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内齿距止动片级进模
设计
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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
1.txt
上垫板.dwg
上模座.dwg
下垫板.dwg
下模座.dwg
全部图纸.dwg
冲裁件.dwg
凸模固定板.dwg
凹模固定板.dwg
卸料垫板.dwg
卸料板.dwg
导料板一.dwg
导料板三.dwg
导料板二.dwg
导料板四.dwg
导料板四2.dwg
工位一凸模.dwg
工位一凹模.dwg
工位三凸模.dwg
工位三凹模.dwg
工位二凸模.dwg
工位二凹模.dwg
工位四凸模.dwg
工位四凹模.dwg
装配图.dwg
设计说明书.doc
内齿距止动片级进模设计
摘 要
从内齿距止动片本身的结构分析，该工件属于圆形冲压件，圆形工件内由四齿弯曲工艺组成，工件具备对称性。因此模具的设计和排样从冲孔、落料、弯曲等工艺分析出发；产品多工艺，结构难度中等，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，该产品的模具设计方案采用了级进模具。在模具设计前主要分析计算产品的展平尺寸，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；棑样设计是级进模具的设计核心，模具的设计制造是否能投入生产、节约制造成本、模具本身结构与产品的棑样设计有着密切的关系；经过多次的排样分析以后，开始进行模具的结构设计，其中需要计算模具本身的相关参数，例如模具的闭合高度、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；冲裁力；弯曲力；冲裁间隙；压力中心
目录
1 绪论 1
1.1冷冲压模具概述 1
1.2冲压模具的发展趋势 1
1.3冲压模具的现状和市场需求 1
2 冲压件工艺分析 3
2.1 工件材料分析 4
2.2 工件结构形状分析 4
2.3 尺寸精度 4
2.4弯曲工艺分析和参数计算 5
2.4.1 弯曲中性层确定 5
2.4.2弯曲件展平尺寸计算 6
2.4.3弯曲卸料后的回弹 6
2.5弯曲力计算 7
2.6 7
2.7校正弯曲的弯曲力计算 7
2.8卸料力的计算 8
3 冲压工艺方案确定 9
3.1 冲裁工艺方案的确定 9
3.2 冲裁工艺方法的选择 9
4 模具总体结构 10
4.1 模具类型的选择 10
4.2 定位方式的选择 10
4.3 送料方式的确定 10
4.4 出件方式的确定 10
4.5 送料方向的确定 10
4.6 导向方式的确定 11
5 工艺参数计算 12
5.1 排样方式的选择 12
5.1.1 搭边值的确定 13
5.1.2 材料利用率的计算 15
5.2 冲压力的计算 15
5.2.1 冲裁力的计算 16
5.2.2 卸料力计算 17
5.2.4 初选压力机 18
5.2.5 压力中心的确定 19
6 刃口尺寸的计算 20
6.1 冲裁间隙的确定 20
6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 22
7 主要零部件设计 26
7.1 凹模设计 26
7.1.1 凹模刃口结构形式的选择 26
7.1.2 凹模精度与材料的确定 27
7.1.3 凹模外形尺寸的确定 27
7.2 凸模的设计 30
7.2.1 凸模结构的确定 30
7.2.2 凸模高度、长度的确定 30
7.2.3 凸模材料的确定 32
7.2.4 凸模精度的确定 32
7.3 卸料装置的设计 32
7.3.1 卸料板的外形设计 32
7.3.2 卸料板材料的选择 32
7.3.3 卸料板的结构设计 33
7.3.4 卸料板整体精度的确定 33
7.3.5 卸料弹簧的设计 33
7.3.6 卸料螺钉的选用 33
7.4 凸模固定板的设计 33
7.5 导向零件的设计 34
7.5.1 垫板的设计 34
7.5.2 导料板的设计 34
7.5.3 浮升销的设计 34
7.6 导正销的设计 35
7.7 模架、模柄的选用 35
7.7.1 上下模座的选用 35
7.7.2 模柄的选用 37
7.8 螺钉的选用 37
8 冲压设备的校核与选定 38
8.1 冲压设备的校核 38
8.2 冲压设备的选用 38
9 压力机的选择 39
10 模具结构简述 40
结 论 41
致 谢 42
附录 44
- 内容简介：
-
毕业设计题目：内齿距止动片级进模设计系 部 专 业 名 称 班 级 姓 名 指 导 教 师 201X 年 XX 月 XX 日 内齿距止动片级进模设计摘 要从内齿距止动片本身的结构分析，该工件属于圆形冲压件，圆形工件内由四齿弯曲工艺组成，工件具备对称性。因此模具的设计和排样从冲孔、落料、弯曲等工艺分析出发；产品多工艺，结构难度中等，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，该产品的模具设计方案采用了级进模具。在模具设计前主要分析计算产品的展平尺寸，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；棑样设计是级进模具的设计核心，模具的设计制造是否能投入生产、节约制造成本、模具本身结构与产品的棑样设计有着密切的关系；经过多次的排样分析以后，开始进行模具的结构设计，其中需要计算模具本身的相关参数，例如模具的闭合高度、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；冲裁力；弯曲力；冲裁间隙；压力中心目录1 绪论 .11.1 冷冲压模具概述 .11.2 冲压模具的发展趋势 .11.3 冲压模具的现状和市场需求 .12 冲压件工艺分析 .32.1 工件材料分析 .42.2 工件结构形状分析 .42.3 尺寸精度 .42.4 弯曲工艺分析和参数计算 .52.4.1 弯曲中性层确定 .52.4.2 弯曲件展平尺寸计算 .62.4.3 弯曲卸料后的回弹 .62.5 弯曲力计算 .72.6.72.7 校正弯曲的弯曲力计算 .72.8 卸料力的计算 .83 冲压工艺方案确定 .93.1 冲裁工艺方案的确定 .93.2 冲裁工艺方法的选择 .94 模具总体结构 .104.1 模具类型的选择 .104.2 定位方式的选择 .104.3 送料方式的确定 .104.4 出件方式的确定 .104.5 送料方向的确定 .104.6 导向方式的确定 .115 工艺参数计算 .125.1 排样方式的选择 .125.1.1 搭边值的确定 .135.1.2 材料利用率的计算 .155.2 冲压力的计算 .155.2.1 冲裁力的计算 .165.2.2 卸料力计算 .175.2.4 初选压力机 .185.2.5 压力中心的确定 .196 刃口尺寸的计算 .206.1 冲裁间隙的确定 .206.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 .227 主要零部件设计 .267.1 凹模设计 .267.1.1 凹模刃口结构形式的选择 .267.1.2 凹模精度与材料的确定 .277.1.3 凹模外形尺寸的确定 .277.2 凸模的设计 .307.2.1 凸模结构的确定 .307.2.2 凸模高度、长度的确定 .307.2.3 凸模材料的确定 .327.2.4 凸模精度的确定 .327.3 卸料装置的设计 .327.3.1 卸料板的外形设计 .327.3.2 卸料板材料的选择 .327.3.3 卸料板的结构设计 .337.3.4 卸料板整体精度的确定 .337.3.5 卸料弹簧的设计 .337.3.6 卸料螺钉的选用 .337.4 凸模固定板的设计 .337.5 导向零件的设计 .347.5.1 垫板的设计 .347.5.2 导料板的设计 .347.5.3 浮升销的设计 .347.6 导正销的设计 .357.7 模架、模柄的选用 .357.7.1 上下模座的选用 .357.7.2 模柄的选用 .377.8 螺钉的选用 .378 冲压设备的校核与选定 .388.1 冲压设备的校核 .388.2 冲压设备的选用 .389 压力机的选择 .3910 模具结构简述 .40结 论 .41致 谢 .42附录 .4401 绪论1.1 冷冲压模具概述在冲压加工中，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。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,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。1.2 冲压模具的发展趋势冲压模具的发展现状：中国冲压模具的发展现状改革开放带我国的经济进入高速发展的时期，模具的市场需求量也进一步的增加，模具行业也一直在快速发展，一些国有专业模具厂也迅速的发展起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式的模具企业现也有几千家。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/Engineer、 Solid Edge、Solid works、Optris 和 MAGMASOFT 等软件，并成功应用于冲压模的设计中。此外，许多研究机构和高等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 等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。1.3 冲压模具的现状和市场需求目前，模具生产企业主要集中于沿海地区的民营企业和北方国家企业，从目前的的制造水平来看，冷冲压模具生产的产品尺寸精度可以精确到0.02mm，模具的最快运行速度可达到 400 次/min，同时常使用的模具制造设备有线切割快走丝、线切割慢1走丝、高精度磨床（工艺磨床） 、电脉冲、电火花穿孔机、车床、铣床、刨床、钻床等加工设备，但因高精度的加工设备昂贵，其模具的制造成本较高，例如线切割慢走丝和工艺磨床，所以许多中小企业使用其他低精度的设备来代替价格昂贵的设备，节约模具制造成本，但模具的制造精度随之变低，生产效率变低，人工生产成本变高，企业的业务逐渐的变少，这也是目前国内中小企业面临的困境，特别是沿海地区。从古代模具的使用至今，模具行业发展突飞猛进，发生了很多变化，随着数控设备的投入生产，模具的生产精度变高，对设计师的经验水平要求也在变高，在许多大企业已经使用了数控压力机和气动自动送料，代替了以前的模内自动送料方式，其优点在于模外自动送料装置具有通用性，送料稳定，送料步距精准且可以调节，其价格也比较便宜，目前在国内只有大企业和少部分的中小企业使用这类似的生产方式，从模具的结构看，现在的模具设计师均以节约模具制造成本的角度出发，为公司节约制造成本许多模具的结构变化很少使用的模具材料性能差，虽然模具的设计与制造成本变低了，但是模具的生产精度依旧无法变高，模具的性能不高，模具使用寿命短，模具的磨损速度快，降低了产品生产效率，且可以采用自动化生产的依然都在使用人工操作，虽然自动化设备的价格比较昂贵，但是生产效率高，减少人工成本，提高模具性能和使用寿命，增加了产品的生产精度，同时也扩大了公司的业务。模具设计前，先进行工件的工艺分析，其中包括冲裁工艺、弯曲成型工艺。冲裁工艺主要是计算冲裁间隙，冲裁间隙决定着工件的表面质量和轮廓尺寸精度，随着数控机床的使用，代替 80 年代的钳工制造模具，且制造精度高，如今线切割是模具制造必不可少的设备，线切割快走丝加工的尺寸公差为0.02mm，线切割慢走丝加工精度为0.005，冲裁工艺的尺寸很容易控制；弯曲工艺是模具设计制造的难点和重点，其难点在于弯曲角度不好控制，弯曲过后的回弹；其次同一尺寸不同材料的工件展平的尺寸不一样，工件展开尺寸决定了弯曲成型后的轮廓尺寸，所以只有理论经验相结合，根据工件材料性能计算弯曲回弹值，计算弯曲凸凹模的极限偏差值，在模具调试时总结弯曲成型凸凹模的尺寸，可以减少模具的调试次数，缩短模具的设计制造周期。22 冲压件工艺分析图 2-1 内齿距止动片简图工件名称：内齿距止动片； 工件简图：如图 2-1；生产批量：大量；材料：Q235；材料厚度：1mm；精度等级：IT12 。工件表面质量：工件表面无毛刺、压痕、拉裂、起皱等不良现象32.1 工件材料分析表 2-1 部分碳素钢抗剪性能材料名称 牌号 材料状态抗剪强度（ Mpa）抗拉强度（ Mpa）屈服点（ Mpa）伸长率（%）普通碳素钢 Q235 未退火 310380 380470 240 2125由上表 2-1 可知：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，适合建筑工程和化工设备等要求较高的零件。2.2 工件结构形状分析（1）冲裁件是外轮廓圆形，内轮廓是由直线圆弧四等分构成齿状，工件结构具备对称性。虽然冲裁件的内、外都没有尖角，若果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。（2）孔的边距冲裁件孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小，否则冲裁件的质量不能保证，会产生孔与孔间材料的扭曲，或使边缘材料变形。级进模冲裁时，因模壁过薄而容易破损，一般情况下，其 a 值不小于 1.5t，以满足最小孔边距的要求。该零件的结构满足冲裁要求。结论：此制件适合冲压生产。2.3 尺寸精度该零件上有 5 个尺寸标注了公差要求，由公差等级表查得：其孔的公差要求都属IT12，所以普通冲裁可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸，属于自由尺寸，按 IT14 经查表 2-2 得：零件内形尺寸： 12.250.2， 100.18，150.2 ；角度尺寸：1350.5；圆角尺寸：R10.1。通过查表 2-2，我们发现普通冲裁能够满足零件精度要求。4表 2-2 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 12018034456781012456891113151868991316192225101215182125303540141822273339465463253036435262748710040485870841001201401606075901101301601902202500.100.120.150.180.210.250.300.350.400.140.180.220.270.330.390.460.540.630.250.300.360.430.520.620.740.871.002.4 弯曲工艺分析和参数计算弯曲时将板材、型材、管材、或棒料等按设计要求完成一定的角度和一定的曲率形成所需形状零件的冲压工序，它属于成型工序，是冲压的基本工序之一在冲压零件生产中应用比较广泛。根据使用的工具和设备不同，弯曲可分为在压力机上利用模具进行弯曲成型以及其他专用设备成型等。2.4.1 弯曲中性层确定 相对弯曲半径为：R/t=1/1=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 0.5，可见制件属于圆角半径较大的弯曲件，应该先求变形区中性层曲率半径 =r+kt （3-1）式中：r-弯曲件内层的弯曲半径t-材料厚度k-中性层系表 7-1 板料弯曲中性层系数5r/t 0.1 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0k1 0.30 0.33 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.41 0.42k2 0.23 0.29 0.31 0.32 0.35 0.37 0.38 0.40 0.41r/t 1.2 1.5 1.8 2 2.5 3 3.75 4 4.5k1 0.43 0.45 0.46 0.46 0.458 0.464 0.470 0.472 0.474k2 0.42 0.44 0.45 0.45 0.460 0.473 0.475 0.476 0.478注：k 1 适用于有顶板 V 形件或 U 件弯曲，k 2 适用于无顶板 V 形件弯曲。查表 3-2，因 R/t=1.67，所以 K 值取 0.422.4.2 弯曲件展平尺寸计算中性层位置确定后，对于形状比较简单的、尺寸精度要求不高的弯曲件，可直接采用公式计算，对于形状比较复杂或者弯曲精度较高的弯曲件，在利用公式计算的基础上还需要反复的试弯，不断修正后才能确定工件的弯曲尺寸。根据弯曲工件的中性层系数可根据公式 3-1 进行弯曲件的展开尺寸的计算。Lz=L 直 1+L 直 2+（r+kt ）/180 （3-1）=2.88+1.5+3.1445（1+10.42）/180=7.72mm式中 -弯曲中心角R-弯曲半径K-中性层位移系数t-弯曲材料厚度图 7-2 工件展平图2.4.3 弯曲卸料后的回弹与所有塑性变形一样，塑性弯曲时，伴随的有弹性变化，变化后工件尺寸形状与要求的尺寸的尺寸，模具尺寸不一致的的这种现象佳作回弹。弯曲回弹的表现形式主要有曲率减小，弯曲中心角较小。所以弯曲模具设计师，必须要考虑工件弯曲后的回弹。62.5 弯曲力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。2.6形弯曲件的经验公式为：Fz=0.7KBt2b/+t （4-1）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=280（Mpa） ；K-安全系数，一般取 1.3。根据公式（4-3）得： Fz =0.7KBt2b/（+t ）=0.71.312.71.22280/（2+1.2）1.456（KN）2.7 校正弯曲的弯曲力计算为了提高弯曲件精度，减小回弹，在弯曲的终了阶段对弯曲件的圆角及直边进行精压，称为校正弯曲。校正弯曲的弯曲力计算公式为：F=Aq （4-4）式中：F-校正弯曲力（N） ；q-单位面积上的校正力（Mpa） ，按表 4-1 得 q 取 30Mpa；A-工件被校正部分的投影面积（mm ） 。 根据公式（4-4）得： F=12.44.230=1.56KN7表 7-2 单位校正力 q 值 （Mpa ）材料厚度 t/mm材 料1 12 25 510铝 1015 1520 2030 3040黄铜 1520 2030 3040 406010、15、20、Q235 2030 3040 4060 608025、30、35 3040 4050 5070 701002.8 卸料力的计算表 7-3 卸料力、推件力和顶件力系数料厚 t/mm K 卸 K 推 K 顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0600.0900.0400.0700.0250.0600.020.0500.0150.0400.10.0650.0500.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0300.0800.0200.0600.030.070.030.09注：对于表中的数据，厚的材料取小值，薄的材料取大值。（4-3）FK卸卸 由表 4-2 查得 K 取 0.05F 卸=0.0728KN 在所有的冲压力计算完成后，计算总冲压力F 总=F 弯+F 校+F 卸=1.465+1.56+0.07=3.095KN根据总的冲压力，初选压力机为：开式双柱可倾压力机 J23-10。83 冲压工艺方案确定3.1 冲裁工艺方案的确定在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。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其三种工序的性能见表 3-1。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。因为该冲裁件的精度要求满足 IT12 级即可，并且要有很高的生产率和安全的操作过程，而级进模只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复杂模低，结合生产实际情况可以知道该工件的冲压生产采用级进模生产。表 3-1 单工序冲裁、级进冲裁和冷冲冲裁性能9比较项目 单工序模 复合冷冲模 级进模生产批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量冲压精度 较低 较高 较高冲压生产率低，压力机一次行程内只能完成一个工序较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序高，压力机在一次行程内能完成多个工序实现操作机械化自动化的可能性较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作容易，尤其适应于单机上实现自动化生产通用性通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产通用性较差，仅适合于大批量生产通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产冲模制造的复杂性和价格结构简单，制造周期短，价格低冲裁较复杂零件时，比级进模低冲裁较简单零件时低于冷冲模4 模具总体结构4.1 模具类型的选择由冲压工艺方案的分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。4.2 定位方式的选择为了保证模具正常工作和冲出合格的冲裁件，必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置。因为该模具采用的是条料，为了确定孔的位置正确，采用导正销进行纵向定位。为了有效的防止条料的偏斜，采用导料板进行横向定位。4.3 送料方式的确定由于零件的生产批量是大量，及模具类型的确定，合理安排生产用自动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。4.4 出件方式的确定采用推件出料，制件在板料的送进过程中由凸模冲裁分离并推出凹模刃口落料。4.5 送料方向的确定因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料方向的凹模长度 L 故采用横向送料方式，即由左向右-送料。104.6 导向方式的确定方案一：采用对角导柱模架。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。方案二：采用后侧导柱模架。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。方案三：四导柱模架。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。方案四：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。图 4-1 导柱模架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，采用四导柱模架，可以实现模外气动自动送料，送料和操作比较方便，并能满足工件成型的要求，即方案四最佳。115 工艺参数计算5.1 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。因此有下列三种方案：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。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，故应采用方案二。分析零件形状，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，为了保证各工位凹模的强度不受影响，在每个步距间留一个空工位。12图 5-1 排样示意图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 1mm，a1 最小值取 0.8mm。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 2.5133.0-3.5 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 4.0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 1mm，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 1001400.50.51122334450.50.50.50.50.50.50.51111111111555555888888所以根据以上理论数据由公式 5-1 得出条料宽度为：B =（D max+2a1+C） =20+1.6+0.5=22.1-00.60 - 0 - 因考虑到工件结构内没有圆形轮廓，需要在条料上增加定位孔，工件材料厚度为1mm，为了增强导正销的强度，将定位孔尺寸设计为 3mm，所以将料带的最终尺寸定为 25mm。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=176.91（mm 2）=A/BS100% =176.91（2523）100%30.76%5.2 冲压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：Fp=KptL （ 5-3） 15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Kp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Kp ，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Kp=1.3的近似计算法计算。由于Q235钢的力学性能查表2-1可得：抗剪强度 取350MPa。 的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册中查找，本设计 取值的通过查下表确定，材料厚度 t=2mm，取 =350MPa。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（mm）落料周长为：L1=203.14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 310380 380470 2125 240铝L2、L3 、L5已退火 80 75110 25 508016=62.8（ mm）冲孔周长为：L2=233.14+61.26=80.1（mm）落料冲裁力由公式 5-3 得： F1=KptL1=1.3162.8350=28.6KN冲孔冲裁力由公式 5-3 得：F2=KptL2=1.3180.1350=36.5KN所以可求总冲裁力由公式 5-4 得：F 冲 =F1+F2=28.6+36.5=65.1KN5.2.2 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；凹模型口直壁高度 h=4mm，所需卸料力 F 卸 为：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/mm K 卸 K 推 K 顶17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 0.04；由公式 5-5 得： 卸料力 F 卸 = K 卸 F 冲=0.0565.13.26（KN）5.2.3 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）=60.1+3.26=64.36（KN ）5.2.4 初选压力机压力机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 J23-16 型压力机。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 63018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时多个冲压力合力的作用点位置。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。（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。该件的压力中心计算如下：X0（F 1X1+F2X2+FnXn）（F 1+F2+Fn） Y0（F 1Y1+F2Y2+FnYn）（F 1+F2+Fn） 式中： X0-压力中心的横坐标； Y0-压力中心的纵坐标；F-冲裁力力；X-各线段重心的横坐标；Y-各线段重心的纵坐标。19X0=69.5Y0=0分析本制件图，该图关于 X 轴和 Y 轴对称，外轮廓为中心对称。压力中心的 X 轴和 Y 轴为(69.5，0) 。由图 5-3 分析压力中心：图 5-3 分析压力中心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20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，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 2108、10、35、
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