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I目录目录第一章、绪第一章、绪 论论.1 1第二章第二章 、冲裁工艺设计、冲裁工艺设计.2 22.1 冲裁件的工艺性分析 .22.2 冲压工艺方案的确定 .3第三章第三章 、 冲裁排样设计冲裁排样设计.4 43.1 排样方案的确定 .43.2 搭边的选取 .43.3 送料步距、条料宽度及板料间距计算 .53.4 材料利用率的计算 .63.5 冲裁力和压力中心的计算 .73.6 计算冲裁件的其他冲压力 .73.7 冲床的总压力 .83.8 压力机的确定 .83.9 冲裁压力中心的确定 .9第四章、第四章、 刃口尺寸计算刃口尺寸计算.10104.1 冲孔刃口尺寸计算 .114.2 落料刃口尺寸计算 .11第五章第五章 、主要零部件的设计、主要零部件的设计.13135.1 模具类型的选择 .135.2 定位方式的选择 .135.3 工作零件的设计 .145.4 卸料装置和推件装置的选择 .19第六章、第六章、 模具总装图模具总装图.2121参参 考考 文文 献献.23231第一章、绪第一章、绪 论论近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、拉深、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。过去的精密冲裁只能对厚度为58mm以下的中板或薄板进行加工，而现在可以对厚度达25mm 的厚板实现精密冲裁，并可对b 900MPa的高强度合金材料进行精冲。由于引入了CAE，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或拉深毛坯进行优化设计。此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。发展了一些新的成形工艺(如高能成形和旋压等)、简易模具（如软模和低熔点合金模等） 、通用组合模具和数控冲压设备等。这样，就使冲压生产既适合大量生产，也同样适用于小批生产。不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。2第二章第二章 、冲裁工艺设计、冲裁工艺设计本课题零件材料为 Q235，料厚为 1.5mm，大批量生产。零件图如图 1.1 所示： 图 2.1 零件二维图2.1 冲裁件的工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响，在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。Q235 具有较高的强度和较好的冲压加工性能;该零件形状简单,但零件有一个成型的工序，如零件图所示，故可以考虑采用复合冲压工序。32.2 冲压工艺方案的确定该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种方案：方案一：先落料，后冲孔采用单工序模生产；方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产；方案三：冲孔落料连续冲裁，采用级进模生产。三种方案比较见表 1.1表 1.1 三种方案的比较 模具种类比较项目单工序模复合模级进模冲件精度较低高一般生产效率较低较高高生产批量适合大、中、小批量适合大批量适合大批量模具复杂程度较易较复杂复杂模具成本较低较高高模具制作精度较低较高高模具制造周期较快较长长模具外形尺寸较小中等较大冲压设备能力较小中等较大工作条件一般较好好方案一模具结构简单，但需要两道工序，两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一套模具，冲压件的形位精度容易保证，且生产率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具，生产率也高，但零件的冲压精度较差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造安装较复合模复杂，且成本高。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用4方案二为佳。5第三章第三章 、 冲裁排样设计冲裁排样设计3.1 排样方案的确定根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：（一）有废料排样：冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。（二）少废料排样：只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。（三）无废料排样：冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。综上分析，并考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样。3.2 搭边的选取排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。搭边值的大小与下列因素有关： 材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。 工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。 材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。6 送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。表 3.1 弹性卸料搭边与侧搭边圆形或类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度50矩形或类似矩形制件长度50材料厚度 ta1aa1aa1a0.51.00.81.01.01.51.01.82.03.02.43.4注：本表摘自冲压工艺与模具设计P26 表 2-11由表 2.1 确定搭边值根据零件形状，考虑到上数据计算，现取整数工件间搭边值a=1.2，侧边取mm搭边值=1.5。1amm3.3 送料步距、条料宽度及板料间距计算1. 送料步距 送料步距是指两次冲裁间板料在送料方向移动的距离，用 S 表示，其值等于冲裁件相应部分宽度加上工件间搭边值a，即=19+1.2=20.2 adSmm2 .条料宽度及板料间距的计算条料宽度按下式：（3-1） 010)2(aDB其中为冲裁件宽度方向的最大尺寸；D为导料板与最宽条料之间的间隙查表取C=0.5。C表 3.2 导料板与最宽条料之间的间隙表无侧压装置条料宽度B条料厚度t100 以下1002000.510.50.5230.50.5B-A=(22+22.5)0-0.5=250-0.5图 3.1 排样图3.4 材料利用率的计算通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率來表示 按式 =100%=100% (3-2)01SSABS1式中 一个步距内零件的实际面积1S一个步距内所需毛坯面积0S A送料步距8 B条料宽度在 CAD 图中计算测量得：S292.4 mm总2=100%=100%=55.9%ABS292.420.2253.5 冲裁力和压力中心的计算两个工序，冲孔压力等于冲孔时的冲压力和落料时的冲压力之和，查冲压手册表 2-3，得 Q235 的抗剪能力 =255353MPa,取平均值 =300MPa. K的取值依据冲裁刃口而定，平刃口 K=11.3，斜刃口 K=0.20.6，考虑刃口的磨损，生产批量和材料厚度等因素，取 K=1.3冲裁件需要下料的总周长是：67.48mm冲裁件需要冲孔的总周长是：37.7 mm冲裁件下料和冲孔需要多大的冲压力总和：零件的冲裁力的计算公式： （3-tFKl3）t1.3 67.48 1.5 30039.5FKlNKN落t1.3 37.7 1.5 30022FKlNKN孔3.6 计算冲裁件的其他冲压力1、零件的卸料部分力的计算： （3-XXFK F4） 0.05 39.51.9xXFK FKNKN落2、零件推件部分的力的计算： TTFK F孔（3-5） T0.052244.4kNTFK FKN孔式中： l冲裁件的周长（mm） t材料的厚度值（mm） 抗剪强度（M）aP9 K系数（一般情况 K=1.3） 、分别为卸料力、推件力系数，根据材料特性可查得。XKTK同时卡在凹模板内的工件或废料的数量，nhn4t凹模刃口尺寸的直刃壁高度，查表取；hh6mm板料厚度；t表 3-2 卸料力、推件力和顶件力系数料厚 t/mmKXKTKD钢650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.630.550.480.060.050.03铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09注：卸料力系数 KX，在冲多孔、大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。3.7 冲床的总压力F 总=F 落+F 冲+F 卸+F 推+ F 顶38.5221.94.466.8FKNKNKNKNKN总3.8 压力机的确定对于中小型冲裁件常采用开式曲柄压力机。根据总冲压力=66.8KN，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合总PF现有设备，选用 J23-10 开式双柱可倾冲床，并在工作台面上备制安装板。其主要工艺参数如下：公称压力：100KN10 滑块行程 ：45mm行程次数：145 次/分最大封闭高度：180mm 封闭高度调节量：35mm工作台尺寸（左右*前后）：240mm370mm工作台板厚度：35mm模柄尺寸：2540倾斜角：303.9 冲裁压力中心的确定（1）按比例画出零件的轮廓形状，并确定坐标系，标注如图 3-2 所示。（2）分别画出坐标轴 x, y图 3-2 坐标系位置压力中心的坐标定在所有工位的中心。计算公式: = 0nnnLLLLLL.212211 = 0ynnnLLLyLyLyL.21221111经计算，模具的冲压中心为 X=0,Y=8.0, 12第四章第四章、 刃口尺寸计算刃口尺寸计算因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类：（1）按凸模与凹模图样分别加工法：它主要用于圆形或简单规则形状的工作,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。（2）按凸模与凹模配作法加工：常用于冲制复杂形状的冲模。这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，工艺比较简单，不必校核的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。minmaxZZTA表 4.1 初始双面间隙、maxZminZ08、10、3509M2、Q235Q34540、5065Mn材料厚度 /tmmminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmaxZ小于0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1260.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.0100.140.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2401.750.2200.3200.2200.3200.2200.3202.00.2460.3600.2600.3800.2600.38013由表 4.1 确定初始双面间隙、 的值为极小间隙 现取maxZminZ=0.132、 =0.24maxZminZ由冲压手册 确定、的值：0.02 0.02TA4.1 冲孔刃口尺寸计算对于冲小孔0.1806mm利用公式 （4-1） 0minTxdDT （4-2） AZDDTA0min其中 磨损系数x 是工件的公差值 由孔的公差等级为 IT13 级，查冲压手册得=0.5x 则 =0minTxddT000.020.029= AZddTA0min0.0206.090.1320.0206.222校核间隙：maxmin0.240.1320.108ZZ +=0.02+0.02=0.040.108TA所以满足+的条件，制造公差合适。TAminmaxZZ4.2 落料刃口尺寸计算当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于 A类尺寸第一类尺寸。它的基本尺寸及制造公差的确定方法按公式 （4-3）AxDDA0max （4-0minminTZdDT4）其中 模具基准尺寸()Dmm 工件极限尺寸()maxDmm14 工件公差()mm由零件图 2-1 可知零件的落料尺寸则 =00.3322AxDDA0max0.020.0200220.33 0.521.835 = 0minminTZdDT000.020.0221.8350.13221.703则 =00.3319AxDDA0max0.020.0200190.33 0.518.835 = 0minminTZdDT000.020.0218.8350.13218.703校核间隙：maxmin0.240.1320.108ZZ +=0.02+0.02=0.040.04TA所以满足+的条件，制造公差合适。TAminmaxZZ（ 3）中心距尺寸100.22mm 0.220.02758110mm108dLL 15 第五章第五章 、主要零部件的设计主要零部件的设计5.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知采用复合冲压，但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下表表 5.1 正装复合模与倒装复合模的比较序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便、不安全，孔的废料又打棒打出操作方法能装自动拨料装置即能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉3装凹模的面积较大，有利于复杂重建用拼块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板4废料不会在凸凹模孔内积聚，每次又打棒打出，可减少孔内废料的涨力，又利于凸凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求又较大的壁厚以增加强度。该冲件属于普通冲裁，精度要求不高又属于大批量生产，刃壁较薄，采用倒装比较合适，因此选用倒装复合模。5.2 定位方式的选择定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，以保证冲制出合格的零件。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。1 导料销的选择 属于送料导向的定位零件又导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。导料销则多用于复合模和单工序模中。因此选导16料销做为导向且位于条料的同侧，一般设 2 个，从前向后送料时导料销装在左侧（浮动式），为标准件。2 挡料销的选择属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。挡料销则多用于复合模和单工序模中。选取挡料销做定距定位零件。在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式橡胶弹顶挡料销。其挡料销的高度 h 查表得 h=3.mm表 5.2 挡料销高度hth0.3232345.3 工作零件的设计1. 凹模的设计凹模厚度的确定： kbH 为系数 k 为凹模刃口的最大尺寸()bmm查表 5.3 选取系数=0.5k表 5.3 凹模系数k材料厚度条料宽度11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000，所以取凹模厚度 16mm。凹模壁厚0.52211H凹;凹模外形尺寸为 80X 1624CH17凹模的刃口形式选用直筒式刃口。该凹模的厚度的全部为有效刃口高度，刃壁无斜度，刃磨后刃口尺寸不变，适用于制件或废料逆冲压方向推出的冲裁模如复合模、薄料落料模。其形状如图 5.1 所示：图 5.1 凹模2. 凸凹模的设计凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状18复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。其结构如图 5.2 所示：图 5.2 凸凹模193 .凸模的设计凸模的固定形式有：采用凸模固定板固定、与上模板直接固定和采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种，各自的特点的比较如下表。表 5.4 固定形式的特点比较固定形式固定方法特点凸模固定板固定一般采用 H7/m6 过渡配合，圆形凸模则采用凸肩固定定位精度高，牢靠，但固定孔精度高，加工困难与上模板直接连接采用螺钉，销钉直接把凸模固定在上模板上适用于大型凸模的固定低熔点合金浇注固定或环氧树脂浇注固定使低熔点合金或氧树脂溶化，像粘结剂一样固定在凸模上适用于冲裁 0.32的板料mm 由于本工件是大批量的生产，且内孔有一定的精度要求，模具采用的是复合模，则从上表的比较中可选凸模固定板固定形式固定凸模，。 冲孔凸模为圆形，采取台阶式凸模，它的强度刚性较好，装配修磨方便，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6 或 H7/n7）制造，最大直径的作用是形式台肩，以便固定，保证工作时凸模不配拉出，材料选取,热处理硬AT10度为 5862。其凸模长度计算公式： HRChthhL21其中1凸模固定板厚度 12mm h1h 材料厚度 1.5 tmm凹模块厚度 16 2hmm增加长度，一般选取 010hmm凸模的结构形式如图 5.3 所示：20图 5.3 凸模4 模架及组成零件的设计该模架选用中间导柱方形模架，导向装置安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。由标准（GB/T2851.5-1990）中选取,从而确定以下材和尺寸：模架材料选取铸铁200HT模架上模板的长度为 80、宽度 80、厚度 25。mmmmmm 下模板的长度为 80、宽度 80、厚度 30；mmmmmm模柄选取旋入式模柄，A30，JB/T7646.2；螺钉选用标准件内六角螺钉，规格为 M6；螺钉 M6；圆柱销 6导柱 20250导套为 203265应按6/5 配合；柱间的距离 94；Hhmm21材料为 20 钢。5.4 卸料装置和推件装置的选择1. 卸料装置的选择常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。前者式刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于 0.8的模具，后者是柔性结构，兼mm有压料和卸料两个作用。其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中，因此选取弹压卸料板。弹压卸料板与凸模配合间隙值查表的=0.05Cmm表 5.5 弹压卸料板与凸模配合间隙值材料厚度t0.50.511单面间隙C0.050.10.15在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口 0.10.5。卸料板的厚度mm查表 5.5。表 5.6 卸料板的厚度卸料板宽度B 505080 80125材料厚度thoH0hoH0hoH00.86861012140.81.561081214161.536-10-16-查上表数据得卸料板厚度10homm下卸料采用弹簧作为弹性单元，弹簧的自由高度为：=（3.54） 自由H工作s22式中弹簧的自由高度（mm）;自由H 工作行程与模具修磨量和调整量（46mm）之和。工作s =（1.5+6）mm=7.5mm工作s则 =(34)7.5mm=22.530.0mm自由H取=25mm。自由H弹簧的装配高度为：（0.70.85）=17.521.25mmH自由H2. 推件装置的选择推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种，一般刚性用的较多，它由打杆、推板、连接杆和推件块组成。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。此套模具由于冲孔较少，所以采用钢性推件装置。如图 5.4 所示：图 5.4 钢性卸料装置23第六章第六章、 模具总装图模具总装图 6.1 总装图24工作原理：工作时，板料以导料销和挡料销定位，上模下压，凸凹模外形与推件块配合，在凹模腔内落料，同时冲孔凸模与凸凹模内孔进行冲孔，冲孔废料直接落下；然后上模上行，同时凹模内推板下行，将工件从凹模内推出