碟形弹簧片零件级进模具设计-冲压模具【含三维UG】【冲压模具设计稿】
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- 内容简介：
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目 录第一章 前 言11.1 课题研究的背景1 1.2 冲压模具行业发展现状及趋势1 1.3级进模的特点 4 1.4课题研究的主要内容 5 第二章 冲压工艺分析.62.1冲压工艺分析 6 2.1.1冲压件的工艺分析 6 2.1.2结构分析72.1.3 加工顺序决定的的毛坯原则 7 2.1.4 冲压方案设计 7 2.2 确定排样图82.2.1 排样图的设计与计算 8 2.2.2 排样图设计原则 8 2.2.3 排样图9 第三章 计算各工序冲压力和选择冲压设备.11 3.1 落料、冲压级进模的冲压力计算和设备选择 113.1.1冲压力的计算113.1.2选用冲压设备 13 3.1.3冲模压力中心的确定133.1.4模具闭合高度的确定13 3.2凸、凹模设计14 3.2.1冲裁凸凹模的设计原则 14 3.2.2确定凸、凹模间隙 15 3.2.3凸、凹模刃口尺寸确定 16 3.3 冲裁模具的设计和设备的选择 17 3.3.1 冲裁模的分类17 3.3.2 凸模、凹模的结构设计 183.3.6弯曲质量分析20 3.4弯曲工艺计算 26-iii-第四章 模具的设计与装配 29 4.1 定位零件的设计 294.2卸料及压料零件设计与标准 294.3卸料螺钉及其它零件的的选择30 4.4 模架及导套、导柱选择 31 4.5 模具设计 34 4.5.1 侧刃凸模 34 4.6.1 冲压设备的选用原则36 4.6.2 压力机吨位和型号的选择37 4.6.3 压力机的可用性分析37 4.7模具总装图的绘制38 4.8模具的装配40 4.8.1 装配技术要求.40 4.8.2 冲模装配的工艺要点.40 4.8.3 冲模装配的顺序确定.41 4.8.4 落料、冲孔、弯曲级进模的装配.41 第五章 结论.43参考文献44 致 谢45-iv-第一章 前 言1.1 课题研究的背景 冲压模具产业是我国经济的基础工业， 冲压模具工业的发展水平从某种意义上来说代表着一个国家的工业中制造业发展水平。我国重点发展的汽车、电子、通讯、航空航天等行业的产品的零部件是80%由模具加工成型的。由于冲压模具自身的特点，现代冲压模具企业大多体现出技术密集、资金密集和高素质劳动力密集以及高社会效益的特点，冲压模具制造业已成为高新技术制造产业的一部分。在当今制造业快速发展的前提下， 随着中国成为制造大国， 成为模具制造大国，国内模具业得到迅猛发展。中国模具产业已接近 1000 亿元的大关，其中冲压模具所占比例很高，表明冲压模具生产已经形成了巨大的规模。冲压模具加工作为模具加工的一大分类，在我国经济的加工工业中同时占有重要的地位。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。而且冲压加工是一种商生产率、高材料利用率的加工方法。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，为了适应我国制造业迅速发展的需要，必须发展先进的模具设计制造技术，提高从业人员的素质和能力。CAD/CAE/CAM技术作为一种现代设计制造方法，把它引入模具生产实际中，可以大大缩短产品开发周期， 提高生产效率和市场竞争力。1.2 冲压模具行业发展现状及趋势随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1).冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2) 冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达25微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、 集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm/min,加工精度可达1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造和熔融挤压成形）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达；公称压力为的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。1.3级进模的特点级进冲裁模是在压力机滑块的一次行程、在模具的不同工位分别进行工件的内形和外形冲裁，而在最后工位才制成工件。级进模具有以下优点：1. 级进模是多工序冲模，在一副模具中，可以包括冲裁、弯曲、成形和拉深等多种多道工序，具有比复合模更高的劳动生产率，也能生产相当复杂的冲件；2. 级进模操作安全，因为人手不必进入危险区域；级进模设计时，工序可以分散。不必集中在一个工位，不存在复合模中“最小壁厚”问题。因此模具强度相对较高，寿命较长。3. 级进模易于自动化，即容易实现自动送料，自动出件，自动叠片；4. 级进模可以采用高速压力机生产，因为工件和废料可以直接往下漏；5. 使用级进模可以减少压力机，减少半成品的运输。车间面积和仓库面积可大大减小。级进模的缺点是结构复杂，制造精度高，周期长，成本高。因为级进模是将工件的内、外形逐渐冲出的，每次冲出都有定位误差，较难稳定保持工件内、外形相对位置的一致性。但精度高的零件，并非全部轮廓的所有内、外形相对位置要求都高，可以在冲内形的同一工位上，把相对位置要求高的这部分轮廓同时冲出，从而保证零件的精度要求。1.4课题研究的主要内容 1.收集大量资料进行调研，熟悉课题，为毕业设计做准备。 2.拟定零件冲压工艺方案及模具总体设计方案。 3.绘制模具装配图及主要零件图，总量不少于2.5张A0图纸。 4.根据设计流程，编写40页以上的毕业设计说明书。第2章 冲压工艺分析2.1冲压工艺分析2.1.1冲压件的工艺分析零件名称：弹簧片零件，材料如图2-1所示：图2.1 零件图弹簧片零件，材料，料厚1.5mm，大批量生产，尺寸精度要求不高。所以该零件为非对称的弯曲件。材料力学性能：抗拉强度： 屈服强度： 伸长率： 断面收缩率： 硬度 ：热轧,;冷拉+热处理根据零件图上所注尺寸，工件精度要求不高，采用 IT14 级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析，该工件冲裁工艺较好，适合冲裁。除此之外，模具的设计与 制造还要考虑的是结构要合理，制造加工要经济方便。2.1.2结构分析根据零件图上所注尺寸，工件精度要求不高，采用 IT14 级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析，该工件冲裁工艺较好，适合冲裁。除此之外，模具的设计与 制造还要考虑的是结构要合理，制造加工要经济方便。弯曲工序安排是否合理对零件质量、难易程度有较大影响。由于工件弯曲形状、尺寸不对称，高度相差较大，弯曲时受力不均匀，毛坯易偏移，尺寸不易保证，模具设计时考虑增设压料板、定位孔等定位零件，使工件弯曲前已处于弹性压紧状态，然后再进行弯曲。2.1.3 加工顺序决定的的毛坯原则 有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应该在平板毛坯上冲出，因为在成型后冲孔模具结构复杂，定位困难，操作也不便，冲出的孔有时不能作为后续工序的定位孔使用。 凡是在位置会受到以后某工作变形影响的孔（拉深件的底部孔径要求不高和变形减轻孔除外）都应在有关的成型工序后再冲出。 两孔靠近或者孔距边缘很小时，如果模具强度足够，最好同时冲出，否则应先冲大孔和一般情况孔，后冲小孔和高精度孔，或者先落料后冲孔，力求把可能产生的畸变限制在最小范围内。 多角弯曲件主要从材料变形和弯曲的材料移动两方面安排弯曲的先后顺序，一般情况下，先弯曲外部角，后弯曲内部角。 整形或较平工序，应在冲压件基本成型后进行。2.1.4 冲压方案设计根据制件工艺分析，该模具为成形、冲孔、切断和弯曲4个工位的级进模结构，按其先后顺序组合，可以得到如下3 种方案：（1）成形冲孔弯曲及切断冲切两侧外形，单工序冲压。（2）冲孔冲切两侧外形完全及切断成形，单工序冲压。（3）冲切两侧外形成形冲孔弯曲及切断，复合冲压。方案（1）、（2）属于单工序冲压，由于制件生产批量较大，尺寸又较小，这种方案，生产效率低，操作不安全，故不宜采用。方案（3）级进模比单工序模生产率高，生产批量大，操作方便，通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题，解决了（1）、（2）的问题，故此方案最为适合。最终该零件具体加工方案为：工位冲切侧刃工位成形工位冲孔工位弯曲及切断，级进模生产。为了保证压力机和模具正常地工作，特别是保持压力机导轨的均匀磨损，应该使模具的压力中心与压力机的滑块中心基本重合。否则会产生一个附加力矩，使模具产生偏斜，间隙不均匀，并使压力机和模具的导向机构产生不均匀磨损，刃口迅速变钝。绝大多数冲裁件沿冲裁轮廓的断面厚度不变，而冲裁力与轮廓线的长度成正比且沿轮廓均匀分布。所以侧刃凸模在条料上冲切出步距，由定位块3做步距定位。冲孔、切断废料落入压力机工作台孔内工件沿下模板1的斜面滑出。2.2 确定排样图2.2.1 排样图的设计与计算设计级进模首先要设计排样图。这是设计级进模的重要依据。排样的要求是切除废料，将零件留在条料上，以分步完成各个工序，最后根据需要将零件从条料上分离下来。多工位级进模排样设计的内容包括：确定模具的工位数目，各工位加工的内容及各工位冲压工序顺序的安排；确定被冲工件在条料上的排列方式；确定条料载体的形式；确定条料宽度和步距尺寸，从而确定了材料利用率。排样图的好坏对模具设计的影响很大，需要设计出多种方案加以分析、比较、综合与归纳，以确定一个经济、技术效果相对较合理的方案，衡量排样设计的好坏主要是看其工序安排是否合理，能否保证冲件的质量并使冲压过程正常、稳定的进行，模具结构是否简单、制造维修是否方便，能否得到较高的材料利用率，是否符合制造和使用单位的习惯和实际条件等等。2.2.2 排样图设计原则1. 先冲孔，后冲外形。2. 复杂型孔可分解为若干简单型孔，分步进行冲裁。3. 工序要分散，以确保凹模有足够的强度。所有的孔不应在同一工位上冲切，最好分开。布置在同一工位及相邻工位上的冲切轮廓（包括孔）的间距不应小于凹模最小壁厚。4. 尺寸与形状要求高的轮廓应布置在较后的工位上冲切。5. 有孔位精度要求的孔应在同一工位上冲，若无法安排在同一工位上时，可安排在相近的工位上冲。6. 孔精度有要求并与轮廓靠近，冲外轮廓时孔可能会变形，应先冲外形后冲孔。7. 外形薄弱部分的冲切应安排在较前的工位上。8. 轮廓周界较大的冲切工艺，尽量安排在中间工位，以使压力中心与模具几何中心重合。2.2.3 排样图排样图见图2.1；排样采取对称布置，这样可以提高生产效率，并且在弯曲是可以避免因为受力不均而产生的材料流动。具体工位为：工位冲切侧刃工位成形工位冲孔工位弯曲及切断。所以综合上述，经过计算，得到排样图如下所示： 图2.2排样图2.2.4材料的利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率， 它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率：/BS100%.式（2.1）式中 A一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距；由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。所以材料利用率 =A/BS100% =( 24 8 + 216 35) /（24 82） 100%=66.77%考虑料头 、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率为 = NnA1LB100% .式（2.2）式中 N 一 一张板料可以裁剪的条料数n 一 一张板料上冲裁件的总数目；A1 一个冲裁件的实际面积；L 板料长度；B 板料宽度。查板材标准5宜选用 750mm1500 mm 的钢板，每张钢板可剪裁为 9 张条料（82mm1800 mm）,每张条料可以冲 124 个工件，所以每张钢板的材料利用率: = NnA1/LB100%= 9124656/7501500100%=65.07 %所以，从材料的利用率上来看，排样满足要求。 第三章 计算各工序冲压力和选择冲压设备3.1 落料、冲压级进模的冲压力计算和设备选择3.1.1冲压力的计算在冲裁过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其落料力F一般按下式计算： 式（3.1）式中: 冲裁力，N； 冲件周边长度，； 材料厚度，； 材料抗剪强度，。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K1.3。对于同一种材料，其抗拉强度与抗剪强度的关系为。故冲裁力也可按下式计算： 式（3.2）将L=118.5mm，厚度t=1.5mm，以及材料的抗抗剪强度代入公式中得：F1=KLttb=1.3118.51.5600=138645N其冲孔力公式也是公式（3.1），将数值代入，得：F2=KLttb=1.34.91.5600=5733N F=F1+F2=144378N当冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，从板料上冲裁下的部分会梗塞在凹模孔口内，而冲裁剩下的材料则会紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上和卡在凹模内的材料（冲件、或废料）卸下或推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称为卸料力，用表示；将卡在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力，用表示；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力，用表示。卸料力、推件力和顶件力是从压力机和模具的卸料、推件和顶件装置中获得的，所以在选择压力机的公称压力和设计冲模以上装置时，应分别予以计算。影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能与厚度、冲件形状与尺寸、冲模间隙与凹模孔口结构、排样的搭边大小及润滑情况等。在实际计算时，常用下列计算公式： 式（3.3） 式（3.4） 式（3.5）式中： 分别为卸料力系数、推件力系数和顶件力系数，其值可查表； 冲裁力，N； 同时卡在凹模孔内的冲件（或废料）数，由于材料厚度t=1.5mm查表可得取，则=0.05144378=7218N=0.065144378=9385N =0.08144378=11550N总冲压力 F=144378N+7218N+9385N+11550N=172531N其中 n = 1，KX 、KD 为卸料力系数，其值查表2.1 可得。表 3.1 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mm KX KT KD 钢 0.10.10.05 0.52.5 2.56.5 6.5 0.060.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 铝，铝合金0.0250.08 0.030.07纯铜，黄铜0.020.06 0.030.093.1.2选用冲压设备这一工序需要的总压力 F=172531N，从总压力来说我们选择的是250KN的压力机，其具体的型号要等后面的计算来决定。3.1.3冲模压力中心的确定一副模具的压力中心就是这幅冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上。否则冲压时会产生偏心载荷，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低模具和压力机的使用寿命，而且也影响冲压件的质量，因此必须计算其压力中心。对于对称形状的压力中心就是其几何中心，对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。冲模的压力中心，可按下述原则来确定：1. 对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心；冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。2. 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3. 形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。本文中加工零件为对称形状冲裁件，所以该模具压力中心为零件的几何对称中心。3.1.4模具闭合高度的确定模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模板的上平面与下模板的下平面之间的距离，以H模表示。压力机的装模高度是指滑块在下止点位置时，滑块底平面至工作台垫板上平面之间的距离。一般压力机的连杆都具有一定的调节量，当连杆调至最短时，成为压力机的最大装模高度，以表示，当连杆调至最长时，称为压力机的最小装模高度，以表示，模具闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应，由于压力机的连杆长度可调整，故模具闭合高度分为最大闭合。压力机的闭合高度与模具闭合高度的关系一般为： （h1）5H(h)+10 式（3.6）式中： 压力机最大的闭合高度（）； 压力机最小的闭合高度（）； 压力机垫板厚度（）； 模具的闭合高度（）。当模具的闭合高度大于压力机的最大闭合高度时，模具无法在压力机上安装，冲模不能在该机床上使用，必须选取其他压力机。当模具的闭合高度小于压力机的最小闭合高度时，可以在压力机的垫板上再加垫板来使用。本次设计中各零件厚度如下 下模座厚度为45； 下垫板厚度为15； 凸凹模固定板厚度为32； 卸料板厚度为10； 上模座厚度为45； 上垫板厚度为15； 凸模固定板厚度为20； 落料凹模厚度为30； 垫块厚度为20； 顶件块厚度为30； 凸凹模厚度为50。落料、冲孔复合模具的闭合高度为：H模=312。另外，模具的其他结构尺寸也必须与压力机配合。3.2凸、凹模设计3.2.1冲裁凸凹模的设计原则由于凸、凹模之间存在着间隙，所以冲裁件断面都带有锥度。但在冲裁件尺寸的测量和使用中，则是以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带处于大端尺寸，其光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸，其光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，且冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔工序，并遵循如下原则：1）设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。2）根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。这样，凸、凹在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。模具磨损预留量与工件制造精度有关。用、表示，其中为工件的公差值，为磨损系数，其值在之间，根据工件制造精度进行选取：l 工件精度IT10以上 X=1l 工件精度IT11IT13 X=0.75l 工件精度IT14 X=0.53）不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（）。4）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按级来选取；对于形状复杂的刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。5）工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。3.2.2确定凸、凹模间隙冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口之间的空隙。凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，用Z/2表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用Z表示。如无特殊说明，冲裁间隙是指双边间隙。冲裁间隙的数值等于凹、凸模刃口尺寸的差值,如图3-1所示，即： 图3-1冲裁间隙 式（3.7）式中 凹模刃口尺寸； 凸模刃口尺寸。在冲压实际生产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力和保证模具有一定的寿命，我们给间隙值规定一个范围，这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙（），最大值称为最大合理间隙（）。考虑到冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙会增大，故在设计和制造新模具时，应采用最小合理间隙。确定合理间隙的方法有理论确定法和经验确定法两种。我所用的是经验确定法，经验确定法是根据经验数据来确定间隙值。有关间隙值的经验数值，可在一般冲压手册中查到，选用时结合冲裁件的质量要求和实际生产条件考虑。按材料的性能和厚度来选择该零件冲压间隙，则 =0.08 =0.103.2.3凸、凹模刃口尺寸确定1. 落料凸、凹模刃口尺寸确定由于工件形状复杂，为保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。对于冲制薄材料（因与的差值很小）的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配合的加工方法。配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配作件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙值”。采用配作法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大，变小还是不变这三种情况，然后分别按不同的公式计算。（1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A落料凹模或冲孔凸模磨损后将会增大的尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法的公式。第一类尺寸： 式（3.8）（2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B；冲孔凸模或落料凹模磨损后将会减小的尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（3.9）相同。 第二类尺寸： 式（3.9） （3）凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C；凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸，不必考虑磨损的影响，相当于简单形状的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（3.10）计算。 第三类尺寸： 式（3.10）式中： 基准件尺寸，单位为； 相应的工件极限尺寸，单位为； 工件公差，单位为； 基准件制造偏差，单位为，当刃口尺寸公差标注形式为（或）时，当标注形式为时，。 3.3 冲裁模具的设计和设备的选择冲裁是冲压生产所用的主要工艺装备。冲裁模结构的合理性和先进性，对冲裁件的质量与精度，冲裁加工的生产率与效益、模具的使用寿命与操作安全等都有着密切的关系。3.3.1 冲裁模的分类冲裁件的品种、式样繁多，因此冲裁模的种类很多，一般按下列的方法进行分类。1) 按工序的性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模（、修边模等。2) 按工序组合方式可分为单工序模、连续模、复合模等。单工序模：在冲床的一次行程内只能完成一个冲裁工序。连续模：又称级进模、跳步模。它是指在冲床的一次行程中，在模具的不同位置同时完成两个或两个以上的冲裁工序。复合模：在一次冲裁行程内，在模具同一位置上完成两个或两个以上的冲裁工序。3) 按模具的导向方式可分为：无导向模、导向模、导柱模、导筒模等。4) 按凸凹模的材料可分为碳素工具钢冲模，合金工具钢冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡胶冲模、聚氨酯橡胶冲模。5) 按凸凹模的结构形式可分为整体模和拼块模。按模具的卸料方法可分为：刚性卸料模和弹性卸料模。3.3.2 凸模、凹模的结构设计冲模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又称成形零件，是直接完成冲裁工序的关键零件。1. 凸模（punch）设计凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一，凸模本身按其作用又可分为工作部分（即刃口）和固定部分。本文中生产零件冲孔直径为R=7.5mm，为了增加凸模的强度与刚度，避免应力集中，凸模非工作不分做成逐渐增大的圆滑过渡的阶梯形式，如图3-2所示。 图3.2凸模13.3.3凸凹模刃口尺寸的计算根据刃口尺寸的计算原则，计算公式如下：1.落料： Dd=（Dmax - x） Dp=（Dd - Zmin） =（Dmax - x - Zmin） 式（3.11）2.冲孔： dp =（dp + x）Dd=（dp + Zmin） 式（3.12）=（dmin + x + Zmin）式中 Dd、Dp 落料凹凸模尺寸； dp、dd 冲孔凸凹模尺寸； Dmax落料件的最大极限尺寸； dmin冲孔件孔的最小极限尺寸； 冲裁件制造公差； Zmin最小初始双面间隙 p、d凸、凹模的制造公差，可查有关资料，或取p 0.4（Zmax-Zmin） 、d 0.6（Zmax+Zmin） ；x 系数，为了避免冲裁件尺寸都偏向极限尺寸，应使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸。x 的值在 0.51 之间，与冲裁件的精度等级有关，见表 3.2料厚t/mm非圆形圆形1 0.75 0.50.75 0.5 工件公差/mm1 0.16 0.170.35 0.36 0.16 0.1612 0.20 0.210.41 0.420.20 0.2024 0.24 0.250.49 0.600.30 0.30表3.2 系数 x3.3.4 冲孔凸模与凹模刃口尺寸的确定由于在给定零件图上未标注尺寸公差，所以暂定为 IT14 级，所以孔的尺寸为60.15。 dp=（dp + x） 式（3.13） =（6 + 0.50.3）mm =6.15mm =（dp+Zmin） 式（3.14） =（dmin + x + Zmin） =6.2 mm其中系数 x 由表 3.2 查得 0.5，查资料2p，d=0.02由于p+d=0.04 模具所需压力172KN。所选压力机的工作台尺寸560360 模架尺寸283340。所选压力机的装模高度为300mm 模具闭合高度283mm。综上，所选压力机可用。4.7模具总装图的绘制模具在开模状态下，将条料送进，然后模具下降，第一个工位由侧刃对条料进行定距，在定距的基础上，冲孔凸模在条料中冲出两个孔；当模具开模时，卸料板一开始先不随模具上升，由弹簧力的作用下，使条料从凸模中卸下去。第二个工位成形，得到弹簧片的几本模型。第三个工位是根据设计要求对弹簧片进行冲孔。第四个工位是弯曲及切断，对冲孔完毕的零件进行弯曲，得到所需零件形状，然后切除废料，此工位后得到两个成型零件。根据模具总装图的绘制原则，绘制落料弯曲级进模的结构如图如图4.7所示： 图a图b图c图4.8 总装配图1-凸模缘柄； 2-上模架； 3-凸模组； 4-弹簧262； 5-压料板； 6-导料板； 7-凹模组； 8-垫板； 9-下模架； 10-导柱导套； 11-后挡料板； 12-埋头螺钉M620; 13,14,15-定位销；16,17,18,21,22,23-内六角螺栓M12; 19,20紧定螺栓M8；24-定位销5。4.8模具的装配模具的装配就是根据模具的结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，将符合图纸技术要求的零件，经协调加工，组装成满足使用要求的模具。在装配过程中，既要保证配合零件的配合精度，又要保证零件之间的位置精度，对于具有相对运动的零（部）件，还必须保证它们之间的运动精度。因此，模具装配是最后实现冲模设计和冲压工艺意图的过程，是模具制造过程中的关键工序。模具装配的质量直接影响制件的冲压质量、模具的使用和模具寿命。4.8.1装配技术要求 冲裁模装配后，应达到下述主要技术要求：a) 模架精度应符合国家标准（JB/T80501999冲模模架技术条件、JB/T80711995冲模模架精度检查）规定。模具的闭合高度应符合图纸的规定要求。b) 装配好的冲模，上模沿导柱上、下滑动应平稳、可靠。c) 凸、凹模间的间隙应符合图纸规定的要求，分布均匀。凸模或凹模的工作行程符合技术条件的规定。d) 定位和挡料装置的相对位置应符合图纸要求。冲裁模导料板间距离需与图纸规定一致；导料面应与凹模进料方向的中心线平行；带侧压装置的导料板，其侧压板应滑动灵活，工作可靠。e) 卸料和顶件装置的相对位置应符合设计要求，超高量在许用规定范围内，工作面不允许有倾斜或单边偏摆，以保证制件或废料能及时卸下和顺利顶出。f) 紧固件装配应可靠，螺栓螺纹旋入长度在钢件连接时应不小于螺栓的直径，铸件连接时应不小于1.5倍螺栓直径；销钉与每个零件的配合长度应大于1.5倍销钉直径；螺栓和销钉的端面不应露出上、下模座等零件的表面。g) 落料孔或出料槽应畅通无阻，保证制件或废料能自由排出。h) 标准件应能互换。紧固螺钉和定位销钉与其孔的配合应正常、良好。i) 模具在压力机上的安装尺寸需符合选用设备的要求；起吊零件应安全可靠。j) 模具应在生产的条件下进行试验，冲出的制件应符合设计要求。4.8.2冲模装配的工艺要点 在模具装配之前，要认真研究模具图纸，根据其结构特点和技术条件，制定合理的装配方案，并对提交的零件进行检查，除了必须符合设计图纸要求外，还应满足装配工序对各类零件提出的要求，检查无误方可按规定步骤进行装配。装配过程中，要合理选择检测方法及测量工具。冲模装配工艺要点是：a) 选择装配基准件。装配时，先要选择基准件。选择基准件的原则是按照模具主要零件加工时的依赖关系来确定。可以作为装配基准件的主要有凸模、凹模、凸凹模、导向板及固定板等。b) 组件装配。组件装配是指模具在总装前，将两个以上的零件按照规定的技术要求连接成一个组件的装配工作。如模架的组装，凸模和凹模与固定板的组装，卸料与推件机构各零件的组装等。这些组件，应按照各零件所具有的功能进行组装，这将会对整副模具的装配精度起到一定的保证作用。c) 总体装配。总装是将零件和组件结合成一副完整的模具过程。在总装前，应选好装配的基准件和安排好上、下模的装配顺序。d) 调整凸、凹模间隙。在装配模具时，必须严格控制及调整凸、凹模间隙的均匀性。间隙调整后，才能紧固螺钉及销钉。调整凸、凹模间隙的方法主要有透光法、测量法、垫片法、涂层法、镀铜法等。检验、调试。模具装配完毕后。必须保证装配精度，满足规定的各项技术要求，并要按照模具验收技术条件，检验模具各部分的功能。在实际生产条件下进行试模，并按试模生产制件情况调整、修正模具，当试模合格后，模具加工、装配才算基本完成。4.8.3冲模装配顺序确定 级进模结构紧凑，模具零件加工精度较高，模具装配的难度较大，特别是装配对内、外形有同轴度要求的模具，更是如此。级进模属于多工位模具。装配级进模应遵循如下原则：级进模装配应以凸凹模作装配基准件。先将装有凸凹模的固定板用螺栓和销钉安装、固定在指定模座的相应位置上；再按凸凹模的内形装配、调整冲孔凸模固定板的相对位置，使冲孔凸、凹模间的间隙趋于均匀，用螺栓固定；然后再以凸凹模的外形为基准，装配、调整落料凹模相对凸凹模的位置，调整间隙，用螺栓固定。试冲无误后，将冲孔凸模固定板和落料凹模分别用定位销，在同一模座经钻铰和配钻、配铰销孔后，打入定位。4.8.4落料、冲孔弯曲级进模的装配 落料、冲孔弯曲级进模的装配工序及工艺说明如下表4.5：表4.5落料、冲孔弯曲级进模的装配序号工序工艺说明1导柱导套的装配导柱导套和模座的配合都为过盈配合，一般都用压力机将导柱导套分别压入下模座和上模座。装好后检查导柱对下模座底平面，导套对上模座上平面的垂直度,其误
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