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!【包含文件如下】【冲压模具设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat
UG3D
任务书.doc
全部图纸20张.dwg
开题报告.doc
级进模具设计说明书.doc
摘 要
从工件结构分析，工件有冲孔、落料、弯曲等工艺组成，工件形状具备对称性。模具的设计的设计先从工件的工艺结构出发，根据工件图只要求和形状来确定模具的设计方案，进步一确定模具制造精度等级，和排样设计从而确定出模具的类型结构，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，提高产品生产效率，保证工件的生产精度，该工件的冲裁模具设计方案采用了级进模具冲裁。在模具设计前主要查找工件图纸中未标注公差的尺寸公差，根据尺寸公差来确定模具制造的精度，经过多次的排样分析以后，开始进行模具的结构设计，计算模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、弯曲力、冲裁间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力，根据总冲压力选择冲压设备；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写技术要求、设计说明书。
关键词：级进模具，冲裁力，底角支架，冲裁间隙，压力中心
目 录
1 前言 1
1.1冷冲压模具概述和发展 1
1.2当前模具的技术水平 1
2 冲压件工艺分析 2
2.1 工件材料分析 2
2.2 工件结构形状分析 3
2.3 尺寸精度 3
3 冲压工艺方案确定 4
3.1 冲裁工艺方案的确定 4
3.2 冲裁工艺方法的选择 4
4 模具总体结构 5
4.2 定位方式的选择 5
4.3 送料方式的确定 5
4.4 出件方式的确定 5
4.5模架结构和导向装置的选择 5
5 工艺参数计算 7
5.1 弯曲展平尺寸计算 7
5.1.1 弯曲中性层确定 7
5.1.2弯曲件展平尺寸计算 7
5.2 排样方式的选择 8
5.1.1 搭边值的确定 8
5.1.2 材料利用率的计算 10
5.2 冲压力的计算 11
5.2.1 冲裁力的计算 11
5.2.2 卸料力计算 11
5.2.3 总冲压力的计算 12
5.2.4 总冲压力的计算 13
5.2.5 初选压力机 13
5.2.5 压力中心的确定 13
6 刃口尺寸的计算 15
6.1 冲裁间隙的确定 15
6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 16
7 主要零部件设计 20
7.1 凹模设计 20
7.1.1 凹模刃口结构形式的选择 20
7.1.2 凹模精度与材料的确定 20
7.1.3 凹模外形尺寸的确定 20
7.2 凸模的设计 22
7.2.1 凸模结构的确定 22
7.2.2 凸模高度、长度的确定 22
7.2.3 凸模材料的确定 23
7.2.4 凸模精度的确定 23
7.3 卸料装置的设计 23
7.3.1 卸料板的外形设计 23
7.3.2 卸料板材料的选择 24
7.3.3 卸料板的结构设计 24
7.3.4 卸料板整体精度的确定 25
7.3.5 卸料弹簧的设计 25
7.3.6 卸料螺钉的选用 25
7.4 凸模固定板的设计 25
7.5 导向零件的设计 26
7.5.1 垫板的设计 26
7.6 模柄的选用 26
8 冲压设备的校核与选定 28
8.1 冲压设备的校核 28
8.3压力机的选择 28
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
- 内容简介：
-
表 6: 毕业综合实践任务书专 业 模具 一课题名称： z 型安装板冲压级进模具设计 二原始资料要求：冷冲模设计指导资料，冲压件产品图及相关资料。三课题要求： z 型安装板冲压级进模具设计，本课题要求通过 z 型安装板零件进行详细的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺,设计相应模具。绘制模具 2D、3D 零件图，装配图，编写设计计算说明书。四课题内容：绘制模具零件图，装配图，编写设计计算说明书，材料、产品图如下： 选用材料： 08 钢 五课题完成时间：2016 年 02 月 22 日 至 2016 年 06 月 01 日指 导 教 师： 胡世杰 教研室主任： 系 主 任： 本课题意义及现状、需解决的问题和拟采用的解决方案本课题的意义本课题是根据实际复杂的产品和排样进行展开设计的，然后引申到级进模装配图中，这不仅具有很强的挑战性，而且很适合做毕业设计。对我来说，这既提高了自己的专业知识能力，又增强了自我的综合素质能力，为今后找工作奠定有利的基础。本课题的现状首先根据排样进行测绘尺寸，画出 CAD 排样图。然后将 CAD 排样图导入到 UG 中，画出三维排样图和产品图。接着计算相关参数，包括材料利用率、排样压力中心、总弯曲冲压力以及根据产品外形公差计算凸凹模尺寸公差，进一步设计 CAD 模具总装配图，然后用 UG 进行三维建模，检查问题。最后出模具的各类零件工程图、设计说明书、PPT 等。需解决的问题1）根据产品图确定展开尺寸，对展开计算的结果进行验证，以保证准确无误；2）根据排样图确定凸凹模尺寸，保证结构稳固，加工工艺效率高；确定相应的导料装置和浮料装置等；3）根据标准模架和标准件设计出完善的模具结构图。拟采用的解决方案通过查阅资料，在老师的指导和同学的讨论下，把排样图分析透彻，完善地绘制出CAD 模具结构图，根据 CAD 模具结构图进行三维建模，出零件图纸、设计说明书、PPT 等。指导教师意见：课题源于企业真实生产性项目，综合性强，所解决问题明确，拟采用方案正确，同意开题。指导教师： 胡世杰 2016 年 3 月 27 日专业教研室审查意见：教研室负责人： 年 月 日 1毕业综合实践课题名称： Z形安装板级进模具设计 作 者： 学 号： 系 别： 机械工程系 专 业： 指导老师： 专业技术职务 2014年 6 月 摘 要从工件结构分析，工件有冲孔、落料、弯曲等工艺组成，工件形状具备对称性。模具的设计的设计先从工件的工艺结构出发，根据工件图只要求和形状来确定模具的设计方案，进步一确定模具制造精度等级，和排样设计从而确定出模具的类型结构，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，提高产品生产效率，保证工件的生产精度，该工件的冲裁模具设计方案采用了级进模具冲裁。在模具设计前主要查找工件图纸中未标注公差的尺寸公差，根据尺寸公差来确定模具制造的精度，经过多次的排样分析以后，开始进行模具的结构设计，计算模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、弯曲力、冲裁间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力，根据总冲压力选择冲压设备；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写技术要求、设计说明书。关键词：级进模具，冲裁力，底角支架，冲裁间隙，压力中心目 录1 前言11.1冷冲压模具概述和发展11.2当前模具的技术水平12 冲压件工艺分析22.1 工件材料分析22.2 工件结构形状分析32.3 尺寸精度33 冲压工艺方案确定43.1 冲裁工艺方案的确定43.2 冲裁工艺方法的选择44 模具总体结构54.2 定位方式的选择54.3 送料方式的确定54.4 出件方式的确定54.5模架结构和导向装置的选择55 工艺参数计算75.1 弯曲展平尺寸计算75.1.1 弯曲中性层确定75.1.2弯曲件展平尺寸计算75.2 排样方式的选择85.1.1 搭边值的确定85.1.2 材料利用率的计算105.2 冲压力的计算115.2.1 冲裁力的计算115.2.2 卸料力计算115.2.3 总冲压力的计算125.2.4 总冲压力的计算135.2.5 初选压力机135.2.5 压力中心的确定136 刃口尺寸的计算156.1 冲裁间隙的确定156.2 刃口尺寸的计算及依据与法则167 主要零部件设计207.1 凹模设计207.1.1 凹模刃口结构形式的选择207.1.2 凹模精度与材料的确定207.1.3 凹模外形尺寸的确定207.2 凸模的设计227.2.1 凸模结构的确定227.2.2 凸模高度、长度的确定227.2.3 凸模材料的确定237.2.4 凸模精度的确定237.3 卸料装置的设计237.3.1 卸料板的外形设计237.3.2 卸料板材料的选择247.3.3 卸料板的结构设计247.3.4 卸料板整体精度的确定257.3.5 卸料弹簧的设计257.3.6 卸料螺钉的选用257.4 凸模固定板的设计257.5 导向零件的设计267.5.1 垫板的设计267.6 模柄的选用268 冲压设备的校核与选定288.1 冲压设备的校核288.3压力机的选择28结 论29致 谢30参考文献311 前言1.1冷冲压模具概述和发展目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。模具主要类型有：冲模、锻摸、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模等。 20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，模具工业一直以15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。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%，其他各类模具约占11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国 工业生产中模具是制造业的重要基础工艺装备，工业产品大批量生产和新产品开发都离不开模具，用模具生产制件所达到的四高二低（高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低耗能、低耗材）使模具工业在制造业中地位越来越重要。人们常见的工业产品有6090的零件需要用模具成形。模具精度低，则产品质量差，模具寿命低，则产品成本高。现代模具业已成为技术密集型和资金密集型的产业，它与高新技术已成为相互依托的关系，一方面模具直接为高新技术产业化服务的不可缺少的装备，另一方面模具本身又大量采用高新技术，因此模具制造已成为高新技术产业的重要组成部分。 冲压模具标准化程度及其标准零件的制造规模与范围，对于缩短模具制造周期、节省材料消耗、降低成本、适应大规模批量化生产具有重要意义。目前，我国模具标准化程度只达到20 % ，远不及工业发达国家模具制造的标准化程度。在各种塑料模具中，只有注射模具有关于模具零件、模具技术条件和标准模架等国家标准。一些模具制造企业根据企业模具生产类型和规模，为提高生产效率，降低成本，也制定了企业标准或采用了相应的行业标准。 由于汽车模具在现代加工工业中越来越重要，模具占制造成本的比重越来越大，而在理论和实务上并没有可靠的决策模型为依托，并没有充分研究模具的寿命周期内的各种成本，导致模具使用方仅考虑模具的价格，没有考虑模具的使用成本等后续成本支出，只看到了模具的产出效率，而忽视了模具的成本效率等等问题出现，影响了使用方的科学投资，并由于使用方仅关注模具的价格，影响了模具行业新技术的应用，影响了模具加工行业的发展和现代工业技术创新的步伐。因此，站在使用方的角度研究模具的投资决策模型，不仅可以提升模具使用方的投资效率，更可以促进模具制造业的技术创新和提升，提升我国现代工业制造的整体水平。1.2当前模具的技术水平 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/E、Solid works、Optris 和MAGMASOFT 等软件，并成功应用于冲压模的设计中。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。2 冲压件工艺分析图2-1 工件尺寸图工件名称：Z形安装板； 工件简图：如图2-1；生产批量：大量；材料：08；材料厚度：2mm；精度等级：IT12。工件表面质量：工件表面无毛刺、压痕、拉裂、油污等不良现象2.1 工件材料分析材料名称：碳素结构钢；材料牌号：08；材料状态：已退火；抗剪强度：260-360Mpa；抗拉强度：330-450Mpa；屈服点：200Mpa；伸长率：32%2.2 工件结构形状分析（1）冲裁件形状为冲孔弯曲件，材料厚度为2mm，工件的轮廓由圆弧过度，工件的结构对称，结合工件的生产批量，模具设计前应该分析凸凹模工作零件刃口的使用寿命和耐疲劳和耐磨损程度，选取相应的模具模材料。（2）工件上的最小孔直径为3mm，孔边距为3mm，结合图冲压件的冲压要求，如图2-2所示，该零件的结构满足冲裁要求。b1.5t l5b c（1-1.5）t c1（1.5-2）t图2-2 满足冲裁要求尺寸2.3 尺寸精度根据工件技术要求注明未标注的尺寸公差按照IT12计算，所以通过查表2-1常用公差等级表获得零件未标的极限偏差值，模具设计的相关尺寸按照工件的公差等级来确定，一般无明确要求的情况下模具设计制造的公差等级大于工件的2到3个公差等级。表2-1 常见零件公差等级表公差等级IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14尺寸/mm/m/mm33661010181830305050808012012018034456781012456891113151868991316192225101215182125303540141822273339465463253036435262748710040485870841001201401606075901101301601902202500.100.120.150.180.210.250.300.350.400.140.180.220.270.330.390.460.540.630.250.300.360.430.520.620.740.871.003 冲压工艺方案确定3.1 冲压工艺方案的确定冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。(1) 单工序模在一副模具中完成只完成一种工序的冲模，如落料模，冲孔模，拉深模等结构较为简单，生产效率不高，一般适用于小批量生产。(2) 复合模是在单工序模的基础上发展起来的一种较先进的模，在一副冲模中一次定位可以同时完成几个工序。复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，劳动生产效率高。(3) 连续模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， 在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备利用率。多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm）、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件5。从零件图可看出，该零件包括冲孔、多次冲裁外形和落料,弯曲等基本工序，可以采用以下三种工艺方案：(1) 先落料，再冲孔，最后弯曲采用三副单工序模生产。(2) 冲孔落料复合冲压，再弯曲单工序生产。(3) 冲孔、冲外形弯曲和落料连续冲压，采用级进模生产。对以上三种工艺方案进行分析比较：方案一：模具结构简单，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。方案二：复合模定位精度高并且满足大批量生产的要求，仍然需要一副复合模和一副单工序模，成本较高。同时需要考虑提高劳动效率和节约人力成本，该工件并不适合用复合模加工。方案三：级进模本身能满足大批量生产，而且生产效率最高，也能够自动进料，节约人力。表3-1 单工序冲裁、级进冲裁和冷冲冲裁性能总结对比结构类型单工序模复合冷冲模级进模生产批量小批试样适中大精度低较高较高冲压生产率低 适中速度快，量大实现操作机械化自动化的可能性容易实现较难实现容易实现生产通用性标准件选择面广较好大部分零件均需要设计冲模制造的复杂性和价格简单耗材小中等复杂耗材适中复杂耗材大结合以上分析，因为该冲裁件的精度要求较高，生产安全性较高，由于工件的工艺性质和形状结构简单，为了提高生产效率和尺寸精度，采用级进模具冲裁可达到要求。4 模具总体结构4.2 定位方式的选择在级进模具设计时，因工序需依次按照步距往前送料完成，所以要采用侧刃定步距，导正销精确定位，为了方便生产中送料和精准的确定步距，两侧根据材料宽度设计两个冲裁废料侧刃，在实际生产加工时，只需要将条料靠导料板，方可精确地定位。4.3 送料方式的确定在级进模具的生产加工中，通常用的送料方式为手动送料和机械自动送料，其中机械自动送料通常分为模具气动装置自动送料、模外滚轴自动拉料、模具滑块自动拉料。因该工件材料厚度为2mm，采用的材料为08，工件材料相对较硬，为了提高生产效率，节约人工生产成本，可采用模外气动自动送料，如图4-1所示。图4-1 气动自动送料机4.4 出件方式的确定级进模具的出件方式大致分为两种，一种为工件完成落料工序，直接从冲裁落料洞口漏出，另外一冲则是将凹模的尾部设计成斜状，当工件完成落料工序时，工件由凹模的尾部下料，在这次模具设计中，工件落料有凹模的尾部下料。4.5模架结构和导向装置的选择模架的外形尺寸主要由凹模尺寸决定，根据模具结构、且对于此副模具的话，主要有落料的凹模来确定长以及宽，模具的闭合高度则有设计的上模，下模，以及模具的一些配件来决定，对于此复合模，应该先考虑他的闭合高度，其次才是它的宽度和长度，所以要合理选择模架，就有必要考虑它的工作零件以及配件的合理高度，这样才能合理的选择模架，模架结构可分为：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。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。后侧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，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。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，以及大量生产用的自动冲压模架。中间导柱模架，导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高生产效率，模具寿命和工件质量以及工件尺寸精度，采用四脚导柱模架，模具导向性能好，精度高。5 工艺参数计算5.1 弯曲展平尺寸计算5.1.1 弯曲中性层确定 相对弯曲半径为：R/t=2/2=10.5式中：R-弯曲半径（mm） t-材料厚度（mm） 由于相对弯曲半径大于等于0.5，可见制件属于圆角半径较大的弯曲件，查表5-1，因R/t=1，所以K值取0.32表5-1 板料弯曲中性层系数r/t0.10.20.30.40.50.60.70.81.0x0.210.220.230.240.250.260.280.0.30.32r/t1.21.5 .x0.330.36 .5.1.2弯曲件展平尺寸计算板料弯曲过程中，应变中性层的长度不变，因此，可以根据这一原理来确定弯曲件的毛坯展开尺寸。当r0.5t毛坯展开长度计算公式,按公式4-1。 (4-1)式中 l1、l2直边长度(mm)； L3底边长度(mm)； r弯曲件内圆角半径(mm)； x中性层位移系数；t板料厚度(mm)。如图4-2已知l1=l3=8mm，L2= 20mm，r=2mm，x=0.32，t=2mm，根据公式4-1计算得：图5-1 弯曲件直边高度故工件弯曲部位展开长度根据公式4-1计算得：L=2L1+L2+24（r+xt）=44.29mm。计算得到毛坯的总体尺寸如图4-3所示：图5-2 毛坯尺寸5.2 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。因此考虑以下三种方案：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。为了综合考虑排样条料的强度，决定采用有废料的一模两件纵向排样方案。1-冲导正孔 2-冲侧刃 3-冲废料 4-弯曲 5-空位 6-弯曲 7-空位 8-落料 图5-3 排样图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5-1取得。如表5-1所示：根据此表和工件外形可知r2t，可确定搭边值a和a1，a的最小值取2mm，a1最小值取2.2mm。表5-1 搭边a和a1数值（低碳钢） （mm） 材料厚度圆件及r2t的圆角矩形件边长L50mm矩形件边长L50mm或圆角r2taa1aa1aa10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t根据模具的结构不同，可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具，侧压装置的作用是用于压紧送进模具的条料（从料带侧面压紧），使条料不至于侧向窜动，以利于稳定地加工生产。侧压装置适用于工件材料厚度较小的模具，在这次工件的模具设计中，工件材料厚度2mm，无需测压装置，只需导料板横向导料即可。故按公式5-1计算： B=（Dmax+2a1+C） （5-1） 式中：B-条料宽度； Dmax-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a1-侧搭边值，可参考表5-1； -条料宽度的单向（负向）偏差，见表5-2； C-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表5-3。 表5-2 剪料公差及条料与导料板之间隙 （mm）条料宽度B/mm材料厚度t/mm0112233550501001001501502202203000.40.50.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3 表5-3 有侧压装置和无侧压装置对照表 （mm）材料厚度t（mm）无侧压装置有侧压装置条料宽度B（mm）10010020020030010010000.50.51122334450.50.50.50.50.50.50.51111111111555555888888所以根据以上理论数据由公式5-1得出条料宽度为：B=95.72+22.5+1mm=101.72mm为了方便模具设计和实际生产中的模具加工102mm。 5.1.2 材料利用率的计算关于材料利用率，可用公式5-2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、图5-2和公式5-2得： A=1338（mm2） =2A/BS100% =21338/(10234)=77.16%5.2 冲压力的计算5.2.1 冲裁力的计算 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一般可以按公式5-3计算：F冲=KtL （5-3） 式中， -材料抗剪强度，（MPa）； L-冲裁周边总长（mm）； t-材料厚度（mm）。系数K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K，一般取13。当查不到抗剪强度时，可以用抗拉强度b代替，而取K为1.3的近似计算法计算。 F冲=F1+F2 （5-4）式中， F冲-冲裁力；F1-落料时的冲裁力；F2-冲孔时的冲裁力。落料冲裁力由公式5-3得： F冲=KtL F冲=1.32238.7360=223.4KN5.2.2 卸料力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卸下。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力。卸料力计算公式如下： F卸= K卸 F冲 （5-5）式中， F卸-卸料力；F冲-冲裁力；K卸-卸料力系数，见表5-4； 表5-5 卸料力、推件力和顶件力系数 （mm） 料厚/mmK卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03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。 卸料力系数通过查表5-4确定，卸料力系数取0.05，由公式5-5得： F卸=0.05223.4=11.2KN5.2.3 弯曲力的计算由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，很难用理论分析方法进行准确的计算，生产中常按经验公式对弯曲力进行近似计算。影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量；弯曲件的形状和尺寸；模具结构及凸凹模间隙；弯曲方式等，因此很难用理论的分析法进行准确的计算。实际中常用经验公式进行概略计算，以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。弯曲力计算公式为：Fz=0.7KBt2b/+t （5-3）式中： Fz-自由弯曲力； B-弯曲件的宽度（mm）；t-弯曲件材料的厚度（mm）； -内弯曲半径（等于凸模圆角半径）（mm）； b-弯曲件的抗拉强度（Mpa）,查机械手册b为360Mpa； K-安全系数，一般取1.3。根据公式（5-3）得： F自=0.7KBt2b/（+t） =0.71.343222450/（2+2） 3.3KN5.2.4 总冲压力的计算由于冲裁模具采用弹压卸料装置，固总的冲压力包括： F= F冲+F卸+F自 （5-6）=223.4+11.2+3.3=237.9KN5.2.5 初选压力机压力机可分为机械式和液压式，机械式压力机分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速数控压力机，液压式压力机分为油压机、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，一般压力机吨位不超过2000t。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高5。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，查压力机型号规格表初选压力机为J23-25型号的压力机。5.2.5 压力中心的确定压力机可分为机械式和液压式，机械式压力机分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速数控压力机，液压式压力机分为油压机、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，一般压力机吨位不超过2000t。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高5。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，查压力机型号规格表初选压力机为J23-16型号的压力机。4.3.7压力中心计算模具压力中心是指冲压时多个冲压力合力的作用点位置。模具设计时计算压力中心是为了避免模柄与冲压和利利的中心点产生的偏心导致模具的寿命和强度减小。压力中心可按照以下几种方式确定。（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，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。求出合力作用点的坐标位置（X0，Y0），即为所求模具的压力中心13。X0（L1X1+L2X2+L nXn）（L1+L2+Ln） （5-6） Y0（L 1Y1+ L 2Y2+L nYn）（L 1+ L 2+L n） （5-7） 式中：X0-压力中心的横坐标； Y0-压力中心的纵坐标； L-冲裁件轮廓尺寸； X-各线段重心的横坐标； Y-各线段重心的纵坐标。图5-4 压力中心示意图由于排样图关于X轴上对称，所以Y0=50，X0根据5-7计算得104.03。即压力中心为（104.03，50）6 刃口尺寸的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其制造公差，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，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin，如图6-1。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。冲裁间隙是冲裁工艺与冲裁模具设计的一个重要工艺参数，对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大的影响。冲裁间隙还影响着冲裁件的尺寸精度。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。间隙过大，会使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸，冲裁力也会慢慢下降，卸料力、推件力或顶件力都将随之下降。间隙过小，会使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸，冲裁力也会增大，会使模具刃口磨损加剧，还会产生凸凹模胀裂，小凸模折断，凸模和凸凹模相互啃刃等异常损坏。由此可见，我们在确定冲裁间隙时，一定要有一个合理的范围作为间隙值，当然我们在设计时要采用最小合理间隙。由表6-1可知，Zmin=0.,246 mm Zmax=0.36mm。表6-1 部分冲裁模初始双边间隙值 材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙(或无间隙)0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.10.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1266.2 刃口尺寸的计算及依据与法则冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理间隙也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。其计算方法是： （1）因为冲出的孔，落下的料都有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模刃口尺寸，而冲孔的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。 （2）在测量与使用中，冲孔能测量到小端尺寸，落料件能测量大端尺寸。 （3）从产品的使用性能看，孔必须控制最小端尺寸，落料的外形尺寸要控制最大端尺寸。 （4）凸、凹模的设计原则 冲孔时，设计计算以凸模为准，间隙放大在凹模刃口上。 落料时，设计计算以凹模为准，间隙缩小在凸模刃口上。（5）考虑磨损（名义尺寸）冲孔时，凹模越磨越小，凸模设计应取制件尺寸公差范围内移大尺寸。落料时，凹模越磨越大，凹模设计应取制件尺寸公差范围内移小尺寸。 （6）凸、凹模刃口的制造公差制件上未注公差，非圆形件按级精度，模具比其高2-3精度即级或级，圆形件按-级精度，凸模和凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，有分开加工和配合加工，分开加工是指凸模和凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保证。其可以凸、凹模具有互换性，便于成批制造，但受冲裁间隙的限制，要求凸、凹模的制造公差较小，主要适用于简单规则形状（圆形、方形或矩形）的冲件。配合加工是指先按图样设计制造其中一件（冲孔先做好凸模，落料先做好凹模），再以此件做为基准件，以基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙，图纸上只要在基准件上标注尺寸和公差，根据公式6-1得： 凸凹ZmaxZmin （6-1）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ZminZmax，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：冲孔凸模尺寸： （6-2）冲孔凹模尺寸： （6-3）落料凸模寸： （6-4）落料凹模尺寸： （6-5）孔距尺寸： （6-6）其中： ，-分别为落料凸、凹模基本尺寸； ，-分别为冲孔凸、凹模基本尺寸； -冲孔件孔的最小极限尺寸； -落料件最大极限尺寸； ，-分别为凹模上偏差，可按IT7，凸模下偏差，可按IT6； -制造公差； -磨损系数，其值在0.51之间。该制件的最小双边间隙为Zmin=0.246mm，最大双边间隙Zmax=0.36mm，则有Zmax- Zmin=0.114。零件内部尺寸 30+0.1mm，外形尺寸32 0-0.25mm，孔心距尺寸160.18，查凸凹模磨损系数表得x为0.5。冲孔凸模： d凸=( 3+0.50.1) 0-0.02 = 3.050-0.02mm冲孔凹模： d凹=（ 3+0.50.1+0.114）0+0.02 = 3.1540+0.02 mm落料凹模： =（32-0.50.25）0+0.03= 31.8750+0.02mm落料凸模： =（32-0.50.25-0.114）0-0.03= 31.7610-0.03mm孔心距： =160.022mm表6-2 简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差 (mm)公称尺寸凸模偏差凸凹模偏差凹公称尺寸凸模偏差凸凹模偏差凹1818303080801201201800.0200.0200.0200.0250.0300.0200.0250.0300.0350.0401802602603603605005000.0300.0350.0400.0500.0450.0500.0600.070 表6-3 磨损系数 （mm）材料厚度工件公差1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30磨损系数非圆形x值圆形x值10.750.50.750.57 主要零部件设计虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度有很多不同的，但组成模具的零件种类可以说是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可将他分为非标准件和标准件两类。模具标准化是缩短模具制造周期的有效办法，是应用模具CAD/CAM技术的前提，是模具工业化和现代化的生产基础，所以在模具设计与制造过程中，必须推广和优先使用国家标准。虽然相关行业标准虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度有很多不同的，但组成模具的零件种类可以说是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可以将他们分为工艺零件和结构零件两类。设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总体装配方法，本套模具主要采用螺钉固定模具零件，采用导料板送进定位，无侧压装置。7.1 凹模设计7.1.1 凹模刃口结构形式的选择冲裁凹模刃口形式有直筒式和凸台两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，所以采用刃口为凸台式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变，装配如图7-1所示。图7-1 凹模装配简图7.1.2 凹模精度与材料的确定根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为IT12级，内型腔精度为IT10级，表面粗糙度为Ra3.2um，上下平面的平行度为0.02，材料选Cr12MoV。7.1.3 凹模外形尺寸的确定凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，如图7-1所示。凹模各尺寸计算公式如下： 凹模边壁厚 H=Kb1 （7-1） 凹模边壁厚 c=（1.52）H（30-40） （7-2） 凹模板边长 L=b1+2c （7-3） 凹模板边宽 B=b2+2c （7-4）式中：b1-冲裁件的横向最大外形尺寸；b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸；K-系数，考虑板料厚度的影响，查表7-1。表7-1 系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22查表7-1得： K=0.35根据公式7-1可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H= Kb1=0.3595.72=33.5mm根据公式7-2可计算凹模边壁厚： C=（1.52）H =50取凹模边壁厚为35mm。根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。根据公式7-3可计算凹模长：L=b1+2c =297.5+250 =397.5mm根据公式7-4可计算凹模宽： B=b2+2c =95.72+250 =195.72mm很据工件的棑样设计的步距，结合模具紧固件的安装，最终取凹模周界尺寸为360mm24035mm。7.2 凸模的设计7.2.1 凸模结构的确定凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该工件形状复杂，所以将落料凸模模设计成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，内轮廓孔的凸模设计成台阶式，固定于凸模固定板，凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。7.2.2 凸模高度、长度的确定因为该制件形状不是很复杂，所以将冲孔模设计成台阶式凸模。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模与附加长度的总和，如图7-3所示。图7-2凸模高度尺寸凸模高度为： L=h1+h2+h3（2-4） （7-5） 式中: h1-凸模固定板厚度； h2-卸料垫板；h3-凹模厚度；25-附加长度。附加长度包括凸模的修磨量，凸模进入凸凹模的深度。由公式7-5得： L=20+15+25+4=64mm7.2.3 凸模材料的确定该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以凸模的材料应选Cr12MoV，热处理54-58HRC。7.2.4 凸模精度的确定根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用IT10级，表面粗糙度Ra为0.8um。7.3 卸料装置的设计7.3.1 卸料板的外形设计卸料装置分为弹性卸料和刚性卸料，弹性卸料工作原理如图7-6所示，当模具上模上下移动，带动卸料弹簧的压缩和伸张，凸模相对于卸料板上下移动，使夹在凸模上的条料在卸料板的阻力下完成卸料过程，弹性卸料比较力稳定，适合用于工件材料厚度较小的模具。刚性卸料工作原理是当模具完成冲裁打开时，夹在凸模上的条料随着凸模往上移动，与固定于凹模板上的卸料板碰撞，使条料与凸模分离，达到卸料的目的，刚性卸料版卸料力较大，适合用于大型模具和工件材料厚度较大的模具。结合工件的尺寸、材料厚度、模具总体尺寸选择弹性卸料装置。 采用卸料板进行卸料。卸料板不仅有卸料作用，还具有用凹模导向，对凹模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的间隙值由表7-3确定，取0.15mm。卸料板的厚度查表7-4，卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸200mm200mm18mm，从而可以确定卸料板的尺寸。查表7-4，卸料板的厚度为12mm。表7-3 卸料板与凸凹模间隙值材料厚度t/mm0.50.511单边间隙Z/mm0.050.10.15表7-4 固定卸料板厚度冲件厚度t卸料板宽度505080801251252002000.866810120.81.5681012141.538101214167.3.2 卸料板材料的选择卸料板主要是起卸料的作用，对它的强度和硬度要求较高，所以材料选择是Cr12MoV，淬火硬度60-64HRC，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。7.3.3 卸料板的结构设计卸料板与凸凹模应该是间隙配合，要保证单边间隙为0.015mm。模具采用的是弹压卸料板和卸料螺钉进行卸料。六个卸料螺钉对称分布，使每个卸料螺钉受力均匀，如图7-6所示。7.3.4 卸料板整体精度的确定卸料板外轮廓的精度要求不高，所以选取IT14级，上下平面粗糙度0.8um；而内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取IT12级，其余粗糙度Ra为1.25um。7.3.5 卸料弹簧的设计在冲裁模卸料与出件装置中，常用的元件是弹簧和橡胶，考虑模具的结构，该模具采用的弹性元件为弹簧。弹簧允许承受的负载较大，占据空间尺寸较小，安装调整较方便灵活，而且成本低，是中小型冲模中弹性卸料、顶件及压边装置常用的弹性元件。7.3.6 卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，按表7-5选取螺钉8其公称直径为8，螺纹部分为M815。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。表7-5 卸料螺钉的选用凹模厚/mm1313191925253235螺钉规格/mmM4， M5M5，M6M6，M8M8，M10M10，M127.4 凸模固定板的设计凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6 ，凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.61倍，根据凸模尺寸大小取值。则凸模固定板的厚度： H凸固=（0.61）H凹 （7-7）式中： H凸固-凸模固定板厚度；H凹-凹模厚度。根据公式7-7得凸模固定板厚度为： H凸固=（0.61）H凹= 1220（mm） 凸模固定板厚度取20mm。7.5 导向零件的设计本模具采用中间导柱结构，导柱导套组建采用的是滚动式导向方式，其磨损系数小，保证导向垂直度，同轴度精度高，导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离5mm。下模座底面与导柱底面的距离为14mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用H7/r6的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用H7/r6的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/r6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳深度0.81.2mm，淬硬5862HRC。导柱与导套的结构、尺寸一般都是直接由标准中选取，在选用时导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于（1015）mm。在最高工作位置时，导柱上端面与导套的下端面的距离不小于（1020）mm。 7.6 模柄的选用模柄的作用是将上模座
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