托架冲压模具设计

学号： 说明书 托 架 冲 压 模 具 设 计 Bracket stamping mould design 学院 专业 班级 学生 指导教师（职称） 完成时间 年 月 日至 年 月 日329 诚信承诺保证书本人郑重承诺：托架冲压模具设计毕业设计（论文）的内容真实、可靠，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设计（论文）中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日 任 务 书院（系）： 专业 班 级： 学生： 学号： 一、毕业论文课题 托 架 冲 压 模 具 设 计 二、毕业论文工作自 年 月 日起至 年 月 日止三、毕业论文进行地点 四、毕业设计（论文）的内容 1、已知条件： 托架实物和零件图（尺寸按实物测量） 实物图（1）材料：08钢（2）生产批量：4万件/年 2、设计要求： （1）按要求写出开题报告； （2）结合设计课题到工厂进行毕业实习； （3）收集国内外有关情报资料，查阅有关文献资料15篇以上，并写出60008000字的文献综述。（4）检索与阅读与设计题目相关的外文资料，并书面翻译30005000汉字（附外文原文及出处）的外文资料。 （5）在分析、计算、选择和设计的基础上编写出不少于2万字的设计计算说明书（含文献综述）； （6）设计出托架零件冲压模的装配图和主要的零件图； （7）绘制工程图折合A0号幅面的图纸不少于3张。 （8）准备和参加毕业答辩。 3、工作进度： （1）查阅设计资料、写出开题报告（1周）； （2）结合设计课题进行毕业实习（调研），并文献综述；（1周）； （3）外文翻译（0.5周）； （4）绘制托架零件图，进行工艺分析和方案设计（2.5周）； （5）草图设计（1.5周）； （6）工作图设计（含装配图和零件图）（5周）； （7）整理设计计算说明书（1.5周）； （8）修改设计（0.5周）； （9）准备和参加毕业答辩（0.5周）。 4、 主要参考资料： (1)马朝兴主编.冲压工艺与模具设计.北京:化学工业出版社.2006.4(2)郑家贤 编著.冲压工艺与模具设计实用技术.北京: 机械工业出版社.2005.1(3)薛啟翔主编.冲压模具设计制造难点与窍门.北京:机械工业出版社.2005.1(4)杨玉英主编.实用冲压工艺及模具设计手册.北京: 机械工业出版社.2005.1(5)贾崇田主编.冲压工艺与模具设计.北京:人民邮电出版社.2006.1(6)马正元主编.冲压工艺与模具设计.北京: 机械工业出版社.2006.1(7)二代龙震工作室主编. 冲压模具设计基础.北京:电子工业出版社.2005.11(8)夏琴香主编.冲压成形工艺及模具设计.广州:华南理工大学出版社.2004.9(9)翁其金主编.冲压工艺与冲模设计.北京: 机械工业出版社.2005.7(10)陈文琳主编.塑性成形工艺与模具设计.北京: 机械工业出版社.2006.5(11)李名尧主编.模具CAD/CAM.北京: 机械工业出版社.2005.7(12)史铁梁主编.冷冲模设计指导.北京: 机械工业出版社.2005.9(13)冲模设计手册编写组编. 冲模设计手册(模具手册之四).北京: 机械工业出版社.2000.1(14)王新华主编. 冲模结构图册.北京: 机械工业出版社.2005.5 (15)王新华主编. 冲模设计与制造实用计算手册.北京: 机械工业出版社.2003.2(16)姜奎华主编. 冲压工艺与模具设计.北京:机械工业出版社.2002.3指导教师 接受论文任务开始执行日期 年 月 日学生签名 托架冲压模具设计摘要本设计通过对托架零件的成型工艺分析，对托架的冲压生产条件及产品工艺进行了研究，介绍了冲压生产及模具设计的现状。设计确定了一种由冲孔落料、弯曲等冲压工序组成的产品成型设计方案。重点阐述了每道工序的模具结构的设计计算，模具主要零件的加工工艺、方案选择和计算，以及冲床的选择等。采用一副冲孔落料复合模与一副弯曲模共同完成零件的加工，降低了模具的复杂度及降低了单件成品的模具成本，同时降低了对工厂生产条件的要求，提高了资源利用率和产品质量。关键词：托架 模具设计 落料 冲孔 弯曲模abstractbased on the analysis of the forming technology of bracket parts of the stamping production conditions and bracket products technology, report the stamping production and die design of the status quo. Introduces a fall by punching materials, bending and punching process of product design scheme of forming. This paper focuses on each procedure of the design and calculation of the mould structure, mould machining process of the main parts, scheme selection and calculation, and punch selection. Using a pair of punching dropping material compound model and a pair of bending die together complete parts processing, reduce the complexity of the mold piece and reduce the finished product mould cost proportion, and reduces the production of the conditions of the requirements of the factory, improve the efficiency of using resources and the quality of the product.keywords: bracket mold design blanking punching bending die.目录摘要1abstract2绪论31 产品设计任务、工艺分析及模具形式的确定41.1 设计任务41.2 冲压工艺分析41.3 工艺方案的比较51.4 托架冲压成型模具形式的选择与确定61.4.1 方案一61.4.2 方案二61.4.3 方案三61.4.4 弯曲模的结构形式的确定62 冲裁凸模、凹模及凸凹模工艺及尺寸计算82.1 凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算的原则82.2 刃口尺寸的计算82.2.1 加工方法的确定82.2.2 落料凸、凹模刃口尺寸计算92.2.3 冲孔凸、凹模刃口尺寸计算102.2.4 凹模两个4孔心距尺寸计算103 冲裁模排样、冲裁力及压力中心的计算113.1 冲裁排样设计113.1.1 排样方法的确定113.1.2 确定搭边值113.1.3 确定条料步距113.1.4 条料利用率123.1.5 画出排样图123.2 冲裁力的计算123.2.1 冲裁力F123.2.2 卸料力F133.2.3 推件力F133.2.4 顶件力133.3 冲裁模压力机公称压力的确定133.4 冲模压力中心的确定133.4.1 多凸模冲裁时的压力中心144 冲裁模主要模具零件的设计154.1 工作零件的结构设计154.1.1 落料凹模154.1.2 凸模固定板154.1.3 导料卸料装置154.1.4 弹性元件的选用164.1.5 冲孔凸模设计164.1.6 凸凹模固定板厚度及凸凹模高度164.1.7 推件装置174.1.8 垫板174.1.9 定位零件184.2 模架及其他零件的选择194.2.1 中间导柱模架194.2.2 后侧导柱模架194.2.3 对角导柱模架194.2.4 四导柱模架194.3 模具的闭合高度194.4 模柄的设计选择204.5 紧固件的应用215 弯曲模凸模、凹模工艺及尺寸计算225.1 回弹值的确定225.2 弯曲模工作部分主要零件设计225.2.1 凸模圆角半径235.3 顶件块的设计255.4 定位装置的设计266 弯曲力及压力中心的计算276.1 弯曲件工序安排原则276.2 弯曲力的计算276.3 顶件力的计算276.4 弯曲压力中心的确定276.5 压力机公称压力的确定及模柄形式的选择286.6 凹模垫板厚度计算及模架的选择287 冲压设备的选取297.1 冲裁工序压力设备的选取297.2 弯曲工序压力设备的选取298 模具零件的选用与加工309 模具的装配、调整与试模339.1 复合模的装配339.1.1 装配步骤339.1.2 调整与试冲339.2 弯曲模的装配349.2.1 装配步骤349.2.2 调整与试冲34总结35致谢36参考文献37附件一 英文文献翻译38绪论绪论绪论随着信息化和机械自动化的不断发展，作为技术密集型的生产与加工行业，模具为推进实体经济更好更快的发展提供了不可替代的原动力。冲压主要应用于批量生产中，冲压模具的设计与制造工艺水平直接关系到产品的质量、生产效率和生产成本。也就是说，一个国家的制造业水平，很大程度上由模具的设计与制造水平所决定，所以说对模具设计方法进行不断地探讨与改进具有重要意义。毋庸置疑，模具制造技术是模具工业现代化的基础。在冲模的设计制造上, 目前正朝着以下两方面发展：一方面,为了适应高速、精密、自动、安全、大批量等现代生产的需要, 冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位和多功能方向发展, 与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术, 各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具设计制造CAD/ CAM 技术也得到迅速发展；另一方面, 为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。近年来,全球制造业正快速整合转移向亚太地区,我国已成为世界制造业的重要基地,也已成为第一制造大国。作为产品制造的重要工艺装备, 国民经济的基础工业之一的模具工业将直面竞争的第一线。作为即将加入制造工业的新生代生力军，在研究前人模具设计的理论分析和和生产实践的基础上，进行新的探索与实验来提高自己的专业基础知识，是十分必要的，也是非常重要的。本文中着重运用已有的设计理念和设计思想，对托架这一零件进行了工艺性能分析，冲压基本条件分析，冲压模具结构设计，冲压零件特别是冲压主要成型零件的结构和力学分析。对于这种需要三道工序生产加工的零件，有很多设计思想和理论基础可以借鉴，特别是在弯曲模的设计中，可以将之设计为多用弯曲模，将凹模设计为可调的组合型工件，能够通过对凹模刃口宽度的调节达到对不同U形件板料弯曲的工作要求，实现一模多用。本设计中考虑要完成的任务，并没有采用这样的设计，但对已有的设计理论进行探讨，运用所学知识，从生产实际角度，参考已有的设计经验和资料，对各种设计方案进行可行性分析，确定了最佳的设计方案，以节约生产成本、时间和空间成本。通过托架冲压模具的设计，达到了设计预期目标，检验了我对本专业知识的学习能力和掌握程度，加深自己对专业知识的认知和理解，更好的掌握了冲压模具设计的基本流程，为进一步的社会实践和生产设计需要奠定了基础，在更好的确立工作认知规划和人生目标中发挥了了一定的启示性作用。1 产品设计任务、工艺分析及模具形式的确定1 产品设计任务、工艺分析及模具形式的确定1 产品设计任务、工艺分析及模具形式的确定1.1 设计任务零件名称：托架 生产批量：4万件/年材料：08钢板，板厚t =1.2mm 零件图如下图所示：图1-1 托架零件图1.2 冲压工艺分析本托架材料是08碳素结构钢,年产量4万件，为小批量生产。该零件外形尺寸规则简单，长度58mm，内孔为直径为5mm 的圆孔一个和直径为4mm 的圆孔两个，宽度16mm，零件弯曲前毛坯长度为：= 87.02 mm。折弯内角圆角分别为R1和R1.5材料厚度为：t=1.2 。查表2-1可知，该冲裁件精度等级为IT14级，零件的冲压工艺性较好，完全符合冲裁基本要求。弯曲时，毛坯上5mm的圆孔可作为定位工艺孔，保证弯曲精度；凸模、凹模圆角半径与弯曲成形件对应的折弯内角相同。对批量大、尺寸较小的弯曲件，为了提高生产效率，可采用多工序的冲裁、弯曲、切断等成型连续工序完成。对生产批量较小的冲压件，可将分离与弯曲成型工序分开工作。对年产量仅4万件的托架，弯曲模的结构设计采用一次弯曲成形，两次弯曲成形两种方案，为了简化模具结构，预设凸模采用阶梯型配合凹模折弯四角，将此帽罩形托架一次冲压成形。弯曲模结构图如图1-2所示： 图1-2 弯曲模冲压结构示意图1.3 工艺方案的比较该零件需冲孔、落料、弯曲三个工序完成生产。可以采用单工序模先冲孔，后落料后弯曲；也可以采用连续模在一副模具的不同工位上完成冲孔落料和弯曲三道工序；也可以采用复合模加工，一次冲压完成冲孔和落料，之后进行弯曲加工。共有三种模具设计方案可供选择，如表1-1所示：表1-1 单工序模、级进模、复合模的特点比较项目单工序模级进模复合模冲压精度制件平整度冲裁制造的难易程度及价格材料要求生产安全性较低一般容易、价格低条料要求不严格，可用边角料不安全较高（IT10IT13）不平整，高质量制件要求较平简单形状的级进模比复合膜的制造难度、价格低条料或卷料，要求严格比较安全高（IT8IT11）压制较好，制件平整复杂形状的复合模比级进模制造难度低，相对价格低除用条料外，小件可用边角料，但生产效率低不安全，要有安全装置1.4 托架冲压成型模具形式的选择与确定冲模的类型与冲压工艺方案是相互对应的，两者都是根据生产批量、零件形状和尺寸、零件质量要求、材料性质和厚度、冲压设备和制模条件、操作因素等确定。所以工艺方案确定后，冲模的类型基本上也随之而定了。模具类型首先取决于生产批量，年产4万件属于中小批量生产，与其相对应的模具类型通常是单工序模、级进模、复合模、组合模、半自动模、简易模等。零件形状、尺寸、质量要求也是确定模具类型的重要依据。复合模可以冲尺寸较大的零件，但材料厚度、孔心距、孔边距有一定限制；级进模适用于冲小型零件，尤其形状复杂的异形件，但级进模的冲压件质量一般介于单工序模与复合模之间。模具类型确定后，还要确定模具的具体结构形式。主要包括送料与定位方式的确定、卸料与出件方式的确定、工作零件的结构及其固定方式的确定、模具精度及导向形式的确定等。对于复杂的弯曲模及其他需要改变冲压力方向和工作零件运动方向的模具还要确定传力和运动的机构。根据制件的外形简单规则、制件平整度及尺寸精度要求，单工序模、级进模和复合模都能满足生产需要，需要对三种设计方案进行逐一分析，确定最适合的那种模具形式。1.4.1 方案一采用级进模不同工位完成冲孔、落料和弯曲三道工序能够实现。这样可以节省压备的选用台数，也可以节省人力，同时大幅提高生产率和节约生产成本，但本制件生产批量小，而级进模对材料的要求又较高，需采用条料或卷料，故不需采用效率较高的级进模生产即可完成年生产4万件的生产任务，且采用级进模同时完成三道工序会给模具设计和制造带来一定的难度，模具结构相对复杂，导致设计和制作成本增加，也造成了一定的模具浪费，这也将增加单个成品零件的平均模具成本。1.4.2 方案二采用单工序模，这样降低了模具的设计和生产难度。但这样降低了生产效率、加工质量，也会增加模具成本。因为需要三副模具来完成生产加工，也将占用较大的生产资源和人力，同时将面临难以保证精度的难题，在保证孔心距和托架外形的对称度方面增加了模具的制造难度，以为要提高模具制造精度才能保证产品的生产精度。1.4.3 方案三选用一套复合模和一套弯曲模来完成零件的生产加工。这样可使弯曲毛坯在复合模上一次冲压完成，既保证了毛坯件精度也简化了模具制作和设计流程，可以较好地完成冲压任务。通过以上比较，可以确定采用方案三来完成托架产品设计比较合理。1.4.4 弯曲模的结构形式的确定1） 先弯外角，再弯内角。此托架属于帽罩型零件，这样弯曲工艺由两道弯曲工艺完成，需要加工制作三个凸模和三个弯曲凹模型腔或刃口，工艺复杂，但弯曲效果较好，产品质量高。2） 先弯外角、预弯内角，再弯内角。也是四角采用两次弯曲完成，模具形式较第一种相似，但比第一种复杂的多，因为外角弯曲后要弯U型结构的两角。这种弯曲模结构质量最好。3） 一次弯四角成型。可将传统需要两次弯曲成形的4角采用一次弯曲成形，提高了弯曲效率，同时优化了生产资源利用率，较好的完成生产要求，也不导致无端的浪费现象，可将生产成本控制在最低，但产品质量较差。2 冲裁凸模、凹模及凸凹模工艺及尺寸计算2 冲裁凸模、凹模及凸凹模工艺及尺寸计算2.1 凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算的原则在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：落料件光面尺寸与凹模尺寸相等（或基本一致），故应以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模刃口尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙计算。冲孔时工件光面的孔径与凸模尺寸相等（或基本一致），故应以凸模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会因凸模刃口尺寸的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙。当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模空心距的基本尺寸取在工件尺寸公差带的中点上，按双向对称偏差标注。凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具一定的使用寿命。2.2 刃口尺寸的计算2.2.1 加工方法的确定模具凸凹模加工方法有分开加工法和配作法，分开加工法适用于圆形或矩形规则简单的工件。结合此工件的形状特点，此模具制造适合采用分开加工法。因为是复合模，冲孔选凸模为设计基准件，落料模选凹模为设计基准件，则凸凹模刃口尺寸根据冲孔凸模和落料凹模刃口尺寸计算，需要计算冲孔凸、凹模及落料凸、凹模刃口尺寸及制造公差。查表3-4知1.2mm厚08钢冲裁模初始双面间隙Z的范围为0.1260.180mm。按照零件公差等级14级，可以确定落料件的外形和内孔尺寸如图2-1所示：图2-1 弯曲件毛坯图2.2.2 落料凸、凹模刃口尺寸计算1）垂直送料方向：查表3-4、3-5及手册得： 校核间隙： ，说明所取凸、凹模间隙不能满足的条件，但相差不大，可调正如下：落料凹模刃口尺寸：落料凸模刃口尺寸：2）平行送料方向：查表3-4、3-5及手册得：校核间隙： ，说明所取凸、凹模间隙符合的条件，落料凹模刃口尺寸：落料凸模刃口尺寸：2.2.3 冲孔凸、凹模刃口尺寸计算1）对的圆孔的计算，查表3-4、3-5及手册得：校核间隙：，符合条件，所以，冲孔凸模刃口尺寸：冲孔凹模刃口尺寸：2）对的孔的计算，查表3-4、3-5及手册得：校核间隙：，符合条件，所以，冲孔凸模刃口尺寸：冲孔凹模刃口尺寸：2.2.4 凹模两个4孔心距尺寸计算3 冲裁模排样、冲裁力及压力中心的计算3 冲裁模排样、冲裁力及压力中心的计算3 冲裁模排样、冲裁力及压力中心的计算3.1 冲裁排样设计3.1.1 排样方法的确定 根据材料的合理利用情况，条料排样的方法可分为：有废料排样，少废料排样和无废料排样三种。有废料排样是沿冲件全部外形冲裁，在冲件周边都留有搭边，因此材料利用率低，但冲件尺寸完全有冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，生产中绝大多数冲裁件都是采用有废料排样。少废料排样是沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件之间或冲件与条料侧边留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率较高，冲模结构简单。无废料排样是沿直线或曲线切断条料而获冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。另外，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。根据工件的形状，采用无废料排样的方法是不可能做得到的，只能采用有废料和少废料排样。现决定采用有压边装置的直排法，冲裁工艺最好，制件质量最稳定，材料的利用率也比较高。 3.1.2 确定搭边值 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搭边。搭边有两个作用：一是补偿了定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是可以增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率。搭边宽度对冲裁过程及冲裁件质量有很大影响。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，冲裁中将被拉断，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。因此搭边值得设置应当合理，其数值目前由经验确定。一般来说，硬材料的搭边值可小些，软材料、脆材料的搭边值要大些；冲裁件尺寸大或是尖突的复杂形状时，搭边值取大些；用手工送料、有侧压装置的搭边值可小些。搭边值得经验数据可以查手册得出。查设计手册，得出搭边值：侧边=2.5mm 工件间b=2mm 3.1.3 确定条料步距 步距与侧搭边和工件间搭边有关系，送料时步距的大小等于工件的外形尺寸加上工件间搭边数值。故条料步距L=D+a=16+2=18mm 条料宽度B=l+2a =87+22.5=92mm3.1.4 条料利用率 经计算工件的面积A1304.78mm ,得到条料利用率：=100=1304.789218100=78.8。3.1.5 画出排样图 根据上述数据资料画出排样图如图3-1所示图3-1 冲裁排样图3.2 冲裁力的计算通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。平刃口冲裁模的冲裁力F一般按照计算。其中F为冲裁力；L是冲裁周边长度；t是材料厚度；是材料抗剪强度；K是系数。卸料力、推件力和顶件力是从压力机、卸料装置或顶件装置中获得的。所以选择压力设备的公称压力或设计冲模时应分别予以考虑。影响这些力的因素较多，主要是材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况等。3.2.1 冲裁力F 查表知材料08钢的抗拉强度 b=255353Mpa，取 材料的抗剪强度为b=300MPa。 经计算得工件周长L=233.06mm,t为工件厚度1.2mm，由得F=1.3233.061.2300 73.187KN （系数k=1.3）3.2.2 卸料力F板料经冲裁后，由于弹性变形恢复的作用，将使落料部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工序继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称为卸料力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力。查表3-11得卸料力系数K=0.05，由F=KF得F=0.0573.2=3.66 KN3.2.3 推件力F查表3-11得推件力系数K=0.055，n为冲裁时同时梗塞在凹模的工件数或废料数。可知对于此模具n=1，由F=nKF得F=nKF=10.05573.2=4.03KN3.2.4 顶件力 查表3-11得顶件力系数K=0.06 ，由F= KF得F=0.0673.2=4.39KN3.3 冲裁模压力机公称压力的确定 本模具采用橡胶弹性卸料装置和下出料方式，所以总冲压力F= F+F+F，得F=73.187+3.66+4.03+4.39=85.267KN根据以上数据，选用公称压力大于86KN的开式压力机，根据经验压力机的公称压力的80%与所需压力相近为好。查表，初步应选用压力机型号为J21-10，固定台开式压力机，公称压力100KN。3.4 冲模压力中心的确定冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说，需使压力中心通过模柄的中心线。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命，甚至损坏模具。在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲件的形状特殊，从模具结构考虑，不宜于使压力中心与模柄中心线重合的情况下，这时应注意使压力中心的不致超出所选压力机允许的范围内。冲裁形状对称的冲裁件时，其压力中心位于冲裁件轮廓图形的几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。冲裁圆弧线段是，其压力中心的位置按照下式计算： 。 式中 。确定复杂形状冲裁件的压力中心和多凸模模具的压力中心，常用下面几种方法。3.4.1 多凸模冲裁时的压力中心 根据理论力学对于平行力系，合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和，而冲裁力F与冲裁的周边长度L成正比，由此可得压力中心的坐标。b冲裁复杂形状零件时的压力中心 冲裁复杂形状零件时，其压力中心的计算公式与多凸模冲裁压力中心求解公式相同。具体求法可分三步完成：1) 选定坐标 X 和Y。2) 将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段，求出各线段长度和各线段的中心位置。3) 然后按公式计算出压力中心的坐标。该冲孔落料件毛坯是中心对称式的，因此凸模的压力中心位于其对称中心，由此可知道，模柄位置在落料件中心，也在模具中心位置。4 冲裁模主要模具零件的设计4 冲裁模主要模具零件的设计4.1 工作零件的结构设计4.1.1 落料凹模 凹模采用整体凹模，轮廓全部采用数控线切割机床一次成型，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心数据，尽量保证压力中心与模柄中心重合。凹模厚度 H=kb,b为最大刃口尺寸87mm，查表3-15得，k=0.3,所以 ，H=870.3=26.1mm ,取凹模厚度 H=30mm垂直送料方向的凹模宽度 B=87+（2.54) H = 180 mm 。送料方向凹模长度 L=(S+2S)=16+236=88mm 取 L =90mm。(S是送料方向的凹模刃壁间最大距离、S送料方向凹模刃壁至凹模边缘的最小距离)则壁厚 C=46.5mm C=42 mm 。则凹模外形轮廓尺寸为180mm90mm30mm，凹模冲裁时，磨损厉害，需要采用Cr12MoV，热处理到58 62HRC，可以得到较好的模具寿命。4.1.2 凸模固定板凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸应保证凸模的安装外，还要考虑螺钉销钉孔的设置。厚度一般取凹模厚度的0.6倍，则凸模固定板的厚度约为12mm,因此凸模固定板规格为180mm90mm18mm，材料选用45钢。4.1.3 导料卸料装置导料板一般由两块组成，在固定式卸料冲模和级进模中，用于条料得到横向定位，称为分体式导料板。在简单落料模上，有时将导料板与固定卸料板制成一体，称为整体式导料板。图4-1 卸料版与凸凹模间隙图本次模具设计为倒装复合模，为方便卸料，采用弹性料卸料板和活动导料销及定位销对送料和卸料进行控制，导料销及定位销，安装在卸料版与弹性橡胶之间在冲压过程中可以随橡胶的压缩进入导料板中。卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，卸料版与凸凹模之间的间隙为0.10.3 mm，弹压卸料板的弹压面突出凸模端面0.20.5 mm。卸料版厚度为凹模厚的0.60.8倍，取18 mm。材料选用45钢。卸料版与凸模配合间隙如图4-1所示：4.1.4 弹性元件的选用本设计采用就够简单的橡胶作为弹性卸料原件，根据卸料力F=3.66 KN ，取橡胶截面积为凹模截面积与凸凹模截面积之差，可求出橡胶横截面积为：A=LB-lb=16200-1300 mm =14900 mm 。则橡胶产生的单位压力为：P=F/A=3660/14900=0.246（N/mm),查图3-65可知橡胶预压缩量为6%，这里取10%所选用橡胶的极限压缩量取40%，则橡胶自由高度H可有计算公式：mm 。则预压状态高度为 h=H - 10%H = 12mm 。4.1.5 冲孔凸模设计凸模的长度为凸模固定板的厚度，加上凹模板厚度以及凸模要预留修模量取2mm,且凸模的刃口要比凹模刃口低1mm,所以，凸模的长度为： mm，凸模冲裁过程发生磨损，材料应该要耐磨，受冲击力大，材料心部要坚韧，选用Cr12MoV,热处理到58 62HRC。本次设计中凸模刃口尺寸较小，故采用固定部分长度占总长度一半的阶梯型凸模以保证凸模强度。其结构形式如图4-2所示： 图4-2 冲孔凸模结构示意图4.1.6 凸凹模固定板厚度及凸凹模高度凸凹模固定板厚度为凹模厚度的0.60.8 倍，这里取0.6倍故凸凹模固定板厚度18mm。凸凹模高度为凸凹模固定板厚度加橡胶厚度及卸料版的厚度。而橡胶预压状态的高度为12 mm，卸料版的厚度为18 mm，卸料版亦要高出凸凹模刃口1mm，故凸凹模高度为H=12+18+18-1= 47 mm。凸凹模采用固定板固定和定位，应采用凸缘式定位，设置凸缘高度为8mm，两边各突出5mm，定位时孔轴配合采用过渡配合，要求凸模固定板孔内壁的平行度和垂直度较高。凸凹模结构形式及装配示意图如图4-3所示：图4-3 凸凹模装配示意图4.1.7 推件装置推件装置一般是刚性的，由打杆、推板、连杆和推件块组成，有的刚性推件装置不需要推板和连接连杆组成中间传递结构，而由打杆直接推动推件块，甚至直接由打杆推件。由于刚性推件装置推件力大，工作可靠，所以应用十分广泛，不但用于倒装式冲模中的推件，而且也用于正装式冲模中的卸件或推出废料，尤其冲裁板料较厚的冲裁模，宜用这种推件装置。其结构如图4-4所示：图4-4 推件装置示意图对于板料较薄且平直度要求较高的冲裁件，宜采用弹性推件装置，采用这种结构冲件质量较高，但冲件容易嵌入边料中，取出零件麻烦。根据倒装模具特点，将料从凹模中推出，需要用推件块来完成，故本次设计采用推件块装置。4.1.8 垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所承受的单位压力，防止模座局部压陷，致使凸模松动，拼块凹模与上模座之间也加垫板。是否需要垫板，可按下式校核：=F/A=90Mpa所以，此模具需采用垫板。垫板的平面尺寸与固定板相同，其厚度一般取610mm。如果模座使用钢板制造的，当凸模截面积较大时，可省去垫板。本例设计中，选取垫板厚度为6mm ，在倒装复合模中，采用垫板有利于凸模与模柄的安装。4.1.9 定位零件为保证模具正常工作和冲出合格冲裁件，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。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限位，保证条料沿正确的方向送进，成为条料横向定位或送进导向：二是在送料方向的上的限位，控制条料一次送进的步距，称为条料纵向定位或送料定距。前面已经说过用弹性导料销进行横向定位，所以还需进行纵向定位才能满足调料的正确定位。纵向定位装置有以下几种：1） 活动挡料销 活动挡料销是一种可伸缩的挡料销。活动挡料销通常安装在倒装落料模或倒装复合模的弹压卸料版上。其表现形式也有三种，分别是：弹簧弹顶挡料销、扭簧弹顶挡料销和橡胶弹顶挡料销。2） 固定挡料销 固定挡料销装在凹模型孔出料一侧，利用落料以后的废料孔进行挡料，控制送料距离。固定挡料销主要用在落料模与顺装复合模上。3） 回带式挡料装置 它是一种装在固定卸料版上的挡料装置。送料时，由搭边撞击挡料销端头斜面，使挡料销抬头并越过搭边。这时挡料销一套在落料后的废料孔内，及时拉回条料使搭边抵住挡料销圆弧面，便可定距。4） 使用挡料装置 在级进模中为解决首件定位问题，需设置始用挡料装置。在两个工位以上的级进模，需用使用挡料销。5） 侧刃与侧刃挡块 侧刃与侧刃挡块主要用于级进模。通过以上比较，在冲孔落料复合模中，宜采用活动挡料销和弹性导料销进行送料定位。本倒装复合模采用橡胶弹性卸料，故最好采用橡胶弹顶挡料销及导料销，作为纵向定位装置和横向定位装置。活动导料销结构如图4-5所示： 图4-5 弹性导料销4.2 模架及其他零件的选择 导柱模模架按导向结构分滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精度等级分为1级和2级，滚动导向模架的精度等级分为01级和02级。按导柱不同的位置，分为如下四种模架：4.2.1 中间导柱模架导柱分布在矩形凹模的对称中心线上，两个导柱的直径不同，可避免上模与下模错位而发生肯模事故，适用于单工序模和工位少的级进模。4.2.2 后侧导柱模架导柱分布在模座的后侧，且直径相同。其优点是工作面敞开适合大件边缘冲裁，其缺点是刚性与安全性差，工作不够平稳，常用于小型冲裁模。4.2.3 对角导柱模架导柱分布在矩形凹模对角线上，既可以横向送料，又可以纵向送料。适于各种冲裁模使用，为避免上下模的方向装错，导柱直径制成一大一小。4.2.4 四导柱模架四导柱模架的4个导柱分布在矩形凹模的两个对角上。模架的刚性很好，导向非常平稳准确可靠，但价格较高。一般用于大型冲模和要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模，以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模。通过以上比较，在冲裁件要求不是很高的情况下，应以模具制作方便，生产方便为设计依据。该年产4万件的托架产品采用有导向装置的模架均能完成生产要求，故选用后侧导柱模架。这种模架的导柱在模具后侧位置，工作面较宽敞，冲压时可以防止由于偏心矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据，查表选择标准模架参数如下：凹模周界LB为：200100mm。导柱：分别为 25mm150mm 上模座厚度 H=35mm，导套：分别为 25mm85mm38mm 下模座厚度 H=40mm。 4.3 模具的闭合高度 H=H+H+H+H+H+H+H+H-h -6 其中h为凸模冲裁时进入凹模的深度和材料的厚度之和，6是导料卸料板上导料槽的高度。取进入凹模深度2.8mm,则h=4mm模具的闭合高度 H=35+40+18+12+18+30+18+6-4-6=167mm模具的闭合高度小于所选的压力机J21-10的最大装模高度180mm,但与压力机的极限闭合高度相近，故选用公称压力比J21-10大的压力机J21-16，其最大闭合高度为220mm,可以更好地满足冲压需求。4.4 模柄的设计选择中小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。常用模柄形式可分为三种，分别是旋入式模柄、压入式模柄和凸缘模柄。另外还有浮动模柄、通用模柄、槽型模柄可供选择，可根据不同的设计需要进行选择。旋入式模柄通过螺纹与上模座连接，由骑缝螺钉来防止模柄转动。这种模柄装卸方便，但与上模座的垂直度误差较大，主要用于中、小型有导柱的模具上。压入式模柄固定段与上模座孔采用H7/m6的过渡配合，并加骑缝螺钉防止转动。装入后模柄轴线与上模座垂直度比旋入式模柄号，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔的场合。凸缘模柄是在上模座开设沉孔供与模柄凸缘配合，并用三个或四个内六角螺钉进行固定。由于沉孔地面的表面粗糙度较差，与上模座的平行度也较差，所以装配后模柄的垂直度远不如压入式模柄。这种模柄的优点在于凸缘的厚度一般不到模座厚度的一半，凸缘模柄以下的部分仍可加工出成型孔，以便容纳推件装置的推板。根据以上比较及模具尺寸结构，需要有个打杆结构，而旋入式装配后的垂直度较差，设置打料机构时，不适合对称中心含有凸模结构的模具，因为这样要在上模座设置打料杆推板，打料杆下方凹模内又要设置推件块，使模具复杂，降低了上模的刚度，不满足性能要求。而压入式模柄不太适合打料机构的设计与装配，故选择凸缘模柄作为本次设计工作模柄。所选压力机J21-16的模柄最大安装尺寸（直径深度）：30mm50mm，故选模柄标准件为d=30mm D=52mm D=75mm H=64mm h=16mm h=5mm b=2mm d=11mm （打料杆孔）,模柄零件图及各部分尺寸如图4-6所示： 通过以上设计，可以得到模具总装配图，模具上模部分主要由模柄、上模座、凸模、凹模、凸模固定板和紧固螺钉组成。下模由凸凹模、导料卸