穿线盒冲压工艺分析及冲孔模具设计

1、穿线盒冲压工艺分析及冲孔模具设计摘 要：随着我国经济的快速发展，我国的制造业也日趋成熟，而模具也日益成为衡 量一个国家工业发达水平的标志。本文是对穿线盒进行冲压工艺分析及冲孔模具设 计，主要工作有工件的工艺分析、加工路线的拟定、毛坯尺寸的计算、模具的设计、 以及模具主要尺寸的计算等，目的在于巩固大学四年所学的内容，对模具设计有一个 了解，完成从课本知识到实际生产的转变，巩固制图知识及cm）软件的运用。通过这 次论文写作，使自己的学习能力有了进一步的提升，为以后在工作中做出成绩奠定了 基础。关键词：模具设计，工艺分析，尺寸计算stamping analysis and punching inje

2、ction design for threading box abstract: with the rapid development of our country's economy, the manufacturing industry is becoming more mature day by day, and the mold is also becoming a symbol of the industry developed level of a country. this paper is aimed at threading box for stampin g pro

3、cess analysis and punching mold design, the main work including analysis of workpiece process .formulation of processing route .calculation of the rough size , design of mold and calculation of mold main size. the purpose is to consolidate what they have learned in the university four years, to have

4、 an understanding of the mold design,so that complete the change from the textbook knowledge to the actual production, consolidate the use of cartographic knowledge and cad software. through this paper, to make their learning ability be further improved, laying the foundation for the future achievem

5、ent in the work.keywords: injection design, process analysis, pimensional calculation1 前言11.1穿线盒的研究及发展11.2设计内容及意义12工艺分析32.1穿线盒零件及其工艺分析32.2零件分析32.3选择毛坯种类32.4 ly12m材料的介绍42.5 零件冲压工艺分析42.5.1 加工路线的拟定52.5.2毛坯尺寸的计算52.5.3材料利用率的计算73工艺参数计算93.1落料拉深模具的工艺计算93.1.1落料冲裁力的计算和压力机的选择93.1.2拉深次数与工件直径的计算段103.1.3拉深凸、凹模圆角半

6、径计算113.1.4工序件直径计算错误!未定义书签。3.1.5工序件高度的计算错误!未定义书签。3.1.6压边力和拉深力的计算错误!未定义书签。3.1.7计算各次工序总压力134落料拉深复合模具结构设计144.1落料冲裁模尺寸计算m4.2拉深模工作部分尺寸的计算错误!未定义书签。4.2.1拉深模间隙错误!未定义书签。4.2.2凸、凹模尺寸计算154.2.3拉深凸、凹模圆角半径的计算154.3落料拉深复合模具典型零件的设计错误!未定义书签。4.3.1落料凹模即拉深凸模的设计错误!未定义书签。4.3.2落料凸模即拉深凹模的设计错误!未定义书签。4.3.3定位方式的选择错误!未定义书签。4.3.4推

7、件零件的设计204.3.5 导向方式的选择205侧冲孔模具的工艺计算及其结构设计错误!未定义书签。5.1侧冲孔模具的尺寸计算错误!未定义书签。5.2冲孔力的计算错误!未定义书签。5.3侧冲孔模具的结构设计错误!未定义书签。5.3.1模具的类型及定位方式的选择错误!未定义书签。5.3.2卸料、出件方式的选择错误!未定义书签。5.4主要零部件的结构设计错误!未定义书签。5.4.1冲孔凸模的设计错误!未定义书签。5.4.2凹模的设计错误!未定义书签。5.4.3导向零件的设计错误!未定义书签。5.5其他零部件的设计与选用错误!未定义书签。5.5.1模架的选用错误!未定义书签。5.5.2模具辅助零件的材

8、料选用及热处理305.5.3 压力机的选用306模具的总装配图错误!未定义书签。6.1模具的调试336.2模具的检测337 结论35参考文献36致谢371前言1.1穿线盒的研究与发展我国的冲压模具技术研究，大约起步于20世纪60年代。经过40、50年的发展, 技术水准有了较大的进步。特别是近10年来技术有了很大的提高、大型、精密、复 杂、高效、长寿命模具有了新的突破。特别是摩托车、汽车行业的快速发展，推动了 冲压模具技术和冲压模具的牛产快速发展。目前，汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳 体、摩托车发动机缸体、箱体、制动器、等铝合金冲压模具、自动扶梯冲压模具等， 我国均能自主牛产，使汽车、摩托车上铝

9、合金、锌合金配套件的冲压模大部分实现了 国产化。在模具设计方面，较多的模具制造企业采用了 cad/cam技术，使得模具设 计周期有了较大的缩短。同时在设计上注意到了如何解决冲压模具的热平衡问题，合 理的确定模具的浇注系统、冷却系统、排溢系统以及从冲压工艺方面考虑抽芯问题及 二次增压结构，总体水平有了较大提高，但其功能应用还不够充分，特别是cae技 术还未得到广泛应用。当前，我国工业牛产的特点是：产品品种多、更新速度快和市场竞争激烈。在此 情况下，用户对模具制造的要求是：交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、 价格低。因此，冲压模技术的发展趋势很明显。（1）模具产品向大型化、精密化发展。（

10、2）提高冲压模具标准件的应用程度，使用模具标准件不仅能缩短模具制造周期, 而且提高模具质量、降低制造成木。（3）优质冲压模具材料的使用和先进热处理技术将受到重视，在整副模具的价格 构成中，材料所占比重约占1/3.（4）高速铳削加工将得到广泛应用。（5）cad/cam/cae及capp、cat、kbe等技术将得到广泛应用。（6）模具研磨抛光向自动化和智能化方向发展。（7）快速原型制造技术将得到更好应用。1.2设计内容及意义木次设计是在学完了木科的全部课程之后完成的，是对整个大学专业课的一次总 的复习，对所学机械软件的一个全面的运用。目的分别在于：(1) 巩固我们在大学里学过的知识，也是对以前所学

11、知识的综合性的检验。(2) 加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料。(3) 通过对穿线盒的冲压工艺分析，使我熟悉了冲压加工的特点，冲压模具的类 型以及其基木工序。对冲孔模具的设计，使我对模具设计有了进一步的了解，是对模 具部分的一次综合性的训练，也提高了我的模具设计水平。(4) 通过对零件图，模具装配图的绘制，使我们对机械设计软件的使用能得到进 一步的提高。2工艺分析2.1穿线盒零件及其工艺分析2.2零件分析由以上剖面图可知，该零件由铝合金材料加工而成，零件为旋转体且呈圆筒形， 在上圆筒面上有20个等距的圆孔，圆孔肓径为3nmi,圆筒件各个圆角均为r2.上 圆筒拉深直径为68mm,下圆筒拉深宜径

12、为40mm,下圆筒拉深高度为17mm,圆 筒件整个拉深高度为33mm,其中20个小圆形成的分度圆的拉深高度为26.5n)nio2.3选择毛坯种类选择毛坯的制造方法一般应当考虑以下几个因素：(1) 材料的工艺性能材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青 铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯， 而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造，但由于可锻性能，可焊接性能 好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。(2) 毛坯的尺寸、形状和精度要求毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯 轴宜采用棒料，育

13、径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压 铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜 采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件和组合毛坯。(3) 零件的牛产纲领选择毛坯的制造方法，只有与零件的牛产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。 牛产纲领大时宜采用高精度和高牛产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等，牛产 纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造刃。 综上所述：毛坯材料为ly12m,选择挤压成型来加工毛坯。2.4 ly12m材料的介绍2a12合金可以用热处理方法剧烈强化。主要强化相是s (al2cumg)和cu

14、al2 , 合金在热状态和冷状态下均能很好的变形。热变形可以在很宽的温度范围内进行。无 论在退火状态下还是在淬火状态下，合金都能在室温下变形。由厚缘板上切取的试样，其0,和5,2的数值比由薄缘板上所切取的高。2a12合金可以进行点焊和滚焊，但氮弧焊和气焊的效果不好。尽管焊接接头的强 度系数具有中等数值，但该合金在熔焊时，在焊缝处经常出现结晶裂纹。因此，不用 2a12合金制造密封结构，该合金的半成品通常用钏接方法连接，很少采用点焊连接2.5零件冲压工艺分析根据前文所述，材料为ly12m,采用挤压成型来加工毛坯，毛坯加工成长方形 板料。开始时对毛坯进行热处理，使其性能更好。对毛坯件落料拉深，先落料

15、得到大 圆盘，再拉深。故采用落料拉深复合模具，落料时留有修边余量。该零件形状简单、 对称，拉深深度不大，易于拉伸，只是零件为阶梯型的，可能需要多次拉深，多次拉 深是为了避免零件太薄或者厚度不一致，多次拉深的工件内外壁上或带凸缘拉深的凸缘表面、非工作表面会有拉伸印痕。另外，上、下圆筒下面都有圆角，圆角半径为2, 尺寸偏小，需安排一道整形工序来保证其精度。在拉深好的圆筒形件上圆筒上打孔，孔是均匀分布在上圆筒侧面的，冲孔件的形 状己经成型，所打圆孔直径为3,孔径不算小，孔与孔之间距离也符合冲孔要求， 但孔的数量比较多，h为侧孔，故需注意如何设计合理的侧冲孔机构。从零件所标注 的尺寸中可以看出各个尺寸

16、精度都为一般精度等级，公差可以按照it14级处理，这 样也可以给模具制造带来一系列方便。综上所述：该零件结构简单，且材料成型性能优良，尺寸公差要求亦不高，故采 取适当的冷冲压加工成型方法。2.5.1加工路线的拟定方案一：加工毛坯对毛坯进行热处理落料拉深复合模具得到圆筒件修边整形侧冲孔模具得到该零件整形工序方案二：加工毛坯对毛坯进行热处理落料冲孔复合模具得到大圆盘修边整形对大圆盘进行拉深得到该零件整形工序方案一与方案二对比，其主要区别在于先冲孔还是先拉深。方案一对毛坯进行落料拉深，该模具技术已经成形，且已广泛用于机械加工成型当中，只需对拉深的次数 进行计算或者查表，得到圆筒形件后，在侧边上冲孔不

17、太常见，但此种模具在原来冲 孔模的基础上稍作改变是可以实现的，并且现在已有很多种侧冲孔的例子，故方案一 能够加工该零件，h方便、效率高。方案二对毛坯先进行落料冲孔，此次操作模具技 术也已广泛应用，然后对其进行一次拉深或多次拉深，这样就会使孔发生变形，即使 用了多次拉深，圆孔也会发生少量变形，故方案二可以完成加工，但孔的精度要受影 响，所以选择方案一加工。2.5.2毛坯尺寸的计算修边余量的确定：由于板料具有方向性以及毛坯在拉深过程中的摩擦条件不均匀 等因素的影响，拉深后的工件顶端一般都不平齐，需要修边，所以在毛坯尺寸中应包 括修边余量。制件的相对高度包=竺=0.83,制件高度h为34.5mm,经

18、查表得:a/?=2.5mmo d 41.5拉深件的毛坯尺寸计算是以最后一次拉伸成型的工件尺寸为基准，按照拉伸前毛 坯面积等于拉深后的工作面积的关系求出的。圆筒形件为旋转体零件，通常将旋转体 分成几个便于计算的简单部分，分别求出各部分的面积，然后相加即可得到零件的总 面积。所分部分如下图所示：图2.2面积图故各部分面积为:al = nx(68 + t)xhi = 3.14x69.5x14 = 3055.22jix0a2=-xr ( ndi + 4r) = 65jt2+8n = 665.922 2a3=-(- + t)2-( + t)2 = 417.35422ji、?a4=-r (40n + 8)

19、 = 40+3 = 419.52a5 = nx(d2 + t)xh2 = 1694.03a6=-(d2 + r-2t)2 =1193.96 4零件的总面积为：a】+a2 +a3 +a4 +a5 +a§ =a总旋转体零件的毛料形状是圆形的，圆板毛料的面积为a(产孚按照面积相等原则：人总二人。所以=a . +a 2 +a 3 +a 4 +a 5 +a 6 代入数据得大圆盘毛坯直径为: d=97.38mm排样与搭边：毛坯料的宽度b=(d+2a)-t其中：d为落料件在条料宽度方向上的基本尺寸，也就是大圆盘直径；a为工件与条料的侧边的搭边值；t条料或带料的宽度公差；经杳表得：因t=1.5mm,

20、 >2t 故沿边a=1.2, t=0.72所以毛坯料宽：b=99.08miti毛坯及冲裁件排样如下图所示：2.5.3材料利用率的计算在冲压生产中，材料利用率是指在一个进料距离内制件面积与板料毛坯面积之 比，用百分率表示。它是衡量材料利用情况的指标，与制件形状和排样方式有关。材料利用率又分为：一个进料距内的利用率；条料、带料、板料的利用率等。本文采用一个进料距内的利用率，其公式可表示如下（）=如 xioo%=xioo%=75.56%ab°xl其中:a。一得到的制件总面积（mm2）a个进料距内的毛坏面积（mm? ）b。一条料或带料宽度（mm）l进料距里（mm）生产中要提高材料的利用

21、率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有效 措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法，或利用废料做 小零件等。对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当 两个不同冲件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大 尺寸冲件的废料中冲制出来。；另外，在使用条件许可下，当取得零件设计单位同意 后，也可以改变零件的结构形状，提高材料的利用率。3工艺参数计算复合模是一种多工序冲裁模，指在压力机一次行程中，在模具的同一工位上完成 数道工序。复合模的突出特征是具有一个兼作冲孔凹模和落料凸模的凸凹模。常见的 复合工序有落料与冲孔复合、落料

22、与首次拉深复合等。复合模具与单工序模具和连续 模具比较，具有以下特点：（1）与单工序模具比较，复合模具冲制的冲裁件的内孔与外缘或同时完成的几 个轮廓的相对位置精度较高；（2）与连续模具相比，复合模具对条料的送进定位精度要求较低；（3）复合模具结构紧凑、轮廓尺寸相对较小，其中凸凹模既是落料凸模，又是 冲孔或拉深凹模；（4）复合模具同时完成两道或两道以上的工序，因此牛产率较高；（5）模具结构较复杂，加工和装配精度要求高，成木高；（6）工件的外形和内孔之间的最小宽度，受凸凹模的最小壁厚限制，所以当壁 厚太小时，不能使用复合模具。因此，复合模具适用于牛产批量大、精度要求高的薄板材料的冲压。3.1落料拉

23、深模具的工艺计算3.1.1落料冲裁力的计算和压力机的选择落料冲裁力：f=ltq, = ;rdt6=3.14x97.38xl.5x470=215570nf v =k f=0.0525x215570.1=11317.4nxaf,=nk,f=lx0.05x215570.1=10778.5nf 产 kf=0.05x215570.1=11778.5n其中：©=470mpa, n=l其它各项系数见下表叽表3.1材料系数冲裁件材料纯铜、黄铜0.02-0.060.03-0.090.03-0.09铝、铝合金0.025-0.080.03-0.070.03-0.07钢（料 厚 t/mm）均0.10.065

24、-0.0750.10.140.1-0.50.045-0.0550.0630.080.5250.04-0.050.0550.062.56.50.03-0.040.0450.05>6.5d0.02-0.030.0250.03压力机吨位选择：根据模具结构形式不同，冲裁时实际需耍的冲压力总是冲裁力 与卸料力、推件力和顶件力的组合。压力机的吨位应大于或等于冲裁时冲压力的 1.1-1.3 倍,即 p（l.l-1.3）fzo按总的冲压力选择压力机吨位时，冲压力计算要根据冲模的具体结构考虑其计算 方法。（1）采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模时f汀f+j+f,（2）采用弹性卸料装置和上出料方式的冲模时f

25、y =f+f v +f,（3）采用刚性卸料装置和下出料方式的冲模时f1：=f+f/本次采用的是第二种方式。故 f 工=f+f x +f =215570.1+11317.4+11778.5=238666np=1.1x238666=232532.6n式中f工为总的冲裁力，即压力机供给的最小压力3.1.2拉深次数与工件直径的计算阶梯圆筒形件拉深变形特点，基木上与圆筒形件拉深相同，但由于这类工件的多 样性或复杂性，现在还没有统一的方法确定拉深工序次数。此类工件能否一次拉深成 型，需要计算判断。根据前文所述，我们采用方案二来设计拉深模，将凸凹模设计成 零件的形状，整体拉深出所需零件。对于阶梯型件的拉深，

26、可简单归纳如下：当工件时阶梯零件时，其相随厚度比较大(t/d>l%)，而且阶梯之间的直径相差 的零件的高度较小时，可以一次拉出，其粗略的判断条件是：+加*山乜匕.其中的 dndh/d是拉深次数为1时候所列的值。式子成立可以一次拉出。当大、小直径差别小时，能一次拉深的则可同时一次拉出，或先拉小直径，然后 大直径，如同窄凸缘件拉深，最后第1】次把大直径拉出。当相邻阶梯的直径比d2/d1, d3/d2，d/d门均大于圆筒形件的极限拉深系数时, 可由大到小依次拉深，每次拉深一个阶梯，其拉深次数和阶梯数相等。故所以可以一次拉深成功工件直径初次计算：计算公式如下： d? dl 冋咎 由 t h

27、9; hh233-17 + 0.75 门“ /1.51aa0/上圆茴： ffl j* t=l.5>l, - = =0.24, = xloo%dx 0 同筒+(68 + 1.5d 97.38=1.54%故经查表得，极限拉深系数为：m.=0.48所以 d, =m 1 d=0.48x97.38=46.74<68下圆筒：由于=丄亠xl00%=2.16%d上圆筒69.5故经查表得，极限拉深系数为：mj=0.5所以 d2 =m j d=0.5x97.38=47.69<68由设定的求解条件可以得到淬火过程900s内零件各部分的温度场分布，并可模拟 温度场随时间的不同时刻的温度场变化过程。3

28、.1.3拉深凸、凹模圆角半径计算凹模圆角半径：5上圆筒=0.8d一(d上圆筒 + /)# =0.8x j(97.38 69.5)x 1.5 =6.46=0.8 jd上圆筒 - d下圆筒'7(68-40)x1.5 =5.18凸模圆角半径:r小朗简=0.7“上恻筒=0.7x6.46=4.53r以下圆筒下圆筒=0.7x5.18=3.63由于r=2<(2-3)t故"上阴筒下圆筒=(23)t=3工序件的圆角半径：当料厚c1时，应按中线尺寸计算，这时r=r+-0 f 2所以 ri 刑筒=4.53+0.75=5.28mm下恻筒=3.63+0.75=4.38mm3丄4工序件直径计算上圆

29、筒各次工序件直径：由之前的极限拉深系数调整后得叫=0.69, 所以 dd m, >97.38x0.69=67.19mm下圆筒各次工序件直径：由之前的极限拉深系数调整后得mj=0.58, 所以 d! =m i dl =0.58x68=39.44mm3丄5工序件高度的计算根据拉深后工序件表面积与坯料表面积相等的原则，可得到如下工序件高度计算 公式。上圆筒:1*h厂0.25（一山）+0.43 】上圆筒（d1+0.32r11rn）-15.48mm£d|'下圆筒:h； =0.25（务 _d； ）+0.43（ d； +0.32下圆筒）=16.98mm3.1.6压边力和拉深力的计算确

30、定压边圈的使用与否：由公式丄moo%,d其屮：t为材料厚度；d为毛坯直径；代入数据计算得:1,5%.经查表得拉深需要压边圈。压边力：在拉深过程中压边力起防止起皱的作用，虽然工件上凸缘处不用压边， 但其阶梯部位可看成是压边。压边力太小，防皱效果不好，压边力过大，则拉深力也 增大，从而增加危险断面的拉应力，易拉裂。所以，压边力的大小要适当，在保证变 形区不起皱的情况下，尽量选用较小的压边力。故筒形件拉深：q1d2 -(d t +2r)2 q=7400.8n其中：q单位压边力；q平毛坯直径压边力；«d2拉深件直径；r凹模圆角半径。单位压边力q由表可以查得：q=1.5mpa拉深力：由于拉深力

31、理论计算很繁琐，而且计算结果与实际差别较大，故生产中 广泛采用经验公式。故 p=k td <tb=41228.4n式中：k修正系数，可由表查得ko.86；巧一抗拉强度；t工件厚度；d工件筒形部分直径。选择压力机的总压力应该根据拉深力和压边力的总和，即zp1=p1+q1=48229.2n 式中：p拉深力；q压边力。3.1.7计算工序总压力因为当模具行程过大，尤其是采用落料拉深复合模具进行冲压时，计算吋不能将 落料力与拉伸力简单的叠加就轻易选择压力机，由于落料力大于拉深力，而冲压时落 料与拉深不是同时发生，因此拉深时总压力：f总严f+f, + f+q产228766.8n4落料拉深复合模具结构

32、设计只有拉深件的高度特别高时，才有可能用落料拉深复合模具，因为高度较浅的拉 深件如果采用落料拉深复合模具，凸凹模的壁厚过薄会导致强度不足。经分析可知木 工件采用复合模没有问题。落料拉深中落料采用正装式，拉深采用倒装式的典型模具结构。模座下的缓冲器 兼作顶件装置。模具采用对角导柱标准模架,模可外购并且装模方便。条料固定卸料板导向，冲裁第一个工件时用眼睛大概定位, 冲第二个时，则用扌当料销定位。4.1落料冲裁模尺寸计算根据经验公式法确定冲裁模间隙值，经查表c取0.060.1,故z = 2ct =2><0.1 x 1.5=0.3, z = 2ct = 2><0.06x 1.5

33、=0.18落料凸模刃口基木尺寸：d = (dxtz) 凹模刃口基木尺寸：d = (d-xt)因模具精度不高,仅为it14级,经查表得t=0.35, x=0.75, tp =0.2x0.35=0.071=0.25x0.35=0.0875所以，d厂(142.20.75x0.35 0.18).007=96.98io?mmd =( 142.2 0.75x0.35)+00875 =97.08 +009 mm4.2拉深模工作部分尺寸的计算421拉深模间隙拉深模的间隙是指单边间隙，即凸、凹模具尺寸差的1/2。如果间隙过小，会增 加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦伤表面，降低模具寿命；如果间隙过大，拉深 件又

34、易于起皱，且影响零件精度。因此，须根据拉深方式、工件的尺寸精度要求合理 确定间隙数值。故由旋转体零件查表得：有压边圈时单边间隙值z = l.lt = 1.65mm4.2.2凸、凹模尺寸计算确定凸模和凹模工作部分尺寸时，应考虑模具的磨损和拉深件的弹复，其尺寸 公差只在最后一道工序考虑。最后一道工序凸、凹模工作部分尺寸按标注方式的不同 而不同，采用标注外形尺寸的标注方式。拉深：上凹模 d = (d-0.75t) + t = 67.78mm下凹模 d = (d075t) + t = 39.5mm上凸模 d = (d0.75t2z)t = 64.7mm下凸模 d = (d0.75t2z)t = 36.

35、4mm其中：t=035； t凸、t回为拉深凸、凹模的制造公差；z为单边间隙值。经查表得：t = 0.1mm t = 0.07mm4.2.3拉深凸、凹模圆角半径的计算凹模：拉深凹模的圆角半径对拉深过程有很大影响。毛坯进入凹模内要经过弯曲 和重新又被拉直的过程。若凹模圆角过小，将增加弯曲抗力而导致毛坯破裂的可能。 若凹模圆角过大，将会因毛坯在压边圈下面积的减小和毛坯外缘过早离开压边圈而产 牛皱褶。当这皱褶部分进入凸、凹模的间隙，将会造成毛坯的破裂。对于凹模圆角半径有三种方法计算，第一、对于宽凸缘拉深，凹模圆角半径平均 值j可按下式计算：丫严(d-djt。第/为使用方便，还可按表查得圆角半径数值,

36、即按毛坯相对厚度确定的凹模圆角半径数值。第二、还可根据工件材料的种类与厚度 来确定。表4.1圆角半径拉深方式毛坯的相对厚度（护100）2.0-1.01.0-0.30.3-0.1无凸缘(6-8)t(8-10)t(10-15)t有凸缘(10-15)t(15-20)t(20-30)t有拉深筋(4-6)t(6-8)t(8-10)t注：用于有色金屈取小值，对于钢件取大值。对于上圆筒来说是无凸缘，故r凹上=6t=6x 1.5=9mm。对于下圆筒来说是有凸缘， 故 r凹下=10t=10xl.5=15mmo凸模：凸模也应有较人的圆角半径，以防危险断面处严重变薄。拉深吋，凸模的 圆角半径应尽可能与凹模圆角半径相

37、等或取略小的数值，故r|ll± =0.6r凹上=0.6><9=5.4mm, r凸下=0.6r凹下=0.6><15=9mm。4.3落料拉深复合模具典型零件的设计本次工序就是将长方形件落料拉深为阶梯形，由以上计算可知，应经过拉深方可 达到零件要求，所以对落料拉深复合模具进行设计。4.3.1落料凹模与拉深凸模的设计凹模洞口通常有三种类型：直筒式、锥筒式、软模式。直筒式刃口强度高，制造 方便，刃磨后洞口尺寸基本不变，对冲裁间隙无明显影响，适用于冲裁形状复杂、精 度要求较高，以及厚度较大的零件。其洞口内易于聚集零件或废料，因而推件力大。锥筒式刃口锋利，不聚集零件或废料，

38、因而膨胀力和胀裂力均较小，刃口磨损小, 使用寿命相对增长；但刃口强度低，刃磨后尺寸略有增人。适用于冲裁精度要求较低、 厚度较薄、尺寸较小、形状简单的下出料零件。软模适用于冲0.1mm以下的软材料，凹模硬度不高。木文的落料凹模又是拉深的凸模，对于凸模来说，由于此零件给定的是内侧尺寸, 因此，设计模具时应以凸模为设计准则，凸模的圆角半径应与零件的圆角半径一致或 者略小，凸模的主体结构层次也应根据零件尺寸确定，同时考虑到定位、加工、装配 以及加工精度等因素同。故拉深凸模和落料凹模结构如下图所示图4.1凸模结构图图4.2凹模结构图由上图可知，落料凹模与拉深凸模是分离的，拉深凸模固定在下模板上。4.3.

39、2落料凸模即拉深凹模的设计凸模结构基本形式有镶拼式凸模、整体式凸模。大型零件的落料、冲孔或修边等 工序使用的凸模，一般为镶拼式凸模，刃口部分用优质工具钢制造，用螺栓与销钉直 接固定在用普通结构钢制造的基本或凸模固定板上。冲裁屮小型零件使用的凸模，一 般设计成整体式，其基本结构还可分为阶梯式和直通式两类。本文的落料凸模又是拉深凹模，对于拉深凹模，一般来说在模具的各部件中，凹 模对整个模具的尺寸精度、生产效率以及加工零件的精度都有很大的影响，因此，在 进行模具设计屮应该着重考虑凹模的结构及尺寸的设计，零件为阶梯形，且圆角较多, 所以，设计时不仅要考虑到应能承受较大的冲压力，应有一定的厚度，还要考虑

40、加工的难易程度。凹模的尺寸设计应同时根据零件的外形及尺寸、凸模的尺寸以及相关尺 寸设计原则进行设计。故落料凸模即拉深凹模结构如下所示：图4.3结构图4.3.3定位方式的选择为保证条料的正确送进和毛坯在模具中的止确位置，冲裁岀外形完整的合格零 件，模具设计时必须考虑条料或毛坯的定位。正确的位置是依靠定位零件来保证的。 由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类很多，设计时应根据毛坯形式、 模具结构、零件公差大小、牛产效率等进行选择。常见的定位元件有扌当料销、导正销、 侧刃、定位板和定位钉、定位靠塞、靠塞复位弹簧等。木文选择的是扌当料销和定位钉。其定位方式准确、灵活、便于操作。4.3.4推件零

41、件的设计木文采用的是刚性卸料板配合推杆进行卸料。顶件装置的设计：推件和定件的作用是，将制件从凹模中推出来或顶出来，推件 力是通过压力机的横梁作用在一些传力元件上，使推件力传递到推件板上将制品推出 凹模。推板的形状和推杆的位置应根据被推材料的尺寸和形状来确定。设计在下模的 弹性顶件装置，通过凸模下压使弹性元件在冲压吋存储能量，模具冋程吋定件器的弹 性元件释放能量，顶尖块将废料从凹模中顶出。木文采用的是顶杆和推杆配合。4.3.5导向方式的选择模具上模座和下模座分别与冲裁设备的滑块和工作台固定。上下模间的精度由导 柱、导套的导向来实现。木文采用滑动式导柱导套模架，因其导向准确可靠，使用寿命长，方便安

42、装调整。落料拉深复合模具如图所示图4.4落料拉深装配图其中：1、顶杆2、下模座3、下垫板4、落料凹模5、圆柱销6、导柱7、卸 料板8、拉深凹模与落料凸模9、上垫板10、螺钉11、上模座12、推杆13、钱制 孔用螺栓14、导套15、压边圈16、拉深凸模模具工作过程：该模具为正装复合模结构，上模部分装有凸凹模80下模部分装 有落料凹模与拉深凸模4。从图中可以看岀，拉深凸模低于落料凹模，所以在冲压时 能保证先落料再拉深，件15为弹性压边圈，压边装置安装在下模座上。工作时，条 料放在落料凹模上，上模下行，卸料板与落料凸模接触条料，先落料后拉深，由于是 一次拉深拉深，故拉深完成后，零件成型，推杆12将工

43、件轻轻推下，人工取走零件, 送料进行下一次落料拉深。5侧冲孔模具的工艺计算及其结构设计5.1侧冲孔模具的尺寸计算查丁松聚冷冲模设计表34得模具冲裁间隙值:z斷=0.105mm, z = 0.135/0iiiua查公差表得凸、凹模制造公差：尔=-0.02mm,缶=+0.02mm因为该工件未标注公差，按it14制造，所以因数x=0.5。取0.2。校核：不满足校核条件8p + 8d | < z max- z min所以，不能用此方法计算，需要采用凸模和凹模单配加工时的尺寸的计算冲孔应以凸模为基准，然后配做凹模按计算尺寸和公差制造凸模后，再按凸模刃 口实际尺寸并保证最小合理间隙盘-配做凹模。此零

44、件属于第二类：凹模或凸模在磨损后基木不变的尺寸第二类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸+也）人忙d = 2.9950.005查丁松聚冷冲模设计得，落料凹模的基木尺寸与凸模相同，3mmo但不必注 公差,注明以0.1050.135n）m,间隙与落料凸模配置。5.2冲孔力的计算冲压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。由于是单工序冲裁模，其冲裁力只有冲孔冲裁力。冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。冲裁力可按以下公式计算：查丁松聚冷冲模设计可得（式 2. 1）式中f冲裁力（n）l冲裁件周边长度（mm）t材料厚度（mm） r材料抗剪强度（m

45、pa）k系数，一般取k=1.3。已知零件材料ly12m,从丁松聚冷冲模设计表23查到ly12m的抗剪强度 为 127158,取”140mpa。材料厚度 t=1.5mm, l=3.14x3=9.42。冲孔冲裁力：f；t|j=klt = 2571.66n由于采用斜楔机构f = 44557v5.3侧冲孔模具的结构设计几种侧冲孔方案的比较：方案一：采用下图所示模具，采用自动分度装置进行分度，每次冲一个孔，二十 次冲成。图5.1方案图方案二：设计斜楔、斜滑块机构，使二十个孔同时冲压成型。方案一和方案二对比，方案一结构复杂，需要设计自动分度装置，制造成本高。 所以选择第二种方案。传统意义上的冲孔都是上下冲

46、，与落料一样，比较简单，但随着科学技术的发展, 人们要求的不断提高，越來越复杂的冲孔开始出现，比如在成型件上冲孔，根据成型 件的结构不同，侧冲孔模具的结构往往也不同，本次的冲孔就是在成形圆筒上。由于 要求冲出20个孔，孔的数量较多，若采用分度装置一个一个冲或四个一起冲，效率 都比较低，这在工程实践中一般都不采用。由于孔的开口方向与普通冲床冲头的运动 方向垂直，要想冲出边上的孔就必须将垂肓的运动转化为水平的运动。因此，模具采 用斜楔式结构来推动冲头一次性冲孔。此种模具效率高，孔精度较高，节省人力，操 作方便问。5.3.1模具的类型及定位方式的选择模具类型主要分为三种分别是：单工序模、级进模和复合

47、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。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。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一一凸凹模。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 有扌当料销、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

48、位板等。定位零件基木上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形 式与牛产效率要求等选用相应的标准。5.3.2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。出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把超过上模内的出件装置 称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为1mm,相对较薄，卸料力也 比较小，故可采用刚性卸料，单面间隙取（0.20.5）仁又因为是复合模牛产，所以采用上出件比较便于操作与提高牛产效率。

49、5.4主要零部件的结构设计5.4.1冲孔凸模的设计冲孔凸模是冲模中起直接形成工件作用的凸形工作零件，既以外形为工作表面的 零件。其工作端面的截面形状根据槽型确定。刃口通常为平的，优点是便于修磨，为 了减轻冲床的负荷也可以磨成锯齿形。由于木设计中冲裁力较小，因此肓接采用平口 即可。所冲孔为圆形，而且都不属于需要特別保护的小凸模，所以冲孔凸模采用阶梯 式，其尺寸上文已算出。冲头的固定方式有钏接法、台肩法和低熔点合金、环氧树脂浇铸固定法。木文采 用的是凸缘固定法，钏接法，用螺钉把冲头固定在斜楔上，然后将斜楔嵌套在垫板上。材料及热处理选择crl2mov钢，crl2mov模具钢淬透性、淬火回火后的硬度、

50、强度、韧性比 cr12高，肓径为300400mm以下的工件可完全淬透，淬火变形小，但高温塑性较差。 crl2mov多用于制造截面较大、形状复杂、工作负荷较重的合种模具和工具。如冲 孔凹模、切边模、滚边模、钢板等。凹模硬度6065 hrc热处理 淬火1020°c, 200°c回火2h凸模高度计算凸模的长度应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量以及固 定板与卸料板之间的安全距离等因素。木模具设计采用弹性卸料板，凸模的长 度计算可按下式：查冷冲模设计（丁松聚主编）书得厶二耳+比+弘+ 丫 = 64.5式中h|凸模固定板的厚度mm；h2 卸料板的厚度mm；h3材料的厚度m

51、m；y附加长度mmo包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸 模固定板与卸料板之间的安全距离等。一般取h=15至20mmo凸模长度可以进 行必要的加长或缩短。故冲孔凸模零件图如下所示：仏.5i图5.2冲孔凸模5.4.2凹模的设计侧冲孔的凹模设计比较特殊，凹模上孔比较多，故其强度一定受到影响，采用整 体式凹模装于下模座上，凹模的长度选取要考虑以下因素：(1) 保证有足够的安装弹性卸料板的位置；(2) 便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。材料及热处理选择crl2mov钢，crl2mov模具钢淬透性、淬火冋火后的硬度、强度、韧性比 cr12高，直径为300400mm以下的工件可完全淬透，淬火变形小

52、，但高温塑性较差。凹模硬度6065 hrc热处理 淬火1020°c, 200°c回火2h凹模的结构与尺寸查实用模具设计与制造手册(许发極主编)书得凹模高度：h = kb(h>5)式中k-系数，此书表291b最大孔口尺寸（mm） 凹模壁厚：c = （1.5 2）h,c n 30 40mm k 取 0.385, /? = 0.385x3<15 h 取 15 凹模厚度：h = i5凹模壁厚：c = （1.5 2）/?（> 30 40卅）=100凹模的结构如下图所示:图5.3凹模结构图5.4.3导向零件的设计导向零件的形式有很多种，其形式和尺寸可以通过常用冷冲模零

53、件标准 gb2861选用，也可以根据实际的需要自行设计】。本文将导向零件设计成斜楔式的，既可以导向又可以推动冲头冲孔。设计图如下:本次设计采用斜楔式复位，设计图如下:图5.5斜楔导柱5.5其他零部件的设计与选用5.5.1模架的选用常用的模架有：滑动式导柱导套模架、滚动式导柱导套模架，模架由上、下模座 和导向零件组成，是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定它的上面，并承受冲压 全过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、 下模间的精度由导柱、导套的导向来实现。对角模架：由于导柱安装在中心对称的对角线上，冲压时可避免由于偏心力矩引 起的模具歪斜，便于横向送料或纵向送料

54、，适用于在快速行程的压力机上；后侧导柱模架：由于导柱位于模架后侧，前面和左右不受限制，工作面敞开，方 便送料和操作，但由于刚性差工作时偏心距会造成导柱导套单边磨损，并h不能用浮 动模柄结构；中间导柱模架：安装在对称线上的导柱，导向平稳，准确，但送料方向单一；四导柱模架：模架受力平衡，运行平稳、导向准确、刚性好，适用于大尺寸或高 精度冲压件的冲压，但价格较高；滚轴式导柱导套模架的导向精度高，使用寿命长，主要用于高精度、高寿命的精 密模具及薄材料的冲裁模具。根据标准模架的选择，为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模 采用后侧导柱模架。后侧导柱模架：两导柱，导套分别装在模架后侧，可以实用

55、宽度较大的条料冲制, 且可用边角料，送料和操作方便，但因导柱在一侧，上模座在导柱上滑动不够平稳， 影响模具寿命，只适用于中等复杂和一般精度要求的模具。导柱d/mm x l/mm分别为20x200导套 d/mmx l； mmx dmm 分别为 28x85x42 上模座厚度取65mm ,即h 模=65mm 上模垫板厚度取20mm ,即h恰=20mm 下固定板厚度取5mm ,即h下固定=85加加 下模垫板厚度取20mm,即h下垫板=20/77/7?下模座厚度取80mm ,即h下模=80mm模具闭合高度h闭=丹上模+h垫+ h凸凹模+ h凹模+ h下固定h入=319mm式中h凸凹模凸、凹模的高度h凹模凹模的厚度h入凸、凹模进入落料凹模的深度5.5.2模具辅助零件的材料选用及热处理表5.1辅助零件模具辅助零件的材料选用及热处理零件名称选用材料热处理硬度i1rc上模座、下模座ht200模柄q235凸、凹模固定板45侧面导板4528 32导柱20渗碳58-62导套20渗碳58 62定位销4543 48垫板4543 48螺钉45头