小孔E形硅钢片冲压工艺及级进模设计-冲压模具【含12张CAD图纸+文档全套资料】
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目录1设计课题要达到的设计目的12调研结论22.1 工件材料分析22.2 工件结构形状分析32.3 尺寸精度33 冲压工艺方案设计53.1 冲裁工艺方案的确定53.2 冲裁工艺方法的选择53.3 工艺性分析54 模具总体结构64.1 定位方式的选择64.2 送料方式的确定64.3模架结构和导向装置的选择65 工艺参数计算75.1 排样方式的选择75.1.2搭边值的确定：85.1.2送料步距与条料宽度：85.1.3材料利用率的计算95.2 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125.2.4 初选压力机125.2.5 压力中心的确定126 刃口尺寸的计算146.1 冲裁间隙的确定146.2 刃口尺寸的计算及依据与法则157 主要零部件设计197.1 凹模设计197.1.1 凹模刃口结构形式的选择197.1.2 凹模精度与材料的确定197.1.3 凹模外形尺寸的确定207.2 凸模的设计217.2.1 凸模结构的确定217.2.2 凸模高度、长度的确定217.2.3 凸模材料的确定227.2.4 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 弹性元件的设计237.4 凸模固定板的设计237.5 导向零件及模架的选用的设计247.6 模柄的选用258 冲压设备的校核与选定268.1 冲压设备的校核268.2压力机型号规格269结 论27参考文献28致 谢29 301设计课题要达到的设计目的本课题所用零件来自企业实际生产的工件，主要研究的是级进模的设计，熟练掌握级进模具的结构和运动原理。级进模具是在冲压过程中条料始终向一个方向运动，在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。级进模冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。通过E字硅钢片冲压模具设计的冲压模具设计，能熟练使用PROE、CAD等绘图软件，并且可以进行模具各个部件的设计及强度校核，同时掌握基本的冲压模具设计的知识，了解模具设计的整个过程，在结构设计、工艺分析、模具数字化设计等方面得到综合训练。硅钢片的应用广泛、结构较简单且典型。并且随着冲压制品在机械、电子、交通、建筑、国防、农业等各行业广泛应用，对冲压模具的需求日益增加，冲压模具在经济中的重要性日益突出，因此，研究冲压模具对了解冲压产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具。冲压模具是一种特殊的工艺装备,与冲压件有“一模一样”的关系,且没有通用性，是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，其功能和作用、设计与制造方法和手法决定了冲压模具是技术密集、高附加值型产品。冲压成形加工特点：低耗、高效、低成本、“一模一样”、质量稳定、高一致性，可加工薄壁、复杂零件，板材有良好的冲压成形性能，但是模具成本高，所以冲压成形适宜批量生产。冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法，采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和材料，成本底等一系列的优点，模具成形已经成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。 一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品开发和旧产品更新，影响着产品质量和经济效益的提高。我国为了优先发展模具工业，制定了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。2调研结论图2-1 工件尺寸图工件名称：小孔硅钢片； 工件简图：如图2-1；生产批量：大批量；材料：D21；材料厚度：0.5mm；精度等级：IT14。工件表面质量：工件表面无毛刺、压痕、拉裂、油污等不良现象2.1 工件材料分析材料名称：硅钢板；材料牌号：D21；材料状态：已退火；抗剪强度：140Mpa；抗拉强度：230Mpa；伸长率：26%。硅钢片，英文名称是siliconsteelsheets，它是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为0.54.5。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效。硅钢片主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。世界硅钢片产量约占钢材总量的1%。对硅钢性能的要求主要是：铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号，铁损愈低，牌号愈高。较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数。冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要。表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。基本无磁时效。2.2 工件结构形状分析（1）冲裁件为冲孔落料件，材料厚度为0.5mm，轮廓均由圆弧和直线相切且无尖角，工件结构具备对称性，结合生产批量，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，选取相应的模具材料。（2）工件上的最小孔直径为2.5mm，孔边距为1.25mm，这些数值均大于材料厚度的1.5倍，所以该零件的结构满足冲裁要求。2.3 尺寸精度中国冲压模具的发展现状改革开放带我国的经济进入高速发展的时期，模具的市场需求量也进一步的增加，模具行业也一直在快速发展，一些国有专业模具厂也迅速的发展起来，同时也带来了以集体、独资、私营和合资等形式的模具企业现也有几千家。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。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、Solid Edge、Solid works、Optris 和MAGMASOFT 等软件，并成功应用于冲压模的设计中。此外，许多研究机构和高等院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD、CAE、CAM等技术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。现代模具制造技术不但是知识密集、技术密集，而且也是资本密集的产业。与国外工业发达国家比较，我国的多工位级进模技术仍然存在较大的差距，主要表现在：冲压工序比较单一，多数以冲裁级进模为主，少部分为冲裁拉深级进模，模具结构比较简单、功能性不强。模具模板幅面尺寸比较小，一般在内，一次冲制的产品数量也在十几件以内，属中小型级级进模。模具精度不高，冲裁间隙误差在0.015mm以上，制件产品易产生毛刺。模具使用寿命相对较短，一般一次刃磨在50万次以内，模具材料主要以普通模具钢为主或采用硬质合金。另外，国内很少有人在此领域从事深入系统的研究。3 冲压工艺方案设计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。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。因为该冲裁件的精度要求满足IT14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，采用级进模具即可达到要求。3.3 工艺性分析该材料是低碳硅合金材料，用途是电器铁芯放电片材料。该制件形状简单其工序内容只有落料和冲孔，尺寸较小厚度适中，属于普通冲压件，但是有几点应该注意：1.由于尺寸较小，制件上要冲的小孔相对而言要多一些，因此孔的位置要准确，应该选择正确的定位方法。2.制件较小，从安全考虑要采取适当的取件方式。3.有一定的批量，应重视模具材料和模具结构的选择，保证一定的模具寿命。4 模具总体结构4.1 定位方式的选择在级进模具设计中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侧刃切边，导正销精确定位，两侧根据材料宽度设计两个导料板，在实际生产加工时，只需要将条料靠导料板，方可精确地定位。4.2 送料方式的确定结合工件的尺寸精度，对冲压设备的要求不高，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。4.3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，采用四角导柱模架，模具送料方便。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。排样是重要的步骤，它决定材料的利用率。硅钢片呈山形，有如下排样形式，如图2所示。 第一种 第二种 第三种 第四种 图5-1排样形式第一种方案卷料宽度适中，不至于太窄，且可使模具的宽度不至于较长。第二种方案和第三种方案，会使模具结构复杂，且使步距增大，从而降低生产率。三种材料的利用率相当，但重要的是后两种方案的板料轧向不符合零件图的要求。而第四种方案，会使模具的结构复杂，无形中又增加一个方向相反的冲模结构。所以，优先考虑零件加工质量，选用第一种方案。5.1.2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L50mm，可确定搭边值a和a1，a的最小值取2.2，a1最小值取2.5mm。表5-1 搭边a和a1数值（低碳钢） （mm） 材料厚度圆件及r2t的圆角矩形件边长L50mm矩形件边长L50mm或圆角r2taa1aa1aa10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t5.1.2送料步距与条料宽度：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0.5mm，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。送料步距S=b+a 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）=（52.2+22.5+0.5）-00.5 mm=57.7-00.5 mm结合实际生产，为了方便准备生产条料，条料宽度尺寸通常取整数值，所以条料宽度尺寸取值为58mm。5.1.3材料利用率的计算关于材料利用率，可用公式5-2计算： =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=766.5（mm2） =A/BS100% =766.5（2658）100%50.82% 硅钢片排样图如图3所示。 5-2硅钢片排样图5.2 冲压力的计算 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Fp一般可以按公式5-3计算：F=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）。系数K是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数K，一般取13。当查不到抗剪强度时，可以用抗拉强度b代替，而K通常取1.3的近似计算法计算。根据材料名称08F查力学性能表得抗剪强度为380MPa5.2.1 冲裁力的计算 F冲=F1+F2 （5-4）式中， F冲-冲裁力；F1-落料时的冲裁力；F2-冲孔时的冲裁力。由以上公式换算得：F冲=F1+F2 =KtL1+ KtL2 =Kt（L1+L2） =KtL总 冲裁周边的总长L总=228.24mm冲裁力由以上公式计算得： F1=KptL总 =1.30.5290.2140 =26.4KN5.2.2 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。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料卸下。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；在倒装复合模具中，完成一次冲裁，成品工件卡在凹模内，从凹模内将成品工件从落料凹模内推出所需要的力称为推件力。卸料力、推件力计算公式如下： F卸= K卸 F冲 （5-5）式中： F卸-卸料力；F冲-冲裁力；K卸-、推件力系数、卸料力系数，见表5-4；表5-5 卸料力、推件力和顶件力系数料厚/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。 F卸= K卸 F冲 =0.0526.4 1.32KN5.2.3 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） =26.4+1.32 =27.72KN5.2.4 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J23-10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。按照如图5-1计算得模具压力中心为（48.23,40）图5-2压力中心示意图6 刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。6.1 冲裁间隙的确定设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，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磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。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=0.04mm， Zmax=0.06mm。 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精度即级或级，圆形件按-级精度，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=0.04mm，最大双边间隙Zmax=0. 06mm，则有Zmax- Zmin=0.02。通过查常用公差等级表2-1获得工件外轮廓尺寸20.50+0.01mm，22.50.01mm，23.3 0+0.01 mm；内部尺寸5+0.02+0.08mm， 2.5+0.02+0.08 mm，孔心距尺寸300.05mm，420.05mm，49.50.01mm，52.20.01mm，查表6-3得x为0.75。冲孔凸模根据公式6-2有： d凸1=（5+0.750.1）0-0.02=5.0750-0.02 mmd凸2=（2.5+0.750.1）0-0.02=2.5750-0.02 mm冲孔凹模根据公式6-3有： d凹1=（5+0.750.02）0+0.02=5.0950+0.02 mmd凹2=（2.5+0.750.1+0.02）0+0.02= 2.595+0.02mm落料凹模根据公式6-5有： D凹1=（20.5-0.750.1）0+0.03=20.4250+0.03mmD凹2=（22.5-0.750.1）0+0.03=22.4250+0.03mmD凹3=（23.3-0.750.1）0+0.02=23.2250+0.03mm落料凸模根据公式6-4有： D凸1=（20.5-0.750.1-0.02）0-0.02=20.4050-0.02mmD凸2=（22.5-0.750.1-0.02）0-0.02=22.4050-0.02mmD凸3=（23.3-0.750.1-0.02）0-0.02=23.205-0.02mm孔心距尺寸根据公式6-6有： Ld=L+1/8 L1=300.006mm L2=420.006mm L3=49.50.001mm L4=52.50.001mm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10.750.50.750.57 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。模具标准化是缩短模具制造周期的有效办法，是应用模具CAD/CAM技术的前提，是模具工业化和现代化的生产基础，所以在模具设计与制造过程中，必须推广和优先使用国家标准。虽然相关行业标准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，可以将他们分为工艺零件和结构零件两类。设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总体装配方法，本套模具主要采用螺钉固定模具零件，采用导料板送进定位，无侧压装置。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、斜壁式，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，所以采用刃口为斜壁式，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=0.352.2=15.7mm根据公式7-2可计算凹模边壁厚： C=（1.52）H =1.515.7215.7 =23.531.4mm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 =61.46+240 =141.45mm根据公式7-4可计算凹模宽： B=b2+2c =52.2+240 =92.2mm 即：LBH=141.4592.2 15.7mm，考虑到模具凹模强度和推件块的安装，方便准备模具材料，最终将凹模周界尺寸取值为16012516.5mm。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7-3 凸模高度尺寸凸模高度为： L=h1+h2+h3 （7-5） 式中: h1-凸模固定板厚度；h2-卸料板高度h3-附加长度。附加长度包括凸模的修磨量，凸模进入凸凹模的深度。由公式7-5得： L=18+18.5+7.5=44mm7.2.3 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6064HRC。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。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7-5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15mm。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60-64HRC，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。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3.2um。7.3.5 弹性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，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。7.4 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7-6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15mm。7.5 导向零件及模架的选用的设计根据所计算的凹模周界尺寸选择相应的模架规格，本模具采用四角导柱结构，导柱导套组建采用的是滚动导向方式，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。 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，结合模具的推件装置，为了给打杆和推板留取装配空间，若采用压入式模柄则很难协调模具结构的装配，所以采用了选用旋入式模柄，如图7-7所示。图7-7 压入式模柄8 冲压设备的校核与选定8.1 冲压设备的校核该模具的闭合高度由以下零件高度相加求得该模具闭合高度得164mm，可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，该模具的闭合高度小于所选压力机型号为
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