毕业设计（论文）-穿线盒冲压工艺分析及冲孔模具设计.doc

穿线盒冲压工艺分析及冲孔模具设计摘 要：随着我国经济的快速发展，我国的制造业也日趋成熟，而模具也日益成为衡量一个国家工业发达水平的标志。本文是对穿线盒进行冲压工艺分析及冲孔模具设计，主要工作有工件的工艺分析、加工路线的拟定、毛坯尺寸的计算、模具的设计、以及模具主要尺寸的计算等，目的在于巩固大学四年所学的内容，对模具设计有一个了解，完成从课本知识到实际生产的转变，巩固制图知识及CAD软件的运用。通过这次论文写作，使自己的学习能力有了进一步的提升，为以后在工作中做出成绩奠定了基础。关键词：模具设计,工艺分析,尺寸计算Stampinganalysisandpunchinginjection designforthreadingboxAbstract:Withtherapiddevelopmentofourcountryseconomy,themanufacturingindustryisbecomingmorematuredaybyday,andthemoldisalsobecomingasymbolof theindustrydevelopedlevelofacountry.Thispaperisaimedatthreadingboxforstampingprocessanalysisandpunchingmolddesign,themainworkincluding analysisofworkpieceprocess,formulationofprocessingroute,calculationoftheroughsize,designofmoldandcalculationofmoldmainsize.Thepurposeistoconsolidatewhattheyhavelearnedintheuniversityfouryears,tohaveanunderstandingofthemolddesign,sothatcompletethechangefromthetextbookknowledgetotheactualproduction,consolidatetheuseofcartographicknowledgeandCADsoftware.Throughthispaper,tomaketheirlearningabilitybefurtherimproved,layingthefoundationforthefutureachievementinthework.Keywords:Injectiondesign,Processanalysis, Pimensionalcalculation目 录1 前言11.1 穿线盒的研究及发展11.2 设计内容及意义12 工艺分析32.1 穿线盒零件及其工艺分析32.2 零件分析32.3 选择毛坯种类32.4 LY12M材料的介绍42.5 零件冲压工艺分析42.5.1 加工路线的拟定52.5.2 毛坯尺寸的计算52.5.3 材料利用率的计算73 工艺参数计算93.1 落料拉深模具的工艺计算93.1.1 落料冲裁力的计算和压力机的选择93.1.2 拉深次数与工件直径的计算段103.1.3 拉深凸、凹模圆角半径计算113.1.4 工序件直径计算123.1.5 工序件高度的计算123.1.6 压边力和拉深力的计算123.1.7 计算各次工序总压力134 落料拉深复合模具结构设计144.1 落料冲裁模尺寸计算144.2 拉深模工作部分尺寸的计算144.2.1 拉深模间隙144.2.2 凸、凹模尺寸计算154.2.3 拉深凸、凹模圆角半径的计算154.3 落料拉深复合模具典型零件的设计164.3.1 落料凹模即拉深凸模的设计164.3.2 落料凸模即拉深凹模的设计184.3.3 定位方式的选择194.3.4 推件零件的设计204.3.5 导向方式的选择205 侧冲孔模具的工艺计算及其结构设计225.1 侧冲孔模具的尺寸计算225.2 冲孔力的计算225.3 侧冲孔模具的结构设计235.3.1 模具的类型及定位方式的选择245.3.2 卸料、出件方式的选择245.4 主要零部件的结构设计255.4.1 冲孔凸模的设计255.4.2 凹模的设计265.4.3 导向零件的设计275.5 其他零部件的设计与选用285.5.1 模架的选用295.5.2 模具辅助零件的材料选用及热处理305.5.3 压力机的选用306 模具的总装配图326.1 模具的调试336.2 模具的检测337 结 论35参考文献36致 谢37IIII太原工业学院毕业设计1 前言1.1 穿线盒的研究与发展我国的冲压模具技术研究，大约起步于20世纪60年代。经过40、50年的发展，技术水准有了较大的进步。特别是近10年来技术有了很大的提高、大型、精密、复杂、高效、长寿命模具有了新的突破。特别是摩托车、汽车行业的快速发展，推动了冲压模具技术和冲压模具的生产快速发展。目前，汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体、摩托车发动机缸体、箱体、制动器、等铝合金冲压模具、自动扶梯冲压模具等，我国均能自主生产，使汽车、摩托车上铝合金、锌合金配套件的冲压模大部分实现了国产化。在模具设计方面，较多的模具制造企业采用了CAD/CAM技术，使得模具设计周期有了较大的缩短。同时在设计上注意到了如何解决冲压模具的热平衡问题，合理的确定模具的浇注系统、冷却系统、排溢系统以及从冲压工艺方面考虑抽芯问题及二次增压结构，总体水平有了较大提高，但其功能应用还不够充分，特别是CAE技术还未得到广泛应用。当前，我国工业生产的特点是：产品品种多、更新速度快和市场竞争激烈。在此情况下，用户对模具制造的要求是：交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低。因此，冲压模技术的发展趋势很明显。（1）模具产品向大型化、精密化发展。（2）提高冲压模具标准件的应用程度，使用模具标准件不仅能缩短模具制造周期，而且提高模具质量、降低制造成本。（3）优质冲压模具材料的使用和先进热处理技术将受到重视，在整副模具的价格构成中，材料所占比重约占1/3.（4）高速铣削加工将得到广泛应用。（5）CAD/CAM/CAE及CAPP、CAT、KBE等技术将得到广泛应用。（6）模具研磨抛光向自动化和智能化方向发展。（7）快速原型制造技术将得到更好应用。1.2 设计内容及意义本次设计是在学完了本科的全部课程之后完成的，是对整个大学专业课的一次总的复习，对所学机械软件的一个全面的运用。目的分别在于：（1）巩固我们在大学里学过的知识，也是对以前所学知识的综合性的检验。(2) 加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料。（3）通过对穿线盒的冲压工艺分析，使我熟悉了冲压加工的特点，冲压模具的类型以及其基本工序。对冲孔模具的设计，使我对模具设计有了进一步的了解，是对模具部分的一次综合性的训练，也提高了我的模具设计水平。（4）通过对零件图，模具装配图的绘制，使我们对机械设计软件的使用能得到进一步的提高。2 工艺分析2.1 穿线盒零件及其工艺分析该零件图如下所示，制件材料：LY12M，t=1.5mm，大批量生产图2.1 零件图2.2 零件分析由以上剖面图可知，该零件由铝合金材料加工而成，零件为旋转体且呈圆筒形，在上圆筒面上有20个等距的圆孔，圆孔直径为3mm，圆筒件各个圆角均为R2.上圆筒拉深直径为68mm，下圆筒拉深直径为40mm，下圆筒拉深高度为17mm，圆筒件整个拉深高度为33mm，其中20个小圆形成的分度圆的拉深高度为26.5mm。2.3 选择毛坯种类选择毛坯的制造方法一般应当考虑以下几个因素：（1）材料的工艺性能材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造，但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。（2）毛坯的尺寸、形状和精度要求毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料，直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件和组合毛坯。（3）零件的生产纲领选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等，生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。综上所述：毛坯材料为LY12M，选择挤压成型来加工毛坯。2.4 LY12M材料的介绍2A12合金可以用热处理方法剧烈强化。主要强化相是S（AlCuMg）和CuAl，合金在热状态和冷状态下均能很好的变形。热变形可以在很宽的温度范围内进行。无论在退火状态下还是在淬火状态下，合金都能在室温下变形。由厚缘板上切取的试样，其和的数值比由薄缘板上所切取的高。2A12合金可以进行点焊和滚焊，但氩弧焊和气焊的效果不好。尽管焊接接头的强度系数具有中等数值，但该合金在熔焊时，在焊缝处经常出现结晶裂纹。因此，不用2A12合金制造密封结构，该合金的半成品通常用铆接方法连接，很少采用点焊连接2.5 零件冲压工艺分析根据前文所述，材料为LY12M，采用挤压成型来加工毛坯，毛坯加工成长方形板料。开始时对毛坯进行热处理，使其性能更好。对毛坯件落料拉深，先落料得到大圆盘，再拉深。故采用落料拉深复合模具，落料时留有修边余量。该零件形状简单、对称，拉深深度不大，易于拉伸，只是零件为阶梯型的，可能需要多次拉深，多次拉深是为了避免零件太薄或者厚度不一致，多次拉深的工件内外壁上或带凸缘拉深的凸缘表面、非工作表面会有拉伸印痕。另外，上、下圆筒下面都有圆角，圆角半径为2，尺寸偏小，需安排一道整形工序来保证其精度。在拉深好的圆筒形件上圆筒上打孔，孔是均匀分布在上圆筒侧面的，冲孔件的形状已经成型，所打圆孔直径为3，孔径不算小，孔与孔之间距离也符合冲孔要求，但孔的数量比较多，且为侧孔，故需注意如何设计合理的侧冲孔机构。从零件所标注的尺寸中可以看出各个尺寸精度都为一般精度等级，公差可以按照IT14级处理，这样也可以给模具制造带来一系列方便。综上所述：该零件结构简单，且材料成型性能优良，尺寸公差要求亦不高，故采取适当的冷冲压加工成型方法。2.5.1 加工路线的拟定方案一：加工毛坯 方案二：加工毛坯 对毛坯进行热处理 对毛坯进行热处理 落料拉深复合模具得到圆筒件 落料冲孔复合模具得到大圆盘 修边整形 修边整形 侧冲孔模具得到该零件 对大圆盘进行拉深得到该零件 整形工序 整形工序 方案一与方案二对比，其主要区别在于先冲孔还是先拉深。方案一对毛坯进行落料拉深，该模具技术已经成形，且已广泛用于机械加工成型当中，只需对拉深的次数进行计算或者查表，得到圆筒形件后，在侧边上冲孔不太常见，但此种模具在原来冲孔模的基础上稍作改变是可以实现的，并且现在已有很多种侧冲孔的例子，故方案一能够加工该零件，且方便、效率高。方案二对毛坯先进行落料冲孔，此次操作模具技术也已广泛应用，然后对其进行一次拉深或多次拉深，这样就会使孔发生变形，即使用了多次拉深，圆孔也会发生少量变形，故方案二可以完成加工，但孔的精度要受影响，所以选择方案一加工。.2.5.2 毛坯尺寸的计算修边余量的确定：由于板料具有方向性以及毛坯在拉深过程中的摩擦条件不均匀等因素的影响，拉深后的工件顶端一般都不平齐，需要修边，所以在毛坯尺寸中应包括修边余量。制件的相对高度=0.83，制件高度h为34.5mm，经查表得：=2.5mm。拉深件的毛坯尺寸计算是以最后一次拉伸成型的工件尺寸为基准，按照拉伸前毛坯面积等于拉深后的工作面积的关系求出的。圆筒形件为旋转体零件，通常将旋转体分成几个便于计算的简单部分，分别求出各部分的面积，然后相加即可得到零件的总面积。所分部分如下图所示：图2.2 面积图故各部分面积为：A=A=A=A=A=零件的总面积为：A+A+A+A+A+A=A旋转体零件的毛料形状是圆形的，圆板毛料的面积为A=按照面积相等原则：A=A所以=A+A+A+A+A+A 代入数据得大圆盘毛坯直径为：D=97.38mm排样与搭边：毛坯料的宽度B=(D+2a)T其中：D为落料件在条料宽度方向上的基本尺寸，也就是大圆盘直径；a 为工件与条料的侧边的搭边值；T 条料或带料的宽度公差；经查表得：因t=1.5mm，2t 故沿边a=1.2，T=0.7所以毛坯料宽：B=99.08mm毛坯及冲裁件排样如下图所示：图2.3 排样图2.5.3 材料利用率的计算在冲压生产中，材料利用率是指在一个进料距离内制件面积与板料毛坯面积之比，用百分率表示。它是衡量材料利用情况的指标，与制件形状和排样方式有关。材料利用率又分为：一个进料距内的利用率；条料、带料、板料的利用率等。本文采用一个进料距内的利用率，其公式可表示如下=100=100=75.56其中：A得到的制件总面积（mm） A一个进料距内的毛坯面积（mm） B条料或带料宽度（mm） L进料距里（mm）生产中要提高材料的利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有效措施是：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，或利用废料做小零件等。对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。；另外，在使用条件许可下，当取得零件设计单位同意后，也可以改变零件的结构形状，提高材料的利用率。3 工艺参数计算复合模是一种多工序冲裁模，指在压力机一次行程中，在模具的同一工位上完成数道工序。复合模的突出特征是具有一个兼作冲孔凹模和落料凸模的凸凹模。常见的复合工序有落料与冲孔复合、落料与首次拉深复合等。复合模具与单工序模具和连续模具比较，具有以下特点：（1）与单工序模具比较，复合模具冲制的冲裁件的内孔与外缘或同时完成的几个轮廓的相对位置精度较高；（2）与连续模具相比，复合模具对条料的送进定位精度要求较低；（3）复合模具结构紧凑、轮廓尺寸相对较小，其中凸凹模既是落料凸模，又是冲孔或拉深凹模；（4）复合模具同时完成两道或两道以上的工序，因此生产率较高；（5）模具结构较复杂，加工和装配精度要求高，成本高；（6）工件的外形和内孔之间的最小宽度，受凸凹模的最小壁厚限制，所以当壁厚太小时，不能使用复合模具。因此，复合模具适用于生产批量大、精度要求高的薄板材料的冲压。3.1 落料拉深模具的工艺计算3.1.1 落料冲裁力的计算和压力机的选择落料冲裁力：F=Lt=Dt=3.1497.381.5470=215570.1N F=KF=0.0525215570.1=11317.4N F=nKF=10.05215570.1=10778.5N F=KF=0.05215570.1=11778.5N其中：=470MPa，n=1 其它各项系数见下表：表3.1 材料系数冲裁件材料KKK纯铜、黄铜0.02-0.060.03-0.090.03-0.09铝、铝合金0.025-0.080.03-0.070.03-0.07钢(料厚t/mm)均0.10.065-0.0750.10.140.1-0.50.045-0.0550.0630.080.5-2.50.04-0.050.0550.062.5-6.50.03-0.040.0450.056.5d0.02-0.030.0250.03压力机吨位选择：根据模具结构形式不同，冲裁时实际需要的冲压力总是冲裁力与卸料力、推件力和顶件力的组合。压力机的吨位应大于或等于冲裁时冲压力的1.1-1.3倍，即P(1.1-1.3)F。按总的冲压力选择压力机吨位时，冲压力计算要根据冲模的具体结构考虑其计算方法。（1）采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模时 F=F+F+F（2）采用弹性卸料装置和上出料方式的冲模时 F=F+F+F（3）采用刚性卸料装置和下出料方式的冲模时 F=F+F本次采用的是第二种方式。故F=F+F+F=215570.1+11317.4+11778.5=238666NP=1.1238666=232532.6N式中 F为总的冲裁力，即压力机供给的最小压力3.1.2 拉深次数与工件直径的计算阶梯圆筒形件拉深变形特点，基本上与圆筒形件拉深相同，但由于这类工件的多样性或复杂性，现在还没有统一的方法确定拉深工序次数。此类工件能否一次拉深成型，需要计算判断。根据前文所述，我们采用方案二来设计拉深模，将凸凹模设计成零件的形状，整体拉深出所需零件。对于阶梯型件的拉深，可简单归纳如下： 当工件时阶梯零件时，其相随厚度比较大（t/D1%）,而且阶梯之间的直径相差的零件的高度较小时，可以一次拉出，其粗略的判断条件是：.其中的h/d是拉深次数为1时候所列的值。式子成立可以一次拉出。当大、小直径差别小时，能一次拉深的则可同时一次拉出，或先拉小直径，然后大直径，如同窄凸缘件拉深，最后第n次把大直径拉出。当相邻阶梯的直径比d/d，d/d，.d/d均大于圆筒形件的极限拉深系数时，可由大到小依次拉深，每次拉深一个阶梯，其拉深次数和阶梯数相等。故 所以可以一次拉深成功工件直径初次计算：计算公式如下：上圆筒：由于t=1.51，=0.24，=100=1.54故经查表得，极限拉深系数为：m=0.48所以d=mD=0.4897.38=46.7468下圆筒：由于=100=2.16故经查表得，极限拉深系数为：m=0.5所以d2 =mD=0.597.38=47.6968由设定的求解条件可以得到淬火过程900s内零件各部分的温度场分布, 并可模拟温度场随时间的不同时刻的温度场变化过程。3.1.3 拉深凸、凹模圆角半径计算凹模圆角半径：r=0.8=0.8=6.46r=0.8=0.8=5.18凸模圆角半径：r=0.7r=0.76.46=4.53r=0.7r=0.75.18=3.63由于r=2(2-3)t 故r=r=(2-3)t=3工序件的圆角半径：当料厚t1时，应按中线尺寸计算，这时r=r+。所以 r=4.53+0.75=5.28mm r=3.63+0.75=4.38mm3.1.4 工序件直径计算上圆筒各次工序件直径：由之前的极限拉深系数调整后得 m=0.69，所以 d=D m=97.380.69=67.19mm下圆筒各次工序件直径：由之前的极限拉深系数调整后得 m=0.58，所以 d=md1=0.5868=39.44mm3.1.5 工序件高度的计算根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得到如下工序件高度计算公式。上圆筒：h=0.25(d)+0.43(d+0.32r)=15.48mm下圆筒：h=0.25(d)+0.43( d+0.32r)=16.98mm3.1.6 压边力和拉深力的计算确定压边圈的使用与否：由公式100，其中：t为材料厚度；D为毛坯直径；代入数据计算得：1.5.经查表得：拉深需要压边圈。压边力：在拉深过程中压边力起防止起皱的作用，虽然工件上凸缘处不用压边，但其阶梯部位可看成是压边。压边力太小，防皱效果不好，压边力过大，则拉深力也增大，从而增加危险断面的拉应力，易拉裂。所以，压边力的大小要适当，在保证变形区不起皱的情况下，尽量选用较小的压边力。故筒形件拉深：Q=D(d+2r)q=7400.8N其中：q单位压边力； Q平毛坯直径压边力； dd拉深件直径； r凹模圆角半径。单位压边力q由表可以查得：q=1.5MPa拉深力：由于拉深力理论计算很繁琐，而且计算结果与实际差别较大，故生产中广泛采用经验公式。故 p=ktd=41228.4N式中：k修正系数，可由表查得k=0.86； 抗拉强度； t工件厚度； d工件筒形部分直径。选择压力机的总压力应该根据拉深力和压边力的总和，即P=p+Q=48229.2N式中：p拉深力； Q压边力。3.1.7 计算工序总压力因为当模具行程过大，尤其是采用落料拉深复合模具进行冲压时，计算时不能将落料力与拉伸力简单的叠加就轻易选择压力机，由于落料力大于拉深力，而冲压时落料与拉深不是同时发生，因此拉深时总压力：F=F+F+ F+Q=228766.8N4 落料拉深复合模具结构设计只有拉深件的高度特别高时，才有可能用落料拉深复合模具，因为高度较浅的拉深件如果采用落料拉深复合模具，凸凹模的壁厚过薄会导致强度不足。经分析可知本工件采用复合模没有问题。落料拉深中落料采用正装式，拉深采用倒装式的典型模具结构。模座下的缓冲器兼作顶件装置。模具采用对角导柱标准模架，模可外购并且装模方便。条料固定卸料板导向，冲裁第一个工件时用眼睛大概定位，冲第二个时，则用挡料销定位。4.1 落料冲裁模尺寸计算根据经验公式法确定冲裁模间隙值，经查表c取0.06-0.1，故=20.11.5=0.3，20.061.5=0.18落料凸模刃口基本尺寸：凹模刃口基本尺寸：因模具精度不高，仅为IT14级，经查表得T=0.35，x=0.75，T=0.20.35=0.07T=0.250.35=0.0875所以，D=(142.20.750.350.18)=96.98mmD=(142.20.750.35)=97.08mm4.2 拉深模工作部分尺寸的计算4.2.1 拉深模间隙拉深模的间隙是指单边间隙，即凸、凹模具尺寸差的1/2。如果间隙过小，会增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦伤表面，降低模具寿命；如果间隙过大，拉深件又易于起皱，且影响零件精度。因此，须根据拉深方式、工件的尺寸精度要求合理确定间隙数值。故由旋转体零件查表得：有压边圈时单边间隙值4.2.2 凸、凹模尺寸计算 确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉深件的弹复，其尺寸公差只在最后一道工序考虑。最后一道工序凸、凹模工作部分尺寸按标注方式的不同而不同，采用标注外形尺寸的标注方式。拉深：上凹模 下凹模 上凸模下凸模 其中：T=0.35；T、T为拉深凸、凹模的制造公差；z为单边间隙值。经查表得： 4.2.3 拉深凸、凹模圆角半径的计算凹模：拉深凹模的圆角半径对拉深过程有很大影响。毛坯进入凹模内要经过弯曲和重新又被拉直的过程。若凹模圆角过小，将增加弯曲抗力而导致毛坯破裂的可能。若凹模圆角过大，将会因毛坯在压边圈下面积的减小和毛坯外缘过早离开压边圈而产生皱褶。当这皱褶部分进入凸、凹模的间隙，将会造成毛坯的破裂。对于凹模圆角半径有三种方法计算，第一、对于宽凸缘拉深，凹模圆角半径平均值r可按下式计算：r=K。第/为使用方便，还可按表查得圆角半径数值，即按毛坯相对厚度确定的凹模圆角半径数值。第二、还可根据工件材料的种类与厚度来确定。表4.1 圆角半径拉深方式毛坯的相对厚度(100)2.0-1.01.0-0.30.3-0.1无凸缘(6-8)t(8-10)t(10-15)t有凸缘(10-15)t(15-20)t(20-30)t有拉深筋(4-6)t(6-8)t(8-10)t注：用于有色金属取小值，对于钢件取大值。对于上圆筒来说是无凸缘，故r=6t=61.5=9mm。对于下圆筒来说是有凸缘，故r=10t=101.5=15mm。凸模：凸模也应有较大的圆角半径，以防危险断面处严重变薄。拉深时，凸模的圆角半径应尽可能与凹模圆角半径相等或取略小的数值，故r=0.6r=0.69=5.4mm，r=0.6r=0.615=9mm。4.3 落料拉深复合模具典型零件的设计本次工序就是将长方形件落料拉深为阶梯形，由以上计算可知，应经过拉深方可达到零件要求，所以对落料拉深复合模具进行设计。4.3.1 落料凹模与拉深凸模的设计凹模洞口通常有三种类型：直筒式、锥筒式、软模式。直筒式刃口强度高，制造方便，刃磨后洞口尺寸基本不变，对冲裁间隙无明显影响，适用于冲裁形状复杂、精度要求较高，以及厚度较大的零件。其洞口内易于聚集零件或废料，因而推件力大。锥筒式刃口锋利，不聚集零件或废料，因而膨胀力和胀裂力均较小，刃口磨损小，使用寿命相对增长；但刃口强度低，刃磨后尺寸略有增大。适用于冲裁精度要求较低、厚度较薄、尺寸较小、形状简单的下出料零件。软模适用于冲0.1mm以下的软材料，凹模硬度不高。本文的落料凹模又是拉深的凸模，对于凸模来说，由于此零件给定的是内侧尺寸，因此，设计模具时应以凸模为设计准则，凸模的圆角半径应与零件的圆角半径一致或者略小，凸模的主体结构层次也应根据零件尺寸确定，同时考虑到定位、加工、装配以及加工精度等因素。故拉深凸模和落料凹模结构如下图所示图4.1 凸模结构图图4.2 凹模结构图由上图可知，落料凹模与拉深凸模是分离的，拉深凸模固定在下模板上。4.3.2 落料凸模即拉深凹模的设计凸模结构基本形式有镶拼式凸模、整体式凸模。大型零件的落料、冲孔或修边等工序使用的凸模，一般为镶拼式凸模，刃口部分用优质工具钢制造，用螺栓与销钉直接固定在用普通结构钢制造的基本或凸模固定板上。冲裁中小型零件使用的凸模，一般设计成整体式，其基本结构还可分为阶梯式和直通式两类。本文的落料凸模又是拉深凹模，对于拉深凹模，一般来说在模具的各部件中，凹模对整个模具的尺寸精度、生产效率以及加工零件的精度都有很大的影响，因此，在进行模具设计中应该着重考虑凹模的结构及尺寸的设计，零件为阶梯形，且圆角较多，所以，设计时不仅要考虑到应能承受较大的冲压力，应有一定的厚度，还要考虑加工的难易程度。凹模的尺寸设计应同时根据零件的外形及尺寸、凸模的尺寸以及相关尺寸设计原则进行设计。故落料凸模即拉深凹模结构如下所示：图4.3 结构图4.3.3 定位方式的选择为保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确位置，冲裁出外形完整的合格零件，模具设计时必须考虑条料或毛坯的定位。正确的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。常见的定位元件有挡料销、导正销、侧刃、定位板和定位钉、定位靠塞、靠塞复位弹簧等。本文选择的是挡料销和定位钉。其定位方式准确、灵活、便于操作。4.3.4 推件零件的设计本文采用的是刚性卸料板配合推杆进行卸料。顶件装置的设计：推件和定件的作用是，将制件从凹模中推出来或顶出来，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品推出凹模。推板的形状和推杆的位置应根据被推材料的尺寸和形状来确定。设计在下模的弹性顶件装置，通过凸模下压使弹性元件在冲压时存储能量，模具回程时定件器的弹性元件释放能量，顶尖块将废料从凹模中顶出。本文采用的是顶杆和推杆配合。4.3.5 导向方式的选择模具上模座和下模座分别与冲裁设备的滑块和工作台固定。上下模间的精度由导柱、导套的导向来实现。本文采用滑动式导柱导套模架，因其导向准确可靠，使用寿命长，方便安装调整。落料拉深复合模具如图所示图4.4 落料拉深装配图其中：1、顶杆 2、下模座 3、下垫板 4、落料凹模 5、圆柱销 6、导柱 7、卸料板 8、拉深凹模与落料凸模 9、上垫板 10、螺钉 11、上模座 12、推杆 13、铰制孔用螺栓 14、导套 15、压边圈 16、拉深凸模模具工作过程：该模具为正装复合模结构，上模部分装有凸凹模8。下模部分装有落料凹模与拉深凸模4。从图中可以看出，拉深凸模低于落料凹模，所以在冲压时能保证先落料再拉深，件15为弹性压边圈，压边装置安装在下模座上。工作时，条料放在落料凹模上，上模下行，卸料板与落料凸模接触条料，先落料后拉深，由于是一次拉深拉深，故拉深完成后，零件成型，推杆12将工件轻轻推下，人工取走零件，送料进行下一次落料拉深。5 侧冲孔模具的工艺计算及其结构设计5.1 侧冲孔模具的尺寸计算查丁松聚冷冲模设计表3-4得模具冲裁间隙值：，。查公差表得凸、凹模制造公差：。因为该工件未标注公差，按IT14制造，所以因数x=0.5。取0.2。校核：不满足校核条件 所以，不能用此方法计算，需要采用凸模和凹模单配加工时的尺寸的计算冲孔应以凸模为基准，然后配做凹模按计算尺寸和公差制造凸模后，再按凸模刃口实际尺寸并保证最小合理间隙配做凹模。此零件属于第二类：凹模或凸模在磨损后基本不变的尺寸第二类尺寸=查丁松聚冷冲模设计得，落料凹模的基本尺寸与凸模相同，3mm。但不必注公差，注明以0.1050.135mm，间隙与落料凸模配置。5.2 冲孔力的计算冲压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。由于是单工序冲裁模，其冲裁力只有冲孔冲裁力。冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。冲裁力可按以下公式计算：查丁松聚冷冲模设计可得 （式2.1）式中 F冲裁力（N） 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，一般取K=1.3。已知零件材料LY12M，从丁松聚冷冲模设计表2-3查到LY12M的抗剪强度为127158，取=140MPa。材料厚度t=1.5mm，L=3.143=9.42。冲孔冲裁力：由于采用斜楔机构5.3 侧冲孔模具的结构设计几种侧冲孔方案的比较：方案一：采用下图所示模具，采用自动分度装置进行分度，每次冲一个孔，二十次冲成。图5.1 方案图方案二：设计斜楔、斜滑块机构，使二十个孔同时冲压成型。方案一和方案二对比，方案一结构复杂，需要设计自动分度装置，制造成本高。所以选择第二种方案。传统意义上的冲孔都是上下冲，与落料一样，比较简单，但随着科学技术的发展，人们要求的不断提高，越来越复杂的冲孔开始出现，比如在成型件上冲孔，根据成型件的结构不同，侧冲孔模具的结构往往也不同，本次的冲孔就是在成形圆筒上。由于要求冲出20个孔，孔的数量较多，若采用分度装置一个一个冲或四个一起冲，效率都比较低，这在工程实践中一般都不采用。由于孔的开口方向与普通冲床冲头的运动方向垂直，要想冲出边上的孔就必须将垂直的运动转化为水平的运动。因此，模具采用斜楔式结构来推动冲头一次性冲孔。此种模具效率高，孔精度较高，节省人力，操作方便。5.3.1 模具的类型及定位方式的选择模具类型主要分为三种分别是：单工序模、级进模和复合模。单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模切口模等。级进模是在冲压过程中，在一个工位上只完成一个工序的冲压。复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两到以上不同冲裁工序的模具。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几个具有双重作用的工作零件凸凹模。定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。5.3.2 卸料出件方式的选择卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。 出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把超过上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为1mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用刚性卸料，单面间隙取（0.20.5)t。又因为是复合模生产，所以采用上出件比较便于操作与提高生产效率。5.4 主要零部件的结构设计5.4.1 冲孔凸模的设计冲孔凸模是冲模中起直接形成工件作用的凸形工作零件，既以外形为工作表面的零件。其工作端面的截面形状根据槽型确定。刃口通常为平的，优点是便于修磨，为了减轻冲床的负荷也可以磨成锯齿形。由于本设计中冲裁力较小，因此直接采用平口即可。所冲孔为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用阶梯式，其尺寸上文已算出。冲头的固定方式有铆接法、台肩法和低熔点合金、环氧树脂浇铸固定法。本文采用的是凸缘固定法，铆接法，用螺钉把冲头固定在斜楔上，然后将斜楔嵌套在垫板上。材料及热处理选择Cr12Mov钢，Cr12MoV模具钢淬透性、淬火回火后的硬度、强度、韧性比CR12高，直径为300400mm以下的工件可完全淬透，淬火变形小，但高温塑性较差。Cr12MoV多用于制造截面较大、形状复杂、工作负荷较重的合种模具和工具。如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板等。凹模硬度 6065 HRC热处理 淬火1020，200回火2h 凸模高度计算凸模的长度应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量以及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。本模具设计采用弹性卸料板，凸模的长度计算可按下式：查冷冲模设计（丁松聚主编）书得式中凸模固定板的厚度mm； 卸料板的厚度mm； 材料的厚度mm； Y附加长度mm。包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板之间的安全距离等。一般取h=15至20mm。凸模长度可以进行必要的加长或缩短。故冲孔凸模零件图如下所示：图5.2 冲孔凸模5.4.2 凹模的设计侧冲孔的凹模设计比较特殊，凹模上孔比较多，故其强度一定受到影响，采用整体式凹模装于下模座上，凹模的长度选取要考虑以下因素：（1）保证有足够的安装弹性卸料板的位置；（2）便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。材料及热处理选择Cr12Mov钢，Cr12MoV模具钢淬透性、淬火回火后的硬度、强度、韧性比CR12高，直径为300400mm以下的工件可完全淬透，淬火变形小，但高温塑性较差。凹模硬度 6065 HRC热处理 淬火1020，200回火2h凹模的结构与尺寸查实用模具设计与制造手册（许发樾主编）书得凹模高度： 式中 k-系数，此书表2-91 b-最大孔口尺寸（mm）凹模壁厚：k取0.385，2h（h为零件的高度）。(2)装配模具的相关尺寸 压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸，还应有模具安装与固定的余地，但过大的余地对工作台受力不利；工作台面中间孔的尺寸要保证漏料或顺利的安装模具顶出料装置。(3）闭合高度 冲床的闭合高度是指滑块处于下死点时，滑块下表面至工作台上表面的距离。这个高度是冲压操作的空间高度尺寸。显然，冲床的最大闭合高度要大于模具的最大闭合高度，最小闭合高度要小于模具的最小闭合高度，一般取： Hmax-5mmHHmin+10mm 设备吨位设备吨位的选择，首先要以冲压工艺的所需要的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且，还要有一定的力量储备。查冷冲压工艺与模具设计 附录1，选择开式压力机J23-25，其技术参数如下:公称压力： 630（kN）滑块行程： 130（mm）行程次数： 50（次/min）最大装模高度： 360（mm）连杆调整长度： 80（mm）工作台尺寸： 模柄孔尺寸： 电动机功率： 5.5（kW）6 模具的总装配图图6.1 侧冲孔装配图其中：1、下模座 2、内六角螺钉 3、下垫板 4、斜楔 5、斜楔导柱 6、导柱 7、 上垫板 8、内六角螺钉 9、上模座 10、模柄 11、圆柱销 12、圆柱销 13、弹簧 14、套筒 15、压盖 16、圆柱销 17、内六角螺钉 18、冲孔凸模 19、凹模固定件 20、冲孔凹模 侧冲孔模具工作流程：将拉深好的工件放在凹模上，由套筒14对其大径夹紧，上模在压力机的作用下下行，上模9先接触工件，对工件侧边夹紧，并沿修整零件的位置继续向下压紧零件，两边的斜楔式导柱推动