U型支架冲压工艺分析及模具设计毕业论文.docx

U型支架冲压工艺分析及模具设计毕业论文目录1 绪论11.1 模具行业的发展现状及市场前景11.2 冲压工艺介绍11.3 冲压工艺的种类12工艺分析12.1工件材料32.2工件结构形状32.3工件尺寸精度43 加工工艺方案确定53.1 各类模具结构及特点比较54确定模具总体结构方案74.1 模具类型74.2操作与定位方式74.3卸料与出件方式74.4 模架类型与精度74.5 导向形式的确定75 弯曲件尺寸、排样形式和材料利用率计算85.1 弯曲件展开尺寸的计算85.2 排样方式的选择85.3 搭边值的确定95.4 送料步距与条料宽度计算95.5计算材料的利用率96冲裁力、弯曲力、压件力、压力机的选择和压力中心的确定116.1 冲裁力的计算116.2弯曲力的计算116.3卸料力与推件力的确定126.3.1卸料力126.3.2推件力126.3.3 压力中心的确定126.3.4压力机的选用137冲裁间隙的计算158冲孔凹凸模刃口尺寸计算168.1 凹凸模刃口尺寸的计算原则168.2 直径为10.2mm的孔的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算168.3直径为8.2mm的孔的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算178.4第三个圆弧部分半径为8.2mm。直线部分长为12mm，宽度为8.2mm的非规则孔的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算188.5 零件上下侧半圆弧部分的凹凸模刃口尺寸的计算188.6 零件间刃口部分的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算189冲孔凹、凸模的设计209.1直径为的圆孔的冲孔凸，凹模的设计209.1.1凸模的设计原则209.1.2凸模的结构形式209.1.3凹模的结构形式219.2 直径为的圆孔的凹，凸模的结构设计219.2.1凸模的结构设计219.2.2凹模的结构形式229.3长为12mm、圆半径为4.1mm的不规则孔的凹、凸模设计239.3.1凸模的结构设计239.3.2凹模的结构设计249.5 半圆形孔凹，凸模的设计259.5.1半圆形孔凸模的设计259.5.2凹模的结构设计269.6定位及排样间隙部位细U型孔的冲裁凹凸模设计279.6.1凸模的结构设计279.6.2凹模的结构设计2810 弯曲凹、凸模的设计3010.1 弯曲凹凸模圆角半径的计算3010.2凹模工作部分深度的选取3010.3 凸模与凹模的间隙的计算3010.4 凸、凹模工作部分尺寸的计算3110.5 45度弯曲凸模的结构设计3110.6 45度弯曲凹模的设计3210.7 90度弯曲凸模的结构设计3310.8 90度弯曲凹模设计3311主要零件的设计和选用3511.1 模架的选择与计算3511.1.1上模座的选择与绘图3611.1.2下模座的选择与绘图3611.1.3导柱的选用与绘制3711.1.4导套的选用与绘制3811.1.5模架的结构与装配关系如下图所示3811.2凸模垫板与凹模垫板的选择与计算3811.3 凸模固定板的计算与选用4011.4 凹模固定板的计算与绘制4011.5冲孔部分卸料板的设计与绘制4111.6弹性原件的选择4111.7模柄的计算与绘制4212 模具的整体装配4413模具的安装调试4513.1 模具的安装调试4513.1.1确定装配方法和装配顺序4513.1.2装配要点4514 结论46参考文献47致谢49附录511 绪论1.1 模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2003年我国汽车产销量均突破400万辆，预计2004年产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。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%。1.2 冲压工艺介绍冲压1是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料2主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冲压件3与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工4，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。1.3 冲压工艺的种类冲压主要是按工艺分类5，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大6，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。模具的精度7和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备8除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。2工艺分析2.1工件材料10F钢是优质碳素钢。这种钢强度不大，而塑性和韧性甚高，有良好的冲压、拉伸和弯曲性能，焊接性好，可作塑性须好的零件：管子、垫片、心部强度要求不高的渗碳和氰化零件；套筒、短轴、离合器盘。其力学性能如下：表1.1 力学性能指标力学性能指标数值抗拉强度b (MPa)315(32)屈服强度s (MPa)185(19)伸长率5 (%)33断面收缩率（%）55硬度（未热处理）137HB2.2工件结构形状工件结构简单，底面有三个孔，侧弯曲面中间各有一个半圆孔，满足许用壁厚要求，所有孔可以一次冲裁完成，可以冲裁、弯曲加工。图1.1 工艺分析图2.3工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，普通冲裁完全可以满足要求。零件图中未注公差尺寸的极限偏差按GB/T1804-2000中M级的规定。（冲模设计速查手册），查公差表可得各尺寸公差为（互换性与技术测量）：，。3 加工工艺方案确定3.1 各类模具结构及特点比较表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IT13IT10级可达IT10IT8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0.26mm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确定工艺方案就是确定冲压件的加工路线，合理的工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究比较与其经济效果，然后选择合理的工艺方案。此零件冲压包括冲孔落料、弯曲两个基本工序，由上表可知有三种工艺方案可以选择：方案一：先冲孔，后切断、弯曲。单工序模生产。方案二：冲孔切断、弯曲复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔切断、弯曲级进冲压。级进模生产。结合表分析：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，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。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。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佳。4确定模具总体结构方案4.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案，优先采用级进冲裁模。4.2操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，侧刃定距的定位方式。为减小料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双刃左右对称布置。4.3卸料与出件方式考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料的方式。为了便于操作、提高生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的出件方式。4.4 模架类型与精度由于零件厚度薄，冲裁间隙小，又是级进模，因此采用导向平稳的中间导柱模架。考虑零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用1级精度的模架。4.5 导向形式的确定方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级进模采用中间导柱的导向方式，即方案二最佳。5 弯曲件尺寸、排样形式和材料利用率计算5 弯曲件尺寸、排样形式和材料利用率计算5.1 弯曲件展开尺寸的计算弯曲件毛坯展开长度是根据应变中性层弯曲前后长度不变以及变形区在弯曲前后体积不变的原则来计算的。弯曲属于90角弯曲，圆角半径，厚度，属于圆角半径较大的弯曲件，圆角，则弯曲部分的长度。其中为弯曲件中性层系数，根据表3-1（塑性成型工艺与模具设计）选取得=0.40，则，则弯曲毛坯长度为mm，而坯料的宽度为300mm。5.2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：无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。方案四：采用中间载体来连接各工位之间的冲裁、弯曲及切断等工作，其兼有单侧载体和双侧载体的优点，材料利用率高。通过上述四种方案的分析比较，综合考虑模具寿命、冲件质量、材料利用率和零件结构，该冲件的排样方式选择方案四为佳。零件的排样图如下图5.1 零件的排样图5.3 搭边值的确定搭边值的作用，搭边是指排样时零件与条料侧边这间留下的剩料。其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命提高。为了节约材料，应选择合理的搭边值，它一般与卸料板的形式，条料厚度，冲压宽度L有关。本设计采用弹性卸料方式，条料厚度t=3mm,矩形件边长L=90mm50mm,且圆角r=22t=6,又其材料为低碳钢，通过查表（塑性成型工艺与模具设计），得工件间a=2.5,侧面搭边值,但由于本次设计的送料方式为直接送料，且条料精度可以达到零件要求，所以不需要搭边值。参照如图所示为了方便加工所设计的排样方式，则各零件间的距离为5mm。5.4 送料步距与条料宽度计算按排样图所示，本次排样选用无废料排样，则条料宽度可由下式计算：，其中B为条料的宽度，D为零件垂直于送料方向的最大尺寸（mm），为90.04mm，a为侧搭边的最小值（mm），为0，为条料宽度的偏差（mm），查表2-7（塑性成型工艺与模具设计）的mm，则计算得，但由于本次设计的精度要求为1T14级，条料的精度要求不高，又零件在弯曲时会发生变形，使条料变宽，则可以直接选用宽度为90mm的标准条料。条料在模具上每次送进的距离为送料步距，用A表示，则。5.5计算材料的利用率冲裁件的实际面积与所用板料的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，用表示，=。6 冲裁力、弯曲力、压件力、压力机的选择和压力中心的确定6冲裁力、弯曲力、压件力、压力机的选择和压力中心的确定6.1 冲裁力的计算模具有俩个冲裁区，冲裁力由下式计算：式中F为冲裁力（N），L为零件剪切周长（mm），t为材料厚度（mm）为3mm，为材料抗剪强度（MPa）为315MPa，K为系数（考虑到模具间隙值的波动及均匀性，刃口的磨损，材料力学性能及厚度的波动，润滑情况等因素对冲裁力的值都有影响，故一般取）。在第一个冲孔工位中，零件的剪切周长L为所冲的在底部的三个孔和侧面的俩个半的周长之和。则冲裁力在第二个工位中，零件的剪切周长L=96.44，则冲裁力则各冲裁线长度和冲裁力见下表所示。表6.1 长度和冲裁力部 位第 1工 位186228501第 2工 位96.44118476.5总 计346977.56.2弯曲力的计算有零件图可知，该零件弯曲属于U型弯曲，弯曲力可由下式计算（塑性成型工艺与模具设计表3-3），式中F为自由弯曲力，B为弯曲件宽度，B=20，t为弯曲件材料厚度，t=3mm，r为弯曲件内半径，r=2mm，为材料抗拉强度，K为弯曲系数，K=1.3。自由弯曲力为弯曲力为6.3卸料力与推件力的确定6.3.1卸料力卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后，将条料或工序件与落料凸模或冲孔凸模脱离，以便进行下一次冲裁。卸料装置可分为固定卸料装置和弹性卸料装置，卸料装置可分为固定卸料和弹性卸料两种：刚性卸料，常用于较硬、较厚且精度要求不太高的工件冲裁。结构简单，卸料力大。弹性卸料常用于冲裁厚度小于3mm的板料，由于压料的作用，冲裁件平整。本设计零件厚度为3mm，零件精度要求不高，所以采用弹性卸料。其中卸料力，式中为卸料力系数（塑性成形工艺与模具设计表2-11），查表的，F为冲裁力F=346977.5N,则。6.3.2推件力（塑性成型工艺与模具设计式2-89），其中n为凹模孔口中同时卡有的工件数，设h为凹模空口直璧高度，t为料厚，则，本设计中n=1，为推件力系数（塑性成形工艺与模具设计表2-11），查表得，则N。6.3.3 压力中心的确定如下图所示，为各凸模在xoy平面上的投影，在平面上共有五个凸模，各图形的轮廓线总长为：左侧开始第一个为圆，第二个为直径8.2的圆，则，第三个为孔，在力矩的计算中上下俩个半圆可视为中心在距Y轴为45，X轴为150的一个完整的圆，则，中间为一长方形，L5=776.2,最后也为一长方形，L5=730，根据合力对某轴之力矩各分力对同轴力矩之和，可得压力中心坐标（，）为将值代入得：则模具的压力中心为（162.5,45）。6.3.4压力机的选用在选用压力机时，根据本设计零件属于中小型冲压件，初步决定选用开式曲柄压力机，虽然其刚度不如闭式压力机，降低了模具寿命和冲件质量，但成本低，且有三个方向可以操作的优点，故选择开式曲柄压力机。在压力机吨位的选择时，由于本设计采用级进模设计，所以总压力位考虑到凹凸模刃口的磨损和模具间隙的波动等，实际公称压力需要增加左右，所以实际公称压力为根据公称压力，所选择的压力机型号为JB 23-25该压力机的基本参数如下表所示表6.2压力机的基本参数公称压力行程滑块固定行程S滑块调节行程标准行程次数（不小于）固定台和可倾最大闭合高度6mm80mm100次/min250mm活动台最低位置活动台最高位置封闭高度调节量喉深C工作台左右尺寸L360mm180mm70mm190mm560mm工作台前后尺寸B工作台孔左右尺寸工作台孔前后尺寸工作台孔直径D立柱间距（不小于）A360mm260mm130mm180mm260mm模柄孔尺寸（直径深度）工作台板厚度tmm70mm7 冲裁间隙的计算7冲裁间隙的计算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。冲裁间隙的大小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。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，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。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，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。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。理论确定方法的主要根据是保证上，下裂纹重合，以获得良好的冲裁断面。理论公式为，式中为产生裂纹时凸模压入板料的深度（mm），t为材料的厚度（mm），为裂纹方向与垂直间的夹角，但由于该方法在生产中使用即为不便，先采用查表法。通过查表（塑性成型工艺与模具设计表2-1 落料，冲孔模刃口间隙）得，由于表中初始间隙的最小值相当于最小合理间隙数值，而初始间隙的最大值是考虑到凸模与凹模的制造公差，在初始间隙最小值的基础上增加的数值。在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的使用最大数值（即最大合理间隙）要超过表列数值。所以选择冲裁间隙为8 冲孔凹凸模刃口尺寸计算8冲孔凹凸模刃口尺寸计算8.1 凹凸模刃口尺寸的计算原则（1）保证冲出合格的零件。根据冲裁变形规律，冲孔尺寸等于凸模刃口尺寸，落料件尺寸等于凹模刃口尺寸。因而冲孔时以凸模为基准件，落料时以凹模为基准件。基准件的尺寸应在零件的公差范围内。冲孔时间隙取在凹模上，落料时间隙取在凸模上。（2）保证模具有一定的使用寿命。（3）考虑冲模制造修理方便，降低成本。8.2 直径为10.2mm的孔的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算由于该冲裁图形为圆孔，选用凸模与凹模分别加工的加工方法。冲裁模刃口与零件尺寸及公差分布情况如下图所示：图8.1 冲裁模刃口与零件尺寸及公差分布情况图零件孔的尺寸为，根据上述原则，首先确定基准件凸模刃口尺寸，再加上便是凹模刃口尺寸。计算公式如下：式中为冲孔凸凹模刃口尺寸，d为零件孔径公称尺寸，则，为零件的公差，查表得（互换性与技术测量表1-24 未注公差线性尺寸的极限偏差数值（GB/T 1804-2000）零件的极限偏差数值为，则零件的公差，由上一章得，。为凸凹模制造公差，查表得（塑性成形工艺与模具设计表2-3 规则形状（圆形或方形件）冲裁时凸凹模的制造公差），。查表得（塑性成型工艺与模具设计表2-4系数x）表8.1系数x选取料厚t(mm)非圆形圆形x=1x=0.75x=0.5x=0.75x=0.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30计算得x=0.5 将以上数值代入，得8.3直径为8.2mm的孔的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算与第二步计算过程相同，得8.4第三个圆弧部分半径为8.2mm。直线部分长为12mm，宽度为8.2mm的非规则孔的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算与第二步计算相同在凸模上圆弧部分的直径为8.7mm，直线部分长度为12.5mm，宽度为8.7mm，在凹模上圆弧部分的直径为9.06mm，直线部分长度为12.86mm，宽度为9.06mm。8.5 零件上下侧半圆弧部分的凹凸模刃口尺寸的计算与第二步的计算相同8.6 零件间刃口部分的冲裁凹凸模刃口尺寸的计算与第二步的计算过程相同9 冲孔凹、凸模的设计9冲孔凹、凸模的设计9.1直径为的圆孔的冲孔凸，凹模的设计9.1.1凸模的设计原则为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都须满足如下三个原则：精确定位凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位，否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时造成啃模。防止拔出回程时，卸料力对凸模产生拉深作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出。防止转动9.1.2凸模的结构形式由于本次冲孔为直径为10.2mm的标准圆孔，所以选用国家标准的凸模结构（冷冲模凸，凹模 B型圆凸模.），但由于凸模固定板的厚度为60mm，则对凸模的非工作部分延长，如下图9.1所示图9.1凸模的结构形式直径.，高度87.5，材料为，为型的型圆凸模圆凸模.。9.1.3凹模的结构形式由于本次冲孔为直径为10.2mm的标准圆孔，所以选用国家标准的凹模结构（冷冲模凸，凹模圆凹模.），但由于凹模固定板的厚度为50mm，则对凹模的非工作部分延长，如下图9.2所示：图9.2 凹模的结构形式孔径，刃壁高度，高度，材料为的型圆凹模：凹模GB 2863.481T10A9.2 直径为的圆孔的凹，凸模的结构设计9.2.1凸模的结构设计由于本次冲孔为直径为8.2mm的标准圆孔，所以选用国家标准的凸模结构（冷冲模凸，凹模 B型圆凸模.），但由于凸模固定板的厚度为60mm，则对凸模的非工作部分延长，如下9.3所示图9.3 凸模的结构设计直径8.，高度87.5，材料为，为型的型圆凸模圆凸模.9.2.2凹模的结构形式由于本次冲孔为直径为8.2mm的标准圆孔，所以选用国家标准的凹模结构（冷冲模凸，凹模圆凹模.），但由于凹模固定板的厚度为50mm，则对凹模的非工作部分延长，如下图9.4所示图9.4凹模的结构形式9.3长为12mm、圆半径为4.1mm的不规则孔的凹、凸模设计9.3.1凸模的结构设计根据以上凹凸模的计算结果，由于上两孔为标准圆孔，选用的为标准件。在设计该腰型孔的凹凸模时，由于本次设计为级进模设计，所以设计的凸模的长度也选择为87.5mm，由以上计算知凸模刃口尺寸为，则设计的凸模形式如下图9.5所示：图9.5凸模的结构设计凸模强度的校核如下：该凸模采用的材料为T10A钢，该钢的力学性能如下硬度：退火197HB，淬火62HRC，许用压应力为1600MPa则根据校核公式式中为凸模承受的压应力，F为冲裁力，A为最小截面积，为凸模材料的许用压应力。则所以该凸模的强度是符合要求的。9.3.2凹模的结构设计由于本次设计为级进模设计，为了统一装配期间，选用与标准圆孔相同的凹模刃口形式，根据表2-18（塑性成型工艺与模具设计）选择凹模孔口的主要尺寸。表2-18 凹模孔口主要参数材料厚度t/mm主要参数152则由上表可得凹模的刃口高度为8mm，斜度为15.根据计算公式凹模高 凹模壁厚 式中b为冲压件的最大外形尺寸，计算的，K为系数，考虑板材厚度的影响，查表2-19得表2-19 系数K值b/mm料厚t/mm0.51230.30.350.420.50.60.20.220.280.350.420.150.180.20.240.30.10.120.150.180.22则代入公式得：H=18，C=27，由于这为哥系数的最小值，则为了与标准件配合，取H=30，C=27.但由于凹模固定板的厚度为50mm，则对凹模的非工作部分延长，则H=75mm，则设计的凹模如下：图9.6凹模的结构设计9.5 半圆形孔凹，凸模的设计9.5.1半圆形孔凸模的设计半圆形孔与腰型孔都是不规则孔，所以半圆形孔凸模的设计参照腰型孔的设计，手下根据标准件的设计，为了统一装配，选择设计形式为圆凸模形式，所以该冲孔圆凸模的刃口尺寸为13mm，总长度为87.5mm，各部分尺寸如图上标注所示，尽量选择与标准件相同。凸模的设计形式如下：图9.7半圆形孔凸模的设计该凸模强度的校核如下：该凸模采用的材料为T10A钢，该钢的力学性能如下硬度：退火197HB，淬火62HRC，许用压应力为1600MPa则根据校核公式式中为凸模承受的压应力，F为冲裁力，A为最小截面积，为凸模材料的许用压应力。则所以该凸模的强度是符合要求的。9.5.2凹模的结构设计由于本次设计为级进模设计，为了统一装配期间，选用与标准圆孔相同的凹模刃口形式，根据表2-18（塑性成型工艺与模具设计）选择凹模孔口的主要尺寸为高度为8mm，斜度为15。根据计算公式凹模高凹模壁厚 式中b为冲压件的最大外形尺寸，计算的，K为系数，考虑板材厚度的影响，查表2-19得则代入公式得：H=22，C=33，由于这为哥系数的最小值，则为了与标准件配合，取H=30，C=33.但由于凹模固定板的厚度为50mm，则对凹模的非工作部分延长，则H=75mm，但由于装配距离较近，所以选择适当的减少非受力面的厚度以便于装配凹模。则凹模的结构如下：图9.8凹模的结构设计9.6定位及排样间隙部位细U型孔的冲裁凹凸模设计9.6.1凸模的结构设计在排样图上，每两个零件间应在第一工位冲裁出宽为5mm，长为20mm的俩个对称的切口用于定位和后续加工。根据凸模的设计方案，选用直柱型凸模，为了和以上选用的标准凸模配合，所以该冲孔圆凸模的刃口尺寸为长20.86mm，宽5.86mm，总长度为87.5mm，各部分尺寸如图上标注所示，尽量选择与标准件相同。由于该凸模还有定位的作用，所以凸模的设计形式如下：图9.9凸模的结构设计该凸模强度的校核如下：该凸模采用的材料为T10A钢，该钢的力学性能如下硬度：退火197HB，淬火62HRC，许用压应力为1600MPa则根据校核公式式中为凸模承受的压应力，F为冲裁力，A为最小截面积，为凸模材料的许用压应力。则所以该凸模的强度是符合要求的。9.6.2凹模的结构设计由于本次设计为级进模设计，为了统一装配期间，选用与标准圆孔相同的凹模刃口形式，根据表2-18（塑性成型工艺与模具设计）选择凹模孔口的主要尺寸为高度为8mm，斜度为30.根据计算公式凹模高凹模壁厚式中b为冲压件的最大外形尺寸，计算的，K为系数，考虑板材厚度的影响，查表2-19得则代入公式得：H=17.5，C=26.25，由于这为哥系数的最小值，则为了与标准件配合，取H=30，C=26.25.由于切口凸模的设计形式，切口凹模应与切口凸模配合。但由于凹模固定板的厚度为50mm，则对凹模的非工作部分延长，则H=75mm，同时为了装配合理，使凸模的非受力部分的厚度减少，同时为了使凸模的强度足够，则将凸模设计成两个凸模和在一起的结构。则凹模的结构如下：图9.10凹模的结构设计10 弯曲凹、凸模的设计10 弯曲凹、凸模的设计10.1 弯曲凹凸模圆角半径的计算查表4-4 各种金属板材在不同状态下的最小弯曲半径（冲压设计速查手册）得，本次设计的板材厚度t=3mm，则最小弯曲半径。则最小相对弯曲半径=0.4mm，而本次实验的最小弯曲半径为，所以弯曲件的较小但大于材料允许的最小弯曲半径，所以凸模的圆角半径应等于弯曲件内侧的圆角半径，所以。凹模圆角半径的大小对弯曲力和工件质量均有影响。凹模的圆角半径过小，弯曲时坯料进入凹模的阻力增大，工件表面容易产生摖伤甚至出现压痕；凹模的圆角半径过大，坯料难以准确定位。为了防止弯曲时毛坯产生偏移，凹模两边的圆角半径应该一致。生产时凹模的圆角半径可根据板材的厚度t来选取，本设计的板材厚度为3mm，所以。10.2凹模工作部分深度的选取凹模工作部分的深度要适当。若深度较小，则工件两端的自由部分较长，弯曲零件回弹大，不平直；若深度过大，则浪费模具材料，而且压力机需要较大的行程。本次设计的弯曲件边长较长，对平直度的要求不高，则根据表4-31选用45度弯曲时凹模的工作部分深度=2590度弯曲时凹模工作部分深度=25mm10.3 凸模与凹模的间隙的计算对于U型弯曲件，凸模与凹模之间的间隙值对弯曲件的回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。间隙值过小，需要的弯曲力大，而且会使零件的边部壁厚减薄，同时会降低凹模的使用寿命；间隙值过大，弯曲件的回弹增加，工作的精度难以保证。凸模与凹模之间的单边间隙值可按下式计算：式中Z为弯曲凸模与凹模之间的单边间隙值，t为材料厚度的基本尺寸，为3mm，c为间隙系数，查表4-32 U型件弯曲模的间隙系数得c=0.08，为材料厚度的上极限偏差，查表2-26 普通碳素结构钢冷轧钢带的规格，得厚度为3mm的板材的上极限偏差为0，下极限偏差为0.16.将以上数值代入公式得10.4 凸、凹模工作部分尺寸的计算45度弯曲时在外形尺寸标注时在内形尺寸标注时 90度弯曲时在外形尺寸标注时在内形尺寸标注时10.5 45度弯曲凸模的结构设计凹凸模形式为上凹模下凸模配合，由以上计算过程知凸模的圆角半径为2mm，凸模的外形尺寸标注为，内形尺寸标注为。为了与之前冲裁部分的凹凸模配合使用，本次设计取凸模的长度为75mm，则凸模的结构设计如下：10.6 45度弯曲凹模的设计由以上计算过程知凹模的圆角半径为6mm，外形尺寸，内形尺寸标注时，凹模的工作部分深度=25，由于本次设计为级进模设计，位于前面的冲孔凹凸模配合使用，选用凹模的高度H=87.5mm，凹模设计为三楔块配合凹模，则设计如下所示：10.7 90度弯曲凸模的结构设计本次设计的凹凸模形式为上凹模下凸模配合，由以上计算过程知凸模的圆角半径为2mm，凸模的外形尺寸标注为，内形尺寸标注为。为了与之前冲裁部分的凹凸模配合使用，本次设计取凸模的长度为75mm，则凸模的结构设计如下：10.8 90度弯曲凹模设计由以上计算过程知凹模的圆角半径为6mm，外形尺寸，内形尺寸标注时，凹模的工作部分深度=25，由于本次设计为级进模设计，位于前面的冲孔凹凸模配合使用，选用凹模的高度H=87.5mm，凹模设计为三楔块配合凹模，则设计如下所示：11 主要零件的设计和选用11主要零件的设计和选用11.1 模架的选择与计算本次设计为级进模设计，根据零件的技术要求计划选用四导柱模架，该模架四个导柱分别安装在凹模周界的四个角上，模架刚性好，受力平衡，导向精度高，适用于冲制精度较高，大量生产和自动化的多工位级进模。根据多工位级进模设计手册选用标准冲模模架中的四导柱模架，查表8-22 钢板滑动导向四导柱模架（摘自JB/T7181.4-1995），知模架的选用是根据级进模的长宽来选用的，则如以下两图所示，为本次设计级进模具各凹凸模的装配位置关系及大小，可知所选模架的最小公称尺寸为，则根据表8-22选用凹模周界尺寸为，的标准模架。根据表8-22可得所选用模架的各基本尺寸如下表所示：凹模周界外形尺寸闭合高度HLBL1B1最小最大10004001000750330370上模座JB/T7185.4下模座JB/T7184.4导柱JB/T7187.1导套JB/T7187.3数量111313规格11.1.1上模座的选择与绘图根据凹模周界为L=1000，B=500根据表9-18 滑动导向四导柱上模座（摘自GB/T2855.1-2008）（冲模设计速查手册）的上模座的尺寸数据如下表所示：LBHhL1B1L2B21000400804510105801140710SS1RDH7d1tS210105907610076M24-6H46800为了使模具装配在压力机上，应在上模座的压力中心位置冲上安装模柄的梯形槽。尺寸由模柄尺寸选择。则上模座的结构设计如下图所示：11.1.2下模座的选择与绘图根据凹模周界为L=1000，B=500根据表9-19 滑动导向四导柱下模座（摘自GB/T2855.2-2008）（冲模设计速查手册）的上模座的尺寸数据如下表所示：LBHhL1B1L2B210005001005010105801140710SS1Rl2DR7d1tS210105907610060M24-6H46800同时本次设计为级进模设计，为了便于卸去冲孔时余下的废料，应在下模座上与冲孔凹模相对应的地方冲上相应的通孔，跟凹模垫板相同，则下模座的结构设计如下图所示：11.1.3导柱的选用与绘制由于下模座的D=60，则根据表9-29 滑动导向导柱-B型（摘自GB/T2861.1-2002）选择导柱数据如下表所示：d h5或h6d1 r6Ll606032090则导柱的形式如下图所示：11.1.4导套的选用与绘制由于下模座的D=60，上模座的D=76，则根据表9-31 滑动导向导套-B型（摘自GB/T2861.3-2008）选择导套数据如下表所示：D H6或H7d r 6LH607616058则导套的结构如下图所示11.1.5模架的结构与装配关系如下图所示11.2凸模垫板与凹模垫板的选择与计算冲模在工作时，凸模要承受很大的冲裁力，这个力通过凸模的固定端传递到上模座。如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上压出凹坑，从而影响凸模的正确位置。为了避免模座的损坏，在凸模固定板和上模座之间加装一块淬硬的垫板。如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上压出凹坑，从而影响凸模的正确位置。为了避免模座的损坏，在凸模固定板和上模座之间加装一块淬硬的垫板。设计时，一般根据需要在国标中选取标准的垫板型号。一般垫板的的形状和尺寸大小与凹模板相同。材料选用T7、T8钢，热处理的淬火硬度为4852HRC，上下表面的粗糙度为Ra0.8以下。凸模垫板与凹模垫板在选择时大小应与模架相互配合，本次设计已选用的模架为标准模架，所以根据模架的尺寸和模架的工作尺寸选择凸模垫板与凹模垫板的尺寸都为长1000mm，宽500mm，厚度根据模架的闭合高度与凹凸模的高度相互配合而选用为厚度15mm，同时由于垫板是安装在模座上的，所以在垫板的四周应打上10个螺纹孔以便安装在模座上，根据模座的尺寸选择为内螺纹六角螺钉，则凸模垫板的结构如下图所示：凹模垫板与凸模垫板的尺寸相同，t同时也应该在四周打上10个内六角螺纹孔以便于安装在下模座上。同时为了便于卸料，应在级进模冲孔的相应部分打上与凹模孔口直径相同的卸料孔，则凹模垫板的形式如下：11.3 凸模固定板的计算与选用凸模固定板是将凸模固定在模架上的板材，在选择时大小应与模架相互配合，本次设计已选用的模架为标准模架，所以根据模架的尺寸选择凸模固定板的尺寸都为长1000mm，宽500mm，厚度根据模架的闭合高度与凹凸模的高度相互配合而选用为厚度60mm，同时由于凸模固定板与垫板是安装在模座上的，同时由于凹模固定板与垫板是安装在模座上的，所以在固定板的四周打上与凹模垫板相同的内六角螺纹孔以便于装配，同时应在固定板上的相应位置镂空以便于凸模的安装于配合，镂空的厚度与大小应与凹模一致。则凸模固定板的形式如下图所示：11.4 凹模固定板的计算与绘制凹模固定板是将凹模固定在模架上的板材，在选择时大小应与模架相互配合，本次设计已选用的模架为标准模架，所以根据模架的尺寸与模架的工作部分尺寸选择凹模固定板的尺寸都为长1000mm，宽500mm，厚度根据模架的闭合高度与凹凸模的高度相互配合同时考虑凹模固定板的强度而选用厚度为50mm，同时由于凹模固定板与垫板是安装在模座上的，所以在固定板的四周打上与凹模垫板相同的内六角螺纹孔以便于装配，同时应在固定板上的相应位置镂空以便于凹模的安装于配合，镂空的厚度与大小应与凹模一致。则凹模固定板的形式如下图所