离合器壳体中心大孔冲孔，成型，修边复合膜设计说明书

1目 录摘 要 .21 分析冲压件的工艺性 .71.1 冲裁工艺性 .71.2 成形工艺性 .82 分析计算确定工艺方案 .92.1 确定所需的冲压基本工序 .92.2 确定工序数目 .92.2.1 确定拉伸次数 .92.2.2 顶面起伏成形加工次数的确定 .102.2 确定工序顺序 .112.3 确定工序的组合 .113 主要工艺参数的计算 .133.1 计算毛尺寸 .133.2 计算冲压力 .153.2.1 起伏成形的压力计算 .153.2.2 中心冲大孔的冲裁力 .153.2.3 修边时的冲裁力 .163.2.4 冲中心大孔时的御料力 .163.2.5 外缘修边时的御料力 .163.2.6 冲孔时的推件力 .173.2.7 计算压边力 .173.3 初选压力机 .173.4 计算压力中心 .183.5 计算凸凹模刃口尺寸及公差 .183.5.1 冲中孔时凸、凹模刃口尺寸计算 .193.5.2 修边凸凹模刃口尺寸计算 .203.5.3 成形凸凹模的刃口尺寸计算 .204 模具整体结构设计 .224.1 修边凹模的设计 .2224.1.1 凹模的尺寸计算 .224.1.2 凹模的结构形式 .234.2 冲孔凸模的设计 .244.2.1 计算 .244.2.2 凸模的结构设计 .254.3 凸凹模（冲孔凸模和修边凹模）的设计 .264.4 冲模的导向装置 .274.4.1 无导向冲裁 .274.4.2 导板导向 .284.4.3 模架的导向 .284.5 定位装置 .314.5.1 条料的横向定位装置： .314.5.2.条料的纵向定位装置： .324.6 卸料装置 .334.6.1.固定卸料装置的形式 .334.6.2.固定卸料板的固定方式 .334.7 推件装置的设计 .334.7.1.推件板的结构形式 .344.7.2.推件板的尺寸与公差 .344.7.3.推件板的极点位置 .344.7.4.打杆与打板的设计 .345 其它冲模零件设计 .355.1 模柄的类型及选择 .355.2 凸模固定板 .365.3 垫板 .365.4 紧固件 .375.5 定位销 .376 模具的装配 .386.1 复合模的装配 .386.2 凸、凹模间隙的调整 .387 具体零件的工艺方案 .393总结 .41参考文献 .42致 谢 .4341 分析冲压件的工艺性1.1 冲裁工艺性冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单等等。通常对冲裁件的工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。对几何形状的要求是冲裁件的形状应尽可能简单、对称，最好采用圆形、矩形等规则的几何形状或由这些形状所组成，使排样时废料最少；冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小，以免凸模折断；冲裁件的外形或内形的转角出，要避免夹角出现，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理或冲压时的在尖角处开裂的现象，同时可以防止尖角部位的刃口磨损过快而使模具寿命降低。对精度的要求是冲裁件的经济精度一般不高于 IT11 级，最高可达 IT810 级，冲孔比落料的精度约高一级。该零件的形状如图 1，其冲裁工艺性为：结构与尺寸：该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，没有长的悬臂和狭槽。精度：零件尺寸最大凸缘尺寸精度为 IT11，高度尺寸略低于 IT12，其余尺寸均为自由尺寸，中心大孔的冲孔尺寸要求不高，可以经过普通的冲裁方法加工形成。修边时，相应的尺寸要求和冲孔时相比较高，其凸缘尺寸为 IT11 级精度，因此，进行模具设计时，应保证修边时所用模具的精度。另外，零件图中还对下顶面与下底面的平行度，下底面的平面度有一定要求，因此加工时最好能使外缘的修边和顶面的成形在同一付模具上进行加工，以保证相对的位置精度和形状精度，而在冲模加工方法中，复合模能在一付模具上对工件进二道或更多的工序加工，而保持被加工零件没有相对的位移，有利于得到较高精度的加工件。因此，相对来说，该零件的冲裁加工要求可以得到保证。材料：该零件材料为 10 号钢，屈服强度为 206Mpa，此材料具有良好的结构强度和塑性，其冲裁加工性较好。生产批量：大批量生产。5根据以上分析，该零件的冲裁性较好，可以冲裁加工。图 1 工件图1.2 成形工艺性上图所示零件为离合器壳体的剖视图。是经过本道模加工后应达到的要求，其前一道工序的零件图和该图相比，没有顶面的下凹锥形及中心的大孔，其它形状尺寸和本道工序的尺寸几乎相同，只是下凸缘留有修边余量。为了得到本道工序所要求的形状，要对该离合器壳体的顶面进行局部拉延的变形加工，其成形特点为伸长类与形。伸长类成形的破坏形式主要是由于材料的延伸率不足而造成的破裂，如伸长类翻边、扩口、扩孔、凸包，平板的圆筒、锥台及各种复杂曲面胀形等。当其各部分材料伸长不均匀时，常伴有起皱、翘曲等缺陷。对于该种破裂的成形，常用其变形前后的相对伸长与材料延伸率之比来衡量成形极限。由于该零件采用 10 号钢进冲压成形，材料的延伸率较大，朔性较好。经过初步的估算可知，该零件的成形工艺性较好。62 分析计算确定工艺方案2.1 确定所需的冲压基本工序由零件图可知，该零件主要外形是留有小凸缘的锥形件，锥形件开口向下。其顶面还有一小锥形的下凸包，凸包下底面冲有一个大中心孔。要加工成具有一定深度的冲压件，必需要进行成形加工，如为了得到零件的外轮廓锥形，要对零件进行拉伸或纯胀形加工。由于进行冲压加工的毛坯多为板材或型材，面拉伸成形一般要求其毛坯外形为圆形或尺寸一定的非圆毛坯，因此在拉伸加工前需进行落料冲裁。而在拉伸加工时，为了拉伸的计算的简便，有时不需要对拉伸件的毛坯进行精确的计算，只需留有一定的修边余量，在其后的加工中再把多余的材料去掉。这就需要在后续工序中配有修边加工。上顶面的小凸包加工时，可以采用与外面大锥形成形方法一致的拉伸成形，也可以根据其形状和尺寸确定其它的冲压加工。由于上顶面凸包的高度尺寸相对较小，而径向尺寸较大，可利用胀形加工方法对其进行加工。因此，该零件的加工所需要的冲压基本工序有：落料、拉伸、拉延成形、冲孔及修边。2.2 确定工序数目2.2.1 确定拉伸次数零件外形的拉伸属于圆锥型件的拉伸成形，圆锥型零件厚度不同，可以分为下述的三种情况：浅锥型件相对高度 h/d=0.10.25，一般半锥角 =50 80 ，在成形过程中毛坯的0变形程度小，拉深后的回弹大，为保证工件的形状、尺寸精度，必需加大径向拉应力，提高胀形成分。具体措施有： 无凸缘可以补加凸缘。 采用带拉 1 2深筋的凹模。 用像皮或者液压代替凸模进行拉深。 3中锥形件7相对高度 h/d=0.30.7,一般锥角 45 ，中等深度的锥形件毛坯15的变形程度不大，由于有很大一部分毛坯在压边圈外呈悬空状态，因此成形的主要工艺缺陷是悬空部分拉深变形的起皱失稳。同样，可以利用加在径向拉应力的方法来防止。根据毛坯相对厚度 t/D 100 的不同，大致可以分为三种情况：当 t/D 1000.8,一般半锥角 ，深度较大的锥形件毛坯的变103形程度较大。只靠息坯与凸模接触 局部面积传递成形力，极易引起毛坯的局部过度变薄乃至破裂，所以需要经过多次过渡渐渐成形。具体方法有：阶梯过渡法 1用这种方法是将毛坯分数道工序逐步拉深成阶梯，阶梯与成品的内形相切，最后在成形模内整形。缺点是：壁厚不均匀，有明显的印痕，工作表面不光滑，所用模具套数多，结构、加工都较复杂。锥面逐步成形法 2这种方法是将毛坯拉成圆筒形，使其等于或大于成品圆锥表面积，而直径等于圆锥大端直径，以后各道工序逐步拉出圆锥面，使其高度逐渐增加，最后形成所需的圆锥件。与阶梯法下比，表面光滑与壁厚均匀方面都有所好转，但所需的模具套数仍然较多。在这个零件的拉伸加工中，h/d=56/248=0.22 半锥角为： =65 属于浅锥型件的拉伸，在成形过程中毛坯变形程度小，可以一次拉伸成功。2.2.2 顶面起伏成形加工次数的确定起伏成形是依靠材料的延伸使工序件或工件形成局部凹起或凸起的冲压工序。起伏成形中材料厚度的改变为非意图性的，即厚度改变形过程中自然形成的，不是设计指定的要求。对于一定厚度及性能的材料，要使起伏成形能够顺利进行，则材料的变形8程度必需要在材料本身充许的变形程度范围之内。因此，当材料性能一定时，有一个极限的变形程度，该变形程度就决定了起伏成形时，材料所能成形的一个极限尺寸。当实际尺寸超过此成形极限尺寸时，起伏成形不能顺利进行或者需要经过几道成形工序才能达到零件所要求的尺寸。起伏成形的变形程度，可用延伸率表示：- (1)10)(1L式中 变形的沿截面的材料长度(mm)；L变形前材料原有长度(mm)；延伸率()；一次起伏成形的延伸率 ，不能超过材料拉伸试验的延伸率 的 7075，即 (0.70.75) 由于零件材料为 10 号钢，查表得其延伸率 为 29()。变形长度尺寸如下所示：图 2 工件图L=132mm；L =1 6.13845sin)i1(5.905.9180456.9 00所以： 293)68()( L故顶面凸包可以通过一次工序加工完成。2.2 确定工序顺序对于外锥形轮廓的加工，采用先落料再拉伸。对于顶面的内凸包和冲孔加工时，为了使孔在冲压后尺寸不受到较大影响，采用先成形凸包，在成形快终了时，对中心大孔冲孔。修边是为了保证离合器壳体的大凸缘尺寸，因此应该在胀形和冲孔完成时再进行，作为该步骤零件加工的最后一道工序。92.3 确定工序的组合工序的组合方案及比较方案一：1）落料；2）拉深；3）成型；4）冲孔；5）修边。方案二：1）落料与拉深复合；2）成型与冲孔复合；3）修边。方案三：1）落料；2）拉深与成型复合；3）冲孔与修边复合。方案四：1）落料与拉深复合；2）形型、冲孔与修边复合。方案一：采用单工序生产，模具结构简单，安装、调试容易，但生产道次多，效率低，不适合大批量生产。故很少使用。方案二：将落料与拉深进行复合，工序少，生产效率较高，但模具结构较复杂，安装、调试难于控制，同时模具强度较低。方案三：将拉深与成型复合方案四：复合程度最高，模具结构复杂，安装调试困难，模具成本提高，同时可能降低模具的强度，缩短模具的寿命。根据以上四个冲压工艺方案的比较，四种冲压工艺方案各有其优点和缺点，为了提高生产率，保证模具结构简单，冲压件尺寸稳定、精度高，故在此设计中选择方案四进行冲制离合器壳体。加工出该形状的零件需要经过两付模具。这付复合模加工的零件毛坯为经过前一付模具加工的半成品。在后面相关的设计计算中，主要钉对第二付模具的设计进行计算。103 主要工艺参数的计算3.1 计算毛尺寸由于所设计的本套模具用于离合器壳体的第二步的冲裁加工，其前一步骤为板形条料的落料及拉伸。为了对本道步骤的加工方法有更好的了解，仍需对上一道步骤加工时所用材料的毛坯尺寸进行计算。以确定所留的合理修边余量，便于本工序加工时得到可靠的数据。拉深时，由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。由于第一道工序拉伸的零件是锥形件，其拉伸工艺与圆筒形件的拉伸基本相似，因此可以根据圆筒形件拉伸时的修边余量来确定该锥形件的修边余量，其误差相比较不大。 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。图 3 11如图：凸缘直径为： 锥形件换算为圆筒形件后的相当直径为： d=25fd206相对凸缘直径： 5.1306/f由表 4-17 查得修边余量为： 冲压工艺与模具设计m故修边前的凸缘直径为： -(2)mdDff 264计算零件的毛坯尺寸时，把拉伸形件分为五个部分进行计算，即：凸缘直边段、凸缘圆角段、倾斜直边段、顶部圆角段以及顶部圆底段。凸缘直边段和凸缘圆角段的计算如下：图 4凸缘直边段的表面积计算： 221 639.04)96(/ mA凸缘圆角段的表面积计算： ZLR2其中：圆角段母线重心到旋转轴 y-y 的距离；zRL母线长度；-bCZ(3)6.0)5cos1()6180)cos()1800圆弧中心角；R= 5.13.2in.432in3600RX因此： 509.1.249Z12450.16.18065180RL293.4.2A同理可得到其它段的表面积为：29880.437.5804219A因此，毛坯尺寸为： 543210 AD4 2179803960 (mm)33.2 计算冲压力3.2.1 起伏成形的压力计算采用刚性凸模对平板毛坯进行胀形时所需的胀形力 F 按下式估算：F=KLT （N）-b(4)式中 K胀形区周边长度 （mm） ；T板料厚度 （mm） ；板料抗拉强度 （MPa） ；bK考虑变形程度大小的系数，一般取 K=0.71 。查表取材料的抗拉强度为： =300MPa；b所以 305.27.0dF式中d 为顶面胀形锥形凸包的相对直径，取锥形凸包的大端直径与小端直径的中间值。经计算为 d=144.3 mm。（N）5.18305.2147.0F303.2.2 中心冲大孔的冲裁力冲孔力可按下式计算：-(5) bCLtF113式中：冲孔力（N） ； 1CFL冲件的内轮廓长度（mm） ；t板料厚度（mm） ；材料的抗拉强度（MPa） ；b因此，该零件的冲孔力为：(N)8.2305.91CF3103.2.3 修边时的冲裁力修边时冲裁可按下式计算：-(6)bCLtF2修边冲裁力 （N） ；L冲件的内轮廓长度（mm） ；t板料厚度（mm） ；材料的抗拉强度（MPa） ；b因此，该零件修边时的冲裁力为：(N)76.5930.252CF3103.2.4 冲中心大孔时的御料力一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算：-(7)CXFK1式中冲孔时的冲裁力；卸料力系数；其值可查表得到，在此取 =0.051 1KNFX 3310.8.205. 3.2.5 外缘修边时的御料力-(8)CXK12式中冲中心大孔时的冲裁力；F14卸料力系数；其值可查表得到，在此取 =0.05。1K1K（N）332 107.2976.590. XF3.2.6 冲孔时的推件力将卡在凹模中的材料逆着冲裁力凹模中的所需要的力称为推件力。在这付模具设计中，当上模上行时，推件块把该次冲压形成的废料或工件推出凹模口外，凹模口内没有废料积存，取 n 为 1，推件力为：-(9)CTnFK2式中推件力； 的意义同前；n同时卡在凹模孔内的工件或废料片数；推件力系数，其值由表查得，在此取 =0.05。2 2K（N）3310.108.5.0TF3.2.7 计算压边力平板胀形及起伏成形本质上是以伸长变形为主的局部成形，其外缘尺寸一般不发生变化。但在靠近凹模口附近（低碳钢 4 ，铝 5 ，黄铜dd5.5 ， ）的材料仍有径向伸长（为主） 、切向收缩（为辅） ，并伴有厚度变薄d的变形。在非旋转体胀形起伏成形中，也会由于材料流入不均匀产生横向应力松弛现象。这些都会造成工件在凸缘或侧壁上出现皱褶，因而需要足够的压边力。压边力 Q 的取值可按下述公式选取： 冲模设计基础（P成形力）,3dD21,d式中毛坯直径 （mm） ；凹模口直径；dQ压边力；因此，在该零件的成形加工中取压边力为：Q=200 （N）310153.3 初选压力机压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。由于在起伏成形快终了时再进行冲孔和修边,此时所需成形力不是很大,因此在计算冲压力时以只把冲孔和修边所需的力相加。另外起伏成形时提供压边力的压料板在上模上行时，以充当外缘修边时的御件板，而压边力比御料力大很多，则在回程时还能提供一定的压力以作御料。因而外缘修边时的御料力可以不必计算在压力机的公称压力之内。则总的冲压力为：-(10)QFFXC121= 310)2.76.5938.( =1028.5 (N)0因此初选开式压力机 1600KN。3.4 计算压力中心为了保证压力机和模具平稳的工作，必须使冲模的压力中 心与压力机滑块中心线重合，对于使用模柄的中小型模具就是 要使其压力中心与模柄轴线相重合，否则将会使冲模和压力机滑块承受侧向力，产生偏移，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，还会引起压力机导轨的磨损、影响压力机精度，严重时会损坏模具和设备，造成冲压事故。任何几何图形的重心就是其压力中心。对于复杂工件和多凸模冲裁的压力中心，可利用力矩原理用计算法求得，即分力对某坐标轴力矩之和等于其合力对该坐标轴的力矩。在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生冲压变形的情况，或者由于冲压件形状的特殊性，从模具结构考虑不宜于使压力中心与滑块中心重合，这时应注意使压力中心偏离不致超出所选压力机所允许范围。因为本零件为圆形其压力中心就在其圆心，所以不必计算它的压力中心。3.5 计算凸凹模刃口尺寸及公差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16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。 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（图形，方法或矩形）的冲件。由于零件中心冲孔及外缘修边都是简单的圆形，可以采用凸凹模分开加工，即采用公差法制模。冲孔、修边凸凹模刃口尺寸的计算如下所述。3.5.1 冲中孔时凸、凹模刃口尺寸计算冲孔时，因为冲孔件表面尺寸与凸模刃口尺寸基本一致，应该先计算刃口尺寸，合理间隙值依靠改变凹模刃口尺寸获得。冲中心孔时：-(11)0min)(TPxd-(12)ADZi式中冲孔凸模刃口设计尺寸 （mm） ；P冲孔凹模刃口设计尺寸 （mm） ；Dd工件充许最小尺寸 （mm） ；minx补偿刃口磨损系数；工件公差数值；T凸模尺寸下偏差，上偏差为零；A凹模尺寸上偏差，下偏差为零；最小冲裁间隙；minZ对于未注尺寸公差取 IT14 级，并且对于“轴类尺寸”取单向负偏差， “孔类尺寸”取单向正偏差。则中心孔的相关尺寸为： 。87.095由表 1-3 查得 10 号钢冲裁时间隙值为：t=0.07x2.5=0.175 ()7minZ=9t=0.09x2.5=0.225 ()ax17对于凸凹模的偏差按四六分配原则处理,即()02.5.4017.25.04)(4.0min ZTa()3666A所以()02.02.0min 9)8.9()( TPxd() 33i 517435ADZ3.5.2 修边凸凹模刃口尺寸计算修边时,修边废料留在凸模外面,工件留在凹模里面.为了保证工件冲压加工后的尺寸精度,应该先计算凹模的刃口尺寸, 合理间隙值依靠改变凸模刃口尺寸获得。-(13)ADx0ma)(-(14)inTPZ式中落料凹模刃口设计尺寸 （） ；D落料凸模刃口设计尺寸 （） ；P工件充许最大尺寸 （） ；max由于零件的公差要求为 IT11 级，其尺寸及偏差为 252 056.37t=7x2.5=0.175 ()7inZ=9t=0.09x2.5=0.225 ()max对于凸凹模的偏差按四六分配原则处理,即()02.5.4017.25.04)(4.0min Ta()3666ZA所以（）0.03.0max 741).()( AD（）2.02.in 59)17425 TP3.5.3 成形凸凹模的刃口尺寸计算由于成形加工与相同尺寸的拉伸加工有点类似，其凸凹模的结构形式可以与拉伸时的凸凹模结构形式一致，只是成形极限尺寸不同，所需压边力不同。在计算该零件的局部成形凸凹模尺寸时，可以依照拉伸相同尺寸的锥形件凸凹模的设计尺寸进行计算。 拉延凸模的轮廓确定，一般情状下，取拉延件侧壁与压料面的交线。如下图所示： 就是凸模的外轮廓直径。123.302 为经计算得到的工件尺Pd寸。取 IT14 级公差，则其实际尺寸为： 1032.18图 5锥形凸模大端尺寸为：-(15)415.0dP式中锥形凸模大端工作尺寸；1d成形件内形尺寸。（）25.025.01 813).3.2( P同理（）217.0217.02 9.674.9取工件的圆角半径值， =8 （）PRPR成形凹模尺寸的计算凹模磨损后，冲压成形的零件尺寸有增大的倾向。因此其工作尺寸应接近工件尺寸的极限最小值，其大端工作部分尺寸的计算如下：（）25.025.04/max1 13)7.13()75.0( d凹模圆角半径取工件的圆角半径值， =10.5 ()dR()27.04/2 98.3. d194 模具整体结构设计4.1 修边凹模的设计4.1.1 凹模的尺寸计算凹模工作部分的尺寸计算，参见前面的主要工艺参数的计算。其他部分结构寸的计算如下：（1）凹模壁厚 C凹模壁厚 C 是指凹模刃口到凹模外边缘的最短距离。凹模壁厚将直接影响凹模板的外形尺寸，即长度与宽度（L x B） 。故在设计过程中应选择合适的凹模壁厚 C。凹模壁厚 C 值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要，同时也能保证凹模强度和刚度，在选择凹模壁厚时，还应注意以下几点：工件落料时取表中较小值，反之取较大值；型孔为圆弧时取小值、为直边时取中值、为尖角时取大值；当设计标准模具或虽然设计非标准模具，但凹模板毛坯需要外购时，应将计算的凹模外形尺寸 L X B 按模具国家标准中凹模板的系列尺寸进行修正，取较大规格的尺寸。所以根据以上的要求查表 9-6 得零件毛坯直径为 157，板料厚度为 1.5mm 的凹模壁厚 C 为 42mm。（2）凹模厚度 H凹模板的厚度 H 主要不是从强度需要考虑的，而是从连接螺钉旋入深度与凹模刚度的需要考虑的。凹模板的厚度一般应不小于 10mm，特别小型的模具可取 8mm。随着凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也应相应的增大。整体凹模板的厚度可按如下的经验公式估算：H = K1 x K2 x（0.1F） 1/3 -(16)式中 F冲裁力（N） ；在前面计算冲裁力得： F=299929N；K1凹模材料修正系数，合金工具钢 K1=1，碳素工具钢K1=1.3；该凹模的材料为 T12，故取 K1=1.3；K2凹模刃口周边长度修正系数，见表 2-18 凹模厚度按刃口长度修正系数 K2 可得：K2=1.37；把 K1=1.3；K2=1.37；F=299929N；代入 H = K1 x K2 x（0.1F） 1/3 可得： 20H = K1 x K2 x（0.1F） 1/3 =1.3 x 1.37 x (0.1 x 299929)1/3 =55.33mm在求得凹模壁厚和厚度后，就初步有了凹模的外形的尺寸，这个外形尺寸，还须向国家标准靠拢。由凹模壁厚 C=42mm；凹模厚度 H=55.33 知：凹模长 L=157+2 x 42=241mm 凹模宽 B=157+2 x 42=241mm凹模板外形尺寸：L x B x h=241 x 241 x 55.33查表 14-6 摘自 GB2858-81 矩形和圆形凹模外形尺寸知:将上述凹模板外形尺寸改为: 250 x 250 x 40mm凹模外形尺寸形状如下图所示:图 6 凹模外形尺寸图凹模的外形尺寸已标准化，用以上方法求得的外形尺寸应向接近的标准尺寸靠拢。故凹模尺寸、强度和刚度足够，一般不再进行强度和刚度的核算。4.1.2 凹模的结构形式当冲裁形状复杂，公差等级高，尺寸大或尺寸较小的零件时，可以采用镶拼式凹模，但对于此零件的冲裁其凹模结构简单，故采用整体式结构。其凹模结构图如下图所示：图 7 修边凹模结构形式 21凹模的固定方法用螺钉固定，具体的固定方法见装配图。4.2 冲孔凸模的设计 在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制，具体计算如下:由于未注尺寸精度都为 IT14 级。查机械设计手册摩擦系数 X=0.5最大冲裁间隙为 0.5mm、最小冲裁间隙为 0.35mm1.冲孔B=(bmin+x) 0-/4 -(17)=(95+0.50.037)0-0.037=95.0190-0.009则冲孔凸凹模尺寸按凸模刃口实际尺寸配制保证双面间隙在0.35mm0.5mm4.2.1 计算确定各零件结构尺寸：冲孔凸模L=固定板+垫板+工件高度+工件厚度+自由高度=30+40+46+2.5+3.5=122mm成型凸凹模 1L=固定板+压料板+成型高度+成型余量=30+30+10+7=77mm橡胶块的选择和高度根据该模具的工作要求和环境选用耐油聚氨橡胶橡胶极限压缩量 hj= jH 式 9-1 其中 H 是自由高度橡胶预压量 hy= yH 式 9-2两式相减得 H=h g/ j- y hg=t+1 j=0.4 y=0.3=(2.5+1)/(0.4-0.3)=11.67mmhj=4.67mmhy=1.167mm螺钉的选用M1490 的内六角螺钉与模板的装配关系如图: 材料 45 钢22圆柱销的装配:选用 D1090 材料 45 钢4.2.2 凸模的结构设计（1）凸模的结构设计的三原则为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。 精确定位凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成啃模。 防止拔出回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。 防止转动对于工作段截面为圆形的凸模，当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模，例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动，否则将啃模。23以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计各种凸模的时，应注意都要满足这三条原则。（2）冲孔凸模结构根据以上凸模设计的三个原则，在设计拉深凸模时应满足这三个原则。在学习拉深成形这一章节时我们知道，拉深凸模结构比较简单，可参见设计模具装配图，在此仅就其结构设计的一些要点作一简要的介绍。首先每个拉深凸模需钻一通气孔，以防当工件脱离凸模时在凸模端头与工件底之间的空间形成真空，增加额外的卸件力，严重时会将工件底部抽瘪。通气孔直径一般可在38mm 之间选取，本设计取 6.5mm。受钻头长度限制，一般很难从凸模工件端钻通至固定端，这时可自工作端先钻一深孔，再从凸模侧壁钻孔与之相通，侧孔中心线到凸模工作端只要稍大于拉深工序件的高度就可达到通气的目的。其次要确定拉深凸模的固定方法，以便确定其固定端的结构形式。对于顺装顺出件简单拉深模，如果工件直径与模柄直径相差不大，常将凸模与模柄制成一体。如果两者直径相差较大，或者拉深模有压边装置，可将凸模固定板设计成凸缘式的，借助固定板与上模板进行连接。许多设计者喜欢采用下述方法固定拉深凸模：凸模固定端不带凸缘，以过渡配合直接嵌入到模座内一定深度，并用螺钉联接防止拔出。其优点是模具结构比较的简单，可省去销钉和凸模固定板。但拉深凸模与模座的垂直度比凸缘式凸模较差，因此不适用于较精密的拉深模。有利于较大的拉深凸模，从节省模具钢与便于热处理考虑，可采用组合式的结构。其凸模结构图如下所示： 图 8 冲孔凸模结构 4.3 凸凹模（冲孔凸模和修边凹模）的设计凸凹模即冲孔时为冲孔凸模、修边时为修边凹模。在设计过程中综合考虑。24其一些设计要点在这里不在叙述，凸凹模结构图如下所示：4.4 冲模的导向装置 冲模工作时，除了由压力机滑块对上模与下模进行导向以外，还可单独设置导向装置进行导向，其主要作用如下：1.模具在压力机上安装调整比较的方便。2.冲制的工件质量稳定，冲裁间隙始终保持一致而不易发生变化，因此工件有较好的互换性。3.冲模不易损坏，故模具的寿命比无导向冲模高。4.4.1 无导向冲裁（1）无导向冲裁的条件无导向冲裁是指冲裁模本身无导向装置。冲裁时，压力机滑块的导向精度，即滑块横向偏摆的最大距离将直接影响冲裁间隙的均匀程度。无导向冲裁不啃模的条件是：在凸模与凹模单面间隙调整均匀的条件下，其值应不小于压力机滑块的导向精度。如果从保证冲裁件断面质量考虑，则单面冲裁间隙允许的波动值，应不小于压力机滑块的导向精度。图 9 修边凸模结构 25图 10 冲孔凹模结构图（2）无导向冲裁的应用无导向冲裁模的优点是模具结构简单，装配容易，成本降低。其缺点是冲裁过程中冲裁间隙的波动将造成工件的质量不稳定，精度较低，并加速模具刃口的磨损，调模间隙不好控制，会造成啃模事故。因此，无导向冲裁模的安全性较差。综上所述，在板料厚度大于 0.81mm。精度要求不高、生产批量较小的落料、冲孔等单工序生产中，可以采用无导向装置。4.4.2 导板导向（1）导板导向的特点将固定卸料板式模具的固定卸料板与凸模制成小间隙配合，一般为H7/h6，称为导板。导板的型孔按凸模刃口尺寸配作。导板的功用有两个：一是在冲裁时起上模与下模之间的导向作用；二是在回程时起卸料作用。导板导向式冲裁模突出的优点是使用时非常安全，可以说是所有冲裁中最安全的。因为在使用过程中，始终不允许凸模与导板脱离。（2）导板导向的应用导板式导向的应用仍有很大的局限性。首先，由于凸模要兼作导向件，其截面尺寸不能太小，以免受侧向力而折断，其截面也不应太复杂。其次，由于使用中不允许凸模与导板脱离，选用压力机也受到了限制，只能使用行程可调冲床。而且导板导向式冲裁模仍属于固定卸料方式，也不适宜冲裁薄料。但对于板料厚度大于 0.8mm、形状较简单的落料加工，采用导板导向式冲裁模，还是很适合的。264.4.3 模架的导向（1）模架导向的特点普通模架由导柱、导套、上模座和下模座组成。从安全考虑，通常导柱安装在下模座，导套安装在上模座。导柱与导套的配合面取圆柱面，以便容易加工成小间隙配合，使模架的导向精度高于压力机滑块的导向精度。采用模架进行导向，不仅能保证上、下模的导向精度，而且能提高模具的刚性、延长模具的使用寿命、使冲裁件的质量比较稳定、使模具的安装调整比较容易。因此在中小型冲模上广泛采用模架作为上、下模的导向装置。模具可视为模具的一个部件，并且早已高度标准化与商品化。在冲模设计时，特别是中小型冲模设计时，应尽量选择专业生产的标准模架，对提高模具质量、缩短制模周期有着十分重要的意义。（2）模架的类型及应用按导柱不同的位置，分为如下四种模架：中间导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对称中心线上，两个导柱的直径不同，可避免上模与下模装错而发生啃模事故。适用于单工序模和工位少的级进模。后侧导柱模架 后侧导柱模架导柱分布在模座的一侧且直径相同，只适用横向送料。其优点是工作面开敞，是适于在大件边缘冲裁。其缺点是刚性与安全性最差，工作不够平稳、 ，应尽量少用。对角导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对角线方向上，既可以横向送料，又可以纵向送料。由于导柱间的误差方向与送料方向倾斜，因此一般认为导向精度高于前两种模架。适于各种冲裁模使用，特别适于级进冲裁模的使用。为避免上、下模的方向装错，两导柱直径制成一大一小。四导柱模架 4 个导柱分布在矩形凹模的两对角线方向上。模架的刚性很好，导向非常平稳，但价格较高，一般的冲压加工不需要四导柱模架。只要要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模，以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模才采用。弹压导板式模架 弹压导板除具有弹压卸料板压料及卸料功能外，还能对凸模进行导向。按导柱导套配合性质的不同，有如下两种形式：导柱导套滑动导向模架 将导柱与导套制成小间隙配合，为 H6/h5 时称为一级 模架，为 H7/h6 时称为二级模架。在加工时，导柱导套与模座均为 H7/r6过盈配合。为避免导套压入模座因变形而影响与导柱的配合，将导套压入段的内孔直径加大 1mm，不与导柱相配合。27装配良好的模架，应能用两手轻轻抬起上模座而下模座不动，但这样的效果很难达到， 因为导柱与模座为过盈配合，压入导柱导套时难以保证垂直度。所以在装配时，导柱、导套与模座可以较松的过渡配合 H7/m6 代替过盈配合，容易保证导柱和导套的轴线垂直于模座平面，使模架的导向精度只决定于加工精度，而容易制成精密模架。对于冲裁模，导柱导套的配合间隙应小于单面间隙。当双面冲裁间隙不超过 0.03 时，