支架冲孔、压弯、切断连续模设计.doc

第一章 绪 言 模具行业是一个非常重要的行业，我们日常生活中许多东西的生产都是需要依靠模具来完成的，像平常用到的各种瓶盖，壳体类，玩具等各种塑料类还有许多金属工具等。也可以说，模具行业的设计技术与制造水平，在一定程度上代表了一个国家的发展水平，模具行业技术水平高，也就说明了国家的各项制造水平高。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同事本身又是高新技术产业的重要领域。总体来说，我国的模具行业还是落后于许多国家的，像美国，日本，德国，这些国家在模具行业是处于非常先进的行列他们设计的模具效率高，精密度高，自动化，微型等各种优势。我国目前也在积极往这个行业发展，大量培养人才，以求能够赶上其他国家。最近几年来，我国的模具行业发展迅速，从一开始的小批量模具厂到现在出现了许多大型的模具企业，标志着我国正在往高效率，自动化，高精密的方向发展。当今模具的发展趋势是：首先与计算机紧密联系，现今出现了许多制图软件，编程软件能够更好地帮助完成模具设计。CAD,CAE,CAM等技术进一步一体化，先进化 第二章 冲压件工艺分析对于冲裁件的工艺性分析，我们要确定冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。首先我们要明确对工艺性影响最大的是冲裁件的几何形状、尺寸、精度要求等。 2.2 冲压件结构工艺性及分析 冲裁件的形状应力求简单、对称有利于材料的合理利用，避免浪费。该工件结构简单，也无复杂形状的曲线。冲裁件内形及外形的转角冲裁件要避免尖角，应以圆弧过渡。 工件图如图1.1所示： 图1-1 2.3 模具结构形式 模具结构形式 该制件主要工序为：冲孔、压弯、切断。采用级进模可以对冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等加工，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产，由于采用条料或带料进行连续冲压，所以采用级进模。选择手动送料，自动卸料装置。2.4 模具材料的选择 模具材料，我们首先要选择能够适应模具工作的材料，可以承受冲裁过程中产生的力，能够使模具正常工作。其次我们要考虑到经济性的问题，一套模具少则几万，多则几十万，这个支出我们必须考虑在内。既要保证模具的正常使用，又要尽可能的降低成本，降低模具的制造费用。如果工件为大批量生产，模具材料应该选择高效率，寿命长硬质合金材料，硬质合金比钢的寿命要长很多。 中批量生产，首先应尽量使冲模标准化，大力发展冲模标准件的品种，推广冲模典型结构，最大限度地缩短冲模设计与制造周期。 制造中、小型冷冲压模具的材料有铸铁、碳素工具钢、合金工具钢，硬质合金等。 凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作的，并伴随有温度的升高，所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐温性。工作过程中产生的冲击力很大，所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐冲击性、淬透性和切削性，硬度很大，热处理变形小。经过分析，此工件的主要工序有冲孔，压弯，切断。并且需要大批量生产，所以模具材料应采用质量较高，能保证耐用度的材料，选择材料为Cr12MoV. 第三章 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的内容是针对某一具体的冲裁件，根据其材料，结构特点，尺寸精度要求以及生产批量，按照现有设备和生产能力制定出一套合理的方案。主要包括确定工序数、工序的组合和工序的顺序安排等。同一种冲压件往往有多种多种工艺方案，因而要根据各方面的因素和要求，通过分析比较进行优化设计，确定最终方案。 在对冲压件进行工艺分析的基础上，考虑冲压工序的性质，数量，顺序，组合方式以及其他的安排，拟出最佳工艺方案。 级进模是在压力机的一次行程中，一副模具的不同位置上完成不同的工序。根据冲压件工艺分析，设计出工艺方案：方案一：先冲大孔，再冲小孔，再压弯，最后切断；方案二：先大小孔一起冲，再切断，最后压弯。工位数的确定：首先要保证冲裁件的精度要求和几何形状的正确；其次要力求简单，规则，容易加工；能够合并的工位，只要模具可以完成，就尽量合成一起，不要轻易分解，增加工位。安排冲压工序顺序的原则：（1）对于纯冲裁级进模，原则上先冲孔，随后在冲切外形余料，最后再从条料上冲下完整的冲压零件。应保持条料载体的足够强度，能准确无误地送进。（2）属于冲裁弯曲级进模，应先冲切掉孔和弯曲部分的外形余料，再进行弯曲，最后在冲靠近弯边的孔和侧面有孔位精度要求的侧壁孔。最后分离冲下零件。经过以上分析，我们可以做出结论，方案二是更加合理的，所以我们选择方案二 第四章 工 艺 计 算4.1毛坯尺寸计算 板料、带料弯曲时，外层材料受拉而伸长，内层材料受压而缩短，中间材料长度保持不变。弯曲件毛坯尺寸计算是按弯曲中性层长度不变的原则进行的。 图4-1图4-2 如上图4-2：毛坯尺寸L=直线部分长度S+弯曲部分长度R 直线部分长度=19+13=32mm；弯曲部分长度：R0.5t的弯曲件 R= （4-2）表4-1 中性层位置系数x值查表4-1：r/t=2/3, x=0.27 R=（1+0.271.5） =2.2mm毛坯展开尺寸L=32+2.2=34.2mm （参考文献1 ）4.2材料的规格的选择：冲压生产中使用的材料相当广泛。有金属材料和非金属材料，大部分都是各种规格的板料、带料、条料和块料。板料是冲压生产中应用最广的材料，适合于成批生产。其尺寸规格按国家标准定，采用标准规格板料可能会增加余料，使材料利用率降低。 带料（卷料）用于大批量生产。带料的宽度一般在300mm以下，根据材料的不同，有不同的宽度尺寸，长度可达几米到几十米，有的薄材料可达数百米。 条料是根据冲压件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的冲压。 块料适用于单件小批量生产和价值昂贵的有色金属的冲压。根据生产要求和工艺性，选择切边带料。（参考文献4 ）4.3排样图的设计与材料利用率的计算4.3.1排样图的设计（一）排样分析排样指冲裁件在板料、条料或带料上的布置方式。排样是否合理，对材料利用率的大小有直接影响。还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料，可分为两种情况：（1）结构废料 由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。（2）工艺废料 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此，提高材料利用率要从减少工艺废料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。根据材料的利用情况，排样的方法可以有三种：（1）有废料排样沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图4-3a所示。（2）少废料排样 沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在，如图4-3b所示。（3）无废料排样工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。如图4-3c所示。 图4-3排样方法 a) 有废料排样 b) 少废料排样 c)无废料排样有废料的排样法材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少、无废料排样法的材料利用率较高，在无废料排样时只有料头、料尾损失，材料利用率可达85%95%，少废料排样法也可达70%90%。少、无废料排样法有利于一次冲裁多个工件，可以提高生产率。由于这种排样法冲切周边减少，所以还可以简化模具结构，降低冲裁力。但是，少、无废料排样的应用范围有一定的局限性，受到工件形状结构的限制，且由于条料本身的宽度公差，条料导向与定位所产生的误差，会直接影响工件尺寸而使工件的精度降低。在几个工件的汇合点容易产生毛刺。由于采用单边剪切，也会加快模具磨损而降低冲模寿命，并直接影响工件的断面质量，所以少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排样。有废料、少废料或无废料排样。按工件的外形特征、排样的形式又可分为直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等。对于简单形状的工件，可以用就算方法选择合理的排样方式，而对于形状复杂的工件要作出正确判断则比较困难，通常用放样的方法，即用厚纸片剪35个样件，摆出各种可能的排样方案，从中选择一个比较合理的方案。合理的排样方法，应是将工艺废料减到最少。考虑到该工件的外形特征和材料的利用情况，可采用少废料直排的排样方式。（参考文献1 ） 4.3.2 材料利用率的计算一个进距内的材料利用率为： （4-3） 式中：A冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（）； n 一个进距内冲件数目； B条料宽度（mm）； h进距（mm）。 =67% （参考文献1 ） 4.4冲压工艺力的计算4.4.1冲裁力 冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料厚度、工件周边长度、材料的力学性能等参数有关。冲裁模设计时为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。压力机吨位必须大于计算的冲裁力。以适应冲裁的要求。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。考虑到成本和冲裁件的质量要求，平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力F(N)可按下式计算： （4-4）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K=1.3。 选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素实际冲裁力可能增大，所以应取 F （4-5）式中 F最大可能冲裁力(称冲裁力)；N 材料抗拉强度(MPa) 。 （参考文献1 ）10钢的抗剪强度：260340N/，强度极限：300440 N/ （参考文献2 ）大圆孔的冲裁力的计算： = =1.3212mm1.5mm340N/=49963.6（N）小圆孔的冲裁力的计算： =1.325mm1.5mm340N/=20818.2（N）切断部分的冲裁力计算： =1.377.3mm1.5mm340N/=51250（N）4.4.2弯曲部分的弯曲力计算： 自由弯曲力为：= （4-6） 式中 C与弯曲形式有关的系数，对于V形件C取0.6；对于U形件C取0.7； K安全系数，一般取1.3； B料宽（mm）； t 料厚（mm）； r 弯曲半径（mm）； 材料强度极限(MPa)。 该工件属于V形件，则： =6177.6（N） 压料力的计算： 压料力Q值可近似取自由弯曲的30%80%，即： （4-7） 式中 Q压料力，mm； 取 Q= 0.8=0.86177.6N=4942N 选择压力机时： =11119.6N （参考文献1 ） 4.4.3卸料力及推件力的计算： 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。卸料力的大小与凸模和凹模之间的间隙、工件形状、材料的种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关。要准确计算很困难，实际生产中常用下列经验公式计算 =F （4-8） 式中 F冲裁力（N）； 卸料力系数。在整个冲裁过程中均有卸料力，则 =（+）式中：、分别是大圆孔、小圆孔、切断部分的冲裁力。表4-2 卸料力、推件力及顶件力系数 查表4-2 取=0.045，则 =0.045（49963.6+20818.2+51250） =5491.4（N）采用弹性卸料装置和下出料方式的总压力为： =+ =49963.6+20818.2+51250+5491.4+0 =127523.2（N） （参考文献1 ）4.5 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。要使冲压模具正常地工作，必须使压力中心与模柄的中心线重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将会产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向机构产生不均匀没磨损，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（解析法和图解法）确定模具压力中心。由于用作图法求压力中心受作图误差影响很大，所以误差也较大。故用解析法求压力中心。 根据力学定理，分力对某轴力矩之等于其合力对同轴之矩，则有： （4-9） （4-10） 因为，所以 （4-11） （4-12） 式中 、各图形冲裁力（N）； 、各图形冲裁力的x轴坐标（mm）； 、各图形冲裁力y轴坐标（mm）； 、各图形冲裁周边长度（mm）； t 材料厚度； 材料抗拉强度(MPa)。 图4-5 根据所建立的坐标系，假设压力中心坐标（，），由图4-5可知 =0则只求 所以先找出不规则形状图的压力中心（几何中心），因图形为中心对称，只需算一半就行了，假设下图4-6的压力中心坐标为（，0） 图4-6=13.38mm = =46(mm)故模具压力中心坐标：（46mm，0）（参考文献1 ）第五章 模具主要零件设计与选择5.1圆形凸模的设计 设计图如5-1 图5-1 mm 的圆形凸模：=11mm，D=8mm,h=3mm,L=78mm, =39mm 12mm的圆形凸模：=19mm，D=16mm，h=3mm，L=78mm,=39mm 基本尺寸D极限偏差： 凸模材料用Crl2MoV,刀口部分热处理硬度为5862HRC尾部回火至4050HRC。 凸模的固定方法采用台阶式凸模，将凸模压入固定板内，采用H7/m6配合装配后磨平。 图5-25.1.1凸模长度计算 凸模的长度应根据冲模的具体结构确定，应留有修磨余量，并且模具在闭合态下。卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。 一般按图5-3所示的结构计算，凸模长度应为： L=H1+H2+H3+a （5-1）式中 H1凸模固定板厚度； H2卸料板厚度； H3导尺(导板)或坯料厚度； a附加长度主要考虑 冲头总修量及模具闭合状态下卸料板到冲头固定板间的安全距离。一般取1020mm。根据设计可知，H1=24mm, H2=30mm,H3=10mm, a=13mm, 凸模进入凹模取1mm,所以凸模总长度为：L=78mm。 图5-3 凸模一般不必进行强度校验，但对于特别细长的凸模或凸模断面尺寸小而板料厚度大时则应进行强度校验。5.1.2承压应力校验冲裁时，凸模承受的最小断面压应力，必须小于凸模材料强度允许的压应。即： （5-2）对圆形凸模，由上式可得 （5-3） 即： 式中 凸模最小断面压应力（MPa）； 凸模纵向总压力（MPa）； 凸模最小截面的面积（）； 圆形凸模最小截面的直径（mm）； t 冲裁材料厚度（mm）； 冲裁材料抗剪强度（MPa）。 凸模材料的许用压应力，对于Crl2MoV，可取=（1.01.6） MPa，凸模有特殊导向时，可取=（23） MPa。 =1.28mm 对于大小圆形冲孔凸模均能满足要求。5.1.3抗纵向弯曲应力的校核： 无导向装置的圆形凸模 （5-4） 有导向装置的圆形凸模 （5-5） 式中 凸模允许的最大自由长度（mm）； 冲裁力（N）； d 凸模最小截面直径（mm）。 设计中卸料板兼其导向作用，所以 对于mm 的圆形凸模 =21mm=46.8mm 对于12mm的圆形凸模 =21mm=55.2mm 满足要求5.1.4圆形凸模固定端面的压力 凸模固定端面的单位压力按下式计算，即 q= （5-6） 式中 q凸模固定端面的压力，MPa； A凸模固定部分最大剖面积，； F落料或冲孔的冲裁力，N； 模座材料的许用压应力，MPa。 对于mm 的圆形凸模： q=219 MPa对于12mm的圆形凸模： q= =176 MPa 凸模固定端面与模座直接接触，当其单位压力超过模座材料的许用压应力时，模座表面就会损伤。为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。模座材料采用铸铁，许用压应力。 （5.1参考文献2 ）5.2 切断凸模设计 此凸模为非标准件，为保证冲裁质量，避免毛刺的产生，故模具宽度要比冲裁工件宽度宽一些，一般比冲裁材料宽。采用线切割或成形磨削加工，固定部分应和工作部分尺寸一致。所以设计凸模结构如下图5-4所示： 图5-4切断凸模高度设计为与圆形凸模一样高。凸模固定方式也才用台阶式（见图5-2），将凸模压入固定板内，采用H7/m6配合装配后磨平。5.2.1凸模承压力校核： 冲裁时，凸模承受的最小断面压应力，必须小于凸模材料强度允许的压应力。即： 式中 凸模最小断面压应力（MPa）； 凸模纵向总压力（MPa）； 凸模最小截面的面积（）。 = 149.5（MPa） 5.2.2 抗纵向弯曲应力的校核： 无导向装置的一般形状凸模 （5-7） 有导向装置的一般形状凸模 （5-8） 式中 凸模允许的最大自由长度（mm）； 冲裁力（N）； I凸模最小截面惯性矩（）。从俯视图可以看：凸模形状类似为工字形，可按工字形截面求其近似惯性矩I，则 （5-9） 可以导出 式中 中性轴静矩，=；（5-10） 最大剪应力。= =16177.2 故 =21mm=657.3mm 满足要求 5.2.3 切断凸模固定端面的压力 切断凸模固定端面的单位压力按下式计算，即 q= 式中 q凸模固定端面的压力，MPa； A凸模固定部分最大剖面积，； F落料或冲孔的冲裁力，N； 模座铸铁材料的许用压应力，MPa。q=149.5MPa=所以也需加垫板。 （5.2参考文献2 ）5.3 弯曲凸模设计 在设计弯曲模具，模具结构是否合理直接影响成形质量及其稳定性、弯曲力的大小、模具成本、模具寿命等问题。 根据弯曲件外形尺寸，可以基本确定弯曲凸模的工作部分尺寸，弯曲凸模高度应在弯曲凸模下行至下死点时比弯曲边长23mm。 V形件弯曲模是弯曲模中最简单的一种,其特点是结构简单，通用性好，但弯曲时毛坯容易滑动偏移，影响工件精度。根据工件精度不同，可以采用带有定位销顶杆和V形顶板的结构，以防止坯料滑动，提高工件精度。 L型弯曲模，亦即非对称的v型弯曲模。用弹性顶板和定位稍定位，可以有效地防止毛坯偏移。 小批量生产多采用V形弯曲件，大批量生产时往往将其处理为L形弯曲，特别是采用级进模加工时，一定要考虑送料顺利、直边平直、减小回弹等问题。对于L形弯曲，弯曲方向可以向下弯曲，也可以向上弯曲。设计时应注意以下问题：（1）向下弯曲时，弯曲凸模必须安装于凸模固定板上。开模后凸模缩进卸料板，带料送进后遵循导正销定位卸料板压料凸模折弯的工作顺序。（2）向上弯曲时，应该以卸料镶块作为弯曲凸模。如果采用安装于凸模固定板上的凸模进行折弯，则因为压料不紧，带料将偏移而成形效果不好。还应当采用弹性顶件装置压料，这样即在弹性卸料装置和顶件装置的弹性夹紧后进行弯曲，且顶件后能保证送料顺利。 综合考虑后：选择向下弯曲。向下弯曲时，可把凸模看作静止，凹模上行弯曲。这样后，实际凸模圆角半径为凹模圆角半径，凹模圆角半径为凸模圆角半径。（参考文献3 ）5.3.1 弯曲凸、凹模圆角半径及工作部分深度的确定 凸模圆角半径一般应等于弯曲件内圆角半径的数值，但不能小于材料允许的最小弯曲半径（10号钢与扎纹垂直的最小弯曲半径0.4t ）, 弯曲部分半径R为1，满足要求。凹模圆角半径不宜小于3，以免在弯曲时擦伤毛坯，凹模两边对称处的圆角半径应一致，否则弯曲时毛坯会发生偏移。凹模圆角半径与弯曲件边长L公称尺寸有关。可文献2查表3.27 选用。可查得：凹模深度L为12mm，凹模圆角半径=4mm。5.3.2 凸、凹模间隙 对于V形弯曲，凸、凹模之间的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但必须考虑在合模时使毛坯完全靠压，以保证弯曲件的质量。5.3.3 落料口大小的确定弯曲后，弯曲件采用下落料方式，就必须保证落料口要大于弯曲件最大边长长度（弯曲件最大边长长度为21.5mm）。弯曲凸模的尺寸可取为301093mm。综合以上因素：设计弯曲凸模结构图如下： 图5-55.4 凹模的设计 5.4.1 凹模孔口形式及主要参数 因工件精度不高，但形状也较复杂，可以采用直筒式刃口凹模。直筒式刃口凹模有如下特点：制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变；孔内易积存冲件或废料，胀力大，推件力大，刃磨层较厚。 冲下的废料从凹模下面漏出时，应在冲模的下模座上做一个漏料孔，一般漏料孔比凹模孔大0.52mm。5.4.2整体式凹模外形尺寸的确定 凹模装于下模座，由于下模座孔口较大而使凹模工作时承受弯曲力矩；若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大的变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，很难按理论方法精确计算来确定，对于非标准尺寸凹模一般不作强度校核。设计模具时，凹模外形尺寸一般是根据被冲裁料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸，按经验公式来确定其尺寸： 凹模高度：H=Kb (=15mm)； （5-11） 凹模壁度：C= (mm) （5-12） 式中 b凹模刃口间的最大宽度,mm； K系数。冲裁件最大刃口尺寸为切断部分，尺寸为23mm。查表5-1：K=0.39 凹模高度：H=0.3923=9mm,可取H=20mm 则：凹模壁厚：C= 20mm=(3040)mm当凹模刃口周长超过50mm且材料为合金工具钢时，凹模厚度应乘以文献2表2.43中的修正系数。查表系数为1.25。 即：凹模高度H=1.2520=25mm 凹模做采用螺钉和销钉固定在下模座上，钉孔至刃口边及钉孔之间的距离要有足够的强度，其最小值可参考表5-2:表5-2 螺孔、销孔之间及至刃口边的最小距离 (mm) 选淬火M12螺钉：凹模上螺孔到凹模边缘的最小距离为16mm；凹模上螺孔到凹模刃口的最小距离为19mm;螺孔到销孔的距离为最小距离5mm。选淬火10销钉：销钉到凹模边缘的最小距离为12mm。螺孔与销钉之间的最小间距为5mm。以上尺寸要依据具体情况而定。再根据排样图，可以基本了解凹模的外形结构。以下是绘凹模俯视图5-7：图5-75.4.3 凹模强度校核 凹模强度校核主要是检查其高度。凹模在冲裁力的作用下会产生弯曲，如果凹模强度高度不够，就会产生较大的弯曲变形甚至断裂。 矩形凹模装在有方形洞的板上，计算公式为： = （5-13） 式中： 凹模最小厚度，mm； P 冲裁力，mm； 许用弯曲应力。对于Cr12MoV， =（300500）MPa = = 19.1mm25mm 所以取凹模厚度25满足要求 （5.3参考文献2 ）5.5 拉簧的设计 拉簧作用是在冲压工作中使导料板与带料压紧，保证带料不偏移；在非工作状态下，使导料板与带料分离，并拥有一定的间隙，保证带料的送进。5.5.1设计弹簧的一般步骤： 设计弹簧时，当给出弹簧的工作条件、工作载荷F和对应的变形量f，其计算步骤大体是：（1）根据工作条件确定弹簧的载荷类型，选择材料，并获得许用切应力；（2）根据要求，初选旋绕比C；（3）计算材料直径d，并计算出弹簧的中径D；（4）计算有效圈数n；（5）最后进行弹簧性能校核。 5.5.2弹簧材料及许用应力 弹簧多数在变应力下工作，它的性能和使用寿命在很大程序上取决于材料的选择。要求材料具有较高的疲劳极限、屈服点和足够的冲出韧度。对热成型的弹簧还要求材料有良好的淬透性、低的过热敏感性和不易脱碳等性能。（1）圆柱螺旋弹簧按所受载荷分类圆柱螺旋弹簧按所受载荷的情况分为三类：类受循环载荷作用次数在1106次以上的弹簧；类受循环载荷作用次数在11031106次范围内及受冲出载荷的弹簧；类受静载荷及受循环载荷作用次数在1103次以下的弹簧；三类弹簧的许用切应力和许用弯曲应力有的值，按表5-6选取（2）对许用应力的修正在选取材料和确定许用应力时，遇到下列情况应作适当的修正：a）对重要的弹簧，其损坏对整个机械有重大影响时，许用应力应适当降低；b）经强压处理的弹簧，能提高其疲劳极限，对改善载荷下的松弛有明显效果，可适当提高许用应力；c）经喷丸处理的弹簧，也能提高疲劳强度或疲劳寿命，其许用应力可提高20%；d）当工作温度超过60时，应对切应变模量G进行修正，其修正公式为 （5-14）式中 G常温下的切变模量；工作温度下的切变模量；温度修正系数。 表5-6弹簧的许用应力（摘自GB/T1239.61992） （MPa）钢丝类型或材料碳素钢丝琴钢丝不锈钢丝65Mn55Si2Mn55Si2MnB60Si2Mn60Si2MnA50CrVA55CrMnA60CrMnA拉伸弹簧许用切应力类（ ）0.4 0.36 380495475类(0.300.36) (0.270.30) 325420405类(0.240.30) (0.220.27) 285370360注：试验切应力；试验弯曲应力；材料抗拉强度。工件为大批量生产，选择I型，材料65Mn。许用应力285MPa。 （1）计算弹簧直径d及中径D 计算公式 （5-15）式中： K曲度系数； C弹簧指数； 许用应力，MPa。查文献6 表22-6 取K=1.23，C=6.5弹簧拉力F的计算：弹簧拉力F等于导料板与凹模之间的摩擦力。 又因 =mg，m= 式中：=0.1，45钢 =，g= v2(2914010-5106.510)=222150 =0.1222150=1.7N在乘以一个安全系数1.5，则=1.51.7N=2.55N 故 F=2.55N 所以 =0.42mm取d=3mm,D=Cd=6.53=19.5mm（2）有效圈数n的计算 （5-16）式中： G剪切弹性模数，G=8000；f弹簧的工作变形量。=8.9,取整数n=9（3）节距P 图5-9如图5-9所示：导料板从闭合到张开的垂直距离为1.5mm，水平方向的移动距离b即为拉簧的变形量，可利用三角形相似，可以算出b。 故 b=4.69mm节距P=d+b=3+4.69=7.69mm（4）拉簧的自由长度及工作长度 式中 =D-d=19.5-3=16.5mm =(9+1.5)3+216.5=64.5mm=+4.69=64.5+4.69=69.19mm（5）弹簧丝展开长度L 钩环展开部分 +2 =3.1419.59+23.1419.5 =642.9mm 5.6凸模固定板的选择 对于小型凹、凸模零件，一般通过固定板间接固定在模板上，以节约贵重的模具钢。固定板固定凸模要求固紧牢并有良好的垂直度。因此固定板必须有足够的厚度。固定板有矩形和圆形两种，选择矩形固定板：长度L=200mm、宽度B=100mm、厚度H=24mm,材料为45钢。矩形固定板：20010024 45钢 7643.2。 （参考文献2 ） 图 5-10 1、固定板 2垫板5.7 凸模垫板的选择 当零件的料厚较大而外形尺寸又较小时，冲压中凸模上端面对模板有较大的单位压力，超过模板的许用抗压应力。就必须使用垫板。垫板的选择应对应选定的固定板，可选矩形垫板：长度L=200mm、宽度B=100mm、厚度H=8mm,材料为45钢。矩形垫板：2001008 45钢 7643.3。（参考文献2 ）第六章 确定凸、凹模间隙及计算工作部分尺寸6.1冲裁间隙值的确定 凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值选取。10钢对应的刃口双面间隙=0.08mm，=0.12mm。16.2 凹、凸模刃口尺寸计算6.2.1确定凹凸刃口尺寸的原则 考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模，因此冲孔模应先决定凸模尺寸,用增大凹模尺寸来保证合理间隙。 考虑刀口的磨损对冲件尺寸的影响：刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸;刀口磨损后尺寸减小,应取接近或等于冲件的最大极限尺寸。 考虑冲件精度与模具精度间的关系，在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度高23级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14级来处理。圆形件一般可按IT10级精度来处理，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。 6.2.2冲裁模刃口尺寸的计算 冲直径为12mm的圆形孔：采用凹、凸配合加工，则应以凸模为基准，然后配做凹模。 凸模磨损后尺寸变小，设工件尺寸为 ，则 = （6-1） 式中 凸模刃口尺寸（mm）； 凸模制造公差（mm），=。表6-1 规则形状(圆形、方形件)冲裁时凸模、凹模的制造公差 (mm)表6-2 系数x查表6-1 =0.020mm，mm；查表6-2 x=0.5。 =凹模尺寸按凸模配做，保证双面间隙为0.080.12mm。 冲直径为5mm的圆形孔：同，则 =凹模尺寸按凸模配做，保证双面间隙为0.080.12mm。孔心距：=mm。 切断（落料）：采用凹、凸模分开加工。考虑制件边缘质量，以免出现毛刺。凸模宽度应适当加宽，可以每边加宽1.5mm。凹模为非规则件,未标注公差，按IT14处理。为了保证冲裁间隙在合理范围内，需满足下列关系式： （6-2） 或取： （6-3）落料 （6-4） （6-5） 式中： Dd落料凹模基本尺寸(mm)；Dmax落料件最大极限尺寸(mm)； Zmin凸凹模最小初始双面间隙(mm)；p 凸模下偏差； d 凹模上偏差； x磨损系数， Dp落料凸模基本尺寸(mm)；制件公差。图6-1； =4=0.096mm，=4=0.064mm查上表6-2 x=1（1）半径为10的半圆弧mm=mm（2）半径为5的半圆弧 =mm = =mm（参考文献1 ）第七章 模具总体设计7.1 定位零件的设计与选择 为限定被冲压材料的进给步距和正确地将工件安装在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模定位零件有导料销、导料板（导料尺）、挡料销、定位板（钉）、导向销、定位侧刀和侧压装置等。为了保证模具正常工作并冲出合格的制件，要求在送进的平面内，坯料(块料、条料)相对于模具的工作零件处于正确的位置。坯料在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向。7.1.1 挡料销的选择 挡料销用于限定条料送进距离、抵住条料的搭边或工件轮廓，起定位作用。挡料销有固定挡料销和活动挡料销两类。除上述挡料销外，存级进模中首次冲压条料时还使用始用挡料销。用始用挡料销时往里压，挡住条料而定位，第次冲裁后不再使用。或当挡料位置与凹模刃口太近会影响凹模强度时采用初始挡料销。始用挡料销又称初始挡料销或临时挡料销。始用挡料销(b)型图7-1。把侧刀两端做成凸部，当带料边缘连接处出现毛刺时也处在凹槽内不影响送料，但制造稍复复杂。 图7-1挡料销一般用45钢制造，热处理硬度4455HRC。当料厚在3mm以下时，挡料销的厚度可高于料厚1mm左右。（参考文献5 ）7.1.2 定位板的设计 单个毛坯进行冲裁时，一般采用定位板。在最后弯曲工序中，为了防止过度地送料，用定位板把带料顶住，保证弯曲工序顺利进行。一般定位板厚度取t+1mm。7.1.3止退块的设计工作中为防止到弯曲凸模的偏移，必须把弯曲凸模校正，设计一止退块把凸模顶住，防止凸模在工作中偏移，保证弯曲件的弯曲质量。7.1.4导料