毕业设计（论文）-对称哑铃形状垫片冲压模具设计-孔距40

摘要PAGE34PAGEI摘要本文对垫片的冲压模具设计进行了简要的分析，首先根据工件图算工件的展开尺寸，在根据展开尺寸算该零件的压力中心，材料利用率，画排样图。根据零件的几何形状要求和尺寸的分析，采用复合模冲压，这样有利于提高生产效率，模具设计和制造也相对于简单。当所有的参数计算完后，对磨具的装配方案，对主要零件的设计和装配要求技术要求都进行了分析。在设计过程中除了设计说明书外，还包括模具的装配图，非标准零件的零件图，。关键词：复合模；冲压；设计ABSTRCATPAGE32PAGE31ABSTRCATBriefanalysisofthestampingdiedesignofthedrawerlock,firstofallaccordingtopartdrawingworkpiecesize,inaccordingtoexpandthesizecalculatedthecenterofpressureoftheparts,materialutilizationratio,drawinglayout.Basedontheanalysisofthegeometryandsizeoftheparts,thecompositedieisusedtoimprovetheproductionefficiency,thedesignandmanufactureofthedieisalsosimple.Whenalltheparametersarecalculated,theassemblyplanoftheabrasivetool,thedesignandassemblyrequirementsofthemainpartsareanalyzed.Inthedesignprocessinadditiontothedesignspecification,butalsoincludingthemoldassemblydrawings,non-standardpartsoftheparts.Keywords:compositedie;stamping;design目录目录第一章绪论 11.1冲压模具简介 11.2冲压模具在模具行业中的重要性 3第二章零件的结构工艺分析 42.1零件图 42.2.1零件技术条件 42.2.2零件的工艺分析 4第三章确定工艺方案及模具的结构形式 6第四章模具总体结构设计 74.1模具类型的选择 74.2标准模架和导向零件的选择 84.3定位方式的选择 94.4卸料与出件方式的选择 94.5推件装置 9第五章模具设计工艺计算 105.1排样方法 105.2搭边值、条料宽度的确定 105.2.1搭边值的确定 105.2.2条料宽度的确定 115.3材料利用率 12第六章冲裁力相关的计算 146.1计算冲裁力的公式 146.2总冲裁力、推件力、卸料力和总冲压力 146.2.1总冲压力Fz 146.2.2按卸料力公式计算卸料力Fx 156.2.3按推料力公式计算推料力FT 166.2.4计算总冲压力F 16第七章模具压力中心与计算 18第八章冲裁间隙 19第九章凸模与凹模刃口尺寸的计算 229.1刃口尺寸计算的基本原则 229.2刃口尺寸的计算方法 239.3计算凸凹模刃口的尺寸 23第十章主要零部件设计 2710.1工作零件的结构设计 2710.1.1凹模的设计 2710.1.2凸模的设计 2810.1.3凸凹模的设计 2810.2卸料部分的设计 2910.2.1卸料板的设计 2910.2.2卸料橡胶的设计 2910.3定位装置的设计 3010.4模架及其它零件的设计 3110.4.1上下模座 3110.4.2模柄 31参考文献 33致谢 34第一章绪论第一章绪论1.1冲压模具简介改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。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Pro/E、PDX、UGNX、NXProgressiveDieDesign、I-DEAS、Euclid-IS、Logopress3、3DQuickPress、MoldWorks和TopsolidProgress等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。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。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。在现代化的生产中，模具工业是国民经济发展的重要基础工业之一，模具在机械、电子、航空、航天、兵器、汽车、电器、仪表、轻工、农业及日常生活用品的生产中，已占有十分重要的地位，在产品竞争和产品不断更新的年代，要使产品不断降低成本并具有价格优势，采用模具成型技术来制造产品是非常重要的途径之一。80年代以来，在国家产业政策与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。现代工业发达的国家对模具工业都十分重视，模具技术水平的高低反映了一个国家制造业的能力和工业发达的程度。随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来重要的作用。数控加工技术在模具制造的应用，它不仅提高了生产效率，降低了劳动强度，还使得一些无法加工的零件变得可以加工。例如：简单的线切割加工时间长，如果不采用数控加工技术，劳动强度就很大；鼠标外壳模具形状不规则，如果不用数控加工，就很难加工且加工精度低，这就说明模具行业已与数控加工密不可分。塑料工业是世界上增长最快的工业之一。目前，塑料的数量增多，新的工程塑料品种的增加，塑料成型设备、成型工艺技术和模具技术水平的发展，为塑料的应用开拓了广阔的领域。塑料已深入到国民经济的各个部门中，特别是在办公机械、汽车、仪器仪表、机械制造、航空航天、交通、通信、轻工业、建材产品、日用品以及家用电器行业中零件塑料化趋势不断加强，并且陆续出现了全塑产品。正是由于塑料有如此众多的优良性能，因而在机械工业、电子工业、汽车工业、化学工业、建筑工业、航空航天工业、钢铁工业、农林渔业、包装工业以及日常用品等诸多领域，获得广泛的应用。由于塑料制成轴瓦、凸轮、滑轮、导轨、密封环、燃气轮机的压缩环、增压机的叶片以及在各种腐蚀介质中的工作零件，可以节省大量的各种贵重金属。在某些瞬时高温场所，如原子能工业、火箭导弹、超音速飞机、宇宙飞船等。而某些零件还非用塑料不可，例如，飞机的外壳、内装装饰、及仪器仪表转动零部件等。既可以减轻质量，又可以延长寿命。据统计，每辆汽车有300～400个塑料零件，用塑料制作汽车的仪表板、散热板、前后保险杠等大型汽车零部件。因而塑料已成为人们生活中不可缺少的重要工艺制品。而塑料模具是指利用其本身特定密闭腔体去成型具有一定形状和尺寸的立体形状塑料制品的工具。1.2冲压模具在模具行业中的重要性模具材料是模具加工业的基础。随着我国国民经济发展和人民生活水平的提高，人们对产品的审美观、价值观也不断提高，从而对各类模具产品，无论是内在质量还是外表美观等方面均要求日益精臻，因此势必对工模具材料在数量上、系列上和质量上提出更高的要求。中国的模具材料从无到有，从小到大，从少到多，直到现在，无论是从钢种还是从规格、标准化、系列化等方面，都是伴随着模具制造发展而发展的。改革开放以来，我国的工业和经济蓬勃发展，以前的手工作坊和落后的生产方式已经不能满足现代工业的要求，迫切需要寻找另一种更有效率的方式来适应现代工业。而在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量、高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。于是模具技术及模具工业应运而生。在现代工业生产中，60%～90%的工业生产需要使用模具来加工。作为一种高效率的生产工具，模具是工业生产中使用极为广泛、地位极其重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再次加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产自动化的特点。本次设计工件是冲压生产的一个典型零件，在生活中有很强的实用性，其模具设计有一定的实用价值。对于该制件我们利用先进的模具生产提高生产效益、保证产品质量、节约成本，从而取得很高的经济效益。第二章零件的结构工艺分析第二章零件的结构工艺分析2.1零件图该零压件为垫片，其零件简图如2-1所示：图2—1零件图2.2.1零件技术条件（1）零件厚度：2mm。（2）零件材料：10钢。（3）零件精度等级：IT14级。（4）生产批量：20万件。2.2.2零件的工艺分析（1）零件结构:由零件图可知，该零件结构简单，并且该制件只有冲孔、落料两道工序。该零件上尺寸都未注尺寸公差，表面粗糙图为Ra3.2。尺寸公差由公差等级表查得：对于未注公差尺寸，属于自由尺寸，按IT14查表2-1得到：落料尺寸：、冲孔尺寸：（3）结论：可以冲裁。表2-2部分标准公差值（GB/T1800.3—1998）(mm)基本尺寸/mm标准公差等级IT1IT2IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14大于至ummm—30.81.22346101425406053611.52.545812183048761011.52.54691522365890610181.2235811182743701100.180.270.4318301.52.546913213352841300.210.330.5230501.52.54711162539621001600.250.390.625080235813193046741201900.30.460.74801202.5461015223554871402200.350.540.871201803.55812182540631001602500.40.6311802504.571014202946721151852900.460.721.15250315681216233252811302103200.520.811.3第三章确定工艺方案及模具的结构形式该毛坯零件包括落料和冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：方案一：先落料再冲孔，采用单工序模生产。方案二：冲孔同时冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔连续进行冲压，采用级进模生产。其三种工序的性能见表3-1。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复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。由于该零件的生产要求的是大批量生产，为提高生产率，根据上述方案分析、比较、宜采用复合模。第四章模具总体结构设计第四章模具总体结构设计4.1模具类型的选择按照复合模工作零件的安装位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围见表3-2：表4-1正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围比较项目正装(顺装)式复合模倒装式复合模结构凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模优点冲出的冲件平直度较高结构较简单缺点结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作不宜冲制孔边距离较小的冲裁件适用范围冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛通过对正装式复合模和倒装式复合模两种优点、缺点及适用范围的分析比较，正装式复合模适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式复合模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。综上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜采用倒装式复合模。4.2标准模架和导向零件的选择模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定其上，并承受冲压过程的全部载荷。上下模间的精确位置，由导柱、导套的导向实现。现有以下四种模架方案可供选择：方案一：采用对角导柱模架。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。方案二：采用后侧导柱模架。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，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。但是不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。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及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。只能一个方向送料。（a）（b）（c）（d）图4-4导柱模架（a）中间导柱（b）后侧导柱（c）对角导柱（d）四导柱根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用对角导柱模架，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，能满足工件成型的要求。综合以上得出，采用方案二后侧导柱最佳。4.3定位方式的选择为保证冲裁出外形完整的合格零件，毛坯在模具中应该有正确的位置，正确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、生产效率等进行选择。因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销。控制条料的送进步距采用固定挡料销。4.4卸料与出件方式的选择卸料方式一般有三种形式：第一种为刚性卸料，常用于较硬、较厚且精度要求不太高的工件冲裁。第二种为弹性卸料，常用于冲裁厚度少于2.0mm的板料，由于有压料作用，冲裁件平整。第三种为废料切刀卸料，主要用于大中型零件冲裁或成形见切边。因为该工件料厚2.0mm，相对较薄，卸料力不大，由此可知卸料、出件方式的选择可采用弹性卸料装置卸料。冲孔废料直接由凸模从凸凹模内孔推下。弹压卸料板与弹性元件（弹簧或橡皮）、卸料螺钉组成弹压卸料装置。卸料板与凸模之间单边间隙选择（0.1～0.2）t，若弹压卸料板还需对凸模起导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。弹性元件的选择，应满足卸料力和冲模结构的要求。为使卸料可靠，卸料板应高出模具刃口工作面0.3～0.5mm，材料采用45钢，热处理淬火硬度43～48HRC。4.5推件装置主要有弹性推件装置和刚性推件装置。采用刚性推件装置，由打杆、推板、连接杆和推件块组成。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，打杆和推件块将凹模推出使推件力大，工作可靠。第五章模具设计工艺计算第五章模具设计工艺计算5.1排样方法 合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施，排样方案是模具结构设计的依据之一。根据材料的排样方法分为有废料排样、少废料排样、无废料排样3种。（1）有废料排样：冲件尺寸完全由冲模保证，因此冲件质量好，模具的寿命高，但材料的利用率低，常用于冲裁形状较复杂、尺寸精度要求较高的冲件。（2）少废料排样 ：冲件质量稍差，同时边缘毛刺易被凸模具带入间隙而影响冲模寿命，但材料的利用率较高，冲模结构简单，一般用于形状比较规则、某些尺寸精度要求不高的冲件。（3）无废料排样：冲件质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高，且当进距为两倍冲件宽度时，1次切断能获得两个冲件，有利于提高生产率，常用于形状规则对称、尺寸精度要求不高或贵重金属材料的冲件。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，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的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。根据设计的零件的形状、厚度、材料等方面的全面考虑，排样方法采用有废料直排法。如图5-1所示5.2搭边值、条料宽度的确定5.2.1搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表5-1所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表5-1搭边a和a1数值材料厚度 圆件及r＞2t的工件矩形工件边长L＜50mm矩形工件边长L＞50mm或r＜2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a ＜ 0.250.25~0.50.5~0.80.8~1.21.2~1.61.6~2.02.0~2.52.5~3.03.0~1.00.81.02.22.02.02.03.02.52.01.82.03.2根据制件厚度与制件的排样方法可以查表5-1得；搭边值工件间a为2.0mm沿边a1为2.5mm5.2.2条料宽度的确定排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度和进距也就可以设计出。计算条料宽度有三种情况需要考虑；(1)有侧压装置时条料的宽度。(2)无侧压装置时条料的宽度。(2)有定距侧刃时条料的宽度。有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。条料宽度公式：B=（D+2a）eq\o(\s\up6(0),\s\do2(-△))（5-1）其中条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为—△。D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。a——侧搭边值。侧搭边值a可以从表5-2中查出为2.5(mm)故带入条料宽度公式得；B=（60+2×2.5）=(mm)查表5-3中，可得条料宽度偏差下偏差—△为-0.6(mm)表5-2剪料公差及条料与导料板之间隙（mm）`材料厚度t/mm~11~22~33~5~5050~100100~150150~220220~3000.91.05.3材料利用率材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示：η=(nA/LB)×100%(5-1)式中η——材料利用率（%）；n——一张板料上冲裁件的数目；A——一个冲裁件的实际面积(mm)；B——板料宽度(mm)；L——板料长度计算冲压件的面积（利用cad测量）：A=933.3(mm2)条料宽度计算：B=60mm+2mm×2.5mm=65mm进距的计算：s=20+2.0=22mm一个进距的材料利用率：η=(nA/sB)×100%=(933.3/65×22)×100%=65.26%图5-1排样图第六章冲裁力相关的计算6.1计算冲裁力的公式冲裁力是指冲裁时凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料厚度、工件的周边长度及材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数，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一般可以按下式计算：b（6-1）式中：b-材料抗剪强度；-冲裁周边总长（mm）；-材料厚度（mm）；系数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，一般取=1.3。6.2总冲裁力、推件力、卸料力和总冲压力由于冲裁模具采用弹压卸料装置和自然落料方式。总的冲裁力包括：（1）Fz-总冲压力（2）（3）（4）FT6.2.1总冲压力Fz总冲孔力（6-2）式中：-材料抗剪强度；-冲孔的周边总长（mm）；-材料厚度（mm）；其中，，冲孔周长为：L1=146(mm)落料周长为：L2=53.4（mm）冲孔冲裁力为：（6-3）=1.3×2×146×340=129064(N)落料冲裁力为：（6-4）=1.3×2×53.4×340=47205(N)落料冲裁力为：F=F1+F2=129064+47205=176269(N)表6-1卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxKtKd钢≤0.1＞0.1～0.5＞0.5～2.5＞2.5～6.5＞6.50.065～0.0750.045～0.0550.04～0.050.03～0.040.02～0.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.025～0.080.02～0.060.03～0.070.03～0.096.2.2按卸料力公式计算卸料力Fx（6-5）查表6-1得Kx=0.04根据公式得=0.04×176269=7050(N)6.2.3按推料力公式计算推料力FTFT=nKtF（6-6）取n=3查表6-1得Kt=0.055n—根塞在凹模内的制件或度料数量（n=h/t）根据公式得FT=nKtF=3×0.055×176269=29084(N)6.2.4计算总冲压力FFz=F+Fx+FT（6-7）由公式（6-7）得：Fz=F+Fx+FT =176269+7050+29084=212403(N)=212（KN）根据总冲压力，压力机型号为J23-35，能满足各项要求，因查下表6-2初选压力机为J23-35型压力机。表6-2开式压力机规格及参数型号J23-10J23-16J23-25JC23-35JG23-40JB23-63公称压力/KN100160250350400630滑块行程/mm455565100100100最大闭合高度/mm180220270290330400闭合高度调节/mm354555606580滑块中心线至床身距离/mm130160200200250310滑块底面尺寸/mm前后150180220260260570左右170200250300300860工作台板厚度/mm354050506580模柄孔尺寸/mm直径304040405050深度356060707070第七章模具压力中心与计算冲裁力的合力的作用点称为冲模的压力中心。设计冲裁模时，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合，即冲模的模柄中心应与冲模的压力中心一致，以保证冲模在压力机上正常，平衡地进行冲制工作。若无法使压力中心与滑块的中心线完全重合，则应在设计中考虑采取平衡偏心载荷的措施，但偏裁力要控制在尽可能小的范围内，但偏心距离不应超过冲模的模柄尺寸。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。第八章冲裁间隙冲裁间隙Z（如图8-1）是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸与凸模刃口横向尺寸的差值，Z表示双面间隙，单面间隙用1/2表示，如无特殊说明，冲裁间隙就是指双面间隙。Z值可为正，也可为负，但在普通冲裁中均为正值，是设计模具的重要工艺参数。间隙的大小影响冲裁件断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命。图8-1冲裁间隙间隙是影主要因素响冲裁件质量的。间隙对冲裁件尺寸精度的影响，尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小则精度越高。影响冲裁件尺寸精度的因素：间隙/材料/工件形状和尺寸。当模具制造精度确定后，间隙较大时，拉伸作用增大，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径；间隙较小时，挤压力大，落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。间隙对冲裁力的影响：随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。间隙对模具寿命的影响：模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命；模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏；所以，为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。冲裁模间隙值的确定：在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙Zmin表8-1冲裁模初始双面间隙值z（mm）材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙(或无间隙)52.04.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126由以上分析可以看出，冲裁间隙对冲裁件的质量、冲压力和模具的寿命等都有很大的影响。在冲压的实际生产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力并保证模具有一定的寿命，我们规定那一个间隙值的范围。在这个范围的最小值称为最小合理间隙（），最大值称为最大合理间隙（）。因此冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙会增大，在设计和制造新模具时，一般采用最小合理间隙。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。间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。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，但出现间隙不均匀根据表8-1查：最小双面间隙:Zmin=0.246mm最大双面间隙: Zmax=0.360mm第九章凸模与凹模刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙的数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证。正确确定模具刃口尺寸及公差，将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果，因此它是设计冲裁模的主要任务之一。9.1刃口尺寸计算的基本原则在计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况考虑，其原则如下：（1）落料时，应以凹模刃口为基准，凹模基本尺寸取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸。凸模的基本尺寸则是用凹模基本尺寸减去最小合理间隙。（2）冲孔时，应以凸模尺寸为基准。凸模基本尺寸取冲孔件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。凹模的基本尺寸则是用凸模基本尺寸加上最小合理间隙。（3）凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模加工。（4）根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级，表9-1。表9-1模具刃口尺寸的公差与冲裁件尺寸公差的关系模具刃口尺寸的公差料厚t（mm）1.52345681012冲裁件的尺寸公差IT6～IT7IT8IT8IT9IT10––––––––IT7～TT8–IT9IT10IT11IT12IT12––––––IT9–––IT12IT12IT12IT12IT14IT14IT14IT14IT14冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具合理的间隙值是依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，是设计冲裁模的主要任务之一。从生产实践中可以发现：（1）由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。（2）在尺量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。（3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，结果使间隙越来越大。由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下：（1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凹模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。（2）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。这样在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，人能冲出合格的制件。凸凹模间隙则取最小合理间隙值。（3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口要求过低（即制造公差过大）则生产出来的制件有可能不合格，会降低模具的寿命。冲压件的尺寸公差应按“入体原则”标注单项公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。9.2刃口尺寸的计算方法制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙：（1）分别加工法。分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间隙要求。凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。这种加工方法必须把模具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方法主要用于冲裁形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。（2）配作法。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。先加工基准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。通常，落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。这种方法多用于冲裁件的形状复杂、间隙较小的模具。根据上述计算法则，由于该模具形状简单，因此，冲裁该模具的凸模、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。9.3计算凸凹模刃口的尺寸 通过查表8-2可得[9]：如果尺寸的精度为IT10级以上磨损系数选择为x=1；同理如果尺寸精度达到IT1—IT13磨损系数选择为x=0.75；如果精度是IT14以下磨损系数的值是0.5。表4-1磨损系数精度等级IT10以下IT1—IT13IT14以下磨损系数10.750.5在所有的尺寸中，属于A类尺寸：、属于B类尺寸：：属于C类尺寸的有：具体计算如表8-3所示。表4-2凸、凹模刃口尺寸计算磨损类型带偏差尺寸计算公式凸凹模刃口尺寸注释A保证双边间隙为015-0.19。BCCj=(Cmin+)第十章主要零部件设计设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件用什么方法加工制造及总体装配方法。结合模具的特点，本模具适宜采用线切割加工凸模固定板、卸料板、凹模及外形凸模，内孔凸模。这种加工方法可以保证这些零件各个内孔的同轴度，使装配工作简化。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。10.1工作零件的结构设计10.1.1凹模的设计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。凹模各尺寸计算公式如下：凹模厚度（10-1）凹模边壁厚（10-2）凹模板边长（10-3）凹模板边宽（10-4）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10-1。表10-1系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm≤1>1～3>3～6≤500.30～0.400.35～0.500.45～0.60>50～1000.20～0.300.22～0.350.30～0.45>100～2000.15～0.200.18～0.220.22～0.30>2000.10～0.150.12～0.180.15～0.22查表10-1得：K=0.25H=0.25×60=15mm(取20)根据公式（10-2）可计算凹模边壁厚：C=（1.5～2）H=30~40mm取凹模边壁厚为35mm。根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。最终确定凹模轮廓尺寸为：150mm×150mm×25mm；凹模材料选用Cr12钢，热处理58~62HRC。10.1.2凸模的设计将冲孔凸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不一样。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、凹模厚度的总和。外形凸模长度为：L=H1+H2式中：H1—凸模固定板厚度；由标准得：H1=15mm；H2—凹模厚度；由标准得：H2=25mm；L=15+25=40m10.1.3凸凹模的设计凸凹模的内、外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸，为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的壁厚。凸凹模的尺寸是与凸模、凹模配作；凸凹模设计成台阶式凸凹模。为了固定凸凹模在凸凹模下部作有台阶：凸凹模的高度为：（10-2）式中：-卸料板的厚度，由标准得：有H2=12m；-橡胶的厚度，由计算得：；-凸凹模固定板的厚度，由标准得：；由此可得出：10.2卸料部分的设计10.2.1卸料板的设计本模具卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，卸料板的厚度按表10-3选择，卸料板厚度为12m。卸料板与凸凹模的间隙以在凸凹模设计中确定了为0.035mm。卸料板上设置了4个螺钉。卸料板采用45钢制造，热处理淬火硬度45～48，卸料板标记：150mm×150mm×12mm。表10-5卸料板厚度(mm)冲件厚度t卸料板宽度＜5050～8080～125125～200＞200～0.86681012＞0.8～1.568101214＞1.5～381012141610.2.2卸料橡胶的设计在冲裁模卸料与出件装置中，考虑本模具结构，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，安装调整方便灵活，而且成本低，是常用弹性元件。选择橡胶时应主要确定其自由高度预压缩量及截面积，其计算公式及步骤可由以下决定：（1）确定自由高(10-3)式中：-冲模的工作行程（mm），对冲裁模而言，；-预留的修模量，根据模具设计寿命一般取4～6mm；根据公式（10-4）得：～～～～～mm（2）确定L预和H装（10-4）式中：-橡胶的预压缩量；根据公式（10-5）得：=～（10-5）式中：冲模装配好以后橡胶的高度；=mm（3）确定橡胶橫截面积A（mm2）（10-6）式中：-所需的弹压力（=5980N）；-橡胶在预压缩状态下的单位压力：=。 根据公式（10-7）得： =170000（mm2）10.3定位装置的设计为了保证模具正常工作和冲出合格的冲裁件，必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置,即必须定位.条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与送料方向垂直的方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进，称为条料横向定位或送料导向；二是在送料方向上的限位，控制条料一次送进的距离（步距），称为条料纵向定位或送料定距。对于块料或工序件的定位，基本上也是在两个方向上的限位。根据模具类型要求选用定位装置，而定位装置有：导料板、导料销和侧压装置。根据制件工艺分析：1、此模具结构为倒装式冲裁复合模。2、该制件的精度要求不是很高。采用导料销导料能有效的降低制作成本，且能达到制件精度要求。所以最终决定采用导料销导料。导料销设计：导料销采用规格为的两个销钉直接和卸料板采用过盈配合固定在卸料板上。为了保证模具在冲裁时，导料销不影响上模的运动，故在上模部分凹模上相应的做两个孔，以此来满足制造要求。导料销的位置布置：两个导料销布置在送料方向的一侧，因为条料的宽度B为30mm，所以导料销在竖直方向和冲压中心距离为