卡板级进模具的设计

1卡板级进模具的设计摘 要：本设计通过对卡板零件的工艺特点分析，确定了冲孔、压弯、翻边、切断等成形工艺，通过对所提出的不同设计方案的对比，最终确定了多工位级进模的冲压方案。本论文介绍了该卡板级进模具的设计要点、设计过程及模具的结构特点、工作过程。本卡板级进模具的设计目的在于提高卡板零件的生产效率，实现生产过程中的机械化和自动化，从而带来较好的经济和社会效益。关键词：卡板零件；工艺分析；级进模；模具结构；The Design Of Card Board-Level Progressive DieAbstract: This design aims at figuring out the forming process of punching, shearing, bending, flanging and cutting through the analysis on the technological characteristics of parts of card board. By comparing various proposed design proposal, the author ultimately determines to adopt the multi-station progressive die stamping as the processing scheme. In this paper, the author will introduce the design features and process of this model, meanwhile, its structural characteristics and machining process will also be involved.The board level of the card is designed to improve the production efficiency of the parts of the card boards, mechanize and automate the production process, resulting in better economic and social benefits.Key words: Parts of card board; Industrial analysis; Progressive die; Mold structure1 前言本次毕业设计题目“卡板级进模具的设计”来源于生产实际现场，具有较强的实际应用价值。研究设计卡板级进模能够提高工业生产的效率，使生产过程更容易实现机械化和自动化，同时使操作简单，便于组织生产管理，也能够促进我国工业的发展，带来较大的经济和社会效益。冲压加工作为现代机械制造中先进高效的加工方法之一，是利用安装在压力机上2的模具，在常温或加热的条件下对板材施加压力使其变形和分解，从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。当前，冲压加工更加自动化与柔性化，塑性成形的基础理论已基本形成，以有限元为核心的塑性成形数值仿真技术日趋成熟， CAD/CAE/CAM 等技术的不断深入应用，使模具质量提高、制造周期下降，新的成形方法不断出现并得到成功应用。我国冲压模具行业结构调整取得不小的成绩，无论是企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构，都在向着合理化的方向发展。本设计说明书对卡板零件的工艺特点进行了分析，通过对所提出的不同设计方案的对比，最终确定了多工位级进模的冲压方案。论文中包含了排样图的设计及材料利用率计算；冲裁力、卸料力、推件力及弯曲力和翻边力等冲压工艺力的计算；确定模具主要零件的外形尺寸及凸、凹模间隙并计算出模具主要零件的尺寸；对模具的整体设计为模具装配图的绘制提供了主要依据；冲模主要零件的设计及标准件的选择。本次设计立意明确，与实际紧密结合，系本人独立完成。由于本人知识水平有限，望各位老师批评指正以供改进，使本人水平得到一定的提高，以达到此次毕业设计的目的。2 工件的冲压工艺性分析2.1 零件介绍图 1 所示为卡板零件，材料：1Cr18Ni9Ti，抗剪强度 =460520MPa，抗拉强度=580640MPa，屈服强度： =200MPa，厚度为 1mm。bs图 1 卡板零件Figl Parts of card board2.2 工件的尺寸精度：冲裁件的精度要求，应在经济精度范围内（所谓经济精度是指在正常加工条件3下，采用符合标准的设备工艺装备和标准技术等级工人、不延长加工时间所能保证的加工精度） ，对于普通冲裁件，其经济精度不高于 IT11 级，冲孔比落料件高一级。对于本次设计，零件宽度尺寸 100.05mm，要求较严；其他的尺寸未标注精度，考虑到成本，按照一般精度要求来加工这些尺寸应该可以满足其工作性能，故除特别要求工件精度等级选取 IT14。2.3 审查零件材料选用是否得当考虑到产品成本和零件的使用性能，材料为 1Cr18Ni9Ti，是普通不锈钢，屈服强度 200MPa，抗拉强度 580640MPa，抗剪强度 460520MPa，伸长率 35，适宜冲压选择。2.4 冲裁件结构工艺性分析一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求。冲裁件的工艺性合理与否，影响到冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率等，在设计中应尽可能提高其工艺性。冲裁件的形状尽可能简单、规则、避免复杂形状的曲线，使排样时以减少废料；矩形孔两端宜用圆弧连接，以利于模具加工；冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角，如无特殊要求，应用 R0.25t 的圆角过渡；冲裁件凸出或凹入部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和凹槽；冲裁件的孔径因受孔凸模刚度和强度的限制，不宜太小，否则容易折断或压弯，冲孔的最小尺寸取决于孔的形状、冲压材料的种类及厚度和力学性能、凸模强度和模具结构；冲孔件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不能过小，以免影响凹模强度和冲裁质量，其距离主要与孔的形状和料厚有关 1。本次设计中，卡板零件左右对称件，冲裁结构较为简单，厚度仅为 1mm，冲裁性能较好，工艺性容易满足材料。2.5 翻边工艺性分析 一般情况下，圆孔翻边时的孔缘在单向拉应力作用下，切向伸长变形引起的厚度减薄最大，最容易破裂，由于材料性质不均匀，孔缘各处允许的切向延伸率不一样，一旦孔缘某处的伸长变形超过了该处延允许的材料伸率，该处就会因厚度减薄过大而破裂。翻边时的变形区基本上限制在凹模圆角区之内，凸模底部材料为只要变形区，处于切向、径向二向受拉伸的应力状态。切向应力在孔边缘最大，径向应力在孔边缘为零。圆孔翻边时翻边的变形程度常以翻边前孔径 d 与翻边后孔径 D 的比值 K（即：翻边系数）来表示：dKD4显然，K 值愈大变形程度愈小，K 值愈小变形程度愈大。当翻边时孔边不破裂所能达到的最大变形程度，即最小的 K 值，称为极限翻边系数，影响极限翻边系数的因素如下：（1）孔边的加工性质及状态：采用钻的孔翻边时，可得较小的极限翻边系数，孔边表面质量高、无毛刺时有利于翻边；（2）预冲孔直径 d 与料厚 t 的比值：比值愈小，即材料愈厚，在破裂前的绝对伸长越大，翻边时不易破裂，故极限翻边系数取小些；（3）材料的塑性：塑性指标延伸率和截面收缩率愈高时，极限翻边系数可取小些；（4）凸模工作部分形状：球形（抛物线形或锥形）凸模比平底凸模对翻边有利18。综上所述，该零件左右对称、宽度相同，相应部位的圆角半径左右相等，可以保证弯曲时毛坯不会产生侧向滑动。综合性能较好，强度、塑性等性能得到较好配合，其冲裁、弯曲、翻边加工性较好，可以冲裁弯曲及翻边加工，适于大批量生产。图 2 圆孔翻边时的应力与变形情况Fig2 Stress and deformation of the hole flanging3 确定冲压工艺方案3.1 确定工艺方案工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和5工序的顺序安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的方案。考虑到该零件包括需落料、冲孔、弯曲、翻边成形四道工序，可以采用的工艺方案有以下几种：方案一：先落料后冲孔，再弯曲，最后翻边成形，即采用单工序生产；方案二：落料冲孔复合，其余单工序，即采用复合模与单工序模配合生产；方案三：冲孔- 弯曲-翻边-切断级进模，采用级进模生产。方案一结构简单，但需四道工序、四副模具才能完成，效率较低，且精度不易保证。如此浪费了人力，物力，财力。从经济角度考虑不妥当，难以满足大批量生产要求。方案二也需要三副模具才可成型，该工艺特点首先进行落料冲孔，再弯曲，最后翻边。采用这种方法加工工序也较多，且需要手工操作，定位难以达到精度，质量那以保证。方案三：级进模是在压力机一次行程中完成多个工序的模具，它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。使用级进模便于冲压生产自动化，可以采用高速压力机生产，也只需要一副模具，制造精度较高，先冲孔后落料，再进行弯曲及翻边成形，最后切断，级进模具有以下特点：（1）生产效率高。级进模属于多工序模，在一副模具中可包括冲裁、弯曲、拉深、成形等多道工序，因而具有高度劳动生产率；（2）操作安全。因为手不必进入危险区域，自动送料时，模具内装有安全监测装置，可防止加工时发生勿送进或意外；（3）模具寿命长。由于工序不必集中在一个工位，不存在“最小壁厚”问题，且改变了凸凹模受力状况，因而模具强度高，寿命长；（4）易于自动化。大量生产时，可采用自动送料机构，便于实现冲压过程的机械化和自动化；（5）可实现高速冲压。若配合高速冲床及各种辅助设备，级进模可进行高速冲压；（6）可减少厂房面积，半制品运输及仓库面积。一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，并免去用单工序模时之间的周转和储存。但是级进模也存在一些问题，如：较难保证内、外相对位置的一致性，制造相对6生产周期长，其模具结构复杂，成本高，料的定位与送进是级进模设计中的关键问题等。因为该零件成形需冲孔、压弯、翻边等几道工序完成。虽然该件结构简单，但是零件宽度尺寸 10 0.05mm 要求较严，而且翻孔尺寸为 6.2mm，导致预冲孔尺寸较小。若用单工序模具或复合模与单工序模配合冲制精度不易保证，而卡板材料为硬钢，需要精密导向，并且要尽量提高材料利用率。通过上述三种方案的分析比较，决定采用方案三级进模生产卡板零件。3.2 确定工位数工位数的确定要遵从以下原则：（1）应保证冲件的精度要求和零件集合形状的正确性。对要求零件精度比较高的部位，应尽量集中在一个工位上一次冲压完成。在一个工位完成确实有困难，需分解为两个或多个工位时，最好放在相邻的工位上；（2）对于复杂的形孔和外形分段切除时，只要不受精度要求和模具周边尺寸的限制，应力求做到各段形孔以简单、规则、容易加工为基本原则；（3）在普通低速压力机上冲压的级进模，为了使模具简单、实用缩小模具体积、减少步距的积累误差，凡是能合并的工位，只要模具自身有足够的强度，就不要轻易分解，增加工位。空工位的设置原则：（1）用导正销做精确定距的条料，可适当增加空位，因步距积累误差较小，对产品精度影响不大。反之，定距精度差的，不应轻易设空工位；（2）当模具步距较大（一般步距大于 16mm）时，不宜多设置空工位。步距大于30mm 以上时，更不能轻易设置多个空工位；（3）一般来说，精度高、形状复杂的零件，应少设置空工位。反之，可适当增加空工位。该卡板级进模设置有 8 个工位，第 1 个工位冲导正孔，为以后的工序定位做准备；第 2 个工位以导正钉导正，冲两侧的两个翻边预冲孔；第 3 个工位将两端废料切除；第 4 个工位为空工位，但以导板进行导正，以防止条料在冲制过程中发生变形和左右倾斜而影响弯曲精度；第 5 个工位以导板定位，将两侧废料切除；第 6 个工位以导正钉导正，对板料进行弯曲，此时导板已经不起导正作用；第 7 个工位对预冲孔翻边孔进行翻边；第 8 个工位将中间载体切除。3.3 排样及材料利用率的计算73.3.1 计算毛坯尺寸因为工件在翻边过程中，材料主要受切向拉伸使厚度变薄，而径向变形不大，可知该零件毛坯展开的精度主要由圆弧处尺寸展开的精确性决定，该零件有 4 处 R1 的圆弧，按弯曲件展开公式进行计算，每处圆弧处展开尺寸按公式（1）：= 弯l。180（1）xtr（2）式中： 圆弧部分应变中性层展开长度（mm） ；弯l应变中性层的曲率半径（mm） ；弯曲中心角， （ ） ；。x应变中性层的位移系数（查表 2.3-1） 。,则 x=0.3251rt可得： =1.325mm 即: =1.85mm。弯l该零件毛坯长度等于直线部分长度和弯曲部分长度应变中性层展开长度之和。L= =214.71+27.64+18+41.85=70.1mm弯直 L图 3 卡板零件的毛坯计算Fig3 Rough calculation of the card board parts3.3.2 排样的设计8在级进模设计中，要确定从毛坯板料到产品零件的转化过程，即要确定级进模各工位所要进行的加工工序内容，并在条料上进行各工序的布排，这一设计过程就是条料排样。条料排样的主要内容是在冲口刃口外形设计的基础上，将各工序内容进行优化组合行程一系列工作组，并对工序排序，确定工位数和每一个工位的加工工序；确定载体形式与毛坯定为方式；设计导正孔直径与导正销数量；绘制工序排样图。条料排样图的设计是多工位级进模具设计的重要根据，是决定级进模优劣的主要因素之一。条料排样图设计的好坏，直接影响模具设计的质量条料排样图确定了，则零件的冲制顺序、模具的工位数及各工位内容、材料的利用率、模具步距的基本尺寸和定距方式、条料载体形式、条料宽度、模具结构、导料方式等都得到了确定。卡板零件的毛坯长 L=70.10mm，宽 =100.05mm，因在该级进模中采用同位双侧1B刃做粗定位，以导正销做精定位。而侧刃冲切的条料宽度通常取 1.52.5mm（薄料取小值，厚料取大值） ，故在此取 =2mm；取导正孔直径 d=3mm。为增强两侧冲裁凸模的1b强度，取凸模宽度 b2=4mm。于是有：进距 h= +b2=10+4=14mm1B条料宽度 b=L+2 +1.9=70.1+22+1.9=76mm1b综上所述，为所设计的工艺排样图如图 4，采用单排排样，条料宽 76mm，为了增强两侧冲裁凸模的强度，步距定为 14mm。用同位双侧刃做模具定距，以中间载体运送冲件半成品，为了提高弯曲精度，在料中间冲切了导正孔，在弯曲时对条料进行校正定为。不仅提高了材料的利用率，且由于两个单向弯曲设计在同一工位，抵消了弯曲而产生的侧向力，使弯曲时受力合理，以导正销精确定距，保证步距精度。为了更好地利用导正钉定位，模具采用反翻边孔结构。3.3.3 材料利用率的计算板料规格拟用 1mm 850mm 1500mm（GB/T 708-1988）的冷轧钢板若用纵裁：裁板条数 = 条余 14mm1n176850bB每条个数： = 条余 0.5mm24.-ha-A每板总个数 = =11107=1177 个总n12材料利用率 100%=62.77%20B)-ArL（总总若用横裁：裁板条数 = 条余 56mm1n19765b9每条个数 = 条余 8.6mm2n60145.-8ha-B每板总个数 = =1960=1140 个总 2n材料利用率 100%=60.80%201B)-ArL（总总由此可见，纵裁有较高的材料利用率，因为现在的轧钢技术已经不是过去的纵向、横向的概念了，在钢板轧制过程中，已经加了斜向轧制的工艺，现在材料的各向异性减轻了许多，所以决定采用纵裁。图 4 排样图Fig4 Nesting map4 主要工艺参数的确定4.1 确定预冲孔直径尺寸圆孔翻边时，一般翻边高度及直径（h 和 d）为已知，需要计算的是预冲孔的直径。计算的依据是：在圆孔翻边时，同心圆之间的距离变化不显著，预冲孔直径可用0d弯曲展开的方法做近似计算：10= ， 0d1012)(-htrD012trdDm01-trh（3）其中： 预冲孔直径（mm） ；0翻边孔外圆弧圆中心所在直径（mm） ；1翻边后竖边的直径（mm） ，5.2mm；mdr圆角半径（mm） ，0.5mm；材料厚度(mm)，1mm；0t翻边孔后的直边高度（mm） ；1h翻边后零件的高度，2.2mm。可得： =7.2mm， =0.7mm， =2.66mm1D1h0d图 5 翻边孔尺寸Fig5 Flanging hole size4.2 确定双斜楔结构角度参数双斜楔具体结构（见下图 6） 。假设从动斜楔 1 的垂直直径形成为 A，水平滑块 2的水平行程为 B，升降滑块 3 的垂直行程也就是翻边孔凸模的行程为 C，那么三者的关系为：B=Atanx （4）11C= yBtan（5）所以 C=Atanx/tany考虑楔传动机构在动作中的摩擦损失，为确保楔滑块输出足够的压力，x 取 40 度甚至更小，可取 4030 度。x 的选取应以机构动作中摩擦损失最小二机械效率最高位根据，根据长期生产实践经验和理论推导，如使楔和楔传动机构具有最高的机械效率，为加工方便，可取 ，0405y升降滑块 3 的垂直行程 C=7.5mm，求得：B=8.94mm，A=10.65mm图 6 双斜楔结构角度图Fig6 Double wedge structure angle5 各部分工艺力的计算5.1 冲裁力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离的力，其大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。5.1.1 冲裁力的计算公式冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。考虑到12成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力 F（N）：KLtF（6）式中 L冲裁件周边长度（mm） ；t材料厚度（mm） ；材料抗剪强度（MPa） ；K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数 K=1.3。冲裁件的周边长度 L=21.5+21.332+2(2+14)+2(0.45+14)+2(29.05+29.05+4)+212=235. 24mm因 1Cr18Ni9Ti 材料的抗剪强度（MPa）=480 MPa，故冲裁力：F=1.3235.241480=146788.54N一般情况下，冲裁件从板料切下以后，径向因弹性变形而扩张，板料上孔则沿径向发生弹性收缩。同时，冲下的零件与余料还要力图恢复弹性穹弯。这两种弹性恢复的结果，会使落料件梗塞在凹模中，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上卸下的板料、带料的力称为卸料力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料顺着冲裁方向推出的力称为推件力。影响这些力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸及润滑情况等。大间隙冲裁时，因板料所受拉伸变形大，故冲裁后的弹性恢复使落料件比凹模孔小，而冲下的孔比凸模大，故使卸料力与推件力都有所降低。所以要准确计算这些力是很困难的，实际生产中常用下列经验公式计算：卸料力 FK卸卸 （7）推件力 n推推（8）式中：F冲裁力（N） ；n同时梗塞在凹模内的废料数，取 n=4；、 卸料力和推件力系数；查中国模具工程大典第四卷冲压模卸K推具设计中表 2.1-12 取： =0.045， =0.055卸K推=0.045146788.54=6605.48N卸F=40.055146788.54=32293.48N推则模具总压力为：13F+ + =146788.54+6605.48+32293.48=185687.5N冲 裁F卸 推5.1.2 降低冲裁力的方法在冲裁高强度材料或厚度大、周边长时，所需的冲裁力较大。如果超过现有压力机吨位，就有必须采取措施降低冲裁力，主要有以下几种方法：（一）阶梯凸模冲裁在多凸模冲裁模具中，为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，可根据凸模尺寸的大小，做成不同高度，形成阶梯布置，从而减少冲裁力。这种模具的缺点是长凸模插入凹模较深，容易磨损，修磨刃口也比较麻烦。（二）斜刃口冲裁在用平刃口模具冲裁时，整个刃口同时与冲裁件周边接触，同时切断，所需冲裁力大。若采用斜刃口模具冲裁，也就是将凸模（或凹模）刃口做成有一定斜度的斜刃，冲裁时刃口就不是同时切入，而是逐步切入材料，逐步切断，这样，所需的冲裁力可以减小，并能减小冲击、振动和噪声，对于大型冲压件，斜刃冲裁用的比较广泛。斜刃冲裁降低了冲裁力，使压力机性能在比较柔和、平稳的条件下工作。但模具制造与修磨比较复杂，增加了困难，刃口容易磨损，工件不够平整，一般只用于大型工件冲裁及厚板冲裁。除上述两种方法外，将材料加热冲裁也是一种行之有效的降低冲裁力的方法，因为材料在加热状态的抗剪强度有明显下降。但材料加热后产生氧化皮，且因为要加热，劳动条件差。另外，在保证冲裁件断面质量的前提下，也可适当增大冲裁间隙等方法来降低冲裁力。5.2 弯曲部分的力计算弯曲力是指工件完成预定弯曲时需要压力机所施加的压力。弯曲力不仅与材料品种、板料厚度、弯曲几何参数有关，还与弯曲凸、凹模间隙大小等因素有关。在凸、凹模隔着材料吻合以前的弯曲过程称为自由弯曲。自由弯曲的弯曲力计算：tRKBFb20.7弯（9）式中： 自由弯曲力（冲压行程结束，尚未进行校正弯曲时的压力） ，N；1FB弯曲件宽度（mm） ，B=10mm；t弯曲件材料厚度（mm） ，t=1mm；14R弯曲内半径（mm） ，R=1mm；材料抗拉强度（MPa） ，取 =600MPa；bbK安全因数，一般取 K=1.3。所以 = =2730N弯F160.30725.3 翻孔部分的力计算用圆柱形冲头进行圆孔翻边时，翻边力=1.1t(D-d) 翻Fs（10）式中：F翻边力，N；t材料厚度，mm；材料的屈服强度（MPa） ，查表可得， =196 MPa；s sD翻边后孔的直径（中径） ，mm；d预冲孔直径，mm。故 =1.1 1 (5.38-2.66) 196=1842.33N翻F压料力的计算：压料力 Q 值近似取翻边力的 30%80%，即：Q=(0.30.8)F （11）式中：Q压料力，N。取 Q=0.8F=0.8 1842.33=1473.86N选择压力机时：=3316.19NQF1压 力 机5.4 总压力= + + +Q=185687.5+2730+1842.33+1473.86=191733.69N总F冲 裁 弯 翻5.5 压力中心的计算冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。通常利用求平行力系合力作用点的方法（解析法或图解法）确定模具的压力中心。如图 7 为本工件的压力中心计算图，为减少计算，坐标设为图中所示，根据“合15力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和”的力学原理可按下列公式求冲模压力中心到 x 轴和 y 轴的距离：压力中心到 x 轴的距离为：654321LLxxxX（12）压力中心到 y 轴的距离为：LLyyyY54321 6（13）其中： =（ 4+12）2=32mm1L=（ 4+29.05） 22=132.2mm2=（14+0.95 ）22=59.8mm3=22.66=16.71mm4L=（14+2）2=32mm5=3=9.42mm6有： =63.84mm9.42316.7598132. 10.054.123 XY=0mm图 7 压力中心计算16Fig7 Center of pressure calculation5.6 冲压设备的选择冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品制造、模具寿命、生产效率和成本等一系列重要的问题。对于中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深件多用具有 C 形床身的开式曲柄压力机。虽然开式压力机的刚度差，并且由于床身的变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的寿命和冲裁件的质量。但是，它却具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械话的附属设备和成本低廉等优点，目前仍是中小件生产的主要设备。确定设备的规格时应注意以下几个问题：（1）压力机的行程大小，应能保证成形零件的取出与毛坯的放进，例如拉深所用压力机的行程，至少应大于成品零件高度的两倍以上；（2）压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还需要留有安装固定的余地，但过大的工作台面上安装小尺寸的冲模时，工作台的受力条件也是不利的；（3）所选压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适应。模具的闭合高度 H0是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机的连杆长短能调节，也既压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大闭合高度 Hmax和最小闭合高度 Hmin。设计模具时，模具闭合高度 H0的数值应满足下式： m105-max（4）冲压力与压力机力能的配合关系：当进行冲裁等冲压加工时，由于其施力行程较小，近于板材的厚度，所以可按冲压过程中作用于压力机滑块上所有力的总和F 总 选取压力机。根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压家的几何尺寸和精度要求等来选定设备类型。由于复合模的特点，为防止设备超载，可按公称压力下式计算 选择压力机。总压 ）（ FF1.86（14）公称压力： =（1.61.8）总压 ）（ .191733.69=（306773.904 345120.642）N17选取公称压力为 400KN 的开式压力机 JG23-40。其与模具设计的相关参数为：公称压力：400KN；滑块行程：100 mm；最大闭合高度：300mm；封闭高度调节量：80 mm；模柄孔尺寸： 50mm70mm 。6 计算凸、凹模刃口尺寸及公差6.1 计算原则冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁间隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的。在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下原则：落料件的尺寸取决于凹模的磨损，冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后变大的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减少的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值。这样，在凸模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合理的间隙数值。模具刃口尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本可以分为两类：一是：采用凸、凹模分别加工，凸、凹模分别加工是指在凸模与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，这样就需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸、凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于成批制造，主要用于简单，规范形状（圆形，方形或矩形）的冲件。二是：凹模与凸模配合加工，是指先加工好凸模或凹模作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配做凹模或凸模，使它们保持一定的间隙。因此只需在基准件上标注尺寸和公差，一件只标注标称尺寸，并标明“某尺寸按凹模或凸模配做，保证双面间隙多少” 。这样可以放大基准件的制造公差，其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙，主要用于形状复杂或料薄的工件。因该工件需冲裁部分的形状均较简单，故均采用凸模和凹模分开加工的方法。6.2 刃口尺寸计算6.2.1 冲导正孔凸、凹模刃口尺寸计算冲孔时首先确定凸模刃口的尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限18尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙 凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏minZ差。其计算公式如下：0-)(pxdp（15）= d0minp)Z(d d0min)Z(（16）式中： 、 冲孔凸凹模刃口尺寸，mm；pdd冲孔工件孔径的基本尺寸，mm；工件制造公差，mm，这里按照 IT14 级精度选取为 0.25mm；X系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取 x=0.5；最小合理间隙值（双面） ，mm。minZ、 凸、凹模制造公差，mm。pd由中国模具工程大典第 4 卷冲压模具设计表 2.1-4 中按类（中等间隙类）取间隙比值为 8.011.0，则双面间隙 mZ32.02/1)(8.0min4ax=0.12mm.)-(4-in查表 2.1-9 查出凸、凹模的极限偏差：冲孔部分基本尺寸为 3mm，则， =+0.02mmmp02.-d + =（0.02+0.02）mm=0.04mm13 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可得：H=0.2572=18mm，取 H=40mm凹模壁厚（指凹模刃口与外边缘的距离）C 为C=(1.52)H=(1.52)20=（3040）mm凹模采用螺钉和销钉固定在下模座上，钉孔值刃口边及钉孔之间的距离要有足够的强度。凹模上螺孔到凹模边缘的最小距离为 12mm，凹模上螺孔到凹模刃口的最小距离为 14mm，螺孔到销孔的距离为最小距离 5mm。选淬火 5 的销钉，销钉到凹模边缘的最小距离为 8mm。 为了便于刃磨刃口，该模具采用拼合凹模，带全部拼块组合后，由前、后、左、右四条围框以止口咬合，并用螺钉紧固。为了增强冲裁凹模的强度，把第 4 工位定位空位，为了便于制作，在第 5、6 两工位分断，从而更好地保证组合的冲裁精度。以上尺寸要根据具体情况而定，再根据排样图，可以基本了解凹模的外形结构，图13 是凹模的俯视图 18。7.6 卸料弹簧的设计与选择弹簧是模具中广泛应用的弹性零件，主要用于卸料推件和压边等工作。圆钢丝螺27图 13 组合凹模Fig13 Combination of die旋压缩弹簧的选用要求如下：（1）压力要足够。即：（19）n/卸预 式中： 弹簧的预压力，N；预F卸料力，N；卸n弹簧根数。（2）压缩量要足够。即：修 磨工 作预总 hh（20）式中：h弹簧允许的最大压缩量，mm；弹簧需要的总压缩量，mm；总弹簧的与压缩量，mm；预卸料板、推件块或压边圈的工作行程，mm；工 作h模具的修磨量或调整量，mm；一般取 46mm。修 磨（3）要符合模具结构空间的要求。模具闭合高度的大小限定了所选弹簧在预压28状态的长度；上下模座的尺寸限定了卸料板的面积，也就限定了允许弹簧所占用的面积，所以选取弹簧的根数、直径和长度，必须符合模具结构空间的要求 8。根据模具结构初定弹簧根数为 6，每根弹簧分担的卸料力为：=6605.486=1100.91NnF/0.5卸预 预选弹簧 84590，工作极限负荷 =2200N200N，工作极限负荷下变形量j=26.9mmjh弹簧每圈最大压缩量 /n=26.9/5.5=4.89mm；jh弹簧每圈预压缩量 /n=1100.91/22004.89=2.45mm；预弹簧每圈剩余压缩量 /n=4.89-2.45=2.44mm；余弹簧的预压缩量 （ /n）n=2.455.5=13.48mm；预h弹簧的剩余压缩量 （ /n）n=2.445.5=13.42 =13mm；余 工 作h弹簧的总压缩量 =13.48+13=26.48mm；修 磨工 作预总 h校核 =26.9mm 。jh总在卸料力作用下弹簧未压死，所以选取弹簧尺寸合适。弹簧的安装长度 - =90-13.48=76.52mm（取小化整取 76mm） 。自 由安 预8 模具总体设计8.1 模架及模柄结构的设计和选择8.1.1 模架结构的设计和选择模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和产品要求确定是否用带导柱的模座。带导柱标准模座的常用形式及导柱的排列方式如图 14 所示。一般根据凹模、定位和卸料装置等的平面布置，来选择模座的形状和尺寸。模座外形尺寸应比凹模相应尺寸大 4070mm。模座厚度一般取凹模厚度的 115 倍。下模座外形尺寸每边至少应超过压力机台面孔 4050mm。同时选择的模架其闭合高度应与模具设计的闭合高度相适应。根据主要零件的结构、外形尺寸及卸料装置的尺寸，选取四导柱模架，根据 JB/T 7181.4, 取凹模周界 L=315mm,B=250mm，始用最小闭合高度 195mm，最大闭合高度240mm。上模座 31525040mm，下模座 31525050mm，导柱 30190mm（1 个） ，32190mm（3 个） ，导套 3010038mm（1 个） ，3210038mm（3 个） 。该模具采用四导柱模架进行导向，上、下模板均采用钢制模板，以增加刚性和冲压稳定性，从而保证了良好的模具制造间隙。8.1.2 模柄的选择29模柄的作用是将模具的上模座固定在压力的滑块上，由选择的压力机可知，JG23-40 压力机的模柄孔尺寸为直径 50mm，深度 70mm。选择直径 d=50mm,高度H=100mm，材料为 Q235 钢的 A 型压入式模柄：模柄 A30100（GB2862.1-81.Q235） 。带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用 H7/n6 配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。图 a)为对角导柱模架；图 b） 、c）为后侧导柱模架，c）为窄型；图 d)、e)为中间导柱模架，e)用于圆形件；图f）为四导柱模架。图 14 滑动式导向模架 Fig14 Sliding guide die sets8.2 固定板结构设计将凸模或镶块按一定相对位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座或下模座上的板件分别称为凸模固定板或凹模固定板。固定板的外形通常为矩形或圆形，平面尺寸应与相应的整体凹模尺寸一致。凸模固定板的厚度应取其凸模设计长度 L 的40%。凹模固定板的厚度通常按凹模镶块厚度 H 的 6%100%。凸模和一般钢质凹模镶块与固定板选用 H7/n6 或 H7/m6 配合。压入固定后应将底30面与固定板一起磨平。细小凸模与固定板应选取 H7/h6 配合 13。固定板通常选用 A3 或 A5 钢制造，压装配合面的表面粗糙度应达1.60.8m。aR凸模固定板设计图如下：图 15 凸模固定板Fig15 The fixed plate of the terrace die 8.3 垫板结构设计垫板的作用是分散凸模传递的力。当凸模尾端传递的压强大于模座材料的许用压应力时（一般铸铁取 100MPa；铸钢取 120MPa） ，为防止凸模尾端压损模座（或选用压入式模柄的上模座，为避免模柄受到直接冲击作用） ，在上模座和凸模固定板之间必须安装淬硬磨平的垫板。一般冲裁模使用的垫板厚度可在 412mm 内按标准选用，外形尺寸应与凸模固定板相同。为便于模具装配，销钉通孔直径可以比销钉直径增大 0.50.5mm。垫板材料可选用 45 钢，淬火硬度 HRC4348；或选用 T7A、T8A，淬火硬度为 HRC5458 14。下垫板的结构设计如图 16 所示。8.4 卸料板结构设计卸料板的作用主要是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。冲裁模上使用的卸料板分固定卸料板和弹压卸料板两类。31(1)固定卸料板 当卸料板仅起卸料作用时，凸模与卸料板的双边间隙取决于板料厚度，一般在0.20.5mm 之间，板料薄的取小值板料厚的取大值；当固定卸料板兼起导板作用时，一般按 H 7h 6 配合制造，但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹摸之间间隙，以保证凸、凹模的正确配合。固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。因此，当冲裁板料较厚(大于 0.5mm)、卸料力较大、要求不很高的冲裁件时，一般采用固定卸料装置 21。图 16 下垫板Fig16 Die pad(2)弹压卸料板正装式模具中，弹压卸料装置安装在上模；倒装式模具中，弹压卸料装置装在下模。弹压卸料装置的基本零件是卸料板、弹性元件(弹簧或橡胶)、卸料螺钉等。弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较外，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。为保证工件上两个孔的孔心距和工件的平整性，本副模具采用弹压卸料板。32在弯曲时弹压卸料板设计成反凸台形，凸出部分可进入两导料板间，凸台与导料板的间隙为 0.5mm，以免弯曲过程中工件产生微量滑移，防止变形，弯曲后尤其卸料作用，从而提高了弯曲质量 21。弹压卸料板的厚度见表 2。表 2 弹压卸料板的厚度 HTable2 The thickness K of the suppress stripper冲件料厚 t 卸料板宽度 B50 5080 80125 125200 2000.8 8 10 12 14 160.81.5 10 12 14 16 18因冲件厚度为 1mm，卸料板的宽度为 120mm，由上表可得弹压卸料板的厚度为14mm。卸料板材料一般选用 Q235 钢，淬火，磨削，表面粗糙度 0.32。aR弹压卸料板与凸模的单边间隙根据冲裁板料厚度按表 3 选取。表 3 卸料板孔与凸模的单边间隙Table 3 The stripper plate hole punch unilateral clearance材料厚度 t 0.5 80125 80125/21Z0.05 0.10 0.15注：1.当用弹压卸料板作凸模导向时，卸料板孔与凸模配合按 H7/n6。2.级进模中特别小的冲孔凸模与卸料板孔的单面间隙值应比表中的值适当加大。由上表可查得卸料板孔与凸模的单边间隙 /2=0.10mm。1Z卸料板底面高出凸模底面的高度 k=35mm，取 k=5mm。卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模有 46mm 刃磨量。弹性卸料板结构如图所示。8.5 导向机构设计为了更好地保证模具的冲裁精度，除了有四导柱模架外，同时在卸料板与固定板间设有一对小导柱、导套进行辅助导向，其配合间隙为 0.020.03mm，同时也能更好地对卸料板起到导向作用，保障了各凸模、凹模的间隙，提高了卸料精度，从而对第15 工位的小凸模起到了一定的保护作用。由 JB/T7645.1-1994 选择 A 型小导柱 1680，材料：20，热处理：渗碳深度0.81.2mm，硬度 5862HRC 。由 JB/T7645.3-1994 选择小导套 2216，材料：3320，热处理：渗碳深度 0.81.2mm，硬度 5862HRC 。8.6 翻边孔结构设计在翻边工序中采用了双斜楔结构（如图 18） ，翻边凸模采用先导正后翻边的形式。图 17 弹性卸料板Fig17 Elastic unloading plate该结构能够对两侧孔同时进行翻边。为了保证翻孔的同时性，各斜楔及滑块均必须保证期夹角度数相同，各对称件需一次装夹加工而成。双斜楔结构的