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模具设计
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上垫板.dwg
上模座.dwg
下垫板.dwg
下模座.dwg
全部图纸.dwg
冲孔凹模1.dwg
冲孔凹模2.dwg
凸凹模.dwg
凸模固定板.dwg
凹模固定板.dwg
卸料板.dwg
模具介绍.doc
落料凹模.dwg
装配图.dwg
顶件块.dwg
齿轮螺栓垫片复合模具设计.doc
齿轮螺栓复合模具设计
摘要
齿轮螺栓垫片，工件由冲裁工艺构成，工件内外轮廓均属于圆形且同心，在工件上还有六个小圆以工件圆心平等分角60°分布在工件上，工件具备轴对称和中心对称。因此模具的设计和排样从冲孔、落料、等工艺分析出发，工件工艺少，但工件尺寸较多，需要考虑各孔位冲裁时对其他孔的影响情况，查阅相关设计手册，工件是否符合冲裁加工。从实际生产的角度出发，为了节约模具设计、用材、制造成本，提高工件生产效率和尺寸精度，综合分析该工件的模具设计方案采用了复合模具冲裁。在模具设计前主要分析个尺寸轮廓工艺的受力情况，查找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，确定排样方案和条料的宽度，选取模架结构，计算模具的冲裁间隙、压力中心、模具闭合高度和冲压力的综合，再一步的选取相对应的冲压设备。
关键词：复合模，冲裁力，弯曲力，冲裁间隙，压力中心
目 录
1 绪论 1
1.1冷冲压模具的概念 1
1.2冲压模具的分类 1
1.3冲压模具材料的使用 1
1.3.1冷冲压用材种类 1
1.3.2冷冲压用材的一般要求 1
2 冲压件工艺分析 2
2.1工件结构工艺分析 2
2.2 工件材料分析 2
2.3 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
4.1 定位方式的选择 5
4.2 送料方式的确定 5
4.4 出件方式的确定 5
4.5导向方式的确定 5
5 工艺参数计算 7
5.1 冲裁棑样设计 7
5.1.1材料的合理利用 7
5.1.2 搭边值的确定 8
5.1.3条料宽度和导料板间隙的计算 8
5.1.4 材料利用率的计算 10
5.2 冲压力的计算 10
5.2.1 冲裁力的计算 11
5.2.2 卸料力、推件力、顶件力的计算 11
5.2.3总冲压力的计算 12
5.2.4 初选冲压设备 12
5.2.5 压力中心的确定 13
6 刃口尺寸的计算 15
6.1 冲裁间隙的重要性 15
6.2 刃口尺寸的计算原则 16
7 主要零部件设计 21
7.1 凹模设计 21
7.1.1 凹模刃口结构形式的选择 21
7.1.2 凹模外形尺寸的确定 21
7.2 凸模的设计 24
7.2.1 凸模结构的确定 24
7.2.2 凸模高度、长度的确定 24
7.2.3 凸模材料的确定 25
7.3 卸料装置的设计 25
7.3.1 卸料板的外形设计 25
7.3.2 卸料板材料的选择 26
7.3.3 卸料板的结构设计 26
7.3.4 卸料板整体精度的确定 26
7.3.5 卸料原件的设计 27
7.3.6 卸料螺钉的选用 27
7.4 凸模固定板的设计 27
7.5.垫板的设计 28
7.7 模架、模柄的选用 28
7.7.1 上下模座的选用 28
7.7.2 模柄的选用 29
7.8 螺钉的选用 30
8 冲压设备的校核与选定 31
8.1 冲压设备的校核 31
8.2 冲压设备的选用 31
8.3压力机的选择 31
9 模具结构简述 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
附录 36
- 内容简介：
-
模具介绍模具结构介绍：模具设计采用了倒装复合模具，模具分别由上模和下模两大部分组成，采用了滑动导向装置保证模具的导向运行。模具分别由上、下模座，上、下垫板，凸、凹固定板，卸料板，落料凹模，卸料装置，紧固零件构成。倒装式复合模通常采用刚性推件装置把卡在凹模中的冲件推下，刚性推件装置由打杆、推板、连接推杆、推件块组成。冲孔废料直接由冲孔凸模凹凸模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便，但如果直接采用直刃壁凹模洞口，凹凸模内有积存废料，胀力较大，当凹凸模壁厚较小时，可能导致凹凸模破裂。板料的定位靠倒料销和弹簧弹顶的活动挡料销来完成。非工作形成时，挡料销由弹簧弹顶起，可供定位；工作时，挡料销被压下，上端面与板料平。由于采用弹簧弹顶挡料装置，所以在凹模上不必站相应的让位孔。但这种挡料装置的工作可靠性较差。采用刚性推件的倒装式复合模，板料不是处在被压紧的状态下冲裁，因而平直度不高。这种结构适用于冲裁较硬的或厚度大于 0.3mm 的料板。如果在上模内设置弹性元件，即采用弹性推件装置，这就可以用于冲制材质较软或板料厚度小于 0.3mm，且平直度要求较高的裁件。从正装式和倒装式复合模具的结构分析中可以看出，两者各有优缺点。正装式较适用于冲制材质较软的或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，御件可靠，便于操作，并为机械化出件提供有利条件，故应用十分广泛。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求级进模低，冲模的轮廓尺寸小。但复合模机构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁。其他要求：凸模：（Cr12MoV）1. 凸模的设计要求：凸模设计要考虑工件上对应的孔及轮廓尺寸大小，设计要保证凸模具有一定的强度，和硬度，确定凸模刃口的制造精度和公差等级。2. 凸模制造工艺：按照凸模尺寸备料，留加工余量车床加工热处理淬火精密磨床加工凹模：（Cr12MoV）1. 设计要求，凹模设计要计算凹模高度，边壁厚度及长宽尺寸，选择凹模结构类型（台阶式落料口） 。2. 制造工艺：按照尺寸备料，留加工余量。粗磨热处理淬火精磨线切割加工清理杂质固定板：（Cr12）1 设计要求：确定零件高度，保证强度和硬度，选取 Cr12 材料， ，根据凹模尺寸确定凸凹模固定板的尺寸。2 制造工艺：备料，留加工余量铣床或刨床加工保证四周垂直度粗磨模板上下平面钳工钻孔攻丝热处理淬火精磨保证向下平面平行度线切割加工精度要求高的孔或者复杂不规律的异型孔清理杂质垫板1 设计要求：选择适当的厚度尺寸，保证垫板自身的强度，保护模座不受损，选取 Cr12 材料2：制造工艺：备料，留加工余量铣床或刨床加工保证四周垂直度粗磨模板上下平面钳工钻孔攻丝热处理淬火精磨保证向下平面平行度线切割加工精度要求高的孔或者复杂不规律的异型孔清理杂质模座：1 设计要求：根据模具模板零件尺寸选取相应的模架尺寸，采用自制模座，材料 45 钢，硬度低，韧性好，具有缓冲和疏散其他工作零件产生的压力。 （标准模架采用的材料铸铁，但铸铁硬度高，易碎，长期生产容易降低模具性能）2 制造工艺：备料，留加工余量铣床或刨床加工保证四周垂直度粗磨模板上下平面钳工钻孔攻丝热处理淬火精磨保证向下平面平行度线切割加工精度要求高的孔或者复杂不规律的异型孔清理杂质X 院毕业设计题目：齿轮螺栓垫片复合模具设计系 部 专 业 名 称 班 级 姓 名 指 导 教 师 201X 年 XX 月 XX 日 齿轮螺栓复合模具设计摘要齿轮螺栓垫片，工件由冲裁工艺构成，工件内外轮廓均属于圆形且同心，在工件上还有六个小圆以工件圆心平等分角 60分布在工件上，工件具备轴对称和中心对称。因此模具的设计和排样从冲孔、落料、等工艺分析出发，工件工艺少，但工件尺寸较多，需要考虑各孔位冲裁时对其他孔的影响情况，查阅相关设计手册，工件是否符合冲裁加工。从实际生产的角度出发，为了节约模具设计、用材、制造成本，提高工件生产效率和尺寸精度，综合分析该工件的模具设计方案采用了复合模具冲裁。在模具设计前主要分析个尺寸轮廓工艺的受力情况，查找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，确定排样方案和条料的宽度，选取模架结构，计算模具的冲裁间隙、压力中心、模具闭合高度和冲压力的综合，再一步的选取相对应的冲压设备。关键词：复合模，冲裁力，弯曲力，冲裁间隙，压力中心目 录1 绪论 .11.1 冷冲压模具的概念 .11.2 冲压模具的分类 .11.3 冲压模具材料的使用 .11.3.1 冷冲压用材种类 .11.3.2 冷冲压用材的一般要求 .12 冲压件工艺分析 .22.1 工件结构工艺分析 .22.2 工件材料分析 .22.3 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 .54.1 定位方式的选择 .54.2 送料方式的确定 .54.4 出件方式的确定 .54.5 导向方式的确定 .55 工艺参数计算 .75.1 冲裁棑样设计 .75.1.1 材料的合理利用 .75.1.2 搭边值的确定 .85.1.3 条料宽度和导料板间隙的计算 .85.1.4 材料利用率的计算 .105.2 冲压力的计算 .105.2.1 冲裁力的计算 .115.2.2 卸料力、推件力、顶件力的计算 .115.2.3 总冲压力的计算 .125.2.4 初选冲压 设备 .125.2.5 压力中心的确定 .136 刃口尺寸的计算 .156.1 冲裁间隙的重要性 .156.2 刃口尺寸的计算原则 .167 主要零部件设计 .217.1 凹模设计 .217.1.1 凹模刃口结构形式的选择 .217.1.2 凹模外形尺寸的确定 .217.2 凸模的设计 .247.2.1 凸模结构的确定 .247.2.2 凸模高度、长度的确定 .247.2.3 凸模材料的确定 .257.3 卸料装置的设计 .257.3.1 卸料板的外形设计 .257.3.2 卸料板材料的选择 .267.3.3 卸料板的结构设计 .267.3.4 卸料板整体精度的确定 .267.3.5 卸料原件的设计 .277.3.6 卸料螺钉的选用 .277.4 凸模固定板的设计 .277.5.垫板的设计 .287.7 模架、模柄的选用 .287.7.1 上下模座的选用 .287.7.2 模柄的选用 .297.8 螺钉的选用 .308 冲压设备的校核与选定 .318.1 冲压设备的校核 .318.2 冲压设备的选用 .318.3 压力机的选择 .319 模具结构简述 .32结 论 .33致 谢 .34参考文献 .35附录 .3601 绪论1.1 冷冲压模具的概念在室温下，通过力的作用将材料发生变形或分离从而得到一定形状和尺寸的一种特殊的设备称为冷冲压模具，多为安装在压力机上的工作，冲压模具是一种特殊的工艺装备,所生产的冲压件具有“一模一样” 的关系,且没有通用性，是冲压生产必不可少的工艺装备。冷冲压模具生产的制件所表现出来的高精度、高复制程度、高一致性、高生产率低消耗，所生产加工的工件不再需要进一步加工，可以直接与其他的零部件装配，且同一副模具生产的工件具有互换性。因模具的设计、制造、用材等费用比较昂贵，所以模具设计制造通常是在工件大批量生产的前提条件下来确定的，从而获得更高的生产效益和经济利润。由于冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中获得了广泛的应用，无论是生活、工作、工业设备冷冲压模具都具有一定的利用价值和经济地位。1.2 冲压模具的分类冷冲压模具的种类很多，但根据不同的性质有着不同的种类。根据工艺性质分为：落料、冲孔、切断、切边、切口、整修、弯曲、缩口凸肚、拉深、挤压、镦压等模具；根据工艺组合程度分为单工序模、复合模、级进模；根据模架结构形式分为无导向装置模、有导板导向模、有导柱导向模；根据送料方式分为手工送料模、带有自动送料装置模；根据模具制造的难易程度分为简易模、普通模、高精度模；根据生产适应性分为通用模、专用模；按生产管理分为大型模、中型模、小型模。1.3 冲压模具材料的使用1.3.1 冷冲压用材种类非金属类包括各种铁、钢、铜、铝及其合金以及金、银等贵重金属；非金属材料类包括塑料、橡胶、纸布、皮革、夹布胶板、云母片等；皮料的类型包括板料、片材、棒料、管料、型材以及铸锻坯件。1.3.2 冷冲压用材的一般要求具有良好的剪切性能，且板料平整光洁、无秀蚀、划伤、裂纹等缺陷，厚度要均匀；棒料、管料、型材平直，截面尺寸稳定，一致性好，表面光洁无机械性损伤，内部组织无物理和化学缺陷，硬度复合规定要求，面积、长度要均匀一致，用于冲裁成型的材料应有一定的强度，用于非冲裁成型的材料必须具有良好的塑性。12 冲压件工艺分析2.1 工件结构工艺分析工件名称：齿轮螺栓垫片； 工件简图：如图 2-1；生产批量：大量；材料：Q235；材料厚度：2mm；精度等级：IT12 ；图 2-1 齿轮螺栓垫片简图2.2 工件材料分析材料名称：普通碳素钢；材料牌号：Q235；材料状态：已退火；抗剪强度：310-380Mpa ；2抗拉强度：440-470Mpa ；屈服点：240Mpa；伸长率：21-35%Q235 钢是普通碳素钢，硬度不高易冲压加工成形，热处理后具有较高的强度、硬度，又具有较好的冲裁成形性性能，适合要求较高的零件2.3 工件结构形状分析（1）冲裁件为冲孔落料件，材料厚度为 2mm，轮廓均圆形且无尖角，工件结构具备对称性，若工件长期大批量生产，模具设计前应该分析凹模刃口的使用寿命和耐疲劳和耐磨损程度，选取相应的凸凹模材料。（2）工件上的最小孔直径为 6mm，孔心距为 24mm，孔边距为 3mm，这些数值均大于材料厚度的 1.5 倍，所以该零件的结构满足冲裁要求。2.3 尺寸精度该工件上尺寸均未标注公差，但技术要求注明未标注的尺寸公差按照 IT14 计算，所以通过查表 2-1 常用公差等级表的 60.3mm，200.5mm，300.7mm，模具设计的相关尺寸按照工件的公差等级来确定，通常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 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14基本尺寸/mm/m /mm336 610 1018 1830 3050 5080 80120 12018034456781012456891113151868991316192225101215182125303540141822273339465463253036435262748710040485870841001201401606075901101301601902202500.100.120.150.180.210.250.300.350.400.140.180.220.270.330.390.460.540.630.250.300.360.430.520.620.740.871.0033 冲压工艺方案确定3.1 冲裁工艺方案的确定冲裁件工艺是指冲裁件冲裁件对冲裁工艺的适应性，模具设计前应该先结合工件的尺寸公差、结构工艺，材料等分析计算确定工艺方案再进行模具设计与制造，所以模具的设计要建立在工件的工艺的基础上来确定方案。（1）根据生产批量来确定，一般来说和试剂生产采用单工序模具，中、大批量生产采用复合模具或级进模具。（2）根据冲裁件的尺寸精度等级来确定，复合模具冲裁裁件尺寸精度等级较高，避免了多次单工序的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件比较平整。（3）根据工件的结构的复杂程度，生产批量，模具的性能，级进模具可以将复杂多工艺的工件在一副模具上分步完成，避免了多单工序定位和模具设计的周转，且模具运行速度快、生产效率高，但模具结构比较复杂设计和制造周期长。3.2 冲裁工艺方法的选择冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模；复合冲裁是在压力机一次行程内，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，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。齿轮螺栓垫片的工艺方案可分为：方案一：先冲孔，后落料，采用单工序模具。方案二：复合冲孔落料，复合模具生产。方案三：分步冲孔，依次落料，采用级进模生产。根据工件结构复杂程度和工件的尺寸精度，选取方案二，采用复合冲裁模具。44 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，为了方便生产中送料和精准的确定步距，在模具送料方向上设计挡料销，两侧根据材料宽度设计两个导料销，在实际生产加工时，只需要将条料靠注挡料销和导料销，方可精确地定位。4.2 送料方式的确定复合冲裁模具因结构简单，操作简便，为了节约模具制造和设备的使用成本，使用手工送料。4.4 出件方式的确定复合模具大致可分为倒装复合模具和正装复合模具，倒装复合模具是将落料凹模设计在上模部分，正装复合模具是将落料凹模设计在模具的下模部分，但由于工件所需要冲孔较多，为了方便冲孔废料方便从下模落出，模具将设计成倒装复合模具，当模具完成一次冲裁周期的时候，冲孔废料由下模落出，成品件在上模推件块推力的作用下将工件从上模的落料凹模中推出。4.5 导向方式的确定一般情况下，模具的导向方式由模架的结构来确定，模架的结构可分为对角导柱模架、后侧导柱模架、四导柱模架、中间导柱模架。对角导柱模架的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，但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。中间导柱模架的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。5图 4-1 导柱模架根据工件的结构来分析，工件上需要冲裁很多孔，且工件的外轮廓尺寸较大，工件最大横向尺寸与最大纵向尺寸一致，工件批量生产，为了进一步提高模具的使用寿命，所以决定采用四导柱模架。65 工艺参数计算5.1 冲裁棑样设计冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施。5.1.1 材料的合理利用根据材料的合理利用情况，条料的排样可分为有废料排样、少废料派样、无废料拍洋。有废料排样是沿冲件外形冲裁，冲裁件与冲孔件之间、冲裁件与调料之间都存在搭边废料，冲裁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；少废料排样沿冲裁件部分外形切断或者冲裁，只在冲裁件与冲裁件之间或者条料与冲裁件之间留有搭边。但因受剪切条料和定位误差的影响，冲裁件质量差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单；无废料排样是冲裁件与冲裁件之间或者条料与冲裁件之间均无搭边，沿直线或者曲线切断条料而获得的冲裁件，冲裁件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高；排样废料可分为冲裁废料和工艺废料，冲裁废料是在棑样设计过程中因排样生产过程中产生的废料，工艺废料是工件本身加工成型时需要舍去的材料，工艺废料是不可避免的，也是工件轮廓加工成型中必须产生的。结合工件的结构工艺分，采用有废料的排样方案，应采用单直排的排样方式，零件排样方式如图 5-1 所示，因综合考虑排样工位上冲尺寸较大，为了保证工件上其他工艺的稳定性，排样搭边值尽量取大一些。图 5-2 排样示意图75.1.2 搭边值的确定排样时冲裁件之间及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫做搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格的工件；二是增加条料的宽度，方便条料的给进提高工件的生产效率，同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺拉入模具间隙，从而提高模具寿命。搭边值对与冲裁过程中及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理的确定搭边值。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 3mm，a1 最小值取 2.5mm。表5-1 搭边a和a 1数值（低碳钢） （mm）圆件或圆角 r2t 的工件 矩形件边长 L50mm材料厚度t/mm 工件间 a1 沿边 a 工件间 a1 沿边 a0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.50.25-0.5 1.2 1.5 1.8 2.00.5-0.8 1.0 1.2 1.5 1.80.8-1.2 0.8 1.0 1.2 1.51.2-1.6 1.0 1.2 1.5 1.81.6-2.0 1.2 1.5 1.8 2.52.0-2.5 1.5 1.8 2.0 2.22.5-3.0 1.8 2.2 2.2 2.53.0-3.5 2.2 2.5 2.5 2.83.5-4.0 2.5 2.8 2.5 3.24.0-5.0 3.0 3.5 3.5 4.05.1.3 条料宽度和导料板间隙的计算在排样方案和搭边值的确定以后，就可以确定条料的宽度，进而确定导料板的间的距离。根据模具的结构不同，导料板的结构也不同，导料板可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具导料板，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8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 =（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。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 10000.50.511223340.50.50.50.50.50.50.5111111115555588888945 1 1 5 8所以根据以上理论数据由公式 5-1 得出条料宽度为：B =（D max+2a1+C） =60+2.5+2.5=65-00.6 mm0 - 0 - 5.1.4 材料利用率的计算排样材料利用率是一个工位步距内，工件的实际面积比上一个步距的面积，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=176.91（mm 2）=A/BS100% =（303.14-633.14-10 3.14）（6365）100%57.2%5.2 冲压力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料是假的压力，冲裁力是随着凸模进入材料的深度而变化的。计算冲裁力是为了选择合适的压力机，冲裁力是指冲裁力的最大值，设计模具和检验模具的强度，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。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 F 一般可以按公式 5-3 计算：F=KtL （5-3） 式中: -材料抗剪强度，见表 5-3（MPa） ；L-冲裁周边总长（ mm） ；t-材料厚度（mm） 。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值得波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学10性能和厚度波动的因素的影响而给出的修正系数，一般K 值取1.3。根据工件材料的力学性能查表2-1可得抗剪强度 取380MPa 。表 5-4 部分材料抗剪强度 （/MPa）5.2.1 冲裁力的计算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。冲裁周边的总长：L1=603.14+663.14+203.14=294.24所以可求总冲裁力由公式 5-3 和 5-4 得：F 冲 =F1+F2=1.32294.24380=290.709KN5.2.2 卸料力、推件力、顶件力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦存在，将冲入凹模内的工件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，而冲裁剩下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：材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度 抗拉强度 伸长率 屈服强度普通碳素钢 Q235 未退火 310-380 440-470 21-25 240铝L2、L3 、L5已退火 80 75110 25 508011F 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/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。K 卸 卸料力系数通过查表 5-4 确定，卸料力系数取 K 卸 0.05；由公式 5-5 得： 卸料力 F 卸 = K 卸 F 冲=0.0529.70914.54KN5.2.3 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 （5-6）=290.709+14.5305.3KN5.2.4 初选冲压设备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12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。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，查下表 5-6 初选压力机为 J23-35 型号的压力机。表 5-6 开式压力机规格及参数型号 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 J23-63公称压力/KN 160 250 350 400 630滑块行程/mm 55 65 100 100 130最大闭合高度/mm 220 270 290 330 360闭合高度调节/mm 45 55 60 65 80滑块中心线至床身距离/mm160 200 200 250 265前后 180 220 220 260 280滑块底面尺寸/mm 左右 200 250 250 300 480工作台板厚度/mm 40 50 290 65 80直径 40 40 40 50 50模柄孔尺寸 /mm 深度 60 60 60 70 805.2.5 压力中心的确定模具压力中心是指冲压力合力的作用点，为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，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摩擦，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。13（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。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轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置（X 0，Y 0） ，即为所求模具的压力中心。结合齿轮螺栓尺寸形状，工件属于规则的对称几何体，所以模具的压力中心即在工件的几何中心。图 5-3 工件几何形状图146 刃口尺寸的计算6.1 冲裁间隙的重要性冲裁间隙对冲裁件的质量、冲裁力和模具寿命均有很大的影响，冲裁工艺与冲裁模具设计中的一个非常重要的工艺参数。冲裁间隙对工件的表面质量有很大的影响，当冲裁间隙过大时会导致冲裁件断裂带产生毛刺；冲裁间隙和冲裁理由这很大的影响，当冲裁间隙增大时冲裁力有一定程度的降低，当单面冲裁间隙介于材料厚度的 5%到20%范围内时冲裁力降低不超过 15%至 25%是，因此在正常的情况下冲裁间隙对冲裁力影响不大；模具寿命分为刃口磨损寿命和模具总寿命，刃口磨损寿命是用两次刃口磨损之间合格件数的表示。所以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。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15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，Z min=0.1mm Zmax=0.14mm。图 6-1 冲裁间隙表 6-1 部分冲裁模初始双边间隙值 08、10、35、09Mn、Q23516Mn 40、50 65Mn材料厚度Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax小于 0.5 极小间隙( 或无间隙)0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126162.1 0.260 0.380 0.280 0.400 0.280 0.4006.2 刃口尺寸的计算原则由于凸凹模之间存在间隙，所以冲裁件的断裂带都带有锥度而冲裁检尺寸的测量和使用中都是以光亮带为基准，所以在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则：（1）根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，故冲孔以凹模为基准件，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。（2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲孔件孔径减小，故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。（3）凸模和凹模之间应保证有合理的间隙。（4）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙：分别加工法。分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间隙要求。凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。这种加工方法必须把模具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方法主要用于冲裁形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。单配加工法。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。先加工基准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。通常落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模
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