垫片冲压模具设计-级进模【钥匙形状】【含CAD图纸】
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摘 要本文是对尺寸小，精度要求相对较高，生产批量大的垫片进行设计。在对垫片结构工艺性和材料加工工艺性正确分析的基础上，采用叙述与计算相结合的方式，分别对级进模的冲孔、落料等工序进行了从材料的选择到工作零件、定位零件、卸料零件、导向零件和安装固定零件等进行了设计。讨论了思路的可行性，并对其进行了整体和局部的结构设计。此级进模的设计，对以往的学习进行了一次综合性的运用，对今后的工作也有相当大的指导意义。通过对课题的冲压工艺的分析及模具零件的计算后，首先对主要的工作零件以及非标零件进行二维图的绘制，并且绘制本套模具的装配图。关键词：工艺分析； 零件设计； 模具装配I目目 录录1 绪论绪论.12 冲压件工艺分析冲压件工艺分析.32.1 材料分析.32.2 零件结构.32.3 尺寸精度.43 冲裁方案的确定冲裁方案的确定.53.1 冲裁工艺方案的确定.53.2 冲裁工艺方法的选择.53.3 确定冲压工艺方案.64 模具总体结构的确定模具总体结构的确定.74.1 模具类型的选择.74.2 送料方式的选择.74.3 定位方式的选择.74.4 卸料、出件方式的选择.74.5 导向方式的选择.75 工艺参数计算工艺参数计算.95.1 排样方式的选择.95.1.1 排样及搭边值的计算.95.1.2 步距和宽度的计算.105.1.3 材料利用率的计算.105.2 冲压力的计算.115.2.1 总冲裁力的计算.125.2.2 卸料力、推件力的计算.125.2.3 总冲压力的计算.145.2.4 初选压力机.146 刃口尺寸计算刃口尺寸计算.156.1 冲裁间隙的确定.15II6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则.167 主要零部件设计主要零部件设计.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 凸模高度的确定.207.2.3 凸模材料的确定.217.2.4 凸模精度的确定.217.3 定位零件的选用.227.4 卸料板的设计.227.4.1 卸料板外型设计.227.4.2 卸料板材料的选择.237.4.3 卸料板整体精度的确定.237.4.4 卸料橡胶的选用.237.6 垫板的设计.257.6 上下模座、模柄的选用.257.6.1 上下模座的选用.257.6.2 模柄的选用.257.7 螺钉、销钉的选用.268 冲压设备的校核与选定冲压设备的校核与选定.278.1 冲压设备的校核.278.2 冲压设备的选用.27参考文献参考文献.2811 绪论绪论模具，作为高效率的生产工具的一种，它是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制造零件，具有生产效率高，可实现高速大批量生产；节约原材料，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造一次成形。不需进行再加工，能制造出其他加工工艺方法难以加工的、形状比较复杂的零件。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业被称为先进制造技术的重要组成部分，也标志着一个国家的工业水平以及产品开发能力。随着我国模具制造业的不断发展，对冲压技术也提出了更高的要求，如：提高生产效益、保证产品质量、节约成本，从而取得更高的经济效益。在中国人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，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。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。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达 30 余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过 50 余家。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等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。巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、压延、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。过去的精密冲裁只能对厚度为 58mm 以下的中板或薄板进行加工，而现在可以对厚度达 25mm 的厚板实现精密冲裁，并可对2b900MPa 的高强度合金材料进行精冲。由于引入了 CAE，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或压延毛坯进行优化设计。此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。为了满足制件更新换代快和生产批量小的发展趋势，发展了一些新的成形工艺(如高能成形和旋压等)、简易模具（如软模和低熔点合金模等） 、通用组合模具和数控冲压设备等。这样，就使冲压生产既适合大量生产，也同样适用于小批生产。不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。垫片是冲压生产的一个典型零件，在生产中有很强的作用，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。32 冲压件工艺分析冲压件工艺分析垫片年产量采用大批量生产，材料采用 H62 钢，零件厚度为 1.5mm，未注公差等级为 IT13，零件如图2-1所示：图图 2-1 零件简图零件简图生产批量：大批量；材料：H62 钢；材料厚度：1.5mm；未注公差：IT13。2.1 材料分析材料分析表表 2-1 部分碳素钢抗剪性能部分碳素钢抗剪性能材料名称牌号抗剪强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）屈服点（Mpa）伸长率（%）碳素钢H62 钢30038021030由上表 2-1 可知：H62 钢是碳素钢，具有较好的冲裁成形性性能，适合要求较高的零件。综合评比均适合冲裁加工。2.2 零件结构零件结构零件结构形状相对简单，上下对称，对冲裁加工较为有利。零件中有一个大圆形孔，孔的直径尺寸为 12mm，孔离工件边缘的距离最小为 4mm。根据该零件形状来分析，该零件的结构满足冲裁要求。42.3 尺寸精度尺寸精度该零件上尺寸都未注尺寸公差，所以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 IT13 查表得到：A 类尺寸的有：、00.332000.394000.2210B 类尺寸的有：0.27012通过查公差等级表，发现普通冲裁能够满足零件精度要求。表表 2-2 常见零件公差等级表常见零件公差等级表公差等级IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14基本尺寸/mm/m/mm336610101818303050508080120120180180250250315315400400500344567810121416182045689111315182023252768991316192225293236401012151821253035404652576314182227333946546372818997253036435262748710011513014015540485870841001201401601852102302506075901101301601902202502903203604000.100.120.150.180.210.250.300.350.400.460.520.570.630.140.180.220.270.330.390.460.540.630.720.810.890.970.250.300.360.430.520.620.740.871.001.151.301.401.5553 冲裁方案的确定冲裁方案的确定3.1 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定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。其三种工序的性能见表 3-1：表表 3-1 单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能比较项目单工序模复合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复合模63.3 确定冲压工艺方案确定冲压工艺方案冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。方案一：先落料，后冲孔。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。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。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。方案三：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。方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一副模具，冲压的形状精度和尺寸容易保证且生产效率也高，但是由于工件的孔离边缘比较近，模具设计时，凸凹模的壁厚太薄，容易导致凸凹模的强度和刚度降低，模具寿命大大降低。方案三只需一副模具，生产效率很高，但零件的冲裁精度稍差。但是可以在模具上设置导正销导正，所以能够满足生产的需要。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的的几何形状简单，孔边距较小，故冲压生产采用方案三为佳。74 模具总体结构的确定模具总体结构的确定4.1 模具类型的选择模具类型的选择由以上冲压工艺分析可知，采用级进模冲压。4.2 送料方式的选择送料方式的选择由于零件的生产批量是大批量及模具类型的确定，合理安排生产可采用左右自动送料方式。4.3 定位方式的定位方式的选择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板，无侧压装置。控制条料的送进布距采用挡料销定距。而第一件的冲压位置靠始用挡料销来定。4.4 卸料、出件方式的选择卸料、出件方式的选择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。当卸料版只起卸料作用时与凸模间隙随材料厚度的增大而增加，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 的材料。弹性卸料具有卸料与压料的双重作用，主要用在冲料厚在 2mm 及以下厚度的板料，卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t，若弹性卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙性小于冲裁间隙，常用作落料模、冲孔模、症状复合模的卸料装置。由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压装置。工件平直度较高，料厚为 1.5mm 相对较薄，卸料力不大，由于弹性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状态，且弹性卸料板对工件施加的柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。4.5 导向方式的选择导向方式的选择方案一：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8是不能使用浮动模柄。方案三：采用四导柱模架。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：采用中间导柱模架。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）中间导柱 （b）后侧导柱 （c）对角导柱 （d）四角导柱图图 4-1 导柱模架导柱模架（1）下模座）下模座 （2）导柱）导柱 （3）导套）导套 （4）上模座）上模座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，采用后侧导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。由于前面和左、右不受限制，能满足工件成型的要求。即方案二最佳。95 工艺参数计算工艺参数计算5.1 排样排样方式的选择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。因此有下列三种方案：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。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，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，故应采用方案一。分析零件形状，应采用单直排的排样方式。排样示意图如图 5-1 所示。图图 5-1 排样示意图排样示意图105.1.1 排样及搭边值的计算排样及搭边值的计算在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边的作用是：补偿送料误差，以保证冲出合格产品；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。搭边值要合理确定，从节省材料出发，搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。综合考虑工件质量及成本，根据零件形状尺寸，材料厚度，材料的力学性能以及送料及挡料方式，我们来选择合理的搭边值。 此次设计采用的是弹性卸料装置，根据查表 5-1 确定工件的搭边值为1.5mm、侧搭边 1.8mm。表表5-1 搭边搭边a和和a1数值数值 mm圆件及 r2t 的工件矩形工件边长 L50mm矩形工件边长 L50mm或 r2t 的工件材料厚度工件间 a1沿边 a工件间 a1沿边 a工件间 a1沿边 a0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.51.81.21.00.81.01.21.51.82.22.01.51.21.01.21.51.82.22.52.21.81.51.21.51.82.02.22.52.52.01.81.51.82.02.22.52.82.82.21.81.51.82.02.22.52.83.02.52.01.82.02.22.52.83.25.1.2 步距和宽度的计算步距和宽度的计算采用直对排的排样方案，如图 5-2 所示：送料步距 A：送料步距的大小应为条料上冲裁件的对应点之间的距离，每次冲二个零件的步距按式：ADa1，A20+1.521.5mm条料宽度 B：B=43.6mm115.1.3 材料利用率的计算材料利用率的计算=S/BA100%式中 一个步距内零件的实际面积1S一个步距内所需毛坯面积0S A送料步距 B条料宽度带入数据可得：=S/BA100%=518.5/43.6mm21.5mm100%55.31%图图 5-2 零件排样图零件排样图5.2 冲压力的计算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 一般可以按下式计算：Fp=KptL (5-4)式中:-材料抗剪强度； L-冲裁周边总长(mm)； t-材料厚度(mm);系数Kp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Kp，一般取13。当查不到抗剪强度时，可以用抗拉强度b代替，而取12Kp=1.3的近似计算法计算。 的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册中查找，本设计 取值的通过查下表确定，材料为 H62 钢，厚度 t=0.5mm，取=300MPa。5.2.1 总冲裁力总冲裁力的计算的计算由于冲裁模具采用弹性卸料装置。F冲= F1+F2 (5-5)式中: F冲-总冲裁力； F1-落料时的冲裁力； F2-冲孔时的冲裁力。（1）落料力计算 按上式：Fp=KptL式中： F落落料力（N） ； L工件外轮廓周长（mm） ； T材料厚度（mm） ，t=0.5mm； 材料抗剪强度（MPa） 。材料为 H62 钢，由查表，。300MPa 根据零件图可算落料轮廓长度 L=105.04mm则 F1=KptL1 =1.30.5105.04300 =20483（N）（2）冲孔力Fp=KptL式中 冲孔力（N） ；冲孔F L工件外轮廓周长（mm） ； T材料厚度（mm） ，t=1.5mm； 材料抗剪强度（MPa） 。由查表，。300MPa根据零件图可算冲孔轮廓长度 L=37.7(mm)则 F2=KptL2 =1.30.537.730013 =7352（N）总冲裁力：F= 20483+7352=27835（N）5.2.2 卸料力、推件力的计算卸料力、推件力的计算当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。模具采用弹性卸料装置和推件结构，凹模型口直壁高度 h=6mm，所需卸料力 F卸和推件力 F推分别为：推件力、卸料力计算公式如下：F推=nK推F冲 (5-6)F卸= K卸 F落 (5-7)式中：F 推-推件力； F 卸-卸料力； F 冲-冲裁力； K 卸-卸料力系数； K 推-推件力系数； n-卡在凹模里的工件个数，n=h/t。表表 5-2 卸料力、推件力和顶件力系数卸料力、推件力和顶件力系数 mm料厚/mmK 卸K 推K 顶钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝及铝合金紫铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09注：卸料力系数 K 卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。K 推-推件力系数通过查表 4-1 确定，推件力系数取 K 推0.063；由公式得： 推件力 F推=nK推F冲 14 =100.06327835 =17536（N）K卸卸料力系数通过查表确定，卸料力系数取 K卸0.05；由公式得： 卸料力 F卸= K卸 F落=0.0527835 =1392（N）5.2.3 总冲压力的计算总冲压力的计算 F= F总+F卸+F推=27835+17536+1392 =46763（N）5.2.4 初选压力机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，其机身前端及左右均敞开，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 5-3 初选压力机为 J23-16 型压力机。表表 5-3 开式压力机规格及参数开式压力机规格及参数型号J23-10J23-16J23-25J23-35J23-40公称压力/KN100160250350400滑块行程/mm455565100100最大闭合高度/mm180220270290330闭合高度调节/mm3545556065前后150180220220260滑块底面尺寸/mm左右170200250250300工作台板厚度/mm35405029065模柄孔尺寸/mm直径3040404050深度356060607015166 刃口尺寸计算刃口尺寸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 冲裁间隙的确定冲裁间隙的确定冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之间的空隙尺寸，如图 6-1 所示。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。冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损、变形、崩刀和凹模刃口胀裂四种。间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响,间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小。但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。一般间隙为（10%15%）t 时的磨损最小，模具寿命较高。图图 6-1 冲裁间隙图冲裁间隙图由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。所以在实际生产中，其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命达到最长。目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植。本套模具采用查表法予以确定其间隙植。根据实用间隙表 6-1 查得材料 H62 钢的最小双面间隙 Zmin=0.04mm，最大双面间隙 Zmax=0.06mm。 17表表 6-1 冲裁模初始双边间隙值冲裁模初始双边间隙值 mm材料厚度 08、10、20、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于 0.5极小间隙（或无间隙）0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.750.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1266.2 刃口尺寸的计算及依据与法则刃口尺寸的计算及依据与法则凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用，故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。该冲件采用第二种算法：凸模与凹模配作法。18（1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸 AAj=（Amax-x）0+（1/4）（2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸-第一类尺寸 BBj=（Bmax+x）0-（1/4）（3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸-第一类尺寸 C Cj=（Bmax+0.5）1/8其中，x 为磨损系数。查表得：工件精度 IT10 级以上 x=1工件精度 IT1-IT12 x=0.75工件精度 IT13-IT14 x=0.5因为本工件尺寸均为基本尺寸，故按 IT13 级精度，x=0.75。在所有的尺寸中，A 类尺寸的有：、00.332000.394000.2210B 类尺寸的有：0.27012注：凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸第一类尺寸 A。凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸第二类尺寸 B。其中，x 为磨损系数。具体计算如表 6-2。表表 6-2 工作零件刃口尺寸计算工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸备注00.33200.08019.7500.39400.1039.71A00.2210)4/1(0)max(xAAj0.05509.84B0.270120)4/1()min(xBBj00.0712.2凸凹模尺寸中落料凸模刃口尺寸与落料凹模尺寸配作，冲孔凹模刃口尺寸与冲孔凸模刃口尺寸配作，保证双边间隙为 0.04-0.06。197 主要零部件设计主要零部件设计虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度不同，但组成模具的零件种类是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可以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，销钉起零件的定位作用，采用挡料销送进定距和导料销送进定位，无侧压装置。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。7.1 凹模设计凹模设计7.1.1 凹模刃口结构形式的选择凹模刃口结构形式的选择冲裁凹模刃口形式有直筒式和锥形两种，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，所以采用刃口为直通式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变。7.1.2 凹模精度与材料的确定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 IT11 级，内型腔精度为 IT7 级，表面粗糙度为 Ra3.2um，上下平面的平行度为 0.02，材料选Cr12。7.1.3 凹模外形的确定凹模外形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 c1.5H （7-2）凹模板边长 L=b1+2c （7-3）凹模板边宽 B=b2+2c （7-4）20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。表表 7-1 系数系数 K 值值材料厚度 t/mm材料料宽 s/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=0.4。根据公式（7-1）可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H=Kb2 =16（mm）根据公式（7-2）可计算凹模边壁厚：c1.5H =1.516 =24（mm）取凹模边壁厚为30mm。根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。取凹模为：LBH=125mm100mm20mm。凹模外形简图如图 7-1 所示：21图图7-1 凹模凹模7.2 凸模的设计凸模的设计7.2.1 凸模凸模结构的确定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。因为该制件形状不复杂，所以将落料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，凸模与凸模固定板的配合按 H7/m6。7.2.2 凸模高度的确定凸模高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7-2所示。22图图7-2 凸模高度尺寸凸模高度尺寸凸模高度为：L=h1+h2+（12） (7-5)式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=15mm； h2-卸料板及其他厚度，可得：h2=34.5mm； 12-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。 （附加长度取1.5mm）由公式(7-5)得： L=15+34.5+1.5=51(mm)7.2.3 凸模材料的确定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 T10A，热处理 5862HRC。7.2.4 凸模精度的确定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 IT7 级，表面粗糙度为 Ra1.6um。 图图 7-3 冲孔凸模冲孔凸模23 图图 7-4 落料凸模落料凸模7.3 定位零件的选用定位零件的选用定位零件为挡料销和导料销，选取时，应注意以下几点：（1）工件外形简单时，应以外形定位，外形复杂时以内孔定位。（2）定位要可靠，放置毛坯和取出工件要方便，确保操作安全。（3）若工件需要经过几道工序完成时，各套冲模应尽可能利用工件上同一位基准，避免累积误差。在此选用机械行业标准 GB/T7649.10-94 中的固定挡料销，作为该模具中的挡料销和导料销。选取该模具的挡料销的直径 d10mm 的活动挡料销。同时利用导正销进行精确的定位。7.4 卸料板的设计卸料板的设计7.4.1 卸料板外型设计卸料板外型设计在冲压工艺分析中已经选择了弹性卸料装置，采用卸料板进行卸料。卸料板不仅有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护作用，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 7-4 确定，取0.05mm。24卸料板的厚度查表 7-5，卸料板与凹模的外形尺寸相同，厚度为 14.5mm，根据凹模的尺寸，从而可以确定卸料板的尺寸 125mm100mm14.5mm。7.4.2 卸料板卸料板材料的选择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 45 钢。45 钢是优质碳素结构钢，它的质量较好，含碳量（0.45%）波动小，性能较稳定。经过热处理（调质）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。7.4.3 卸料板整体精度的确定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，粗糙度为 Ra3.2；而内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取 IT11 级，粗糙度为 Ra1.6；两个螺纹孔和挡料销、导料销有定位的作用，所以精度要求要高一些为 IT7 级，粗糙度为 Ra3.2。7.4.4 卸料橡胶的选用卸料橡胶的选用在冲裁模卸料与出件装置中，常用的元件是弹簧和橡胶，考虑模具的结构，该模具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，安装调整较方便灵活，而且成本低，是中小型冲模中弹性卸料、顶件及压边装置常用的弹性元件。卸料橡胶的选用与计算步骤： （1）确定自由高度 H自 H自=L工/（0.250.30）+h修模 （7-6）式中：L工-冲模的工作行程，对冲裁模而言，L工=t+1； h修模-预留的修模量，根据模具设计寿命一般取 46 mm。根据公式（7-7）得： H自=L工/（0.250.30）+h修模 =3/（0.250.30）+（46） =（1012）+（46） =1418=16（mm）（2）确定 L预和 H装 L预=（0.10.15）H自 （7-7）25式中：L预-橡胶的预压缩量。根据公式（7-7）得： L预=（0.10.15）18=1.82.7=2.0（mm） H装=H自-L预 （7-8）式中：H装-冲模装配好以后橡胶的高度。根据公式（7-8）得： H装=H自-L预=18-2=16（mm） （3）确定橡胶橫截面积 A A=F/g （7-9）式中：F-所需的弹压力（F=36883.665N） ；g-橡胶在预压缩状态下的单位压力：g=0.260.50MPa。根据公式（7-9）得：A=F/g=36883.665/0.40=92209.1625（mm2）卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸 100mm125mm20mm，从而可以确定卸料板的尺寸。卸料板的厚度为 15mm。7.5 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。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。则凸模固定板的厚度： H凸固=（0.60.8）H凹 （7-6）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=（0.60.8）H凹 =（0.60.8）H凹 =（0.60.8）20 = 1216（mm） 凸模固定板厚度取15mm。凸模固定板外形如图7-6所示。267.6 垫板的设计垫板的设计它的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，如果凸模的端部对材料的压力超过材料的许用压力，需在凸模端部与上模座之间加上垫板防止模具损坏。垫板外形尺寸可与凸模固定板相同，其厚度一般取310mm，查参考文献中冲压模具设计与制造 22.5-17JB/T7643.3-1994，可得垫板尺寸为125mm100 mm10mm。7.6 上下模座、模柄的选用上下模座、模柄的选用7.6.1 上下模座的选用上下模座的选用本模具采用后侧导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。后侧导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，装配容易。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 12.7mm。而下模座底面与导柱底面的距离为 2.3mm。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 H62 钢，热处理硬度渗碳深度 0.81.2mm，淬硬5862HRC。表表 7-3 模架组合模架组合名 称数 量材 料规 格标 准上模座1200HT12510030mmmmmm/2856.1GB T下模架1200HT12510035mmmmmm/2856.2GB T导 柱22022130mmmm/2861.3GB T导 套220228035mmmmmm/2861.8GB T7.6.2 模柄的选用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，
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