单耳止动垫片冲压工艺及级进模具设计

单耳止动垫片冲压工艺及级进模具设计,单耳止动,垫片,冲压,工艺,模具设计 《冲压模具设计》课程设计说明书 课程设计说明书 题 目 学 院 材料工程学院 专 业 材料成型及控制工程 班 级 III 摘 要 本设计主要介绍了单耳止动垫片冲孔、落料复合模设计的全过程。通过对单耳止动垫片进行了详细的工艺分析、确定冲压工艺方案及模具结构形式，然后进行模具总体设计，再进行参数额计与计算。在设计过程中除了设计说明书外，还完成模具的装配图，非标准零件的零件图。采用CAD软件绘制冲压模具工作零件的零件图。 关键词：单耳止动垫片;冲压模具;设计 目 录 1 绪论 1 2 冲压件工艺分析 3 2.1 材料分析 3 2.2 零件结构 3 2.3 尺寸精度 4 3 冲裁方案的确定 5 3.1 冲裁工艺方案的确定 5 3.2 冲裁工艺方法的选择 5 4 模具总体结构的确定 6 4.1 模具类型的选择 6 4.2 送料方式的选择 6 4.3 定位方式的选择 6 4.4 卸料、出件方式的选择 6 4.5 导向方式的选择 7 5 模具设计工艺计算 9 5.1 排样方式的选择 9 5.1.1 搭边值和条料宽度确定 10 5.1.2 材料的经济利用率 11 5.2 冲裁力的计算 12 5.3 冲压设备的选择 14 5.3 冲压设备的选择 15 6 刃口尺寸的计算 16 6.1 冲裁间隙的确 16 6.2 刃口尺寸的计算及依据 17 7 主要零部件设计 19 7.1 凹模的设计 19 7.2 凸模的设计 20 7.2.1 凸模结构的确定 20 7.2.2 凸模材料的确定 20 7.2.3 凸模精度的确定 20 7.3 凸凹模的设计 20 7.3.1 凸凹模外形的确定 20 7.3.2 凸凹模材料的选取 20 7.3.3 凸凹模精度的确定 21 7.3.4 凸凹模壁厚的确定 21 7.3.5 凸凹模洞口类型的选取 21 7.4 卸料装置的选用 22 7.4.1 卸料装置的选用 22 7.4.2 卸料板外型的设计 22 7.4.3 卸料板材料的选择 22 7.4.4 卸料板整体精度的确定 23 7.5 固定板的设计 23 7.5.1 凸模固定板的设计 23 7.5.2 凸凹模固定板的设计 23 7.6 垫板的设计 24 7.7 挡料销、导料销、卸料螺钉的选用 24 7.7.1 挡料销、导料销的选用 24 7.7.2 卸料螺钉的选用 24 7.8 上下模座、模柄、打杆的选用 24 7.8.1 上下模座的选用 24 7.8.2 模柄的选用 25 8 冲压设备的校核 26 8.1 冲压设备的校核 26 8.2 冲压设备的选用 26 参考文献 27 1 绪论 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5~8mm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σb >900MPa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。 目前，国内模具工业发展很快，其产值已超过机床工业的产值。我国模具工业作为一个独立的新型的工业，正处于飞速发展阶段，已成为国民经济的基础工业之一，其发展前景十分广阔。据预测，未来我国将成为世界的制造中心，这更加给模具工业带来前所未有的发展机遇和空间。但由于我国模具工业起步较晚，底子薄“九五”期间虽有较快发展，但与发达国家相比，差距还相当大。许多模具还需要进口，模具制造高级 人才也供不应求。为进一步加快我国模具工业的发展，基本任务之一就是加快人才的培养，普及先进的模具设计与制造技术，培养模具专业的高级人才。 为满足模具制造业对技术工人的需求，很多职业技能培训学校都开设了模具制造相关专业，而目前我国模具制造工还没有成为独立的专业工种，还没有统一的模具制造专业教学大纲和教材，也没有统一的技能鉴定标准，各学校和企业都只能在摸索中自行组织安排，这种状况显然不利于该专业的发展和人才培养的规范性。 27 《冲压模具设计》课程设计说明书 2 冲压件工艺分析 单耳止动垫片年产量采用大批量生产，材料为Q235钢，厚度为1.5mm，未注公差为IT14。零件如图2-1所示： 图2-1零件简图 2.1 材料分析 表2-1 部分碳素钢抗剪性能 材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度τ/MPa 碳素结构钢 08 已退火 300~360 Q235 303~372 Q275 392~490 由上表2-1可知：Q235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 零件结构形状相对简单，无尖角，对冲裁加工较为有利。凸、凹模允许的最小壁厚3.6mm，小于最小孔边距17.5mm。所以，用倒装式复合模冲压这个零件。 2.3 尺寸精度 由于本零件给定的精度都按生产所需经济精度要求IT14查表2-2得： 属于A类尺寸的有：、、 属于B类尺寸的有：、 属于C类尺寸的有： 通过查公差等级表，我们发现普通冲裁能够满足零件精度要求。 表2-2 常见零件公差等级表 公差等级 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸/mm /μm /mm ≤3 ＞3~6 ＞6~10 ＞10~18 ＞18~30 ＞30~50 ＞50~80 ＞80~120 ＞120~180 ＞180~250 ＞250~315 ＞315~400 ＞400~500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 3 冲裁方案的确定 3.1 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3-1 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 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。由于零件的生产要求的是大批量生产、零件的尺寸较大，外形简单，为提高生产率，根据上述方案分析、比较，宜采用复合模冲裁。 4 模具总体结构的确定 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4-1。 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 比较项目表 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 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。倒装式冷冲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。 由以上冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，模具类型为倒装式复合模。 4.2 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前后自动送料方式。 4.3 定位方式的选择 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，无侧压装置。控制条料的送进布局采用挡料销定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。 4.4 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（0.2～0.5）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（0.1～0.2）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 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：采用后侧式导柱模架。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对模具使用寿命有一定影响。 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。 （a） （b） （c） （d） 图4-1 导柱模架 （a）中间导柱模架 （b）后侧导柱模架 （c）对角导柱模架 （d）四角导柱模架 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。 5 模具设计工艺计算 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、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，所以采用方案一有废料的排样方式。 分析零件的形状，零件的排样方式如图所示。 图5-1 横排 图5-2 竖排 图5-3 斜排 5.1.1 搭边值和条料宽度确定 （1）搭边值的确定 搭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；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭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。 由材料的性能、厚度和形状可确定搭边值。 两工件之间的搭边：a1=1.8mm 工件与侧面的搭边： a=2.0mm 5.1.2 材料的经济利用率 条料的宽度： B=(D+2a)0 -Δ 式中，B—条料宽度； D—工件在宽度方向的尺寸； a—侧搭边值； b—侧刃宽度； △—宽度偏差； 条料的宽度确定公式如下： 横排 B=(55+2×2)0 -0.5 =590 -0.5mm 竖排 B=(83.5+2×2)0 -0.5 =87.50 -0.5mm 斜排 B=(+2×2)0 -0.5 =0 -0.5mm 条料的步矩： S=L+b 式中，S—冲裁步距； L—先选择送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的最大值； b—沿送进方向的搭边值 横排： S=L+b=85.3 竖排： S=L+b=56.8 斜排： S=L+b=89.8 材料利用率定义为： η=A/BS×100% 式中，η—材料利用率； A—工件的面积，由二维软件测得：A=3530.41mm2 B—条料宽度； S—冲裁步距。 横排 η=A/BS×100% =3530.41/82×115.8×100% =71.46% 竖排 η=A/BS×100% =3530.41/118×79.8×100% =72.067% 斜排 η=A/BS×100% =3530.41/109.9×89.8×100% =68.75% 竖排的排样利用率比较高，所以选择采用竖排。 5.2 冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算： 式中 FP-------冲裁力（N）； L--------冲裁周边长度（mm）； t--------冲裁料厚(mm)； τb--------------- 抗剪强度（MPa）； （1）落料力计算 按上式： 式中： F落――落料力（N）； L――工件外轮廓周长（mm）； T――材料厚度（mm），t=1.5mm； τ――材料抗剪强度（MPa）。材料为Q235钢，由查表，。 根据零件图可算落料轮廓长度L=238mm 则 （2）冲孔力 式中 ――冲孔力（N）； L――工件外轮廓周长（mm）； T――材料厚度（mm），t=1.5mm； τ――材料抗剪强度（MPa）。由查表，。 根据零件图可算冲孔轮廓长度L=135(mm) 则 2. 落料时的卸料力的计算 =KX 式中 -----------卸料力（N）； -----------落料力（N） KX ------卸料系数，查《冲压模具简明设计手册》表3-11，P57其值为0.03～0.04，取K=0.04。 则 =KX =0.04×167.1=6.7（KN） 3. 冲孔时的推件力的计算 =nkT 式中 -------------推料力（N）； K1------推料系数，查《冲压模具简明设计手册》表3-11，其值为0.05； n------ 梗塞在凹模内的制件或废料数量，n=h/t，h为刃口部分的高（mm），t为材料厚度（mm），其中，h=6mm，t=1.5mm，取n=4， 则 =nkT=4×0.05×68.1=13.6(KN) 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和 = + ++ 式中：冲裁力 =167.1KN，=68.1KN，卸料力=6.7KN，推料力=13.6KN，则: = + ++=255.5kN 5.3 冲压设备的选择 计算得总冲压力是255.5KN，所选压力机的公称压力必须大于或等于总冲压力的1.3倍。所以选用公称压力为350KN的机械压力机J23-35。压力机主要参数经查《冲模设计手册》、《冲压模具设计师手册》、《冲压手册》得表5-4。 表5-4 J23系列开式可倾压力机主要技术参数 技术参数 型号 J23-3.15 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23-40 J23-63 滑块公称 压力 31.5 63 100 160 250 350 400 630 滑块行程 25 35 45 55 65 100 100 120 封闭高度 120 150 180 220 270 290 330 360 连杆调节量 25 30 35 45 55 60 65 70 滑块中心线至机身距离 90 110 130 160 200 200 250 300 滑块地面尺寸 左右 100 140 170 200 250 250 300 300 前后 90 120 150 180 220 220 260 260 模柄孔尺寸 直径 25 30 30 40 40 40 50 50 深度 40 55 55 60 60 60 70 80 垫块厚度 30 30 35 40 50 65 65 90 最大倾斜角 45 45 35 35 30 30 30 30 工作台尺寸 左右 250 310 370 450 560 610 700 710 前后 160 200 240 300 370 380 460 480 5.3 冲压设备的选择 对于规则的图形，一般选择几何中心作为模具的压力中心，而无需计算，如果工件比较复杂，或者有多个凸模，我们可以采用解析法进行详细的计算。 对于复杂的工件，一般采用解析发计算，通过力矩原理来进行计算。 按比例画出凸模刃口的轮廓形状，选坐标XOY。 表5-5 压力中心计算数据 模具压力中心坐标： =-6.9563 计算得模具压力中心的坐标值为（-6.9563，0）。 6 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的尺寸精度，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 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6-1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值。 根据实用间隙表6-1查得材料Q235钢的最小双面间隙Zmin=0.132mm，最大双面间隙Zmax=0.24mm。 表6-1 冲裁模初始双边间隙值 mm 材料 厚度 08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 小于0.5 极小间隙(或无间隙) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 .3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的计算及依据 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。 （1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸---第一类尺寸A Aj=(Amax-x△) （2） 凸模或凹模磨损后会减小的尺寸---第一类尺寸B Bj=(Bmin+x△) （3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸---第一类尺寸C Cj=(Cmin+) 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-IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5 根据工件尺寸公差判断，已标注尺寸为IT13精度，x=0.75。 在所有的尺寸中， 属于A类尺寸的有：、、 属于B类尺寸的有：、R 属于C类尺寸的有： 注：①凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸——第一类尺寸A。 ②凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸——第二类尺寸B。 ③凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸——第三类尺寸C。 其中，x为磨损系数。 具体计算如表6-1。 表6-1 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 A 双边间隙为0.132 -0.24。 B C Cj=(Cmin+) 7 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用什么方法加工制造及总体装配方法。结合模具的特点，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，无测压装置。下面分别介绍各个零部件的设计方法。 7.1 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，如图7—1所示。 凹模各尺寸计算公式如下： 凹模厚度 （7-1） 凹模边壁厚 （7-2） 凹模板边长 （7-3） 凹模板边宽 （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/mm ≤1 >1～3 >3～6 ≤50 0.30～0.40 0.35～0.50 0.45～0.60 >50～100 0.20～0.30 0.22～0.35 0.30～0.45 >100～200 0.15～0.20 0.18～0.22 0.22～0.30 >200 0.10～0.15 0.12～0.18 0.15～0.22 查表7-1得：K=02 根据公式（7-1）可计算落料凹模板的尺寸： =0.2×83.5 =16.7(mm) 根据公式（7-2）可计算凹模边壁厚： C =(1.5～2)×17 =(1.5～2)×17 =25.5～34(mm) 取凹模边壁厚c=30mm 选用凹模尺寸为200mm×200mm×30mm 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Cr12，热处理58～62HRC。 7.2.3 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，同轴度为0.02。 7.3 凸凹模的设计 7.3.1 凸凹模外形的确定 凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定。凸凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量，一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，与落料凹模配合确定，其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定。 7.3.2 凸凹模材料的选取 由于冲模为复合模，所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性、热处理工艺性等。Cr12刚具有较好的淬透性，很高的耐磨性，有较高的冲击韧度和承载强度，且淬火变形小。为满足以上要求，在该模具中凸凹模材料选用Cr12钢。 7.3.3 凸凹模精度的确定 零件精度：由于该零件为工作零件，起主要成型的作用，对精度要求较高，外形精度公差为IT7。 7.3.4 凸凹模壁厚的确定 凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒型刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大一些。 凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表7-3。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小一些。 表7-2 凸凹模的最小壁厚 材料厚度t/mm 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚mm 1.4 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 材料厚t/mm 2.8 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 最小壁厚mm 6.4 6.7 7.1 7.6 8.1 8.5 8.8 9.1 9.4 9.7 10 凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为3.7mm，该壁厚为15.4mm即可，本设计中凸凹模的壁厚为大于3.7mm，故该凸凹模的侧壁强度要求足够。 7.3.5 凸凹模洞口类型的选取 本设计采用的是倒装式复合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要设计凸凹模洞口类型，排出积存废料。 凸凹模洞口的类型如图7-1所示，其中a、b、c型为直筒式刃口凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料的聚集而增大了推件力和凸凹模的涨裂力，给凸、凸凹模的强度都带来了不利影响。一般复合模和上出件的冲裁模用a、c型，下出件用b、d型其中d型是锥筒式刃口，在凸凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大。 综上所述，本设计选用a型洞口。 (a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)锥筒式 (e)锥形式 图7-1 凸凹模洞口的类型 7.4 卸料装置的选用 7.4.1 卸料装置的选用 弹性卸料装置由卸料板、弹性元件、卸料螺钉等零件组成。 弹性卸料起导向作用时，卸料板与凸模按H7/h6配合制造，但其间隙应比凸、凹间隙小，此时，凸模与固定板以H7/h6配合。此外，在模具开启状态，卸料板应高出模具工件零件刃口0.3～0.5mm，以便顺利卸料。 7.4.2 卸料板外型的设计 在冲压工艺分析中已经选择了卸料装置为弹性卸料，采用卸料板卸料。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0.15mm。 卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸200mm×200mm×30mm，从而确定卸料板的尺寸。 选择卸料板厚度为15mm。 表7-3 卸料板与凸凹模间隙值 材料厚度t/mm ＜0.5 0.5～1 ＞1 单边间隙Z/mm 0.05 0.1 0.15 7.4.3 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。 7.4.4 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IT11级，粗糙度为Ra1.6；四个螺纹孔和挡料销、导料销有定位作用，所以精度要求要高一些为IT7级，粗糙度为 Ra3.2。 7.5 固定板的设计 7.5.1 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。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍。 则凸模固定板的厚度： H=（0.6~0.8）H （7-11） 式中：H-凸模固定板厚度； H-凹模厚度； 根据公式（7-11）得凸凹模厚度为： H =（0.6~0.8）H =（0.6~0.8）×30 = 18~24mm 凸模固定板厚度取20mm。 7.5.2 凸凹模固定板的设计 凸凹模固定板主要是固定凸凹模，保证凸凹模有足够的强度，使凸凹模与卸料版、下模座、垫板更好的定位。凸凹模与凸凹模固定板的配合按H7/m6。 凸凹模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍。 则凸凹模固定板的厚度为： H =（0.6~0.8）H （7-12） 式中：H凸凹固-凸凹模固定板厚度； H凹-凹模厚度； 根据公式（7-12）得凸凹模固定板厚度为： H =（0.6~0.8）H =（0.6~0.8）H =（0.6~0.8）×30 = 18~24mm 凸凹模固定板厚度取20mm。 7.6 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，需在凸模端部与模座之间加上垫板防止模具损坏。 垫板外形尺寸可与固定板相同，其厚度一般取3~10mm，查参考文献冲压模具设计与制造 22.5-17JB/T7643.3-1994，垫板尺寸为200mm×200mm×10mm。 7.7 挡料销、导料销、卸料螺钉的选用 7.7.1 挡料销、导料销的选用 设计挡料销时，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A型挡料销，作为该模具中的挡料销和导料销。 选取该模具的挡料销和导料销的直径d=4mm的A型固定挡料销。 7.7.2 卸料螺钉的选用 根据复合模具典型组合尺寸查得卸料螺钉选择为：圆柱头卸料螺钉M12×90mm JB/T7650.5 7.8 上下模座、模柄、打杆的选用 7.8.1 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18mm。而下模座底面与导柱底面的距离为9mm。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0.8~1.2mm，淬硬58~62HRC。 上模座： L/mm=200×200×40 下模座：L/mm＝200×200×50 导柱：d/mmL/mm=32200 导套：d/mmL/mmD/mm=3210045 7.8.2 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，使用与较大是模具。 （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。 根据本模具结构，采用带台阶的凸缘式模柄。在设计模柄时模柄长度不得大 于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。 综合以上，本模具模柄选用：A50 JB/T7646.3-1994。 8 冲压设备的校核 8.1 冲压设备的校核 该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。 该模具闭合高度： H闭=H上+H下+H垫+L+H-h （8-1） 式中： L-冲孔凸模长度； H-凸凹模厚度； h-冲孔凸模冲裁后进入凸凹模的深度h=2mm。 根据公式（8-1）得模具的闭合高度为： H闭=H上+H下+H垫+L+H-h =226.5（mm） 可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，该模具的闭合高度小于所选压力机型号为J23-35的最大闭合高度为270mm，可以使用。 8.2 冲压设备的选用 根据模具闭合高度、冲裁力等，压力机型号为J23-35，能满足各项要求，因此选取J23-35号压力机。 参考文献 [1]成虹.冲压工艺与模具设计. 北京：高等教育出版社 [2]徐政坤.冲压模具设计与制造. 北京：北京工业出版社 [3]陈剑鹤.冷冲压工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社 [4]翁其金.冷冲压技术. 北京：机械工业出版社 [5]万站胜.冲压模具设计. 北京：中国铁道出版社 [6]张鼎承.冲模设计手册. 北京：机械工业出版社 [7]史铁梁.冷冲模设计指导. 北京：机械工业出版社 [8]顾京.数控加工编程及操作. 北京：高等教育出版社 [9]吕思科.机械制图. 北京：北京理工大学出版社 [10]王海明.机械制造技术. 北京：中国农业出版社 [11]阎其凤.模具设计与制造. 北京：机械工业出版社 [12]李正风.机械设计基础. 上海：上海交通大学出版社 [13]许发樾. 模具设计应用实例. 北京：机械工业出版社