拖拉机后连接板冲压工艺分析及模具设计

拖拉机后连接板冲压工艺分析及模具设计摘要拖拉机是用于驱动或者牵引机械设备完成一些移动式作业的动力机。拖拉机后连接板是拖拉机用于连接一些相关部件的“L”形零件，在两个相互垂直的平面上一共有五个孔，通过这五个有形位公差的孔连接其他部件。此设计通过对工件冲压工艺的分析，确定对工件进行加工的工序为:“冲孔、落料复合”-“弯曲”，以保证工件加工完成后的使用要求。弯曲工序是该冲压工艺过程中的关键工序。在此次设计过程中，进行了必要的工艺计算，通过仔细查找图书、报刊等资料，设计了每一个工序的模具，并且使用计算机绘图软件绘制了模具总装图以及一些非标准零件图。关键词：拖拉机后连接板，冲压工艺，模具设计，工序，装配图StampingprocessanalysisofthejunctionpanelbehindthetractorandthedesignofthedieAbstractTractoristhepowermachinewhichisusedtodriveorpullmechanicalequipmentstofinishsomekindsofmobileoperations.Thejunctionpanelbehindthetractorisusedtoconnectsomepartsofthetractor.ItisatypicalL-shapedpart.Therearefiveholesonthetwomutuallyperpendicularplanes.Thefiveholeshaveprecisegeometrictolerance.Thefiveholesareusedtoconnecttheothercomponents.Aftertheanalysis,thestampingprocessispunchingholesandblankingcompound-bending.Itcanensuretheapplicationrequirementafterthemachining.Bendingprocessisthekeyprocedureinthestampingprocess.Inthedesign,Ididsomenecessaryprocesscalculations.Afterreadingmanybooksandmagazines,Idesigneddieforeveryprocess.Finally,Iusedthedrawingsoftwareofcomputertodrawthedieassemblydrawingandsomenon-standardpartsdrawing.Keywords：Junctionpanelbehindthetractor,Stampingprocess,Diedesign,Process,Assemblydrawing目录1前言.11.1冲压概述、分类、特点及应用.11.1.1冲压概述.11.1.2冷冲压工序的分类.11.1.3冲压工艺的特点及其应用.21.2我国模具工业与发达国家之间的差距.21.3冲压模具技术发展的趋势.32冲压工件的工艺过程分析.42.1冲压工件材料、厚度以及生产的类型.42.2分析冲压零件的工艺性.42.2.1工件的性能以及特点.42.2.2冲压工艺方案的确定.53主要冲压工艺参数的计算.63.1确定该零件毛坯的尺寸、排样、材料的规格以及利用率.63.1.1计算毛坯的展开尺寸.63.1.2确定排样方式.73.1.3材料规格的确定.73.1.4材料利用率的计算.83.1.5排样图的绘制.83.2各工艺力的计算、压力机吨位的选择.83.2.1计算落料工艺力.83.2.2计算冲孔工艺力和选择冲孔-落料工序压力机的吨位.93.2.3计算弯曲工艺过程中各工艺力以及弯曲压力机吨位的选择.104编写冲压工艺卡片.115所需模具的设计.125.1冲孔落料复合模的设计计算.125.1.1落料部分结构形式的选择.125.1.2落料工作部分尺寸以及公差的计算.135.1.3落料部分凸模与凹模的设计.14I5.1.4冲孔部分结构的确定.175.1.5冲孔部分模具尺寸以及公差的计算.175.1.6冲孔部分凸模和凹模的设计计算.185.1.7模具其它零件的结构尺寸确定.215.2弯曲模具的计算及其设计.265.2.1弯曲模具的工作部分结构参数的计算.275.2.2弯曲模具工作部分结构的选择.275.2.3弯曲凸模的设计计算.285.2.4弯曲凹模的设计计算.295.2.5弯曲模具其他零件的结构尺寸.30结论.34参考文献.35致谢.36附录.37001前言1.1冲压概述、分类、特点及应用1.1.1冲压概述冲压技术是在室温的环境下使用冲模在压力机上对所需加工毛坯施加压力，使毛坯产生分离或者塑性变形，以此来获得具有一定尺寸、形状和性能的零件的加工方法。所以，冲压也可以称为冷冲压。冲压技术是压力加工方法中的一种，是一种比较先进的机械制造加工方法。冲压技术中所需要使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是把毛坯批量加工成所需要的冲压件的专用模具。冲模在冲压过程中是至关重要的，没有标准的冲模，批量冲压生产就很难进行；没有技术先进的冲模，先进的冲压工艺就没有办法实现。冲压工艺与模具、冲压设备、和冲压材料一起构成了冲压加工的三要素，三者共同起作用形成了冲压件。压力机是冷冲压生产中的主要冲压设备。压力机的种类很多，根据传动方式的不同，可以主要分为液压压力机、机械压力机两大类，其中的机械压力机在冷冲压生产中应用最为广泛。现在，随着冲压技术的发展，高速压力机、数控回转头压力机等高性能压力机等也正在得到越来越广泛的应用。1.1.2冷冲压工序的分类因为冷冲压加工过程中的零件形状、尺寸、精度要求、生产批量的大小、原材料的性能等的不同，所以冷冲压方法是多种多样的，但是总的概括起来可以分为变形工序和分离工序两大类。变形工序是指在材料不产生破坏的前提下使毛坯产生塑性变形，形成所需要形状与尺寸的零件；分离工序是把冲压件沿一定的轮廓相互分离。冷冲压的五个基本工序可以分为冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。111.1.3冲压工艺的特点及其应用冷冲压工艺与其他加工方法相比的优点如下：（1）使用冷冲压加工的方法可以获得形状复杂并且用其它加工方法不容易加工的工件,比如薄壳零件等。冲模可以保证冷冲压的尺寸精度，所以使用冷冲压加工的方法具有尺寸稳定，互换性好的优点。（2）由于冷冲压加工过程中材料利用率高、强度高、耗能少，所以加工的成本比较低。（3）加过过程中操作简单、工人劳动强度比较低、容易实现机械自动化。（4）冷冲压中所用的模具结构一般都比较复杂，生产周期相对较长、成本高。所以，在单件以及大批量生产中受到一定的制约，相对来说更适合应用在成批、大量的生产中。因为冷冲压有这么多的优点，在许多行业中都得到很好的应用。大到汽车上使用的覆盖件，小到手表等仪表、仪器元件，大多都是由冷冲压的方法制造成的。现在生产和生活中的拖拉机、电器、汽车、仪器以及各种电子产品大部分都是采用冷冲压工艺所获得的。根据大概的统计，在汽车制造业中采用冷冲压工艺制造的零件约有65%左右。在电子产品中，采用冲压工艺制造的零件约有85%以上。在飞机、导弹的生产中冲压件也占有相当大的比例。1.2我国模具工业与发达国家之间的差距（1）我国的冲压模具计算机技术的开发手段相对落后、技术的普及率较低、应用也不够广泛；运用CAE进行模具方案设计和分析计算等方面，也才刚刚有所起步。由于缺少先进的制造设备和工艺装备，只有5%左右的模具制造设备采用了CAM技术制造模具。（2）模具加工设备当中的精密加工所占的比重比较低，直接关系到国产模具质量的提升。国内需要的大型、复杂模具（高档汽车使用的外覆盖件）还大部分依靠进口。（3）国内生产冷冲压所需模具的各种条件还不够完备，生产冲压模具的配套材料质量不高，缺少关键的试验条件及实验数据。22（4）生产冲压模具的专用技术尚未成熟，大部分处于探索阶段。某些至关重要的技术缺少知识产权的保护。1.3冲压模具技术发展的趋势（1）CAD/CAE/CAM技术得到了全面的推广。随着电子计算机技术的发展，普及CAD/CAM/CAE技术的环境已经基本成熟。世界上比较先进的模具制造厂为我们提供了相对成功的经验。高精度以及机械化加工，使模具的质量有了很大的提高，极大的缩短了生产周期。（2）模具的检测设备趋于精密、高效以及多功能。（3）模具的加工设备趋于高速、一体化。（4）一体化加工中心得到了快速的发展。其优点是集中了各种加工机床的优点，只需要一次装卡可以实现粗加工、精加工等，兼顾到了精度、速度、效率。（5）模具材料以及表面处理技术正在迅速发展。材料的应用是模具工业水平提升的关键，所以选择质量高的钢材和相对应的表面处理技术对提高模具的使用寿命是十分重要的。模具的热处理加工和表面的处理可以充分的发挥模具的性能，一般采用真空热处理。模具的常用表面处理方法有渗碳、渗氮、渗钒、以及气相沉积、等离子喷涂等技术。332冲压工件的工艺过程分析2.1冲压工件材料、厚度以及生产的类型本次毕业设计冲压拖拉机后连接板的材料选用Q235-A，此材料属于普通碳素结构钢，具有一定的强度以及良好的塑性，所以此材料的冲压工艺性能较好。材料厚度为5mm，生产类型为大批量生产。2.2分析冲压零件的工艺性拖拉机后连接板的工件图如下：图2.1拖拉机后连接板工件图2.2.1工件的性能以及特点本设计的工件为拖拉机后连接板，为典型的“L”形弯曲件。对于尺寸为257mm、183mm、75mm的精度要求不是很高，所以可以采用IT14级精度进行冲压加工。44被加工零件在相互垂直的两个平面上一共有5个16的通孔，在与机架焊接后，通过这5个通孔来连接其它相关零件，以此来保证各工件的相互位置，所以，对这5个通孔的位置度精度要求比较高，与孔位置相关尺寸应需要能够保证有较高的位置度。通过对被加工工件尺寸的初步计算，可以确定毛坯展开长度为258mm、宽度为257mm，展开后的毛坯近似为一个正方形，定位操作时，宽边和窄边一定要放置正确。毛坯材料选用轧制板材或者带料，弯曲线应垂直于板带的轧制纤维方向，否则容易造成毛坯弯曲开裂。2.2.2冲压工艺方案的确定加工该工件的基本工序为冲孔、落料、弯曲。因为r/t=15，弯曲半径的回弹值很小，基本可以忽略，只需要考虑角度的回弹。根据（冯炳尧，模具设计与制造简明手册）可知，Q235-A的弯曲回弹计算公式为：=0.417r/t-0.366=0.051。值很小，基本可以忽略，所以采用弯曲工序，不需要进行校正。该冲压工件的工艺方案初步拟定有以下三种：方案一：落料弯曲复合-冲2孔-冲3孔方案二：冲孔落料复合-弯曲方案三：落料冲2孔复合-弯曲-冲3孔把上述三种工艺方案进行对比可知：加工这个工件时对上面的5个孔的位置精度要求比较高，并且从工件图上的标注可以得出，对基本尺寸157mm、50mm这两个尺寸精度要求比较高，5个孔的设计基准和工艺基准都是弯曲后与冲孔表面相互垂直的表面内壁。假如选用方案三落料冲二孔复合，虽然可以节省工时，但是难以保证157mm的尺寸精度以及2个孔的位置精度，而且还容易造成偏载。假如选用方案一落料弯曲复合，同方案三一样，也可以节省工时，但是对于大型的工件，模具的设计及制造比较困难，机构相对复杂，成本高，不容易保证弯曲精度。而方案二没有上述缺点，5个通孔的位置精度都能够保证，模具的设计制造也比较简单。所以选用方案二为该冲压工件的冲压工序，即为：冲孔、落料复合-弯曲。553主要冲压工艺参数的计算3.1确定该零件毛坯的尺寸、排样、材料的规格以及利用率3.1.1计算毛坯的展开尺寸在板料进行弯曲时，弯曲件的毛坯展开尺寸是否准确，直接关系到所要弯曲工件的尺寸精度，而弯曲中性层在进行弯曲变形前后的长度不变，所以，可以将中性层的长度作为计算弯曲部分展开长度的计算依据，在实际的生产中，一般都是通过经验公式来确定中性层的曲率半径：=r+xt根据冷冲模设计，查表5.5得x=0.32代入公式得：=5+0.325=6.6mm式中的x是与变形程度有关的中性层系数。弯曲件圆弧部分的展开长度：l弧=90=10mm236026.6360弯曲件直线部分的展开长度：l直线=178+70=248mm由上两式计算得，弯曲件毛坯的展开长度为：L=l弧+l直线=10+248=258mm零件毛坯在长度方向上取为257mm。尺寸标注为，毛坯宽度尺寸：257mm，毛坯长度尺寸：258mm。工件毛坯的形状和尺寸如下图：66图3.1工件毛坯图3.1.2确定排样方式排样方式可以按照材料经济利用的程度分为以下三种：有废料排样法、少废料排样法、无废料排样法。因为使用有废料排样法得到的冲裁件质量好，模具寿命长，而此次设计是大批量生产，所以采用有废料的排样法。（1）搭边的数值计算Q235-A属于低碳钢，通过冷冲模设计查表3.10可得：搭边值a=0.8t=0.85=4mm搭边值a1=0.9t=0.95=4.5mm（2）送料步距和条料宽度的确定送料步距为：A=D+a=258+4=262mm其中：D为平行于送料方向的冲裁件的宽度a为冲裁件之间的搭边值条料宽度为：B=（D+2a1+）0-2其中：D为送料方向与冲裁件垂直的最大尺寸；a1为条料侧边与冲裁件之间的搭边；为板料裁剪时的下偏差根据冷冲模设计查找表3.11得=2.0mm，代入上式得：B=（D+2a1+）0-2=(257+24.5+2)0-2=2680-2mm所以条料的宽度可以取为268mm。3.1.3材料规格的确定Q235-A为普通碳素结构钢，为提高材料的使用率，根据钢铁材料标准数据手册选择5.0270（厚度为5.0mm，宽度270mm，长度不小于4mm）的条状钢带比较合适，不需要裁剪，冲压前用开卷机将钢带开卷校直就可以进行冲压，可以提高材料的使用率，降低成本。773.1.4材料利用率的计算材料利用率为：=100%=100%=100%=93.7%s1s0s1AB258.4257262.4270因为落料时工件毛坯的长方形四边会存在过度圆角，导致面积小于长方形的面积，所以材料的利用率会比93.7%小，选择5.0270的条状钢带比较合适。3.1.5排样图的绘制工件毛坯排样图如下：图3.2工件毛坯排样图3.2各工艺力的计算、压力机吨位的选择3.2.1计算落料工艺力（1）冲裁力大小的计算F=KLt上式中F为冲裁力（N）L为冲裁件的周长（mm）t为板料的厚度（mm）为冲压材料的抗剪强度（MPa）K为考虑刃口钝化、间隙不均匀、材料的力学性能和厚度波动等因素而增设的安全系数，常取为K=1.3。L=2（25740）+2（25840）+220=996.4mm88t=5mm由冷冲模设计，查表2.3得=304373MPa，取=340MPa把所有数据代入上式得：F=Klt=1.3996.45340=2202022N取F为2202KN（2）卸料力和推件力的计算卸料力F卸是指从凸模上卸下板料时所需要的力。推件力F推是指从凹模内向下推出工件或废料时所需要的力。顶件力F顶是指从凹模内向上顶出工件或废料时所需要的力。由冷冲模设计，查表3.8得K卸=0.04K推=0.045采用弹性卸料装置：卸料力F卸=K卸F=0.042202044=88082N=88.082KN推件力F推=K推F=0.0452202044=99092N=99.092KNF总=F+F推=2202044+99092=2301136N=2302KN3.2.2计算冲孔工艺力和选择冲孔-落料工序压力机的吨位（1）计算冲裁力的大小冲裁力计算公式由冷冲模设计的公式（3.15）可知为：F=KLt。其中K的值取为1.3，L=5d=516=251.2mm，t=5mm，=340MPa，将上述各数值代入上式的：F=KLt=1.3251.25340=222105N555.2KN（2）卸料力和推件力的计算由冷冲模设计，查表3.8得K卸=0.04K推=0.045采用弹性卸料装置：卸料力F卸=K卸F=0.04555152=22206N22.2KN推件力F推=K推F=0.045555152=24981.9N25KN（3）总冲压力的计算以及压力机吨位的确定F总=F+F推=25+555.2KN=580.2KN落料工序和冲孔工序总力为:F=2302+580.2=2882.2KN综合考虑落料和冲孔工艺,可以选择标称压力机为3150KN的闭式单点单动压力机。993.2.3计算弯曲工艺过程中各工艺力以及弯曲压力机吨位的选择（1）弯曲力的计算弯曲力是设计弯曲模以及确定压力机吨位的重要依据。尤其是在弯曲板料比较厚、弯曲线比较长、相对半径比较小，而弯曲设备吨位和功率有限的情况下对弯曲力进行计算更是必要的，所以此工件需要进行弯曲力的计算。根据之前的工艺分析计算可以知道不管是工件的弯曲半径的回弹还是角度的回弹都小到可以忽略，所以采用自由弯曲就可以保证弯曲精度。拖拉机后连接板是比较典型的“L”行件，所以弯曲力的计算公式为：F自=trb2k6.0其中，F自为冲压行程结束时的自由弯曲力（N）K为安全系数b为弯曲件的宽度（mm）t为弯曲材料的厚度（mm）r为弯曲件的内弯曲半径（mm）b为材料的强度极限MPaK值一般取为：K=1.3b=257mm，t=5mm，r=5mm，由冷冲模设计，查表2.3得b=450MPa，把个数值代入上述公式得F自=225517.5KN226KNtrb2k6.0540271.36（2）弯曲时顶件力与卸料力的计算顶件力与卸料力FQ的值可以近似的取自由弯曲力的30%80%,即FQ=(0.30.8)F自=(0.30.8)225517.5=6765.525N180414N。（3）确定弯曲压力机的吨位自由弯曲下压力计的吨位为F机F自+FQ=232383N405931.5N，所以可以选择标称压力机为630KN的压力机。10104编写冲压工艺卡片表4.1拖拉机后连接板冲压工艺过程卡片序号工序名称工序草图工装名称检验要求备注1落料冲孔复合落料冲孔复合模按草图检验2弯曲弯曲模按草图检验11115所需模具的设计选定各个工序所需冲模的类型以及机构形式可以根据已经确定的工艺方案、零件形状的特点、工件的精度要求、所选用设备的主要技术参数、模具的制造加工条件和安全生产等来选择。5.1冲孔落料复合模的设计计算5.1.1落料部分结构形式的选择经过对此次设计的拖拉机后连接板进行工艺分析，可知，冲压该工件的各个工序相对来说都比较简单。对于大型零部件的大批量生产，选择采用复合模具比较容易实现加工工程操作的机械自动化，可以提高生产效率，减小劳动强度，而且很适合于多工位压力机上实现自动化，所以此次设计选择使用落料冲孔的复合模即可满足设计的要求。根据之前分析计算可知：所加工工件料厚为t=5mm比较厚，卸料力也比较大，所以采用刚性推件以及弹性卸料装置比较符合要求。图5.1落料冲孔模具装配图12125.1.2落料工作部分尺寸以及公差的计算选择凸模和凹模分别加工制造的方法，根据冷冲模技术中表3.3中数据，采用插值法进行计算，当料厚度为5mm时，Zmin=0.720+（5-4.5)=0.830mm0.940-0.7205.5-4.5Zmax=1.000+（5-4.5)=1.140mm1.280-1.0005.5-4.5ZmaxZmin=1.1400.830=0.310mm根据冷冲模技术表3.6中数据可知，冲裁是凸模与凹模的制造偏差分别为：宽度方向上：凹=+0.045mm，凸=-0.030mm长度方向上：凹=+0.045mm，凸=-0.030mm对于选择分别加工的凹模与凸模，需要保证下述的关系：|凹|+|凸|ZmaxZmin经过校验计算：|凹|+|凸|=0.075mm0.31mm，满足要求，不会影响到模具的使用寿命。在圆角半径上：凹=+0.025mm，凸=-0.020mm经过校验计算：|凹|+|凸|=0.045mm0.31mm，满足要求，不会影响到模具的使用寿命。落料模具在长度方向上的尺寸为：D凹长=（Dmaxx）0+凹=（2）0+0.045=257.750+0.045mm上式中x为磨损系数，通常取为0.5，D凸长=（D凹长Zmin）0-凸=（257.75-0.830）0-0.030=256.920-0.030mm落料模具在宽度方向上的尺寸为：D凹宽=（Dmaxx）0+凹=（2）0+0.045=2570+0.045mmD凸宽=（D凹宽Zmin）0-凸=（2570.830）0-0.030=256.170-0.030mm落料模具圆角工作部分尺寸：D凹圆=（Dmax-x）0+凹=（200.50.52）0+0.025=19.740+0.025mm1313上式中x为磨损系数，通常取为0.5，D凸圆=（D凹圆Zmin）0-凸=（19.740.830）0-0.020=18.910-0.020mm根据王孝培主编的冲压设计资料表2.40，查找数据可知：落料凹模的模壁厚度c为60mm。5.1.3落料部分凸模与凹模的设计（1）凸模的设计凸模的形式凸模一般有两种基本的形式，其中一种是直通式的凸模，这种凸模的工作部分与固定部分的形状尺寸都做成一样，这种类型的凸模可以选用成型磨削或线切割等方法进行加工，这种类型凸模的工作端应该进行淬火处理，淬火的长度大约是全长的三分之一左右。另外一种是台阶式的凸模，这种凸模的工作部分与固定不封的形状尺寸是不相同的，而且圆形凸模广泛采用了这种台阶式的结构，冷冲模标注中也制定了这种类型的凸模的标准结构形式以及尺寸规格。此次落料工序中的模具是一种非圆的规则形状，所以选择直通式的凸模比较合适，凸模的工作部分与固定部分的形状和尺寸都是一致的，采用成型磨削、线切割等方法进行加工处理，因为凸模形状比较规则，所以凸模与固定板型孔的加工都相对来说比较容易。凸模长度的确定使用固定卸料板时的凸模长度计算公式为：L=H1+H2+H3+Y上式中的H1表示凸模固定板的厚度H2表示卸料板的厚度H3表示倒料板的厚度Y表示附加的长度，其中包括有凸模进入凹模的深度（0.51mm）、凸模刃口的修磨量、凸模固定板与卸料板的安全距离A等等.其中的A值取为1520mm。根据冯炳尧编写的模具设计与制造简明手册中的表1.251中数据可知H1=40mm，H2=20mm，H3=10mm1414L=40+20+10+（1520）=8590，取为86mm。落料凸模的结构尺寸如下图所示：图5.2落料部分凸模的结构尺寸凸模的材料模具刃口要有高的耐磨性能并且能够承受冲裁作用下的冲裁力，所以模具的刃口要有高的硬度和适当的韧性，形状比较简单的凸模通常都选择T8A、T10A制造，形状比较复杂、淬火时变形较大、使用线切割方法加工时，应该选择使用合金工具钢，如Cr12、9Mn2V、CrWMn等材料制作。该模具的材料选择为CrWMn，热处理的硬度取值范围为5862HRC。垫板的确定根据冯炳尧编写的模具设计与制造简明手册中的表1.251中数据查的垫板相关的数据如下表：表5.1落料凸模垫板的参数垫板（GB2858.3-81）LBH31525010垫板的材料选择为45号钢，热处理硬度的取值范围为4348HRC。（2）凹模的设计凹模洞口形式的确定1515凹模洞口的形状是指凹模型孔的轴剖面的形状，基本形式主要有直壁式、斜壁式、凸台式三种。直壁式刃口在冲裁是的磨损量较大，洞口在磨损后形成倒锥形，所以每次修磨的刃磨量比较大，导致总寿命偏低。在冲裁时，工件容易在孔口内积聚，甚至导致凹模涨裂。斜壁式洞口与直壁式的特点正好相反，广泛应用于一般的工件或者是废料向下落的模具中。凸台式的洞口，淬火硬度范围为3540HRC，这是一种硬度比较低的凹模刃口，可以采用捶打斜面的方法来调整冲裁的间隙，直到试出合格的冲裁件时结束，所以这种形式的凹模洞口又叫做铆刀口凹模，主要使用在冲裁板料厚度在0.3mm以下的小间隙或者无间隙的模具中。此次设计的料板的厚度t=5mm，属于厚料冲裁，经过分析以及比较选择采用斜壁式的凹模，形式如下图所示：图5.3凹模洞口的形状示意图根据冷冲模技术表4.2中数据可知，凹模洞口的主要参数为：=30，=3，h=10mm。凹模外形尺寸的确定凹模外形尺寸的确定一般都是通过经验方式进行的。1616图5.4凹模的外形尺寸示意图根据王孝培编写的冲压设计资料表2.40中的数据可知：H=60mm，c=90mm。凹模主要的技术参数凹模的型孔轴线与顶面需要保持垂直，凹模的顶面与底面需要保持平行。凹模的底面和型孔的孔壁需要保持光滑，从而提高凹模的寿命和冲裁的精度，表面粗糙度的取值范围为Ra=0.80.4m。底面与销孔表面粗糙度的取值范围Ra=1.60.8m。凹模与凸模的材料是一样的，热处理硬度的取值范围为6064HRC。5.1.4冲孔部分结构的确定此次设计工件的冲压工序都比较简单，而且属于大型零件的大批量生产，所以使用复合模具比较容易实现加工制造过程的机械自动化，也比较适合多工位压力机上实现自动化，此次设计中的工件厚度为t=5mm，厚度比较大。在冲2孔的工序中，进过计算卸料力的数值为8884.2N，大约为9KN，在冲3孔的工序中，经过计算卸料力的数值为13322N，大约为13.3KN，所以经过分析、计算应该选择使用弹性的卸料装置比较合适。5.1.5冲孔部分模具尺寸以及公差的计算因为此次设计中零件上的5个冲孔的孔径和公差要求是一样的，所以只需要计1717算冲一个孔的凹模和凸模的所需要的相关数据就可以了。选择使用分别加工的方法设计、计算、制造冲孔的凹模与凸模。根据冷冲模设计的表3.3中的数据，采用插值法进行计算，当所加工的板料厚度为5mm时：Zmin=0.720+(54.5)=0.830mm0.940-0.7205.5-4.5Zmax=1.000+(54.5)=1.140mm1.280-1.0005.5-4.5ZmaxZmin=1.1400.830=0.310mm根据冷冲模设计的表3.6中的数据，可以查得本次设计冲裁时凸模与凹模的制造偏差为：凸=-0.020mm，凹=+0.020mm。使用分别加工的凹模与凸模，需要能够保证的关系为：|凸|+|凹|ZmaxZmin经过计算，校验得：|凸|+|凹|=0.040mm0.31mm，符合要求。冲孔模具工作尺寸的计算：d凸=（dmin+x）0-凸=（16+0.50.43）0-0.020=16.2150-0.020mm。公式中的x为磨损系数，其值取为x=0.5d凹=（d凸+Zmin）+0凹=（16.215+0.830）0+0.020=17.0450+0.020mm。5.1.6冲孔部分凸模和凹模的设计计算(1)冲孔凸模的设计及计算凸模的基本类型一般有两种:第一种是直通式的凸模,这种凸模的工作部分与固定部分的形状尺寸是一样的,加工方法有成型磨削和线切割等，凸模的工作端需要进行淬火处理，而且全长约有1/3的长度需要进行淬火。第二种凸模是台阶式的，这种凸模的工作部分与固定部分的形状尺寸是不用一样的，当凸模为圆形时，选择台阶式的结构比较合适，这种类型凸模的结构形式和尺寸的规格在冷冲模标注中已经制定好了，设计时只需要选择合适的就可以了。1818此次设计的的冲孔凸模的工作部分是圆柱的，形状比较规则，所以选择使用台阶式的凸模，能够比较方便的确定凸模的标准结构形式以及尺寸规格，可以选择使用成型磨削、线切割等方法加工制造冲孔凸模，而且加工的方法相对来说比较容易。因为凸模的形状相对来说比较规则，所以凸模固定版型孔的加工也比较容易。根据王孝培编写的冲压设计资料表8.39中的资料可以查得,圆形阶梯凸模的相关数据列成下表:表5.2圆形阶梯凸模的相关数据凸模的长度确定凸模长度的计算确定一般都是以结构上的需要为标准的，此次设计的凸模长度确定如下图所示：图5.5确定凸模长度的示意图选择采用固定卸料板时凸模长度的计算公式为：L=H1+H2+H3+Y公式中：H1为凸模固定板的厚度H2为卸料板的厚度H3为导料板的厚度1919Y为附加的长度，其中包括有凸模进入凹模的深度（取值范围为0.51mm）以及凸模刃口的修磨量和凸模固定板与卸料板的安全距离A等。其中A的取值范围为：1520mm。根据冯炳尧编著的模具设计与制造简明手册表1.251中的数据，可以查得：H1=20mm，H2=16mm，H3=10mmL=H1+H2+H3+Y=20+16+10+（1520）=6166L的取值定为：L=65mm。凸模材料的确定凸模的刃口要求具有很高的耐磨性能并且要能够承受冲裁时的冲击力，所以模具的刃口要具有很高的硬度以及适当的韧性。形状比较简单的凸模一般都是选择T8A、T10A等材料进行加工制造；形状比较复杂、淬火时的变形较大而且采用线切割的方法进行加工时，选择合金钢为凸模材料比较合适，比如Cr12、9Mn2V、CrWMn等材料。此次设计的模具材料选择使用：CrWMn。模具的热处理硬度的取值范围为：5862HRC。垫板的确定根据冯炳尧编著的模具设计与制造简明手册表1.251中的数据，可以查得垫板的相关数据列成下表：表5.3冲孔凸模的垫板参数该凸模的材料选择为45钢，热处理硬度值得取值范围为4348HRC。（2）冲孔凹模的设计及计算凹模洞口形式的确定凹模洞口的形状是指凹模型孔的轴剖面的形状，基本形式主要有直壁式、斜壁式、凸台式三种。直壁式刃口在冲裁是的磨损量较大，洞口在磨损后形成倒锥形，所以每次修磨2020的刃磨量比较大，导致总寿命偏低。在冲裁时，工件容易在孔口内积聚，甚至导致凹模涨裂。斜壁式洞口与直壁式的特点正好相反，广泛应用于一般的工件或者是废料向下落的模具中。凸台式的洞口，淬火硬度范围为3540HRC，这是一种硬度比较低的凹模刃口，可以采用捶打斜面的方法来调整冲裁的间隙，直到试出合格的冲裁件时结束，所以这种形式的凹模洞口又叫做铆刀口凹模，主要使用在冲裁板料厚度在0.3mm以下的小间隙或者无间隙的模具中。此次设计的料板的厚度t=5mm，属于厚料冲裁，经过分析以及比较选择采用斜壁式的凹模，形式如图5.4所示。凹模洞口的主要参数可以由冷冲模设计中表4.2查得:=30,=3,h=10mm.凹模的外形尺寸的计算与确定一般都是根据经验方法来确定凹模的外形尺寸的，根据王孝培编写的冲压设计资料中表2.40的数据可以查得：H=28mm，c=40mm凹模的结构尺寸如下图所示：图5.6冲孔部分凹模的结构尺寸示意图凹模的一些主要技术数据的确定凹模的型孔轴线与顶面需要保持垂直，凹模的顶面与底面需要保持平行。凹模的底面和型孔的孔壁需要保持光滑，从而提高凹模的寿命和冲裁的精度，表面粗糙度的取值范围为Ra=0.80.4m。底面与销孔表面粗糙度的取值范围Ra=1.60.8m。凹模与凸模的材料是一样的，热处理硬度的取值范围为6064HRC2121。5.1.7模具其它零件的结构尺寸确定（1）模架的选取所需要的模架一般都是标准件，在设计过程中不需要考虑，只需要选择合适的模架即可。模架一般可以分为：中间导柱式、后侧导柱式、四导柱式以及对角导柱式四种。按照导柱导套之间的运动模式有可以分为：滑动导柱导套式模架和滑动导柱导套式。因为冲压过程中冲压力比较大，为了模架受力均衡、导柱导套磨损均匀以及防止模架发生变形，经过分析应该采用滑动中间导柱模架。根据冯炳尧编写的模具设计与制造简明手册表1.232中数据可查找得关于模架相关参数如下表（GB2851.5-81）:表5.4落料模具模架的参数L400B400D0400最大290315320350H最小245275275305h15560h26575进过分析计算,h1=55mm,h2=65mm。根据冯炳尧编写的模具设计与制造简明手册表1.233中数据可查得，中间2222导柱模架下模座轮廓尺寸（单位为：mm）（GB2855.10-81）为下表：表5.5中间导柱模架下模座轮廓尺寸L400B400S475B1115B2510（2）导柱、导套参数的选择所需要的导柱、导套一般都是标准件，在设计过程中不需要考虑，只需要选择合适的导柱、导套即可，而且导柱、导套的机构跟尺寸都是可以直接由标准中选择的。导柱的确定在确定导柱时必须要注意到导柱的长度要能保证冲模在最低工作位置时,导柱上端面与上模座顶面的距离大于等于1015mm(因为模具在修磨后闭合高度将减小),下模底座面与导柱底面的距离值得取值范围为0.51mm。根据冯炳尧编写的模具设计与制造简明手册表1.208中数据可查得，滑动导柱的相关参数如下表：选用A型（GB286.1-81），落料模具左侧、右侧导柱的材料都为20钢。表5.6落料模具左侧导柱的相关参数热处理渗碳深度0.81.2,硬度5862HRC基本尺寸45h500.011d极限偏差h600.016L200290其中L取值为200mm。2323表5.7落料模具右侧导柱的相关参数热处理渗碳深度0.81.2,硬度5862HRC基本尺寸50h500.011d极限偏差h600.016L200300其中L取值为200mm。导套的确定可以根据冲裁模的间隙的大小确定导柱和导套之间的配合。如果冲裁板厚度在小于0.8mm的模具时，选择使用H6/h5配合的I级精度的模架；如果冲裁板厚度值得范围在0.8mm4mm时，选择使用H7/h6配合的级精度的模架。根据冯炳尧编写的模具设计与制造简明手册表1.209中数据可查得，滑动导套的相关参数如下表：选用A型（GB286.1-81）表5.8落料模具右侧导套的相关参数材料20钢热处理渗碳深度0.81.2,硬度5862HRC基本尺寸45h6+0.0160d极限偏差h7+0.0250基本尺寸60D极限偏差+0.060+0.041LA型125150HA型48582424其中L取值为125mm，H的取值为48mm。表5.9落料模具左侧导套的相关参数材料20钢热处理渗碳深度0.81.2,硬度5862HRC基本尺寸50H6+0.016