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变压器芯片落料冲裁模设计
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变压器芯片落料冲裁模设计绪论1. 冷冲压模具设计的目的冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业的学生在学完基础理论课、技术基础课和专业课程的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是：1）综合运用本专业所学课程的理论和生产实践知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。2）巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。3）掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。【2】2. 冷冲压模具设计应注意的问题冷冲压模具设计的整个过程是从分析总体方案开始到完成全部技术设计，着期间要经过设计计算、绘图、修改等步骤。在设计过程中应注意以下问题。2.1 合理选择模具结构根据零件图样及技术要求，结合生产实际情况，提出模具结构方案，分析、比较，选择最佳方案结构。2.2 采用标准零部件应尽量采用国家标准零部件及工厂冲模标准件。使模具设计典型化及制造简单化，缩短设计制造周期，降低制造成本。2.3 其它1 定位销的用法冲模中的定位销常选用圆柱销，其直径与螺钉直径相似，不能太细，每个模具上只需两个销钉，其长度勿太长，其进入模具体长度是直径的22.5倍。2 螺钉的用法固定螺钉拧入模体的深度勿太深。如拧入铸铁件的深度是螺钉直径的22.5倍，拧入一般钢件深度是螺钉直径的1.52倍。3 打标记铸件模板要设计出加工、定位几打印编号的凸台。4 对导柱、导套的要求模具完全对称时两导柱的导向直径不宜设计的相等，避免和模时误装方向而损坏模具刃口。导套长度的选取应保证开始工作时导柱进入导套1015mm。【6】3. 冷冲模具的发展状况现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1999年，国内汽车年产量为183万辆，。保有量为1500万辆，预计到2005年汽车年产量将达300万辆。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如，到2005年汽车行业将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。 家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了1000万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。【2】目前世界上模具工业的年产值约为680亿美元。我国2004年模具产值为530亿元，模具出口4.91亿美元，同时还进口18.13亿美元。我国已成为世界上净出口模具最多的国家。大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比，仍有很大差距，特别是模具寿命低的问题非常突出。如：国外硅钢片冲模总使用寿命在500万次以上，而国内一般为50万-60晚次，最高150万次。国内热锻模使用寿命50万次，国内只有3-5万次。国外热锻模使用寿命12000次以上，国内一般为3000-5000次。影响模具寿命的因素较多，但模具材料是重要因素。高寿命模具离不开优质模具材料。国内模具钢品种少、质量差、性能低。虽然国内也研制出许多高性能模具钢，但大多数是上世纪70-80年代研制的，因种种原因，真正使用的量较少，钢种也不多。每年使用量不足1万吨。故在生产上使用的仍然是老钢种为主，如冷模用CrWMn、Crl2、Crl2MoV等，热模用3CrW8V、6542等，另外，由于模具钢的改锻效果差、选材与热处理不当等原因，也造成模具的寿命低。主要从冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三个方面来进行扼要分析国内模具钢的研究开发情况。现具体介绍冷作模具钢的开发概况：对冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐模性，足够的强度和韧性，高的疲劳寿命，良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。九十年代以前，国内常用的冷作模具钢有：碳素工具钢T1OA，合金工具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si，高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，轴承钢GCrl5、弹簧钢60Si2WMna，参碳钢20Cr、12CrNi3A、不锈钢3Cr13等。其中用量最大的是Cr12、Cr12MoV、TIOA、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和W18Cr4V。为满足生产要求，国内先后研究开发了一系列新型冷作模具钢。如：高强韧耐磨钢（7Cr7Mo2V2Si（代号L）、Cr8MoV3Si（代号ER5）、9Cr6W3Mo2V2（代号GM）等）、高速钢基体钢（65Cr4W3Mo2VNb、60Cr4Mo3Ni2WV、5Cr4Mo3SiMnVAI）、低合金冷作模具钢等。【8】4结论 总的来说现在国内模具设计制造技术比国外已有了突飞猛进的发展，在本课题中的模具设计与制造概况，国外的技术要比国内有较高的发展，无论从设计方面或制造方面国外的技术要领先于中国，如本课题中的硅钢片冲裁模：国外硅钢片冲模总使用寿命在500万次以上，而国内一般为50万-60晚次，最高150万次。之所以国内模具寿命低，不光是我国模具钢材料不及国外的，更根本的原因还是由于国内模具制造技术方面，因此国内应从根本上考虑，模具制造技术方面与装配方面。 本课题中的变压器芯片落料冲裁模从设计技术方面与制造方面和前人的设计无太大变化，本课题中的变压器芯片只有主体“山”字形结构，并无垫片，因此，在工序上就省略了一道工序，从先前的级进模变为单工序落料模，模具结构就比级进模要简化的多，制造工序也不同先前的模具制造工序。在本课题中设计的模具，由于其冲件体积小，冲出的工件主要用于小功率的变压器，因此，在模具结构方面，该模具要比先前模具有所不同。其具体设计与模具结构将以以下几章具体说明。第1章 零件的工艺性分析1.1 零件的总体工艺性冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。 良好的冲裁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。此工件是标准的小容量变压器的铁心片，生产批量大，材料是软磁合金材料1J50，厚度是0.2mm, =658M 使用时由“山”字片一层层叠加而至变压器铁心所需的厚度，其零件尺寸公差无特殊要求，可按IT14选取，利用普通冲裁方式达到图样要求。由于该工件的外行简单、形状规则，使用与冲裁加工。图1-1 工件图1. 2 冲裁件的结构工艺性1.2.1 冲裁件内形及外形的转角冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过度，以便于模具的加工，减少热处理面积的开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过度磨损。圆角半径R的最小值，见表1-1所示：表1-1冲裁件最小圆角半径工序连接角度黄铜、纯铜、铝软钢合金钢落料900.18t0.25t0.35t900.35t0.50t0.70t冲孔900.20t0.30t0.45t900.40t0.60t0.90t注：t为材料的厚度，当t2t；冲裁件材料为黄铜、纯铜、软钢时，b1.5t（t为材料厚度，b为悬臂或凹槽的宽度，t1mm时，按t=1mm计算）。【4】1.3 冲裁件的精度和断面粗糙度1.3.1 精度冲裁件的经济精度一般不高于IT11级，最高可打IT8IT10级，冲孔比落料的精度约高一级，冲裁件的尺寸公差、孔中心距的公差可查阅冷冲模具设计手册。对于该冲裁零件由于它自身并不需较高的冲裁精度，古可选此零件的冲裁精度为IT14级计算。1.3.2 断面粗糙度冲裁件的断面粗糙度一般为R12.550m，最高可达R6.3m，具体数值见表1-2。表1-2 一般冲裁件断面的近似粗糙度材料厚度/mm112233445粗糙度R/m6.312.52550100由于该冲裁件厚度较薄、表面无特殊公差要求，古对于该冲裁件断面粗糙度应选用R6.3m 第2章 确定工艺方案2.1 概述冲裁件的结构形式多种多样，如果按工序的组合分类，可分为单工序模、级进模、复合模等。各种冲裁模的构成大体相同，主要由工作零件、定位零件、卸料与推料零件、导向零件、连接与固定零件等组成。【7】确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序的顺序。2.2 确定冲裁工序的组合形式及冲裁顺序 冲裁工序的组合方式可以分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。所使用的模具对应为单工序模、复合模和级进模。一般组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。冲裁工序的组合方式可根据下列因素确定：1 根据生产批量来确定 一般来说，小批量和试制生产采用单工序模具，中、大批量生产采用复合模或级进模，生产批量与模具类型的关系可参见表2-1所示：、表2-1 生产批量与模具类型的关系项目生产批量单件小批中批大批大量大型件中型件小型件2205501010020305010010050030010005000模具类型单工序模组合模简易模单工序模组合模、简易模单工序模级进模复合模单工序模级进模自动模硬质合金级进模、复合模、自动模注：表内数字为每年班产量数值，单位：千件 2 根据冲裁件尺寸和精度等级来确定 复合冲裁得到的冲裁件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件较平整。进级冲裁比复合冲裁精度等级低。3 根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定 冲裁件的尺寸较小时，考虑到单工序模送料不方便和生产效率低，常采用复合模冲裁和级进冲裁。由于该冲裁件的尺寸较小且精度无太大要求，若采用级进模加工不但模具结构复杂且加工过程麻烦，采用单工序模加工就比较简单。4 根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定 对复杂形状的冲裁件来说，用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜，应为模具制造安装调整比较容易，且成本较低。5 根据操作是否方便与安全来确定【5】综上所述，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的前提下，模具制造成本较低、模具寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。应此，对于该冲裁件应以选择更合理的工序组合，从该冲裁件的生产批量、形状精度及模具的安装调试精度来考虑，并且只须一次落料即可，因此该冲裁件更适合于单工序模加工。由于此冲裁件只需一次落料加工，故只需一个工序即可。2.3 冲裁件工艺方案的确定零件属于大批量生产，生产工艺性较好，从零件的形状尺寸标注等情况来看均符合冲裁的工艺要求,该工件只须一次落料既可,故采用单工序落料模进行加工。第3章 排样方案的确定 在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好的确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。3.1 材料的合理利用3.1.1 材料的利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。 一个步距内的材料利用率（式3.1.1）可用下式表示： =100% （3.1）式中：A一个不距内冲裁件的实际面积； B条料宽度； h步距。 值越大，材料的利用率就越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。【1】3.1.2 提高材料利用率的方法要提高材料的利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：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（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件等。对于一定形状的冲裁件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。该零件是变压器芯片的冲裁件，对于提高材料的利用率无特别的要求，若要提高材料的利用率，就必须充分利用结构废料。但对于此零件其结构废料是必不可免的，因此可从改变零件的结构形状入手来提高材料的利用率。3.2 排样方法根据材料的合理利用情况，条料的排样方法可分为三种：即有废料排样、少废料排样和无废料。从零件的结构形状和工艺特点来看，该零件的排样方法只有少废料排样和有废料排样两种排样方法。【3】根据工件外形尺寸，生产工艺特点，零件的工艺方案采用单工序模具进行加工。根据单工序落料模具的特点、工件的外形尺寸及形状等综合方面因素进行考虑，工件的排样可有如下两种方案： 方案（一） 直排有废料排样，如图3-1所示： 方案（二） 直排少废料排样，如图3-2所示：图3-1直排有废料排样图图3-2直排少废料排样图 根据两种排样方案图，考虑模具结构形状，方案（二）的排样使模具的结构复杂化不及方案（一）用直排有废料排样，因此该零件的排样应采用直排有废料排样的排样方法。3.3 塔边排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫塔边。塔边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料的刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，塔边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。塔边值对冲裁过程及冲裁件有很大的影响；因此一定要合理确定搭边数什。搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50%以上。【6】3.3.1 影响搭边值的因素3.3.1.1 材料的力学性能 硬材料的搭边值可小些；软材料，脆材料的搭边值要大一些。3.3.1.2 材料的厚度 材料越厚，塔边值越大。3.3.2.3 送料及挡料方式 用手工送料，有侧压装置的塔边值可以小些；用侧刃定距比用挡料销定距的塔边小一些。【9】3.3.2 塔边值的确定 由于塔边值对冲裁过程及冲裁质量影响很大，因此，在确定塔边值时应合理选用。塔边值一般是由经验确定的，目前常用的有数种。表3.1为最小值的经验数表之一，可供查阅：表3.1 最小塔边值材料厚度t圆形或圆角r2t的工件矩形件边长L0.511220203030500.050.080.100.080.100.150.100.150.20查表3.1可得工件间a=2.2mm、沿边值a=2.5mm代入式3.2和3.3可得：B=（D+2a） =27mm；A= D+2a+C =32mm。 3.5 计算材料利用率由以上计算的结果B和A值，将其代入式3.1得一个进距的材料利用率：=100%=100%=54%式中冲裁件的面积A为： A=（5112+211+422）=253mm第4章 冲裁工艺的计算4.1 计算冲裁工艺力由于该模具采用弹性卸料和下出料方式，落料方式是靠凸模推件力使得冲裁件下落，故在计算冲裁力时只考虑卸料力和推件力的作用。在计算卸料力和推件力时一般是按经验公式进行计算。4.1.1 冲裁力冲裁模设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适用冲裁的要求。平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力（N）可按下式计算： F=Lt （4-1）式中：L冲裁件的外形周长； t冲裁件厚度； 冲裁件材料的屈服强度值。其中：L=138mm； t=0.2mm； =658MP将L、t、带入式4-1中可算得： F=Lt =138 4.1.2 卸料力 卸料力采用的经验公式为： （4-2）式中：卸料力（N）； 卸料力系数（见表4-1）； F冲裁力（N）。表4-1 卸料力、推件力系数冲裁材料纯铜、黄铜0.020.060.030.09铝、铝合金0.0250.080.030.07钢材料厚度0.10.50.0450.0550.1从表4-1中可查的=0.05，将、F带入式4-2可得4.1.3 推件力 （4-3）式中： n硬塞在凹模内料的个数，n=h/t，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm），t为料厚（mm）；卸料力（N）； 卸料力系数（见表4-1）； F冲裁力（N）。从表4-1中可查的=0.05；将、F、n带入式4-3可得：冲裁时总的冲裁力为： （4-4）将、F带入式4-4中，可计算出冲裁时总的冲裁力。4.2 凸凹模间隙值的确定凸凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大的影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。其间隙值可查表4-2可得=0.012mm，=0.018mm。 【1】 表4-2 冲裁模初始双边间隙Z (mm)材料厚度/mm软铝纯铜、黄铜、软钢（wc=0.08%0.2%）杜拉铝、中等硬钢（wc=0.3%0.6%）硬钢（wc=0.5%0.6%)0.20.0080.0120.0100.0140.0120.0160.0140.0180.30.0120.0180.0150.0210.0180.0240.0210.0270.40.0160.0240.0200.0280.0240.0320.0280.0364.3 凸凹模刃口尺寸的确定对零件图中未注公差的尺寸，可按IT14来进行选取，从而查表得出其极限偏差为、17 、 、 、 。 【10】 本例零件因形状比较复杂，且为零件材料为了保证凸凹模之间的间隙值，必须采用凸凹模配合加工的方法。现以凹模为基准件，根据凹模磨损后的尺寸变化情况，将零件图中各尺寸进行分类：A类尺寸：、；B类尺寸：17；查表4-3可得A类与B类尺寸的计算公式为： ； （4-5） ； （4-6） 式中：、凸模刃口尺寸（mm）； A、B工件基本尺寸（mm）； 工件的公差（mm）； 工件的偏差（mm），对称偏差时，； x磨擦系数，一般取x=0.5；由公式4-5、4-6可计算出凸模的刃口尺寸：凹模的刃口尺寸可按凸模的实际尺寸配制，并保证双面间隙0.0120.016mm。表4-3 配合加工时，凸、凹模尺寸的计算公式工序性质制件尺寸（图2-15）（图2-16）凸模尺寸凹模尺寸落料按凹模尺寸配制，其双面间隙为： C4.4 凸凹模外形尺寸的确定4.4.1 凹模外形尺寸的确定凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定 凹模厚度的确定：（15mm） （4-7）凹模壁厚的确定： （30mm） （4-8）式中：b凹模孔的最大高度。K因数，取K=0.3 H凹模厚度；【6】 C凹模壁厚 将以上数据代入公式4-7与4-8中可得：=0.322=6.6mm考虑凹模板的强度问题，其厚度应圆整为15mm，使凹模板有足够的强度。凹模壁厚C可取30mm，凹模的零件图如图示所示：（见零件图） 根据以上尺寸及工件尺寸即可估算出凹模的外形尺寸，既：LB=8272mm。4.4.2 凸模外形尺寸的确定凸模的外形尺寸祥见第3节，其中凸模固定板厚为；H为凹模的厚度。即。4.5 确定模具的压力中心冲模的压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳的工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机的寿命。冲模压力中心的求法，一般采用求平行力系合力作用点的方法。如图所示，按比例画出工件形状，将工件轮廓分成、的基本线段，并选定坐标系xoy，如图4-1所示：因工件左右对称，其压力中心一定在对称轴y上，即，故只计算。， ；， ； ， ；，图4-1 压力中心分析图；， ； 第5章 冲裁模主要零部件的设计5.1 凸模结构的设计 该模具属单工序落料模，其“山”字铁落料凸模可采用直壁形结构，材料选用Cr12，刃口部分须热处理，其硬度为5862HRC，尾部回火至4052HRC。凸模的加工可采用线切割一次加工完成，简化了工艺过程，提高了精度。由于凸模不太大，其固定方式可采用H7/m6的过渡配合，并用低熔点合金浇注法固定。凸模的长度应根据冲模的具体结构确定，应留有足够的修磨余量1mm，并且模具在闭合状态下卸料板至凸模固定板之间应留有避免压手的安全距离。在模具冲裁过程时卸料板将工件压紧，凸模穿过卸料板与卸料板配合选用H7/h6的配合间隙，则卸料板对凸模可起导向及支承作用，提高凸模的强度。5.1.1 冲裁凸模长度的确定普通冲裁凸模的长度是根据冲裁模的结构来确定的。如图5-1所示的模具结构，凸模的长度应为： （5-1） 式中： 凸模固定板的厚度（mm）； 卸料板厚度（mm）； 导尺（导板）或坯料厚度（mm）； 凸模进入凹模的深度（mm）； 附加长度（mm）；主要考虑凸模总修磨余量（1015mm）及模具闭合状态下，卸料板到凸模固定板之间的安全距离1525mm）等因素确定。图5-1 凸模长度尺寸因此可由公式5-1算出凸模的总长L，即： 5.1.2 凸模强度校验普通冲裁模的凸模，在一般情况下，其强度是足够的，没有必要进行强度校验。但是，当凸模特别细长狭小时，或凸模的端面尺寸很小而坯料的厚度较大或材料特别硬时，就必须进行凸模的强度校验。5.1.2.1 承压能力校验 异形断面冲裁凸模的承压能力计算校验原则是，冲裁力必须小于或等于凸模强度所允许的最大压力，则有： （5-2）式中：b凸模的宽度（mm）； L凸模截面长度（mm）； 毛坯材料的抗剪强度（N/mm）； T毛坯料的厚度（mm）； 凸模材料许用压力（N/mm）。【8】凸模材料的许用压力取决于凸模选用的材料种类、凸模的热处理及冲模的结构与模具的工作条件等。其许用压力可根据模具设计手册查阅，即=1000 N/mm。5.1.2.2 失稳弯曲极限长度 凸模在轴向压力（冲裁力）的作用下，不产生失稳弯曲的极限长度与导向方式有关。由于该模具凸模较小因此其凸模可采用导向装置，在该模具中其卸料板可起导向作用。故在计算凸模失稳极限长度时应用有导向装置的凸模公式计算： （ 5-3 ） 式中：J凸模最小的横截面的轴惯性矩，查表可选取J=520MPa； P冲裁力；将数值带入式5-3中可算出的值，即：5.2 凹模的结构设计凹模可采用整体结构或镶拼结构，但近年来由于线切割机床的普及，采用整体凹模结构具有制造简单、制作周期短的特点，并且由于凸模固定板、卸料板、凹模可采用同一程序定位、切割；因而可以保证相对位置的精度，便于装配。另一个原因，该模具是纯冲裁模，凹模是一个平面，磨损后便于刃磨，考虑以上应素，将凹模设计为整体凹模，选用Cr12钢作为模具材料，这种材料淬透性较好，利于刃磨。凹模各区均有废料漏出，漏料孔外的刃口厚度均为3mm。如图所示，凹模内部的两个矩形区，冲裁时处于悬臂状态，因而凹模应用足够的厚度，否则由于受弯截面过小，会使此处凹模臂折断，故此处应进行强度计算。由于材料力学可知，将简化为图5-2示的悬臂梁。图5-2 凹模简图图5-3 凹模力臂分析图图中载荷是作用在头部宽度为6mm的冲裁力；载荷是作用在长边冲裁力的总和。其作用点位于中部。由式（4-1）F=Lt可计算出悬臂力、的值。式中：为剪切强度极限，选用=400MPa； t为板料厚度，t=0.2mm；跟部的弯矩为： 矩形截面的抗弯截面模量是由材料力学可知： （5-4）式中：b、h是图中所注的几何尺寸，其中横板厚度尺寸H是所求的数值。由材料力学可知弯曲强度条件是： （5-5）式中：材料许用强度极限（MPa），Cr12材料取=250MPa。则抗弯截面模量为： （5-6） 由式5-6可得： 由计算可知，凹模板厚度不容忽视，板厚应大于6.36mm,再考虑安全因数，凹模板厚度取为15mm。5.3 定位零件的结构设计5.3.1 导尺的设计 导尺的作用是对条料进行导向的。安装在凹模工作部位的一侧，并与模具的中心平行。本模具其工序均为冲裁，冲压过程中材料没有上、下运动，故导尺工作侧面制成直线型，导尺与条料之间也无须留间隙，在送料的过程中，条料可沿导尺并紧挨导尺向前送进完成冲压过程。导尺的厚度可取5mm，导尺用45钢制成，其硬度为5055HRC。导尺用螺钉和销钉固定在凹模板上。 5.3.2 挡料销的设计挡料销是用来控制送料的布距，可做成自动挡料销和固定挡料销两种形式，但为简化模具结构，挡料销可作成固定型，安装在凹模模块上的正后方，均用H7/m6配合形式。挡料销距凹模边缘距离为a值，即a=2.5mm。挡料销的结构形式选用圆柱形，如图5-4示：5.4 卸料部件的设计图5-4 固定档料销5.4.1 卸料装置的选用 卸料装置的形式有很多，根据冲裁件的结构要求，卸料装置可选用弹性卸料板，其弹性元件一般多选用弹簧或橡皮。但由于此模具体积较小，冲裁件形位公差及精度要求需要保证，选用橡皮比选用弹簧要好，故应选用橡皮做为弹性元件。橡皮选用的原则是：1 为保证橡胶的正常工作，所选橡胶应满足预压力要求： （5-7）式中：橡胶在预压缩状态下的压力（N）； 卸料力（N）。2 为保证橡胶不过早失效，其允许最大压缩量不应超过其自由高度的45%，一般取 （5-8）橡胶的预压缩量一般取自由高度的10%15%。即 （5-9）3 橡胶高度与直径之比应按下式校核： （5-10）式中：D为橡胶的外径（mm）。【1】5.4.2 卸料橡皮自由高度的确定根据材料厚度为0.2mm，冲裁时凸模可少许压入凹模，但其深度较微小，可不记。考虑到模具在修磨时刃磨余量1mm；开启时高出凸模1mm，则总的工作行程 mm。将数据代入公式5-8中可得：橡皮的自由高度为：应选取。模具在组装时橡皮的预压量为：应选取。由此可算出模具中安装橡皮的空间高度尺寸为9mm。5.4.3 卸料板外形尺寸的确定为了使冲裁件表面平整，在冲裁过程中，卸料板是穿过凹模，在橡皮的弹性作用下紧压这毛坯料，但因导尺的作用，卸料板在凸模部分应设计成凸台。凸台部分的高度为：本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有对凸模的导向作用、保护作用。卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，卸料板的厚度为10mm，卸料板与各凸模的间隙已在凸模设计中确定。卸料板上应设计四个卸料螺钉，公称直径为8mm，螺纹部分为4mm长12mm，卸料螺钉的尾部在上模座的台阶孔中定位。卸料螺钉工作时的行程为10mm，上模座在螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模1mm，有误差时可通过螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。卸料板工作时进入导尺压紧条料，卸料板在导尺的位置留出台阶，在凹模上没有条料的情况下，卸料板的下平面与导尺的上表面之间应保留0.5mm的间隙，卸料板水平方向与两导尺之间的间隙为0.5mm。橡皮的自由高度为10mm厚度不可低于要求尺寸，超出这个厚度时应考虑到每加厚1mm时就将增加工作载荷约100N，橡皮的总面积为34.5mm2，分为两块，每边卸料螺钉上安装一块，中间钻孔为13mm，四边橡皮的厚度务必一致，不然就会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。卸料板采用45钢制作，淬火硬度为4045HRC。5.5 导向零件的设计由于该模具属于中小型模具结构，其导向零件常采用导柱、导套结构形式。导柱安装在下模座上，导套安装在上模座，并分别采用H7/s6的过盈配合，其结构形式可采用滑动式。由于导柱、导套已经标准化。因此，导柱、导套的结构尺寸，可选用标准结构形式。查GB/T2861.1可得导柱的规格为；。查GB/T2861.6可得导套的规格为；。5.6 模柄的选用根据设计计算，该模具结构尺寸不大，其上模部分可通过模柄固定在压力机的滑块上。模柄的形式可选用压入式（如图5-4），与上模孔的配合采用H7/m6的过渡配合，并采用销钉防转，模柄的结构尺寸可查表确定。其中，模柄尺寸 图5-5 压入式模柄模柄总高H=78mm； 压入上模板高度h=30mm。5.7 模架及模座的选用5.7.1 模架根据国家标准规定，模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模架；另一类是由弹性模板、下模座、导柱、导套组成的导板模架。导柱模架的结构形式大体可分为四角导柱模架、中间导柱模架、后置导柱模架和对角导柱模架等四种类型，在选取模架型号时，应考虑冲裁件的冲裁结构形式、冲裁力的大小等方面因素考虑，根据该冲裁件的结构形式来选取，由于该模具较小，模架可选用对角式导柱、导套模架，其模架的型号可直接按国家标准GB/T2854的规定当中选用。【5】5.7.2 模座模座一般分为上、下模座，其形状基本相似。上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件，分别与压力机滑块和工作台连接，传递压力。因此，必须十分重视上、下模座的强度和刚度。模具因强度不足会产生破坏；如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具的工作零件和导向零件迅速磨损。因此，在选用和设计时应注意以下几点：1 尽量选用标准模架，而标准模架的型式和规格就决定了上、下模座的型式和规格。2 所选用或设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核。3 模座的材料一般选用HT200、HT250，也可选用Q235、Q255结构钢，对于大型精密模具的模座选用ZG35、ZG45。4 模座的上、下表面的平行度应达到要求，平行度公差一般为4级。5 上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在以下。6 模座的上、下表面粗糙度Ra值为1.60.8m，在保证平行度的前提下，可允许Ra值降低为3.21.6m。【2】由以上几点可知应选用中间导柱模架，模架、模座按国标规定中选取。模座的材料选用HT200钢，其尺寸按国家标准GB/T2854的规定中选取，即：上模座：L/mmB/mmH/mm = 1258025；下模座：L/mmB/mmH/mm = 1258030；导柱：d/mmL/mm = 20120；22120；导套：d/mmL/mm = 20130；22130；模架的闭合高度为110150mm。第6章 模具的总体设计与冲压设备的选用6.1 模具的总体设计有了上述几章的设计与计算所得的数据及确定的工艺方案，便可以对模具进行总体结构设计，从而可初算出闭合高度，即：根据凹模的外形尺寸，可确定下模板的外形尺寸为10083mm。从裁模的闭合高度H应介于压力机的最大闭合高度与最小闭合高度之间，其关系为： 。如果冲模的闭合高度大于压力机的最大装模高度时，冲模不能在该压力机上使用。反之，小于压力机最小装模高度时，可加经过磨平的垫板。冲模的其他外形结构尺寸也必须和压力机相适应，如模具外形轮廓平面尺寸与压力机垫板、滑块底面尺寸，模柄与模柄孔尺寸，下模缓冲器平面尺寸与压力机垫板孔尺寸等都必须相适应，以便模具能正确安装和使用。【12】6.2 冲压设备的选用在选择冲压设备时应考虑压力机的吨位与冲裁力之间的关系，具体的选择原则应考虑以下几个方面：1 压力机的吨位应大于或等于冲裁时的总力。 （6-1）式中：所选压力机的吨位；冲裁时的总力。由公式4-4得冲裁时的总力=39402.6N。2 根据模具结构选择压力机的类型和行程（冲程）次数，如单工序模工件是从模具中落料的，故应选用双柱式压力机；3 根据模具尺寸的大小、安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有关零件能自由通过；4 选择压力机的闭合高度与模具是否匹配；5 模柄直径、长度尺寸是否与压力机滑块模柄孔直径、深度尺寸相当；6 压力机滑块行程应该是拉深深度的22.5倍；7 压力机的行程次数应当保证有最高的生产效率；8 压力机应该使用方便和安全。【12】从以上几点，并根据模具的总冲压力、模具的闭合高度，可选用单柱固定台压力机J11-5。该压力机的公称压力：50KN； 滑块的行程：040mm；最大闭合高度：170mm；闭合高度调节量：30mm；滑块中心线至床身距离：100mm；工作台尺寸 前后左右：180320mm；垫板厚度：30mm；模柄孔尺寸：2540mm。【1】第7章 模具的安装与调配7.1 模具的制造与安装凹模板、导尺均是需淬硬的零件，凹模板加工后，在线切割和淬火以前，在模架的下模板上进行装配，在凹模上划出各形孔和回孔的线，并根据计算数据划出压力中心线，使压力中心线与 下模座的中心线对正。钻、攻螺纹孔，将下模板、凹模板、导尺进行装配，校正导尺间距后，钻、铰销钉孔，将上述三板固定。钻孔并安装导料销，安装承料板。然后将下模全部拆开，将凹模板和导尺热处理淬硬（凹模穿丝钻孔）后进行线切割加工，用平面磨床后重新装配。固定在上模板的上模部分，凸模与凸模板都应淬硬，装配前将凸模淬硬并完成部分加工，垫板装配前不淬硬。【9】装配时将凸模压入凸模固定板，在垫板上钻孔，将外形凸模固定在垫板上，再与卸料板穿在一起。凸、凹模间隙为0.015mm，在凹模型孔中垫0.015mm的纸片，以确定间隙。将已组装成一体的凸模固定板、凸模、卸料板、垫板一同，并使凸模插入凹模孔中，将上模板通过导柱、导套与下模板装在一起，透过上模板钻、攻螺纹孔，使上模板、垫板、凸模固定板固定。检查无误后，钻、铰销钉孔，打入销钉，再钻、攻螺纹孔，安装卸料螺钉，上模全部拆开，将垫板淬硬磨平安装胶板，再次装配上模，完成模具装配。7.2 模具的装配与调试7.2.1 技术要求1 各类冲压模具的装配均应符合装配图及其技术要求；2 标准模架、非标准模架的装配技术要求要符合冲模模架的技术要求（GB/T2854-90）和冲模模架精度检查标准（GB/T12447-90）；3 所有各类冲压模具上使用的拖杆、顶杆、推杆、卸料螺钉，凡在一组内的应等长，其相对误差不得大于0.05mm；4 模具上下模座、上模柄上凡安装弹顶装置的螺杆孔或推杆孔，除图样上有标注外，一律应在模座的坐标中心；5 冲裁模装配后刃口应保持锐利；6 凸模与固定板装配后，其尾部与固定板安装面必须一起磨平；7 装配后的冲裁模具其卸料板、推件板、顶板、浮顶装置均应漏出凹模面、凸模顶端，其值为0.51mm，图样另有要求者除外；8 装配后的冲踩模具或凹模凡是由多件拼块拼合而成的，其刃口二侧的平面应完全一致且无接缝感觉，刃口转角处非工作的接缝面不允许有接缝存在。9 硅钢片冲裁模中拼块凹模的模套内壁必须进行铲刮，并保证与安全基面垂直以及相对应内壁之间的平行，其平行度和垂直度均不得大于0.01：100；10 所有圆柱销在压入时必须正常，不得有用重锤猛击压入或咬坏销孔的想象；11 装配后的模具外观应整齐；12 除技术要求中所说明的之外，不允许用敲打方法来达到本装配技术要求。7.2.2 模具在装配的一般顺序和装配要点冲模装配是冲模制造中的关键工序。其装配质量的好坏， 将直接影响冲裁件的质量、冲模的技术状态和使用寿命。在装配冲模前应全面了解其工作性能、结构以及制件要求，并按技术要求、模具零件的精度要求等确定装配工艺，提出实现设计要求的具体措施。模具装配完毕，必须满足规定的装配精度。其中包括各零、组件的相互位置精度，如模架各工作面的平行度或垂直度等；运动部件的相对运动精度，如卸料件的工作准确性，导向件的导向正确性，传动件的传动精度；配合精度和接触精度，如工作件间的间隙大小和均匀性，导向机构的实际配合间隙或过盈，配合面间的接触面积大小和分布情况。【1】模具在装配时的装配顺序如下：1 一般情况下，先装下模及其工作零件。但若上模的工作零件是配入上模板窝座内的，或者是由拼块组成的，则应先装上模。2 装配导柱、导套。3 根据下模校装上模，找正上、下模之间的间隙。4 上、下模找正间隙后，拧紧螺钉并钻、绞定位销孔，打入销钉。5 装配其他零件。【15】 结论毕业设计是我学完大学全部课程之后，进行的一次系统的、综合性的总复习，也是参加工作前的一次综合性训练，它直接关系到我今后的模具设计能力。在这次设计中模具的结构与以往所设计的模具结构有所不同，主要体现在：该模具由于冲裁的是小变压器“山”字形芯片，其工件较小，所设计的模具体积也较小。在上模部分，其凸模固定板上面的垫板可省略。模具设计计算的要点是凸模与凹模径向尺寸及深度方向尺寸的计算，凸模与凹模的计算在整个设计过程中显得尤为重要，因为它们直接关系到制品的尺寸精度；模具总装图和非标准零件图用AutoCAD画出，图中需标注的各项参数如尺寸，公差，技术要求，图纸布局等均应按国家标准设计。设计中出现的标准件如推板，螺钉等的零件图无需一一画出，但应参照文献查出其具体结构尺寸。【8】在本
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