【毕业设计论文】弹簧支架级进模设计及其制造工艺-设计说明书【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计说明书 弹簧支架级进模设计及其制造工艺 摘 要 阐述了级进模的结构设计工程及其工作过程，通过系统的工艺分析，采用冲孔、翻 边 、落料等工序进行加工。通过计算工艺力以确定模具压力中心，并选择压力机的型 号。落料凹模通过凹模固定板与下模座连接来固定。模具采用下出料方式和弹性卸料卸 料装置。本模具结构较简单，性能可靠，工作平稳，提高了生产效率，降低劳动强度和 生产成本。 关键字：级进模，冲压工艺，模具设计，冲孔，落料，翻边 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 ABSTRACT The passage expounds on the structure designing project and work process of the progressive die, and uses some working procedures, such as punching, flanging, blanking and so on, to process through the technologic analysis of the system. Through calculating the process to determine the center of the die s pressure, and select the model of the presses. Blanking die is fixed by connecting the die holder with the die set. The die adopts the way of lower ejection and elasticity discharge devices. Its structure is relatively simple, the performance is reliable and the work is steady. It has improved the producing efficiency and reduced the intensity of labor and cost of production. Keywords: Progressive die; Stamping process; Mold designing; Punch; Blanking; Flanging 1 目 录 绪 论 3 第二章 冲压件工艺分析 5 2 . 1 分析工件的技术要求 . 5 2 . 1 . 1 加工表面的尺寸精度及尺寸基准 . 6 2 . 1 . 2 主要加工表面的形位公差精度. 6 2 . 1 . 3 表面质量要求 . 6 2 . 2 工件材料及机械性能 . 6 2 . 2 . 1 工件材料化学成分对塑性的影响 . 6 2 . 2 . 2 工件材料的机械性能. 6 2 . 3 零件的结构工艺性分析 7 2 . 3 . 1 冲孔部分工艺性要求. 8 2 . 3 . 2 翻边部分工艺性要求. 9 第三章 工艺方案确定.10 3 . 1 工艺方案的提出 .10 3 . 2 工件生产工序的确定 11 3 . 3 模具定位零件与卸料零件的选择.11 3 . 3 . 1 定位零件的选择.11 3 . 3 . 2 卸料零件的选择.11 3 . 3 . 3 出料方式的选择.11 第四章 排样设计.13 4 . 1 材料利用率 13 4 . 2 排样方法14 4 . 3 搭边值的选用和条料的选用及步距的确定.15 4 . 3 . 1 搭边值的选用15 4 . 3 . 2 条料宽度的确定 16 4 . 3 . 3 步距的确定 .16 4 . 4 材料利用率的确定17 第五章 模具主要受力分析计算.18 5 . 1 翻边力的计算.18 5 . 2 冲压力的计算.20 5 . 2 . 1 冲裁力的计算 20 5 . 2 . 2 整形压力的计算.20 5 . 2 . 3 卸料力与推件力的计算 21 第六章 压力机吨位选择.23 6 . 1 模具压力中心的确定 23 6 . 2 压力机吨位选择 .23 6 . 2 . 1 冲压设备类型的选择.23 6 . 2 . 2 确定压力机设备的规格 24 第七章 模具工作部分设计计算.26 7 . 1 冲裁间隙26 7 . 1 . 1 冲裁间隙对冲裁件质量的影响26 7 . 1 . 2 间隙对模具寿命的影响27 7 . 1 . 3 对冲裁力、卸料力的影响28 7 . 2 合理间隙的选用 .29 7 . 2 . 1 理论计算法29 7 . 2 . 2 查表选取法30 7 . 3 模具刃口尺寸的计算 .30 7 . 3 . 1 计算原则 .31 7.3.2 计算方法.31 7 . 4 级进模的各个工位冲裁凸、凹模刃口尺寸计算32 7 . 4 . 1 第一工位冲孔模刃口尺寸计算32 7 . 4 . 2 第二工位处翻边模刃口尺寸计算 34 7 . 4 . 3 第三工位冲孔整形凸、凹模刃口尺寸计算 34 7 . 4 . 4 第四工位处冲孔小凸、凹模刃口尺寸计算 35 7 . 4 . 5 第五工位处落料模具刃口尺寸设计计算36 第八章 模具结构设计和主要零、部件设计.38 8 . 1 模具闭合高度的确定 38 8 . 2 模架的选用 39 8 . 3 凹模周界的确定 .40 8 . 4 模座及导套的选取40 8 . 5 模柄的选用 41 8 . 6 冲裁、翻边凸、凹模结构设计 41 8 . 6 . 1 模具材料选择与热处理 41 8 . 6 . 2 C r W M n 钢的性能41 8 . 6 . 3 各凸模、凹模的固定形式的设计 42 8 . 6 . 4 凹模刃口形式的确定42 8 . 6 . 5 凹模外形和尺寸的确定 44 第九章 绘制模具装配图、零件图及编写设计说明书.45 总结.46 参考文献.47 总结.48 3 第 1 章 绪 论 板料成形一般称为冲压，它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通 过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸的零件或坯料。冲压这类塑性 加工方法可进一步分为分离工序和成形工序两类。分离工序用于使冲裁件与板料沿一定 的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成形工序用来使坯料在不破坏的条件下发生 塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 随着生产技术的发展，还不断产生新的塑性加工方法，例如连铸连轧、液态模锻、 等温锻造和超塑性成形等，这些都进一步扩大了塑性成形的应用范围。 塑性加工按成形时工件的温度还可以分为热成形、冷成形和温成形三类。热成形是充分 进行再结晶的温度以上所完成的加工，如热轧、热锻、热挤压等；冷成形是在不产生回 复和再结晶的温度以下进行的加工，如冷轧、冷冲压、冷挤压、冷锻等；温成形是在介 于冷、热成形之间的温度下进行的加工，如温锻、温挤压等。本工件的成形属于冷成形。 虽金属塑性成形的方法多种多样，具有各自的特点。但它们具有共同的特点，即都 要利用金属的塑性，并都要借助于一定的外力使其产生塑性变形，这就是所谓的金属塑 性加工。 金属的塑性加工是以塑性为前提条件。塑性越好，则预示着金属具有更好的塑性成 形适应能力，允许产生更大的变形量；反之，如果金属一受力即行断裂，则塑性加工也 就无从进行，因而，从工艺角度出发，人们总是希望变形金属具有良好的塑性。 因而对金属塑性成形工艺应提出相应的要求： 1 ）使金属具有良好的塑性； 2 ）使变形抗力小； 3 ）保证塑性成形件质量，即使成形件组织均匀、晶粒细小、强度高、残余应力小 等； 4 ）能了解变形力，以便为选择成形设备、设计模具提供理论依据。 第 2 章 冲压件工艺分析 冲压件的工艺性，是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸大小、 尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲压工艺要求。本次设计的工件形状如图 2- 1，现对该工件冲压工艺性进行分析： 2 . 1 分析工件的技术要求 2 . 1 . 1 加工表面的尺寸精度及尺寸基准 工件中对标有尺寸精度的尺寸按照零件图的精度进行设计，对其他未标尺寸按一般 精度设计， 即按国标对非圆形工件精度等级取 I T 1 4 级设计， 对圆形工件精度等级取 I T 1 0 级设计。 冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误 差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上，切不要与参加 变形的部分联系起来。如图 1 - 2 所示： 5 原设计尺寸的标注图（a） ，对冲裁图样是 不合理的，因为这样的标注，尺寸 L1、L2必须 考虑到模具的磨损而相应给以较宽的公差，造 成孔心距的不稳定，孔心距公差会随着模具磨 损而增大。改用图（b）的标注，两孔的孔心距 才不会受模具磨损的影响，比较合理。本工件 的标注也属于图（b）类型的标注，它的孔位尺 寸基准在冲裁过程中不参加变形，因而能保证工件上两5.5mm孔的孔心距不受模具磨 损的影响，比较合理。 2 . 1 . 2 主要加工表面的形位公差精度 通过分析零件图，该零件的主要形位公差精 度是中心凸台处中心孔的位置公差， 即要保证中心 孔的同轴度偏差不超过 0 . 0 5mm。 其他未表注形位 公差精度按一般的精度要求处理即可满足工艺要 求。 2 . 1 . 3 表面质量要求 该工件为标有表面质量精度要求按照一般要 求处理即可满足工艺要求， 即表面粗糙度3.2Ra =。 2 . 2 工件材料及机械性能 2 . 2 . 1 工件材料化学成分对塑性的影响 工件材料 Q 2 1 5 - F ，为碳素结构钢。 其化学成分（查文献 2 第 1 0 5 页表 8 - 1 ）及影响如下：含 C 量为 0 . 0 9 % 0 . 1 5 % ，为 低碳钢，碳对碳钢性能的影响最大，碳能固溶于铁，形成铁素体和奥氏体，它们都具有 良好的塑性。当碳的含量超过铁的溶碳能力时，多余的碳便与铁形成化合物 F e3C , 称为 渗碳体。渗碳体具有很高的硬度，而塑性几乎为零，对基体的塑性变形起阻碍作用，而 使碳钢的塑性降低，随着含碳量的增加，渗碳体的数量亦增多，塑性的降低也越大。图 1 - 3为退火状态下，含碳量对碳钢的塑性和强度指标的影响曲线。因而，对于冷成形用 的碳钢，含碳量应低。 含Mn量为 0 . 2 5 % 0 . 5 5 % ，Mn为钢中的杂质元素，Mn元素会与钢中的碳形成硬而 脆的碳化物，使钢的强度提高，而塑性下降，但碳化物的影响还与它的形状、大小和分 布状态有密切关系。因而Mn在该工件的材料中含量不宜过高。 含Si量不大于 0 . 3 0 % ，含S量不大于 0 . 0 5 0 % ，含P量不大于 0 . 0 4 5 % ，一般来说Si、 S、P都是钢中有害杂质，它们在铁中会形成各种化合物，使钢的强度、硬度提高，而 使塑性降低，因而Si、S、P应尽量减少其含量。 氧在铁中的溶解度很小，主要是以氧化物的形式存在于钢中，它们多以杂乱、零散 的点状分布于晶界处。氧在钢中无论以固溶液还是氧化物形式存在都使钢的塑性降低， 以氧化物形式存在时尤为严重，因为它在钢中起空穴和微裂纹的作用。氧化物还会与其 他夹杂物形成易熔共晶体分布于晶界处，造成钢的热脆性，因而氧元素在钢中也不宜太 高，因而脱氧方法采用沸腾处理，以减少氧在钢中的含量，提高钢的塑性。 2 . 2 . 2 工件材料的机械性能 Q215- F 的机械性能的技术数据如下（查文献2第 106 页表 8- 2） ： 屈服强度 s （钢材厚度（直径）16mm）215MPa=, 抗拉强度335410 b MPa =， 伸长率 s （钢材厚度（直径）16mm）31%=. 板料的机械性能对冲压成形性能也有影响： 板料的强度指标越高，产生相同变形量的力越大； 塑性指标越高，成形时所承受的极限变形量就越大； 刚性指标越高，成形时抵抗失稳的能力就越大。 对 冲 压 成 形 性 能 的 要 求 ， 即 屈 强 比 sb 要 小 。 Q 2 1 5 - F 的 屈 强 比 2153500.614 sb MPaMPa =，较小，塑性指标也较高适宜冲压成形。 综上所述，本工件采用 Q215- F 较为合理，可满足该工件的生产工艺要求。 2 . 3 零件的结构工艺性分析 此工件为弹簧支架，工件体积不大。主要工序为冲孔、落料、翻边。 7 2 . 3 . 1 冲孔部分工艺性要求 所示工件部分要采用冲孔工序。冲裁件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状 的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料。矩形 孔两端宜用原弧连接，以利于模具加工。 冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角。除在少、无废料排样或 采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命，圆角半 径 R 的最小值可参考文献4第 75 页表 2- 17 选取。 冲裁件凸出或凹入部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽，见图 1- 6。最小 宽度b一般不小于1.5t，若冲裁件为高碳钢时，2bt， max 5Lb,当材料厚度1tmm 4 软钢 中硬钢 硬钢 7 5 7 0 6 5 6 0 5 4 4 7 7 0 6 5 6 0 5 5 4 7 4 5 6 5 5 5 5 5 4 8 4 4 3 8 5 0 4 0 4 5 3 5 3 5 2 5 5 6 4 5 4 7 . 2 . 2 查表选取法 如上所述，间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关，但由于各种冲压件对其断面 质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的 间隙数值，各种资料中给的间隙值并不相同，有的相差较大，选用时应按使用要求分别 选取。对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用小的间隙值，而对于精度要求不 高的工件，则应尽可能采用大间隙，以利于提高模具寿命、降低冲裁力。同时还必须结 合生产条件，根据冲裁件尺寸和形状、模具材料和加工方法、冲压方法及生产率等，灵 活掌握、斟情增减。本模具设计冲裁间隙的选取，参考表 6 - 3 选取。 表 6 - 3 冲裁模具初始双面间隙 Z （m m ） 0 8 、1 0 、3 5 、0 9 M n 、 Q 2 3 5 1 6 M n 4 0 、5 0 6 5 M n 材料厚度 min Z max Z min Z max Z min Z max Z min Z max Z 小于 0 . 5 极小间隙 0 . 5 0 . 0 4 0 0 . 0 6 0 0 . 0 4 0 0 . 0 6 0 0 . 0 4 0 0 . 0 6 0 0 . 0 4 0 0 . 0 6 0 0 . 6 0 . 0 4 8 0 . 0 7 2 0 . 0 4 8 0 . 0 7 2 0 . 0 4 8 0 . 0 7 2 0 . 0 4 8 0 . 0 7 2 0 . 7 0 . 0 6 4 0 . 0 9 2 0 . 0 6 4 0 . 0 9 2 0 . 0 6 4 0 . 0 9 2 0 . 0 6 4 0 . 0 9 2 1 . 0 0 . 1 0 0 0 . 1 4 0 0 . 1 0 0 0 . 1 4 0 0 . 1 0 0 0 . 1 4 0 0 . 0 6 4 0 . 1 2 6 1 . 2 0 . 1 2 6 0 . 1 8 0 0 . 1 3 2 0 . 0 1 8 0 . 1 3 2 0 . 0 1 8 - - 1 . 5 0 . 1 3 2 0 . 2 4 0 0 . 1 7 0 0 . 2 4 0 0 . 1 7 0 0 . 0 2 3 - - 本模具所冲裁的材料为 Q 2 1 5 - A F 钢，材料厚度为 1 . 5 m m ，查表得： min Z=0 . 1 3 2 m m ， max Z= 0 . 2 4 0 m m . 7 . 3 模具刃口尺寸的计算 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙的数值也必须依靠 模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务 之一。 7 . 3 . 1 计算原则 由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺 寸等于凹模尺寸，冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用过程中，落料件是以 大端尺寸为 基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁 零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在 确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循下述原则： （1 ）落料模先确定凹模尺寸，其标称尺寸应取接近或者等于制件的最小极限尺寸， 以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小 一个最小合理间隙。 （2 ）冲裁模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺 寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比 凸模大一个最小合理间隙。 （3 ）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工 件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲裁件精度较工件精度高 2 3级。若 零件没有标注意公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的 I T 1 4级精度来处理， 圆形件一般可按 I T 1 0 级精度来处理，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差， 所谓“入体”原则是指标注工件尺寸时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差 为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。 7.3.2 计算方法 模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。 1 . 凸模与凹模分开加工 凸、凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至 尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间 隙 max Z，不仅凸、凹模分别标注公差（凸模 p ，凹模 d ） ，而且要求有较高的制造精度， 以满足如下条件 maxmindp ZZ+ 6 . 3 . 1 或取 maxmin 0.4() p ZZ= 6 . 3 . 2 maxmin 0.6() d ZZ = 6 . 3 . 3 31 也就是说，新制造的模具应该是 minmaxdp ZZ+，如图 6- 5 所示。否则 制造的模具间隙已超过允许的变动范围 min Z max Z，影响模具的使用寿命。 2 . 凸模与凹模配合加工 对于冲制 件形状复杂或薄板制件的模具, 其凸、凹 模往往采用配合加工的方法。此方法是先 加工好凸模（或凹模）作为基准件，然后 根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或 凸模） ，使他们保持一定距离。因此，只 需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只 标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模 （或凹模）配作，保证双面间隙” 。这样。可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、 凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。 由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化趋势不同， 所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同。 7 . 4 级进模的各个工位冲裁凸、凹模刃口尺寸计算 7 . 4 . 1 第一工位冲孔模刃口尺寸计算 因该工位处为一冲孔模因而应以凸模为基准，然后再计算凹模刃口。 图 6 - 6 ( a ) ( b ) 所示为在板料上冲孔所使用的模具及冲孔后板料的示意图。因该冲模 比较简单因而凸模与凹模分开进行加工。 因该孔为一工艺孔，因此冲模尺寸的极限偏差按粗糙级进行计算，将该孔尺寸化为 单向公差： 0.6055 0 15mm。 由文献 4 第 5 8 页表 2 - 5 得： max 0.240Zmm= min 0.132Zmm= 由文献 4 第 6 3 页表 2 - 1 0 得： 0.020 d mm = 0.020 p mm= 0.0200.0200.040 dp mmmmmm+=+= maxmin 0.2400.1320.108ZZmmmmmm= maxmindp ZZ+，故可用。 因在该工序处为一冲孔工序， 故该模具的刃口尺寸的计算公式可参考文献 4 第 6 3 页式 2 - 8 、2 - 9 ： 0 () p p ddx =+ 6 . 4 . 1 min0min0 ()() dd dp ddZdxZ + =+=+ + 6 . 4 . 2 式中 p d、 d d 冲孔凸、凹模直径； d冲孔件标称尺寸； 工件制造公差； min Z凸、凹模最小合理间隙（双边） （mm） ； p 、 d 凸、凹模的制造公差（mm） ； x系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺 寸，与工件制造精度有关，可参考文献 4 第 6 4 页表 2 - 1 1 ，或按下列 关系取： 工件精度10IT以上，1x = 工件精度11 13IT，0.75x = 工件精度14IT。 0.5x = 取 0.6055mm = 0.5x = 所以 33 00 0.0200.020 (150.5 0.6055)15.30 p dmmmmmm =+ 0.0200.020 00 (15.300.132)15.43 d dmmmmmm + =+ 7 . 4 . 2 第二工位处翻边模刃口尺寸计算 如图 6 - 7 所示，在此工位为圆孔扩孔成形，其锥角计算如下： 凸台角度计算 (2)26.4 23.6OA ABABAB=+= 16.85ABmm= 2arctan(11.8 16.85)70 = ? 可知凸台锥角为70?，此翻边模凸模与凹模之间的单边间隙可取为 0 (0.750.85)t， 这样可保证翻边质量。根据文献4第 197 页表 6- 3 查得单边间隙1.3Zmm=。凸、凹模的 设计尺寸见零件图（03- CKLB- 04、03- CKLB- 07） 。 7 . 4 . 3 第三工位冲孔整形凸、凹模刃口尺寸计算 图 6 - 8 为第三工位出所冲孔的示意图级所用的模具简图，该工序为一冲孔工序，故应先 确定凸模的刃口尺寸，以凸模为基准，再确定凹模的刃口尺寸。该模具结构较简单，因 而采用凸模和凹模分开加工。 因该孔为一未表注公差等级的孔，故冲模尺寸的极限偏差按粗糙级进行计算，将该 孔尺寸化为单向公差： 0.6055 0 19mm。 由文献 4 第 5 8 页表 2 - 5 得： max 0.240Zmm= min 0.132Zmm= 由文献 4 第 6 3 页表 2 - 1 0 得： 0.025 d mm = 0.020 p mm= 0.0250.0200.045 dp mmmmmm+=+= maxmin 0.2400.1320.108ZZmmmmmm= maxmindp ZZ+，故可用。 模具刃口的计算公式可采用式 6 . 4 . 1 、6 . 4 . 2 取 0.6055mm = 0.5x = 所以 00 0.0200.020 (190.5 0.6055)19.30 p dmmmmmm =+ 0.0200.020 00 (19.300.132)19.43 d dmmmmmm + =+ 7 . 4 . 4 第四工位处冲孔小凸、凹模刃口尺寸计算 图 6 - 9 为在该工序处冲两5.5mm小孔的零件图及模具示意图，该工序为一冲孔工 序，故应先确定凸模的刃口尺寸，以凸模为基准，再确定凹模的刃口尺寸。该模具结构 较简单，因而采用凸模和凹模分开加工。 因该孔为一未表注公差等级的孔，故冲模尺寸的极限偏差按粗糙级进行计算，将该 孔尺寸化为单向公差： 0.6040 0 5.5mm。 由文献 4 第 5 8 页表 2 - 5 得： 35 max 0.240Zmm= min 0.132Zmm= 由文献 4 第 6 3 页表 2 - 1 0 得： 0.020 d mm = 0.020 p mm= 0.0200.0200.040 dp mmmmmm+=+= maxmin 0.2400.1320.108ZZmmmmmm= maxmindp ZZ+，故可用。 模具刃口的计算公式可采用式 6 . 4 . 1 、6 . 4 . 2 取 0.6040mm = 0.5x = 所以 00 0.0200.020 (5.50.5 0.6040)5.80 p dmmmmmm =+ 0.0200.020 00 (5.800.132)5.93 d dmmmmmm + =+ 7.4.5 第五工位处落料模具刃口尺寸设计计算 图 6- 10 为在该工序处所加工的工件和凹模尺寸。该工件为一落料件，且工件形状 比较复杂， 应采用凸模与凹模配合加工的方法加工， 且应先加工凹模， 以凹模为基准件， 然后加工凸模。凹模磨损后（图 b 中双点划线位置） ，刃口尺寸变大。参考文献4第 64 页式 2- 11 0 () d d AAx + = 6 . 4 . 3 式中 d A 落料凹模尺寸（mm） ； A工件标称尺寸（mm） ； 其余符号意义同上。 工件外形尺寸为未标注尺寸，按粗糙级计算，将各尺寸化为单向尺寸 00 10.6075 66Amm = 00 20.6075 30Amm = 00 30.6055 7Amm = 凹模磨损后，尺寸 1 A 、 2 A 、 3 A 均变大。 参考文献4第 64 页表 2- 11 查得： 1 0.5x =； 2 0.5x =； 3 0.5x = 由公式得 (14)0.60750.152 100 (660.5 0.6075)65.70 d Ammmm + = (14)0.60750.152 200 (300.5 0.6075)29.70 d Ammmm + = (14)0.60550.151 300 (70.5 0.6055)6.70 d Ammmm + = 由文献4第 58 页表 2- 5 查得 max 0.240Zmm= min 0.132Zmm= 该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值 minmax 0.1320.240ZZmm=。凹模尺寸表注见图 6 - 1 1 37 第 8 章 模具结构设计和主要零、部件设计 凡属模具，无论其结构形式如何，一般都是由固定和活动两部分组成。固定部分是 用压铁、螺栓等紧固件固定在压力机工作台面上，称下模；活动部分一般固定在压力机 的滑块上，称上模。上模随着滑块做上、下往复运动，从而进行冲压工作。 一套模具根据其复杂程度不同，一般由数个、数十个甚至更多的零件组成。但无论 其复杂程度如何，或是哪种形式，根据模具零件的作用可以分成五种类型的零件。 1工作零件 是完成冲压工作的零件，如凸模、凹模、凸凹模等。 2定位零件 这些零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的进距，如 挡料销、定距侧刀、导正销、定位板、导料板、侧压板等。 3卸料、推件零件 这些零件的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除， 以保证下一次冲压工序顺利进行。如推件器、卸料板、废料切刀等。 4导向零件 这些零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸 模、凹模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。如导柱、导套、导板等。 5安装、固定零件 这些零件的作用是使上述四部分零件联结成“整体” ，以保证 各零件间的相对位置，并使模具能安装在压力机上。如上模板、下模板、模柄、固定板、 垫板、螺钉、圆柱销等。 对于试制或小批量生产的情况，为了缩短生产周期、节约成本，可把模具简化成只 有工作部分零件如凸模、凹模、和几个固定部分零件即可；而对于大批量生产，为了提 高生产率，除做成包括上述零件的冲模外，甚至还附加自动送、退料装置等。 本模具为级进模，结构较复杂，上述五部分零件均有。下面进行各部分零件的设计 与标准件选择。 8 . 1 模具闭合高度的确定 模具闭合高度 0 H 的数值应满足式 max0min 510HmmHHmm+ 7.1.1 压力机最大闭合高度 max 250Hmm=， 压力机最小闭合高度 min 180Hmm=。 代入式 7.1.1 0 250518010mmmmHmmmm+ 0 245190mmHmm 经初步分析，初选模具的最小闭合高度为 0 200Hmm=。 8 . 2 模架的选用 模架包括上模板与下模板，其为标准件，可按冷冲模国家标准进行选择。 因该模具要大批大量常年生产，为减少模具的制造成本，模座选用滑动导向模架， 另外还可缩短模具的制造周期。 在大批量生产中为便于装模或在精度要求较高的情况下，模具都采用导向装置，以 保证精确的导向。 导向零件有三种，分别是：1）导柱和导套导向；2）导板导向；3）套筒式导向。 导柱和导套导向有四种常见的布置形式，见下图 （a ） （b ） （c ） （d ） 39 图 7 - 1 常见导柱导套布置形式 图 7- 1（a）所示两导柱置于后侧，导向情况较差，但它能从三个方向送料，操作方 便，对导向要求不太严格且偏移力不大的情况下采用这种形式。本模具的压力中心不是 对称中心，因而偏移力较大，不宜采用这种导向形式。 图 7- 1（b）所示两导柱在中部两侧布置，图 7- 1(c）所示两导柱对角布置。这两种 形式的导柱中心连线都通过压力中心，导向情况较图 a 为好，但操作不如图 a 方便。本 模具因为级进模，且在横向送料，因而不宜选用图 b 形式的导向形式。 图 7- 1(d)为四导柱导向，导向效果最好，但结构复杂，只有导向要求高、偏移力大 和大型冲模采用。本模具导向要求不是很高，若采用这种形式的导向，则会造成成本增 加。 在本模具中因有两个细长冲模，为保护细长凸模在冲孔时不会折断，在模具中还应 采用导板导向形式。 本模具宜采用对角导柱、导板联合导向的形式。 8 . 3 凹模周界的确定 根据排样图，凹模周界（如图 7- 1（c） ）()(15560)LBmmmm，根据/ 2855GB T， 为保证有足够的空间放置凹模 ，同时为了保证凹模底座能大于工作台 的孔径 （130260mmmm） ，初选凹模周界为(200160)mmmm。 8 . 4 模座及导套的选取 根据文献7续表22.42选取其推荐模架见表 7- 1。 表 7 - 1 模架组合 名 称 数 量 材 料 规 格 标 准 上模座 1 200HT 20016040mmmmmm / 2855.1GB T 下模架 1 200HT 20016045mmmmmm / 2855.2GB T 导 柱 1 1 20 28170mmmm 32170mmmm / 2861.1GB T 导 套 1 1 20 2810038Ammmmmm 3210038Ammmmmm / 2861.6GB T 这种模架的闭合高度为180220mmmm，初选模具闭合高 0 200Hmm=，这种模架 符合条件，选取模具闭合高度 0 200Hmm=。 8 . 5 模柄的选用 压力机模柄孔尺寸（直径深度） ：5070mmmm，为使模具所选用的模柄能很 好的与压力机配合，保证模具能正常工作，根据文献7第 586 页表 22.5- 24 选用 A 型压 入式模柄，规格为50 110A /JB T 7646.1，材料为235QAF。若选用凸缘模柄，会造 成模柄与模具的固定螺钉干涉，故不选用。若选用其他种类的模柄，会造成模具的成本 增加，模具结构复杂。 8 . 6 冲裁、翻边凸、凹模结构设计 冲裁模的结构设计主要有：凸模、凹模的固定形式的设计；凹模刃口形式设计；凹 模外形和尺寸的确定； 凸模长度的确定及其强度校核； 凸模、 凹模的镶块结构等五部分。 8 . 6 . 1 模具材料选择与热处理 模具材料的选择是否正确不仅影响到模具使用寿命，也影响着制件的生产质量。应 该根据模具制造条件、模具工作条件、模具材料的基本性能等相关因素，来选择经济、 先进、适用的模具材料。选材时必须兼顾模具使用性能要求。对于冷冲模应主要考虑钢 的强度、韧性和耐磨性。强度与韧性以及韧性与耐磨性之间往往此消彼长。当模具的主 要失效方式是脆性开裂时可考虑选择强度较低但韧性更好的材料或制订合理的热处理 工艺以改善钢的韧性，亦可根据实际情况选择同时具有高强度与高韧性的高级合金钢。 从兼顾韧性和耐磨性的角度除了整体合理选材外，亦可考虑在保证韧性的同时，采用合 理的表面处理以改善模具的耐磨性。塑料模具钢选用时要兼顾其在塑料成形温度下的强 度、耐磨性和耐蚀性，同时还应考虑其加工性能和镜面度。 热处理不当是导致模具早期失效的重要因素。热处理对模具寿命的影响主要反映在 热处理技术要求不合理和热处理质量不良两个方面。统计资料表明，由于选材和热处理 不当，致使模具早期失效的约占 7 0 。 8 . 6 . 2 CrWMn钢的性能 CrWMn钢 C 含量 0 . 9 % 1 . 0 5 % , M n 含量 0 . 8 % 1 . 1 % , S i 含量 0 . 1 5 % 0 . 3 5 % ， C r 含量 0 . 9 % 1 . 2 % ，淬火温度 8 2 0 8 4 0 ，H R C 不低于 6 2 ，回火温度 1 4 0 1 6 0 ，H R C 6 2 6 5 （查文献 2 第 1 2 6页表 8 - 1 1 ） 。具有高淬透性、高硬度和耐磨性，淬火尺寸稳定性好， 41 变形小，并有效好的韧性。 由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和 9 S i C r 钢更多的过 剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好 的韧性。所以由CrWMn 钢制成的刃具，崩刃现象较少，并能较好地保持刀刃形状和尺 寸。 但是，CrWMn钢对形成碳化物网比较敏感，这种网的存在，就使工具刃部有剥落 的危险，从而使工具的使用寿命缩短，因此，有碳化物网的钢，必须根据其严重程度进 行锻压和正火。这种钢用来制造在工作时切削刃口不剧烈变热的工具和淬火时要求不变 形的量具和刃具，例如制作刀、长冲裁模的工作零件对材料性能特殊要求，冲裁模的刃 口在工作时受到强烈的摩擦和冲击，所以其模具材料应该具有高的耐磨性、冲击韧性以 及耐疲劳断裂性能。 由于该模具模具工作刃口形状较简单且尺寸较小，翻边部分是冷板成形，故采用材 料CrWMn，热处理 H R C 6 0 6 4 。 8 . 6 . 3 各凸模、凹模的固定形式的设计 因本工件在冲裁工序 1， 2， 3， 4 （见 图 3- 6）中形状比较简单，而板料厚 1.5tmm=较厚，凸模、凹模的固定形式 采用带台阶固定形式（如图 7- 2（1） ） 。 这样既可减少模具的制造成本，使模具 结构简单，缩短模具生产周期。 第 5 工序的冲裁模因凸模尺寸较 大，形状相对较复杂，故凸模采用螺栓 联接将其固定在上模座的垫板上，采用内 （1） （2） 螺纹销钉定位（如图 7- 2（2） ） 。凹模采用带台阶 图 7- 2 凸模的固定形式 的固定方式。 8 . 6 . 4 凹模刃口形式的确定 凹模刃口通常有如图 7 - 3 所示的几种形式。 图 a 的特点是刃边强度较好该刃口形式的特点是刃边强度较好，刃磨后工作部分尺 寸不变, 但洞口易积存废料或制件, 推件力大且磨损撒, 刃磨时磨去的尺寸较多。一般刃 磨后工作部分尺寸不变，但洞口积存废料或制件，推件力大且磨损大，刃磨时磨去的尺 寸较多。一般用于形状复杂和精度要求较高的制件, 对向上出件或出料的模具也采用此 刃口形式。 图 b 的特点不易积存废料或制件, 对洞口磨损及压力很小, 但刃边强度差。且刃磨后 尺寸稍有增大, 不过由于它的磨损小, 这种增大不会影响模具寿命。一般适用于形状较简 单、冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况。 图 c 、d与图 b相似, 图 c适用于冲裁较复杂的零件; 图 d适用于冲裁薄料和凹模厚 度较薄的情况。 图 e 与图 a 相似, 适用于上出件或上出料的模具。 图 f 适用于冲裁 0 . 5 m m 以下的薄料，且凹模不淬火或淬火硬度不高（3 5 4 0 H R C ） ， 采用这种形式可用手锤打斜面以调整间隙，直到试出满意的冲裁件为止。 本模具采用的下出料方式，但工件材料较厚，需要有较大的刃边强度，工件是常年 大批大量生产，采用图 a 所示的刃口形式，可保证经过修模后，工件尺寸不变，保证后 续生产，故选用图 a 所示的刃口形式。 43 8 . 6 . 5 凹模外形和尺寸的确定 圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准件中选用。非标准尺寸的凹模受力状态 比较复杂，目前还不能用理论计算方法确定，一般按照经验公式概略地计算，如图 7 - 4 所示： 凹模高度 HKb= ( 1 5 m m ) 凹模壁厚 (1.52)cH= （3 0 4 0 m m ） 式中 b 冲压件最大外形尺寸 K 系数，考虑板材厚度的影响，其值可 查文献 4 第 2 2 4 页表 8 - 1 。 上述方法适用于确定普通工具钢经过正常热处 理，并在平面支撑条件下工作的凹模尺寸。冲裁件 形状简单时，壁厚系数取偏小值，形状复杂时取偏 大值。用于大批量生产的凹模，其高度应该在计算 结构中增加总的修模量。 根据模具的生产情况，冲压件最大外形尺寸 66bmm=， 系数 K 查表得 0.25K = 故凹模高度为 0.25 6616.5Hmmmm= 凹模壁厚 (1.52) 16.5(24.7533)cmmmm= 由于该模具是大批大量生产，应考虑足够的修模余量，所以本级进模中所有凹模高度 H 均取25Hmm=。 56 第 9 章 绘制模具装配图、及零件图及编写设计说明书 1.装配图的绘制 根据零件草图和装配示意图画出装配图，并应对零件草图上可能 出现的差错予一纠正。 装配图应用足够说明模具构造的投影图及必要的剖面图、 剖视图， 一般主视图和俯视图应对应绘制。还要注明必要尺寸，如封闭高度、轮廓尺寸、压力中 心以及装配尺寸。画出工件图、排样图，填写详细的零件明细表和技术要求。 2.模具零件图的绘制 根据画好的装配图及零件草图画出零件图，并对草图中的尺 寸配置等可做适当调整和重新布置。零件图也应有足够的投影和必要的剖面、剖视图， 以便将将零件结构表达清楚。另外，还要标注出零件的详细尺寸、制造公差、形位公差、 表面粗糙度、材料热处理、技术要求等。工作零件刃口尺寸及公差，应详细标注在零件 图上。 运用 Auto CAD软件，按照上述几章设计的尺寸，绘制模具装配总图及各零件图。 总装配图按照 0#图纸绘制，零件图则按照 3#图纸绘制。图样幅面应符合国家标准 (GB4457.1- 84)，基本幅面代号及尺寸采用表 9- 1 规定的尺寸，其格式如图 9- 2 所示。 表 9 - 1 图纸幅面 幅面代号 A 0 A 1 A 2 A 3 A 4 B L 8 4 1 1 1 8 9 5 9 4 8 4 1 4 2 0 5 9 4 2 9 7 4 2 0 2 1 0 2 9 7 E 2 0 1 0 A 2 5 C 1 0 5 先绘制装配草图，经指导老师认可后，可进行正式图的绘制。绘图过程中严格按照 国标制图标准绘制。 图 9 - 2 图纸边框标准 3.编写说明书 按要求编写毕业设计说明书。 55 总 结 经过一个学期的不懈努力，本次毕业设计终于得以结束。本次设计是一副多工序级 进模，工件名称是弹簧支架，通过分析零件图和进行工艺分析，提出冲孔、翻边、落料 等五个工步组成的级进模方案。本级进模采用弹性卸料装置进行卸料，采用下出料的方 式排出工件和废料。导柱布置为对角导柱布置，模具结构较简单，工作平稳可靠。 虽然此次设计的模具结