毕业设计（论文）-长卡片冲压工艺分析及模具设计.doc

毕业论文长卡片冲压工艺分析及模具设计125011210张春雷机械工程系学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化系 部： 原涛专 业： 指导教师： 二零一四 年 六 月长卡片冲压工艺分析及模具设计摘要：我的毕业设计是落料冲孔复合模的设计，冲压模具主要是将板料分离或成形而得到制件的加工方法。因为模具的生产主要是大批量的生产，而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量，模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足工件的工艺性设计，能否加工出合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理等。在本次设计中，不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求，还要保证它的使用寿命。其次设计中还要考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务，采用倒装复合模，凸凹模的外形和内型孔、凹模型孔采用数控线切割机床加工，在设计中我要考虑到很多关于我所设计模具的知识，包括它的使用场合、外观要求等，从这里可以知道模具设计是一项很复杂的工作，所以在设计要不断的改进直到符合要求。关键词：落料，工艺性，凸凹模，复合模Stampingprocess and die design oflong cardAbstract:Mygraduationprojectistheblankingpiercingdie,stampingdiemainlytoisolatedorformingthesheetmetalprocessingmethodsareworkpiece.Becausemoldsaremainlyhighvolumeproduction,andstampingdieproductscanensurethedimensionalaccuracyandquality,molddesignandmanufactureofprimaryconsiderationtothemolddesigncanmeetthedesignprocesstheworkpiece,canprocessaqualifiedparts,and,later,maintenanceandstorageisreasonable.Inthisdesign,notonlytoconsidermakingthepartstomaketomeetthejobrequirements,butalsotoensureitsservicelife.Second,thedesignshouldalsotakeintoaccounttheactualworkenvironmentandmustcompletethedesigntask,usinginversecompounddie,theshapeofmainpunchtheholes,dieholemodelusedCNCCuttingMachine,Ihavetotakeintoaccountinthedesignalotonmyknowledgeofmolddesign,includingitsuseofoccasions,appearancerequirements,fromhereyoucanknowthatmoldisaverycomplextask,sotocontinuousimprovementinthedesignuntilitmeetstherequirements.Key words: Blanking,Technologicalefficiency,mainpunch,compounddie目 录1 前言12 绪论23 冲压工艺设计33.1 工艺设计内容34 零件工艺分析及计算44.1 零件的工艺设计44.1.1 产品零件工艺性分析44.1.2 冲压工艺方案及模具结构类型的确定54.2 排样的设计及计算64.2.1 排样方法64.2.2 搭边值84.2.3 零件毛坯尺寸计算104.3 冲裁力和压力中心的计算114.3.1 冲裁力114.3.2 冲裁力的计算134.3.3 压力机公称压力的选取144.3.4 压力中心的确定144.3.5 压力机的选择155 零件的模具设计与标准选用165.1 模具工作零件的结构设计165.1.1 凸模的结构设计165.1.2 凹模的结构设计195.1.3 主要工作零件的尺寸计算225.2 定位零件的设计235.2.1 定位板和定位钉245.3 卸料与推件装置的设计255.3.1 卸料零件的设计255.3.2 弹性元件的选用和计算275.3.3 推件和顶件装置的设计285.4 标准模架和导向零件的选取295.5 固定零件的选取305.5.1 模柄、固定板、垫板的选取305.5.2 销钉、螺钉的选取316 模具装配326.1 模具零件的装配326.1.1 模柄装配326.1.2 导柱、导套的装配326.1.3 凹模和凸凹模的装配326.2 总装配336.3 模具装配图336.4 模具零件图336.5 试模336.6 润滑346.7 模具使用注意事项34结 论35参考文献36致 谢37IIII太原工业学院毕业设计1 前言冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。本次设计是参考了众多参考文献及专业资料的规范要求编写而成。本设计主要介绍垫板的冲压工艺分析和落料冲孔模结构设计过程。本设计共分五章，主要包括长卡片材料工艺分析和成形性能、冲压工序特点和工艺计算、模具总体结构设计、模具主要零件结构设计及工艺性分析、主要零件工艺过程的制订和主要工序的制订等。导师在编写及内容安排提出不少有益的意见。在此，谨向尊敬的导师表示真诚的感谢和崇高的敬意！由于本人知识水平和能力的有限，在设计的过程中难免存在很多的纰漏和不足之处，恳请个各位老师的批评与指正。 37-2 绪论模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以及保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲载模具在模具工业中举足轻重的地位。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电、通信等行业的零部件的成形的加工。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要有模具来完成加工。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。本次毕业设计的目的是对所学知识的全面总结和运用，巩固和加深各种理论知识灵活运用。目标是通过这次毕业设计，可以很好的培养独立思考，独立工作的能力，为走上工作岗位从事技术工作打下良好的基础。此次毕业设计课题为长卡片冲压工艺分析及模具设计。首先对零件的冲压工艺进行了分析，介绍了落料冲孔模结构设计的要点，同时编制了落料冲孔复合模的制造工艺和装配工艺。3 冲压工艺设计3.1 工艺设计内容冲压工艺设计，就是根据冲压件的要求，合理安排原材料准备、各种加工工序等，使得冲压过程在经济和技术上合理可行。工艺过程设计包括以下几个方面的内容。一、工艺方案设计工艺方案设计就是根据冲压件的形状尺寸、材料、生产批量等特点，初步确定出冲压加工内容，并制定出几种可行的加工工艺方案，通过对产品质量、生产效率、设备条件、模具制造和寿命、操作的方便性和安全性、经济性等方面的综合比较，确定出适合具体生产条件的最佳工艺方案。二、工艺性分析根据产品零件的形状尺寸、材料、精度等要求，对冲压工艺方案设计中所确定的各项工序内容逐一进行分析计算，确定它们对冲压工艺的适应性。三、工艺计算为了进行模具设计和冲压加工，工艺计算首先应根据产品零件的几何形状和尺寸来计算所需毛坯的形状和尺寸，然后按照节约材料、简化模具结构的原则拟定合理的排样方案，并确定板料或条料的规格及下料方式。合理优选凸模和凹模之间的间隙等。4 零件工艺分析及计算零件的工序和零件如图所示，工件使用材料为Q235钢。材料厚度：2mm。生产批量：大批量。图4 长卡片零件图4.1 零件的工艺设计4.1.1 产品零件工艺性分析此产品零件只有落料和冲孔两道工序，在本模具加工中落料和冲孔两道工序都要完成；材料为Q235钢，为普通碳素钢，具有良好的可冲压性能；产品零件结构简单，工件为对称形状，壁厚2mm，比较适合冲裁。零件结构简单对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中部有一异形孔，孔的最小尺寸为6mm，满足冲裁最小孔径的要求。另外，经计算异形孔距零件外形之间的最小孔边距为5.5mm，满足冲裁件最小孔边距的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。零件上有4个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属IT13，所以普通冲裁可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸按IT14精度等级查补。由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。4.1.2 冲压工艺方案及模具结构类型的确定根据零件的结构形状，该零件包括落料、冲孔两个基本工序，材料Q235钢，厚度为2mm，一般采用以下三种冲裁工艺方案：方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。所以，比较三个方案欲采用方案二生产。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核，当材料厚度为2mm时，可查得凸凹模最小壁厚为4.9mm，现零件上的最小孔边距为5.5mm，所以可以采用复合模生产，即采用方案二。表4.1.2三类模具的优缺点比较：名称类型单工序模复合模级进模结构简单较复杂复杂成本、周期小、短小、短高、长制造精度低较高高材料利用率高高低生产效率低低高维修不方便不方便方便产品精度高高低品质低低高安全性不安全不安全安全自动化易于自动化冲床性能要求低低高应用小批量生产大、中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中、小零件冲压 由于零件结构简单，考虑到生产该零件加工成型的经济性以及加工时效性，经检验并根据表4.1.2可得确定方案二比较合适。4.2 排样的设计及计算在冲压工艺和模具设计中，冲裁件在条料、带料、板料上的布置方法叫排样。排样是一项极为很重要的、技术性很强的工作，排样的正确与否将影响到材料的合理利用、零件质量、生产率、模具结构与寿命、生产操作与安全等。4.2.1 排样方法在冲压生产实际中，由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同，不可能提供一种固定不变的合理排样方案。但在决定排样方案时应遵循的原则是：保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等，总之要从各方面权衡利弊，以选择出较为合理的排样方案。冲裁所产生的废料可分为两类：一类是结构废料，是由冲件的形状特点产生的；另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料而产生的废料，称为工艺废料。要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件。条料排样方法可分为三种：有废料排样 沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。无废料排样 冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。另外，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此，排样时必须统筹兼顾、全面考虑。此外对有废料排样，少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类，按照零件的结构可以分为以下两种排样方式 比较方案a和方案b，方案b所裁条料宽度过窄，剪板时容易造成条料的变形和卷曲，所以应采用方案a。现选用4000mm1000 mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。（1）裁成宽81.4mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为2205（2）裁成宽81.4mm、长4000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为2172比较以上两种裁剪方法，应采用第1种裁剪方式，即裁为宽81.4mm、长1000mm的条料。其具体排样图如图3所示。4.2.2 搭边值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叫搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边数值。搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50以上。影响搭边值的因素： (1）材料的力学性能：硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。 (2）材料厚度：材料越厚，搭边值也越大。 (3）冲裁件的形状与尺寸：零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。 (4）送料及挡料方式：用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。 (5）卸料方式：弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。搭边值是由经验确定的。表2.5.2为最小搭边值的经验数表之一，供设计时参考。4.2.3 零件毛坯尺寸计算查表确定搭边值：两工件间的搭边值：a1=2mm工件边缘的搭边值：a=2.2mm步距为：S=D+a=22mm条料宽度：=（D+2a）=81.4式中条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a 侧搭边值，可参考表2.5.2；条料宽度的单向（负向）偏差，表4.2.3表4.2.3 条料宽度偏差(mm)条料宽度材料厚度t/mm1122335500.9501001.01001501.115021.22203001.34.3 冲裁力和压力中心的计算4.3.1 冲裁力在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。图2.3.1 所示为Q235钢冲裁时的冲裁力与凸模行程变化曲线，图中OA段相当于冲裁的弹性变形阶段，凸模接触材料后，载何急剧上升，当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升就缓慢下来，如 AB段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积减小，但只要材料加工硬化的影响超过受剪面积减小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相等影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中的 B点。此后，受剪面积的减少超过了加工硬化的影响，于是冲裁力下降。 凸模继续下压，材料内部的微裂纹迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图BC段所示，此为冲裁的断裂阶段。CD段压力主要是用于克服磨擦力和将材料由凹模内的料推出。通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、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，以适应冲裁的需求。普通平刃冲裁模，其冲裁力F一般可按下式计算： （2-1）式中F 冲裁力； 材料抗剪强度 (MPa)； L 冲裁周边总长(mm)； t 材料厚度(mm)； K 系数 ； 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素而设置的安全系数，一般取K=1.3。 当查不到抗剪强度时，可用抗拉强度代替，而取K1的近似计算法计算。公式为： （2-2）式中材料的抗拉强度。 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紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；从凹模内向上顶出制件需的力，称为顶件力 (图4.3.1)。影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验公式计算： 卸料力 （2-3）推料力 （2-4）顶件力 （2-5）式中 F冲裁力(N)； 卸料力系数，其值为见表4.3.1 (薄料取大值，厚料取小值)； 推料力系数，其值为见表4.3.1 (薄料取大值，厚料取小值)； 顶件力系数，其值为见表4.3.1 (薄料取大值，厚料取小值)； n梗塞在凹模内的制件或废料数量(nh/t); h凹模洞口的直刃口部分的高度(mm)；t材料厚度(mm)。卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。表4.3.1 卸料力、推料力、顶件力系数材料厚度t/mm钢0.10.0650.070.50.0450.0550.0630.040.050.0550.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03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、大搭边和轮廓复杂时取上限值。4.3.2 冲裁力的计算由于该冲裁件是落料、冲孔倒装复合模，只受冲裁力、卸料力、推件力，其冲裁力由公式（2-1）计算。冲裁力 此例中零件的周长为216mm，材料厚度2mm，Q235钢的抗 剪强度取350MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为 卸料力由公式（2-3）计算：卸料力 推件力的公式（2-4）计算：推件力 4.3.3 压力机公称压力的选取冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。 采用弹压卸料装置和下出件的模具时： （2-6）采用弹压卸料装置和上出件的模具时： （2-7）采用刚性卸料装置和下出件模具时： （2-8）在生产中，当压力机的吨位不足时，可采用凸模的阶梯布置(各凸模工作端面不在一个平面)；斜刃冲裁(冲孔凸模或落料凹模作成斜刃)或加热冲裁等措施以降低冲裁力。因为本次设计采用的是弹压卸料装置和下出件的模具，所以根据公式（2-6）计算压力机的公称压力：初选设备为开式压力机J2335。4.3.4 压力中心的确定冲压力合力的作用点称谓模具压力中心。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲裁模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲裁模的压力中心，可按下述原则来确定： 1.对称形状的单个冲裁件，冲裁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，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3.形状复杂的零件、多孔冲裁模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲裁模压力中心。此零件外形为对称件，中间的异形孔虽然左右不对称，但孔的尺寸很小，左右两边圆弧各自的压力中心距零件中心线的距离差距很小，所以该零件的压力中心可近似认为就是零件外形中心线的交点。4.3.5 压力机的选择根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾压力机JH2335，其主要技术参数如下：公称压力：350kN滑块行程：80mm最大闭合高度：280 mm闭合高度调节量：60 mm滑块中心线到床身距离：205mm工作台尺寸：380 mm610 mm工作台孔尺寸：200 mm290 mm模柄孔尺寸：50 mm70 mm垫板厚度：60 mm5 零件的模具设计与标准选用由冲压工艺分析可知，采用复合冲压模具，复合冲压模具有倒装和顺装之分，倒装复合模在结构上比顺装简单，少一套排除冲孔废料的打料装置，因此优先选用倒装复合模。5.1 模具工作零件的结构设计5.1.1 凸模的结构设计 (一)凸模的结构形式 图 凸模结构形式图 凸模结构凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，图 ，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 (图c)和台阶式(图a、b)。直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时，成形部分常采用成型磨削。设计时可按国标选择。图 凸模长度 (二)凸模长度的确定(图) 凸模长度应根据模具结构的需要来确定。若采用固定卸料板和导料板结构时，凸模的长度应该为： Lh1h2h3（1520）=15+10+15=40mm （31)式中：h1、h2、h3分别为凸模固定板、卸料板、导料板的厚度。1520mm为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离。 (三)凸模材料 模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用 T8A、T10A等材料；形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选 Cr12、Cr12MoV、CrWMn等制造，HRC取5862，要求高寿命、高耐磨性的凸模，可选硬质合金材料。 (四)凸模强度和刚度 在一般情况下，凸模的强度是足够的，不必进行强度计算。但是，对细长的凸模，或凸模断面尺寸较小而毛坯厚度又比较大的情况下，必须进行承压能力和抗纵向弯曲能力两方面的校验。1凸模承载能力校核凸模最小断面承受的压应力，必须小于凸模材料强度允许的压力，即： P/Fmin 故非圆凸模 Fmin P/ (32) 对圆形凸模 dmin 4t/(33)式中 凸模最小断面的压应力 (MPa)； P 凸模纵向总压力(N)； Fmin 凸模最小断面积()； dmin 凸模最小直径(mm)； t冲裁材料厚度(mm)； 冲裁材料抗剪强度 (MPa)；凸模材料的许用压应力 (MPa)。 图 凸模2凸模抗弯能力校核凸模冲裁时稳定性校验采用杆件受轴向压力的欧拉公式。根据模具结构的特点，可分为无导向装置和有导向装置的凸模 (图)进行校验。对无导向装置的凸模，其受力情况相当于一端固定另一端自由的压杆，其纵向的抗弯能力可用下列公式校验：对圆形凸模 （34)对非圆形凸模 （35)有导向装置的凸模，其不发生失稳弯曲的凸模最大长度为： 对圆形凸模 (36) 对非圆形凸模 (37)以上各式中， J为凸模最小截面的惯性距(mm)；F为凸模的冲裁力(N)；d为凸模最小直径(mm)。据上述公式可知，凸模弯曲不失稳时的最大长度 Lmax，与凸模截面尺寸、冲截力的大小、材料机械性能等因素有关。同时还受到模具精度、刃口锋利程度、制造过程、热处理等影响。 5.1.2 凹模的结构设计(一)凹模洞口的类型常用凹模洞口类型如图 所示，其中a)、b)、c)型为直筒式刃口凹模。其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料 (或制件)的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模和上出件的冲裁模用 a)、c)型下出件的用b)或a)型。d)、e)型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大 (如30时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm)。凹模锥角、后角和洞口高度 h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取1530、 23、h410mm。图 凹模洞口类型图 凹模外形 (二)凹模的外形尺寸凹模的外形一般有矩形与圆形两种。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上图 所示。凹模厚度HKb(15mm) (38)凹模壁厚 c(1.52)H (3040mm) (39)表 5.1.2 系数K值b材料厚度t0.512350.10.320.420.20.30.420.30.22式中b冲裁件的最大外形尺寸；K系数，考虑板料厚度的影响，查表5.1.2根据凹模壁厚即可算出其相应凹模外形尺寸的长和宽，然后可在冷冲模国家标准手册中选取标准值。 (三)凹模的固定方法和主要技术要求凹模一般采用螺钉和销钉固定。螺钉和销钉的数量、规格及它们的位置应可根据凹模的大小，可在标准的典型组合中查得。位置可根据结构需要作适当调整。螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸，应满足有关要求。凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行。型孔的表面有粗糙度的要求 Ra0.80.4m。凹模材料选择与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模。5.1.3 主要工作零件的尺寸计算本模具有落料、冲孔两道工序，落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配作；冲孔部分冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配作。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配作。模具刃口尺寸计算：根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。（1）落料件尺寸的基本计算公式为尺寸，可查得凸、凹模最小间隙Zmin=0.246mm，最大间隙Zmax=0.360mm，凸模制造公差，凹模制造公差。将以上各值代入校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按上式计算工作零件刃口尺寸。即 （2）冲孔基本公式为尺寸，查得其凸模制造公差，凹模制造公差。经验算，满足不等式，因该尺寸为单边磨损尺寸，所以计算时冲裁间隙减半，得尺寸，查得其凸模制造公差，凹模制造公差。经验算，满足不等式，因该尺寸为单边磨损尺寸，所以计算时冲裁间隙减半，得 （3）中心距：尺寸尺寸尺寸落料凹模板尺寸凹模板厚度：凹模边壁厚：凹模板边长：（取160mm）凹模板宽：模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，可查得凹模板外形尺寸160mm116mm40mm,模架规格为上模座160mm125mm35mm，下模座160mm125mm40mm凸凹模尺寸：凸凹模长度：L=70mm 凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为7mm，根据强度要求查冲压模具设计与制造表知,该壁厚为4.9mm即可,故该凸凹模侧壁强度足够。凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。具体结构参见图纸。5.2 定位零件的设计为保证出外形完整的合格零件。毛坯在模具中应该有正确的位置，称谓定位。定位应符合六点定位原则。正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多。设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。该模具冲裁用的是条料，控制条料的送进方向采用无侧压装置。控制条料的送进步距，采用挡料销定距。同时接触两个导料销和一个挡料销来进行精确定位。从凹模强度考虑，采用弹顶式导料销。为了便于送料且有利于防止条料偏斜，将两个导料销的位置适当地相对中心距进行扩大，且又考虑到工作人员的安全操作，将两个导料销置于近人的一侧。挡料销选用固定挡料销，将其设置在凹模型孔出料一侧，利于落料以后的废料孔进行挡料，控制送料进距。5.2.1 定位板和定位钉 定位板和定位钉是作为单个毛坯的定位装置，以保证前后工序相对位置精度或对工件内孔与外轮廓的位置精度的要求。图 5.2.3a)所示为毛坯外轮廓定位，图5.2.3b)所示为毛坯内孔定位。 图 5.2.3 定位板5.3 卸料与推件装置的设计为了保证冲裁的连续进行，还要设计卸料和推件装置。因为本模具是倒装模具，工件所用条料厚度为2mm，相对较薄，卸料力较小，故采用弹压卸料装置，逆出件的方式生产。弹压卸料装置主要有卸料板、卸料镙钉与弹性元件组成。由于本模具采用弹压卸料装置，对于无精确导向的普通模具，应取台阶宽度，台阶高度取，式中的h为卸料板厚度，t为板料厚度，所以尺寸为安全尺寸。弹压卸料板的型孔与凸模应有适当的间隙，为了满足卸料要求，只要单边间隙小于板厚就可以了。为了提高压料效果，又对间隙值进行了适当的放小，型孔与凸模之间的双边间隙可取0.10.3mm，为了卸料可靠装配模具时弹压卸料板的压料面积应超出凸模端面0.20.5mm。型孔与凸模取H7/n6配合。5.3.1 卸料零件的设计设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，保证下次冲压正常进行。常用的卸料方式有： (1) 刚性卸料刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取 (0.20.5)t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时，卸料板与凸模的配合间隙应小于冲裁间隙。此时，要求卸料后凸模不能完全脱离卸料板，保证凸模与卸料板配合大于5mm。常用固定卸料板如图 5.3.1所示。图a)是卸料与导料为一体的整体式卸料板；图b)是卸料与导料板分开的组合式卸料板，在冲裁模中应用最广泛；图c)是用于窄长零件的冲孔或切口卸件的悬臂式卸料板；图d)是在冲底孔时用来卸空心件或弯曲件的拱形卸料板。 图 5.3.1 固定卸料版(2) 弹压卸料板弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于冲裁料厚在 1.5mm以下的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件 (弹簧或橡皮)、卸料螺钉组成弹压卸料装置。如图所示。卸料板与凸模之间的单边间隙选择(0.10.2)t，若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。弹性元件的选择，应满足卸料力和冲裁模结构的要求。设计时可参考有关的设计资料。图a)用橡胶块直接卸料；c)、e)为倒装式卸料；d)是一种组合式的卸料板，该卸料板为细长小凸模导向，而小导柱4又对卸料板导向。采用图b)结构时，凸台部分的设计高度h=H-(0.10.3)t。图 弹性卸料版5.3.2 弹性元件的选用和计算模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：（1）确定橡胶的自由高度由以上两个公式，取。（2）确定橡胶的横截面积查得矩形橡胶在预压量为10%15%时的单位压力为0.6MPa，所以（3）确定橡胶的平面尺寸根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为82 mm25mm，外形暂定一边长为160mm，则另一边长b为（4）校核橡胶的自由高度为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为80mm，所以橡胶垫的高径比在0.51.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.8540 mm =34mm。5.3.3 推件和顶件装置的设计图 推件和顶件的目的，是将制件从凹模中推出来 (凹模在上模)或顶出(凹模在下模)。推件力是通过压力机的横梁作用在一些传力元件上，使推件力传递到推件板上将制件(或废料)推出凹模。推板的形状和推杆的布置应根据被推材料的尺寸和形状来确定。常见的刚性推冲件装置如图，弹性推件装置如图。设计在下模的弹性顶件装置，如图所示。通过凸模下压使弹性元件在冲压时贮存能量，模具回程时，顶件器的弹性元件释放能量，顶件块将材料从凹模洞中顶出。图 刚性推冲件图 弹性推件为了防止推件块从凹模内脱出，其结构形式一般采用凸缘式，在此结合本模具的结构形式采用凸缘与本体分开，即分体结构。推件块是出件装置中最重要的零件，其截面形状与凸凹模很相似，其外形与凹模有配作关系，其内形以与凸模有配作关系，因此加工难度较大。工作时，推件块应避免卡死。为此推件块内形按凸模配作成H8/h7小间隙配合，而外形按凹模配作成H11/h11大间隙配合。图 推荐块推件块在设计时应保证下极点位置的端面超出凹模面0.21.5mm，以便出件时使工件与凹模彻底脱离。推件块在上极点位置时，其工作段不应脱离凹模直壁面，应有不小于4mm的配作段，而且此时凹模内到少应容纳34片工件，以便在出件装置失灵时，操作者有足够的时间停机。一致于发生撞击而损坏模具或机床。根据本模具特点，选用压力机的特点，及以上对推件块的设计，此出件装置设计如图所示。5.4 标准模架和导向零件的选取GB/T2851.17(90)GB/T2852.14(90)列出了各种不同结构和不同导向形式的标准模架，是由国家技术监督局批准并发布实施的标准，常用的模架有：滑动式导柱导套模架、滚动式导柱导套模架等。导柱导套一般选用20钢制造，为增加表面的硬度和耐磨性，采用渗碳淬火处理5862HRC。淬硬后磨削表面，工作表面的粗糙度Ra 0.20.1。 为了便于安装、调试，提高生产率，该模具采用后侧导柱导向方式。查表得导柱25mm150mm，导套25mm85mm33mm。5.5 固定零件的选取模具的固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等。这些零件都可以从标准中查得。5.5.1 模柄、固定板、垫板的选取模柄是连接上模与压力机的零件，常用于1000KN以下的压力机的模具安装。模柄的结构型式比较多，常用图所示的几种。重载的模具可直接用镙钉、压板将上模压在滑块端面。模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格A50100的模柄。图 模柄结构形式图 凸、凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本上一致，厚度取 (0.60.8)H凹。材料可选用Q235或45号钢。垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力，防止过大的冲压力在上、下模板上压出凹坑 (图)影响模具正常工作。垫板厚度根据压力大小选择，一般取512mm，外形尺寸与固定板相同，材料为45号钢，热处理后硬度4348HRC。具体选取的尺寸标准见表5.5.1。 表5.5.1模具固定零件结构尺寸序号名称长宽厚（mm）材料数量1上垫板16011610T8A12凸模固定板160116154513空心垫板160116104514卸料板160116104515凸凹模固定板160116254516下垫板16011610T8A15.5.2 销钉、螺钉的选取模具上的紧固件包括连接螺钉和定位销钉。由于连接处受力较大，连接螺钉选取圆柱头内六角螺钉，材料为45号钢，热处理硬度为3545HRC。参考机械制图附录螺钉及销钉标准为规格为：上模选取M860，下模选取M840。定位销钉选取普通圆柱销，可以承受一定的切应力。规格为：上模选取1062，下模选取1045。6 模具装配模具装配是按照模具设计要求，把模具零件连接或固定起来，达到装配的技术要求，并保证加工出合格的零件。 对于冲裁模，即使模具零件的加工精度已经达到了要求，但在装配时如果不能保证冲裁间隙均匀，也会影响制件的质量和模具的使用寿命。故在进行装配之前，要仔细研究设计图纸，按照模具的设计要求，确定合理的装配顺序及装配方法，选择合理的检测方法及测量工具。6.1 模具零件的装配根据复合模装配的技术要求，现安排以下零件的装配。6.1.1 模柄装配该模具选用的是压入式模柄，按H7/r6配合与上模座装配。先把模柄压入模座内，按中心线找正模柄的正确位置。用角尺检查模柄圆柱面与上模座平行面的垂直度，其偏差不大于0.05mm。通过模柄上的防转销孔在模座上钻出光孔，用防转销固定，再用角度尺检查其垂直度，误差不大于0.05mm。6.1.2 导柱、导套的装配该模具的导柱、导套与上下模座均采用压入式连接，导套、导柱与上模座的配合为H7/n