集机电气一体化的铁芯自动叠片硬质合金多功能级压簧级进自动模具设计毕业论文.doc

集机电气一体化的铁芯自动叠片硬质合金多功能级压簧级进自动模具设计毕业论文第一章 绪论1.1 课题的来源及背景 虽着经济的发展，产品的需求越来越大，针对市场对压簧的大量需求，根据我国工厂的加工能力和现状，设计大批量生产的压簧级进自动模是必须的，也是经济的。这样不仅提高的企业的生产效率，也降低了压簧的生产成本。1.2 压簧级进模具的设计现状1.2.l 多工位级进模及一般冲模体现高水平制造技术的多工位级进模。从冲压件种类来看,有电机铁芯片、空调器散热片、接插件、电子枪零件、电脑零件、IC 框架零件、电机机壳拉伸件等, 覆盖面大增。我国自行设计制造, 集机电气一体化的铁芯自动叠片硬质合金多功能级进模, 如常州日新精密机械公司展出的YSK 空调器电机定转子带扭转自动叠片硬质合金级进模, 主要性能包括冲槽(84 槽) 、转子铁芯片落料、扭转、定子铁芯片落料、叠铆、计数、分组和安全保护等, 达到国际上同类模具水平。模具采用6 大12 小精密滚珠导柱、分级多板式导向和子模组合式结构, 导向精度高, 能保证大批量生产中模具高速运行的稳定性。模具主要零件制造精度达2m , 步距精度23m , 回转精度l, 刃口及主要零件的表面粗糙度达R a = 0. 100. 4m ,总寿命可达1 亿次以上。模具外形尺寸1 400mm 60mm 438mm ,重1. 5t ,属大型、精密模具。进口这样1 副模具需30 万美元,现仅售80 万元人民币,为进口价的1/ 3。此外,该公司展出的步进电机定转子铁芯带双回转叠片硬质合金级进模和南京长江机器集团工模具公司展出的汽车电机铁芯硬质合金自扣模等均达到国际水平。其他种类的多工位级进模, 亦是异彩纷呈, 陕西咸阳彩虹零件厂展出的彩色显像管电子枪G5 底改进型25 工位级进模, 结构上采用子模式组合, 主模架采用精密滚珠四导柱, 子模架采用独立的滑动式导向, 不同工位卸料采用弹压和固定式、冲废料及落料工位设置气动排出结构等; 凸、凹模材料选用高强度耐磨损、耐腐蚀硬质合金, 翻孔变薄拉伸凸模进行表面氮化钛沉积处理, 提高了使用寿命和产品质量; 主要零件制造精度达2m ,并经深冷处理,达到尺寸稳定,确保变薄拉伸孔径公差达0. 010mm ,外观无拉痕、起皱、毛刺等缺陷的制品要求。上海柏斯高微电子工程有限公司展出的LA17 集成电路散热板硬质合金级进模, 凸、凹模材料选用进口硬质合金, 凹模采用拼块式结构, 凸、凹模成形加工采用光曲磨, 主要零件制造精度达微米级,制品为集成电路散热板,用于大功率管产品,其特点是:引线脚弯曲细长、间距小,形状复杂, 还需在引线框架上铆接铜散热片, 技术难度大, 制品要求高。成都宏明电子实业总公司模具中心展出的空调器连杆级进模, 凸、凹模材料选用W6Mo5Cr4V2 高速钢, 凹模采用镶拼结构, 该模具设置自动攻丝机构, 成功地解决了制品M 3mm、M 2. 4mm 螺孔的自动攻丝技术难题,在1 副模具中自动完成冲槽孔、螺纹底孔、自动攻丝、弯曲、成形、落料工序,很有特色。展出的电脑25 工位马口铁级进模, 凸、凹模材料选用高硬度耐磨损的YG6X 硬质合金, 模具采用子模式组合分段结构, 凸、凹模快换式;在同1 副模具上更换不同的子模,即可冲制两种不同尺寸要求的制品,并采用多次异形拉伸工位,能解决拉伸高度32mm 特高的技术难题。天津津荣天和机电有限公司展出的EG- 530 微电机机壳多工位级进模,凸、凹模材料选用日本大同SKD11 ,主模架采用四滚珠导柱导向, 12 道冲压工序采用子模式、压板快换结构, 拉伸凹模设计成11锥度, 可解决制品尺寸小、材料流动性差、局部冷作硬化影响质量的难题, 并应用环切结构和氮气缸弹簧。展出的高周波调节器多工位级进模, 10 工位, 制品冲孔多、弯曲多,是一个弯曲封闭型零件,能在一个工步内完成切断、弯曲、铆接等工序。湖南钻石硬质合金工具有限公司展出的空调器翅片多工位级进模, 主模架及分段模架采用精密滚珠导柱导向, 采用子模式组合和拼块结构;应用双跳步工序排数任意可调、快速换型, 灵活简便; 凸、凹模材料选用瑞典一胜百粉末高速钢和株洲硬质合金厂过压烧结细颗粒硬质合金, 具有高强度、高耐磨特性; 大模板采用万吨水压机开坯,经10 次以上热处理,达到材料性能稳定、抗冲击性强、内应力极小, 保证模扳的高寿命, 拼块制造精度达2m , 并可互换, 寿命6 千万次以上, 曾荣获国家科技进步二等奖。国内空调器翅片多工位级进模制造单位较多,如天水长城精密模具厂、上海星火模具总厂、无锡微研有限公司等均有较强的实力和较高水平。桂林电器科学研究所展出的接插件多工位级进模,亦达到较高的水平。总之, 我国自行设计制造的精密多工位级进模和多功能模具,与国外同类模具水平相比,从模具结构、制造精度、制造周期、使用寿命等指标来衡量,水平相当或接近,完全可以替代进口,而价格则为进口模具的l / 21/ 4 ,具有很强的市场竞争力。展出的其他冲压模, 如上海恒通机械模具公司生产的84cm 彩色显像管框架模, 1 套4 副, 现在上海永新彩色显像管厂的流水线上正常运转, 质量稳定, 产量高。由于框架材料很特殊, 成形困难, 以往一直以40 万美元的高价从国外进口模具, 经恒通公司努力攻关, 成形凹模采用硬质合金镶拼结构,并成功解决了拉伸中圆弧光滑联接的难题, 终于实现国产化,属国内首创。国外参展的精密多工位级进模和多功能模具,代表了当代国际先进水平, 如美国奥伯格、宝捷丽钢等的电机定转子铁芯24 排叠片硬质合金模,采用全镶拼、全磨削、双回转等技术, 结构先进, 高速运行时,稳定可靠,制造精度2m 以内,寿命2 亿次。韩国模具界组团参展, 比上届首次参展的规模还大, 展品更丰富。参展的展品中最引人注目的是韩国金星社L G 公司和泰和企业的各种类型规格的电机铁芯叠片多功能模、壳体多工位级进模、多工位传递模等, 其制品精度和表面质量均达到国际较高水平。尤其值得一提的是大规格铁芯, 采用分段自动叠片后, 再组合连接成整体铁芯制品, 其高技术和高难度, 反映了韩国模具的先进水平。德国吉伯乐、韩国技星、汉城精密等展出的各种接插件多工位级进模的制品, 也以其技术难度和高水平, 博得参观者的赞赏。1.3 冲压生产自动送料发展概况1.3.1 普通压力机的送料机构普通压力机上的送料机构根据送料动力的不同可分为机械、液压、气动三大类.。在冲压加工中以机械与气动二类应用较多。气动送料机构具有灵巧轻便、通用性强、其送料长度和材料厚度可调整、机构反应迅速的优点。但是!由于气动送料机构是采用压差式气动原理工作!故机构工作噪声较大!影响冲压工作环境!主要用于冲压的前期送料和小批量、多品种的生产。机械送料机构尽管调整相对困难且机构较大!但具有送料准确可靠、机构冲击与振动少、噪声低、稳定性好等优点!仍是目前冲压加工中最常用的自动送料方式。目前冲压生产线的配置中应用较为广泛的是开式单点压力机加装辊轮送料机（或气动送料机），这种生产线可以做单工序或多工序的连续冲压，操作性良好；另一种开式双点压力机加装多工位送料装置，搭配开卷装置、校平装置等组成的用于多工位连续冲压的生产线，由于占地面积和工序间的搬运都明显减少，在生产中应用呈现逐渐增多的趋势；而电机厂应用最多的专门冲制电机硅钢片的生产线则是由高速压力机加装凸轮分割型送料机，配装开卷机、校平装置等组成。由此可见，送料机构的性能高低直接影响着生产线的推广应用，因此，针对冲压制件的工艺要求、生产的实际情况等的不同来选择不同的送料机构是十分必要的。机械手加穿梭小车式自动化输送系统目前，国内汽车工业中生产轿车外覆盖件和大型内衬件的自动化冲压生产线，由于还没有大型多工位压力机的投入，所以自动化生产主要还是以配备常规的机械手加穿梭小车或机器人输送系统的串列式冲压线为主，它主要由CNC 上料、取料机械手和穿梭小车组成。其相邻两个压力机的输送单元主要有以下机构组成（一个取料机械手，带有中置并按工件形状排部的真空吸盘式端拾器，负责将工件从上一台压力机取出放置在穿梭小车上。（1）一个在压力机之间固定轨道上移动的穿梭小车，负责将工件由取料机械手的放料位置移送到上料机械手的取料位置。（2）一个上料机械手，带有和取料机械手相同的端拾器，负责将工件由穿梭小车拾起并送入下一台压力机工位。采用该系统的工件将通过机械手简单的“拾取”和“摆放”动作从前一台压力机输送到后一台压力机，其穿梭小车的主要功用就是通过它的穿梭运动缩短取料和上料之间的输送行程，从而提高整线的生产节拍。但是在该冲压线中由于存在工件换向和双动拉深的问题，因此，必须配有同步翻转装置，最高生产节拍达而且设备的维修量很大。1.3.2 多工位压力机的自动化送料机构多工位送料系统是一个类似移动臂的装置，主要作用是把冲压件从一个工位移到另一个工位。一组模具内的每一副模具的冲压工作都在同一台压力机内完成。多工位送料移动杆沿着模区移动，它们是主要结构件，移动冲压件的端拾器就安装在这些结构件上。在汽车车身冲压厂，根据送料的传动方式，多工位送料系统主要有：机械送料、电子送料和组合式送料。机械式送料是通过与压力机传动系统的直接联接完成冲压件从一个工位移动到另一个工位。压力机横梁上的动力输出装置把能量从压力机的顶部输送到地面，由随动器驱动的大型机械凸轮安装在送料机构上，旋转凸轮带动机械送料动作。其主要缺点：机构磨损及能量积累易影响送料精度、速度和产量；机械传送设计规格参数一旦确定，不能更改；随着加工零件尺寸增大，传送机构也将增大，机构零件的预期寿命就会缩短。电子伺服送料是用单独伺服电动机驱动+ 借助齿轮箱和传动轴，伺服电机与送料系统相联并在计算机的控制下工作。与压力机的动作协调是由压力机和控制器之间所交换的电子信号完成的。其运动轨迹由计算机程序完成+柔性较好+根据工件的需要可以提供任意的送料距离、夹紧行程、闭合行程和抬起行程。与机械送料相比较具有无需使用压力机的动力输出装置；各轴（包括行程长度和时间曲线）可以实现行程轨迹编程；在无需调整滑块的情况下，可以对送料装置进行微动调整，加减速度快；机械部件数目少，故障率降低等优点。组合式送料装置的某些动作由机械系统完成，而另一些动作则由电子系统完成，结构随厂家的不同而异，这种送料方式在汽车覆盖件生产中应用有限。根据工件的传送方式又有：三座标式和真空吸盘式。近年来，由于在多工位压力机上“一次多件”冲压工艺的发展以及人们个性化需求的突出，真空吸盘式传送装置得到越来越多的应用。例如日本小松公司的新型多工位压力机就较多的采用了真空吸盘式传送装置。1.4 冲压生产自动送料发展趋势随着我国冲压行业的发展，冲压设备性能与世界的接轨，冲压生产自动化程度的进一步提高，对冲压生产的送料技术也提出了越来越高的要求，以满足与冲压设备的配套。1.4.1 多工位压力机取代单机联线冲压生产目前，冲压生产主要朝两个方向发展：一是单机联线自动化生产；一是大型多工位压力机，单机联线生产通用性较好，适合柔性生产，占用资金少，完全可以满足我国生产中高档轿车所需要的零件质量要求；与单机联线的冲压生产线相比较，大型多工位压力机除了占地面积少外，还有生产效率高，生产节拍可达，为手工送料流水线的倍，单机联线自动生产线的倍等优点。大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动化、智能化，整个系统只需人进行监控。当模具更换时，只需输入需要更换模具的编号，其余工作自动完成，整个换模时间只需5min，换模的同时可以对多工位压力机的运行特性作智能化调整。当两者生产规模相同时，多工位压力机设备投资可减少,能量消耗减少，冲压件综合成本可节约。据美国精密锻压学会1990年前后统计，美国三大汽车公司680条冲压线中.,70%多工位压力机，日本为美国建造的35 条生产线中69%为多工位压机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机。美国的克莱斯勒与日本三菱公司合资的Diamond Star汽车厂、通用汽车公司的Satum 工厂已经实现只用多工位压力机来进行冲压生产。由此可见，大型多工位压力机取代单机联线冲压生产线的来势迅猛，但是大型多工位压力机不能完全取代冲压生产线，因为某些特大型（如车身侧板、挡泥板等）和特殊形状的工件仍然需要在单机联线的自动冲压线上来完成。另外，在中小型冲压件生产方面以多工位传送装置来改装原有的压力机和生产线的工作也在广泛进行。高速高精度的自动送料机构高速化和精密化一直是冲压生产追求的目标。日本DIMAC公司生产的NC伺服辊轮送料机，生产性能高，能实现连续高速送料，最高速度可以达到，送料步距和送料厚度调节方便，结构简单，经济实用；送料精度随送料次数及送料长度不同而有所不同，最高精度在0.01mm 左右。而且可以设定夹紧和松开时间，动作方式为辊柱作圆周运动，不会有咬死现象。该公司AB 系列辊轮送料机，它采用直流伺服电机，机体和控制器相结合大大节省了场地空间，由于送料装置与主机之间没有直接连接，其送料精度与主机运动偏差无关。利用数字控制送料速度、加速度、送料干涉角、夹紧力的大小及时间等。在我国也有多家生产这种辊轮送料机的厂家（如深圳力豪等），但是核心技术一般是由国外引进，因此，自主开发更高精度更高速度的送料机将会是我们今后的发展目标。1.4.2 柔性自动化送料机构随着汽车工业的强势发展，市场竞争的日益激烈，利用最少的设备来生产尽可能多的冲压制件，间接的降低生产成本成为各个厂家竞相追求的目标之一。德国米勒万家顿公司在最新一代用于摆杆式多工位压力机上的摆动横杆式输送机（Swingarm-Transfer） 的基础上开发出快速横杆式输送系统（SpeedBAR）。这种输送系统介于常规机械手系统Feeder）和多工位压力机横杆式输送系统之间，既灵活简便又快速高效，适用于串列式冲压生产线。提高了与欧美国家的多工位压力机生产模具的匹配能力，从而实现了模具和端拾器在多工位压力机和串列式冲压线两种设备之间的互换，为国内的冲压生产与欧美汽车工业接轨奠定了基础。1.4.3 交流伺服系统自动送料机构近20多年来，由于电力电子技术的发展，计算机控制技术以及现代控制理论的应用，交流伺服驱动技术飞速发展。交流伺服自动送料的动力来自交流伺服电动机，具有柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性很强。在我国，较先进的自动送料装置是深圳力豪公司的NCHF系列三合一伺服系统送料机，它适合于各种五金、电子、电器、玩具及汽车零件之连续冲压加工，送料矫正，准确耐用；可任意设定送料长度， 操作容易， 安全及稳定性高。但是，在该送料机中所用的伺服马达、电器箱电子元件和控制器等都是从日本引进的，国内在这方面的技术还比较落后，因此，我们必须给予这方面技术充分的重视，加快研究开发，以较快的速度追赶发达国家的研究步伐。57第二章 压簧级进自动模设计2.1、压簧片零件工艺分析压簧片是典型的冲裁，成型件。其特点是工件尺寸小，材料薄。如图1所示，零件的所有尺寸均为自由公差，按IT14级精度处理。因此从零件的尺寸精度分析可知，压簧片零件尺寸精度要求不高。 压簧片零件的基本冲压工序为冲孔、落料、弯曲复合。若采用冲孔、落料、弯曲复合模，凸模制造和修模困难，而且零件取出困难，但是可以设计自动出件机构，虽然这样减小了模具的长度，但是自动出件机构，增加了制造成本。方案二，采用侧刃切边和冲孔、切废料、弯曲成型、空步、侧刃切边、冲断。成型后孔型尺寸变化对压簧零件使用性能没有影响，这样凸模刃磨都很容易，出件也很容易，不需要另设机构。 由于压簧为小尺寸零件，若采用单工序模生产、工序多、生产效率低、定位精度低。若采用连续模生产，在保证零件精度要求的同时具有效率高、操作方便、成本低等优点。因此设计了一套冲孔，弯曲成型、落料的多工位连续模来生产压簧片零件。压簧的形状、尺寸如下图所示，欲用冲压生产，材料QSn6.50.4锡青铜带，材料厚度0.5mm,大批量生产。图2.1 压簧零件图2.2、进行工艺计算 （1）、计算毛坯尺寸，合理排样，绘排样图，计算材料利用率。 压簧是一个弯曲件,故需要进行毛坯长度计算弯曲件的毛坯长度,是根据应变中性层在弯曲前后长度不变的原则来计算的.该件属于r0.5t的弯曲件,这类零件变薄不严重且断面畸变较轻,可以按应变中性层长度等于毛坯长度的原则来计算.毛坯长度等于零件直线长度和弯曲部分应变中性层长度之和,即 L=li+（21）计算：=12/0.5=24查表1-2-4得：=0.5,计算：=1.5=3；=0；故： mm2.3 排样及排样图设计排样是冲裁件在板条料上的布置方法。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具的结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。依次，排样是冲裁工艺与模具设计中一项非常重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，因此，排样的目的就在于合理利用原材料。多工位连续模条料排样图对模具设计的影响很大，它决定工位分布是否合理，条料能否在连续冲压过程中畅通无阻，是否便于使用制造维修和刃磨。该压簧零件的排样方式和材料利用率如下：绘制排样图如下:排样方案一： 图2-2 排样方案二：图2-3若采用方案一，则不能保证模具足够的强度，连续冲裁过程中，零件容易卡在凹模处，不容易被带出模具外。采用方案二，则正好克服方案一的缺点。最终的排样图如下图所示：图 2-4 冲压工艺图工位如图2.4标示，第1工步为侧刃及冲两方孔和孔，第2、3工步为切废料，第4工步冲弯成型，第5步为空步，第6工步为侧刃切边，第7工步为冲断，成品由废边料推进再通过凹模33的斜面滑下，在第二工步中增加导钉10定位，使条料在冲裁时不致移位。2.3.1 材料利用率计算衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。其计算公式如下：一个进距内的材料利用率为: =100% （22）试中:A-冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（）； n个进距内冲件数目；B条料宽度（mm）；h-进距（mm）；一张板料上的总的材料利用率：式中：N-一张板料上冲件数目；L-板料长度；方案一： 根据以上公式，由图2.1、图2.2知，n=1mm，B=44.6mm，L=23mm面积mm 式中：工件垂直于送料方向的宽度（mm）。 工件外圆半径，。 工件沿送料方向的最小长度（mm） B=44.6mm，h=23mm,n=1 因此材料的利用率为： 方案二：根据以上公式，由图2.1、图2.3知，n=1，B=32，L=35.6面积mm式中工件沿送料方向的长度（mm）。 工件外圆半径，。 工件垂直于送料方向的最小宽度（mm） 下面算得B=32mm，h=25.61mm,n=1 因此材料的利用率为： 虽然方案一的材料利用率高于方案二，但是方案一不利于级进模的设计，在工件弯曲后送料和落件困难。因此仍选方案一。2.3.2 条料宽度的确定 排样方案和搭边数值确定后，即可确定条料和带料的宽度及进距。条料宽度的确定原则：最小条料宽度要保证冲裁时周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在 条料之间送进，并与条料之间有一定的间隙。因此在确定条料必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同结构分别进行计算。 压簧零件模具采用侧刃定距，条料宽度图形如下，条料宽度应按下式计算 图2-5 双侧刃时条料宽度的计算 （23）式中：B条料标称宽度（mm）； D工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；n侧刃数； C侧刃冲切的料边宽度（mm）； 条料宽度公差（mm）； 侧搭边（mm）。查文献2的 73页表214 剪切条料宽度差知=0.4，查表216知侧刃冲切的料边宽度C=1.5,冲切后条料宽度与导料板间的间隙;该模具采用双侧刃定距，故侧刃数n=2；表215得条料与导料板之间的间隙。工件垂直于送料方向的最大尺寸D=20mm 考虑到通过冲废料来实现落料凸模的结构复杂以及凸模的磨损后修模，凸模的强度等材料的宽度在工件的两边各加2mm 因此，工件垂直于送料方向的最大尺寸=D+4=24mm。搭边值查文献四得a=2mm，考虑凸模强度和磨损等取a=3mm，=3mmmm2.3.3 导料板间距离其计算公式为：或 （24）式中，同上。条料与条料板间的间隙（mm）；侧刃定位前导料板间距离：mm侧刃切边后导料板间距离：mm步距精度： 步距精度直接影响冲件精度，由于步距误差，不仅影响分段切割余料，导致外形尺寸误差，还影响冲件内外形的相对位置。影响步距精度的因素很多，归纳起来主要有：冲件的精度等级、形状的复杂程度、冲件材料与厚度、模具共位数、冲制时条料的送进方式和定距形式等。该排样图的进距为：A=B+a=32.61+3=35.61mm. 其中：B-平行于送料方向工件的宽度； a-冲件之间的搭边值。定距方式： 连续模的定距方式一般来说有定位钉定距、侧刃定距、侧刃导正钉定距和自动送料机构定距等四种。其中定位钉多用于料厚加工送料的普通连续模，单纯采用侧刃定距的多工位连续模，由于侧刃凸模有制造误差以及侧刃刃口钝化而影响侧刃的步距精度。故本模具采用侧刃导正销定距方式。由侧刃初定距，导正销做精定距，采用自动送料机构送料。2.4 冲裁力的计算 计算冲裁里的目的是为了合理的选择压力机和设计模具,压力机的吨位必须大于所计算的冲压力,以适应冲裁的要求。冲裁力的大小主要与材料力学的性能厚度及冲裁件的分离的棱廓长度有关。 该工件的材料厚度：t=0.5mm 材料的抗剪强度查表得：=460MPa系数K.考虑到模具刃口的磨损,模具间隙的波动,材料力学性能的变化及材料厚度偏差系数,一般去K=1.3。查表得材料QSn6.5-0.4抗拉强度为：表2-1 材料QSn6.5-0.4抗拉强度材料状态抗拉强度(MPa)软硬特硬对于该零件,要求有较高的硬度,故材料的抗拉强度选为600MPa,材料的抗拉强度,为计算方便,也可用下式计算冲裁F(N) F=Lt （25） 式中：L-为冲裁件周边长度（mm）； t-材料厚度（mm）； -材料抗拉强度（MPa）。计算周长L： 该零件有两个方型小孔,其周长L1=mm中心圆孔的直径为10mm,其周长为L2=3.1410=31.4mm大圆直径为20mm,其圆弧的夹角为240度,故L3=mm延伸部分的边长为， 其周长为L4=47.64+210=50.56mm。冲废料的凸模周长mm落件凸模周长为L6=23=6mm总周长为L=L1+L2+L3+L4+L5+L6=24+31.4+41.87+50.56+73.22+6=227.05mmF=Lt=227.050.5600=68115N68.12KN侧刃冲裁力F1= F2=2.4.1 卸料力及推件力的计算 无论采用何种刃口冲模，当冲裁完成后，由于弹性变形，在板材上冲裁出的废料或工件孔径沿着径向发生弹性收缩，会紧箍在凸模上。而冲裁下来的工件或废料径向会扩张，并因要力图恢复弹性穹弯，所以会卡在凹模内。为了使冲裁过程连续，操作方便，就需要把套在凸模上的料卸下，把卡在凹模内的冲件和废料推出。从凸模上将零件或者废料卸下来所需的力称为卸料力，顺着冲裁方向将零件或废料从凹模型腔推出的力称为推件力，逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力称顶件力。、 是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得。影响这些力的因素有材料力学的性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。用实际生产中的经验公式计算。查文献2的52页表2-2，卸料力、推件力和顶件力系数。取0.055，取0.063 由公式得：N由公式得：N该模具采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲压力为=68115+3647.325+4177.845+10683+10683=97306.17N2.5 弯曲力计算弯曲力的数值与毛坯尺寸(B,t),材料力学性能,凹模支点距离l等因数有关,同时还与弯曲形式和模具结构等多中因数有关.因此生产中经常采用经验公式来计算弯曲力.最大自由弯曲力(N)为 （26）式中 ：C-与弯曲有关的系数,对与V形件C取0.6;对于U形件C取0.7; K-安装系数,一般取1.3; B-料宽(mm);t-料厚(mm);r-弯曲半径(mm);-材料强度极限(MPa).压簧片属于V形弯曲,参数C取0.6,K=1.3,大圆的宽度=10mm,=20mm,t=0.5mm,=1.5mm,=12mm。代入以上参数入上式得：总的自由弯曲力为2.5.1 校正弯曲力为了提高弯曲件的精度，减小回弹，在板材自由弯曲的终了阶段，凸模继续下行将弯曲件压靠在凹模上，其实质就是对弯曲件的圆角和直边进行精压，此为校正弯曲。此时，弯曲件受到凸模的挤压，弯曲力急剧增大。校正弯曲力的计算公式如下： （27） 式中：p-单位面积上的校正力（MPa）； A-校正面垂直投影面积（）查表3-2得，p=60MPa 圆形部分的面积 伸出部分的面积两小孔的面积 则： 校正弯曲力为 2.5.2 弯曲回弹量的确定 由于影响回弹数值的因数很多，而且各种因数往往又相互影响，故难以进行精确的计算或分析。在一般情况下，设计模具时对回弹量的确定大多按照经验数值或计算后在实际试模中再进行修正。 只有弯曲工件的圆角半径R（58）t时，计算才近似正确。当要求工件的弯曲圆角半径为R时，则可根据材料的相关参数，用下列公式计算回弹补偿时弯曲凸模的圆角半径。 （28）其中: 、R弯曲凸模、弯曲件的圆角半径（mm）； 材料屈服点（MPa）； E材料弹性模量（MPa）； t材料厚度（mm）；当R(58)t时，工件的弯曲半径一般变化不大，只考虑角度回弹。故该件两个半径为1.5mm的圆弧只需考虑角度回弹，查文献8表34的到其弯曲角度回弹量为。压簧零件的弯曲半径为12mm，板料厚度0.5mm，其，的圆弧用如下公式计算：板料采用锡青铜。查文献3知，屈服点，弹性模数，将有关数据代入上式，得mm。即圆弧形凸模直径为16.78mm，冲压回弹后工件的内径为所需要的12mm。 弯曲角度回弹量用下式计算：式中：工件要求的圆角半径（mm）； 工件要求的角度2.5.3 顶件力和压料力的计算 顶件力和压料力的值近似去自由弯曲力的。在该模具中取弯曲力的60%。 =772.230%=231.66N772.230%=231.66N2.6 总冲压力和选择压力机2.6.1冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求等来选定设备类型： 开式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命和冲件的质量。但是它成本低，且有三个方向可以操作的特点，故广泛用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。 闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适于大小型冲压件的生产。 双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。 高速压力机或多工位自动压力机适于大批量生产。 液压机没有固定的行程，4；不会因板材厚度超差而过载，全行程中压力恒定，但压力机的速度低、生产效率低。适中小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。 摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。在小批量生产中用来完成弯曲、成形等冲压工作。 肘杆式精压机刚度大、滑决行程小，在行程末端停留时间长，适用于校正、校平和整形等类冲压工序。2.6.2 确定设备的规格(1)压力机的行程大小，应该能保证成形零件的取出与毛坯的放进，例如拉深所压力机的行程，至少应大于成品零件高度的两倍以上。 (2)压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺，且还需留有安装固定的余地，但过大的工作面上安装小尺寸的冲模时，工作台的受力条件也是不利的。 (3)所的压力机封闭高度应与冲模封闭高度相适应。冲压力与压力机力能的配合关系，当进行冲裁等冲压加工时，由于其施力行程较小，近于板材的厚度，所以可按冲压过程中作用于压力机滑块上所有力的总和选取压力机。通常取压力机的名义吨位比大10%20%。选择单柱固定台压力机J11-50。其技术规格如下表：表2-2 固定台压力机J11-50技术参数型号公称压力（牛）滑块行程（mm）滑块行程次数（）最大封闭高度（mm）封闭高度调节量（mm）滑块中心线至床身距离（mm）工作台尺寸垫板厚度模柄孔尺寸前后左右直径深度J11-5050109065270752354406507050802.7 计算模具的压力中心冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合理作用点，称为模具压力中心。如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑快与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。通常利用求平行力系合理作用点的方法（解析法或图解法）确定模具的压力中心。在实际生产中，可能出现冲模压力中心在加工过程中发生变化的情况，或者由于零件的形状特殊，从模具结构考虑不宜使压力中心与压力机滑块中心一致的情况，这时应注意使压力中心的偏差不致超出所选压力机允许的范围。用图解法求压力中心虽然比较简单，特别对形状复杂或多凸模的情况尤其显著。但是作图法受作图误差的影响较大，因而误差也较大，再考虑该模具也不是非常的复杂，故仍采用解析法进行计算。由于图示坐标系处凸模形状复杂，故把坐标系确定在此处，Y轴选在凸模对称的中心线处。冲裁该零件的凸模在沿着送料方向的中心线处对称，因此X轴选在中心线上，即yc=0。根据以上分析，确定其坐标系的位置及各凸模压力中心的坐标值如下图所示，图2-6 压力中心计算图=-53.4 7200N 18840N 7200N = (1+1+3+3.01)600=4806N y6=-10.89 y7=16 F7= y8=-16 F8= = =-18.756yc=02.8 冲裁模具间隙及凹模、凸模工作部分尺寸计算 压簧零件属于薄壁零件，凸凹模采用配合加工。零件制造精度取IT14级。是冲裁件实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸与工件制造精度有关的系数=0.5，查文献6的113页表3。3标准公差数值表，得到工件公差如下表表2-3 凸凹模工作部分尺寸工件尺寸（mm）工件公差（mm）系数x凸凹模尺寸计算结果0.520.50.360.520.250.540.300.532.610.620.5100.360.5弯曲半径128.36图 2-7 冲模计算标示图根据零件形状，凹模磨损后其尺寸变化有3中情况：（1）、落料：以凹模为基准件，然后配做凸模。凹模磨损后尺寸变大，计算公式如下: （29）其中：A为工件标称尺寸（mm）。 -凸模制造偏差（mm），凹模磨损后尺寸、变大，由上式得： （2）、冲孔：应以凸模为基准件，然后配做凹模。磨损后凸模变小的计算公式如下： （210）其中：A为工件标称尺寸（mm）。 -凸模制造偏差（mm），。凸模磨损后，尺寸、变小，由上式得：2.9 凸模和凹模的结构设计2.9.1 凹模设计 凹模采用整体式凹模，弯曲模单独设计，嵌入在冲裁凹模上，个冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安装凹模在模架上位置 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。选择凹模壁厚67mm，凹模宽度是刃口外界距离与两个凹模壁厚之和。刃口外界为26mm，则凹模宽度为160mm。凹模的长度要考虑以下因数： 1、保证足够安装橡胶板的面积。 2、便于导尺发挥作用，保证送料初定位精度。查文献3164页弹压卸料横向送料典型组合尺寸（mm）（GB2872。281），选取凹模边界尺寸为250mm160mm。凹模材料选用制造。2.9.2 凹模的刃口形式选用下图所示的刃口形式，其特点是刃边强度好，刃磨后工作部分尺寸不变，但洞口易积存废料或工件，推件力大且磨损大，刃磨时磨去的尺寸较多。根据文献4表1-1-39凹模孔型及参数，查得h5mm，故在该模具h取5mm。 图2-8 凹模刃口形式图2.9.3 模架选择 选择A型对角导柱模架（GB2851。7-81）280160265mm如图所示，其特点是可以承受一定偏心载荷，上下滑动平稳，常用于横向送料的级进模或纵向送料的各种模具，适合大件冲裁。 图2-9 对角模架图上模座厚度为 45mm。下模座厚度 50mm凸模固定板厚度 22mm卸料板厚度 20mm导料板厚度 4mm凹模厚度 22mm垫板厚度 8mm凸模的长度 65mm下模垫板厚度为 30mm模具闭合高度模具闭合高度是上模板、下模板、凸凹模、凹模、固定板、垫板等厚度的总和。即:所选压力机的闭合高度，。满足2.9.4 凸模设计 凸模的固定的固定方式，采用凸模与固定板用 配合，上面留台阶，其图形如下。 图2-10 凸模固定的方式凸模固定的方式:凸模长度计算一般是根据结构上的需要确定的，如图下所示凸模长度: （211）固定板的厚度(mm)；卸料板的厚度(mm)；导尺厚度(mm)，附加长度，它包括凸模的修磨量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板安全距离等。这一尺寸无特殊要求，可取10一20mm。凸模由固定板固定，取其厚度为22mm，弹性元件的安装高度为18.64mm，卸料板厚度为20mm，导料板厚度为4mm，考虑凸模修模余量5mm，故凸模全长mm 图2-11 凸模装配高度图根据以上计算和分析设计的各凸模结构如下：图2-12 外形凸模图2-13 方孔凸模图2-14 方凸模图2-15 弯曲凹模图2-16 圆凸模图2-17 弯曲凸模2.9.5 凸模强度校核 对于特别细长的凸模，应进行压应力和弯曲力校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。 凸模抗弯能力校核，本模具凸模用卸料板导向，应按下图凸模有导向的情况进行校核。对于非圆形途模: （212）对于圆形凸模: （213） 图2-18 凸模强度校核图式中: 凸模允许的最大自由长度（mm）； F该凸模的冲压力（N）； I凸模最小断面惯性矩（）； d凸模最小直径（mm）。冲中心小圆孔的凸模： 合格。冲两个小方孔的凸模 图2-19 惯性矩计算图求其惯性矩公式如下 （214）方孔的h=4，b=2带入上式的这个凸模长度合格。对冲废料的凸模最窄的部分进行校核，其h=10，b=2合格。对最后冲落零件的凸模进行长度校核，由于其弧度小，故近似为正方形h=4，b=3其惯性矩为这个凸模长度合格。2.9.6 压应力校核当凸模断面小而冲裁力相当大时，必须对凸模进行抗压强度计算。 对于圆形凸模 : （215）对于其他各断面的凸模: （216）式种 凸模最小直径，mm t材料厚度，mm 抗剪强度，MPa P冲裁力，N 凸模最狭窄处的面积， 凸模材料的许用应力，MPa对于冲中心孔凸模，凸模选用T10A，许用应力而d=10即 故设计合理。选择冲方孔的最大冲裁力，计算其凸模的最小断面，冲废料的窄凸模的冲裁力为12KN。而其面积即 故设计合理。冲方孔的凸模。落件凸模的面积而其冲裁力都小于12KN，其凸模面积都大于最小面积，故设计是合理的。2.9.7 凸模垫板承压计算 圆形凸模承压面的压应力按下式计算： （217）式中 P冲裁力，N F承压面积， D凸模承压面积的直径，mm许用压应力，MPa凸模垫板采用HT2527，许用压应力140MPa。因此垫板不会压坏。2.9.8 定距侧刃 为了装配和更换方便，侧刃的固定采用如下图所示的方法 图2-20 侧刃固定方式侧刃凸模长度：B=h+（0.050.1）=35.61+（0.050.1）mm=35.6635.71mm式中: h送料进距。侧刃凸模厚度：m=610mm侧刃凹模按侧刃凸模配做，留单边间隙。2.9.9 导柱、导套按GB2861.1-81选d=40mm，其中导柱长度180260mm，模具闭合高度，选导柱210mm。 按GB2861.6-81选d=40导套，其长度有115，125，140mm可选较小的115mm。2.9.10 卸料螺钉按GB2867.6-81选d=10mm的带肩圆柱头内六角卸料螺钉，螺柱长l=70mm卸料螺钉窝深26mm下面进行验算，卸料板行程+螺钉头高度+修磨量（5mm）+安全间隙（26mm）=6+10+5+（26mm）=2327mm。2.9.11 导正销的设计 导正销多用于级进模中，装在第二工位以后的凸模上。冲压时它先插进己冲好的孔中，以保证内孔与外形相对位置的精度，消除由于送料而引起的误差。但对于薄料(t0.3mm)，导正销插入孔内会