双槽不锈钢洗漱盆冲压模具结构设计.doc

桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计论 文 摘 要冲压工艺常用于零件的大批量生产。因而冲压模具便成为冲压加工生产过程中不能缺少的一项装备。冲压模具是生产工业产品的基础工艺装备，是进行少无切削加工的重要工具。本文主要是对日常厨房所用的双槽洗碗池的结构进行市场调查，设计和确定出工件的外形尺寸。再通过查阅相关的书籍和资料，运用盒形件毛坯尺寸的计算公式把本文的双槽洗漱池毛坯尺寸确定了下来。对工件的成形工艺进行分析，确定最终的加工工艺。其次，分析毛坯的尺寸形状对其进行合理的排样，增加材料的利用率，同时，对凸模、凹模、凸凹模的工作部分的刃口尺寸进行计算和确定。接着，对洗碗槽的进行合理排样和冲裁、拉深工艺力的计算，从而选择合适的压力设备。在模具尺寸设计确定的基础上，查阅相关的资料和模具设计手册，对模具的工作零件、定位零件、卸料装置与推件装置、导向机构以及固定零件结构进行设计，从而确定出模具的整体结构和工作机理并画出模具的三维组装图、装配图及部分零件图。本次设计主要是对厨房日常用所用的不锈钢双槽洗碗池的结构和性能进行了解，设计出一套能制造出实用、美观、经久耐用的洗碗池的冲压模具。关键字：不锈钢洗漱盆；毛坯；复合模；拉深 Dual-slot stainless steel wash basin stamping die designStudent:REN Fang-fang Teacher:TANG Lu-wen SUN Bao-fuAbstract:Stamping process commonly used in the mass production of parts. Thus stamping die stamping production process has become indispensable in an equipment. Stamping die is the production of industrial products on the basis of technology and equipment, it is carried out no less important tool for machining.This article is the structure of everyday kitchen sink dual-slot used in market research, design and determine the dimensions of the work piece. Through access to relevant books and materials, blank size is calculated using a box-shaped member of the dual-slot sink blank dimensions herein defined. The forming process of the work piece is analyzed to determine the final process. Secondly, the rough size and shape of its reasonable layout, increase the utilization of materials, while the size of the working portion of the cutting edge of the punch, die, punch were calculated and determined. Next, the conduct of a reasonable layout sink and punching, deep drawing process computing power in order to select the appropriate pressure equipment. On the basis of determining the size of the mold design, access to relevant information and die design handbook, the working parts of the mold, positioning parts, discharging device and push pieces of equipment, guide means and a fixed part structure is designed to determine the overall mold structure and working mechanism and draw a three-dimensional mold assembly drawings, assembly drawings and some parts diagram.The design is mainly on the structure and properties of the kitchen for daily use of stainless steel used in the dual-slot sink to understand, design can produce a set of practical, beautiful, durable sink stamping dies.Keywords: stainless steel wash basin；blank；compound die；drawing目 次摘要IAbstractII1 绪论11.1 冲压模具发展现状11.1.1 冲压模具的重要性11.1.2 国内冲压模具的发展现状11.1.3 国外冲压模具的发展现状11.2 冲压模具的类型11.2.1 冲压模具的分类11.2.2 复合模具11.3 模具产业的发展趋势21.3.1 模具及模具工业的发展趋势21.3.2 模具CAD/CAM/CAE技术的发展趋势21.4 不锈钢材料简介21.5 选题的背景31.5.1 市场需求31.5.2 不锈钢洗漱盆的优势32 工艺性分析及方案确定42.1 冲压件工艺性分析42.2 工艺方案的分析与确定52.2.1 盒形件修边余量52.2.2 毛坯尺寸计算52.2.3 确定工艺方案82.3 本章小结93 复合模具的设计103.1 排样与材料利用率103.1.1 常用排样方法103.1.2 材料利用率103.2 工艺力的计算113.2.1 冲裁力P113.2.2 拉深力123.2.3 压边力123.3 冲压设备的选用133.3.1 计算公称压力133.3.2 选择压力机143.4 压力中心的计算143.5 主要零部件尺寸设计143.5.1 冲裁模刃口尺寸的设计143.5.2 拉深模尺寸设计173.5.3 拉深凸、凹模圆角半径的设计193.6 模架的选用原则193.7 本章小结204 模具零部件结构的确定214.1 工作零件214.2 定位零件234.4 导向零件244.5 固定零件244.6 压力机的校核264.7 模具材料274.8 三维总装结构图274.9 本章小结285 结论29致谢29参考文献31III1 绪论1.1 冲压模具发展现状1.1.1 冲压模具的重要性冲压是常温下依靠冲压机上产生的压力和模具对毛坯施加压力，使之产生塑变或断裂分离，来获得所需工件形状和尺寸的加工方法。冲压模具是生产工业产品的基础工艺装备，是进行少无切削加工的重要工具。模具能制造出来具有加工精度和表面精度高且制造出结构相对比较复杂的工件，同时制造出来的工件不但差异比较小，具有可知置换型（当工件使用过程中有的零件磨损或损坏可直接在市场上买到同种尺寸和大小的零件回来进行直接替换即可），而且生产效率高，一般都是大批生产，解放人类的双手，是其他加工方法所无法超越的。模具就像是放大镜，能把效益最大化，用其生产出产品的价值往往比模具本身价值高出好几十倍，甚至上百倍。模具生产水平的高低直接能衡量出一个国家制造业的发展水平1。1.1.2 国内冲压模具的发展现状总的来说，模具的技术水平与工业发达国家相比还较为落后2。低水平的模具已经膨胀，而高水平的模具远不能满足市场需求。虽然我国模具行业也在不断的发展 ，但大都停留在低档次，技术含量比较低。模具行业总体较为落后，产出质量远不能满足市场需求，这已经严重影响了我国模具产业的发展速度。1.1.3 国外冲压模具的发展现状在国外，欧美和日韩等地区模具工业起步比较早，他们有的已能将现代的高新科技与制造业结合起来设计出更多高档次的模具。因而他们所具有较为成熟技术和经验值得我们学习和借鉴。国外高新技术与模具结合主要体现在以下两个方面：（1）在模具行业，充分发挥信息的作用带动模具的发展，让模具随着信息的不断发展有种优越性3；（2）高速切削、五轴高速加工技术的不断普及，使得国外模具制造的时间大大缩短，从而降低了模具的加工成本，提高国外模具在行业市场上的竞争力4。1.2 冲压模具的类型1.2.1 冲压模具的分类冲压模具是实现冲压不能缺少的一部分，没有先进的模具就不能实现先进的冲压工艺。冲压工艺的类型有很多，通常按以下方式进行分类。根据冲压工艺性质分为：冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模。根据工序组合程度分为：单工序模、复合模、级进模5。1.2.2 复合模具本文设计重点是复合模。复合模则是在冲压设备来回一个行程中，模具能同时完成至少两道冲压工序的模具。常见的模具有落料和冲孔复合，落料和拉深复合等。合模结构的主要特征：工作部分除了凸模、凹模外，还有一个既是凸模又是凹模的凸凹模。复合模具优缺点：能够保障工件具有较高的精度；工作条件较好；材料利用率高；模具结构紧凑，外形尺寸中等，主要用于零件的大批生产中，生产效率高。然而，由于模具结构复杂程度较高，所以模具的制造成本也较高；凸凹复合模具应保证其具有足够的壁厚，否则，强度不够会导致模具被冲断；工件的卸料和出件较麻烦，必须设计相应的卸料和推件装置。1.3 模具产业的发展趋势1.3.1 模具及模具工业的发展趋势1）发展精密、高效、长寿命模具6。2）发展高效、精密、数控自动化加工设备7。3）发展简易、快速模具技术。4）完善和提高现有模具材料性能、开发新型模具材料。5）发展专业化生产。1.3.2 模具CAD/CAM/CAE技术的发展趋势模具CAD/CAE/CAM技术正向着集成化、网络化、标准化、专业化、三维化、智能化方向发展8。集成化即模具软件功能集成化，要求软件功能模块较为齐全，各功能模块采用统一数据模型从而实现实现信息的管理和共享，支持模具设计制造及生产管理全过程，实现效益最佳的目的9。三维化：模具设计、分析及制造三维化，要求新型软件以立体直观的感觉来设计模具，采用三维化能方便分析产品结构CAE、模具的制造性评价和数控加工、成型过程模拟及信息的管理和共享。网络化：模具软件应用的网络化趋势。随着模具发展的全球化、国际化以及计算机的迅速发展，所以网络在模具行业的应用是必然的发展方向。1.4不锈钢材料简介304（0Cr18Ni）钢是奥式体不锈钢，它是一种低碳高铬镍钢，所以具有较好的耐腐蚀性能和冷加工冲压性能，对硝酸等具有非常强的抗腐蚀性10。用于制造深冲成型零件、输酸管道、贮罐和贮酸容器等，也广泛用于人们的日常生活11。例如：保温杯、保温瓶、洗涤槽、不锈钢餐具，浴室厨房用具等。1.5 选题的背景1.5.1 市场需求随着人们生活水平的不断提升，消费者对产品的要求也越来越高，对厨房家用洗漱盆的要求早已不止是干净耐用。因此，设计制造出美观、简约、大方、色泽好、亮度高、抗腐蚀性能强的新型多款式洗漱盆是市场发展的必然趋势。1.5.2 不锈钢洗漱盆的优势1.不锈钢材料是本世纪人类最伟大的发明之一，用其做水槽，自然又独特而且具有其他材料所不能替代的特性。2.耐强酸，耐强碱，耐氧化，外表美观、大方，使用时间久且所新的一样，在使用过程中不会产生有害物质和异味12。3.坚固而有弹性，耐冲击和磨损，不损伤被清洗器皿。4.轻便，通过精密加工，可制成不同造型款式，能与各类不同厨房台面配套。2 工艺性分析及方案确定2.1 冲压件工艺性分析双槽不锈钢洗漱盆是用来清洗食物和餐具的厨房必备用具（见图2-1），拟用冲压生产。材料：304不锈钢（0Cr18Ni），材料厚度：1mm。 图2-1 三维零件图要求：造型美观，砂面抛光（不粘油拉丝），开口处平整，边缘无毛刺，属中大批量生产。 图2-2 工件外形尺寸工件的外形尺寸(如图2):该工件属于无特殊要求的一般冲孔、落料盒形件。洗漱池的外轮廓尺寸和底部直径为90mm的孔均可由冲裁获得。工件为一双矩形拉深件，因为矩形工件拉深中其材料的流动速度不一，所以侧壁可能会受剪而导致破裂现象。该工件属于无特殊要求的一般冲孔、落料、拉深盒形件。洗漱池的结构相对简单对称，底部圆角r1和侧壁之间的过渡圆弧r2分别为R40mm和R70mm（r1t，r22t），凸缘与侧壁之间的圆角半径r3均为R10mm（r33t），拉深件的圆角半径均符合拉深要求。大、小槽的拉深深度分别为195mm和175mm，均小于拉深极限，满足拉深件的要求13。外形尺寸由不锈钢水槽的使用要求可知，工件局部有轻微变薄是允许的，只要能够满足对表面质量和强度的要求即可。表面质量要求：为了降低成本，使模具制造简单，在保证水槽达到工作要求的情况下，工件制造公差按IT12标注14。2.2 工艺方案的分析与确定2.2.1 盒形件修边余量盒形件在拉深之后一般都需要进行修边，因此，在确定毛坯尺寸和进行工艺计算之前都应在工件高度或凸缘高度上加修边余量。本文设计的是带凸缘盒形件，修边余量可参考冲压手册如下表2-1，选取（表中数据改为，改为，为盒形件短边凸缘宽度，为盒形件短边宽度15） 大盒形： 小盒形： 凸缘直径d凸凸缘的相对直径附图1.5以下1.5222.52.53251.81.61.41.225502.52.01.81.6501003.53.02.52.21001504.33.63.02.51502005.04.23.52.72002505.54.63.82.82506.05.04.03.0表2-1带凸缘拉伸件修边余量查表2-1得修边余量均为：。2.2.2 毛坯尺寸计算y （1）判断盒形件拉深类型拉深件不同拉深情况分区可知影响拉深类型的主要因素有、以及（如图2-3，为计入修边余量的工件高度，为矩形盒的短边宽度，为壁与壁之间的圆角半径，为毛坯尺寸15）对于本制件，大槽： （2-1） （2-2） 小槽： （2-3） （2-4）根据上式看图2-3可知该制件是可经一次拉深成形的低盒形件。 图2-3 盒形件不同拉深情况的分区图 （2）毛坯尺寸的计算根据盒形件角部材料转移到侧壁的程度，低盒形件可分为三个区域16。根据的取值范围可判断盒形件属于那个区域。对于本制件，大槽： （2-5） 小槽： （2-6）根据式（2-5）和（2-6）可得本制件两个拉深盒均属于角部具有大圆角半径的较高盒形件。该区域的毛坯尺寸是根据盒形件的表面积与毛坯面积相等的原则来进行计算的，毛坯形状为圆形或扁圆形17。由于本设计工件为双盒形件，故其最终的毛坯尺寸为两盒形件毛坯尺寸之和。因为该工件的尺寸均为的矩形拉深件，所以两者都可以看做是由两个宽为的半正方形和中间为的直边所组成18。此时毛坯是由两个半径为的半圆弧和两个平行边组成的扁圆形19。扁圆形毛坯的圆弧半径如式（2-7）： （2-7） ( 为尺寸为的假想方形盒的毛坯直径)扁圆形毛坯的圆弧直径如式（2-8）：15 （2-8）可得： 扁圆形的长度为： （2-9）扁圆形毛坯的宽度为： （2-10）因此由式（2-9）计算得： 由式（2-10）计算得： 因为小槽的长度所以毛坯的宽为大槽宽即：，毛坯的长度为大槽长与小槽宽之和即：最终毛坯尺寸（如图3）为： 图3 坯料尺寸2.2.3 确定工艺方案 1）模具结构的分析确定 此零件的成型过程共分为落料、拉深、冲孔、切边等四道工序，其模具结构可采用单工序模、复合模和连续模。 （1）单工序模单工序模是在冲压设备来回一个行程内只能完成一道工序的模具。这种模具结构较简单，尺寸比较小，制造成本相对较低，材料利用率高，但生产出的工件误差大且效率低，适合中小批量生产。若采用此种模具需设计四套模具，分别为落料模、拉深模、切边模和冲孔模20。 （2）复合模复合模：复合模则是在冲压设备来回一个行程中，模具能同时完成至少两道冲压工序的模具。模具尺寸中等，工作条件较好，复杂程度相对较高，精度高，材料利用率高，模具加工较难，制造成本较高，生产周期短，适合大批生产。（3）级进模沿送料方向至少有两个工位，在一次冲压设备行程中能依次至少完成两道工序，整个冲压件的成形是在一次冲压中逐步完成的。工序较为集中，可在一套模具中一次完成落料、冲孔、拉深、切边四道工序。级进模外形尺寸较大，模具较为复杂，工作条件好，生产效率最高，工件精度一般，模具加工难，材料利用率较高，设备大，适合大批生产20。对于此工件设计成级进模才能将四道工序在一套模具中完成，但是该种模具设计难度较大，要有好的定位和导向，不易实现，且工件精度难以保障。因此，对于该零件采用复合模制造较好。2） 确定工艺方案该不锈钢洗漱池要经过落料、拉深、冲孔、切边等四道工序且采用复合模具制造较好。此零件毛坯为平板类毛坯，因此就工艺来说需完成三道工序即落料、拉深、冲孔。方案一：先落料，再冲孔，最后拉深；因为冲孔在拉深前面，冲孔工序将材料的中间去掉，会降低材料在拉深过程中的抵抗失稳的能力，所以拉深过程中容易产生起皱和拉裂等问题。方案二：先落料，再拉深，最后冲孔；该方案比方案一大大提高了材料的抗失稳能力，从而提高产品质量和精度。方案三：先冲孔，再落料，后拉深此方案进行到落料工序与方案一出现同种问题，使得制品不能达到要求。分析以上三种方案中，可知该工件应选择方案二较好即采用落料拉深冲孔复合模具工艺方案。2.3 本章小结本章主要是对日常厨房所用的双槽洗碗池的结构进行市场调查，设计和确定出工件的外形尺寸。再通过查阅相关的书籍和资料，运用盒形件毛坯尺寸的计算公式把本文的双槽洗漱池毛坯尺寸确定了下来。最后对工件的成形工艺进行分析，确定最终的加工工艺，为后续模具设计做基础。3 复合模具的设计3.1 排样与材料利用率3.1.1 常用排样方法排样是冲裁件在板料上的布置方式，直接影响到材料的利用率，是模具结构设计重要依据之一。合理的排样能提高材料利用率，从而降低生产成本。根据材料利用情况的不同，条料排样方法可分为：有废料排样：沿废料全部外形冲裁，在冲件周边都留有搭边，冲件尺寸完全由冲模保证，冲件精度高和模具寿命高，但是材料浪费比较大21。少废料排样：沿冲件部分外缘冲切，只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。应受剪裁条料质量和送料定位误差的影响，其冲件质量稍差，边缘毛刺被带入凹模会增大模具刃口磨损，影响模具寿命，但是材料浪费比较少，冲模结构简单。无废料排样：沿一条完整的线对材料进行冲压而获得冲件，无搭边，冲压工件的质量和精度比较差，模具使用寿命相对会减短，但材料浪费最少。为了保证落料后工件的精度，选用有废料排样。根据工件外形特征，排样又可分为直排、斜排、直对排、斜对排等21。常用冲裁件的坯料种类主要有板料、条料、带料和块料等。为实现加工自动化，提高模具加工的生产效率，本文设计的工件坯料采用条料，故必须对其进行落料。又因为本文设计的零件要经过拉深工序，拉深后要对其进行切边处理，所以本次落料尺寸精度要求不高，只需将坯料分成一小块即可 图3-1 冲裁件排样图 本文毛坯结构简单且尺寸较大为的矩形料，坯料可选带料，由于带料宽度有各种规格，将它展开长度都能达到几十米，成卷状供应所以条料宽度不用进行详细计算，根据毛坯大小和前后送料方向可确定带料宽度为1420mm。本文中的落料主要是把带料裁剪成一块一块的矩形板料，由于后续进行的是拉深工艺，所以落料的精度要求不高，故不用进行精确计算。初步确定，落料环节是把带料裁剪成的矩形板料如图3-1。3.1.2 材料利用率在制造冲压件所用的成本当中，材料费用占到60%以上，所以能够合理的利用材料就能大大降低生产成本21。材料利用率就是指在冲裁过程中工件 实际用的材料面积与其所选板料面积的百分比，是衡量材料利用合理的重要标志。板料的材料利用率由冲压手册可得： （3-1）式中：为板料上冲裁总数； 冲裁件面积； 板料长度； 板料宽度；因此 3.2 工艺力的计算不锈钢材料的抗剪强度抗拉强度；取，。3.2.1 冲裁力P 冲裁力计算公式为式（3-2）： （3-2）（P为冲裁力N，为材料抗剪强度MPa，L为材料轮廓长度mm，t为材料厚度mm，为安全系数，一般取）1） 落料力因为板厚，板坯较厚，故本设计采用刚性卸料板卸料。 总的落料力如下式（3-3）： （为推件力） （3-3） 推件力如式（3-4）： （3-4）（ 为同时卡在凹模洞口内零件或废料的数目，取； 为推件力系数）表3-1 系数Kx、Kt、Kd的数值材料及厚度(mm)KxKtKd钢0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0650.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03铝、铝合金0.0250.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09查表3-1得： 因此 2）冲孔力因为该制件落料和冲孔不是同时进行的，所以又因为，所以总的冲裁力。3.2.2 拉深力对于截面为矩形、椭圆或其他不规则截面的拉深件，其拉深力可由式（3-5）得： （3-5）式中：为拉深件横截面周长，mm；为材料厚度，mm；为材料抗拉强度，；为修正系数，取。 3.2.3 压边力该冲压件需采用压边圈进行压边。拉深任何形状的工件，压边圈的计算公式（3-6）： （3-6）式中：为压边圈面积， 为单位压边力该工件的压边圈面积为： 查冲压手册表（4-77）可知不锈钢的单位压边力为，取总的拉深力：3.3 冲压设备的选用3.3.1 计算公称压力对于单动压力机来说，选择的压力机吨位应大于总的工艺力。即式（3-7）压力机的吨位 （3-7）由于该制件采用落料拉深复合模，所以不能简单地认为是落料力与拉深力的叠加。通常按以下公式进行估算：浅拉深时（）： （3-8）深拉深时（）： （3-9）（为公称压力）因为该工件大槽： 小槽： 所以均属于浅盒拉深。故由冲压工艺与模具设计式（7-29）可得拉深时压力机的公称压力为： （3-10）由于此复合模在工作时落料和拉深是先后进行的并未产生叠加，所以压力机应根据落料和拉深两者中所需的最大力来选取。因为总的冲裁力大于总的拉深力即，故按落料力初选复合工序压力机的公称压力为：3.3.2 选择压力机开式压力机一般适用于公称压力在以下的小型压力机，而的中型压力机和以上的大型压力机多采用闭式压力机。压力机滑块行程大小必须要能保证成形工件的取出和方便毛坯的放进。对于拉深工序所用压力机的行程大小，应至少大于成形工件高度的两倍，一般取2.5倍。压力机工作台尺寸大小，要保证模具能够安装的下且留有足够的地方来操作。由以上几点，查冲压手册表12-10该工件选用闭式压力机，其主要技术参数如表3-1：表3-1 压力机的主要技术参数公称力(KN)4000最大闭合高度(mm)1350闭合高度调节量(mm)400工作台尺寸(mm)左右2800前后1700主电动机功率(kw)55滑块行程6003.4压力中心的计算冲压力合力的作用点称为压力中心。在冲压时必须要保证压力中心、冲模中心、模柄轴线、压力机的滑块中心四心重合，否则会产生偏心载荷造成不正常磨损，从而影响工件的质量和磨具使用寿命，甚至发生不安全事故。由于本工件冲裁力最大，压力机也是根据落料力选择的，所以压力机在落料坯料中心即可。落料时，工件结构简单且对称，所压力机中心在工件中心。3.5 主要零部件尺寸设计3.5.1 冲裁模刃口尺寸的设计 1）凸模、凹模及凸凹模刃口尺寸的计算原则（1） 在对工件进行落料时，凹模工作刃口的基本尺寸应等于冲裁件的最小尺寸，设计以凹模为准；在冲孔时，冲孔件内径的最大尺寸等于凸模外径尺寸，设计以凸模为准。所以落料时，间隙应取在凸模上；冲孔时，间隙取在凹模上5。（2） 模具磨损规律。在冲裁过程中，凸、凹模与冲裁零件或废料之间会发生摩擦磨损，从而使得凸模的尺寸在使用过程中越来越小，相反，凹模的尺寸经过磨损会越来越大，间隙值也随之越来越大。故在设计落料模时，凹模工作部分的尺寸应尽量小，设计冲孔模时，凸模的工作部分尺寸应尽可能大点，从而使模具使用的时间更长，增加其使用寿命。（3） 在压力实际生产过程中，模具的磨损使间隙变大，故设计与制造新磨具时应采用最小合理间隙。一般凸、凹模刃口制造公差比冲裁件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，制造偏差可按IT6IT7级选取。对于形状复杂的刃口，制造偏差可按冲裁件相应部分公差的选取。若未标注尺寸，则按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则按IT11级精度制造。（4） 凸凹模是复合模的重要零件之一。对于落料拉深复合模，凸凹模分别与落料凹模和拉深凸模相配合进行工作，其刃口尺寸与制件大体相同，所以必须考虑其最小壁厚，使凸凹模壁厚得大于最小壁厚，否则，凸凹模壁厚过小，在冲压过程中易开裂。对于拉深冲孔复合模也同上所述。2）加工方法的确定由于该冲压件属于薄料冲裁件（与的差值很小），且工件形状相对比较复杂，故刃口尺寸采用配作加工法。计算落料尺寸时，应以落料凹模计算出的尺寸和公差为准，凸模工作尺寸按凹模实际尺寸进行配作，保证双边间隙Z满足，。当为冲孔时，以凸模为设计准则，只要计算出凸模的工作部分尺寸和公差，凹模尺寸按凸模实际计算尺寸同样进行配作，保证双边间隙Z满足，。凸凹模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸结合完成5。3）刃口尺寸的计算查冲压手册表2-4冲裁模刃口双面间隙可得： =0.11 mm =0.15mm差标准公差表3-12得：冲裁件所标注的尺寸均为IT12级，故其磨损系数均取。凹模的磨损示意图如图4图4 凹模磨损示意图（1）落料凹模刃口尺寸及制造公差计算如下：凹模磨损后尺寸分别为mm、mm的变大（A类尺寸）尺寸，计算公式如式（3-10）： （3-11）由式（3-11）得：本设计凸模工作部分尺寸按落料凹模生产的实际尺寸进行配作且要保证模具的双边间隙在0.110.15 mm范围内。图5 孔中心距磨损示意图（2） 孔中心距（图5）磨损后的尺寸mm不变（C类尺寸）计算公式如（3-12）： （3-12）由式（3-12）得：（3）冲孔凸模刃口尺寸及制造公差计算如下：冲孔凸模（图6）磨损后尺寸mm变小（B类尺寸）计算公式如（3-13）： （3-13）由式（3-13）得：图6 冲孔凸模磨损示意图本设计凹模工作部分尺寸按落料凸模生产的实际尺寸进行配作且要保证模具的双边间隙在0.110.15 mm范围内。3.5.2 拉深模尺寸设计凸、凹模间隙应合理选择，过大过小都会影响到制件的质量和精度22。间隙过小，会增大摩擦，工件容易被拉裂，模具磨损严重，降低其寿命，但是工件的质量好，精度高。间隙过大，工件易起皱，侧壁不直，但拉深力降低使得模具的寿命增加23。图7 拉深零件图因为该冲压件（图7）为首次拉深且5查冲压模具设计和加工计算压边圈采用条件可得该工件拉深需采用压边圈进行压边。对于有压边装置且精度相对较高的工件需采用负间隙拉深模。单边间隙为：5 （3-14）式中：为单边间隙，为坯料极限厚度，取系数为0.95直边部分比圆角部分间隙小0.1t左右，所以圆角部分的间隙为该工件给定的拉深尺寸为内形尺寸，故其拉深以凸模为基准件，间隙取在凹模上。查冲压工艺与模具设计表（8-4）可得：=0.08， =0.05，=0.46，=0.4由冲压工艺与模具设计式（8-2）：凸模宽度方向的基本尺寸： 5 （3-15） 5 （3-16） 大槽： 小槽： 凸模长度方向的基本尺寸： 大槽： 小槽： 凸模圆弧部分的基本尺寸：3.5.3 拉深凸、凹模圆角半径的设计在拉深过程中，凸模与凹模圆角半径部分坯料明显严重变薄，是最容易发生拉裂现象。在拉深模具中，材料的变形程度和流动性的一个重要影响因素就是凸、凹模底部圆角半径的大小24。因此，在拉深模具设计中，设计出合理的凸、凹模圆角半径是十分重要的。1）凸、凹模圆角半径对拉深的影响当凹模圆角半径过大时，压边圈没有起到压边的作用，使得毛坯过早的脱离，容易发生起皱现象；当凹模圆角半径过小时，材料流动性较差，拉深摩擦力较大，坯料易拉裂，模具损伤快，寿命减短24。当凸模圆角半径过大时，在拉深前期工件坯料与拉深模具接触少，容易起皱现象且减少传递拉深里的受力面积；当凸模圆角半径过小时，材料的变形大，厚度变薄，强度降低，使得其容易拉裂25。凸凹模圆角半径对于拉深工件的成形和外观质量起着非常大的作用，它们之间互相制约，互相影响。凸模与凹模圆角半径过大或过小，都会使拉深件起皱或开裂。2）凸、凹模圆角半径的确定由冲压手册可知，拉深凹模圆角半径可按照工件所用的材料和厚度来确定。对于钢的拉深件，一般取，故本设计的拉深凹模圆角半径为在末次拉深时，其凸模圆角半径与零件的底部圆角半径基本相等。由冲压工艺与模具设计式（8-7）可得：对于材料厚度6mm的工件: （3-17）3.6 模架的选用原则冲模模架有标准模架与非标准模架之分26。冲模标准模架由上模座、下模座、导向机构（导柱和导套)和模柄四个部分组成，其主要目的是连接模具的结构和工作零件，保证模具在工作时有一个确定的相对位置。四种导柱的特点及适用范围： 后侧导柱模架后侧导柱模架是标准模架中市场供货较齐全的一种，因此可直接购置，减少工件的制造周期。由于导柱同在在模具的后方，所以操作地方叫宽广、便于操作，但是导柱受力较差，可靠性低。适用于单工序冲裁( 单冲或复合冲裁)。 中间对称导柱模架凹模面积是导柱间的有效区域，仅适用横向送料，常用用于复合模或级进模。受力同中间导柱，平稳、稳定。用途范围广，而且精度高。 对角导柱模架受力同中间导柱，平稳、稳定。适用横向和纵向送料，用途范围广，而且精度高。常用用于复合模或级进模。 四导柱模架在四种模架当中受力最为平稳，可靠性最好，刚度好，导向精准，但其成本较高、重量较大。常用于级进模和精密模具。以上四种标准模架的适用范围都在以内26，对于本次设计的模具不适用，因此模架得自己设计。在自行设计模座时，模具为圆形时，圆形模板直径需比凹模直径大30mm70mm；当为矩形时，模板长度比凹模长度大40mm70mm（取50mm），宽基本相等；厚度为凹模的11.5倍27。下模座最小轮廓尺寸要比压力机工作台漏料孔的尺寸每边至少要达40mm50mm。上、下模座中的导柱导套孔采用组合加工保证其一致性，还要保证上下模座的平行度28。模座的材料选用铸铁HT250，这种材料的吸震性好。3.7 本章小结本章是本文工件尺寸设计的重点。首先，凸模、凹模、凸凹模的工作部分的刃口尺寸进行计算和确定。其次，对洗碗槽的进行合理排样和冲裁、拉深工艺力的计算，从而选择合适的压力设备。最后，对模架的选用原则进行了简单的介绍，为下一章节模具结构的设计提供数据参照。4 模具零部件结构的确定4.1 工作零件凹模、凸模、凸凹模的确定（1） 计算凹模周界的大小。由冲压手册凹模高度和壁厚的计算公式得：凹模高度： （4-1）：（取160mm）凹模壁厚： （4-2）所以，凹模的总长为（取1720mm），凹模的宽度为（取1130mm）如图4-1：图4-1 凹模周界大小（2） 冲孔凸模三维结构图如下图4-2： 图4-2 冲孔凸模三维结构图 图4-3 落料、拉深凸凹模三维图 （3） 落料、拉深凸凹模三维结构如图4-3；二维结构图如图4-4；图4-4 落料、拉深凸凹模二维简图(4) 拉深、冲孔凸凹模结构设计图如下4-5： 图4-5 拉深、冲孔凸凹模结构设计简图在复合模具中，凸凹模是其设计的主要零部件之一，它的内外边沿均为冲压刃口，两刃口之间的壁厚大小主要取决于冲裁件的结构尺寸15。模具设计中，当复合模为正装时，则其內孔不易积攒废料，材料的胀形力较小，凸凹模的最小壁厚可以适当小点；当凸凹模装于下模为倒装复合模时，直壁形孔口内比较容易积攒冲压废料，材料胀力较大，故其最小壁厚比正装复合模要大点。本文设计的复合模采用的是正装，所以最小壁厚可适当小些。由冲压手册表（8-9）凸凹模的最小壁厚查的：料厚度为1mm时，凸凹模的最小壁厚为2.7mm，最小直径D为18mm。本文设计的工件凸凹模壁厚均大于最小壁厚，故强度满足冲压要求。4.2 定位零件由于本文设计的工件坯料较大，采用整块冲裁，所以不需要导料装置。在冲压时，只需将坯料放在凹模上方，对其在模具上方对其相对位置进行定位即可。本次设计的坯料定位装置与卸料板坯设计为一体，即在卸料板下方挖去比毛坯尺寸略大的槽来对位置进行定位。4.3 卸料、推件机构（1）卸料件卸料装置主要是把卡在模具主要工作零件外围的工件或废料卸下，为下次冲压做准备。常见的卸料装置有刚性卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀等形式5。刚性卸料适用于坯料较厚（），卸料力较大，对平面度要求不高。弹性卸料一般用于卸料力较小，平面对要求较高的零件冲裁，常用薄料冲裁。废料切刀多用于较大型的零件落料或者成形工件的切边工序。因此，本文设计采用刚性卸料装置。刚性卸料装置主要指固定卸料板，它结构简单、卸料力大。卸料板有时还作凹模的导板，其上的孔与凸模相对应的部位应配合加工。当卸料装置只起卸料作用时，卸料板上的孔与凸凹模尺寸之间的双面间隙取0.2mm0.5mm。结构下图4-6。 图4-6 卸料板（2）推件装置主要是把堵塞在模具主要工作零件内孔中的工件或废料顶出，为下次冲压做准备。当装置工作时向下运动，称为推件；当装置工作时向上运动，则称之为顶件。推件机构亦可分为弹性和刚性。刚性推件通常放置在上模，分别由推杆、推板、推销和推件块四部构成5。四种零件根据模具需求可适当减少推板和推销。推杆长度应比压力机模柄孔高510mm；弹性装置是由弹性元件提供弹力，同时具有压料和卸料功能，适用于大型薄板冲压。其工作原理是，上模回程时，在压力机推件装置的撞击下，推杆推动推板，推板再通过推动推销进而推动推件块下行，把凸凹模中的工件卸下，完成卸料过程。本文设计采用弹性推件方式，弹性原件为橡胶，为保持卸料平衡在橡胶下方设置推板，工件在弹性卸料装置的弹力下往下行，当弹力撤去之后，靠工件自重将工件取出。4.4 导向零件对于生产批量较大，工件的质量精度要求比较高的工件模具设计时，一般采用导向机构。模具导向不仅能够调节上下模的位置偏差，而且能够有效地增加模具的使用寿命。常用的导向装置有导板、导柱与导套15。导板一般用于压力机行程比较短（小于20mm），料厚大于0.3mm的简单工件冲压。日常生产中，导柱、导套用得最多，尤其是滑动式。滑动式导柱、导套的配合间隙应小于凸、凹模间隙，当材料厚度大于1mm时，取；导柱与下模板采用过盈配合。导套与上模部分的配合的孔径应比导套其他部分孔径大1mm13。常采用20钢经渗碳淬火处理，才能保证导向机构的工作要求29，如图13。由于本文模具较大标准件查不到，故导柱导套自己设计。根据模具闭合时的高度可确定导柱尺寸为，导套为。 图4-7 导柱导套尺寸关系图 图4-8 模柄三维图4.5 固定零件使模具各个部位有序连接在一起得到固定的零件。主要包括模柄、上、下模座、固定板、垫板以及螺钉和销钉等。模柄通常有以下几种形式：压入式、旋入式、凸缘、槽形、通用、浮动、推入式等。压入式和旋入式一般用于中、小型模具中；槽形模柄与通用模柄一般用于简单模；浮动模柄和推入式模柄一般用于精密磨具；凸缘模柄用于较大型模具。综上所述，本文设计的模具较为大型且模具较为复杂，故采用凸缘模柄。由于一般模具的模柄通常都选用Q235材料，且本文模柄无其他特殊要求，故模柄材料选用Q23529，如图4-8所示。模具采用滑动四导柱模架，根据以上凹模周界，可初步确定上、下模座尺寸（如图）规格为：上模座：下模座： 图4-9 上模座板结构三维图 图4-10 下模座板结构三维图固定板目的是让工作零件安装在模具的正确位置，可分为圆形固定板和矩形固定板。当固定凸模时，不仅要能保证其位置而且要能保证凸模具有良好的垂直度。本文模具设计有两个固定板，分别为冲孔凸模固定板和落料拉深凸凹模固定板，凸模安装孔与凸模采用过渡配合，材料选用Q235钢。冲孔凸模垫板是承受和分散凸模传来的压力，防止冲压力过大造成模板出现凹坑。由于本文中采用的是刚性卸料且上模座板挖去一部分强度有所降低，所以需采用垫板，凸模垫板。又因为要保证推件装置的行程，所以又加了一个垫板。内六角螺钉和圆柱销钉在模具中应用比较多。螺钉应分布均匀使受力均匀，销钉一般采用两个承担其错移力。采用铸铁时，螺钉拧入的最小深度为其直径的1.5倍；销钉最小配合长度为其直径的两倍30。紧固螺钉： GB/T70.1-2008图4-11 内六角圆柱头螺钉定位销（圆柱销）：和 GB/T1191.1-2000螺钉： 图4-12 圆柱销4.6 压力机的校核模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度且小于压力机的