圆片四孔落料模具说明书

第 1 章 绪论 1.1.1 模具的概念 所谓模具，其实质就是一种加工零部件的一种工具，同时也是一种工艺设备，它有复杂的，也有简单的。在模具制造行业中有各式各样的模具。比如用于生活中的各种不锈钢制品的冲压模、用于摩托车变速箱的压铸模、生产各种塑料制品的注塑模、还有用于生产管道、线槽、薄膜等的挤压模等。总之，模具有简单又复杂的、有大有小、有轻有重，并且多种多样、形式各异。 1.1.2 模具的分类 从广义上 讲，模具可分为两大类 （ 1）无型腔模具，一般有纺型模、木模 模型。 有型腔模具，一般有冲裁模、注射模 模具。 无型腔模具是通过它制造出型腔，然后再制造出产品，或者是直接仿型复制出产品；有型腔模具是通过型腔制造出产品。 我们通常讲的模具是指第二种有型腔的模具。而把第一种无型腔的模具称为模型。模具的实质意义或者说最重要的标志就是具有“重复使用性”。 在实际生产中，常根据模具的结构，生产工艺条件，产品的属性等，从多方面对模具进行分类，如压铸模、冲压模、塑料模等等。 1.2 冲压的概念 冷冲压是在室温状态下，利用安装在压力机上的模具对材料（金属或非金属）施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需冲件的一种压力加工方法。它属于属性的加工法之一，故这种方法又称为冷冲压或板料冲压。冲压模具的设计是实现冲压工艺的核心。 冲压成形是一种先进的制造方法，它与其他机械加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的有点。主要有： 1） 冷冲压是少、无切屑加工方法之一，是一种省能、低耗、高效的加工方法，因而冲件的成本较低。 2） 冷冲压件的尺寸精度主要由由冲压模具保证，加工出的冲压件质量稳定，具有“ 一模一样”的特征。 3） 冷冲压可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。 4） 冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，其生产率高、操作简便、易于机械化与自动化。 5） 模具生产成本低，使用寿命长 2 6）冷冲压能加工其他加工方法无法加工的零件，并且零件的互换性好。 当然 ，冲压成形也存在一些缺点，如噪声大、振动大；冲压模具设计制造精度要求高；对于精度要求很高的冲件，冲压难以完成等。 1.3 冲压工序的分类 概括起来可分为分离工序和成形工序两类。分离工序是指坯料在模具刃口作用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲件的加工方法。主要有冲孔、落料、切断等。成形工序是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑形变形，而获得具有一定形状和尺寸的冲件的加工方法。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、胀形等。 1.4 冲压模具的分类 冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特征分类： 按照变性特征可分为两类 1.根据工艺性质分类 （ 1） 冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。 （ 2） 弯曲模 使 平板坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状工具的模具。 （ 3） 拉深模 是把平板坯料制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。 （ 4） 成型模 是将坯料或工序件按凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部 塑形变形的模具。 2.根据工序组合程度分类 （ 1） 单工序模 一般只有一对凸、凹模，在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。 （ 2） 复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上工序的模具。 （ 3） 连续模 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上工序的模具。连续模又称级进模。 1.5 冷冲模制造特点 3 一般说来，冲模是专用的工艺装备，冲模制造属于单件生产。其制造工艺具有以下特点： 1） 形状复杂、加工精度高，因此需应用各种先进的加工方法才能保证加工质量。 2） 模具材料性能优异、硬度高、加工难度大，需要先进加工设备和合理安排加工工艺。 3） 模具生产批量小，大多具有单件生产的特点。应多采用少工序、多工步的加工方案，即工序集中的方案；不用或少用专用设备加工。 1.5 冲压模具的发展趋势 目前冲压模具行业正在飞速发展， 我们生活和工作中所用到的产品，几乎都离不开模具，使用模具已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向，所以，在未来冲压模具的发展趋势应该会朝着以下一个发展方向发展： 1.模具制造和冲压生产向专业化生产方向发展。 2.板材成形设备向自动化、机械化、精密化、柔性化方向发展。 3.冲裁产品中，重点发展方向是向不等厚板和高强度板的冲压模具、大型多工位级进模；多功能、多工位级进模中重点发展高精度、多功能、高效率、高寿命级进模；精冲模中重点发展厚模板精冲模和大型精冲模。 4.大力推广和 发展 CAD/CAE/CAM 技术，特别是板材成形过程的计算机模拟分析技术在模具设计中的应用。 CAD、 CAM 技术像集成化、宜人化、网络化和智能化方向发展，并且提高模具 CAD/CAM 系统专用化程度。 5.模具加工重点发展方向在于高精度加工和高速加工。高精度加工主要是发展模具零件精度 1um 以下和表面粗造度 Ra0.1 0.5 0.045 0.055 0.065 0.08 0.5 2.5 0.04 0.05 0.050 0.06 2.5 6.5 0.03 0.04 0.040 0.05 6.5 0.02 0.03 0.025 0.03 3.总压力的计算 总F为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶出力的总和。根据不同的模具结构，冲压力计算应分别对待，即 当模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式时： 推卸总 FFFF 公式（ 3-12） 当模具结构采用弹压卸料装置和上出件方式时： 顶卸总 FFFF 公式（ 3-13） 当模具结构采用刚性卸料装置和下出件方式时： 19 推总 FFF 公式（ 3-14） 本论题模具采用弹压卸料装置和下出件方式，其总压力包括：冲裁力、卸料力和推件力。所以其总压力为： =132.91+ 2.37=139.77KN 3.5.2 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。求压力中心的方法是：采用求空间平行力系的合力作用点。 为了使模具能够正常又平衡地工作，特别是对于大而复杂的冲件、多凸模冲孔以及连续冲裁时，必须使压力中心通过压力机滑块的中心线。对于带有模柄的冲裁模，压力中心需通过模柄的轴心线。在实际生产中，可能出现由于冲裁件的形状特殊，从模具结构方面考虑，不宜使压力中心与模柄中心线相重合，此时应注意使压力中心的偏离，不超出所选压力机模柄孔投影面积的范围。 根据力学原理，各分力对某轴力矩之和等于某合力对同轴之矩，则可得压力中心坐标计算公 式 1 1 2 2 3 3 101 2 31niin n inniiFxF x F x F x F xx F F F FF 公式（ 3-15） 1 1 2 2 3 3 101 2 31niin n inniiFyF y F y F y F yy F F F FF 公式（ 3-16） 如下图 3-4 所示，确定零件的坐标系，并将其轮廓划分为多个线段。 图 3-4 压力中心计算图 20 由于该零件是圆形，属于中心对称图形，所以该图的压力中心就是该图的几何中心。 3.6 压力机的选择 3.6.1 压力机公称压力的确定 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力 )(总F， 一般按公称压力的 80%要大于等于冲压总压力来选用压力机，即 总公称 FF %80公式（ 3-17） 所以：预选压力机的公称压力为： /0.8 3.6.2 压力机的选取 冲压设备类型的选择主要是根据冲压工艺特点和生产率、安全操作等因素来确定的。压力机的一般选择原则如下： (1) 在中小型冲压件生产中，主要选用开式压力机； (2) 在需要变形力大的冲压工序（如冷挤压等），应选择刚性好的闭式压力机； (3) 对于校平、整形和温、热挤压工序，最好选用摩擦压力机； (4) 对于薄材料的冲裁工序，最好选用导向准确的精密压力机； (5) 对于大型拉深的冲压工序，最好选用双动拉深压力机； (6) 在大量生产中应选用高度压力机或多工位自动压力机对于不允许冲模导套离开导柱的冲压工作，最好选择行程可调的曲拐轴式压力机。 本设计选择开式机械压力机，根据公称压力可确定压力机 型号为： JC23-40。 21 表 3-1 JC23-25 机械压力机的主要技术参数 公称压力 / NK 250 滑块行程 /mm 65 滑块行程次数 / 1min n 105 最大闭合高度 /mm 270 最大装模高度 /mm 220 连杆调节长度 /mm 55 工作台尺寸 /mm 前后 370 左右 560 垫板尺寸 /mm 厚度 55 孔径 200 模柄孔尺寸 /mm 直径 40 深度 60 最大倾斜角度 /（ 0 ） 30 22 第 4 章 主要零部件设计 4.1 工作零件的设计 4.1.1 冲孔凸模 1.结构形式 凸模的种类很多，按凸模的工作断面分有圆形、方形、矩形和异形凸模；按凸模的结构分有整体式和镶拼式凸模；按凸模的固定方式分有铆接、台肩固定、螺钉销钉固定、浇铸法固定等多种。冲模中的凸模不管其断面形状如何，其基本结构均由安装固定部分和工作部分两大部分组。 凸模的固定方式是台肩固定和铆接两种。在卸料力较大、或因凸模固定端退火困难时，通常采用台肩式固定。对于卸料力较小的阶梯式或直通式凸模，一般在采用铆接固定，装入固定板后再铆开与固定板一起磨平。对于采用铆接固定的凸模，在精加工前已全部淬硬，因此凸模固定端必须局部退火才能铆开。 台肩式凸模与固定板的配合一般采用 6/7 nH 或 6/7 mH 基孔制过度配合；直通式凸模，为便于固定版型孔加工，则采用 6/7 hN 或 6/7 hM J 基轴制过度配合。采用弹性卸料板导向的小凸模，凸模与固定板可采用 6/7 nH 或 5/7 hH 间隙配合。 本论题冲孔凸模选用圆形、平刃、台肩固定。 设台肩的基本尺寸为 D 和 ，查文献 1可查： D= =D+（ 34） mm=14mm 2.凸模长度计算 凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。 当采用固定卸料板时，凸模长度按下式计算 hhhhL 321 公式（ 4-1） 当采用弹性卸料板时，凸模长度按下式计算 hhhL 21 公式（ 4-2） 式中 L 为凸模长度（ mm ）； 1h 为凸模固定板厚度（ mm ） ； =（ 11.5） D=1.1 2h 为卸料板厚度（ mm ）；查文献 1可得到 16，取 16mm； 3h 为导料板厚度（ mm ）； 为材料厚度（ mm ）； h为附加长度，一般取 h =1520mm 。 这里模具结构采用弹性卸料板，下出件方式。其凸模长度应为： 23 L= + + +h=11+16+1.5+16=44.5mm 3.凸模强度校核 在一般情况下，凸模的强度是足够的，无需进行强度核算。但对于特别细长的凸模或断面尺寸很小而又冲裁较厚材料时，必须进行压应力和弯曲应力的校核。校核的目的是检查其凸模的危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求，以防止凸模纵向失稳和折断。这里就不必校核了。 由上，确定凸模零件图如 4-1 图 4-1 凸模零件图 图上公差按 IT12 处理 4.1.2 落料凹模 凹模是在冲压过程中，与凸模配合直接对冲制件进行分离或成形的工作零件。凹模按结构分有整体式和镶拼式凹模，冲裁凹模的刃口形式也有有直筒形和锥形两种。这里选择整体式直筒型凹模。 1.凹模外形尺寸确定 凹模的外形尺寸是指其平面尺寸和厚度，凹模的外形一般为圆形和矩形两种。当冲裁中小型工件时，常采用圆形凹模，而对于大型工件的冲裁，应采用矩形凹模。由于冲裁时凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论方法精确计算， 24 必须综合考虑各方面因素，在实际生产中首先采用下列经验公式 凹模厚度 KbH )15( mm 公式（ 4-3） 凹模壁厚 HC )25.1( )4030( mm 公式（ 4-4） 凹模的宽度 B=b+2C 公式（ 4-5） 式中 H 为凹模的厚度； b 为凹模刃口的最大尺寸 )(mm ； K 为系数。查表 4-1； B 为凹模的宽度 所以，凹模厚度： H=Kb=0.4 20mm 凹模壁厚： C=1.5 20=30mm 凹模宽度： B=50+2 =110mm 2.凹模的固定方法 凹模常用的固定方法有： 螺钉、销钉固定在下模座上； 直接压入固定板中固定； 快速凹模用止动螺钉固定。 本论题采用直接压入固定板固定。 3.凹模强度校核 按上述方法确定的凹模外形尺寸，即可保证凹模有足够的强度和刚度，故对凹模一般不进行强度校核。 由上，最终确定落料凹模的零件图如 4-2 所示。 图 4-2 凹模零件图 25 4.1.3 凸凹模 本论题中采用倒装式复合模，凸凹模同时具有落料凸模和冲孔凹模的作用，其内、外缘均为刃口，内、外壁缘之间的最小壁厚取决于冲裁件尺寸。凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两 种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。 它的内外圆均为刃口，凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为倒装结构时，内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。其凸凹模最小壁厚见表 3.10。 表 4.1 凸凹模最小壁厚 材料厚度 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.5 1.6 1.8 2.0 最小壁厚 1.4 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 3.8 4.0 4.4 4.8 查表可得凸凹模最小壁厚为 3.8mm。 凸凹模长度 确定 （公式 5-6） 式中 :为凸凹模固定板的厚度一般（ 25 ） mm。取 26mm 为弹性元件的厚度； ； ( 为卸料板的工作行程，一般为料厚 t+1，即 为 2.5mm； 为凸模的总修磨量一般取 5 10，即 为 6mm。所以 26 = ） /0.275=(2.5+6)/0.275=30.9mm 为卸料板的厚度，一般为 H=（ 0.8 ） =16mm. 2 9+16-2=70.9mm. 即凸凹模零件图如图 4-3 图 4-3凸凹模零件图 4.2 定位零件 冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。控制送料步距的定位称为挡料；控制条料宽度方向上的定位称为导料。冲裁条料时，导料零件有导料板和导料销；保证进距的有挡料销和定距侧刃。 4.2.1 导料零件 对条料或卷料的侧边进行导向，以保证其正确的送进方向的板或销为导料零件。 本论题中选用导料销作为导料零件，一般采用两个，其结构与挡料销相同。 4.2.2 挡料零件 挡料零件主要有挡料销、侧刃、导正销。其中挡料销又分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。根据其使用范围，本论题采用圆柱头固定挡料销进行挡 27 料。 在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式橡胶弹顶挡料销。其挡料销的高度 h 查表得 h=3mm . 表 4.1 挡料销高度 h t h 0.3 2 3 2 3 4 4.3 卸料装置和推件装置 卸料装置分为固定卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀三种。其中，卸料板用于卸掉卡在凸模或凸、凹模上的冲裁件或废料的板件。废料切刀是在冲压过程中将废料切断成数块，其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。弹性元件主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中，常用在倒装复合模中，因此本论题选取弹压卸料板。 弹压卸料板与凸模配合间隙值查表的 C =0.15mm 表 4.2 弹压卸料板与凸模配合间隙值 材料厚度 t 0.5 0.5 1 1 单面间隙 C 0.05 0.1 0.15 在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口 0.1 0.3mm 。卸料板的厚度查表 4.3。 28 表 4.3 卸料板的厚度 材料厚度 t 卸料板宽度 B 50 50 80 80 125 ho H0 ho H0 ho H0 0.8 6 8 6 10 8 13 0.81.5 6 10 8 12 10 14 1.53 6 - 10 - 12 - 查上表得卸料板厚度 mmho 10 4.3.2 推件装置 推件装置主要有刚性和弹性推件两种。它由打杆、推板、连接杆和推件块组成。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。 本论题采用倒装复合模，故采用刚性推件装置。 4.4 导向零件 导向零件主要有导柱和导套、侧导板和导板、导块等。其中，侧导板和导板、导块多用于大、中型拉深模、成形模、弯曲模等成形模具。本论题中采用导柱和导套来进行导向。 29 4.5 固定零件 固定零件包括上、下模座、模柄、凸、凹模固定板、垫板及螺钉、销钉等。其中上、下模座已加入模架标准化。 4.5.1 模柄 模柄的作用是固定上模座与压力机滑块上时使模具的压力中心与压力机的压力中心遗址。其类型有整体式、压入式、螺纹旋入式、凸缘式、浮动式等。根据适用情况，本论题采用压入式模柄。 4.5.2 凸、凹模固定板和垫板 固定板间接地固定在模座上，以节省贵重的模具钢。固定板必须有足够的厚度，一般采用下式计算： 凸模固定板 =（ 11.5） D= . 凹模固定板 =（ 0.60.8） = . 垫板外形尺寸与固定板相同，厚度与外形尺寸的关系如表 4.5 表 4.5 垫片尺寸 垫块厚度（ t） 最大外形尺寸 最小外形尺寸 矩形（ a ） 圆形（ d） 矩形（ a ） 圆形（ d） 4 100 100 6 160 140 63 63 8 250 200 160 125 根据上表可查垫片取厚度为 4mm。 4.5.3 螺钉、销钉等 此类零件已标准化，选用合适的即可。 4.6 模架的选取 通常所说的模架是由上模座、下模座、导柱、导套四个部分组成，一般标准模架不包括模柄。模架是整副模具的骨架，它是连接冲模主要零件的载体。模具的全部零件都