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拨禾轮 中轴 皮带轮 设计

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摘 要 现代工业发展中,模具占有举足轻重的地位,由模具生产出的产品具有成本低,效率高,质量好等优点,因此模具在许多领域得到广泛应用。本论文介绍了拔禾轮中轴小皮带轮零件冲压模具的设计。文中首先简要概述了冲压模具目前的发展状况和趋势，接着对产品进行了工艺分析和工艺方案的确定，并按照冲压模具设计的一般步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、卸料板、始冲挡料销、导正销等。本论文中的模具模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。模具的冲孔和落料凸模用相同的固定板固定；冲孔凹模和落料凹模则采用整体式。导正销单独固定在凸模固定板内，保证了工件上孔和外形的相对位置准确，提高了加工精度。该结构可确保模具工作运行可靠和冲压产品大批量生产的要求。关键词：拔禾轮中轴小皮带轮，复合模，冲孔，落料目 录 第一章 绪论51.1引 言51.2模具工业在国民经济中的作用51.3全球模具发展概况61.3.1各国产业形貌61.3.2各国优劣势分析71.4中国模具发展状况81.5 课题研究的主要内容和意义9第二章 冲压的工艺方案设计112.1 冲压件的工艺性分析112.1.1 材料的工艺性分析112.1.2 冲裁工艺性112.1.3 拉深工艺性122.2 冲压工艺方案的确定和分析122.3 冲压工艺方案的确定132.4 计算毛坯尺寸143.6 计算拉深次数162.5 排样方案的确定182.6 搭边的选取182.7送料步距、条料宽度及板料间距计算202.7.1 送料步距202.7.2条料宽度及板料间距的计算202.7.3 材料利用率计算202.8本章小结21第三章 冲压工艺的计算223.1 计算凸、凹模刃口尺寸和公差223.2 计算工艺力、初选压力机243.2.1 计算工艺力243.2.2 初选压力机263.3 压力中心的计算263.4本章小结27第四章 落料拉伸冲孔模具结构的设计284.1凸模和凹模连接固定方法设计284.1.1落料凹模外形结构和固定方法设计284.1.2 凸模的设计284.2卸料和压边方法设计294.3位零件的设计294.4 导柱、导套的选用304.5模架及其零件的设计314.6本章小结31第五章 落料拉伸零部件设计325.1 拉深凸模325.2 落料凹模325.3 凸凹模345.4 模架345.5 模柄355.6 定位零件355.6.1 挡料销355.6.2 导料销355.7 其他支撑与固定零件365.7.1 凸模固定板365.7.2 导向零件365.7.3 垫板365.7.4 紧固件365.8章小结37第六章 确定冲压设备38第七章 模具的装配397.1 复合模的装配397.2 凸、凹模间隙的调整39总 结40致 谢41参考文献42第一章 绪论1.1引 言本文将对圆形拔禾轮中轴小皮带轮冲压工艺与复合模设计作一个系统、详细的介绍与运用。它将我们所学课程的理论和生产实际知识联系在了一起，培养了个人独立工作能力和创新能力，树立理论联系实际和严谨求实的工作作风。巩固、扩充模具专业课程所学内容，掌握落料拉伸复合模的设计方法和步骤。更加熟练的掌握了我们所学的模具设计知识和其他机械方面的技能，如计算分析、CAD绘图、查阅设计资料和撰写设计说明书，熟悉标准和规范。通过毕业设计，能够提高自我分析、解决问题的能力，对学过的基础知识进行复习和运用，对专业知识有个更进一步的掌握和了解，提高自己的创新思维的能力，为我们进入社会提供了良好的自身环节。毕业设计的涉及面较广，需要我们查阅各种相关的资料。整个圆形拔禾轮中轴小皮带轮的设计是按照我个人对模具的理解和查阅相关资料的情况下完成的，设计内容难免会有一些漏洞和错误，希望各位老师及领导予以批评和指正。1.2模具工业在国民经济中的作用模具是现代化工业生产的重要工艺装备，它以特殊的形状通过一定的方式使原材料成型。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形变而获得的；金属压铸件、粉末冶金件以及塑料、陶瓷、弹簧、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成型的。由于模具具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已经在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、机械制造、家电等行业得到及其广泛的利用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机、电器等产品中占60%80%；在电视机、计算机等行业占到了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到了85%以上。据国际生产技术协会统计，到2000年止，机械零件粗加工的75%和精加工的50%都是由模具来完成的。随着社会经济的发展，人们对工业产品数量、品种、质量及款式都有越来越高的要求。为了满足人类的需要，世界上各工业发达的国家都十分重视模具技术的发展，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。美国是世界上超级的经济大国，也是世界模具工业的领先国家。据1989年统计，美国模具行业有12554个企业，从业人员17。28万人，模具总产值达64.47亿美元。日本模具工业是从1957年开始发展起来的，当年模具中产值仅有106亿日元，到了1991年总产值已超过了17900亿日元，在34年中增长了169倍，这也是日本经济能飞速发展，并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。现在，日本的模具工业已经发展到了高度的专业化、标准化和商品化。现在，大家都意识到，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。模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国家的高度重视和赞赏。模具也被誉为“进入富裕社会的原动力”、“金属加工业中的帝王”等。因此可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，模具技术也会不段的发展，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。1.3全球模具发展概况全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与中国，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。1.3.1各国产业形貌在全球主要模具产销国家当中，中国模具企业及从业人数最多，近七成属于国有企业，外资企业亦占多数，大型模具厂员工约600700人，更有规模达上千人的公司，台商投资的富士康集团(Foxconn)员工人数将近6,000人最具代表性，中型模具厂则150300人之间，小型模具厂也至少有50人左右，其他国家的模具业则多以中小型企业型态经营。在产品类別上，2002年日本与中国偏重生产冲压模及塑料模，两者产值合计比重高达八成，南韩则以其他模具产值比重最大，占总产值四成七。在应用市场方面，日本、韩国、美国与德国以汽車模具为最大宗产品，而我国则以电子通讯产品用模具为主。依照2002年各国出入差状況来看，日本、南韩及德国的模具属与出口大国，中国与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供应，須借进口模具以满足下游市场的产品制造。由2002年各国主要进出口国別分析，与地域分布有极大的关联性，进出口地区多属邻近国家，而日本较特別的是出口地区以美国为主，但随着中国近年各下由游产业快速的发展，已有渐渐转向拓展中国市场的趋势。在各国工资方面，根据美国国贸局2002年所作模具产业白皮书的调查结果，以德国时薪最高，技术人员时薪水平为$12.13$19.28，设计人员则为$16.91$25.26，日本与美国则介于中中间，中国工资最低，技术人员年薪仅$732$5,853，设计人员仅为$2,927$5,853，若以最高年薪为基准与德国比较，则仅能僱用德国技术人员约38天左右，由此可看出先进国家与中国低廉的工资成本差距如此之大。1.3.2各国优劣势分析技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同時也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视拋光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。在市场规模上，不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在运营成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。以韩国及中国来看，我国在技术上落后于日、美、德，但仍优于南韩，同时在生产速度上也遥遥领先。韩国与中国最近几年的市场生产与需求规模呈现成长走势，尤其中国模具业正在快速发展中，各国知名大厂进驻生产设备，无形中提升模具开发实力与设计能力。成本方面，中国特别是大陆与韩国因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价行销打入市场，也因此在全球景气欠佳的局势中，成功拓取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势。整体而言，由于各国模具业者，多以中小企业型态经营，因此，在营运资金筹措上常遭遇困难，若无政府政策支持与税务的优惠措施，模具业者将形成单打独斗与孤军奋战的状况，更不论与国际市场的竞争。除了中国与韩国外，各国均面临劳工成本高的压力，因此唯有提高产品附加价值才能摆脱低成本的竞争压力。1.4中国模具发展状况目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业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。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，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，都得到了快速发展，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。目前，国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命12亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5K大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。根据“十一五”模具行业发展的任务与目标，我国模具行业要努力解决发展中存在的诸如总量供不应求、产品结构不够合理、工艺装备水平低、配套性不好、利用率低、技术人才严重不足、专业化程度低、高档产品市场缺席。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口等问题，使我国模具行业向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展，在良好的市场环境中稳步前进。 1.5 课题研究的主要内容和意义本次毕业设计主要内容是：（1）绘制产品零件图，如下图1.1；（2）完成产品的工艺设计及模具设计并绘制模具及模具零件的工程图；（3）按规定格式和要求用Word打印设计说明书一份； 意义：毕业设计是大学学习生活的休止符，它是对我们大学四年所思所学的一次全面检验，能全面的展现我们的专业能力。毕业设计不同以往的实习、考试，它要求我们在全面掌握以往所学专业知识的基础上，把所学知识应用到实际设计生产中，并结合实际进行创新。在此过程中要求的是以我们学生自己工作为主，老师为我们提供的指导为辅，这种学习模式给了我们很大的思考空间，从而能更好地锻炼我们独立自主的学习能力。本次毕业设计，我的课题是圆形拔禾轮中轴小皮带轮冲压工艺及其模具设计，需要我应用所学的AutoCAD软件和Office软件来完成。相信经过这次毕业设计，我能够更加熟练的掌握并应用绘图软件，同时也更加熟悉模具设计的整体流程。大学即将结束，在我们走向工作岗位之前，毕业设计是对我的一次全面检验，我会认认真真、尽心尽力的完成这份任务，给我的大学交上一份满意的答卷，回报老师四年里对我的悉心教导。材料 钢板（B-1.5-GB708-65） 厚度1.5mm图1.1 圆形拔禾轮中轴小皮带轮零件图第二章 冲压的工艺方案设计2.1 冲压件的工艺性分析2.1.1 材料的工艺性分析在本次设计中，选用的拉深材料为钢板（B-1.5-GB708-65）。选择拉深材料时，首先应满足拉深件的使用要求。由于该拉深件为另一零件的盖，不属于易损工件，对材料的耐磨度要求不高，还应满足冲压工艺对材料的要求，保证冲压过程顺利完成，即材料应具有良好的塑性和表面质量，以及板料厚度公差应符合规定，钢板（B-1.5-GB708-65）为一种优质结构钢，该结构钢已退火，而退火的目的消除钢的内应力，降低硬度提高塑性细化组织均匀化学成分，而且其抗剪和抗拉强度均不高（抗剪强度220310 MPa，抗拉强度280390 MPa）屈服强度亦不大（约为180 MPa）伸长率约32，所以综合其所有的力学性能，08F具有良好的拉深性能，适合拉深。拉深是把一定形状的平板毛坯或空心件通过拉深模制成各种空心零件的工序。在冲压生产中拉深是一种广泛使用的工序，用拉深工序可得到的制件一般可分为三类：1. 旋转体零件：如搪瓷脸盆、铝锅等。2. 方行零件：如饭盒、汽车油箱等。3. 复杂形状零件：如汽车覆盖件等。 2.1.2 冲裁工艺性 冲压件的工艺性说的是冲压件对冲压工艺的适用性，也就是冲压件的精度等级、结构形状和尺寸的大小是否符合冲压件的工艺性能的要求。好的工艺性应该保证模具结构比较简单，材料的使用量比较少，工序的数目也不应该高和操作起来比较简单等等。而几何精度和几何形状尺寸则是对冲压件的工艺性影响最大的。冲压的零件尽可能的对称、简单，如果能采用圆则是最好不过的了，因为正常的形状最后的剩料也是比较少的，特别是圆，它的剩料更少，冲压件的凹槽的宽度和凸起来的部分不能太小，目的就是避免凸模折断，这样做也能通过让磨损量少一点来使冲压件的使用寿命增加。冲孔的精度应该比落料的精度高一级，冲压件的精度一般情况下是IT13级左右。 冲压件的尺寸形状如图1，它的冲裁工艺性如下：（1）结构与尺寸：这个冲压件外形几乎都是圆，结构比较简单。（2）精度：该零件尺寸除三个中心孔的距离尺寸接近IT13级之外，剩下的尺寸没有没有特殊的要求，所以通过普通的冲裁方法也能得到零件的质量的要求。（3）材料：这个零件用的是08F，450mpa是它的屈服强度，所以该零件有良好的塑性和结构强度。（4）生产批量：大批量生产。综上所述，可以通过冲裁加工得到这个零件。2.1.3 拉深工艺性 拉伸件的材料、精度、尺寸是影响拉伸件工艺性的最重要的因素。能一次拉伸成型、对称而且简单是拉伸工艺性的要求。在保证零件质量的情况下，才能拉伸，目的就是避免零件被破坏。拉伸件侧壁应该有一定的斜度，前提是在保证装配要求情况下。拉伸件不能同时标注外内尺寸，应该只标注内形尺寸或者只标注外形尺寸。工艺性能要求零件屈服强度比较小，要有好的塑性屈服强度比较值比较小，板平面方向性系数小，板厚方向系数r比较大。板平面方向性系数和板厚方向系数r说明了材料的各项异性性能。如果想拉伸成型比较容易，就要保持板平面方向性能差异较小。这个零件可看成圆筒形件带凸缘，1mm的材料厚度，；该零件凸缘处圆角的半径是1mm；拉深后厚度不变。08F易于拉深成形，所以该零件采用了08F。 综上所述，这个零件的拉伸工艺性还是比较好的，所以可以通过拉伸工序进行加工来加工零件。所以，该零件的加工工艺性较好。2.2 冲压工艺方案的确定和分析分析零件圆形拔禾轮中轴小皮带轮的冲压工艺，可知零件可分为落料，拉伸，冲孔，三个工序，按照零件的工序可知零件冲压工艺方案可分一下几种：方案一：采用单工序模具生产；先落料，再拉伸，再冲零件上的孔，共采用三套模具生产。方案二：将落料拉伸复合冲压 ，再冲孔，采用单工序模加复合模的方案生产。方案三：采用级进模具生产；所有工序在一套模具上完成。2.3 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定，可依据表2.1确定表2.1 冲压工艺方案项目单工序模级进模复合模无导柱有导柱冲压精度低较低较高，相当于IT10IT13高，相当于IT8IT11制件平整程度不平整一般不平整，有时要校平因压料较好，制件平整制件最大尺寸和材料厚度不受限制300mm以下厚度达6mm尺寸250mm厚度在0.16之间尺寸300mm厚度常在0.05m3mm冲模制造的难度程度及价格容易、价格低导柱、导套的装配采用先进工艺后不难简单形状制件的级进模比复合模具制造难度低，价格亦较低形状复杂的制件用复合模比级进模制造难度低，相对价格低生产率低较低可用自动送料出料装置，效率较高工序组合后效率高使用高速冲床的可能性只能单冲不能连冲有自动送料装置可以连冲，但速度不能太高使用于高速冲床高达400次/分以上由于有弹性缓冲器，不宜用高速，不宜连冲材料要求可用边角料条料要求不严格条料或卷料要求严格除用条料外，小件可用边角料，但生产率低生产安全性不安全手在冲模过程区不安全比较安全手在冲模工作区不安全，要有安全装置冲模安装调整与操作调整麻烦操作不便安装、调整较容易、操作方便安装、调整较容易，操作简单安装、调整比级进模更容易，操作简单分析表2.1，采用：单工序模具结构简单，但需要三道工序三副模具才能完成，且生产效率低难以满足该工件大量生产的要求。复合模需两副模具，生产率相对会高一点，尽管模具结构较单工序模复杂，但由于零件的几何零件形状简单对称，模具制造并不困难。虽然级进模也需一副模具，且生产率较高，但模具结构复杂，送进料不方便，加之工件尺寸偏大。通过分析对上述三种模具的比较，则采用方案二最佳，一下重点对落料拉伸模具进行设计。2.4 计算毛坯尺寸根据前面的分析，第一次冲压为落料拉伸复合模具，第一次成型的零件形状，尺寸,如图3.1所示：图 2.1 落料拉伸零件形状 毛坯展开尺寸按中心线计算如下：将整体分解成图形2.2、2.3、2.4、2.5、2.6。图2.2 分解图1A1=4dh=4148.54.78=2839.32 图2.3 分解图2h = r（1-Cos）=1.75（1-Cos72）=1.209L = 3.14ra/180= 3.141.7572/180=2.198A2=4dL+8rh=41452.198+81.751.209=1291.766图2.4 分解图3=15.14=8172.27图2.5 分解图4h = r（1-Cos）=1.75（1-Cos18）=0.183L = 3.14ra/180= 3.143.7518/180=1.175A4=4dL+8rh=4121.491.175+83.750.183=576.49图2.6 分解图5A5=d2=121.492=14759.82毛坯直径 D = = 166.25 mm根据以上计算可知零件毛坯现状如图2.7所示：图2.7 毛坯示意图3.6 计算拉深次数拉深的变形程度中，必需保证使毛坯在变形过程中的应力能充分利用材料塑性，也不超过材料的变形极限。即必须保证极限变形强度。拉伸后的零件形状如图2.8： 图2.8 拉深后的形状我们可以通过理论计算的方法确定极限拉深系数。即在危险断面上的抗拉强度与在传力区的最大拉应力相等，就可以求出最小拉深系数，即为极限拉深系数。在现实生活中，极限拉深系数值通常是在一定的拉深条件下用实验的方法得到的，通过查表来确定极限拉深系数。零件的总拉深系数为（1） 根据 （3）由 表2.2查得 m=0.53-0.55表2.2圆筒形件带压边圈的极限拉深系数各次拉深 系数毛坯相对厚度t/D10021.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.08m1 m2 m3 m4 m50.480.500.730.750.760.780.780.800.800.820.500.530.750.760.780.790.800.810.820.840.530.550.760.780.790.800.810.820.840.850.550.580.780.790.800.810.820.80.850.860.580.600.790.800.810.820.830.850.860.870.600.630.800.820.820.840.850.860.870.88注：1.表中拉深系数适用于08、10和15Mn等普通的拉深碳钢及黄钢H62。对拉深性能较差的材料，如20、25、Q215、Q2352.3查得表2.3拉深相对高度H/d与拉深次数的关系相对高度H/d 拉深次数 毛坯相对厚度(t/D)10021.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.0610.940.770.840.650.770.570.620.650.520.450.460.3821.881.541.601.321.361.11.130.940.960.830.90.733.52.72.82.22.31.81.91.51.61.31.31.145.64.34.33.53.62.92.92.42.42.02.01.558.96.66.65.15.24.14.13.33.32.72.72.0注：本表适于08、10等软钢。 因为最大相对高度0.77大于凸缘的相对高度0.073，且最小极限拉深系数0.53小于实际拉深系数0.893，进而拉深可以一次拉深就完成。2.5 排样方案的确定排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应等情况，以选择较为合理的排样方案。根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：（一）有废料排样：冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。（二）少废料排样：只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。（三）无废料排样：冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。综上分析，并考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样。2.6 搭边的选取排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。搭边值的大小与下列因素有关： 材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。 工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。 材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。 送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。材料厚度圆件及r2t的圆角矩形件边长L50mm矩形件边长L50mm或圆角r2taa1aa1aa10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t表2.4最小工艺搭边值注：表列搭边值适用于低碳钢，对于其它材料，应将表中数值乘以下列系数：中等硬度的钢0.9 软黄铜、紫铜1.2硬钢0.8 铝1.31.4硬黄铜11.1 非金属1.52硬铝11.2由表2.4 确定搭边值根据零件形状两式件间按圆形取工件间搭边值a=1.0，侧边取搭边值=1.2。2.7送料步距、条料宽度及板料间距计算2.7.1 送料步距 送料步距是指两次冲裁间板料在送料方向移动的距离，用S表示，其值等于冲裁件相应部分宽度加上工件间搭边值a，即 166.25+1.0=167.25 2.7.2条料宽度及板料间距的计算 条料宽度按下式： 其中为冲裁件宽度方向的最大尺寸；B-A=(166.25+21.2)0-0.5=168.65-0.5 根据以上计算可以画出零件的排样图，如图2.9所示：图2.9 排样图2.7.3 材料利用率计算根据一个部距的材料利用率计算：式中 A1个步距内制件的实际面积； B板料（条料）宽度； S步距。零件的材料利用率为79.24%2.8本章小结本章主要计算了零件毛坯尺寸，以及确认零件的冲压方案和排样方式等，通过本章的设计对冲压模具的设计过程以及设计方法有更深的理解。第三章 冲压工艺的计算3.1 计算凸、凹模刃口尺寸和公差凸模刃口部分的尺寸和凹模刃口部分的尺寸决定冲裁件的尺寸精度。凸、凹模刃口部分的尺寸来保证和实现冲裁间隙的合理。进而我们要掌握正确的尺寸。在决定制造公差和模具刃口尺寸的时候，需要考虑以下3个原则：1 凹模的磨损决定落料件的尺寸，凸模尺寸也决定冲裁件的尺寸。2由于想到冲裁时凸、凹模的磨损，所以在设计凸、凹模刃口尺寸得时候，在基准件刃口尺寸在磨损后变大的时候，应该为基准件取较小的刃口公称尺寸。在基准件刃口尺寸在磨损后减少的时候，基准件刃口公称尺寸应取较大的工件尺寸。只有这样取基准件的刃口尺寸这，在凸模磨损到一定程度的时候，机器还是能够冲出合格的零件。3当确定模具刃口制造公差的时候，不仅要确保合理的间隙数值，还要确保工件的精度要求 。 用凹凸模具分别加工圆形拔禾轮中轴小皮带轮，也就是按照凹模和凸模图纸上标注的公差和尺寸来冲裁零件，凹凸模具刃口公差和尺寸保证了冲裁的间隙，在这种情况下，就应该计算出凹模和凸模的刃口公差和尺寸，这种冲裁的圆形拔禾轮中轴小皮带轮的方法具有互换性。方便于大量生产，这种冲裁方法大部分用于规范形状而且结构简单的冲裁件。 1 当冲裁零件落料的时候，由于凹模刃口尺寸与落料件表面尺寸几乎一致，所以要最先定下凹模刃口尺寸，也就是：以凹模刃口的尺寸为基准，另一个原因：由于零件的尺寸会随着凹模刃口由于磨损的增大而增大，但为了保证冲裁出合格的零件，应该取落料件尺寸公差范围内的较小的数值来作为凹模的基本尺寸，这个值就是凹模基本尺寸最小合力的间隙。 对于没有标注公差就按按IT14级来计算。冲裁模刃口双面间隙： 冲压工艺学中表2-3落料刃口尺寸计算凸模制造公差可以选IT12级精度，落料尺寸为：，校核间隙：+条件，但相差不大，可作如下调整： = 则 式中因数由表2-13查得：，=0.4按IT12级选取。2 在拉深的时候，拉深凹模和拉伸凸模的单边间隙用来确定凸凹模制造公差，选取IT精度为12，在拉伸件中，选择IT精度为14，对于拉深尺寸，应该选取IT12级精度，查公差表，确定，工件的内部尺寸为 3.2 计算工艺力、初选压力机3.2.1 计算工艺力（1）落料力零件的展开长度和材料的厚度、性质对落料力由很大的关系。当用平刃冲裁的时候，其落料力为： 式中 F落料力（N） L冲件的周边长度（mm） t板料厚度（mm） 材料的抗拉强度（MPa）因此，该零件的落料力为： （2）卸料力通常情况下，冲裁件从板料切下后，会使零件卡在在凹模内，冲裁剩下的材料则会卡在落料的凸模上面，而把材料从凸模上取下来的力就叫卸料力。零件形状尺寸、材料厚度、模具间隙、材料的力学性能和润滑情况都是影响卸料力的因素。计算上述力的公式为： 式中 F冲裁力(N) 卸料力系数，它的大小可以查表得到，是0.05。 得 （3）推件力推件力：将卡在凹模中的零件和冲裁力相反的方向顶出所需要的力。根据材料厚度取凹模的高度h=3（mm），则，进而推件力使： 推件力系数，通过查表能得到，是0.055。 （5）拉深力 拉深力会随凸模行程的改变而变化，它的变化曲线下图。 图4-1 拉深力变化的曲线示意图 拉伸力的计算公式：凸模直径（mm）系数，查冷冲压模具课程设计与毕业设计指导表5-22可知K=0.33材料的抗拉强度（MPa） 材料厚度 因此 （6）压边力如果压边力比较大会导致零件被拉裂，如果压边力比较小会导致零件的边壁有褶皱，所以要采用合适的压边力是非常非常必要的的。 查冷冲压模具设计指导表426可知： D毛坯直径（mm） d冲件的外径（mm） q单位压边力（M Pa） 这里q的值取3.0。所以 = 3.2.2 初选压力机在冲压工艺所需的变形力为前提的情况下，来确定压力机吨位。因为，故总冲压力 = =所以应该选择的压力机的公称压力 ，应该取为1.4公称压力是： 因此初选开式压力机800KN。3.3 压力中心的计算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，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。由零件图1.1可知冲压件为对称圆形，所以压力中心为冲压件的产品中心。3.4本章小结本章节主要介绍各方面的计算，包括各种力的计算和各个工作零部件的尺寸的计算。为下面的零部件的选用提供了数据上的依据。第四章 落料拉伸冲孔模具结构的设计4.1凸模和凹模连接固定方法设计4.1.1落料凹模外形结构和固定方法设计模设计有冲裁型孔均采用线切割机床加工。除圆形凸模外，各异型凸模设计成直通式外形，主要采用线切割加工。查阅相关文献，可知凹模常用的材料有Cr12、9Mn2V、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV等，硬度为HRC6064。本模具采用的是Cr12。凹模的形式有圆形和矩形两种。而级进模用的最多的是矩形凹模。如图4.1所示是凹模洞口的几种结构形式：图4.1b、c、d、e、f型在落料、冲孔、级进模中都被广泛应用。随着科学技术的发展，20世纪70年代初期，线切割开始用于模具加工，因而b型凹模被广泛应用于落料模、冲孔模和级进模中，线切割后用酸腐蚀下面落料孔，也有加工好落料再线切割的，而c、d、e、f型应用很少。本模具采用的是b型。（本段摘自冲压工艺与模具设计P47）4.1.2 凸模的设计1.凸模的结构设计因为落料孔为圆形，采用线切割方法进行加工，所以采用整体直通式凸模，与凸模固定板采用H7/m6配合，按凸模的标准结构形式与尺寸规格选取。 凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。3.凸模材料的选用模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬度与适当的韧性。形状复杂且寿命要求较高的凸模选用Cr12、Cr12MoV等制造。该凸模材料应选Cr12MoV，热处理5862HRC。4.2卸料和压边方法设计 零件的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，常用的卸料方式有：刚性卸料、弹压卸料板。本设计采用弹压卸料装置，采用弹压卸料装置有一定的装配要求：在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.3mm0.5mm,以便顺利卸料。本模具的卸料板仅有卸料作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，取315mm，卸料板的厚度为20mm。卸料板采用45钢制造，热处理淬火硬度4348HRC。卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为16mm,螺纹部分为M1218mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。同时卸料板在落料是起压边作用4.3位零件的设计冲模的定位装置零件是用来保证材料的进料正确及在冲模中保持位置的正确性。定位零件的种类很多，主要有导料板、导料销、挡料销、侧刃、导正销和定位板等。由冲压工艺分析可知，该模具的定位零件是采用的是固定挡料销送进定距和固定导料销送进定位如简图4.2图4.2料销和导料销位置4.4 导柱、导套的选用 导柱导套的结构、尺寸一般都是直接由标准中选取，在选用时导柱的长度应保证冲模在最底工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于(1015)mm。在最高工作位置时，导柱上端面与导套的下端面的距离不小于(1020)mm，导柱和导套的配合精度由表4.1查出选择II级。根据标准GB/T2851.11990知模架的闭合高度Hmin=245mm，Hmax=320mm。导柱d/mmL/mm为40mm160mm，45mm160mm导套d/mmL/mmH/mm为40mm140mm58mm，45mm140mm58mm表4.1导套配合间隙配合形式导柱直径模架精度等级配合后的过盈量I级II级配合间隙值滑动配合180.0100.01518300.0110.01730500.0140.02150800.0160.025滚动配合18350.010.024.5模架及其零件的设计 导柱导套式模架，是由上、下模座和导向零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱、导套的导向来实现。本设计选用中间导柱模架如图4.3，中间导柱模架。图4.3 中间导柱模架4.6本章小结 本章主要是综合前面的分析对模具进行一个总体的设计，主要是对模具的卸料，导向以及固定方式的设计。第五章 落料拉伸零部件设计5.1 拉深凸模 将拉伸凸模设计成阶梯型结构，这样就方便固定板和凸模的加工。拉伸凸模可以通过销钉固定在固定板上。通过安装固定要求、卸料装置和刃口尺寸来确定凸模的尺寸。选择T8A作为凸模的材料，淬硬在工作部分。将锥度作为凸模的工作深度，目的就是让零件不会轻易在拉伸后脱落。通过在凸模上设计孔可以避免由于凸模专家发生真空现象和拉伸件被凹模压缩空气压瘪从而仅仅固定在凸模上面的现象的发生。自由长度：L=凸模工作高度+固定板厚度拉伸凸模如图5-1所示：图5-1 拉伸凸模5.2 落料凹模可以通过销钉、螺钉和采用圆盘结构将落料凹模和下模座固定。将直刃壁结构作为凹模刃口的结构，主要原因是由于要保证零件的质量，还要考虑凹模的磨损，最主要的原因是生产的量很大，刃壁的高度。凹模轮廓尺寸计算如下： 凹模厚度 ，由于凹模内需设置压边圈所以取凹模厚度50MM 凹模壁厚 ,取凹模壁厚75MM 凹模直径是： L= 可以通过凹模轮廓尺寸来选取凹模板，其尺寸。 选用作为凹模的材料，淬硬。凹模形状如图5-2所示：图5-2 凹模 5.3 凸凹模拉深凹模与落料凸模的结合成为凹凸模。凹凸模的安装部分为长圆形，这样设计的目的就是方便凹模固定板和凹凸模的配合。凸用Cr12作为凹凸模的材料。图6-3 凸凹模5.4 模架 用后侧滑动导柱模架作为本次设计的模架，这种模架导向准确牢靠，滑动平稳，可以让模具的刃磨寿命得以提高，也能够保证均匀的冲裁间隙。5.5 模柄图6-4 模柄将上模固定在压力机滑块上，而且要让滑块的压力中心和模具中心重合称为模柄。根据上模结构、模具大小和精度等级等等来确定模柄的类型，模柄的尺寸规格则是通过模柄尺寸来确定。一般情况下，模柄孔的直径和模柄的直径是相等的，模柄孔的深度应该比模柄大5-10mm，从总体考虑，本次设计选用凸缘式模柄，上模座窝孔与模柄的凸缘以配合。其结构形式如图6-4。5.6 定位零件5.6.1 挡料销 挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离。这次设计采用圆柱头挡料销，因为它容易制造而且结构简单。淬火硬度为选45号作为挡料销的材料，5.6.2 导料销 保证条料沿正确的方向送进称为导料销。导料销在条料的同一侧，设置两个。凹模与导料销过渡配合，配合面的要求为。选T8钢为导料销的材料，淬火的硬度取。5.7 其他支撑与固定零件5.7.1 凸模固定板 凸模只有借助于凸模固定板才能安装在上模座上,其他尺寸比凹模对应尺寸小点或相同,以减小冲模形成的危险区的面积,凸模装入凸模固定板的部位与固定板的呈过渡配合因此 因为凹模有加厚设计所以取固定板厚度为mm 下表面和上表面加工成，其余为。将45钢作为凸模固定板的材料。5.7.2 导向零件 导向工件公差要求高、生产批量大，为了让模具有良好的寿命和精度，所以用导向零件给下模、上模进行导向。经常用到的导向零件为导板、导套与导柱，在这次设计中选用导套与导柱，它的配合精度是，淬火的硬度是，选择20号钢作为导向零件的材料。5.7.3 垫板 分散于直接承受凸模传来的压力就是垫板的作用，固定板的尺寸与形状和垫板一样，垫板的厚度。选择20钢作为垫板的材料。5.7.4 紧固件销钉和螺钉是模具中经常经常用到的紧固件。