说明书-接触簧片冲裁模设计-冲压模具、级进模.doc
接触簧片冲裁模设计-冲压模具、级进模含NX三维及11张CAD图
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接触簧片冲裁模设计摘 要日常生活中，冲压模具被广泛应用。此次设计的是接触簧片冲裁模，利用的是级进模生产。本设计重点是在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，主要介绍冲裁件的工艺性分析、确定冲裁工艺方案、选择模具的结构形式、进行必要的工艺计算、选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸、校核模具闭合高度及压力机有关参数、绘制模具总装图及零件图等。本模具只用冲孔、落料两道工序，操作方便，模具结构较简单。关键词：级进模；闭合高度；冲孔；落料ABSTRACT In daily life, the stamping die is widely used. This design is the contact spring blanking die, is the use of the progressive die. This design focus is on the analysis of deformation process in blanking and punching the basic factors affecting the quality of cut pieces, mainly introduces the analysis, the blanking process to determine the stamping process scheme, selection of structure of the die, the neces- sary process calculation, selection and structure and size, the main parts of dies. The height of the closed mold and press the relevant parameters, draw up the mold assembly diagram and p- arts diagram. The punching, blanking die only two steps, convenient operation, die structure i- s relatively simple.Keywords: progressive die; height; punching; blankingIII目录第一章 绪论11.1 国内外模具发展的现状11.1.1 国内现状11.1.2 国外现状41.2 模具未来的发展趋势4第二章 冲压工艺性分析及冲压方案的确定72.1 冲压工艺性分析72.1.1 冲裁件的结构工艺性72.1.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度82.1.3 冲裁件尺寸标注92.2 冲压工艺方案的确定9第三章 排样图的设计及材料利用率的计算123.1 排样方法的设计123.2 搭边的确定133.3 条料宽度和导料板间距的确定143.4 材料利用率的计算16第四章 冲裁力和压力中心的计算184.1冲裁力的计算184.2 卸料力和推件力的计算184.3 压力中心的确定19第五章 冲压设备的选择225.1 冲压设备类型的选择225.2 选择冲压设备的规格22第六章 模具工作部分的设计计算256.1 冲裁间隙256.1.1 间隙的重要性256.1.2 冲裁间隙值的确定266.2 凸、凹模刃口尺寸的计算276.2.1 冲孔凸模、凹模的刃口计算286.2.2 落料凸模、凹模的刃口计算296.2.3 孔心距的计算31第七章 模具总体设计327.1 模具类型的确定327.2 送料方式的确定327.3 定位方式的选择327.4 卸料、出件方式的选择327.5 导向方式的选择33第八章 模具主要零件设计358.1 卸料橡胶的设计358.2 凹模的设计358.2.1 凹模刃口形式358.2.2 凹模外形和边界尺寸的确定368.2.3 凸模、凹模的固定形式378.3 凸模的设计388.3.1 凸模长度的确定388.3.2 凸模强度的校核398.4 凸、凹模材料的选取418.4.1 选取的一般原则418.4.2 模具选材的具体考虑因素41第九章 模具重要零件的设计和选择429.1 模架的选择429.2 导柱和导套的选取429.3 模柄的选择429.4 凸模固定板设计429.5 垫板的设计439.6 导料板的设计449.7 卸料板的设计459.8 侧刃及侧刃挡块的选取469.8.1 侧刃469.8.2 侧刃挡块479.9 螺钉及销钉的选择479.9.1 螺钉479.9.2 销钉479.10 模具闭合高度的校核47第十章 模具的装配48参考文献51致 谢52V第一章 绪论模具是现代化生产的重要工艺装备，被称为“工业之母”，在国民经济的各个部门都越来越多地依模具来进行生产加工，越来越引起人们的重视，模具也趋向标准化。在金属和非金属材料塑性加工工程中，模具是一种必不可少的工艺装备。模具的使用性能特别是使用寿命反映着一个国家的工业水平。 随着经济的快速发展和市场需求的多样化,人们对产品生产周期的要求越来越短,尤其在小批量甚至单件生产方面,要求现代制造技术不仅要有较高的柔性,还要有更新的、更能满足市场要求迅速变化的生产模式。 因此，在工业产品质量的不断提高的情况下，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。1.1 国内外模具发展的现状由于模具在国民经济发展中所起到的至关重要的作用，越来越受到各国的重视，纷纷不余遗力的发展该行业，使得模具产业取得了长足的进步，并因此带动了其他许多行业的发展。1.1.1 国内现状改革开放以来，随着国民经济的高速发展，我国市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，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，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。近年许多模具企业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。虽然我国的模具工业起步较晚，但在过去的十多年中也取得了一些进步。例如冲压模具方面，国内设计制造的部分汽车覆盖件模、空调器散热片级进模、电机定转子双回转叠片高精度硬质合金级进模、集成电路引线筐架多工位级进模，以及带自动冲切、叠58压、记数、分组、扭斜和安全保护等功能的铁心精密多功能模，都已达到较高的水平。但从总体上看，我过与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率有待提高，许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；另一方面产能也不能满足过内的需求，因而仍需大两从过外进口。 目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。“十一五”期间，中国模具工业水平不仅在量和质的方面有很大提高，而且行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展。 优势明显的广东特别是珠三角地区，将在十年之内发展成为世界模具生产中心。同时，由于近年来我国每年用近10亿美元进口模具，其中精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以从减少进口角度出发，这类高档模具在市场的分额比例也将逐步增大。现代模具其高技术、人才密集、高技术背景下的工艺密集型工业的特点，是在新型工业化道路上走在前面的产业，模具作为重要的制造装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务，模具在制造业产品研发、创新和生产中所具有的独特的重要地位，使得模具制造能力和水平的高低也成为国家创新能力的重要标志。当前，由于全球经济的不景气，以及中国劳动力成本的上涨，许多西方国家将基础制造业撤出中国，转移到其他发展中国家。中国的一些优势虽然正在减弱，但完善的基础设施与产业链，巨大的国内市场，决定了这种产业转移不会是骤然的。这需要中国尽快推进转型改革，推动制造业升级以增强国际竞争力，加速收入分配改革以增加国内需求，摆脱对出口的过度依赖。同时，我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，对压铸模的数量、寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高，塑料模的比例将不断提高，其精度和复杂程度也将随着相应提高。发展我国的模具工业，必须结合我国国情和提升模具工业实际，走新型工业化道路。从技术的发展来看，高精度、低成本、交货期短是今后模具发展的一个趋势，而我们要想赶上国际先进水平，技术创新是至关重要的一个环节。众所周知，电子商务是代表着未来贸易发展的方向，也是经济发展和进步的一个必然趋势。在市场竞争逐步深入的时期，企业创新能力越来越成为企业竞争力的重要组成部分，信息资源也越来越成为企业的战略资源。 总的来讲，我国当前冲压模具技术的发展主要呈现三大特点： 一、充分运用IT技术发展模具设计、制造。用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展。外形车身和发动机是汽车的两个关键部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，其技术密集，体现当代模具技术水平，是车身制造技术的重要组成部分。车身模具设计和制造约占汽车开发周期三之二的时间、成为汽车换型的主要制约因素。目前，世界上汽车的改型换代般约需48个月，而美国仅需30个月，这车要得益于在模具业中应用了CAD/CAE/CAM技术和三维实体汽年覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体、实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等IT技术的应用，也将推动模具工业的发展。 二、缩短金属成形模具的试模时间。当前，主要发展液压高速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是在机械压力机上的模具试验时间可减少80%、具有巨大的节省潜力。这种试模机械压力机的发展趋势是采用多连杆拉伸压力机，它配备数控液压拉伸垫，具有参数设置和状态记忆功能。3、 车身制造中的级进冲模发展迅速。在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件。加工的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，节约30%。但是级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优生考虑在多工位压力机上加工。目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。“十一五”期间中国模具工业发展迅速，产需两旺，渐入佳境。但也要看到我国模具行业综合水平落后的面貌未得到根本性的改变，一些深层次的问题尚待解决。现在，中国可以说是世界模具生产大国之一，但还远远不是生产强国。我国仍需加快发展，并向生产强国的目标迈进。1.1.2 国外现状 日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。现在模具市场竞争日趋激烈，因此日本模具业也在努力降低生产成本。模具行业是人力成本较高的行业，日本的人力成本是中国及东南亚地区的十几倍，而人力成本中有70%以上是非核心技术人员。因此，现在日本模具业正逐渐将技术含量不高的模具转向人力成本低的地区生产，只在本国生产技术含量较高的产品。其次是日本使用模具的主要企业有加快向国外转移的趋势，这使日本本国模具使用量减少。 德国主要世界上主要的制造大国之一，在模具制造方面具有领先的技术。德国拥有世界领先的汽车、船舶等制造技术，受上游行业需求影响，德国模具在世界上具有较为重要的地位。由于德国将将技术含量较高的制造业作为其立国之本，预计未来德国不会放弃模具制造领域，相反会加强技术含量较高的模具的研究和开发。 近年来，受国际金融危机影响，出现了全球范围内的市场萎缩，但据有关资料表明，截止上半年，日本依然是世界压铸模具生产强国，其利润并未萎缩，竞争力依然强大。由于日本、美国、德国等全球模具生产强国的国内需求逐渐衰退以及成本的增加，使得这些国家的模具制造商开始转移生产，并逐步开拓中国市场。希望藉由中国廉价的劳动力和材料采购成本来增加利润。但是这些国家的模具生产企业一旦东进，那么势必会使得其国家的模具设计及制造技术无形外流。这样就必须再次投入大笔的研发费用来加强其模具产品的竞争力，从而拉开其与中国模具产品的差异。而从另一方面来看，虽然国外模具企业的进驻会在一定程度上加剧国内模具的竞争，但是这些高端模具企业的入驻也从另一个角度促进了国内模具的竞争意识，从而会加大技术改良提高整体模具制造水平。此外，国外近年来大力发展高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。1.2 模具未来的发展趋势未来模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。未达到这一目标，将主要体现在以下几方面： （1）全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 （2）高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。(3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。(4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。(8)模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。第二章 冲压工艺性分析及冲压方案的确定 冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性,即冲裁件的形状结构、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。冲裁件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大是几何形状、尺寸、精度要求。良好的冲裁件工艺性能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求，从而显著降低冲裁件的制造成本。2.1 冲压工艺性分析工件如图2-1所示，材料为锡磷青铜，厚度t=1.5mm，大批量生产。 图2-1 工件图锡磷青铜有更高的耐蚀性,耐磨损,冲击时不发生火花。用于中速、重载荷轴承，工作最高温度250。具有自动调心，对偏斜不敏感，轴承受力均匀承载力高，可同时受径向载荷，自润滑无需维护等特性。锡磷青铜是一种合金铜，具有良好的导电性能，不易发热、确保安全同时具备很强的抗疲劳性。锡磷青铜的插孔簧片硬连线电气结构，无铆钉连接或无摩擦触点，可保证接触良好，弹力好，拨插平稳。该合金具有优良机械加工性能及成屑性能，可迅速缩短零件加工时间。2.1.1 冲裁件的结构工艺性 冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。该设计工件结构简单，无复杂曲。 冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过度渡，以便模具加工，减少处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。该工件的转角处为90圆弧。 应尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不宜过小，图2-2所示，该工件满足要求。为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小。如图2-2所示，一般孔边距取：对圆孔为（11.5）t。对矩形孔为（1.52）t。则该工件4个孔中中间2孔的孔间距为9.6mm（11.5）t，（11.5）t=1.52.25，孔边距为4（11.5）t，同理，左右2个孔也满足条件。 bmin=1.5t c （11.5）t Lmax=5b c（1.52）t图2-2 冲裁件的工艺结构冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。2.1.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的经济公差等级不高于IT11级,一般要求落料件公差等级最好低于IT10级,冲孔件最好低于IT9级.查文献1 P82表2.7.5可得冲裁件孔中心距工公差,如下表2-1所示。由此表可知，该冲裁件对孔心距的普通冲裁要求能得到满足。 表2-1 冲裁件孔中心距公差 （mm）材料厚度t普通冲孔公差高级冲孔公差孔距尺寸50501501503001.52.52.53金属材料非金属材料1.52.02.52340.100.150.20 故取：b1=2.0mm，y=0.15mm又由文献1p73得如下表3-2、表3-3表3-3 剪切条料宽度的公差 （mm）条料宽度B材 料 厚 度 t112233550501001001501502202203000.40.50.60.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3 表3-4 条料与导料板之间的最小间隙 Cmin （mm）条 料 厚 度无 侧 压 装 置有 侧 压 装 置条 料 宽 度 1001002002003001001000.50.51120.50.50.50.50.51111555888所以由上述两表可取：=0.7，C=0.5，代值得: 调料宽度： =（96+1.52+22）0 -0.7 =103 0 -0.7mm导料板间距 ：=103+0.5=103.5mm =96+1.52+0.15 =99.15mm所以得冲件排样图3-4 所示。 3.4 材料利用率的计算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。由文献1p68可得，一个步距的材料利用率为 （3-4）式中：A一个步距内冲裁件的实际面积； B条料宽度； S步距； 冲裁件面积：由CAD软件求得A=1788.14步距s=B+a=26+2=28mm所以一个步距内的材料利用率：= A/Bs100%=1788/（10328）100%=61.9%若考虑料头 、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率总为：总= nA1/LB100% （3-5） 式中： n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。选取950mm2000mm，1000mm2200mm，1100mm2500mm三种规格的板料，采用横裁法，则有： 对于950mm2000mm，有n1=950/103=9.2，n2=2000/28-1=74n=n1n2=9.274608.8总= nA1/LB100%=（608.61788.14）/（9502000）100%=57.2% 对于1000mm2200mm，有n1=1000/103=9.7，n2=2200/28-1=81.5n=n1n2=9.781.5790.55总= nA1/LB100%=（790.551788.14）/（10002200）100%=64.2% 对于1100mm2500mm，有n1=1100/103=10.7，n2=2500/28-1=92.6n=n1n2=10.792.6990.8总= nA1/LB100%=（990.81788.14）/（11002500）100%=64.4%所以，综上所述，应选择1100mm2500mm规格的板料，采用横裁法。总的材料利用率总=64.4%。第四章 冲裁力和压力中心的计算4.1冲裁力的计算冲裁力是冲压过程中凸模对板料的压力，它是随凸模行程而变化的。对冲裁力有直接影响的因素主要是板料的力学性能，厚度与冲裁件轮廓周长，但是，冲裁间隙刃口锋利程度、冲裁速度、润滑情况等也对冲裁力有较大影响参考文献1p75相关内容，用平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算： （4-1）式中：L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）；b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，一般取系数K=1.3。为了计算简便，也可按下式估算冲裁力： （4-2） 式中b为材料的抗拉强度。 由文献3p298知，锡磷青铜抗拉强度b355Mpa，取b=360Mpa。冲孔周长：L冲=222222.2=52.725mm落料周长：利用CAD软件可得L落=222.91mm侧刃周长：L侧=2（28+2）=60mm冲孔力：F冲=L冲tb =52.7251.5360=28471.5N落料力：F落=L落tb =222.911.5360=120371.4N侧刃力：F侧=L侧tb =601.5360=32400N4.2 卸料力和推件力的计算参考文献1p76可知，卸料力: (4-3) 推件力: 式中：F冲裁力 KX、KT卸料力、推件力系数n同时卡在凹模内的冲裁（或废料）数。 n=h/t （4-6） 式中：h凹模洞口的直刃壁高度 t板料厚度由文献1p76表2.6.1，取KX=0.05，KT=0.05取n=4所以，卸料力：FX=KXF=0.05（28471.5+120371.4+32400）=9062.145N 推件力：FT=nKTF=40.05（28471.5+120371.4+32400）=36248.58N 由于采用弹性卸料和下出件方式,所以总冲压力为： FZ =F+FX+FT （4-7） =28471.5+120371.4+32400+9062.145+36248.58 =226553.625N4.3 压力中心的确定模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的滑块中心线重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。1、计算简单图形压力中心的位置（1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。（2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。（3）冲裁圆弧线段时，其压力中心位置如图4-1，按y=（180Rsin）/（）=Rs/b计算 ，其中b为弧长。图4-1 圆弧线段的压力中心2、多凸模压力中心的确定 计算压力中心时，画出模具各凸模收刃口的相对位置，并在此基础上建立坐标系，应使坐标轴线尽量多地通过凸模刃口轮廓的压力中心，坐标原点最好是几个凸模刃口轮廓压力中心的对称中心。由文献1p79得，压力中心坐标（X0，Y0）计算公式：（4-8） （4-9） 式中：x1、x2xn各图形冲裁力的x轴坐标（mm）； y1、y2yn各图形冲裁力的y轴坐标（mm）；对该模具受力建立坐标系如图4-2，图4-2 压力中心坐标图因为落料件对称，则落料凸模对称部分的压力中心在x轴上，综合，可得表4-1压力中心数据表4-1 压力中心数据基本要素长度Lmm各基本要素压力中心的坐标值xyL1=434.60L2=12.5633.140L3=31.222.80L4=21.9810.540L5=3200L6=9.42-9.10L7=92.8-34.20L8=12.56-59.940L9=12-61.40L10=5636.1-54L11=238.1-66L12=27.6320-28L13=12.5628.6-28L14=12.56-53.4-28L15=27.6320-56L16=12.5628.6-56L17=12.56-53.4-56L18=56-62.9-54L19=2-64.9-66将各坐标值及相关线段长度代入式子（4.1）和（4.2），可计算出模具压力中心坐标（X0，Y0）=（-12.07，-23.87）第五章 冲压设备的选择5.1 冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求来选定设备类型。开式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命。但是它成本低，且有三个方向可以操作的优点广泛适用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适用于大型复杂冲压件的生产。双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。高速压力机或多工位自动压力机适用于大批量生产。液压机没有固定的工作行程，不会因板厚超差而过载，全行程中压力恒定，但是力机的速度低、生产效率低。适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。在小批量生产中用来完成弯曲、成型等冲压工作。肘杆式精压机刚度大、滑块行程小，在行程末端停留时间长，适用于校平、校正和整形等类冲压工序。考虑到以上的因素，选用开式曲柄压力机比较合适。5.2 选择冲压设备的规格1. 公称压力 压力机的公称压力，是指压力机滑块离下止点前某一特定距离，即压力机的曲轴旋转至离下止点前某一特定角度时，滑块上所容许的最大工作压力。按照曲柄连杆机构的工作原理可以得知，压力机滑块的压力在全行程中不是常数，而是随曲轴转角的变化而变化的。因此选用压力机时，不仅要考虑公称压力的大小，而且还要保证完成冲压件加工时的冲压工艺力曲线必须在压力机滑块的许用负荷曲线之下。一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍。在开式压力机上进行精密冲裁时，压力机的公称压力应大于冲压总工艺力的2倍。如图 5-1所示，曲柄压力机许用负荷曲线与不同的冲压工艺力曲线的比较，图中F为压力，为压力机的公称压力角。 2.滑块行程 压力机的滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离。压机行程的大小应能保证毛坯或半成品的放入以及成形零件的取出。一般冲裁、精 压工序所需行程较小；弯曲、拉深工序则需要较大的行程。拉深件所用的压机，其行程至少应大于或者等第1章 冲裁 b) 弯曲 c) 拉深 d) 落料与拉深图5-1曲柄压力机许用负荷曲线与不同的冲压工艺力曲线的比较品零件高度的 2.5 倍以上。 3. 闭合高度 压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工作台面之间的高度。调节压力机连杆的长度就可以调整闭合高度的大小。当连杆调至最短，滑块底面到工作台平面之间的距离，为压力机的最大闭合高度。当压力机连杆调节至最长时，滑块处于下极点，此时压力机为最小闭合高度。模具的闭合高度必须适合于压力机闭合高度范围的要求，如图5-2 图5-2 模具闭合高度与装模高度的关系设计模具时，模具的闭合高度的数值应该满足下式： （5-1）由于多位级进模的特点，为防止设备超载，可按公称压力F压1.3Fz选择压力机。参考文献1P348初选J21-40压力机，其主要技术参数如下： 公称压力：400KN 滑块行程：100mm 最大封闭高度：300mm 封闭高度调节量：80mm 工作台尺寸（左右前后）：630mm420mm 模柄孔尺寸（直径深度）：50mm70mm第六章 模具工作部分的设计计算6.1 冲裁间隙冲裁间隙是冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙单边间隙用C表示,双边间隙用Z表示。间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中一个极其重要的工艺参数。6.1.1 间隙的重要性 （1）间隙对冲裁件质量的影响冲裁件的质量主要是指断面质量、尺寸精度、和形状误差。断面应平直、光滑；圆角小；无裂纹、撕裂、夹层和毛刺等缺陷。零件表明应尽可能平整。尺寸应在图样规定的公差范围内。影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值的大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态、模具结构与制造精度，材料性能等，其中，间隙值的大小与分布的均匀性是主要因素。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与标称尺寸的差值（），差值越小，精度越高。这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于冲裁过程中，材料受拉伸、挤压、弯曲等作用引起的变形，在加工结束后工件脱离模具时，会产生弹性恢复而造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模的间隙。（2）间隙对冲裁力的影响试验证明随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但当单面间隙介于材料厚度的520范围内时冲裁力的降低不超过5l0。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不很大。 对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的1525时，卸料力几乎降到零。但间隙继续增大会时毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。（3）间隙对模具寿命的影响冲裁模具的寿命以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分两次刃磨间的寿命与全部磨损后的总寿命。冲裁过程模具的损坏有磨损、崩刃、折断、啃坏等多种形式。影响模具寿命的因素很多，有模具间隙；模具制造材料和精度、表面粗糙度；被加工材料特性；冲裁件轮廓形状和润滑条件等。模具间隙是其中的一个主要因素。当冲裁模间隙合理时，能够使材料在凸凹模人口处产生的上下裂纹相互重合于同一位置。这样所得到冲裁断面光亮带区域较大，而塌面和毛刺较小断裂锥度适中，零件表面较平整。冲裁件可得到较满意的质量。而间隙较小时模具寿命也较小，但得到的制件的质量较好。而间隙较大时模具寿命也较大，但得到的制件的质量较差。6.1.2 冲裁间隙值的确定凸、凹模间隙是冲裁过程最重要的工艺参数，它对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。因此，设计模具时，一定要选择一个合理的间隙，使冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，模具寿命长，所需冲裁力小。但严格来说，并不存在一个同时满足所有理想要求的合理间隙。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围，就可以基本满足以上各项要求，冲出合格制件。这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。考虑到模具在使用过程中的逐步磨损，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主要有理论计算法和查表选取法两种。 (1)理论确定法 确定间隙时理论计算的依据主要是：在合理间隙的情况冲裁时，材料在凸、凹口处产生的裂纹成直线会合。从图6-1所示的几何关系可得出计算合理间隙的公式： 式中：h0产生裂纹时的凸模压入深度（mm）； t料厚（mm）； 最大切应力方向与垂线间夹角（即裂纹方向角）。 图6-1 冲裁产生裂纹的瞬时状况 由上式可知，间隙Z、材料厚度t、相对压入深度h0/t、裂纹方向角有关。而h0、又与材料性质有关，表6-1为常用材料的h0t与的近似值。由表中可以看到，影响间隙值的主要因素是板材力学性能及其厚度。板材越厚、越硬或塑性越差，由于这种方法用起来不方便，所以目前生产上普遍使用的是查表选取法。表6-1 h0t与值材料h0t（%）t4软钢中硬钢硬钢75706560544770656055474565555548443850404535352556454 (2)经验确定法根据研究与实际生产经验，间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值，这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于尺寸精度、断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件要求的前提下，应选用较大的双面间隙值。查文献2p32表2.10可得，取 Zmin=0.15mm, Zmax=0.19mm6.2 凸、凹模刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙的数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务之一。（一）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，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用过程中，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，有以下原则：（1）落料模先确定凹模尺寸，其标称尺寸应取接近或者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。（2）冲裁模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。（3）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。一般冲裁件精度较工件精度高23级。若零件没有标注意公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14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。（二）计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法可分为两类。1.凸模与凹模分开加工 凸、凹模分开加工，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、凹模间隙小于最大合理间隙Zmax，不仅凸、凹模分别标注公差，而且要求有较高的制造精度，以满足相关设计条件。2.凸模与凹模配合加工 对于冲制件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，配作凹模（或凸模），使他们保持一定距离。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。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。由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化趋势不同，所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同。6.2.1 冲孔凸模、凹模的刃口计算由于冲出的孔为圆形，形状简单，所以凸模、凹模分别加工。由文献1p64可得相关计算式子 (6-2) (6-3)式中：dT冲孔凸模尺寸 dA冲孔凹模尺寸 工件制造公差 Zmin最小合理间隙 x磨损系数 T、A凸、凹模的制造公差工件孔的相关尺寸如图6-2，由文献2p32表2.10得，取Zmin=0.15mm, Zmax=0.19mmZmax- Zmin =0.19-0.15=0.04mm 图6-2 工件孔及孔心距尺寸 对于24+0.12 0，公差=0.12，查文献4p17得，精度等级为IT13级，由文献1p63得，取x=0.75查文献1p65表2.4.1可得，凸模、凹模制造公差分别为：T=0.02，A=0.02凸模：=(4+0.750.12)0 -0.02=4.090 -0.02mm凹模:=（4.09+0.15）+0.02 0=4.24+0.02 0mm校核：T+AZmax- Zmin0.02+0.02=0.040.19-0.15=0.04，满足条件。对于24.4，取精度等级为IT14级，查文献4p17可得，公差=0.25，化为尺寸公差：24.4+0.25 0mm查文献1p63，取x=0.5，查文献1p65表2.4.1可得，凸模、凹模制造公差分别为：T=0.02，A=0.02凸模：=(4.4+0.50.25) 0 -0.02=4.5250 -0.02mm凹模：=（4.525+0.15）+0.02 0=4.675+0.02 0mm校核：T+AZmax- Zmin0.02+0.02=0.040.19-0.15=0.04，满足条件。6.2.2 落料凸模、凹模的刃口计算落料件形状较复杂，采用凸模与凹模配作法。选凹模为配作基准，然后配做凸模，由文献1p66可知： 第一类尺寸A磨损后会增大的尺寸： 第二类尺寸B磨损后会减小的尺寸： （6-5） 第三类尺寸C磨损后不变的尺寸： （6-6）式中：Aj、 Bj 、Cj模具基准件尺寸 Amax、 Bmin、 Cmin工件极限尺寸 工件公差如图6-3所示为落料凹模刃口。由于工件为尺寸未标注公差，一律取精度等级为IT14级，由文献4p17可得：工件各尺寸公差可化为：960 -0.62mm、200 -0.36mm、260 -0.43mm、160 -0.36mm、26.60 -0.43mm、120 -0.3mm、40 -0.25 mm、30 -0.25 mm、70 -0.3mm又由文献1p66得，取x=0.5， 图6-3 落料凹模刃口则： 第一类尺寸： mmmmmmmmmmmmmm 第二类尺寸：mmmm所以，落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是95.69mm、19.82mm、25.785mm、15.82mm、26.385mm、11.85mm、3.875mm、2.875mm、6.85 mm，不必标公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小合理间隙值Zmin=0.15mm。6.2.3 孔心距的计算由文献1p64得，孔心距Ld计算公式为： （6-7）式中：L工件孔心距 工件制造公差工件孔心距如前面图6-2，尺寸14.3mm取精度等级IT14级，查文献4p17可知，公差=0.4353.40.14： =53.4（0.142）8=（53.40.035）mm 140.1: =14（0.12）8=（140.025）mm 28.6: =28.60.438=（28.60.054）mm第七章 模具总体设计7.1 模具类型的确定模具类型主要分为三种分别是：单工序模、复合模和级进模。单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模切口模等。复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两到以上不同冲裁工序的模具。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几个具有双重作用的工作零件凸凹模，如落料冲孔复合模中有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。级进模是在冲压过程中，在一个工位上只完成一个工序的冲压。效率较高，由冲压工艺分析可知，该模具采用级进模冲裁，所以模具类型为级进模。7.2 送料方式的确定 模具相对于模架是采用从右往左的横向送料方式，还是采用从前往后的纵向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如L（送料方向的凹模长度）B（垂直于送料方向的凹模宽度）时，采用纵向送料方式；LB时，则采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本模具而言，LB，其送料方式应采用从前往后纵向送料。7.3 定位方式的选择定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。本次设计对工件的精度要求不高，所以综合各种要求，该模具采用采用两个侧刃并列的方式对条料进行定位。7.4 卸料、出件方式的选择卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。 模具是采用弹压卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹压卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹压卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，因此实际设计中尽量采弹压卸料板。随着模具用弹性元件弹力的增强（如采用矩形弹簧，弹压卸料板的卸料力大大增强。根据本设计的实际要求，本模具可采用弹压卸料板。又因为是级进模生产，所以采用下出件方式比较便于操作与提高生产效率，在下模座上开孔从而废料可以自动落出。7.5 导向方式的选择由设计要求可知，该模具要大批大量常年生产，为减少模具的制造成本，模座选用滑动导向模架，另外还可缩短模具的制造周期。在大批量生产中为便于装模或在精度要求较高的情况下，模具都采用导向装置，以保证精确的导向。由文献1p133可知各种模架的特点：对角导柱模架：常用于横向送料的级进模，纵向送料的单工序模或复合模。中间导柱模架：只能纵向送料，一般用于单工序模或复合模。四角导柱模架：常用于精度要求较高或尺寸较大冲件的生产及大批量生产用的自动模。后侧导柱模架：特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但压力机导向精度一般。除此之外，导向精度高的精密模具还须采用滚珠导柱导套。各种模架的基本结构如图7-1所示。综上所述，结合各模架的特点及本设计送料方式和精度要求等条件，选取后侧导柱模架满足要求。 （a）对角导柱模架 （b）中间导柱模架 （c）四角导柱模架 （d）后侧导柱模架图7-1 各模架结构图第八章 模具主要零件设计8.1 卸料橡胶的设计本模具需要设置弹压装置来提供卸料力。橡胶是冲模设计中常用的弹性元件，其允许承受的负荷较大，安装调整灵活方便，是冲模中常用的弹性元件。此处选择聚氨酯橡胶，它具有高强度、高弹性、高耐磨性和易于加工的特点，在冲模中被广泛应用。橡胶的形式多样，包括矩形、圆筒形、圆柱形等，在此处选择圆筒形橡胶。由文献1p130可知，橡胶工作行程： （8-1） 式中：卸料板的工作行程，=t+1， （8-2） t为板料厚度 凸模刃口修磨量，取=5mm所以：=1.5+1+5=7.5mm 橡胶自由高度H0=H1/（0.250.30） （8-3） =7.5/（0.250.30） =2530mm取H0=30mm 橡胶预压缩量H0=（0.10.15）H0=34.5mm，取H0=4.5mm此处设计中选4个圆筒形橡胶，则每个橡胶承受载荷： F1= F卸4=9062.145/4=2265.5N 橡胶外径: (8-4)式中：d橡胶的内径(mm)；取d=15mm； F1橡胶所受的压力（N）； p橡胶的单位压力（MPa），由文献1p130图2.9.35，取p=1.06MPa。代值得：D=54.2mm 橡胶的校核：H0/D=3054.2=0.55 所以：0.5H0/D1.5，满足条件。8.2 凹模的设计8.2.1 凹模刃口形式 凹模刃口通常有如图8-2所示的几种形式。图a的刃口为直通式，强度高，修磨后刃口尺寸不变，用于冲制大型或精度要求较高的零件，模具装有顶出装置，不适用于下漏料的模具。 图b的刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变，凹模内易积存废料或冲裁件，尤其间 图8-2 凹模的刃口形式隙较小时，刃口直壁部分磨损较快，适用于冲裁形状复杂或精度要求较高的零件。图c的特点与图b相同，但采用下漏料方式时刃口强度不如图b的刃口强度高，适用于冲裁形状复杂或精度要求较高的中、小型零件，也可用于装有顶出装置的模具。图d的凹模硬度较低，可用于手锤敲击刃口外侧斜面以调整冲裁间隙，适用于冲裁薄而软的金属或非金属零件。图e刃口强度较差，修磨后刃口尺寸约有增大，凹模内不易积存废料或冲裁件，刃口内壁磨损较慢，用于冲裁形状简单、精度要求不高的零件。图f的特点与图e相同，可用于冲裁形状较复杂的零件。本模具采用的下出料方式，工件是常年大批大量生产，落料形状复杂，所以落料凹模可采用图c所示的刃口形式可保证经过修模后，工件尺寸不变，保证后续生产。而冲孔凹模则可选用图b所示刃口形式。8.2.2 凹模外形和边界尺寸的确定圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准件中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论计算方法确定，一般按照经验公式概略地计算，如图8-3所示：由文献1p110可得，凹模边界尺寸的计算计算公式： 图8-3 凹模外形尺寸凹模高度： H=Kb (15mm) （8-5）凹模壁厚： c=(1.52)H （3040mm） （8-6）式中: b冲压件最大外形尺寸 K系数，考虑板材厚度的影响，由文献1p110表2.9.5可知，K=0.35则： H=0.3596=33.6mm由于该模具是大批大量生产，应考虑足够的修模余量，所以本级进模中所有凹模高度取H =39mm C=(1.52)39=58.578mm， 取C=60mm所以，凹模边界尺寸：L=b+2C=96+260=216mm B=a+2C=53.4+260=173.4mm 参考文献5p10后侧导柱模架，为保证有足够的空间放置凹模，同时为了保证凹模底座能大于工作台的孔径，初选凹模周界为：LB =250mm200mm8.2.3 凸模、凹模的固定形式图8-4 各种凸、凹模的固定形式如图84所示、图a、b、g、h是直接固定在模板上的，其中图b、h一般用于小反反型和大型 零件，图a、s常用于冲压数量较少的简单模；图c、i所示凸模(凹模)与固定板用H7/m6配合上面留有台阶，这种形式多在零件形状简单、板材较厚时采用；图d所示是采用铆接，凸模上无台阶，全部长度尺寸形状相同，装配时上面铆开然后磨平。这种形式适用于形状较复杂的零件，加工凸模时便于全长起磨削，图J所示是仅靠H7/r6配合固紧，一般只在冲压小件时使用；图e、f、k所示是快速更换凸模(凹模)的固定形式。对多凸模(凹模)冲模，其中个别凸模(凹模)特别易坏，需经常更换，此时采用这种形式更换易损凸模(凹模)较方便。综合本设计的要求，冲孔凸模采用铆接固定，落料凸模采用螺钉固定，而凹模采用螺钉和销钉紧固在下模座上。 8.3 凸模的设计8.3.1 凸模长度的确定 凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构，并考虑修磨、固定板与卸料板之间的安全距离、装配等的需要来确定的。参考文献1p106可知，当采用弹压卸料板时，其凸模长度按下式计算： (8-7)式中：h1凸模固定板厚度 h2卸料板厚度t材料厚度 h增加长度。它包括凸模的修边量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取1020mm。此模具中设计凸模固定板厚度h1=32mm，卸料板厚度 h2=14mm，取h=19.5mm则：L=32+14+1.5+19.5=67mm在级进模中，各凸模的长度相同，均为67mm。该冲裁工艺中有两种不同的孔，冲孔凸模采用铆接固定，所以应设计足够的余量，以便顺利固定。取冲孔凸模长度71mm，则可设计冲孔凸模1，其结构如图8-5所示；冲孔凸模2如图8-6所示。落料凸模为直通式，采用线切割加工，用2个螺钉GB/T70.1 M630固定在垫板上，如图8-7所示。 图8-5 冲孔凸模1图8-6 冲孔凸模2 图8-7 落料凸模8.3.2 凸模强度的校核一般情况下，凸模的强度是足够的，没有必要作强度校核。但对于特别细长的凸模或小凸模冲厚而硬的材料时，必须进行凸模承压能力和抗纵向弯曲能力的校验，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。在本模具中应校核冲孔凸模的压应力和抗弯能力。1） 压应力的校核：查文献7p432得，对圆形凸模： （8-8）式中： d凸模最小直径（mm）； t料厚厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；F冲裁力（N）； d凸模最小直径（mm）； 压凸模材料的许用压应力（MPa），它的大小取决于材料种类、热处理和凸模的结构与工作条件。碳素工具钢淬火之后的许用压应力一般为淬火前的1.53.0倍。对于T8A、T10A、Cr12MoV、GCr15等，淬火硬度为5862HRC时，可取压=（1.01.6）105MPa，取压=1.5105MPa，工件抗剪强度=300 MPa。则:=41.5300/（1.5105）=0.012mm，满足条件。2）弯曲应力的校核弯曲应力校核分为无导向和有导向凸模两种，如图8-8(a) (b) 图8-8 无导向凸模(a)和有导向凸模(b)查文献7p432 凸模有导向时，对于圆形凸模： （8-9）式中 ： L凸模允许的最大自由长度（mm）； F该凸模的冲压力（N）；d凸模最小直径(mm)。本模具为有导向圆形凸模，所以：对于凸模1：冲裁力3.144.091.5360=6935N则： =30.1mm，满足条件。凸模2：冲裁力3.144.5251.5360=7672.6N则： =35mm，满足条件。8.4 凸、凹模材料的选取8.4.1 选取的一般原则（1）首先要满足使用性能要求（2）工艺性能良好（3）材料来源方便（4）经济上合理8.4.2 模具选材的具体考虑因素（1）模具的工作条件因素承载力大小及冲击情况：受力大则材料强度要求高；冲击大则材料韧性要求好。其次是模具工作温度；腐蚀状况。（2）模具结构因素模具大小：大型模具应选择淬透性好的钢材。模具形状：形状简单、公差要求不严的模具，可以选用一般高碳工具钢，因为其冷热加工成本低。反之则采用淬透性好的材料。（3）加工产品的数量大批量生产时，模具应采用高质量、高性能的材料制造；反之则可采用性能一般、加工方便、价格低的材料。由于棘块尺寸虽小，单落料件的外形复杂且有尖角，选用高耐磨模具钢。由以上分析，凸、凹模材料选择T10A 钢，热处理：凸模，58-62HRC;凹模，60-64HRC。第九章 模具重要零件的设计和选择9.1 模架的选择查文献5p10，选择选择GB/T28512008后侧导柱模架，如图9-1。凹模周界: LB= 250mm200mm，最小闭合高度220mm，最大闭合高度 265mm。上模板厚度50mm，下模板厚度60mm。材料HT200。 图9-1 后侧导柱模架9.2 导柱和导套的选取根据前面所选的模架，可确定与之相配套的导套和导柱。查文献9p3-64可知，选择 A型滑动导向导柱GB/T2861.1-2008 dL=32mm210mm查文献9p3-67，选择GB/T2861.3-2008 A型滑动导向导套DLH=32mm115mm48mm。 导柱、导套的材料均为20。9.3 模柄的选择压力机模柄孔尺寸（直径深度）50mm70mm，为使模具所选用的模柄能很好的与压力机配合，保证模具能正常工作。查文献8p347，选用,压入式模柄，规格为JB/T 7646.1-2008 A40105 ，材料为Q235。它与模座孔采用过渡配合H7/m6，并加销钉防止转动。9.4 凸模固定板设计凸模固定板，用于固定凸模。凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致，厚度一般为凹模的0.6-0.8倍。查文献7p914，选择JB/T 7643.2-1994固定板 LBH=250mm200mm32mm，材料为45钢。凸模与凸模固定板采用过渡配合H7/m6，通过2个销钉定位，4个螺钉与上模座连接固定，如图9-2所示。图9-2 凸模固定板9.5 垫板的设计垫板的作用是直接承受凸模的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被局部压陷，从而影响凸模的正常工作。垫板的外形尺寸与凸模固定板相同，查文献7p916，选择JB/T 7643.3-2008垫板：LBH=250mm200mm15mm，材料为45。如图9-3所示。图9-3 垫板9.6 导料板的设计导料板也称为导尺，主要起着导料的作用，常用于单工序模和级进模中，分为分离式和整体式的，本模具中的导料板采用分离式。导料板的外侧应与凹模齐平，查文献7p938，选择JB/T 7648.5-2008导料板LBH=250mm55mm16mm，材料为45，调质处理2832HRC。接着再按本设计的要求对其宽度尺寸进行修正，使侧刃冲切前的导料板宽度为47.78mm，冲切后的宽度为50.78mm。如图9-4所示。 图9-4 导料板9.7 卸料板的设计本模具采用弹压卸料板，它既起卸料作用，又起压料作用。选择卸料板规格为：LBH=250mm200mm28mm。由文献1p125可得，卸料板凸台部分的高度： （9-1）式中：h卸料板凸台高度； H导料板高度； t板料厚度。代值，得：h=16-0.21.5=15.7mm所以，可设计卸料板如图9-5所示。图9-5 卸料板9.8 侧刃及侧刃挡块的选取9.8.1 侧刃本设计中对零件的精度要求一般，因此可以只选用侧刃定位，具体方式为两个侧刃在导料板两侧并列布置。此模具中送料步距s=28mm，查文献7p934，选择JB/T 7648.1-2008 侧刃A2810103，侧刃步距s=28mm，宽度B=10mm，长度L=63.5mm。侧刃采用铆接固定，材料为T10A，热处理硬度5660HRC。9.8.2 侧刃挡块侧刃挡块起挡料与定位的作用，和侧刃配合使用。查文献7p936，选择JB/T 7648.2-2008 A型侧刃挡块 2012。其长度L=20mm，宽度B=12mm，厚度H=8mm。材料为T8A，热处理硬度5660HRC。9.9 螺钉及销钉的选择9.9.1 螺钉查文献10p35
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