冲孔-落料复合模、弯曲模.doc

中 南 大 学 毕 业 设 计（论文）第一章 前言1.1我国模具的现状与发展中国模具标准件发展现状由于中国模具标准化工作起步晚、进展慢，再加上过去“大而全”、“小而全”、“自产自配”等陈旧观念的影响，因此，中国模具标准件长期以来一直是品种规格少、生产规模小、流通不畅通。即使是目前生产较多的模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，也是中低档产品多，中高档产品少。一些外资企业生产的高档模具标准件，由于价格昂贵而影响其推广应用。 模具标准件适合于社会化大批量专业化生产，但中国长期以来却一直是散、乱、差的局面。目前全国虽然已有销售点近百家，但大多数规模不大、库存不多、销售额小，即使是中国模具工业协会标准件委员会模具标准件联合销售网内的50多家经营单位，也存在同样问题。个别单位计划开展网上销售和电子商务，但这工作起步不久，要形成规模尚待时日。中国模具标准件市场发展展望模具标准件是模具的重要组成部分，对缩短模具设计制造周期、降低模具生产成本、提高模具质量都具有十分重要的技术经济意义。国际模具及五金塑胶产业供应商协会副秘书长王金玲表示，模具标准件的专业化生产和商品化供应，极大地促进了模具工业的发展。广泛应用标准件可缩短设计制造周期达25-40%；可节约由于使用者自制标准件所造成的社会工时，减少原材料及能源的浪费；可为模具CAD/CAM等现代技术的应用奠定基础；可显著提高模具的制造精度和使用性能。通常采用专业化生产的标准件比自制标准件其配合精度和位置精度将至少提高一个数量级，并可保证互换性，提高模具的使用寿命，进而促进行业内部经济体制、经营机制以及产业结构和生产管理方面的改革，实现专业化和规模化生产，并带动模具标准件商品市场的形成与发展。可以说没有模具标准件的专业化和商品化，就没有模具工业的现代化。近年来随着我国模具工业的迅猛发展，模具零件的标准化、专业化和商品化工作，已具有较高的水平，取得了长足的进步。自1983年全国模具标准化技术委员会成立以来，组织专家对模具标准进行制定、修订和审查，共发布了90多项标准，其中冲模标准22项、塑料模标准20余项。这些标准的发布、实施，推动了模具行业的技术进步和发展，产生了很大的社会效益和经济效益。模标准件的研究、开发和生产正在全面深入展开，无论是产品类型、品种、规格，还是产品的技术性能和质量水平都有明显的提高。西安解放军1001模具标准件研究所开发研制含油导板和导套、球锁式快换凸模和固定板、斜楔装置和零部件、高档塑料模标准件；昆山精密模具导向件有限公司生产的精密导向件；广州东华模具推杆厂生产的氮化推杆；渭河工模具总厂生产的冲压模架；福州东方模具公司生产的独立导柱；深圳南方模具厂生产的注塑模架；上海克朗宁技术设备有限公司生产的热流道系列产品等等。其中有的已达到国内先进水平，有的正在接近或达到国际水平，填补了国内空白。中国模具行业发展规划提出：模具标准件要扩大品种、提高精度，达到互换。其中主要品种，如模架、导向件、推杆、弹性元件等，要实现按经济规模大批量生产。2005年模具标准件使用覆盖率达到60%，2010年达到70%以上(其中大型模具60%零件实现标准化)，基本满足市场需要，模架、导向件、推杆、推管、弹性元件、标准组件、小型标准件(如标准凸凹模、浇口套、定位圈、拉钩等)和热流道元件是发展重点。可见模具标准化及模具标准件方面之艰巨任务和美好前景。中国模具工业协会标准件委员会提出的模具标准化工作的指导思想是：标准化是基础。但是，必须清醒地看到，目前我国模具的标准化程度和应用水平还比较低，乐观地估计不足30%，与国外工业发达国家(70-80%)相比，尚有较大的差距。现在生产销售厂家虽然逐年增加，但大多数是规模小、设备陈旧、工艺落后、成本高、效益低。只有普通中小型标准冲模模架和塑料模模架、导柱、导套、推杆、模具弹簧、气动元件等产品，商品化程度较高，可基本满足国内市场的需求，并有部分出口。而那些技术含量高、结构先进、性能优异、质量上乘、更换便捷的具有个性化的产品，如球锁式快换凸模及固定板、固体润滑导板和导套、斜楔机构及其零部件，高档塑料模具标准件和氮气弹簧等在国内的生产厂家甚少，且由于资金缺乏，技改项目难以实施，生产效率低，交货周期长，供需矛盾日益突出。因此，每年尚需从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的3-8%。国产模具标准件在技术标准、科技开发、产品质量等方面，还存在不少问题。诸如，产品标准混乱，功能元件少且技术含量低，适用性差；技改力度小、设备陈旧、工艺落后、专业化水平低、产品质量不稳定；专业人才缺乏，管理跟不上、生产效率低、交货周期长；生产销售网点分布不均，经营品种规格少，供应不足；某些单位为了争夺市场，不讲质量，以次充好，伪劣商品充斥市场。还有不计成本、盲目降价、扰乱市场的现象，是需要认真研究，亟待解决的。国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉指出，随着我国国民经济的快速发展，模具市场的总趋势是平稳向上的。汽车、摩托车行业是模具的最大市场。家用电器、电子通信、建筑器材、仪器仪表、塑料橡胶等行业也有相当可观的模具市场。因此，模具标准件的应用必将日益广泛。在今后的市场经济中模具标准件必将成为一种十分活跃而又高速发展的产品。从长远发展的角度看，我国模具工业必将伴随着知识经济时代的来临而发生深刻的变革，模具结构的典型化、零部件的标准化、标准化的专业化生产和商品化供应，也是今后发展的必然趋势。因而深信模具标准件行业的发展前景是非常乐观而美好的。1.2 本次设计的意义本次设计是在大学期间的最后一次设计，也是对大学三年所学知识的检验，更是走上工作岗位前的一次练兵，因此，此次设计的意义深远。此次设计完全采用电子文档和 AUTOCAD绘图，因此这又是一次对CAD熟悉的过程，对毕业后直接操作CAD有很大的帮助。此次设计的为复合模具，在冷冲模中占有相当大的比重，所设计的落料拉深冲孔复合模也是比较复合模具中的典型。因此设计这一副模具可以对模具的设计有很深的理解，希望这次设计圆满顺利的完成。第二章 冲裁工艺分析2.1.1 冲裁件的形状和尺寸图2-1 工件图对冲压工艺性分析的分析：根据所设计的是电闸开关的连结电表与电线介媒，必须是导电性良好，有一定硬度，才能保证通电性能畅通；而且所设计是应用广泛，在现实生活中保证了用电的安全，小到生活上、大到工厂及国家的用电的安全。据统计可以中批量生产，因此，所选是该工件材料H62，查文献1表8-3，该铜种是纯铜。含铜量为99.70%，具有良好的冲压、拉延和弯曲性能，易切削。该工件属于较典型的冲孔、落料、弯曲件，形状简单，所有尺寸公差等级均为IT14，对工件厚度变化也没有作要求。 2.1.2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冲裁工艺方案。冲裁工序的组合冲裁工序可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁复合冲裁是在压机一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；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，在压机一次行程中条料在冲模的不同工序位置上，分别完成工件所要求的工序。除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个冲裁件。组合的冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，获得的制件精度等级高。冲裁组合方式的确定应根据下列因素决定。1生产批量一般来说，小批量与试制采用单工序冲裁，中批和大批量生产采用复合冲裁或级进冲裁。2工件尺寸公差等级复合冲裁所得到的工件尺寸公差等级高，因为它避免了多次冲压的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平整。级进冲裁所得到的工件尺寸公差等级较复合冲裁低，在级进冲裁中采用导正销结构，可提高冲裁件精度。3对工件尺寸、形状的适应性工件的尺寸较小时，考虑到单工序上料不方便和生产率低，常采用复合冲裁或级进冲裁。对于尺寸中等的工件，由于制造多副单工序模的费用比复合模昂贵，也宜采用复合冲裁。但工件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲裁和单工序冲裁，宜采用级进冲裁。所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小等异形工件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要大，但级进冲裁受压机台面尺寸与工序数的限制，冲裁工件尺寸不宜太大。4模具制造、安装调整和成本对复杂形状的工件，采用复合冲裁比采用级进冲裁为宜。因模具制造、安装调整较易，成本较低。5操作方便与安全复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差。级进冲裁较安全。综合上述分析，对于一个工件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足工件质量与生产率的要求下，模具制造成本低、寿命长、操作方便又安全的工艺方案。该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，再弯曲，后冲孔。采用单工序模生产。方案二：先冲孔落料，再弯曲，采用复合模具和弯曲模具生产。方案三：冲孔落料弯曲采用复合模生产。方案一，模具结构简单，但需三道工序两三副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二，先采用复合模具冲孔落料冲裁能够保证冲裁尺寸精度，适用范围广、效益高。再用弯曲模具弯曲，用孔定位能保证冲裁件的尺寸精度。方案三，对于初学者很多冲裁件尺寸不能保证，模具结构复杂很多地方不能达到要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件若能一次冲裁，则其冲压生产采用方案二为佳。第三章 主要设计计算3.1 毛坯尺寸计算1.1弯曲件毛坯展开长度的计算：一般将 r0.5t的弯曲称为有圆角半径的弯曲,r0.5t的弯曲称为无圆角半径弯曲。根据：如图2-5 工件图，所以1.5 0.52l固零件是有圆角弯曲，计算如下：有圆角半径的弯曲（r0.5t）有圆角半径的弯曲件，毛坯展开尺寸等于弯曲件直线部分长度与圆弧部分长度的总和。板材L形弯曲件，（弯曲角90度时）长度L的计算：LLiai/1800(riiti) (3.3)式中L为弯曲件毛坯总长度，（mm）； Li为各段直线部分长度（mm）； a为各段圆弧部分弯曲中心角； ri r为各段圆弧部分弯曲半径，（mm）； i为各段圆弧部分中性层位移系数。各段直线部分长度的计算： L115-1.5-2 11.5（mm） L250-1.5-2 46.5（mm）毛坯展开尺寸：L11.5+46.5.5+9001800（1.5+0.422） 58+3.6738 62.6738(mm) 注： i 圆弧部分中性层位移系数查书冲压工艺与模具设计（第二版）中表3.3.3，弯曲900 时系数i ，i0.42。 3.2 弯曲工序压力计算3.2.1 自由弯曲时的弯曲力的计算3.2.1.1弯曲力的计算根据所设计的零件图，是形弯曲件弯曲力公式如：F自0.6Kbt2ab/r+t式中F自为冲压行程结束时的自由弯曲力，（N）； b冲裁件宽度（mm）； t材料厚度（mm）； r总裁件弯曲半径（mm）；ab材料抗拉强度（MPa）；K为安全系数。一般取系数K=1.3形弯曲件弯曲力计算：F自0.61.38（4）2300/1.52 4608 /3.5 2139.43(N) 注：查冲压工艺与模具设计（第二版）书，冲压金属板料的力学性能表1.4.1，选用硬材料材料抗拉强度为300（MPa）3.2.1.2校正弯曲时的弯曲力V形弯曲件弯曲公式：F校qA式中F校 为校正弯曲时的弯曲力，（N）；q为校正部分垂直投影面积，(mm)2；A为单位面积上的校正力，（MPa）；具体弯曲计算如下：L62.6738(mm)；取整数约为63。A 638 504(mm)2F校40504 20160（N） 注：查冲压工艺与模具设计（第二版）书，校正弯曲时单位压力q值表3.3.2，选用硬材料为黄铜、厚度13之间。选取最大的为40（MPa）因为弯曲不需要顶件和压料力FQ03.2.1.3压力机吨位的确定 自由弯曲时压力机吨位应为：F压机F自FQ (3.3.5)F压机2139.43(N)由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值比自由弯曲力、顶件力和压料力大得多，故F自、FQ值可忽略不计。则按校正弯曲力选择压力机的吨位，即： F压机F校 （3.3.6） F压机20160(N) 故F压机取用23000(N)。3.3 弯曲模主要工作零件结构参数的确定 1.弯曲凸模和凹模的圆角半径 （1）弯曲凸模的圆角半径 （rT） 当弯曲件的相对弯曲半径 r/t58，且不小于rmin/t时，凸模的圆角半径一般等于弯曲件的圆角半径； 若弯曲件的圆角半径小于最小弯曲半径( rrmin )时，首次弯曲可先弯成较大的圆角半径，然后采用整形工序进行整形，使其满足弯曲件圆角的要求； 若弯曲件的相对弯曲半径较大（ r/t10），精度要求较高时，由于圆角半径的回弹大，凸模的圆角半径应根据回弹值作相应的修正。（2）凹模圆角半径 凹模的圆角半径的大小对弯曲变形力和制件质量均有较大影响，同时还关系到凹模厚度的确定。凹模圆角半径过小，坯料拉入凹模的滑动阻力大，使制件表面易擦伤甚至出现压痕。凹模圆角半径过大，会影响坯料定位的准确性。凹模两边的圆角要求制造均匀一致，当两边圆角有差异时，毛坯两侧移动速度不一致，使其发生偏移。生产中常根据材料的厚度来选择凹模圆角半径： 当t2mm时,ra(36)t t 24mm时, ra(23)t t4mm时, ra2t 弯曲模结构尺寸示意图： 图31弯曲结构尺寸 V形弯曲凹模其底部圆角半径可依据弯曲变形区坯料变薄的特点取：ra（0.60.8）（rtt），或在底部开退刀槽。根据设计零件尺寸： rt1.5(mm) ra32 ra0.8(1.52) 6(mm) 0.83.52.8(mm) h22(mm) L015(mm)注：查冲压工艺与模具设计（第二版）书 h、L0的值，表3.4.1弯曲V形件的凹模深度L0及底部最小厚度值h 。3.4零件冲裁模的凸模和凹模配制加工计算刃口尺寸 对于形状复杂或料薄的冲压件，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，必须彩用配合加工。此方法是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件)，然后依此为基准再按最小合隙配作另一件。这种加工方法的特点是： （1）模具的冲裁间隙在配制中保证，不需受到dPdd2Zmax2Zmin条件限制，加工基准件时可适当放宽公差，使工容易。根据经验，普通冲裁模具的制造偏差 dP 或 dd 一般可取4（ 为制件公差）。 （2）尺寸标注简单，只在基准件上标注尺寸和制造公差，配制件只标注公称基本尺寸并注明做所留的间隙值。但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。尺寸（凸凹模刃口尺寸）。在计算复杂形状的凸模、凹模工作部分的尺寸时，其各部分尺寸在模具工件时磨损性质不同，一个凸模或凹模会同时存在着三类不同磨损性质的尺寸： 凸模或凹模磨损会增大的尺寸； 凸模或凹模磨损后会减小的尺寸； 凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸。 根据查冲模设计应用实例书，表210落料、冲孔模刃口始用间隙：冲裁模初始双面间隙Zmax0.34 Zmin0.30。未标公差的毛坯尺寸按照IT14级精度计算，也可查冲模设计应用实例书末附录D1。根据冲模设计应用实例书中的附录查得零件各尺寸公差为：1500.43 62.6700.62 200.25 40+0.30 800.36图31要冲裁的零件图表2.3.2 以冲孔凸模设计为基准的刃口尺寸计算工序性质凹模刃口尺寸磨损情况基准件凹模的尺寸(图2.3.4 b)配制凸模的尺寸落料磨损后增大的尺寸Aj(Amaxx) 00.25按凹模实际尺寸配制，保证双面合理间隙ZminZmax磨损后减小的尺寸Bj(Bminx) 00.25磨损后不变的尺寸Cj(Cmin0.5)0.125 表2.3.3 以冲孔凸模设计为基准的刃口尺寸计算工序性质凸模刃口尺寸磨损情况基准件凸模的尺寸(图2.3.4 b)配制凹模的尺寸冲孔磨损后增大的尺寸aj(amaxx) 00.25按凸模实际尺寸配制，保证双面合理间隙ZminZmax磨损后减小的尺寸bj(bminx) 00.25磨损后不变的尺寸cj(cmin0.5)0.1251.1根据零件特点，先冲孔两个40+0.30的孔，该冲裁件属冲孔，凸模设计为基准件。是凸模刃口尺寸磨损变小的尺寸。 由表2.3.1查得：其磨损系数为 x0.5。注：查冲压工艺与模具设计（第二版）书 bj(bminx) 00.25 （40.50.3）00.250.3 4.1500.075凸模刃口尺寸确定，查冲模设计应用实例书中表210，冲裁合理间隙Zmax0.34 Zmin0.30，故：凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为Zmin0.30。1.2根据零件的形状，后落料，以凹模设计为基准件。是凹模刃口尺寸磨损变大小的尺寸有：5000.62 800.36 R4。其中R4为半磨损尺寸，制造偏差d0.25/2；为保证圆弧R4与800.36尺寸相切，故R4不需用公式计算，直接取Aj8计算值的一半。由表2.3.1查得：其磨损系数为 x0.5。注：查冲压工艺与模具设计（第二版）书Aj(Amaxx) 00.25 Aj50(62.670.50.62) 00.250.62 62.3600.155 Aj8(80.50.36) 00.250.36 7.82 00.09 AR4 Aj8/2 7.85/200.09/2 3.9100.045凸模刃口尺寸确定，查冲模设计应用实例书中表210，冲裁合理间隙Zmax0.34 Zmin0.30，故：凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为Zmin0.30。3.5冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备、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，以适应冲裁的需求。若采用平刃冲裁模具，其冲裁力FP按下式计算： FPKPtL式中为材料抗剪强度，（MPa）； L为冲裁周边长总长，(mm)； t为材料厚度，(mm)；系数KP是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙的波动（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素而设置的安全系数，一般取1.3。当查不到材料抗剪强度时，可用抗拉强度ab代替，此时KP1。根据冲裁零件计算： FP1.32（862.6748/2）300 1.3279.17300 61752.6（N）卸料力 推料力和顶料力的计算；生产中常采用经验公式计算：卸料力： FQ KFP推料力： FQ1 nK1FP 顶料力： FQ2K2FP 式中，FP冲裁力，（N）； K卸料力系数，其值为0.020.06（薄料取大值，厚料取小值）； K1推料力系数，其值为0.030.07（薄料取大值，厚料取小值）； K2顶件力系数，其值为0.040.08（薄料取大值，厚料取小值）； n梗塞在凹模内的制件或废料数量，nh/t，h为直刃口部分的高，(mm)；t为材料厚，(mm)。料厚（mm）钢0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09 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当冲裁完成后，由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，在板材上冲裁出的废料（或工件）孔径沿径向发生弹性收缩，会箍在凸模上。而冲裁下来的工件或（废料）径向会扩张， 因此会卡在凹模内，为了使冲裁过程连续，操作方便，就需要把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹模孔内的工件或废料推出。根据所设计模具，卸料力 推料力和顶料力的计算： 卸料力: FQ 0.0661752.6 3705.156（N） n6/2 3推料力： FQ1 30.0761752.6 12968.046（N） 顶料力： FQ20.0861752.6 4940.208（N）3.5.1压力机公称压力的选取冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时各工艺力的总和FP总采用弹压卸料装置和下出件的模具时： FP总FPFQFQ1采用弹压卸料装置和上出件的模具时： FP总FPFQFQ2采用刚性卸料装置和下出件的模具时： FP总FPFQ1根据所设计的模具，选用弹压卸料装置和上出件的模具时： FP总 61752.63705.156 4940.208 70397.964（N）3.6冲压模具压力中心的计算：模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。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。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线，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磨损，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与零件的对称中心相重合。（3） 形状复杂零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置，即为所求模具的压力中心。计算公式为： X0（L1X1L2X2LnXn）/（L1L2Ln）LiXi/Li (2.4.10) y0（L1y1L2y2Lnyn）/（ L1L2Ln）Liyi/Li （2.4.11）根据零件图如下： X01642（58.6739.335）468.678/268.67/（4258.6748/2） 200.96 4615.5689 862.4952 862.4952/12.56+117.34+12.56+12.56 6541.5193/155.02 42.20 y014(根据零件的特殊情况:是对称的)第四章 冲裁工艺分析冲裁工艺设计包含冲裁件的工艺性分析、冲裁工艺方案的确定和技术经济分析的内容。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数量和工时，并使模具结构简单，模具寿命高，最终稳定地获得合格工作劳动量和工艺成本是衡量冲裁工艺设计的主要指标。4.1 冲裁件的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，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求。工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响。4.2 冲裁件的形状和尺寸1冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少。在满足质量要求的条件下，把冲裁件设计成少、无废料的排样形状。如图2-1a)所示零件，若外形无关紧要，只是三孔位置有较高要求，改为图2-1b)所示形状，可用无废料排样，材料利用率提高40%。2除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允许工件有尖锐的清角外，冲裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡，避免清角。b)a）有废料排样 b）无废料排样图 32 冲裁件形状对工艺性的影响示例3尽量避免冲裁件上过长的悬臂与狭槽，如图33，应使它们的最小宽度b1.5t。 图 33 冲裁件的结构工艺性图4冲裁件孔与孔之间、孔与零件边缘之间的壁厚(图34)，因受模具强度和零件质量的限制，其值不能太小。一般要求c1.5t，t。若在弯曲或拉深件上冲孔，冲孔位置与件壁间距应满足图示尺寸。其要求见图 2-3。图34 弯曲件的冲孔位置5冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制，不宜太小，否则容易折断和压弯。冲孔最小尺寸取决于材料的机械性能、凸模强度和模具结构。2.1.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求冲裁件的精度要求，应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔件比落料件高一级。4.3 冲裁件的尺寸基准冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上，切不要与参加变形的部位联系起来。如图 35所示，原设计尺寸的标注(图a)，对冲裁图样是不合理的，因为这样标注，尺寸L1、L2必须考虑到模具的磨损而相应给以较宽的公差造成孔心距的不稳定，孔心距公差会随着模具磨损而增大。改用图 b)的标注，两孔的 孔心距才不受 模具磨损的影响，比较合理。a）强调边距 b）强调中心距图35 冲裁件的尺寸基准 4.4排样的分析及利用率根据零件的尺寸要求，选择少废料排样法。（一）搭边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。搭边太小，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。表 3-2搭边a和a1数值(低碳钢)搭边值通常是由经验确定，表2所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。(二)条料宽度的确定排样方式和搭边值确定后，条料的宽度和进距也就可设计出。进距是每次将条料送入模具进行冲裁的距离。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁 时顺利 地在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 1有侧压装置时条料的宽度 (图41)1 导料板 2凹模 图 41 有侧压装置时条料的宽度的确定有侧压装置的模具，能使条料始终沿基准导料板送料，因此条料宽度可按下式计算：(mm) （式32）式中B条料宽度的基本尺寸(mm)；l条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm)；侧面搭边，查表3(mm)；条料下料剪切公差，查表4、表5mm)2无侧压装置时条料的宽度(图42)图42 无侧压装置时条料的宽度的确定无侧压装置的模具，其条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减小。为了补偿侧面搭边的减小部分，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量。故条料宽度为：（mm) （式33）式中c条料与导料板之间的间隙(即条料的可能摆动量)，查表28(mm)。导料板之间的距离，应使条料与导料板之间保持一定的间隙(表3-3)，以保证送料畅通。表 3 -3剪料公差及条料与导料板之间隙(mm)条料宽度B条料宽度t1122335CCCC50501001001501502202203000.40.50.60.70.80.10.10.20.20.30.50.60.70.80.90.20.20.30.30.40.70.80.91.01.10.40.40.50.50.60.91.01.11.21.30.60.60.70.70.8综合考虑以上各种问题，最后确定采用有废料直排的排样方式，排样图如图43所示图43 排样图材料的利用率计算如下：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。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率，可用下式计算： (S/ S0)100%(S/AB)100%式中，材料利用率； S工件的实际面积； S0所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A步距（相邻两个制件对应点的距离）； B条料宽度；冲裁件面积S:S858.67242/2 494.48根据所设计的冲裁模不是有侧压装置的模具也不是无有侧压装置的模具固条料宽度：B21.558.67 61.67 A 243 11 S061.6711 678.37材料利用率： （494.48/678.37）100% 72.89%第五章 模具总体设计5.1 模具类型的选择有冲压工艺分析可知，采用符合冲压，所以模具类型为落料-冲孔复合模、弯曲模。5.2 定位方式的选择因为该模具使用的是条料，卸料采用弹性卸料装置，所以导料采用导向螺栓，送进步距控制采用挡料销。5.3 卸料、出件方式的选择模具是采用弹性卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹性卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹性卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹性卸料板，而只有在弹性卸料板卸料力不足时，才改用固定卸料板。随着模具用弹性元件弹力的增强（如采用矩形弹簧），弹性卸料板的卸料力大大增强。根据目前情况，当材料料厚约在2mm以下时采用弹压卸料板，大于2mm时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为1mm，因此可采用弹性卸料板。 5.4 导向方式的选择如采用纵向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架（对角导柱导套模架也可）；横向送料适宜采用对角导柱导套模架：而后侧导柱导套模架有利于送料（纵横向均可且送料较顺畅），但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。本模具采用两导柱置于后侧，虽然导向情况较差，但它能从三个方向送料，操作方便，对导向要求不太严格且偏移力不打的情况广泛的采用这种形式。 第六章 零部件设计6.1模具材料的选择6.1.1冲压模具材料制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。 1. 碳素工具钢 在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。 2. 低合金工具钢 低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV (代号GD)等。3. 高碳高铬工具钢 常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。 4. 高碳中铬工具钢 用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。5. 高速钢 高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻 ，以改善其碳化物分布。 6. 基体钢 在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。 7. 硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达6873HRC。6.1.2 CrWMn 钢的性能由于该模具是复合模具冲裁，综合考虑选用用材料CrWMn，热处理HRC6064。CrWMn 钢C含量0.9%1.05%,Mn含量0.8%1.1%,Si含量0.15%0.35%，Cr含量0.9%1.2%，淬火温度820840，HRC不低于62，回火温度140160，HRC6265（查文献5：储凯，许斌，李先民，李维民主编机械工程材料P126表8-11）。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸稳定性好，变形小，并有效好的韧性。由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和 9SiCr 钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。所以由 CrWMn 钢制成的刃具，崩刃现象较少，并能较好地保持刀刃形状和尺寸。但是， CrWMn 钢对形成碳化物网比较敏感，这种网的存在，就使工具刃部有剥落的危险，从而使工具的使用寿命缩短，因此，有碳化物网的钢，必须根据其严重程度进行锻压和正火。这种钢用来制造在工作时切削刃口不剧烈变热的工具和淬火时要求不变形的量具和刃具，例如制作刀、长冲裁模的工作零件对材料性能特殊要求，冲裁模的刃口在工作时受到强烈的摩擦和冲击，所以其模具材料应该具有高的耐磨性、冲击韧性以及耐疲劳断裂性能。6.2凹模的结构形式与固定方法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。图 6-1所示为整体式凹模结构，其俯视外形按毛坯和工件形状可做成矩形或圆形，用螺钉和销钉直接固定在模板上。整体式凹模的特点是制作简单，工作部分与非工作部分做为一体，全由优质钢制造，使用时，若局部损坏就得整体更换。因此，整体式凹模只适用欲冲制中、小型工件。图 6-2所示为组合式凹模结构。凹模的工作部分与非工作部分是分开制成的，非工作部分（图中凹模套1）可以用普通钢制造。凹模2过渡配合压装在凹模套1（或固定板）内，然后再用螺钉和销钉把凹模套紧固在 模板上。组合式凹模而已节约贵重的模具材料，且当凹模损坏后易于维修更换。这种凹模适用于冲大、中型工件上的孔。 1凹模套 2凹模图 6-1 整体式凹模 图 6-2 组合式凹模 因为工件形状简单对称，所以模具的工作零件均采用整体结构。凹模的孔口形式：凹模的孔口形式通常有如图6-3所示的几种。图中a、e为直壁形，刃口强度高，刃磨后空口尺寸不变，制造方便。但是在孔口内易于积存工件或废料，增大了凹模的胀力、推件力和孔壁的磨损；磨损后每次的修磨量大，模具的总寿命较低。此外，凹模磨损后孔口可能成倒锥，使冲成的工件或废料反跳到凹模表面上，造成操作困难。直壁形孔口凹模适用于冲裁精度较高、厚度较大的工件。对于上顶出工件（或废料）的模具也采用此种孔口形式。a适用于圆形或矩形工件；e适用于形状复杂的工件。b、c、d的孔口为锥形，孔口内不易于积存工件或废料，孔壁所受的胀力、摩擦力小，所以凹模的磨损及每次的饿刃磨量小。但刃口强度较低，且刃口的尺寸在修磨后略有增大。一般用于形状简单，精度要求不高和较薄的冲裁件。c适用于较复杂的冲裁加件；d用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。图 6-3 凹模的孔口形式f为凸台式凹模，适用于冲裁软而薄的金属与非金属材料，这种材料一般不淬火或淬火强度不高（3538）HRC，可以用手锤敲打凸台斜面以调整模具间隙，直到试冲出满意的冲压件为止。凹模孔型的直壁高度（h）、斜度角（和）与工件的材料厚度和加工方法有关，其数值见表 6-1。还有一种和整体凹模相比，其厚度和长度要小得多薄刃口组合凹模的结构。这种结构及设计不仅适用于普通冲裁，也能用于诸如奥氏体钢板叠层冲裁模等简易而先进的模具。薄刃口组合圆凹模如图5-4所示。用模具钢制作的薄刃口模1是与垫板2用螺钉或压板紧固和用粘结剂紧固在一起的。如果两者和二为一，用同种模具钢制作，即变为普通的整体凹模 ，可视为图中点划线所示。表 6-1 凹模孔型参数t/mm主要参数备注h/mm6.0303 1薄刃合凹模 2凹模垫块 3、5紧定螺钉 4下模座图6-4薄刃口组合凹模 图6-5 凹模外形尺寸（3）模外形尺寸的确定 凹模外形尺寸应保证有作够的强度和刚度。由于凹模的结构不一，受力状态又比较复杂，一般根据冲裁件迟缓厂和板料厚度，按下列经验公式确定外形尺寸（见图6-5）。凹模高度 （15mm）凹模壁厚（刃口到外边缘的距离）： （3040）式中 冲裁件最大外形尺寸 系数。考虑坯料厚度影响的系数，其值可参考表6-2。表6-2 系数K值t/mmb/mm0.512332000.10.120.150.180.22注：t为厚度。上述方法适用于确定普通工具钢经过热处理，并在平面支撑条件下工作的凹模尺寸。冲裁件形状简单时，壁厚系数K取偏小值，形状复杂时取偏大值。用于大批量生产条件下的凹模，其高度应