花孔垫圈冲压模具设计【含6张CAD图纸+PDF图】
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花孔垫圈冲压模具设计摘 要从工件的结构分析，工件外形结构为圆形，内轮廓结构为圆弧过渡相切，工件内外轮廓均为对称结构。模具的设计从工件结构出发，进步了确定模具制造精度等级，从而确定模具结构的类型，从实际生产的角度出发，为了节省模具制造成本，提高生产效率，保证工件的生产精度，工件冲孔落料冲模设计的复合模冲裁模设计的复合模。在模具设计中主要找到未标注公差的公差，根据尺寸公差来确定模具的制造精度，经过多次工艺方案分析后，确定模具的结构和类型，然后计算模具的闭合高度、凸模高度、中心压力、模具总压力，根据总冲压力冲压设备的选择；所有设计确定后开始绘制模具和装配图、零件图纸、编制技术要求。关键词：复合模具，冲裁力，花孔垫圈，冲裁间隙，压力中心目 录1 前言11.1冷冲压模具概述和发展12 冲压件工艺分析22.1 工件材料分析22.2 工件结构形状分析22.3 尺寸精度33 冲压工艺方案确定43.1 冲裁工艺方案的确定43.2 冲裁工艺方法的选择44 模具总体结构54.1 模具类型的选择54.2 定位方式的选择54.3 送料方式的确定54.4 出件方式的确定54.5模架结构和导向装置的选择55 工艺参数计算75.1 排样方式的选择75.1.1 搭边值的确定85.1.2 材料利用率的计算105.2 冲压力的计算105.2.1 冲裁力的计算105.2.2 卸料力计算115.2.3 总冲压力的计算115.2.4 初选压力机115.2.5 压力中心的确定126 刃口尺寸的计算136.1 冲裁间隙的确定136.2 刃口尺寸的计算及依据与法则147 主要零部件设计187.1 凹模设计187.1.1 凹模刃口结构形式的选择187.1.2 凹模精度与材料的确定187.1.3 凹模外形尺寸的确定187.2 凸模的设计207.2.1 凸模结构的确定207.2.2 凸模高度、长度的确定217.2.3 凸模材料的确定217.2.4 凸模精度的确定227.3 卸料装置的设计227.3.1 卸料板的外形设计227.3.2 卸料板材料的选择237.3.3 卸料板的结构设计237.3.4 卸料板整体精度的确定237.3.5 卸料元件的设计237.3.6 卸料螺钉的选用237.4 凸模固定板的设计247.5 导向零件的设计247.6 模柄的选用267.7 螺钉的选用268 冲压设备的校核与选定288.1 冲压设备的校核288.2 冲压设备的选用288.3压力机的选择28结 论29致 谢30参考文献311 前言1.1冷冲压模具概述和发展目前，模具生产企业主要集中于沿海地区的民营企业和北方国家企业，从目前的的制造水平来看，冷冲压模具生产的产品尺寸精度可以精确到0.02mm，模具的最快运行速度可达到400次/min，同时常使用的模具制造设备有线切割快走丝、线切割慢走丝、高精度磨床（工艺磨床）、电脉冲、电火花穿孔机、车床、铣床、刨床、钻床等加工设备，但因高精度的加工设备昂贵，其模具的制造成本较高，例如线切割慢走丝和工艺磨床，所以许多中小企业使用其他低精度的设备来代替价格昂贵的设备，节约模具制造成本，但模具的制造精度随之变低，生产效率变低，人工生产成本变高，企业的业务逐渐的变少，这也是目前国内中小企业面临的困境，特别是沿海地区。从古代模具的使用至今，模具行业发展突飞猛进，发生了很多变化，随着数控设备的投入生产，模具的生产精度变高，对设计师的经验水平要求也在变高，在许多大企业已经使用了数控压力机和气动自动送料，代替了以前的模内自动送料方式，其优点在于模外自动送料装置具有通用性，送料稳定，送料步距精准且可以调节，其价格也比较便宜，目前在国内只有大企业和少部分的中小企业使用这类似的生产方式，从模具的结构看，现在的模具设计师均以节约模具制造成本的角度出发，为公司节约制造成本许多模具的结构变化很少使用的模具材料性能差，虽然模具的设计与制造成本变低了，但是模具的生产精度依旧无法变高，模具的性能不高，模具使用寿命短，模具的磨损速度快，降低了产品生产效率，且可以采用自动化生产的依然都在使用人工操作，虽然自动化设备的价格比较昂贵，但是生产效率高，减少人工成本，提高模具性能和使用寿命，增加了产品的生产精度，同时也扩大了公司的业务。2 冲压件工艺分析图2-1 工件尺寸图工件名称：花孔垫圈； 工件简图：如图2-1；生产批量：大量；材料：08钢；材料厚度：0.8mm；精度等级：IT9。工件表面质量：工件表面无毛刺、压痕、油污等不良缺陷。2.1 工件材料分析材料名称：普通碳素钢；材料牌号：08钢；材料状态：已退火；抗剪强度：260-360Mpa；抗拉强度：330-450Mpa；屈服点：200Mpa；伸长率：32%2.2 工件结构形状分析冲裁件为冲孔落料件，材料厚度为0.8mm，工件外形为圆形，其直径为60mm，工件内轮廓为圆弧相切过渡，工件结构具备对称性，结合工件的生产批量，模具设计前应该分析凸凹模工作零件刃口的使用寿命和耐疲劳和耐磨损程度，选取相应的模具模材料。2.3 尺寸精度根据工件技术要求注明未标注的尺寸公差按照IT9计算，所以通过查表2-1常用公差等级表得600-0.074mm，R5.530+0.048mm，R2.50+0.04mm，模具设计的相关尺寸按照工件的公差等级来确定，一般无明确要求的情况下模具设计制造的公差等级大于工件的2到3个公差等级。表2-1 常见零件公差等级表公差等级IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14尺寸/mm/m/mm33661010181830305050808012012018034456781012456891113151868991316192225101215182125303540141822273339465463253036435262748710040485870841001201401606075901101301601902202500.100.120.150.180.210.250.300.350.400.140.180.220.270.330.390.460.540.630.250.300.360.430.520.620.740.871.003 冲压工艺方案确定3.1 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案从尺寸精度、图纸技术要求、工件外观质量、工件材料力学性能及生产批量开始，在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案，工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。3.2 冲裁工艺方法的选择冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种其三种工序的性能见表3-1。单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模；复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。表3-1 单工序冲裁、级进冲裁和冷冲冲裁性能比较项目单工序模复合冷冲模级进模生产批量小批量中批量和大批量中批量和大批量冲压精度较低较高较高冲压生产率低，压力机一次行程内只能完成一个工序较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序高，压力机在一次行程内能完成多个工序实现操作机械化自动化的可能性较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作容易，尤其适应于单机上实现自动化生产通用性通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产通用性较差，仅适合于大批量生产通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产冲模制造的复杂性和价格结构简单，制造周期短，价格低冲裁较复杂零件时，比级进模低冲裁较简单零件时低于冷冲模因为该冲裁件的精度要求满足IT9级即可，并且要有很高的生产率和安全的操作过程，由于工件的工艺性质和形状结构简单，为了提高生产效率和尺寸精度，采用复合冲裁即可达到要求。4 模具总体结构4.1 模具类型的选择在上述的工艺分析方案中确定使用复合冲裁模具，复合模具可分为正装复合模具和倒装复合模具，为了方便安全送料操作，冲裁件模具设计采用的是倒装结构的复合模具。4.2 定位方式的选择在复合冲裁模具设计时，因冲孔落料工艺同时完成，所以不需要再设计精确地导正定位装置，为了方便生产中送料和精准的确定步距，在模具送料方向上设计挡料销，两侧根据材料宽度设计两个导料销，在实际生产加工时，只需要将条料靠注挡料销和导料销，方可精确地定位。4.3 送料方式的确定因复合冲裁模具对冲压设备的要求不高，因工件材料厚度为0.8mm，条料通常为板材，为了进一步的提高经济效益，冲裁件的生产加工将采用手工送料的方式。4.4 出件方式的确定复合模具大致可分为倒装复合模具和正装复合模具，倒装复合模具是将落料凹模设计在上模部分，正装复合模具是将落料凹模设计在模具的下模部分，但由于工件所需要冲孔较多，为了方便冲孔废料方便从下模落出，模具将设计成倒装复合模具，当模具完成一次冲裁周期的时候，冲孔废料由下模落出，成品件在上模推件块推力的作用下将工件从上模的落料凹模中推出。4.5模架结构和导向装置的选择模架的外形尺寸主要由凹模尺寸决定，根据模具结构、且对于此副模具的话，主要有落料的凹模来确定长以及宽，模具的闭合高度则有设计的上模，下模，以及模具的一些配件来决定，对于此复合模，应该先考虑他的闭合高度，其次才是它的宽度和长度，所以要合理选择模架，就有必要考虑它的工作零件以及配件的合理高度，这样才能合理的选择模架，模架结构可分为：对角导柱模架由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。后侧导柱模架由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。四导柱模架具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。中间导柱模架，导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高生产效率，模具寿命和工件质量以及工件尺寸精度，采用中间式导柱模架，模具导向性能好，精度高。5 工艺参数计算5.1 排样方式的选择冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排 ，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。因此考虑以下三种方案：方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。为了综合考虑排样条料的强度，决定采用有废料的排样方案。图5-1 排样示意图5.1.1 搭边值的确定排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验和查表来确定的，该制件的搭边值采用查表5-1取得。如表5-1所示：根据此表和工件外形可知r2t，可确定搭边值a和a1，a的最小值取1.0，a1最小值取1.2mm。表5-1 搭边a和a1数值（低碳钢） （mm） 材料厚度t/mm圆件或圆角r2t的工件矩形件边长L50mm工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.25以下1.82.02.22.50.25-0.51.21.51.82.00.5-0.81.01.21.51.80.8-1.20.81.01.21.51.2-1.61.01.21.51.81.6-2.01.21.51.82.52.0-2.51.51.82.02.22.5-3.01.82.22.22.53.0-3.52.22.52.52.83.5-4.02.52.82.53.24.0-5.03.03.53.54.0根据模具的结构不同，可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具，侧压装置的作用是用于压紧送进模具的条料（从料带侧面压紧），使条料不至于侧向窜动，以利于稳定地加工生产。侧压装置适用于工件材料厚度较小的模具，在这次工件的模具设计中，工件材料厚度0.8mm，无需测压装置，只需导料板横向导料即可。故按公式5-1计算： B=（Dmax+2a1+C） （5-1） 式中：B-条料宽度； Dmax-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a1-侧搭边值，可参考表5-1； -条料宽度的单向（负向）偏差，见表5-2； C-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表5-3。 表5-2 剪料公差及条料与导料板之间隙 （mm）条料宽度B/mm材料厚度t/mm0112233550501001001501502202203000.40.50.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3 表5-3 有侧压装置和无侧压装置对照表 （mm）材料厚度t（mm）无侧压装置有侧压装置条料宽度B（mm）10010020020030010010000.50.51122334450.50.50.50.50.50.50.51111111111555555888888所以根据以上理论数据由公式5-1得出条料宽度为： B=（Dmax+2a1+C）=60+1.2+1.2+0.5=62.45-00.6方便模具设计和条料的采购，条料宽度通常取整数值，所以材料厚度取值为63mm。5.1.2 材料利用率的计算关于材料利用率，可用公式5-2表示： =A/BS100% （5-2）式中， A-一个步距内冲裁件的实际面；B-条料宽度； S-步距。由图5-1、图5-2和公式5-2得： A=2356.9mm2 =A/BS100% =2356.9（6361.5）100%60.8%5.2 冲压力的计算5.2.1 冲裁力的计算 计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F一般可以按公式5-3计算：F冲=KtL （5-3） 式中， -材料抗剪强度，（MPa）； L-冲裁周边总长（mm）； t-材料厚度（mm）；K-系数值通常取1.3。 冲裁周边的总长（mm） 冲裁总周长为： L=141.3mm落料冲裁力由公式5-3得： F冲=KtL =1.30.8281.7360 =105.5KN5.2.2 卸料力计算当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上，从凸模上卸下材料所需的力，称为卸料力：卸料力计算公式如下： F卸= K卸 F冲 （5-5）式中， F卸-卸料力；F冲-冲裁力；K卸-卸料力系数，见表5-4； 表5-5 卸料力、推件力和顶件力系数 （mm） 料厚/mmK卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 K卸卸料力系数通过查表5-4确定，卸料力系数取K卸0.04，由公式5-5得： F卸= K卸 F冲 =0.05105.5 5.3KN5.2.3 总冲压力的计算由于冲裁模具采用弹压卸料装置，固总的冲压力包括： F= F冲+F卸 （5-6） =105.5+5.3 =110.8KN5.2.4 初选压力机压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母C，其操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000KW。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高。考虑到经济性能、加工要求和操作方便在此选开式压力机。根据以上计算数值，查下表5-6初选压力机为J23-16型压力机。5.2.5 压力中心的确定模具压力中心是指冲压时多个冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 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。（2）工件形状相同且分布位置对称时，压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置（X0，Y0），即为所求模具的压力中心。该件的压力中心计算如下：X0（L1X1+L2X2+L nXn）（L1+L2+Ln） （5-6） Y0（L 1Y1+ L 2Y2+L nYn）（L 1+ L 2+L n） （5-7） 式中：X0-压力中心的横坐标； Y0-压力中心的纵坐标； L-冲裁件轮廓尺寸； X-各线段重心的横坐标； Y-各线段重心的纵坐标。分析本制件图，外轮轴对称好中心对称，所以模具压力中心为工件的几何中心。 6 刃口尺寸的计算6.1 冲裁间隙的确定冲裁间隙是冲裁工艺与冲裁模具设计的一个重要工艺参数，对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大的影响。冲裁间隙还影响着冲裁件的尺寸精度。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。间隙过大，会使落料件尺寸小于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸，冲裁力也会慢慢下降，卸料力、推件力或顶件力都将随之下降。间隙过小，会使落料件尺寸大于凸凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸，冲裁力也会增大，会使模具刃口磨损加剧，还会产生凸凹模胀裂，小凸模折断，凸模和凸凹模相互啃刃等异常损坏。由此可见，我们在确定冲裁间隙时，一定要有一个合理的范围作为间隙值，当然我们在设计时要采用最小合理间隙。由表6-1可知，Zmin=0.072mm， Zmax=0.104mm。图6-1 冲裁间隙 表6-1 部分冲裁模初始双边间隙值 材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙(或无间隙)0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.10.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1266.2 刃口尺寸的计算及依据与法则冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理间隙也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。其计算方法是： （1）因为冲出的孔，落下的料都有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模刃口尺寸，而冲孔的小端尺寸等于凸模刃口尺寸。 （2）在测量与使用中，冲孔能测量到小端尺寸，落料件能测量大端尺寸。 （3）从产品的使用性能看，孔必须控制最小端尺寸，落料的外形尺寸要控制最大端尺寸。 （4）凸、凹模的设计原则 冲孔时，设计计算以凸模为准，间隙放大在凹模刃口上。 落料时，设计计算以凹模为准，间隙缩小在凸模刃口上。（5）考虑磨损（名义尺寸）冲孔时，凹模越磨越小，凸模设计应取制件尺寸公差范围内移大尺寸。落料时，凹模越磨越大，凹模设计应取制件尺寸公差范围内移小尺寸。 （6）凸、凹模刃口的制造公差制件上未注公差，非圆形件按级精度，模具比其高2-3精度即级，凸模和凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，有分开加工和配合加工，分开加工是指凸模和凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保证。其可以凸、凹模具有互换性，便于成批制造，但受冲裁间隙的限制，要求凸、凹模的制造公差较小，主要适用于简单规则形状（圆形、方形或矩形）的冲件。配合加工是指先按图样设计制造其中一件（冲孔先做好凸模，落料先做好凹模），再以此件做为基准件，以基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙，图纸上只要在基准件上标注尺寸和公差，根据公式6-1得： 凸凹ZmaxZmin （6-1）所以，新制造的模具应该保证凸凹ZminZmax，否则，模具的初始间隙已超过了允许的变动范围ZminZmax，影响模具使用寿命。本套模具采用分别加工法进行加工。分开加工时计算公式如下：冲孔凸模尺寸： （6-2）冲孔凹模尺寸： （6-3）落料凸模寸： （6-4）落料凹模尺寸： （6-5）孔距尺寸： （6-6）其中： ，-分别为落料凸、凹模基本尺寸； ，-分别为冲孔凸、凹模基本尺寸； -冲孔件孔的最小极限尺寸； -落料件最大极限尺寸； ，-分别为凹模上偏差，可按IT7，凸模下偏差，可按IT6； -制造公差； -磨损系数，其值在0.51之间。该制件的最小双边间隙为Zmin=0.072mm，最大双边间隙Zmax=0.104mm。则有Zmax- Zmin=0.032。工件内外形尺寸600-0.074mm，R5.530+0.048mm，R2.50+0.04mm，290+0.045mm，查表6-3得x为0.5。冲孔凸模根据公式6-2有： d凸1=（R5.53+0.50. 048）0-0.02=5.5540-0.02 mmd凸2=（R 2.5+0.50.04）0-0.02=R2.520-0.02 mmd凸3=（29+0.50.045）0-0.02=29.020-0.02 mm冲孔凹模根据公式6-3有： d凹1=（R5.53+0.50. 048+0.032）0+0.02=R5.5860+0.02 mmd凹2=（R 2.5+0.50.04+0.032）0+0.02= R2.5520+0.02 mm 落料凸模根据公式6-4有： D凸1=（60-0.50.074-0.032）0-0.02= 59.93.0-0.02 mm落料根据公式6-5有： D凹1=（60-0.50.074）0+0.02= 59.960+0.02mm表6-2 简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模制造偏差 (mm)公称尺寸凸模偏差凸凹模偏差凹公称尺寸凸模偏差凸凹模偏差凹1818303080801201201800.0200.0200.0200.0250.0300.0200.0250.0300.0350.0401802602603603605005000.0300.0350.0400.0500.0450.0500.0600.070 表6-3 磨损系数 （mm）材料厚度工件公差1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30磨损系数非圆形x值圆形x值10.750.50.750.5 （a）落料 （b）冲孔图图6-2 工作零件刃口尺寸7 主要零部件设计虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度有很多不同的，但组成模具的零件种类可以说是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可将他分为非标准件和标准件两类。7.1 凹模设计7.1.1 凹模刃口结构形式的选择冲裁凹模刃口形式有直筒式和凸台两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，所以采用刃口为凸台式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变，装配如图7-1所示。图7-1 凹模装配简图7.1.2 凹模精度与材料的确定根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为IT12级，内型腔精度为IT12级，表面粗糙度为Ra3.2um，上下平面的平行度为0.02，材料选Cr12MoV。7.1.3 凹模外形尺寸的确定凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，如图7-1所示。凹模各尺寸计算公式如下： 凹模边壁厚 H=Kb1 （7-1） 凹模边壁厚 c=（1.52）H （7-2） 凹模板边长 L=b1+2c （7-3） 凹模板边宽 B=b2+2c （7-4）式中：b1-冲裁件的横向最大外形尺寸；b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸；K-系数，考虑板料厚度的影响，查表7-1。表7-1 系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22查表7-1得： K=0.3根据公式7-1可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H= Kb1=0.460=24mm根据公式7-2可计算凹模边壁厚： C=（1.52）H =1.524224 =3648（mm）取凹模边壁厚为40mm。根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。根据公式7-3可计算凹模长：L=b1+2c =60+240 =140mm根据公式7-4可计算凹模宽： B=b2+2c =60+240 =140mm 很据工件的棑样设计的步距，模具安装的紧固零件，凹模周界尺寸取值为为140mm140mm25mm。图7-3 凹模简图7.2 凸模的设计7.2.1 凸模结构的确定凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该工件形状复杂，所以将落料凸模模设计成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，内轮廓孔的凸模设计成台阶式，固定于凸模固定板，凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。7.2.2 凸模高度、长度的确定因为该制件形状不是很复杂，所以将冲孔模设计成台阶式凸模。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模与附加长度的总和，如图7-3所示。图7-4 凸模高度尺寸凸模高度为： L=h1+h2 （7-5） 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=20mm； h2-凹模厚度，可得：h2=25mm；由以上可得凸模简图如图7-4所示：图7-5 凸模简图7.2.3 凸模材料的确定该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以凸模的材料应选Cr12MoV，热处理5862HRC。7.2.4 凸模精度的确定根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用IT10级，表面粗糙度Ra为0.8um，同轴度为0.02。7.3 卸料装置的设计7.3.1 卸料板的外形设计卸料装置分为弹性卸料和刚性卸料，弹性卸料工作原理如图7-6所示，当模具上模上下移动，带动卸料弹簧的压缩和伸张，凸模相对于卸料板上下移动，使夹在凸模上的条料在卸料板的阻力下完成卸料过程，弹性卸料比较力稳定，适合用于工件材料厚度较小的模具。刚性卸料工作原理是当模具完成冲裁打开时，夹在凸模上的条料随着凸模往上移动，与固定于凹模板上的卸料板碰撞，使条料与凸模分离，达到卸料的目的，刚性卸料版卸料力较大，适合用于大型模具和工件材料厚度较大的模具。结合工件的尺寸、材料厚度、模具总体尺寸选择弹性卸料装置。 采用卸料板进行卸料。卸料板不仅有卸料作用，还具有用凹模导向，对凹模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的间隙值由表7-3确定，取0.15mm。卸料板的厚度查表7-4，卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸200mm200mm18mm，从而可以确定卸料板的尺寸。查表7-4，卸料板的厚度为12mm。表7-3 卸料板与凸凹模间隙值材料厚度t/mm0.50.511单边间隙Z/mm0.050.10.15表7-4 固定卸料板厚度冲件厚度t卸料板宽度505080801251252002000.866810120.81.5681012141.538101214167.3.2 卸料板材料的选择卸料板主要是起卸料的作用，对它的强度和硬度要求较高，所以材料选择是Cr12MoV，淬火硬度58-62HRC，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。7.3.3 卸料板的结构设计卸料板与凸凹模应该是间隙配合，要保证单边间隙为0.015mm。模具采用的是弹压卸料板和卸料螺钉进行卸料。六个卸料螺钉对称分布，使每个卸料螺钉受力均匀，如图7-6所示。图7-6卸料板的结构件图7.3.4 卸料板整体精度的确定卸料板外轮廓的精度要求不高，所以选取IT14级，上下平面粗糙度0.8um；而内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取IT10级，其余粗糙度Ra为1.25um。7.3.5 卸料元件的设计在冲裁模卸料与出件装置中，常用的元件是弹簧和橡胶，考虑模具的结构，该模具采用的弹性元件为橡胶。橡胶允许承受的负载较大，占据空间尺寸较小，安装调整较方便灵活，而且成本低，是中小型冲模中弹性卸料、顶件及压边装置常用的弹性元件。7.3.6 卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，按表7-5选取螺钉8其公称直径为8，螺纹部分为M815。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。表7-5 卸料螺钉的选用凹模厚/mm1313191925253235螺钉规格/mmM4， M5M5，M6M6，M8M8，M10M10，M127.4 凸模固定板的设计凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6，如图7-7所示。图7-7凸模固定板装配结构凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.61倍，根据凸模尺寸大小取值。则凸模固定板的厚度： H凸固=（0.61）H凹 （7-7）式中： H凸固-凸模固定板厚度；H凹-凹模厚度。根据公式7-7得凸模固定板厚度为： H凸固=（0.61）H凹= 1220（mm） 凸模固定板厚度取20mm。7.5 导向零件的设计 本模具采用中间导柱结构，导柱导套组建采用的是滑动导向方式，其磨损系数小，保证导向垂直度，同轴度精度高，导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离5mm。下模座底面与导柱底面的距离为14mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用H7/r6的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用H7/r6的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/r6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳深度0.81.2mm，淬硬5862HRC。导柱与导套的结构、尺寸一般都是直接由标准中选取，在选用时导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于（1015）mm。在最高工作位置时，导柱上端面与导套的下端面的距离不小于（1020）mm。 图7-8 导柱和导套结构简图表7-6 导柱、导套配合间隙配合形式导柱直径模架精度等级配合后的过盈量I级II级配合间隙值滑动配合180.010 0.01518300.0110.0173050 0.014 0.0215080 0.0160.025滚动配合18350.010.02模座的的尺寸L/mmB/mm250mm230mm,上模座的厚度与下模座厚度查标准分别为40mm。7.6 模柄的选用模柄的作用是将上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有：（1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。（2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。（3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，拧入防转螺钉紧固，垂直度较差，主要用于小型模具。（4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与较大的模具。（5）浮动式模柄，它由模柄、球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过球面垫块消除冲床导轨位差对冲模导向精度的影响，适用于滚珠导柱、导套导向的紧密冲裁。综合以上，本模具模柄选用：A32 GB/T7646.
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