定位盘大批量冲压级进模设计【课程冲压模具毕业设计说明书论文CAD图】
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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat上垫板.dwg全部图纸集合.dwg凸模固定板.dwg凹模.dwg切断凸模.dwg工件图-定位盘大批量冲压级进模设计.dwg扳边凸模.dwg推板.dwg装配图.dwg设计说明书文档.doc摘 要从定位盘本身的结构分析，外形正多边形冲压件，内部为方形冲孔，工件具备对称性。因此模具的设计和排样从冲孔、落料、弯曲等工艺分析出发；产品多工艺，结构难度中等，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，提高产品生产效率，该产品的模具设计方案采用了级进模具。在模具设计前主要分析计算产品的展平尺寸，查找工件图纸中未标注公差的尺寸公差，根据尺寸公差来确定模具制造的精度；棑样设计是级进模具的设计核心，模具的设计制造是否能投入生产、节约制造成本、模具本身结构与产品的棑样设计有着密切的关系；经过多次的排样分析以后，开始进行模具的结构设计，其中需要计算模具本身的相关参数，例如模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、冲裁间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力，根据总冲压力选择冲压设备；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写技术要求、设计说明书。关键词：级进模；冲裁力；冲裁间隙；压力中心目录1 绪论11.1冷冲压模具概述11.2冲压模具的发展趋势11.3冲压模具的现状和市场需求12 冲压件工艺分析32.1 工件材料分析32.2 工艺结构形状分析42.3 尺寸精度43 冲压工艺方案确定53.1 冲裁工艺方案的确定53.2 冲裁工艺方法的选择54 模具总体结构64.1 模具类型的选择64.2 定位方式的选择64.3 送料方式的确定64.4 出件方式的确定64.5 模架选择结构选择65 工艺参数计算85.1 排样方式的选择85.1.1 搭边值的确定85.1.2 材料利用率的计算105.2 冲压力的计算115.2.1 冲裁力的计算115.2.2 卸料力计算115.2.3 总冲压力的计算125.2.4 初选压力机125.2.5 压力中心的确定136 刃口尺寸的计算156.1 冲裁间隙的确定156.2 刃口尺寸的计算及依据与法则167 主要零部件设计197.1 凹模设计197.1.1 凹模刃口结构形式的选择197.1.2 凹模精度与材料的确定197.1.3 凹模外形尺寸的确定197.2 凸模的设计217.2.1 凸模结构的确定217.2.2 凸模高度、长度的确定217.2.3 凸模材料的确定227.2.4 凸模精度的确定227.3 卸料装置的设计227.3.1 卸料结构设计227.3.2 卸料板材料的选择237.4 凸模固定板的设计237.5 顶件装置设计237.6 模柄选用248 冲压设备的校核与选定258.1 冲压设备的校核258.2 冲压设备的选用25结 论26致 谢27学院名称 毕业设计 题目：题目： 系系 部部 专专 业业 名名 称称 班班 级级 姓姓 名名 指指 导导 教教 师师 201X 年年 XX 月月 XX 日日 摘摘 要要 从定位盘本身的结构分析，外形正多边形冲压件，内部为方形冲孔，工件具备对 称性。因此模具的设计和排样从冲孔、落料、弯曲等工艺分析出发；产品多工艺，结 构难度中等，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，提高产品生产效率， 该产品的模具设计方案采用了级进模具。在模具设计前主要分析计算产品的展平尺寸， 查找工件图纸中未标注公差的尺寸公差，根据尺寸公差来确定模具制造的精度；棑样 设计是级进模具的设计核心，模具的设计制造是否能投入生产、节约制造成本、模具 本身结构与产品的棑样设计有着密切的关系；经过多次的排样分析以后，开始进行模 具的结构设计，其中需要计算模具本身的相关参数，例如模具的闭合高度、卸料力、 冲裁力、冲裁间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力，根据总 冲压力选择冲压设备；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、 编写技术要求、设计说明书。 关键词：级进模；冲裁力；冲裁间隙；压力中心 Abstract From the structure analysis of the position plate itself, the shape is polygonal punching, and the inner is square punching, and the workpiece is symmetrical. Therefore, the mold design and layout from the punch and analysis of material, bending process; product structure process, moderate difficulty, from the perspective of practical production, in order to save cost, improve production efficiency, mold design of the product using progressive die. The main analysis of flat size calculation of products in the mold design, the size tolerance of unlabeled lookup to determine the workpiece drawings, mould manufacturing precision according to the dimensional tolerances; make sample design is the core of the progressive die, make like whether the design of mold design and manufacture can be put into production, manufacturing cost, mould structure and saving products have a close relationship; after several layout analysis, structure design to mold, which need to calculate the related parameters of the die itself, for example, height mould unloading, blanking force, blanking clearance, die assembly clearance, punch height, pressure center, mould the total pressure, according to the total pressure stamping equipment selection; design of all determined to start drawing sketches, mold assembly drawing and part drawing, preparation of technical requirements Design instructions. Key words: progressive die; blanking force; blanking gap; pressure center 目录目录 1 绪论.1 1.1 冷冲压模具概述1 1.2 冲压模具的发展趋势1 1.3 冲压模具的现状和市场需求1 2 冲压件工艺分析.3 2.1 工件材料分析.3 2.2 工艺结构形状分析.4 2.3 尺寸精度.4 3 冲压工艺方案确定.5 3.1 冲裁工艺方案的确定.5 3.2 冲裁工艺方法的选择.5 4 模具总体结构.6 4.1 模具类型的选择.6 4.2 定位方式的选择.6 4.3 送料方式的确定.6 4.4 出件方式的确定.6 4.5 模架选择结构选择.6 5 工艺参数计算.8 5.1 排样方式的选择.8 5.1.1 搭边值的确定8 5.1.2 材料利用率的计算10 5.2 冲压力的计算.11 5.2.1 冲裁力的计算11 5.2.2 卸料力计算11 5.2.3 总冲压力的计算12 5.2.4 初选压力机12 5.2.5 压力中心的确定13 6 刃口尺寸的计算.15 6.1 冲裁间隙的确定.15 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则.16 7 主要零部件设计.19 7.1 凹模设计.19 7.1.1 凹模刃口结构形式的选择19 7.1.2 凹模精度与材料的确定19 7.1.3 凹模外形尺寸的确定.19 7.2 凸模的设计.21 7.2.1 凸模结构的确定21 7.2.2 凸模高度、长度的确定21 7.2.3 凸模材料的确定22 7.2.4 凸模精度的确定22 7.3 卸料装置的设计.22 7.3.1 卸料结构设计22 7.3.2 卸料板材料的选择23 7.4 凸模固定板的设计.23 7.5 顶件装置设计.23 7.6 模柄选用.24 8 冲压设备的校核与选定.25 8.1 冲压设备的校核.25 8.2 冲压设备的选用.25 结 论.26 致 谢.27 1 1 绪论绪论 1.1 冷冲压模具概述冷冲压模具概述 在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压 模具。冲压模具是一种特殊的工艺装备,与冲压件有“一模一样”的关系,且没有通用性， 是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，其 功能和作用、设计与制造方法和手法决定了冲压模具是技术密集、高附加值型产品。 冲压成形加工特点：低耗、高效、低成本、 “一模一样”、质量稳定、高一致性，可加工 薄壁、复杂零件，板材有良好的冲压成形性能，但是模具成本高，所以冲压成形适宜 批量生产。冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法，采用模具生产制件 具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和材料，成本底等一系列的优点，模具 成形已经成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。 模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作 用。 一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品 开发和旧产品更新，影响着产品质量和经济效益的提高。我国为了优先发展模具工业， 制定了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。 1.2 冲压模具的发展趋势冲压模具的发展趋势 冲压模具的发展现状：中国冲压模具的发展现状改革开放带我国的经济进入高速 发展的时期，模具的市场需求量也进一步的增加，模具行业也一直在快速发展，一些 国有专业模具厂也迅速的发展起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式 的模具企业现也有几千家。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技 术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维 CAD，并陆续开始 使用 UG、Pro/Engineer、Solid Edge、Solid works、Optris 和 MAGMASOFT 等软件， 并成功应用于冲压模的设计中。此外，许多研究机构和高等院校开展模具技术的研究 和开发。经过多年的努力，在模具 CAD、CAE、CAM 等技术方面取得了显著进步； 在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 1.3 冲压模具的现状和市场需求冲压模具的现状和市场需求 目前，模具生产企业主要集中于沿海地区的民营企业和北方国家企业，从目前的 的制造水平来看，冷冲压模具生产的产品尺寸精度可以精确到0.02mm，模具的最快 运行速度可达到 400 次/min，同时常使用的模具制造设备有线切割快走丝、线切割慢 2 走丝、高精度磨床（工艺磨床） 、电脉冲、电火花穿孔机、车床、铣床、刨床、钻床等 加工设备，但因高精度的加工设备昂贵，其模具的制造成本较高，例如线切割慢走丝 和工艺磨床，所以许多中小企业使用其他低精度的设备来代替价格昂贵的设备，节约 模具制造成本，但模具的制造精度随之变低，生产效率变低，人工生产成本变高，企 业的业务逐渐的变少，这也是目前国内中小企业面临的困境，特别是沿海地区。 从古代模具的使用至今，模具行业发展突飞猛进，发生了很多变化，随着数控设 备的投入生产，模具的生产精度变高，对设计师的经验水平要求也在变高，在许多大 企业已经使用了数控压力机和气动自动送料，代替了以前的模内自动送料方式，其优 点在于模外自动送料装置具有通用性，送料稳定，送料步距精准且可以调节，其价格 也比较便宜，目前在国内只有大企业和少部分的中小企业使用这类似的生产方式，从 模具的结构看，现在的模具设计师均以节约模具制造成本的角度出发，为公司节约制 造成本许多模具的结构变化很少使用的模具材料性能差，虽然模具的设计与制造成本 变低了，但是模具的生产精度依旧无法变高，模具的性能不高，模具使用寿命短，模 具的磨损速度快，降低了产品生产效率，且可以采用自动化生产的依然都在使用人工 操作，虽然自动化设备的价格比较昂贵，但是生产效率高，减少人工成本，提高模具 性能和使用寿命，增加了产品的生产精度，同时也扩大了公司的业务。 模具设计前，先进行工件的工艺分析，其中包括冲裁工艺、弯曲成型工艺。冲裁 工艺主要是计算冲裁间隙，冲裁间隙决定着工件的表面质量和轮廓尺寸精度，随着数 控机床的使用，代替 80 年代的钳工制造模具，且制造精度高，如今线切割是模具制造 必不可少的设备，线切割快走丝加工的尺寸公差为0.02mm，线切割慢走丝加工精度 为0.005，冲裁工艺的尺寸很容易控制；弯曲工艺是模具设计制造的难点和重点，其 难点在于弯曲角度不好控制，弯曲过后的回弹；其次同一尺寸不同材料的工件展平的 尺寸不一样，工件展开尺寸决定了弯曲成型后的轮廓尺寸，所以只有理论经验相结合， 根据工件材料性能计算弯曲回弹值，计算弯曲凸凹模的极限偏差值，在模具调试时总 结弯曲成型凸凹模的尺寸，可以减少模具的调试次数，缩短模具的设计制造周期。 3 2 冲压件工艺分析冲压件工艺分析 图图 2-1 冲裁件冲裁件 工件名称：定位盘； 工件简图：如图 2-1； 生产批量：大量； 材料：H62； 材料厚度：1.3mm； 精度等级：IT12。 工件表面质量：工件表面无毛刺、压痕、拉裂、起皱等不良现象 2.1 工件材料分析工件材料分析 表表 2-1 材料力学性能材料力学性能 材料名称牌号材料状态 抗剪强度 （Mpa） 抗拉强度 （Mpa） 屈服点 （Mpa） 伸长率 （%） 黄铜H62硬42042048010 4 2.2 工艺结构形状分析工艺结构形状分析 （1）冲裁件是外轮廓正多边形，内轮廓是方形，工件结构具备对称性。冲裁件的 长期大批量生产，模具设计前应该分析凹模刃口的使用寿命和耐疲劳和耐磨损程度。 （2）孔的边距冲裁件孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小，否则冲裁件的 质量不能保证，会产生孔与孔间材料的扭曲，或使边缘材料变形。 （3）结合该冲裁件，分别有落料、冲孔、扳边组成，扳边工艺是将凸模设计成尖 劈形状，完成冲裁分离的过程，另外一端为发生分离的部分产生变形，达到扳边的效 果。 2.3 尺寸精度尺寸精度 冲裁件公差要求 IT12，经查表 2-2 得： 零件内形尺寸：10.70-0.18mm 表表 2-2 常见零件公差等级表常见零件公差等级表 公差等级IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14 基本尺寸 /mm /m/mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 3 4 4 5 6 7 8 10 12 4 5 6 8 9 11 13 15 18 6 8 9 9 13 16 19 22 25 10 12 15 18 21 25 30 35 40 14 18 22 27 33 39 46 54 63 25 30 36 43 52 62 74 87 100 40 48 58 70 84 100 120 140 160 60 75 90 110 130 160 190 220 250 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 5 3 冲压工艺方案确定冲压工艺方案确定 3.1 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。工 艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。 3.2 冲裁工艺方法的选择冲裁工艺方法的选择 冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种其三种工序的性能见表 3-1。 单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模；复合冲裁是在 压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；级进冲 裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在 冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。 因为该冲裁件的精度要求满足 IT12 级即可，并且要有很高的生产率和安全的操作 过程，而级进模只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制 造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复杂模低，结合生产实际情况可以知道该工件 的冲压生产采用级进模生产。 表表 3-1 单工序冲裁、级进冲裁和冷冲冲裁性能单工序冲裁、级进冲裁和冷冲冲裁性能 比较项目单工序模复合冷冲模级进模 生产批量小批量中批量和大批量中批量和大批量 冲压精度较低较高较高 冲压生产率 低，压力机一次行程 内只能完成一个工序 较高，压力机一次行程内 可完成二个以上工序 高，压力机在一次行程内 能完成多个工序 实现操作机械 化自动化的可 能性 较易，尤其适合于多 工位压力机上实现自 动化 制件和废料排除较复杂， 只能在单机上实现部分机 械操作 容易，尤其适应于单机上 实现自动化 生产通用性 通用性好，适合于中 小批量生产及大型零 件的大量生产 通用性较差，仅适合于大 批量生产 通用性较差，仅适合于中 小型零件的大批量生产 6 冲模制造的复 杂性和价格 结构简单，制造周期 短，价格低 冲裁较复杂零件时，比级 进模低 冲裁较简单零件时低于冷 冲模 4 模具总体结构模具总体结构 4.1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺方案的分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。 4.2 定位方式的选择定位方式的选择 为了保证模具正常工作和冲出合格的冲裁件，必须保证坯料或工序件对模具的工 作刃口处于正确的相对位置。因为该模具采用的是条料，为了有效的防止条料的偏斜， 在固定卸料板内开一个导料槽。 4.3 送料方式的确定送料方式的确定 由于零件的生产批量是大量，及模具类型的确定，减少设备投资成本，采用手动 送料的方式。 4.4 出件方式的确定出件方式的确定 采用顶件出料，制件在板料的送进过程中由凸模冲裁分离并推出凹模刃口落料。 4.5 模架选择结构选择模架选择结构选择 方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所 以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。 方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。 因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用 寿命，且不能使用浮动模柄。 方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲 压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。 方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能 一个方向送料。 7 图图 4-1 导柱模架导柱模架 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高生产效率，模具寿命 和工件质量以及工件尺寸精度，采用后侧导柱模架。 8 5 工艺参数计算工艺参数计算 5.1 排样排样方式的选择方式的选择 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消 耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、 生产率、模具结构与寿命。 排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排 ，根据设计模具制件的形状、厚度、 材料等方面全面考虑。因此有下列三种方案： 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全 由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命 较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。 方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而 且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁 件的尺寸精度不易保证，故应采用方案二。 9 图图 5-1 排样图排样图 5.1.1 搭边值的确定搭边值的确定 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，搭边值是由经验和查 表来确定的，该制件的搭边值采用查表 5-1 取得。 如表 5-1 所示：根据此表和工件外形可知 r2t，可确定搭边值 a 和 a1，a 的最小 值取 1.5mm，a1 最小值取 1.8mm。 表表5-1 搭边搭边a和和a1数值数值 圆件及 r2t 的圆角矩形件边长 L50mm矩形件边长 L50mm 或圆角 r2t 材料厚度 aa1aa1aa1 0.25 0.250.5 0.50.8 0.81.2 1.21.6 1.62.0 2.02.5 2.53.0 3.03.5 3.54.0 4.05.0 5.012 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 3.0 0.6t 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.5 3.5 0.7t 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.5 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 4.0 0.8t 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4.5 0.9t 根据模具的结构不同，可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具，侧压装置 的作用是用于压紧送进模具的条料（从料带侧面压紧） ，使条料不至于侧向窜动，以利 于稳定地加工生产。侧压装置适用于工件材料厚度较小的模具，在这次工件的模具设 计中，工件材料厚度 1.3mm，无需测压装置，只需导料板横向导料即可。因冲裁件外 形尺寸要求不高，排样采取的是少废料排样方式，排样侧面无需搭边，所以条料宽度 为 30mm。 公式 5-1 条料宽度计算： a a1 a B a a1 B a a1 B a a B a1 a a 10 B=（Dmax+2a1+C） 0 - 0 - （5-1） 式中：B-条料宽度； Dmax-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a1-侧搭边值，可参考表 5-1； -条料宽度的单向（负向）偏差，见表 5-2； C-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表 5-3。 表表 5-2 剪料公差及条料与导料板之间隙剪料公差及条料与导料板之间隙 （mm） 材料厚度 t/mm条料宽度 B/mm01122335 50 50100 100150 150220 220300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表表 5-3 有侧压装置和无侧压装置对照表有侧压装置和无侧压装置对照表 （mm） 无侧压装置有侧压装置 条料宽度 B（mm） 材料厚度 t（mm） 100100200200300100100 00.5 0.51 12 23 34 45 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 5.1.2 材料利用率材料利用率的计算的计算 关于材料利用率，可用公式 5-2 表示： 11 =A/BS100% （5- 2） 式中: A-一个步距内冲裁件的实际面； B-条料宽度； S-步距。 由图 5-1、图 5-2 和公式 5-2 得： A=634.92mm2 =A/BS100% =634.92（3036.14）100% 58.6% 5.2 冲压力的计算冲压力的计算 5.2.1 冲裁力的计算冲裁力的计算 计算冲裁力是为了选择合适的压力机，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，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力 Fp 一般可 以按公式 5-3 计算： F=KtL （5-3） 式中: -材料抗剪强度，见表 5-3（MPa） ； L-冲裁周边总长（mm） ； t-材料厚度（mm） 。 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数而设置的安全系数K，一般取 1.3。 冲裁力由公式 5-3 得： F1=KtL总 =1.31.3108420 =76.7KN 5.2.2 卸料力计算卸料力计算 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会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须 12 将套在凸模上的材料卸下。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；凹模型口直壁 高度 h=4mm，所需卸料力 F卸为： 卸料力计算公式如下： F卸= K卸 F冲 （5- 4） F顶= K顶 F冲 （5- 5） 式中： F卸、F顶-卸料力、顶件力； F冲-冲裁力； K卸、K顶-卸料力系数，见表 5-4； 表表 5-5 卸料力、推件力和顶件力系数卸料力、推件力和顶件力系数 （mm） 料厚/mmK卸K推K顶 钢 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 注：卸料力系数 K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 由公式 5-4 得： F卸= K卸 F冲 =0.0576.7 3.8KN 由公式 5-5 得： F顶= K顶 F冲 =0.0676.7 4.6KN 13 5.2.3 总冲压力的计算总冲压力的计算 由于冲裁模具采用弹压卸料装置，固总的冲压力包括： F= F冲+F卸+F顶 （5-6） =76.7+3.8+4.6 =85.1KN 5.2.4 初选压力机初选压力机 压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床， 液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开 式和闭式两种，开式机身形状似英文字母 C，其操作可见大，但机身刚度差，压力机 在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过 2000KW。闭式机左右两侧封 闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高。考虑到经济性能、加工要求和操作 方便在此选开式压力机。根据以上计算数值，查下表 5-6 初选压力机为 J23-10 型压力 机。 5.2.5 压力中心的确定压力中心的确定 模具压力中心是指冲压时多个冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具 正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则会使冲模和压力机 滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降 低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，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，压力中心与零件的对称中心相重合。 （3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压 力中心。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。求出合力作用点的坐标位置（X0，Y0） ，即为所求模具的压力中心。 该件的压力中心计算如下： X0（L1X1+L2X2+LnXn）（L1+L2+Ln） （5- 7）Y0（L1Y1+L2Y2+LnYn）（L1+L2+Ln） （5-8） 式中： X0-压力中心的横坐标； 14 Y0-压力中心的纵坐标； F-冲裁力力； X-各线段重心的横坐标； Y-各线段重心的纵坐标。 分析排样图，该图关于 X 轴对称，所以 Y0为 30，X0根据公式公式公式 5-8 计算 得： X0=（5230+14.748.07+42.866.14+66.584.12） /（52+14.7+42.8+66.5） =（1560+706.6+2830.8+5594）/176 60.75 图图 5-3 分析压力中心分析压力中心 15 6 刃口尺寸的计算刃口尺寸的计算 6.1 冲裁间隙的确定冲裁间隙的确定 冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响 模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。较大的间隙可使凸模侧面 及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具 寿命而，但出现间隙不均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重 要的工艺参数。 冲裁间隙是冲裁工艺与冲裁模具设计的一个重要工艺参数，对冲裁件质量、冲裁 力和模具寿命均有很大的影响。冲裁间隙还影响着冲裁件的尺寸精度。冲裁件的尺寸 精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。间隙过大，会 使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸，冲裁力也会慢慢下降，卸 料力、推件力或顶件力都将随之下降。间隙过小，会使落料件尺寸大于凸凹模尺寸， 冲孔件尺寸小于凸模尺寸，冲裁力也会增大，会使模具刃口磨损加剧，还会产生凸凹 模胀裂，小凸模折断，凸模和凸凹模相互啃刃等异常损坏。 由此可见，我们在确定冲裁间隙时，一定要有一个合理的范围作为间隙值，当然 我们在设计时要采用最小合理间隙。由表6-1可知，Zmin=0.126mm Zmax=0.18mm。 16 表表 6-1 部分冲裁模初始双边间隙值部分冲裁模初始双边间隙值 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn40、5065Mn 材料 厚度 ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax 小于 0.5极小间隙(或无间隙) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 17 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则刃口尺寸的计算及依据与法则 在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则： （1）根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决 定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，故冲 孔以凹模为基准件，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。 （2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大，其刃口 的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲孔件孔径减小， 故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。 （3）凸模和凹模之间应保证有合理的间隙。 （4）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。 制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙： 分别加工法。分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间隙 要求。凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。这种加工方法必须把模具的制造 公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方法主要用于冲裁形状 简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。 单配加工法。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。先加工基准件， 然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。通常落料件选择凹模为 基准模，冲孔件选择凸模为基准模。根据上述计算法则，对于采用分别加工的凸模和 凹模，应满足公式 6-1： 凸凹ZmaxZmin （6- 1） 所以，新制造的模具应该保证凸凹ZminZmax，否则，模具的初始间隙 已超过了允许的变动范围 ZminZmax，影响模具使用寿命。本套模具采用分别加工法进 行加工。 分开加工时计算公式如下： 冲孔凸模尺寸： （6- 0 min凸 凸 xdd 2） 18 冲孔凹模尺寸： （6- 凸 0minmin凸 Zxdd 3） 落料凸模寸： （6- 0 凸minmax凸 凸 凸x凸ZDD 4） 落料凹模尺寸： （6- 凸 0max凸 xDD 5） 孔距尺寸： （6-1/8LLd 6） 其中： ， -分别为落料凸、凹模基本尺寸； 凸 D 凸 D ，-分别为冲孔凸、凹模基本尺寸； 凸 d 凸 d -冲孔件孔的最小极限尺寸； min d -落料件最大极限尺寸； max D ，-分别为凹模上偏差，可按 IT7，凸模下偏差，可按 IT6； 凸 凸 -制造公差； -磨损系数，其值在 0.51 之间。x 该制件的最小双边间隙为 Zmin=0.126mm，最大双边间隙 Zmax=0.18mm，则有 Zmax- Zmin=0.054。查表 2-1 标准公差数值得：10.70-0.18mm,查表 6-3 得 x 为 1 冲孔凸模根据公式 6-2 有： 0 min凸 凸 xdd = （10.7+10.18）0-0.18mm =10.880-0.18mm 冲孔凹模根据公式 6-3 有： 凸 0minmin凸 Zxdd = （10.7+10.18+0.054）0+0.02mm =10.9340+0.02mm 19 表表 6-2 简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差 (mm) 公称尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 公称尺寸 凸模偏差 凸 凹模偏差 凹 18 1830 3080 80120 120180 0.020 0.020 0.020 0.025 0.030 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 180260 260360 360500 500 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 表表 6-3 磨损系数磨损系数 （mm） 材料厚度工件公差 1 12 24 0.16 0.20 0.24 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.36 0.42 0.50 0.16 0.20 0.24 0.16 0.20 0.24 非圆形 x 值圆形 x 值 磨损系数 10.750.50.750.5 7 主要零部件设计主要零部件设计 7.1 凹模设计凹模设计 7.1.1 凹模刃口结构形式的选择凹模刃口结构形式的选择 冲裁凹模刃口形式有直筒式和凸台两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺 寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，所以采用刃口为凸台式， 该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变，因考虑到工件长期大批量生产，为了提高 模具性能，方便生产过程中维修和更换，模具凹模设计成镶嵌式，镶嵌于凹模框中， 落料刃口选择台阶式，装配如图 7-1 所示。 20 图图 7-1 凹模镶嵌块装配图凹模镶嵌块装配图 7.1.2 凹模精度与材料的确定凹模精度与材料的确定 根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为 IT12 级，内型腔精度为 IT10 级，表面粗糙度为 Ra3.2um，材料选冷作模具钢 Cr12MoV。 7.1.3 凹模外形尺寸的确定凹模外形尺寸的确定 凹模的外形一般有矩形和圆形两种。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7-1所示。 凹模各尺寸计算公式如下： 凹模边壁厚 H=Kb1 （7- 1） 凹模边壁厚 c=（1.52）H （7- 2） 凹模板边长 L=b1+2c （7-3） 凹模板边宽 B=b2+2c （7- 4） 式中： b1-冲裁件的横向最大外形尺寸； b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸； K-系数，考虑板料厚度的影响，查表7-1。 表表 7-1 系数系数 K 值值 材料料宽 s/mm材料厚度 t/mm 21 11336 500.300.400.350.500.450.60 501000.200.300.220.350.300.45 1002000.150.200.180.220.220.30 2000.100.150.120.180.150.22 查表7-1得： K=0.5 根据公式7-1可计算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H= Kb1 =0.430 =12mm 为保证凹模强度和修磨余量，取凹模厚度为25 根据公式7-2可计算凹模边壁厚： C=（1.52）H =1.525225 =37.550（mm） 取凹模边壁厚为40mm。 根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。 根据公式7-3可计算凹模长： L=b1+2c =84+240 =164 根据公式7-4可计算凹模宽： L=b1+2c =30+240 =110mm 查模架规格型号表得与之相对应的模架型号为160125，所以凹模周界尺寸为 16012525mm 22 7.2 凸模的设计凸模的设计 7.2.1 凸模凸模结构的确定结构的确定 凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加 工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该工件形状复杂，所以将落料凸模模设 计成台阶式凸模，台阶式凸模固定部分为圆形，凸模与凸模固定板的配合按 H7/m6。 7.2.2 凸模高度、长度的确定凸模高度、长度的确定 凸模的高度是凸模固定板的厚度、卸料板厚度，增加高度附加长度的总和，如图 7-3所示。 图图7-2 凸模高度尺寸凸模高度尺寸 凸模高度为： L=h1+h2+ h3+h4 （7-5） 式中: h1-凸模固定板厚度； h2-增加高度； h3-卸料板厚度； h4-附加长度 35mm。 L=20+10+16+3 =49mm 由以上可得凸模简图如图 7-4 所示： 23 图图 7-3 凸模凸模 7.2.3 凸模材料的确定凸模材料的确定 该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以凸模的 材料应选 Cr12MoV，热处理 5862HRC。 7.2.4 凸模精度的确定凸模精度的确定 根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用 IT10 级，表面粗糙度 Ra 为 0.8um。 7.3 卸料装置的设计卸料装置的设计 7.3.1 卸料结构设计卸料结构设计 选择固定卸料板和弹压式卸料板两种形式，卸料板厚度为凹模厚度 0.60.8 倍。 图图 7-4 卸料结构卸料结构 7.3.2 卸料板卸料板材料的选择材料的选择 卸料板主要是起卸料的作用，对它的强度和硬度要求较高，所以材料选择是 24 Cr12，淬火硬度 5458HRC，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。 7.4 凸模固定板的设计凸模固定板的设计 凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模 座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按 H7/m6。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，根据凸模尺寸大小取值。 则凸模固定板的厚度： H凸固=（0.60.8）H凹 （7-6） 式中： H凸固-凸模固定板厚度； H凹-凹模厚度。 根据公式7-7得凸模固定板厚度为： H凸固=（0.60.8）H凹 = 1520（mm） 凸模固定板厚度取20mm。 7.5 顶件装置设计顶件装置设计 根据工件的结构，在冲压送料过程，工件向下弯曲成型后，工件的最低位置低于 凹模固定板的上平面，所以必须设计一个弹性的装置，当模具打开时，弹性装置会将 条料往上弹，使得条料的最低位置高于凹模固定板的上平面，完成下一个工位的工作， 我们将这个弹性装置称为浮升装置，如简图 7-5 所示： 图图 7-5 顶件装置顶件装置 7.6 模柄选用模柄选用 模柄的作用是将上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有： （1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。 25 （2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用 H7/n6 配合，可以保证较高的同轴 度和垂直度，适用于各种中小型模具。 （3）
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