毕业设计（论文）-安全带卡扣复合模设计

安全带卡扣复合模 设计 摘 要 本次设计为汽车安全带卡扣的冲压模具设计，设计了一套冲孔、落料的级进模具。经查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比采用冲孔落料工序，通过冲裁力、推料力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出设计的模具类型后将模具的各个工作部件设计过程表达出来。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。 关键词： 安全带；卡扣；复合模； 设计 I 目 录 1 绪论 . 1 2 工艺分析 . 3 2.1 材料分析 . 3 2.2 零件结构 . 3 2.3 尺寸精度 . 3 3 冲裁方案的确定 . 5 3.1 冲裁工艺方案的确定 . 5 3.2 冲裁工艺方法的选择 . 5 4 模具总体结构的确定 . 7 4.1 模具类型的选择 . 7 4.2 送料方式的选择 . 7 4.3 定位方式的选择 . 7 4.4 卸料 方式的选择 . 7 4.5 导向方式的选择 . 8 5 工艺参数计算 . 9 5.1 排样方式的选择 . 9 5.1.1 搭边值的确定 . 10 5.1.2 材料利用率的确定 . 11 5.2 冲压力的计算 . 12 5.2.1 总冲裁力的计算 . 13 5.2.2 卸料力、推件力的计算 . 14 5.2.3 总冲压力的计算 . 15 5.2.4 初选压力机 . 15 5.2.5 压力中心的确定 . 16 6 刃口尺寸计算 . 18 6.1 冲裁间隙的确定 . 18 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 . 19 II 7 主要零部件设计 . 27 7.1 凹模设计 . 27 7.1.1 凹模外形的确定 . 27 7.1.2 凹模刃口结构形式的选择 . 27 7.1.3 凹模精度与材料的确定 . 27 7.2 凸模的设计 . 30 7.2.1 凸模结构的确定 . 30 7.2.2 凸模材料的确定 . 30 7.2.3 凸模精度的确定 . 30 7.2.4 凸模高度的确定 . 31 7.3 凸凹模设计 . 32 7.3.1 凸凹模外形的确定 . 32 7.3.2 凸凹模材料的选取 . 32 7.3.3 凸凹模精度的确定 . 32 7.3.4 凸凹模壁厚的确定 . 32 7.3.5 凸凹模洞口类型的选取 . 33 7.3.6 凸凹模尺寸的设计 . 33 7.4 定位零件的选用 . 34 7.5 卸料装置的选定 . 35 7.5.1 卸料装置的选用 . 35 7.5.2 卸料螺钉的选用 . 35 7.5.3 卸料板外型设计 . 35 7.5.4 卸料板 材料的选择 . 35 7.5.5 卸料板的结构设计 . 36 7.5.6 卸料板整体精度的确定 . 36 7.5.7 卸料橡胶的选用 . 36 7.6 推件装置的选定 . 38 7.6.1 推件块的设计 . 39 7.6.2 推板的选用 . 40 III 7.6.3 推杆的选用 . 40 7.7 上下模座的选用 . 41 7.8 连接及固定零件的选用 . 41 7.8.1 螺钉与销钉的选用 . 41 7.8.2 模柄的选用 . 42 7.8.3 凸模固定板的设计 . 42 7.8.4 凸凹模固定板的设计 . 43 7.8.5 垫板的设计 . 44 8 冲压设备的校核与选定 . 45 8.1 冲压设备的校核 . 45 8.2 冲压设备的选用 . 45 9 压力机的选用 . 46 10 模具结构简述 . 47 结论 . 48 致谢 . 49 参 考文献 . 50 1 1 绪论 日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。 模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石” ；德国则认为是所有工业中的“关键工业” ；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘密”， 是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年产值达到 13000 亿日元，远远超过日本机床总产值 9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。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%。 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形从而获得所需零件（俗称冲压件或冲件）的一种 压力加工方法。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素。冲压是一种先进的金属加工方法，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。与机械加工及塑性加工和其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点，主要表现如下： (1) 冲压一般没有切削碎料产生，材料的消耗较少利用率高，一般为 70%85%，易实现机械化和自动化； (2) 在形状和尺寸精度方面的互换性较好。一般情况下可直接满足装配和使用要求； (3) 冲压可加工的尺寸范围大、形状复杂的零件，而这些零件用其它方法 2 是不可能或很难 得到的，如薄壳件； (4) 被加工的金属在冲压加工过程中产生加工硬化，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以冲压件刚度强度较好； (5) 冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征； (6) 在大量生产的条件下，产品的成本低，经济效益较高； (7) 冲裁过程能耗较低。 由此可见冲压制得的零件具有表面质量好重最轻成本低的优点。所以冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部 门越来越多的采用冲压方法加工产品零件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工业等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重相当的大，少则 60%以上，多则 90%以上。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻刚度好的冲压件所代替。有些机械设备往往以冲压件所占比例的大小作为评价结构是否先进的指标之一。 工业发达国家对冷冲压生产工工艺的发展是很重视的。不少国家 (如美国、日本等 )模具工业产值己超过机床工业。从这些国家钢材构成可以看出冷冲压的发展趋势。钢带和钢板占全部品种的 67%，充分说明冲压这种加工方法己成为现代工业生产的重要手段和发展方向。 冲压技术的发展特征是： (1) 冲压成形科学化、数字化和可控化； (2) 突出“精、省、净“三大优势； (3) 冲压成形可以实现全过程控制； (4) 产品从设计开始即进入控制，考虑工艺； 3 2 工艺分析 图 2-1 安全带卡扣 零件 生产批量：大批量； 材 料： 35 钢； 材料厚度： 1mm； 未注公差： IT14。 2.1 材料分析 该冲裁件的材料为 35 钢 ，是优质碳素结构钢，具有良好的塑性、较高的强度、硬度，工艺性较好，适合此次零件设计。 2.2 零件结构 该冲裁件结构简单对称，孔的中心边缘与零件边缘的距离满足加工要求。 2.3 尺寸精度 由于本零件给定的精度都按生产所需经济精度要求 IT12 查表 2-2 得： 零件外形尺寸 ：00.12-R5、00.123.6、00.18-R14、00.25-44零件内形尺寸 ： L7、 W24、12.00R3.5定位孔尺寸 ： 130.18、 70.15 根据零件图 2-1 可知内孔采用冲孔，零件的外形轮廓采用落料。通过查公差等级表，我们发现普通冲裁能够满足零件精度要求。 4 表 2-1 标准公差数值（摘自 GB/T1800.3-1998） 公差等级 IT2 IT3 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT 10 IT11 IT 12 IT 13 IT 14 基本尺寸/mm /m /mm 3 3 6 6 10 10 18 18 30 30 50 50 80 80 120 120 180 180 250 250 315 315 400 400 500 1.2 1.5 1.5 2 2.5 2.5 3 4 5 7 8 9 10 2 2.5 2.5 3 4 4 5 6 8 10 12 13 15 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 5 3 冲 裁 方案 的 确定 3.1 冲裁工艺方案的确定 在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。工艺方案分为冲裁工序的组合 和冲裁顺序的安排。 3.2 冲裁工艺方法的选择 冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。 方案一：先落料，后冲孔。单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。 方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序。 方案三：级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。 其三种工序的性能见表 3-1。 表 3-1 单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性 能 比较项目 单工序模 复合模 级进模 生产批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 冲压精度 较低 较高 较高 冲压生产率 低，压力机一次行程内只能完成一个工序 较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序 高，压力机在一次行程内能完成多个工序 实现操作机械化自动化的可能性 较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化 制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作 容易，尤其适应于单机上实现自动化 生产通用性 通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产 通用性较差，仅适合于大批量生产 通 用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产 冲模制造的复杂性和价格 结构简单，制造周期短，价格低 冲裁较复杂零件时，比级进模低 冲裁较简单零件时低于复合模 根据分析结合表 3-1 得出结论： （ 1） 模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该零件的大批量产量要求。 6 （ 2） 只需一副模具，冲压件的形位公差精度和尺度精度容易保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制造并不困难。 （ 3） 也只需要一副模具，生产效率高，复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外 缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。由于零件的结构形状简单、级进模设计较复杂，制造较难。 为提高生产率，根据上述方案的分析与比较，该件的冲压生产采用第二种为佳。 7 4 模具总体结构的确定 4.1 模具类型的选择 按照复合模工作零件的安装位置不同， 分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围见表 4-1。 表 4-1 正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围 比较项目 正装 (顺装 )式复合模 倒装式复合模 结构 凸凹模装在上模， 落料凹模和冲孔凸模装在下模 凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模 优点 冲出的冲件平直度较高 结构较简单 缺点 结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影 响操作 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件 适用范围 冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，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，卸料可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛 正装式复合模适合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。倒装式冷冲模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，故应用十分广泛。综上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜 采用倒装 式 复合模。 由 以上 冲压工艺分析可知，采用 复合 模冲压，模具类型为 倒装式复合 模。 4.2 送料 方式的选择 由于零件的生产批量是大批量，选用手动送料方式比较合理。 4.3 定位 方式的 选择 定位包含控制送料进距的挡料和垂直方向的导料等。由于毛坯选择的是条料，零件的精度不高，且采用的是手动 送料方式，所以可以采用固定挡料销进行送料方向的定位，采用导料销进行垂直方向的导料。 4.4 卸料方式的选择 8 钢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。 弹性卸料具有卸料与压料的双重作用，主要用在冲裁料厚 1.5mm及以下的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压装置。 因为工件料厚 为 1mm，卸料力一般，可采用弹性卸料装置。又因为是倒装式复合模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。 4.5 导向方式的选择 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。 方案二：采用后侧式导柱模架。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对模具使用寿命有一定影响。 方案 三 ： 采用 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及大量生产用的自动冲压模架。 方案 四 ： 采用 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。 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 1） 下模座 （ 2） 导柱 （ 3） 导套 （ 4） 上模座 图 4-1 导柱模架 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，采用后侧导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。由于前面和左、右不受限制，能满足工件成型的要求。即方案 二 最佳。 9 5 工艺参数计算 5.1 排样 方式的选择 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。 排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排 ，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。因此有下列三种方案： 方案一：有废料排样。沿冲件全部外形冲裁，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，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少废料排样。因受剪裁条料质量和定位误差的影响。其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命。但材料利用率稍高。 方案 三：无废料排样。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件，但对材料利用率最高。 采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，故应采用方案一。 由于设计的零件带圆弧零件，所以采用有废料直排法 。 如 图 5-1 图 5-1 直排徘样 10 5.1.1 搭边值 的 确定 排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验和查表来确定的 ，该制件的搭边值采用查表取得。 如表 5-1 所示：根据此表和工件外形可知 L0.5 1 1 2 20 0.05 0.08 0.10 20 30 0.08 0.10 0.15 30 50 0.10 0.15 0.20 所以根据以上理论数据由公式（ 5-1）得出 ： 条料宽度 ： 0m ax )2( aDB=（ 44+21.5） 015.0 =47015.0 mm 5.1.2 材料利用率 的确定 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。 关于材料利用率，可用下式表示： =A/BS100% (5-2) 式中 : A-一个步距内冲裁件的实际面； B-条 料宽度； S-步距。 由图 5-1 和图 5-2；公式 （ 5-2）得： A=（ 11+26.79） 25.921/2+（ 26.794.080.5） +142 R2146/360 77 =489.7584+54.6516+615.75 249.7217 77 860mm 送料步距为： S=29.2mm 条料宽度为： B=47 mm 一个步距内的材料利用率为： 1 =（ A/BS） 100 =（ 860/4729.2） 100 = 62.663 12 所得排样图 如图 5-2 所示： 图 5-2 排样示意图 5.2 冲压力的计算 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： Fp=KptL (5-3) 式中 : -材料抗剪强度，见表 5-4(MPa)； L-冲裁周边总长 (mm)； T-材料厚度 (mm)。 系数 Kp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 Kp， 一般取 1 3。当查不到抗剪强度 时，可以用抗拉强度 b代替 ，而取 Kp=1.3的近似计算法计算。 由于 35钢的力学性能查表 5-4可得：抗剪强度 取 450MPa 13 表 5-4 部分材料抗剪强度 /MPa 5.2.1 总冲裁力 的计算 由于冲裁模具采用 弹 性卸料装置和自然落料方式。 F 冲 =F1+F2 (5-4) 式中 : F 冲 -总冲裁力 ； F1-落料时的冲裁力 ； F2-冲孔时的冲裁力 。 落料周长为： L1=52.26+22.382+6.382+3.6 =113.38mm 冲孔周长为： L2=23.143.52 +47 =71.96mm 落料冲裁力 由公式 (5-3)得 ： F1=KptL1 =1.31113.8450 =66327.3N 冲孔冲裁力 由公式 (5-3)得 ： F2=KptL2 =1.3171.96450 =42096.6N 所以可求总冲裁力 由公式 (5-4)得 ： F 冲 = F1+F2=66327.3+42096.6 =108423.9N 材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度 /MPa 碳素结构钢 10 已退火 260340 15 270380 20 280400 35 400520 45 440560 14 5.2.2 卸料力、推件 力 的计算 当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为 了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。 模具采用弹性卸料装置和推件结构，凹模型口直壁高度 h=6mm，所需卸料力 F 卸 和推件力 F 推 分别为： 推件力、卸料力计算公式如下： F 推 =nK 推 F 冲 (5-5) F 卸 = K 卸 F 冲 (5-6) 式中： F 推 -推件力； F 卸 -卸料力； F 冲 -冲裁力； K 卸 -卸料力系数，见表 5-5； K 推 -推件力系数，见表 5-5； n-卡 在凹模里的工件个数， n=h/t。 表 5-5 卸料力、推件力和顶件力系数 mm 料厚 /mm K 卸 K 推 K 顶 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 0.020.02 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 铝及铝合金 紫铜、黄铜 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 注：卸料力系数 K 卸 在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 K 推 -推 件 力系数通过查表 5-5 确定，推件力系数取 K 推 0.055； 由公式 (5-5)得： F 推 =nK 推 F 冲 =4/10.055108423.9=23855.238N 15 K 卸 -卸料 力系数通过查 表 5-5 确定， 卸料 力系数取 K 卸 0.045； 由公式 (5-6)得： F 卸 = K 卸 F 冲 =0.045108423.9 =4879.0755N 5.2.3 总冲压力的计算 F= F 冲 +F 卸 +F 推 =108423.9+23855.238+4879.0755 =137158.2135N 5.2.4 初选压力机 压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母 C，其机身前端及左右均敞开，操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形。考虑到经济性能、加工要求和操作方便在此选开式压力机。根据以上计算数 值，查下表 5-6 初选压力机为 J23-16 型压力机。 表 5-6 开式双柱可倾 压力机规格及参数 型号 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 公称压力 /KN 100 160 250 350 400 滑块行程 /mm 45 55 65 100 100 最大闭合高度 /mm 180 220 270 290 330 闭合高度调节 /mm 35 45 55 60 65 滑块中心线至床身 距离 /mm 130 160 200 200 250 滑块底面尺寸 /mm 前后 150 180 220 220 260 左右 170 200 250 250 300 工作台板厚度 /mm 35 40 50 290 65 模柄孔尺寸 /mm 直径 30 40 40 40 50 深度 35 60 60 60 70 16 5.2.5 压力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压合力的作用点的位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具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，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心， 可按下述原则来确定： （ 1） 对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 （ 2） 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 （ 3） 形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算 法求出冲模压力中心。 首先给零件设一个坐标系 0（ 0， 0）如图 5-3，其次算出各组成线段的压力中心，弧线的压力中心公式 57，合力的压力公式 5-8 和 5-9。 y=（ 180Rsin ） /（ ） =Rs/b （ 5-7） 式中： R-表示半径 A-表示角度 B-表示弧长 取 3.1415 ）（）（ nnn LLLXLXLXLX 2122110 （ 5-8） ）（nnn LLLYLYLYLY 2122110（ 5-9） 式中： Ln-表示各线段的长度 Xn-各线段中的 X 坐 标 Yn-各线段中的 Y 坐 标 X0-表示总力的 X 坐标 Y0-表示总力的 Y 坐标 将零件的各值代入相对应的公式，经计算所得的值如表 5-7 所示。 17 表 5-7 各个参数之间的坐标值 基本要素长度 L/mm 各基本要素压力中心的坐标值 x y L1=6.38 2.132 4.25 L2=22.38 13.38 9.45 L3=52.26 32.23 0 L4=22.38 13.39 -9.45 L5=6.38 2.132 -4.25 L6=3.6 0 0 L7=7 13.5 3.5 L8=10.99 19.21 0 L9=7 13.5 -3.5 L10=10.99 12.21 0 L11=21.98 30 0 合计 =2386.96 151.684 0 由上表 5-7 可以得出零件的压力 中心 为（ 23.11， 0）。 18 6 刃口尺寸 计算 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理间隙值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。 6.1 冲裁间隙的确定 冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之间的空隙尺寸，如图 6-1 所示。 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 。冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损 、变形、崩刀和凹模刃口胀裂四种。间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响 ,间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小。但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。一般间隙为（ 10% 15%） t 时的磨损最小，模具寿命较高。 图 6-1 冲裁间隙图 由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。所以在实际生产中，其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪切断面 质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命达到最长。目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植。本套模具采用查表法予以确定其间隙植。 19 根据实用间隙表 6-1 查得材料 35 钢 的最小双面间隙 Zmin=0.100mm，最大双面间隙 Zmax=0.140mm。 表 6-1 冲裁模初始双边间隙值 mm 材料 厚度 08、 10、 35、 09Mn、 35 16Mn 40、 50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于 0.5 极小间隙 (或无间隙 ) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则： （ 1）根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸， 故冲孔以凹模为基准件，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。 （ 2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲孔件孔径减小，故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。 20 （ 3）凸模和凹模之间应保证有合理的间隙。 （ 4）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。 制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙： （ 1） 分别加工法。分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间隙要求。凸模与凹模分别加工，成批制造，可以 互换。这种加工方法必须把模具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方法主要用于冲裁形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。 （ 2）单配加工法。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。先加工基准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。通常落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。这种方法多用于冲裁件的形状复杂、间隙较小的模具。 根据上述计算法则，对于采用分别加工的凸模和凹模，应保证下述关系： 凸 凹 Zmax Zmin 所以 ，新制造的模具应该保证 凸 凹 ZminZmax，否则，模具的初始间隙已超过了允许的变动范围 Zmin Zmax，影响模具使用寿命。本套模具采用分别加工法进行加工。 分开加工时计算公式如下： 落料 D 凹 =(Dmax-x) 凹0 (6-1) D 凸 =( D 凹 -Zmin)=(Dmax-x-Zmin)0凸(6-2) 冲孔 d 凸 =(dmin+x)0凸(6-3) d 凹 =( d 凸 +Zmin)=( dmin+x+ Zmin) 凹0 (6-4) 式中 : D 凸 、 D 凹 -分别为落料凹模和凸模的基本尺寸； d 凸 、 d 凹 -分别为冲孔凹模和凸模的基本尺寸； Dmax -落料件的最大极限尺寸； dmin-冲孔件的最小极限尺寸； -冲裁件公差； -磨损系数； 21 凸 、 凹 -分别为凹模和凸模的制造公差，凸模偏差取负，凹模偏差取正。 由上表 6-1 可得： Zmin=0.100mm Zmax=0.140mm Zmax Zmin=(0.140 0.100)mm=0.040mm 由表 6-3 得， x=0.75；设凸、凹模分别按 IT6 和 IT7 级加工制造，则： 冲孔根据公式（ 6-3）有： 0 m in凸 凸x dd 0 009.015.075.07 009.0112.7 冲孔根据公式（ 6-4）有： 凹0m i nm i n凹 Zx dd 0.01501.015.075.07 mm21