托板冲孔落料级进模设计

佛山科学技术学院成人高等教育 毕业设计（论文） 题目： 托板冲孔落料级进模设计 姓 名： * 学 号： 同组设计者 ： 专 业： 机械制造与自动化 院 系： 机电与信息工程学院 指 导 教 师： 辅 导 教 师： 起 止 日 期： 2013 年 2 月 26 日至 2013 年 6 月 28 日 成人教育处印制 托板零件级进模设计 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 的托板零 件级进模设计。 主要内容 如下： 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。 冲裁间隙的确定：由于冲裁间隙确定方法比较复杂，在实际生产中往往运用查表和经验值法，得间隙为 z=0.02mm 关键词 ： 冲压模具 冲压成型 级进模 The Design of progressive die for the bearing plate Student : Advisor: College of Engineering Zhejiang University of Technology Abstract This 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. Blanking clearance are identified: because the blanking clearance determination method is more complex, in the actual production often use look-up table and empirical value method, have z=0.02m。 Key words:Progressive die； Stamping Process； 目 录 第一章 绪 论 . 6 1.1 研究动机与目的 . 6 1.2研究背景 . 8 1.3 研究方法与系统描述 . 10 第二章 冲裁件分析 . 12 2.1 工件材料 . 12 2.2 工件结构形状 . 12 2.3 工件尺寸精度 . 12 第三章 工艺方案的确定 . 13 3.1 冲裁工艺方案种类 . 13 3.2 冲裁工艺方案分析及确定 . 14 第四章 冲压工艺计算及设计 . 16 4.1 排样、计算条料宽度、材料利用率 . 16 4.1.1 排样方式的选择 . 16 4.1.2 计算条料宽度 . 19 4.2 冲压力的计算 . 20 4.2.1 冲裁力 . 20 4.2.2 卸料力 . 20 4.2.3 总压力及冲压设备的选择 . 21 4.2.4 模具压力中心计算 . 21 4.2.5 凸、凹模刃口尺寸计算 . 22 第五章 零部件设计 . 25 5.1 凸模 . 25 5.2 凹模 . 26 5.3 凸模固定板的设计 . 28 5.4 卸料板的设计 . 30 5.5 导料板的设计 . 31 5.6 垫板 . 32 5.7固定挡料销的设计 . 33 5.8 导正销的选用 . 34 5.10 模座的选用 . 36 5.11 模架的选用 . 37 第六章 冲裁模装配图绘制 . 38 6.1 冲裁模装配图 . 38 6.2 模具材料的选用 . 39 结 论 . 42 致 谢 . 44 第一章 绪 论 1.1 研究动机与目的 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。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。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。 模具，做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。 研究和发展模具技 术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义，模具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。 【 2】 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 3 5um，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。 在工业生产中，许多机械零件普遍采用冲压成形的工艺方法，有效地保证了产品的质量，提高了劳动生产率，并使操作技术简单化，而且还能省料、节能，可以获得显著的经济效益，据不完全统计，冲压件在电子产品中占 90%以上，航天航空工业中冲压件也占很大的比例。 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 。 【 3】 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。各模块按加工顺序排列 , 镶入同一基础模板内加以固定 ；按模具的导向形式可将其分为以下两类： 1导板导向式结构 2导柱导向式结 构 .按模具的冲压工序性质分类： (1)纯冲裁工序级进模； (2)冲裁、弯曲级迸冲模；冲裁、成形级进冲模；冲裁、拉深级进冲模； (3)冲裁、弯曲、成形级进冲模，冲裁、拉深、弯曲级进冲模，冲裁、拉深、成形级进冲模； (4)冲裁及其他复合工序级进模。 (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设备利用率。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。另外，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。 另外将 CAD技术引入模具设计是现代科技的必然趋势，模具 CAD是人和计算机相结合，各尽所长的新型设计方法。可以利用 CAD来绘制零件图和装配图。采用 CAD/CAM 促进了设计制造一体化进程。 级进模的特点： (1)级进模是多任务序冲模，在 一副模具内，可以包括冲裁，弯曲成形和拉伸等多种多道工序，具有很高的生产率。 （ 2）级进模操作安全 （ 3）易于自动化 （ 4）可以采用高速冲床生产 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。在工业生产中，许多机械零件普遍采用冲压成形的工艺方法，有效地保证了产品的质量，提高了劳动生产率，并使操作技术简单化，而且还能省料、节能，可以获得显著的经济效益，据不完全统计，冲压件在电子产品中占 90%以上，航天航空工业中冲压件也占很大的比例。 （ 5）可以 减少冲产，场地面积，减少半成品的运输和仓库的运用。 （ 6）尺寸要求极高的零件，不宜使用级进模生产 【 4】 1.2 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 3 5um，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 3 5um，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 10 15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。 在模具工业的总产值中， 企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压 模具约占 50（中国台湾： 40），塑料模具约占 33（中国台湾： 48），压铸模具约占 6（中国台湾： 5），其他各类模具约占 11（中国台湾： 7）。 中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（ 1961 1981），成长期（ 1981 1991），成熟期（ 1991 2001）三个阶段。 萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等） 逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。 1981 年 1991 年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自 1982 年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从 1985 年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造 等 CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触 CAD/CAM/CAE/CAT 技术的时间相当早。 【 5】 成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下， 1994 年， 1998 年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。 1997 年 11 月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械 性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。 级进模的设计与制造 , 近几年来在许多企业里无论是数量还是质量水平上 , 都已经有了一个较快的发展。但在此同时 , 与之相适应的冲压机床种类 , 对冲压材料的要求 , 以及级进模选用的结构类型和制造工艺等都必须更加引起我们的高度重视和认真对待 , 因为这是先进的级进模技术赖以采用 , 并得以充分 发挥效益的基础。 1.3 研究方法与系统描述 级进模 CAD 技术的发展趋势 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 1 。 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。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。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。 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。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。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。 模具扫描及数字化系统 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 ” 。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。 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，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。 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。 【 7】 第二章 冲裁件分析 工件 名称 ： 托板 生产批量 ： 大批量 材料 ： 08F 料厚 ： 1.5mm 工件简图 ， 如图 2.1所示： 1438305817R84-R1.75 图 2.1托板 2.1 工件材料 由图 2-1分析可知： 08F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。适合托板的加工要求。 2.2 工件结构形状 该工件由方形和两个半圆组成，内有四个 R1.75 的孔，间距为 17和 14。冲裁时，要注意冲裁件内外形应尽量避免有尖锐清角，为提高模具寿命，建议将所有 90 清角改为 R1的圆角。 2.3 工件尺寸精度 该零件有四个 3.5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 1.5mm零件尺寸全部为未注公差尺寸，均可按照 IT14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。 查未注公差尺寸表附录一确定零件的各种构成尺寸在实际冲压的公差和尺寸为： 0 25.058 、 0 62.038 、 0 52.030 、 0 44.016 、 22.0014 、 0 44.014 、 30.005.3 第三章 工艺方案的确定 3.1 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 3.5的圆孔（如图 3.1所示）。 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 3.5 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（如图 3.2所示）。 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 3.5 的圆孔方半圆外形（如图 3.3所示） 。 a)落料 b)同冲四孔 图 3.1 采用单一工序方案 图 3.2 采用复合工序方案 图 3.3采用级进工序方案 3.2 冲裁工艺 方案分析及确定 方案一模具结构简单， 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。 方案二只需一副模具，制件精度和生产效率都较高。 方案三只需一副模具，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。 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 3 1： 表 3-1 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 IT13 IT10 级 可达 IT10 IT8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 0.2 6mm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 第四章 冲压工艺计算及设计 4.1 排样、计算条料宽度、材料利用率 4.1.1 排样方式的选择 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，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 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 材料利用率最高，但冲件的质量和模具寿命更低一些。 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。 计算材料利用率 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重要指标 。 一个步距内的材料利用率 /BS 100% （ 4-2） 式中： A 一个步距内冲裁件的实际面积； B 条料宽度； S 步距； 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。 一个步距内冲裁件的实际面积 A= 82+4 16+38 30-4 1.752=1366.5mm2 所以一个步距内的材料利用 率 = BS 100%=1366.5 (62 31.8) 100%=69% 考虑料头 、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率 总为 总 = nA1 LB 100% （ 4-3） 式中： n 一张板料上冲裁件的总数目； A1 一个冲裁件的实际面积； L 板料长度； B 板料宽度。 排样形式及搭边和料边的确定 纵排纵裁 横排横裁 排样 1 排样 2 横排纵裁 纵排纵裁 排样 3 排样 4 图 4-1 排样选择 排样一 板料选用 2 750 2000 条料宽度 B=Dmax+2a+Z=54+2 2+0.5=58.5mm 步距 S=30+2=32 每板总件数 n=12 93=756 材料利用率 =756 1302.5/750 2000=63.91% 排样二 板料选用 2 750 2000 条料宽度 B=54+2 2+0.5=58.5mm 进距 S=30+2=2mm 每板总件数 n=32 23=736 材料利用率 =736 1302.5/750 2000=66.32% 排样三 板料选用 2 1400 3500 条料宽度 B=30+2 2+2=34.5 进距 S=58+2=60mm 每板总件数 n=41 58=2378 材料利用 率 =2378 1302.5/1400 3500=63.21% 排样四 板料选用 2 1400 3500 条料宽度 B=30+2 2+0.5=34.5mm 进距 S=58+2=60mm 每板总件数 n=102 23=2346 材料利用率 =2346 1302.5/1400 3506=62.35% 综上所述，得排样 一的材料利用率最高，故选用横排横 裁法，排样图如下： 图 4-2 排样图 4.1.2 计算条料宽度 搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边 过大，浪费材料。搭边过小，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=1.8mm, 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 B0 =（ Dmax 2 a1） 0 （ 4-1） 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。 B0 =58 2 2.0=62.00-0.60mm 故条料宽度为 62mm。 表 4-1 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 a1 0.25 1.0 1.2 1.2 1.5 1.52.5 1.82.6 0.25 0.5 0.8 1.0 1.0 1.2 1.22.2 1.52.5 0.5 1.0 0.8 1.0 1.0 1.2 1.52.5 1.82.6 1 1.5 1.0 1.3 1.2 1.5 1.82.8 2.23.2 1.5 2.0 1.2 1.5 1.5 1.8 2.03.0 2.43.4 2.0 2.5 1.5 1.9 1.8 2.2 2.23.2 2.73.7 表 4-2 普通剪床用带料宽度偏差（ mm） 条料厚度 t(mm) 条料宽度 b(mm) 50 50 100 100 200 200 0.4 0.5 0.6 0.7 2 0.5 0.6 0.7 0.8 2 3 0.7 0.8 0.9 1.0 3 5 0.9 1.0 1.1 1.2 4.2 冲压力的计算 4.2.1 冲裁力 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： F=KLt （ 4-4） 式中： K 安全系数，一般取 K=1.3 L 冲裁件周边长度 材料抗剪强度 ， t 材料厚度 系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取 =1.3。 b的值查表为 216304 pa,取 b=300Mpa 按冲裁力计算公式计算落料时的冲裁力： L=2（ 58-16） +2（ 30-16） +16 =162.24mm 则 F1=1.3 162.24 1.5 300/1000=94.9125(KN) 按冲裁力计算公式计算冲孔时的冲裁力： F2=1.3 4 3.14 3.5 1.5 300/1000=25.725（ KN） 4.2.2 卸料力 卸F = K1 F （ 4-5） 式中： K1-系数，查表 4-3得 K1 =0.04 0.05取 K1=0.04 则 卸F = K1 F =0.04 (94.9125+25.725) =4.8255(KN) 表 4-3 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mm K1 K2 K3 钢 0.1 0.060.075 0.1 0.14 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.063 0.050 0.045 0.025 0.08 0.06 0.05 0.03 铝、铝合金 纯铜，黄铜 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 4.2.3 总压力及冲压设备的选择 F总 = F1+ F2+ F卸 （ 4-6） 则 F总 =94.9125+25.725+4.8255=125.47（ KN） 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 J23 160，其主要参数见表 4-4: 表 4 4 160 KN开式可倾工作台压力机主要参数 公称压力 最大闭合高度 /mm 工作台尺寸（左右 X前后 ） /mm 工作台孔尺寸直径 /mm 模柄孔尺寸（直径 X深度） /mm /KN /tf 280 450X300 160 30X50 160 16 4.2.4 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。计算压力中心时，画出图，如图 4.3所示： 在图 4.3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。 （ 1）： F1y=(31.8-y)F （ 4-7） 式中： F1 落料的压力中心 F2 冲孔的压力中心 y 距离 计算得： y=6.8（ mm） （ 2）求合力压力中心按式 0 = nnnlll lll .212211 （ 4-8） 0 = nnnlll lll .212211 （ 4-9） 计算得： X= 0 Y=6.8 所以，合力压力 中心为（ 0， 6.8）。 图 4.3压力中心 4.2.5 凸、凹模刃口尺寸计算 1、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，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。 2、 凸、凹模间隙 根据 JB/Z271 86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，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。 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，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 0.17 0.23mm，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 0.25 0.36mm。 为保证冲出合格冲件。冲裁件精度 IT10以上， X取 1. 冲裁件精度 IT11IT13,X取 0.75. 冲裁件精度 IT14， X取 0.5。由于本产品采用 IT14 级精度，所以 X取 0.5。所以凸凹模刃口尺寸如表 4 5： 表 4 5凸凹模刃口尺寸 冲裁性质 工件尺寸 计算公式 凹模尺寸标注法 凸模尺寸标注法 落料 580-0.74 380-0.25 300-0.52 160-0.44 R8 凹模计算 Dd=( Dmax x) d80（ 4-11） d=0.25（ 4-12） 57.60+0.18 37.70+0.16 29.70+0.13 16.80+0.11 R7.9+00.06 凸模尺寸按凹模刃口实际尺寸配作，保证双边间隙 0.17 0.23mm 冲孔 3.50+0.3 凸模计算 dp=( dmin x) 0- p p=0.25 凹模尺寸按凸模刃口实际尺寸配置，保证双边间隙0.25 0.36mm 3.65-0.08 中心距尺寸： L14=14 0.44/8=14 0.055 L17=17 0.44/8=17 0.055 注：在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的 1/8 第五章零部件设计 5.1 凸模 冲孔、落料凸模总长 L： L H1 H2 H3 H （ 5-1） 式中： L 凸模总长度 , H1 凸模固定板厚度， H2 为卸料板厚度， H3 为导尺厚度， H 为附加高度，包括凸模修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等，一般取 h=15 20mm。 L H1 H2 H3 H 18 12 8 18 56mm 落料凸模淬硬深度 30mm。 冲孔、落料凸模分别见图 5.1、 5.2所示： 图 5.1冲孔凸模 图 5.2落料凸模 5.2 凹模 凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其外形尺寸按相关公式计算： 凹模外形尺寸是否合理，将直接影响到凹模的强度，刚度和耐用度。所以要经过一定计算来确定。外形尺寸计算如下： 凹模厚度 H： 凹模H = 21KK 3 1.0 F （ 5-2） 式中： F 冲裁力（ N）； K1 凹模材料修正系数； 合金工具钢取 K1 =1 碳素工具钢取 K1 =1.3； K2 凹模刃口同边长度修正系数； 查表 2-18，凹模刃口长度修正系数 K2 =1.37。 凹模H = 21KK 3 1.0 F =37.7 取整数 35mm 凹模宽度： 查表得 C为 3040，取 35 B=料宽 2C （ 5-3） =71 2 35 =141mm 根据 JB/T 7643.1-1994规定，取凹模宽度 B=140mm 凹模长度： 查表得 C为 3040，取 35 L l1 2C （ 5-4） 62+2 35 132mm 根据 JB/T 7643.1-1994规定，以及凹模宽度对比，取凹模长度 L=135mm。 凹模整体轮廓尺寸 LBH= 135mm 140mm 35mm 凹模见图 5.3所示： 图 5.2凹模 5.3 凸模固定板的设计 凸模固定板的外形尺寸与凹模一致，为 135mm 140mm。其厚度为 18mm。如图 5.3： 图 5.3凸模固定板 5.4 卸料板的设计 卸料板采用 Q235制造，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度 根据 规定，选用 135mm 140mm，其厚度为 12mm。 图 5.4卸料板 5.5 导料板的设计 级进模上将条料的一侧或两侧切出用作限定被加工条料的定位，可以保证条料的精确送料位置，以提高冲件的精度，挡料板厚度为 8mm。 图 5.5导料板 5.6 垫板 垫板是冷冲模中用来支撑和扩散凸模传递 来的压力，减少对模座的冲击和单位压力，以延长模具的使用寿命。垫板的外形尺寸与凹模一致，为 135mm 140mm 8mm。 图 5.6垫板 5.7 固定挡料销的设计 该模具使用直径为8的固定挡料销。为了更加的合理，下端使用直径为 6的台阶式，防止固定挡料销下掉，不能使用。如下图所示： 图 5.7固定挡料销 5.8 导 正销的选用 为 了消除送进导向和送料定距或定 位板等粗定位的误差。冲裁时，导正 销先进入已冲孔中，导正条料位置， 保证孔与外形相对位置公差的要 求，和挡料销配合使用。选取 A 型 导正销，图如下： 图 5.8 导正销 5.10 模座的选用 图5.10 下模座 5.11 模架的选用 模架的类型有很多种，按导柱不同的位置可分为四种模架：中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架。 根据前面确定的模具类型和卸料、出料形式，依据凹模周界尺寸，采用中间导柱模架。凹模周界 D0 为 160mm，查国标上模座按 GB/T 2855.1-08规定， 厚度取 40mm,垫板厚度取 8mm,固定板厚度取 18mm,卸料板厚度取 12mm,下模座按 GB/T 2855.12-81 规定， 厚度取 50mm。根据模架导柱和导套为国标 GB2861.1 81和 GB2861.6 81确定。 模具闭合高度 H H H上模座 H垫板 H凸 H下模座 +H凹模 H模柄厚 -0.5 （ 5-5） H H上模座 H垫板 H凸 H下模座 +H凹模 H模柄厚 -0.5 =40+8+56+50+35+16-0.5 =160mm 第六章 冲裁模装配图绘 制 6.1 冲裁模装配图 托架连续模的结构简图如图 6-1所示： 图 6.1装配图 1-模柄 2-销 3-冲孔凸模 4-销 5-橡胶 6-导料板 7-导正销 8-螺钉 9-凹模 10-下模座 11-固定挡料销 12-始用挡料销 13-内六角螺钉 M6 14-销 15-垫板 16-销 17-凸模固定板 18-落料凸模 19-卸料板 20-导柱 21-销 6.2 模具材料的选用 1.要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料。 2.要针对模具失效形式选用钢材：钢材的失效是影响模具寿命的主要因素，包括： (1)为防模具开裂，要选用韧性好的材料 。 (2)为防磨损，应选用合金元素高的材料 。 (3)对于大型冲模应选用淬透性好的材料 。 (4)为保持钢材硬度性能，要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢 。 (5)为防热处理变形，对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高合金材料 。 3. 要根据制品批量大小，以最低成本的选材原则选用： 对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金 钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。 4. 要根据冲模零件的作用选择： 凸、凹模模具应选用优质的钢材制作，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属。而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。 5. 要根据冲模精密程度选用： 在制造小型精密模具而又复杂时，可选用优质合金钢制作，而对于比较简单，形状、精度要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。 所以该模具材料选用如表 9-1所示： 表 9-1零件明细表 序号 名 称 数量 材 料 热处理 1 模柄 1 Q275 2 销 4 35 3 冲孔凸模 4 T10A HRC5660 4 销 1 45 HRC5660 5 橡胶板 1 橡胶 6 导料板