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河南机电高等专科学校学生毕业设计中期检查表学生姓名学 号指导教师选题情况课题名称支板冲压成形工艺及模具设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：所在专业意见： 负责人： 年 月 日 支板冲压成形工艺及模具设计 摘 要：本设计题目为复合模具设计，体现了典型复合模具设计的要求，内容与方向。通过工艺分析，工艺方案的确定，确定了模具设计的方向，对毛坯尺寸的确定，计算冲裁力，来计算压力中心，选择压力机和压力机的吨位。本设计运用了冲裁工艺及模具设计的基础知识。首先，分析了板材的性能要求，为选去模具的类型做了准备，同时，也为凸，凹模的材料有了依据。后分析冲裁件的特征，确定了模具设计参数，选择其他零件及卸料装置。也为凸，凹模尺寸的计算有了根据。还有零件的加工工艺。本设计运用冲压成形工艺及模具设计的基础知识，首先分析了冲裁件的冲压工艺性，为确定冲裁工艺方案做好了准备；然后计算冲裁力和模具刃口尺寸，便于选取压力机及确定工作零件的尺寸和结构；最后分析了制件的特征，确定模具的设计参数、设计要点及推件装置的选取。本冲裁件上孔为规则形状的孔,为了便于冲孔凸模的加工，在设计时把冲孔凸模设计成台阶式。为了方便制件的取出，本副模具采用倒装结构形式,同时,为了简化模具结构采用弹性推件装置。关键词: 复合模 排样 凸模 凹模 凸凹模 The pressworking forming process and mold design of protrude boardAbstract：This design topic designs for The piercing die design of the dunnage backup plate, body now typical model The piercing die design of request, contents and direction.Pass the craft analysis, the craft project really settles, making sure the direction of The piercing die design, really settling to the blank product size, computing to the blanking pressure, compute the pressure center, choose the tonnage of the pressure machine and the pressure machine.This design made use of to hurtle foundation knowledge of blanking craft and The piercing die design. First, Analyzed the function request of the plank material, did preparation for the type that chooses to the die, is also convex, in the meantime, the material of punch and cavitydie had a basis.Analyze to hurtle a characteristic of cut the piece behind, make sure the molding tool design parameter, choose other spare partses and unload to anticipate device.Is also convex, the calculation of the cave mold size had a basis.Still there is spare parts to process a craft. The use of the design process and die stamping forming the basis of design knowledge and analysis of the first blanking of the stamping process, to determine blanking of the programme prepared for and then calculating punching power and size Die Cutting Edge, For selected press and determine the size and structure of parts of the last parts of the characteristics of the design parameters established mold, design features and pushing the select pieces of equipment.Blanking of the rules on the shape of the hole, in order to facilitate the processing punch punching, punching in the design of the punch designed as a step processing. To facilitate the removal of parts, the Vice-use flip-die structure, at the same time, in order to simplify the structure adopt a flexible mold push pieces of equipment.Keywords: The piercing die blank lagout punch cavitydie punch and die 河南机电高等专科学校毕业设计任务书系 部： 材 料 工 程 系 专 业： 模具设计与制造 学生姓名: 学 号: 设计题目： 支板冲压成形工艺及模具设计 起 迄 日 期: 2009 年 3 月 11 日 5 月15 日 指 导 教 师: 2009 年3月 11 日毕 业 设 计 任 务 书1本毕业设计课题来源及应达到的目的： 本设计的课题来自工厂的支板零件，通过对本制件的模具设计，应该熟悉冲压模设计的一般流程，要对冲压模模具结构有一定的了解。同时要熟练应用有关软件绘制模具的零件图。2本毕业设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：设计要求：（1）支板的结构工艺分析；（2）支板冲裁模的设计，绘制模具总装一张；（3）画出非标零件图；（4）编写设计说明书一份；（5）编制主要零件加工工艺过程卡。题目：支板冲压成形工艺及模具设计 原始资料情况：材料：20 料厚：0.8mm 生产批量：大批量所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系领导： 年 月 日河南机电高等专科学校毕业设计说明书参 考 文 献1 原红玲.冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社，2008.2 杨占尧.冲压模具图册M.北京：高等教育出版社，2008.3 寇世瑶.机械制图M.北京：高等教育出版社，2004.4 曹立文.新编使用冲压模具设计手册M.北京：人民邮电出版社，2007.5 王小彬.冲压工艺与模具设计M.北京：电子工业出版社，2006.6 陈于萍、高晓康.互换性与测量技术M.北京：高等教育出版社，2005.7 欧阳波仪.现代冷冲模设计M.北京：化学工业出版社，2006.8 李学锋.模具设计与制造实训教程M.北京：化学工业出版社，2004.9 徐德珠.机械工程材料M.北京：高等教育出版社，2001.10 翁其金.冷冲压技术M.北京：机械工业出版社，2000.11 王芳.冷冲压模具设计指导M.北京：机械工业出版社，1999.12 刘建超、张宝忠.冲压模具设计与制造M.北京：高教社出版，2006. 13 夏巨谌、李志刚.中国模具设计大典M.北京：高等教育出版社， 2004.46河南机电高等专科学校材料工程系模具设计与制造专业毕 业 实 习 报 告专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 成 绩： 2009年4月河南机电高等专科学校毕业设计说明书毕业设计题目：支板冲压成形工艺及模具设计 系 部 材料工程系 专 业 模具设计与制造 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2009年5月15日插图清单图1 冲压零件质量的影响因素1图2 工件图8图3 排样图11图4 压力中心17图5 落料凹模的结构简图24图6 冲孔凸模的结构形式 26图7 凸凹模的结构简图 28图8 固定挡料销的结构29图9 导料销的设计30插表清单表1 最小搭边值12表2 卸料力、推件力、顶件力系数15表3 较小间隙的冲裁模具初始双面间隙 18表4 简单形状冲裁件（圆形、方形件）冲裁时的凸、凹19表5 磨损系数x 20表6 机械加工工艺过程卡 37表7 机械加工工艺过程卡 39河南机电高等专科学校毕业设计说明书1 绪 论1.1冲压与冲压模具的概念冲压是塑性加工的基本方法之一。冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种冲压加工方法。由于冲压通常是在室温下进行加工，所以常常称为冷冲压；又由于它的加工材料主要是板料，所以又称为板料加工。冲压不但可以加工金属材料，还可以加工非金属材料。在冲压加工中，将材料加工成冲压零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具或冷冲模。冲压模具在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备，没有符合要求的冲压模具，冲压加工就无法进行；没有先进的冲压模具，先进的冲压工艺就无法实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压工艺，先进的模具，高效的冲压设备是必不可少的三要素，如图1所示：1.2冲压的特点及应用1.2.1冲压生产的特点与其它加工方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1)冲压件的质量稳定，尺寸精度高 由于冲压生产是有利于模具成形，模具制造精度高，故冲压件质量稳定，制件互换性好，尺寸精度高，一般情况下，冲压生产的尺寸精度可达到IT10IT14级，最高可达到IT16级，有的制件不需要再进行机械加工，便可满足装配和使用要求。（2）生产率高，成本低 冲压生产是利用冲压模具和冲压设备完成加工，其生产效率高，操作方便，易于实现机械化与自动化。对于普通压力机，每分钟可生产几件到几十件制件，高速压力机每分钟可生产数百件甚至上千件制件。冲压件质量轻，刚性好，强度高，冲压过程耗能少，中大批量生产时，成本较低。（3）材料利用率高 冲压生产是一种少，无切削加工的方法之一。冲压生产能实现少废料甚至饿无废料生产，在某些情况下，边角余料也可以充分利用（冲压小零件），因此，材料的利用率高，一般为70%85%。（4）易得到复杂制件 由于利用模具加工，所以可以获得用其他加工方法所不能或难以制造的形状复杂的零件。如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。冲压生产的缺点：（1）模具制造周期长，制造成本高，不适应与小件生产 冲压多采用机械压力机，由于滑块往复运动，手工操作时，劳动强度较大。易发生事故，故必须重视安全生产，安全管理和采取必要的安全技术措施。（2）冲压加工生产产生振动和噪音两种公害 这些问题并不完全是冲压本身带来的，主要是由于传统的的冲压设备落后造成的，随着科学技术的进步，这两种公害会得到一定程度的解决。1.2.2冲压生产的应用由于冲压生产存在着上述诸多优点，冲压加工的应用十分广泛，在汽车，拖拉机，机电，电器，仪表玩具以及日常生活用品的生产方面，都占十分重要的地位。不少过去用铸造，锻造，切削加工方法制造的零件，现在被刚度好，质量轻的冲压件代替。根据近年来的统计表明，在机电以及仪器，仪表生产中，有60%70%的零件是采用冲压工艺完成的。在汽车生产中大概有60%70%的零件数采用冲压工艺制成的，冲压生产所占的劳动量是整个汽车行业劳动量的25%30%.在电子产品中，冲压件所占的比例也相当大。人们日常生活中的金属制品，冲压件所占的比例更大，如：铝锅，不锈钢餐具等，随处都可看到冲压制品，因此，冲压技术应用非常广泛。学习，研究和发展冲压技术，对发展我国国民经济和加速现代化工业建设具有重要意义。3冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.3 冲压技术的现状及发展方向 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（FEM）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CAD/CAM/CAE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CAD/CAM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、CAD/CAM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“M-RPMS-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SSM和熔融挤压成形MEM）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CAD/CAM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97%；公称压力为250KN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，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。2 支板的工艺性分析工件名称：支板生产批量：大批量材料：20厚度：0.8mm工件简图见图2图2 工件图制件的总体分析该零件的外形复杂程度一般，是由圆弧和直线组成的。由于冲裁件的内外形所能达到的经济精度为IT11IT14级，孔中心与边缘的距离尺寸公差为0.5mm。将以上精度与零件的精度要求相比较，可得到该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其它尺寸标注，生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。工艺性：支板属于中等尺寸零件，料厚0.8mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求如图示，零件材料为20钢，是优质碳素结构钢，具有良好的塑性，市场上也容易得到这种材料，价格适中。因此零件外形可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性：7.5mm 的孔，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。此工件只有外形落料和冲孔两个工序。由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。3 工艺方案的确定支板零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。方案一：用简单模分两次加工，即先落料,后冲孔。采用单工序模生产。方案二：落料冲孔复合模。采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进模。采用级进模生产。 分析各方案的优缺点方案一：生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。该零件7.5的孔与外边缘之间的最小距离为3.75mm，大于此零件要求的最小壁厚（Lmin=2t=20.8=1.6mm），可以采用冲孔落料复合模或冲孔，落料级进模。复合模的行位精度和尺寸精度容易保证，且生产也高，尽管模具结构较复杂，但由于零件的几何形状复杂程度一般，所以模具的制造并不太困难；级进模的生产效率也高，但零件的冲裁精度稍差，预保证冲压件的行位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具的制造，安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的冲压生产采用方案二的复合模具为佳。4 主要工艺参数计算4.1排样的设计与计算设计复合模时，首先要设计条料排样图。排样是指冲裁件在条料，带料或板料的布置方式。合理的排样应在保证制件的质量，有利于简化模具的前提下，以最少的材料消耗，冲出最多数量的合格工序件。排样的原则：a提高材料利用率；b便于工人操作，减轻工人劳动强度；c使模具结构简单，模具寿命提高；d排样应保证冲裁件质量，不能只考虑材料的利用率，而不考虑冲裁件的性能。该零件具有T形的特点，直排时材料的利用率较低，采用直对排的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。此时虽然没有无废料排样材料的利用率高，但制件的精度可以得到保证。综上所述，支架的排样采用有废料排样的直对排。制件的排样图如图3所示： 图3 排样图4.1.1 确定搭边与搭肩值搭边的作用和影响因素作用：a补偿误差；b是凸凹模双边受力；c增加条料刚度，方便条料送进。影响因素：a材料的力学性能；b材料厚度；c冲裁件的形状和尺寸；d送料及挡料方式；e卸料方式。搭边和搭肩值一般是由经验确定的。查下表取最小搭边值为a=1.8mm和b=1.5mm 表1 最小搭边值材料厚度t圆形或圆角r2t的工件矩形边长L50mm的工件矩形边长L50mm或圆角r2t的工件工件间a侧面a工件间a侧面a工件间a侧面a0.251.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.04.1.2 计算送料步距和条料的宽度 条料宽度的计算：拟采用有侧压装置的送料方式，由 B=Dmax+2aC Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a侧搭边值 c导料板与最宽条料之间的间隙由表2.12查得C0.5 代入数据计算： B=40.5+21.8+2+7.5+0.5 =54.1mm导料板间距离的计算：由s=D+c,代入数据计算得：S=（45+2）mm=47mm 4.1.3计算材料的利用率根据一般的市场供应情况，原材料选用600mm20000.8mm的冷轧薄钢板，每块可见成60mm2000mm规格条料10条。材料的剪切利用率可达99%。计算冲压件的毛坯面积：经计算毛坯的面积为A =1080mm2一个步距的材料利用率：材料利用率的计算公式为 =nA/（BS）100%式中 A一个步距内零件的实际的面积，mm2; B一个步距内板料宽度，mm; L一个步距内板料长度， mm所以材料的利用率为 21080/（54.147）100%=84.9%4.2冲压力的计算并初步选取压力机的吨位4.2.1冲裁力的计算冲裁模设计时，为了合理的设计模具和选用冲压设备，必须合理的计算冲裁工艺力。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁工艺力，以适应冲裁间隙的要求。冲裁工艺力主要包括冲裁力F、卸料力F、推件力F和顶件力F。裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力F按下式计算： F=KLtb冲裁力公式为PP孔P落 式中P冲裁力P孔冲孔冲裁力P落落料冲裁力冲孔冲裁力P孔P孔Kt式中 K系数，查表取K1.3 冲孔周长，L23.6mm t材料厚度，t0.8mm 材料抗剪强度，MPa，查手册20钢440 MPa所以P孔Kt10799.4N 取P孔10.80kN 落料冲裁力P落 P落Kt式中 落料件外形周边尺寸 145.88mm 所以 P落KLt=66754.7N 取P落66.75kN4.2.2 卸料力、推件力及顶件了力的计算冲裁时，材料分离前存在着弹性变形，在冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，将落料件或冲孔废料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的料推出。卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的，所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑，影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。现在按照下面的经验公式计算：卸料力Px Px P落 式中Px卸料力 卸料系数，查表2取0.0250.06，取0.05所以Px3.34KN 推料力 P孔n式中推料系数,查表2取=0.05 n同时卡在凹模洞孔内的件数取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表2.21查得，h=5mm，则n=h/t=5mm/0.8=6个所以=3.24kN表2 卸料力、推件力、顶件力系数料厚/mmK卸K推K顶钢0.10.060.090.10.140.10.50.040.070.0650.080.52.50.0250.060.050.062.56.50.020.050.0450.056.50.0150.040.0250.03纯铜、黄铜0.020.060.030.09铝、铝合金0.030.080.030.074.2.3 总冲压力冲裁时,压力机的压力值必须大于或者等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的冲压力,总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同,当采用弹性卸料装置和下出件的模具时,总的冲压力为 =P+ Px+= P孔+P落+ Px+=10.8+66.75+3.34+3.24=84.13kN4.3 压力机的公称压力的确定为了保证压力足够，一般冲裁时压力机的吨位应比计算的冲裁力大30%左右，即P总=1.384.13kN=109.37kN初选开式可倾压力机参数压力机型号为JB23-16查手册选择压力机的主要技术参数如下：公称压力为：160kN 滑块行程 ：35mm 最大闭合高度：220 mm 闭合高度调节量：45mm (标准型)工作台尺寸(左右前后)：300mm450mm (标准型)工作台孔尺寸(左右前后)： 160mm240mm 210mm (标准型)立柱间距离(不小于)： 220mm 模柄孔尺寸(直径深度)： 40mm60mm 床身最大可倾角（）：35垫板尺寸：40mm4.4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和压力机滑块的中心线相重合。否则冲压时滑块会承受偏心载荷，导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。用解析法求模具的压力中心的坐标。按比例画出工件尺寸，选用坐标系XOY，如图4所示：图4 压力中心求出各段长度的重心位置：L1=45mm Y1=0mm X1=-0.5mmL2=7.5mm Y2=3.75mm X2=22mmL3=9.3mm Y3=7.5mm X3=18mmL4=24.15mm Y4=24mm X4=11mmL5=11.8mm Y5=37.8mm X5=0mmL6=24.15mm Y6=24mm x6=-11mmL7=9.3mm Y7=7.5mm X7=-18mmL8=7.5mm Y8=3.75mm X8=-23mmL9=23mm Y9=33mm X9=0mmXc=(L1X1+L2X2+LnXn)/(L1+L2+Ln)代入数据得： =（45（-0.5）+7.522+9.318+24.1511+11.80+24.15（-11）+9.3（-18）+7.5（-23）+230）/（45+7.5+9.3+24.15+11.8+24.15+9.3+7.5+23）=-0.19Yc=（L1Y1+L2Y2+LnYn）/（L1+L2+L内）代入数据得： =（450+7.53.75+9.37.5+24.1524+11.837.8+24.1524+9.37.5+7.53.75+2333）/（45+7.5+9.3+24.15+11.8+24.15+9.3+7.5+23）=16mm4.5 工作部分的尺寸计算4.5.1计算凸凹模工作部分的尺寸并确定其公差该零件属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落料获得，而中间的小孔尺寸则是由冲孔得到。查表3得间隙值：Zmin = 0.040mm，Zmax = 0.056mm表3 较小间隙的冲裁模具初始双面间隙材料厚度t/mm软铝纯铜、黄铜、软铜Wc=0.080.2%杜拉铜、中等硬钢Wc=0.30.4%硬钢Wc=0.50.6%ZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.60.0240.0360.0300.0420.0360.0480.0420.0540.70.0280.0420.0350.0490.0420.0560.0490.0530.80.0320.0480.0400.0560.0480.0640.0560.0720.90.0360.0540.0450.0630.0540.0720.0630.0811.00.0400.0600.0500.0700.0600.0800.0700.0901） 冲孔7.5mm凸，凹模刃口尺寸的计算由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制造凸模和凹模。其凸，凹模刃口尺寸计算如下：查表4得凸，凹模制造偏差：凸=0.020， 凹=0.020表4 简单形状冲裁件（圆形、方形件）冲裁时的凸、凹基本尺寸凸模公差凸凹模公差凹180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030801200.0250.035校核：Zmax Zmin =（ 0.056-0.040）mm=0.016mm，而凸+凹=0.040满足Zmax Zmin凸+凹的条件。查表5得：IT14级时磨损系数x=0.5表5 磨损系数x板料厚度非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.310.590.600.300.30冲孔时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸=(d+) 凹模尺寸=( + Zmin) 式中：-冲孔凸模刃口尺寸 -冲孔凹模刃口尺寸 d-冲孔件孔的最小极限尺寸，mm, Zmin双面间隙，mm工件公差，mm，x磨损系数， 凸模和凹模的制造公差，mm, d凸=（dmin+x）=（7.5+0.50.36）=7.68mm d凹=（d凸+ Zmin）=（7.68+0.040）=7.72mm4.5.2外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算 因此落料件为复杂的制件，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。 采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据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还是变小，还是不变这三种情况，然后分别按不同的计算公式计算。a、凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸A 第一类尺寸：Aj=(Amax-x)0+0.25 b、凹模磨损后会减小的尺寸-第二类尺寸B 第二类尺寸：Bj=(Bmax+x)0-0.25 c、凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸C 第三类尺寸：Cj=(Cmin+0.5)0.125工件图中未标注公差的尺寸，差相关资料得出其极限偏差：R7.5，7.5查表2.6地磨损系数为：当0.36时，X=0.5 当0.36时，X=0.75 第一类尺寸：磨损后增大的尺寸：A1=(Amaxx) 0+0.25=（7.50.750.1）=mmA2=(Amaxx) 0+0.25=(45-0.50.40)=44.8mmA2=(Amaxx) 0+0.25=（33-0.51.0）=32.5mmA2=(Amaxx) 0+0.25（22-0.50.40）=21.8mmA2=(Amaxx) 0+0.25（7.5-0.750.3）=7.275mm落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是7.452mm，44.8mm，32.5mm，21.8mm，7.275mm，必标注公差，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，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.040 。5 模具总体设计5.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用冲孔落料复合方式冲压，所以模具类型为复合模，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用倒装结构，即落料凹模安排在上模，凸凹模安排在下模部分5.2 定位方式的选择本制件是大批量生产，安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。由于制件的精度要求不高，制件的外形复杂程度一般，所以选用挡料销和导料板进定位和导向。5.3 导向方式的选择为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。采用手工送料方式，为了提高开敞性和导向均匀性，采用后角导柱模架。5.4 卸料方式的选择本模具采用倒装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为0.8mm，料厚比较薄，选用弹性卸料板来卸下条料废料。6 模具主要零部件的设计6.1工作零件的结构设计6.1.1 凹模的设计在本模具中采用螺钉和销钉将凹模直接固定在支撑件上,凹模刃口为直壁式 ,凹模采用销钉和螺钉固定时要保证螺钉(或沉孔)间、螺孔与销孔间及螺孔与凹模刃壁间的距离不能太近,否则会影响模具的寿命。凹模的外形有圆形与矩形两种。冲裁时凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用，凹模的外形尺寸应有足够的强度和刚度。由于受力情况比较复杂，目前凹模外形的尺寸还不能仅用理论的方法来确定。设计模具时，凹模外形尺寸是按照以下经验公式来确定的： 凹模的轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LB(长宽)及厚度尺寸H.从凹模刃口至外缘的最短距离称为凹模的壁厚c。 L=l+2c B=b+2c l沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离，mm； b沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离，mm； c凹模壁厚，mm，主要考虑布置螺钉与销钉的需要，同时也要保证凹模的强度和刚度。凹模厚度H=K1K2 F冲裁力，N;K1凹模材料修正系数，合金工具钢取K1=1,碳素工具钢K1=1.3;K2凹模刃口周边长度修正系数，经查相关资料得K2=1；代入数据经计算得H=28.9mm 凹模壁厚c=(1.52)H c=1.5H=1.528.9=43.3mm凹模外形尺寸的确定：凹模外形长度：L=(40.5+243.3)mm=127.2mm凹模外形宽度：B=（45+243.3）mm=131.6mm凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.72.0）dd 为螺孔的距离，由于凹模厚度为36mm, 所以根据查得螺孔选用4M12的螺钉螺孔到凹模外缘的最小距离a2=1.5r=1.56=9mm a3=1.13r7mm螺孔到销孔的距离一般取b2r,所以b应大于12mm。凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。凹模的长度选取要考虑以下因素：a)保证有足够的安装弹性卸料板的位置。b)便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。选取凹模边界为200mm160mm。凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为5862HRC。 图5 落料凹模的结构简图6.1.2 冲孔凸模的设计为了增加凸模的强度和刚度，凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级形式，又由于它的外形尺寸一般，所以选用B形与凸模。凸模固定板的厚度取28mm凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，设计该模具为冲孔落料复合模，采用刚性卸料板，其凸模长度用下列公式计算： L=h1+h2+h3+h式中 L凸模长度， mm h1凸模固定板高度，mm h2卸料板高度，mm h3导料板厚度，mm h附加高度，一般取1520mm冲裁7.5mm孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度） 凸模长度 L=28+10+4+16=58mmmm凸模强度校核 要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即校核公式为 式中P孔冲孔冲裁力,N, P孔=10800N Fmin凸模最小断面积，,Fmin=/4=44.16-凸模材料的许用压力，Mpa,如凸模材料选用Cr12，查手册=（1000160）Mpa,取=1200 Mpa 因为= 244.57Mpa 所以凸模强度符合要求。外形落料凸模、凹模各尺寸及其组件的确定和标准化（包括外形尺寸和厚度） 所以：L=28+10+0.8+1+15=54.8 mm凸模固定板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格查手册可得200mm160mm28mm 。冲孔凸模的结构简图如图6所示： 图6 冲孔凸模的结构形式6.1.3凸凹模的结构设计凸凹模是复合冲裁中的一个特殊零件，其内形刃口起冲孔凹模的作用，按凹模设计，其外形刃口其落料凸模作用，按凸模设计。内外缘之间的壁厚有冲裁件的形状和尺寸决定，从强度考虑，壁厚受最小壁厚限制。对于正装复合模，凸凹模装于上模，内孔不会积聚废料，胀力小，最小壁厚可小些；对于倒装复合模，若采用直壁式刃口形式，下出件时，孔内会集聚工件，最小壁厚要大些。本模具为复合冲裁模，除了冲孔凸模和落料凹模外，还有一个凸凹模。根据整体模具的设计需要，凸凹模的结构简图如图 所示。确定凸凹模安排在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。经校核凸凹模的强度能够满足要求。其凸凹模的结构简图如图7所示：图7 凸凹模的结构简图6.2定位零件的设计在本模具中采用的是条料，所以导料销，挡料销和始用挡料销作为定位装置，起导向同时起定位的作用。用挡料销和始用挡料销挡住搭边或冲件轮廓，以限定条料的送进距离。在本模具中试用固定挡料销，其结构简单、制造容易，在模具中广泛应用作定距装置。6.2.1 固定挡料销的设计与标准化 固定挡料销的设计根据标准件，选用此挡料销如图8图8固定挡料销的结构选用直径d=10mm，d1=4mm，h=3mm，L=13mm材料为45钢A型固定挡料销。6.2.2 导料销的设计与标准化挡料销一般有两个，设置在条料的同侧，条料沿两个导料销确定的直线送进。从右向左送料时，挡料销装在后侧；从前向后送料时，导料销装在左侧。固定导料销一般设计在凹模上。活动挡料销一般设在弹压卸料板上；导料螺钉一般设在固定板或下模座平面上。导料销的材料一般采用T7,T8，热处理硬度为4652HRC，粗糙度在1.6m以下，装配时采用H7/s6配合。经查有关资料可知，导料销的尺寸为：6mm8mm。图9导料销的设计6.2.3始用挡料销 由于该制件的排样图是直对排，需要掉头冲裁，为了可靠定位需要设计定位装置，经分析可知可以采用始用挡料销进行掉头冲的首次冲裁，以后各次使用挡料销定位。根据条料的料尾尺寸及凹模L=200， t=0.8mm。根据GB2866.1-81选取始用挡料销规格长L=70mm,厚度H=12mm的始用挡料销装置,规格为:始用挡料销: 始用挡料块80mm12mm GB2866.1-81 弹簧1.0qmm10mm20mm GB2089-81 弹簧芯柱8mm18mm JB/T7649.2-1994材料:块根据资料,选取材料为45钢,弹簧芯柱根据GB700-79为Q235. 热处理: 块硬度4348HRC. 6.3 导向装置的设计导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大，零件的要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置，本模具中应用导柱导套装置来完成导向6.4 卸料装置的设计本模具设计为以导料销为送进导向的冲模中使用的刚性卸料装置。弹簧的选用：弹簧属于标准件设单个弹簧所承受的负荷为已知卸料力=3.34KN=3340N设卸料弹簧个数为n=4个所以=835N根据的大小，从标准中初选弹簧规格为60 mm6mm70mm式中 Lo弹簧的最大压缩量，mm h1卸料板高除凸模端面的高度，一般为1mm； h2凸模进入凹模的深度，一般为0.51mm； h3凸模的总修模量，一般为410mm代入数据计算得：Lo=（1+1+10+0.8）mm=12.8mm计算预选的弹簧在预压力Fo作用下的预压缩量Ho，其公式为：Ho=（Fo/F2）Lo式中Fo弹簧预压力。N； F2弹簧的最大工作负荷，N；代入数据得：式中 Ho 弹簧的实际工作压缩量，mm； H o弹簧预压缩量，mm； H-卸料板的工作行程，一般为H=t+0.5，t为板料厚度，mm；H-凸模刃磨量和调整量，可取510mm；代入数据得：Ho=（6.2+1.3+5）mm=12.5mm由Lo=12.8mm12.5mm=Ho所以该弹簧满足使用要求。6.5 连接与固定装置的设计6.5.1模柄的设计本模具属于中小型模具,采用模柄将上模固定在压力机的滑块上。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是:一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合,安装可靠；二要与上模正确而可靠的连接。在本模具中选用压入式模柄，通过凸缘与上模座连接并加止转销防止转动。这种模柄可较好的保证轴线与上模座轴线垂直,适用与各种中、小型模具。模柄材料通常采用Q235或Q275钢,在此选用Q235钢.其支撑面应垂直于模柄的轴线(垂直度不应超过0.02:100)。模柄在本模具选用标准尺寸，并根据前文压力机的参数确定模柄的直径和长度。其具体参数如下：d=400.050mm， L=79mm。6.5.2 固定板的设计将凸模或凹模按一定相对的位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座或下模座上。在本模具中只有凸模需要由固定板来固定。固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍,其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同,需考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸凹模安装孔与凸凹模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸凹模端面和固定板一起磨平。现选用标准凸模固定板尺寸为: 200mm160mm28mm固定板材料一般采用Q235或45钢，本模具选用材料Q235。6.5.3 垫板的设计垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座承受的单位压力，防止模座被压出凹坑，影响凸模的正常工作。模具中最为常见的凸模垫板，模具是否加装垫板，要根据模座所受的压力大小进行判断，若模座所受单位压力大于模座的材料的许用压应力，则需加垫板。据前述计算可知需要加工垫板。垫板的外形尺寸可与固定板相同，其厚度一般取310mm。垫板材料为45钢，淬火硬度为4348JRC。垫板上，下表面应磨平，以保证平行度要求。为了便于模具装配，垫板上的销钉通孔直径可比销钉直径增大0.310.5mm。垫板的外形尺寸和固定板相同，厚度取10mm。所以垫板的外形尺寸为：200mm160mm10mm6.5.4 螺钉与销钉的设计模具上常用的紧固零件是螺钉和销钉，螺钉和销钉都是标准件，设计模具是按标准选用即可。螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉，螺钉、销钉规格根据冲压力的大小、凹模厚度等确定。所以螺钉的规格选用M12，在根据实际要求,查标准选用GB 70-85 M12；销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格,因此根据标准选用GB 119-86 A12, 根据有关资料,可选取材料为45钢.根据定位方式及坯料的形状与尺寸,选用合适的标准定位零件.6.5.5 卸料板的设计卸料板的边界尺寸和固定板相同，选用材料为45钢，厚度为10mm.因此卸料板的标准尺寸为：200mm160mm10mm6.6 模架及组成零件的确定6.6.1 模架的选用本模具选用由上模座,下模座,导柱,导套组成导柱模模架及其零件已经标准化，在此选用后侧导柱模架。6.6.2 模座的确定本模中具选用标准模架，因在前述中确定了凹模尺寸为125100 16 ，根据标准确定下模座尺寸为: 25025050 . 上模座尺寸为: 25025045 .导柱d/mmL/mm为32mm190mm，导套d/mmL/mm为32mm105mm43mm。7压力机有关参数的校核及模具闭合高度 (1).公称压力 根据公称压力的选取压力机型号为JB23-16,它的压力为160KN109.37KN,所以压力得以校核;(2).滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=0.8,凸模冲入凹模的最大深度4mm,即S1=(0.8+12+4)mm=16.8mmS=55mm,所以得以校核.(3).行和次数 行程次数为45/min.因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核.满足使用要求。(4)工作台面的尺寸 根据下模座LB=250mm16