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- 内容简介：
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湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计第一章 绪论1.1 概述冲压是利用安装在冲压设备上的模具对需加工的材料施加压力，使材料产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对所需要加工的材料进行变形加工，而且主要采用板料来加工所需零件，所以也可以叫做冷冲压或板料冲压。冲压成形是现代工业中非常重要的加工方法，用于生产多种板料零件，具有很大优势，成形件的特点是自重轻、刚度大、强度高、成本低、互换性好，且生产过程便于实现机械自动化，而且效率高。是其他加工方法不可代替的先进制造技术，被广泛应用于机械生产、汽车制造、航空航天和日常生活的生产之中。若是生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要想提高生产效率、降低生产成本、快速进行产品更新换代和保证高质量等，这是很难实现的。利用力学学科、金属材料学、机械科学、数学科学以及控制计算机技术等方面的知识，已经形成了冲压学科的基本理论。冲压学科是以冲压产品为龙头，以模具设计为中心，结合现代先进技术的应用，在市场的需求和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的地位。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。冲压加工需用的模具一般具有专属性，有事一个复杂的零件需要多套模具才能完成加工成形，并且模具的制造精度高，技术要求高，是技术密集的产品。一般要在生产批量较大的情况下，才能体现冲压加工的优点，从而获取较好的经济收益。1.2 冲压的基本工序和模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.3 模具的发展和现状模具室工业生产的基础工艺装备，是一种高技术密集型产品，也是高新技术产业的重点领域，其技术水平的高低衡量了一个国家制造水平的重要标志。随着社会和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量也越来越大，技术要求也越来越高。目前我国的模具年生产总量虽然已经是世界第三，其中的冲压模具就占40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与美国、德国、日本等发达国家相比，还是存在着相当大的差距。就以大型覆盖件冲模来说，我国已经能生产部分轿车覆盖件的模具，轿车覆盖件模具设计和制造的难度大，质量和精度都要求很高，所以代表着覆盖件模具的生产水平，在轿车模具国产化进程中跨向前了一大步。但在制造质量、精度、成本和生产周期上面，也与国外相比有一定的差距。现在我国重点发展的精密模具有冲模技术先进的多工位级进模和多功能模具，在制造精度、模具结构设计、使用寿命和功能上，争取与国外顶先水平的差距逐步地减少。1.4 模具CAD/CAE/CAM技术20世纪60年代初期，国外的汽车、飞机制造公司就开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。他们通过使用计算机为主要的技术手段，以数学模型为中心，利用人机结合，发挥各自的优点方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高效率、高精度和高寿命成为模具设计的进步特征。模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形成，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品的性能、模具的结构、成形的工艺、和数控加工以及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著的缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已经成为模具界的共识。模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。在级进模CAD/CAE/CAM技术发展应用方面，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。此软件具有特征识别与重构、全面三维结构关联等显著特色，在2003年作为商品投入市场。我国在上世纪90年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。华中科技大学是国家重点模具技术实验室，在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC，包括板金属零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具盒线切割自动编程5个模块。展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革中，通过与计算机的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，科学领域交叉之广泛。模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今世上最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法结合的产物，其特点就是专业化、网络化、智能化、集成化四个发面。1.5 本设计的主要特点及意义该设计主要针对专用汽车零部件垫片做冲压模具设计，经过对成形件的分析，其成形工艺需要冲孔、落料和压弯处理，采用多工位级进模的冲压方案；根据零件的形状、尺寸精度要求，设计过程综合考虑采用单列排样法，成形侧刃定位，保证工件的尺寸和形状位置精度的同时，提高材料的利用率。本设计涉及的知识范围广，综合性强，对于设计者的创新能力、协调能力，开阔设计思路等方面是一个不错的挑战和蜕变。第二章 冲裁件的工艺分析垫片尺寸如下图所示：图2.1 工件图2.1 工件材料由图2-1分析知：1) 材 料: 10#2) 生产批量:中批量（4万件）3) 材料厚度：表2-1 10#的力学性能抗拉强度b（MPa）屈服强度s（MPa）伸长率5（%）断面收缩率（%）硬度（HB）3352053155137具有良好的塑性、韧性、焊接性以及压力加工性，主要用于制作冲击件、紧固件，如受力不大的垫片、垫圈等,具有较好的冲压性能,适应于冲裁加工。2.2 工件结构形状工件结构形状相对简单，有两个圆孔和弯曲。孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为1.5mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。工件展开图结构如尺寸如下，展开图的尺寸由中性线长度测量而来。图2.2 展开图2.3 工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT13级精度，普通冲裁完全可以满足要求。表2-2标准公差数值（摘自GB/T1800.3-1998）基本尺寸/mm标准公差等级IT1IT2IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14IT15IT16大于至标准公差/m标准公差/mm-30.81.2234610142540600.10.140.250.40.63611.52.545812183048750.120.18030.480.7561011.52.546915223658900.150.220.360.580.910181.2235811182743701100.180.270.430.71.118301.52.546913213352841300.210.330.520.841.330501.52.54711162539621001600.210.390.6211.65080235813193046741201900.30.460.741.21.9801202.5461015223554871402200.350.540.871.42.21201803.55812182540631001602500.40.6311.62.51802504.571014202946721151852900.460.721.151.852.1250315681216233252811302103200.520.811.32.13.2315400791318253657891402303600.570891.42.33.64005008101520274063971552504000.630.971.552.54按照IT13级确定工件尺寸的公差，经查表2-1：的IT13级标准公差值：的IT13级标准公差值：的IT13级标准公差值：的IT13级标准公差值：的IT13级标准公差值：的IT13级标准公差值：根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。第三章 工艺方案的确定确定工艺方案是对冲压件的工艺路线的确定，其中主要包括冲压工序数、工序的组合和顺序。工艺方案中的一个主要内容就是用什么类型的模具，选用单工序模具，还是用级进模或复合模。3.1 工序的种类的确定 冲压件的工序种类，如分离工序中的冲孔、落料、切边，成形工序中的弯曲、翻边、拉深。工序种类的确定主要取决于冲压件的结构形状和尺寸精度，同时还需要考虑工件的变形性质和具体的生产条件。再通常情况下，可以通过工件图直观的确定冲压工序的性质。例如平板状零件的冲压加工，一般采用冲孔、落料等工序；弯曲件的加工，通常采用落料、弯曲等工序；拉深件的加工，常采取落料、拉深、切边等加工工序。通过对工件图（图1-1）的结构形状和尺寸精度的分析可知，此工件属于弯曲件，故需采用到落料、弯曲等工序。3.2 工序方案的确定3.2.1 拟定方案方案一：单工序模生产 先落料再冲孔后弯曲。方案二：复合模生产 冲孔、弯曲，落料一次完成。方案三：级进模生产 冲孔冲废料弯曲落料。冲裁模具的结构形式是多种多样的，如果按工序的组合分类，可分为单工序模具、级进模具、复合模具等。各种各样的冲裁模具的构成大体相同，主要由工作零件、定位零件、卸料与推料零件、导向零件、联合与固定零件组成。3.2.2生产批量与模具类型的关系 由于本工件属于中工件且生产量为4万件（中批量生产），查下表可知，首选单工序连续模具、复合半自动模具。表3-1 工件大少、批量大少与模具选取的关系 （单位，千件）项目生产批量单件小批量中批量大批量大批大量大工件300中工件155505010001000小工件1101010010050005000模具类型单工序模具、组合模具、简易模具单工序模具、组合模具、简易模具单工序连续模具、复合半自动模具单工序连续模具、复合自动模具硬质合金模具、连续模具、复合自动模具3.2.3单工序模具、复合模具和级进模具的比较表3-2 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT98级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸会受模具结构与强度的限制较高，推板上落料平整零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平 高生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高不宜高速冲裁安全性不安全，需采取安全措施比较安全不太安全模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低可用于复杂的零件，但成本较高适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产通用性差，仅适合于大批量生产根据分析结合表分析：方案一 模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。而且是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件的精度、质量大大降低，达不到所需的要求，难以满足生产要求。故不选取此方案。方案二 复合模具生产的制件精度高，生产效率也高，但该工件的凸模和凹模布置会太过于紧凑，不易布置其位置。故也不选用此方案。方案三 在条料情况下级进模下，一次冲裁可完成两个乃至十几个的冲压工序。它与复合模具生产的不同之处是在于，条料是在凹模的不同位置上完成的不同工序，因而形成冲裁的连续生产。由于级进模能完成多道工序形成连续生产，生产的效率也高，而且适用于自动送料，故能广泛应用。若使用该模具，制作的工件精度能达到所需要求，并且生产量也能满足。3.2.4方案的确定 通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三为佳。级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。级进模的定距方式有两种：挡料销定距和侧刃定距。本模具采用侧刃定距。侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。第四章 模具总体设计4.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。根据工件的特点，先冲孔、弯曲，后落料，故凸模的设计很重要。本设计为多凸模冲模，要求冲孔凸模设计为台阶，来保证凸模的强度。4.2 操作方式的确定零件的生产批量为中批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。4.3 卸料、出件方式的确定 4.3.1卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 工件平直度较高，料厚为1.5mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。4.3.2出件方式因采用级进模生产，故采用向下落料出件。4.4 确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。4.5 确定导向方式方案一：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，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。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，以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。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，为提高模具寿命和工件质量，该级进模采用四角导柱模架导向方式，即方案三最佳。第五章 模具设计计算5.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 5.1.1排样方式的选择方案一：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。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。 5.1.2计算条料宽度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。搭边值通常由表5-1所列搭边值和侧边值确定。根据零件形状，并采用级进模，为了保证传料的平稳和冲裁的精度，我们取的数据比表5-1工件之间的值要大一些，搭边值, 工件与侧边之间搭边值, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值 （5-1）式中： Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a1-工件与侧边之间的搭边值；故条料宽度为112mm。侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表5-3）可得。板料剪裁下的偏差；（其值查表5-2）可得。表5-1 搭边值和侧边值的数值材料厚度t（mm)圆件及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工件间a侧边a1 工件间a侧边a1工件间a侧边 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.51.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7 表5-2 普通剪床用带料宽度偏差（mm）条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)50501001002002000.40.50.60.720.50.60.70.8230.70.80.91.0350.91.01.11.2表5-3 侧刃冲切得料边定距宽度b1（mm）条料厚度t(mm)条料宽度b(mm)金属材料非金属材料1.51.52.01.52.52.03.01.52.52.54.0 5.1.3确定步距送料步距：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。级进模送料步距 （5-2）零件横向最大尺寸，搭边 5.1.4计算材料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重要指标。一个步距内的材料利用率 （5-3）式中 一个步距内冲裁件的实际面积；条料宽度；步距；由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：1） 提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。2) 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。3) 模具结构简单、寿命高。4) 保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积由计算工件得所以一个步距内的材料利用率 5.1.5 画出排样图 根据以上资料画出排样图，如图5-1所示：图5.1 排样图5.2 冲压力的计算5.2.1冲孔力的计算冲孔力公式为 (5-4) 式中 落料力（N） 冲裁件周长(mm) 材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） 系数，常取这里 取 图5.2 冲孔于是5.2.2落料力的计算落料力公式为 (5-5) 式中 落料力（N） 冲裁件周长(mm) 材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） 系数，常取这里 取 图5.3 落料1于是 5.2.3落料力的计算落料力公式为 (5-6) 式中 落料力（N） 冲裁件周长(mm) 材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） 系数，常取这里 取 图5.4 落料2于是 5.2.4落料力的计算落料力公式为 (5-7) 式中 落料力（N） 冲裁件周长(mm) 材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） 系数，常取 图5.5 落料3 这里 取 于是 5.2.5侧刃力的计算落料力公式为 (5-5) 式中 落料力（N） 冲裁件周长(mm) 材料厚度(mm) 材料的抗剪强度（MPa） 系数，常取这里 图5.6 侧刃定距 取 于是5.2.6折弯力的计算弯曲力受材料力学性能，零件形状与尺寸、弯曲方式、模具结构形状等多种因素的影响，很难用理论分析方法进行准确计算。因此，在生产中均采用经验公式估算弯曲力，所计算的弯曲力均指弯曲过程中可能出现的最大弯曲力数值，以便用于选择压力机。由平板毛坏弯成凹形件，必须采用压料板，相当于弯曲半圆形件的一半。弯曲力为： （5-6）式子中：半圆形件自由弯曲时的自由弯曲力 （5-7）：使用带反顶板的半圆形弯曲模，但不进行校行弯曲时，反顶压力 也要由压力机滑块来负担，一般取： 图5.7 压弯：弯曲线长度（mm） ：板料厚度（mm） ：材料的抗拉强度(MPa) 模圆角半径（mm）当弯曲件的相对弯曲半径较小时，凸模圆角半径可取弯曲件的内弯曲半径r,所以取： 所以弯曲力： 结果弯曲力：5.2.7卸料力的计算查冷冲模设计表3-8卸料力系数取 (5-8) 5.2.8推杆力的计算根据材料额厚度取凹模刀刃直壁高度： 可知：查冷冲模设计表3-8推件力系数取 (5-9) 5.2.9总冲压力的计算 (5-9) 5.3 计算压力中心模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。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。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：1）.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。2）.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3）.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。X0=（L1x1L2x2Lnxn）/(L1L2Ln) （5-7） Y0=（L1y1L2y2Lnyn ）/（L1L2Ln） （5-8）用解析法计算压力中心时，先画出凹模形口图，如图5-5所示。在图中将XOY坐标系建立在建立在图示对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L5共3组基本线段 (注：由于图中3个圆弧形孔均以一个点为圆心的等分列阵排列，所以其几何图形为一组) ，用解析法求得该模具压力中心的坐标。 图5.8 压力中心计算图由以上分析计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具压力中心依然选在坐标原点。通过计算，得压力中心为（-5.2，0）。5.4 冲压设备的选定通过较核，选择开式可倾式压力机J2340T能满足使用要求。表5-3 型号为J23-40T其主要技术参数为：规格/参数名称J23-40T公称压力（KN）400公称压力形成（mm）4滑块行程（mm）100行程次数（次/min）50最大模块高度（mm）250装模高度调节量（mm）80滑块中心至机身距离（mm）230/500工作台板尺寸（前后左右孔直径）（mm）43064080工作台板厚度（mm）70机身最大可倾斜角度电动机功率（KW）4外形尺寸（长宽高）（mm）160011802410模柄孔尺寸（直径尺寸）（mm）约重（KG）26005.5 模具刃口尺寸的计算5.5.1冲裁间隙分析1) 间隙对冲裁件尺寸精度的影响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，尺寸的差值越少，则尺寸精度越高，差值的偏差包括两个方面：一是模具本身的制造精度偏差；二是冲裁件相对于凸模或凹模的精度偏差。2) 间隙对模具寿命的影响模具寿命的影响因素很多，间隙是许多模具寿命最主要的影响因素之一，冲裁过程中，凸模与被冲压的孔之间，凹模与落料件之间的摩擦，而且间隙越少，模具作用的压应力会越大，摩擦也会越严重，所以若是间隙过小，对模具寿命极为不利。而较大的间隙可以使凸模侧面及材料间的摩擦减少，并且延缓间隙受到制造和装配精度的影响，而出现间隙不均匀的不利现象，所以能提高模具寿命。3) 间隙对冲裁工艺的影响当间隙的增大时，材料所受的拉应力也会随之增大，材料容易产生断裂分离，因此造成冲裁力减少。通常冲裁力的降低并不是很显著，当单边间隙在材料厚度的左右时，冲裁力降低不会超过。间隙对卸料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里面卸料和在凹模里推料都省力，当单边间隙达到材料厚度的左右的时候，卸料力会降低几乎为零。间隙继续增大时，毛刺也会继续增大，又将会引起卸料力、顶件力迅速增大。4) 间隙值得确定由上述分析可知，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁件工艺、模具寿命都有很大的影响。所以，设计模具时一定要选取合理的间隙，来保证冲裁件的断面质量和尺寸精度，从而满足产品的要求，所需的冲裁力越小，模具的使用寿命越高，但是分别从质量、冲裁力和模具寿命等方面来确定合理间隙，并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑模具制造中的偏差及使用时的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围来作为合理间隙，只要在这个间隙范围中，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小的合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑模具在使用过程中磨损会使间隙增大，故设计与制造新模具时一般采用最小合理间隙值。确定合理间隙的方法有理论确定法、查表法和经验法。本设计采用经验法。表5-4 经验公式材料类型材料厚度（mm）合理间隙软材料硬材料因此5.5.2冲孔刃口尺寸冲孔部分：凹=+0.02mm 凸=-0.02mm |凹|+|凸|=0.02+0.02mm =0.04mm|凹|+|凸|= Zmax Zmin对于采用分别加工时，应保证下述关系：|凹|+|凸|Zmax Zmin (5-2)但对于形状复杂或料薄的工件，为了保证凸、凹模间一定的隙值，必须采用配合工差。因此在这里采用还是采用单配方法加工,对于冲孔，先做凸模，并以它作为基准配做凹模。查互换性与测量技术基础表2-4查出其极限偏差为： mm 查冷冲模设计表3-5磨损系数 取X=0.5则 (5-3) =5.1mm冲孔凹模的尺寸按凸模尺寸配制，其单面间隙为0.100.14mm，取单边间隙为0.1mm 5.5.3落料刃口尺寸查冷冲模设计表3-3冲裁模初始双面间隙Z取Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm对零件图中未注公差的尺寸，冲压件一般保证精度IT14，因制件形状简单且对称，在这里保证精度IT13。查互换性与测量技术基础表3-6简单形状冲裁时凸凹模的制造偏差凹=+0.03mm 凸=-0.02mm 因此：|凹|+|凸|=0.03+0.02 mm =0.05mmZmax -Zmin=0.14-0.1mm =0.04mm |凹|+|凸| Zmax Zmin因此在这里采用单配方法加工。对于落料，先做凹模，并以它作为基准配做凸模查互换性与测量技术基础表2-4查出其极限偏差为：30.0-0.46 mm查冷冲模设计表3-5磨损系数 取X=0.5则 (5-1) 落料凸模的尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为0.100.14mm 第六章 主要零部件设计6.1 工作零部件的结构设计6.1.1 凸模设计 由于冲件的形状和尺寸的不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦有所不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式也就有很多种形式。一般冲裁凸模的形状是由产品的形状决定的，它可以采用直身结构也可采用加强型结构。主要的固定方式有：台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定以及粘结剂浇注法固定等.本设计采用的固定方式是台肩固定。如下图所示： 图6-1 凸模固定方式1.凸模的形式采用类似直通式的形式，少了阶梯形式的复杂，主要受上顶杆孔和凸模孔的影响，避免出现最小壁厚。2.凸模的长度根据模具设计结构形式，凸模的长度为：式中，凸模的长度（mm）；凸模固定板的厚度（mm），它取决于冲件的厚度t，一般在冲制t1.5mm的板料时，取1520mm；当t=1.52.5mm时，取2025mm；这里取；卸料板的厚度（mm），取；导料板的厚度（mm），取；附加长度（mm）。主要考虑凸模进入凹模的深度（对于冲裁凸模取1mm，对于压弯凸模根据零件弯曲高度取5.2mm）以及模具闭合状态下卸料板的到凸模固定板间的安全距离（取20mm）将各个数据代入公式得： 冲裁凸模长度： 压弯凸模长度：冲孔凸模简图如图6-2图6-2 冲孔凸模切料凸模1如下图6-3所示：图6.3 切料凸模1切料凸模2如下图6-4所示：图6.4 切料凸模26.1.2 凹模设计确定凹模外形尺寸的方法有多种，通常都是根据零件的材料厚度和排样图所确定的凹模型孔壁间最大距离为依据，来求凹模的外形尺寸。凹模的刃口形式，考虑到本例生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凹模，故采用阶梯形直壁式。如下图所示：图6.5 凹模刃壁形式示图凹模的外形一般有矩形与圆形两种，凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度，凹模的厚度还应考虑修模量。凹模的外形尺寸一般根据冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定。查冷冲模设计，第101页，凹模厚度和壁厚公式为凹模厚度 H=Kb(15mm) 式中 K系数，考虑板料厚度的影响b冲裁件的最大外形尺寸凹模壁厚 C=(1.52)H(3040mm) 查冷冲模设计，表4-3 系数K值 因 b=112.4 mm 取K=0.3故 H=0.3112.0 =33.6mm 最后取H=33mm凹模形状简图如图5-2 图6.6 凹模落料凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其外形尺寸按相关公式凹模整体轮廓尺寸LBH=283mm180mm33mm表6-1 凹模厚度系数KS/mm材料厚度t/mm11336 500.300.400.350.500.450.60 501000.200.300.220.350.300.45 1002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.226.1.3 凸模垫板的设计垫板的作用是直接承受和扩散传递的压力以降低模座所承受的单位压力，保护模座以免被凸模端面压陷。冲压凸模是否加垫板，应根据模座承受压力的大小进行判断。凸模支撑端面对模座的单位压力： 式中： F是冲裁力 A是凸模支撑端面面积故查中国模具设计大典第3卷得知需要加垫板，垫板需经淬火磨平，其厚度一般取412mm。本设计取垫板厚度长度宽度材料：45 热处理硬度4648HRC图6.3 凸模垫板6.2模柄的设计查中国模具设计大典第3卷，表22.5-24压入式模柄（JB/T7646.1-1994）选择B型材料：Q235热处理硬度：4348HRC模柄简图如图6-4 图6.4 模柄6.3 卸料板的设计卸料板采用Q235制造，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度根据JB/T 8066.2-1995规定，选用283mm180mmmm参考，其厚度为15.0mm。 图6-5 卸料板6.4 模架以及其他零部件的选用选择模架规格。缩小到1/8后的尺寸计算如下上模座按GB/T 2855.2-1990规定，厚度取30mm,垫板厚度取11mm,固定板厚度取20mm,卸料板厚度取15mm,下模座按GB/T 2855.2-1990规定，厚度取30.0mm。根据上下模座选取导柱分别为15h5mm65mm20mm,15h5mm65mm25mm；导套分别为15H6 mm40 mm14mm, 15H6 mm40 mm25mm。模具闭合高度H HH上模座H垫板H固定板H卸料板H下模座H橡胶H凹模板 + H垫板 （6-5）161.5mm第七章 校核模具参数7.1 校核模具闭合高度模具闭合高度H应该满足HminH110HHmaxH15 （7-1）式中 Hmax压力机最大闭合高度； Hmin压力机最小闭合高度； H1垫板厚度。根据拟选压力机J2340T，查开式压力机参数表得： Hmax250mm, Hmin150mm将以上数据带入公式7-1，得150H250经计算该模具闭合高度H=161.5mm，在150mm270mm内，可以使用。7.2 凸模的强度计算及校核冲裁时凸模因承受了全部的压力，所以它承受了相当大的压应力。而在卸料时，又承受有拉应力。因此，在一次冲裁的过程中，其应力为拉伸和压缩交变反复作用。在一般情况下，凸模的强度是足够的，因此没有必要作强度的校核9。但针对本过电片零件特点，其中有的凸模断面尺寸很小，因此必须对相应凸模的强度包括凸模的最小断面（危险断面）的承压能力和抗弯能力进行校核。（1）凸模承受能力的校核对凸模最小断面上的承受能
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