毕业设计（论文）-换热器翅片级进模设计.doc

辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）引言在当今的制造业中，模具工业日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”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，大部分的零部件都是采用模具成形工艺生产的，尤其是标准紧固件、轴承、日用五金等，均需通过模具生产。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，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又被称作“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、上百倍。又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，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。目前我国模具工业的发展现状是：模具行业的生产小而散乱，跨行业、投资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。我国设计生产的冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总销售量。为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。模具发展的趋势大体分为五个方向11) 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模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模CAD/CAE/CAM系统等。 模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。 模具软件应用的网络化趋势随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。 2) 模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展 模具检测设备的日益精密、高效精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达23m，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。 数控电火花加工机床 高速铣削机床(HSM)铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣削加工的510倍)及可加工硬材料(60HRC)等诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。3) 快速经济制模技术缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。 快速原型制造技术(RPM)。它包括激光立体光刻技术(SLA) ；叠层轮廓制造技术(LOM) ；激光粉末选区烧结成形技术(SLS) ；熔融沉积成形技术(FDM) 和三维印刷成形技术(3D-P)等。 表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术。 浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。 冷挤压及超塑成形制模技术。 无模多点成形技术。 KEVRON钢带冲裁落料制模技术。 模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。 其他方面技术。如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。4) 模具材料及表面处理技术发展迅速模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火钢(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用钢有预硬钢(如美国P20)、时效硬化型钢(如美国P21、日本NAK55等)、热处理硬化型钢(如美国D2，日本PD613、PD555、瑞典一胜白136等)、粉末模具钢(如日本KAD18和KAS440)等；覆盖件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V铸铁等，大型模架用HT250。多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金YG20等。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐强化等技术也日益受到重视。5) 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。1 初始资料1.1 零件图图1为需要设计加工的翅片零件图2：图1-1工件图Fig.1-1 Workpiece1.2 工件生产情况大批量生产。1.3 原材料数据资料加工所使用原料为0.310001500（单位：mm）钢板钢板型号为Q235-A型2 制定冲压工艺方案2.1 分析工件图由工件图可看出，该工件图上改寸均未标注尺寸偏差，属未注公差尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。经查公差表，确定各尺寸公差值 (表2-1)表2-1工件的尺寸精度3Table.2-1 The dimension precision of workpiece尺寸值(单位：mm)133.44512公差值(单位：mm)0.250.250.30.30.30.43尺寸值(单位：mm)25365253104公差值(单位：mm)0.520.620.740.740.872.2 冲模制造精度的选择冲模的制造精度根据冲压件的精度及厚度确定，数据见表2-2。表2-2冲模精度4Table.2-2 The precision of dies冲模制造精度板料厚度（mm）0.50.81.01.52.03.04.05.06.08.0IT6-IT7IT8IT8IT9IT10IT10IT7-IT8IT9IT10IT10IT12IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14由于此工件没有标注公差，按国家标准非配合尺寸的公差数值规定，冲模的公差等级可选比工件精度高23级，因此冲模按IT12精度设计制造。2.3 排样排样是冲裁件在条料上的布置方法。合理的排样可以提高材料的利用率，从而降低生产成本。因此，合理的排样是冲裁模设计的重要内容。排样主要依据工件的外形特征，主要分为直排、斜排、直对排、混合排、多行排等形式。考虑到压力机的使用以及模具的设计成本，本次设计的工件采用直排可使生产成本最少。2.4 搭边类型的确定在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边分为三种：有搭边、少搭边和无搭边。搭边的作用是补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙导致模具损坏。搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。搭边值的大小与下列因素有关：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）零件的形状与尺寸 零件尺寸大或有尖角和突出等复杂开头时，搭边值应大一些。3）材料厚度 厚度大的材料搭边值取大一些。4）送料及挡料方式 手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小些。由于本工件厚度只有0.3mm又采用侧刃定位，其定位效果好；且考虑到此工件尺寸值为53mm的加工误差对产品的使用几乎没有影响，本着在保证工件质量的前提下尽量减少成本的原则，初步采用无搭边排样。图2-1 排样图Fig.2-1 Sample map2.5 工序的确定根据零件图的特点初步确定工序性质、工序数目、工序顺序5。由于此工件采用级进模具加工，考虑到模具的制造难易成度以及材料的利用率，加工步骤暂定如下：1）切出边缘，方便定位。（初步确定采用侧刃定位）2）冲圆孔及六个间距脚的三边3）拉深出圆孔及间距脚。4）落料图2-2 工序图Fig.2-2 The process of working2.6 卸料板的选择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，并能帮助送料导向和保护凸模等。卸料板有固定卸料板（又称钢性卸料板）和弹性卸料板两种。固定卸料板用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束；弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高，借助弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。因此本次设计选择使用弹性卸料装置。3 工艺设计及计算3.1 毛坯工艺计算3.1.1 排样及搭边值的计算综合考虑工件质量及成本，本次设计采用直排无搭边排样，但若不设计条料两侧的侧搭边，则无法采用侧刃定位，无搭边排样的条件也无法满足；同时无侧搭边就不能消除因条料裁剪而产生的误差和工件在导料板间晃动产生的误差，影响工件质量。因此不可盲目的为提高材料利用率而将侧搭边省略掉 6 。表3-1工件的合理搭边值Table.3-1 the side value of workpiece卸料板形式条料厚度t/mm搭边值/mm料宽50料宽50刚性卸料板0.252.22.23.20.250.52.02.03.00.51.01.51.52.51.01.51.81.82.8弹性卸料板0.251.51.82.60.250.51.21.52.50.51.01.41.82.61.01.51.52.23.2此次设计采用的是弹性卸料装置，根据表3-1确定工件的侧搭边值为2mm。3.1.2 步距的计算步距是指冲压过程中压力机每冲压一次条料向前送进的距离，其值为排样沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值（见图3-1）步距可定义为：S=L+b (3-1)式中 S冲裁步距；L沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；b沿送进方向的搭边值由于本次设计采用无搭边排样，因此步距即为工件的最大宽度值。即步距S=L=53mm图3-1 搭边值的确定Fig.3-1 Decision on side value3.1.3 条料宽度的确定条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需条料宽度方向的最小尺寸。理论上条料宽度可按下式计算： (3-2)式中 B条料宽度的基本尺寸；D工件在宽度方向的尺寸，本设计中D=104mm;a侧搭边最小值,本设计中a=2mm;条料宽度偏差,本设计=0.5。由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差。实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。本次设计采用侧刃定位装置，条料宽度可用下式计算：mm (3-3)3.1.4 板料的裁剪板料尺寸为0.310001500（单位：mm）每个工件实际占用尺寸为0.353108（单位：mm）若横裁，每张板料可冲裁1500/1081000/53=1318=234个工件若竖裁，每张板料可冲裁1000/1081500/53=928=252个工件因此将板料竖裁（即条料尺寸为0.3mm108mm1500mm），每张板料可多冲制18个工件。3.1.5 材料利用率材料利用率定义为： (3-4)式中 ；n每张板料可冲制的工件数；A产品毛坯外形所包容的面积；S板料面积3.2 压力计算3.2.1 拉深力计算拉深是利用模具使平板坯料或开口空心毛坯加工成为开口空心零件的冲压方法。拉深时应该注意如下两个问题：起皱，起皱是拉深时容易产生的质量问题之一。拉深时当凸缘变形区的切向压应力较大，而板料又较薄时，凸缘部分材料便会失去稳定而在凸缘的整个周围产生波浪形连续弯曲，因此若拉深力较大时，应使用压边圈防止起皱；拉裂，拉深后筒形件壁厚会发生变化，当材料拉深深度较大时，拉深件就容易破裂。为防止拉裂，应采用多次拉深的方法来避免。下面计算拉深的主要工艺参数：1) 毛坯尺寸计算。 计算毛坯直径。该工件拉深处为无凸缘圆筒形件，根据等面积原则，用解析法求毛坯直径。图3-2拉深计算示意图Fig.3-2 Sketch map of calculation on pulling extent如图3-2所示，将工件分为三个简单几何体。按工件中心层计算图中 h=2.85mm、d=25.3mm、r=0.3mm,R=25，则毛坯直径为 (3-5) 确定是否加修边余量。根据冲压件相对高度：,可不考虑加修边余量。 确定是否需要压边圈。根据坯料相对厚度：t/D100=0.3/16.6100=1.81.5所以不需要压边圈。2) 确定拉深次数。根据冲压件的相对高度(h/d)和坯料的相对厚度(t/D100)的大小查表3-2，可知该工序可一次拉深完成。拉深力的计算： (3-6)式中 材料的强度极限，Q235-A钢380420MPa，取=400MPaK拉深修正系数，K=0.45表3-2 圆筒形拉深件拉深次数的确定Table.3-2 Decision on pulling time of columnar part坯料的相对厚度(t/D100%)2.01.51.51.01.00.60.60.3拉深次数冲压件相对高度(h/d)10.940.770.840.650.700.570.620.5021.881.541.601.321.361.101.030.9433.52.72.82.22.31.81.91.53.2.2 冲裁力计算冲裁是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序，冲裁包括落料、冲孔、切口、切边等工序。与材料厚度，工件周边长度，材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具，选择压力机的重要参数。本次设计的工件共有以下四部分冲裁力：P冲1 第一步工序中的两侧三角形缺口冲裁力；P冲2 第一步工序中的冲孔力；P冲3 第二步工序中的菱形孔的冲孔力；P冲4 第二步工序中的六个间距脚三边的冲裁力。 (3-7)式中 K=1.3 考虑到冲裁厚度不一致、模具刃口的磨损、凸凹模间隙的波动、材料性能的变化等因素，实际冲裁力还需增加30%。L冲裁边缘长度；t板料厚度；材料抗剪强度，Q235-A钢抗剪强度为310380MPa，取=350MPa；下同。 (3-8) (3-8)3.2.3 推件力计算推件力是将废料从凹模中顶出时所需的力。 (3-9)式中 n同时卡在凹模中的废料数，本设计中n值为5 推件力因数3.2.4 落料力计算落料是将工件从条料上分离的一种冲压工序。 (3-10)3.2.5 卸料力计算卸料力是在弹性卸料板压缩时产生的力。 (3-11)3.2.6 总压力计算 (3-12)3.2.7计算压力中心冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。冲裁模对工件施加的冲裁合理的中心称为冲裁压力中心，拉深模对工件施加的拉深力合力的中心称可称为拉深压力中心。要使模具正常的工作，必须使压力中心与模柄的中心线相重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向结构产生不均匀磨损。冲压形状对称的冲压件，如圆形，正多边形，矩形时，压力中心位于其对称中心线的交点，即几何中心上。由于工件图形对称，故落料时的压力中心P落在直线O1O2上，根据力矩平衡原理得 (3-13)图3-3 压力中心Fig.3-3 Pressure center3.3 初选冲压设备为了能使压力机安全工作，通常情况下 (3-14)故选择J23-16开式可倾压力机。其主要参数如下：公称压力：163KN滑块行程：55mm最大封闭高度：220mm最大封闭高度调节量：45mm工作台尺寸：300mm450mm模柄孔尺寸：mmmm3.4 定位形式与结构设计3.4.1 设计原则1) 定位支撑点和支撑面 定位至少有三个支撑点（通常采用支撑面）、两个导向点（有是可采用导向面）及一个定程点（有时可采用定程面），定位的支撑点及导向点之间应有足够的距离，以保证坯料及条料的定位精度和稳定。2) 定位的方向与位置选择 定位的方向与位置应使操作方便，送料方向从左向右或从前向后较为合适，前者导向点最好在后侧，后者导向点设计在左侧较为合适。在校平及整形时，最好先用初始定位，再以导正销定位的方法。3) 处理好粗定位与精定位的关系 多工位级进模等在多工序联合冲压时，往往设有初始定位和最终定位所构成的复合型定位机构，上，下工序的定位形式应力求一致，粗定位要服从精定位，以防止相互矛盾。4) 某些非对称外形的制件定位 其定位方向应固定，以免冲反而影响制件的质量。5) 多工序冲压各种工序冲压基准 冲压件的全部工序应保证定位基准的统一的原则，否则容易增大定位误差。多工序分别冲压时，上、下工序的定位形式应力求一致。6) 应保证定位的可靠性和冲压的安全 定位机构必须远离生产细小废料或切削的地方，否则这些废料和切削的混入，常会影响定位工作或定位尺寸的精度。同时还要注意定位机构不应被废料或切削卡住，以保证冲压的安全和可靠性7。3.4.2 挡料销设计挡料销的作用是给予条料或带料在送料时以确定的送进距离。主要有固定挡料销、活动挡料销、自动挡料销、始用挡料销和定距侧刃等。条料第一次冲压前的定位需使用初始挡料销，安装在第一工位上，当开始冲裁时，作确定条料的准确位置，用时将挡料销向里压紧。此档料销设计的关键是在于将其设计安装模具进料方向左边，方便工人操作。条料进行第一次冲压后，向前送料。此时需用定位装置以保证条料送达正确的工作位置。侧刃定距准确可靠，生产效率高，常用于级进模的送料定距，适用的材料厚度为0.11.5mm，因此本次设计采用侧刃定位装置。3.4.3 导料板设计使用条料或卷料冲裁时，一般用导料板来导正材料的送进。主要用于条料的送进定向，防止偏斜。他们装于下模凹模口的上平面。导料板有分离式、整体式两种，导料板与条料的间隙，当无侧压板时取0.51.5mm，有侧压板时取58mm。导料板的厚度一般为材料厚度的2.54倍，材料厚度取最小值，导料板的最小厚度为46mm。导料板厚度mm小于导料板最小厚度值，因此取导料板厚度为6mm.3.4.4 浮顶销设计在弯曲和拉深的过程中，当卸料板的卸料压力将板料从凸模上卸下时，工件会落在凹模面之下的模腔内；浮顶销的作用即使将工件连同板料顶起到凹模面以上，保证工件能继续送进下一个工位。当工件弯曲和拉深后，陷入凹模腔内的最大高度为4mm，所以浮顶销将工件顶出凹模的高度至少为4mm的高度，才能将板料托起，以保证工件的正常送进。这样板料将贴着卸料板送进，因此要留一定的间隙以恢复浮顶削和板料间隙正常送进。实际浮顶的高度：mm，其中1mm为间隙余量的足以保证切口从凹模腔内托出。由于，间距为80mm，浮顶销的直径d=4mm。3.5 模具主要零部件的结构设计3.5.1 计算原则凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律，冲裁模的磨损规律和经济的合理性综合考虑。实践证明，落料件尺寸和冲孔时的尺寸都是以光亮带尺寸为准的，而落料件上光亮带的尺寸等于凹模的刃口尺寸。因此，计算刃口尺寸时，应该落料和冲孔两种情况分别处理，其原则如下：1) 设计落料模时，因落料件尺寸等于凹模口尺寸，故应先确定凹模尺寸，间隙取在凸模上。考虑冲裁中模具的磨损，凹模口尺寸越磨越大，因此凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小值，以保证刃口磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。凸、凹模之间的间隙应取最小合理间隙，以保证凸模磨损到一定程度时，间隙仍然在合理间隙内。2) 设计冲孔时，因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸，故先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上，考虑到冲裁模的磨损，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，以保证凸模磨损到一定程度时，仍可使用；凸、凹模之间的间隙值应取最小合理间隙值。3) 凸、凹模的公差，应考虑工件的基本要求。如果对刃口精度要求过高，势必使磨具制造困难，成本增加，生产周期延长；如果对刃口精度要求过低，则生产出的零件可能不合格。4) 根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。3.5.2 冲裁间隙的选择冲裁间隙指凸、凹模刃口间缝隙的距离。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量，模具寿命和力能的消耗。应根据实际情况和需要合理的选用，冲裁间隙有双面间隙和单面间隙之分，未注单面的即为双面间隙。考虑到模具制造的偏差及模具使用过程中的磨损，生产中通常选择某一适当的范围作为合理的冲裁间隙，其最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。冲裁间隙的选用依据：冲裁间隙的大小主要与材料性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。由于生产中对冲裁件质量和尺寸精度的要求不同，因此，冲裁间隙值的确定应在保证冲裁件尺寸精度和满足剪切面质量要求的前提下，考虑模具寿命，模具结构，冲裁见尺寸和形状，生产条件等因素综合分析后确定。对下列情况应酌情增减冲裁间隙值。1) 在同样条件下，冲孔间隙比落料间隙大些。2) 冲小孔（一般为孔径d小于料厚t时），凸模容易折断，间隙应取大些，但这时要采取有效措施防止废料回升。3) 硬质合金冲裁模由于热膨胀系数小，其间隙值可比钢模大30%。4) 复合模的凸、凹模壁单薄时，为防止胀裂，应放大冲孔凹模间隙。5) 冲裁硅钢片时随着含硅量增加，间隙相应取大些；冲裁热轧硅钢片应比冷轧硅钢片的间隙大；对需攻丝的孔，间隙应取小些。6) 采取弹性压料装置时，间隙应该取大些。7) 高速冲孔时，模具容易发热，间隙应增大。如行程次数超过200次/min时，间隙应增大10%左右。8) 电火花穿孔加工凹模型孔时，其间隙应比磨削加工取小（0.5%2%）t。9) 加热冲裁时，间隙应减小。10) 凹模为斜壁刃口时，应比直壁刃口间隙小。落料时凹模尺寸为工件要求尺寸，间隙值由减小凸模尺寸获得；冲孔时，凸模尺寸为工件要求尺寸，间隙值由增大凹模尺寸获得3.5.3确定刃口尺寸模具刃口尺寸计算方法分为两种。一种是凸模和凹模分开加工，一般在制造的冲裁模批量较大时采用此方法；另一种是凸模和凹模配合加工。由于凸模和凹模配合加工这种方法有利于获得最小合理间隙，放宽对模具加工设备的精度要求，因此对于冲制复杂形状零件的冲模，单件或小批量生产的冲模时，大采用配合加工法加工凸模和凹模8。综合分析二者的优缺点，本设计将采用凸模和凹模分开加工法。在采用分开加工法时，需要分别计算和标凸模和凹模的尺寸和公差。 落料时，间隙取在凸模上，则：凹模尺寸 (3-15)凸模尺寸 (3-16) 冲裁时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸 (3-17)凹模尺寸 (3-18) 弯曲时，弯曲模工作部分尺寸计算与弯曲件的尺寸标注有关，弯曲件的尺寸标注根据装配要求有双向偏差标注和单向偏差标注。本次设计采用双向偏差标注法标注，则：凹模尺寸 (3-19)凸模尺寸 (3-20) 拉深时，拉深工件标注外形尺寸时，以凹模为基准，确定凸模尺寸；拉深工件标注内形尺寸时，以凸模为基准。本次设计中工件拉深的标注为内形尺寸标注，计算公式如下：凸模尺寸计算公式 (3-21)凹模尺寸计算公式 (3-22)式中 凸模工作部分尺寸，单位mm、落料凹模和凸模的刃口尺寸，单位mm、冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，单位mm、落料、冲孔件的尺寸，单位mm磨损系数，当冲压件尺寸公差为IT10级以上时，取；IT1112级时，取；IT14级以下时，取；双面间隙，单位mm；工件公差，单位mm；凸模和凹模的制造公差，单位mm；凸模工作部分尺寸，单位mm；工件公称尺寸，单位mm；凹模、凸模制造偏差工件尺寸精度均为IT14级，查设计手册磨损系数x=0.75, =0.36, =0.25根据前面的计算公式，计算模具刃口尺寸。表3-3凹模刃口尺寸Table.3-3 Knife-edge dimension of convex dies冲裁性质工件尺寸凹模计算公式凹模尺寸注法落料其中下同冲裁弯曲拉深表3-4 凸模刃口尺寸Table.3-4 Knife-edge dimension of concave dies冲裁性质工件尺寸凸模计算公式凸模尺寸注法落料其中下同冲裁弯曲拉深在冲模刃口尺寸计算时需要注意：在计算工件外形落料时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm；在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm；在计算落料模刃口尺寸时，应以凹模为基准，凸模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm.。3.5.4 计算模具中心距尺寸偏差在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值通常取工件公差的1/8mm3.5.5 确定凹、凸模结构尺寸1) 凸模和凹模的结构形式以及尺寸大小，一般应满足下列条件：能防止或限制纵向和横向的移位。纵向移位一窜动，不利于冲裁，成型，可能导致凸模或凹模脱落，不能承受卸料（或开模）力。横向移位，不能导致凸模或凹模正确的相对位置。 能防止凸模和凹模的转动，特别是非圆形的凸模和凹模。否则，凸模和凹模的相对位置会发生变化，导致模具甚至冲压设备发生损坏事故。 凸模和凹模具有足够的强度和硬度，以免损坏而无法实现冲压加工。 便于制造和降低模具成本。2) 凹模洞孔形式凹模洞孔形式有三种：圆柱形孔口，锥形孔口，具有过渡圆柱形孔口。由于此次设计的工件较薄但结构较复杂的特点，我们选用适合加工薄料且加工工艺简单的过渡圆柱形孔口。3) 凹模结构凹模常用的基本结构外形有矩形，圆形板类结构及柱形结构。设计参考上下模座的尺寸设计选用，其中以板类凹模应用最普遍。凹模用螺钉直接将其固定在下模座上。并用销钉定位。4) 凹模外形尺寸的确定以矩形凹模为例，凹模外形尺寸：凹模厚度H：H=KB(H10mm) (3-23)式中 K系数，见表 3-5 B凹模孔的最大宽度，（不小于15mm）此次设计的工件厚0.3mm凹模孔间最大距离为52.6mm查表3-5得K=0.20；mm则凹模最小壁厚H=21.2mm，为加工、测量方便，取整数值，将凹模壁厚设计为22mm凹模长度的确定：t=0.3mm,冲件b=104mm，查表3-6得 c=26mm故 L=b+2c=104+226=156mm表3-5 系数K值Table.3-5 Value of Coefficient KB/mm材料厚度/mm0.5123350501001002002000.300.200.150.100.350.220.180.120.420.280.200.150.500.350.240.180.600.420.300.22凹模宽度的确定凹模宽度 (3-24)取 步距=53；工件=53mm依据设计尺寸，按冲模标准确定凹模外形尺寸为mm表3-6 凹模孔壁至边缘的距离Table.3-6 Distance between bore of convex die and its edge冲件尺寸材料厚度0.80.81051.533558812505075263034404755751001001503236404855651501751752003842465260752004448526068855) 凸模的结构设计与标准化 凸模结构常见凸模有以下几种形式：台阶式凸模：这种凸模结构主要用于横断面简单的，如圆形，方形等，装配修磨方便，具有较好的固定性和工作稳定性。故在模具结构中经常采用。直通式凸模：即凸模沿轴线方向横断面尺寸相同。这种凸模结构对于冲制非圆形制件时非常实用。主要是可用数控线切割机床加工或成形磨削。此次设计采用台阶式凸模结构设计。 凸模的固定方式主要是台阶固定式，铆接式固定两大类。此外还有螺钉吊装，横销固定等形式。本设计中除结构较复杂的梯形凸模可采用简单的铣削加工外，其它凸模结构简单，所有凸模加工工艺简单方便，固可采用台阶式凸模以提高模具的工作稳定性。 凸模长度计算凸模长度一般是根据模具结构的需要而确定的，应尽可能参照或选用国家标准。凸模长度可用下列公式计算 (3-25)式中 L凸模总长度；凸模固定板厚度；卸料板及橡胶厚度；导料板厚度；附加长度，包括凸模的的入模深度（不同工件性质其值不同），考虑模具寿命的总刃磨量，固定板和卸料间的安全距离等，单位mm；导料板厚=6；卸料板厚=20；凸模固定板厚=20；凸模修磨量=20；则=6+20+20+20=66mm4 模具强度较核4.1 模具失效形式模具的失效是指模具失去了正常的工作能力，其生产出的产品已经成为废品。模具的基本失效形式是断裂及开裂，磨损，疲劳和冷热疲劳，变形腐蚀。模具在工作过程中可能同时出现多种损坏形式，各种损伤之间又互相渗透，互相促进，各自发展。而当某种损坏的发展导致模具失去正常工作能力时，则模具失效。模具加工制造工艺，特别是锻造工艺，对模具的失效影响就更大，合理的锻造工艺使大块炭化物质，使之细小均匀分布，但若锻造工艺不合理，则达不到打碎晶粒，改善方向性，提高钢的致密等目的，甚至引发锻造缺陷。4.2 对冲裁部分的模具零件进行校核计算在一般情况下，凸模强度是足够的，无需校核。但对于特别细长的凸模或板料厚度较大的情况，应对凸模进行应力校核。检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。对于圆形凸模按式1进行校核，非圆型凸模按式2进行校核。 (5-1) (5-2)式中 凸模最小直径，单位：mm凸模最小截面面积，单位：mm2t料厚,单位：mm材料的抗剪强度，单位：MPaP冲裁力，单位：N凸模材料的许用压力，单位：MPa本设计中凸模选用Cr12MoV钢制造。对于Cr12MoV工具钢=（1.01.6）MPa (5-3)本设计中的六个梯形凸模的工作强度最大，因此只需校合该凸模即可。 梯形凸模最小截面积mm2落料凸模： N结论：该凸模强度符合要求5 压力机的选用5.1 选用压力机的原则冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品质量，模具寿命，生产效率，产品成本等密切相关。目前应用比较多的有曲柄压力机，摩擦压力机和液压机。曲柄压力机包括开式曲柄压力机和闭式曲柄压力机两种。冲压设备的选用原则：冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质，产品批量大小，冲压件的几何形状，尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备时主要考虑下面因素： 1) 冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；2) 冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需求；3) 冲压设备的装模高度，工作台面尺寸，行程台面尺寸，形成是否适合应完成工序所用的模具；4) 冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。5.2 压力机的校核本设计中选用了广西梧州锻压机床厂生产的开式可倾压力机。型号是 J23-16。其主要参数具体如下：公称压力：160KN滑块行程：55mm最大闭合高度：220mm最小闭合高度：60mm工作台尺寸：450mm300mm模柄孔尺寸：mmmm满足以下要求：1) 压力机公称压力必须大于冲压工艺力 (5-4)为了能使压力机安全工作，通常情况下因此所选压力机可以安全工作。2) 压力机闭合高度必须符合模具闭合高度要求设工作模具的闭合高度为h，压力机最大闭合高度为，最小闭合高度为，则要满足下式：5h10 (5-5)模具闭合高度=+2=40+45+22+66+10-2=181mm，冲床最大闭合高度200mm，最小闭合高度160mm，模具闭合高度满足式5-2，可正常生产。3) 模具最大安装尺寸为250mm160mm，冲床工作台台面尺寸为450mm300mm。能满足模具的正确安装。4) 滑块行程在模具冲压以后，工件被冲压成型，最后要将工件取出，因为开模后上下模之间的距离大于工件高度的22.5倍。压力机的滑块最大行程为=60mm，而工件最大高度：H=0.3mm0.32.5=0.75mm60mm满足要求，可正常生产5) 其他主要参数行程次数/次: 120封闭高度调节量/mm： 60工作台孔尺寸 前后/mm： 130直径/mm： 180立柱间距离/mm： 260模柄孔尺寸（直径深度）/mm： 4060工作台板厚度/mm： 40最大倾斜角（）: 306 模具零部件设计6.1 模具标准件的选择6.1.1 模架的选用 模架包括上模座，下模座，导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上。为了缩短模具制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准，并有商品模架出售。根据模架导向用的导柱和导套见的配合性质分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量不同，又各具有多种模架类型，分为后侧导柱式，中间导柱式，对角导柱式和四角导柱式。 选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出位方式，材料送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大3040mm。模板厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台孔的孔径每边约大4050mm。冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度等。通常中、小型冲模常采用后侧式、对角式或对称式的导柱型模架。四角导柱式模架主要用于精度要求高的冲压件和大型冲压件。本设计根据选用J23-16开式可倾压力机，其最大闭合高度200mm。选对角导柱模架（GB/T 2851.3-90），凹模周界L=250mm，B=160mm，闭合高度H=160200mm，级精度的对角导柱模架。标记为：模架 250160190200 GB/T 2851.3-906.1.2 导向装置的确定导向装置可以提高模具精度，寿命以及工件的质量，而且还能够节省调试模具的时间。大批量生产的冲压模具中广泛采用了导向装置。导向装置分为滑动式导向装置，滚动式导向装置和导块式导向装置。导向装置的注意事项：1) 导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面留有1015mm的间隙；2) 导柱，导套与上，下模板装配后，应保证导柱与小模座的下平面，导套上端与上模座的上平面均留23mm的间隙；3) 对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同；4) 当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套，导柱承受侧向力；5) 导套应开排气孔以排除空气。根据所选模架来选取所使用的导柱及导套：本设计我们选用滑动式A型导柱导套结构。其导柱直径d=35mm，长度为180mm。标记为：导柱 GB/T 2861.1-90 A35180导套内径为35mm，外径为45mm，长度为115mm标记为：导套 GB/T 2861.6-90 A35115456.1.3 模柄的选择根据所选压力的模柄孔尺寸选择模柄。查设计手册，选择A型压入式模柄，其基本参数为：模柄直径为40mm，模柄高度为100mm。标记为：JB/T 7646.194 A40100.6.1.4 冲压加工时定位部分的设计定位装置：为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安装在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度，质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位装置应避开油污，碎屑的干扰并且不与运动机构干涉。在条料进入导料时，在进行第一次冲压前，采用初始挡料销定位，保证条料有正确的送料距。另外采用侧刃定位，保证在送料及冲压时条料有正确的定位。6.2 模具材料的选用本模具安装在带有自动送料装置的高速冲床上冲压，要求模具的刚性好。因此工作零件均采用Cr12MoV钢制造，热处理硬度5862HRC，模柄材料Q235-1.F，弹性橡胶为聚氨脂材料，所有弹簧为55Si2Mn，其它支撑件用45钢，卸料板、挡板等受力大的零件作调质处理硬度为4548HRC。7 技术经济性分析产品零件图是制订冲压工艺方案和模具设计的重要依据，所以制订冲压工艺方案从分析产品零件图入手。分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：即经济和技术两方面。7.1 工艺性分析7.1.1 冲压件的工艺性分析由1.