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基于
CADCAM
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模具设计
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基于CADCAM的复合冲压模具设计,基于,CADCAM,复合,冲压,模具设计
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编编 号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目： 基于基于 CAD/CAM 的复合冲压模具设的复合冲压模具设计计 信机 系系 模具设计与制造 专专 业业学 号： 0923284学生姓名： 胡晓明 指导教师： 过金超 （职称：副教授 ） （职称： ）2013 年 5 月 25 日0无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚 信信 承承 诺诺 书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于CAD/CAM 的复合冲压模具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 96 学 号： 0923284 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无无锡锡太太湖湖学学院院信信 机机系系 模模具具设设计计与与制制造造 专专业业毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书一、题目及专题：一、题目及专题：1、题目基于 CAD/CAM 的复合冲压模具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据本课题来源于实验室课题。复合冲压模在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。冲压时由于模具，冲压的质量稳定，互换性好，冲压模具加工还可以加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，保证冲压件的尺寸与形状精度。冲压模具材料利用率高，所以相对成本低.复合冲压是冲压式塑性加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力，当内力的作用达到一定程度时，板料的某一部分便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压工艺的材料利用率高，便于自动化生产，适应于新时代的要求，因而其具有很强的生命力。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求：(1)具体运用和巩固冲压模具设计课程及相关课程的理论知识，掌握冲压模具设计的方法和步骤； II(2)掌握冲压模具设计的基本技能，查阅有关技术资料和手册，熟悉标准和规范等； (3)综合运用所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冲压模具设计工作的实际训练，具有初步设计模具的能力； (4)树立正确的设计思想，培养严肃的工作态度，为今后的工作奠定良好的基础； (5)能够熟练使用 CAD、Pro_E、Solidworks 等专业绘图软件。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 96 班班 姓名姓名 胡 晓 明 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期：自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师指导教师签名签名 签名签名 签名签名教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长签名签名 系主任系主任 签名签名2012 年年 11 月月 12 日日III摘摘 要要该论文主要研究了复合冲压模具设计。通过对三个零件的工艺分析，制定出了模具设计方案，通过比较最终择优选出了复合冲压模具。其中包括两套冲孔落料复合模和一套拉深复合模以及一套单工序拉深模。通过对零件的分析，制定了合适的冲压模设计工艺。该论文对每一副模具，经过工艺分析、结构设计，论证了其可能性，最终保证了制品的质量。本论文具体分析了每副模具的总体结构以及工作过程，对模具中的各个工作零件的设计原则、尺寸确定以及公差等做了具体的叙述。通过应用三维软件和 CAD 软件进行复合冲压模具的数字化设计,了解机械行业的先进设计制造技术，掌握先进的设计制造理念。此外，该论文还涉及了模具行业当今的发展状况、发展水平、存在问题以及今后的发展前景等。由于模具的应用领域越来越广，其需求也越来越大，因此通过模具设计，可以更加熟悉模具的生产工艺。关键词：关键词：复合冲压模；工艺分析；三维软件IVABSTRACTThe paper mainly studied the compound stamping die design. Through the analysis of three parts to develop a mold design, then select the final selection of the best compound stamping dies by comparing , including two sets of punching blanking composite modulus and a set of drawing composite modulus and a single process drawing die. Develop a suitable stamping die design process by the analysis of the parts. The papers analyses each mold, include structure design, demonstrates the possibility of the ultimate guarantee of the quality of the products. In this thesis, a detailed analysis of the overall structure and work process per mold for determining the dimensions and tolerances, and so do a specific description of the design principles of the various parts in the mold. Compound stamping dies through the application of 3D software and CAD software, digital design, advanced design and manufacturing technology of the machinery industry, to master the advanced design and manufacturing philosophy. In addition, the paper also involves the development of mold industry in todays level of development, there are problems and future development prospects. Increasingly wide areas of application of the mold, its demand is also increasing, so the mold design, mold production process can become more familiar with.Keywords: Compound stamping die; Process Analysis; 3D softwareV目目 录录摘 要.IIIABSTRACT.IV1 绪论.11.1 模具行业的现状和发展.11.1.1 模具行业的现状.11.1.2 中国模具技术的进步.11.1.3 中国模具工业的发展方向.31.2 课题的来源与意义.51.2.1 课题的来源.51.2.2 课题的意义.52 冲孔落料复合模.62.1 冲裁件的工艺分析.62.1.1 材料.62.1.2 生产批量.62.1.3 精度等级.62.1.4 结构形状.62.2 制订生产方案.62.3 零件的工艺计算.72.3.1 工作零件刃口尺寸的计算.72.3.2 排样.92.3.3 冲裁力.112.3.4 卸料力、推件力.122.3.5 压力机公称压力的确定.132.3.6 压力中心的计算.132.4 冲裁模设计与制造.132.4.1 工作零件.132.4.2 定位零件.162.4.3 卸料与推料零件.182.4.4 模架及零件.203 落料、拉深、冲孔复合模.223.1 零件工艺分析.223.2 零件工艺方案的确定.233.3 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案.233.4 工艺计算.243.4.1 冲裁力、卸料力、推件力、拉深力的计算及选出压力机.243.4.2 排样、冲裁模间隙及凹模、凸模刃口尺寸公差计算.263.4.3 首次无凸缘拉深的有关计算.29VI3.5 有关模具零件结构的计算.303.5.1 冲孔凸模.303.5.2 落料凹模.303.5.3 拉深凸模（冲孔凹模）.303.5.4 拉深凹模（落料凸模）.313.5.5 卸料装置.313.5.6 定位零件.323.5.7 固定板、垫板.323.5.8 模架、导柱、导套.324 拉深模.334.1 工艺分析.334.2 工艺计算.334.2.1 拉深直径.334.2.2 拉深力的计算.334.2.3 圆角半径.344.2.4 拉深模具的间隙.344.2.5 拉深高度.344.2.6 拉深凹模和凸模的尺寸.344.3 有关模具零件结构的计算.344.3.1 拉深凸模.344.3.2 拉深凹模.354.3.3 模架及其他.355 复合冲压模具.375.1 冲裁件的工艺分析.375.1.1 材料.375.1.2 生产批量.375.1.3 精度等级.375.1.4 结构形状.375.2 制订生产方案.375.3 零件的工艺计算.375.3.1 工作零件刃口尺寸的计算.375.3.2 排样.395.3.3 冲裁力.395.3.4 卸料力、推件力.405.3.5 压力机公称压力的确定.405.4 冲裁模设计与制造.405.4.1 工作零件.415.4.3 卸料与推料零件.425.4.4 模架及零件.43VII6 结论.45致 谢.46参考资料.47复合冲压模具设计11 绪论绪论1.1 模具行业的现状和发展模具行业的现状和发展1.1.1 模具行业的现状模具行业的现状在当今社会，模具生产技术水平的高低已经成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随着我国加入 WTO，我国模具工业的发展将面临着新的机遇和挑战，也日益受到人们的重视和关注，日前对“模具是工业生产的基础工艺装备”这一观念也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍，甚至上百倍。近几年来，我国模具工业一直以每年 15左右的增长速度迅速发展。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本的发达国家相比还存在相当大的差距。在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力后市场的重新整合，我国装备制造业在加入 WTO 以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业应广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求，以实现我国模具工业的跨越式发展。1.1.2 中国模具技术的进步中国模具技术的进步我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，已能生产部分新型轿车的覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面，已从电机、电器铁芯片模具，扩展到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具。在大型塑料模具方面，已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、6.5K g 大容量洗衣机全套塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。具体表现在以下模具领域中：（1）冲模以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的差距。标志模具技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，仍存在一定差距。无锡太湖学院学士学位论文2（2）塑料模近年来，我国塑料模有很大进步。在大型塑料模方面，已能生产 34 英寸大屏幕彩电塑壳模具，6kg 大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。在精密塑料模具方面，已能生产多型腔小模数齿轮模具和 600 腔塑封模具，还能生产厚度仅为 0.08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑封门窗挤出模等。内热式或外热式热流道装置得以采用，少数单位采用了具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完全消除了制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在精度方面，塑料模型腔精度可达（国外可达） ，分型面接触间隙为 0.02mm，模板0.020.05mm:0.0050.01mm:的弹性变形为 0.05mm，型面的表面粗糙度值为，塑料模寿命已达 100 万次0.50.2Raum:（国外可达 300 万次） ，模具制造周期仍比国外长倍。这些标志着模具总体水平的参24:数指标与国外相比尚有较大差距。（3）压铸模汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压铸模技术的发展。汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体和摩托车发动机缸体、齿轮箱壳体、制动器、轮毂等铝合金铸件模具以及自动扶梯级压铸模等，我国均已能生产。技术水平有所提高，使汽车、摩托车上配套的铝合金压铸模大部分实现了国产化。在模具设计时，注意解决热平衡问题，合理确定浇注系统和冷却系统，并根据制造要求，采用了液压抽芯和二次增压结构。总体水平有了较大提高。压铸模制造精度可达(国外)，型腔表面粗糙度值为0.020.05mm:0.010.03mm:（国外为） ，模具制造周期为中小型模具为 34 个月，中0.40.2Raum:0.020.01Raum:等复杂模具为个月，大型模具为个月，约为国外的 2 倍。模具寿命：铝合金铸48:812:件模具一般为万次，个别可超过 10 万次，国外可达万次以上。48:815:（4）模具 CAD/CAE/CAM 技术模具 CAD/CAE/CAM 技术是改造传统模具生产方式的关键技术，能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量。它使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，实现了 CAD/CAM 的集成，并采用 CAE 技术对成型过程进行计算机模拟等，数控加工的使用率也越来越高，取得了一定的经济效益，促进和推动了我国模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展。今年来，我国自开发的有上海交大的冲裁模 CAD/CAM 系统；北京北航海尔软件有限公司的 CAXA 系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压 CAD/CAE/CAM 系统等，为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。目前我国计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。（5）模具标准件模具标准件对缩短模具制造周期，提高质量、降低成本，能起很大作用。因此，模具标准件越来越广泛地得到采用。模具标准件主要有冷冲模架、塑料模架、推杆和弹簧等。新型弹性元件和氮气弹簧亦已在推广应用中。（6）模具材料和热处理模具材料的质量、性能、品种和供货是否及时，对模具的质量和使用寿命以及经济效益有着直接的重大影响。近年来，国内一些模具钢生产企业已相继建成和引进了一些复合冲压模具设计3先进工艺设备，使国内模具钢品种规格不合理状况有所改善，模具钢质量有较大程度的提高。但国产模具钢钢种不全，不成系列，多品种、精料化、制品化等方面尚待解决。另外，还需要研究适应玻璃、陶瓷、耐火砖和地转等成型模具用材料系列。模具热处理是关系能否充分保证模具钢性能的关键环节。国内大部分企业在模具淬火时仍采用盐熔炉或电炉加热，由于模具热处理工艺执行不严，处理质量不高，而且不稳定，直接影响模具使用寿命和质量。近年来，真空热处理炉开始广泛应用于模具制造。（7）快速原型制造(RPM)技术得到更好的发展。该技术是由美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/堆积(即材料累加) 成形思想，根据零件 CAD 模型、快速自动完成复杂的三维实体(原型)制造，被公认为是继 NC 技术之后的又一次技术革命。（8）高速铣削加工将得到更广泛的应用，国外近年来发展的高速铣削加工 ，主轴转速可达到 40000100000r/min,快速进给速度可达到 3040m/min，可获得 Ra10um 的加工表面粗糙度。形状精度可达 10um。可以加工硬度达 60HRC 的模块。 （9）模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用，英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国多家模具厂点得到应用，效果好。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短的研制制造周期。（10）模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展，模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低，且工人劳动强度大，质量不稳定。因此，研究抛光的自动化、智能化显得尤为重要。1.1.3 中国模具工业的发展方向中国模具工业的发展方向现代模具与传统模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代化科学技术的发展，采用先进制造技术，才能达到技术要求。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，模具将有如下发展趋势：（1）愈来愈高的模具精度10 年前，精密模具一般为 5m，现在已达，不久 1m 精度的模具即将上市。23um:随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在 1m 以内，这就要求发展超精加工。 （2）日趋大型化的模具这一方面是由于用模具成形的零件日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求的一模多腔（现在有的已达一模几百腔）所致。（3）扩大应用热流道技术由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产效率和质量，并能大幅度节约制件的原材料。因此，热流道技术的应用在国外发展较快，许多塑料模具厂所生产的模具 50%以上采用的热流道技术，甚至 80%以上，效果十分明显。热流道在国内也已用于生产，有些企业使用率达到 20%30%。无锡太湖学院学士学位论文4（4）进一步发展多功能复合模具一副多功能模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能复合生产出来的不再是单个零件，而是成批组件，可大大缩短产品的生产及装配周期，对模具材料的性能要求也越来越高。（5）日益增多高档次模具一是用于汽车、飞机、精密机械的纳米级(m)精密加工；二是用于磁盘、磁鼓制造的亚微米级(0.01m)精密加工；三是用于超精密电子器件的毫微米级（0.001m）精密加工。 （6）进一步增多气辅模具及高压注射成型模具随着塑料成形工艺的不断改进和发展，为了提高注塑质量，气辅模具及高压注射成型模具也随之发展。（7）增大塑料模具比例随着塑料原材料的性能不断提高，各行业的零件将以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，使用塑料模具的比例日趋增大。 （8）增多挤压模及粉末锻模由于汽车、车辆和电机等产品向轻量化发展，如以铝代钢，非全密度成形，高分子材料、复全材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。新型材料的采用，不仅改变产品结构和性能而且使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及粉末锻模。对这些模具的制造精度要求是高的。（9）日渐广泛应用模具标准件模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。 （10）大力发展快速制造模具目前是多品种小批量生产时代，一方面是产品使用周期缩短，另一方面品种更新快，这就要求模具生产周期越短越好。因此快速成型模具将越来越引起人们的重视和关注。本次设计我研究的项目是复合冲压模具设计。为此，我在进行设计之前，查阅了相关资料了解了一些关于冲压件的知识。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，一般情况下，可以直接满足装配和使用要求。此外，在冲压加工过程中由于材料经过塑性变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高。所以，冲压件具有质量轻，刚度好，精度高和外表光滑，美观等特点。冲压加工是一种高生产率的加工方法，如汽车车身等大型零件每分钟可生产几件，而零件的高速加工则每分钟可生产千件以上，由于冲压加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷状态下加工，因此较容易实现机械化和自动化，比较适宜配置机器人而实现无人化生产。多工位冲压加工在生产中实现多工位冲压具有如下优点：减少了冲压设备和占地面积，减少了半成品的运输和存放环节以及操作人员。有利于提高生产效率、产品质量及降低冲压件成本。事实上，使用多工位冲压是实现冲压自动化的主要途径之一。该技术当今在世界各先进国家被广泛采用，目前在国内引进的成套设备中,也能看到多工位冲压机和配套模具。多工位冲压工艺一般在多工位压力机上实现。所谓多工位压力机通常是复合冲压模具设计5一台闭式双点式压力机。关键在于它是一台有夹持机构(机械手)的压力机,该夹持机构可保证在每次冲压动作完成后将冲压件从模具中向上拉出,再向前移动一个工位。由于该夹持机构能完成“向上+向前”这一复合动作,所以可完成压印加工。目前在国外多工位冲压工艺的应用相当普遍，除了他们有精良的多工位压力机外，更重要的是因为国外的模具生产社会化程度很高,模具零件制造实现了标准化、通用化、系列化,非常适合于多工位冲压模这种拼装式、结构复杂的模具生产。由于模具零件都是标准件,所以易于模具的维修保养。当然，冲压加工与其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比较复杂，模具价格又偏高。因此，对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模，经济上不合算。目前为了解决这方面的问题，正努力发展某些简易冲模，如聚氨酯橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等，同时也在进行冲压加工中心等新型设备与工艺的研究。在模具工业这个领域中起主导地位的还是人，只有更多的人掌握了这方面的技术我国的模具工业才会发展得更好、更快。 1.2 课题的来源与意义课题的来源与意义1.2.1 课题的来源课题的来源课题来源于工程生产实际。冲模结构是冲模的灵魂，它是决定冲模的生产效率、使用寿命、制造成本和制造周期的关键因素。本课题的重要内容是复合冲压模具的工作原理分析和结构设计。当前，应用 CAD/CAM 技术进行产品的数字化设计制造是产品研发的一个热点问题，本课题通过应用三维软件和 CAD 软件进行复合冲压模具的数字化设计可以使学生了解机械行业的先进设计制造技术，掌握先进的设计制造理念。1.2.2 课题的意义课题的意义运用三维 CAD 的数字化设计，对产品进行造型设计，在设计阶段完成传统设计方法要在产品制造出来后才能解决的问题，进而缩短设计周期。用三维软件对产品进行三维造型后，通过运动仿真，在设计阶段就能检查零部件外观的特征以及装配的干涉性，在实物制造出来前就能对产品有一个详细的了解，很容易发现弱点，改进设计，缩短设计周期。由于不用将成品生产出来后再进行检测，可以节约原料，降低成本，掌握市场先机。无锡太湖学院学士学位论文62 冲孔落料复合模冲孔落料复合模2.1冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用；内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工；孔边距和孔间距不能过小。如图 2.1 所示，厚度为 1mm，材料为 Q235A,生产纲领为大批量，精度为 IT11。下面将对其冲裁工艺性进行分析。图 2.1 冲孔落料加工零件图2.1.1 材料材料该零件材料为 Q235A，普通碳素结构钢，有一定的强度，塑性较好，适于冲压生产。2.1.2 生产批量生产批量该零件的生产批量为大批量，因此在制订生产方案时，应充分考虑采用连续模或者复合模以提高生产效率。2.1.3 精度等级精度等级该零件的精度等级为 IT11 级，因此，模具的制造精度等级为 IT7 级。2.1.4 结构形状结构形状（1）形状该零件形状简单对称，无尖角、悬臂和凹槽，冲裁时受力均匀。（2）孔边距1=65-50=tC边（）/ 2 7. 51. 5 =1. 52=65-48=tC边（）/ 2 8. 51. 5 =1. 5符合最小孔边距要求。（3） 孔间距1=-7.5-5 =tC间（20）7. 51. 5 =1. 5=-7.5-4 =8tC间2（20）. 51. 5 =1. 5符合最小孔间距要求。通过上述分析，该零件可以采用冲压工序进行生产。2.22.2 制订生产方案制订生产方案冲压生产方案制订是在对冲压的工艺分析之后的重要环节。制订生产方案就是制订各次冲压加工的工序性质、工序数量、工序顺序、工序的组合方式等。冲压生产方案的复合冲压模具设计7制订要考虑多方面的因素，有时还要进行必要的工艺计算，因此实际生产中通常要提出可能的方案，进行分析比较后制订最佳方案。下面对该零件的各种冲压方案进行比较分析。方案一：单工序模单工序模（又称简单模） ，是指压力机在一次行程中只完成一道工序的冲裁模。采用单工序模冲制该零件时，要先用一副模具进行落料，后用一副模具进行冲孔，这样至少需要两副模具进行生产，生产效率低，不符合大批量生产的要求。方案二：连续模连续模（又称级进模、跳步模） ，是指压力机在一次行程中，依次在几个不同的位置，同时完成多道工序的冲裁。即按一定顺序安排了多个冲压工序（在连续模中成为工位）进行连续冲压。采用连续模冲制该零件，要先冲零件内部的五个孔，然后落料。由于该零件精度要求为 IT11 级，为满足精度要求，有必要增加两个导正销，这样又使得模具结构变得复杂。方案三：正装复合模复合模是指压力机的一次行程中，在模具同一工位同时完成数道冲压工序的冲裁模。正装复合模是指将落料凹模装在下模上的复合模。采用正装复合模冲制该零件时，每冲裁一次，冲孔废料被推出一次，凸凹模内不积存废料，胀力小，不易破碎；正装复合模工作时，条料是在压紧状态下冲裁的，冲出的冲裁件平直度高。但是冲孔废料落在下模工作面上，尤其孔较多，清除废料困难；由于采用固定挡料销和导料销定位，在卸料版上需钻出让位孔；由于弹压器和弹压卸料装置的作用，分离后的冲裁件容易被嵌入条料中影响操作，从而影响了生产效率。方案四：倒装复合模倒装复合模是指将落料凹模装在上模座上的复合模。该零件最小壁厚 7.5mm,大于倒装复合模所要求的最小壁厚 4.9mm, 故可以采用倒装复合模。采用倒装复合模冲制该零件时，凸凹模内有积存废料，胀力较大，但是凸凹模壁厚较大，所以不会导致凸凹模破裂；由于采用弹顶挡料销装置，所以凹模上不必钻出相应的让位孔；零件厚度 1mm, 该结构适用于冲裁较硬的或厚度大于 0.3mm 的条料；生产效率高，冲裁件的内孔和外缘的相对位置精度高，条料的定位精度要求比连续模低，冲模的轮廓尺寸小。这样既可以提高生产效率，又可以借模具精度来保证零件精度。根据上述分析，采用倒装复合模进行生产。2.32.3 零件的工艺计算零件的工艺计算冲裁件的工艺计算包括工作零件刃口尺寸计算，排样及材料利用率的计算，冲裁力、卸料力、压力中心的计算和设备选型。2.3.1 工作零件刃口尺寸的计算工作零件刃口尺寸的计算由于凸凹模直接存在间隙，故冲裁件的断面都带有锥度，因而在冲裁件尺寸的测量和使用中，都以光面的尺寸为基准。落料件的光面因凹模刃口挤切材料而产生，故落料件的光面尺寸与凹模的刃口尺寸相等或基本一致；而冲孔件的光面是凸模刃口挤切材料而产生的，故冲孔件的光面尺寸与凸模的刃口尺寸相等或基本一致。无锡太湖学院学士学位论文8计算方法：（1）凸模与凹模分别加工法：凸模与凹模分别按图样加工至要求的尺寸，并分别标注凸模和凹模的刃口尺寸与制造公差，适于圆形和简单形状的制件。（2）凸模与凹模配作法：就是先按零件尺寸制出一个基准模（凸模或凹模） ，然后根据基准刃口的实际尺寸再按最小合理间隙制作另一模。使用配作法，模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不必校核冲裁间隙条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。但是该方法加工成本高，加工周期长，主要适用于形状复杂的制件。综上分析，选择凸模与凹模分别加工的方法。具体尺寸计算如下：由零件图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔落料。外形尺寸 由65mm 0-0. 19落料获得，孔心距、孔、孔 和孔200.065mm210mm+0. 09 028mm+0. 09 0由冲孔获得。查冲压工艺与冲模设计表 2-7 冲裁模初始双面间隙 Z 得，15mm+0. 11 0冲裁厚度为 1mm 的 Q235A 的冲裁模初始间隙，则Z0.10minmmZ0.14maxmm。因为模具精度要比零件精度高 45 个精度等Z4maxminZmmmmmm级，所以凸模、凹模和凸凹模都按照 IT6 级精度加工制造。（1）冲孔210mm+0. 09 0 为 IT11 级，取 =0.75，则，校核：210mm+0. 09 00.009,0.009mmmmTA，即，满足间隙maxminZZTA0.0090.004()0.018()mmmm公差条件。 所以 （mm） 0 0 0()(100.75 0.09)10.070.0090.009minddTT ( mm )+0.009+0.009A(Z)(10.070.1)10.17TA 0 0 0mindd（2）冲孔28mm+0. 09 0为 IT11 级，取 =0.75，则，校核：28mm+0. 09 00.009,0.009mmmmTA，即，满足间隙maxminZZTA0.0090.004()0.018()mmmm公差条件。 所以 （mm） 0 0 0()(80.75 0.09)8.070.0090.009minddTT （mm）+0.009+0.009A(Z)(8.070.1)8.17TA 0 0 0mindd（3）冲孔15mm+0. 11 0 为 IT11 级，取 =0.75，则，校核：15mm+0. 11 00.011,0.011mmmmTA，即，满足间maxminZZTA0.0110.022()0.04()mmmm复合冲压模具设计9隙公差条件。所以 （mm） 0 0 0()(150.75 0.11)15.080.0110.011minddTT （mm）+0.011+0.011A(Z)(15.080.1)15.18TA 0 0 0mindd （4）落料 65mm 0-0. 19 为 IT11 级，取 =0.75，则，校核：65mm 0-0. 190.019,0.019mmmmTA，即，满足间maxminZZTA0.0190.038()0.04()mmmm隙公差条件。所以 （mm）0.0190.019()(650.75 0.19)64.86max 0 0 0ADDA （mm） 0 0 0D =(DZ)=(64.86-0.10)=64.76TA0.0190.019minA （5）孔心距尺寸200.065mm （mm）1LL200.125 2 0.065200.016d8 式中: 落料凹、凸模刃口尺寸，mm； , DTAD冲孔凹、凸模刃口尺寸，mm；A , ddT落料件的最大、最小极限尺寸，mm；,maxminDD冲孔件最大、最小极限尺寸，mm；maxmind, d工件中心距和凹模孔心距的公称尺寸，mm；LLd，最小、最大合理间隙，mm；ZmaxminZ，系数，mm；凸、凹模制造偏差，mm。,TA2.3.2 排样排样排样就是冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样方式有利于提高材料的利用率，节约成本。材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板材面积的百分比，的值越大，材料的利用率越高。冲裁所产生的废料可分为两类，即结构废料和工艺废料。结构废料，由冲裁件的形状特点产生的废料；工艺废料，由于冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和余边料而产生的废料。要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料开始，可以通过设计合理排样方案、选择合适的板材规格、改变零件的结构形状来提高利用率。搭边是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。搭边虽然是工艺废料，但在冲裁工艺中却有很大的作用：（1）搭边补偿了定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；（2）搭边可以增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；（3）搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高了模具的使用寿无锡太湖学院学士学位论文10命。搭边值的大小对冲裁过程及冲裁件的质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边值。搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小时，搭边的强度和刚度不够，容易造成冲裁不均匀，损坏模具刃口。就该零件图纸，查冲压工艺与模具设计表 2-13 最小搭边值，料厚 1mm 圆形工件的工件间最小搭边值为 1.2mm,工件与侧边最小搭边值为 1.5mm。考虑到板材宽度为70mm,以及零件材料属性，取工件间搭边值为 1.5mm，工件与侧边搭边值为 2.5mm。排样方案一：如图 2.2 所示,沿冲裁件全部外形冲裁，冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料之间都存在工艺废料。搭边的存在增加了条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率。冲裁件尺寸完全由冲模来保证，因此冲裁精度高，模具寿命长。但材料利用率较低。 排样方案二：如图 2.3 所示，冲裁件与条料侧边有搭边，冲裁件之间无搭边。这种排样一定程度上提高了材料利用率，但是受剪条料质量和定位误差的影响，其冲裁件质量稍差，同时边缘毛刺容易被凸模带入间隙，影响模具的使用寿命。 排样方案三：图 2.2 排样图 1图 2.3 排样图 2复合冲压模具设计11如图 2.4 所示，冲裁件与条料侧边以及冲裁件之间均无搭边，材料利用率较高，但是冲裁件的质量和模具寿命更差一些。综上所述，虽然排样方案二和排样方案三的材料利用率高，但是无法保证冲裁件的尺寸精度和冲裁质量，所以选择排样方案一。因为零件间搭边值为 1.5mm,所以送料步距S=65+1.5=66.5mm。选择条料尺寸为 1mm70mm1000mm，则一张条料上冲裁件总数量。1000n1566.5零件实际面积： 222221=32.57.52 42 5 =A （）2882. 5m m材料利用率为： 115 2882.5=100%=100%=61.77%1000 70nALB总式中： n 一张条料上冲裁件的总数量； 一个冲裁件的实际面积，；1A2m m L 条料长度，mm； B 条料宽度，mm。 2.3.3 冲裁力冲裁力 冲裁力是指冲裁过程中，凸模对材料施加的最大压力。材料受到凸模的挤压，产生变形，最终零件与材料分离。冲裁变形过程大致可以分成三个阶段：（1）弹性变形阶段：在凸模压力下，条料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的条料则向上翘曲，材料越硬，间隙越大，弯曲和上翘越严重。同时，凸模稍许挤入条料上部，条料下部则稍许挤入凹模洞口内，但条料内的应力分量还不满足塑性条件，所以压力去掉后，条料会立即恢复原状。（2）塑性变形阶段：因为条料发生弯曲，凸模继续下压，当应力分量满足塑性条件时，条料便开始进入塑性变形阶段。凸模挤入条料上部，同时条料下部挤入凹模洞口内，形成光亮的塑性剪切面。随着凸模继续下行，塑性变形程度增大，变性区的材料加工硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的条料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段才结束。（3）断裂分离阶段：条料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上、下裂纹随凸模的继续压入沿最大切应力方向不断向图 2.4 排样图 3无锡太湖学院学士学位论文12条料内部扩展，当上下裂纹相遇时，条料便被剪断分离。根据零件图纸，计算冲裁所需要的冲裁力：651.365 1 343911FKltNKNb 冲裁所需要的冲裁力：151.315 1 343212FKltNKNb 冲裁 2所需要的冲裁力：8 22 1.38 1 34322.43FKltNKNb 冲裁 2所需要的冲裁力：10 422 1.310 1 34328bFKltNKN 式中： F冲裁力，KN； L冲裁周边长度，mm； t冲裁厚度，mm； 材料剪切强度，MPa；b K修正系数。考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、材料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般 K=1.3。分析冲裁力的计算公式可知，当材料厚度 t 一定时，冲裁力的大小主要与零件的周边长度和材料的强度成正比。因此降低冲裁力主要考虑这两个因素。采用一定的工艺措施和改变冲模的结构，完全可以达到降低冲裁力的目的。同时，还可以减小冲击、震动和噪声，对改善冲压环境也有积极意义。方案一：斜刃冲裁斜刃冲裁就是将冲模的凸模或凹模刃口，由平直刃口改制成具有一定倾斜角的斜刃口。用平直刃口模具冲裁时，沿刃口整个周边同时冲切材料，故冲裁力较大。用斜刃冲裁时，刃口不是完全同时冲切材料，二是逐步地将材料切离，这样就相当于把冲裁件整个周边分成若干小段进行剪切一样，因而能显著地降低冲裁力。但斜刃冲裁会使材料产生弯曲。方案二：阶梯冲裁 阶梯冲裁法是在多凸模冲裁中，将凸模做成不同高度，使工作端面呈阶梯式布置，冲裁时使各冲模冲裁力的最大值在不同时刻出现，从而达到降低冲裁力的目的。阶梯凸模冲裁不仅可以降低冲裁力，在直径相差悬殊、距离很近的多孔冲裁中，还能避免小直径凸模由于受材料流动挤压作用，而产生倾斜和或折断现象。为此，一般将小直径凸模做短一些。方案三：加热冲裁 金属材料在常温时其强度极限是一定的，但当金属材料加热到一定温度后，其强度极限会大大降低。因而加热冲裁可以降低冲裁力。但是采用加热冲裁零件，端面塌角较大，精度低，材料表面易产生氧化皮，而且工艺强度大。同时热冲模要采用耐热钢，所以加热冲裁法目前应用的不多。综上所述，选择方案二的阶梯冲裁进行冲裁。先冲裁，然后冲裁的孔，接着6515复合冲压模具设计13冲裁 2的孔，最后冲裁 2的孔。这样不仅能降低冲裁力，而且能避免小直径凸模108由于受到材料流动挤压的作用，从而避免凸模折断的现象。因此，整个冲裁过程中，最大冲裁力 F=91KN。2.3.4 卸料卸料力力、推件力、推件力在冲裁结束时，从材料上冲裁下来的冲件（或废料）由于径向发生弹性变形而扩张，会梗塞在凹模洞口内，或者条料上的孔沿着径向发生弹性收缩而紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将工件或废料与模具分离。卸料力是从凸模上卸下紧箍的材料所需要的力，用表示；推件力是将梗塞在凹模K卸内的材料顺冲裁力方向推出所需要的力，用表示。卸料力和推件力分别由压力机和模K推具的卸料、推件装置传递的。所以在选择压力机公称压力和设计以上结构时，都需要对这两个力进行计算。查冲压工艺与模具设计表 2-2 得、。0.05K卸=0.055K推所以 卸料力：1=0.05 914.55FKFKNKN卸卸推件力：i234=n220.055 212 0.055 22.42 0.055 286.7FKFKFKFK FKN 推推推推推 式中： F参考前面冲孔的冲裁力； 、分别为卸料系数和推件系数；K卸K推 n塞在凹模孔内的冲件数。2.3.5 压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力（） ，为冲裁力和与冲裁力F总F总同时发生的卸料力和推件力的总和。根据模具结构： 1=91 6.797.7FFFKN总推2.3.6 压力中心的计算压力中心的计算由于该零件对称，所以压力中心位于冲裁件轮廓图形的几何中心上。2.42.4 冲裁模设计与制造冲裁模设计与制造当冲压件的生产方案确定之后，应根据所选用冲压设备的相关参数进行模具零件的设计和选用。如工作零件的结构、尺寸、精度等技术要求；模架、定位零件、导向零件及标准件的选用；卸料零件的设计、弹性元件的计算与选用等。2.4.1 工作零件工作零件（1）凸模凸模是在冲压时，冲模中被冲裁件或废料所包容的工作零件。由于冲裁件的形状和尺寸不同，冲模的加工及装配工艺等时机条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。断面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式、和带护套式等；凸模的固定方法有台阶固定、铆接、螺钉和销钉无锡太湖学院学士学位论文14固定，黏结剂浇注法固定等。由于冲裁件都是孔状，所以都选用圆形凸模。以下为几种常用圆凸模标准结构。 (a)(b)(c)(d)(e)如图 2.5 所示，(a)为圆柱头直杆圆凸模，(b)为圆柱头缩杆圆凸模，(c)为冲模锥头直杆圆凸模，(d)为冲模锥头缩杆圆凸模，(e)为球锁紧圆凸模。(c)和(d)都带有锥头，适于冲裁孔径较小的零件，一般需要与护套配合使用以增加其刚度；(e)为快换式凸模，适用于需要经常更换凸模的场所；(a)和(b)都是台阶式凸模，但是(b)的强度刚性较(a)好，装配修模方便，其工作部分的尺寸由计算得到；与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6 或H7/n6）制造；最大直径的作用是形成台肩,以便固定,保证工作凸模不被拉出。所以选择(b)所示的凸模结构。凸模的固定的方法有很多，主要有固定板式固定、带护套固定、销钉固定、铆接固定、浇注固定等。本套模具所用的阶梯式由于尺寸较小，所以一般采用固定板式安装方式。首先将凸模放进固定板中，上面用压板压紧来固定凸模，其结构如图 2.6 所示：凸模长度尺寸应根据模具的具体结构，并考虑修模量、固定板与卸料版直接的安全距离、装配等相关的需要来确定。根据该模具结构，凸模长度计算公式为： 12L = h +h +t+h2022 1 1053mm 考虑到标准件的长度系列，取 L=50mm。式中： L凸模长度，mm； 凸模固定板厚度，mm；1h 推板厚度，mm；2h t 材料厚度，mm； h增加长度，包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度、凸模固定板图 2.6 凸模固定结构图 2.5 圆凸模标准结构复合冲压模具设计15与卸料版直接的安全距离等，一般取 1020mm。一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，没有必要进行校核。但是当凸模的断面尺寸很小而冲裁的板较厚或根据结构需要确定的凸模特别细长时，则应进行承压能力和抗纵弯曲能力的校核，即承压能力的校核和失稳弯曲应力的校核。由于该冲裁所用的凸模断面尺寸较大，而且不细长，所以无需进行强度和刚度校核。其三维模型如图 2.7 所示： 图 2.7 凸模固定三维图（2）凹模凹模是在冲裁过程中，与凸模配合直接对冲裁件进行分离或成形的工作零件。凹模的类型有很多，主要包括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。镶拼式凹模主要用于大、中型或形状复杂、局部薄弱的零件，由于该零件为圆形简单冲件，外形简单，所以采用整体式凹模。凹模的刃口形式主要有直筒形和锥形两种，锥形刃口强度较差，修磨后刃口尺寸有增大，凹模硬度较低，一般用于冲裁形状简单、精度不高的零件；直通式凸模强度高，修磨后刃口尺寸不变，适用于冲裁大型或精度要求较高的零件，所以选用直通式凹模。凹模的外形尺寸主要包括凹模平面尺寸和厚度。凹模外形尺寸是否合理，将直接影响到凹模的强度、刚度和耐用度。凹模的外形尺寸主要与制件外形尺寸及制件厚度有关。凹模高度： 0.22 6514.3hkbmm取 h=15mm。凹模壁厚： (1.5 2)1.5 1522.5Chmm取 C=23mm。式中： k系数，查冲压工艺与模具设计表 8-1 得 k=0.22； b 最大孔口直径。凹模的固定方法与凸模的固定方法相似，有机械固定法、低熔点合金浇注固定法、粘结剂固定法等。考虑模具拆卸方便，采用传统机械固定法，采用螺钉、销钉固定。一般情况下，凹模只作结构设计，强度校核主要是检查其高度 h，若高度不够，将产垫板凸模固定板凸模无锡太湖学院学士学位论文16生弯曲变形，以致损坏。其三维模型如图 2.8 所示：图 2.8 凹模三维图（3）凸凹模凸凹模是同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件，它是复合模的主要特征。凸凹模工作端面的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关；当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可小些；当模具为倒装结构时，若孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内口积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。凸凹模的最小壁厚值一般按经验数据确定，查冲压模具设计表 2-29 得倒装复合模的凸凹模最小壁厚，查得冲裁材料厚 1mm 的材料的倒装复合模最小壁厚为 2.7mm。而零件的最小壁厚为 7.5mm，大于 2.7mm，所以凸凹模壁厚可行。由于采用下出料方式，所以凸凹模内部刃口采用直通式并有一部分有锥度，保证下出料更加容易。凸凹的固定采用压板固定，并用销钉和螺钉锁紧，保证凸凹模的定位夹紧可靠，使冲裁顺利进行。其三维模型如图 2.9 所示： 图 2.9 凸凹模三维图2.4.2 定位零件定位零件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与模具的工作刃口处于正确的相对位置，即必须对坯料或工序件定位。条料在模具送料平面必须有两个方向的限位，即送进导向和送料定距。送进导向是指在与送料方向垂直的方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进；送料定距是指在送料方向上的限位，控制条料一次送复合冲压模具设计17进的距离（步距） 。（1）送进导向导料板是对条料或带料的侧向进行导向，以免送偏的定位零件。具有导板或卸料板的单工序模或连续模，常采用这种送料导向结构；如果条料的公差较大，为避免条料在导料板中偏摆，使最小搭边值得到保证，应在送料方向的一侧装侧压装置，迫使条料始终紧靠另一侧导料板送进。由于有侧压装置的模具。送料阻力比较大，因而具备有辊轴自动送料装置的模具也不宜设置侧压装置；导料销是对条料或带料的侧向进行导向，以免送偏的定位零件。导料销可以设在固定板或下模座上，也可以设置在弹压卸料板上。综上所述，选择导料销作为送进导向零件，这样不仅使模具结构简单，而且选择标注零件，缩短模具制造周期，降低模具加工费用。根据倒装式复合模结构，若采用固定式导料销，要把挡料销安装在卸料板上，这样的话，在上模向下冲压的时候，凹模会与固定导料销接触，影响加工过程，所以必须在凹模上钻出相应的孔来避免这个问题。但是这不仅增加了制造周期，而且削弱了凹模的强度。所以采用活动式导料销，当凹模下行进行冲裁时，活动导料销被压进卸料板，保证冲裁顺利进行；当冲裁结束时，活动式导料销下面的弹簧将导料销弹出，使导料销继续执行倒料的任务。（2）送料定距 常见限定条料送进距离的方式有如下两种：用挡料销挡住搭边或冲件轮廓以限定条料送进距离的挡料销定距；用侧刃在条料侧边冲切出不同形状的缺口，限定条料送进距离的侧刃定距。侧刃是在连续模中，为了限定条料送进距离，在条料的侧边冲切出一定形状缺口的特殊凸模，主要适用于送料精度和生产效率要求较高的场合。虽然侧刃定位精度高，可靠性好，保证了较好的送料精度额生产率，但是它同时增加了材料消耗和冲裁力，使模具结构变得更加复杂。导正销的目的是消除送料导向、送料定距或定位板等粗定位的误差，冲裁时，导正销先进入已冲孔中，导正条料的位置，保证孔与外形相对位置的公差要求。但导正销主要用于连续模，也可用于单工序模。 根据挡料销的工作特点及作用，挡料销可以分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。始用挡料销是为了提高材料的利用率，它一般用于以导料板送料导向的连续模和单工序模中；固定挡料销结构简单，制造容易，广泛用于冲制中、小型冲裁件的挡料定距。但是根据倒装式复合模结构，若采用固定式挡料销，要把挡料销安装在卸料板上，这样的话，在上模向下冲压的时候，凹模会与固定导料销接触，影响加工过程，所以必须在凹模上钻出相应的孔来避免这个问题。但是这不仅增加了制造周期，而且削弱了凹模的强度。所以采用活动式挡料销，当凹模下行进行冲裁时，活动挡料销被压进卸料板，保证冲裁顺利进行；当冲裁结束时，活动式导料销下面的弹簧将导料销弹出，使导料销继续执行倒料的任务。根据结构，选择弹簧弹顶挡料销。其三维图如下图 2.9.1 所示：无锡太湖学院学士学位论文18图 2.9.1 挡料结构三维图2.4.3 卸料与推料零件卸料与推料零件（1）卸料卸料装置分为固定卸料装置、弹压卸料装置和废料切刀三种。卸料装置用于卸掉卡箍在凸模上或凸凹模上的冲裁件或废料。废料切刀在冲裁过程中将废料切断成数块，避免卡箍在凸模上，从而实现卸料的零件。方案一：固定卸料装置生产中常用的固定卸料装置主要包括用于平板的冲裁卸料和用于成形后的工序件的冲裁卸料。固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。当冲裁板厚较厚、卸料力较大、平直度要求不很高的冲裁时，一般采用固定卸料装置。固定卸料装置一般用于单工序模和连续模，不适合在复合模中应用。若使用在复合模上，会使加工变得复杂，模具结构更加复杂。 方案二：废料切刀如果冲裁件尺寸大，卸料力大，往往采用废料切刀代替卸料板，将废料切开而卸料，当凹模向下切边时，同时把已切下的废料压向废料切刀上，从而将其切开。废料切刀主要用于落料或成形的切边。若采用废料切刀卸料，要增加废料切刀，不利于模具的安装和维护，而且增加了模具的复杂度。方案三：弹压卸料弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶） 、卸料螺钉等零件组成。弹压卸料即起卸料作用又起压料作用，所得冲裁件质量较好，平直度高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜采用弹压卸料装置。而且在倒装复合模中，弹压卸料可以保证冲裁顺利进行。 综上所述，选择弹压卸料装置进行卸料。卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形。卸料板应有足够的刚度，要求耐磨，材料一般选45 钢，淬火磨削。卸料板的安装尺寸，计算中要考虑凸模有 46mm 的刃磨量。弹簧和橡皮是模具中广泛应用的弹性元件，主要为弹性卸料、压料及顶件装置提供作用力和行程。橡胶是冲模中常用的弹性元件，其许用负荷比弹簧大，安装调整也很方便，卸料、顶件常选用硬橡胶。弹压卸料装置工作的时候，凹模向下冲裁时将压板向下压，橡胶向下压紧；当凹模弹顶挡料销弹簧卸料板复合冲压模具设计19回程时，橡皮回弹，推动压板向上运动，压板将条料向上推起，最终将紧箍在凸凹模上的条料卸下来。此时卸料螺钉被底座限位台阶卡住，压板不在向上运动，压板橡胶在压板的压力下，停止回弹。其三维模型如下图 2.9.2 所示： 图 2.9.2 卸料结构三维图（2）推料推件和顶件的目的就是从凹模中卸下冲裁件或废料。向下推出的机构成为推件，一般装在上模内；向上顶出的机构称为顶件，一般装在下模内。在倒装复合模中，一般采用推件装置。方案一：弹性推件装置对于板料较薄且平直度要求较高的冲裁件，宜用弹性推件装置。弹性推件装置以弹性元件的弹力代替推杆给予推件块的推力。采用这种结构，冲裁件质量较高，但冲裁件容易嵌入边料中，取出零件时麻烦。方案二：刚性推件装置一般刚性推件装置用的多，它由打杆、推板、连接推杆和推件块组成。有的刚性推件装置不需要推板和连接推杆组成中间传递结构，而由打杆直接推动推件块，甚至直接由打杆推件。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件块，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。综上，选择刚性推件装置。为使刚性推件装置能够正常工作，推件力必须均衡。因此连接推杆一般需要 24 根且分布均匀、长短一致。推板通常安装在上模座内。在复合模中，为了保证冲孔凸模的支撑强度和刚度，推板的平面形状尺寸只有能够覆盖到连接推杆，本身刚度足够，不必设计得太大，以使安装推板的孔不致太大。其三维模型如下图 2.9.3 所示：卸料板卸料橡胶无锡太湖学院学士学位论文20 图 2.9.3 推料装置三维图2.4.4 模架及零件模架及零件国家标准规定的模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板、下模座、导柱、导套做成的导板模模架。方案一：导板模模架导板模模架有两种形式，即对角导柱弹压框架和中间导柱弹压框架。导板模模架的特点是，作为凸模导向作用的弹压导板与下模座以导柱导套为导向构成整体结构。凸模与固定板是间隙配合而不是过渡配合，因而凸模在固定板中有一定的浮动量。这种结构形式可以起到保护凸模的作用,一般用于带有细凸模的连续模。实际上，弹压导板模架在生产中的应用并不多。在实际生产中，尤其在多工位连续模中采用。方案二：导柱模架导柱模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精度等级分为级和级。滚动导向模架的精度等级等级分为级和级。各级对导柱、导套的配合精度，上模座上平面对下模座下平面的平行度，导柱轴心线对下模座下平面的垂直度等都规定了一定的公差等级。这些技术条件是保证整个模架具有一定精度，冲裁间隙均匀的前提。有了这个前提，加上工作零件的制造精度和装配精度达到一定要求，则整个模具达到一定精度就有了基本的保证。滑动导向模架的结构形式有六种，滚动导向模架有四种，即与滑动导向模架相对应的有对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架和后侧导柱模架。滚动导向模架在导柱和导套间装有保持架和钢球。由于导柱、导套间的导向通过钢球的滚动摩擦实现，导向精度高，使用寿命长。但是滚动导向模架结构复杂，成本较高，主要用于高精度、高寿命的硬质合金模、薄材料的冲裁模以及高速精密连续模。后侧导柱模架的特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向不精确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸、凹模容易磨损，从而影响模具的使用寿命。此模架一般用于较小的冲裁模。对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架的共同特点是导向装置都是安装在模具的对称中心线上，滑动平稳，导向准确可靠。四角导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大的冲裁件的生产及大批量生产用的自动模；对角导柱模架常用于横向送料的连续模、纵向送料的工序模或复合模；中推杆推板连接推杆推件块复合冲压模具设计21间导柱模架只能纵向送料，一般用于单工序模或复合模。综上，选择中间导柱滑动模架如图 2.9.4 所示。 （1）模座模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件，分别与压力机滑块和工作台面连接，传递压力。模座因强度不足会产生破坏；如果强度不足，工作时产生较大的弹性变形，导致模具的工作零件和导向零件磨损迅速。因此必须十分重视上下模座的强度和刚度。在模具设计时，一般按照国家标准选用模座。如果根据设计要求，标准模座不能满足需求，则应参照标准进行设计。要尽量选用标准模架，而标准模架的形式和规格就决定了上下模座的形式和规格；所选用和设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核；模座材料一般选用 HT200、HT250，也可选用Q235、Q255 结构钢；模座的上下表面平行度应达到要求，平行度公差一般为 IT14 级。 （2）导向装置导向装置的作用是保证上模相对于下模正确运动。对于生产批量较大、零件公差要求较高、使用寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。导向装置有多种结构形式，常用的有导柱导套导向和导板导向两种。模具中应用最广泛的是导柱和导套。由于零件外形轮廓为圆形，所以选择中间导柱圆形模架。查冲压模具设计与制造表 5-3 冲模导向模架中间导柱圆形模架，根据凹模周界 160，选取上模座（GB/T2855.1） ，下模座（GB/T2855.2） 。160 45160 55导柱选用 A 型导柱，查阅冲模设计与案例分析表 4-1，A 型导柱的结构尺寸参数为：，； ，。128dmm1180lmm232dmm2180lmm导套选用 A 型导套，查冲模设计与案例分析表 4-4，A 型导套的结构尺寸参数为：，；，128Dmm142dmm1110Lmm143Hmm232Dmm245dmm，1110Lmm123Hmm图 2.9.4 模架三维图无锡太湖学院学士学位论文223 落料、拉深、冲孔复合模落料、拉深、冲孔复合模3.1 零件工艺分析零件工艺分析如图 3.1 所示，为一个拉伸零件图：该零件的技术要求：零件壁厚为 0.5mm；采用压力加工成型；去除毛刺。 零件材料为 08F 钢，零件尺寸公差为 IT12 级，为一般精度的工件，故采用 IT8 IT7:级精度的普通冲裁模即可以实现该零件的精度要求。该零件为大批量生产，故可以考虑采用复合模或者级进模来进行生产。从对该零件的分析可以看出：加工该零件的工序有落料、冲孔、拉深等。针对零件的特点，有两个问题需要注意，一是如果先冲孔再拉深，会不会造成孔的变形呢？另一个问题是一次拉深能完成吗？是不是应该多次拉深呢？因此我们应该需要确定拉深的次数。下面对这两个问题分别进行说明：从零件图上可以看出，冲孔的尺寸很小，并且对其公差也没有严格的要求，只要达到一般的精度就可以了，又因为该孔位于拉深件的筒底部分，根据拉深变形的特点，可以知道：筒底部分材料基本上不变形。故可以忽略拉深对孔变形的影响。对于第二个问题，可以通过下面的计算来判断是否能一次拉深成型：（1）选取修边余量：查表冲压工艺与模具设计3-35 无凸缘零件修边余量，可以知道：当，且高度 H1020 时，取修边余量为 1.6mm，H19.751.32d15（2）计算毛坯直径按几何表面积相等的原则，初算毛坯直径 D 为：2212146.288Ddd hrdr22154 14.5 19.756.28 2.25 108 2.2536.5mm （3）确定拉深形式及拉深次数图3.1 拉伸零件图复合冲压模具设计23毛坯首次拉深不起皱的条件为：t/D=0.5/36.50.0137(0.090.17)(1-d/D) 0.0530.1，显然首次拉深必须采用压扁圈。又 H/d=1.32,t/D100=1.3,查表 4-5 暂定拉深次数 n=2。（4）确定每次拉深系数毛坯相对厚度 t/D100=1.3,查冲模设计与案例分析表 4-2，得。20.53 =0.76mm，3.2 零件工艺方案的确定零件工艺方案的确定通过上一节对该零件的整体工艺进行的分析，结合该零件加工所需工序，以及我所掌握的关于冲压的知识，我初步定出了以下三个加工方案，分别叙述如下：方案一：1、先进行落料和冲孔；2、进行一次无凸缘拉深的单工序；3、进行第二次无凸缘拉深；4、切除余量；5、去除毛刺及其它后道工序。方案二：1、先进行落料和一次无凸缘拉深；2、进行第二次无凸缘拉深；3、冲孔；4、切除余量；5、去除毛刺。方案三：1、先进行落料、无凸缘拉深和冲孔；2、第二次拉深；3、切除余量；4、去除毛刺及其它后道工序。这三种方案均具有可行性，如果采用第一种方案，则需要设计一副落料冲孔复合模，一副或多副无凸缘拉深的单工序拉深模，另外还要进行切边，还需要设计一副切边模；如果采用第二种方案，则需要设计一副落料和无凸缘拉深的复合模，一副无凸缘拉深单工序模，一副冲孔单工序模，另外还要切边。由以上分析可以看出，如果采用前两种方案的话，模具设计的工作量都会很大，而且还会比较麻烦，显然这两种方案不是最佳选择。因此如果采用第三种方案，就可以把落料、拉深、冲孔在一副模具中完成，这不仅减少了模具设计工作量，而且工序集中，提高了零件的加工精度。综合考虑，最终决定采用第三种方案。3.33.3 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案复合模是在压力机一次行程中，在同一个工位上完成两道或更多工序的冲模。落料、拉深、冲孔复合模没有固定的结构形式，有可能设计的很简单，也有可能设计的很复杂，这需要根据工件的形状、材料性能、精度要求以及产量进行综合分析，进而确定模具的结构形式。该复合模所需要加工出的零件形状如下图 3.2 所示：无锡太湖学院学士学位论文24由于零件大批量生产，故可以考虑采用级进模或复合模，但因该工件比较小，厚度又不大，只有 0.5mm，且生产工序数少于四个，故选择复合模比较合适，而且复合模加工出的零件精度比级进模要高。另外，由于复合模在压料冲裁的同时得到了校平，冲件比较平直且有较好的剪切断面，所以复合模加工出的零件的平面度要比级进模好。所以应该采用复合模。该复合模的结构形式采用典型的落料、拉深、冲孔复合模结构，需要有拉深凸模（冲孔凹模） ，拉深凹模（落料凸模） ，冲孔凸模，落料凹模。在装配该副模具时，拉深凸模的刃面要低于落料凹模刃面大约一个板料的厚度，即 0.5mm，这样可以使落料完毕后才进行拉深。同样，凸模的刃面也应设计成使拉深完毕后才进行冲孔，这样可以充分减少孔的变形量。条料送进由前面的挡料销和左边的定位销定距及导向。拉深时由压力机气垫通过四根托杆和压料板进行压边，拉深完毕后靠托杆顶件。卸料采用弹性卸料机构。冲孔废料从模架下面落下来，可以用一个盖板和槽之类的东西来接废料，并需要经常把废料从槽中清出。当上模上行时，由打杆、推板和连接推杆及推件块，把制件从拉深凹模（落料凸模）中推出。3.43.4 工艺计算工艺计算3.4.1 冲裁力、卸料力、推件力、拉深力的计算及选出压力机冲裁力、卸料力、推件力、拉深力的计算及选出压力机08F 钢的力学性能如下：抗拉强度，屈服强度，伸长率295bMPa175sMPa，断面收缩率。优质碳素结构钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越高，535%60%钢的强度、硬度越高，塑性、韧性越低。低碳优质碳素结构钢强度低，塑性、韧性、焊接性好。08、08F、08AL 是常用的冲压用钢，多用于制造各种冲压件，如搪瓷制品、汽车外壳等。08AL 或 08F 还大量用于制造焊条芯。15、20、20Mn 是常用的渗碳钢，多用于制造要求表面硬而耐磨、心部有良好韧性的零件。10 钢、20 钢，常用于制造冲压件和焊接件，也常用于制造渗碳件。冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。用平刃口模具冲裁时，冲裁力 F(N)可按下式进行计算图3.2 中间工序零件图复合冲压模具设计25FKLt式中：L冲裁件周边长度（mm） ； t材料厚度（mm） ； 材料抗剪强度（Mpa） ； K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取 K=1.3。一般情况下，材料的，为方便计算，也可用下式计算冲裁力 F(N)：1.3bbFLt式中： 材料的抗拉强度（Mpa）b所以，外圆的落料力为：3.14 36.5 0.5 27515758.911FL tDtNbb 內孔的冲孔力为：3.14 2 0.5 275863.522FL tdtNbb 查冲压工艺与模具设计表 2-2 卸料力、推件力和顶料力系数，得，取，。=0.0450.055K:卸=0.055K卸=0.063K推=0.08K顶故卸料力为：1=F =0.055 15758.9866.7FKNN卸卸推件力为：2=F =0.063 863.554.4FKNN推推对于圆筒形件，拉深力可以按下式计算：bFK dt式中： K修正系数； 拉深圆筒件直径；d 零件厚度；t 坯料的抗拉强度。b就本零件而言，查冲压工艺与模具设计表 4-20 修正系数 K 的数值，取；第一次拉深时拉深后圆筒件直径为，圆筒件的厚度为，11.00KK19dmm0.5tmm08F 钢的抗拉强度为，将这些数值代入上面拉深力的计算公式，可以得到零275bMPa件的拉深力为：=K1.00 3.14 19 0.5 2758203.3FdtNb拉所以工件总的冲压力为：12FFFFFF总卸推拉=15758.9863.5866.754.48503.325.7()KN压力机的总压力应根据拉深力、压边力、冲裁力、卸料力、推件力等的总和来进行选择，当拉深行程较大，特别是采用落料拉深冲孔复合模时，不能简单的将落料力、冲无锡太湖学院学士学位论文26孔力与拉深力的迭加来选择压力机，因为压力机的标称压力是指在接近下死点时的压力机压力。因此，应该注意压力机的压力曲线。如果不注意压力曲线，很可能由于过早地出现最大冲压力而使压力机超载损坏。一般可按公称压力作概略计算。(1.6F 总1.8)F即公称压力。(1.6=41.146.3KNF 总1.8)F查开式可倾压力机的主要参数，并且综合考虑模架结构，最终选取公称压力为160kN，型号为 J23-16 的开式可倾压力机，该压力机的主要参数如下所示：公称压力 ：160KN；公称力行程：2mm；滑块行程 ：55/70 mm；行程次数：125 次/min；最大装模高度 ：160/170 mm；装模高度调节量：45 mm；工作台尺寸（前后 左右）：300 mm 450/320 480 mm；工作台孔尺寸（直径 前后 左右）：mm；210 160 240工作台板厚度：60mm；模柄孔尺寸（直径 深度）：mm；40 60机身最大可倾角度：；35立柱间的间距：220mm。3.4.2 排样、冲裁模间隙及凹模、凸模刃口尺寸公差计算排样、冲裁模间隙及凹模、凸模刃口尺寸公差计算（1）排样冲裁件在板、条等材料上的布置称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中的一项很重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占 60以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标就是材料的利用率。根据本零件的特点，采用少废料排样的方法，即：沿着工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在。具体排样如下图 3.3 所示：a1aa1查冲压工艺与模具设计表 2-13 搭边 a 和数值,取搭边值为：a=1.2mm, 1a图 3.3 零件排样复合冲压模具设计27 。11.5amm（2）冲裁模间隙冲裁模刃口尺寸的计算原则有以下三个，一是落料模先确定凹模刃口尺寸；二是冲孔模先确定凸模刃口尺寸；三是选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。冲裁间隙 Z 是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸与凸模刃口横向尺寸的差值，如图 3.4 所示。Z 表示双面间隙，DAdt单面间隙用 Z/2 表示，如无特殊说明，冲裁间隙就是指双面间隙。Z 值可为正，也可为负，但在普通冲裁中，均为正值。 Z/2Z/2DAdt由以上分析可见，间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。但很难找到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长，冲裁力、最小等各方面的要求。因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙（Zmin） ，最大值称为最大合理间隙（Zmax） 。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙 Zmin。确定合理间隙值有理论法和经验确定法两种。由于理论计算法在生产中使用不方便，故目前广泛采用的是经验数据。本设计就是采用经验确定法来选取冲裁间隙的。根据研究与实际生产经验，间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值，这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件要求的前提下，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值。由于该冲裁件的尺寸精度和断面质量要求不高，故应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值，查冲压工艺与冲模设计表 2-7 冲裁模初始双面间隙 Z得，由，工件材料为 08F 钢，查得：，。0.5tmm0.040Zmmm i nmax0.060Zmm（3）凸模、凹模刃口尺寸的确定由于工件精度为 IT12，查标准公差数值得：尺寸为的孔的标准公差值为2mm图 3.4 冲裁间隙图无锡太湖学院学士学位论文280.1mm；尺寸为的外形圆的标准公差值为 0.25mm。故零件要求加工出的尺寸公36.5mm差为：内孔，外圆。0.12 0mm 036.5-0.25mm模具磨损预留量与工件制造精度有关。用 x、 表示，其中 为工件的公差值，x 为磨损系数，其值在之间，根据工件制造精度进行选取：0.51:工件精度 IT10 以上时，取 X=1；工件精度 IT11IT13 时，取 X=0.75；工件精度 IT14 时，取 X=0.5。工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。采用按凸模与凹模分别加工法来计算凸模和凹模的刃口尺寸。这种方法主要适用于圆形或简单规则形状的工件，因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工，设计时，需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。外圆由落料获得，内孔由冲孔获得，由于外圆和内孔均为 036.5-0.25mm0.12 0mmIT12 级公差，故取。0.75x 为了保证凸、凹模间初始间隙小于最大合理间隙，不仅凸、凹模分别标注公差maxZ（凸模，凹模） ，而且要求有较高的制造精度，用来满足如下条件：TA。因为模具精度要比零件精度高 45 个精度等级，所以凸模、凹maxminTAZZ模和凸凹模都按照 IT7 级精度加工制造。落料时，凹模制造偏差取正偏差，凸模取负偏差。 为 IT11 级，取 036.5-0.25mm=0.75，则，校核：，即0.025,0.025mmmmTAmaxminTAZZ ，不能满足间隙公差条件。因此只有缩0.0250.0250.060.040.05()0.02()mmmm小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可得：TA 、maxminmaxmin0.4 Z)0.4 0.020.0080.6 Z)0.6 0.020.012TAZmmZmm（所以 （mm）0.0120.012()(36.50.75 0.25)36.31max 0 0 0ADDA （mm） 0 0 0D =(DZ)=(36.31-0.04)=36.27TA0.0080.008minA冲孔时，应先确定凸模尺寸，使凸模标称尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙。为 IT12 级，取 =0.75，则，校核：0.12 0mm0.01,0.01mmmmTA，即，满足间隙公maxminZZTA0.010.010.060.040.02()0.02()mmmm差条件。复合冲压模具设计29所以 （mm） 0 0 0()(20.75 0.2)2.150.020.02minddTT （mm）+0.01+0.01A(Z)(2.150.04)2.19TA 0 0 0mindd3.4.3 首次无凸缘拉深的有关计算首次无凸缘拉深的有关计算（1）首次拉深直径由于首次拉深系数为，故首次拉深直径为：0.531m 0.53 36.51911dm Dmm（2）圆角半径凹模相对圆角半径可按照经验公式来进行计算。其中为凹模圆0.8 ()AArDdtAr角半径，为坯料直径，为凹模工作部分直径， 为坯料厚度。将数据代入以上公式，DAdt可得：首次拉深时，。0.8 (36.5 19) 0.52.5A1rmm0.612.25T1A1rrmm（）（3）拉深模具的间隙拉深模具的单边间隙 C 可以按着下列经验公式来进行计算：maxCKtt式中： 单边间隙；C 间隙系数；K t 板料的厚度； 板料的最大厚度。maxt查表拉深模具的间隙系数 K 值得，第一次拉深时，K 取，取，单边0.20.4:0.3k 间隙为。0.3 5C （4）首次拉深高度根据拉深前后毛坯与工件的表面积不变的原则，可得出首次拉深高度为：210.25()0.43(0.32 )111111rDhddrdd236.530.25(19)0.43(190.32 3)191914.1314.1mm（5）拉深凹模和凸模的尺寸对于多次拉深时的中间过渡拉深，半成品的尺寸公差没有必要加以严格限制，这时模具的尺寸只要取半成品的过渡尺寸即可，以凹模为基准，计算如下：凹模尺寸：AA0DD凸模尺寸：T0(Z)TDD其中，为凹模的制造公差，为凸模的制造公差。和一般按公差等级ATAT无锡太湖学院学士学位论文30来选取。查冲压工艺与冲模设计表 4-23 凸模和凹模的制造公差，得：68ITIT:，。A0.02T0.01所以，首次拉深时，凹模尺寸为：0.02 019.5A0dDD凸模尺寸为：0 0 0(Z)(19.52 0.65)18.20.010.01TTDD 3.53.5 有关模具零件结构的计算有关模具零件结构的计算3.5.1 冲孔凸模冲孔凸模由于冲件的形状和尺寸的不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦有所不同，所以在实际生产中使用的凸模结构型式就有很多种型式，其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃；结构型式有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。其固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定以及粘结剂浇注法固定。本设计选用圆形截面的冲孔凸模，采用台肩固定的方法，凸模长度为：。冲小孔凸模 ，即指35hmm孔径 d 小于被冲板料的厚度或直径 d1mm 的圆孔和面积 A1mm 的异形孔时，它大大超过了对一般冲孔零件的结构工艺性要求。因此冲小孔的凸模强度和刚度差，容易弯曲和折断，一般必须采取措施提高它的强度和刚度，从而提高其使用寿命。但因为该设计中凸模长度比较短，故可以不考虑加保护套，而是采用加强凸模强度的方法来防止变形。3.5.2 落料凹模落料凹模落料凹模外形有圆形和长方形之分，本次设计我选用的是圆形的凹模，外形尺寸为。凹模采用内六角螺钉和销固定在下模座上， 螺钉孔至刃口边及钉孔之间的100 35mm距离要有足够的强度。其三维模型如下图 3.5 所示：图 3.5 拉深凹模三维图3.5.3 拉深凸模（冲孔凹模）拉深凸模（冲孔凹模）凸凹模是复合模中同时具有一种工序的凸模和另一种工序的凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。该设计中拉深凸模和冲孔的凹模采用台肩固定的方式。其三维模型如下图所示：复合冲压模具设计31图 3.6 拉深凸模三维图3.5.4 拉深凹模（落料凸模）拉深凹模（落料凸模）该模具零件也是一个凸凹模，采用圆柱销和内六角螺钉固定在上模座上。3.5.5 卸料装置卸料装置采用弹性卸料板。（1）对弹性元件的基本要求：要有一定的压缩量，对应于预压缩量时的弹压力等设计所需要的最小弹压力，如卸料力，顶件力等；总压缩量要满足冲模使用中的运动量的要求，如卸料弹簧的总压缩量与预压缩量之间的差等于凸模与卸料板之间的相对运动距离；卸料板所用弹性元件所提供的作用力应该均匀分布于卸料板；弹性元件的使用寿命要满足模具的使用寿命。弹簧的压缩量可分为三个部分，即预压缩量，工作压缩量，和总压缩量。总压缩量等于预压缩量与工作压缩量之和。（2）弹簧的选用步骤：根据模具工作压力要求确定所用弹簧的个数以及每个弹簧所承受的载荷 P；根据 P 的大小，从手册中初选弹簧的规格，所选弹簧最大工作载荷应该大于 P；根据所选弹簧最大工作载荷和最大工作载荷下的最大变形量，作出弹簧的特性曲线；检查弹簧最大允许的压缩量是否满足工作要求（3）卸料弹簧的选择根据卸料力 725.6N，采用 8 个弹簧，此时每个弹簧担负的卸料力为 90.7N。冲裁时卸料板的工作行程；考虑凸模修磨量；弹簧的11.52htmmmm53hmm预压量为；故弹簧的总压缩量为：1h12311H= h +h +h = h + 1.5+5 mm = h +6.5mm总考虑卸料的可靠性，取弹簧的预压量为时就有 90.7N 的压力。根据参考文献四，初1h选弹簧钢丝直径，弹簧中径；工作极限负荷；自由高度3.0dmm218Dmm388jFN；工作极限负荷下变形量。045hmm18.2jhmm无锡太湖学院学士学位论文32该弹簧在预压量时，卸压力达 103.6N。1h即90.7118.24.861388PhhmmmmjFj故 16.54.866.511.36Hhmmmmf总能满足要求。弹簧装配高度： 01454.8640.14hhhmmmm装根据凸凹模及弹簧、卸料螺钉等的布置，取卸料板的外形尺寸为：3100 80 8mm卸料螺钉是固定在弹压卸料板上的螺钉，用于限制弹压卸料板的静止位置。3.5.6 定位零件定位零件定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸凹模有正确的位置。定位零件的结构形式很多，用与对条料进行定位的定位零件有挡料销，导正销，导料板，侧压装置等，用于对工件进行定位的定位零件有定位销，定位板等。本设计中采用的是用三个定位销来对工件的送进进行定位的。3.5.7 固定板、垫板固定板、垫板在对凹模和凸模的固定时都采用了固定板，并且在固定板与上下模座的连接时都加垫了一块垫板，用来减少冲压力对模座的冲击力，并使连接可靠。与下模座相连的固定板和垫板的外形尺寸都是，与上模座相连的固定板和垫板的外形尺寸都是100 6mm。65 8mm3.5.8 模架、导柱、导套模架、导柱、导套由于零件外形轮廓为圆形，所以选择中间导柱圆形模架。查冲模设计与案例分析表 7-4 冲模导向模架中间导柱圆形模架，根据凹模周界 100，选取上模座（GB/T2855.1） ，下模座（GB/T2855.2） 。2100 25mm2100 30mm导柱选用 A 型导柱，查阅冲模设计与案例分析表 4-1，A 型导柱的结构尺寸参数为：，； ，。201dmm1001lmm222dmm2100lmm导套选用 A 型导套，查阅冲模设计与案例分析表 4-4，A 型导套的结构尺寸参数为：，；，120Dmm132dmm165Lmm123Hmm222Dmm235dmm，165Lmm123Hmm复合冲压模具设计334 拉深模拉深模4.1 工艺分析工艺分析在对坯料进行了落料、冲孔以及首次无凸缘拉深之后，就要对上一章节所加工出的半成品进行带锥形凸缘的拉深了。其外形拉深之后如下图 4.1 所示： 图 4.1 拉深顺序图两次拉深均采用锥形压料圈，只是两次拉深的凸模、凹模尺寸不同，以及锥形压料圈的角度有所不同。4.2 工艺计算工艺计算4.2.1 拉深直径拉深直径由于第二次拉深系数为，故第二次的拉深直径为：0.752m 0.75 14.1910.6422 1dm dmm由于第二次拉深系数为，故第三次的拉深直径为：0.83m 。0.8 10.648.533 2dm dmm4.2.2 拉深力的计算拉深力的计算对于圆筒形件，拉深力可以按下式计算：bFK dt式中： K修正系数； 拉深圆筒件直径 mm；d 零件厚度 mm；t 坯料的抗拉强度 MPa。b就本零件而言，查冲压工艺与模具设计表 4-20 修正系数 K 的数值【4】 ，取；第二次拉深时拉深后圆筒件直径为，第三次拉深时拉深后圆20.90KK210.64dmm筒件直径为，圆筒件的厚度为，20 钢的抗拉强度为，38.5dmm0.5tmm410MPab将这些数值代入上面拉深力的计算公式，可以得到零件的拉深力为： 2b20.90 10.64 0.5 4106164FK d tN拉 3b30.90 8.5 0.5 4104924FK d tN拉无锡太湖学院学士学位论文344.2.3 圆角半径圆角半径多次拉深凸模的圆角半径应随拉深次数的增加而逐步地减少，最末一次拉深的圆角半径应等于拉深件筒底的圆角半径。故第二次拉深时，凹模圆角半径为：(0.60.8)121rrmmdd:凸模圆角半径为：2222rrmmpd第三次拉深，也是最后一次拉深时，由于拉深凸模的圆角半径至少为 2t，圆角半径等于冲件的圆角半径。故圆角半径为：133rrmmpd4.2.4 拉深模具的间隙拉深模具的间隙由上一章节的计算可以知道：第二次拉深时，K 取，取，单边间隙为。0.20.25:0.2k 0.2 C 4.2.5 拉深高度拉深高度根据拉深前后毛坯与工件的表面积不变的原则，可得出第二次拉深高度为：210.25()0.43(0.32 )211111rDhddrdd5(14.5)0.43(14.50.32 2.25)14.514.520.4mm4.2.6 拉深凹模和凸模的尺寸拉深凹模和凸模的尺寸对于多次拉深时的中间过渡拉深，半成品的尺寸公差没有必要加以严格限制，这时模具的尺寸只要取半成品的过渡尺寸即可，以凹模为基准。第二次拉伸，也即最后一次拉深时，凸模和凹模的计算公式如下所示：凸模尺寸为：0(0.4 )TTDd凹模尺寸为：A(0.4Z)A0Dd为零件的公差，。0.27mm 将数值代入上面两个公式，得到：000.020.010(0.4 )(140.4 0.25)14.1TDdT0.020.0300A(0.4Z)(14.1 1)15.1A0Dd4.34.3 有关模具零件结构的计算有关模具零件结构的计算4.3.1 拉深凸模拉深凸模拉深凸模的断面形状正确与否是保证冲件得到正确形状及较高精度的关键。同时也直接影响到拉深的变形程度。因此在设计模具时，首先必须要保证其工作部分结构形状的正确。对于拉深凸模的工作深度，必须从几何形状上做到正确。为了使冲件容易在拉复合冲压模具设计35深后被脱下，在凸模的工作深度可以做成带有一定锥度。一般圆筒形或其他形状零件的拉深，其锥度大小为。对于中型和大型的冲件在多次拉深时，其前几道工序25:的拉深凸模可以做成带有锥形侧角的结构。转角处用 45 度的斜面，在斜面和圆柱形相连接的地方倒成圆角。这样可以避免在圆角处的过分变薄。其三维模型如下图 4.2 所示： 图 4.2 拉深凸模三维图4.3.2 拉深凹模拉深凹模拉深凹模的结构型式以及断面形状对保证冲件的精度起着重要的作用，因此必须正确的设计拉深凹模的结构。最简单的拉深凹模是一个带圆角的孔。对于不用压边圈结构型式模具的凹模，在口部可以做成带台肩的，以保证坯料的正确定位。不过，这种结构型式的模具修磨却不甚方便。为了减少金属流动的阻力，凹模口部还可以做成呈锥形的或渐开线形的。这时，拉深毛坯的过渡形状呈曲面形，因而具有更大一些的抵抗塑性失稳的能力，使得起皱的趋向有所减小，其拉深效果要比圆筒形的来得更佳。此外，用锥形凹模拉深时，由于建立了对拉深变形更为有利的条件，如凹模圆角半径造成的摩擦阻力和弯曲变形的阻力都减到最低的程度，凹模锥面对毛坯变形区的作用力也有助于使它产生切向压缩变形等，拉深所需的作用力要小些，因而可以采用较小的拉深系数。其三维模型如下图 4.3 所示： 图 4.3 拉深凹模三维图4.3.3 模架及其他模架及其他由于零件外形轮廓为圆形，所以选择中间导柱圆形模架。查冲模设计与案例分析表 7-4 冲模导向模架中间导柱圆形模架，根据凹模周界 80，选取上模座（GB/T2855.1） ，下模座（GB/T2855.2） 。80 252mm80 302mm无锡太湖学院学士学位论文36导柱选用 A 型导柱，查阅冲模设计与案例分析表 4-1，A 型导柱的结构尺寸参数为：，； ，。120dmm1100lmm222dmm2100lmm导套选用 A 型导套，查阅冲模设计与案例分析表 4-4，A 型导套的结构尺寸参数为：，；，120Dmm132dmm165Lmm123Hmm222Dmm235dmm，其三维模型如下图所示：165Lmm123Hmm 图 4.4 模架三维图复合冲压模具设计375 复合冲压模具复合冲压模具5.1 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用；内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工；孔边距和孔间距不能过小。如图 5.1 所示为拉伸零件图，厚度为 0.3mm，材料为 2024-T3 生产纲领为大批量，精度为 IT11。下面将对其冲裁工艺性进行分析：5.1.1 材料材料该零件材料为 2024-T3，典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，适于冲压生产。5.1.2 生产批量生产批量该零件的生产批量为大批量，因此在制订生产方案时，应充分考虑采用连续模或者复合模以提高生产效率。5.1.3 精度等级精度等级该零件的精度等级为 IT11 级，因此，模具的制造精度等级为 IT7 级。5.1.4 结构形状结构形状该零件不对称，形状比较复杂，由直线和圆弧过渡组成，且圆角半径较大，符合冲压所允许的最小圆角半径，无孔边距和孔间距要求。通过上述分析，该零件可以采用冲压工序进行生产。5.25.2 制订生产方案制订生产方案冲压生产方案制订是在对冲压的工艺分析之后的重要环节。制订生产方案就是制订各次冲压加工的工序性质、工序数量、工序顺序、工序的组合方式等。冲压生产方案的制订要考虑多方面的因素，有时还要进行必要的工艺计算，因此实际生产中通常要提出可能的方案，进行分析比较后制订最佳方案。下面对该零件的各种冲压方案进行比较分析。参考 2.2 的生产方案分析，采用倒装复合模进行生产。5.35.3 零件的工艺计算零件的工艺计算冲裁件的工艺计算包括工作零件刃口尺寸计算，排样及材料利用率的计算，冲裁力、卸料力、压力中心的计算和设备选型。5.3.1 工作零件刃口尺寸的计算工作零件刃口尺寸的计算由于凸凹模直接存在间隙，故冲裁件的断面都带有锥度，因而在冲裁件尺寸的测量和使用中，都以光面的尺寸为基准。落料件的光面因凹模刃口挤切材料而产生，故落料图 5.1 拉伸零件图无锡太湖学院学士学位论文38件的光面尺寸与凹模的刃口尺寸相等或基本一致；而冲孔件的光面是凸模刃口挤切材料而产生的，故冲孔件的光面尺寸与凸模的刃口尺寸相等或基本一致。计算方法：（1）凸模与凹模分别加工法：凸模与凹模分别按图样加工至要求的尺寸，并分别标注凸模和凹模的刃口尺寸与制造公差，适于圆形和简单形状的制件。（2）凸模与凹模配作法：就是先按零件尺寸制出一个基准模（凸模或凹模） ，然后根据基准刃口的实际尺寸再按最小合理间隙制作另一模。使用配作法，模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不必校核冲裁间隙条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。但是该方法加工成本高，加工周期长，主要适用于形状复杂的制件。由于零件外形比较复杂，所以采用配作法进行计算。采用配作法计算，具体尺寸计算如下：查冲压工艺与冲模设计表 2-7 冲裁模初始双面间隙 Z 得，冲裁模初始间隙，则。因为模具Z0.015minmmZ0.025maxmmZ0.0250.0150.01maxminZmmmmmm精度要比零件精度高 45 个精度等级，所以凸模、凹模和凸凹模都按照 IT6 级精度加工制造。 287.67114.5940.63154.08144.3851.16R22.35R22.35R22.35R22.35R22.3529.3图 5.2 拉伸零件图 由于凸模磨损后，图示各个尺寸都会变小，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法为 0B()1jmin4B :由刃口尺寸计算公式得（mm） 0 0 0B()=(287.670.75 0.32)=287.91T1110.08min0.3244B （mm） 0 0 0B()=(114.590.75 0.22)=114.76T2110.06min0.2244B （mm） 0 0 0B()=(154.080.75 0.25)=154.27T4110.06min0.2544B 复合冲压模具设计39（mm） 0 0 0B()=(144.380.75 0.25)=144.58T5110.06min0.2544B （mm） 0 0 0B()=(51.160.75 0.19)=51.3T6110.05min0.1944B （mm） 0 0 0B()=(22.350.75 0.13)=22.45T7110.03min0.1344B 5.3.2 排样排样排样就是冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样方式有利于提高材料的利用率，节约成本。材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板材面积的百分比，的值越大，材料的利用率越高。冲裁所产生的废料可分为两类，即结构废料和工艺废料。结构废料，由冲裁件的形状特点产生的废料；工艺废料，由于冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和余边料而产生的废料。要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料开始，可以通过设计合理排样方案、选择合适的板材规格、改变零件的结构形状来提高利用率。搭边是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。搭边虽然是工艺废料，但在冲裁工艺中却有很大的作用：（1）搭边补偿了定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；（2）搭边可以增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；（3）搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高了模具的使用寿命。搭边值的大小对冲裁过程及冲裁件的质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边值。搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小时，搭边的强度和刚度不够，容易造成冲裁不均匀，损坏模具刃口。就该零件图纸, 查冲压工艺与模具设计表 2-13 最小搭边值，工件的工件间最小搭边值为 2.2mm,工件与侧边最小搭边值为 2.5mm。a1a5.3.3 冲裁力冲裁力 冲裁力是指冲裁过程中，凸模对材料施加的最大压力。材料受到凸模的挤压，产生变形，最终零件与材料分离。冲裁变形过程大致可以分成三个阶段：1、弹性变形阶段：在凸模压力下，条料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的条料则向上翘曲，材料越硬，间隙越大，弯曲和上翘越严重。同时，凸模稍许挤入条料上部，条料下部则稍许挤入凹模洞口内，但条料内的应力分量还不满足塑性条件，所以压力去掉后，条料会立图图 5.3 排样图无锡太湖学院学士学位论文40即恢复原状；2、塑性变形阶段：因为条料发生弯曲，凸模继续下压，当应力分量满足塑性条件时，条料便开始进入塑性变形阶段。凸模挤入条料上部，同时条料下部挤入凹模洞口内，形成光亮的塑性剪切面。随着凸模继续下行，塑性变形程度增大，变性区的材料加工硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的条料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段才结束；3、断裂分离阶段：条料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上、下裂纹随凸模的继续压入沿最大切应力方向不断向条料内部扩展，当上下裂纹相遇时，条料便被剪断分离。根据零件图纸,计算落料所需要的冲裁力：1.3 1117 0.3 4251851FKltNKNb冲孔所需要的冲裁力：1.3 933 0.3 4251552FKltNKNb式中： F冲裁力，KN； L冲裁周边长度，mm； t冲裁厚度，mm； 材料剪切强度，MPa；b K修正系数。考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、材料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般 K=1.3。5.3.4 卸料力、推件力卸料力、推件力在冲裁结束时，从材料上冲裁下来的冲件（或废料）由于径向发生弹性变形而扩张，会梗塞在凹模洞口内，或者条料上的孔沿着径向发生弹性收缩而紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将工件或废料与模具分离。卸料力是从凸模上卸下紧箍的材料所需要的力，用表示；推件力是将梗塞在凹K卸模内的材料顺冲裁力方向推出所需要的力，用表示。卸料力和推件力分别由压力机K推和模具的卸料、推件装置传递的。所以在选择压力机公称压力和设计以上结构时，都需要对这两个力进行计算。查冲压工艺与模具设计表 2-2 得、0.05K卸。=0.055K推卸料力：1=0.05 1859.25FKFKNKN卸卸推件力：2=0.055 1558.5FKFKN推推 式中： F参考前面冲孔的冲裁力； 、分别为卸料系数和推件系数。K卸K推5.3.5 压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力（） ，为冲裁力和与冲F总F总复合冲压模具设计41裁力同时发生的卸料力和推件力的总和。根据模具结构，。1=1858.5193.5FFFKN总推5.45.4 冲裁模设计与制造冲裁模设计与制造当冲压件的生产方案确定之后，应根据所选用冲压设备的相关参数进行模具零件的设计和选用。如工作零件的结构、尺寸、精度等技术要求；模架、定位零件、导向零件及标准件的选用；卸料零件的设计、弹性元件的计算与选用等。5.4.1 工作零件工作零件（一）凸模凸模是在冲压时，冲模中被冲裁件或废料所包容的工作零件。由于冲裁件的形状和尺寸不同，冲模的加工及装配工艺等时机条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。断面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式、和带护套式等；凸模的固定方法有台阶固定、铆接、螺钉和销钉固定，黏结剂浇注法固定等。该凸模用螺钉固定，其三维模型如下图 5.4 所示： 图 5.4 凸模三维图
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