冲模课程设计指导书.doc

冲压模具课程设计指导书一、实习目的和要求帮助学生具体运用和巩固冲压工艺及模具设计课程及相关课程的理论知识，了解设计冲模的一般程序。使学生能够熟练地运用有关技术资料，如冲压模具国家标准、模具设计与制造简明手册、冲压模具结构图册及其它有关规范等。训练学生初步设计冲压模具的能力，为以后的工作打下初步的基础。二、实习任务每个学生完成以下工作：1模具装配图一张；2非标准零件图一套；3设计说明书一份；4实习报告一份。三、时间分配表序号实习主要内容两周一周其中讲授（学时）天数1冲压工艺性分析，必要的工艺计算，确定工艺方案。2122选择冲压设备，确定设计方案，绘制总装配草图。2123绘制主要零部件工作图。214编制冲模主要零件加工工艺。1.50.55编写设计说明书。216小组答辩、实习报告。0.50.5四、实习内容根据课程设计目的，设计课题以“设计任务书”的形式下达。冲压模具课程设计的选题通常为：典型零件的落料冲孔复合模；落料拉深复合模；中等复杂程度的弯曲模以及简单的连续模为宜。设计工作量根据课程设计时间安排情况，由指导教师酌定。冲压模具的课程设计是以产品零件图的冲压工艺性分析开始，拟定工艺方案和模具结构，最后以图纸表达设计结果。冲压模具设计步骤如下：1零件的冲压工艺性分析 仔细研究设计任务书，明确设计要求，条件内容和时间安排，认真阅读产品图纸，并了解其使用要求，而后从零件公差、结构、材料性能三方面为主进行零件的冲压工艺性分析。分析时，根据工件采用何种冲压工序，查阅资料。（1）冲裁件的工艺性分析（2）弯曲件的工艺性分析（3）拉深件的工艺性分析以上三种可查资料A。若工件工艺性不好时，则应在不影响产品零件的使用性能的前提下，提出改进意见，经指导教师同意后，（若为工厂搞现场设计时，则应与厂方协商同意后），对零件图纸作出适合冲压工艺性的修改。2毛坯尺寸、形状及排样方式的确定（1）毛坯的尺寸、形状的确定：带有弯曲的制件，应先计算出弯曲件展开尺寸；带有拉深的制件，应先计算出拉深件的毛坯尺寸。（2）排样方式的确定：冲件的排样方案很多，表1仅供参考。应当注意：少、无废料的排样，虽然能提高材料利用率，但是模具寿命及制件的尺寸精度会受到影响，因此，选择排样方案时，应当综合考虑各方面因素，选择最佳方案。表1 排样形式分类排样形式有废料排样法少、无废料排样简图适用简图适用直排简单几何形状（圆形、方形、矩形）冲件矩形或方形冲件斜排T形、L形、S形、十字形、椭圆形冲件L形或其它形状的冲件，在外形上允许有不大的缺陷直对排T形、n形、山形、梯形、三角形、半圆形冲件T形、n形、山形、梯形、三角形冲件斜对排材料利用率比直对排高时的情况多用于T形冲件混合排材料和厚度都相同的两种以上的冲件两个外形互相嵌入的不同冲件（铰链等）多排大批量生产中尺寸不大的圆形、六角形、方形、矩形冲件大批量生产中尺寸不大的方形、矩形及六角形冲件裁搭边法大批量生产中用于小的窄冲件（表针及类似的冲件）或带料的连续拉深以宽度均匀的条料或带料冲裁长形件（3）材料利用率计算利用率：式中 A送料方向排样图中相邻两个零件对应点之间的距离；mmB条件宽度；mmF一个步距内零件的实际面积。mm23拟定冲压工艺方案根据冲裁件工艺性分析结果以及生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面因素进行分析，比较其综合经济技术效果，拟定冲压工艺方案，主要内容有选择冲压基本工序、确定冲压工序的顺序、数目及工序组合方式。4必要的设计计算（1）凹模的轮廓尺寸计算凹模厚度 Hkb （15mm） 凹模壁厚 c（1.52）H （3040mm） 式中 b凹模刃口的最大尺寸（见图1）；mmk系数，考虑板料厚度的影响，见表2。图1 凹模外形尺寸确定表2 凹模厚度系数k值bmm材料厚度tmm1133650501001002002000.300.400.200.300.150.200.100.150.350.500.220.350.180.220.120.180.450.600.300.450.220.300.150.22因为凹模的轮廓尺寸已经标准化，根据计算出来的LB，查资料A，选择已经标准化的凹模板尺寸LB。 （2）计算冲裁力及压力中心冲裁力的计算F冲KLt或F冲Ltb式中 F冲冲裁力；NK 系数；考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙波动（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素而设置的安全系数，一般取1.3。L冲裁周边总长；mmt材料厚度；mm材料抗剪强度；MPa（查资料AP6670）b材料的抗拉强度。MPa（查资料AP6670）卸料力、推件力和顶件力的计算卸料力 F卸K卸F冲 推件力 F推nK推F冲 顶件力 F顶K顶F冲 式中 F冲冲裁力；NK卸卸料力系数；（查资料AP78）K推推件力系数；（查资料AP79）K顶顶件力系数；（查资料AP79）n梗塞在凹模内的制件或废料数量（nht）；h为直刃口部分的高；t为材料厚度。弯曲力计算（查资料AP65）拉深力计算（查资料AP65）压力中心计算：应用下面公式或补充推荐方法1求压力中心。 （1） （2）推荐方法：运用Auto CAD 2004辅助求压力中心具体步骤：绘制凸模轮廓图将轮廓生成面域（绘图菜单面域选择封闭轮廓线）求面域质量特性（工具菜单查询面域质量特性在面域轮廓上点一下，在Auto CAD 2004文本窗口弹出相关信息，其中质心显示的坐标值就是该封闭图形的压力中心坐标）。（3）冲压模成型部分尺寸确定冲裁模刃口尺寸计算凸、凹模刃口尺寸，计算查资料AP61。弯曲模成型部分尺寸计算，见资料AP63 拉深模成型部分尺寸计算，见资料AP63 凸模强度刚度校核查资料A P805选择冲压设备，模具总体结构设计（1）确定模具结构并画出草图 根据冲压工艺方案，参考图册以及有关资料，确定模具结构，主要有以下内容：毛坯的定位方式凸、凹模的结构形式及固定方式送料与卸料方式 综合考虑以上内容，绘出结构草图，交指导教师初审。根据冲压工序的性质以及所需的冲压工艺力和模具尺寸选定冲压设备的类型、技术参数和规格等。6模具装配图的设计（1）准备工作将审过的草图，选好比例（尽量用1:1）绘制。一般冲压模具课程设计的装配图用两个视图表达，按照模具的轮廓尺寸，并考虑标题栏、明细表，零部件序号，技术要求等的位置，布置图面位置，尽量使图面美观。可按图2所示布置。（2）绘图方法主视图 常取模具闭合状态，主视图可充分反映模具各部分零部件形状和某些设计要求。俯视图 一般是将模具的上模部分拿掉，反映下模的可见部分。画复合模时，可先画主视图，按投影关系，画俯视图；画连续模时，可先画俯视图。按投影关系画主视图，当然这两种方法，并不是绝对的，画图时，依具体情况，可穿插、交替进行。（3）尺寸标注冲压模具的装配图应标注出模具外形的长、宽以及模具的闭合高度。装配图上的工件图的名称、比例、尺寸必须完整标注出来。装配图上的排样图应标注出比例、料宽、步距、搭边等尺寸。（4）编写技术要求装配成套的冲模以及各零件应符合总图、零件图技术条件规定。凸模对上模座上平面的垂直度不超过0.05:100。凸、凹模刃口必须锐利、无倒钝、裂纹、黑斑及缺口等现象。凸、凹模配合间隙应符合图纸要求，且应均匀一致。推料卸料机构必须灵活，无卡住现象，卸料板或顶板应超出凸模或凹模端面0.20.5mm。标注出所选用的冲压设备的型号。图2 模具总装图、标题栏及明细栏布置情况7零件工作图设计零件工作图是零件制造、检验的基本技术文件，它既要反映出设计意图，又要考虑制造的可能性和合理性，主要包括以下内容：图形、尺寸及其公差、形位公差、对材料热处理的说明以及其它技术要求，标题栏等。应注意以下几个问题：（1）每个零件必须单独绘制在一个标准图幅中，尽量采用1:1比例，用各种视图把零件各部分结构形状及尺寸表达清楚，对于细部结构以及尺寸不好标注的，可用放大比例表示或局部移出放大。（2）标注尺寸时要选好基准面，（凹模及板类零件一般选择相互垂直的两面或中心对称面为基准面，凸模选择回转轴线），要便于零件加工，又能保证精度要求，大多数尺寸最好集中标注在最能反映零件特征的视图上。（3）零件图上要提出必要的技术要求，如凸、凹模的配合间隙，热处理要求，表面处理等。8校核 模具图纸设计完毕，总图和零件图都要编号，并必须进行校核，这一步很重要，不可缺少。校核的内容很多，以下供参考。（1）总图视图是否正确，件号有没有遗漏。毛坯图、制件图及制件材料等有关说明是否有遗漏。冲压力、模具闭合高度、模具标记、相关工具等有关事项是否已写上。定位装置、卸料装置是否选用合理。漏料是否畅通、是否会堵死。细长小凸模有无采取保护措施。修理刃磨是否方便。（2）零件图该画的零件图是否全画了。视图表达是否正确、齐全、有无需要放大表示的。尺寸标注的基准面、基准线、基准孔是否选择得合理，是否适合于实际作业和检查。凸、凹模工作部分尺寸是否合适，凸、凹模强度是否足够。检查相关零件的相关尺寸，如组件、部件、凹模、卸料板、固定板的位置相关尺寸及配合尺寸。形位公差，表面粗糙度标注是否适当。选材是否合理、经济。零件是否需要热处理，有没有需要电镀、涂漆等表面处理的。9编写设计说明书课程设计说明书主要是设计过程及设计计算的整理和总结，是图纸设计的理论依据，而且是审核、设计的技术文件之一。（1）内容零件的冲压工艺性分析。毛坯尺寸计算、排样图设计、材料利用率计算。冲压工艺方案拟定。凹模轮廓尺寸计算、标准模架、标准模板的选定；冲压工艺力、压力中心的计算、凸、凹模成型尺寸计算；细小凸模强度、刚度校核。总体结构的考虑方案及冲压设备的选择。所引用的参考资料，注明引用的计算公式和数据来源、参考资料编号和页次。设计小结（包括对本次设计的体会以及还需要对设计结构等进行必要的说明）。必须指出，在冲压模具设计中，以上各步骤是起相互联系的，很多工作都是交叉进行或同时进行的，因此，不要生搬硬套，要依具体情况而定。附参考资料 A模具设计与制造简明手册冯炳尧等编 上海科学技术出版社 教材设计示例例1 如图1-1所示的冲件为大批量生产，材料Q235，材料厚度为1.5mm，设计冲裁模。设计过程如下：1冲压件工艺性分析（1）材料 Q235普通碳素钢，抗剪强度304373MPa、抗拉强度b432461MPa、屈服极限s253MPa、伸长率1021%25%。具有良好的冲压性能，适合冲裁加工。（2）结构与尺寸 工件结构相对简单，有一个10mm的孔；孔与边缘最小壁厚为5.5mm，大于倒装复合模的凸凹模最小壁厚3.4mm（见资料AP98）；凹槽宽度满足b2t 即621.53mm，凹槽深度满足l5b 即55630mm见资料AP4。均适宜于冲裁加工。（3）精度 工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。2冲裁工艺方案的确定该工件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度高，但工件最小壁厚5.5mm较接近凸凹模许用最小壁厚3.8mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的废料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产宜采用方案三。3选择模具总体结构形式。由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。（1）确定模架类型及导向方式该模具采用对角导柱模架，这种模架的导柱在模具对角位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。导柱导向可以提高模具寿命和工件质量，方便安装调整。（2）定位方式的选择该冲件采用的坯料是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用侧刃粗定距，导正销精定距。采用手工操作。（3）卸料、出件方式的选择因为该工件料厚1.5mm，尺寸较小，所以卸料力也较小，拟选择弹性卸料、下出件方式。4必要的工艺计算（1）排样设计与计算该冲件外形大致为矩形，采用直排时材料利用率最高，如图1-2为排样方法。搭边值取a11.5mm和a0.75a0.751.81.4mm，条料宽度为40.7mm，步距离为A29.5mm，一个步距的材料利用率约为69。（计算详见表1-1）图1-1 零件图 图1-2 零件排样图（2）计算冲压力该模具采用级进模，拟选择弹性卸料、下出件结构。根据计算结果，冲压设备拟选J23-25。（冲压力的相关计算详见表1-2）表1-1 排样相关计算项目分类计算方法及结果排样冲裁件面积除了用数学方法计算外，这里我们推荐用Auto CAD辅助完成此类计算。它的好处是方便、快捷、准确。方法：将零件图按实际尺寸画好，将边界生成多段线，用查询面积命令求面积（同时还可得到周长），再进行必要计算。具体步骤：绘图将轮廓生成多段线（绘图菜单边界选择多段线拾取点在图形轮廓内点一下鼠标，生成多段线或者采用pedit命令）求面积（工具菜单查询面积根据图形结构情况在命令行选择相应操作，主要是加减运算在多段线轮廓上点一下，在命令行得到面积值和轮廓线长度） 操作过程如下图所示：本例题结果：冲裁件面积F823mm2条料宽度B36+1.8+1.4+1.540.7mm步距A28+1.529.5mm材料利用率一个步距的材料利用率：表1-2 冲压力相关计算冲压力冲裁力冲裁件周长可用上面类似方法，得到面积的同时也可求得周长。对于直线也可用尺寸标注的方法直接得到。如果所求对象轮廓复杂且不封闭，可用直线将对象两个端点相连，再将轮廓转化成多段线求得周长后减去辅助连接直线长度（可用对齐标注得到辅助连接直线长度）。F冲KLtb1.3（29.5+1.5）+31.4+25+27.62+24.241.5350130357.5N其中：b350MPa（查资料AP6670） 卸料力F卸K1F0.04130357.55214N 其中：K10.04（查资料AP78）推件力F推nK2F40.055130357.528679N 其中：K20.055（查资料AP79）；nht61.54冲压工艺总力FF冲+ F卸+ F推130357.5+5214+28679164251N（3）计算模具压力中心计算压力中心时，先画出凸模刃口图，如图1-3所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成16共6组基本图形，用解析法求得该模具的压力中心O点的坐标（26.5，2.8）。（相关计算详见表1-3）图1-3 凸模刃口图表1-3 压力中心数据表基本图形长度Lmm各基本要素压力中心的坐标值xyL196.800L23229.50L325.644.30L429.857.919.4L531.4590L6272.720.1数据结果来源：除进行数学计算外，还可用Auto CAD打开排样图，直接标注测量或查询得到。数据结果来源：除进行数学计算外，还可用Auto CAD打开排样图，直接标注测量得到。代入公式（1）、（2）得：（4）计算凸、凹模工作部分尺寸并确定其制造公差由于凸、凹模的形状相对较简单且材料较厚，冲裁间隙较大，故凸、凹模可采用分开加工法确定凸、凹模刃口尺寸及公差。适宜采用线切割机床加工凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见表1-4所示。表1-4 工作零件刃口尺寸计算工序分类尺寸尺寸转换计算公式及结果备注落料28查资料AP6162得冲裁双面间隙：Zmax0.240mmZmin0.132mm冲裁件精度IT14级以下：磨损系数x0.5查资料AP61得到d和p校核满足36R3冲孔266R3.5（5）卸料橡胶的设计卸料橡胶的设计计算见表1-5。选用的四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。表1-5 卸料橡胶的设计与计算项目公式及结果备注橡胶允许总压缩量hjh1+h2+h3+t0.5+1+5+1.58mmh1凸模凹进卸料板的高度取0.5mm；h2凸模进入凹模的深度取1mm；h3凸模修磨量，取5mm。t材料厚度。mm橡胶自由高度h0hj0.3580.3523mm取32mmhj（0.350.45）h0橡胶的预压量hy10h00.10323.2mm一般hy（1015）h0每个橡胶承受的载荷FyFx652146869N选用六块圆筒形聚氨酯橡胶橡胶的外径d为圆筒形橡胶的内径，取d13mm；查表2.8.7得p1.1MPa校核橡胶自由高度0.5h0D32341.5满足要求橡胶的安装高度h0hy28.8mm 5选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸。（1）工作零件的结构设计凹模 凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心线重合。其轮廓尺寸计算：凹模厚度 Hkb0.386.726mm（查教材，K0.3）凹模壁厚 c（1.52）H39 mm52mm取凹模厚度 H30mm，凹模壁厚c45mm凹模长度 Bb+2c（86.7+245）mm176.7mm（送料方向）凹模宽度 L（40.7+245）mm130.7 mm（垂直送料方向）凹模轮廓尺寸为176.7mm130.7mm30mm，取标准化值200mm140mm30mm，结构尺寸如图1-4所示。图1-4 凹模补充：因模具典型组合和主要零部件设计已经标准化，所以可以通过查询模具设计与制造简明手册（冯炳尧等编 上海科学技术出版社）得到模具整体结构尺寸。查资料AP166可得以下尺寸：凸模长度：56mm配用模架闭合高度：160mm200mm孔距（见资料AP163图1-68）：s170mm；s190mm；s2110mm；s360mm垫板厚度：8mm固定板厚度：20mm卸料板厚度：18mm导料板长度：260mm凹模厚度：20mm螺钉、销钉、卸料螺钉公称直径及长度、使用数量等。说明：以上数据并非一成不变，此标准化结构及尺寸是象征着该套模具结构的合理性和使用的安全性，根据模具具体结构和使用情况的不同这些尺寸可以做适当调整。考虑到具体计算结果和备料方便，本示例部分零件取如下尺寸：垫板：200mm140mm8mm固定板：200mm140mm20mm卸料板：200mm140mm20mm导料板长度：200mm凹模厚度：200mm140mm30mm落料凸模和冲孔凸模 结合工件外形并考虑加工，将凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，用2个的圆柱销吊装在固定板上，与凸模固定板的配合按H7m6。其总长L可参考教材“凸模长度计算”并考虑橡胶安装高度进行计算：L20+20+28.80.568.3mm取68.5mm具体结构尺寸可参见图1-5所示。 a）落料凸模 b）冲孔凸模和侧刃 图1-5 凸模 图1-6 导正销（2）定位零件的设计导料销 落料凸模下部设置一个导正销，借用工件上mm孔作导正孔。导正销的结构如图1-6所示。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚t1.5mm和装配后卸料板下平面超出凸模端面0.5mm，所以导正销高出凸模端面直线部分的长度为2mm。导正销采用H7r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7h6配合。导料板的设计 导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，导料板与条料之间的间隙取0.6mm（见教材“搭边和条料宽度的确定”部分内容计算），这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按教材“定位零件”部分设计查表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板结构尺寸如图1-7所示。图1-7 卸料板（3）卸料零件的设计卸料板的设计 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为20mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HRC。采用线切割机床加工，保持与凸模单边间隙0.15mm。卸料螺钉的选用 卸料板上设置6个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M1015mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面0.5mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。（4）模架及其它零部件设计该模具采用对角导柱模架。以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。（查资料AP231得到上模座厚度40mm，下模座厚度45mm，闭合高度范围160mm200mm。该模具的闭合高度：H闭H上模H垫LHH下模h240868.330451190mm式中 L凸模长度；mmH凹模厚度；mmh2凸模冲裁后进入凹模的深度，h21mm。6选择压力机型号。通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。其主要技术参数如下：公称压力：250kN滑块行程：65mm最大闭合高度：270mm最大装模高度：220mm工作台尺寸（前后左右）：370mm560mm垫板尺寸（厚度孔径）：50mm200mm模柄孔尺寸：40mm60mm7绘制模具总装图及非标准零件零件图。通过以上设计，可得到如图1-8所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（6个）、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。条料送进时采用侧刃作为粗定距，在落料凸模上安装一个导正销，利用条料上mm的孔作为导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，顶在侧刃挡块上，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。侧刃比步距长0.1mm。当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.1mm而完成精确定距。零件图略。1-下模座2、15-圆柱销3-导柱4-导料板5-导套6、12-内六角螺钉7-导正销8-落料凸模9-上模座10-卸料螺钉11-横销13-模柄14-防转销16、17、21-冲孔凸模18-垫板19-侧刃20-凸模固定板22-卸料橡胶23-卸料板24-凹模25-侧刃挡块26-圆柱销图1-8 装配图例2 手柄零件如图2-1所示，中批量生产，材料为Q235-A钢，材料厚度t=1.2mm。设计冲裁模。1冲压件工艺性分析此工件只有落料和冲孔两个工序。材料为Q235-A钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有一个8mm的孔和5个5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为3.5mm（大端4个5mm的孔与8mm孔、5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚）。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。2冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。3主要设计计算（1）排样方式的确定及其计算设计级进模，首先要设计条料排样图。手柄的形状具有一头大一头小的特点，直排时材料利用率低，应采用直对排，如图2-2排样方法，设计成隔位冲压，可显著地减少废料。隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。搭边值取2.5mm和3.5mm，条料宽度为135mm，步距离为53 mm，一个步距的材料利用率为78%（计算见表2-1）。查轧制薄钢板的尺寸规格标准（GB708-1988），宜选用950mm1500mm的钢板，每张钢板可剪裁为7条条料（135mm1500mm），每条条料可冲56个工件，故每张钢板的材料利用率为76%。 图2-1 手柄工件 图 2-2 手柄排样图（2）冲压力的计算该模具采用级进模，拟选择弹性卸料、下出件。根据计算结果，冲压设备拟选J23-25。冲压力的相关计算见表2-1。表2-1 条料及冲压力的相关计算项目分类项目公式结果备注排样冲裁件面积A=（162+82） +95（16+32）/22782.4mm2条料宽度B=95+216+23.5+1135mm查表得，最小搭边值a=3.5mm，a1=2.5mm，；采用无侧压装置，条料与导料板间隙Cmin=1mm。步距S=32+16+22.553mm一个步距的材料利用率78%冲压力冲裁力F冲裁力KLtb=1.33701.2300173160NL=370mm，b=300MPa卸料力F卸料力K1F=0.041731606926.4N查表得K1=0.055推件力F推件力=NK2F=70.05517316066666.6Nn=h/t=8/1.2=7冲压工艺总力F总力=F冲裁力+ F卸料力+ F推件力=173160+6926.4+66666.6246753N弹性卸料，下出件（3）压力中心的确定及相关计算计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图2-3所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L6共6组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（13.57，11.64）。有关计算如表2-2所示。图2-3 凹模型口图表2-2 压力中心数据表基本要素长度L/mm各基本要素压力中心的坐标值xyL1=25.132-52.59226.5L2=95.34038.5L3=95.34014.5L4=50.26557.85626.5L5=15.708-47.5-26.5L6=87.96547.5-26.5合计369.7513.5711.64由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-25冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。（4）工作零件刃口尺寸计算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。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见表2-3所示。表2-3工作零件刃口尺寸计算尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注落料R16R查表冲裁双面间隙Zmin0.126mm，Zmax0.18mm，磨损系数x0.5，模具按IT8级制造。校核满足p+dZmaxZmin。R8R8冲孔58孔心距95950.44Cd（Cmin+0.5）/8Ld950.01120200.26Ld200.065（5）卸料橡胶的设计卸料橡胶的设计计算见表2-4。选用的四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。表2-4 卸料橡胶的设计与计算项目公式结果备注卸料板工作行程hJ=h1+h2+t4.2mmh1为凸模凹进卸料板的高度1mm，h2为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm。橡胶工作行程Ha=hJ+ha9.2mmha为凸模修磨量，取5mm。橡胶自由高度H自由4 Ha36.8mm取Ha为H自由的25橡胶的预压量Hb15H自由5.52mm一般Hb1015H自由每个橡胶承受的载荷F1F/41731.6N选用四个圆筒形橡胶橡胶的外径Dd2+1.27（F1/p）0.5D68mmd为圆筒形橡胶的内径，取d=13mm；p0.5MPa校核橡胶自由高度0.5H自由/D=0.541.5满足要求橡胶的安装高度Hc= H自由Hb31mm4模具总体设计（1）模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。（2）定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。（3）卸料、出件方式的选择因为工件料厚为1.2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。（4）导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。5主要零部件设计（1）工作零件的结构设计落料凸模 结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，用2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。其总长L可按公式计算：L=20+14+1.2+28.8=64mm具体结构可参见图2-4（a）（b）所示。 图2-4（a）落料凸模图 （b）冲孔凸模材料：Crl2MoV 热处理：5862HRC 材料：Crl2MoV技术要求：尾部与凸模固定板按H6/m5配合 热处理：5862HRC冲孔凸模 因为所冲孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。其中冲5个5的圆形凸模可选用标准件B型式（尺寸为5.1564）。冲8mm孔的凸模结构如图2-4（b）所示。凹模 凹模采用整体式，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸计算：凹模厚度 H=kb=0.2127mm=25.4mm凹模壁厚 c=（1.52）H=3850.8mm取凹模厚度H=30mm，凹模壁厚c=45mm，凹模宽度B=b+2c=127+245=217mm凹模长度L取195mm（送料方向）凹模轮廓尺寸为195mm217mm30mm，结构如图2-5所示。（2）定位零件的设计落料凸模下部设置两个导正销，分别借用工件上5mm和8mm两个孔作导正孔。8mm导正孔的导正销的结构如图2-6所示。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm，所以导正销直线部分的长度为1.8mm。导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件，规格为816。 图2-5 凹模 图2-6 导正销（3）导料板的设计 导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按教材“定位零件设计”部分内容选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。（4）卸料部件的设计卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为14mm。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HRC。卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M1010mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。材料：Crl2MoV 热处理：5862HRC技术要求：尾部与凸模固定板按H6/m5配合 材料：Crl2MoV热处理：5862HRC材料：Crl2 MoV 热处理：6064HRC（5）模架及其它零部件设计该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱 在模具中间位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。导柱d/mmL/mm分别为28160，32160；导套d/mmL/mmD/mm分别为2811542，3211545。上模座厚度H上模取45mm，上模垫板厚度H垫取10mm，固定板厚度H固取20mm，下模座厚度H下模取50mm，那么，该模具的闭合高度：H闭=H上模H垫LHH下模h2=45106430502=197mm式中 L凸模长度，L=64 mm；H凹模厚度，H=30mm；h2凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm。可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度（220mm），可以使用。6模具总装图 通过以上设计，可得到如图2-7所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（7个）、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。条料送进时采用活动挡料销13作为粗定距，在落料凸模上安装两个导正销4，利用条料上5mm和8孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在活动挡料销13上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销4再作精确定距。活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成以后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。用这种方法定距，精度可达到0.02mm。7冲压设备的选定通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。其主要技术参数如下：公称压力：250kN滑块行程：65mm最大闭合高度：270mm最大装模高度：220mm工作台尺寸（前后左右）：370mm560mm垫板尺寸（厚度孔径）：50mm200mm模柄孔尺寸：40mm60mm最大倾斜角度：30图2-7 手柄级进模装配图8模具零件加工工艺本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。图2-4（a）所示落料凸模的加工工艺过程如表2-5所示。凹模、固定板以及卸料板都属于板类零件，其加工工艺比较规范。图2-5所示凹模的加工过程在此不再赘述。9模具的装配根据级进模装配要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间隙、试冲、返修。具体装配见表2-6所示。表2-5 加工工艺工序号工序名称工序内容工序简图（示意图）1备料将毛坯锻成长方体12838722热处理退火3刨刨六面，互为直角，留单边余量0.54热处理条质5磨平面磨六面，互为直角6钳工划线划出各孔位置线7加工螺钉孔、安装孔及穿丝孔按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔等8热处理按热处理工艺，淬火回火达到5862HRC9磨平面精磨上、下平面10线切割按图线切割，轮廓达到尺寸要求11钳工精修全面达到设计要求12检验表2-6 模具的装配序号工序工艺说明1凸、凹模预配1装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度、形状。2 将各凸模分别与相应的凹模孔相配，检查其间隙是否加工均匀。不合适者应重新修磨或更换。2凸模装配以凹模孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板7的形孔中，并挤紧牢固。3装配下模1在下模座1上划中心线，按中心预装凹模2、导料板3；2在下模座1、导料板3上，用已加工好的凹模分别确定其螺钉位置，并分别钻孔，攻丝；3在下模座1、导料板3、凹模2、活动挡料销13、弹簧14装在一起，并用螺钉紧固，打入销钉。4装配上模1在已装好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入0.12mm的纸片，然后将凸模与固定板组合装入凹模；2预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔、销孔位置并钻铰螺孔、销孔。用螺钉将固定板组合、垫板8、上模座连接在一起，但不要拧紧；3将卸料板5套装在已装入固定板的凸模上，装上橡胶9和卸料螺钉6，并调节橡胶的预压量，使卸料板高出凸模下端约1mm；4复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉；5安装导正销4、承料板15；6切纸检查，合适后打入销钉。5试冲与调整装机试冲并根据试冲结果作相应调整图3-1 拉深件零件图例3 零件如图3-1所示，大批量生产，材料为镀锌钢板，材料厚度t=1mm。设计拉深模。1冲压件工艺性分析该工件属于较典型圆筒形件拉深，形状简单对称，所有尺寸均为自由公差，对工件厚度变化也没有作要求，只是该工件作为另一零件的盖，口部尺寸69可稍作小些。而工件总高度尺寸14mm可在拉深后采用修边达到要求。2冲压工艺方案的确定该工件包括落料、拉深两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后拉深。采用单工序模生产。方案二：落料-拉深复合冲压。采用复合模生产。方案三：拉深级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序，两副模具，生产效率低，难以满足该零件大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率较高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之工件