0落料冲孔倒装复合模的设计.pdf

I 摘要 本文设计了落料冲孔倒装复合模，这属于冲压工艺的模具设计的一种。通 过对工件结构的分析，确定落料和冲压工序的先后。随后在设计了三种设计方 案，在经过对比的情况下，选择了落料冲孔倒装复合模。在确定了模具的设计 方案之后，经过分析，确定模具的各个装置结构。在选用了合适的排样方法后， 通过计算，算出模具的压力中心与凸凹模的刃口尺寸。利用计算的数值来选用 适当的压力机及相应的模架，以及选用合适的装配方案。 关键词关键词 落料冲孔；倒装；模具 II Abstract In this paper, the composite die of blanking punch is designed, which belongs to the die design of the stamping process. We can determine the sequence of blanking and drawing operation by analyzing the structure of the work piece. Three design schemes were designed, and in the case of comparison, the composite die was selected. After the design of the mold was determined, the structure of each device was determined after analysis. After selecting the suitable layout method, the cutting edge size of the pressure center and the concave die is calculated. Using the calculated value to choose the appropriate press and corresponding die frame, and choose the appropriate assembly plan. Key wordsblanking punchinginversionmould 1 目录目录 摘要.I Abstract. II 1 绪论1 2 冲压的工艺性分析和模具的结构类型3 2.1 工艺性分析.3 2.2 设计方案的选取.3 2.3 冲压模具的结构类型选择.4 3 模具的选择5 3.1 模具的结构类型.5 3.2 模具的定位装置.5 3.3 模具的推出件装置.5 3.4 模具的卸出料装置.6 4 模具的设计与计算7 4.1 排样的设计.7 4.1.1 排样要求7 4.1.2 排样方法7 4.1.3 原料的使用效率计算8 4.2 计算冲裁压力、压力中心和选用压力机.10 4.2.1 冲裁力与卸料力的计算10 4.2.2 冲压模具的压力中心的选取与计算11 4.3 冲压工艺的计算.12 4.3.1 冲压部分的计算12 4.3.2 落料部分的计算13 4.4 各个重要零部件的结构大小.15 4.4.1 凹模的外部形状的确定15 4.4.2 剩余零部件的尺寸16 4.5 闭合高度的计算.16 5 模具的结构17 5.1 模具零部件的加工.17 5.2 模架与冲床的选用.18 5.2.1 模架的选则.18 2 5.2.3 冲床的选用.18 5.3 模具的装配.20 5.3.1 常见装模工具及其作用20 5.3.2 模具的装配过程20 5.4 模具的调试.23 5.5 压力机的安全技术措施.23 结论.25 致谢.26 参考文献.27 1 1 绪论 模具是一种能够大批量的生产处具有相同形状和满足一定尺寸要求工业产 品零部件的生产工具。从大件的飞机、汽车、轮船到小件的茶杯、钉子，几乎 本文能想到的所有的工业产品都必须运用到模具。使用模具来生产出来的工业 产品，具有的高精度、高一致性、高生产率是其他所有加工方法所不能比拟的。 模具在电子、汽车、家用电气、仪表仪器、通信等领域有着日益广泛的运用， 成为其中不可或缺的一部分。 一般来说，模具主要分为以下几种形式：有冲模、锻模、注塑模、压铸模、 粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模等。除去一部分的冲模以外的上述各种 模具都归属于腔型模，这是因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。 （1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占 模具总数的 50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口 模、切边模、弯曲模、卷边模、拉深模、校平模、翻孔模、翻边模、缩口模、 压印模、胀形模等。按组合工序不同，冲模分为单工序模、复合模、连续模。 （2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。 按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模、螺旋压力机锻模、热模锻压力锻模、平 锻机用锻模、水压机用锻模、高速锤用锻模、摆动碾压机用锻模、辊锻机用锻 模、楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具、挤压模具、 精锻模具、等温模具、超塑性模具等。 （3） 塑料模： 塑料模是塑料成型的工艺装备。 塑料模约占模具总数的 35， 而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模、挤塑模、注射模，此外还有 挤出成型模、泡沫塑料的发泡成型模、低发泡注射成型模、吹塑模等。 （4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温 和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模 具总数的 6。 （5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模 有：压模、精整模、复压模、热压模、粉浆浇注模、松装烧结模等。 目前，我国共有模具生产厂家 17000 余家，从业人数五十多万。除了国有 的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独 资企业和私营企业等，都得到了快速发展。研究和发展模具技术，对于促进国 民经济的发展具有特别重要的意义，模具技术已成为衡量一个国家产品制造技 术的重要标志之一，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位 2 日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 3 2 冲压的工艺性分析和模具的结构类型 这个需要冲裁的零件原料材质为 Q235 号钢，料子的厚度 t=0.5 mm，这个 需要冲裁的结构件的结构较为简单，相对来说可以得当的使用冲裁工艺。通过 技术需求本文可以得知的是，该零部件的尺寸在图上所未进行标注的公差为 IT10 级的，由此本文确定制件的尺寸公差，为自由尺寸。所以，零件的尺寸要 求精度相对来说较为低。 图 2-1 模具结构图 2.1 工艺性分析 结构上分析： 通过对结构件的分析可知， 制件过程包括冲孔与落料等工序， 从大的整体上来看工序主要为冲孔与落料两部分，过程相对来说比较清晰。 尺寸精度分析：这个零件尺寸图上所有没有进行标注的公差等级均为 IT10 级，确定了工件的尺寸公差过后，判断该零件的尺寸为自由尺寸，所以尺寸的 精度要求上对比于其他来看，精度要求较低。 合理性分析：由于该材料件的要求是要小规模的批量生产，所以可以大致 判断使用复合模模具来设计。本文可以先运用冲孔模具、落料复合模具来制作， 使用这样的模具使零部件的构造来说更为简便。 材料材质分析：材料材质为 Q235 号钢。 2.2 设计方案的选取 设计方案一：采用级进模的方案加工零部件，这样相比来说，比单工序生 产效率高，减少了模具与所需设备的数量，这样有利于生产自动化，以及对孔 边距小的零件，适用于批量生产1。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 4 设计方案二：采用了倒装复合模的方法加工零部件，将这两种工序用一套 冲压模具来完成，采用了落料冲孔倒装复合模。这种方法的优点是生产的效率 高，并且对于所冲裁的零部件的内部小孔与外边缘中间的相对位置精密度要求 来看更宽松一些。具体的模具结构类型见图纸。 设计方案三：采用正装复合模的方案加工零件，使用这种方法和第二种方 案的工序过程相同。 方案优缺点分析： 综合比较上述的三种方案，第一种方案使用的是级进模，这种方法所说安 全性更高一些，但是由于模具结构很繁琐，加工的精度不足，所以不适用于连 续的冲孔，这样会容易造成变形，并且成本也高。适合选用方案二的落料冲孔 倒装复合模，满足冲裁件的精度稍高的要求，选用这种方案的话，流出的废料 会在下边的模具表面上，这个需要工人师傅及时清理，安全性上比较来说，不 算太安全。但是精度来说相对的高一些，误差也小。剩下的废料也可以再次利 用，生产效率和精度都高一些。第三种方案的安全性更差一些，在这里不做考 虑。 整体看来，选用第二种方案更加合适。 2.3 冲压模具的结构类型选择 在明确了使用第二种落料冲孔倒装复合模的情况下，通过相互之间的比较 分析，选择合适的模具结构类型，让其尽可能的符合下面的几个要求： (1)能生产出满足技术需求的冲裁件； (2)生产效率能够满足需求； (3)模具制造简单、维修更换容易； (4)模具能够长时间使用，实用寿命长； (5)冲压模具安装简单，调整方便，操作简单，安全性好。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 5 3 模具的选择 3.1 模具的结构类型 在考虑过上述的三种方案后，选择了使用复合模后，首先要考虑是倒装型 复合模还是正装型复合模。在实际生产情况中，一般采用的都是倒装模。这是 因为使用倒装复合模冲压时，多余的废料从凹凸模的下表面从压力机工作台的 小孔中渗出。冲压结束时，冲裁件跟随凹模的上表面上升后，由推出机构推出。 之后再通过冲压机构的接件装置接出，条料跟随下模上的卸料装置卸出。设计 这样的方案能够使工人操作时降低不必要的操作，确保生产安全，提高一定的 生产效率。如果选择正装复合模的话，结构正好与倒装复合模相反，不同于倒 装模的是它的这三个机械运动混合在一起，但是如果退料同时进行下一步的冲 压的时候，由于原料堆积容易挤坏模具，损坏模具的刃口部分2。 所以本次选择倒装复合模。 3.2 模具的定位装置 为了确保原料输送模具的每一个角落，冲压出符合产品规格的冲压件，并 且顾及到是小批量的实际生产情况。降低模具的复杂程度，故在此使用定位销 定位。 从前文可知，板子的厚度 t=0.5mm，厚度不大，是相对来说较薄的板材， 并且从冲压件的大小形状来看，尺寸不大。所以可以在侧面使用 2 个固定挡料 销来固定，在进料的方向上，由于受到上下凹凸模的影响，为了确保满足不减 小模具的强度情况下，在进料方向使用一个带有弹簧装置的可以移动的定位销 来进行固定。 3.3 模具的推出件装置 在使用落料冲孔倒装复合模时，在经过冲压过后，做出的材料会镶嵌在上 边的落料凹模里面，这时候一个推出件装置（刚性或柔性）来将工件推出来。 刚性的推出件装置相比较来说，它更安全和稳定，能够将冲裁件安稳的从凹模 中推出来。但是刚性装置也有缺点，相比较来看，在冲压过程中，刚性装置对 材料不起冲压作用，所以做出的零件表面平整度和大小精度比柔性（弹性）装 置来说，要稍微低一些3。 综合两种推件装置来看，刚性装置已经能够确保零件的尺寸精度满足设计 需求，并且这种装置结构安排紧密，便于维修与更换。所以在这里本文使用刚 徐州工程 学院毕业设计 说明书 6 性的推出件装置。为了同时满足零件对于表面的平整度以及部分位置的大小精 度要求，本文能够选择在刚性推出件装置与下面凸模的固定板中间嵌上一个橡 胶垫4。 3.4 模具的卸出料装置 在模具进行冲压的时候，多余的材料会分布在凹凸模的外边缘，所以在下 模这里需要设置一个卸出料装置。 设置在下模处的弹性卸出料装置通常情况下有 2 种结构：第一种是利用弹 性零件（比如橡胶等） ，将零件装在卸出料的板体和凹凸模的固定板中间。第二 种是将这个零件装设在整个模具的下模板的下面。但是考虑到冲裁件的卸料力 大小偏小，所以在这里本文选择第一种方案，弹性零件的材质本文选择橡胶。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 7 4 模具的设计与计算 4.1 排样的设计 4.1.1 排样要求 在冲压零件的成本方面，材料成本费用占比在 60%以上，因此在对材料的 经济效益利用方面这个具有重要的意义。在条料板上或板料上，冲压件的布置 方式被称作排样。冲压件的排样是否合理不仅仅影响材料经济利用效益的高低， 影响所制成成品件质量的好坏，模具结构的是否合理。还在模具的使用寿命和 所制成品件的生产效率以及模具成本等技术及经济指标上有着重要作用5。所 以，本文在排样的过程中应该充分的考虑下面的这几个原则： 第一点：尽可能的去提高原材料的使用率； 第二点：采用合理的排样方法确保操作方法的简便，能够确保加工过程的 安全和降低工人的工作强度； 第三点：设计模具的结构要简便，能够长时间使用； 第四点： 确保质量的情况下， 尽可量去满足原料对于材质纤维方面的需求。 4.1.2 排样方法 表 4-1 冲裁件的搭边值 材料厚度 t圆件及圆角 r2t 矩形件边长 l50mm矩形件边长 l50mm 或 圆件 r2t 工件 a1侧面 a工件 a1侧面 a工件 a1侧面 a 0.251.82.02.22.52.83.0 0.251.21.51.82.02.22.5 0.51.01.21.51.81.82.0 0.80.81.01.21.51.51.8 1.21.01.21.51.81.82.0 1.61.21.51.82.02.02.2 2.01.51.82.02.22.22.5 2.51.82.22.22.52.52.8 3.02.22.52.52.82.83.2 3.52.52.82.83.23.23.5 4.03.03.53.54.04.04.5 5.0-100.6t0.7t0.7t0.80.8t0.9t 通过表格 4-1 可以得知： 徐州工程 学院毕业设计 说明书 8 本文可以能够将这两个零部件之间搭边值的按照矩形零件选取mmb5.2, 侧面取值： mma5.2。 进料的步距计算为： mmh5.12105.2； 料子的宽度计算为： 0 )2( DaB（4-1） 在式中：a为侧面值，取值为 2.5mm； h为板料的步距，取值为 12.5mm； b为零件搭边值，取值为 2.5mm； 为上下误差； B为板料宽度； 在冲压手册上查阅表格 2-19 可以得知的是，料子的宽度的上下误差 mm4.0， 而零件在竖直方向与送料的方向的距离mmD35； 由公式 3-1 可以得知： mmDaB 0 4.0 0 4.0 0 40)355.22()2( ； 4.1.3 原料的使用效率计算 在冲裁零件的成本里面，原材料的花费大概占据了所有花费的 60%以上， 所以对于原材料最大程度的合理利用在其中占据了非常重要的一部分，因此合 理的利用原材料十分重要6。在条料板上或板料上，冲压件的布置方式被称作排 样。排样的合理与否，是关于原料是否被浪费，能否被最大程度利用的一个重 要考量标准。在这里可以通过下列公式计算出来： %100/%100/ 0 ABFFF;（4-2） 在公式中：代表的是原材料的被利用率； F代表的是零部件的实际大小； 0 F代表的是所利用的原材料面积，其中包括零件的实际面 积和废弃部分的面积； A代表的是两个工件相对应位置之间的距离； B代表的是料子的宽度； 零件的大小规格选择的是 mm200010005.0 ； 冲裁可以分为横冲裁与纵冲裁两种 （1）使用横冲裁时： 徐州工程 学院毕业设计 说明书 9 每一次冲裁的条数： 5040/2000 1 n条；（4-3） 每一条上面的零件数： 805.12/1000 2 n件； 每一板上面的零件数： 40008050 21 nnn个； 利用的效率： %70%100)20001000/(35104000； 通过公式 3-2 计算可以得出横冲裁的效率为 70% （2）使用竖冲裁时： 每一次冲裁的条数： 2540/1000 1 n条； 每一条上面的零件数： 1605.12/2000 2 n件； 每一板上面的零件数： 400016025 21 nnn个； 利用的效率： %70%100)20001000/(35104000； 通过计算可以得出竖冲裁的效率也为 70% 经过比较两种冲裁方式，材料的利用效率都为 70%，所以选择两种方式中 的哪一种都可以，排样的方法如下图所示： 徐州工程 学院毕业设计 说明书 10 图 4-1 排料方式 4.2 计算冲裁压力、压力中心和选用压力机 计算出冲裁压力是能够合理选用正确的压力机的关键。压力机的吨位一定 要比计算得出的冲裁力大，才能满足零件冲裁的要求7。 在普通冲压模具中，本文可以通过以下公式计算出冲裁力 F 的大小。 KptLFP （4-4） 其中，代表的是原料的抗剪切强度； L代表的是冲裁件的周长； t 代表的是原料的厚度； F代表的是冲裁力的大小。 4.2.1 冲裁力与卸料力的计算 通过查询资料本文可以得知 Q235 号钢的抗张强度大小MPa b 400； 落料的大小为： mmL90 1 ； 冲压的圆形孔的大小为： mmL42.9 2 ； 冲压的方形孔的大小为： mmL32 3 ； 通过公式 4-1，本文可以得知： 徐州工程 学院毕业设计 说明书 11 LtF；（4-5） （1）落料力的计算： NtLF b 3 1落 10184005.090； （2）冲孔力的计算： NtLF b 18844005.042.9 22 ; NtLF b 64004005 . 032 33 ； NFFF8284 32冲 ; (3)冲裁过程中推出力的计算： 冲推推 nFKF 通过查表本文可以得知： 16n ， 045.0k ，NF8284 冲 ； NFKF5.5964828404.016n 冲推推 ; （4）落料过程中卸料力的计算 NFKF540101803.0 3 落卸卸 ； （5）冲床的总压力计算 NFFFFF 3 卸落推冲总 10789.32； 4.2.2 冲压模具的压力中心的选取与计算 模具的压力中心代表的是冲裁过程中所有压力形成合力时作用的点的位 置。在能够保证压力机与冲压模具能够正常运作的前提下，可以使冲压模具的 压力中心和压力机的滑动块的中心相吻合。如果冲压模具具有模柄，模具的压 力中心应该在模柄的轴心线上。不然的话，冲压模具 UI 压力机模块之间会有偏 心载荷的出现。加大滑块和导轨之间的摩擦力，损毁模具与零部件，会减少机 构的使用寿命8。 确定冲压模具的压力中心，必须满足以下条件： （1）如果多个冲裁零件的形状是对称的， 那么零件的几何中心就 是冲压模具的压力中心； （2）如果是多个零件， 且各个冲裁零件形状一样并且分布位置也 对称。那么零件的几何中心也就是冲压模具的压力中心； （3）如果零件结构复杂， 那么可以通过计算分析算出压力中心的 位置； 徐州工程 学院毕业设计 说明书 12 图 4-1 模具尺寸 凸模的各个边冲裁周长的计算： mmL42.9314.3 1 ； mmL163252 2 ； mmLL16 23 ； mmX39645 1 ； mmX5.235.210835 2 ； mmX5.155.2108 3 ； mmYYY15 321 ； 为这个零部件选取合适的坐标轴，将公式带入进去： mmLLLXLXLXLX93.23)/()( 3213322110 ； mmLLLYLYLYLY15)/()( 3213322110 ； 通过计算本文可以得知，模具的压力中心位置在： 距离右边缘： mm93.131093.23； 距离中心： mm51015； 4.3 冲压工艺的计算 4.3.1 冲压部分的计算 小凸模的计算： 翻阅冲压手册第 57 页可知，在冲裁的过程中，凹凸模的极限偏差为9： mm p 02.0，mm d 02.0； 徐州工程 学院毕业设计 说明书 13 翻阅第 54 页查询冲裁模具的初始双面间隙为： mmZ04.0 max ，mmZ03.0 min ； 根据公式mmZZ dp 01.0 minmax ，所以在这里本文采用凸模和 凹模配合加工。在冲孔的过程中吗，凸模在受到磨损后会变小。 通过查询资料本文可以得知： 小的凸模的大小为： 0 0625.0 )( xAd p ；（4-6） 其中：的是小凸模的大小 p d ； A是基准件尺寸，在这里取值为 2.95； X是摩擦系数，在这里取值为 1； ；25.0里取值为是冲裁件公差，在这 小的凸模的大小为： mmxAd p 0 0625.0 0 0625.0 0 0625.0 2.3)25.0195.2()( ；（4-7） 凹模的最小间隙： mmZ030.0 min ； 凹模的大小为： mmZdd dd 0625.0 0 0625.0 0min 23.3)( ；（4-8） 大的凸模的大小为： （1）横向尺寸为 mm 0 04.0 02.5 ； （2）纵向尺寸为mm 0 04.0 02.3 ； 4.3.2 落料部分的计算 通过查阅冲压手册第 57 页可知，在冲裁的过程中，凹凸模的极限偏差 为： mm p 02.0，mm d 02.0； 翻阅第 54 页查询冲裁模具的初始双面间隙为： mmZ04.0 max ，mmZ03.0 min ； 根据公式mmZZ dp 01.0 minmax ，所以在这里本文采用凸模和 凹模配合加工。 零部件图下方所示： 徐州工程 学院毕业设计 说明书 14 图 4-2 模具零部件 落料件机构的设计应该以凹模为标准，之后再去做凸模。 凹模经过磨损之后，零件的尺寸会变大，首先第一步先把模具图尺寸化为 0 A，之后按照落料的凹模公式来计算10： a、纵向大小为： mm 0 04.0 02.10 ，得出mm04.0 通过表格 4-2，本文可以得知： 当材料的制件公差等级在 IT10 及之下时，X 的值为 1； 当材料的制件公差等级在 IT11 到 IT13 之间时，X 的值为 0.75； 当材料的制件公差等级在 IT14 及之上时，X 的值为 0.5 ； 表 4-2 磨损系数 x 材料厚度 t/mm 非圆形圆形 10.750.50.750.5 工件公差 116.00.170.3536.00.1616.0 1220.00.210.4142.00.2020.0 2424.00.250.4450.0430.00.310.5960.00.3030.0 在这里磨损系数 X 为 1； 凹模的实际偏差 mm01.04/04.04/ 凹 ；（4-9） 所以凹模的大小为： mmXAA 01.0 0 01.0 0 01.0 0max 0 98.9)04.0102.10()( ； （4-10） 凸模的纵向大小按照凹模的来确定，只要确保双面间隙在最大间隙与最小 间隙之间就好，所以在 0.03mm 到 0.04mm 之间11。 b、在横向的大小为： mm 0 04.0 02.35 ，由此可知mm04.0； 徐州工程 学院毕业设计 说明书 15 通过表格 4-2， 当材料的制件公差等级在 IT10 及之下时，X 的值为 1； 当材料的制件公差等级在 IT11 到 IT13 之间时，X 的值为 0.75； 当材料的制件公差等级在 IT14 及之上时，X 的值为 0.5 ； 材料的磨损系数 X 为 1； 凹模的实际偏差： mm01.04/04.04/ 凹 ；（4-11） 所以凹模的大小为： mmXAA 01.0 0 01.0 0 01.0 0max 0 98.34)04.0102.35()( ； （4-12） 凸模的纵向大小按照凹模的来确定，只要确保双面间隙在最大间隙与最小 间隙之间就好，所以在 0.03mm 到 0.04mm 之间12。 c、未标注的部分圆角大小为： mmR 0 08.0 2 ，由此可知mm08.0； 通过查阅冲压手册的表格 2-30， 当材料的制件公差等级在 IT10 及之下时，X 的值为 1； 当材料的制件公差等级在 IT11 到 IT13 之间时，X 的值为 0.75； 当材料的制件公差等级在 IT14 及之上时，X 的值为 0.5 ； 材料的磨损系数 X 为 1； 凹模的实际偏差： mm02.04/08.04/ 凹 ；（4-13） 所以凹模的大小为： mmXAA 02.0 0 02.0 0 02.0 0max 0 92.1)08.012()( ；（4-14） 这些部分的凸模圆角的大小按照凹模的来确定，只要确保双面间隙在最大 间隙与最小间隙之间就好，所以在 0.03mm 到 0.04mm 之间。 4.4 各个重要零部件的结构大小 4.4.1 凹模的外部形状的确定 查询冲压手册表格 2-39 可知 mmb35，mma10，mmmmt8.05.0，mmc26，mmh20， mmcbB87262352； mmcaA62262102； mmH20； 对于上述计算出来的尺寸大小，画出外部行状图，在此应该稍微扩大并取 整： 徐州工程 学院毕业设计 说明书 16 mm2010090 图 7-1 凹模的外部形状 4.4.2 剩余零部件的尺寸 模具上面部分的垫板尺寸：mm610090； 凸模的固定板的尺寸：mm2010090； 模具下面的卸料板的尺寸：mm2010090； 凹凸模的固定板的尺寸：mm2010090 4.5 闭合高度的计算 冲裁模具的比和高度指的是冲裁模具在工作状态下，在运动到最低的位置 时，模具的上半部分与下半部分之间的平行距离。冲裁模具的闭合高度应该和 压力机机构的装模高度相互匹配13。 压力机机构的装模高度代表的是滑块下降到最低点是，滑块底部距离工作 台之间的长度。而压力机机构的长短是能够进行变动的，所以装模高度随着机 构长度的变化而变化。当机构的连杆处于最短的情况下，压力机机构的装模高 度最大，当连杆处于最长的情况下，压力机机构的装模高度最小14。 由此可知， 所以 H 模=上模板厚度+凸模固定板厚度+弹簧压缩长度+卸料板 厚度+凹模厚度+下模板厚度+材料厚度2-弹簧在固定板和卸料板间的距离 140mm。 凸模的长度为 39mm，而凸模进入凹模的长度为 5mm。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 17 5 模具的结构 5.1 模具零部件的加工 通常情况下，一般零部件的加工是按照零件图来加工，所有零件生产完毕 后，再进行统一的最后的装配。但是在模具的零部件加工中，是不能按照这样 的步骤在生产零件的。模具的零部件加工需要根据具体的装配方法具体情况具 体分析，并且要在装配的过程中，不断修配，最后再决定是否所有零部件都要 生产出来。如果以凹凸模为基准来装配冲裁模具机构时，零部件图纸上的到主 控就不需要加工了，如果是以四个导柱导套做型腔，凸模的相对位置来作为基 准的时候，那么，凹凸模的固定板的导柱套应该在型孔的上面加工出来。 在通过铣床来进行零件加工时，必须先通过测量与计算，确定零部件的具 体尺寸、材质、和使用的刀具参数，来确保冲裁过程顺利进行。与此同时也要 考虑到尽可能的降低加工过程中的复杂度。所以，本文在进行冲裁模具设计之 前，还应该充分考虑到各种因素，综合考量。在选购模板之前，要首先选取模 具的基准面，之后在确定模具的加工基准，按照之前准备好的零件图，按照制 定好的加工方案来进行加工装配。如若涉及到数控编程这块，那就需要先确定 加工过程的原点，根据确定好的加工方案开始加工。首先第一步先在铣床导轨 上装好台虎钳，稍微打紧后开始打表。打表时要时刻注意，进给速度不能太快， 不然的话容易损伤仪表。在校准平行度的时候，只要将其控制在较小的偏差内 即可，用小木槌轻轻敲打修正。 在确定好平行度之后，再把刀具对准所要加工零件的工作轴原点，首先确 定 XY 轴，再通过 XY 轴确定 Z 轴，这样做的好处是方便本文进行编程设计。 在程序编程完毕之后，对程序进行试验模拟运行，以此来发现程序中可能出现 的问题，及时解决。在确保程序是正确的之后，将程序上传到数控机床来进行 零部件的加工。根据不同的刀具，选取不同的刀具运转速度，进给速度需要本 文进行观察来手动调试以确保加工的顺利进行，在加工过程中要仔细观察刀具 的工作情况，及时清除加工过程中产生的废料和冷却液体，严防意外情况的发 生。当一套程序完整的运转结束后，工具刀头会自动返回原始位置，如若没有 返回，要及时停止机器运转，排查故障。如若情况正常即可进行其他工作15。 具体的零件加工工序请参照加工工艺卡。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 18 5.2 模架与冲床的选用 5.2.1 模架的选则 一般来说，冲压模具的模架有两种形式，一种是标准模架另一种是自制模 架。在用途上来看:一般简单的和特别复杂的模具使用的是自制模架，其他一般 性的模具试用的是标准的模架。标准模架相对于自制模架来说，它有生产时间 短，成本低等优点。在国际上来看，标准模架又被分为两大类：第一类导柱模 架，它是由上下模座、导柱与导套组构成的；第二类导板模架，它是由是弹压 导板、下模座、导柱与导套构成的。从模架材质来看，又可以将其分为两类： 铸铁模架和钢板模架。 其中导柱模架可以通过导套和导柱的摩擦形式可以分为两类：滑动导向与 滚动导向，为了确保模架的精度符合国际上的通用规定。本文要确保以下几个 方面：一、导柱与导套之间的配合精度；二、上模座的上平面与下模座下平面 之间是否平行。三、导柱轴心线与下模座下平面之间是否垂直。 通过分析滑动导向模座上导柱的分布位置大致可以分为下列几种：对角导 柱模架、四导柱模、中间导柱模架架、和后侧导柱模架。其中前三者的导柱都 在模架对称线上，具有以下优点：传动过程更加稳定，导向更加准确。一般情 况下多用于对精度要求较高的模具。而后侧导柱模的导柱架安装在后侧，其优 点是送料比较简单方便。 对于滚动导向模架来说，它的优点是导向更加准确，材料在运动过程中刚 度高，可以长时间运作。 而导板模模架具有以下特点：作为凸模导向的一种，其是由是弹压导板、 下模座、导柱与导套构成的。凸模和固定板之间采用的是间隙配合，造成的结 果就是凸模与固定板中有多余的间隙。 在模架的选用中， 应该确保导柱与导套之间的配合间隙实际比冲压间隙小。 综合以上的分析考虑，在这套方案中本文为该模具选用的后侧导柱模架。 5.2.3 冲床的选用 根据实际工作情况， 参考冲压过程中的总冲压力以及模具的闭合高度,考虑 冲床工作台台面实际尺寸等因素。本方案选择的是型号为 J21-200 的冲床。 冲压设备的选用： 在选用了合适的冲压设备及类型后，应该根据实际的冲压中会产生的冲压 力 （其中主要为卸料力与压料力等） ， 模具具体的结构形式及计算出的闭合高度， 外形轮廓尺寸等因素来选用合适的冲压设备。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 19 (1)工称压力 压力机上的工称压力，一般指的是压力机滑块下降到停止点前，在保持一 段特定的长度， （即压力机的曲柄旋转至与下一停止点前保持大概 30 度时，一 般这个角度被称为公称压力角） ，滑块工作情况下所能承受的最大压力。本文查 询资料，了解到曲柄连杆机构的工作原理，压力机滑块的所承受的工作压力在 冲压过程中是一直在变化的，并不是固定不变的，它是根据曲柄转角角度的改 变而改变的。所以在本文选用压力机机构的时候，不但要充分顾及工称压力的 数值大小，还要确保在进行冲压作业时，冲压工艺曲线要保持在压力机滑块的 能顾负荷的曲线之下。 在通常情况下，本文选用的压力机的工称压力应该保持在冲压工艺的所需 求的总工艺力大小的 1.3 倍以上。如果选用的是开式压力机，在这种机构上进行 精密冲裁时，压力机的工称压力应该冲压总工艺力大小的 2 倍以上。 (2)滑块的行程 压力机上的滑块的工作行程指的是滑块从上停止点到下停止点滑动的距 离。压力机机构的行程大小必须确保未加工的毛胚或者半成品件能够放入到加 工为成型零件推出。一般情况下，精压工序需要的工作行程较其他冲压工序来 说小，而弯曲工序及拉深工序需要相对较大的工作行程。所以在拉深件选用的 压力机的时候，所挑选的机构的实际行程至少为成品件高度的 2.5 倍以上。 本方案中所选用的压力机的主要工艺参数如下图所示： 型号：J21-200 计量单位：台 重量：15800kg 主电机功率：18.5kw 公称压力：2000kn 滑块行程：180mm 行程次数：40 次/分 最大装模高度：360mm 喉口深度：400mm 工作台尺寸大小：1200780140mm 滑块底面尺寸大小：700500mm 模柄孔的尺寸：7080mmmm 徐州工程 学院毕业设计 说明书 20 5.3 模具的装配 5.3.1 常见装模工具及其作用 （1） 、平行夹具 平行夹具通常成对使用，将两个或多个平行板夹紧在一起以引导孔或调整 模具。 （2） 、平行垫铁：即一对厚度相同的垫铁 1） 、在钻床工作时，尤其是用平行卡盘卡住板料时，不能直接将板料放在 钻床的工作台上。必须使用平行垫铁，并且将工件放平之后才能进行打孔作业； 2） 、可以用来调整冷冲模或者塑料动定模上下之间的距离； 3） 、可以用来调整凹凸模之间的间隙； （3） 、铜锤（铜棒） 铜棒主要由软铜材料制成，利用其材质较软的特性，用它来敲打模模、销 钉和加装凸模型芯等部件，从而使杆能变形却又不损坏模具部件。 5.3.2 模具的装配过程 冲裁模具的装配原理是选择模具的主要工作部件，如凹凸模、凸模、凹模 或导向板选之作为为基准件。复合模的装配顺序： 通常情况下，选取凸凹模作为基准件，接着装好凸凹模最后再装好凹推板 和凸模。 模具装配顺序如下： （具体装配图见图纸） （1） 、首先检查图纸与全部零件，确保加工前无误； （2） 、在机构底座上画好漏料孔的线和加工的漏料孔线； （3） 、在模具的上模座上画线，对模柄孔进行加工； （4） 、将凸模装入固定板内，将其磨平： 1） 、在下固定板内装入凸凹模，并将零件磨平； 2） 、在上固定板内装入圆凸模，并将零件磨平； （在安装圆凸模时一定得以凸凹模的冲孔凹模作为安装的基准，观察凸模 在进入固定板内后与凹模之间的缝隙均匀与否） （5） 、下模的拼装 1） 、在卸料板上攻螺纹孔 A、在卸料板内插入凸凹模，将垫铁放到正确位置，调整好方向； B、在固定板与凹模之间做一个孔； a、选用大小为6.7 的钻头钻孔让螺钉通过； 徐州工程 学院毕业设计 说明书 21 b、选用大小为6.7 的钻头钻孔让卸料螺钉通过； C、选用大小为6.7 的钻头用后钻头钻孔； D、攻四个大小为6.8 的螺纹； 2） 、在模具的底座上钻孔 A、首先在下模座上安装凸凹模和固定板（应该注意要将这两 个零部件的漏料孔对准，这样才能使多余的材料顺利的离开模具） ； B、使用平行夹固定好固定板和下模； C、从固定板上往下模的模座上引一个孔； a、使用大小为6.8 的钻头打孔让螺钉通过； b、使用大小为9 的钻头打孔让卸料螺钉通过； D、在标记后将零件分开； E、使用大小为9 的钻头钻 4 个孔让螺钉通过； F、使用大小为13.5 的钻头钻 4 个孔让卸料螺钉头通过； G、另一面将 4 个9 的孔镗至 13.510； H、使用大小为13.5 的锪孔钻头，将孔锪至深 12； I、将两面的孔倒角； 3） 、对下模进行组装 A、 在下模座下面按照规定方向放置好垫板和凸凹模 （固定板） ； B、将螺钉固定好，并使用平行夹固定好； C、使用大小为7.8 的钻头给大小为8 销钉孔的钻一个预孔； D、给孔进行绞丝； E、有选择性的打入销钉； (6)、对上模进行安装 1） 、在上模上固定好冲孔凸模和固定板； A、冲孔凸模插入凸凹模和冲模的冲孔凹模孔中，在两侧上下 固定板之间设置平行铁垫，使冲孔凸模插入冲孔凹模中，深度约为 5mm； B、对准上垫板和上固定板孔的位置，使之相对应； C、将上模座合上； D、将上模座、上垫板及固定板通过平行夹加紧； E、选取合适的冲孔间隙； F、使用工具如撬棍将模具上下部分分开； G、使用大小为9 的钻头从凹模板往上模座钻 4 个大小为9 徐州工程 学院毕业设计 说明书 22 的孔让螺钉过孔（两销钉孔不需要） ； H、使用大小为7.8 的钻头给大小为8 销孔预孔； I、使用大小为8 的铰刀来给刚刚钻的预孔铰孔； J、标记好后将模具拆开； K、替螺钉钻 4 个大小为9 的孔； L、将这四个孔镗为13.5，深度为 10； M、使用大小为13.5 的锪孔钻将孔锪深至 12； N、对上模座正反面上的孔进行倒角； O、对模柄进行安装； P、给停止螺钉预孔 125.1； Q、给大小为 M6 的孔进行攻丝； R、安装螺钉； 2） 、安装好落料凹模，并将上模安装好； A、在凸凹模上安装好落料凹套，通过使用垫铁将凸凹模压入 凹模内深度为 5mm 左右(要让挡料钉与卸料板挡料钉的位置相对应， 不能冲突） ； B、在冲孔凸模内部装入推块； C、在冲孔凸模内部装入冲孔凹模，在落料凹模内部插入推板； D、将顶杆放入到相应位置； E、将上顶杆放入到相应位置； F、通过铆接作业将装配好的打板与打杆装入模柄的孔内； G、将上模合上，在上模座与上固定板对应位置打入销钉； H、将落料凹模方向进行调整，然后将上模的螺钉拉上； I、使用平行夹具帮助； J、将废料的间隙调配到合理大小； K、使用大小为8 的钻头在上模座上钻出 2 个销孔； L、使用大小7.8 的钻头给两个销钉孔进行预孔； M、使用大小为8 的铰刀对刚刚的孔进行铰孔； （7） 、在下模座上安装好卸料板； 1） 、在已经确定好的位置上安装好伸缩挡料装置（弹簧与螺钉） ； 2） 、装配好固定挡料钉； 3） 、选好减震材料（橡皮或橡胶）安装在下固定板与卸料板中间； 4） 、把卸料板装上； 模具的装配到此结束。 徐州工程 学院毕业设计 说明书 23 具体的模具装配图及重要零部件图见图纸。 5.4 模具的调试 模具试冲过程中，经常会出现一些问题，其中较为常见的问题以及发生的 原因和解决办法如下所示： 1. 原料输送过程不通畅或着在输送途中被卡住。造成这种情况的原因有 二：其一是因为导料销中间的尺寸小造成堵塞，其二是因为凸模和卸料板之间 的实际间隙过大，这样会使得搭边翻钮。具体的解决方法有：调整或重新装好 导料板，参照实际情况来采用各种方法来缩小凸模和导料板中间的距离。 2. 卸料过程不正常或着多余的料子下不来。造成这种情况有以下原因：装 配方法的不正确，造成卸料装置无法正常运作；其次就是使用的弹簧弹性力不 满足实际需求；设计的卸料板工作行程不够。具体的调整方法：调整卸料板或 着再次装配，换一个弹簧，重新加深卸料螺钉的沉孔深度。 3. 制出件的毛刺比较多或者比较大， 造成这种情况的原因是因为刀具刃口 磨损或淬火降低了硬度，还有就是凸凹模之间的间隙可能存在过大或不均匀的 问题。具体的调整方法有：更换刀具，重新调整好凸凹模间隙。 4. 凸凹模的刃口相互碰撞，这样的原因可能是上下模座、固定板、凹模、 垫板和安装面之间没有保持平行，或者是凸凹模安装错位、凸模导柱等零部件 装配不垂直引起的。具体的调整方法有：调整相关零部件，重新安装上下模， 或者重新对准凸凹模再冲孔。 5.5 压力机的安全技术措施 参照不同的压力机种类及各种不一样的作业方法，本文对于具体的情况应 该采用与本方案相匹配的安全装置。安全装置应该具备以下有点：便于安装调 整，维修更换简单，安全稳定，不受外界因素影响，不遮挡操作者观察，不降 低工作效率。 在本次设计方案中，模具选择的安全装置是光电保护装置。 这种保护装置的工作原理是在操作人员和危险区（上下模具之间的狭小空 间内）中间用一道光屏隔开，一旦操作者的手臂或着躯干越过光屏进入危险区 内或者遮档住光屏的时候，光信号会转变成电信号，电信号经过放大或缩小， 从而让继电器工作，来控制压力机需要工作的部分线路，这样的话压力机就会 马上停车或着不能再工作。这种装置的适用范围很广泛，只要结构中存在摩擦 离合器的各型压力机机构都能够使用。 在压力机机构上，本文除了合理采用光电保护装置，从模具其他方面来做 徐州工程 学院毕业设计 说明书 24 好安全防护也是很重要的。所以，本文在模具结构设计的时候，也应该全面的 从各个方面来考虑其他的安全防护措施。具体的措施如下： 首先本文可以做的是将模具外表面突出部分或着有尖角的地方，只要满足 不妨碍机构正常工作的前提下，将这些部位进行倒角或者倒棱工作。这样做的 好处是防止这些危险部位在操作人员操作机构的时候割伤自己的皮肤，引起不 必要的人身安全问题；其次，本文在加工模具的上模座的时候，可以选择把上 模座的正表面设计加工成斜表面。这样可以让操作人员拥有更大的安全操作空 间；再次，本文可以在复合模模具中，削减可能存在的危险的部分；把卸料板 和凹模之间的部分改成凹槽或着斜面，并且可以削减卸料板前后的尺寸；为了 防止操作人员压伤手部，应该在凸模固定板和导板机构或着刚性卸料板中间应 保持安全的距离，通常情况下本文选取的尺寸在 15 到 20 毫米之间，不得少于 这个距离；在本文需要使用镊子等夹持工具将零部件放到定位板中的时候，本 文应该在弹性卸料板与凹模上各自切割出一个凹槽，这样做的好处是便于装卸