毕业设计（论文）-连接支架级进冲模模具设计.doc

设计任务及工艺分析摘 要本文通过对制件的工艺性、模具的可行性以及保证生产效率的分析，将冲压工序设计了六个工位级进冲模形式：侧刃定距、冲孔、压凸、弯曲、切断和一个空工位。级进冲裁得到的工件尺寸公差等级较高，避免了多副模具、多次冲压的定位累积误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平整；同时能在一副模具中完成全部工序，提高了生产效率。解决了在冲件同时包含多种工艺特征时，单工序冲模精度差、效率低，复合模一次成型困难的问题。结合定距、冲孔、折弯、压凸的特点，具体解决了弯曲零件尺寸分析、排样方法和方案的选择、凸模和凹模刃口尺寸计算及结构设计、定位方案设计、卸料方式的设计、压力机的选择与校核、标准零件的选用、等一系列的设计工作。这些设计可为类似的零件模具设计提供现实的指导意义。关键词： 连接支架 级进模 多工位 排样 弯曲 压凸全套图纸加扣3012250582 III目 录目 录摘 要I目 录III第一章 绪 论1第二章 设计任务及工艺分析32.1 设计任务32.2 冲裁件工艺分析32.2.1 材料工艺性32.2.2 结构工艺性42.3工艺方案及模具结构类型的确定5第三章 毛坯尺寸计算和排样设计73.1 弯曲部分毛坯尺寸计算73.1.1弯曲中性层位置的确定73.1.2弯曲件毛坯尺寸计算73.2 搭边值、条料宽度和导料板间距离的确定83.2.1基准选择83.2.2 搭边值和步距83.2.3 条料宽度与导料板间距离的计算93.2.4 材料利用率93.3 排样方案设计103.3.1总工位数的确定和空工位的合理设置103.3.2载体及冲件冲切过程中连接形式的选择113.3.3排样方案12第四章 冲模主要工艺参数134.1 冲模冲裁部分工艺参数134.1.1 冲裁间隙值的确定134.1.2 整体式凹模轮廓尺寸的确定134.2 冲模弯曲部分工艺参数134.2.1 弯曲模结构设计应注意的问题134.2.2弯曲模工作部分尺寸设计134.3 冲压力的计算144.3.1 冲裁工艺冲压力144.3.2 弯曲工艺冲压力154.3.3 压凸部分冲压力164.3.4 冲压力F总164.4 冲模压力中心的确定174.4.1 多种冲压工艺级进冲模压力中心的分析174.4.2 压力中心的计算18第五章 模具主要工作部分结构设计195.1 冲裁部分结构设计195.1.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则及部分参数确定195.1.2 冲裁部分凸、凹模结构设计195.2 弯曲部分结构设计225.3 压凸部分结构设计23第六章 冲模的总体设计256.1 冲模基本尺寸的确定256.1.1 冲模中模板外形尺寸的确定256.1.2 模架的选择及校核266.2 压力机的选择266.3其他零件参数确定276.3.1冲模零件材料276.3.2 凸凹模结构确定276.3.3 导向零件296.3.4 压料、卸料零件296.3.5 定位装置306.3.6 连接与固定零件31第七章 总结与展望33致 谢35参考文献37第一章 绪 论37第一章 绪 论2011年11月，通过学校组织的招聘活动，我应聘进入徐工机械建设机械分公司的进行顶岗实习工作。在实习期间，不仅有机会实践在学校学习的知识，还学到了许多关于机械设计和加工的新兴前沿知识。并且在实习过程中，凭借在学校学习的关于模具设计的专业知识，完成了车间“关于在金融危机环境下，大力简化生产，提高生产力”的生产改进项目。由于金融危机和市场竞争的影响，越来越要求制造业的参与者简化自身生产，降低能源消耗，降低工人的体力劳动，提高机器的利用率。从而提高生产力，增加生产效益。所以，在日常生产中应尽量减少工人的不增值劳动，做到工艺集中，提高生产率。但是在我所实习的公司，很有产品仍然普遍都采用单工序模或复合模来进行生产。一些具有多种冲压工艺的冲压件，必须用多副冲模相继完成，同时需要多名工人操作，生产效率比较低，且工件精度在多次装夹后无法保证。2012年年初，公司为了应对金融危机的影响，简化生产，提高效益，车间决定改进现有模具的生产状况，把工序集中起来，设计并制造能连续加工的级进冲模。但由于公司本身是机械制造企业，相关模具设计的人才不具备，只能从近期招聘的大学生中挑选具有模具专业学生。由于本人在实习的过程中，做到了认真学习，积极实践，勇于提问。并在实习过程中，由于表现突出，公司安排参与验收新购机床工作，并对使用机床的员工进行的培训，圆满的完成了机床验收及培训工作。所以，公司领导希望我能将车间中使用最多的连接支架产品进行生产工艺改进，把现有通过多副冲模加工完成，设计成一副级进冲模来完成。在拿到工件图之后，发现所需冲裁件具有多种冲裁形式，包含：冲孔、落料、弯曲、压凸等冲裁工艺。形状较为复杂，其需要较多工位来完成，模具结构比较复杂。模具设计的难度比较大。虽然在学校进行冲裁模具课程设计时，也接触和设计过级进冲模，但难度远没有达到类似的条件。我的心里压力比较大，对于能否完成该任务心里没有底，但是考虑到一旦生产工艺改进后，可以帮助公司生产节约大量的人力、物力，使生产简化、科学。并能给自己争取一个检验所学专业知识的机会，同时提高自己关于模具特别是多工位级进冲模设计能力。所以，我接受了这个设计任务。在任务开始后，我得到了来自车间领导，指导教师和同学的很多帮助。2月份，整整用了一个月时间，认真学习了级进模相关知识，3月份开始进行设计，边设计边学习，设计期间也遇到很多问题，第一关就是排样设计，确定需要多少多少工位来完成，通过查阅相关资料，最终解决了第一个难题，第二关，就是凸凹模尺寸设计，级进模凸凹模尺寸设计与复合模设计相差较大，但是最终在看书和在指导老师的指导下，顺利的解决了，还有卸料问题，由于该模具有弯曲部分，所以如何解决卸料问题也是关健，最终通过查阅相关资料，也解决了相关问题，这副模具终于在5月中旬完成，交给生产部门生产，在生产过程中，作为设计者，也积极参与其中，学到了很多制造方面的知识，目前，这副模具正在装配中，预计，7月初会进行试模。这次毕业设计，在感受到压力的同时，也学到了许多知识，首先是级进模具方面知识，另外还有模具加工、装配方面知识，感谢我实习的公司能给我这次设计机会，总之，这次毕业设计让我受益匪浅。第二章 设计任务及工艺分析第二章 设计任务及工艺分析2.1 设计任务零件名称：连接支架 材料：Q235B板厚：1.0mm 厚度偏差：0.09mm工件精度：IT12 生产批量：大批量生产工件简图：如图2-1所示图2-1 冲件零件图本次设计的产品是一种连接支架。这种连接支架比较便宜，是一种经济的产品，但非常实用。本产品用薄钢板作为材料，用落料、冲孔、弯曲、压凸、切断等制造工艺生产。这种连接件适合现代产品轻巧的要求，使零部件运作效果更好。2.2 冲裁件工艺分析2.2.1 材料工艺性该冲裁件的材料为Q235B，查冷冲压模具设计指导表8-1，其力学性能如下：抗剪强度()：350Mpa抗拉强度(b)：420Mpa屈服强度(s)：235Mpa伸长率()：28%该冲裁件的材料为Q235B钢，属于软钢，从尺寸标注来看，材料厚度t=1.0mm。 零件标注公差为IT11，未注公差为为IT12，所以精度较低。对应的行业标准（JB）为B精度等级。零件外形最大尺寸为45mm31.6mm，属于小型零件；且该零件外观特征基本对称；从材料的力学性能看出材料的屈服极限和屈服比较小，变形抗力小，变形后回弹小。故冲裁工艺性好，边上孔的直径不大，为小孔，直径为47mm。经校验其承载能力和抗纵向弯曲能力都已能保证凸模的安全在其冲裁过程中不需要特殊考虑。各工序凸、凹模动作行程的确定应保证各工序动作稳妥、连贯，重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。2.2.2 结构工艺性 最小圆角半径此零件本身尺寸要求和设计优化尺寸时，会带有一些轮廓的连接圆弧角。在实际设计中，为顺利完成冲裁，需要对最小圆弧角半径进行限制。根据冲裁件的材质、尺寸和具体冲裁方法，最小圆角半径r允许值查冷冲压模具设计指导表2-1，可知，在落料，连接角度90时，r0.25t=0.25mm；90时，r0.5t=0.5mm。在冲孔，连接角度90时，r0.3t=0.3mm；90时，r0.6t=0.6mm。所以，该冲裁件要求圆角可以冲裁成形。 冲裁件孔的最小尺寸由于冲裁件上孔的尺寸受到凸模强度的限制，不能太小。根据冲裁件的材质、尺寸和具体冲裁方法，冲孔的最小尺寸查冷冲压模具设计指导表2-2，可知，圆孔半径 r0.35t=0.35mm；矩形孔边长 L0.3t=0.3mm。所以，该冲裁件要求孔径可以冲裁成形。 冲裁件的精度和断面粗糙度此冲裁件标注公差为IT11，未注公差为为IT12，冲裁加工可以达到要求。冲裁件为连接件，对断面粗糙度无特殊要求。所以，该冲裁件要求精度可以满足。 最小弯曲半径材料在弯曲时，相对弯曲半径r/t越小，弯曲时切向变形越大。当r/t小于一定值时，则板料的外面将超过材料的最大许可变形而产生裂纹。在板料不产生破坏的条件下，所能弯成零件内表面的最小圆角半径称为最小弯曲半径rmin，并用它来表示弯曲时的成形极限。影响最小弯曲半径的因素：材料的力学性能；材料表面和侧面的质量；弯曲线的方向；弯曲中心角。由于上述各种因素的影响十分复杂，所以最小弯曲半径rmin的值一般用试验方法确定。各种金属材料在不同状态下的最小弯曲半径rmin的值不同，查冲压模具设计与制造表3.2.2，可知，材料Q235B的最小弯曲半径rmin=0.5t。由于零件板厚t=1mm，零件中弯曲部分最小半径r=0.8mm0.5mm=0.5t。所以，零件可以弯曲成形。 回弹值的确定由于影响回弹值的因素很多（与材料的力学性能、板材的厚度、弯曲半径的大小、以及弯曲时校正力的大小等因素有关），因此，要在理论上计算回弹值是有困难的，通常在模具设计时，按试验总结的数据来选用，经试冲后再对模具工作部分加以修正。如弯曲件的相对弯曲半径r/t58时，在弯曲变形后，弯曲半径变化不大，只考虑角度的回弹。利用查表法，由于弯曲件材料Q235B，查冷冲压模具设计指导表3-1， r/t=0.81,t=1mm。所以，零件90单角自由弯曲时的回弹角=2。2.3工艺方案及模具结构类型的确定确定工艺方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压件工序数、工序的组合和顺序等，工艺方案中的一个主要内容就是用什么类型的模具，用单工序冲模还是用连续冲模或复合冲模。单工序模、级进模、复合模的比较，见表2.1。表2.1 各种冲裁模的对比关系比较项目单工序模级进模复合模冲压精度一般可达IT13至IT10级可达IT10至IT8级零件特点中小型尺寸厚度较厚小型件厚度较厚、可加工复杂零件、形状及尺寸受模具结构与形状的限制、尺寸可以较大、厚度可达3mm零件平面度一般中小型件不平直、高质量工件需较平冲裁件平直、且有较好的剪切断面生产效率较低工序间自动送料、生产效率高冲件被顶到模具工作面上必须用手工或机械排除、生产效率稍低制造工作量及成本低冲裁较简单的工件时、比复合模低冲裁复杂工件时、比级进模低在确定冲压工艺规程时，可以根据确定的冲压工艺方案和冲压件的生产批量、形状特点、尺寸精度以及模具的制造能力、现有冲压设备、操作安全方便的要求等，来选择模具的结构形式。如果工件的生产批量小，可以考虑采用单工的序简单模具，按冲压工序逐步地完成，以降低生产成本。若工件的生产批量很大，应当尽量考虑将几道工序合并在一起，采用一次可以完成多道工序的复合冲模或级进冲模结构。由于冲件同时有落料、冲孔、弯曲、压凸等结构特征，用一般普通冲压工艺加工多副模具，且因冲件在加工中重复定位，质量不稳定，效率低，生产成本高，而难以适应大批量、多品种冲压零件的生产。复合冲模虽然也可在一副模具中完成两个或两个以上的工序。但如果工序过多，或所含工序较复杂。就会造成模具的复杂程度急剧增加，进而提高模具制造难度和成本。甚至决定了复合冲模无法完成冲裁。级进冲模则是在一副模具上完成一个工件的全部冲压加工。冲件无论其形状的复杂程度，只要科学、合理的进行工艺分析与工艺组合，均可用一副模具冲压出来。综上所述，该冲件应设计为级进冲模结构。第三章 毛坯尺寸计算和排样设计第三章 毛坯尺寸计算和排样设计3.1 弯曲部分毛坯尺寸计算在该级进冲模设计中，由于模具中同时包含落料、冲孔、弯曲、压凸等工艺过程。在进行排样设计之前，应先对冲件的弯曲部分进行平面化处理。3.1.1弯曲中性层位置的确定弯曲件毛坯尺寸计算是按弯曲中性层长度不变的原则进行的。根据中性层的定义，弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度。中性层位置以曲率半径表示，通常用下面经验公式确定，查冲压模具设计与制造公式3.4.1，可知，=r+xt式中：r零件的内弯曲半径；t材料厚度；x 中性层位移系数。中性层位移系数，查冲压模具设计与制造表3.4.1，由于r/t=0.8，查得x=0.3。将r=0.8mm代入公式，可知，= r+xt=0.8+0.31=1.1所以，冲件坯料中性层位移系数x=0.3，曲率半径=1.1。3.1.2弯曲件毛坯尺寸计算弯曲件弯曲形状比较简单，弯曲部分尺寸精度要求不高，由于零件的内弯曲半径r=0.8mm，板厚t=1mm，而r0.5t的弯曲件变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，即，Lz=l1+l2+= l1+l2+(r+xt)式中：Lz坯料展开总长度；弯曲中心角，( )。有已知的冲件尺寸进行计算，Lz1=14.2+14.2+28.8+(0.8+0.31)2=60.656mmLz2=2.2+2.2+28.8+(0.8+0.31)2=36.656mm所以，冲件的毛坯图及尺寸如图3-1所示。图3-1 毛坯图3.2 搭边值、条料宽度和导料板间距离的确定3.2.1基准选择在排样设计方案选择时，首先应遵循级进冲模的尺寸标注基准与冲压零件基准重合的原则，以防止因基准变化而影响尺寸精度和造成加工中可能产生的累积误差。该模具中，选择零件基准作为冲模各工位的定位基准，如图3-2所示。图3-2 基准关系示意图3.2.2 搭边值和步距排样时，冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间余下的工艺废料叫搭边。搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大影响，因此一定要合理确定搭边值。搭边值过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件的毛刺，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。所以，应结合材料的力学性能、厚度、冲裁件的形状尺寸及送料挡料方式等因素合理选择搭边值。且设计级进模设计中，为保证料带有足够的强度，应将工件间距离合理安排。搭边值是有经验确定的，查冲压模具设计与制造表2.5.2。所以，零件排样时工件间a1=5mm，侧面a=1.8mm，步距S=50mm。3.2.3 条料宽度与导料板间距离的计算导料板是对条料或带料的侧向进行导向，以免送偏的的定位零件。在排样方案和搭边值确定之后，就可以确定条料的宽度，进而确定导料板间的距离。由于在确定侧面搭边值时已经考虑了减料公差所引起的减小值，所以条料宽度的计算一般采用简化公式。由于此模具设计考虑采用带有侧刃定距的级进冲模，材料的送进步距用侧刃定位时，材料宽度必须考虑侧刃切去的部分，故查冲压模具设计与制造公式2.5.7/8/9，条料宽度： B=(Lmax+nb1) 导料板间距离： B=B+CB1= Lmax +y式中：Lmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；条料宽度的单向偏差；n侧刃数；b1侧刃冲切的料边宽度；C冲切前条料宽度与导料板间间隙，查冲压模具设计与制造表2.5.5；y冲切后条料宽度与导料板间间隙，查冲压模具设计与制造表2.5.6。查表得：C=0.5mm，y=0.1mm，计算得B=64.256mmB=64.756mmB1=60.756mm所以，冲模条料宽度与导料板间距离如图3-3所示。图3-3 有侧刃的冲裁3.2.4 材料利用率材料利用率是衡量合理利用材料的经济性指标。一个步距内的材料利用率查冲压模具设计与制造公式2.5.1，=100式中：A条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；B条料宽度的单向偏差；s侧刃数；所以，=613.3 排样方案设计作为级进冲模设计中的关键要素，排样图的设计最为重要。排样图设计的正确性、合理性确定了级进冲模加工的正确性、合理性。在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好的确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。在一般冷冲模设计中，各种冲压工序的排列顺序已经形成一定规律。由于级进模是个工序组合后的连续送料冲裁加工，因而与普通冲压加工的顺序要求不同，在设计排样图时，应考虑各类级进冲模的特点和内在关系，保证能顺利的冲制出符合质量要求的冲压件。根据级进冲模设计与模具结构实例第一章，第二节中，关于“各种冲压工序在排样设计中的排样原则”叙述：带有冲裁、弯曲类型的级进冲模，在排样设计时，应先冲制导正钉孔和冲切出型孔及需要弯曲、成型部位的局部外形，再进行弯曲成型。后面工位再分步逐个切割出余下的局部外形和型孔，冲切靠近弯曲边缘的孔或侧壁孔。最后工位为载体与冲裁连接部分的局部外形冲切分离。3.3.1总工位数的确定和空工位的合理设置 设计排样图时，在全面考虑了各个冲压工序在排样中的顺序后，应确定被冲制零件在全部冲压过程中共需多少个加工工位，要设置几个空工位，以及每个工位具体的冲加工内容，各工位与坐标基准间的定距尺寸和主要冲压加工部位的尺寸精度。由于冲件形状和工序要求不同，工位数的多少和各工位的作业内容应按具体冲压生产的技术要求灵活决定，但在具体设计排样图时还应遵循一些基本原则。 工位数的确定 应保证冲件的尺寸和形状精度。 对复杂型孔和外形的切割冲制，在不影响精度要求和模具外形尺寸的情况下，应尽量简化各工位型孔或局部外形的冲制切割形状。 对于使用在普通低速冲压设备上的级进冲模，为使模具简单、实用、操作方便，应尽可能简化工序内容。 对于许多次拉伸的级进冲模，因需连续冲压，其拉伸工序的安排和拉深系数的选取应以安全、稳定、可靠为原则。 对于有复杂弯曲成型工序的级进冲模，为保证冲件的弯曲角度和尺寸精度，并便于模具制造，应分工位逐个弯曲成型，切不可强行一次弯曲成型。所以，冲模设计5个有效工位，分别为：侧刃定位、冲孔、冲外形、弯形及压凸、切断。 空工位的合理设置在设计排样图时，设置空工位的目的，一是防止冲压模具工作零件间干涉现象的产生；二是保证模具有足够的强度和刚度。因冲裁、弯曲、整形等工艺编排顺序结合带料连接强度的需要，或因冲裁工艺要求需在模具设计中设置倒冲、侧向冲压等特殊结构装置时，必须设置相应的空工位。在级进模中大多有空工位设置的情况。在排样设计时应慎重选用有效工位和空工位的组合配置，绝不能无原则的增设空工位而增大工作间距，产生累计误差的可能。这样也会增大模具的工作周界，为此，空工位的设置原则有： 在侧刃为精定距的级进冲模中，条料的送进误差是随工位数的增多而逐渐增大的，所以此类级进冲模在排样设计时尽可能不设或少设空工位。 在以导正钉为精定距的级进冲模中，带料送进后，由导正钉在不同工位上同时对带料进行导正，这样可以抵消工位间的送进误差，因而带料送进的累积误差小，此类级进冲模在排样设计时可适当的多设空工位。 当模具的工位间距较大时（15mm以上），不宜多设空工位。 针对各冲压零件的形状、尺寸精度和形位公差等不同的技术要求，应具体分析，灵活掌握，以判断是否可少设置或不设置空工位。由于模具设计中第3工位（冲外形）与第4工位（弯形）之间存在位置干涉。所以，模具结构在第3工位后设置一个空工位，总工位6个。3.3.2载体及冲件冲切过程中连接形式的选择级进冲模中带料运载连接冲压零件向前送进的那部分材料称为载体。由于冲件两侧有弯曲成型工艺要求，在模具设计中，宜采用中间载体结构连接。这样不仅可以节约材料，提高材料利用率。还有利于抵消两侧同时成型时产生的侧向压力。根据分析，在选择中间载体结构时，冲模宜采用切除废料级进冲模结构形式进行设计。切除废料级进冲模：是将冲件的全部外形分解成若干个简单型孔，与冲件中的其它型孔一起，分设在不同工位，经逐个工位的连续冲切、冲压（即将冲压工序中的结构废料与工艺废料全部切入凹模），最后获得留在凹模平面上的成品或工序件。所以，冲模设计选择具有中间载体的切除废料级进冲模结构形式。3.3.3排样方案根据以上对冲模排样方式的分析，确定模具排样方案为：包含6个工位（一个空工位）的具有中间载体的切除废料级进冲模结构形式，排样图如图3-4所示。图3-4 排样图如图，冲件由两次冲孔、两次冲外形、一次弯形和压凸、最后切开等六个工位冲压成形。工位1：成型侧刃冲外形并定距，冲孔并作导正孔；工位2：冲2处型孔，2处导正孔；工位3：冲外形，留载体；工位4：空工位；工位5：压弯，压凸；工位6：切断。第四章 冲模主要工艺参数第四章 冲模主要工艺参数4.1 冲模冲裁部分工艺参数4.1.1 冲裁间隙值的确定凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。电子、电器、仪表等行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高，可选用较小间隙值。本次设计中，制件便属于此类零件。冲件材料为Q235B，板厚t=1mm的板材，查冷冲压模具设计指导表2-8。所以，冲模初始双边间隙Zmax=0.140mm，Zmin=0.100mm。4.1.2 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。在生产中，通常根据冲裁的板料厚度和冲裁的轮廓尺寸，或凹模孔口刃壁间距离，按经验公式来确定，查冲压模具设计与制造公式2.9.3/4，可知，凹模厚度 H=kb(15mm)凹模壁厚 C=(1.52)H(3040mm)式中：b凹模刃口的最大尺寸(mm)；k系数，考虑板料厚度的影响。其中，查冲压模具设计与制造表2.9.5得，凹模厚度系数k=0.300.40。所以，Hkb=0.440=16mmC(1.52)H=1.516=24mm4.2 冲模弯曲部分工艺参数4.2.1 弯曲模结构设计应注意的问题 模具结构应能保证坯料在弯曲时不发生偏移。为了防止坯料偏移，应尽量利用零件上的孔，用定料销钉定位。 模具结构不能妨碍坯料在合模过程中应有的转动和移动。 模具结构应能保证弯曲时产生的水平方向的错移力得到平衡。4.2.2弯曲模工作部分尺寸设计 凸模圆角半径rT当工件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模圆角半径rT取等于工件的弯曲半径，但不应小于最小弯曲半径rmin=0.5mm。所以，rminrT = r =0.8mm。 凹模圆角半径rA凹模圆角半径rA不能过小，以免擦伤工件表面，影响模具寿命。凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。rA值通常根据材料厚度选取：t2mm时，rA=(36)t。所以，rA=3mm。 凹模深度l0凹模深度l0过小，则坯料两端为受压部分较多，工件回弹大且不平直，影响工件质量。若过大，则浪费模具钢材。且需冲床有较大的行程。本冲模设计的弯曲部分属于U形件弯曲模结构。凹模深度l0值查冲压模具设计与制造表2.9.5，所以，l0=10mm。 凸、凹模间隙U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按经验公式计算，查冲压模具设计与制造公式3.9.1，Z/2= t+Ct+式中：Z/2弯曲模凸、凹模单边间隙；t工件材料厚度；C间隙系数，查冲压模具设计与制造公式3.9.4，C=0.05；材料厚度的正偏差；=0.045mm。所以，Z/2=1+0.051+0.045=1.095mm4.3 冲压力的计算冲压模设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲压力，压力机的吨位必须大于所计算的冲压力，以适应冲压的需求。4.3.1 冲裁工艺冲压力 冲裁力F该级进冲模选择平刃口结构，模具冲裁时，其冲裁力F查冲压模具设计与制造公式2.6.1可知，F=KLtb式中：F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；b材料的抗剪强度；K系数，一般取1.3。其中，冲件冲裁周边长度L=552+4+16+5+(4.7+5.3+1+8.7+27.3) 2+31=110+4+50.24+15.7+94+31=304.94mm则F=1.3304.941350=138747.7N所以，F138.7KN 推件力、卸料力和顶件力推件力、卸料力和顶件力是有压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。由于本模具采用级进冲模结构设计，冲裁均属于冲孔范畴，所以推件力在本模具中不予考虑。查冲压模具设计与制造公式2.6.3/4/5可知，卸料力 FX=KXF顶件力 FD=KDF式中：F冲裁力；KD、Kx顶件力、卸料力系数。查冲压模具设计与制造表2.6.1可知，KD=0.06，Kx=0.04。所以，FX=138.70.045.55KNFD=138.70.068.32 KN 冲裁工艺冲压力Fc压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总合。FC的计算应根据不同的模具结构分别对待。查冲压模具设计与制造公式2.6.7，采用弹性卸料装置的冲裁模时FC= F+FX+FD所以，FC=138.7+5.55+8.32152.6KN4.3.2 弯曲工艺冲压力弯曲力是选择压力机和设计模具的重要依据之一。由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，很难用理论分析的方法进行准确计算，所以在生产中常采用经验公式计算。 自由弯曲时的弯曲力F自由于弯曲件受力属于U形件弯曲力，查冲压模具设计与制造公式3.5.2可知，F自=式中：F自自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力；B弯曲件的宽度；t弯曲材料的厚度；r零件的内弯曲半径；b材料的抗拉强度；K安全系数，一般取K=1.3。该冲件弯曲部分对称，B=32mm；零件的内弯曲半径r=0.8mm；板厚t=1mm；材料的抗拉强度b =420Mpa。所以，F自=6795N 推件力或顶件力此模具弯曲部分设有顶件装置，其顶件力FD可近似取自由弯曲的30%80%，查冲压模具设计与制造公式3.5.4可知，FD=(0.30.8) F自所以，FD=0.367952718N 弯曲工艺冲压力F弯对于有压料的弯曲，查冲压模具设计与制造公式3.5.5可知，F弯(1.21.3)( F自+FD) 所以，F弯11400N4.3.3 压凸部分冲压力由于压凸成型过程与压制加强筋类似，所以压凸的压力按照加强筋的计算方法计算。查冲压模具设计与制造公式5.2.2可知，F压凸=KLtb式中：K系数，一般取K=0.71，且筋宽而浅时取小值；L加强筋截面长度；t材料厚度；b材料的抗拉强度。所以，F压凸=0.7181420=5292N4.3.4 冲压力F总模具总冲压力是模具工作中所有工艺压力的合力。即，F总=Fc+F弯+F压凸所以，F总170KN4.4 冲模压力中心的确定模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应是模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。由于级进冲模的压力中心大多不在模具的工作中心上（存在一定的差异，这是由其加工特征所决定的），在实际生产中级进冲模的压力中心应保证在（或调整到）其模柄的投影面内，以保证冲压的正常进行和模具的使用寿命，如图4-1所示。图4-1 级进冲模压力中心与压力机中心关系示意图4.4.1 多种冲压工艺级进冲模压力中心的分析由于本设计中冲模包含多种冲压工艺类型，显然在判断压力中心时就不能单一的考虑冲孔轮廓的位置。查冲压模具设计与制造公式2.6.1、3.5.2、5.2.2，级进冲模设计中冲裁力、弯曲力、压凸力的计算公式分别为，F=KLtbF自=F压凸=0.7Ltb零件材料t=1mm、b=350Mpa、b=420Mpa、r=0.8mm，设计过程中三种冲压力不应简单的通过各自轮廓长度及坐标计算。通过对公式的观察比较，可以发现，在冲裁长度L、弯曲宽度B、压凸长度L相同时，有，0.47F= F自，0.63F=F压凸结合冲模的排样图，压凸部分和弯曲部分在模具中的位置关系，如图4-2所示。图4-2 弯曲和压凸工位示意图由于弯曲、压凸部分各自关于送料轴线对称，并且此处的弯曲力和压凸力的合力，可以近似等效为一个作用在O点的冲裁力，作用长度L=50mm。4.4.2 压力中心的计算确定多凸模模具的压力中心，是将各个凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心。先画出凹模刃口图所示，在图中将XOY坐标系建立在图示的对称中心线，图形分解成L1L7组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心。由排样图可知，模具所受冲压力基本沿X轴对称，则模具压力中心应在X轴中心线上，如图4-3所示。图4-3 压力中心示意图X0=-89mmY0=0mm由计算可知，压力中心在图示坐标系中的坐标为（-89，0），如图4-3中P。O1为模具中心，P与O1没有重合。但P在模柄投影面内，则可以视为排样是合理的。第五章 模具主要主要工作部分结构设计第五章 模具主要工作部分结构设计5.1 冲裁部分结构设计5.1.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则及部分参数确定由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都带有锥度。且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。冲裁过程中，凸、凹模与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔，并遵循如下原则： 设计落料模先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上。 根据冲模的磨损规律，在设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。冲模磨损预留量与工件制造精度有关，用x表示，其中为工件的公差值，x为磨损系数，数值根据工件精度选取。 设计中，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。 一般冲模制造精度较工件精度高24级。 工件尺寸公差与冲模刃口尺寸公差应遵循“入体”原则。综上所述，工件标注精度为IT11级，未标注精度为IT12级。设计中统一按IT11级考虑。则，x=0.75。模具制造精度取IT7IT8级。5.1.2 冲裁部分凸、凹模结构设计由于模具结构属于切出废料级进模，所以模具中冲裁均属于冲孔范畴。即设计时以凸模为基准。并按凸模与凹模分别加工法设计。查冲压模具设计与制造公式2.4.3/4/5，计算方法为： 冲孔dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) 孔心距Ld=L式中：dT、dA冲孔凸、凹模尺寸；dmin冲孔件孔的最小极限尺寸；L、Ld工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸；工件制造公差；Zmin最小合理间隙；x磨损系数；T、A凸、凹模的制造公差，T按IT7级，A按IT8级选取。 定距侧刃及冲孔结构设计如图5-1是定距侧刃及冲孔结构的排样图，计算模具刃口尺寸见表5.1。图5-1 定距侧刃和冲孔工位示意图成型侧刃凸模及凹模可根据冲孔模的设计原则，孔按侧刃凸模配制，去单面间隙。侧刃长度一般为：S侧=步距公称尺寸+0.050.1mm侧刃宽度B为610mm，侧刃制造公差取负值，一般为0.02mm。所以，侧刃长度 S侧=50.05侧刃凹模长度 S1=50.10表5.1 定距侧刃及冲孔结构尺寸计算结构名称零件尺寸计算公式凸模尺寸标注凹模尺寸标注成型侧刃R3.5dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) R3.556R3.60622.0452.09588.0688.168冲孔55.0565.15644.0564.156 冲外形结构设计如图5-2所示，该工位目的是切除工件头部两侧废料。其中，冲外形凸模头部设置导正销与第二工位产生的两个导正孔配合，精确的冲出零件外形。图5-2 成型冲裁工位示意图所以，模具刃口尺寸计算结果见表5.2。表5.2 冲外形结构尺寸计算结构名称零件尺寸计算公式凸模尺寸标注凹模尺寸标注冲外形结构R9dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) R8.883 R8.9331818.08318.18320.11520.21120.31127.81727.91528.0151313.08313.133 切断冲模结构设计切断工位如图5-3所示，其作用是将冲裁剩余的载体切断，从而最终得到完整的制件。次工位通过卸料导正销将条料定位完成冲裁。图5-3 切断冲模工位示意图所以，切断冲模刃口尺寸计算结果见表5.3。表5.3 切断冲模结构尺寸计算结构名称零件尺寸计算公式凸模尺寸标注凹模尺寸标注切断工位结构R9dT=(dmin+ x) dA=(dT+ Zmin) R8.883 R8.9331818.08318.1836.56.5686.6182.52.5452.5955.2 弯曲部分结构设计U形弯曲件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差则应根据工件的尺寸、公差、回弹系数以及模具磨损规律而定。如图5-4所示。图5-4 弯曲结构示意图查冲压模具设计与制造公式3.9.4/5，尺寸标注在内形上的弯曲件凸、凹模尺寸分别为，LT=(Lmin+0.75) LA=( LT+C) 式中：LA 、LT凸、凹模横向尺寸；Lmin弯曲件横向的最小极限尺寸；弯曲件横向的尺寸公差；A、T凹、凸模的制造公差，可采用IT7IT9级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级。由于Lmin=29.6mm，=0.1mm。所以，LT=(Lmin+0.75) =(29.6+0.750.1) =29.675LA=( LT+Z) =(29.675+2.19) =31.8655.3 压凸部分结构设计实际设计和生产中，压凸与压印过程均属于平板毛坯的局部胀形工艺范畴。此类结构特点是不仅可以在设计中满足零件局部的空间位移，又能使冲件的局部结构强度增加。且不要求较高的尺寸精度。所以，在设计压凸冲模结构时，直接套用冲件相应尺寸即可。如图5-5所示。图5-5 压凸区域示意图第六章 冲模的总体设计第六章 冲模的总体设计6.1 冲模基本尺寸的确定6.1.1 冲模中模板外形尺寸的确定 凹模板尺寸确定凹模的外形一般有矩形与圆形两种，凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度，凹模的厚度还应包括使用期内的修磨量，凹模的外形尺寸一般是根据材料厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定。第四章中得出的凹模板厚应大于16mm，凹模壁厚应大于24mm。且由零件排样图可知冲模工作区域约为340mm80mm。模具所采用的M8内六角螺栓，要求的最小壁厚为15mm。凹模刃口高度一般取68mm，这里取6mm。所以，将凹模板尺寸定为390mm150mm20mm。 冲模中其余各板厚度的确定 垫板垫板的作用是直接承受凸模的压力，以降低模座所承受的单位压力。防止模座被局部压陷，从而影响凸模的正常工作。查冲压模具设计与制造表2.9.13得，单位压力P大于模座材料的许用应力需要垫板。如果头部端面上的单位压力p大于模座材料的许用压力时，就需要加垫板；反之则不需要加垫板。所以，选取垫板厚度为：H垫=15mm 导料板导料板的厚度一般由冲件的板厚决定，查冲压模具设计与制造表2.9.7。所以，导料板厚度为：H导=8mm 凸模固定板凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸除了应保证凸模安装孔外，还要考虑螺钉与销钉孔的位置。其形式有圆形和矩形两种，厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，此零件所需凸模固定板厚度为：H固=15mm 卸料板卸料弹压装置是由卸料板、弹性元件、卸料螺钉等零件组成。该装置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宜用弹压卸料装置。 H卸=8+2+10=20mm 凹模固定板由于冲模的弯曲结构和切断结构等需要镶拼在模具中。就要求模具凹模板下应设置凹模固定板。为保证对镶块的有效固定，选择凹模固定板的厚度为：H固1=20mm6.1.2 模架的选择及校核 模架的选择根据标准规定，模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板、下模座、导柱导套组成的导板模模架。导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精密等级分为I 级和II级。按导柱的位置不同，又分为对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架等结构。根据冲模的设计精度要求及冲裁方案的设计，该模具采用四导柱式滚动导向钢板模架，这样可以更好保证冲模的精度，提高模具寿命。查GB/T7182.41995选取L=400mm，B=160mm，H=195mm的0I级精度的标准模架一副。 模架闭合高度的校核压力机的闭合高度可通过调节连杆长度在一定范围内变化。当连杆调至最短（对偏心压力机的行程应调到最小），滑块底面到工作台上平面之间的距离，为压力机的最大闭合高度；当连杆调至最长（对偏心压力机的行程应调到最大），滑块处于下止点，滑块底面到工作台上平面之间的距离，为压力机的最小闭合高度。压力机的装模高度是指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值。没有垫板的压力机，其装模高度等于压力机的闭合高度。模具的闭合高度是指冲模在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。根据以上的论述，结合模架及各冲模板的尺寸，此时模具闭合高度为：H闭=40+50+20+20+20+5+15+20=190mmHmin=195mm所以，模具闭合高度过低，应增大闭合高度。将凹模板、凸模固定板、凹模固定板的厚度均设为25mm.则，此时模具闭合高度为：H闭=40+50+25+25+25+5+15+20=205mmHmin=195mm所以，模具闭合高度符合要求。6.2 压力机的选择由于模具所需压力F总170KN，并考虑经济性因素。选择250KN开式压力机。其主要技术参数见表6.1。表6.1 250KN开式压力机主要技术参数项目参数项目参数公称压力/KN250工作台孔尺寸/mm左右260发生公称压力时滑块距下止点的距离/mm6滑块行程/mm80前后130行程的次数/（次.min-1）100直径180最大闭合高度/mm固定台和可倾式250立柱间距离/mm260活动台位置最低360活动台压力机滑块中心到床身紧固工作台平面距离/mm180最高180闭合高度调节量/mm70模柄孔尺寸（直径/mm 深度/mm）5070滑块中心到床身距离/mm190工作台板厚度/mm70工作台尺寸/mm左右560倾斜角（可倾式）30前后3606.3其他零件参数确定6.3.1冲模零件材料模具刃口要有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此凸模材料应该有较高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常常采用T8A，T10A等制造。形状复杂，淬火变形大，特别是用线切割方法加工时，应该选用合金工具钢，比如Cr12，9Mn5V，Cr5Mo1V，Cr6WV等制造。其热处理硬度取5862HRC。所以，设计中冲孔凸、凹模材料为Cr5Mo1V，压凸凸凹模材料为T10A，固定板材料为45号钢。6.3.2 凸凹模结构确定 凸模结构设计直通式凸模，其工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样。这类凸模可以采用成型磨削、线切割等方法进行加工，加工容易，但固定板型孔的加工较复杂。这种凸模的工作端应进行淬火，淬火长度约为全长的1/3。另一端处于软状态，便于与固定板铆接。为了铆接，其总长度应增加1mm。直通式凸模常用于非圆形断面的凸模。本模具中对于转子槽的冲制就是采用这种形式。台阶式凸模，工作部分和固定部分的形状与尺寸不同。固定部分多做成圆形或矩形