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矩形件落料引伸复合模具设计

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关键词：: 矩形件落料引伸复合模具设计

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摘要

落料引伸复合模具课题中所给定的零件图，工件为引伸拉深件，需落料引伸拉深完成工序件的模具设计，结合其外形结构和尺寸，首先分析工件的工艺类型，根据工件的尺寸，分析并选择适合的设计方案；其次，进行模具的棑样设计，查阅相关的资料，计算工件的坯料尺寸，合理选择排样的搭边值；最后，计算模具的压力中心和冲压力，选择相对应的压力机；最后选择模具常用标准间，绘制模具总装图及零件图并编写设计说明书。除此之外，结合工件的结构，从生产的角度出发，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复合模具冲裁。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。

关键词引伸复合模具；冲裁力；冲裁间隙；压力中心

ABSTRACT

Blanking and drawing compound die subject in the given part drawings, the workpiece is extension of drawing parts, falls material extension drawing to complete the process of mold design, combined with the structure and the shape size. Firstly, it analyzes the process of workpiece type, according to the size of the workpiece, analysis and selection of suitable design; secondly, die arrangement of sample design, access to relevant data, calculation of blank size of workpiece, reasonable choice of nesting take the boundary value; finally, the calculation of the die pressure center and flushing pressure, corresponding to the press; finally choose between mold standard, drawing mold assembly drawings and part drawings and prepare design specification. In addition, combining the workpiece structure, from the point of view of the production of in order to save the mold manufacturing costs, improve production efficiency, ensure the production precision of the workpiece, the workpiece punching blanking die design of the compound die of blanking. In the mold design mainly find the workpiece drawings unlabeled tolerances of tolerance, according to the dimensional tolerances to determine precision mold manufacturing, after multiple layout analysis to design of mold structure.

Keywords drawing compound die; blanking force; blanking clearance; pressure center

第1章绪言 1

1.1冷冲压模具的发展及概述 1

第2章冲压件工艺分析 3

2.1材料力学性能分析 3

2.2 工件结构形状分析 4

2.3 尺寸精度 4

第3章冲压工艺方案确定 5

3.1 冲裁工艺方案的确定 5

3.2 冲裁工艺方法的选择 5

第4章模具总体结构 5

4.1 定位方式的选择 5

4.2 出件方式的确定 5

4.5模架结构和导向装置的选择 5

第5章工艺参数计算 6

5.1 坯料尺寸计算 6

5.2 排样方式的选择 7

5.2 冲压力的计算 10

第6章刃口尺寸的计算 13

6.1 冲裁间隙的确定 13

6.2 刃口尺寸的计算及依据 14

第7章主要零部件设计 18

7.1 凹模设计 18

7.2 凸模的设计 20

7.3 卸料装置的设计 21

7.4 凸模固定板的设计 22

7.5 导向零件及模架的选用的设计 22

7.6 模柄的选用 23

第8章冲压设备的校核与选定 26

8.1 冲压设备的校核 26

8.2 冲压设备的选用 26

8.3压力机的规格型号 26

结论 28

参考文献 29

致谢 30

内容简介：: 摘要落料引伸复合模具课题中所给定的零件图，工件为引伸拉深件，需落料引伸拉深完成工序件的模具设计，结合其外形结构和尺寸，首先分析工件的工艺类型，根据工件的尺寸，分析并选择适合的设计方案；其次，进行模具的棑样设计，查阅相关的资料，计算工件的坯料尺寸，合理选择排样的搭边值；最后，计算模具的压力中心和冲压力，选择相对应的压力机；最后选择模具常用标准间，绘制模具总装图及零件图并编写设计说明书。除此之外，结合工件的结构，从生产的角度出发，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复合模具冲裁。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。关键词引伸复合模具；冲裁力；冲裁间隙；压力中心IABSTRACTBlanking and drawing compound die subject in the given part drawings, the workpiece is extension of drawing parts, falls material extension drawing to complete the process of mold design, combined with the structure and the shape size. Firstly, it analyzes the process of workpiece type, according to the size of the workpiece, analysis and selection of suitable design; secondly, die arrangement of sample design, access to relevant data, calculation of blank size of workpiece, reasonable choice of nesting take the boundary value; finally, the calculation of the die pressure center and flushing pressure, corresponding to the press; finally choose between mold standard, drawing mold assembly drawings and part drawings and prepare design specification. In addition, combining the workpiece structure, from the point of view of the production of in order to save the mold manufacturing costs, improve production efficiency, ensure the production precision of the workpiece, the workpiece punching blanking die design of the compound die of blanking. In the mold design mainly find the workpiece drawings unlabeled tolerances of tolerance, according to the dimensional tolerances to determine precision mold manufacturing, after multiple layout analysis to design of mold structure.Keywords drawing compound die; blanking force; blanking clearance; pressure centerII目录第 1 章绪言.11.1 冷冲压模具的发展及概述 .1第 2 章冲压件工艺分析.32.1 材料力学性能分析 .32.2 工件结构形状分析 .42.3 尺寸精度 .4第 3 章冲压工艺方案确定.53.1 冲裁工艺方案的确定 .53.2 冲裁工艺方法的选择 .5第 4 章模具总体结构.54.1 定位方式的选择 .54.2 出件方式的确定 .54.5 模架结构和导向装置的选择 .5第 5 章工艺参数计算.65.1 坯料尺寸计算 .65.2 排样方式的选择 .75.2 冲压力的计算 .10第 6 章刃口尺寸的计算.136.1 冲裁间隙的确定 .136.2 刃口尺寸的计算及依据 .14第 7 章主要零部件设计.187.1 凹模设计 .187.2 凸模的设计 .207.3 卸料装置的设计 .217.4 凸模固定板的设计 .227.5 导向零件及模架的选用的设计 .227.6 模柄的选用 .23第 8 章冲压设备的校核与选定.268.1 冲压设备的校核 .268.2 冲压设备的选用 .268.3 压力机的规格型号 .26结论.28III参考文献.29致谢.30镇江市高等专科学校毕业设计（论文）0第 1 章绪言1.1 冷冲压模具的发展及概述冲压模具的概念：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。冲压模具是一种特殊的工艺装备,与冲压件有“一模一样”的关系,并且没有通用性，是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，其功能和作用、设计与制造方法和手法决定了冲压模具是技术密集、高附加值型产品。冲压成形加工特点：低耗、高效、低成本、 “一模一样” 、质量稳定、高一致性，可加工薄壁、复杂零件，板材有良好的冲压成形性能，但是模具成本高，所以冲压成形适宜批量生产。冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法，采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和材料，成本底等一系列的优点，模具成形已经成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品开发和旧产品更新，影响着产品质量和经济效益的提高。我国为了优先发展模具工业，制定了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。第 2 章冲压件工艺分析1第 2 章冲压件工艺分析图 2-1 工件尺寸图工件名称：矩形罩；工件简图：如图 2-1；生产批量：中等批量；材料：08；材料厚度：1.2mm；精度等级：IT14 。工件表面质量：工件表面无毛刺、刮痕、起皱、杂质等不良现象2.1 材料力学性能分析材料名称：碳素结构钢；材料牌号：08；材料状态：已退火；抗剪强度：80Mpa；抗拉强度：260-360Mpa ；镇江市高等专科学校毕业设计（论文）2屈服点：330-450Mpa ；伸长率：32%2.2 工件结构形状分析冲裁件为矩形且有圆弧过度的拉深件，工件材料厚度 t 为 1.2mm，工件外形轮廓由圆弧过度相切，工件结构具备对称性，从生产的角度出发，根据课题中给定的生产批量，模具设计前分析凸和凹模的使用寿命和工作强度，选择匹配的模具制造材料，计算工件的拉深系数，方可得到工件所需要的拉深次数。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 IT14 计算，所以通过查常用公差等级表 2-1 可得到未标注尺寸的公差即上下极限偏差，模具设计的制造精度由工件所要求的公差和公差等级来确定，在无明确要求的情况下，模具制造的公差的等级大于工件的 2 到 3 个公差等级。表 2-1 常见零件公差等级表公差等级 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14尺寸 /mm /m /mm336 610 1018 1830 3050 5080 80120 12018034456781012456891113151868991316192225101215182125303540141822273339465463253036435262748710040485870841001201401606075901101301601902202500.100.120.150.180.210.250.300.350.400.140.180.220.270.330.390.460.540.630.250.300.360.430.520.620.740.871.00第 2 章冲压件工艺分析3第 3 章冲压工艺方案确定3.1 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案从尺寸精度、图纸技术要求、工件外观质量、工件材料力学性能及生产批量开始，根据实际的生产和需要，选择合理的设计和冲压方案可提高经济效益、生产效率、模具制造的成本。3.2 冲裁工艺方法的选择冲裁工艺及设计方案的选择决定了后期模具生产的结构和使用性能和使用寿命，冲裁工艺和方案通常分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。（1）单工序冲裁是在压力机（冲床）一次运动周期内只完成一个冲压工序的冲裁。单工序模具适用于结构简单，生产批量小，精度等级较低的生产。单工序模具本身结构简单，设计、制造的周期短；（2）复合冲裁是在压力机（冲床）一次运行周期同时完成两个或者两个以上的工序，复合模具适用于结构简单，生产批量度，精度等级较高的工件；（3）级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序经过有规律的排列放在一副模具中来生产，级进模具适用于结构复杂，生产批量和件数大，精度要求非常高的工件，级进模具容易实现自动送料及生产。课题中所规定和要求的精度等级 IT14 为较低的公差等级，工件的工序比较少且产量很低，所以采用复合模具冲裁则可达到要求。镇江市高等专科学校毕业设计（论文）0第 4 章模具总体结构4.1 定位方式的选择在复合冲裁模具设计时，因冲孔落料工艺同时完成，所以不需要再设计精确地导正定位装置，采用挡料销和导料销在送料时条料紧靠导料销往前送料，由挡料销来确定送料步距。 4.2 出件方式的确定通常情况下，复合拉深模具可分为正装拉深和倒装拉伸，因工件的拉深高度较大，不容易从下模中漏出成品工件，所以拉深模具通常设计成倒装式复合模具，拉深成品工件从上模有打杆推出。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：（1）对角导柱模架，导柱分布在模座的两个对角上，两个导柱与模具的中心成 3 点一线，所以模具运行相当平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。（2）后侧导柱模架，导柱位于凹模的后侧，由于前面和左、右不受任何障碍限制，送料和操作比较方便。但模具运行时会产生偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命。（3）四导柱模架，个导柱分别均布在模座的 4 个角上，所以导向平稳、导向准确可靠、模具刚度和强度较好。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。（4）中间导柱模架，导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确度较高，但只能一个方向送料。结合工件的生产批量，由以上四种方案选择中间导柱模架。镇江市高等专科学校毕业设计（论文）0第 5 章工艺参数计算5.1 坯料尺寸计算根据拉深件尺寸，其零件高度为 h=10，则查表可知切边余量 =2，根据冷冲压模具设计相关手册可知拉深件坯料尺寸计算分为两种方式：（1）公式计算法：式中 D-胚料直径（mm）d-拉深直径（mm）H-拉深高度（mm）r-拉深半径（mm ）（2）体积计算法在的拉深工序中，拉深前后，工件材料厚度不变的情况下称为不变薄的拉深，然而在拉深工序中，坯料在拉伸前后体积不变，所以拉深件的坯料尺寸可按照拉伸前后体积不变的原则拉计算拉深前的坯料尺寸。在不规则的拉深工件中，利用三维软件检测出工件的体积，根据工件的体积计算工件的表面积，从而可计算出拉深件拉深前的坯料尺寸。从工件的结构分析，构建结构属于非圆筒拉深件，利用公式计算法计算拉深工件的坯料尺寸难度很大，为了节约计算时间，提高设计的效率，采用体积计算法计算拉深件坯料尺寸。在工件体积计算时，因工件结构复杂，为了避免计算中产生错误，根据工件尺寸利用计算机三维制图软件计算工件的体积，进一步计算出工件的坯料尺寸。如下图 5-1 所示：图 5-1 工件展平尺寸2 21214.70.56-Ddhdrr凸（）（）第 5 章工艺参数计算15.2 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，决定采用有废料的排样方案。图 5-1 排样示意图5.2.1 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，搭边值应越小越好。但当搭边值取值过小时，排样上的送料载体( 搭边) 不仅容易挤进凹模内，切在送料过程中因载体的强度不够，导致条料变形或者弯曲等情况影响工件的精度和表面质量。一般来说，搭边值镇江市高等专科学校毕业设计（论文）2是由经验和查表来确定的，根据工件的外形轮廓或者尺寸查阅相应的资料选取合理的搭边值，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 0.8mm，a1 最小值取 1mm。表5-1 搭边a和a 1数值（低碳钢）（mm）圆件及 r2t 的圆角矩形件边长 L50mm 矩形件边长 L50mm 或圆角r2t材料厚度a a1 a a1 a a10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t根据模具的送料和导料方式、结构不同，导料方式也可分为有侧压的导料装置和无侧压的导料装置。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1.2mm，无需测压装置。故按公式 5-1 计算：B =（D max+2a1+C） 0 - 0 - （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。B第 5 章工艺参数计算3表 5-2 剪料公差及条料与导料板之间隙（mm）材料厚度 t/mm条料宽度B/mm 01 12 23 3550501001001501502202203000.40.50.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3表 5-3 有侧压装置和无侧压装置对照表（mm）无侧压装置有侧压装置条料宽度 B（mm）材料厚度t（ mm）100 100200 200300 100 10000.50.51122334450.50.50.50.50.50.50.51111111111555555888888所以根据以上理论数据由公式 5-1,模具采用一模 4 件得出条料宽度为：B =（D max+2a1+C）0 - 0 - =（60+21+0.5） -00.5 mm=62.5-00.5 mm5.2.2 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）镇江市高等专科学校毕业设计（论文）4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=2056.6（mm 2）=A/BS100% =2056.6（4062.5）100%82.3%5.2 冲压力的计算冲压力是指完成一个冲压工艺所需要的力，为了节约生产成本，提高生产效率，应当选择合适的压力机，在多工序模具冲压力等于完成各工序的力之和，冲裁力按公式 5-3 计算：F=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）。K-磨损系数。5.2.1 冲裁力的计算冲裁力由以上公式计算得： F1=KtL=1.31165.7360=77.5KN5.2.2 卸料力、推件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；在倒装复合模具中，完成一次冲裁，成品工件卡在凹模内，从凹模内将成品工件从落料凹模内推出所需要的力称为推件力。卸料力、推件力计算公式如下：F 卸= K 卸 F 冲（5-4）第 5 章工艺参数计算5F 推= K 推 F 冲（5-5）式中： F 冲-冲裁力；K 卸、K 推-卸料力系数、推件力系数，见表 5-4；表 5-5 卸料力、推件力和顶件力系数料厚/mm K 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。F 卸= K 卸 F 冲=0.0577.53.9KNF 推= K 推 F 冲=0.05577.54.5KN5.2.3 拉深力的计算一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图 3-3。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。镇江市高等专科学校毕业设计（论文）6oFmax拉深力凸模行程图 3-3 拉深力变化曲线由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于带凸缘锥形件形零件的拉深力近似计算公式为：（5-bKltF拉6）式中： -拉深零件的凸模周边长度（mm）；l-系数，查修正系数表 K 取 1； K-材料的抗拉强度（ MPa）；b-材料厚度。t通过查材料力学性能表可得值为 450MPa，根据公式计算得：bF 拉=1118.51450=53.3KN5.2.3 总冲压力的计算总冲压力即为一副模具中各工序冲压力的总和：F= F 冲+F 卸+F 推+F 拉（5-7）=77.9+4.5+3.9+53.3 =139.6KN5.2.4 初选压力机压力机的总类大致可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、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 2000KW。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压第 5 章工艺参数计算7力机精度高。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，初选压力机型号为 J23-16。5.2.5 压力中心的确定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。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。分析本制件图，外轮廓属于有规则的几何图形，所以模具的压力中心位于工件布局几何中心。镇江市高等专科学校毕业设计（论文）8第 6 章刃口尺寸的计算6.1 冲裁间隙的确定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=0.1mm， Zmax=0.14mm。表 6-1 部分冲裁模初始双边间隙值 08、10、铝09Mn、Q23516Mn 40、50 65Mn材料厚度Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax0.30.50.60.0120.0400.0480.0180.0600.0720.0120.0400.0480.0180.0600.0720.0120.0400.0480.0180.0600.0720.0120.0400.0480.0180.0600.072第 6 章刃口尺寸计算10.70.80.91.01.21.51.752.02.10.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0640.0640.0900.0900.0920.0920.1260.1266.2 刃口尺寸的计算及依据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14IT12IT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1IT6I7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。配合镇江市高等专科学校毕业设计（论文）2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 ZmaxZ min （6-1）所以，新制造的模具应该保证凸凹 Z minZmax，否则，模具的初始间隙已超过了允许的变动范围 ZminZ max，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：（6-0min凸凸xd2）冲孔凹模尺寸：（6-0mininZ3）落料凸模寸：（6-凸inmax凸D4）落料凹模尺寸：（6-0ax5）孔距尺寸：（6-1/8Ld6）其中：， -分别为落料凸、凹模基本尺寸；凸D， -分别为冲孔凸、凹模基本尺寸；-冲孔件孔的最小极限尺寸；mind-落料件最大极限尺寸；ax， -分别为凹模上偏差，可按 IT7，凸模下偏差，可按 IT6；凸-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=0.1mm，最大双边间隙 Zmax=0.14mm，则有Zmax- Zmin=0.04。公差等级表 2-1 获得工件外部尺寸 200-0.52mm，40 0-0.62mm。落料凹模根据公式 6-5 有：凹凹0maxDD 凹 1=（20-0.50.52） 0+0.03=19.740+0.02mmD 凹 2=（40-0.50.62） 0+0.03=39.630+0.02mm第 6 章刃口尺寸计算3落料凸模根据公式 6-4 有：0凸minmax凸ZDD 凸 1=（20-0.50.52-0.04） 0-0.03=19.70-0.03mmD 凸 1=（40-0.50.62-0.04） 0-0.03=35.590-0.03mm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1818303080801201201800.0200.0200.0200.0250.0300.0200.0250.0300.0350.040 180260 260360 3605005000.0300.0350.0400.0500.0450.0500.0600.070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 值镇江市高等专科学校毕业设计（论文）41 0.75 0.5 0.75 0.5第 7 章主要零部件设计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，所以采用刃口为直筒式，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。第 7 章主要零部件设计1图 7-1 凹模7.1.2 凹模精度与材料的确定凹模作为模具中主要的工作零件，其精度要求较高，强度好，零件具备一定的使用寿命和耐磨性，凹模外形精度为 IT12 级，内型腔精度为 IT12 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 （7-2）凹模板边长 L=b1+2c （7-3）凹模板边宽 B=b2+2c （7-镇江市高等专科学校毕业设计（论文）24）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 值材料厚度 t/mm材料料宽 s/mm1 13 3650 0.300.40 0.350.50 0.450.6050100 0.200.30 0.220.35 0.300.45100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30200 0.100.15 0.120.18 0.150.22查表7-1 得：K=0.3根据公式7-1 可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H= Kb1=0.360=18mm根据公式7-2 可计算凹模边壁厚：C=（1.52）H=1.518218=2736mm取凹模边壁厚为36mm。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=60+236=132mm根据公式7-4 可计算凹模宽： B=b2+2c=40+236=102mm 第 7 章主要零部件设计3即：LBH=13210218mm，考虑到模具凹模强度和紧固件的装配，方便准备模具材料，最终将凹模周界尺寸取值为14010015mm。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7-2所示。图7-2 凸模高度尺寸凸模高度为：L=h1+h2+h3 （7-5）式中: h1-工件拉深高度；h2-中垫板高度；h3-凸凹模伸入凹模的高度。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+20+12=52mm镇江市高等专科学校毕业设计（论文）47.2.3 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 5862HRC。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 卸料装置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 7-5 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。因在排样设计时，毛坯排样无中间搭边，冲裁后废料中间自动断开，所以不需要设计卸料装置。7.4 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：

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