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打印机中支撑杆的冲压模具设计 大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计（论 文）打印机中支撑杆的冲压模具设计The Stamping Die Design of a Strut Bar in Printer学 院（系）： 机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 200361116 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2007.06.09 大连理工大学Dalian University of Technology摘 要改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。模具，作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。 本课题通过对打印机中支撑杆设计过程的分析，和各个方案的比较分析，确定该零件模具由冲裁和拉深弯曲复合模两个部分组成，包括落料、冲孔、拉深和弯曲四个工序。首先对材料进行排样方式和零件精度等级进行选择，然后通过计算对模具的各个部分进行了设计和选择，绘制了模具的总装配图和零件图，并对模具的寿命进行了估算。本课题以AutoCAD软件为基础，进行了打印机冲压杆的模具开发，为其更加快速、快捷的造型、生产提供了一种切实可行的方法。关键词：模具设计；冲裁；冲压模具- I -打印机中支撑杆的冲压模具设计The Stamping Die Design of a Strut Bar in PrinterAbstractSince reform and opening up, with the rapid development of the national economy, the increasing of the number and varieties of industrial products and the accelerating of growing and replacement, in the modern manufacturing industry, one hand the production towards the direction of many varieties, small batch and multi-format development, and speeding up the exchange and using flexible processing to meet the needs of different users; the other hand towards mass production, high production efficiency to improve labor productivity and production scale to create more benefit, take the way of using special equipment for the production. Die, as an efficient tool for a production, is a very widespread and important equipment. Production of products using die has following characteristics: high efficiency; high-speed mass production; conservation of raw materials, realization of a no-chip processing; product quality stability, good interoperability; simple operations, the operators without a high level of technical requirements; components production with die have low costs; the processed parts and component can be formed once without further procession; can manufacture products which have complex shape and are difficult to be processed by other processing methods; easy automation of the production.The subject through the analysis of the strut bar design, and comparison of various options, identify that the stamping die has blanking and deep bending two components, including blanking, punching, drawing and bending four process. First choose the cutting patterns and grading accuracy of the part, and then through the calculating select and design the various parts of the die, drawing the assembly plans and the die parts, also estimating the life of die. The subject based on AutoCAD software, develops the die of the part and supplies a practicable method to make modeling and production even faster.Key Words：Die Design；Blanking；Stamping Die- V -目 录摘 要IIAbstractIII1 绪论11.1 模具工业现状11.2课题的研究意义11.3 冷冲压概述21.3.1冷冲压的定义21.3.2冷冲压的优点21.3.3冲压的发展现状及趋势32模具设计过程与要点52.1冲压模具设计要点52.1.1冲压模具的功能52.1.2冲压模具的一般设计程序62.2冲压模具设计要点72.3.冲压设备的选择82.3.1设备类型的选择82.3.2设备类型的选择原则93 零件冲裁模具设计103.1 零件的工艺性分析103.2 工艺方案及模具形式113.2.1 计算毛坯尺寸113.2.2 确定工艺方案和模具形式123.3冲裁间隙123.3.1定义和影响123.3.2凸、凹模间隙值的确定133.4排样133.5冲裁力计算和压力中心的确定143.5.1冲裁力计算143.5.2压力中心的确定163.6凸与凹模刃口尺寸的计算163.6.1 凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则163.6.2凸、凹模刃口尺寸的计算方法173.6.3凸、凹模刃口尺寸的确定183.7冲裁模工作零件的设计193.7.1凹模193.7.2凸模设计213.7.3凸凹模设计233.8卸料、顶件和推料装置253.8.1卸料装置253.8.2顶件装置263.8.3推件装置273.9定位元件283.10导向元件283.11模架和模柄选择293.11.1模架选择293.11.2模柄选择293.12压力机选择303.13模具寿命304拉深弯曲模具设计324.1弯曲工艺324.1.1回弹值的确定324.1.2弯曲力的计算334.1.3弯曲凸、凹模的间隙344.1.4坯件的定位344.2弯曲模工作部件设计344.2.1弯曲模工作部分尺寸计算344.2.2弯曲模结构设计注意事项354.3拉深部分设计354.3.1工艺计算354.3.2拉深力计算374.4压力机的选择37结 论40参 考 文 献41致 谢42打印机中支撑杆的冲压模具设计1 绪论1.1 模具工业现状 模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。例如，冲压件和锻件是通过冲压和锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的；金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%70%；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。据国际生产技术协会预测，到2010年，机械零件粗加工的90%和精加工的75%都将由模具成形来完成。 改革开放20多年来，我国的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和档次、水平都有一个很大的提高。据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间(分厂)近17000家，约60万从业人员，年模具总产值达3 1 6亿元人民币。但如此规模仍满足不了国内模具市场的需要，我国模具工业现有能力只能满足需求的60%左右，远不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具仍主要依赖进口。近几年来，我国平均每年进口模具需花费8.14亿美元。这还不包括作为进口设备和生产线附件带来的模具。在国内模具行业中，技术水平和制造能力参差不齐，悬殊较大。从总体上讲，我国的模具工业与发达工业国家及港台地区相比，还有较大的差距，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。1.2课题的研究意义模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具成型具有效率高、质量好、节省原材料、产品成本低等优点，因而采用模具制造产品零件已成为当今工业生产的重要工艺手段。模具在机械、电子、轻工、纺织、航空、航天等工业领域里，己成为使用广泛的工业化生产的主要工艺装备。模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品质量、生产效益、产品更新换代的速度、新产品的开发能力，进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。目前，模具设计与制造水平的高低己成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志之一。在模具中，冲压模具的应用相当广泛。尤其是随着各种新型冲压成型方法和先进冲压设备的研制成功，冲压更是突出地显示了其生产效率高、成本低、质量稳定、操作简便、便于实现机械化和自动化、适合大规模量产的显著优点，应用范围更加广泛。随着中国加入世界贸易组织，中国要成为世界的制造中心，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其提供了巨大的动力，制造业对模具的依赖程度就显得更强了，模具在国民经济中的地位也越发重要了。1.3 冷冲压概述1.3.1冷冲压的定义冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种基本方法。一般是以金属板料为原材料（也有采用金属管料和非金属材料的），利用压力机上的模具作往复运动，在常温下对金属板料施加压力，使金属板料内部产生变形的内力。当内力的作用达到一定的数值时，板料毛坯或毛坯的某个部分便产生与内力的作用性质相对应的变形，使板料分离（或局部分离）或产生塑性变形，从而获得所需尺寸及形状的零件。1.3.2冷冲压的优点(1) 技术上 在材料消耗不大的前提下，制造出的零件重量轻、刚度好、精度高。由于在冲压过程中材料的表面不受破坏，使得制件的表面质量较好，外观光滑美观。并且经过塑性变形后，金属内部的组织得到改善，机械强度有所提高。 在压力机的简单冲压作用下，一次工序即可完成由其他加工方法所不能或难以制造完成的较复杂形状零件的加工。 制件的精度较高，且能保证零件尺寸的均一性和互换性。不需进一步的机械加工即可以满足一般的装配和使用要求。(2) 经济上 原材料是冶金厂大量生产的廉价的轧制板材或带材。 采用适当的冲压工艺后，可大量节约金属材料，可以实现少切屑和无切屑的加工方法。材料利用率一般可达75%85%，因而制件的成本相应地比较低。 节省能源。冲压时可不需加热，也不像切削加工那样将金属切成碎屑而需要消耗很大的能量。 生产率高。每分钟一台冲压设备可生产零件从几件到几十件。目前的高速冲床生产率则每分钟高达数百件甚至一千件以上。 操作简单，便于组织生产。在大批量的生产中，易于实现机械化和自动化，进一步提高劳动生产率。 对操作人员的技术要求不高。当生产发展需要时，用短期培训的方法即可解决操作人员不足的矛盾。冷冲压也有其不足之处，主要缺点为： 需要有专用的模具，其制造周期长，费用高。因此，在生产批量小时，经济上不合适。 需要有制作精度较高、相适应于冲压工艺要求（满足相应的应力状态、符合一定的变形要求）的模具。因此，有时不能制造出精度要求极高的制件。1.3.3冲压的发展现状及趋势随着近代工业的发展，冲压技术得到了迅速的发展，表现在以下几方面：冲压工艺目前，国内外涌现并迅速用于生产的许多冲压先进工艺，如精密冲压、柔性模成形、超塑性成形、无模多点成形、爆炸成形等技术。精密冲压既是提高件精度的有效方法，也是扩大冲压加工范围的重要途径。目前精密冲裁精度可达IT6IT7，板厚可达25mm。我国自主研制的具有国际领先水平的无模多点成形设备与无模多点成形计算机系统，可以根据需要改变变形路径与受力状态，提高材料的成形极限，快速经济地实现三维曲面的自动化成形。国内外正在研究在冲压生产中应用计算机模拟技术，预测、分析和解决板料成形过程中会出现的问题，优化冲压成形工艺，这是冲压成形技术的新方向。模具设计与制造的现代化随着计算机技术和信息技术的发展，模具设计制造已经上升到模具CAD/CAE/CAM上来。在这方面，我国不仅能消化应用国外比较成熟的软件，少数单位还能自行开发或正在开发模具CAD/CAE/CAM软件，尽管总体水平与国际上还有差距。模具的加工方法迅速现代化，各种加工中心、高速铣削、精密磨削、电火花加工等等都已走向计算机控制(CNC)化。模具材料的研究也取得了实际的效果，冲模材料正朝着高强度韧性冷作模具钢方向发展。模具的标准化和专业化已得到了行业的广泛重视，我国冲模的模架等基础零部件已专业化、商业化，这对于提高模具质量、缩短模具设计制造周期和降低模具成本具有重大意义。但我国标准化和专业化水平还是比较低的，先进国家标准化已达70%80%。冲压设备及冲压生产自动化性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的前提。为了适应高精度、高效率和高自动化的生产需求，研制了许多新型结构的冲压设备；为了满足新产品少批量生产的需要，冲压设备朝多功能、自动上下料装置、数控方向发展，形成冲压柔性制造单元(FMC)和冲压柔性制造系统(FMS)新趋势。2模具设计过程与要点 本课题的主要目的是通过对打印机中支撑杆的设计和制造过程的分析，完成该零件的冲压模具设计。2.1冲压模具设计要点2.1.1冲压模具的功能冲模的功能是具有制造出一定数量的冲压产品的能力，且加工还有高效率、高精度、互换性好及节约原材料等功效。在此，可以把制造出所需的冲压产品视之为对冲模的一级功能要求。如图2.1所示，被加工材料送至固定在冲压设备上的冲模里，经过冲压加工，获得所需形状、尺寸和性能的产品。在实现冲模的一级功能要求中，即在冲模使材料变成产品的加工过程中，由于除了要保证使材料经受既定的冲压加工(塑性成形)以外，前后还必须有正确的导向、定位以及方便的卸料与出件等动作所以，冲模实际上是由具有不同功能的零部件组成的一种装置。图2.1 冲模的一级功能要求由于冲压产品的生产方式不是单件生产、而是批量生产，因此，为达到所需冲压产品的数量，还需具有某些二级功能要求。冲模的二级功能要求是对其一级功能要求的完善、强化或补充。从冲模的使用角度出发，其二级功能要求主要应包括如图2-2所示的各项内容。显然，冲模的二级功能要求愈完善，则冲模的结构可能会愈复杂。应当指出，冲模功能的各项内容正是冲模设计的依据和条件。 图2.2 冲模的二级功能要求2.1.2冲压模具的一般设计程序依据冲压件的产品图样进行冲压工艺过程设计并确定工艺方案后，可进行冲模的设计。在模具设计时，要收集、准备有关的设计参考资料;经过充分理解、研究和确定内容之后，便可着手绘制模具的草图；在绘制草图阶段，进行讨论，以防发生设计上的重大错误；然后，再绘正式图。一般模具设计图可按图2-3之方框图的步骤完成。由此方框图可知：在冲模设计过程中，必定有冲压工艺方案的分析、确定及工艺计算，从工艺方案分析开始到正式绘制模具图，中间各种步骤还应有反复分析与交叉进行的过程。可加工性分析工艺方案确定工艺计算编写模具设计说明书产品图、实物资料构思图讨论模具构思图绘制正式图完成模具图研究校对样品、参考资料图2.3 模具设计程序2.2冲压模具设计要点模具总体结构形式的确定是设计时必须首先解决的问题，也是冲模设计的关键，它直接影响冲压件的质量、成本和冲压生产的水平。模具类型的选定，应以合理的冲压工艺过程为基础，根据冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素，做综合的分析研究并考虑综合经济效果，在满足冲压件质量要求的前提下，达到最大限度地降低冲压件的成本。确定模具结构形式时，必须解决以下几方面的问题：(1)模具类型：单工序模，级进模，复合模等；(2)操作方式：手工操作，自动化操作，半自动化操作；(3)进出料方式：根据原材料的型式确定进料方法，取出和整理零件的方法，原材料的定位方法； (4)压料与卸料方式：压料或不压料，弹性或刚性卸料等；(5)模具精度：根据冲压件的特点确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式及模具固定方法等。同时，在制造模具时，除生产批量、生产成本、冲压件的质量要求外，在设计冲模时还必须对其维修性能、操作方便、安全性特别是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。2.3.冲压设备的选择2.3.1设备类型的选择设备类型的选择要依据冲压件的生产批量、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状与精度要求来进行。压力机原理图如图2.5所示。图2.5 曲柄压力机传动系统(1) 根据冲压件的大小进行选择，参照表2.1。表2.1 按冲压件大小选择设备零件大小选用类型特点适用工序小型或中小型开式机械压力机有一定的精度和刚度，操作方便分离及成形（深度浅的成形件）大中型闭式机械压力机精度与刚度更高，结构紧凑，工作平稳分离、成形（深度大的成形件）(2)考虑精度与刚度：在选用设备类型时，还应充分注意到设备的精度与刚度。压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙会发生很大的变化，影响冲压件的精度和模具寿命。设备的精度也有类似的问题。尤其是在进行校正弯曲、校形及整修这类工艺时更应选择刚度与精度较高的压力机。在这种情况下，板料的规格应该控制更严，否则，因设备过大的刚度和过高的精度反而容易造成模具或设备的超负载损坏。(3)根据冲压件的生产批量选择，参照表2.2。表2.2 按生产批量选择设备冲压件批量设备类型特点适用工序小批量薄板通用机械压力机速度快、生产效率高质量较稳定各种工序厚板液压机行程不固定，不会因超载损坏设备拉深、弯曲、胀形大中批量高速压力机高效率冲裁多工位自动压力机高效率，消除了半成品堆储问题各种工序(4)考虑生产现场的实际可能：在进行设备选择时，还应考虑生产现场的实际可能。如果目前还没有较理想的设备供选择，则应该设法利用现有设备来完成工艺过程。(5)考虑技术上的先进性：需要采用先进技术进行冲压生产时，可以选择带有数字显示的、利用计算机操作的及具有数控加工装置的各类新设备。2.3.2设备类型的选择原则设备规格的选择应根据冲压件形状的大小、模具尺寸及工艺变形力等进行。从提高设备的工作刚度、冲压件的精度及延长设备的寿命观点出发，要求设备容量有较大剩余。最新的观点是使设备留有4030%的余量，即指使用设备容量的6070%。还有的建议只使用容量的50%，即取设备的吨位为工艺变形力的2倍。3 零件冲裁模具设计3.1 零件的工艺性分析图3.1为三维零件图，由图可知，该零件为一薄钢板冲压件，材料为15号刚，具有较好的可冲压性能，该零件需要经过落料、冲孔、压弯和拉深四个基本工序来成形。图3.1 零件三维图以下为二维零件图，其最大尺寸128mm，加工精度选择IT1114。图3.2 零件二维图3.2 工艺方案及模具形式3.2.1 计算毛坯尺寸根据图3.3，该零件毛坯尺寸的计算分为拉深和弯曲两部分，因此确定该零件的毛坯尺寸由式3.1确定： (3.1)其中，、分别为弯曲部分直边长度，为两直边夹角，为中性层弯曲半径，为内弯曲半径，为板料厚度，为拉深圆角中心距，为拉深口中径，为外径，拉深圆角半径。 毛坯如图3.4所示图3.3 毛坯尺寸计算图图3.4 毛坯尺寸图3.2.2 确定工艺方案和模具形式根据以上分析和计算，可以确定，该零件的冲压加工需要包括以下基本工序：落料、冲孔、拉深和弯曲。根据这些基本工序可以拟出如下工艺方案：方案一 落料与冲孔复合，拉深和弯曲复合。方案二 落料、拉深与冲孔复合，压弯单工序。方案三 落料、冲孔、压弯和拉深分步进行，采用单工序模生产。比较以上三种方案，可以看到：方案二 落料、拉深与冲孔复合，此时冲孔凹模与拉深凸模做成一体，给修磨造成困难。方案三 模具结构简单，但需要四道工序，四套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构不复杂，为了提高生产率，主要应采用复合模或级进模方式。为了更好地保证尺寸精度，应采用复合模方式进行生产，最后确定采用方案一。3.3冲裁间隙3.3.1定义和影响冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，一般用双面间隙Z来表示，其单面间隙为Z/2。冲裁间隙值是否合理，将直接影响到冲件的断面质量、尺寸精度、模具寿命、设备的能耗等。冲裁间隙适当，冲件的断面质量较好，过大或过小都会不同程度的产生毛刺。间隙值选择不当不仅会影响冲件的断面质量，还会影响冲件的尺寸精度，如果间隙过小，被冲材料在冲裁变形中会被严重挤压，因而在冲裁结束后材料回弹较大，造成被分离后落下的材料尺寸变大，而留在材料上的孔的尺寸变小；反之，间隙过大时，被冲材料在冲裁变形过程中被拉伸严重，因而在冲裁结束后，分离下的材料尺寸变小，而留在材料上的孔的尺寸变大。这种情况在厚而软的材料冲裁时尤为明显。间隙值过大或过小时，还会因为冲件在冲裁变形过程中，材料被挤压、拉伸、弯曲等变形而使分离后的材料产生不平整或形状变化而影响冲件的形位公差。间隙值选择合理与否，还将影响到模具的刃磨周期和使用寿命。当间隙很小时，由于凸、凹模刃部与材料之间的摩擦严重，刃部会很快发热并磨损。在实际生产中，采用较大的间隙，可以提高模具的使用寿命，其经济效益十分显著。3.3.2凸、凹模间隙值的确定冲裁间隙对工件断面质量、冲裁力、模具寿命、毛刺大小、冲件尺寸精度都存在着影响。而按断面质量、冲裁力、模具寿命、毛刺大小和冲件尺寸精度等方面的要求，各自确定的合理间隙并不相同。因此，在实际生产中，可以针对其中的某一项来选取合理的间隙，也可以综合考虑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，就可以冲出良好的零件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑到模具在使用过程中的磨损会使间隙逐渐增大，故设计与制造新模具时就采用最小合理间隙值。由于理论计算法在生产中使用不方便，常用查表法来确定间隙值，查表3-31，得厚度为1.5mm的15号钢冲裁模初始双边Z0.090.12mm。因此，采用0.090.12mm作为模具的设计间隙。 3.4排样冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。排样方案对材料利用率、冲件质量、生产率、模具结构与寿命都有重要的影响。根据零件形状，为了不增加模具的制造难度，考虑采用直排方式。条料搭边宽度对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，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，在冲裁中将被拉断，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。因此搭边值的设置应当合理，其数值目前由经验确定。一般来说，硬材料的搭边值可小些，软材料、脆材料的搭边值要大一些；冲裁件尺寸大或是有尖突的复杂形状时，搭边值取大一些；厚材料的搭边值取大一些；用手工送料、有侧压装置的搭边值可以小些。查表2.182得工件间，沿边通过对各种排样方案的比较选择材料利用率最高的方法，如图2.5所示。材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。一个步距内的材料利用率可用下式表示： (3.2)其中，为一个步距内冲裁件的实际面积（），为条料宽度（），为步距。在几种方案中，选择材料利用率最高的一个来设计，排样如图3.5所示。其利用率计算：图3.5 排样方法3.5冲裁力计算和压力中心的确定3.5.1冲裁力计算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。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选择压力机和设计模具的重要依据之一。平刃口冲裁模的冲裁力F一般按下式计算： (3.3)其中,为冲裁力()；为冲裁周边长度(mm)；为材料厚度(mm)；为材料抗剪强度()；为系数。系数是考虑到实际中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料理学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取。为简便计算，按下式计算冲裁力： (3.4)其中，为材料抗拉强度()。冲裁件周边长度可由AutoCAD里查询所得，厚度，由附录A13查得15号钢。(1) 落料力(2) 冲孔力由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而落下部分的材料会紧卡在凹模里。从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力称为卸料力；把落料件从凹模里逆着冲裁方向顶出来的力称为顶件力，而顺着冲裁方向推出来的力称为推件力。影响卸料力、顶件力和推件力的因素很多，如材料厚度，冲裁间隙，零件形状尺寸及润滑情况等。这些力通常采用经验公式进行计算，如下式： (3.5) (3.6) (3.7)其中，为卸料力，为卸料力系数，为推件力，为推件力系数，为顶件力，为顶件力系数，为冲裁力。冲裁复合模采用顺装、弹性卸料和上顶出件方式，因而只需计算其卸料力和顶件力。(3) 卸料力查表3-111，取0.05。(4) 冲孔时的顶件力查表3-111，取0.06落料部分 冲孔部分 (5) 总冲裁力3.5.2压力中心的确定冲压力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的模具来说，须使压力中心通过模柄的中心线。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。本零件属于复杂形状的多凸模冲裁，计算压力中心时，先选定和轴，然后根据公式(2.7)和(2.8)来计算。 (3.8) (3.9)对于使用AutoCAD绘制的零件图，将选定的原点移动到与图纸坐标原点重合的位置，在零件图上创建域，通过查询面域特性便可获得零件的压力中心。按上述方法获得压力中心(20.5,4.2)。3.6凸与凹模刃口尺寸的计算3.6.1 凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤压材料产生的，而孔的光面是凹模刃口挤压材料产生的。故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况进行，其原则如下：(1) 落料时 落料件光面尺寸与凹模尺寸相等（或基本一致），故应以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凹模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减初始间隙。(2) 冲孔时 工件光面的孔径与凹模尺寸相等（或基本一致），故应以凹模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凹模的磨损而减小，故冲孔凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凹模基本尺寸加最小初始间隙。(3) 孔心距 当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双面对称偏差标注。(4) 冲模刃口制造公差 凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具一定的使用寿命。3.6.2凸、凹模刃口尺寸的计算方法 根据凸、凹模的加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上分为两类。 (1) 凸模与凹模分别加工方法 这种加工方法目前多用于圆形或简单规则形状（方形或矩形）的工件。该加工方法优点是，凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。其缺点是，模具的制造公差小，模具制造困难，成本较高。(2) 凸模与凹模配合加工法配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），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由配制保证，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采用此种加工方法。该零件的模具也采用这种方法。根据冲裁件结构的不同，刃口尺寸的计算方法如下：落料 落料时应以凹模为基准来配作凸模，凹模磨损后刃口尺寸有变大、变小和不变三种情况：凹模磨损后变大的尺寸： (3.10)凹模磨损后变小的尺寸： (3.11)凹模磨损后无变化的尺寸 工件尺寸为时： (3.12) 工件尺寸为时： (3.13)工件尺寸为时： (3.14)其中，、为相应的凹模刃口尺寸；为工件的最大极限尺寸；为工件的最小极限尺寸；为工件的基本尺寸；为工件公差；为工件偏差。以上是落料凹模刃口尺寸的计算方法。落料用的凸模刃口尺寸，按凹模实际尺寸配制，保证最小间隙。故在凹模上只标注基本尺寸，不标注偏差，同时在图样的技术要求上应该注明：“凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值为”。冲孔 冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。凸模刃口尺寸的计算情况与落料相似，可参照以上公式分析。配制凸模的图样上须标明：“凹模刃口尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙值”。3.6.3凸、凹模刃口尺寸的确定 根据2.6.2的分析，计算凹模、凸模和凸凹模刃口，查表2.24确定各个尺寸的公差，制件精度为IT14级，故x=0.5。(1) 凹模尺寸：、计算如下：(2) 凸模 尺寸：、计算如下：(3) 凸凹模 尺寸：、（11级精度） 计算如下：3.7冲裁模工作零件的设计3.7.1凹模 凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶拼式；刃口有平刃和斜刃。(1) 凹模外形结构及其固定方法在实际生产中，由于冲裁件的形状和尺寸千变万化，因而大量使用外形为圆形或矩形的凹模板，在其上面开设所需要的凹模洞口，用螺钉和销钉直接固定在模板上。凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺孔（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。(2) 凹模孔口的结构形式凹模型孔侧壁的形状有两种基本类型：一是与凹模面垂直的直刃壁；另一是与凹模面稍倾斜的斜刃壁。常用的直刃壁型孔有三种结构形式：全直壁型孔，只适用于顶件式模具，如凹模型孔内带顶板的落料模与复合模。阶梯形直刃壁型孔，适用于推件式模具。直刃壁型孔的特点是刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变，制造方便。较实用的斜刃壁凹模只有一种，这种凹模孔口内不易积存废料，磨损后修磨量较小，刃口强度较低，修磨后孔口尺寸会增大，但是由于倾斜角不大（），所以增大量不多，这种刃口一般用于形状简单，精度要求不高冲件的冲裁，并一般用于下出件的模具。该模具凹模为整体式，采用矩形凹模板、直刃壁型孔。(3) 整体式凹模轮廓尺寸的确定冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用。由于凹模结构形式和固定方法不同，受力情况又比较复杂，目前尚不用理论计算方法确定凹模轮廓尺寸。在生产中，通常根据冲裁的板料厚度和冲件的轮廓尺寸，或凹模孔口刃壁间距离，按经验公式来确定。凹模厚（高）度 (3.15)其中，为垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离(mm)；为系数，考虑板料厚度的影响。凹模刃壁间最大距离，系数查表3.151得 为了保证凹模具有足够的强度和刚度，取凹模宽度 (3.17)凹模长度 (3.18)其中，为长度方向上凹模刃壁间最大距离(mm)；为凹模刃壁致凹模边缘的最小距离(mm)。 ；查表3.141得 为了保证凹模的强度和刚度，取凹模外形尺寸为。 根据凹模厚度，选择M10的螺钉；从凹模外缘到螺孔的最小允许尺寸，查表2.185得；凹模块上螺孔间距的尺寸范围，查表2.205得绘制凹模如图3.6所示。图3.6 支撑杆冲裁模具凹模3.7.2凸模设计(1)凸模长度的确定根据冲件的形状和尺寸的不同，冲裁凸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也就有很多种的样式：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、螺钉和销固定以及粘结剂烧注法固定等。通过对零件上孔的分析，大孔采用台肩固定，两个小孔采用铆接固定。复合模里，凸模的长度是由凸模固定板、凹模垫板和凹模的厚度来决定的。如式(3.19)： (3.19)其中，为凸模长度；为凸模固定板厚度；为凹模垫板厚度；为为凹模厚度。和大约取凹模厚度的倍，取，。凸模长度：(2)凸模的强度计算冲裁时凸模因承受了全部压力，所以它承受了很大的压应力。而在卸料时，又承受有拉应力。因此，在一次冲裁过程中，其应力为拉伸和压缩交变反复作用。在一般情况下，凸模的强度是足够的，因此没有必要做强度的校核。但是在冲裁厚的和硬的材料时，就有达到破坏应力或者由于疲劳而破坏的危险。尤其是在凸模特别细长或凸模的断面尺寸很小时（如冲小孔的情况），就必须要对凸模的强度包括凸模的最小断面（危险断面）的承压能力和抗纵向弯曲能力进行校核。该模具需要对小凸模进行校核。凸模承受能力的校核： (3.20)其中，为凸模内的压应力(MPa)；为冲裁力(N)；为凸模的最小断面积()；为凸模材料的许用应力。查附录A3得；所以凸模的承受能力足够。失稳弯曲应力的校核该凸模有顶件块导向，并且自由长度很短，不需进行失稳校核。由以上校核可知，凸模完全满足强度要求绘制凸模如图3.7所示。图3.7 支撑杆冲裁模具凸模3.7.3凸凹模设计在复合模中，凸凹模受力是最苛刻的，它既是落料工序的凸模同时又是冲孔的凹模。而且凸凹模的壁厚是由冲压件尺寸形状决定的，而其壁厚从强度上要求不能过薄，否则模具的寿命太短。由于内外缘之间的壁厚是决定于冲裁件的孔边距，所以当冲裁件孔边距较小时必须考虑凸凹模强度。为保证凸凹模强度，其壁厚不应小于允许的最小值。如果小于允许的最小值，就不宜采用复合模进行冲裁。倒装复合模的冲孔废料容易积存在凸凹模型孔内，所受胀力大，凸凹模最小壁厚要大些。正装复合模的冲孔废料由装在上模的打料装置推出，凸凹模型孔内不积存废料，胀力小，最小壁厚可小于倒装复合模的凸凹模最小壁厚值。目前，复合模的凸凹模最小壁厚值按经验数据确定。倒装复合模当料厚为的凸凹模最小壁厚为。而实际零件要求模具的最小壁厚为，显然倒装式的凸凹模不能满足最小壁厚的要求。正装复合模的最小壁厚根据经验公式，该最小壁厚复合该模具的要求，故模具应该采用正装形式。凸凹模的固定形式大致有种，一是采用螺钉紧固在固定板或上模座上，二是在凸凹模端部留有凸缘，采用压板压紧固定。考虑到模具采用弹性卸料装置，采用第二种固定形式可以在压板上安装弹簧或橡胶，使安装更方便，因此采用压板固定凸凹模。凸凹模长度计算如式： (3.21)其中，为凸凹模长度，为凸凹模固定板厚度，为卸料橡胶预压缩后的长度，为卸料板厚度，为卸料板底面高出凸凹模的底面的长度。凸凹模固定板厚度取20mm，橡胶预压缩后的长度为30mm，卸料板厚度取15.5mm，。凸凹模长度为：绘制凸凹模如图3.8所示。图3.8支撑杆冲裁模具凸凹模3.8卸料、顶件和推料装置卸料、推件和顶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，卸料是指把冲件或废料从凹模上卸下来；推件和顶件一般指把冲件或废料从凹模中卸下来。3.8.1卸料装置(1)固定卸料装置常用的固定卸料板有：与导料板制成一体的卸料板，结构简单，但装配不便；分体式卸料板，导料板装配方便，应用较多；悬臂式卸料板，用于窄长件的冲孔或切口后的卸料；拱桥式卸料板，用于空心件或弯曲件冲底孔后的卸料。(2)弹压卸料装置弹压卸料装置的基本零件包括卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等。弹压卸料装置卸料力较小，但它既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁（t1.5mm）宜用弹压卸料装置。该模具采用弹压卸料装置。卸料板的设计应注意：卸料板要求耐磨，材料一般选45钢，淬火，磨削，粗糙度；卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模刃磨量；该卸料板根据工件形状制成矩形，型孔与凸模的配合为。卸料力，采用极限压缩率为、的橡胶来产生卸料力。计算橡胶的最小面积： (3.22)橡胶高度计算，由公式： (3.23)式中为卸料板行程和修磨量。卸料板高出凸凹模底面,凸凹模进入落料凹模，板料厚，修磨量取。卸料板厚度取，卸料螺钉查表15.356取3颗安装。绘制卸料板如图3.9所示。图3.9支撑杆冲裁模具卸料板3.8.2顶件装置 顶件装置一般是弹性的。顶件装置由顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器组成。这种结构的顶件