阳极焊片模具设计

1前 言模具被称为“百业之母” 。的确，模具是工业生产中最基础和最具有源头意义的一环，无论在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60%80%的零部件都依靠模具孕育而来。作为制造业的上游部分，模具对产品质量、效益的决定作用会在工业流程的洪波中成倍放大，远远超出人们的想象。因此，要说模具决定着一个国家制造业的国际竞争力，半点都不夸张。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。二十多年来，我国模具工业发展迅猛，至近几年尤显疾劲。 “十五”期间，模具业年均增速达 20%。2005 年，中国模具市场容量已近 800 亿元人民币，市场规模仅次于日本和美国。据专家预测， “十一五”期间，中国模具业市场份额更将达到 1200 亿元。如此惊人的宏大体量带来了灿烂机遇，与之对应的前提是我们的整体技术水平必须大幅提升。通过设计总结大学四年中所学的知识，对阳极焊片进行模具设计方面的研究和课题设计。21 绪论1.1 模具的发展史改革开放 20 多年来，我国的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和水平、都有一了很大的提高。据中国模具工业协会统计，1995 年中国模具总产值为 145 亿元，而 2003 年已达 450 亿元左了，年均增长 14%。另据统计 2004 年中国（不包括台湾、香港、澳门地区）共有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车问（分厂）近 20000 家，约 60 万从业人员，年模具总产值达 1 亿元人民币以上的有十多家。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求最的 60%左右，还不能适应国民经济发展的需要。据有关部门统计，1997 年进口模具价值 6-3 亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997 年出口模具仅为 7800 万美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。国内已经认识到了模具在制造业中的重要基础地位，许多模具企业十分重视技术发展，增大了用于模具技术进步的投资。（一）模具设计分析方面的状况：模具 CAD/CAE/CAM 技术是改造传统模具生产方式的关键技术，能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质最。它使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数最的 CAD/CAM 系统，实现了 CAD/CAM 的集成，并采用 CAE 技术对成型过程进行计算机模拟等，数控加工的使用率也越来越高，取得了一定的经济效益，促进和推动了我国模具 CAD/CAE/CAM 技术的发展。近年来，我国自开发的有冲裁模 CAD/CAM 系统；CAXA 系列软件为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。但目前我国计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。无论是应用广泛性，还是技术水平上都与国外存在很大的差距。在应用 CAE 进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用阶段。（二）我国未来模具的研发探讨模具设计的标准化、网络化、智能化、三维化、集成化 1、标准化标准化是实现模具专业化生产的基本前提，是系统提高整个模具行业技术水平和经济效益的重要手段，是机械制造业向深层次发展必由之路。国际上工业发达的国家和公3司都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足 30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能发挥。CAD/CAM 系统可建立标准零件数据库，非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在 CAD 设计中可以随时调用，并采用 GT（成组技术）生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系统自身的建模技术部可以方便地进行修改，从而加快设计过程，典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的，按用户要求对相似模具结构进行修改，即可生成所需结构。2、集成化模具 CAD/CAM 技术与 GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Program-ming)等技术密切相连，组成一个有机的整体，其关键在于建立一个统一的全局模具产品数据模型，在产品开发，模具设计中，提供全部的信息，使信息共享，交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技术，并行技术和管理技术，体现了系统化思想直至发展为 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，计算机集成制造系统)。模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的日的。如英国 Delcam 公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体 CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：Pro/E、UG 和 CAT1A 等。3、模具设计、分析及制造的三维化。传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的 CAE 分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如 Pro/E、U G 和 CAT1A 等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，Cimatran 公司的Moldexpert, Delcam 公司的 Ps-mold 及日立造船的 Spaee-E/mold 均是 3D 专业注射模设计软件，可进行交互式 3D 型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚Moldflow 公司的三维真实感流动模拟软件 MoldflowAdvisers 己经受到用户广泛的好评和应用。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之4一。如 Cimatron 公司的注射模专家软件能根据脱模力向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供 NC 加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。4、网络化与协同设计随着模具工业规模的不断扩大，要做到资源信息共享、交换等，网络化设计的发展是必然的，将以微机为中心的智能工作站达成了分布式系统构成 CAD/CAM/CAE/CAPP 微机局域网络，结构灵活，功能愈加强大，并伴随着 Internet/Intranet 网的进一步拓展，系统提供了异地设计人员在同一时间对同一个参数进行评价和修改，实现异地操作与数据交换，使一个项目在多台计算机上协作完成，以适应不同地区的现有资源和生产设备资源的要求和利用。这种基于 Internet 下的协同设计实现了企业间的“集成化”，它将成为模具制造业全球化的发展趋势。随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等力一面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，模具软件应用的网络化的发展趋势是使 CAD/CAE/CAM 技术跨地区、跨企业、跨院所在整个行业中推广，实现技术资源的重新整合，使虚拟设计、敏捷制造技术成为可能。美国在其21 世纪制造企业战略中指出，到 2006 年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从 40 个月缩短到 4 个月。5、智能化CAD/CAM 系统智能化主要表现在专家系统思想的引入，通过虚拟专家来处理模具设计制造中的问题，专家系统具有数据模块知识库模块和控制模块，专家系统可以解决知识表示，特征统计，推理力法，概念设计等问题，具有启发性、灵活性等特点，整个系统具备人上智能理想的智能模具 CAD/CAM 系统响应，自动产生设计方案，对方案进行最优评价和选择，并对模具设计制造提供全方位的过程响应和处理1.2冲压加工的特点和分类1.2.1特点生产效率高因为冲压是依靠冲模和冲压设备来进行加工，普通压力机的行程次数为每分钟几十次，高速压力机可达到更高，而且每次冲压行程都可能得到一个冲压零件，且操作方便，易于实现机械化与自动化。冲压件质量稳定，互换性好 5冲压加工中由模具保证冲压件的尺寸和形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而且模具的寿命一般较长。加工范围广 冲压可加工出尺寸范围较大，形状较复杂的零件。节省材料 冲压时一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少。1.2.2 分类按工序性质分类：冲裁模、弯曲模、拉深模、成型模a.冲裁模:冲裁是利用安装在压力机上的模具使材料产生相互分离的冲压工序。包括落料、冲孔、切边、切口、剖切、切断等。冲裁是冲压工艺中最基本的工序之一。b.弯曲模:将板料、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，行程所需形状零件的冲压工序称为弯曲。c.拉深模:利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序制成开口空心零件的加工方法，又称为拉延。分为不变薄拉深和变薄拉深，通常所说的拉深主要是指不变薄拉深。d.成型模:利用成型模在压力机的作用下,将坯料在不破坏的条件下发生塑性变形 ,获得所需的形状、尺寸的加工方法。包括翻边、翻孔、扩口、缩口、起伏、卷缘、整形等。按工序组合方式分类：单工序模、复合模、级进模(1)单工序模就是只有一个工序,只能对零件进行一种加工。(2)复合模是一种多工序模，在模具的同一个工位上完成数道工序。复合模的突出特征是一个具有兼作冲孔凹模和落料凸模的凸凹模。复合模分正装和倒装式两种，正装式是凸凹模装在上模，倒装式是凸凹模装在下模。(3)级进模是在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机一次行程中，在不同的工位上完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。表1-1 单工序模、复合模和级进模的比较Tab1-1 Single-mode processes, compound die and the relatively progressive die6比较项目 冲压精度 冲压生产率实现操作机械化、自动化可能性生产通用性 冲模制造的复 杂性和价格单工序模 较低低，压力机一次行程内只能完成一个工序较易，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化通用性好，适合于中小批量生产结构简单、制造周期短、价格低复合模 较高较高，压力机一次行程内可完成两个以上工序难，制件和废料排除较复杂，可实现部分机械化通用性较差，仅适用于大批量生产复杂性和价格较高级进模 一般高，压力机一次行程内能完成多个工序容易，尤其适应于单机上实现自动化通用性较差，仅适用于中小型零件的大批量生产低于复合模1.3 冲压加工的基本工序分离工序：冲压时工件与板料沿要求的轮廓线相互分离的加工方法。成型工序：坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，获得所需要形状、尺寸和精度的加工方法。1.4冲模零部件结构冲压模具零件的分类可按照它们在模具中的作用，分为工艺构件和辅助零件两大类。1.4.1工艺构件工作零件：凸模、凹模、凸凹模结构定位零件： 挡料销（固定、活动、自动、使用档料销） 、定位板、定位钉、导正销、侧刃、侧压机构压料卸料及出料零部件： 卸料板、压边圈（拉深模） 、顶件板、推件板1.4.2辅助构件导向零件：导板、导柱、导套等固定零件：模座、模柄、凸凹模固定板、垫板等紧固零件：螺钉、销钉、其他等72 系统分析名 称：阳极焊片材 料：H62材料厚度: 0.5mm制作精度: IT14生产批量：50 件零件图 2-1 如图所示：图 2-1 冲件工作图Fig2-1 Chong pieces of work plans2.1 冲裁工艺分析零件的工艺性分析：零件尺寸及结构如图所示，零件结构较为简单，且精度要求不高，主要工序有冲孔，翻孔，落料。2.1.1 材料分析H62黄铜，材料有相当的抗拉强度和延展性，并具有一定的可冲击性能，因此材料适合冲裁。2.1.2 工件结构形状分析冲裁件结构简单，考虑寿命，所有锐倾角倒钝，由于无明显的锐倾角，适合冲裁。2.1.3 尺寸精度分析零件图上，各尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按 IT14 级确定工件尺寸的公差。经查公差表，各尺寸公差为：外形尺寸： 15 mm 6 mm 4 mm 3 mm043.03.03.025.内孔尺寸：2.6 mm 1.6 mm25.025.0结论：适合冲裁82.2 确定工艺方案及模具结构形式2.2.1 工艺方案该零件包括冲孔,翻孔，落料三个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：(1)先落料，再冲孔，翻孔，采用单工序模生产。(2)落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。(3)冲孔翻孔 落料连续冲压，采用级进模生产。方案：方案（1）模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足批量生产的需求。由于结构简单，为提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁的方式。所以考虑方案（2） ，但是该制件结构尺寸小，壁厚也较小，复合模装配较困难，强度也会受影响，寿命不高，且工艺上精度要求也较高，除解决了生产效率等问题外，使用价值并不高，因此采用方案（3）级进模生产。2.2.2 确定卸料形式模具是采用弹压卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹压卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹压卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹压卸料板，而只有在弹压卸料板卸料力不足时，才改用固定卸料板。随着模具用弹性元件弹力的增强(如采用矩形弹簧)，弹压卸料板的卸料力大大增强。根据目前情况，当材料料厚约在 2mm 以下时采用弹压卸料板，大于 2mm 时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为 0.5mm，因此可采用弹压卸料板。综上分析，冲裁件尺寸精度要求不高，尺寸不大，形状简单，产量不大，根据材料较薄（0.5mm）的特点，为保证孔位精度，冲模有较高的生产率，实行工序集中的工艺方案，采取弹性卸料和自然漏料方式的级进冲模结构。93 冲压模具设计计算3.1 排样设计 计算条料宽度及确定步距3.1.1 排样方法，步距的计算首先查表确定搭边值。根据零件形状和尺寸，工件间 n=2.0mm,侧边取搭边值mm。0.2a连 续 模 进 料 步 距 为 8mm。 条 料 宽 度 按 相 应 的 公 式 计 算 ：mm 0.19.2152aDB图 3-0 冲裁排样图Fig3-0 Blanking layout plans3.1.2 材料利用率材料利用率大小可以按以下公式计算。一个近距内的材料利用率 为（3-10%nABS1）式中： A 一个冲裁件的面积， ；2mn 一个进距内冲裁件数量；B 条料宽度 ；S 步距 。10将 A=60.54 n=1 B=19.0 S=8 代入上述公式得到 %8.39108.9546%10BsnA考虑到小批量生产，虽然材料利用率低但依旧可行。3.2 冲 裁 力 计 算冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需的力，它与材料厚度、工件周边长度、材料的力学性能等相关参数有关。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地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。影响冲裁力的因素很多，主要的有材料力学性能、厚度、冲裁件周边长度、模具间隙大小及刃口锋利程度。由于冲模采用弹性卸装置和自然漏料方式，故冲压力计算公式为：， （ 3-2）tKLF冲式 中 ： 冲裁力，N冲K 冲裁因数，一般取 1.3L 冲裁件周长， mt 材料厚度， 材料的剪切强度，Mpa平 刃 冲 裁 K=1.3，材 料 为 H62 Mpa，0材 料 厚 t=0.5mm3.2.1 落料力计算落料周长： mm 7.3落L落料力： = NtK落落F 5.73105.73.13.2.2 冲孔力计算冲孔周长： mm 2.8.422冲 孔冲 孔 RL冲孔力： N913605.731t 冲 孔冲 孔 KF113.2.3 预冲孔力计算预冲孔周长： mm90.54.1322预 冲 孔预 冲 孔 RL预冲孔力： N.13.t预 冲 孔预 冲 孔 KF3.2.4 冲裁力计算冲裁力： N9.8705.109.368落预 冲 孔冲 孔冲 F3.3 卸 料 力 、 推 件 力 的 计 算由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而冲落的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模板上卸下板料的力称为卸料力；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；把落入凹模洞口中的冲压件或废料逆着冲裁方向顶出来的力称为顶件力。相关系数参照冲压模具设计手册中相关部分表格选择.3.3.1 卸料力计算卸料力的大小与凸模和凹模之间的间隙，工件的形状，材料的种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关。根据冲压模具设计手册卸料力，推料力和顶料力可查表 3-1表 3-1 卸料力、推料力、顶料力系数Tape3-1 Discharge of pushing material, and top-expected coefficient材 料 K 卸 K 推 K 顶1 0.060.09 0.1 0.140.10.5 0.040.07 0.065 0.080.52.5 0.0250.06 0.05 0.062.56.5 0.020.05 0.045 0.05钢6.5 0.0150.04 0.025 0.03铝、铝合金 0.030.080 0.0250.08纯铜、黄铜 0.020.06 0.030.09根 据 模 具 若 凸 模 和 凹 模 间 具 有 合 理 的 间 隙 ， 则 卸 料 力 可 按 下 列 公 式 计 算 ，卸 料F即（ 3-3）冲卸 料卸 料 FK12式 中 为 冲 裁 力 ， N；冲F卸 料 力 系 数 ， 查 表 ， 取 0.06。卸 料K卸 料 力 ， N卸 料F3.592.8706.冲卸 料卸 料3.3.2 推 料 力 计 算推 件 力 可 按 下 列 公 式 计 算 ， 即(3-4) 冲推 料推 料 FKFn式 中 冲 裁 力 ， N；冲推 料 力 系 数 ， 查 表 ， 取 0.05；推 料K推 料 力 ， N；推 料F推 料 力 因 为 落 料 时 采 用 的 是 裁 切 的 形 式 ， 故 凹 模 中 积 存 的 工 件 数 量 少 ， 故n=3，N6.14809.705.3冲推 料推 料 K翻 孔推 料卸 料冲总 FF= 2.6.148.592.870=12227N3.4 冲 模 刃 口 尺 寸 及 公 差 的 计 算3.4.1冲裁间隙冲裁间隙对冲裁件的断面质量、尺寸精度有非常大的影响。除此之外，在实际生产中发现，间隙对模具寿命和冲压力大小也有很大的影响。所以确定合理的间隙有着很大的意义。图 3-1 所示的冲裁模间隙是指凸、凹模工作部分尺寸之差（称双面间隙） 。（3-5）ATZDd式中 Z 为双面间隙；为凹模刃口尺寸；AD13为凸模刃口尺寸。Td冲裁模间隙除了可以用双边间隙表示，还可以用单边间隙(C)表示，它们之间的关系为 C=Z/2。在设计中，结构对称，简单的冲裁轮廓，用双边间隙来表示；形状复杂的，为方便 CAD 设计，常用单边间隙表示。3.4.2 冲裁间隙的影响1）对断面质量的影响 2）间隙对尺寸精度的影响 3）间隙对冲裁力的影响 4）间隙对模具寿命的影响 5）合理间隙值的确定： 确定合理间隙的方法：计算法、经验法、查表法.3.4.3 冲模刃口尺寸的计算凸模与凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸模和凹模刃口尺寸和公差对尺寸精度和模具寿命相当重要。在设计时，计算模具刃口尺寸包括刃口基本尺寸的计算和刃口尺寸偏差的计算。（1）刃口尺寸计算应遵循的原则1）落料尺寸决定于凹模尺寸，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凸模刃口的尺寸来取得；2）冲孔尺寸决定于凸模尺寸，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口的尺寸来取得。3）在确定模具的刃口制造公差时要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙取值。一般模具的制造精度比工件高 34 级。查表 3-2，磨损系数 x=0.5，查表 3-3，Zmax=0.06mm，Zmin=0.04mm表 3-2 系数 xTab. 3-2 Coefficient x14非 圆 形 圆 形1 0.75 0.5 0.75 0.5材 料 厚 度t/mm工 件 公 差 /mm4 0.30 0.31 0.59 0.60 0.30 0.30表 3-3 落 料 冲 孔 模 刃 口 始 用 间 隙Tab.3-3 Table of Punching die blanking gap edge凸模和凹模采用配合加工对于形状比较复杂或料薄的工件，为保证为保证凸凹模之间的间隙值，必须采用配合加工。所谓配合加工就是先做好其中的一件作为标准件，然后以此标准间来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。因此只在基准件上标注尺寸和制造公差，另一件仅标注基本尺寸并注明配合的间隙值。模具的制造公差不受间隙的限制，一般可取制造工差的 。41这种加工方法不仅容易保证凸凹模间隙很小，还可以放大基准件的制造公差，使制造容易故目前一般工厂都采用这种加工方法。对落料来讲，应该选凹模为基准件；对冲孔来讲，则应选取凸模为基准件。模具在工作过程中会发生磨损，对于一个形状复杂的工件来说，模具工作部分在工作过程中的磨损情况不同，标准件的刃口尺寸要根据磨损趋势来进行考虑。根据模具磨损后尺寸变化趋势，可以把尺寸分为 3 类：A 类：磨损后尺寸增加；B 类：磨损后尺寸减小；C 类：磨损后尺寸不变。A=（ -x ） (3-6)maxA045,T7,T8,65Mn 10,15,20,30# Q235,H62,H68厚 度 tZmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax0.1 0.015 0.035 0.01 0.03 0.2 0.025 0.045 0.015 0.035 0.01 0.030.3 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.040.5 0.08 0.10 0.06 0.08 0.04 0.0615B=（ +x ） (3-7)maxB0C=（ +x ） (3-8)C以冲 1.88 的孔为例，查表 3-2，x=0.5， ,冲口以凸模为基准，刃口尺寸经磨25.0损后变小，属于 B 类尺寸，凸模 d=( +x) （3-9）mind0凸=(1.88+0.5 0.25)=2.01mm=0.25 （3-10）凸=0.25 0.25=0.06凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为 0.040.06mm。冲模刃口尺寸及公差计算的演算过程不再鳌述，仅把计算结果列于表 3-4 中。表 3-4 模刃口尺寸Tab 3-4 Edge size冲 裁 性 质 工 作 尺 寸 计 算 公 式 实 际 尺 寸 备 注16落 料15043.60-0.304 .R2R3 025.D=( -x )ma凹0=0.25凹14.79 1.05.78 0.3.78 0.R1.89 04.R2.88 06.凸 模 尺 寸 按 凹 模实 际 尺 寸 配 置 保证 双 边0.040.06mm冲 孔2.6 5.01.6 25.0R0.81 25.0R1.88 25.0d=( +x )min0凸=0.25凸2.79 06.1.79 06.R0.895 03.1.19 06.R2.01 6.凹 模 尺 寸 按 凸 模实 际 尺 寸 配 置 保证 双 边0.040.06mm中 心 线 尺 寸 8 0.045在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为 0.040.06mm。在计算落料模刃口尺寸时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，17保证双面间隙为 0.040.06mm。为保证落料时 R2 与尺寸线为 4 的轮廓线相切，R2 的凹模尺寸，取 4 的凹模尺寸的一半，公差也取一半。为保证冲孔 R0.8 与尺寸为 1.6 的轮廓线相切，R0.8 的凸模尺寸，取1.6 的凸模尺寸的一半，公差也取一半。3.5 确 定 各 主 要 零 件 结 构 尺 寸3.5.1 凹模外形尺寸的确定表 3-4 系 数 K 的 取 值 表Tab.3-2 Table of Coefficient K value table厚 度 t/mm 0.5 1 2 3 350100 0.20 0.22 0.28 0.35 0.42100200 0.15 0.18 0.20 0.24 0.30200 0.10 0.12 0.15 0.18 0.22凹 模 厚 度 ： H=kb( ) （ 3-11）m其 中 。 b 为 零 件 最 大 的 长 度 尺 寸 ， 取 15mm， k 为 系 数 ， 查 表 k 取 0.3预 取mH15.4153.0表 3-5 凹 模 壁 厚 表Tab.3-5 Table of die wall thickness table材 料 厚 度 tc H c H c H冲 裁 尺 寸 8.00.81.5 1.53505075 26 20 30 22 34 2575100100150 32 22 36 25 40 28t=0.5mm， 冲 件 b=15mm， 查 表 H=20mm， 凹 模 边 壁 厚 c=26mm18凹 模 长 度 L 的 确 定（ 3-12）cbL2故 mm6715考 虑 到 翻 孔 工 艺 过 程 故 ，凹 模 宽 mm802682c2 工 件 宽步 距B按 上 式 计 算 的 凹 模 外 形 尺 寸 ,可 以 保 证 凹 模 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 ,一 般 可 不再 进 行 强 度 校 核经 查 GB-2822-81 故 确 定 凹 模 板 外 形 长 宽 高 为 ： 。2080图 3-2 凹 模Fig 3-2concave mold3.5.2 凸 模 外 形 尺 寸 的 确 定凸 模 的 长 度 由 模 具 结 构 确 定 。(3-13)）（凸 2015h321L式 中 ： 凸 模 固 定 板 厚 度 ， mm1h19卸 料 板 厚 度 ， mm2h导 料 板 厚 度 ， mm3表 3-5 导 料 版 厚 度Tab.3-5 Table of Derivative version of the thickness of material导 料 版 厚 度 H材 料 厚 度 挡 料 销 高 度 h 固 定 挡 料 销 自 动 挡 料 销 或 侧刃0.32.0 3 68 482.03.0 4 810 683.04.0 4 1012 684.06.0 5 1215 8106.010.0 8 1525 1015取 35mm ， 为 h1+(35)mm ， 经 查 表 =6mm1h2 3h故 mm40凸L3.5.3 凸 模 强 度 的 校 核 在 一 般 情 况 下 ,凸 模 的 强 度 是 足 够 的 ,所 以 不 用 进 行 强 度 计 算 . 但 是 对 于 特别 细 长 的 凸 模 或 板 料 厚 度 较 厚 的 情 况 下 ,应 进 行 压 应 力 和 弯 曲 应 力 的 校 核 ,检 查其 危 险 断 面 尺 寸 和 自 由 长 度 是 否 满 足 强 度 要 求 .3.5.4 弹 簧 的 选 取根 据 总 卸 料 力 以 及 模 具 结 构 拟 用 弹 簧 个 数 ， 计 算 每 个 弹 簧 所 承 受 的 压卸 料F力 。 初 步 取预F4n(3-14)n卸 料预 F式 中 ： 弹 簧 的 预 压 力 ， N预卸 料 力 ， N卸 料Fn 弹 簧 根 数20= 592.3N n=4 卸 料F故 N1.483.592nF卸 料预选 用 圆 钢 丝 螺 旋 压 缩 弹 簧 ， 查 阅 实 用 模 具 设 计 手 册 根 据 GB/T2089-1994 标 准 。选 取 材 料 直 径 d=2.0mm， 弹 簧 中 径 D=12mm， 节 距 p=4mm,工 作 极 限 负 荷184.3N 的 弹 簧 。214 翻孔工艺分析4.1 预 冲 孔 尺 寸 的 确 定图 4-1 翻 孔Fig 4-1 Hole flanging（ 4-1）)72.03.(2trDd式中： D翻孔后孔的中径d 翻孔前预冲孔直径B 翻孔时凸缘的宽度H 翻孔后零件高度h 翻孔后的直边高度r 圆角半径t 材料厚度满足条件 翻孔高度 H 1.5t 凸缘宽度 B HB=1.4mm D=2.7mm H=1.2mm r=1mm t=0.5mm 代入公式d=1.88mm224.2 翻 孔 力 计 算F = （ 4-2）翻 孔 )(1.dDts式中： F 翻孔力翻 孔材料的屈服强度sD翻孔后直径d预冲孔直径T材料厚度t=0.5mm D=2.7mm d=1.88mm 查表 4-1， =200MP 代入公式s故 F =283.2N翻 孔表 4-1 黄铜的力学性能Tab 4-1 Table of Mechanical Properties of Brass材 料 剪 切 强 度/Mpa抗 拉 强 度/Mpab屈 服 强 度/Mpas软 的 260 300 半 硬 的 300 380 200H62硬 的 420 420 软 的 240 300 100半 硬 的 280 350 H68硬 的 400 400 2504.3 翻 孔 凸 模 的 设 计由于翻孔后立边变薄，故凸凹模间隙可小于材料厚度，一般单边间隙Z=0.85t （4-3 ）式中 Z单边间隙，mmt材料厚度，mmt=0.5mm 代入公式故 Z=0.45mm翻孔凸模如图 4-2 所示，具体尺寸见零件图。 图 4-2 翻孔凸模Fig4-2Double-hole punch235 压力中心的计算5.1 冲 孔 压 力 中 心如图 5-1 所示，由于零件上下对称故冲孔压力中心在 AB 的连线上 A 为冲孔压力中心即几何中心，B 为用冲孔压力中心即圆心，设冲孔压力中心 C 距 A 点的距离为 Xmm。图 5-1 冲孔压力中心Fig5-1 Punching pressure center根据力矩平衡原理(5-1)）（预 冲 孔冲 孔 XFX5.9式中 冲孔力冲 孔F预冲孔力预 冲 孔= 1368.9N = 1151.1N 代入公式冲 孔 预 冲 孔求的 X 距离为 4.4mm5.2 翻 孔 压 力 中 心如图 5-2 所示，翻孔压力中心即在圆心 D 点图 5-2 翻孔压力中心Fig 5-2 Pressure center over hole245.3 落 料 压 力 中 心由于零件上下对称，故压力中心必在 X 轴上即 Y=0。图 5-3 落 料 压 力 中 心Fig 5-3 Blanking pressure center（ 5-2）式中 已知图形的压力中心的和坐标nX相应图形的刃口周边长LX落料压力中心横坐标=1， =4， =7.7， =12， =3.14mm， =4mm， =4.2mm， =14.9mm12341l2l3l4lX=9.1故落料压力中心 X=9.1Y=05.4 总 压 力 中 心 的 计 算模具压力中心是指冲压时诸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，应使冲模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，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。43212llX25落 料翻 孔冲 落 料翻 孔冲 Fx3210x图 5-4 压力中心Fig5-4 Center of pressure根据复杂件的压力中心计算公式： 5.71.89.70.392.0 =8.36 mmx同 理 ，0y=6.85 mm故 压 力 中 心 =8.36 mm0x=6.85 mmy落 料翻 孔冲 落 料翻 孔冲 Fy3210y5.71.89.76266 模具整体设计6.1 模 架 形 式 的 选 择 如采用纵向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架(对角导柱导套模架也可)；横向送料适宜采用对角导柱导套模架：而后侧导柱导套模架有利于送料(纵横向均可且送料较顺畅)，但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。本模具采用对角导柱导套模架，一是对送料较为方便，二是对角导柱导套架工作时受力比较均衡、对称。6.2 模 架 尺 寸 的 选 择根据凹模外型尺寸 80mm 80mm 20mm选择 100 100 的模架 上模座 m2510下模座 3模座材料：上模座为 HT200；下模座为 HT200。取模具闭合高度 128 mm6.3 模 柄模柄选用压入式模柄，如图 5-14 所示。与上模座孔采用 H7/m6 过渡配合，并加销钉以防止转动。6.4 其 他 零 件 的 结 构 设 计6.4.1 螺钉所选联结螺钉均为 GB/T70.1-2000 内六角圆柱头螺钉。固定凸凹模螺钉尺寸为 ，联结下模座和凸凹模固定板的螺钉尺寸为 ，联结上模座和凹模板的螺钉尺寸为 。6.4.2 圆柱销和防转销 圆柱销和防转销均为 GB/T119.1-2000 圆柱销6.5 模 具 的 总 体 结 构根据以上凸、凹模的设计，结合制件及加工设备的分析，对模具整体结构布局设计如图 6-1 所示：27图 6-1 模具结构示意图Fig 6-1 Schematic diagram of die structure1.下模座 2.凹模 3.导料版 4.弹性卸料版 5.弹簧 6、导柱 7.导套 8.凸模固定板 9.凸模固定板 10.上模座 11.内六角圆柱头卸料螺钉 12. 模柄 13.防转销 14.圆柱销 15.落料凸模 16.翻孔凸模 17.冲孔凸模 18.承料版 287 压力机的选择在选用冲压压力机时，主要从两方面进行。一是根据冲压工序及冲模类型进行冲压设备类型的选择，即选用什么样的压力机比较合适；儿是冲压设备规格的选择。其选择原则可按下述方法进行。冲压设备规格的确定: 1)、 选择的压力设备的类型：根据要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求。 A 中小型部裁件变曲件拉涤件生产,采用开式机械压力机。 B 在中型冲压件生产采用闭式结构形式的机械压力机。 C 小批量生产，大型厚板冲压件的生产采用液压机。 D 大批量生产或开头复杂零件的大量生产中，选用高速压力机械多工位自动压力机。2)、 规格的确定、根据冲压设备部压件的尺寸模具的尺寸和冲压力来确定。 A.所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力 P 压机P 总 的 1.21.3 倍。B.压力机的行程要适当：行程直接影响模具的主要高度引程过大，凸模与导板分离导板模或导柱导套分离。 C.压力机闭合高度应与冲模的闭合高度相适应,即冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间. D.压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸,并留有安装固定的余地,但工作台也不应太大,以免工作台受力不好.总压力 N127总F根据总冲压力 N，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备，选总用 J23-10 开式双柱可倾冲床，并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下： 公称压力： 100KN 滑块行程：45mm 行程次数：145 次分 最大闭合高度： 180mm 连杆调节长度： 35mm 298 经济技术分析连续模是在单工序冲模基础上发展起来的一种多工序、高效率冲模。在压力机的一次行程中，连续模在依次分布于条料送进方向的几个工序上分别完成一系列冲压工序，条料从第一工位到最后工位相继成形，因此压力机每动作一次即获得一个完整的工件或工序件。本文介绍的这套簧片级进模可以同时完成冲裁、翻孔等工序。压力机每次冲程可冲制一个工件或工序件，还可以用于高速压力机，因此具有比复合模更高的劳动生产率。使用连续模冲压可以减少设备、模具数量和车间面积，省去了半成品的运转和存储。连续模的各工序分散在各个工位，不存在复合模“最小壁厚”的问题，因此模具强度较高、寿命较长。但是连续模结构复杂、制造精度高，周期长，成本高，维护困难。各个工序是在不同工位上完成的，定位累计误差会影响工件的精度，所以连续模的生产的工件精度不高。综合来看，根据工件的生产要求为大批量、精度要求不高，所以这套级进模具实用价值很高，对操作人员的熟练度要求较低，不但提高了生产效率，还节约大量的人力物力，因此，值得广泛推广和使用。309 结论在此次毕业设计当中，首先，通过查阅资料对级进模具的总体结构做了大概的了解。接着根据计算冲压工序中的冲压力和翻孔工序中的与冲孔过程做了合理的安排。在考虑到零件的定位、尺寸之后，结合工件的形状，以及其它要求的前提下，对每个零件也作出了合理的设计。本文通过对冲压模具与级进模的特点的进行了解，熟悉冲压模具的工作过程，对阳极焊片模具进行了详细的设计设计。此次设计实现了工件成形和完成卸料，主要借助于弹性元件与卸料板完成冲裁与卸料，通过小导柱的导向作用，保证凸模准确的进入凹模中，冲压成形。在设计过程当中，首先对模具中主要的部件，例如：凸模、凹模、固定板等等作了比较合理的设计。其次，在冲裁过程中，凸模与凹模的间隙是冲裁是否成功和冲裁件质量的关键所在，本文也做了详细的计算和说明。定位装置的放置以及定位装置与凹模固定板的连接在装配图上做了详细的标注。在各个零件被确定以后，将这些零件按照一定的装配关系、合理的结构将零件装配。本套级进模具的设计与计算，涉及了模具的设计流程，包括冲压翻孔的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总体装配图及零件图的绘制等等。31致谢历时三个月的毕业设计已渐渐接近尾声，通过这段时间的毕业设计，我得到了不少收获，也学到了不少东西。通过这次毕业设计，我不但对大学四年中所学过的知识，加以比较系统的综合，巩固和吸收；而且，对知识比以前有了更深入的了解，学到了很多先进的专业技能。同时也深深认识到自己知识的贫乏和不足，以及对实际运用能力的缺乏，真正认识到知识的博大精深，意识到知识的学习，积累永远没有止境的。所以，我对自己的潜力更加增强了信心，同时，更坚定了自己不断进取的念头。本次设计通过查阅国内外有关的资料，以及各种专利文献；经过多次实习，观察，借鉴前人的设计成果。使自己对于模具，尤其是级进式冲压模具等设备有了更深刻的了解和认识，并且，在原有设计的基础上，把自己的一些想法，思路应用于设计中，如：液压缸的结构设计，支架的结构设计等等在本论文完成之际，谨向给予我指导、关心和帮助的各位老师、同学致以由衷的感谢。特别要感谢我的指导老师晁彩霞老师以及魏永乐老师从各个方面所给予我的帮助和支持，从课题选择、工艺方案到具体零部件设计和装配图的绘制，无不凝聚着晁彩霞的心血和汗水，而这些都与他们严谨的治学态度、广博的知识和丰富的实际经验是分不开的，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，受益匪浅。在此向晁彩霞与魏永乐表示深深的感谢和崇高的敬意。最后，再一次致以我深深的谢意！32参 考 文 献1 陈锡栋 周小玉.实用模具技术手册M. 北京：机械工业出版社 20012 高淑苓 陈志刚.模具工程技术基础M. 北京：电子工业出版社 20043 王力华 刘旭华.模具制作实训M. 北京：清华大学出版社 20064 刘京华.模具识图与制图M. 北京：化学工业出版社 20075 李学锋 窦君英.模具设计与制造实训教程M. 北京：化学工业出版社 20046 中国机械工程学会.中国模具设计大典M. 南昌：江西科学技术出版社 2003 7 陈剑鹤.模具设计基础机械M. 工业出版社 2003 8 甘永立.几何量公差与检测M. 上海：上海科学技术出版社 20059 全国标准化技术委员会.中国机械工业标准汇编M.中国标准出版社 1999.10 周大隽.冲模结构设计要领与范例M.北京:机械工业出版社,2005.11 欧阳波仪.现代冷冲模设计基础实例M.北京:化学工业出版社,2006.12 陈炎嗣，郭景仪.冲压模具技术手册M.北京:北京出版社,1999.13 成百辆.冲压工艺与模具结构M.北京:电子工业出版社,2006.14 彭建声.秦晓. 模具技术问答M. 北京:机械出版社,2003.15Zhengzhongji Stamping Die Design Machinery Industry Press 2008.33附 录 A 模 具 设 计 与 制 造模 具 是 制 造