MJC01-176@自行车脚蹬内板复合模设计
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机械毕业设计全套
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MJC01-176@自行车脚蹬内板复合模设计,机械毕业设计全套
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目 录 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 冲压加工概述 . 2 2.1 冷冲压加工及冲压分类 . 2 2.2 冲压技术的现状及发展方向 . 2 第 3 章 冷冲压模具设计过程 . 4 3.1 冲压零件的技术要求 . 4 3.2 冲压工艺设计 . 4 3.3 主要工艺参数计算 . 6 3.4 主要工作部分尺寸计算 . 8 3.5 冲裁模主要零件设计 . 10 3.6 卸料、出件、弹性元件装置的设计 . 11 3.7 模具总体结构设计 . 12 3.8 模具装配要点 . 15 3.9 模具动作过程 . 16 结 论 . 18 参考文献 . 19 致 谢 . 20 附录 1 英文资料及中文翻译 . 21 1 英文资料 . 21 2 译文如下 . 25 附录 2 . 29 nts - 1 - 一 绪论 冲压工艺与冲压设备正在不断地发展，特别是精密冲压，高速冲压，多工位自动冲压以及液压成型，超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展，把冲压的技术水平提高到了一个新高度。新型模具材料的采用，模具的推广，模具结构的改善及其精度的提高，显著地延长了模具的寿命和扩大冲压加工工艺范围。 由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以 及可以加工复杂形状工件等一系列优点。在机械、汽车、国防、家用电器、以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，冲压模具作为各部分的重要的基础工艺装备将起到越来越大的作用。 冷冲压具有生产效率高，加工成本低，材料利用率高，产品的尺寸精度稳定，操作简单，易于实现机械化和自动化等。因而在批量生产中得到了广泛的应用，在现代化工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业和民用工业生产中必不可少的加工方法，在电子产品中，冲压件约占 80 -85，在汽车、农业机械 产品中，冲压件约占 75 -80，在轻工业产品中，冲压件占约 95以上，此外，在航空及航天工业生产中，冲压件也占有很大比例。 随着工业产品质量的不断提高，冲压零件日趋复杂化及规模化，冲压模具正向着高效、精密、长寿命、大型化方向发展，冲模制造难度日益增大，制造的种类也日益增多。模具的制造正由过去的劳动密集、依靠人工的手工技巧及采用传统机械加工设备的行业转变为技术密集型行业，从过去单一的机械加工时代转变成机械加工、电加工以及其他特种加工相结合的时代。 特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造 单元 (FMC)和冲压柔性制造系统 (FMS)代表了冲压生产新的发展趋势。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，形成先进制造技术。模具制造技术，已经发展成为技术密集型的综合加工技术。 nts - 2 - 二 冲压加工概述 (一 ) 冷冲压加工及冲压分类 1. 冷冲压的概念 冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要的零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲 压。又因为它主要是用板料加工成零件，所以又称板料冲压。冷冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料。 2. 冷冲压的特点及应用 冷冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。主要有： 冷冲压是少、无切屑加工方法之一，是一种省能、低耗、高效的加工方法，因而冲压件的成本较低。 (1) 冷冲压件的尺寸公差由模具保证，具有“一模一样”的特征，所以产品质量稳定。 (2) 冷冲压可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好、刚性好的零件。 (3) 冷冲压生产靠压力机和模具完成 加工过程，其生产率高、操作简便、易于实现机械化和自动化。 由于进行冲压成型加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属于单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高的特点，生产成本比较高。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成型加工的优点才能充分体现出来，从而获得好的经济效益。 3 冷冲压工序的分类 由于冷冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能的不同，其冲压方法多种多样，但慨括起来可分为分离工序和变形工序两大类。分离工序是将冲压件和毛坯沿一定的轮廓互相分离；变形工序是 材料不产生破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，成为所以需要的形状及尺寸的制件。 冷冲压可分为五个基本工序： (1) 冲裁 使板料实现分离的冲压工序。 (2) 弯曲 将金属材料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的冲压工序。 (3) 拉深 将平面板变成各种开口空心件，或者把空心件的尺寸作进一步改变的冲压工序。 (4) 成形 用各种不同的性质的局部变形来改变毛坯形状的冲压工序。 (5) 立体压制（冲积冲压） 将金属材料体积重新分布的工序。 (二 ) 冲压技术的现状及发展方向 目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比 还有一定差距，主要原因是我国在冲压基础理论及成型工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家上nts - 3 - 有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。在现代工业生产中，由于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压产品正朝着复杂化、多样化、高性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化、高效率 、长寿命方向发展。因此各工业部门对冲压技术的发展也提出越来越高的要求。 nts - 4 - 三 冷冲压模具设计过程 (一 ) 冲压零件的技术要求 图 3-1 零件样图 工件名称：自行车脚蹬内板 生产形势：批量 材料： Q235 料厚： mm 技术要求：冲裁后进行表面氧化处理 周边毛刺不大于 0.1mm 表面平整无起皱现象 未注公差按 IT12 公差等级 (二 ) 冲压工艺设计 冲压工艺设计包括冲压零件的工艺性分析和冲压工艺方案的确定。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 序数和工时，使得模具结构简单且寿命长，能稳定地获得合格冲件，因而可以减小劳动量和冲件成本。 1. 分析零件的冲压工艺性 工艺分析是制定工艺方案的基础，它包括技术分析和经济分析两方面内容。从技术方面看，主要分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及材料性能等是否适应冲压加工的要求，即审查冲压件的工艺性。从经济方面看，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压加工能否取得良好的经济效益，即分析冲压加工在技术上的可行性和经济上的合理性。所谓冲压工艺性好是指能用普通冲压方法，在模具寿命和生产率较高、成本较 低的条件下得到质量合格的冲压零件。下面结合零件图要求进行具体分析： nts - 5 - (1) 零件材料 Q235钢，属于普通碳素结构钢，具有良好的冲压性能。 (2) 工件结构 该零件为近似圆形端盖，其形状的基本特征是一般带凸缘的浅拉深圆形盘类零件，形状简单，结构对称，主要成型方法是冲裁和拉深。零件的 dt 、 dh 都不算大，其拉深工艺性较好。 (3) 尺寸精度 零件图上规定的 2个孔 0.0506 mm属于 IT10级精度，其余尺寸未标注公差，可按 IT12级确定工件的尺寸公差，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。只是 2个孔的中心距，属于 IT10级精度，要求较高，可在拉深后进行冲孔，从而满足零件的要求。 (4) 结论 综上所述，该零件的材料、形状、尺寸、精度均符合冲压工艺性要求，故可以采用冲压方法进行加工。 2. 冲压工艺方案的确定 冲压工序可分为单工序冲压、复合工序冲压和连续冲压。单工序冲压是在压力机一次行程中完成一道工序；复合工序冲压是在压力机一次行程中，在模具的同一位置同时完成两道或两道以上工序；连续 冲压是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模，在冲压过程中，条料在模具中依次在不同的工序位置上，分别完成冲件所要求的工序，除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个 (或几个 )冲压件。组合冲压工序比单工序冲压生产效率高，加工的精度等级高。 冲压方式根据下列因素确定： (1) 根据生产批量来确定 一般来说小批量与试制生产采用单工序冲压，中批量和大批量生产采用复合冲裁或连续冲裁。 (2) 根据冲压件尺寸和精度等级来确定 复合冲压所得到的冲压件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲压的定位误差 ，并且在冲压过程中可以进行压料，冲压件较平整。连续冲压比复合冲压的冲压零件尺寸精度等级低。 (3) 根据对冲压件尺寸形状的适应性来确定 冲压件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲压或连续冲压。对于尺寸中等的冲压件，由于制造多副单工序模具的费用比复合模昂贵，则采用复合冲压；当冲压件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲压或单工序冲压，宜采用连续冲压。所以连续冲压可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲压件，且可冲压的材料厚度比复合冲压时要厚，但连续冲压受压力机台面尺 寸与工序数的限制，冲压件尺寸不宜太大。 (4) 根据模具制造安装调整的难易来确定 对复杂形状的冲压件来说，采用复合冲压比采用连续冲压较为适宜，因为模具制造安装调整较容易，且成本较低。 (5) 根据操作是否方便与安全来确定 复合冲压其出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲压较安全。 综上所述，下面对冲压件进行具体分析，可以得出多种工艺方案。该工件的主要成型方法冲裁和拉深，包括拉深、落料、冲孔三个基本工序。可以有以下六种工艺方案： 方案一：先拉深，再落料，后冲孔，采用单工序模生产。 方案二 ：先落料，再冲孔，后拉深，采用单工序模生产。 方案三：落料 冲孔 拉深复合冲压，采用复合模生产。 方案四：落料 拉深 冲孔复合冲压，采用复合模生产 nts - 6 - 方案五：拉深 落料 冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案六：冲孔 落料 拉深连续冲压，采用连续模生产。 下一步，必须对这些方案进行比较，选取在满足冲压件质量与生产率的要求下，模具制造成本较低、寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。 从零件图可以看出， 2个孔的孔径和中心距都有公差要求，并且对中心距的要求较高，而拉深工序能让凸缘上的材料向内收缩，从而 导致孔径变形和中心距减小的现象，因此为保证孔的加工精度，必须将拉深工序安排在冲孔工序之前。另外，要保证拉深时不起皱，因此需要用压边圈，才能保证零件的形状和质量。因此，该工件的加工工艺方案只能在方案一和方案五中选择。 由于产品批量较大，不宜采用单工序生产。因此，经过多方面论证比较，只有用一副拉深、落料、冲孔复合模完成此工件的加工，才能最好的体现出模具生产中优质、高产、低消耗的优点。 故：该零件的冲压生产采用方案五为最佳。 (三 ) 主要工艺参数计算 1. 毛坯的尺寸计算 根据等面积原则，用解析法求该零件的的毛坯 直径。首先将该零件分成 3 个圆、圆环、圆锥台 5 个简单的几何体，他们的面积分别为： )(16.4524 2414.34 22211 mmdA (3-1) )(88.6 0 24 )2638(14.3)(4 22222232 mmddA (3-2) )(49.477)2 2426(1614.3)2( 222213 mmddlA (3-3) )(6284 1014.342 22244 mmdA )(2 1 6 06 2 849.4 7 788.6 0 216.4 5 2 24321 mmAAAAA 则毛坯展开尺寸： 2 2 2 2 2 20 1 1 2 3 22 ( ) 2 4 2 6 . 0 8 ( 2 4 2 6 ) 3 8 2 6 4 4 . 1 8 ( )D d S d d d d m m (3-4) 2 2 2 2 2 21 1 1 2 3 22 ( ) 2 4 2 6 . 0 8 ( 2 4 2 6 ) 6 8 2 6 7 1 . 6 4 ( )D d S d d d d m m 从表中查得拉深的修边余量0 2 .5 ( )h m m、 1 2 .2 ( )h m m 则毛坯的直径0 4 4 . 1 8 2 . 5 2 4 9 . 1 8 ( )L m m 宽，取0 4 9 ( )L m m宽。 1 7 1 . 6 4 2 . 2 2 7 6 . 0 4 ( )L m m 长，取1 7 6 ( )L mm长nts - 7 - 2. 工件排样 该工件排样根据落料工序设计。考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排样设计。由查表 3-14 得搭边值 )(2.11 mma ， )(5.1 mma ，采用双排挡料销。则： 料条宽 )(4.512.12492491 mmab 料条的进距为 )(5.775.176761 mmah 冲裁单件材料的利用率按式计算得： 21601 0 0 % 1 0 0 % 5 5 %5 1 . 4 7 7 . 5nAbh (3-5) 3 计算工序压力 (1) 落料力的计算 按公式（ 2-7）得： 1 . 3 1 . 3 1 7 0 . 4 3 1 3 0 0 6 6 ( )F L t k N 落(3-6) 其中 落F 落料力 (N); L 工件外轮廓周长； t 材料厚度； 材料的抗剪强度，由表查得 300 aMP 。 (2) 冲孔力的计算 1 . 3 1 . 3 1 8 . 8 4 1 3 0 0 7 ( )F L t k N 冲 (3-7) 其中 L 工件内轮廓周长。 材料的抗剪强度，由表查得 300 aMP 。 (3) 卸料力的计算 按公式（ 2-11）得： 0 . 0 6 6 6 4 ( )F K F k N 卸 卸 落(3-8) 式中卸K 卸料力因数，其值由表 2-15 查得 0 . 0 2 5 0 . 0 6K 卸。 (4) 推件力和顶件力的计算 1 2 0 . 0 5 1 4 1 . 4 ( )F n K F k N 推 推 冲2 1 0 . 0 6 2 5 1 . 5 ( )F n K F k N 顶 顶 拉式中 推K 推件力因数，其值由表查得 05.0推K， 0.05K 顶； 1n 卡在凸凹模内的工件数， 2n ； 2n 卡在凹模内的工件数， 1n 。 (5) 拉深力的计算 由于该工件为浅拉深，带凸缘锥形零件，根据 19.4-46 由此可得： 3 3 . 1 4 2 4 1 3 3 5 1 2 5 ( )kbF d t K k N 拉(3-9) 式中 拉F 拉深力； d 拉深件的直径， 24kd mm ； t 材料厚度； b 材料的强度极限，由表查 18.3-33 查 得 335baMP K 修正因数。 由表查 19.4-49 查得 修正系数 1K nts - 8 - (6) 压边力的计算 查表可得 )(0.3aMPP ，则压边力可按下式计算： ( 4 9 7 6 2 1 6 0 ) 3 4 . 7 ( )QF A P k N (3-10) 综合前述，可得总冲压力为： 1 1 0 ( )QF F F F F F F F k N 总 拉 顶落 卸 冲 推 由于冲压该零件分步进行，先拉深，再落料，最后冲孔，所以取其中较大的力就可以满足整个冲压工序，因此取 100F kN总 4. 压力中心的确定 模具的压力中心，就是冲压力合力的作用点，也就是冲裁模模柄的安装位置。通过分析零件图可知，由于该冲裁件形状属于简单对称的几何图形，所以此模具的压力中心，位于该工件轮廓的几何中心上。 5. 冲压设备的选择 对于浅拉深可按式 ( 1 . 6 1 . 8 ) 1 6 0 1 8 0 ( )F F k N压 总，估算公称压力来选取压力机。参照相关资料，选公称压力为 250 的开式压力机。其主要技术参数为： 公称压力： 250kN 滑块行程： 65mm 电动机功率： 2.2kW 最大闭合高度： 270mm 最大装模高度： 220mm 工作台尺寸： 370mmX560mm 模柄孔尺寸： 40mmX60mm (四 ) 主要工作部分尺寸计算 1 冲裁间隙的确定 凸、凹模间隙对冲件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。因此，在设计模具时一定要确定一个合理间隙值，以提高冲件的断面质量、尺寸精度、模具的寿命和减少冲裁力。但是分别从这些方面确定的合理间隙并不相同，只是彼此接近。考虑到模具 制造偏差及磨损规律，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙。在此范围内，可以获得合格的冲裁件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计于制造新模具时应采用最小合理间隙值。 通过对零件图的分析，对于工件的未注公差可按 IT12 计算，再结合上述讨论，该模具的具体间隙值，可根据查表 2-10 得： 冲裁模刃口双面间隙 )(1.0min mmZ ，m a x 0 .1 3 ( )Z m m。 2. 凸、凹模刃口尺寸计算 冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁合理间隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的。落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，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，以凸模为基准，间隙去在凹模上。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公nts - 9 - 称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。这样 ，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。 (1) 落料刃口尺寸计算 设工件尺寸为 0D。根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮 廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值minZ。凸模的制造取负偏差，凹模取正偏差。 查表 3-13 得因数 0.5x 。 对零件图中未注公差 按 IT12 级公差等级，由书末附录3E中查表得： 00.2538 mm ， 00.1510R mm ， 00.157R mm 零件因形状比较复杂，且为薄材料，为了保证凸、凹模之间的间隙值，必须采用凸、凹模配合加工的方法。现以凹模为基准件，根据凹模磨损后的尺寸变化情况，由零件图分析属于 A 类尺寸： 00.2538 mm， 00.1510R mm， 00.157R mm。 按式（ 2-4）凹模刃口尺寸计算如下： 4m a x 0()jA A x (3-11) 0 . 2 5 0 . 0 640 03 8 3 8 0 . 5 0 . 2 5 3 7 . 8 7 5 ( )mm 凹 （ ） 0 . 1 5 0 . 0 3 840 01 0 1 0 0 . 5 0 . 1 5 9 . 9 2 5 ( )R m m 凹 （ ） 0 . 1 5 0 . 0 3 840 07 0 . 5 0 . 1 5 . 9 2 5 ( )R m m 凹 （ 7 ） 6凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸 配制，并保证双面间隙 0.1-0.13mm。 (2) 冲孔刃口尺寸计算 设工件尺寸为0d。根据刃口尺寸计算原则，冲孔时应首先确定凸模刃口尺由于基准件凸模刃的口尺寸在磨损后会减小，因此应使凸模的基本尺寸接近工件孔的最大极限尺寸，在增大凹模尺寸以保证最小合理间隙值minZ。凸模的制造取负偏差，凹模取正偏差。 查表 2-13 得因数 0.5x 。由零件图分析属于 B 类尺寸 : 0.0506 mm按式（ 2-4）凸模刃口尺寸计算如下： 0m i n4()jB B x (3-12) 6 0 . 5 0 . 0 5 ( )mm00凸 0 . 0 5 - 0 . 0 1 54 （ 6+ ） 6.025凹模的刃口尺寸按凸模的实际尺寸配制，并保证双面间隙 0.1-0.13mm。 (3) 拉深工作部分尺寸计算 拉深凸模和凹模的单边间隙可按表中公式 tZ 12 计算 ，故 )(12 mmZ 。 由于拉深工件的公差 为 IT12 级，故凸、凹模的制造公差可采用 IT8 级精度，查书末附录3E得 0 . 0 3 3 ( )mm凸 凹。由于工件要求内形尺寸精度较高，应以凸模为设计基准，考虑到凸模会越磨越小，基本尺寸计算按式 4-26 和 式 4-27 可求得拉深凸、凹模尺寸及公差如下表： nts - 10 - 表 3 1 工件尺寸 0min )4.0( 凸凸 dd 凹凹 0m i n )4.0( Zdd 0.21 024 00.03324.084 0.033026.084 0.21 026 00.03326.084 0.033028.084 (五 )冲裁模主要零件设计 1. 冲孔凸模设计 根据冲压件的的形状和尺寸，冲孔凸模采用整体式的直 通式（主要由于模具安装的空间限制而采用直通式），截面形状是圆形，刃口形状为平刃。 由于冲件形状已决定了横向尺寸和形状，所以在一般情况下，凸模的强度是足够的，但是，对于特制细长的凸模和板料厚度大的情况，才需要进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险面尺寸和自由长度是否满足强度要求。 (1) 压应力的校核 圆形凸模按式 (2-19)进行应力校核 m i n4 4 1 3 0 0 1 . 2 ( )1000td m m压 (3-13) 式中 mind 凸模最小直径 ()mm ； t 料厚 (mm)； 材料的抗剪强度 ()MPa 。 (2) 弯曲应力的校核 凸模的抗弯能力，根据模具结构特点，可分为无导向装置和有导向装置凸模两种情况。本模具设计的凸模是有导向装置。 22m a x6 . 0 2 52 7 0 2 7 0 1 1 9 ( )7000dL m mF (3-14) 式中 maxL 允许的凸模最大自由长度 ()mm ； d 凸模的最小直径 (mm)； F 冲裁力 ()N 因冲孔凸模m in 6 .0 2 5 ( )d m m 1.2( )mm、冲孔凸模长度为 7 6 . 5 ( ) 1 1 9 ( )L m m m m所以，冲孔凸模满足压应力和弯曲应力的要求。 2. 落料凹模 在冲压过程中，与凸模配合直接对冲制件进行分离或成形的工作零件。 (1) 凹模刃口形式 刃口，根据冲裁件的形状、厚度、尺寸精度以及模具的具体结构决定，采用刃口形式为直筒形。 (2) 凹模外形尺寸 凹模的外形尺寸是指平面尺寸和厚度，凹模的外形一般为圆 形和矩形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度。凹模的厚度还应考虑修磨量。凹模的外形尺寸一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。 nts - 11 - (3) 凹模的固定方法 凹模一般采用螺钉和销钉固定在下模座上。 3. 凸凹模 复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模存在于复合模中，是复合模的工作零件。凸、凹模工作面的内、外缘均匀刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。因此从强度方法考虑，其壁厚应受最小值限制。凸、凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具采用正装结构时，内孔不积存废料 ，胀力小，最小壁厚可以小一些；当模具为倒装结构时，内孔为直筒刃口形式，且采用下漏料方式，则内孔积存废料，胀力大，最小壁厚应大一些。 凸、凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定倒装复合模的凸凹模最小壁厚列于表 3-2。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小些。 表 3-2 倒装复合模的冲裁凸凹模的最小壁厚 料厚 t(mm) 0.4 0.5 0.6 0.7 最小壁厚 a(mm) 1.4 1.6 1.8 2.0 料厚 t(mm) 0.8 0.9 1.0 1.2 最小壁厚 a(mm) 2.3 2.5 2.7 3.2 (六 ) 卸料、出件、弹性元件装置的设计 卸料与出件装置的作用是当冲压模具完成一次冲压之后，把零件或废料从模具工作部件上卸下来，以便下一步冲压工作能够继续进行。通常把冲压零件或废料从凸模上卸下称为卸料，把冲压零件或废料从凹模中卸下称为出件。 1. 设计卸料装置 (1) 为了得到较平整的工件，使料条在落料、拉深过程中始终处于一个稳定的压力之下，从而改善了毛坯的稳定性，避免材料在切向应力的作用下发生起皱变形的可能，此模具落料工序采用弹压式卸料结构。卸料动作由橡胶弹退卸料板完成 。 (2) 为了使模具结构简单，被卡于凸凹模孔中的冲孔废料采用刚性卸料装置。卸料动作由模柄中的打杆通过推板带动卸料杆来完成。 2. 设计出件装置 出件装置的作用是将零件从模具的工作部件上卸下。通常把装载上模内的出件装置成为推件装置，装在下模内的称为顶件装置。 顶件装置 顶件装置一般都是弹性的，其基本零件是顶杆和橡胶。根据本模具的结构及所需的顶件力，该顶件装置可由顶杆和橡胶组成。 3. 弹性元件的设计及计算 为了得到较平整的工件，此模具采用弹压式卸料结构，便条料在拉深过程始终处在一个稳定的压力之下，从而改善 了毛坯的稳定性，避免材料在切向应力的作用下起皱的可能。 (1) 上卸料采用橡胶作为弹性元件按公式（ 1-4）计算橡胶的自由高度： ( 3 . 5 4 )Hs自 由 工 作 (3-15) nts - 12 - 式中 H自 由 橡胶的自由高度 mm; S工 作 工作行程与模具修磨量或调整量（ 4-6） mm 其中 ( 7 4 ) 1 1 ( )s m m 工 作，则 ( 3 . 5 4 ) 3 8 . 5 4 4 ( )H s m m自 由 工 作 取 3 8 .5 ( )H m m自 由。 由公式（ 1-5）计算橡胶的装配高度为： ( 0 . 8 5 0 . 9 ) 3 2 . 7 2 3 4 . 6 5 ( )H H m m安 装 自 由 (3-16) 取 3 2 ( )H m m安 装。 橡胶的断面面积，在模具装配时按模具的空间大小来确定。 (2) 下顶料采用橡胶作为弹性元件按公式（ 1-4）计算橡胶的自由高度： ( 3 . 5 4 )Hs自 由 工 作 式中 H自 由 橡胶的自由高度 mm; S工 作 工作行程与模具修磨量或调整量（ 4-6） mm 其中 ( 5 4 ) 9 ( )s m m 工 作，则 ( 3 . 5 4 ) 3 1 . 5 3 6 ( )H s m m自 由 工 作 取 3 1 .5 ( )H m m自 由。 由公式（ 1-5）计算橡胶的装配高度为： ( 0 . 8 5 0 . 9 ) 2 7 . 2 2 8 . 8 ( )H H m m安 装 自 由 取 2 7 ( )H m m安 装。 橡胶的断面面积，在模具装配时按模具的空间大小来确定。 (3) 碟形弹簧的计算 前面所计算的拉深力 25F kN拉 ，因为此模具设计拉深是第一道工序，因此，碟形弹簧要承受拉深力，使拉深成形。落料、冲孔在碟形弹簧变形的情况下完成。 查机械设计手册选择碟形弹簧 A 系列、采用复合式（由叠合与对合组成） 03 5 . 5 1 8 . 3 2 0 . 8 2 . 8 5 1 9 0 0 . 6D m m d m m t m m h m m m m N f m m 0、 、 、 、 H 、 P 、 、5 5 1 9 0 2 6 ( )zP n P k N (3-17) 5 0 . 6 3 ( )zf if m m (3-18) 0 ( 1 ) 5 2 . 8 ( 5 1 ) 2 5 0 . 8 ( )zH i H n t m m (3-19) (七 )模具总体结构设计 该工件模具的具体结构如下图所示。主要由冲孔凸模，落料凹模，凸凹模，拉深凸模，拉深凹模、上、下模座，上、下固定板，上垫板及卸料装置组成。 根据模具主要工作部分的尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选择 I级精度的后侧道主模架。即： 上模座： 200mmX160mmX40mm HT200 下模座： 200mmX160mmX45mm HT200 导 柱： 28mmX200mm 20 钢 nts - 13 - 导 套： 28mmX110mmX42mm 20 钢 为了保证冲孔精度，则在该模具的结构设计中，将冲孔工序安排在最后。使用了碟弹簧，安装在拉深凹模的下方，让工件在碟弹簧的阻力下，能够完全拉深后，再继续向下运动，完成落料动作再完 成冲孔动作。由于碟弹簧是阻力较大的弹性元件，因此采用该结构即能够保证较高的冲孔精度；又可以使工件在拉深过程中成型均匀、平整、不起皱；同时还避免了因冲压力过大，而使工件损坏的现象。 nts - 14 - 图 3 2 拉深、落料、冲孔复合模 1-打杆 2-模柄 3-上模座 4-螺钉 5-上模垫板 6-圆柱销 7-上模固定板 8-盖板 9-橡胶 10-压料板 11-落料凹模 12-螺钉 13-下模固定板 14-下模座 15-橡胶 16-顶杆 17-圆柱销 18-冲孔凸模 19-碟弹簧 20-拉深凹模 21-挡料销 22-凸凹模 23-导柱 24-推杆 25-拉深凸模 26-拉深凸模垫板 27-推板 28-导套 29-卸料螺钉 30-圆柱销 nts - 15 - (八 )模具装配要点 1. 冲模装配工艺要点 (1) 选择装配基准件。装配时，先要选择基准件。选择基准件的原则是按照模具主要零件加工时的依赖关系来确定。可以作为装配基准件的主要有凸模、凹模、凸、凹模及固定板等。 (2) 组件装配。组件装配是指模具在总装之前，将两个以上的零件按照 规定的技术要求连接成一个组件的装配工作。如模架的组装，凸模和凹模于固定板的组装等。这些组件，应按照各零件所具有的功能进行组装，这将会对整副模具的精度起到一定的保证作用。 (3) 总体装配。总装是将零件和组件结合成一幅完整模具的过程，在总装之前，应选好装配的基准件和安排好上、下模的装配顺序。 (4) 调整凸、凹模间隙。在装配模具时，必须严格控制及调整凸、凹模间隙的均匀性。间隙调整后，才能紧固螺钉和销钉。 (5) 检验、调试。在装配完毕之后，必须保证装配精度，满足规定的技术要求，并要按照模具的验收的技术条件，检 验模具各部分的功能。在实际生产条件下进行试模，并按试模生产冲件的情况调整、修正模具，当试模合格后，模具加工、装配才算基本完成。 2. 有导柱复合模装配要点 复合模结构紧凑，模具零件加工精度较高，模具装配的难度较大，特别是装配对内、外形有同轴度要求的模具，更是如此。复合模属于单工位模具。复合模的装配程序和装配方法相当于在同一工位上先装配冲孔模然后以冲孔凸模为基准，再装落料模。基于此原理，装配复合模应遵循如下原则： (1) 复合模装配应以凸凹模作装配的基准件。先将装有凸凹模的固定板用螺栓和销钉安装、固定在 指定模座的相应位置上；再按凸凹模的内形装配、调整冲孔凸模固定板的相对位置，使冲孔凸、凹模间的间隙趋于均匀，用螺钉固定；然后再以凸凹模的外形为基准，装配、调整落料凹模相对凸模的位置，调整间隙，用螺钉固定。 (2) 试冲无误后，将冲孔凸模固定板和落料凹模分别用定位销，在相应模座经钻铰或配钻、配铰销孔后，打入定位。 3. 模具装配过程 在装配之前，必须仔细研究图样，根据模具的结构特点和技术要求，确定合理的装配顺序和装配方法。此外，还检查模具零件的加工质量，按规定的技术要求进行装配。装配的次序和方法如下： (1) 主要组件的装配 模柄的装配 因为这副模具的模柄 2 是从上模座 3 的下面向上压入的，所以在安装上模座垫板 5 和上模固定板 7 之前，应该先把模柄装好，模柄于上模座的配合要求是 H7/m6。装配时，先在压力机上将模柄压入再加工定位销孔，然后把模柄端面部分磨平，安装好模柄后，用 90 度角尺检查与上模座上的垂直度。 拉深凸模的装配 将拉深凸模 25 与凸凹模 22 装配，然后把拉深凸模端面部分磨平。 凸凹模的装配 在装配之前，将拉深凸模垫板 26 装入上模固定板 7 内，然后将凸凹模与上模固定板配合要求是 H7/m6。装配时，在 压力机上将凸凹模压入上模固定板内，检查nts - 16 - 凸凹模的垂直度。在盖板 8 装在凸凹模上。 推杆 24 与推板 27 装配。装配好放入上模固定板内。 冲孔凸模装配 冲孔凸模 18 与下固定板 13 的配合要求是 H7/m6。装配时，先在压力机上将冲孔凸模压入下模固定板内，然后将冲孔凸模端面部分磨平。检查凸模的垂直度。 (2) 总装配 模具的主要组件装配完毕后开始进行总装配。为了使它们和落料凹模 11易于对中，总装时必须考虑上、下模的装配顺序，否则，可能出现无法装配的情况。上、下模的装配顺序与模具结构有关，通常是看上、下模中哪一个 位置所受的限制大就先装，用另一个去调整位置。冲裁模的凹模装在下模座上，一般先装下模。装配步骤如下： 在落料凹模 11 上安装挡料销 21 其配合要求是 H7/n6。 将拉深凹模 20 装入落料凹模内其配合要求 H8/f7,再将碟弹簧 29 装入落料凹模。 在下模座 14 装入橡胶 15。 将顶杆 16 装入到下模固定板 13、落料凹模 11、下模座 14 一起装配，预紧内六角螺钉 12，找正固定板位置，然后加工销孔，装入圆柱销 17 并拧紧内六角螺钉 12。 将上模装配好的组件与上模垫板 5、上模座 3、打杆 1、压边板 10、橡胶 9 组 装起来，在上模座装配圆柱卸料螺钉 29 和内六角螺钉 4，并预紧所有螺钉。将上模与下模装配。 调整凸、凹模的间隙。调整间隙可用切纸法进行，即以纸当作零件，用手锤敲击模柄，在纸上切出冲件的形状来。根据纸样有无毛刺和毛刺是否均匀，可以判断间隙的大小和均匀性。如果纸样的轮廓上没有毛刺或毛刺均匀，说明间隙是均匀的。如果局部有毛刺，说明间隙不均匀，调整时，用手锤轻轻敲击上模固定板 7 的侧面，使凸、凹模的位置改变，以得到均匀的间隙。 调整好间隙后，将上模取下加工销孔并装入圆柱销 6。 (3) 试冲与调整。 (九 ) 模具动 作过程 1. 模具合模过程 模具的合模过程动作分别为：首先，压力机滑块沿导轨下移，从而通过模柄带动整个上模一起向下运动，当卸料板与条料板接触并贴紧后，橡胶产生弹性变形，此时上模继续下压，是卸料板在工件条料上产生压紧力也就是压边力（压紧力大小为橡胶变形的弹力），这时拉深凸模下端面与条料接触，随着上模不断下移，并通过顶杆使下模中的橡胶变形，当凸凹模端面与条料接触时，此时模具完成第一道工序 拉深。拉深完成后，上模继续下移，凸凹模在条料上施加压力不断增大，当压力大于拉深凹模下面的碟形弹簧的弹性极限时，碟形弹簧也会 产生受迫变形，直到条料在凸凹模与落料凹模的剪切作用下被迫断开，此时完成第二道工序 落料。上模继续下移，这时，坯料、拉深凹模、及顶杆继续随着凸凹模同时向下移动，并且坯料与冲孔凸模接触后，继续移动，直到坯料被冲孔凸模冲透后再下移一段距离，至坯料低于冲头顶面 1mm 时，完成最后一道工序 冲孔。使坯料成为最终的工件产品，此时压力机的滑块正好到下极限点，此后滑块开始沿着导轨向上运动。 2. 模具开模过程 模具的开模过程动作分别为：伴随着滑块向上运动的同时，上模也在模柄的带动下一起nts - 17 - 向上移动，此时凹模内的强力弹簧及卸料 橡胶开始回弹，使拉深凹模、顶杆及工件也一起随上模向上移动，待拉深凹模的凸肩被落料凹模挡死时，拉深凹模停止运动，而此时顶杆还未达到行程止点，因此随着上模的继续移动，顶杆在卸料橡胶的弹力作用下继续向上运动，并将工件向上顶起，等顶杆凸肩被下固定板挡死时，顶杆停止运动，这时上模与下模脱离，整个下模停止运动。上模与下模脱离后，继续向上运动，直到模柄中的打料杆撞到滑块内的挡铁，迫使打杆停止运动，由于上模一直向上运动，而打杆被挡铁撞停，这将使得打杆把推板也挡停，从而使得推杆一起停止运动，这时推杆可将凸凹模中的冲孔废料从排 料孔中打出，完成脱模动作。在这时，压力机的滑块到达行程极点，此后滑块开始沿导轨向下运动，进入下一个循环。 nts - 18 - 结 论 本次设计经过了三个阶段。第一阶段是确定设计方案，第二阶段是根据设计方案绘制装配图和零件图并修改完善设计方案。第三阶段是编写说明书以及试做并修正。在图书馆里查阅各方面的资料，翻看各种有关的期刊文献，根据课题零件的技术指标和对模具的功能分析，初步确定了模具的总体设计方案并绘出草图；随后根据所确定的方案及草图，查阅相关的手册，确定各个零、部件的 尺寸和位置，尺寸确定后开始绘制具体的零件图和装配图，前期工作做好后进行了设计说明书的书写。 总的来说，这次毕业设计，使我在基本理论知识的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了独立思考问题、解决问题的能力，增长了见识，开拓了视野。为我今后的工作和学习铺平了道路。此次设计使我对本专业有了更深的了解，接触了一些当代模具设计技术的新方法、新技术、新观念，特别是冷冲压模具。我开阔了视野，也对本专业的发展方向有了新的认识。同时，也让我看到自己的能力是非常有限的，需要学的东西还很多，但是此次设 计的过程经历将让我终生难忘，会对我以后的工作和学习产生有益的影响，让我向更高的目标努力！ nts - 19 - 参 考 文 献 1许发樾 .冲模设计应用实例，第 1 版，机械工业出版社， 1999 2郑可锽 .实用冲模模具设计手册，第 1 版，宇航出版社，第 1 版， 1990 3朱冬梅、胥北澜 .画法几何及机械制图，第 5 版，机械工业出版社， 2000 4马正元、韩启 .冷冲压工艺与模具设计，第 1 版，机械工业出版社， 2003 5江维健、林玉璟 .冷冲压模具设 计，第 1 版，华南理工大学出版社， 2005 6郑家贤 .冲压工艺模具设计实用技术，第 1 版，机械工业出版社， 2005 7翁其金 .冷冲压技术，第 1 版，机械工业出版社， 2004 8高鸿庭、刘建超 .冷冲压设计及制造，第 1 版，机械工业出版社， 2003 9冯小明 .冷冲压工艺及模具设计，第 1 版，重庆大学出版社， 2004 10姜奎华、肖景容 .冲压工艺学，第 1 版，机械工业出版社， 2004 11王孝培 .实用冲压技术手册，第 1 版，机械工业出版社， 2001 12沈兴东、韩森和 .冲压工艺与模具设 计，第 1 版，山东科学技术出版社， 20
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