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机械毕业设计全套
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MJC01-088@托板冲压成型级进模设计,机械毕业设计全套
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1 引言 现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。我国设计生产的冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足 100 万次，模具最高寿命达到 1 亿次以上，精度达到 3 5um，有 50 个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命 6 亿次，平均模具寿命 5000 万次相比，处于 80年代中期国际先进水平。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总 销售量。为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。目前我国模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上；工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面。 模具技术的发展应该为适应模具产品 “交货期短 ”、 “精度高 ”、 “质量好 ”、 “价格低 ”的要求服务 1 。 达到这 一要求急需发展如下几项： 1) 全面推广 CAD/CAM/CAE技术 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 CAD/CAM 技术培训和技术服务的力度；进一步扩大 CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使 CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 2) 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加 工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 3) 模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同nts 托板冲压成型级进模设计 2 格式 的 CAD 数据，用于模具制造业的 “逆向工程 ”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在 “十五 ”期间将发挥更大的作用。 4) 电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工 (像数控铣一样 )，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 5) 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 6) 优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积 (TiN、 TiC 等 )、等离子喷涂等技术。 7) 模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命 、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 8) 模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 托板是机器中的常用零件，现在已大批量生产。方法是分两道工序完成，一个冲孔，一个落料。设计一个安全，高效，高精度，低成本的模具具有很现实的意义。这里我要设计一个级进模来完成这个 零件的生产。 级进模的优缺点： 1) 在一副级进模内，可以包括冲裁，弯曲，成型，拉伸 等多道工序，故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单工序模的周转和每次冲压的定位过程，提高了劳动生产率和设备利用率。有些复杂的小型零件，若不采用级进模几乎是不能生产的。 nts 3 2) 级进模的设计和制造都比较费事，与其他模具相比，好象是成本高，但如果用许多单工序模倒替一副级进模，其许多单工序模的总造价比一副级进模要高得多，因此在条件允许的情况下采用级进模往往是减低模具成本的交好措施。采用级进模可以用一台冲床取代数 台甚至几十台冲床的工作。对提高生产效率，降低产品成本十分有利。另外，级进模自动化程度高，操作者可在冲床危险区以外操作，具有操作安全的显著特点。对于工序复杂的工作应首先考虑采用级进模。 3) 采用级进模也受到一些限制。首先是工件的大小，太大的工件，工位数较多，模具自然也就比较大，这时要考虑模具与冲床工作台面的匹配性。其二是级进模要采用条料，对某些形状复杂的工件产生的废料较多，在选用级进模的时候要注意材料利用率。一般级进模的材料利用率偏低。其三是级进模由于连续地进行各种冲压，必然会引起条料载体和工序件的变形，一 般来说级进模生产的工件精度偏低 2 。 nts 托板冲压成型级进模设计 4 1 设计初始资料 1.1 技术要求 注有技术要求的产品零件图如下： 图 1-1 零件图 Fig.1-1 Didgram of part 1.2 工件生产批量 此零件的生产批量为大批量生产。为提高生产效率， 在这个生产中是利用级进模冲压加工，生产出托板。 1.3 原材料规格及毛坯情况 在本次设计中，冲压零件使用的材料为 08F 钢板 t=2mm nts 5 2 分析冲压零件（托板）的工艺性 由产品零件简图中可以得到以下信息：在托板这个零件中，没有不规则的曲线及棱角，且在各曲线相接之处均有圆角过渡，没有一处为尖角，所以从这一点来看，托板这个零件可以用冲压工艺生产。而且，这些圆滑过渡还有利于模具制造及提高模具的使用寿命。 分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：即经济和技术两方面。由于该工件为大批量生产，故可采用冲模冲压加工生产，采用普通的冲压的模具生产较率低，且费用较高，经估算占冲压件总成本的 30% 40%，甚至更高一些。因此，在选择生产方法时，根据工件 特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。另外，在设计时尽量简化加工工序、采用简单的冲模结构也可降低模具的生产成本，以取得更大的经济效益。 2.1 冲压件经济性分析 分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：即经济和技术两方面。由于该工件为大批量生产，故可采用冲模冲压加工生产，采用普通的冲压的模具生产较率低，且费用较高，经估算占冲压件总成本的 30% 40%，甚至更高一些。因此，在选择生产方法时，根据工件特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。另外，在设计时尽量简化加工工序、采用 简单的冲模结构也可降低模具的生产成本，以取得更大的经济效益。 2.2 冲压件的工艺性分析 由工件图可看出，该工件图上 尺寸 均未标注尺寸偏差，属未注公差尺寸，可按 IT14级确定工件尺寸的公差。经查公差表，各尺寸公差值确定如下表： 表 2-1 工件的尺寸精度 3 Table.2-1 Size precision of workpiece 尺寸值 (单位： mm) 58 38 30 16 14 17 公差值 (单位： mm) 0.74 0.62 0.52 0.44 0.22 0.22 尺寸值 (单位： mm) 2 3.5 R1 公差值 (单位： mm) 0.25 0.3 0.3 冲裁件为 08F 钢板，是高级优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能；工件的形状较为简单。由 1.1 的零件图可看出：内、外型均有尖锐清角。为了提高模具的使用寿命，将外部尖锐清角改为 R1 的工艺圆角 。 2.3 冲模制造精度的选择 nts 托板冲压成型级进模设计 6 冲模的制造精度根据冲压件的精度及厚度确定，数据见表 2-2。 表 2-2 冲模精度 Table.2-2 Precision of die 冲模制造精度 板料 厚度（ mm） 0.5 0.8 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 IT6-IT7 IT8 IT8 IT9 IT10 IT10 IT7-IT8 IT9 IT10 IT10 IT12 IT12 IT12 IT9 IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT14 由于此工件没有标注公差，按国家标准非配合尺寸的公差数值规定，冲模的公差等级可选比工件精度高 2 3 级，因此冲模按 IT12 精度设计制造。 2.4 其 他方面 冲压件的工艺分析除了考虑其形状，尺寸，精度，尺寸标注及生产批量等主要方面外，还应分析冲压件的厚度，板料性能以及冲压基本工序中常见问题对冲压工艺性的影响。 nts 7 3 确定工艺方案及模具形式 3.1 排 样 排样是冲裁件在条料上的布置方法。合理的排样可以提高材料的利用率，从而降低生产成本。因此，合理的排样是冲裁模设计的重要内容。 排样主要依据工件的外形特征，主要分为直排、斜排、直对排、混合排、多行排等形式。考虑到压力机的使用以及模具的设计成本，本次设计的工件采用直排可使生产成本最少。 3.2 工序的确定 在级进模设计中，应根据产品零件的技术要求和形状特点选择合适的冲压工序，确定各工位所完成的工序，这一工作成为工序排样。根据零件图的特点初步确定工序性质、工序数目、工序顺序。 由 于此工件采用级进模具加工，考虑到模具的制造难易成度以及材料的利用率，加工步骤暂定如下： 1) 冲圆孔 2) 落料 3.3 搭边类型的确定 在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边分为三种：有搭边、少搭边和无搭边。搭边的作用是补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利利于送料避免废料 丝进入模具间隙导致模具损坏。搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。 搭边值的大小与下列因素有关 4 ： 1） 材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。 2） 零件的形状与尺寸 零件尺寸大或有尖角和突出等复杂开头时，搭边值应大一些。 3） 材料厚度 厚度大的材料搭边值取大一些。 4） 送料及挡料方式 手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小些。 排样 图如下： nts 托板冲压成型级进模设计 8 图 3-1 工序图 Fig.3-1 Working procedure 3.4 卸料板的选择 卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。卸料板有固定卸料板（又称钢性卸料板）和弹性卸料板两种。固定卸料板用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束；弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面主提高，借助弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。因此本次设计选择使用刚性卸料装置。 nts 9 4 工艺计算 4.1 毛坯工艺计算 4.1.1 排 样及搭边值的计算 在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边的作用是：补偿送料误差，以保证冲出合格产品；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。搭边值要合理确定，从节省材料出发，搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。综合考虑工件质量及成本，根据零件形状尺寸，材料厚度，材料的力学性能以及送料及挡料方式，我们来选择合理的搭边值。 表 4-1 工件的 搭边值 Table.4-1 Tied margin value of workpiece 卸料板形式 条料厚度 t/mm 搭边值 /mm 料宽 50 料宽 50 刚性卸料板 0.25 2.2 2.2 3.2 0.25 0.5 2.0 2.0 3.0 0.5 1.0 1.5 1.5 2.5 1.0 1.5 1.8 1.8 2.8 1.5 2.0 2.0 2.0 3.0 2.0 2.5 2.5 2.2 3.2 弹性卸料板 0.25 1.5 1.8 2.6 0.25 0.5 1.2 1.5 2.5 0.5 1.0 1.8 2.6 1.0 1.5 1.5 2.2 3.2 此次设计采用的是刚性卸料装置，根据表 4-1 确定工件的侧搭边值为 2mm。 4.1.2 步距的计算 步距是指冲压过程中压力机每冲压一次条料向前送进的距离，其值为排样沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值 步距可定义为： S=L+b (4-1) nts 托板冲压成型级进模设计 10 式中 S 冲裁步距； L 沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值； b 沿送进方向的搭边值 本设计沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大 宽度值 L=30mm, 沿送进方向的搭边值b=2mm所以步距 S=L+b =30+2 =32mm 4.1.3 条料宽度的确定 条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需条料宽度方向的最小尺寸。理论上条料宽度可按下式计算 5 ： 0)2( aDB (4-2) 式中 B 条料宽度的基本尺寸； D 工件在宽度方向的尺寸； a 侧搭边最小值。 条料宽度偏差（查表得本设计 =0.5） 由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差。实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。 本设计条料宽度可用下式计算： 0 5.0)2258( B = 05.062mm 4.1.4 材料利用率的计算 材料利用率定义为： =A/BS 100% (4-3) 式中 材料利用率 A 产品毛坯外形所包容的面积 B 条料宽度 S 冲裁步距 nts 11 =A/BS 100% =(38 30+16 2 2+ 8 8- 1.75 1.75 4)/32 62 100% =1366.577/1984 100% =68.88% 越大，废料多占面积越小。因此，一般将作为衡量毛坯排样方案友优劣的指标。材料利用率的计算有时也可以整个条料为基础计算。 即 在冲压生产中，材料利用率为 68.88%。 图 4-1 零件排样图 Fig.4-1 Parts stock layout 4.1.5 板料的裁剪 板料尺寸为 2 1000 1300（单位： mm） 。 每个工件实际占用尺寸为 2 32 62（单位： mm） 。 若横裁，每张板料可冲裁 1300/32 1000/62 =40 16=640 个工件 。 若竖裁，每张板料可冲裁 1000/32 1300/62 =31 20=620 个工件 。 因此将板料竖裁（即条料尺寸为 2mm 62mm 1300mm），原料的利用率较高。 nts 托板冲压成型级进模设计 12 4.2 冲压力的计算 冲压力计算包括冲裁力，卸料力，推件力，顶出力的计算。本设计 由于冲模采用刚性卸料装置和自然漏料方式，故总冲压力为推件力，落料时的冲裁力和冲孔时的冲裁力的和。 冲裁力是凸模和凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料厚度，工件周边长度，材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具，选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求 6 。 4.2.1 冲裁力计算 影响冲 裁力的因素很多，主要的有材料力学性能，厚度，冲裁件周边长度，模具间隙大小以及刃口锋利程度等。 一般平刃口模具 冲裁时，其冲裁力0p可按下式计算，即 0p= A = Lt （ 4-4） 式中 A 剪切断面面积， 2mm ; t 材料厚度， mm; L 冲裁周长， mm; 材料的抗剪强度， MPa。 也可以按下式计算，即 0P= 1f Ltb(4-5) 式中 1f 系数，取决于材料的屈强比，一般取 0.6 0.9。 L 冲裁内外周边的总长， mm; t 材料厚度， mm; b 材料的抗拉强度 ,MPa。 本设计中冲裁力 P 包括落料时的冲裁力落P和冲孔时的冲裁力冲PP=落P+冲P(4-6) 计算冲裁力 落P= 1f Lt b 查表得 b =300MPa nts 13 落P=1.3 2 (58-16)+2 (30-16)+16 2 300/100 =126(kN) 冲P=1.3 4 3.5 2 300/1000=34(kN) 注：考虑到冲裁厚度不一致，模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料性能的变化等因素，实际冲裁力还需要增加 30%。如用平刃口模具冲裁时，实际冲裁力冲P应为冲P=1.3P= 1.3Ltb。 4.2.2 卸料力，推件力和顶件力计算 由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，在冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而冲落的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下板料的力称为卸料力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料顺着冲裁方向推出的力称为推件力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料逆着冲裁方向顶出来的力称为顶件力。 1) 卸料力 卸料力的大小与凸模和凹模之间的间隙，工件的形状，材料的种类及材料上所图的润滑剂的质量等因素 有关。 2) 若凸模和凹模具有合理的间隙，则卸料力 1P 可按下列公式计算，即 1P = 1K P (4-7) 式中 P 冲裁力， N； 1P 脱料力， N； 1K 推出系数力，查表 4-2 可得 3) 推件力 推件力可按下列公式计算，即 2P =n 2K P (4-8) 式中 P 冲裁力， N； 2P 推件力， N； n 同时卡在凹模中的工件（或废料）数目， n=h/t,h为凹模腔口高度， mm， t 为材料厚度， mm； 2K 推出系数，查表 4-2 可得 4) 顶件力 顶件力可按下列公式计算，即 nts 托板冲压成型级进模设计 14 3P=3KP (4-9) 式中 P 冲裁力， N； 3P 顶件力， N； 3K 顶出系数。查表 4-2 可得 表 4-2 卸料力，推件力和顶件力系数 Table.4-2 Coefficient of dumping edge, delection edge and top edge 料厚 /mm 1K2K3K钢 0.1 0.065 0.075 0.1 0.14 0.1 0.05 0.045 0.055 0.063 0.08 0.5 2.5 0.04 0.05 0.055 0.06 2.5 6.5 0.03 0.04 0.045 0.05 6.5 0.02 0.03 0.025 0.03 铝，铝合金 0.025 0.08 0.03 0.07 紫铜，黄铜 0.02 0.06 0.03 0.09 若工件的形状复杂，冲裁间隙又小时，系数应采用最大值。用大间隙冲裁时，系数应采用最小值。在冲多孔，搭边大和冲件轮廓复杂的情况下， K 应取上限值。 本设计由于冲模采用刚性卸料装置和自然漏料方式，故总冲压力为推件力，落料时的冲裁力和冲孔时的冲裁力的和。这里我们只计算推件力： 计算推料力推P推P=n 2K P 取 n=3，查表 2K =0.55 推P=3 0.055 （ 126+34） =26.4（ kN） 4.2.3 计算总冲压力0P0P =P+推P(4-10) P = 落P + 冲P 0P = 落P + 冲P + 推P nts 15 =126+34+26.4 =186.4（ kN） 4.3 确定压力中心 4.3.1 压力中心 冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。冲裁模对工件施加的冲裁合力 的中心称为冲裁压力中心，拉深模对工件施加的拉深力合力的中心称可称为拉深压力中心。 要使冲压模具正常的工作，必须使压力中心与模柄的中心线相重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸，凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向结构产生不均匀磨损。 冲压形状对称的冲压件，如圆形，正多边形，矩形时，压力中 心位于其对称中心线的交点，即几何中心上。冲压形状不对称的冲压件和多工位连续冲压的压力中心位于其形状的重心，例如冲裁弧形件时，压力中心即为该弧形的重心。对复杂形状的冲裁，多凸模的冲孔及多工位连续冲压确定压力中心更为重要。确定重心的方法可参阅相应的静力学书籍 。 4.3.2 压力中心的计算 在冲压托板的过程中，设计选用了两个凸模，这两个凸模都属于非复杂凸模，他们的压力中心都在几何中心上。容易找到重心，即求得压力中心。 根据图分析。工件图形对称，故落料时落P的压力中心在 1O 上；冲孔时冲P的压力中心在 2O 上。 设冲模压力中心离 1O 点的距离为 X（因冲压形状以 1O 2O 连线上），根据力矩平衡原理得 落PX=（ 32-X）冲P由此算得 X=7mm nts 托板冲压成型级进模设计 16 图 4-2 压力中心 Fig.4-2 Pressure center 4.4 凸，凹模工作部分尺寸计算 4.4.1 尺寸计算原则 实践证明，落料件尺寸和冲孔时的尺寸都是以光亮带尺寸为准的，而落料件上光亮带的尺寸等于凹模的刃口尺寸。因此，计算刃口尺寸时，应该落料和冲孔 两种情况分别处理，其原则如下： 1) 设计落料模时，因落料件尺寸等于凹模口尺寸，故应先确定凹模尺寸，间隙取在凸模上。考虑冲裁中模具的磨损，凹模口尺寸越磨越大，因此凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小值，以保证刃口磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。凸，凹模之间的间隙应取最小合理间隙，以保证凸模磨损到一定程度时，间隙仍然在合理间隙内。 2) 设计冲孔时，因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸，故先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上，考虑到冲裁模的磨损，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公 差范围内的较大尺寸，以保证凸模磨损到一定程度时，仍可使用；凸，凹模之间的间隙值应取最小合理间隙值。 3) 凸 、 凹模的 制造 公差，应考虑工件的基本要求。如果对刃口精度要求过高，势必使nts 17 磨具制 造困难，成本增加，生产周期延长；如果对刃口精度要求过低，则生产出 的零件可能不合格 7 。 4.4.2 冲裁间隙的选择 冲裁间隙指凸，凹模刃口间缝隙的距离。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量，模具寿命和力能的消耗。应根据实际情况和需 要合理的选用，冲裁间隙有双面间隙和单面间隙之分，未注单面的即为双面间隙。 考虑到模具制造的偏差及模具使用过程中的磨损，生产中通常选择某一适当的范围作为合理的冲裁间隙，其最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。 冲裁间隙的选用依据： 冲裁间隙的大小主要与材料性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。由于生产中对冲裁件质量和尺寸精度的要求不同，因此，冲裁间隙值的确定应在保证冲裁件尺寸精度和满足剪切面质量要求的前提下，考虑模具寿命，模具结构，冲裁见尺寸和形状，生产条件等因素综合分析后确定。对下列 情况应酌情增减冲裁间隙值。 1) 在同样条件下，冲孔间隙比落料间隙大些。 2) 冲小孔（一般为孔径 d 小于料厚 t 时），凸模容易折断，间隙应取大些，但这时要采取有效措施防止废料回升。 3) 硬质合金冲裁模由于热膨胀系数小，其间隙值可比钢模大 30%。 4) 复合模的凸、 凹模壁单薄时，为防止胀裂，应放大冲孔凹模间隙。 5) 冲裁硅钢片时随着含硅量增加，间隙相应取大些；冲裁热轧硅钢片应比冷轧硅钢片的间隙大；对需攻丝的孔，间隙应取小些。 6) 采取弹性压料装置时，间隙应该取大些。 7) 高速冲孔时，模具容易发热，间隙应 增大。如行程次数超过 200 次 /min 时，间隙应增大 10%左右。 8) 电火花穿孔加工凹模型孔时，其间隙应比磨削加工取小（ 0.5% 2%） t。 9) 加热冲裁时，间隙应减小。 10) 凹模为斜壁刃口时，应比直壁刃口间隙小。 落料时凹模尺寸为工件要求尺寸，间隙值由减小凸模尺寸获得；冲孔时，凸模尺寸为工件要求尺寸，间隙值由增大凹模尺寸获得。 凸 、 凹模的制造偏差和磨损均使间隙变大，故新模具的初始间隙应取最小合理间隙。 nts 托板冲压成型级进模设计 18 采用弹顶装置向上出件时，其间隙可比下落出件大 50%左右。 表 4-3 金属材料冲裁间隙值 /mm Table.4-3 Metal materials pressing gap value /mm 材料 抗剪强度 /MPa 初始间隙（单边间隙） 类 类 类 低碳钢 08F,10F,10,20,Q235A 210 400 (0.03 0.07)t (0.07 0.10)t (0.10 0.125)t 高碳钢 T8A,T10A,65Mn 590 930 (0.08 0.12)t (0.12 0.15)t (0.15 0.18)t 4.4.3 凸，凹模刃口尺寸 1) 刃口尺寸确定的原则 凸、 凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律，冲裁模的磨损规律和经济的合理性综合考虑，遵循以下原则： 设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减少其尺寸获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。 根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此，设计落料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下 极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件的孔径尺寸减小，因此，设计冲孔模时，凸模的刀口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。 冲裁模在使用中，磨损间隙值将不断增大，因此，设计时无论是落料模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙 minZ ，使模具具有较长的寿命。 根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级，见表 4-4： 2) 刃口尺寸确定的方法 模具刃口尺寸计算方法 分为 两种。一种是凸模和凹模分开加工，一种是凸模和凹模配合加工。这里我们选用凸模和凹模 配合加工。这种方法有利于获得最小合理间隙，放宽对模具加工设备的精度要求，对于冲制复杂形状零件的冲模，单件或小批量生产的冲模时，多数工厂采用配合加工法加工凸模和凹模。 nts 19 表 4-4 冲裁件尺寸公差 Table.4-4 Size tolerance of pressing piece 模具刃口尺寸的公差 料厚 t/mm 0.5 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12 IT6 7 IT7 8 IT9 IT8 IT8 IT9 IT9 IT10 IT10 IT10 IT12 IT10 IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT12 IT14 IT14 IT14 IT14 表 4-5 采用配合加工法时凹 、 凸 模的尺寸和公差 Table 4-5 Size and tolerance of re-entrant and protrude mould 工件性质 工件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落料 0A 按凹模尺寸配制，保证单面间隙为 minZ /2maxZ/2 dA= dxA 0)(0B dB = 0)( dxB C 0C dC =(C+1/2 ) d 0C dC =(C-1/2 ) d C dC=Cd冲孔 0A PA = pxA 0)( 按凸 模尺寸配制，保证单面间隙为 minZ /2maxZ/2 0B pB = 0)(pxB C 0C pC =(C+1/2 )+ p 0C pC =(C-1/2 ) p C pC =C p 注： PA ，pB，pC 冲孔凸模刃口的三类尺寸， mm；dA，dB，dC 落料凹模刃口三类尺寸， mm; A， B， C 冲压件的三类基本尺寸， mm； 冲压件公差， mm； 冲压件的 中心线偏差，对称偏差 值 =1/2， mm；p， d 凸模和凹模的nts 托板冲压成型级进模设计 20 制造公差， mm；当标注形式为 +p， -p（或 +d， -d）时，p=d= /4；当标注形式为：p（或d）时，p=d= /8= /4； x 磨损系数，当冲压件尺寸公差等级为IT10 级以上时，取 x=1； IT11 12 级时，取 x=0.75； IT14 级以下时，取 x=0.5。 本设计冲模刃口尺寸及公差的计算： 表 4-6 冲模刃口尺寸 Table.4-6 Die mould blades size 尺寸精度查公差表均为 IT14 级，见表中工件尺寸；查设计手册磨损系数 x=0.5, maxZ=0.36, minZ=0.25 寸冲裁性质 寸工件尺寸 寸计算公式 寸凹模尺寸注法 寸凸模尺寸注法 落料 0 74.058 凹模计算 dD=dxD )( max注：d=0.25 18.006.57 凸模尺寸按凹模刃口实际尺寸配制，保证双边间隙 0.25 0.36mm 0 62.038 16.007.37 0 52.030 13.007.29 0 44.016 11.008.15 R8 R06.009.7 冲孔 凹3.005.3 凹 凸模计算pd=pxd )( min注：p=0.25 凹 凹模尺寸按凸模刃口实际尺寸配制，保证双边间隙 0.25 0.36mm 凹 0 08.065.3 中心距尺寸 14L =14 0.44/8 =14 0.055 nts 21 17L=17 0.44/8 =17 0.055 注：在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的 1/8。 在冲模刃口尺寸计算时需要注意：在计算工件外形落料时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保证双面间隙为 0.25 0.36mm。为保证 R8 与尺寸为 16的轮廓线相切， R8 的凹模尺寸，取 16 的凹模尺寸的一半，公 差也取一半 。 在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为 0.25 0.36mm.。 在计算落料模刃口尺寸时，应以凹模为基准，凸模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为 0.25 0.36mm.。 4.5 确定各主要零件结构尺寸（凹、 凸模的设计） 凸模和凹模的结构形式以及尺寸大小，一般应满足下列条件： 1) 能防止或限制纵向和横向的移位。纵向移位一窜动，不利于冲裁，成型，可能导致凸 模或凹模脱落，不能承受卸料（或开模）力。横向移位，不能导致凸模或凹模正确的相对位置。 2) 能防止凸模和凹模的转动，特别是非圆形的凸模和凹模。否则，凸模和凹模的相对位置会放生变化，导致模具甚至冲压设备发生损坏事故。 3) 凸模和凹模具有足够的强度和硬度，以免损坏而无法实现冲压加工。 4) 便于制造和降低模具成本 。 4.5.1 凹模的结构设计与标准化 1) 凹模洞孔形式 凹模洞孔形式有三种：圆柱形孔口，锥形孔口，具有过渡圆柱形孔口。这里我们选用圆柱形孔口。这种结构工作刃口的强度较高，刃磨后工作的部分的尺寸不变 。主要用于冲制料较厚，形状较复杂的制件。柱部高度 h及锥部 的推荐取值范围。 nts 托板冲压成型级进模设计 22 图 4-3 凹模洞孔形式 Fig.4-3 Hole form of re-entrant mould t 0.5 mm h =3 5mm t=0.5 5mm h=5 10mm t=5 10mm h=10 15mm 孔口下方的锥部是为了漏料的方便。其斜角 a 可取 3 5。 2) 凹模结构 凹模常用的基本结 构外形有矩形，圆形板类结构及柱形结构。设计按 JB/T 7643.11994， JB/T 7643.41994， JB/T 8057.41995 选用，其中以板类凹模应用最普遍。凹模的固定方法是用螺钉，销钉直接固定在底座上。 3) 凹模外形尺寸的确定 以矩形凹模为例，凹模外形尺寸： 凹模厚度 H： H=kb(H 15mm) (4-11) 式中 k 系数，查 表 4-7 b 垂直于送料方向度量的凹 模洞孔间最大距离。 nts 23 表 4-7 凹模厚度系数 k 8 Table.4-7 Re-entrant mould thickness coefficient k b/mm 材料厚度 t/mm 1 1 3 3 6 50 0.30 0.40 0.35 0.50 0.45 060 50 100 0.20 0.30 0.22 0.35 0.30 0.45 100 200 0.15 0.20 0.18 0.22 0.22 0.30 200 0.10 0.15 0.12 0.18 0.15 0.22 凹模长度： L=b+2c (4-12) 式中 b 平行于送料方向度量的凹模洞孔间最大距离； c 凹模孔壁至边缘的距离，查 表 4-8： 凹模宽度 B=步距 +工件宽 +2c 根据计算的凹模尺寸，查国际 JB/T 7643.1 1944，选取凹模标准尺寸。 本设计凹模外形尺寸的计算： 凹模厚度 H 的确定（按经验公式） H=kb(H 15mm) 式中， b 为最大型孔的宽度尺寸，取 58mm； k 为系数，查冲压设计手册，取 0.28；则 H=0.28 58 =16.24（ mm） 查表 4-8 确定凹模厚度， H=25mm 凹模长度的确定（查表 4-8）： t=2mm,冲件 b=58mm， c=34mm L=b+2c =58+2 34 =126mm 凹模宽度 B的确定 凹模宽度 B=步距 +工件宽 +2c 取：步距 =32；工件 =30 B=32+30+2 34 nts 托板冲压成型级进模设计 24 =130mm 依据设计尺寸，按冲模标准确定凹模外形尺寸为： 140 125 25。 表 4-8 凹模厚度 H和壁厚 c Table.4-8 Re-entrant mould thickness H and wall thickness c 冲件尺寸 a 材料厚度 t 0.8 0.8 105 1.5 3 3 5 5 8 8 12 c H C H c H c H c H c H 50 50 75 26 20 30 22 34 25 40 28 47 30 55 35 75 100 100150 32 22 36 25 40 28 48 32 55 35 65 40 150175 175200 38 25 42 28 46 32 52 36 60 40 75 45 200 44 28 48 30 52 35 60 40 68 45 85 50 4.5.2 凸模的结构设计与标准化 1) 凸模结构 常见凸模有以下集中形式： nts 25 图 4-4 凸模 Fig.4-4 Protrude mould 台肩式凸模。这种凸模结构主要用于横断面简单的，如圆形，方形等，装配修磨方便，具有较好的固定 性和工作稳定性。故在模具结构中经常采用。 直 通式凸模。即凸模沿轴线方向横断面尺寸相同。这种凸模结构对于冲制非圆形制件时非常实用。主要是可用数控线切割机床加工或成形磨削。 本设计采用直通式凸模 2) 凸模的固定方式 主要是台肩固定式，铆接式固定两大类。此外还有螺钉吊装，横销固定等形式。 本设计采用铆接式固定。 3) 凸模长度 凸L = 1h + 2h + 3h +Y (4-13) nts 托板冲压成型级进模设计 26 式中 1h 凸模固定板长度， mm; 2h 卸料板长度， mm; 3h 导料板长度， mm; Y 附加长度，包 括凸模的的入模深度（不同工件性质其值不同），考虑模具寿命的总刃磨量，固定板和卸料间的安全距离等， mm； L 凸模总体长度， mm。 其中 导料板厚1h=8；卸料板厚2h=12；凸模固定板厚3h=18；凸模修磨量 Y=18；则见图 4-4： 凸L=8+12+18+18 =56mm 4.6 初选冲压设备 选用冲压的公称压力，应大于计算出的总压力0p=186.4kN，最大闭合高度大于冲模闭合高度 +5mm；工作台台面尺寸应能够满足模具的安装尺寸要求。按上述要求，结合工厂实际，初选 JB23-25 开式双柱可倾压力机。 其压力为 250kN。 nts 27 5 模具强度校 核 5.1 模具失效形式 模具的失效是指模具失去了正常的工作能力，其生产出的产品已经成 为废品。模具的基本失效形式是断裂及开裂，磨损，疲劳和冷热疲劳，变形腐蚀。模具在工作过程中可能同时出现多种损坏形式，各种损伤之间又互相渗透，互相促进，各自发展。而当某种损坏的发展导致模具失去正常工作能力时，则模具失效。 模具加工制造工艺，特别是锻造工艺，对模具的失效影响就更大，合理的锻造工艺使大块炭化物质 粉碎 ，使之细小均匀分布，但若锻造工艺不合理，则达不到打碎晶粒，改善方向性，提高钢的致密等目的，甚至引发锻造缺陷。 5.2 对冲裁部分的模具零件进行校核计算： 在一般情况下，凸模强度是足够的，无需校核。但对于特 别细长的凸模或板料厚度较大的情况，应对凸模进行压应力和弯曲应力的校核。检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。本设计没有弯曲模，所以只需要进行压应力校核 9 。 压应力校核： 圆形凸模按式 1 进行校核，非原型凸模按式 2 进行校核。 /4min 压td (5-1) /min 压Pf (5-2) 式中 mind 凸模最小直径 (mm ) minf 凸模最小截面面积 ( 2mm ) t 料厚 (mm ) 材料的抗剪强度 (MPa) P 冲裁力 (N) 压 凸模材料的许用压力 (MPa) 对于 T10A 工具钢， 压取（ 1.0 1.6） 310 MPa 本设计中 对于 3.5mm凸模： /4min 压td =2.625mm，合格 对于最小截面积 1366.577 2mm 落料凸模： nts 托板冲压成型级进模设计 28 /min 压Pf =156.25，合格 nts 29 6 压力机的 选用 冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品质量，模具寿命，生产效率，产品成本等密切相关。目前应用比较多的有曲柄压力机，摩擦压力机和液压机。曲柄压力机包括开式曲柄压力机和闭式曲柄压力机两种。 冲压设备的选用原则： 冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质，产品批量大小，冲压件的几何形状，尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备时主要考虑下面因素： 1) 冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求； 2) 冲压设备的 压力和功率是否满足应完成工序的需求； 3) 冲压设备的装模高度，工作台面尺寸，行程台面尺寸， 行程 是否适合应完成工序所用的模具； 4) 冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等 10 。 6.1 压力机的校核 本设计中选用了开式双柱可倾压力机。型号是 J23-25。 满足以下要求： 1) 压力机公称压力必须大于冲压工艺力 即： 机压P P (6-1) 可知 P = 落P + 冲P + 推P =126+34+26.4 =186.4（ kN） 取机压P=250（ kN），所以 机压P P 。 2) 压力机闭合高度必须符合模具闭合高度要求 设工作模具的闭合高度为 h，压力机最大闭合高度为 maxH ，最小闭合高度为 minH ，则要满足下式： nts 托板冲压成型级进模设计 30 maxH 5 hminH 10 (6-2) 模具闭合高度闭H=上H+下H+凹H+凸H+垫H 2=35+40+25+56+8 2=162mm，冲床最大闭合高度为 270mm，冲床最大装模高度为 220mm，最小装模高度 165mm，安装模具时，需要在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。垫块高度为 38mm。满足上式即可。 3) 模具最大安装尺寸为 294 130，冲床工作台台面尺寸为 560 370。能满足模具的正确安装。 4) 滑块行程 在模具冲压以后 ，工件被冲压成型，最后要将工件取出，因为开模后上下模之间的距离大于工件高度的 2 2.5 倍。 压力
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