三需要一副模具，生产效率高，但冲制的零件精度较复合模冲制的零件精度低，同时在级进模中为了给条料定位需要制作导正销，模具结构比复合模具复杂。 通过上述方案分析和比较，同时为了满足加工需求，宜选择方案二进行加工，即采用落料冲孔复合模进行生产。1.3 落料变形的三个阶段把板材冲压出所需外轮廓坯料的过程。落料的过程是在瞬间完成的，整个变形过程大致可分为三个阶段。（1）弹性变形阶段 凸模对板料施压，使材料产生弹性变形。板料稍微挤入凹模口。板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角。由于凸、凹模之间存在间隙，板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，凹模上的板料开始上翘。（2）塑性变形阶段 当凸模继续压到一定深度时，材料内部应力达到屈服点，板料开始在与凸模、凹模的刃口接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内。在板料剪切面处形成塌角，同时在切断面上形成一小段光亮且与板料垂直的表面。随着冲压过程的继续，应力不断增加，材料的变形程度便不断增加，变形区向板材的深度方向发展、扩大，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，应力也随之增加，直至凸、凹模刃口处达到极限应力的应变值，这就意味着塑性变形结束，材料即产生微小裂纹。（3）分离阶段裂纹产生后，随凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂纹沿最大剪应变速度方向不断向板材内部扩展。若间隙合适，上、下裂纹则相遇重合，板料上下部分分离。通过分析以上落料变形的三个阶段，可知间隙的取值很关键，应合理选择。1.4 冲裁间隙1.4.1冲裁间隙的选用冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的尺寸之差。单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。圆形冲裁模双边间隙为式中 冲裁模凹模直径尺寸，mm；冲裁模凸模直径尺寸，mm。冲裁间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力的影响很大，是模具设计中的一个重要因素。因此设计模具时一定要选择一个合理的间隙，考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，这个范围的最小值称这最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙，由于模具在使用过程中会逐步磨损，设计和制造新模具时宜采用最小合理间隙。1.4.2间隙对冲裁工作的影响间隙值影响到冲裁时弯曲、拉伸、挤压等附加变形的大小，因而对冲裁工序影响大，主要有以下几方面：(1)间隙对零件质量的影响影响断面质量的主要因素是模具间隙，提高断面质量的关键在于推迟裂纹的产生，以增大光亮带宽度，其主要途径是减小间隙。因为断面质量与裂纹的走向有关。而裂纹走向与间隙有关，只有凸、凹模间隙适当时，裂纹在凸、凹模刃口附近板料产生的上、下裂纹才重合，此时零件断面斜度很小，且比较平直光滑，毛刺小，断面质量比较好。当间隙过小时，凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开一段距离，裂纹成长受到抑制而成为滞留裂纹，上、下裂纹之间的材料随凸模继续下压产生第二次剪切、出现第二光亮带。在两个光亮带之间形成断裂带，或者呈现断续的小光斑、在冲裁件端面出现挤长的毛刺。当间隙过大时，材料的弯曲和拉伸增大，接近于胀形破裂状态，容易产生裂纹，凸模心口处的裂纹较正常间隙向里错开一段距离，裂纹间的材料产生第二次拉裂、零件断面出现两个斜度，这时材料的弯曲与拉伸大，拉应加大，材料的塑性变形阶段结束较早，致使光亮带较窄，圆角与斜度较大，穹弯厉害，毛刺大而厚，使冲裁件的断面质量下降。模具间隙对冲裁件尺寸精度影响主要是当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁结束后，因材料的弹性恢复，使冲孔件的尺寸增大，落料件的尺寸变小，当间隙较小时，材料受凸、凹模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件尺寸则变小。(2)间隙对冲裁力的影响间隙增大，材料所受的拉应力大，材料容易断裂分离，冲裁力可得到一定程度的降低，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，冲裁力下降变慢。当单向间隙为料厚的5%20%时，冲裁力的降低并不显著（不超过5%10%）。间隙减小，材料所受拉应力减小，压应力增大，材料不易产生撕裂，使冲裁力增大，在间隙合理情况下，冲裁力最小。间隙对卸料力、推件力或顶件力的影响也比较显著。间隙增大后，从凸模上卸料或从凹模孔中推料都省力。一般当单向间隙增大到料厚的15%25%时，卸料力几乎为零，但当间隙继续增大时，零件毛刺增大，卸料力、顶件力迅速增大，也会使刃口磨损加大，所以间隙选择要合理。(3)间隙对模具寿命的影响模具间隙是影响模具寿命中最主要的因素之一。冲裁过程中，凸、凹模刃口受到材料对它的作用力。在这些力的作用下模具的失效形式一般有磨损、崩刃、变形、胀裂、断裂等。间隙主要对模具的磨损有胀裂有影响。冲裁过程中，模具与被冲制件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，磨损也越严重。过小的间隙会引起冲裁力、侧压力、摩擦力、卸料力、推件力增大，甚至会使材料粘连刃口，这就加剧了刃口磨损；如果出现二次剪切，产生的碎屑也会使磨损加大，间隙小，落料件或废料往往梗塞在凹模洞口，导致凹模胀裂。所以过小的间隙对模具寿命极为不利。间隙增大，可使冲裁力、卸料力等减小，使模具侧面与材料间的摩擦减小，从而刃口磨损减小。适当大的间隙还可补偿因模具制造精度不够及动态间隙不匀所造成的不足，不至于啃伤刃口，起到延长模具寿命的作用。冲裁问隙的大小对冲裁件质量、模具寿命、计中的一个重要的工艺参数。在确定间隙值时要结合实际经验进行选取。在本设计中只进行理论选取。表1-10 金属材料冲裁间隙值（部分）材料抗剪强度/MPa初始间隙（单边间隙）, %t类类类低碳钢08F、10F、10、20、Q235-A2104003.07.07.010.010.012.5中碳钢、不锈钢、1Cr18Ni9Ti、4Cr13、膨胀合金（可伐合金）4205603.58.08.011.011.015本设计中所用的材料为Q235，此模具设计中取类间隙Z=(1420)%t进行计算，所以2 工艺设计2.1 排样2.1.1排样的意义冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。排样的意义在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件。排样合理与否，经济性是否好，可用材料利用率来衡量。提高材料利用率的途径是减少废料面积。废料分为结构废料和工艺废料。结构废料是由零件的结构特点产生的废料，一般不能改变，但可以利用大尺寸的废料冲制小尺寸的零件；工艺废料是零件之间和零件与条料侧边之间的废料。 排样方式不同，材料的利用率不同，提高材料利用率的途径有：主要从减少工艺废料着手；设计合理排样方案；选择合适的板料规格；合理的材料法（减少料头、料尾）；利用废料冲制小件；在不影响设计要求的情况下，改善零件结构。按材料利用情况排样可分为三类，其比较见表2-1表2-1 按材料利用情况排样方式比较排样方式 概念 优缺点及适用范围有废料 排样沿零件的全部外形冲压四周有一定的余量这样排样材料利用率较低，但制件质量和精度均能得到保证，冲模的寿命相应提高，多用于形状复杂制件精度要求较高的制品冲压少废料 排样沿制件部分外形冲压，也就是只能有一个。此排样材料利用率较高，生产率高，具有一次能冲压多个制件和简化模具结构降低冲压力等优点。但只能保证一个方向的制件精度。无废料 排样在整个冲压过程中只有料头料尾和结构废料。这种排样材料利用率最高，生产率高；模具结构得以简化，成本低，冲床负荷轻；但制件的冲压精度差，多用于冲压精度要求不高，且比较贵重的材料冲压。按冲裁件在条料上的布置方式，排样又可分为直排、单行排、多行排、斜排、对头直排、对头斜排。见表2-2表2-2 有搭边排样方式形 式简 图用 途直排几何形状简单的零件（如圆形等）斜排T形或其他复杂外形零件，这些零件直排时废料较多对排T、形零件，这些零件直排或斜排时废料较多混合排两个材料及厚度均相同的不同零件，适于大批量生产多排大批量生产中轮廓尺寸较小的零件冲裁搭边大批量生产中小而窄的零件（1）排样方式设计在选择排样方式的时候，要根据以下的原则进行选择：提高材料利用率 (不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状)。 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 模具结构简单、寿命高。 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。根据所冲的零件的特点，结合要求本设计宜采用有废料直排排样方式。 （2）排样方式确定该零件采用直排式排样进行冲压。沿制件的全部外形轮廓冲压，在制件之间及制件与条料侧边之间都有工艺余料 (称搭边)存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。2.1.2搭边和条料宽度的确定 (1)搭边及其作用冲裁模搭边是指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。搭边的作用有以下两点：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。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。搭边是指排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的剩（余）料。其作用是使条料定位，补偿定位误差，保证零件的质量和精度，确保冲出合格的零件；使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进；提高冲模寿命。 （2）搭边值的确定搭边是废料，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。表2-3 工件的最小搭边值 （ 单位：mm） 材料厚度t圆件及r2t的圆角矩形件边长l50mm或圆角r2t工件间侧面工件间侧面工件间侧面0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.01.62.01.21.51.82.02.02.22.02.51.51.82.02.22.22.52.53.01.82.22.22.52.52.83.03.52.22.52.52.82.83.23.54.02.52.82.83.23.23.54.05.03.03.53.54.04.04.55.0120.6t0.7t0.7t0.8t0.8t0.9t一般来说，搭边值是由经验确定的，确定搭边是应考虑以下几个方面： 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。 材料的厚度。材料越厚，搭边值也越大。 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。 样的形式对排的搭边值大于直排的搭边。 料及挡料方式用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。搭边值在实际生产中应该结合实际情况，从实际经验出发，参考理论的计算方法进行确定。在进行理论计算的时候，搭边值可以根据表2-3进行选定，同时根据不同材料应要考虑不同材料的搭边系数（表2-4），本设计中的搭边值根据表2-3计算所得。表2-4 各材料搭边系数材料系数材料系数中等硬度的钢硬钢青铜及硬黄铜硬铝0.90.811.111.2软黄铜铝非金属（皮革、硬纸板）1.21.31.41.52（3）条料尺寸确定和材料利用率确定条料宽度的原则是：最小条料宽度要保证冲裁时零件周围有足够的搭边值。最大条料宽度能在导料板间送进，并与导料板间有一定的间隙 。此设计中使用了导料销和挡料销，条料宽度可以根据零件的尺寸和规定的搭边值进行确定。查表3-8得两工件间的搭边: 工件边缘搭边：条料宽度式中：B条料宽度的基本尺寸，mm； D毛坯宽度方向零件轮廓的最大尺寸，mm； a侧面搭边，查表3-8。步距=122+8=130mm所以材料的利用率为式中 1个步距内零件的实际面积；1个步距内所需毛坏面积。冲裁排样方式见下图2.1图2.1 冲裁排样图2.2 凸、凹模工作部分计算2.2.1凸、凹模刃口尺寸计算原则由冲裁过程和生产实践可知：落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。同时考虑到模具使用后的磨损情况，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循下述原则。（1）落料时，先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内，仍能冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小合理间隙值来确定。（2）冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于也的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小合理间隙值来确定。（3）凸模和凹模刃口的制造公差，主要取决于冲裁件的精度和形状。一般模具的制造精度比冲裁件的精度至少高12级。若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理。制件精度与模具制造精度的关系见表2-1。表2-5 制件精度与模具制造精度关系表2.2.2刃口尺寸计算方法凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可分为凸模与凹模图纸分别加工法和配作法两类。（1）凸模与凹模分别加工法图2.2 落料冲孔时各部分尺寸及公差分布这种方法主要适用于圆形或简单规则的冲裁件。采用这种方法时，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公司（凸模公差、凹模公差）。同时，为保证一定的间隙，模具的制造公差必须满足下列条件，落料冲孔时各部分尺寸及公差分布见图2.2。或 式中：凸模制造公差，mm；凹模制造公差，mm；最大合理间隙，mm；最小合理间隙，mm。 当选择凸模与凹模分别加工方法加工模具时，其工作部分尺寸公差和计算公式如表2-6。表2-6 凸模与凹模分别加工工作部分尺寸和公差计算公式工序性质制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料后求出先求出冲孔先求出后求出 注：、落料凸、凹模基本尺寸，mm；、冲孔凸、凹模基本尺寸，mm；制件制造公差，mm；Zmin最小合理间隙；因数，其值见表2-7；、凸、凹模的制造公差，见表2-8。表2-7 因数材料厚度t/mm非圆形值圆形值10.750.50.750.5制件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.5040.300.210.590.601802600.0300.04518300.0200.0252603600.0350.05030800.0200.0303605000.0400.060801200.0250.0355000.0500.0701201800.0300.040（2）凸模与凹模配作加工凸、凹模配作加工是指先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件（一般落料时以凹模为基准件，冲也时以凸模为基准件），然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作另一件。图2.3 配作加工凸凹模尺寸表2-9 凸模与凹模配作加工工作部分尺寸和公差计算公式工序性质制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料按凹模尺寸配制，其双面间隙为 C冲孔按凸模尺寸配制，其双面间隙为 C注：、凹模刃口尺寸，mm；、凸模刃口尺寸，mm；、制件基本尺寸，mm；、凹模、凸模制造公差，取值为/4；制件公差，mm；制件偏差，对称偏差时/2，mm；因数，其值见表2-7；、落料、冲孔模刃口最小、最大合理间隙。配作加工方法的特点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不需用公式来进行校核，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲裁件公差的1/4），使制造容易，因此是目前一般工厂常采用的方法。用配合加工法制造模具常用于复杂开关及薄料的冲裁件，图样上只需标注基准件的尺寸及其公差，配作件仅注基本尺寸，并注明与基准件配作及应保证的间隙值。配作加工凸模和凹模的尺寸计算，落料件按凹模磨损后尺寸变大、变小、不变的规律分为三种；冲孔件按凸模磨损后尺寸变大、变小、不变的规律也分为三种。表2-9为 凸模与凹模配作加工工作部分尺寸和公差计算公式。2.2.3刃口尺寸计算 在模具设计的过程中，需对模具的关键部位比如凸、凹模的间隙和制造精度进行严格的计算，根据前面介绍的间隙选择原则以及间隙对模具的影响，通过查冲压手册冲裁模双面间隙值表，该零件材料为Q235，取类间隙Z=(1420)%t，可以计算出凸、凹模的间隙分别为 （1）落料尺寸计算 因为采用分别加工方法，根据要求在计算落料尺寸时，先计算凹模尺寸，再计算凸模尺寸。这里在计算落料尺寸时，将零件分成两部分进行。落R30mm料时，尺寸R30mm按GB/T 1804-m 自由公差进行计算，=0.6mm，根据冲压手册中冲裁计算常用公式，取0.5（查表2-7）。查表2-8得， 、的计算如下= 校核是否符合要求。因为所以符合要求， 、尺寸如上所求。落尺寸122mm料时，尺寸122mm 按GB/T 1804-m自由公差进行计算，=0.6，根据冲压手册中冲裁计算常用公式，取0.5，查表2-8得， 、的计算如下= = mm校核是否符合要求。因为所以符合要求， 、尺寸如上所求。 （2）冲孔尺寸计算 在计算冲孔尺寸要计算凸模尺寸、凹模尺寸。冲孔mm时，=0.2mm，根据冲压手册中冲裁计算常用公式，取0.5，查表2-8得，、的计算如下：校核是否符合要求。因为所以符合要求，、尺寸如上所求。冲孔时，=0.2mm，根据冲压手册中冲裁计算常用公式，取0.5，查表2-8得，、的计算如下：校核是否符合要求。因为所以符合要求，、尺寸如上所求。孔距是不变尺寸，根据公式：=图定尺寸孔距为，按GB/T 1804-m 自由公差进行计算，公差范围为，=1mm，mm，因此=3 冲压力计算及冲裁设备的选择3.1 冲压力的计算在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的，冲裁力是板料作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃刀口的冲裁，其计算公式如下式中：冲裁力，； 冲裁件的周长，； 材料厚度，； 材料抗剪强度，； 系数，考虑到凸模、凹模刃口磨损，模具间隙波动，材料力学性能变化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系数，常取1.3。3.1.1落料力和冲孔力的计算（1）落料力根据公式得 =1.3440.710350N=2005KN式中，根据金属材料手册中常用金属材料的力学性能表查得303372，取=350，440.7mm是冲裁件冲裁轮廓周边长度。 （2）冲孔力冲孔mm 时，冲孔力=1.33.143010350N=429KN冲孔时，冲孔力=1.33.144210350N=600KN3.1.2卸料力、推件力和顶件力的计算图3.1 卸料力、推件力和顶件力考虑冲裁时材料的弹性变形及摩擦，在一般冲裁条件下，冲裁后材料将发生弹性恢复，使落料件或冲孔废料硬塞在凹模内，而板料则紧箍在凸模上，为了使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模的板料卸下，将卡在凹模内的工件或废料向下推出或向上推出。将紧箍在凸模上的料卸下所需的力称为卸料力；将卡在凹模中的料推出所需的力称为推件力；将卡在凹模中的料逆着冲裁力方向顶出所需的力称为顶件力。卸料力、推件力和顶件力与材料的力学性能、材料厚度、冲件轮廓的形状、冲裁间隙、润滑情况、凹模洞口开关等因素有关。在生产中，都是采用简单的经验公式来计算：式中：、分别为卸料力、推件力、顶件力，N； 、分别为卸料力系数、推件力系数、顶件力系数，其值见表3-1；冲裁力，N；N同时卡在凹模洞口的件数，h为凹模刃口直壁高度，mm; 料厚，mm。表3-1 卸料力、推件力和顶件力系数材料材料厚度/mm钢0.10.0050.0750.10.140.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.062.56.500.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03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、大搭边和轮廓复杂说取上限值。 卸料力：=0.032005kN =61.5KN，式中，根据表3-1可取，=0.03。推料力：=50.025(429+600)kN =128.7kN式中，根据表3-10可取=0.025，；n为卡在凹模内的冲孔废料数目，根据该模具设计n=50/10=5。冲裁时之冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待，即采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时为：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲模为:采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模为: 如上所述，冲裁工艺力包括冲裁力、卸料力、推件力和顶件力。因此，在选择压力机吨位时，需根据模具结构分别计算冲裁工艺力。本模具中该零件总的冲压力为 =(2005+429+600+61.5+128.7)kN =3224.2KN3. 2 冲裁设备的选择冲压工作是将冲压模具安装在冲压设备上进行的，因而模具的设计要与冲压设备的类型和主要规格相匹配，否则不能工作。正确选择冲压设备，关系到设备的安全使用，冲压工艺的顺利实施及冲压件的质量，生产效率和模具寿命等一系列重要问题。冲压设备类型主要根据所要完成的冲压工艺性质、生产批量、冲压件的尺寸大小和及精度要求等来选择。在选定冲压设备的类型之后，应该进一步根据冲压件的大小、模具尺寸及冲压力来选定设备的规格。冲压设备规格主要由一下参数确定。根据冲裁工艺力选择设备时，一般应使所选设备的吨位大于计算所得的值。为满足冲压力要求，根据现有加工设备，选用400t冲床进行冲裁。查资料得型号为J11-400，工作台为900mm1400mm。其他参数如下表3-11表3-2 J11-400冲床参数类型普通冲床产地徐州动力类型气动型号J11-400主电机功率30kw公称压力4000kN滑块行程200mm控制形式自动、人工适用范围通用使用行业通用行程次数25次/分钟作用对象材质金属3.3 模具压力中心的确定冲压力合力的作用点称为压力中心。为了保证压力机和冲模正常平稳地工作，必须使冲模的压力中心通过模柄轴线与压力滑块中心重合，否则，冲裁过程中压力机滑块和冲模将会承受偏心载荷，使滑块导轨和冲模导向部分产生不正常磨损，合理间隙得不到保证，刃口迅速变钝，从而降低冲件质量和模具寿命甚至损坏模具发生冲压事故。因此，设计冲模时，应正确计算出冲裁时的压力中心，并使压力中心与模柄轴心线重合，对于制件外形尺寸大、形状复杂，多凸模的冲裁模和连续模，正确确定其压力中心就显得更为重要。若因冲件的形状特殊，从模具结构方面考虑不宜使压力中心与模柄轴心线相重合，也就注意尽量使压力中心的偏离不超出所选压力机模柄孔投影面积的范围。对于形状简单或对称的冲件，其压力中心即位于冲件轮廓图形的几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。通过三维软件SolidWorks直接寻找压力中心，所得压力中心为坐标86.5，66。图3.2 压力中心图4 主要零件设计 模具的组成零件主要可以分为工艺零件和结构零件。工艺零件是指直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括有工作零件、定位零件、卸料与压料零件等； 结构零件是指不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括有导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等。但并不是所有的冲模都必须具备上述六种零件，尤其是单工序模，但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。4.1 工作零件工作零件是指凸模、凹模、凸凹模。其功能是完成材料的分离，成形等。模具工作零件的结构包括工作部分，用以成形零件；固定部分，用来使凸模、凹模正确地固定在模架上。设计模具工作零件时，主要就是决定刃口形式和固定方法。有前面所述的设计计算，工作零件如下。4.1.1冲孔凸模凸模按断面形状分为圆形和非圆形；按刃口形状分为平刃和斜刃等。常见的凸模结构型式及固定方法如图4.1所示。 a） b） c） d） e）4.1 常见的凸模结构型式a）为圆形断面标准凸模，为了避免应力集中，保证强度和刚度方面的要求，做成圆滑过渡的阶梯形，前端直径d为工件部分，中间直径D为固定部分，它与固定板的配合为H7/m6过渡配合，尾部直径D1部分是为保证卸料时凸模不致掉出。b）为冲制830mm的冲压加工件的凸模结构型式c）是在的中部增加过渡段，以改善凸模强度d）为冲制孔径与料厚相近的小孔时所用的一种凸模型式，采用护套结构既可以提高抗纵向弯曲的能力，又能节省模具钢材，从而提高经济效益。 e）冲裁为大件时常用的结构型式。冲孔凸模的材质选用Cr12钢进行制作，刃口处淬火硬度6062HRC；淬火的目的是：使其获得较高的硬度和耐磨性；刃口采用淬火后磨削加工。其尺寸根据凸模长度计算公式得，凸模共两个，一个是冲孔，另一个是冲孔，见图4.2，图4. 3为凸模的三维造型。 图4.2 凸模 图4.3 冲孔凸模零件 图4.4 凸凹模4.1.2凸凹模凸凹模的材质选用Cr12 钢进行制作，采用淬火硬度6062HRC，其设计见图4.4，具体设计尺寸详见图纸。 4.1.3落料凹模凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口也有平刃和斜刃。（1）凹模的结构类型及固定方法 凹模类型由整体式、带台肩的冲圆孔凹模、无台肩的冲圆孔凹模、冲非圆孔形凹模、台肩式冲非圆孔的圆凹模等十余种类型。在这里我们主要选用整体式凹模。固定方式采用直接联结，其特点是用螺钉、销钉直接紧固凹模，紧固可靠，应用广泛。（2）凹模刃口的结构形式 冲裁凹模的刃口形式有直筒形和锥形两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度及模具的具体结构来决定。在这里采用直筒形进行加工。落料凹模的材质选用Cr12钢进行制作，采用淬火处理，硬度5864HRC，其三维造型见图4.4，其尺寸详见图纸。 图4.5 落料凹模零件4.2 导向零件 导向零件的功能:保证上、下模正常运行，使之不产生位置偏差。常见的模具导向有：导板导向、导套导向、滚珠导柱。(1) 导柱和导套导向导柱和导套都是圆柱形，加工方便，容易装配；是模具中应用最广的导向装置；导柱和导套为间隙配合（H7/h6或H6/h5）；导柱下部与下模板导柱孔采用过盈配合（H7/r6）；导套外径与上模板导套孔也是过盈配合；导柱和导套材料及热处理；导柱和导套的配合表面要求坚硬耐磨、且有一定的强韧性；常用20号钢经渗碳淬火处理而成，其渗碳深度为0.81.2mm，硬度为HRC5862。 (2) 滚珠导柱导向滚珠置于保持圈内，与导柱导套接触，并有一定过盈量，导向效果好。上模升到上死点时，导套不应脱离导柱；它是一种无间隙导向、精度高、寿命较长；适于高速冲模、精密冲裁模、硬质合金模等；由于其承受侧压力的能力弱，故不能用于有较大侧压力的场合，也不能用于后侧导柱模架。对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。模具中应用最广泛的是导柱和导套导套与模座的装配方式及要求按标准规定。但要注意，在选定导向装置及零件标准之后，根据所设计模具的实际闭合高度，并保证有足够的导向长度。滚珠导向是一种无间隙导向，精度高，寿命长。滚珠导向装置及其组成零件均已标准化。滚珠在导柱和导套之间应保证导套内径与导柱在工作时有0.010.02mm的过盈量。此设计中导柱导套规格分别为导套：，20钢制作，HRC5862，渗氮。导柱：，20钢制作，HRC5862，渗碳。4