合金基座片零件多工位级进模设计【含CAD图纸、说明书】
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合金基座片零件多工位级进模设计机械设计制造及其自动化 摘要 本文是对尺寸小，精度要求相对较高，工艺比较复杂，生产批量大的电子元件基座片进行拉深、冲孔、翻边级进模设计。在对基座片结构工艺性和材料加工工艺性正确分析的基础上，采用叙述与计算相结合的方式，分别对级进模的冲孔、切口、拉深、翻边等工序进行了从材料的选择到工作零件、定位零件、卸料零件、导向零件和安装固定零件等进行了设计。在所有的工序中，翻边工序的凸、凹模结构设计是难点，本文提出了在级进模的最后一道工序中采用复合模加工的新思路，讨论了思路的可行性，并对其进行了整体和局部的结构设计。这种设计的思路有着良好的借鉴性。此级进模的设计，对以往的学习进行了一次综合性的运用，对今后的工作也有相当大的指导意义。 关键词：级进模、拉深、冲孔、翻边、落料ABSTRACT This paper is the size of small, relatively high precision, the process is more complicated, mass production of electronic components large base unit for deep, piercing and flanging progressive die design.Base unit in the structure of materials and processing sexual correct analysis on the basis of Narration and calculated using a combination of methods, the Progressive Piercing Die incision, Drawing, flanging of the processes from the choice of materials to the design.of work components, positioning components and dump parts, oriented parts and fixed components .In all processes, flanging process convex, concave die is difficult structural design, This paper proposes a progressive die in the final process to a composite scale processing of new ideas and discuss the feasibility of ideas, and on the whole and partial structural design. This design has good ideas from nature. This progressive die design, the study of the past, carried out a comprehensive application, for the future work of a great guiding significance. Keywords : Progressive Die, Drawing, punching, flanging第一章 绪 论1.1模具工业在国民经济中的作用模具是现代化工业生产的重要工艺装备，它以特殊的形状通过一定的方式使原材料成型。例如，冲压件和锻件是通过冲压和锻造方式使金属材料在模具内发生塑性形变而获得的；金属压铸件、粉末冶金件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成型的。由于模具具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已经在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、机械制造、家电等行业得到及其广泛的利用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机、电器等产品中占60%80%；在电视机、计算机等行业占到了80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占到了85%以上。据国际生产技术协会统计，到2000年止，机械零件粗加工的75%和精加工的50%都是由模具来完成的。现在，大家都意识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国家的高度重视和赞赏。模具也被誉为“进入富裕社会的原动力”、“金属加工业中的帝王”等。因此可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，模具技术也会不段的发展，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。1.2全球模具发展概况全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与中国，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。1.2.1各国产业形貌在全球主要模具产销国家当中，中国模具企业及从业人数最多，近七成属于国有企业，外资企业亦占多数，大型模具厂员工约600700人，更有规模达上千人的公司，台商投资的富士康集团(Foxconn)员工人数将近6,000人最具代表性，中型模具厂则150300人之间，小型模具厂也至少有50人左右，其他国家的模具业则多以中小型企业型态经营。在产品类別上，2002年日本与中国偏重生产冲压模及塑料模，两者产值合计比重高达八成，南韩则以其他模具产值比重最大，占总产值四成七。在应用市场方面，日本、韩国、美国与德国以汽車模具为最大宗产品，而我国则以电子通讯产品用模具为主。依照2002年各国出入差状況来看，日本、南韩及德国的模具属与出口大国，中国与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供应，須借进口模具以满足下游市场的产品制造。由2002年各国主要进出口国別分析，与地域分布有极大的关联性，进出口地区多属邻近国家，而日本较特別的是出口地区以美国为主，但随着中国近年各下由游产业快速的发展，已有渐渐转向拓展中国市场的趋势。在各国工资方面，根据美国国贸局2002年所作模具产业白皮书的调查结果，以德国时薪最高，技术人员时薪水平为$12.13$19.28，设计人员则为$16.91$25.26，日本与美国则介于中中间，中国工资最低，技术人员年薪仅$732$5,853，设计人员仅为$2,927$5,853，若以最高年薪为基准与德国比较，则仅能僱用德国技术人员约38天左右，由此可看出先进国家与中国低廉的工资成本差距如此之大。1.2.2各国优劣势分析技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同時也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视拋光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。在市场规模上，不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在运营成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。以韩国及中国来看，我国在技术上落后于日、美、德，但仍优于南韩，同时在生产速度上也遥遥领先。韩国与中国最近几年的市场生产与需求规模呈现成长走势，尤其中国模具业正在快速发展中，各国知名大厂进驻生产设备，无形中提升模具开发实力与设计能力。成本方面，中国特别是大陆与韩国因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价行销打入市场，也因此在全球景气欠佳的局势中，成功拓取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势。 整体而言，由于各国模具业者，多以中小企业型态经营，因此，在营运资金筹措上常遭遇困难，若无政府政策支持与税务的优惠措施，模具业者将形成单打独斗与孤军奋战的状况，更不论与国际市场的竞争。除了中国与韩国外，各国均面临劳工成本高的压力，因此唯有提高产品附加价值才能摆脱低成本的竞争压力。1.3中国模具发展状况目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前，国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命12亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5K大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。根据“十一五”模具行业发展的任务与目标，我国模具行业要努力解决发展中存在的诸如总量供不应求、产品结构不够合理、工艺装备水平低、配套性不好、利用率低、技术人才严重不足、专业化程度低、高档产品市场缺席。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口等问题，使我国模具行业向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展，在良好的市场环境中稳步前进。 45第二章 零件工艺性分析及工艺方案的确定2.1冲压工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单，等等。通常对冲裁件的工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。2.1.1冲裁件的形状和尺寸要求冲裁件的形状应尽可能简单、对称，最好采用圆形、矩形等规则的几何形状或由这些形状所组成， 使排样时废料最少。冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小，以免凸模折断。冲裁件的外形或内形的转角处，要避免夹角出现，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象；同时可以防止尖角部位的刃口磨损过快而使模具寿命降低。冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。冲孔的孔径尺寸与孔的形状、材料的机械性能、材料厚度等有关。 冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，否则模具的强度和冲裁件的质所量不能保证。在弯曲件或拉延件上冲孔时，为了避免冲孔时凸模受水平推力而折断，孔边与零件直边间应保持一定距离。一般取CR+0.5t。2.1.2 冲裁件的精度与断面粗糙度冲裁件的经济精度一般不高一IT11级，最高精度可达IT89级。冲孔比落料的精度要高一级。冲裁件的断面粗糙度一般为R=12.550nm，最高可达R=6.3 nm。2.1.3冲裁的经济性 所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果，即生产中的“最小最大”原则。1.冲裁件的结构形状和尺寸冲裁件的结构形状和尺寸，应该有良好的工艺性，以便于冲裁，便于模具的制造，降低成本。在设计冲裁件时，在不改变使用性能的前提下，可以直线代曲线，以圆形代矩形，使凸、凹模制造与维修方便，减少钳工工作量，降低成本。尽量采用通用尺寸和标准直径，充分利用现成的工艺装备。尺寸标注要灵活，以扩大冲裁工艺的灵活性。2.合理利用材料在满足零件强度和使用要求的情况下，减少材料厚度。冲裁件的结构形状符合少、无废料排样时，能提高材料的利用率，从而减少材料消耗，降低成本。采用套料排样冲裁，充分利用结构废料，既省料又省工序，经济效果显著，如图2-1所示 图21 套料连续冲裁的排样合理选用冲裁件材料。在保证使用和工艺性能的同时，尽量采用“廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色”和统一及减少品种规格等一系列降低成本的措施。综上所述，如图22为零件图，此零件为电子元件的外壳，采用厚度为0.3mm的45号钢经过拉深、冲孔、翻边而成，满足冲裁工艺性各方面的要求，也可以保证足够的刚度和强度,由资料2表41查出其精度等级为IT12级。 图22 零件图此零件经过几何形状的分析可以看出，它是由两个半圆和中间的矩形部分组成。其主要的形状由拉深、翻边、冲孔等工序获得。圆形部位的成型是拉深。中间矩形部位的成型很象是弯曲，但实际上它是侧壁的材料在凸模的压力作用下沿凹模的圆角流进去的，属于拉深。底部的三个孔是由冲孔工序完成。两翼的U形部分既可以由反拉深完成，也可以由翻边完成，但此零件的尺寸较小，如果采用反拉深凸模的制造精度和强度要求都比较高，凸、凹模的安装空间狭小，难以实现，所以选择翻边完成。2.2冲压工艺方案设计 制定冲裁工艺方案就是要确定冲裁件的工艺路线。工艺路线不但影响产品的质量和效率，而且影响生产成本、劳动强度、设备投资等。因此制定工艺路线时，需要提出几个方案，进行分析对比，寻求最经济合理的方案。2.2.1工艺方案的分析零件的形状表明，拉深为其主要工艺，在拉深前该零件展开毛坯面积计算如图23图所示，将其分为直线和弯曲部分进行展开计算。由参考文献3上表27用插值法取的该零件的中性层系数为x0=0.345;则由参考文献1公式（312）可得出该零件的展开长度为： 图23 零件展开毛坯计算图 =（16.50.67521.2752）（0.50.3450.3）3.14（0.4520.3450.3）3.142 =23.35同理，零件的展开宽度为： L宽 =3.3（0.4520.3450.3）1800/18003.142（0.50.3450.3）3.14 =10.16工件的形状是翻边以后的形状,其展开图为: 图24 翻边展开图2.2.1.1计算毛坯直径 单工序拉深模的毛坯是单个的，级进模的坯料则是条料。为了拉深计算的需要，级进模的拉深也要象单个毛坯一样计算毛坯直径。计算毛坯直径是根据拉深成型以后，工件的表面积与毛坯面积相等的原理，进行毛坯直径的计算。按参考文献3表47中序号4的公式计算： Di= =8.94mm 上述计算的Di是“计算毛坯直径”，还要加上修边余量而得出实际毛坯直径D。修边余量由参考文献2表71查出，其值=1.0mm 故实际毛坯直径D=Di+=8.94+1.0=9.94mm 2.2.1.2计算能否一次拉成由宽凸缘件第一次拉深最大相对高度h1/d确定能否一次拉深成形。判断的原则是：宽凸缘件的拉深系数大于该零件的第一次拉深系数极限值，或者零件的相对高度小于其第一次拉深的最大相对高度值，则该零件可以一次拉成。如图22所示，拉深高度h1=2mm,拉深筒直径d1=4.3mm,则h1/d1=0.465计算d凸/d，其中对应值，d1=4.3,则： 计算毛坯相对厚度。 根据以上参数，按资料2表48中查出1/的最大值为0。700.58。前面算出的本工件的最大相对高度值为0.465，故的出结论，该工件可以一次拉深完成。2.2.2工艺方案的确定该零件的主要冲压工序为：冲孔、拉深、翻边、落料、整形等。故初步订有四种冲压工艺方案： （一）拉深和反拉深结合来完成两翼U形部位的冲压； （二）先完成底部的冲孔，再进行拉深； （三）先进行拉深，然后进行底部的冲孔； （四）采用复合模进行加工。分析比较上述四种方案，可以看出：此零件尺寸很小，用方案（一）制造模具的精密度要求很高，而且模具的强度难以保证。方案（二）先冲孔再拉深，在孔的边缘部位会因为应力集中造成翘曲。由于本零件的结构尺寸比较小，如果采用复合模进行加工，首先是各工序模具的强度难以保证，且模具的加工制造和选材都将会比较困难，其次，由于零件结构尺寸的限制，在进行冲底部三个孔时模具的安装将会受到空间的限制，难以进行有效的安装。因此，方案（四）不合理。则采取方案（三）进行加工，采用手工送料。其排样图如下： 图25 排样图工序安排为：第1工位：侧刃定距；第2工位：冲两个切口用的工艺孔；第3工位：切口采用对于矩形工件特别适宜的斜刃切开。第4工位：空工位；第5工位：拉深；第6工位：对拉深的底面进行整形；第7工位：冲3个的孔；第8工位：空工位由于本工件是拉深件，所以并不需要多设导正销，只需要在此设置一个导正销导正；第9工位：落料、翻边工件脱离条料，随条料从模具侧面滑出。 第2工位为冲两工艺孔的工序。设计工艺孔，是为了方便第3工位的切口进行。第3工位为切口工序。设计此工序的目的是为了避免各工序之间因为金属材料的塑性流动而彼此影响以保证工件的质量。空工位简称空位，是指工序件经过时，不做任何冲切加工的工位。在级进模中设置空工位是为了提高模具强度、保证模具的寿命和产品质量以及模具中设置特殊机构等，因而应用非常普遍。设置空位时应考虑以下原则：步距较小时，设置空位可以提高模具强度；反之，当步距较大时（大于16不宜多设空位。精度高、形状复杂的零件冲压，不宜多设空位，以减少总工位数。用导正销做精定位时，可适当多设空位。在第四工位设计空位是因为步距较小为模具的安装提供空间，以保证模具的强度和寿命。第8工位是为了设置导正销，以保证产品的质量。2.2.3搭边值的确定 排样中相邻两工件间的余料或条料与工件边缘间的余料为搭边。其作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。搭边值要合理，过大材料的利用率低。值过小，就不能发挥搭边的作用，在冲裁的过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具的寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的均匀分布不均匀，引起模具刃口的磨损。为了避免这一现象，搭边的最小宽度大约取为毛坯的厚度，使之大于塑变区的宽度。 本工件的材料塑性较好，工件本身的外形比较复杂，圆角半径比较小，所以起搭边值要取的大一点。 2.2.4料宽的计算 条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料的宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间进送，并与导料板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必需考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同的结构分别进行计算。图26 有侧刃时的条料宽度当模具有侧刃的时候，条料宽度按下式进行计算： 式中 B条料的标称宽度; D工件垂直于送料方向的最大尺寸(); 1侧搭边(); 条料宽度公差()侧刃数; C侧刃冲切的料边宽度() 表21 剪切条料宽度公差 表22 1和C的值 则根据上述要求，本零件条料的宽度为: 经圆整尺寸后，条料宽度取为302.2.5步距的计算步距是指条料在模具上每次送进的距离，步距的计算与排样的方式有关，每个步距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件。见图27，步距是决定挡料销位置的依据。图27 步 距每次只冲出一个零件的进距A的计算公式为 A=B+ 式中 B平行于送料方向工件的宽度； 冲件间的搭边值；由零件的排样图可以看出，每一个进距只冲一个零件，即该零件的进距采用上式： A=B+ =9.94 +1.8 =11.74经圆整尺寸后A取值为12。第三章 主要工艺计算3.1拉深部分的计算3.1.1拉深模的凸凹模间隙确定 间隙值应该合理选取，否则，过小会增加摩擦力。使拉深件容易破裂且容易擦伤表面和降低模具寿命；过大，又易使拉深件起皱，影响工件精度。不用压边圈的时候拉深模的单边间隙： （31）式中 max板料厚度的最大极限尺寸，。所以拉深的时候，凸凹模间的间隙为： =1.0tmax =0.33.1.2拉深模工作部分尺寸的确定 由参考文献表1345可以查出=0.017；=0.010。则由上式可以得出凸、凹模的直径为： =（4.3+0.40.120.3）0.017 = =（4.30.40.1）0.017 = 3.1.3凹模与凸模圆角半径的确定一般凹模圆角半径应尽可能大些，因为大的圆角半径有利于金属流动，而且还可以提高拉深件的质量。但凹模圆角半径太大会削弱压边的作用。可能出现起皱的现象，这不利于拉深工序的完成。圆角半径的选取常通过查表取值。对于薄料、小件查表取值往往偏大，可采用下面的经验公式进行计算： (32)式中 凹凹模的圆角半径（）； D毛坯直径（）； 拉深后工件直径（）； 料厚（）；则根据上述公式，有： 凸模圆角半径如果取值过小，材料容易在此部位严重变薄，甚至拉裂。一般取值为（1.21.5）凹，故取凸=1.011.31.33.1.4压边力计算 在拉深过程中，凸缘变形区是否产生失稳起皱，主要取决于材料的相对厚度和切向盈利的大小。而切向应力的大小又取决于材料的性能和不同时刻的变形程度。准确的判断是否起皱，是一个相当复杂的问题，在实际生产中可以用下表判断是否起皱。表31 采用或不采用压边圈的条件 工件首次拉深的相对厚度比为：。因此不需要加压边圈。3.1.5拉深力及拉深功的计算3.1.5.1拉深力的计算： 对于圆筒形件，拉深力可以按照下式进行计算： 式中 L横截面周边长度（）； K修正系数，选取原则见下表： 表32 修正系数K的数值注：第一次拉深K=K1，以后各次拉深K=K2。 拉深时，两端圆形部位拉深横截面的直径为，中间的直线部分由于拉深时材料没有横向被压缩的变形，因此所受的拉应力应比两端稍小一些。但是，在实际计算中应忽略这种区别，同样计入被拉深的截面。可算出L=4.33.14213=39.502。由材料的力学性能表可以查出，为保证安全可靠，。取最大值700Mpa则，该零件拉深的拉深力F1为： F1=0.739.5020.3700N=5807N3.2冲压力的计算3.2.1计算原则 由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺才等于凹摸尺寸，冲孔件的小端尺寸等丁凸模尺寸。在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循下述原则： .落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。 。 冲孔模先确定凸横刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的员大极限尺令保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹横刃口的标称尺寸应比凸模大最小合理间隙。 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，既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ITl4级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理，工件尺寸公差应技“入体”原则标注为单向公差，所谓“人体”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，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。3.2.2计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。 3.2.2.1凸模与凹模分开加：凸、凹摸分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸，此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间初始间隙小于最大合理间隙Z不仅凸、凹模分别标注公差(凸模，凹模)，而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件： 或取 也就是说，新制造的模具应该是如图31所示。否则，制造的模具间隙已超过了允许的变动范围，影响模具的使用寿命。图31 凸、凹模分别加工时的间隙变动范围3.2.2.2凸模和凹模配合加工： 对于冲制形状复杂或薄板制件的模具，其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模(或凹模)作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸配做凹模(或凸模)，使它们保持一定的间隙。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模(或凹模)配作，保证双面间隙”。这样，可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制制造容易并容易保证凸、凹模间的间隙。3.2.3冲裁力的计算 采用平刃口凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算见下式： 式中 冲裁力（N） L冲裁件周长（） 材料厚度（） 材料抗剪强度（MPa） 考虑到凸、凹模刃口的磨损，模具间间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需增加30，故选择冲床时的冲裁力（N）应为： 式中 材料的抗拉强度 则冲工件底部三个孔工件的冲裁力F2为： F2=3 =3（30.3700）N =31978.2N =5934.6N 冲两个切口用的工艺孔时的冲压力F3为： F3=2Lt =2(20.3700)N =2637.6N 冲两工艺孔间切口用的冲压力F4为： =230.3700N =4830N第九个工位上落料是的冲压力为： =Lt =（9.55132）0.3700N =11757.27N侧刃切边力的计算： F7 =Lt =240.3700N =5040N3.2.4卸料力、推件力和顶出力的计算 由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔的部分会紧箍在凸模上，而落下的部分会紧卡在凹模的洞口中。从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力称为卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力成为推件力；反向顶出来的力为顶出力。 F卸、F推、F顶是由压力机和模具卸料、顶件装置获得的，影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面精度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。要准确计算这些力比较困难，实际生产中采用下列经验公式进行计算： 由2表215可以查出=0.040.07；=0.065；=0.08，则工件在各工位的总的卸料力为： =（F2F3） =0.065（5934.62637.611757.27）N =0.0520329.47N =1016.47N 总的顶料力为： =（F1F6F8） =0.08（580758072739.87）N =0.0814354N =1148N总压力F为： F=F1F2F3F4F5F6F7 =58075934.62637.6483011757.27580750401016.471148N =43978N3.3翻边模工作部分的设计计算进入翻边工序，工件先与带料脱离。由压杆压在凹模上，此时工件的外缘为平面，这时进行的翻边为外缘翻边。在两端，凸缘的材料在翻边模的作用下横向产生压缩的变形，周长被压短而形成工件最后的形状。对于这种翻边工序，需要计算翻边部位的变形量，如果变形量超过允许的数值，工件将产生褶皱，甚至把模具撑裂。3.3.1落料工序部分模具尺寸计算前面已经叙述过对于薄板制件的模具其凸、凹模采取配合加工的方法。落件以凹模为基准件，然后配做凸模。刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况因此凹模刃口尺寸应按不同情况分别计算。1)凹模磨损后尺寸变大。计算这类尺寸，按落料凹模公式进行计算： 2)凹模磨损后尺寸变小。计算这类尺寸，按冲孔凸模公式进行计算： 3)凹模磨损后尺寸不变。计算这类尺寸应按下述三科情况进行计算：制件尺寸为时 制件的尺寸为时： 制件尺寸为时 Ad、Bd、Cd凹模刃口尺寸(mm)；A、B、C工件标称尺寸(mm)，工件公差(mm)；/工件偏差，对称偏差时，/2；凹模制造偏差(mm)，4； 本工件在凹模磨损后尺寸变大，应按上式进行计算： = =凸模尺寸的计算公式： 式中Zmin为凸、凹模最小合理间隙（双边），可以取出Zmin=0.03则： = =3.3.2翻边凸、凹模的设计 此工件的尺寸比较小，其凸模的尺寸应在拉深凸模的尺寸的基础上进行计算加工。则其配合图形如下： 图32 翻边凸模计算示意图由于此翻边凸模的形状比较特殊为一环状零件，则其内径按拉深凸模尺寸加上工件厚度再取适当的间隙值进行计算，公差按“入体原则”进行标注。则凸模工作部分刃口内径尺寸为： = =翻边凸模工作部分刃口外径的尺寸是在翻边凸模内径的尺寸上再加上工件U形空间允许的尺寸厚度；公差按照“入体原则”进行标注。由工件图可以看出工件U形空间允许的尺寸厚度值为18.417.5=0.9，则翻边凸模外径的尺寸为： = =凸模工作部分的高度H取为2.翻边凹模的刃口尺寸是在翻边凸模外刃口尺寸的基础上加上工件材料厚度而得到。公差按照“入体原则进行标注”，则翻边凹模的刃口尺寸为： = =图33 落料凸模、翻边凹模尺寸计算图 可以看出：凹、凸模的工作部分厚度L是由落料凸模的刃口尺寸和翻边凹模的刃口尺寸决定的。L=7.28-6.44=0.84，两面的公差按相关凸、凹模作用面公差标注。按照上述，工件的对应值=1.485；R=1.4；则翻边变形量Ec为：E=1.484（1.41.485）=0.51与参考文献表510中数值对照，变形量在允许范围之内。 翻边力F8的大小采用下式计算：F= 式中 L翻边周边长度（） K因数，一般取0.20.3。 F8=1.25（2.8132）0.3700MP0.3=2739.87N第四章 模具结构与零、部件的设计4.1冲裁模结构分析4.1.1简单模简单模分为无导向模和有导向模两类，无导向模结构简单，易于制造和 维修，模具在冲床上安装时，调整间隙的均匀度困难，凸模与凹模的相对正确位置只能靠冲床导轨与滑块的配合精度来保证，因此模具的导向精度低，使用安全性差不适于薄板料的冲裁。有导向模又分为导板模和导柱模两种。导板模是以导板上的导向孔对凸模进行导向，导向孔与凸模工作端采用间隙配合，这种模具多安装在偏心冲床上使用。为安全起见，工作时凸模的工作端要始终不脱离导板上的导向孔。由于其导向精度高，因而圆形和简单规则形状冲裁件的冲裁模多采用此结构。导柱模是靠分别安装在上、下模板（座）内的导套、导柱二者的良好配合，实现对凸模的导向。这种模具导向精度更好，使用安全方便，在批量生产条件下，冲裁各种尺寸精度较高且形状复杂的制件所用的冲裁模，均可采用此导向结构。尤其在复合模和连续模上采用导柱式模架结构，其优越性就更加明显，再则模架标准化后又可大大降低模具的制造成本。但是由于模具增加了导柱、导套结构，使模具的外形尺寸增大。4.1.2复合模条料在复合模中进行冲裁时，一次定位就可以完成冲裁件的内外形尺寸，故制件的内外形的位置尺寸精度高，生产效率高，适合位置精度高、生产批量大的制件选用。但是这种模具结构复杂，制造困难、周期长，再则冲孔凸模插入凹模深度较大，加剧了冲孔凸模和凸凹模的磨损而降低其使用寿命。另外，当制件内外形尺寸相差较小时模具的强度难以保证，不宜选用此种模。复合模结构特点之一是具有一个落料凸模又作为冲孔凹模的凸凹模。按落料凹模安装位置不同又有倒装复合模与正装复合模之分。若落料凹模装在上模上，就称为倒装复合模。若落料凹模装在下模上，就称为正装复合模。一般冲孔落料复合模多采用倒装结构，拉延复合模采用正装结落料构；中小尺寸制件的单工序落料模或冲孔模要采用正装结构。倒装复合模多采用刚性打料装置进行打料出件，结构简单、操作方便，但对制件不起压平作用。正装复合模向上出件，弹性顶件装置安装在下模上，并从压力机工作台上的漏料孔中向下伸出，条料在凸模和顶件器上下压紧的情况下冲裁，故制件平整，适于冲裁薄料。4.1.3连续模条料在连续模中，一次冲裁可完成两个乃至十几个冲压工序。它与复合模生产的不同之处在于，条料是在凹模的不同位置上完成不同的冲压工序，因而形成冲裁的连续生产。连续模有初始挡料装置的连续模和侧刃定距连续冲裁模之分。由于模具能完成多道工序形成连续生产，生产效率很高，而且适于自动送料，故应用相当广泛。4.2主要零件的结构与设计各种结构的冲裁模，一般都是由工作零件（包括凸模、凹模）、定位零件（包括挡料销、导尺等）、卸料零件（如卸料板）、导向零件（如导柱、导套）和安装固定零件（包括上下模座、垫板、凸凹模固定板、螺钉和定位销）等5种基本零件组成。冲模零件已制定出国家标准供模具设计时选用。4.2.1基本结构形式（1）正倒装结构：根据上述分析，本零件的冲制包括落料、冲孔、翻边等工序。而且已经确定了采用级进模具冲压，因此选用正装结构，在最后一到工序翻边是采用倒装。凸模用凸模固定板安装于上模，凹模采用镶块式结构。用螺钉连接于下模座。（2）导向方式：由于本零件的生产是的成批量的生产且零件的尺寸非常小，为了确保零件质量及稳定性，选用滚动导向模架。4.2.2卸料与推(顶)件装置设计卸料与推(顶)件装置用来将冲裁后因弹性变形恢复而卡在凸模上或凹模型孔内的工件或废料脱卸下来。为了保证冲裁过程能连续、顺利地进行，必须在模具上设置卸料与推仲装置。4.2.2.1卸料装置卸料装置分为刚性和弹性两类。刚性卸料板一般安装在凹模上面这种结构的卸料板，结构简单、卸料力大，故卸料可靠，卸料板之卸料孔与凸模之间的单边间隙可取板料厚度的0.11.5倍。刚性卸料板的长、宽尺寸和凹模尺寸相同，其厚度取凹模厚度的0.81倍。弹性卸料板较刚性卸料板薄，长、宽尺寸可等于或大于凹模之长、宽尺寸。本工件为薄料，故卸料板采用整体形式的弹性卸料板，在冲压的过程中，由于卸料板的工作行程为1.8，总的卸料力为1016.47N，所以选4根普通弹簧提供弹压力既可。板厚度取为15。4.2.3弹性元件的设计计算 卸料弹簧的选择：根据卸料力1016N模具的结构采用4根弹簧，此时每根弹簧担负的卸料力为254N。 冲裁时卸料板的工作行程=（0.3+1）=1.3；考虑凸模的修磨量=2.5；弹簧的预压量为；故弹簧的总压缩量为 =（1.3+2）+ =3.8+ 考虑卸料的可靠性，取弹簧在预压量为时就应有254N的压力。初选弹簧钢丝直径d=3;弹簧中径D=22；工作极限负荷F=330N；自由高度=20；工作圈数为4圈，工作极限负荷下变形量=17.4。该弹簧在预压量为时，卸压力为254N，即 故 =3.813.4=17.2能满足要求。弹簧装配高度卸料螺钉的选择：由上面的弹簧的计算，弹簧的内径为19，那么由参考文献可以选择型号为M1265JB/T7650.6的圆柱头内六角卸料螺钉。4.2.4定距机构设计在工序排样中确定了侧刃定距方式。为了确保生产中侧刃的刚度和条料送进的方便，选带导向段的C型侧刃。规格为C12840JB/T 7648.1。侧刃挡块固定于凹模面上。4.2.5导正装置主要是指导正销，它多用于连续模中。以获得内孔与外缘相对位置准确的冲裁件。导正销装在落料凸模的工作端面上，落料前先插入已冲好的孔中。使孔与外缘相对位置准确，然后落料。导正销消除了送料和导向造成的误差，起精确定位作用。由于本工件的主要工序是拉深件，所以不用多设导正销，仅在第八共位设置一个导正销。导正销采用普通的弹头型，采用螺纹固定在弹性卸料板上面。4.2.6导料装置的设计导料装量主要指导料销、导尺和侧压装置，其作用是控制条料毛坯的迟进方间。由于条料的宽度为30，小于60，本工件采用适用简单模和连续模的导尺进行导料。为使条料顺利通过，导尺间距离应该等于条料的最大宽度加上间隙值。无侧压装置时，条料的宽度和导尺间距离按（41）公式计算(图41)：条料宽度： （41）导尺间距离： （42） 图41 无侧压时条料的宽度与导料尺间隙式中C1为无侧压时导尺与最宽条料之间的单向最小间隙。其值通常取（0.51）。为条料宽度的单向负向)偏差。其数值选取见下表： 表41 条料宽度偏差4.2.7送料机构与出件方式本模具采用手工送料。由工序排样图知，本模具最后工位通过落料实现产品零件与条料的分离。产品零件在送料过程中，由条料端头顶出后从凹模左侧落下（送料方向为由右向左）。因此，使用中应注意从模具左侧收集冲制好的产品零件。4.2.8模具零件的固定模板采用螺钉固定销钉定位。由于各凸模平面尺寸都比较小，所以用模板上的型孔配合定位，采用凸台或铆开式结构固定。4.2.9固定板与垫板凸模(或小型凹模)通常用固定板固定在模板上。凸模固定板有圆形和矩形两种，其平面尺寸除保证能安装凸模外，还要考虑螺钉和销钉孔的处置。其厚度一般取等于凹模厚度的60%80%。固定板与凸模采用过渡配合(H7m6)，压装后将凸模尾端与固定板一起磨平垫板的作用是直接承受和分散凸模传来的压力，以降低模板单位面积上的压力，防止模板被凸模端面压陷。凸模支承面上是否加垫板，要根据模板承压的大小来判断。凸模支承端面对模板施加的压应力为：。（43）式中 P冲裁力(N)；A 凸模支承端面面积（2）如果凸模端面上的压应力大于模板材料的许用压应力时，则需要加一个淬硬磨平的垫板；反之则不加。垫板厚度一般取412；外形尺寸与固定板相同。 表43 模板材料的许用压力图42 凸模支承端面的压应力是否需要加垫板，只需要对冲裁的一道工序进行验证即可，根据验证结果上模垫板取10，下模垫板取8。4.2.10安全装置本模具采用手工送料，但工人是在模具外操作，一般情况下应无不安全之虑。为了使废料顺利落下，下模座的落料孔应比凹模落料孔大。4.2.11基本尺寸模板尺寸：由工序排样图14可知，凹模模板基本在11031左右，经圆整后取14060。其他模板的尺寸取为与凹模板平面尺寸一致。工作行程：本零件的最大行程是在第5共位的拉深工序，其拉深行程为1.8。模具在开启状态下，凸模下表面到上表面的最小距离取为8。模板厚度：凹模模板厚度：20凸模模板厚度：15上模座垫板：10下模座垫板：8模具工作区高度：模具工作区开启高度大于94；闭合高度约为804.2.12模架的选择工件的材料厚度为0.03，冲裁间隙取为0.9t，则单边间隙值为0.027，因而对模架的精度要求很高。并且级进模上有多出冲裁，各处冲裁凸、凹模的制造、装配也存在误差，故选用对角滚珠钢板模架。根据模板平面尺寸和工作区的要求，查中国模具设计大典表22.451，选0I精度级的模架160801350IJB/T7182.2型对角模架。上模座（JB/T 7186.2）：1608025；下模座（JB/T 7184.2）：1608032；模具的导柱（JB/T 7187.2）：19130；20130；模具的导套（JB/T 7187.4）：198023；208023；4.2.13压力机的选择由于采用了一般冲压，故选单柱固定台式压力机。由前计算的冲压力要求，上网查资料知选J11-5型压力机。该压力机的工作台尺寸为180320，最大闭合高度170，闭合高度调节量为30，满足本零件模具尺寸的要求。因此选定为J11-5型压力机。4.2.14模柄的选择根据上述计算结果，该模具为中小模具，可采用上模用模柄固定，下模用压板固定于压力机下台面的方法。查J11-5型压力机规格，模柄安装孔的尺寸为25，安装深度为40。查参考文献4表22.524，可选压入式模柄，规格为A2570JB/T7646.1。4.3工作零件的设计冲模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又称为成形零件，是直接完成冲裁工序的关键零件。4.3.1凸模的设计凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一。凸模本身按部件作用不同又可分为工作部分（即刃口）和固定部分。4.3.1.1凸模的结构形式与固定方法 常见的圆形凸模结构及固定定方法如图43所示。为了增加凸模的强度和刚度，凸模做成台阶式，用固定板固定。台阶应圆滑过渡，以避免应力集中。直径为d的小端是工作部分，其尺寸和公差系根据工件尺寸和制造方法由计算确定。直径为D的中间台阶与凸模固定板过渡配合()。最大一个台阶D1是用其台肩保证凸模在卸料时不被拉出。这种凸模般用于d=830。 图43 常见圆凸模及其固定 1凸模；2固定板；3螺钉；4模板；5销钉 冲d=18的小圆孔凸模，可以采用图44所示的结构和固定方法。固定部分做成直通式，淬火时尾端回火，装配后铆开磨平。 图44 小圆凸模及其固定方法示意图 1凸模；2固定板；3垫板或模板 由于小凸模容易损坏，可做成快换凸模的结构型式，以使维修更换方便。其结构和固定方法如图45所示。为了便于更换，凸模的固定部分采用间隙极小的间隙配合()。 图45 快换凸模 在厚板上冲小孔时，细小的凸模受力较大，容易折断。为了提高凸模的抗纵向弯曲能力，可将小凸模装在护套里，然后再将护套固定在凸模固定板上。这种惟有护套的凸模叫做护套式凸模，其结构如图46所示。 图46 护套式凸模1垫板或模板；2凸模固定板；3护套；4凸模；5心柱4.3.1.2凸模长度的确定凸模长度过短则凸模不能插入凹模刃口内对板料进行冲切，但若凸模过长又降低其工作时的稳定性，故凸模长度要适中，推荐值（见图47）为 （44）式中 Hf凸模固定板厚度()Hre卸料板（或导板）厚度() Hru导尺厚度()总之，凸模长度应根据冲模的具体结构予以确定，既考虑到凸模多次刃磨变短后仍能工作，还要顾及模具在闭合时卸料板（刚性卸料板）至凸模固定板间留有避免压手的安全距离第1工位的是侧刃定距冲裁，侧刃的厚度根据参考文献4表22.541选择为8。侧刃宽12.05，它比步距长了0.05，则给导正销精确定位留有导正余量。侧刃用圆柱销固定在凸模固定板上，以防止凸模向下脱落。侧刃凸模右侧有0.51.5的突出部分，它的作用是多切去一点板料，从而使有切口的条料与侧刃挡块接触形成“直线”接触。否则是直角与挡块接触，角部的毛刺容易影响步距精度。且凸出的部分也有利于提高侧刃凸模的强度。侧刃长度由公式（44）确定为43.8。第2工位为冲切为切口工序准备的两个工艺孔，它的存在，可以避免在切口的时候造成工序间条料的脱离，导致送料困难。由工件排样的安排，查参考文献4表22.42，选B型圆凸模，规格为A2.045JB/T8057.1。其长度也定为43.8。第3工位是切口工序。切口凸模是在两个工艺孔之间冲切，因而冲切后板料不会随着凸模上升，它不需要卸料板进行卸料，故可以把侧刃凸模直接安装在卸料板上面。侧刃凸模上设计有凸台，从卸料板的上面装人，用压板压住。压板用螺钉固定。切口凸模的工作部位在右侧，底面上有倾角。切口凸模厚度为2，凸模高出卸料板约为2个板料厚，所以其长度为15.6。可以计算出其倾角约为150。若角度过大会使板料局部变形。切口凹模的宽度取为3，若与凸模宽度相等，会使切口凸模的后部与凹模挤压板料，而产生不应有的变形。前3个工位的凹模设计在同一块凹模上。第5工位是拉深工序。有关凸模、凹模的刃口尺寸前面已经确定，拉深凸模用圆柱销钉固定。它的长度由中Hf=15、Hre=15、Hru=6、模具工作区的闭合高度及在拉深的时候模具工作部分的工作行程所决定，其工作行程为1.8在前面已经叙述过，故拉深模的长度定为43.6。拉深凹模内设置一顶杆，拉深后将工件顶出凹模。第6工位是整形工序，作用是消除拉深时所形成的圆角，使圆角的大小符合成品件的要求。其长度尺寸和第5工位的拉深模具长度一样，取为43.6。工件上部圆角的整形是由整形凸模与凹模进行的，工件下部圆角整形是整形凸模的下平面与弹性顶杆配合进行的。因而弹性顶杆所具有的弹力必须大于整形所需要的压力。整形压力的计算一般是用整形部位的投影面积与单位面积的整形力相乘而得出的。而消除圆角的整形，是使具有圆角的部位受压而产生塑性变形，所需压边力的大小与此处的拉深力相近（前面已计算拉深力为8295.42N）。顶杆采用橡胶弹性体作为元件。由橡胶弹性计算可知，橡胶所产生的最大弹力为47MP。由装配图可以看出，橡胶的面积比工件的投影面积可以大一些，它受凹模安装空间的限制，面积大小取值为1012，即面积为1202。它可能产生的最大弹力为1207N=840N，不能满足整形力的要求。然而，橡胶的弹力是纵向受压横向膨胀，从而在纵向产生弹力。如果限制橡胶的横向变形，橡胶又具有不可压缩性，此时承受纵向压力的能力可超过钢的抗压强度。本模具设计中使橡胶在凹模的孔中留少留间隙，用压板和螺钉将橡胶压实，则顶杆可承受足够的整形压力。这种方法与设置刚性的整形凹模相比，具有可调整性和安全性的优点。拉深凹模与整形凹模设计为同一块凹模板。第7工位是3个孔的冲孔工序，本工位的凹模设计为独立的一块，在卸料板上设置保护套保护凸模。工件的冲孔位置在拉深后的工件底面上，故冲孔平面比凹模平面低1.8，凹模上形成凹槽，因此凸模的保护套要象下凸出。第9工位是落料和翻边工序。上模座是落料翻边的凸凹模，外围是落料凸模，内圈是翻边凹模，用卡块和凸模固定板固定。由公式（54）和模具的具体结构设计确定其长度取为43.8。凹模内部装有压料杆，与压料杆相接的上部在模座内装有橡胶弹性体。橡胶由压板和螺钉固定。压料杆是直筒形状，中部开长孔并用销钉穿过，使压料杆既有一定的行程，又不会向下脱落。下模由凹模板、翻边凸模和顶件块组成。顶件块下面接橡胶弹性体。这部分模具的工作过程如下：上模下行，压杆压住工件的底面。上模继续下行，凹凸模的外缘刃口与下模凹模作用，完成落料。上模继续下行，上模的内侧与翻边凸模相互作用，完成工件的翻边，同时顶件块被凸模压住下行。上模上升，顶件块将工件顶出凹模。压料杆的橡胶和顶件块的橡胶对弹性的大小没有严格的要求，从第6工位的分析，其弹力可达到840N，对压料和顶出都合适，不再进行详细计算。橡胶的安装结构与第6工位相同。4.3.1.3凸模的强度校核按标准或经验设计的凸模，一般不做强度校核。若冲裁力过大而凸模的危险断面尺寸超过标准尺寸，或者分析凸模损坏原因时就要对其做强度校核。凸模的强度校核分为两种情况。 耐压强度校核：凸模危险断面的压应力必须小于凸模材料许可的压应力，即 （45）式中 S凸模的最小断面积（2）P凸模的冲裁力（N）凸模材料的许用压应力（MPa）值得注意的是，凸模淬硬至HRC5662，其许用压应力强度为未淬火钢的1.53倍。稳定性校核：当凸模的长度L、直径d比过大时，在较大冲裁力的作用下，凸模轴向会失去稳定而产生轴向弯曲，使凸模工作端脱离其原有的正确位置，故对凸模的长度要予以限制。对于无导向任意截面形状的凸模： （46）对于有导向任意截面形状的凸模： （47）对于圆形截面无导向的凸模: （48）对于圆形截面有导向的凸模: （49）式中 凸模允许的最大自由长度（） J凸模最小截面的惯性矩（mm）P冲裁力（mm） D凸模最小截面的直径（mm）4.3.2凹模的设计4.3.2.1凹模的结构形式与固定方法常见的凹模结构形式有整体式凹模和组合式凹模两种形式。图49 所示为整体式凹模结构，其俯视外形按毛坯和工件形状可做成矩形或 圆形，用螺钉和销钉直接固 图49 整体式凹模定在模板上。整体式凹模的特点是制造简单，但工作部分与非工作部分做为一体，全由优质钢制造，而且使用时若局部损坏就得整体更换，从经济上考虑，比较浪费。因此，整体式凹模只适合于冲制小型、小批量工件。图410 所示为组合式凹模结构。凹模的工作部分与非 工作部分是分开制成的，非工作部分(图中凹模套1)可以用普通钢材制造。凹模2以过渡配合压装在凹模套1(或固定板)内，然后再用螺钉和销钉把凹模 图410 组合式凹模套紧固在模板上。组合式凹模的 1凹模套 2凹模特点是可以节约贵重的模具材料，且当凹模损坏后易于维修更换。这种凹模适用于冲制大、中型工件上的小孔。4.3.2.2凹模的孔口型式 凹模刃口孔型通常有如图411所示的几种。图中a、型为直壁形，刀口强度高，刃磨后孔口尺寸不变，制造方便。但是在孔内易积存工件或废料，增大了凹模胀力、推件力和孔壁的磨损；磨损后每次的修磨里大，凹模的总寿命较低。此外，凹模磨损后孔口可能形成倒锥，使冲成的工件或废料反跳到凹模表面上，造成操作困难。直壁型孔口凹模适用于冲裁精度较高、厚度较大的工件。对于上顶出工件(或废料)的模具也采用此种刃口孔型。型适用于圆形或矩形工件；e型适用于形状较复杂的工件。b、c、型的孔口为锥形，孔内不易积存工件成废料，孔壁所受的胀力、摩擦力小所以凹模的磨损及每次的刃磨量小。但刀口强度较低，且刃口尺寸在修磨后略有增大。一般用于形状简单、精度要求不高和较薄的冲裁件人型适用较复杂的冲件；型用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。型为凸台式凹模，适用于冲栽软而薄的合属与非金属材料。这种凹模一般不淬火或淬火硬度不高(HRC3538)，可以用手锤敲打凸台斜面以调整模具间隙、直到试冲出满意的冲压件为止。 图411 凹模的刃口形式4.3.2.3凹模外形尺寸的确定凹模的外形尺寸府保证有足够的强度和刚度。由于凹模的结构型式不一，受力状态又比较复杂，目前还不能用理论计算法确定凹模的外形尺寸。在实用中一般根据冲裁件尺寸和板料厚度，按下列经验公式作概略计算(图412)。凹模高度：HK.b (15) (410)凹模壁厚(刃口到外边缘的距离)：(152)H
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