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制动
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模具设计
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制动垫片冲压工艺与级进模具设计,制动,垫片,冲压,工艺,模具设计
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摘 要从工件分析，该工件轮廓结构由直线构成，工件形状具备对称性。模具的设计的设计先从工件的工艺结构出发，根据工件图只要求和形状来确定模具的设计方案，进步一确定模具制造精度等级，和排样设计从而确定出模具的类型结构，从实际生产的角度出发，为了节约模具制造成本，提高产品生产效率，保证工件的生产精度，该工件的冲裁模具设计方案采用了级进模具冲裁。在模具设计前主要查找工件图纸中未标注公差的尺寸公差，根据尺寸公差来确定模具制造的精度，经过多次的排样分析以后，开始进行模具的结构设计，计算模具的闭合高度、卸料力、冲裁力、冲裁间隙、模具装配配合间隙、凸模高度、压力中心、模具总压力，根据总冲压力选择冲压设备；所有的设计方案确定以后开始绘制模具草图、装配图、零件图、编写技术要求、设计说明书。关键词：级进模具，冲裁力，垫片，冲裁间隙，压力中心ABSTRACTFrom the analysis of the workpiece gasket structure and the workpiece contour structure by linear circular shape of the workpiece with tangent symmetry. Design of the mold design starts from the process of workpiece structure, according to the workpiece is the only requirement and shape to determine design scheme of the mould, progress a determined the mold manufacturing precision grade, and layout design so as to determine the type of mold structure, starting from the point of view of practical production, in order to save the mold manufacturing costs, improve production efficiency, ensure the production precision of the workpiece, the workpiece punching blanking die design of the compound die of blanking. In the mold design mainly find the workpiece drawings unlabeled tolerances of tolerance, according to the dimensional tolerances to determine precision mold manufacturing, after multiple layout analysis to design of die structure, die shut height calculation, unloading, blanking force, and punching blanking clearance, die assembly with the gap, the height of the convex die, the center of pressure, the mold total pressure, according to the total impulse pressure stamping equipment selection; all the design after determining the start sketching the mold and assembly drawings, part drawings, preparation of technical requirements, design specifications.Key words: compound die, blanking force, gasket, blanking clearance, pressure cente目 录1 前言11.1冷冲压模具概述和发展11.2当前模具的技术水平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32.3 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 定位方式的选择54.2 送料方式的确定54.3模架结构和导向装置的选择55 工艺参数计算65.1 排样方式的选择65.1.1 搭边值的确定65.1.2 材料利用率的计算85.2 冲压力的计算95.3 初选压力机105.4 压力中心的计算106 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207.2.3 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 卸料板整体精度的确定247.4 凸模固定板的设计247.5 导向零件及模架的选用的设计247.6 模柄的选用257.7 始用挡料销的设计267.8 回带式挡料装置的设计267.9矩形垫板的设计287.10托板的设计287.11 侧压装置的设计287.12 导料板的选用297.13 导正销的设计30第8章 冲压模具零件加工工艺卡的编制318.1凸模加工一过程318.2 凹模加工工艺过程328.3 凹模固定板加工工艺过程338.4 模柄加工工艺过程348.5 上模座加工工艺过程348.6下模座加工工艺过程358.7压块的加工工艺过程358.8 导正销的加工工艺过程369 冲压设备的校核与选定379.1 冲压设备的校核379.2压力机型号规格37结 论38参考文献39致 谢40 1 前言1.1冷冲压模具概述和发展在冲压加工中，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。1.2当前模具的技术水平 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/E、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，许多研究机构和大专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 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。2 冲压件工艺分析图2-1 工件尺寸图工件名称：刷片； 工件简图：如图2-1；生产批量：大量；材料：45；材料厚度：4mm；精度等级：IT13。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：碳素结构钢；材料牌号：45；材料状态：已退火；抗剪强度：440-560Mpa；抗拉强度：550-700Mpa；屈服点：360Mpa；伸长率：16%2.2 工件结构形状分析冲裁件为落料件，材料厚度为4mm，轮廓均由圆弧和直线构成且有尖角尖角，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。2.3 尺寸精度根据工件技术要求注明未标注的尺寸公差按照IT13计算，所以通过查常用公差等级表2-1获得工件未标注公差的上下极限偏差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。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。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，采用后侧式导柱模架，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。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3.0，a1最小值取3.5mm。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r2taa1aa1aa10.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.52.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t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。 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）=（120+23+0.5）-00.5 mm=126.5-00.5 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42mm。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： =S1(BA)100%=11367.22/(122.5125.6)100%=74%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380MPa45号钢的抗剪强度t=500Mpa，抗拉强度L=600Mpa，延伸率16，屈服点360 Mpa，弹性模数204000 Mpa，此种材料有足够的强度 ，适胰于冲裁。冲压力F=KLT；为冲裁力，单位N；L为冲裁力的周边长度，单位mm；K为系数，取K=1.3，为材料的抗剪强度，单位为Mpa；T为材料的厚度，单位为mm.冲孔时L=3.14X65=204.20mm冲裁力：F=KLT2.4=1.3X204.20X4X500=530.92（KN）查表2.10得 K卸=0.03 K推=0.045卸料力：F卸= K卸XF=0.03X530.92=15.93（KN）推件力：F推=n K推F=2X0.045X530.92=47.78（KN）冲孔总压力：F=F+ F卸+ F推=532.92+15.93+47.78=594.63（KN）切断时L=2XL小耳XL大耳L小耳=（42-32.5）X2+1/8X3.14X84=19+32.97=51.97 mmL大耳=（60.5-32.5）X2+1/6X3.14X121=56+63.32=119.32 mmL=2X51.97+119.32=223.26 mm冲裁力：F=KLT=1.3X223.26X4X500=580.48（KN）卸料力：F卸= K卸XF=0.03X580.48=17.41（KN）推件力：F推=n K推F=2X0.045X580.48=52.24（KN）切断总压力：F=F+ F卸+ F推=580.48+17.41+52.24=650.13（KN）落料时L=3.14X120X5/6=314.16 mm冲裁力：F=KLT=1.3X314.16X4X500=816.82（KN）卸料力：F卸= K卸XF=0.03X816.82=24.50（KN）推件力：F推=n K推F=2X0.045X816.82=73.52（KN）落料总压力：F=F+ F卸+ F推=816.82+24.50+73.52=914.84（KN）模具总压力：F总=119.32+650.13+914.84=2479.81（KN）5.3 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J23-250型压力机。5.4 压力中心的计算冲裁模的压力中心是指冲裁力合力的作用点。在设计冲裁模时，压力中心要与冲床滑块中心重合，否则冲模在工作中就会产生弯距，使冲模产生歪斜，从而会加速冲模导向机构的不均匀磨损，冲裁间隙得不到保证，刃口迅速变钝，直接影响冲裁件的质量和模具的使用寿命，冲摸压力中心的确定对多工序冲裁模尤为重要。因此冲模设计时必须确定模具的压力中心，并且使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块重合。（1）简单形状的零件，其压力中心的计算对称形状的零件，其压力中心位于忍口轮廓形状的几何中心上。等半径的圆弧段的压力中心，位于任意角2a的平分线上，且距离圆心为X0的点上。 X0=r sina a2.5复杂工件或多冲模冲裁时，其压力中心的计算 根据力矩平衡原理，即各分力对坐标轴力矩之和等于其合力对该坐标轴的力矩。 比例画出工件的轮廓图，如图1.3； 在任意处选取坐标轴X，Y 将工件分解成若干直线段或弧段，L1、L2、L3、L4L11，因冲裁力与轮廓线长度成正比关系，故用轮廓线长度代替冲裁力F。图5-2压力中心示意图 计算各基本线段的重心到Y轴的距离X1、X2X11，和到X轴的距离Y1、Y2、Y3Y11，则根据力矩原理可得压力中心的计算公式为 X0=2.6 Y0=2.7先计算各直线和弧段的长度：L1=3.1465=204.1 L2=3.14120=62.8L3=60-42=18 L4=42-32.5=9.5L5=3.1484=32.97 L6=L4=9.5L7=L4=9.5 L8=L5=32.97L9=L4=9.5 L10=L3=18L11=3.14120=314 再计算各基本线段的重心到Y轴的距离X(采用图算法)X1=307.8 X2=227.89X3=197.04 X4=151.11X5=144.4 X6=150.8X7=171.04 X8=185.3X9=200.09 X10=229.83X11=60.68再计算各基本线段的重心到X轴的距离YY1=63.3 Y2=104.61Y3=108.18 Y4=78.39Y5=68.43 Y6=48.38 Y7=29 Y8=22.53Y9=22.19 Y10=75.8Y11=60.55 X0=166 Y0=686 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。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=0.28mm，最大双边间隙Zmax=0. 36mm，则有Zmax- Zmin=0.08。通过查常用公差等级表2-1获得工件外轮廓尺寸1300-0.87mm;内部尺寸650+0.74mm，R420+0.64 mm，查表6-3得x为0.5。冲孔凸模根据公式6-2有： d凸1=（65+0.50.74）0-0.02=65.370-0.02 mmd凸2=（R42+0.50.64）0-0.02=R42.320-0.02 mm冲孔凹模根据公式6-3有： d凹1=（65+0.50.74+0.08）0+0.02=65.450+0.02 mmd凹2=（R42+0.50.64+0.08）0+0.02= R42.4+0.02mm落料凹模根据公式6-5有： D凹1=（ 120-0.50.87）0+0.03= 119.5650+0.03mm落料凸模根据公式6-4有： D凸1=（ 120-0.50.87-0.08）0-0.02= 119.4450-0.02mm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10.750.50.750.57 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=0.2120=24mm根据公式7-2可计算凹模边壁厚： C=（1.52）H =48mm取凹模边壁厚为38mm。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 =338+224 =386mm根据公式7-4可计算凹模宽： B=b2+2c =120+224 =168mm 考虑到模具凹模强度和紧固零件的安装，方便准备模具材料，最终将凹模周界尺寸取值为55025020mm。图7-2 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7-3 凸模高度尺寸凸模高度为： L=h1+h2+h3+h4 （7-5） 式中: h1-凸模固定板厚度； h2-卸料板高度；h3-导料板h4-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=35+20+10+9=69mm由以上可得凸模简图如图7-4所示：图7-4 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5458HRC。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,因工件厚度尺寸较大，采用固定卸料板。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550mm250mm20mm，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。图7-5卸料板的结构件图7.3.3 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。7.4 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= 35-45（mm） 凸模固定板厚度取35mm。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，本模具四导柱结构，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。 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。因工件所需冲裁力较大，本次设计模具采用了凸缘式模柄，如图7-7所示。图7-7 凸缘式模柄7.7 始用挡料销的设计由于该模具需要是哪个工位完成工件的冲裁，在首次冲裁时需要确定送料步距，首次冲裁，在第一工位后设计安装一个挡料块，当在首次冲裁时将其按下挡住条料而定位完成第一次冲裁，第一次冲裁完后不再使用。因为在该套模具中有三个工位，故设计了三套该装置，分别间隔一个步距并布置在同一侧。当首次冲裁时依次按下三套始用导料销，分别完成三个工位的冲裁，第一次冲裁完后不再使用。始用挡料块的尺寸和相关技术条件见装配图7-1。 图7-8 始用挡料块 根据导料板间距126.6mm及凹模长度200,可得导料板宽度61.7mm,由于条料有误差，为了保证送料故选用导料板61mm,表5-2条料与导料板间隙表,由于材料厚度为4mm,可得导料板厚度为10mm.根据GB2866.1-81选取始用挡料销规格长80mm,厚度10mm的始用挡料销装置,规格为: LB8010 GB2866.1-81 弹簧1.048 GB2089-81 弹簧芯柱49 GB2866.2-81 当料块选取材料为45钢,弹簧芯柱根据GB700-79为A3. 热处理4348HRC.7.8 回带式挡料装置的设计 挡料销的工作状态图见图7-9，挡料销在送进方向上带有斜面，送进时当达边碰撞斜面使挡料销跳跃达边而进入下一个孔中时，然后将条料后拉，挡料销便抵住达边而定位。每次送料都要先送后拉，做方向相反的两个动作。 1-凹模 2-导料板 3-卸料板 4-回带式挡料销 5-片弹簧6-开槽圆柱头螺钉图7-9回带式挡料装置 根据卸料板的厚度S1为10mm,导料板的厚度S2为10mm,得总厚计算得S为20 mm。查表得挡料销直径为8mm,长度30mm, 圆柱头直径为10mm。材料为45，热处理硬度4348HRC，技术条件按照JB/T76531994的规定图7-10回带式挡料销片弹簧如图7-4，根据导料板的宽度L=61mm，查表22.555，选用L=55 mm，L1=3 5mm ，固定端圆头半径R=20 mm宽度S=12 mm。材料：65Mn,热处理硬度4450HRC技术条件：JB/T76531994的规定图7-11 片弹簧7.9矩形垫板的设计垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力,以防止模座被挤压损伤,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的外形尺寸与凸模固定板相同,厚度可取310mm,这里设计时,由于压力较大,根据GB2865.2-81选取规格为LBH=50025010mm.7.10托板的设计 为了提高送料时的稳定性，使在冲裁工位上的板料有更好的平整性，保证冲裁精度，故需要设计一个送料的托板，其长度为凹模的宽度为250，宽度为56.6。为了提高其强度和稳定性，也为了便于安装，故设计成了角钢形状，如图2.5，材料采用常用的45号钢，上面的四个孔钻好除毛刺后在热处理。图7-12托板7.11 侧压装置的设计为了保证条料紧靠导料板一侧正确送进，故设计了一个条料侧压装置，考虑到簧片式的侧压力较小，只适合板后小于1 mm的薄板冲裁故设计成弹簧压块式，弹簧压力较簧片的压力大，这样才能更好的压紧工件，如图10-1。在该模具中一共用了两套该装置，分别布置在导料板的同一侧。侧压装置加工好后热处理硬度至4348HRC。 在安装的过程中首先定好压料装置在模具上的安装位置，用铣刀在相应位置的导料板的上表面铣出一个宽为10.5，深5.5的槽，将压块安放上去，然后将卸料板固定好，再以压块上的弹簧螺钉固定孔定位钻卸料板上的螺钉固定，然后攻丝，最后装配。1-卸料板 2-弹簧 3-开槽圆柱头螺钉 4-平垫片 5-压块6-导板 7-凹模 图7-13侧压装置7.12 导料板的选用导料板一般沿条料送进方向安装在凹模型孔的两侧，对条料进行导向，为了导料方便在进料端内侧有较小的斜角，出料端也有较大的圆角，其长度一般为凹模的长度加上承料板的长度，考虑到凹模长达500mm，查模具设计手册没有这么长的导料板，故采用两块长250mm和315mm组合起来使用，为了防止在送料的过程中刮伤手，将伸出凹模的一端外测加工出距离为10mm的倒角，导料板的高度可查表11-1得10mm其相关尺寸查表22.5-45可得，如图12-1。表7-5 导料板高度料厚116导料板高度固定卸料板46614弹压卸料板34410图7-14 导料板7.13 导正销的设计在进行切断和落料两个工序时，需要保证制动垫片内孔和外圆的同轴度，导正销由导入和定位两部分组成。导入部分一般用圆弧或圆锥过渡，这里为了方便加工将其设计成圆锥过渡，定位部分为圆柱面。为了保证导正销能顺利的插入孔中，应保持导正销直径与孔之间有一定的间隙。导正销的直径按基孔制间隙配合9，考虑到冲孔后弹性变行收缩，因此导正销直径的基本尺寸应比冲孔凸模直径小，因此导正销直径的基本尺寸D为： D=-23.12式中 冲孔凸模直径（） 2导正销与孔两边的间隙，其数值见表3.131。根据材料厚度，冲孔凸模直径及冲件尺寸查表7-3得2=0.20，即=0.10。 故：D=-2=65.18-0.2=64.9865=1.2=1.24=4.85根据相关数据设计出导正销见图T-10。 导正销在工作过程中反复与板料内孔摩擦，在使用过程中必需保持自身尺寸的稳定性，为此，必须具有：高硬度，高耐磨性，其硬度一般大于62HRC。尺寸稳定性，在存放和使用中组织应稳定，以确保不发生尺寸变化。良好的耐蚀性，防止生锈，化学腐蚀。根据以上条件选用65M表7-6 导正销的尺寸材料厚度 冲孔凸模直径冲件尺寸1.56610101616242432324242601.51010252550 2 1.51.53350.040.050.060.060.070.080.060.080.100.080.100.120.090.120.160.100.140.180.120.160.2010.60.51.20.80.61.50.8第8章 冲压模具零件加工工艺卡的编制8.1凸模加工一过程表8-1 冲孔凸模加工工艺过程 单位：（）工序号工序名称工序内容设备1备料备料66442热处理退火3粗车粗车外圆至65.5车床4精车精车外圆至65.18车床5铣下内孔以外圆定位铣下内孔4519.78铣床6铣上内孔以外圆定位铣上内孔4510铣床7钻孔以外圆定位钻孔1210钻床8钳工磨上下端面达到要求钳工工具9热处理淬火,回火,保证HRC586210检验8-2 切断凸模加工工艺过程 单位：（）工序号工序名称工序内容设备1备料备料62442热处理退火3车外圆车外圆至61车床4线切割线切割出周边外形保证切边处直径84.21线切割机床5铣内孔铣导正销固定孔3515铣床6钻孔钻导正销固定孔1018钻凸模固定孔1025钻床7攻丝攻导正销固定孔深15攻凸模固定孔深21丝锥8钳工修模刃口端面达到要求钳工工具9热处理淬火,回火,保证HRC586210检验表8-3 落料凸模加工工艺过程 单位：（）工序号工序名称工序内容设备1备料备料120592热处理退火3车外形车外圆至118.5，车中间槽车床4修磨外圆磨外圆达到118.03磨床5铣导正销固定孔铣导正销固定孔3515铣床6铣上端面固定孔铣上端面固定孔6010铣床7钻孔钻导正销固定孔1018钻凸模固定孔1025钻床8攻丝攻导正销固定孔螺纹深15攻凸模固定孔螺纹深20丝锥9热处理淬火,回火,保证HRC586210钳工修模刃口端面达到要求钳工工具11检验8.2 凹模加工工艺过程 表 8-4 凹模加工工艺过程 单位：（）工序号工序名称工序内容设备1备料备料508.4250102热处理退火3磨平面磨平板料上下表面至厚为8，并达到表面粗燥度要求上表面2.2平面磨床4钻孔钻两个销钉孔210钻4个凹模固定孔49钻床5扩孔用18的钻头将凹模固定孔钻出沉头螺定的倒锥面深3.5钻床6线切割线切割出凹模的内形冲孔凹模65.18，落料凹模直径119.79，切断凹模内边直径66.98线切割机床7热处理淬火,回火,保证HRC58628钳工修模刃口端面达到要求钳工工具9检验 表8-5 凹模固定板加工工艺过程 单位：（） 工序号工序名称工序内容设备1备料备料508.4250502热处理退火3磨平面磨平板料上下表面至厚为48，并达到表面粗燥度要求上表面2.2和平行度要求平面磨床4钻孔钻凹模固定孔4825钻凹模与下模座的固定孔8825钻床5攻丝攻凹模固定孔深20攻凹模与下模座的固定孔深20丝锥6线切割在凹模内形的基础上扩大1，切出内形以变卸料线切割机床7热处理淬火,回火,保证HRC58628钳工修模刃口端面和外形达到要求钳工工具9检验8.3 凹模固定板加工工艺过程 表 8-6凹模固定板加工工艺过程 单位：（）工序号工序名称工序内容设备1备料备料400250772热处理退火3磨平面磨平板料上下表面至厚为75，并达到表面粗燥度要求上表面2.5和平行度要求平面磨床4钻孔钻凸模固定孔912，并用12的钻头初钻冲孔模固定孔、凸模固定板和上模座螺钉固定孔钻床5攻丝攻凸模与上模座的固定孔深20丝锥6铣凸模固定孔铣出切断模和落料模的固定孔并铣出固定孔的沉头螺钉孔数控铣床7热处理淬火,回火,保证HRC50608钳工修磨凸模固定孔和外形达到配合要求钳工工具9检验8.4 模柄加工工艺过程 表8-7模柄加工工艺过程 单位：（）工序号工序名称工序内容设备1备料备料大约160110的毛坯2锻造将毛坯锻成160110的毛坯使其达到硬度和强度要求曲柄锻造机3热处理退火4粗车粗车出模柄的基本外形，并留出12的余量车床5精车精车出模柄的外形并在应倒角处导出530的导角车床6钳工划线找正所要钻孔的位置划针7钻孔钻出模柄固定孔413钻床8铣孔铣出螺钉沉头孔42213铣床9磨削表面在磨床上磨削模柄固定达到表面粗燥度要求、垂直度要求和尺寸要求与模具固定端152，与压力机固定端70磨床10热处理淬火,回火,保证HRC506011钳工修磨外形达到配合要求，并去毛刺钳工工具12检验8.5 上模座加工工艺过程 表8-8上模座加工工艺过程 单位：（ ）工序号工序名称工序内容设备1备料取标准上模板2热处理退火3平磨平磨上下平面达要求平面磨床4钳工划出要钻孔的位置以及模柄固定孔的位置划
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