顶件块复合冲裁模模具设计

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文摘要本次设计的是复合冲裁模，复合冲裁是在冲床的一次冲压过程中可以同时完成两步或两步以上的工序。该复合冲裁模将落料、冲孔两步工序在一起完成。该模具选取了合理的凸、凹模间隙及最佳的模具设计结构完成工件的加工要求。它具有操作方便、一次成形、生产效率高的特点。阐述了零件冲压复合模具的整体结构及其工作过程，为保证冲裁件的质量，指出了复合模具设计和加工注意的要点。该设计思路可扩展应用到其它类似零件的冲裁加工中。关键词： 模具设计； 模具加工； 冲压； 复合冲裁模； 模具结构； Abstrast In this paper , a compound die is designed .The compound die can produce two parts or more by one punching procedure .It introduce the design and way of fine blanking and chose the blanking clearance between punch and matrix .The best structure is introduced to complish the desire of the making machine.Compared with the traditional dies ,this whole structure and working process of the die were stated,and the main points method can be used to the forming of other similar parts.Key Word: die design; die manufacturing; stamping; compound die; structure so the structing of die. 摘要1前 言11设计题目及要求11.1冲压工艺与模具设计的内容及步骤11.2 工艺设计21.2.1 零件及其冲压工艺分析21.2.2 确定工艺方案,主要工艺参数计算31.2.3 选择冲压设备31.3 模具设计31.3.1 模具结构形式的选择与设计31.3.2 模具结构参数计算31.3.3 绘制模具图32 工艺设计42.1 零件及其冲压工艺性分析42.2 确定工艺方案42.2.1 冲裁工序的组合42.2.2 冲裁件结构工艺性82.3主要参数的计算92.3.1冲裁力92.3.2 材料的周长和面积102.3.3 材料的经济利用112.3.4压力中心的计算142.4 选择冲压设备212.4.1 常用压力机的分类212.4.2 压力机类型的选择212.4.3 确定设备规格223 模 具 设 计243.1 冲模的分类243.2 冲模零件的分类253.3 工作零件263.3.1 凹模的设计263.3.2凸模长度确定及其强度校核283.3.3 冲模刃口尺寸的计算323.4 定位零件383.5 压料、卸料零件393.6 连接与固定零件453.6.1 模柄453.6.2 上、下模座463.7 模具结构形式的确定473.8 确定导向方式474 模具的装配及工作过程494.1模具的装配494.2 工作过程49总 结50致 谢51参 考 文 献52键入文字前 言冲压工艺是塑性件，它主要用于加工板料零件时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，也可以加工非金属板料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可使用。冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的扎制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。冲压工艺在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器 、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要。因此，冲压工艺是一种产品质量较好而且成本较低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。现代各先进工业化的国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。冲压工艺，模具以及冲压设备等正在随着科学技术的发展而不断发展，从总体来看，现代冲压工艺与模具的主要发展方向可以归纳为以下几个方面： (1)、冲压成型工艺与理论的研究成形，近年来，冲压成型工艺有很多的新的发展,特别是精密冲裁，精密剪切，复合材料成形，软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产率也有极大的提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。由于引入了计算机辅助工程(CAE)冲压成行已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，已实现冲压过程的优化设计。 (2)、冲压加工自动化与柔性化为了适应大批量、高效率的生产需要,在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。专门配置了机械手或机器人，这不仅大大提高了冲压件的生产品质和生产率，而且增加了冲压工作和冲压工人的安全性。在中小件的大批量生产方面，现已广泛应用多工位级进模、多任务位压力机或高速压力机。在小批量多品种生产方面，正在发展柔性制造系统(FMS)，为了适应多品种生产是不断更换模具的需要，已成功地发展了一种快换模系统。现在，量生产方面,.换一副大型冲压模具，仅需68分钟即可完成。此外，近年来，集成制造系统（CIMS）也正被引入冲压加工系统，出现了冲压加工中心，并且使设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检验以及生产管理等全面实现自动化。 (3)、 冲模CAD/CAM自从美国Die Comp公司与1971年在简单级进模中首先将CAD/CAM技术引入到冲模设计与制造中以来，冲模CAD/CAM 技术已成为冲压工艺与模具的主要发展方向之一。1978年日本机械工程实验室开发了MEL 系统,采用了图形显示设备和交互图形设计技术，使CAD开始走向实用化。我国在冲压模具的CAD/CAM方面也取得了重大的进展，上海交通大学在80年代初期开展了大规模的CAD/CAM研究开发工作，目前在上海交通大学已建立了模具CAD/CAM国家工程中心。在华中理工大学建立了模具CAD/CAM国家重点实验室。由于新技术的应用和引导,模具技术在国民经济中的地位愈来愈大，在一定程度上决定了我国机械制造业在21世纪的市场竞争能力，为此，我们要有足够的认识并采取得力的措施。51 1设计题目及要求原始设计题目如下图所示： 图 1冲件零件图1.1冲压工艺与模具设计的内容及步骤冲压工艺与模具设计应结合工厂的设备、人员等实际情况，从零件的质量、生产效率、生产综合考虑,选择性各个方面和设计出技术先进、经济上合理、使用安全可靠的工艺方案和模具结构，应使冲压件的生产在保证达到设计图样上所提出的各项技术要求的基础上，尽可能降低冲压件的工艺成本和保证安全生产。一般来讲，设计的主要内容及步骤包括：成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全。 此次冲压件是板料，有关板料的冲压介绍如下：板料冲压：利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从而获得冲压件的加工方法称为板料冲压。板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常在常温下冲压，故又称为冷冲压。原材料：具有塑性的金属材料，如低碳钢、奥氏体不锈钢、铜或铝及其合金等，也可以是非金属材料，如胶木、云母、纤维板、皮革等。板料冲压的特点： （1）冲压生产操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。（2）冲压件的尺寸精确，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工，即可作为零件使用。（3）金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形状，并产生冷变形强化，使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。（4）冲模是冲压生产的主要工艺装备，其结构复杂，精度要求高，制造费用相对较高，故冲压适合在大批量生产条件下采用。1.2 工艺设计1.2.1 零件及其冲压工艺分析 根据冲压件产品图，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸规格和力学性能,并结合可供选用的冲压设备规格以及模具制造条件/生产批量等因素，分析零件的冲压工艺性能的冲压工艺方案，内容包括工序性质、供序数目、工序顺序及组合方式等。 工艺参数指制定工艺方案所依据的数据,计算有两种情况,第一种是工艺参数可以计算的比较准确，如零件材料的排样利用率、冲裁压力中心、工件面积等；第二重视工艺参数只能作近似计算，如一般弯曲或拉深成形力、复杂零件的坯料展开尺寸。 1.2.2 确定工艺方案,主要工艺参数计算 在冲压工艺性分析的基础上，找出工艺与模具设计的重点与难点，根据实际情况提出各种可能。 1.2.3 选择冲压设备 根据要完成的冲压工序性质和各种冲压设备的性能特点，考虑冲压加工所需的变形力、变形功及模具闭合高度和轮廓尺寸的大小等主要因素，结合工厂现有设备情况来合理选定设备类型和吨位。1.3 模具设计模具设计包括模具结构形式的选择与设计、模具结构参数计算、模具图绘制等内容。1.3.1 模具结构形式的选择与设计 根据拟定的工艺方案，考虑冲压件的形状特点、零件尺寸大小、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与安全的要求等选定与设计冲模结构形式。1.3.2 模具结构参数计算 确定模具结构形式后，计算或校核模具结构上的有关参数，如模具工作部分的几何尺寸、模具零件的强度与刚度、模具运动部件的运动参数、模具与设备之间的安装尺寸，选用和核算弹性组件等。1.3.3 绘制模具图 模具图是冲压工艺与模具设计结果的最终体现，该模具图包括制造模具和使用模具的完备信息。2 工艺设计2.1 零件及其冲压工艺性分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性。该工件的材料是08F，属于低碳钢。选用08F的冷轧钢板作为原料，钢板尺寸为1500600型号的。这种钢板的冲压性能好，该材料抗剪强度 为220310 ，抗拉强度 为280390 ，（在下文的计算中抗拉强度取295） 由冲裁件图上所标注的尺寸公差可以确定该工件的表面加工精度要求为级，在冲裁中其尺寸公差等级为级，属于普通冲裁。2.2 确定工艺方案工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序组合和工序顺序的安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的冲裁方案。2.2.1 冲裁工序的组合冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。复合冲裁是在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，在模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可以完成一个冲裁件。冲裁组合方式的选择根据冲裁件的生产批量、尺寸精度、形状复杂程度、模具成本等多方面因素来考虑。(1) 生产批量 由于模具费用在制件成本种占很大的比例，所以，冲裁件的生产批量在很大程度上决定了冲裁工序的组合程度，即决定所用的模具结构。一般来说，新产品试制与小批量生产，模具制造简单，力求制造快，成本低，采用单工序冲裁，对于中批和大批量生产，模具结构力求完善，要求效率高、寿命长，采用复合冲裁或级进冲裁。(2) 冲裁件尺寸精度 复合冲裁所得工件公差等级高，内、外形同轴度一般可达到料，工件较平整，不翘曲。级进冲裁所得工件的尺寸公差等级较复合冲裁低，工件有拱弯、不够平整。但工序冲裁的工件精度最低。(3) 对工件尺寸、形状的适应性 复合冲裁可用于各种尺寸的工件。材料厚度一般在以下。但工件上孔与孔之间和孔与边缘之间的距离不能过小。孔边距小于最小合理值时，若采用复合冲裁，则该部位的凸凹模的壁厚因小于最小极限值，易因强度不足而破裂。此时也不宜采用单工序冲裁，因孔边距过小，落料后冲孔时，这些部位会发生外胀和外扭变形，得到不合格的产品，这时宜采用级进冲裁，这样可避免这些缺陷。级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形零件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁要大。但级进冲裁受压力机台面尺寸与工序数的限制，冲裁工件一般为中、小型件。为提高生产效率与材料利用率，常采用多排冲压。级进冲裁时广泛采用多排冲压，但复合冲裁则很少采用。(4) 模具制造、安装调整和成本 对复杂性状的工件，采用复合冲裁与采用连续冲裁，模具制造，安装调整较易，成本较低。对简单形状、精度不高的零件，级进冲裁，模具结构较之复合模简单，易于制造。本次模具设计的冲裁工件形状虽然不规则，但结构并不是很复杂。冲孔、落料两道工序即可完成，考虑到冲裁件的定位误差、材料厚度、大批量生产、安装以及成本等因素，决定采用复合冲裁。在此有四种方案可供选择： 方案一、 落料 图2 落料 此种方法的优点是：定位误差小，只需要一次定位即可。位置精度高。其缺点是：危险截面强度虽够，但模具制造复杂，难以加工和装配。并且成本比较高。方案二、 冲孔、落料 图3 冲孔、落料采用落料、冲孔复合模。先冲孔，冲掉阴影部分，再落料。此种方法虽然降低了模具的加工和装配的难度，降低了制造成本。但是冲孔与落料的交界处留有尖角，难以加工和去除，这常常是冲压工艺所不允许的。方案三、 冲孔、落料 图4 落料、冲孔也还是先冲掉阴影部分，再落料。此种方法虽然也和方案二有着同样的优点，此外比上述方案好的是冲孔与落料的交界处没有尖角，同时还能保证冲孔凸模和落料凹模的足够强度。 方案四、 冲孔、落料 图5 冲孔、落料此种方法是采取冲孔、落料分开加工两道工序，用两套模具。这样很容易产生定位误差，难以保证加工精度。综合考虑上述四种方案，方案三还是比较理想的。在用一套模具能满足加工要求的前提下，尽量不用两套或多套模具来加工。所以，采用方案三为最终方案。2.2.2 冲裁件结构工艺性 冲裁件结构工艺性指冲裁件结构、形状、尺寸对冲裁工艺的适应性。主要包括以下几方面：（1）冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排样时合理利用材料，尽可能提高材料的利用率。（2） 冲裁件转角处应尽量避免尖角，以圆角过渡。一般在转角处应有半径R0.25t（t为板厚）的圆角，以减小角部模具的磨损。（3） 冲裁件应避免长槽和细长悬臂结构，对孔的最小尺寸及孔距间的最小距离等也都有一定限制。（4）冲裁件的尺寸精度要求应与冲压工艺相适应，其合理经济精度为IT9IT12，较高精度冲裁件可达到IT8IT10。采用整修或精密冲裁等工艺，可使冲裁件精度达到IT6IT7，但成本也相应提高。2.3主要参数的计算2.3.1冲裁力冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抗力，计算冲裁力的目的是为了合理的选择压力机和设计模具。考虑到模具刃口的磨损、凸模和凹模间隙的不均匀、材料性能的波动和材料厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力比所给公式的冲裁力的值增加30%。如用平刃口模具的冲裁时，按下面的公式进行计算 式中 冲裁力； 冲裁件周长()；材料厚度 ；材料剪切强度；而实际冲裁力应按下式计算：式中 材料的抗拉强度 冲孔时的冲裁力 落料时的冲裁力 卸料力、顶件力冲裁时，工件或废料从凸模上卸下来的力叫卸料力；从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫做推件力；逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。卸料力式中 冲裁力； 顶件力；卸料力、顶件力系数；冲裁时的冲压力为冲裁力、卸料力、顶件力之和，这些力在选择压力机时是否考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。考虑弹性卸料装置卸料力较小，一般用于材料厚度小于1.5的冲裁件。本次模具设计的冲裁件厚度为1.2，冲裁力也不是很大，故采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模。2.3.2 材料的周长和面积周长： 面积：图6 面积计算2.3.3 材料的经济利用在冲压生产中，冲裁件在板、条等材料上的布置方法成为排样。排样方案对材料利用率、冲裁件质量、生产率、生产成本和模具结构形式都有重要影响。A 排样设计原则(1)提高材料利用率冲裁件生产批量大，生产效率高，材料费用一般会占总成本的60%以上，所以材料利用率是衡量排样经济性的一项重要指标。在不影响零件性能的前提下，应合理设计零件外形及排样，提高材料利用率。(2)改善操作性 冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。一般说来，在冲裁生产时应尽量减少条料的翻动次数，在材料利用率相同或相近时，应选用条料宽度及进距小的排样方式。(3)使模具结构简单合理，使用寿命高。(4)保证冲裁件质量。B 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。采用少废料、无废料排样时，材料利用率高，不但有利于一次行程获得多个冲裁件，还可以简化模具结构、降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件尺寸及精度不易保证，另外，在有些无废料排样中，冲裁时模具会单面受力，影响模具使用寿命。有废料抖样时冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低。所以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。排样是否合理直接影响到材料的经济利用。工件材料08F的轧制薄钢板，其尺寸为1500 排样方法：采用直排的方法，排列简图及搭边值见下图 图7 材料的排样板料，长度方向上可以剪成9块条料，条料边距为1.8。每块条料上排各工件。因此，整个板料上共各工件。 评价排样经济性、和理性的指标是材料的利用率，其计算公式如下： 式中： 冲裁件面积；材料上冲件总数； 板料长度；板料宽度；要提高材料的利用率，就必须减少废料的面积，冲裁过程中所产生的废料可分为结构废料和工艺废料。结构废料 由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料，成为结构废料，它决定于工件的形状，一般不能改变。工艺废料 工件之间和工件于条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去得料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料，称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。材料的利用率： 也就是说工艺废料为14% 这是结构废料，是由工件自身的形状结构决定的，是不可避免的。2.3.4压力中心的计算为了保证压力机和模具正常地工作，必须使冲模的压力中心于压力机滑块中心线向重合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。形状简单而对称的工件，如圆形、正多边形，其冲裁时的压力中心与工件的几何中心重合。形状复杂的工件，多凸模冲孔模及连续模的压力中心则用解析法或作图发来确定。本次模具设计工件形状不规则，所以采用解析法来确定冲模的压力中心。计算步骤：1 按比例画出工作部分剖面的轮廓图； 在轮廓内外任意距离处，选定坐标轴和； 将轮廓线分成若干基本线段，计算各基本线段的长度（途中冲裁力与冲裁线长度成正比，故冲裁线段的长短，即可代表冲裁力的大小）；计算基本线段的中心位置到轴的距离及到轴的距离；根据“对同一轴线的分力之和的力矩等于各分力矩之和”的原理，可按下式求出冲模压力中心到轴和轴的距离到轴的距离： 到轴的距离：将工件分成41段，轴在上，y轴在的中心，各段的长度为：如下图8所示：图8 直线的中心在线段的中心点，圆弧的中心重心按下式计算： 式中： 重心到圆心的距离；弦长；弧长； 圆弧半径； 于是求得各圆弧的重心如下： 均为 圆弧，其值相同， 为的圆弧，其中 =0mm=2.5mm=5mm=9.5mm=14mm=15.45mm=21.5mm各线段的重心如下：= 3mm = -65mm =-70mm=-75mm=-59mm=-40.45mm=-39mm=27.55mm=25mm=23.5mm=22mm=20.55mm=14.5mm=8.45mm=7mm=8.45mm=16mm=23.55mm=25mm=23.55mm=16mm=8.45mm=7mm=8.45mm=15mm=21.55mm=-35mm=-26mm=-21mm=-24mm=-29.55mm=-31mm=-29.55mm=-21mm=-12.45mm=-11mm=-9.55mm=0mm=9.55mm=11mm=12.45mm=21mm=29.55mm=31mm=21.55mm=23mm=24mm=29.55mm=24mmy29=25mmy30=18.5mmy31=9.45mmy32=8mmy33=9.45mmy34=15.5mmy35=21.5mmy36=23mmy37=24mmy38=25mmy39=15mmy40=5mmy41=2.5mm=21mmx29=35mm x30=39mmx31=40.45mmx32=59mmx33=67.55mmx34=69mmx35=67.55mmx36=61mmx37=57mmx38=69mmx39=81mmx40=76mmx41=71mm利用下列两个公式计算工件的压力中心： 式1 式22.4 选择冲压设备2.4.1 常用压力机的分类压力机的种类很多,按照不同的观点可以把压力机分成不同的类别.如:按驱动滑块力的种类分机械的、液压的、气动的等；按滑块个数可分为单动的、双动的、三动的等；按驱动滑块的机构的种类又可分为曲轴式、肘杆式、摩擦式；按机身结构形式可分为开式的、闭式的等等。另外还有许多种分类方法，一般按驱动滑块力的种类而把压力机分为机械压力机、液压机。2.4.2 压力机类型的选择压力机类型的选择，主要是根据冲压工艺的性质、生产批量大小、制件的几何形状、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素来确定的。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优点，故广泛应用于中小型冲裁件、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,适于大中型冲压件的生产。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几适用于大批量生产。液压机没有固定的行程,不会因为板材厚度超差而过载,全行程中压力恒定,但是压力机的速度低、生产效率低.适用于小批量,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、成形等冲压工件。肘杆式精压机刚度大、滑块行程小，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。2.4.3 确定设备规格(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，例如拉伸所用压力机的行程，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寸，且还需留有安装固定的余地，但过大的工作台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) 所选压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适应。模具的闭合高度是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离.压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机,其连杆长短能调节，也即压力机的闭合高度可以调节，故压力机有最大闭合高度和最小闭合高度。设计模具时，模具闭合高度的数值应满足下式： 无特殊情况应取上限值，即最好取在：,这是为了避免连杆调节过长，螺纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小，可以在压床台面上加垫板。综合上述，考虑到所设计的冲裁件尺寸不大，精度要求不是很高，所以选择开式曲柄压力机。其参数如下： 公称压力/ 250 固定行程/ 80 调节行程/ 80 行程次数/(次/) 100 最大闭合高度/ 250 闭合高度调节量/ 70 工作台尺寸/ 左右 560 前后 200 工作台孔尺寸/ 左右 260 前后 130 直径 180 工作台板厚度/ 70 模柄孔尺寸(直径深度) 50703 模 具 设 计冲压工艺是通过冲压模具来实现的，因此做好模具设计是冲压工艺的一项关键的工作。模具设计主要是确定模具的类型、结构和模具零件的选用、设计与计算等。3.1 冲模的分类冲压件的品种、式样很多，导致冲模的类型多种多样。(1) 按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、整修模、弯曲模、拉深模、成形模等。(2) 按工序组合程度可分为单工序模、级进模和复合模。但工序模：在一副模具中只完成一个工序。如落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模等。级进模：在一次行程中， 在一副模具的不同位置上完成不同的工序。因此对工件来说，要经过几个工位即几个行程才能完成。而对模具来说，则每一次行程都能冲出一个制件。所以级进模生产率相当高。复合模： 在一次行程中, 在一副模具的同一个位置上,能完成两个以上工序。因此复合模冲压出的制件的精度较高,生产率也高。(3) 按导向方式可分为无导向的开式模。有导向的导板模、导柱模等。(4) 按卸料方式可分为刚性卸料模、弹性卸料模等。(5) 按送料、出件及排除废料的方式可分为手动模、半自动模、自动模等。(6) 按凸、凹模的材料可分为硬质合金模、锌基合金模、薄板模、钢带模、聚氨酯橡胶模等。3.2 冲模零件的分类 凡属模具，无论其结构形式如何，一般都是有固定和活动两部分组成、固定部分是用压铁、螺栓等紧固件固定在压力机的工作台面上，称为下模；活动部分一般固定在压力机的滑块上，称为上模；上模随着滑块作上下往复运动，从而进行冲压工作。一套模具根据其复杂程度不同，一般都有数个、数十个甚至更多的零件组成。但无论其复杂程度如何，或是哪一种结构形式,根据模具零件的作用又可以分成五个类型的零件。（1） 工作零件 是完成冲压工作的零件,如凸模、凹模、凸凹模等。（2） 定位零件 这些零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的进距,如挡料销、定距侧刀、导正销、定位板、导料板、侧压板等。（3） 卸料、推件零件 这些零件的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除,以保证下一次冲压工序的顺利进行。如推件器、卸料板、废料切刀等。（4） 导向零件 这些零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向,使凸模凹模间有均匀的间隙,提高冲压件的质量。如导柱、导套、导板等。（5） 支撑、紧固零件 这些零件的作用是使上述四部分零件连接成“整体”保证各零件的相对位置,并使模具能安装在压力机上。如上模板、下模板、模柄、固定板、垫板、螺钉、圆柱销等。由此可见,在看模具图时，特别是复杂模具，应从这五个方面去识别模具上的各个零件。因此本次模具设计就从这五个方面着手来设计。3.3 工作零件3.3.1 凹模的设计(1) 凹模的结构形式常见的凹模结构形式有整体式凹模和组合式凹模两种形式。整体式凹模结构,其俯视外形按毛坯和工件形状可做成矩形和圆形,用螺钉和销钉直接固定在模板上。整体式凹模的特点是制造简单,适用于冲制中、小型工件。(2) 凹模的孔口形式 凹模的孔口形式通常有以下几种.图a中为直壁形,刃口强度高,刃口磨后孔口尺寸不变,制造方便。一般适用于形状复杂和精度要求较高的制件,对向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。图 9 凹模刃口形式图b的 特点是不易积存废料和制件,对洞口磨损及压力小,但刃口边强度较差。且刃口磨后尺寸稍有增大,不过由于它的磨损小,这种增大不会影响模具的寿命。一般适用与形状较简单、冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况。图c与图b相似,图g用于冲裁薄料和凹模较薄的情况。图e与图a相似,适用于上出件或上料的模具。图f适用于冲裁0.5mm以下的薄料,且凹模不淬火或淬火硬度不高(3540HRC),采用这种形式可用手锤敲打斜面以调整间隙,直到试出满意的冲裁件为止。(3) 凹模外形和尺寸的确定圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂,目前还不能用理论计算方法确定,一般按经验公式概略地计算。凹模高度 凹模壁厚 式中b冲压件最大外形尺寸K-系数,考虑板材厚度的影响,其值可查表8-1。修磨量取所以 由于计算出的冲模压力中心是坐标为(7,12)使得工件在压力中心两侧的长度尺寸分别为82mm,74mm,而压力中心必须在凹模中心,综合考虑,所以整个落料凹模长度 查表取落料凹模尺寸 L=315mm； B=200mm 上述方法适用于确定普通工具钢经过正常热处理，并在平面支撑下工作的凹模尺寸。冲裁件形状简单时，壁厚系数取最小值，形状复杂取最大值。用于大批量生产下的凹模，其高度应该在计算结果中增加总的修磨量。对于复合模或多刃口凹模，经常遇到刃口间相距很近的问题，此时凹模的强度是否足够，证明这点用理论方法十分复杂,许多工厂根据生产实践总结了一些模壁最小厚度的经验数据，只要凹模刃口间的距离不小于所列的侧壁最小厚度，凹模就有相当的使用寿命。本次设计的模具的模壁最小厚度21.8(模壁最小允许厚度)。3.3.2凸模长度确定及其强度校核（1）凸模长度计算 凸模的长度一般是根据结构上的需要确定的，凸模长度 式中固定板的厚度(取20mm)_卸料板的厚度(取25mm)_导料板的厚度(取10mm)-附加长度（取20mm，其中修磨量为8mm），它包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板的安全距离等。这一尺寸无特殊要求，可取1020mm；凸模长度确定后一般不做强度校核，只有当凸模特别细长时，才进行凸模的抗弯能力和承压能力的校核。冲孔凸模落料凸模长度: A 凸模的校核1) 落料凸模的校核 压应力校核当凸模横断面小而冲裁力相当大时，必须对凸模进行抗压强度计算，对于非圆形断面的凸模 式中凸模最狭窄处的截面积（mm）； -冲裁力(N)；-凸模材料的许用应力,碳素工具钢淬火后的许用应力为淬火前的1.53倍。式中 L凸模最狭窄处的周长(mm)； t-板料厚度(mm)； -板料抗拉强度(MPa)； 而满足因此该落料凸模满足压应力要求落料凸模弯曲应力校核冲裁力凸模的最小面积把凸模形状等效为一个矩形其轴惯矩 ,满足 则落料凸模设计合理。2) 冲孔凸模的校核 (分别为三个冲孔凸模的面积)只要冲模3能满足条件冲模1.2也能满足 对于冲模3： 满足冲孔凸模强度足够。弯曲应力校核对于无导向装置的冲模，须满足式中: _允许的凸模最大自由长度； J_凸模做小横断面的轴惯矩； F_冲裁力；根据式 (*) 式中 已知=8.95将上述各式代入(*),则 ,满足 所以，冲孔凸模的弯曲应力也满足要求，即凸模设计合理。3.3.3 冲模刃口尺寸的计算1) 模具刃口尺寸精度等级模具刃口尺寸精度等级是影响冲裁件尺寸精度等级的首要因素，模具的合理间隙值也是要靠模具刃口尺寸及其精度来保证。因此，在确定凸、凹模工作部分尺寸及其制造精度时，必须考虑到冲裁变形规律、冲裁件精度等级、模具磨损和制造的特点。实践证明，落料件尺寸有凹模刃口尺寸决定；而冲孔件尺寸由凸模刃口尺寸决定.所以，当计算凸、凹模刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别考虑。再生产过程中凸、凹模刃口尺寸又因磨损而发生变化。凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，当设计和制造模具时，取最小合理间隙。(1) 落料时，先确定凹模工作部分尺寸，其大小应取接近于或等于工件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内,仍能冲出合格工件。凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。(2) 冲孔时，先确定凸模工作部分尺寸，其大小应取接近于或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格工件。凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个最小合理间隙值。(3) 对于落料件一般标注单向负公差.假定工件的公称尺寸为D ，工件公差为，则工件尺寸就是D 。冲孔件的公差一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d ，工件公差为，则冲孔件尺寸为。若公件尺寸标注由正负偏差，则应将正负偏差换算成上述要求的等价的正负公差，若工件没有标注公差，则工件公差按国家标准非配合尺寸的IT14级来处理。2) 凸凹模配合加工时尺寸与公差的确定凸凹模加工方法有两种，一种是分开加工法：一种是配合加工法；分开加工是指凸模与凹模可以分别按各自的图纸加工之最后尺寸。此种方法是用于圆形或形状简单的工件.配合加工法是指先加工凸模(或凹模),然后根据制造好的凸模(或凹模)的实际尺寸，配作凹模(或凸模),在凹模(或凸模)上绣出最小合理间隙值。其方法是把先加工好的凸模(或凹模)作为基准件，它的工作部分的尺寸作为基准尺寸，而与它配作的凹模(或凸模)只能在图纸上标注相应部分的凸模公称尺寸(或凹模公称尺寸)，注明” 尺寸按凸模(或凹模)配做，每边保证间隙” .这样，基准件的制造公差(或)的大小，就不再受凸、凹模间隙大小的限制,使模具制造容易。一般基准件的制造公差(或)=；形状简单时按IT6级或IT7级公差制造。配合加工法在工厂中广泛采用，适用于形状复杂的冲裁件。 A落料应以凹模为基准,然后配做凸模。模具尺寸磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况(1) 凹模磨损后尺寸增加计算这类尺寸时,先把工件图尺寸化成D这是凹模尺寸按落料凹模公式计算，即 (2) 凹模磨损后尺寸减小计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成 。这是凹模尺寸按冲孔凸模公式计算，即 (3) 凹模磨损后尺寸不变计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成的形式。这时凹模尺寸按下式计算，即 L = 或 L = B冲孔应以凸模为基准，然后配做凹模.冲孔凸模磨损后，刃口尺寸变化也有减小、增大、不变三种情况。因此，凸模尺寸也应根据这三种规律分别计算。(1) 凸模磨损后尺寸减小计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成 。这是凸模尺寸按冲孔凸模公式计算，即（2）凸模磨损后尺寸增大计算这类尺寸时，先把工件图尺寸化成 。这是凸模尺寸按落料凹模公式计算，即 （3）凸模磨损后尺寸不变计算这类尺寸时，与落料件计算方法相同，即 ,或 L =冲孔凸模1尺寸及其制造精度凸模磨损后尺寸减小的有：150.2， 140.2， ，40.1， 200.2，220.2 工件尺寸/mm 凸模尺寸及公差/mm 150.2化成14.8 140.2化成13.8 40.1化成3.9 200.2化成19.8 220.2化成21.8 凸模磨损后尺寸不变的是：70.14，70.14 70.035冲孔凸模2尺寸及其制造精度凸模磨损后尺寸减小的有：140.2， 160.2， 200.2， 220.2 ， 40.1， 140.2化成13.8 160.2化成15.8 200.2化成19.8 220.2化成21.8 40.1化成3.9 凸模磨损后尺寸不变的是：60.14，60.14 60.035冲孔凸模3尺寸及其制造精度凸模磨损后尺寸减小的有：80.14， 150.2， 200.2， 210.2 ， 40.1， 80.14化成7.86 150.2化成14.8 200.2化成19.8 210.2化成20.8 40.1化成3.9 凸模磨损后尺寸不变的是：60.14，60.14 60.035查间隙表 得：， 冲孔凹模则按凸模的时及尺寸配做，每边保证间隙0.0350.5mm落料凹磨的尺寸及制造精度凹模磨损后尺寸增大的有：90.14， 290.28， 180.2， 140.16， 80.12， 250.2， 1560.2 ， 90.14转化为9.14 290.28转化为29.28 180.2转化为18.2 140.16转化为14.16 80.12转化为8.12 250.2转化为25.2 1560.2转化为156.2 凹模磨损后尺寸减小的有：140.14， 280.2 140.14转化为13.86 280.2转化为27.8 凹模磨损后尺寸不变的有：360.28， 280.2， 240.2， 50.14，360.28 360.07280.2 280.05240.2 240.0550.14 50.035查间隙表 ，得：， 落料凸模则按凹模的时及尺寸配做，每边保证间隙0.0350.5mm3.4 定位零件 定位部分零件的作用是使毛坯(条料或块料)送料时有准确的位置,保证冲出合格制件,不致冲缺而造成浪费。(一) 定位件主要指定位板或定位销，一般用于对单个毛坯的定位。(二) 导料件 主要指导料板和侧压板，它对条料或带料送料时起导正作用。(三) 挡料件其作用是给予条料或带料送料时以确定的进距。主要有固定挡料销、活动挡料销、自动挡料销、始用挡料销和定距侧刀等。(1) 固定挡料销结构简单，常用的为圆头形式。当挡料销孔离凹模刃口太近时， 挡料销可移离一个进距，以免削弱凹模强度，也可以采用钩形挡料销。 (2) 活动挡料销 这种挡料销后端带有弹簧或弹簧片， 挡料销能自由活动,这种挡料销常用在带弹性卸料板的结构中，复合模中最常见。(3) 自动挡料销采用这种挡料销送料时，无需将料抬起或后拉，只要冲裁后将料往前推，便能自动挡料，故能连续送料冲压。(4) 始用挡料销有时又称为临时挡料销，用于条料在级进模上冲压时的首次定位。 级进模有数各工位， 数个工位时往往就需要用使用挡料销。使用挡料销的数目，视级