毕业设计（论文）-家具隔板支撑座级进模设计.doc

家具隔板支撑座模具设计THE PANELS SUPPORT STAMPING DIE DESIGN 专 业：材料成型及其控制工程（模具）姓 名：指 导 教 师：申请学位级别：论文提交日期：2013年6月学位授予单位：天津科技大学摘 要本文结合现有的模具发展技术以及冷冲压技术，针对要设计的连接板零件级进模设计，确定冲压方案后进行带料排样方案的选择与设计，冲裁及弯曲工艺计算，在此基础上制定了零件的加工工艺，正确卸料方式及级进模的总装结构设计，各部分零件设计以及压力机的选择，主冲裁方案的制定：本次设计采用冲孔落料级进模模具生产，因为级进模生产只需一副模具，尺寸精度较高且生产效率高，安全检测自动化，操作安全，故采用冲孔落料基金模具设计的形式。 关键词：级进模； 连接板； 排样 AbstractThis combination of existing mold development technology and stamping technology,.aiming to design the supporting board parts progressive die design. The main contents are as follows: The main punching plan : the design of the punching and blanking progressive die for the production. Because of progressive die production only a pair of molds. precision is high and high production efficiency, safety testing automation, safe operation. So the use of piercing blanking die design in the form of fund. Key words: Progressive die； combined board ； strip layout目 录第一章 绪论1第一节 研究目的1第二节 研究背景2第三节 级进模研究方法4第二章 冲裁件工艺性分析6第一节 工件结构6第二节 工件材料属性6第三节 工件尺寸精度6第四节 冲裁工艺方案种类6第五节 冲裁工艺方案分析及确定7第三章 冲压工艺计算及设计9第一节 排样、计算条料宽度、材料利用率9第二节 冲压力的计算11第三节 模具压力中心计算13第四章 模具主要零部件设计计算14第一节 模架设计14第二节 各个模板尺寸设计15第三节 凸模结构设计15第四节 凹模结构设计19第五节 凸、凹模刃口尺寸计算23第六节 模具材料的选用25第五章 级进模装配26第一节 连续冲裁模装配精度要点26第二节 标准件的选择26第三节 组件装配26第四节 总装配29结论33参考文献34致谢35天津科技大学2013届本科生毕业设计第1章 绪论第1节 研究目的冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。模具是工业生产中的重要工艺装备，是国民经济各部门发展的重要基础，是衡量一个国家生产力发展水平的重要标志之一，模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。 级进模开发的重要意义在于可以将设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具有创造性的工作中；大大缩短产品设计周期，保证产品设计的质量，提高产品在市场上的竞争能力；提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作；能够适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要，并为实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础。 级进模（也叫连续模，据说连续模在标准术语已经取消）由多个工位组成，各工位按顺序关联完成不同的加工，在冲床的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工。一次行程完成以后，由冲床送料机按照一个固定的步距将材料向前移动，这样，一个比较复杂的冲压零件只需要一副多工位级进模就可以冲制完成。一般有冲孔，落料，折弯，切边，拉伸等等。 一般来说，在多工位级进模上能完成冲裁、弯曲、拉深等工艺。所以，无论冲压件的形状多么复杂，冲压工序怎么多，只要选择合适的压力机，均可以在一副多工位级进模上冲制完成。 多工位级进模按模具的组合方式可以分为两类:1模板式结构:各道工序的模具都固定于上下模板内, 工序数限制在12左右；2模块式结构：适用于工序数很多的情况。每个模块都集中了几道工序, 象独立模具一样由上下两部分构成, 并有自己的导向部件。1.在一副级进模内：可以包括冲裁，弯曲，成型，拉深等多道工序，故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单工序模的周转和每次冲压的定位过程，提高了劳动生产率和利用率。有些复杂的小型零件，若不采用级进模几乎是不能生产的。2.级进模的设计和制造都比较费事，与其他模具相比，好象是成本高，但如果用许多单工序模倒替一副级进模，其许多单工序模的总造价比一副级进模要高得多，因此在条件允许的情况下采用级进模往往是减低模具成本的交好措施，采用级进模可以用一台冲床取代数台甚至几十台冲床的工作，对提高生产效率，降低产品成本十分有利。此外，级进模自动化程度高，操作者可在冲床危险区以外操作，具有操作安全的显著特点。对于工序复杂的工作应首先考虑采用级进模，3.采用级进模也受到一些限制。首先是工件的大小，太大的工件，工位数较多，模具自然也就比较大，这时要考虑模具与冲床工作台面的匹配性。其二是级进模要采用条料，对某些形状复杂的工件产生的废料较多，在选用级进模的时候要注意材料利用率。一般级进模的材料利用率偏低。其三是级进模由于连续地进行各种冲压，必然会引起条料载体和工序件的变形，一般来说级进模生产的工件精度偏低。第2节 研究背景 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 目前我国模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上；工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面。 国外从60年代初就开始了模具CAD/CAM的应用研究工作，到目前为止已经研究出了多种模具CAD系统。经过近40年的发展，模具CAD系统由开始的二维系统发展成以实体造型、基于特征设计和CAD/CAM高度集成为特征的三维系统，并逐步向自动化和智能化的方向迈进。 级进模开发的重要意义在于可以将设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具有创造性的工作中；大大缩短产品设计周期，保证产品设计的质量，提高产品在市场上的竞争能力；提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作；能够适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要，并为实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础。 级进模相关技术的国内外发展概况 1.国外状况： 模具CAD/CAM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，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Ci matron 还引进了Auto CAD CATIA 等软件及法国Marta-D vision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。 2.国内现状： 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。自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前，我国17000多个模具生产厂点，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。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。第3节 级进模研究方法 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：全面推广CAD/CAM/CAE技术 ：模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。 高速铣削加工：国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。 模具扫描及数字化系统：模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。高速扫描机和模具扫描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，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。 电火花铣削加工：电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 提高模具标准化程度：我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(Ti N、Ti C等)、等离子喷涂等技术。 优质材料及先进表面处理技术：选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(Ti N、Ti C等)、等离子喷涂等技术。 模具研磨抛光将自动化、智能化: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，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 模具自动加工系统的发展:这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。第2章 冲裁件工艺性分析第1节 工件结构工件名称：隔板支撑座 生产批量：大批量 材料：Q235 料厚：1.0mm工件图，如图2.1所示： 图2-1 隔板支撑座图2-2 制件实体图第2节 工件材料属性Q代表的是这种材质的屈服极限，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。用途大致如下：1、大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。2、可用于各种磨具把手以及其他不重要的磨具零件。3、采用Q235钢做冲头材料，经淬火后不回火直接使用，硬度为3640HRC，解决了冲头在使用中碎裂的现象。Q235是冲压用钢板中沸腾钢的一种牌号。特性：强度低和硬度塑性好，易于深冲拉延弯曲和焊接。适合连接板的加工要求。抗拉强度为（b/MPa）：375-500。这里取400MPa。第3节 工件尺寸精度该零件有四个5mm的小孔，且孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足冲压最小距离要求，最小壁厚2mm零件尺寸全部为未注公差尺寸，均可按照IT12级尺寸精度。所以零件要求精度较低，同时零件外形及位置公差等均为一般技术要求，因此使用普通冲裁方式完全满足零件的精度等级以及形位公差等技术要求。第4节 冲裁工艺方案种类此工件所需的基本冲压工序为冲孔、落料。可以拟出如下几种工艺方案：方案一：先落料，再冲孔的单工序冲裁。采用单一工序的冲压方法即先落方半圆的外形，在以这个工件定位冲5的圆孔。方案二：冲孔、落料复合模冲裁。采用复合工序的冲压方法，即冲的圆孔和方半圆外形在同一副模具同一工位的一次冲压行程中完成。方案三：冲孔、落料级进模冲裁。采用级进工序的冲压方法，即在同一副模具的不同工位上先后连续完成冲5的圆孔方半圆外形。第5节 冲裁工艺方案分析及确定方案一：单工序模具。模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。如示例图2-3图2-3 单工序模示例图方案二：复合模具。只需一副模具，制件精度和生产效率都较高。如示例图2-4图2-4 复合模示例图方案三：级进模。只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。如示例图2-5图2-5 级进模示例图综合以上通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三为最佳。其优缺点见表2-1。表2-1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产第三章 冲压工艺计算及设计第一节 排样、计算条料宽度、材料利用率一、 计算条料宽度 排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料之间留下的工艺废料叫做搭边。搭边的作用是：1、补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格件，2、保持条料有一定的刚度，方便条料送进，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值通常由表4-1所列搭边值和侧搭边值确定。根据零件形状，查表4-1工件之间搭边值a=2mm, 工件与侧边之间搭边值a1=2.0mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值 式中 Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a1-冲裁件之间的搭边值； 板料剪裁下的偏差；（其值查表4-2）可得=0.6mm。 故条料宽度为35mm。表3-1 搭边值和侧边值的数值材料厚度t（mm)圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度50矩形或类似矩形制件长度50工件间a侧边a1 工件间a侧边a1工件间a侧边 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.51.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7 表3-2 普通剪床用带料宽度偏差（mm）条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)50501001002002000.40.50.60.720.50.60.70.8230.70.80.91.0350.91.01.11.2二、 排样冲裁件在条料、带料或拌料上的布置方法称为排样。排样是冲裁模设计中的一项极其重要的工作，派杨方案对材料利用率、冲件质量、生产率、模具结构与寿命等都有重要影响。 排样方法如下：方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，生产中大多数冲裁件是采用有废料排样，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件之间或冲件与条料之间留有搭边，因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具寿命更差一些，材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。下面就计算该排样的材料利用率。 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。其材料的利用率由下面公式计算 式中 N一张板料上冲件的总数目；A冲压件的面积（包括冲出的小孔）（mm）；B条料的宽度（mm）；L条料的长度（mm）； 由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。 排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则： 1）提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。 2)排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 3)模具结构简单、寿命高。4)保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。图3-1 排样材料利用率计算根据排样图，通过PRO/E进行调料分析，可计算=（NA/BL）100%=41.61%。第2节 冲压力的计算一、 冲裁力 冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大压力，包括施加给板料的正压力和摩擦阻力。在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常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重要依据之一。用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： 式中 F为冲裁力； 为材料的抗拉强度，Q235材料的取400Mpa； t为材料厚度t=1.2mm； L为冲裁周长。第一工位L=40mm，F=16KN；第二工位中 L=31.4mm，F=12.56KN；第三工位中L=31.4mm，F=125.6KN；第四工位中L=20mm，F=8KN；第五工位中 L=64.84mm，F=25.9KN；16+12.56+125.6+8+25.9=188.06KN。二、卸料力板料经冲裁后，由于弹性变形恢复的作用，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧固在凸模上，为使冲裁工作继续进行，必须将紧固在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出，从凸模上卸下固着的料所学的力称为卸料力。 式中： K1-系数，查表4-3得K1 =0.040.05取K1=0.04。 表3-3 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmK1K2K3钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.093、 总压力及冲压设备的选择 则：冲压设备的选择，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应考虑下列要求：1、压设备的类型和工作形式是否适合于应完成的工序；是否符合安全生产和环保要求；2、冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要。3、冲压设备的装模高度，工作尺寸，行程等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。根据模具的形状尺寸及制件精度，这里选用开式可倾工作台压力机，压力机代号为J23160，其主要参数见表3-4:经计算得总冲压力F=78KN，初选15吨的压力机。选择曲柄压力机的型号：J2315。J2325压力机的主要技术参数见表2。表3-4 J2325开式压力机技术参数名 称符号量值标称压力Fg/10kN25标称压力行程sg/mm6最大封闭高度H/mm300封闭高度调节量H/mm70 工作台尺寸左右L/mm560前后B/mm360工作台孔尺寸左右L1/mm260前后B1/mm130直径D1/mm180模具的闭合高度H0应为上模板、下模板、垫板、凸模固定板、卸料板、卸料背板、凹模板、凹模垫板、模脚等厚度及料厚的总和。即H0=280mm。所选压力机的闭合高度Hmax=300mm，Hmin=（300-70）=230mm。满足：Hmin+10mmH0Hmax-5mm故可以选用该型号的压力机。第3节 模具压力中心计算 冲裁力合力的作用点称为冲裁的压力中心。为了保证压力机和模具平稳的工作，中小型模具就是要使其压力中心与模柄轴线相垂合。否则，会使冲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、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置。计算压力中心时，画出图。在图3-33中将XOY坐标建立在图的对称中心线上。根据图分析，因为工件图形对称，故落料时F1的压力中心在O1点上；冲孔时F2的压力中心在O2上。求合力压力中心按式： 计算得： 所以，冲压压力中心为（10，11.5）。第4章 模具主要零部件设计计算第1节 模架设计模架由上模座，下模座和导柱、导套等组成。模架是模具的主题结构，它是连接级进模所有零件的重要部件。模具的全部零件都是固定至它上面，并承受冲压过程中的全部载荷。该模架选用非标准模架，且为四导柱模架。其具体的结构尺寸如表4-1所示：表4-1 模架的结构尺寸名称尺寸（mm）材料热处理上模座8004006045HT200下模座8004007045HT200导柱A55 h52302058-62HRC导套A55 H6140532058-62HRC模架的导向装置是指在上下模座上安装了主要由导柱、导套等零件组成的导向副，有了它们，可以使得上下模相对运动时，对应位置始终沿着一个正确的方向运动，从而达到精密冲压的目的。图4-1 导套导柱组件标准的级进模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、垫板、上模板、下模板，其中卸料板、固定板、凹模板是关键的三块模板，也是级进模比不可少的。该模具中固定板起着固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、压料同时还具有一定的导向作用；凹模板前面已经提到，既充当凹模刃口，又可以在其上镶拼凹模镶块。模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和生产要求确定是否带导柱的模座。本模具采用四导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。滑动导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，可采用车床加工，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离15mm。而下模座底面与导柱底面的距离为15mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用R7/h5的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用R7/h5的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/h6的间隙配合。第2节 各个模板尺寸设计模座的的尺寸L/mmB/mm为260mm140mm。模座的厚度应为凹模厚度的1.52倍，上模座的厚度为40，上垫板厚度取15，固定板厚度取20，下模座的厚度为50mm。该级进模各模板的外形尺寸设计如下：凸模固定板：，如图4-2图4-2 凸模固定板卸料板：，如图4-3图4-3 卸料版凹模板：，如图4-4 图4-4 凹模板上垫板：，如图4-5图4-5 上垫板故：模具闭合高度。第3节 凸模结构设计根据零件精度及排样图,决定冲裁凸模单个制造,然后用适当方法固定在固定块上，固定块最终通过过盈配合固定在凸模固定板各型腔中，除冲孔凸模外，其他凸模在适当的长度方向上开挡槽，通过压板和螺钉固定在固定板反面上，这样可防止凸模滑落。凸模尺寸以第四章计算尺寸为准；长度方向上，因侧刃与冲定位孔凸模要求不高，长度可取50mm；其他冲裁凸模应保持长度一致，长度L=固定板厚度+自由高度+卸料板厚度+入体深度=80+入体深度，取84mm。图4-2 矩形冲孔凸模冲孔凸模主要作用冲切废料。材料为Cr12，淬火硬度为5864HRC，长度51mm。图4-3 成型凸模落料凸模主要作用为工件的切出。凸模材料为Cr12MoV，淬火硬度为5864HRC，长度51mm。图4-4 切断凸模 切断载体凸模主要为公布最后切断废料，使工件脱出，凸模材料为CR12MOV，淬火硬度为62-64HRC。图4-5 异性孔凸模 异型孔凸模主要为冲工件周边材料，成型工件轮廓，材料为CR12MOV，淬火硬度为62-64HRC。图4-6 弯曲成形凸模 弯曲成形凸模主要为弯曲工件周围边，使工件出现后侧、两边的凸边，材料为CR12MOV，淬火硬度为62-64HRC。第4节 凹模结构设计凹模的设计制造有以下两种方案:1.凹模采用整体制造。该方案机械加工余量很大,平面磨削也不方便,成形模块向上凸起,且成形模块磨损后不可修复,必须整块凹模更换。2.将侧刃、冲定位孔凹模采用同一固定块固定，这样可保证定位的准确性，也增加了凹模的整体强度；将其他凹模各自以固定块固定，通过过盈配合镶嵌在凹模固定板上，以慢走丝一次定位割出固定板各型腔，确保凹模位置准确。本设计选用的是第二套方案，凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺孔间、螺孔、与销孔及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命，因为工件精度要求不高，整体凹模可以更快速加工制造。图4-7 凹模板凹模材料定为Cr12MoV，淬火硬度为6062HRC，厚度为40mm。第5节 凸、凹模刃口尺寸计算一、 凸、凹模的加工方法凸、凹模的加工方法一般有两种，一种是凸、凹模分开加工，另一种是凸、凹模配合加工。凸、凹模分开加工时，是指凸模与凹模分别按图加工尺寸要求加工。凸、凹模具有互换性，当制件形状复杂或凸、凹模，配合间隙较小时，采用分开加工法比较困难。此时，可采用配合加工法（配做法就是按设计尺寸制出一个基准件，然后根据基准件的实际尺寸按间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙呦配制保证，工艺比较简单，并且还可适当放大基准件的制造公差，使制造容易，故目前一般工厂常常使用此方法加工），即无加工凸模（或凹模），这种加工法容易保证凸凹模间的间隙。 本文所定的工件形状较为复杂。凸、凹模采用配合加工法较为适宜。但对于工件上一些通孔及形状规则的孔采用分开加工法比较适宜。二、 凸、凹模间隙 根据JB/Z27186规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号C表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。 1）、间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件尺寸越小，形状越简单则精度越高。这是由于模具精度易保证，间隙均匀，冲件的翘曲小，以及冲裁件的弹性形变绝对量小的缘故。 2）、间隙对模具寿命的影响 模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁模常以刃口磨钝与崩刃的形式失效。冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。 3）、间隙对冲裁工艺力的影响 随着间隙的增大，冲裁力有一定程度降低，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小，通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的520%左右时，冲裁力的降低不超过510%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的1525%左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。 4）、间隙值的确定 由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 在冲模刃口尺寸计算需要注意：在计算工件外形落料时，应以凹模尺寸按相应的按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙查表得0.170.23mm，为了保证与16的轮廓线相切，R8的凹模尺寸，取16的凹模尺寸的一半，公差也取一半。在计算冲孔模刃口时，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0.130.25mm。表4-2 系数x料厚t(mm)非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.305mm冲孔凸模：如图图4-8中间矩形孔凸模：如图 图4-9切边冲孔凸模：如图图4-10落料尺寸：如图 图4-11凹模刃口尺寸按照凸模实际尺寸配制，保证双面间隙值0.13 -0.25。弯曲尺寸外形：内行：图4-12第6节 模具材料的选用模具材料的选用原则道德要根据模具的热负荷和机械负荷性质、锻造工工敢（工序）和设备特性等模具的工作环境，以及企业的综合技术水平、选材理念和习惯等因素进行综合考虑。此外还要贯彻实用、安全和经济的基本原则。根据这些基本因素和原则，需要有针对性地考虑如下各点：1.热负荷性质 模具材料必须满足模具工作的热负荷环境，例如，模具工作全过程中的最高温度及其变化幅度等。（1）热锻模具材料不但在400600应具有优良的强度和韧性，还应在1000200温度敬意具有良好的抗冷热疲劳性能。（2）等温锻造模具材料则需要在锻造温度（如900或1000）条件下，不但始终具有很高的高温硬度、好的耐磨性、足够的韧性和高的抗蠕变性能，而且模具材料在其工作温度下的抗拉强度应该达到锻造温度下锻件材料流变应力的3倍5倍。2.机械负荷性质 模具材料必须满足模具工作的机械负荷环境。例如，模具是在冲击负荷、还是在静压负荷下工作，负荷的大小和应力状态，以及在加压条件下炽热锻件与模具的接触时间等。（1）锤锻模具承受极大的冲击负荷，除要求模具材料具有高的强度和耐磨性外，还要求模具材料具有优良的冲击韧性。（2）液压机模具承受静压负荷，模具材料对机械负荷的要求不如锤锻模具高，但是在加压条件下炽热锻件与模具的接触时间长，对模具材料的高温耐磨性有更高的要求。（3）机械压力机和螺旋（含摩擦）压力机模具所承受的负荷性质介于锻锤和液压机之间，对模具材料的要求是二者的折中，但是，这类设备生产锻件批量大，因此要求模具材料具有更高的耐磨性。（4）冷锻和冷挤压模具的工作应力极高（基至接近模具材料的屈服强度），但冷锻和冷挤压往往是静态负荷的压应力状态下进行，因此，应选择低温强度高但塑性和冲击韧性智谋的模具材料。3.模具结构 根据模具的大型整体结构、小型镶块结构和预应力结构的不同，应按照模具材料的特性有针对性的选材。 在冷冲压模具中，使用了各种金属和非金属材料，在金属材料中，有各种的品种和牌号的钢、铜、铝、镁、钛、及其他合金，也有一些贵重金属等。设计模具时，合力选取模具材料是关系到模具寿命和成本的一项重要工作。模具的工作零件-凸凹模材料的选取尤为重要和慎重，在选取材料是应综合考虑以下几点： （1）生产批量 当冲压件的生产批量很大时，凸凹模的材料应选取质量高、耐磨、性好的模具钢。对于模具的其他工艺结构部分和辅助结构部分的零件材料要求也相应的提高。在批量不大时，应考虑减低成本，可适当放宽对材料性能的要求； （2）被冲压件材料的性能、工序性质和凸凹模的工作条件 当被冲压件材料较硬或变形抗力较大时，末句凸凹模应选取耐磨性好、强度高的材料，对于凸凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够强度、硬度、韧性、耐磨性等综合性能比较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等； （3）材料性能 应考虑模具材料的冷热加工性能和工厂现有条件； （4）生产和使用情况 应考虑我国模具钢的生产和使用情况。这里对凹模的技术要求进行规划：凹模是冲裁模具的主要工作零件，在冲裁时坯料对凸模和凹模的刃口产生很大的侧压力导致凸凹模都与制件或废料发生了摩擦和磨损。模具刃口越锋利冲裁件断面质量越好。因此凸凹模的加工制造应注意以下五点要求： 结构合理；高的尺寸精度、行位精度、表面质量；足够的强度与精度；良好的耐磨性；一定的疲劳强度。凹模的加工要求见表4-3。表4-3 凹模加工要求项目加工要求尺寸精度达到图样要求，凹模间隙合理均匀表面形状凹模侧壁要求平行或稍有斜度，大端应位于工作部分，决不允许有反斜度位置精度凹模孔与固定板安装孔、卸料板孔孔位应一致，各步步距应等于侧刃的长度表面粗糙度刃口部分的表面粗糙度为Ra为0.8，固定部分的表面粗糙度Ra为1.6，其余为6.3，刃口要求锋利硬度凹模工作部分硬度为6264HRC第5章 级进模装配第1节 连续冲裁模装配精度要点 凹模上各型孔的位置尺寸及步距，要求加工正确。 凹模型孔板、凸模固定板和卸料板，三者型孔位置尺寸必须一致，即装配后各组型孔三者的中心线一致。 各组凸、凹模的冲裁间隙均匀一致