钥匙冲压复合模具设计【9张CAD图纸+毕业论文】【冲压模具】
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前言
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。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，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。
1冲裁件工艺性分析
工件名称：钥匙毛坯
工件简图：如图1-1所示
生产批量：大批量
材料：08F
工件长度：75mm
工件厚度：1.5mm
工件精度：IT14级
- 内容简介：
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1 前言 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。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，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。 nts 2 1 冲裁件工艺性分析 工件名称：钥匙毛坯 工件简图：如图 1-1 所示 生产批量：大批量 材料： 08F 工件长度： 75mm 工件厚度： 1.5mm 工件精度： IT14 级 图 1-1 工件简图 1.1 材料选择 根据表 1-1、表 1-2 分析， 08F 为优质碳素结构钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。综合评比均适合冲裁加工。 nts 3 1.2工件结构形状 工件结构形状相对简单，属轴对称结构，除有一个 12 的孔 ,其余皆为直线，孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。 1.3 尺寸精度 零件图上所注公差经查标准公差表 1-3 为 IT14 级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。 根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。 查公差表可得各尺寸公差为： 零件外形 ： 12 0430.0mm 45 0620.0mm 30 0520.0mm 10 0360.0mm 75 0740.0mm 零件内形： 12 43.00mm 表 1-1 碳素结构钢的力学性能表 材料名称 材料牌号 材料状态 极限 强度 伸长率(%) 屈服强度MPas / 弹性模量E/MPa 抗剪MPa/ 抗拉MPab / 碳素结构钢 05 已 退火的 200 230 28 - 05F 210-300 260-380 32 - 08F 220-310 280-390 32 180 08 260-360 330-450 32 200 190000 10F 220-340 280-420 30 190 10 260-340 300-440 29 210 198000 15F 250-370 320-460 28 - nts 4 15 270-380 340-480 26 230 202000 20F 280-890 340-480 26 230 200000 2O 280-400 360-510 25 250 210000 25 320-440 400-550 24 280 202000 30 360-480 450-600 22 300 201000 35 400-520 500-650 20 320 201000 40 420-520 520-670 18 340 213500 45 440-560 550-700 16 360 204000 表 1-2 部分碳素钢抗剪性能 材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度 抗拉强度 伸长率 屈服强度 普通碳素钢 Q195 未退火 260 320 320 400 28 33 200 Q235 未退火 310 380 380 470 21 25 240 Q275 未退火 400 500 500 620 15 19 280 优质碳素结构钢 08F 已退火 220 310 280 390 32 180 08 已退火 260 360 330 450 32 200 10 已退火 260 340 300 440 29 210 20 已退火 280 400 360 410 25 250 45 已退火 440 560 550 700 16 360 表 1-3 部分标准公差值（ GB/T1800.3 1998） 公差等级 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 基本尺寸 /mm /m /mm 3 6 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 0.75 6 10 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 0.90 10 18 27 3 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 1.10 18 30 3 2 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 1.30 30 50 9 2 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 16.0 50 80 6 4 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 19.0 80 120 4 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 2.20 从表 1-1、 表 1-2 中查出 08F 抗拉强度： =280 390Mpa 抗剪强度： =220 310Mpa nts 5 伸长率： =32% 屈服强度：s=180Mpa 分析其力学性能 较好，故选择 08F 材料。 2 冲裁工艺方案的确定 该制件的冲裁工序包括落料和冲孔，其冲裁加工有以下三种方案： 方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔 落料复合冲压。复合模生产。 方案三：冲孔 落料级进冲压。级进模生产。 表 2-1 各类模具结构及特点比较 模具种类 比较项目 单工序模 级进模 复合模 无导向 有导向 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的制件，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 nts 6 方案一模具结构简单，投资少，且每次冲裁所需的冲裁力较小，可以解决冲压设备吨位不够的问题。其缺点在于零件的精度难于保证，并且零件比较小，在第二次冲孔时，准确定位不宜，容易使人受伤，生产率低。 方案二也只需一副模具，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，制造比方案三简单。 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，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。 通过对上述三种方案的分析比较 ,采用复合模是比较合理的。 nts 7 3 模具结构形式的确定 正装式复合模和倒装式结构比较： 正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。 倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供 了有利条件，所以应用十分广泛。 由零件分析知：制件的精度要求较低，孔边距较大，平直度较高为提高经济效益，适宜采用倒装复合模生产。 根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产。 nts 8 nts 9 4 模具总体设计 4.1 模具类型的选择 经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置的 倒 装复合模具结构方式。 4.2 操作与定位方式 4.2.1 操作方式 零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济 效益。 4.2.2 定位方式 因为导料销和挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料 销。 4.3 卸料、出件方式 4.3.1 卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较： 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只 起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（ 0.2 0.5） t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合。 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（ 0.1 0.2） t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲nts 10 孔模。 工件平直度较高，料厚为 1.5mm 相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。 4.3.2 出件方式 因采用 倒 装复合模生产，故采用 弹性上 出件。 4.4 确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机，采用 横 向送料方式，即由 右 向 左 送料。 4.5 确定导向方式 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。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，采用后侧导柱的导向方式，即方案 二 最佳。 nts 11 5 模具工艺参数确定 5.1 排样设计与计算 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。 排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。 根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式 。 因此有下列三种方案： 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。 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 （如图5-1 所示）。 5.2 搭边值的确定 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。 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 会 拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或 影响送料工作。 搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损。nts 12 表 5-1 给出了钢（CW =0.05 0.25%）的搭边值。 对于其他材料的应将表中的数值乘以下 列数： 钢（CW0.3% 0.45%） 0.9 钢（CW0.5% 0.65%） 0.8 硬黄 铜 1 1.1 硬 铝 1 1.2 软黄铜，纯铜 1.2 搭边值通常由经验确定，表 5-1 列出的搭边普通冲裁时经验数据之一。 根据制件厚度 与制件的排样方法查表 5-1 得： 两制件之间搭边值 1a =1.9mm. 侧搭边值 a=2.0mm. 表 5-1 搭边值和侧边值 材料厚度 t 圆件及 r 2t 圆角 矩形边长 l 50 矩形边长 l 50 或圆角 r 2 工件间1a 侧边 a 工件间 a 侧边 1a 工件间 1a 侧边 a 0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25 0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.8 1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2 1.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.0 1.6 2.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2 2.02.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.2 2.5 2.53.0 1.8 2.2 2.2 2.5 2.5 2.8 3.03.5 2.2 2.5 2.5 2.8 2.8 3.2 3.54.0 2.5 2.8 2.5 3.2 3.2 3.5 4.05.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 5.012 0.6t 0.7t 0.7t 0.8t 0.8t 0.9t nts 13 5.3 进距与条料宽度计算 5.3.1 送料进距 A 条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。 A=D+ 1a (5-1) 式中 D 平行于送料方向的冲裁件宽度 1a 冲裁件之间搭边值 根据公式 (5-1)： A= D+ 1a =31.9mm 模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式 ,还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如： L B 时，采用纵向送料方式； L B 时，则采用横向送料方式； L=B 时，纵向或横向均可。就本模具而言，采用纵向送料方式。（注：L 为送料方向的凹 模长度； B 为垂直于送料方向的凹模宽度）。 图 5-1 排样图 nts 14 5.3.2 条料宽度 B 计算 排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。计算条料宽度有三种情况需要考虑： （ 1）有侧压装置时条料的宽度。 （ 2）无侧压装置时条料的宽度。 （ 3）有定距侧刃时条料的宽度。 有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。 图 5-2 有侧压装置时条料的宽度确定 本设计采用的是有侧压装置的模具。 所谓条料宽度，是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。因 条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下 偏差为负值 。其计算公式如下： B=D+2a 0 - （ 5-2） 式中 B 条料宽度基本尺寸； D 条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸； A 侧搭边值，查表 5-1； 条料下料剪切公差； nts 15 表 5-2 剪料公差及条料与导料板之间隙（ mm） 条料厚度 (mm) 条料宽度 (mm) 50 50 100 100 200 200 0.5 0.5 0.7 1.0 0.5 1.0 1.0 1.0 3 1.0 1.0 1.0 1.5 4 1.0 1.0 1.0 2.0 根据零件图查表 5-2 确定剪料公差及条料与导板之间的间隙 =1.0。 根据公式 (5-2)： B= D+2a+c 0 - =(106.9+22.0) 00.1=110.9 00.15.4 材料利用率的计算 5.4.1 计算冲压件面积、周长 因为该工件图由多段圆弧组成，计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度，计算面积也需要准确的找到切点，诸多因素采用人工计算时计算量较大，因此采用 UG4.0 辅助软件可快速准确的计算出面积、周长（如图 5-4）。 取 F=2647.6mm2 L=409.68mm 5.4.2 计算材料利用率 在冲压零件的成本中，材料费用约占 60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。衡量排样经济性的重要指标是材料的利用率。 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。 材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率表示： =(nF/AB)100% （ 5-3） nts 16 式中 材料利用率（ %）； n 冲裁件的数目； F 冲裁件的实际面积 (mm2)，包括工件面积与废料面积； B 板料宽度 (mm)； A 送料进距。 根据公式 (5-3)： =(12647.6/31.9110.9)100% 74.84% 由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。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。 nts 17 6 计算冲压力与压力机的初选 计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力 Fp 一般可以按下式计算： PF = PK tL （ 6-1） 式中 材料抗剪强度，见附表（ MPa）； L 冲裁周边总长（ mm）； t 材料厚度（ mm） ; 系数 PK 是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数 PK ，一般取 13。当查不到抗剪强度 r 时，可以用抗拉强度b代替，而取 PK =1 的近似计算法计算。 查表可知材料 08F 钢的抗剪强度 =220 310Mpa，故取其抗剪强度 =260(MPa)。 6.1 冲裁力 PF 的计算 据图 5-4 可得一个零件内外周边之和 L=204.84mm。 查普通碳素结构钢的力学性能表（摘自 GB 700 1988、 GB/T 13304 1991）知：Q235 的抗剪强度 =220Mpa 310 Mpa.取 260 Mpa 而制件厚度 t=1.5mm，取安全系数Kp=1， 则 根据公式 (6-1)： PF = PK tL =11.5409.68260 =159775.2 (N) 159.78（ KN） nts 18 6.2 卸料力1qF的计算 1qF= XK PF （ 6-2） 式中 XK 卸料力系数。 查表 6-1 得 XK 0.040.05，取 XK 0.05 根据公式 （ 6-2）： qF= XK PF =0.05159775.2 =7988.76 (N) 7.99(KN) 表 6-1 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mm XK tK dK 钢 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 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 6.3 顶件力2qF的计算 2qF=dK PF（ 6-3） 式中 dK 顶件力系数。 查表 6-1 得dK 0.06. 根据公式 （ 6-3）： 2qF=dK PF=0.06159775.2 =9586.512(N) 9.59（ KN） nts 19 6.4 总的冲压力 F 的计算 根据模具结构总的冲压力 F= PF +1qF+2qF F=1qF+1qF+2qF =159775.2+7988.76+9586.512 =177350.472(N) 177.35(KN) 6.5 压力机的初选 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。 冲压设备属锻压机械。常见的冷冲压设备有机械压力机（以 XXJ 表示其型号）和液压机（以 XXY 表示其型号）。 常用冷冲压设备 的工作原理和特点如表 6-2。 表 6-2 常用冷冲压设备的工作原理和特点 类型 设备名 称 工作原理 特点 机械式 压力机 摩擦压力机 利用摩擦盘与飞轮之间相互接触传递动力，皆助螺杆与螺母相对运动原理而工作。 结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。但飞轮轮缘摩擦损坏大，生产率低。适用于中小件的冲压加工， 曲柄式压力机 利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。 生产率高，适用于各类冲压加工。 高速压力机 工作原理与曲柄压力 机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。 生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工为级进模。 液压机 油压机 水压机 利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。 压力大，而且是静压力，但生产率低。适用于拉深、挤压等成形工序。 nts 20 表 6-3 J23 系列开式双柱可倾压力机主要技术参数 技术参数 代号 单位 型号 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 滑块公称压力 Pe kN 31.5 63 100 160 250 350 400 滑块行程 S mm 25 35 45 55 65 100 100 封闭高度 2H mm 120 150 180 220 270 290 330 连杆调节量 1M mm 25 30 35 45 55 60 65 滑块中心线至机身距离 1C mm 90 110 130 160 200 200 250 滑块地面尺寸 左右 a mm 100 140 170 200 250 250 300 前后 b mm 90 120 150 180 220 220 260 模柄孔尺寸 直径 d mm 25 30 30 40 40 40 50 深度 l mm 40 55 55 60 60 60 70 垫块厚度 1H mm 30 30 35 40 50 65 65 最大倾斜角 45 45 35 35 30 30 30 工作台尺寸 左右 a mm 250 310 370 450 560 610 700 前后 b mm 160 200 240 300 370 380 460 根据冲压力的计算和压力中心的计算，选择 开式双柱可倾压力机 的型号为 J23-25 nts 21 7 模具压力中心的确定 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。 模具的压力中心，可按以下原则来确定： （ 1）对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。 （ 2）工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 （ 3）各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的 力矩。求出合力作用点的坐标位置 0， 0（ x=0,y=0） ，即为所求模具的压力中心。 其中 1L 、 2L 、3LNL分别为各冲裁周边长度。 图 7-1 压力中心 按比例画出零件形状，选定坐标系 XOY。 计算出零件压力中心为 （ -7.5， 0） nts 22 8 冲裁模间隙的确定 8.1 冲裁间隙 Z 指冲裁模中凹模刃口横向尺寸 AD 与凸模刃口横向尺寸 Td 的差值（如图 8-1），是设计模具的重要工艺参数。 图 8-1 冲裁间隙 8.2 冲裁间隙分析 （ 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。 （ 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nts 23 模里推料都省力，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 minC ，最大值称为最大合理间隙maxC。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 minC 。 确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。 经验公式： 软材料： t 1mm， C (3%4%)t t 13mm， C (5%8%)t t 35mm， C (8%1%)t 硬材料： t 1mm， C (4%5%)t t 13mm， C (6%8%)t t 38mm， C (8%13%)t 根据间隙表 8-1 查 得材料 Q235 的最小双面间隙 2 minC =0.16mm，最大双面间隙2maxC=0.24mm nts 24 表 8-1 冲裁模初始用间隙 (mm) 材料厚度 mm T8、 45 Q235 08F、 10、 15、 1060、 1050A、 1200 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 0.35 0.03 0.05 0.02 0.05 0.01 0.03 0.50 0.04 0.08 0.03 0.07 0.02 0.04 0.02 0.03 0.80 0.09 0.12 0.06 0.10 0.04 0.07 0.025 0.045 1.0 0.11 0.15 0.08 0.12 0.05 0.08 0.04 0.06 1.2 0.14 0.18 0.10 0.14 0.07 0.10 0.05 0.07 1.5 0.19 0.23 0.13 0.17 0.08 0.12 0.06 0.10 2.0 0.26 0.38 0.20 0.24 0.13 0.18 0.08 0.12 2.5 0.37 0.43 0.25 0.31 0.16 0.22 0.11 0.17 3.0 0.48 0.54 0.33 0.39 0.21 0.27 0.14 0.20 注： 08 号钢冲裁皮革、石棉和纸板时，取间隙的 25%。 nts 25 9 凸、凹模 刃口尺寸的计算 9.1 刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现： （ 1）由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。 （ 2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 （ 3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦 ，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，结果使间隙越来越大。 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则： （ 1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。 （ 2）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的制件。凸凹模间隙则取最小合理 间隙值。 （ 3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低（即制造公差过大）则生产出来的制件有可能不合格，会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差，则对于非圆形工件按国家“配合尺寸的公差数值” IT14 级处理，冲模则可按 IT11 级制造；对于圆形工件可按 IT17 IT9 级制造模具。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注单项公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。 nts 26 9.2 刃口尺寸的计算 由于模具的加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可以分为两种情况。凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工方法。 采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。要分别标注凸模与凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙 2maxC，必须满足下列条件： m inm a xpd c2c2 或 m inm a xp m inm a xd c2c24.0 c2c26.09.2.1 冲孔凸、凹模计算： 设冲孔尺寸为 d 0根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙 2 minC 。凸模制造偏差 取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式如下： 凸模： pd=(d X ) 0P凹模 : dd=(pd 2 minC )d0 (d X 2 minC ) d0在同一工步中冲出制件两个以上孔时， 凹模型孔中心距dL按下式确定 ： dL=( minL 0.5 )0.125 式中 d 冲孔凹模基本尺寸 (mm)； pd 冲孔凸模基本尺寸 (mm)； d 冲孔件孔的最小极限尺寸 (mm)； dL 同一工步中凹模孔距基本尺寸 (mm)； nts 27 minL 制件孔距最小极限尺寸 (mm)； 冲孔 件 孔径 公差 (mm)； 2 minC 凸、凹模最小初始双面间隙 (mm)； p 凸模下偏差，可按 IT6 选用 (mm)，根据表 1-3 可查 得； d 凹模上偏差 ， 可按 IT7 选用 (mm), 根据表 1-3 可查得； X 磨损 系数，是为了使冲裁件的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，可查表 9-1 或按下列关系取值： 当制件公差为 IT10 以上，取 x=1； 当制件公差为 IT11 IT13，取 x=0.75； 当制件公差为 IT14，则 取 x=0.5。 表 9-1 磨损系数 X 料厚 t(mm) 非圆形 圆形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差 /mm 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 根据图 1-1 和表 9-1 查得磨损 系数 X 取 0.5，即 X=0.5. 由公差表 (1-3)查得： 12 43.00为 IT14 级。设凸、凹模分别按 IT6 和 IT7 级加工制造，所以 凸模：pd=(d+X ) 0P=(12+0.50.43) 0011.0=12.215 0011.0nts 28 凹模：dd=(pd+2Cmin)d0=(12.215+0.16) 018.00=12.375 018.00校核 : 因为 pd =0.011+0.018=0.029mm 2maxC 2 minC =0.24-0.16=0.08mm(2maxC、 2 minC 是凸、凹模最大许用双面间隙，查表 8.1 得 2maxC=0.24、 2 minC =0.16) 满足 pd 2maxC 2 minC 。 所以冲孔凸、凹模刃口尺寸pd=12.215 0011.0mm，dd=12.375 018.00mm 9.2.2 落料凸、凹模计算 ： 凹模： dD=(D X )d0凸模： pD=(dD 2Cmin) 0P (D X 2Cmin) 0P式中 dD 落料凹模基本尺寸 (mm)； pD 落料凸模基本尺寸 (mm)； D 落料件最大极限尺寸 (mm)； 落料件外径 公差 (mm)； 2 minC 凸、凹模最小初始双面间隙 (mm)； 查表 8.1 取 0.
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