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全部图纸.dwg
冲孔凸模.dwg
凸模.dwg
凸模2.dwg
凸模固定板.dwg
凸模固定板2.dwg
凸模固定板3.dwg
凹模.dwg
参考资料.doc
可行性论证报告3.docx
垫板.dwg
工件图.dwg
落料凸模.dwg
落料凸模2.dwg
装配图.dwg
设计说明书.doc
目录
1设计课题要达到的设计目的 1
2调研结论 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 冲压工艺方案设计 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
3.3 工艺性分析 5
4 模具总体结构 6
4.1 定位方式的选择 6
4.2 送料方式的确定 6
4.3模架结构和导向装置的选择 6
5 工艺参数计算 7
5.1 排样方式的选择 7
5.1.2搭边值的确定： 8
5.1.2送料步距与条料宽度： 8
5.1.3材料利用率的计算 9
5.2 冲压力的计算 10
5.2.1 冲裁力的计算 10
5.2.2 卸料力计算 11
5.2.3 总冲压力的计算 12
5.2.4 初选压力机 12
5.2.5 压力中心的确定 12
6 刃口尺寸的计算 14
6.1 冲裁间隙的确定 14
6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 15
7 主要零部件设计 19
7.1 凹模设计 19
7.1.1 凹模刃口结构形式的选择 19
7.1.2 凹模精度与材料的确定 19
7.1.3 凹模外形尺寸的确定 20
7.2 凸模的设计 21
7.2.1 凸模结构的确定 21
7.2.2 凸模高度、长度的确定 21
7.2.3 凸模材料的确定 22
7.2.4 凸模精度的确定 22
7.3 卸料装置的设计 22
7.3.1 卸料板的外形设计 22
7.3.2 卸料板材料的选择 23
7.3.3 卸料板的结构设计 23
7.3.4 卸料板整体精度的确定 23
7.3.5 弹性元件的设计 23
7.4 凸模固定板的设计 23
7.5 导向零件及模架的选用的设计 24
7.6 模柄的选用 25
8 冲压设备的校核与选定 26
8.1 冲压设备的校核 26
8.2压力机型号规格 26
9结 论 27
参考文献 28
致 谢 29
1设计课题要达到的设计目的
本课题所用零件来自企业实际生产的工件，主要研究的是级进模的设计，熟练掌握级进模具的结构和运动原理。级进模具是在冲压过程中条料始终向一个方向运动，在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。级进模冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。
通过E字硅钢片冲压模具设计的冲压模具设计，能熟练使用PROE、CAD等绘图软件，并且可以进行模具各个部件的设计及强度校核，同时掌握基本的冲压模具设计的知识，了解模具设计的整个过程，在结构设计、工艺分析、模具数字化设计等方面得到综合训练。硅钢片的应用广泛、结构较简单且典型。并且随着冲压制品在机械、电子、交通、建筑、国防、农业等各行业广泛应用，对冲压模具的需求日益增加，冲压模具在经济中的重要性日益突出，因此，研究冲压模具对了解冲压产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
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。
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1毕 业 设 计 (论 文)冲孔落料级进模设计The punch holes fall the material levelto enter the mold design系 名： 机械系 专业班级： XXXXXXXXXXXX 学生姓名： XXX 学 号： XXXXXXXX 指导教师姓名： XXX 指导教师职称： 导师 201X 年 1 月目录2前言 第一章 工艺性分析 41.1 确定冲裁件的工艺方法51.2 选择模具的结构形式61.3 进行必要的工艺计算6(1).排样的设计与计算6(2).计算压力中心7(3).压力中心的计算8(4).计算凹凸模工作部分尺寸 10（5).弹性元件弹簧的选用与计算 12第二章 选择与确定模具的重要零部件的结构尺寸 132.1 凹模132.2 凸模142.3 垫板152.4 模架162.5 导柱与导套 162.6 验算与选用压力机16结论 17致谢 18参考文献 20冲孔落料级进模设计3专业班级：XX 学生姓名：XX指导老师：XX 职称：导师摘要：该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，属普通冲压件对精度要求不是太高因此根据设计要求只采用一边留搭边，既节省材料简化设计又满足设计要求。关键词：切口、弯曲、冲孔、切断The punch holes fall the material level to enter the mold designAbstract：The copy simple shape, size small, modest thickness are ordinary ram pieces, precision required is not too high and therefore only used in accordance with design requirements while remaining tied at both simplified design and material savings to meet design requirements.Key words： incision 、 bending 、 accessible、 cut引 言国民经济的高速发展对模具工业提出了4愈来愈高的要求，促使模具技术迅速发展，作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备，模具已发展成为一门产业。20 世纪 80 年代以来，中国模具工业的发展十分迅速。近 20 年来，产值以每年 15左右的迅速增长。2000 年我国模具工业总产值已经达到 280亿元人民币。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50。在冷冲模方面，代表着当代模具技术水平的汽车覆盖件模具，我国东风汽车公司模具厂、第一汽车厂模具中心等都能铸造。他们在 CAD/CAE/CAM 的运用、加工工艺手段、冲压件质量以及模具性能方面，均已经达到或者接近国际水平。多工位连续模和多功能模具是我国重点发展的精密、高效模具品种。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达 30 余家。华中科技大学模具技术国家重点实验室、上海交通大学模具 CAD 国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心等，在模具 CAD/CAE/CAM 技术、冷冲模和精冲模 CAD 软件、模具的电加工和数控加工技术、快速成形和快速快速制模技术、新型模具材料等方面都取得了显著的进步和多项的成果。国内相当多的模具企业普及了计算机绘图，应用各种 CAD 软件进行模具设计。为了适应模具工业的大发展，目前国内许多大学开设了塑性成形、模具等课程。但是我们还是应该意识到我们国家在模具方面存在的不足，中国与国际水平仍然有较大的差距，我们是新一代的大学生更应该意识到这一点。为此我们应该学好书本上的知识理论联系实际一切从实际出发让我们国家的模具发展更上一层楼。 第一章 工艺性分析5材料：D21 硅钢板 料厚：0.5 1430425.0192.501.01034.016.0593 0.-13 0.-16.503+.10 7+ 3-2.50+82 2-3.+0.8245R5.0typ2R0.8typ6工艺性分析：该材料是低碳硅合金材料，用途是电器铁芯放电片材料。该制件形状简单其工序内容只有落料和冲孔，尺寸较小厚度适中。一般批量，属于普通冲压件但是有几点应该注意：由于尺寸较小，制件上要冲的小孔相对而言要多一些因此孔的位置要准确应该选择正确的定位方法。制件较小从安全考虑要采取适当的取件方式。有一定的批量应该重视模具材料和模 具结构的选择，保证一定的模具寿命。61.1 确定冲裁件的工艺方案：根据制件工艺性分析，其基本工序只有落料和冲孔两种，由于制件尺寸较小孔的数量较多因此为了使冲孔的位置准确应冲两个工艺孔。按照先后顺序组合可以有如下几种方案：A.落料-冲两个工艺孔及五个小孔-冲四个缺口B.冲五个小孔-冲四个缺口及两个工艺孔-落料C.冲四个缺口及两个工艺孔-冲五个小孔-落料为了提高模具的使用寿命，将外形上容易磨损的四个缺口与整个形分开来，先行冲出所以 C 是最佳的选择。1.2 选择模具的结构形式因为这个制件的材料较薄尺寸比较小，为保证制件平整，这副模具用自动送料装置，毛坯为卷料。因此模具上不用设初定位用的始用挡料销与粗定位作用的挡料销，由自动送料机构保证而精定位是用导正销保证送料步距的。为方便操作和取件选用双柱可倾压力机,横向送料.1.3 进行必要的工艺计算(1).排样设计与计算A.排样排样图如右图所示为了节约材料采用有废料排样方法中的直排， ，这种排冲裁件的质量较号，模具的使用寿命较长，但是材料的利用率比较低。 7B.搭边值的确定查冷冲模设计一书表 3-10，工件间的距离 a=2.2,侧面 a1=2.5C.送料步距与条料宽度送料步距 A=D+a式中 D-平行于送料方向的冲裁件宽度 a- 冲裁件之间的搭边值A=23.3+2.2=25.5 取 26条料宽度 B=(D+2a1+)式中 D-冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸a1-冲裁件与条料侧边之间的搭边-板料剪裁的下偏差B=(52.2+22.5+0.5)=57.7 取 58D.材料利用率 的计算材料利用率 =(S1/S0).100%=52.223.3/57.725.5=80.7%E.排样图(2).计算冲压力冲裁力 F=K.L.t.26.058.0 -8式中 F-冲裁力(N)L-冲裁件周长(mm)t-板料厚度(mm)-板料的抗剪强度(Mpa)K-系数,常取 1.3周长L=49.5+23.3+23.3+52.2+2.86+22+16.34+23+32.5=247.8mmF= K.L.t.=1.3247.80.5 441=71031.87N=71.032KNF 卸=K 卸 F=0.0571.032=3.55KN(查冷冲模设计一书表 3-8K 卸取0.05)F 推=n K 推 F=50.06571.032=23.085KN(n 一般取 5)F 总=F+F 卸+F 推=71.032+3.55+23.085=97.667KN初选压力中心,选择开式双倾压力机型号为 J23-16公称压力:160KN滑块行程:55mm最大闭合高度:220 mm连杆调节量:45 mm工作台尺寸(前后 mm*左右 mm):300450最大倾斜角度:35(3).压力中心的计算因为是连续模所以压力中心应该分几步工序求第一步冲了四个缺口和两个工艺孔所以压力中心在正中心 XY9第二步压力中心L1234567890XYL1=7.85 X1=-13.8 Y1=15L2=7.85 X2=0 Y2=0L3=7.85 X3=-13.8 Y3=-15L4=15.7 X4=-1.35 Y4=11.25L5=15.7 X5=-1.35 Y5=-11.25L6=9.42 X6=0 Y6=26.1L7=9.42 X7=0 Y7=-26.1L8=10.2 X8=3.2 Y8=22.9L9=10.2 X9=3.2 Y9=18.3L10=10.2 X10=3.2 Y10=-18.3L11=10.2 X11=3.2 Y11=-22.9所以 X=L1X1+L2X2+L3X3+L11X11/L1+L2+L3+L11=-1Y=L1Y1+L2Y2+L3Y3+L11Y11/ L1+L2+L3+L11=0第三步落料因为制件是对称的所以制件的压力中心在正中心所以压力中心在 X=-1,Y=010(4).计算凸、凹模工作部分尺寸并确定其公差该冲裁件属于落料件，只要计算落料凹模尺寸及制造公差，凸模尺寸由凹模的实际尺寸按间隙要求配作由冷冲模设计一书表 3-3 查得Zmin=0.035,Zmax=0.45abdehkjfgca、b、d、j、e、h 对于凹模来说均属于第一类尺寸f、c 对于凹模属于第二类尺寸k、g 对于凹模属于第三类尺寸所以 a 凹=（16.5-0.750.18）=16.37b 凹=（49.6-0.750.2）=49.45d 凹=(11.1-0.750.2)=10.95j 凹=（3.3-10.1）=3.2e 凹=（2.58-10.06）=2.52h 凹=（3.08-10.06）=3.02f 凹=（0.5+10.1）=0.611c 凹=（11.5+0.750.18）=11.64k 凹=（16.48+16.3）/20.1250.18=16.390.0225g 凹=（2.8+2.7）/20.1250.1=2.750.0125 49.5 10.95 3.020.61.646.32.753.216.37+0.45+0. 2.5+0.15-.25+.15+0.50-.5+0. 0-.5.2.12落料凸模的基本尺寸与凹模相同，它们分别是16.37、49.45、10.95、3.2、2.52、3.02、0.6、11.64、16.39、2.75，按凹模的实际尺寸配作保证双面间隙位（0.0350.045） 16.3749.50.952.613275(5).弹性元件的弹簧的选用与计算A.根据模具结构初定 8 根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为F 卸/n=3550N/8=222NB.根据预压力 F 预（大于等于 22N）和模具结构尺寸，由冷冲模设计应用实例一书附录 C 中（3438）其最大 工作负荷为 330N,大于 222N12C.验算是否满足 S1 大于等于 S 总，查附录 C1 及负荷一行程曲线，并经过计算可以得到下列数据：序号 H0 H1 S1=H0-H1 S 预（F 预=222N）S 总=S 预+S 工作+S 修磨34 25 17.6 7.4 5 12.535 35 24 11 8 15.536 45 30.2 14.8 10 17.537 55 36.6 18.4 13 19.538 65 43 22 15 22.5S 工作=t+1=0.5+1=1.5 mm S 修磨=6 mm13由上述表中数据可以知道，序号 34 一 38 的弹簧均满足 S 总大于等于 S1,根据模具结构确定用 34 和 35 号弹簧都可以。外径 D=20,钢丝直径 d=3自由高度为 25 和 35装配高度为 20 和 27第二章 选择与确定模具的重要零部件的结构尺寸2.1 凹模因为制件形状简单总体尺寸不大，选用直壁式凹模如图所示，这中凹模适合用于精密的冲裁模A. 确定凹模厚度 H 值：查冷冲模设计手册一书，图 14 一 15凹模厚度 H=20 mm由表 14 一 5，从冲裁件料宽（小于等于 40 mm）及料厚（小于等于 0.8 mm） ，14取壁厚 b=25 mm凹模长 L 取 160 一 170凹模宽 B 取 130 一 140查模具设计指导一书标准由本书表 5-43 矩形凹模标准可以查到较为靠近的凹模周界尺寸为 160 mm140 mm20 mm。由本书表 5-6 可得典型组合 200140158-164（JB/T8068.2-1995）.由此典型组合标准即可方便地确定其他冲模零件的数量尺寸以及一些重要的参数由表 5-10 查得上模座 250 mm160 mm45，下模座 250 mm160 mm50 mm所以模具的外形尺寸为 250 mm230 mm，闭合高度为 164mm垫板 1601256，固定板 16012518，导料板 2001256,承料板 125402卸料板的厚度为 14，凹模 16012518导柱 25130，导套 258333H=45+6+18+2+14+50+6+18=154 小于 164B. 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。C. 凹模的主要技术要求材料选 T8A,凹模的底面和型孔的孔壁应该光滑，表面粗糙度为 Ra=0.8一 0.4m，底面与销孔的 Ra=1.6 一 0.8m。2.2 凸模15A. 凸模形式选用台阶式凸模，这种凸模工作部分和固定部分的形状与尺寸不一样，固定部分多做成圆形或者矩形，这时凸模固定板的型孔为标准尺寸孔加工容易。B. 凸模的长度L=H1+H2+H3+Y式中 H1-凸模固定板的厚度H2-卸料板的厚度H3-导料板的厚度Y-附加的长度（一般取 15 到 20）L=18+14+6+15=53C. 凸模的材料模具刃口要由高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此要具有高的硬度和适当的韧性所以材料选用 T8A 热处理硬度取 58 一 62HRC，凸模工作部分的表面粗糙度 Ra=0.8 一 0.4m 固定部分为 Ra=1.6 一0.8m。2.3.垫板垫板装在固定板与上模座或者16下模座之间，它的作用时防止冲裁时凸模压坏上模座。垫板的材料选择 45钢，热处理硬度取 43 一 48 HRC。2.4.模架模架由上下模座，模柄及导向装置组成。对模架的基本要求有：要有足够的强度和刚度，要有足够的精度，上下模之间的导向要精确。模架形式：选用四导柱模架其导向的精度与刚度都较好如图所示。2.5.导柱与导套导柱和导套的尺寸均为 25130，导柱的上端面与上模座顶面的距离不小于 10 到 15 mm，而下模座底面与导柱底面的距离应该为 0.5 到 1 mm，选用 H6/h5 配合的 I 级精度模架。2.6 验算已选用的压力机由模具设计指导查得模架的标准为 250160164，闭合高度为164，J23-16 型压力机工作台尺寸为 300450，最大闭合高度为 220，连杆的长度为 45 故满足要求。17结 论经过将近四个月的毕业设计，使我把这三年所学的书本知识得到了全面运用。在这四个月的时间里，我们集体到青岛机车车辆厂进行了参观了解，然后在老师的指导下，我们认真的查阅了有关的资料书籍，翻阅了以前的课本资料。在老师和同学的帮助下尽量把问题搞懂，搞清楚。通过这次的毕业设计，使我对模具有了更深的了解。模具具有设计和制造周期短投资少，比通用机床生产率高，地工人的技术水平要求不高等优点。这使我在现代机械制造工业中得到广泛的运用。通过此设计，学会运用标准，规范，手册，图册有关技术资料等，培养模具的设计的基本技能。培养了我们的设计能力，独立思考，严肃认真，精益求精的基本技能。四个多月的时间转眼即过。但整个设计把我这三年的知识做了一次系统的复习和巩固，也是理论和时间相结合的一次大的运用过程，为我们即将走上工作岗位，走上社会提供了一次锻炼的机会。在设计中，不免存在失误之处，望老师给予批评，指正。总之,这次毕业设计让我收获颇丰,不仅锻炼了我的能力,也为以后踏上工作岗位奠定了良好的基础。因此,我很感谢学校在毕业前给我这么一次好的机会和所有辅助我的指导老师。.18致 谢通过四个月的毕业设计，使我对设计模具的步骤和内容有了比较全的了解，同时对模具的各种技术性能加工要求，适应范围有了一定的了解。模具不仅加工精度稳定，而且生产效率高劳动强度底，设计和制造周期不长、投资一般、经济效益好，符合大规模生产需要。在这次毕业设计过程中，综合运用了三年来所学的各科理论知识，当然在设计过程中掌握了许多在课本中学不到的知识。通过这次设计，使我认识到所学的一切知识要融会贯通，灵活运用，而不能生搬硬套，同时还要进一步加强理论与实际的联系。这次毕业设计对我走向工作岗位来说是十分重要的，其意义相当大。毕业设计的顺利完成与指导老师的辅导是分不开的，在此表示最诚挚的谢意！九月一日我们去了位于青岛的机车车辆厂.能有机会参观这样的大型国有企业实在是一种荣幸。戚厂已有百年的历史,而今正在实现着它的跨越式的发展。参观时间虽短,只有一天。但却让我难以忘怀。因为字这里看到的无论是设备还是产品在其它任何地方都难再有机会见到了。下面就是我一天的参观感受。上午我们主要参观了机车的装配车间(南厂区)。我们的参观是按着组装机车的生产流水线进行的。从发电机的装配到电动机的装配,直到最后整个火车的成品。从火车的的外表看主要组成有:车轮轮轴减震器动力设备电器设备支架以及外壳等组成。它的原动力设备是内燃机,由内燃机的曲轴带动连杆,在有连杆带动发电机,最终有电能的形式带动电动机。电动机和车轮是利用齿轮的啮合来传动的。其中,动力设备和电器设备是集团是属于集团的核心技术也好似关键设备。我没知道有这个设备也几从总体上对机车有感性的认识了。至此,我才算真正了解了火车的传动方式和原理。我想这应该是我上午参观的内容中最大的收获了。19接着我们参观了其它生产车间,主要是火车厢的生产以及装配过程。就在这里我们见到了从来没见过的大型冲压模具-冲压车厢门。车厢的关键部分应该是摇枕。摇枕的铸造是一项及其复杂的技术。据厂负责人介绍该项技术代表着戚厂最先进的铸造技术。曾获得过金奖。所以摇枕是戚厂人引以自豪的产品了。该产品不仅供应国内需求还出口到了北美。车厢的生产就是焊接,把用剪板机剪下来的板材进行涂漆,焊接,对于一些需要加工的铸件进行加工,最后装配成车厢。负责人还特别向我们强调火车的涂漆要求很高。因为火车要能够经历各种恶劣天气条件的考验。高质量的涂漆才能保证其零件不会腐蚀,延长火车的寿命。由于时间仓促,上午参观的时间较少,十一点多我们结束了上午的参观去了戚厂招待所吃了午饭,然后我们自由参观了集团的娱乐中心,运动场所,科技橱窗,工会部,图书馆,工艺研究所以及疗养院.从中了解了集团的历史的辉煌。如果说上午的参观是零部件的组装,下午就是这些零件的制造了。第一站就参观了热处理车间,由于热处理的特殊性,我们没有看到热处理了过程,主要是看了其设备,也就是淬火炉,渗碳炉等。认识了热处理的设备,对我们来说也算是一中收获。接着,我们参观了数台先进的数控加工中心。平时,我们只能在书本上了解其先进性。在这里我们却能一睹其雄姿。这些加工中心的的主要区别就在于其刀库的不同,都能实现一次装夹后来完成多道工序,大大提高了加工精度和效率。我们看到了不同的加工中心有不同的刀库,能够容纳的刀数也不同,少的有六十把刀,多的有九十把之多,有圆形的旋转刀库,也有椭圆形的刀库,它们容纳刀的数量是很多的,在同样的机床体积的情况下,一般椭圆形的刀库容纳的刀数量是比较多的,它还分一百八十度以上,和小于一百八十度刀库,我想主要可能还是和刀库的旋转有关，最后工厂负责人带我们去参观了厂里的宝贝,所谓宝贝就是一台巨大的数控加工中心,是从德国进口来的,专门用来加工机车壳体的。铸造好的壳体从机床中一次穿梭就加工完成了。其自动化程度是可想而知的。由于壳体的加工精度要求非常的高,整个加工车间都是恒温的。这台机床的确是个宝贝了。目前,我国先进的加工中心还主要是依赖于进口,但我们相信在不久的将来我们的国家也能制造出世界先进水平的机床来。时间过的很快,一天的实习就要结束了。我们虽然很累,但我们依然都兴致很高。此次的参观实习对我今后的发展定有很大的开拓性，让我收益匪浅。感谢老师给我们的这次机会,也祝愿戚厂的发展蒸蒸日上,为我国的铁路事业再立新功。在此感谢戴老师的帮助！20参考文献:冷冲模设计一书.1冷冲模设计图册2模具设计指导.3冲模设计应用实例4冲模设计图册.51目 录2.1 设计课题要达到的设计目的 .22.2 调研结论 .22.2.1 硅钢材料性能 .22.2.2 冲压模具发展趋势 .22.3 方案设计 .32.3.1 工艺性分析 .42.3.2 选择模具的结构形式 .42.3.3 排样设计与计算 .42.3.4 设计方案拟定 .62.4 设计方案论证 .62.4.1 技术方面 .62.4.2 设计制造方面 .62.4.3 现有的知识储备方面 .72.4.4 经济性方面 .82.4.5 结论 .8参考文献 .922.1 设计课题要达到的设计目的本次毕业设计题目：E 字硅钢片冲压模具设计目的及意义：通过 E 字硅钢片冲压模具设计的冲压模具设计，能熟练使用PROE、CAD 等绘图软件，并且可以进行模具各个部件的设计及强度校核，同时掌握基本的冲压模具设计的知识，了解模具设计的整个过程，在结构设计、工艺分析、模具数字化设计等方面得到综合训练。硅钢片的应用广泛、结构较简单且典型。并且随着冲压制品在机械、电子、交通、建筑、国防、农业等各行业广泛应用，对冲压模具的需求日益增加，冲压模具在经济中的重要性日益突出，因此，研究冲压模具对了解冲压产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。2.2 调研结论硅钢片材料本身性能优异，适合冲片。此外，由于硅钢片应用广泛，市场需求量巨大。2.2.1 硅钢片材料性能硅钢片，英文名称是 silicon steel sheets，它是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为 0.54.5。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效。硅钢片主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。世界硅钢片产量约占钢材总量的 1%。对硅钢性能的要求主要是：铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号，铁损愈低，牌号愈高。较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数。冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要。表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。基本无磁时效。32.2.2 冲压模具发展趋势以汽车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模具, 采用 CAD/CAM/CAE 软件进行三维设计和模拟, 减少试模时间和缩短周期。借助高速、精密的加工设备加工生产, 获得良好的尺寸精度和表面粗糙度, 用新型的研磨或抛光方法代替传统的手工研磨抛光, 提高模具质量。冲压模具发展的趋势总结为以下六点：（1）全面推广 CAD/CAM/ CAE 技术；（2）模具检测设备向精密、高效和多功能方向发展；（3）模具加工设备向高速、一体化方向发展；（4）一体化加工中心是目前正在发展的新技术；（5）模具材料及表面处理技术发展迅速；（6）模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到认同。2.3 方案设计课程设计题目是 E 字硅钢片冲压模具设计，硅钢片的结构形状及尺寸大小如图 1 所示。4图 1 硅钢片二维结构图2.3.1 工艺性分析该材料是低碳硅合金材料，用途是电器铁芯放电片材料。该制件形状简单其工序内容只有落料和冲孔，尺寸较小厚度适中，属于普通冲压件，但是有几点应该注意：1.由于尺寸较小，制件上要冲的小孔相对而言要多一些，因此孔的位置要准确，应该选择正确的定位方法。2.制件较小，从安全考虑要采取适当的取件方式。3.有一定的批量，应重视模具材料和模具结构的选择，保证一定的模具寿命。2.3.2 选择模具的结构形式因为这个制件的材料较薄，尺寸比较小，为保证制件平整，这副模具用自动送料装置，毛坯为卷料。因此模具上不用设初定位用的始用挡料销与粗定位作用的挡料销，由自动送料机构保证而精定位是用导正销保证送料步距的。为方便操作和取件选用双柱可倾压力机，横向送料。2.3.3 排样设计与计算排样是重要的步骤，它决定材料的利用率。硅钢片呈山形，有如下排样形式，如图 2 所示。第一种 第二种5第三种 第四种图 2 排样形式第一种方案卷料宽度适中，不至于太窄，且可使模具的宽度不至于较长。第二种方案和第三种方案，会使模具结构复杂，且使步距增大，从而降低生产率。三种材料的利用率相当，但重要的是后两种方案的板料轧向不符合零件图的要求。而第四种方案，会使模具的结构复杂，无形中又增加一个方向相反的冲模结构。所以，优先考虑零件加工质量，选用第一种方案。（1）搭边值的确定 1：通过查表可知工件间的距离 mm，侧面 mm；2.a5.21a（2）送料步距与条料宽度：送料步距 DA式中 为平行于送料方向的冲裁件宽度，mm；（3）冲裁件之间的搭边值取 265.2.（4）条料宽度 ）（ 1aDB式中 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸，mm；冲裁件与条料侧边之间的搭边，mm；1a板料剪裁的下偏差，mm；取 587.5).02.5(B（5）材料利用率 的计算：材料利用率 00021 7.81)5.27()3.2()( S硅钢片排样图如图 3 所示。6图 3 硅钢片排样图2.3.4 设计方案拟定根据制件工艺性分析，其基本工序只有落料和冲孔两种，由于制件尺寸较小且孔的数量较多，因此为了使冲孔的位置准确,应冲两个工艺孔。按照先后顺序组合可以有如下几种方案：A.落料-冲两个工艺孔及五个小孔-冲四个缺口；B.冲五个小孔-冲四个缺口及两个工艺孔-落料；C.冲四个缺口及两个工艺孔-冲五个小孔-落料。2.4 设计方案论证2.4.1 技术方面A 方案为先落料再冲两个工艺孔和五个较小的孔，最后再冲四个方形缺口。如果先冲孔势必影响大大冲件精度，而且先冲大孔再冲小孔，定位是很困难的。这样增加了模具的设计难度，提高了成本，且有安全隐患，操作不便。B 方案先冲五个小孔，再冲四个方形缺口和两个工艺孔，最后落料。五个小孔精度要求较高，先进行冲压不易保证精度。如果最后冲两个工艺孔的话，起不到保证小孔位置准确的作用，故而没有意义。C 方案先冲四个方形缺口和两个较大工艺孔，再冲五个小孔，最后落料。此方案能够保证制件精度，将外形上容易磨损的四个缺口与整个形分开来，先行冲出，有利于提高模具寿命。2.4.2 设计制造方面A 方案：工序繁琐，定位困难，涉及结构较多，设计制造难度大，成本高。B 方案：两个工艺孔没有发挥其作用，提高了成本。C 方案：工序合理，操作简便，制件精度高，且模具寿命长。C 方案示意图如图 4 所示。7图 4 C 方案模具示意图2.4.3 现有的知识储备方面模具 CAD/CAM 系统是计算机辅助某一种类型的模具设计、计算、分析、绘图和数控加工自动编程等的有机集成。这种一体化技术是在模具 CAD 和CAM 分别发展的基础上出现的，是计算机技术综合应用的一个飞跃。这种一体化技术能够构建模具型芯和型腔的三维实体，并能够生成刀具轨迹和数控加工代码，进行计算机仿真等。1、现阶段的设计能力能根据产品的特性和产品的市场需求量，冲裁力等标准选取合适的压力机，8确定冲裁方案，确定模具结构以及凸凹模的基本类型 。2、设计步骤第一步：确定冲裁件的工艺方法；第二部：选择模具的结构形式；第二步：进行必要的工艺计算；第四步：选择与确定模具的重要零部件的结构尺寸；第五步：导向与定位系统的设计。 3、设计手段在设定参数、整理完说明书后，利用 CAD 软件进行装配设计、用 PRO/E进行建模及装配仿真。 2.4.4 经济性方面硅钢片（亦称电工钢）是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。全世界的总产量约 700 万吨。近年来，特别这几年随着中国电力、电器工业的迅猛发展，中国的硅钢片需求量快速增加，2004 年的消费量几乎已占全世界硅钢片产量的一半，导致中国的硅钢产量进入了一个快速发展时期，但仍然无法满足国内需求，2004 年进口硅钢片 164 万吨，可见其具有良好的经济性。2.4.5 结论在进行可行性分析过程中，对硅钢片冲压模具设计的经济可行性和制造可行性有所了解，并且硅钢片价格较低，应用广泛，可见市场需求量大。综合考虑，选择 C 方案较好，既可以保证成型塑件的质量要求，其模具制造成本合理，加工容易，其经济效益比其他方案要好，综上所述，采用 C 方案。9参考文献1马朝兴.冲压模具设计手册M.北京:化学工业出版社,2009.2王燕.冲压模具精加工分析J.科技资讯,2012,(18):119119.3王都.坚持与时俱进抓好技术创新J.模具工业,2002(8):2324.4马思臣.现代模具工业发展述评J.机械工程师,2006(3):2324.5周永泰.我国冲压模具的现状与发展(下)J.锻造与冲压,2005(4):1820.6翟崇琳.冲压模具零件的制造工艺J.新技术新工艺,2011,(10):2324.7冯炳尧,韩泰荣,蒋文森.模具设计与制造简明手册M.上海:上海科学技术出版社,2008.8牟林,魏峥.冷冲压工艺及模具设计M.北京:清华大学出版社,2009.9许炳鑫.模具材料与热处理M.北京:机械工业出版社.2007.10陈勇.模具材料及表面处理M.北京:机械工业出版社.2007.11劳动和社会保障部教材办公室.模具安装调试及维修M.北京:中国劳动社会保障出版社.2006.12翁其金.冲压工艺与冲模设计M.北京:机械工业出版社.2004.13唐博雅，王权聪，常志良多孔定位片冲压工艺分析及其模具设J.黑龙江大学工程学报,2014,5(1):7477目录1 设计课题要达到的设计目的.12 调研结论.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 冲压工艺方案设计 .53.1 冲裁工艺方案的确定 .53.2 冲裁工艺方法的选择 .53.3 工艺性分析 .54 模具总体结构 .64.1 定位方式的选择 .64.2 送料方式的确定 .64.3 模架结构和导向装置的选择 .65 工艺参数计算 .75.1 排样方式的选择 .75.1.2 搭边值的确定： .85.1.2 送料步距与条料宽度： .85.1.3 材料利用率的计算 .95.2 冲压力的计算 .105.2.1 冲裁力的计算 .105.2.2 卸料力计算 .115.2.3 总冲压力的计算 .125.2.4 初选压力机 .125.2.5 压力中心的确定 .126 刃口尺寸的计算 .146.1 冲裁间隙的确定 .146.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 .157 主要零部件设计 .197.1 凹模设计 .197.1.1 凹模刃口结构形式的选择 .197.1.2 凹模精度与材料的确定 .197.1.3 凹模外形尺寸的确定 .207.2 凸模的设计 .217.2.1 凸模结构的确定 .217.2.2 凸模高度、长度的确定 .217.2.3 凸模材料的确定 .227.2.4 凸模精度的确定 .227.3 卸料装置的设计 .227.3.1 卸料板的外形设计 .227.3.2 卸料板材料的选择 .237.3.3 卸料板的结构设计 .237.3.4 卸料板整体精度的确定 .237.3.5 弹性元件的设计 .237.4 凸模固定板的设计 .237.5 导向零件及模架的选用的设计 .247.6 模柄的选用 .258 冲压设备的校核与选定 .268.1 冲压设备的校核 .268.2 压力机型号规格 .269 结 论.27参考文献 .28致 谢 .29 11 设计课题要达到的设计目的本课题所用零件来自企业实际生产的工件，主要研究的是级进模的设计，熟练掌握级进模具的结构和运动原理。级进模具是在冲压过程中条料始终向一个方向运动，在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。级进模冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。通过 E 字硅钢片冲压模具设计的冲压模具设计，能熟练使用 PROE、CAD等绘图软件，并且可以进行模具各个部件的设计及强度校核，同时掌握基本的冲压模具设计的知识，了解模具设计的整个过程，在结构设计、工艺分析、模具数字化设计等方面得到综合训练。硅钢片的应用广泛、结构较简单且典型。并且随着冲压制品在机械、电子、交通、建筑、国防、农业等各行业广泛应用，对冲压模具的需求日益增加，冲压模具在经济中的重要性日益突出，因此，研究冲压模具对了解冲压产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。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。 22 调研结论图 2-1 工件尺寸图工件名称：小孔硅钢片； 工件简图：如图 2-1；生产批量：大批量；材料：D21；材料厚度：0.5mm；精度等级：IT14 。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：硅钢板；材料牌号：D21；材料状态：已退火； 3抗剪强度：140Mpa；抗拉强度：230Mpa；伸长率：26%。硅钢片，英文名称是 silicon steel sheets，它是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为 0.54.5。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效。硅钢片主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。世界硅钢片产量约占钢材总量的 1%。对硅钢性能的要求主要是：铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号，铁损愈低，牌号愈高。较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数。冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要。表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。基本无磁时效。2.2 工件结构形状分析（1）冲裁件为冲孔落料件，材料厚度为 0.5mm，轮廓均由圆弧和直线相切且无尖角，工件结构具备对称性，结合生产批量，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，选取相应的模具材料。（2）工件上的最小孔直径为 2.5mm，孔边距为 1.25mm，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 4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。现代模具制造技术不但是知识密集、技术密集，而且也是资本密集的产业。与国外工业发达国家比较，我国的多工位级进模技术仍然存在较大的差距，主要表现在：冲压工序比较单一，多数以冲裁级进模为主，少部分为冲裁拉深级进模，模具结构比较简单、功能性不强。模具模板幅面尺寸比较小，一般在内，一次冲制的产品数量也在十几件以内，属中小型级级进模。模具精度不高，冲裁间隙误差在 0.015mm 以上，制件产品易产生毛刺。模具使用寿命相对较短，一般一次刃磨在 50 万次以内，模具材料主要以普通模具钢为主或采用硬质合金。另外，国内很少有人在此领域从事深入系统的研究。 53 冲压工艺方案设计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，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。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 IT14 级即可，并且要有很高的生产率和安全的操作过程，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，采用级进模具即可达到要求。3.3 工艺性分析该材料是低碳硅合金材料，用途是电器铁芯放电片材料。该制件形状简单其工序内容只有落料和冲孔，尺寸较小厚度适中，属于普通冲压件，但是有几点应该注意：1.由于尺寸较小，制件上要冲的小孔相对而言要多一些，因此孔的位置要准确，应该选择正确的定位方法。2.制件较小，从安全考虑要采取适当的取件方式。3.有一定的批量，应重视模具材料和模具结构的选择，保证一定的模具寿命。 64 模具总体结构4.1 定位方式的选择在级进模具设计中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侧刃切边，导正销精确定位，两侧根据材料宽度设计两个导料板，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。4.2 送料方式的确定结合工件的尺寸精度，对冲压设备的要求不高，为了进一步的提高经济效益，冲裁件的生产加工将采用手工送料的方式。4.3 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，采用四角导柱模架，模具送料方便。 75 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。排样是重要的步骤，它决定材料的利用率。硅钢片呈山形，有如下排样形式，如图 2 所示。第一种 第二种第三种 第四种图 5-1 排样形式第一种方案卷料宽度适中，不至于太窄，且可使模具的宽度不至于较长。第二种方案和第三种方案，会使模具结构复杂，且使步距增大，从而降低生产率。三种材料的利用率相当，但重要的是后两种方案的板料轧向不符合零件图 8的要求。而第四种方案，会使模具的结构复杂，无形中又增加一个方向相反的冲模结构。所以，优先考虑零件加工质量，选用第一种方案。5.1.2 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 L50mm ，可确定搭边值 a 和a1，a 的最小值取 2.2，a1 最小值取 2.5mm。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 a10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t5.1.2 送料步距与条料宽度：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 0.5mm，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 - B 9（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。送料步距 S=b+a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 得出条料宽度为：B =（Dmax+2a1+C）0 - 0 - =（52.2 +22.5+0.5） -00.5 mm=57.7-00.5 mm结合实际生产，为了方便准备生产条料，条料宽度尺寸通常取整数值，所以条料宽度尺寸取值为 58mm。 105.1.3 材料利用率的计算关于材料利用率，可用公式 5-2 计算：=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=766.5（mm 2）=A/BS100% =766.5（2658）100%50.82%硅钢片排样图如图 3 所示。5-2 硅钢片排样图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：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） 。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K通常取1.3的近似计算法计算。根据材料名称08F查力学性能表得抗剪强度为 11380MPa5.2.1 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。由以上公式换算得：F 冲 =F1+F2=KtL1+ KtL2=Kt（L1+L2）=KtL 总冲裁周边的总长 L 总=228.24mm冲裁力由以上公式计算得： F1=KptL 总 =1.30.5290.2140=26.4KN5.2.2 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；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 （5-5）式中： F 卸 -卸料力；F 冲 -冲裁力；K 卸 -、推件力系数、卸料力系数，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 12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=0.0526.41.32KN5.2.3 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）=26.4+1.32=27.72KN5.2.4 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 J23-10 型压力机。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。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 13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（X0 ，Y0 ） ，即为所求模具的压力中心。该件的压力中心计算如下：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。按照如图 5-1 计算得模具压力中心为（48.23,40）图 5-2 压力中心示意图 146 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。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， 15当然我们在设计时要采用最小合理间隙。由表 6-1 可知，Zmin=0.04mm， Zmax=0.06mm。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)0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.10.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1266.2 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。 16（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-凸0mininZ3）落料凸模寸： （6-0inmax凸凸D4）落料凹模尺寸： （6-凸0ax5）孔距尺寸： （6-1/8Ld 176）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；d-冲孔件孔的最小极限尺寸；min-落料件最大极限尺寸；axD， -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。x该制件的最小双边间隙为 Zmin=0.04mm，最大双边间隙 Zmax=0. 06mm，则有 Zmax- Zmin=0.02。通过查常用公差等级表 2-1 获得工件外轮廓尺寸20.50+0.01mm，22.50.01mm ，23.3 0+0.01 mm；内部尺寸 5+0.02+0.08mm， 2.5+0.02+0.08 mm，孔心距尺寸300.05mm，420.05mm，49.50.01mm，52.20.01mm，查表 6-3 得 x 为0.75。冲孔凸模根据公式 6-2 有： 0min凸凸xdd 凸 1=（5+0.750.1） 0-0.02=5.0750-0.02 mmd 凸 2=（ 2.5+0.750.1） 0-0.02=2.5750-0.02 mm冲孔凹模根据公式 6-3 有：凸0minin凸Zxd 凹 1=（5+0.750.02） 0+0.02=5.0950+0.02 mmd 凹 2=（ 2.5+0.750.1+0.02） 0+0.02= 2.595+0.02mm落料凹模根据公式 6-5 有：凹凹0maxDD 凹 1=（20.5-0.750.1） 0+0.03=20.4250+0.03mm 18D 凹 2=（22.5-0.750.1） 0+0.03=22.4250+0.03mmD 凹 3=（23.3-0.750.1） 0+0.02=23.2250+0.03mm落料凸模根据公式 6-4 有：0凸minmax凸ZD 凸 1=（20.5-0.750.1-0.02） 0-0.02=20.4050-0.02mmD 凸 2=（22.5-0.750.1-0.02） 0-0.02=22.4050-0.02mmD 凸 3=（23.3-0.750.1-0.02） 0-0.02=23.205-0.02mm孔心距尺寸根据公式 6-6 有：Ld=L+1/8L1=300.006mmL2=420.006mmL3=49.50.001mmL4=52.50.001mm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 19（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非圆形 x 值 圆形 x 值磨损系数1 0.75 0.5 0.75 0.57 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。 207.1 凹模设计7.1.1 凹模
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