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I 摘 要 冲压模具在实际工业生产中应用广泛。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。在这次设计中，首先我们使用 软件的三维造型功能，对 卡环 零件 进行三维造型。对 卡环 零件 进行工艺性分析，绘制 卡环 零件的二维和三维图，以加深对 卡环 零件 的理解。了解冲裁件、拉深件和成形件结构的工艺性。设定 卡环 零件 的工艺方案，比较工艺方案并确定工艺方案。计算毛坯的尺寸，计算冲裁次数，设定各步半成品的尺寸并绘出工序简图。计算各个工序的工作压力，设 计并绘出模具简图，选取各个合适的 卡环 零件 。了解落料模、拉深模、整形模、切边模和冲孔模的特点和需要注意的问题，在模具简图的基础上进行模具结构工艺性分析，进行模具结构设计并选择冲压设备。 关键词： 模具设计、工艺方案、结构设计 in of is in of so it in In we D G to D of s is s 2-D -D so be of so s of of of of s s is to be On of is go on 目 录 摘 要 . I . 言 . 1 1 产品的工艺性分析 . 2 环零件图分析 . 2 环零件结构分析 . 2 环零件工艺性分析 . 3 环零件材料 . 3 寸精度 . 4 2 工艺方案的确定 . 4 压基本工序的确定 . 4 序数目的分析 . 4 压工序顺序的确定 . 4 压工艺方案的比较与确定 . 4 案的比较 . 4 案的确定 . 5 3 工序设计和工序尺寸计算 . 5 坏尺寸的计算 . 5 序设计尺寸及其计算 . 5 序尺寸计算 . 5 4 工艺设计与计算 . 6 2 ，凹模刃口尺寸计算 . 6 料凹模刃口尺寸计算 . 7 冲孔凸模 刃口尺寸 . 8 凹模刃口尺寸 . 8 模和凹模外形尺寸及结构形式的确定 . 8 料凹模外形尺寸及其结构 . 8 模外形尺寸及其结构形式 . 9 压工艺计算 . 9 裁力的计算 . 9 件为的计算 . 10 件力的计算 . 10 边力的计算 . 10 力中心的计算 . 11 5 模具整体结构的确定 . 12 具类型的选择 . 12 个模板尺寸设计 . 12 作方式选择 . 12 料送进方式选择 . 12 料和推件及压边装置的选择 . 12 料装置 . 12 件装置 . 13 向装置的选择 . 13 3 向卡环零件设计与标准 . 13 柱结构尺寸 . 13 套结构尺寸 . 14 柄的选用 . 15 向装置的选择 . 15 6 模具装配 . 17 具装配图 . 17 力机的选择 . 17 参考文献 . 19 1 前 言 冲压工艺是一种生产效率很高的、少切削或无切削的先进 加工方法，在经济和技术方面都具有很多的优点。它操作方便，便于实现机械化和自动化，适合于较大批量 卡环 零件 的生产，其制品一般不需进一步的机械加工，尺寸精度和互换性也比较好。所以，在航空，汽车，电子的工业中占有十分重要的地位。 其中级进模是冲压模具中一种先进、高效的冲压模具。对某些形状较为复杂的，具有冲裁、弯曲、成形、拉深等多工序的冲压 卡环 零件 ，可在一副多工位级进模上冲制完成。多工位级进模是实现自动化、半自动化，确保冲压加工质量的一种模具结构形式。合理的模具结构既要保证生产产品的各项技术指标要求，又要缩短模具制造 周期，降低模具制造成本，以满足现代工业生产对模具的高质、高效、低成本的要求。 在当今世界，模具工业在现代制造业中所占的比例越来越大，模具设计水平的高低直接影响着工业产品的质量、成本和跟新换代的速度，而模具设计技术水平的高低最终体现在模具结构上。并且模具工业的水平和发展也反映了一个国家的加工制造的水平。 国内的模具工业虽然起步较晚，但在过去的十多年中也取得了一些进步。例如在冲压模具方面，国内设计制造的部分轿车覆盖件模、空调散热片级进模、电子定转子级进模、集成电路引线框架级进模，以及带自动冲切、叠压、铆合、级数 、分组和安全保护等功能的铁芯精密多功能模，都已达到较高水平。但从总体上看，与工业发达的国家相比还是有加大的差距。例如精密加工设备在模具加工设备中的比例还比较低， 多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别是在大型、精密、复杂和长寿命模具上，一方面技术差距明显；所以，为了改变这种被动状态，尽快适应社会主义工业化建设对冲压工艺生产水平提高的需要，全方位大力做好模具基础、研发和推广工作，是至关重要的。 冷冲压是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的 卡环 零件 的一种压力加工方法。 2 1 产品的 工艺性分析 环 零件 图分析 环 零件 结构分析 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工的适应性，即是否能用最简单的模具结构、最少的工序、最低的成本加工出符合要求的工件。着重从产品的几何形状、尺寸大小、精度高低、原材料性能等多个方面进行考虑，从而选择合理的冲压方案和模具形式。 此 卡环卡环 零件 为圆筒形件，属于 凸缘圆筒形拉深件，高为 65厚为 部中心有直径 5。 卡环 零件 图 结构 如图 示 ，实物图如 示。 图 品结构 图 3 图 品 卡环 零件 图 环 零件 工艺性分析 环 零件 材料 用于拉深成形的材料要求具有高的塑性，低的屈服点和大的板厚方向性系数，而硬度高的材料则难于进行拉深加工，板料的屈强比 s/压成形性能就越好。一次拉深的极限变形程度越大，板厚 R 1 时，宽度方向的变形比厚度方向的变形容易； R 值越大，在拉深过程中越不容易产生变薄和发生断裂，拉深成形性能越好。在金属板料中，含碳量小于 软钢、软黄铜（含铜量6872%）、纯铝及铝合金、奥氏体不锈钢材料具有良好的拉深性能。 此 卡环 零件 用的是 08典型的不锈钢材料 ,材料 的塑性好 ,屈强比 B 有利于拉 深 成形 4 表 材料的力学性能 材料名称 抗剪强度 /服 强度 拉强度 b/ 强比 B伸长率 10/ % 0840 180 300 5 寸精度 此 卡环 零件 图未给出精度等级 ,因为影响拉深精度的因数很多 ,故不对其有过高的精度要求 拉深件的精度在 以下 ,以上 ,故取其精度等级为 。 2 工艺方案的确定 压基本工序的确定 根据对 卡环 零件 图的分析，其冲压基本工序可初步定为： 冲孔 落料 拉深 整形 翻边 . 序数目的分析 由于大批量生产，所以冲压加工过程要求提高生产效率，降低生产成本来满足生产要求，可要求工序数目尽量减小，应尽量把工序集中起来，采用复合模或级进模进行冲压，很小的 卡 环 零件 ，采用复合或连续冲压加工，既能提高生产效率，又能安全生产。 根据生产经验，集中到一副模具上的工序数量不宜太多，对于复合模，一般为2工序，最多 4 个工序，对于级进模，集中的工序可多些。 压工序顺序的确定 冲孔落料复合一体冲下 压工艺方案的比较与确定 案的比较 综合考虑生产成本、生产效率、批量生产等因素，可确定以下几种方案： 方案一：采用单工序冲裁模，先落料，再拉深，然后依次冲大孔、冲小孔，最后进行整形。一共需要四至五套模具，模具结构简单，但工序多，压力机一次行程 内完成一道工序，效率低，模具成本高，且各个工序定位困难、不准确。 5 方案二：采用两套复合模，第一套采用落料 拉深 冲孔复合模；第二套采用冲小孔 整形复合模。模具结构较第一种方案复杂，但定位准确，精度高、效率高，适用于批量生产，易实现操作机械化自动化。 方案三：采用一套复合模，同时完成落料、拉深、冲大孔、 冲小孔四道工序，最后进行整形。这种模具结构过于复杂，通用性差， 适用 大批量生产， 成本较高 。 案的确定 通过上一节对三种方案的比较，考虑到 卡环 零件 底部六个小孔的孔间距适中，易于同时冲出，于是确定 方案三 ，既不影响效率也不影响模具制造。 3 工序设计和工序尺寸计算 坏尺寸的计算 由于拉深后工件的平均厚度与毛坯厚度差别不大 ,厚度变化可以忽略不计 ,所以拉深件毛坯尺寸的确定可以按照拉深前后毛坯与工件的表面积不变的原则计算 . 序设计尺寸及其计算 序尺寸计算 （）落料 通过计算知落料尺寸为 190 （）拉深 查得材料的极限拉延系数在 间 此次拉延系数 （ 式中 d 成品直径（ D 坯料直径（ 6 代入算得 m=大于材料的极限拉延系数， 且其相对高度 t/d 也不大于其极限高度， 故 卡环 零件 可一次拉出。 （）冲孔及整形 冲孔整形工序的尺寸与 卡环 零件 图相等。 4 工艺设计与计算 ，凹模 刃口尺寸计算 此 落料为圆形件，为 方便 凸凹模制造 加工 ，故选取凸凹模 配合 加工的方法 ,取冲裁件 公差等级为 。 冲裁间隙值的选取对工件质量、冲裁力的大小、模具寿命都有显著的影响： 当间 隙大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸；当间隙小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凸、凹模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。 因为总裁过程中，模具端面受到很大的垂直压力与侧压力，而模具表面与材料的接触面限在刃口附近的狭小区域，这就意味即使整个模具和板材的接触面之间产生局部附着现象，当接触面发生相对滑动时，附着部分便发生 剪切而引起磨损 - 附着磨损，这是模具磨损的主要形式。当模具间隙减小时，接触压力会随之增大，摩擦距离也随之增长，摩擦发热严重，因此模具磨损加剧，甚至使模具与材料之间产生粘着现象。而接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刀。小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等民常损坏，这些都是导致模具寿命大大降低。因此，适当增大模具间隙，可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。但间隙过大时，板料的弯曲拉伸相应境大，使模具刃品商面上的下面上在正压力增大，容易产 生崩刃或产生塑性变形加剧，降低模具寿命。同时，间隙过大，卸料力会随之增大，也会加剧模具的磨损。所以选用合理的总裁间隙对于提高总裁制7 品的精度、模具寿命、减小冲裁力是至关重要的。 本冲压件电器小钩片，并无较高尺寸精度要求，但应尽量少毛刺，选用较小的间隙。根据我国冲裁隙指导性技术文件，对不锈钢在冲裁件断面质量、尺寸精度要求较高时， t=始双面间隙 Z= 冲切：各处凸模均为切边型凸模，类似于简单模中的冲孔，以凸模为基准设计按级进模刃口设计原则，凸模基本尺寸以相应部分的名义尺寸 为准凹模尺寸以各相应部分单边放大一冲裁间隙 c： 4数 X 料厚 t(非圆形 圆形 1 件公差 / 12 24 4 落料凹模刃口尺寸计算 凸、凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。 采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。按配做法制模的加工顺序，落料时先加工凹模，配做凸模；冲孔时先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。这 说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。由于现在凹模基本上都采用线切割方法加工，精度可达 凸模因结构形式不同有多种加工方法。在留出不小于 磨量的情况下，凹模型孔一般都能采用线切割方法一次加工出来。因此，对于常用的冲裁模，选择凹模为配做件，加工比较方便 5 。 选择凹模为配做件，对于冲孔，按前述方法计算的刃口尺寸仍可以直接在凸模和凹模工作图上进行标注。而对于落料，则需要将计算的凹模刃口尺寸换算为8 凸模刃口尺寸后，再进行标注，由先制凹模 改为先制凸模。 0m a x（ 式中 落料工件外径最大极限尺寸（ 落料凹模尺寸 （ ; 工件制造公差，查表知： = X 系数，查表取 X=1； d 凹模制造公差，查表得： d= 代入算得 冲孔 凸模刃口尺寸 0 p （ 式中 冲孔凸 尺寸； p 凸模制造公差，查得 p = 代入算得 凹 模刃口尺寸 落料刃口计算： 0m in （ 式中 冲孔件的基本尺寸； X 磨损系数，查表取得 X=1； p 凸模制造公差，查表取得 = 代入算得 模和凹模外形尺寸及结构形式的确定 料凹模外形尺寸及其结构 （）外形尺寸 凹模高度计算公式如下： （ K 系数，查得 K= 9 b 凹模刃口尺寸（ 代入得 ，为保证有足够的强度取 H=45 （ 2）凹模厚度：由料厚为 模刃口尺寸 d=45查表取得凹模壁厚为 C (1 2 H 取 C=40 模外 形尺寸及其结构 形式 冲孔凸模主要作用冲切废料。材料为 火硬度为 58 64度42 外形尺寸 图 模 结构形式 压工艺计算 裁力的计算 冲裁力的计算 平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力可按下式计算： 0（ 式中 L 冲裁件周长（ t 材料厚度（ 材料抗剪强度（ 查得 b=2400 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 （ 式中 F 最大可能冲裁力； 7 件为的计算 式中 冲裁力，； 顶 顶件因数，查表得到顶 n 卡在凹模孔内的工件数， n=h/t(h 为凹模刃口的直壁高度， t 为工件的材料厚度 ) 代入计算得到 1 3 0P 顶 0 . 0 6 0 = 1 . 8 K 件力的计算 式中 冲裁力，； 推 推件因数，查表得到推 n 卡在凹模孔内的工件数， n=h/t(h 为凹模刃口的直壁高度， t 为工件的材料厚度 ) 代入计算得到 1 3 0P 推 0 . 0 5 0 = 1 . 5 K 边力的计算 圆筒形件的压边力的计算公式如下： )2(4 22 （ 11 式中 q 单位压边力 ,N;查表得 q=D 毛坯直径 ; 凹模圆角半径 ; d 拉深件的直径 ; 代入数据算得 3224(364 22 力中心的计算 冲裁模的压力中心就是冲裁合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳的工作，否则滑块就会受到偏心载荷，使模具歪斜，间隙不均，从而导致冲床滑块与导轨以及模具的不正常磨损，降低冲床和模具的寿命。所以设计模具时必须使其通过模具的 轴线，从而保证模具的压力中心与冲床滑块中心重合。 由于 卡环 零件 形状对称，故其压力中心位于轮廓图形的几何中心，即圆心。 12 5 模具整体结构的确定 具类型的选择 个模板尺寸设计 模座的的尺寸 L/340座的厚度应为凹模厚度 倍 ， 上模座的厚度为 45，上垫板厚度取 15，固定板厚度取 25，下模座的厚度为 50 该级进模 各 模板的外形尺寸设计如下： 上模座 400 下 模座 400 凸模固定板 200 ； 卸料板 200 ； 凹模板 200 ； 上 垫板 200 ； 故：模具闭合高度 =225m 作方式选择 由于该 卡环 零件 尺寸较大，且为大批量生产，故采用自动化操作方式 . 料送进方式选择 由于 卡环 零件 尺寸较大，生产批量大，为提高工作效率采用自动送料方式，从模具右侧将材料送进。 料和推件及压边装置的选择 料装置 卸料装置的型式较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹性卸料板和废料切刀等几种。卸料板除把板料从凸模上卸下外，有时也起压料或为凸模导向的作用。因此，在大批量生产用模具上，要用淬硬的卸料板。 刚性卸料与弹性卸料的比较： 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要 求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（ t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板13 与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于 2件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（ t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙 。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 因该冲压工件平直度较高，料厚为 料力较小，弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。卸料 卡环零件 的选择：本副模具选择用扁平弹簧、等高套，卸料板和螺塞及导料板上压边与浮料块将工件推出。 件装置 推件装置有刚性和弹性两种。弹性推件器一般装于下模座下面，与下模板相连。这种装置除有推出工件的作用外，还能压平工件，还可用于卸料和缓冲。刚性推件器一般装于上模，推件力大且可靠。其推件力通过打杆推板推杆推块传至工件。 向装置的选择 向 卡环 零件 设计与标准 导向 卡环 零件 可保证模具冲压时，上、下模有一精确的位置关系。在中、小型模具中最广泛采用的导向 卡环 零件 是导柱和导套。本设计所选用的模架配套的是两个导柱。一般导柱安装在下模座，导套安装在上模座，分别采用过盈配合。 柱结构尺寸 A 导柱结构形式如下图示： 14 图 导柱 d=35=180 导套结构尺寸 图 导套 15 表 滑动导套尺寸 参数 d D L H l 油槽数 数值 4540055 柄的选用 中、小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。本设计选用 凸缘 式模柄，如下图所示，用 4个螺钉固定在上模座的窝孔。 凸缘 模柄形式如 图 凸缘 模柄 尺寸如表 表 旋入 模柄基本尺寸 d(D(H h 1 d3 d2 本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 30 40 0 75 25 11 52 9 15 9 向装置的选择 16 利用模具生产制品 卡环 零件 ，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重 要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具 卡环 零件 配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。冷冲模材料应具有的性能： 冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的以下几点性能。 要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指 标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作 卡环 零件 热处理后的硬度在 60度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。 弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。 于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高 的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物 相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等 加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。 17 6 模具装配 具装配图 图 具装配图 力机的选择 所选用压力机型号为开式双柱可倾压力机 技术规格如下表所示： 表 开式双柱可倾压力机技术规格 公称压力/块行程/块行程次数 /（次/ 最大封闭高度/闭高度调节量/块中心线至床身距离/柱距离/作台尺寸 /作台孔尺寸/后 左右 前后 左右 直径 800 100 50 400 35 130 310 500 750 90 200 340 垫板厚度尺寸/柄孔尺寸 /块底面尺寸/身最大可倾角 18 直径 /度 /后 左右 50 30 50 - - 30 19 参考文献 1 王孝培冲压手册 G北京：机械工业出版社， 2000 12 洪慎章，金龙建，等多工位级进模设计实用技术 M北京：机械工业出版社， 2010 13 贾俐俐，柯旭贵冲压工艺与模具设计 M北京：人民邮电出版社，2008 14 夏巨谌 ， 李志刚中国模具设计大典 G江西：科学技术出版社，2006 15 张荣清模具制造工艺 M北京：高等教育出版社， 2006 16 陈于萍互换性与测量技术基础 M 北京：机械工业出版社，2005 17 周大隽冲模结构设计要领与范例 G北京：机械工业出版社，2005 18 宁建华多工位级进模上设计方法与技巧 J北京：机械工业出版社， 2009 19 张正修冲压技术实用数据速查手册 M北京：机械工业出版社，2008 110 An of 1999， 88： 216221 11 P M J A of 2002， 4 (4)： 899I 摘 要 冲压模具在实际工业生产中应用广泛。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。在这次设计中，首先我们使用 软件的三维造型功能，对 卡环 零件 进行三维造型。对 卡环 零件 进行工艺性分析，绘制 卡环 零件的二维和三维图，以加深对 卡环 零件 的理解。了解冲裁件、拉深件和成形件结构的工艺性。设定 卡环 零件 的工艺方案，比较工艺方案并确定工艺方案。计算毛坯的尺寸，计算冲裁次数，设定各步半成品的尺寸并绘出工序简图。计算各个工序的工作压力，设 计并绘出模具简图，选取各个合适的 卡环 零件 。了解落料模、拉深模、整形模、切边模和冲孔模的特点和需要注意的问题，在模具简图的基础上进行模具结构工艺性分析，进行模具结构设计并选择冲压设备。 关键词： 模具设计、工艺方案、结构设计 in of is in of so it in In we D G to D of s is s 2-D -D so be of so s of of of of s s is to be On of is go on 目 录 摘 要 . I . 言 . 1 1 产品的工艺性分析 . 2 环零件图分析 . 2 环零件结构分析 . 2 环零件工艺性分析 . 3 环零件材料 . 3 寸精度 . 4 2 工艺方案的确定 . 4 压基本工序的确定 . 4 序数目的分析 . 4 压工序顺序的确定 . 4 压工艺方案的比较与确定 . 4 案的比较 . 4 案的确定 . 5 3 工序设计和工序尺寸计算 . 5 坏尺寸的计算 . 5 序设计尺寸及其计算 . 5 序尺寸计算 . 5 4 工艺设计与计算 . 6 2 ，凹模刃口尺寸计算 . 6 料凹模刃口尺寸计算 . 7 冲孔凸模 刃口尺寸 . 8 凹模刃口尺寸 . 8 模和凹模外形尺寸及结构形式的确定 . 8 料凹模外形尺寸及其结构 . 8 模外形尺寸及其结构形式 . 9 压工艺计算 . 9 裁力的计算 . 9 件为的计算 . 10 件力的计算 . 10 边力的计算 . 10 力中心的计算 . 11 5 模具整体结构的确定 . 12 具类型的选择 . 12 个模板尺寸设计 . 12 作方式选择 . 12 料送进方式选择 . 12 料和推件及压边装置的选择 . 12 料装置 . 12 件装置 . 13 向装置的选择 . 13 3 向卡环零件设计与标准 . 13 柱结构尺寸 . 13 套结构尺寸 . 14 柄的选用 . 15 向装置的选择 . 15 6 模具装配 . 17 具装配图 . 17 力机的选择 . 17 参考文献 . 18 1 前 言 冲压工艺是一种生产效率很高的、少切削或无切削的先进 加工方法，在经济和技术方面都具有很多的优点。它操作方便，便于实现机械化和自动化，适合于较大批量 卡环 零件 的生产，其制品一般不需进一步的机械加工，尺寸精度和互换性也比较好。所以，在航空，汽车，电子的工业中占有十分重要的地位。 其中级进模是冲压模具中一种先进、高效的冲压模具。对某些形状较为复杂的，具有冲裁、弯曲、成形、拉深等多工序的冲压 卡环 零件 ，可在一副多工位级进模上冲制完成。多工位级进模是实现自动化、半自动化，确保冲压加工质量的一种模具结构形式。合理的模具结构既要保证生产产品的各项技术指标要求，又要缩短模具制造 周期，降低模具制造成本，以满足现代工业生产对模具的高质、高效、低成本的要求。 在当今世界，模具工业在现代制造业中所占的比例越来越大，模具设计水平的高低直接影响着工业产品的质量、成本和跟新换代的速度，而模具设计技术水平的高低最终体现在模具结构上。并且模具工业的水平和发展也反映了一个国家的加工制造的水平。 国内的模具工业虽然起步较晚，但在过去的十多年中也取得了一些进步。例如在冲压模具方面，国内设计制造的部分轿车覆盖件模、空调散热片级进模、电子定转子级进模、集成电路引线框架级进模，以及带自动冲切、叠压、铆合、级数 、分组和安全保护等功能的铁芯精密多功能模，都已达到较高水平。但从总体上看，与工业发达的国家相比还是有加大的差距。例如精密加工设备在模具加工设备中的比例还比较低， 多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别是在大型、精密、复杂和长寿命模具上，一方面技术差距明显；所以，为了改变这种被动状态，尽快适应社会主义工业化建设对冲压工艺生产水平提高的需要，全方位大力做好模具基础、研发和推广工作，是至关重要的。 冷冲压是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的 卡环 零件 的一种压力加工方法。 2 1 产品的 工艺性分析 环 零件 图分析 环 零件 结构分析 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工的适应性，即是否能用最简单的模具结构、最少的工序、最低的成本加工出符合要求的工件。着重从产品的几何形状、尺寸大小、精度高低、原材料性能等多个方面进行考虑，从而选择合理的冲压方案和模具形式。 此 卡环卡环 零件 为圆筒形件，属于 凸缘圆筒形拉深件，高为 65厚为 部中心有直径 5。 卡环 零件 图 结构 如图 示 ，实物图如 示。 图 品结构 图 3 图 品 卡环 零件 图 环 零件 工艺性分析 环 零件 材料 用于拉深成形的材料要求具有高的塑性，低的屈服点和大的板厚方向性系数，而硬度高的材料则难于进行拉深加工，板料的屈强比 s/压成形性能就越好。一次拉深的极限变形程度越大，板厚 R 1 时，宽度方向的变形比厚度方向的变形容易； R 值越大，在拉深过程中越不容易产生变薄和发生断裂，拉深成形性能越好。在金属板料中，含碳量小于 软钢、软黄铜（含铜量6872%）、纯铝及铝合金、奥氏体不锈钢材料具有良好的拉深性能。 此 卡环 零件 用的是 08典型的不锈钢材料 ,材料 的塑性好 ,屈强比 B 有利于拉 深 成形 表 材料的力学性能 材料名称 抗剪强度 /服 强度 拉强度 b/ 强比 B伸长率 10/ % 4 0840 180 300 5 寸精度 此 卡环 零件 图未给出精度等级 ,因为影响拉深精度的因数很多 ,故不对其有过高的精度要求 拉深件的精度在 以下 ,以上 ,故取其精度等级为 。 2 工艺方案的确定 压基本工序的确定 根据对 卡环 零件 图的分析，其冲压基本工序可初步定为：落料 拉深 冲孔 整形 翻边 . 序数目的分析 由于大批量生产，所以冲压加工过程要求提高生产效率，降低生产成本来满足生产要求，可要求工序数目尽量减小，应尽量把工序集中起来，采用复合模或级进模进行冲压，很小的 卡环 零件 ， 采用复合或连续冲压加工，既能提高生产效率，又能安全生产。 根据生产经验，集中到一副模具上的工序数量不宜太多，对于复合模，一般为2工序，最多 4 个工序，对于级进模，集中的工序可多些。 压工序顺序的确定 落料 拉深 冲 孔 整形 翻边 压工艺方案的比较与确定 案的比较 综合考虑生产成本、生产效率、批量生产等因素，可确定以下几种方案： 方案一：采用单工序冲裁模，先落料，再拉深，然后依次冲大孔、冲小孔，最后进行整形。一共需要四至五套模具，模具结构简单，但工序多，压力机一次行程内完成一道工序，效率低，模具成本高，且各个工序定位困难、不准确。 方案二：采用两套复合模，第一套采用落料 拉深 冲孔复合模；第二套采用冲小孔 整形复合模。模具结构较第一种方案复杂，但定位准确，精度高、效率高，适用于批量生产，易实现操作机械化自动化。 5 方案三：采用一套复合模，同时完成落料、拉深、冲大孔、 冲小孔四道工序，最后进行整形。这种模具结构过于复杂，通用性差， 适用 大批量生产， 成本较高 。 案的确定 通过上一节对三种方案的比较，考虑到 卡环 零件 底部六个小孔的孔间距适中，易于同时冲出，于是 确定方案三 ，既不影响效率也不影响模具制造。 3 工序设计和工序尺寸计算 坏尺寸的计算 由于拉深后工件的平均厚度与毛坯厚度差别不大 ,厚度变化可以忽略不计 ,所以拉深件毛坯尺寸的确定可以按照拉深前后毛坯与工件的表面积不变的原则计算 . 由于在拉深后工件顶端面不平整而需要在高度方向加一段修边余量 ,查相关手册得知，可取其修边余量为 5 序设计尺寸及其计算 序尺寸计算 （）落料 通过计算知落料尺寸为 115 （）拉深 查得材料的极限拉延系数在 间 此次拉延系数 （ 式中 d 成品直径（ D 坯料直径（ 代入算得 m=大于材料的极限拉延系数， 且其相对高度 t/d 也不大于其极限高度， 故 卡环 零件 可一次拉出。 （）冲孔及整形 冲孔整形工序的尺寸与 卡环 零件 图相等。 6 4 工艺设计与计算 ，凹模 刃口尺寸计算 此 落料为圆形件，为 方便 凸凹模制造 加工 ，故选取凸凹模 配 合 加工的方法 ,取冲裁件 公差等级为 。 冲裁间隙值的选取对工件质量、冲裁力的大小、模具寿命都有显著的影响： 当间隙大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸；当间隙小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凸、凹模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。 因为总裁过程中，模具端面受到很大的 垂直压力与侧压力，而模具表面与材料的接触面限在刃口附近的狭小区域，这就意味即使整个模具和板材的接触面之间产生局部附着现象，当接触面发生相对滑动时，附着部分便发生剪切而引起磨损 - 附着磨损，这是模具磨损的主要形式。当模具间隙减小时，接触压力会随之增大，摩擦距离也随之增长，摩擦发热严重，因此模具磨损加剧，甚至使模具与材料之间产生粘着现象。而接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刀。小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等民常损坏，这些都是导致模具寿命大大降低。因此，适当增大模具间隙，可 使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。但间隙过大时，板料的弯曲拉伸相应境大，使模具刃品商面上的下面上在正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形加剧，降低模具寿命。同时，间隙过大，卸料力会随之增大，也会加剧模具的磨损。所以选用合理的总裁间隙对于提高总裁制品的精度、模具寿命、减小冲裁力是至关重要的。 本冲压件电器小钩片，并无较高尺寸精度要求，但应尽量少毛刺，选用较小的间隙。根据我国冲裁隙指导性技术文件，对不锈钢在冲裁件断面质量、尺寸精度要求较高时， t=始双 面间隙 Z= 冲切：各处凸模均为切边型凸模，类似于简单模中的冲孔，以凸模为基准设7 计按级进模刃口设计原则，凸模基本尺寸以相应部分的名义尺寸为准凹模尺寸以各相应部分单边放大一冲裁间隙 c： 4数 X 料厚 t(非圆形 圆形 1 件公差 / 12 24 4 落料凹模刃口尺寸计算 凸、凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。 采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。按配做法制模的加工顺序 ，落料时先加工凹模，配做凸模；冲孔时先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。这说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。由于现在凹模基本上都采用线切割方法加工，精度可达 凸模因结构形式不同有多种加工方法。在留出不小于 磨量的情况下，凹模型孔一般都能采用线切割方法一次加工出来。因此，对于常用的冲裁模，选择凹模为配做件，加工比较方便 5 。 选择凹模为配做件，对于冲孔 ，按前述方法计算的刃口尺寸仍可以直接在凸模和凹模工作图上进行标注。而对于落料，则需要将计算的凹模刃口尺寸换算为凸模刃口尺寸后，再进行标注，由先制凹模改为先制凸模。 0m a x（ 式中 落料工件外径最大极限尺寸（ 落料凹模尺寸 （ ; 8 工件制造公差，查表知： = X 系数，查表取 X=1； d 凹模制造公差，查表得： d= 代入 算得 冲孔 凸模刃口尺寸 0 p （ 式中 冲孔凸 尺寸； p 凸模制造公差，查得 p = 代入算得 凹 模刃口尺寸 落料刃口计算： 0m in （ 式中 冲孔件的基本尺寸； X 磨损系数，查表取得 X=1； p 凸 模制造公差，查表取得 = 代入算得 模和凹模外形尺寸及结构形式的确定 料凹模外形尺寸及其结构 （）外形尺寸 凹模高度计算公式如下： （ K 系数，查得 K= b 凹模刃口尺寸（ 代入得 ，为保证有足够的强度取 H=45 （ 2）凹模厚度：由料厚为 模刃口尺寸 d=45查表取得凹模壁厚为 C (1 2 H 取 C=40 9 模外形尺寸及其结构 形式 冲孔凸模主要作用冲切废料。材料为 火硬度为 58 64度72 外形尺寸 图 模 结构形式 压工艺计算 裁力的计算 冲裁力的计算 平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力可按下式计算： 0（ 式中 L 冲裁件周长（ t 材料厚度（ 材料抗剪强度（ 查得 b=240 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 （ 10 式中 F 最大可能冲裁力； 7 件为的计算 式中 冲裁力，； 顶 顶件因数，查表得到顶 n 卡在凹模孔内的工件数， n=h/t(h 为凹模刃口的直壁高度， t 为工件的材料厚度 ) 代入计算得到 1 3 0P 顶 0 . 0 6 0 = 1 . 8 K 件力的计算 式中 冲裁力，； 推 推件因数，查表得到推 n 卡在凹模孔内的工件数， n=h/t(h 为凹模刃口的直壁高度， t 为工件的材料厚度 ) 代入计算得到 1 3 0P 推 0 . 0 5 0 = 1 . 5 K 边力的计算 圆筒 形件的压边力的计算公式如下： )2(4 22 （ 式中 q 单位压边力 ,N;查表得 q=D 毛坯直径 ; 凹模圆角半径 ; d 拉深件的直径 ; 代入数据算得 11 3224(364 22 力中心的计算 冲裁模的压力中心就是冲裁合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳的工作 ，否则滑块就会受到偏心载荷，使模具歪斜，间隙不均，从而导致冲床滑块与导轨以及模具的不正常磨损，降低冲床和模具的寿命。所以设计模具时必须使其通过模具的轴线，从而保证模具的压力中心与冲床滑块中心重合。 由于 卡环 零件 形状对称，故其压力中心位于轮廓图形的几何中心，即圆心。 12 5 模具整体结构的确定 具类型的选择 个模板尺寸设计 模座的的尺寸 L/340座的厚度应为凹模厚度 倍 ， 上模 座的厚度为 45，上垫板厚度取 15，固定板厚度取 25，下模座的厚度为 50 该级进模 各 模板的外形尺寸设计如下： 上模座 400 下 模座 400 凸模固定板 200 ； 卸料板 200 ； 凹模板 200 ； 上 垫板 200 ； 故：模具闭合高度 =225m 作方式选择 由于该 卡环 零件 尺寸较大，且为大批量生产，故采用自动化操作方式 . 料送进方式选择 由于 卡环 零件 尺寸较大，生产批量大，为提高工作效率采用自动送料方式，从模具右侧将材料送进。 料和推件及压边装置的选择 料装置 卸料装置的型式较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹性卸料板和废料13 切刀等几种。卸料板除把板料 从凸模上卸下外，有时也起压料或为凸模导向的作用。因此，在大批量生产用模具上，要用淬硬的卸料板。 刚性卸料与弹性卸料的比较： 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（ t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要 用于料厚小于或等于 2件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（ t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 因该冲压工件平直度较高，料厚为 料力较小，弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹 性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。卸料 卡环零件 的选择：本副模具选择用扁平弹簧、等高套，卸料板和螺塞及导料板上压边与浮料块将工件推出。 件装置 推件装置有刚性和弹性两种。弹性推件器一般装于下模座下面，与下模板相连。这种装置除有推出工件的作用外，还能压平工件，还可用于卸料和缓冲