止动片冲压工艺分析及模具设计毕业设计论文-

编号：毕业设计(论文)说明书题目：止动片冲压工艺分析及模具设计摘要本设计是对给定的模具产品图进行冲压模工艺分析和模具设计，在综合考虑了经济性、零件的冲压工艺性以及复杂程度和精确度等诸多因素的基础上进行冲压工艺分析与计算的，并提出了合理的工艺方案和结构形式，介绍了模具设计中的排样与送料方式和卸料与导向方式，讨论了主要工作件间隙的确定和刃口尺寸及冲压力的计算，并选择合适的压力机，设计中主要对模具工作部分尺寸进行计算和主要零部件的设计以及加工工艺的制定。该模具提高了制件质量和生产效率，降低了模具成本，制件质量符合生产要求。关键词：复合模工艺分析冲孔落料AbstractThisdesignistotheproductchartwhichassignscarriesonflushesthediemolddesignandmolddesignprocessanalysis.Intheoverallevaluationefficiency,thecomponentsrammingtechnologycapabilityaswellasthecomplexdegreeandaccuracyandsooninmanyfactorfoundationscarriedontherammingcraftanalysisandthecomputation,areasonableprocesswasproposed.Theblankinglayoutandfeedingstyles,unloadingwayandguidingmethodwereintroduced,andthemaincomponentsofthemolddesignandprocesstechnologydevelopment.Thedeterminationoftheclearancebetweenworkingpartsandthecalculationofpunchingandblankingcompounddiewereexpounded.Thiscompounddieimprovedproductqualitiesandproductionefficiencywithlowercosts.Thereliableproductqualityisachieved.Keywords:CompoundDie;ProcessAnalysis;Punching;Blanking目录引言 -1-1止动片冲压工艺分析及模具设计 41.1设计题目设计一止动片，零件图如下: 41.2冲压件工艺分析 41.3冲压工艺方案的确定 41.4模具结构形式的确定 51.5排样设计 51.6冲压力的计算 71.6.1冲压力 71.6.2卸料力 81.6.3顶件力 81.6.4模具总冲压力为 81.7压力中心的计算 81.8初选压力机 102模具总体设计 112.1模具类型的选择 112.2定位方式的选择 112.3卸料方式的选择 112.4出件方式 122.5确定送料方式 122.6导向方式的选择 123模具工作部分尺寸计算 133.1工作零件刃口尺寸计算 133.1.1冲载间隙分析 133.1.2落料模具工作零件刃口尺寸计算 133.1.3冲孔模具工作零件刃口尺寸计算 143.2.卸料装置中弹性元件的计算 153.2.1卸料块的设计 153.2.2弹性元件橡胶的设计 154主要零部件设计 184.1工作零件的结构设计 184.1.1凸凹模 184.1.2落料凹模 184.1.3冲孔凸模 214.2其它模具零件结构尺寸 234.2.1卸料板的设计 234.2.2垫板设计 244.2.3固定板设计 264.3模架的选用 274.3.1上、下模座的设计 284.3.2导柱、导套及模架的选用 294.4其它标准零件的选用 324.4.1模柄的选用 324.4.2导料销 334.4.3卸料螺钉的选用 334.4.4定位零件 334.4.4推件装置 345压力机的校核 376模具的装配总图 387模具主要零件加工工艺的制定 397.1落料凹模加工工艺过程 397.2冲孔凸模加工工艺过程 397.3凹凸模加工工艺过程 407.4凸模固定板加工工艺过程 417.5凸凹模固定板加工工艺过程 427.6卸料板加工工艺过程 437.7凸凹模垫板加工工艺过程 447.8冲孔垫板加工工艺过程 458总结 46谢词 47参考文献 48引言1冲压与冷冲模概念冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其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。在冲压加工中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装备，称为冲压模具。冲模在现实冲压加工中是必不可少的工艺装备，与冲压件“一摸一样”的关系，若没有符合要求的冲模，就不能生产出合格的冲压件；没有先进的冲模，先进的冲压成型工艺就无法实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。冲模在种类繁多的模具中占有十分重要的地位，是工业生产中应用最为广泛的模具，从产量上看，它占了模具总产量的30%以上，从产值上看，它占了模具总产值的50%左右。冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。生产的制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。但需要指出的是，由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（占产品成本的10%~30%）等特点。所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。2模具工业在当今市场的发展状况和前景：模具工业作为现代社会的一种新兴工业，它能够节约能源、节约原材料以及较高的生产效率，它能够保证比较高的加工精度等特点。模具市场在世界上大部分都是供不应求的，它的市场需求量大致580亿至660亿美元之间，与此同时，模具工业在我国也迎来了一轮新的发展前景。模具工业在我国最近几年总产值保持12.5%的年增长率，截止至2006年底模具产值预计超过550亿元。3模具在现代工业中的地位在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。据国际技术协会统计，2011年产品零件粗加工的80%，精加工的60%都由模具加工完成。4冲压工艺的种类冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。5冲压行业阻力和障碍与突破阻力一：生产集中度低许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。突破点：走专业化道路迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。阻力二：机械化、自动化程度低美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的5~10倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。突破点：加速技术改造要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。阻力三：科技成果转化慢先进工艺推广慢在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。突破点：走产、学、研联合之路我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。阻力四：冲压板材自给率不足，品种规格不配套目前，我国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm以上)等都依赖进口。突破点：所用的材料应与行业协调发展汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。阻力五：大、精模具依赖进口当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%~45%，而国际上一般在70%左右。突破点：提升信息化、标准化水平必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。力争2005年模具标准件使用覆盖率达到60%，2010年达到70%以上基本满足市场需求。1止动片冲压工艺分析及模具设计1.1设计零件一止动片，零件图如下:图1-1为止动片制件，材料为Q235-A，厚度为2mm，大批量生产。试设计图1-1止动片零件图相应的模具及其主要的零部件，工件结构分析、工艺分析、模具方案的论证、进行总体结构设计、制定主要件的工艺规程、必须的工艺计算、制造工艺以及一定的技术经济分析等。1.2冲压件工艺分析（1）材料:该冲裁件的材料Q235-A是普通碳素钢，具有较好的可冲压性能。（2）零件结构:零件结构简单对称，无尖角，外形有多处圆弧，中间有三个圆孔，孔的最小尺寸4mm，满足冲裁最小孔径的要求，成型后须保证各尺寸公差要求。孔与边缘的最小壁厚为3mm，孔与孔之间的最小距，满足冲裁件最小孔边距的要求，满足许用壁厚要求，因此，该制件具有良好的冲压工艺性，比较适合冲裁。（3）尺寸精度:零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，精度要求比较低，可按工T14级确定工件尺寸的公差。有七个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属IT12。由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。1.3冲压工艺方案的确定由图1-1可知该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案:（1）先落料，再冲孔，采用单工序模生产。（2）落料一冲孔复合冲压，采用复合模生产。（3）中孔一落料连续冲压，采用级进模生产。方案（1）模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求.由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。方案（2）只需要一套模具，冲压件的形位精度和尺寸易于保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制造并不困难。方案（3）也只需要一套模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度较复合模的低。欲保证冲压件的形位精度，通过以上三种方案的分析比较，对该见冲压生产以采用方案（2）为最佳1.4模具结构形式的确定正装式复合模和倒装式结构比较：正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲载件，还可以冲制孔边距较小的冲载件。废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减小最小壁厚。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲载件，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件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有力条件，所以应用十分广泛。制件的平直度要求较高，孔边距较小，工件最小壁厚为3mm，小于倒装式复合模要求最小许用壁厚4.9mm，不能使用倒装式复合模生产。由以上分析确定该制件的生产采用正装式复合模具生产。1.5排样设计排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当的搭边值，是降低成本、保证工件质量及延长模具寿命的有效措施。排样的方式有多种多样，如：直排、斜排、直对排、混合排、少废料和五废料等排样方式，由止动片图得，此冲裁件采用直排。排样时工件以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件；保持条料有一定的刚度，便于送料。搭边值的大小与下列因素有关：材料的力学性能，硬材料的搭边值可小一些，软材料的搭边值要大一些。工件的形状与尺寸，工件的尺寸大或者有圆角半径较小的凸起时，搭边值取大一些。材料厚度，材料厚度大则搭边值大一些。送料及挡料方式，手工送料、有侧压装置的模具，搭边值要小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。卸料方式，弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且影响冲裁件的剪切表面质量。查《冲压模具设计与制造》表2.5.2,确定搭边值:条料边缘的搭边和工件间的搭边分别为2mm和2.2mm从而可计算出条料宽度和送进步距分别为96.4mm和38mm。如图2-2所示毛坯排样采用的是条料，且垂直于送料方向的凹模宽度大于送料方向的凹模长度，为降低生产成本，提高经济效益，采用横向手工送料方式，条料的送进方向。图1-2止动片排样图一个步距内的材料利用率η为.裁单件材料的利用率按[2]式计算,即式中A—冲裁面积(不包括内形结构废料)；—一个冲距内冲冲裁件数目；b—条料宽度；h—进距。利用CAD可计算得所以查板材标准，宜选的钢板，每张钢板可剪裁为9张条料()，每张条料可冲26个工件，则为：1.6冲压力的计算1.6.1冲压力冲件外轮廓线的冲载力：式中：落—落料力（KN）；L—工件外轮廓周长，由CAD计算可得L=217.27mm；t—材料厚度，其中t=2mm；—材料的搞剪强度（Mpa），查表得取＝350Mpa。K—系数，取K=1.3；所以冲孔力：孔的冲载力式中：—冲孔力（KN）；L—工件外轮廓周长，其中t—材料厚度，t=2mm；—材料的搞剪强度（Mpa），查表得取＝350Mpa。K—系数，取K=1.3所以孔的冲载力式中：—冲孔力（KN）；L—工件外轮廓周长，其中t—材料厚度，t=2mm；—材料的搞剪强度（Mpa），查表得取＝350Mpa。K—系数，取K=1.3所以孔的冲载力式中：—冲孔力（KN）；L—工件外轮廓周长，其中t—材料厚度，t=2mm；—材料的搞剪强度（Mpa），查表得取＝350Mpa。K—系数，取K=1.3所以故1.6.2卸料力按式2.6.3得：(3-5)式中：—卸料力因数，其值由表2.6.1查得＝0.05。则卸料力：1.6.3顶件力顶件力计算按式2.6.5：(3-7)式中：—顶件力因数，其值由表2.6.1查得顶件力则为：1.6.4模具总冲压力为：1.7压力中心的计算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，应使冲模的压力中心与压力机滑快的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，减低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，的按下述原则确定：（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用解析法求出冲模压力中心。2.6.1如图1-3所表示图1-3凹模型口图工件的y方向对称，故压力中心到y轴的距离：其中：所以：x方向不对称，故压力中心到x轴的距离为：其中：其中r=18mm，，为弧度将以上数值代入公式得：该工件冲载力不大，压力中心偏移坐标原点较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点。1.8初选压力机压力机公称压力的确定：对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的1.1～1.3倍，即因此初选压力机为：J23－40。2模具总体设计2.1模具类型的选择冲裁模结构类型很多，按工序组合程度分类，可分为：单工序模、复合模、级进模等。单工序模是指在压力机的一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模，落料模只适用于冲裁精度要求不高，形状简单和生产批量小的冲件。复合模是指在压力机的一次行程中，在模具的同一工位上同时完成两道或两道以上不同冲裁工序的冲模。它在结构上的主要特点是有一个或几个具有双重作用的工作零件——凸凹模，如在落料冲孔复合模中只有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。根据凸凹模在模具中的装配位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模。复合模因压料较好，冲件平整精度高，该生产采用的是大批量生产，生产效率较高。级进模又称连续模，是指在压力机一次行程中，依次在同一模具的不同工位上同时完成多道工序的冲裁模。在级进模上，根据冲件的实际需要，将各工序沿送料方向按一定顺序安排在模具的各工位上，通过级进冲压便可获得所需冲件。级进模不但可以完成冲裁工序，还可以完成成形工序等等，是一种多工序高效率冲模。它可分为普通级进模和多工位精密级进模。根据零件的冲裁工艺方案，确定采用复合模。此模具的结构较为简单，降低了模具的加工难度，减少生产成本，提高了生产效益。2.2定位方式的选择因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销。控制条料的送进步距采用挡料销初定距。2.3卸料方式的选择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。常用用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲载后卸料。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。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载间隙。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，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载间隙。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2mm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，故采用弹性卸料。2.4出件方式因采用正装式复合模生产，故采用上出件为佳。2.5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大于送料方向的凹模长度L，故采用纵向送料方式，即由前向后送料。2.6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，其对角导柱模架上、下模座工作平面的横向尺寸L一般大于纵向尺寸B，常用于横向送料级进模或者纵向送料的单工序冲载模、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，导向准确可靠、滑动平稳。但只能纵向送料，一般用于单工序模或复合模。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，该复合模采用中间导柱的导向方式，即方案四最佳。3模具工作部分尺寸计算3.1工作零件刃口尺寸计算3.1.1冲载间隙分析（1）间隙对冲载件尺寸精度的影响冲载件的尺寸精度是指冲载件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两个方面的偏差，一是冲载件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。（2）间隙对模具寿命的影响模具寿命受各种因素的综合影响，间隙也许是模具寿命诸因素中最主要的因素之一，冲载过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利，而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。（3）间隙对冲载工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受到的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲载力减小。通常冲载力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的左右时，冲载力的降低不超过。间隙对卸料力和推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力，当单边间隙达到材料厚度的左右时的卸料力几乎为零，但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。（4）间隙值的确定由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲载件质量、冲载工艺、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲载件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲载力小、模具寿命高，但分别从质量，冲载力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个合适的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值。3.1.2落料模具工作零件刃口尺寸计算落料时，因外形轮廓较简单，故模具按配合加工的方法制造，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：落料部分以落料凹模为基准计算，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。零件图中落料部分的尺寸偏差如下：查表2.3.3可知：凸模和凹模最小间隙为：凸模和凹模最大间隙为：查相关资料得因数x为：当工件精度IT10以上x=1当工件精度IT11到IT13x=0.75当工件精度IT14x=0.5所以落料凹模基本尺寸为：尺寸：尺寸：尺寸：尺寸：落料部分相应的凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证其双面间隙为：0.246mm到0.360mm3.1.3冲孔模具工作零件刃口尺寸计算：冲孔时，凸模外形为圆孔，故模具采用凸、凹模分开加工的方法制造，以冲孔凸模为基准计算，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：查表2.3.3可知：凸模和凹模最小间隙为：凸模和凹模最大间隙为：查相关资料得因数x为：当工件精度IT10以上x=1当工件精度IT11到IT13x=0.75当工件精度IT14x=0.5根据公式2.4.3和公式2.4.4得孔：校核：满足：条件孔：校核：满足：条件孔：校核：满足：条件2.1.4孔中心尺寸计算3.2.卸料装置中弹性元件的计算3.2.1卸料块的设计卸料装置一般是弹性的,其基本零件是卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成，弹性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍。卸料板与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定，一般取0.1～0.3mm。此外，为便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口端面0.3～0.6。卸料螺钉一般采用标准的阶梯形螺钉，其数量按卸料板形状与大小确定，卸料板为圆形时常用3～4个，为矩形时一般用4～6个。卸料螺钉的直径大小可选8～12mm，各卸料螺钉的长度应一致，以保证卸料板水平和均匀卸料。弹性卸料装置依靠弹簧或橡皮的弹力来卸料，卸较力不太大，但冲压时可兼起压料的作用。3.2.2弹性元件橡胶的设计（1）橡胶的形状及数量由于橡胶允许承受的载荷较大，安装灵活方便，因而是冲裁模中常见的弹性元件。冲裁中用于卸料的橡胶有聚氨脂橡胶和合成橡胶，其中聚氨脂橡胶性能比合成橡胶优异，所以采用聚氨脂橡胶，形状为圆筒形橡胶，假设数量为n=4（2）确定橡胶的自由高度其中：卸料板工作行程为凸凹模凹进卸料板的深度，取1mm为凸凹模冲载后进入凹模的深度3mmt为材料厚度2mm其中：橡胶工作行程为凸凹模修磨量，取5mm综合上述，，取为的25%（3）确定橡胶的预压缩量（4）每个橡胶承受的载荷选用四个圆筒形橡胶（5）橡胶的外径D其中d为圆筒形橡胶的内径，假如选用直径为8mm的卸料螺钉，取橡胶上螺钉过孔的直径d=10㎜，。所以为了保证足够的卸料力，可取D=60mm。根据GB2867.9-81得H=40mm,d=16.5mm,D1=78mm,F=0.3H=0.3×40=12mm.（6）校核橡胶的自由高度橡胶垫的高径比在之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为其结构图如图3-1：图3-1橡胶4主要零部件设计4.1工作零件的结构设计4.1.1凸凹模零件外形相对简单，根据实际情况并考虑加工，为了满足凸凹模强度和刚性，将凸凹模设计成阶梯式，使装配修磨方便。采用成形铣、成形磨削加工。凸凹模总长L：其中为凸凹模固定板厚度，为橡胶安装高度，为弹性卸料板厚度，为凸凹模凹进弹性卸料板厚度。其结构图如图4-1：图4-1凸凹模4.1.2落料凹模（1）凹模结构形式凹模的结构形式也较多，按外形可分为标准圆凹模和板状凹模，按结构分为整体式和镶拼式、预应力组合式。按刃口形式也有平刃和斜刃。一般用多采用整体式及镶拼式，根据零件为多种几何形状，整体式适用于小型凸、凹模，镶拼组合式主要用于较大的凸、凹模。根据以上分析应采用整体式，各种凹模的凹模孔均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。根据实际生产需要，使用外形为矩形的板状凹模。（2）凹模的固定方式凹模的固定方式有三种：第一种是热套和冷压；第二种是低熔点合金，环氧树脂浇注及无机粘接；第三种是螺钉紧固，销钉定位。采用第一种时不易装拆，主要用于冷挤压预应力凹模。用第二种时，其紧固力较小，不易装拆。采用第三种时，紧固力大，定位可靠，通用性较强，装拆方便，适用于各种类型的模具采用，要保证螺孔间、螺孔与销孔间及螺孔或销孔与凹模刃口间的距离不能太近，否则会影响模具的寿命。根据以上分析应采用螺钉紧固，销钉定位。凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉、销钉与上模座固定的固定方式。因冲件为中批量生产，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直筒形刃口，该形式刃口强度较高，修磨后刃口的尺寸不变，用于冲裁形状或精度要求高的零件。（3）凹模尺寸计算其外形尺寸按相关公式2.9.3、2.9.4计算：凹模厚度查表2.9.5取k=0.23考虑到推进块的安装空间和运动空间，凹模的实际厚度应增加。取H=25mm凹模壁厚取C=40mm凹模宽度取B=125mm凹模长度取L=160mm所以凹模轮廓尺寸为，为了保证螺孔间、螺孔与销钉孔之间的强度和模具的寿命，一般开的孔与孔之间的距离根据表2.9.3知道销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5㎜，螺纹孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔径值。（4）凹模材料的选用和强度校核根据需要，凹模的材料选用T10A，工作部分热处理淬硬60～64HRC（材料及热处理选用参考表1.4.4）。查表2.9.14选M8的螺钉。凹模板中的孔与孔之间的校核:由表2.9.3校核最小的A值为12mm,最小的B值为14mm,最小的C值为5mm,最小的D值为12mm,以上的所有尺寸都能符合要求,因此孔与孔之间的距离得以校核。强度校核：凹模的强度校核主要是校核其厚度H，凹模在冲载力的作用下会产生弯曲，如果凹模厚度不够，就会产生较大的弯曲变形甚至断裂。凹模强度计算近似公式式中：F为冲载力，单位N[]为许用弯曲应力，单位MPa，对于淬火硬度的T10，,H为凹模厚度，单位mm，取H=25mm为下模座长方孔尺寸，单位满足要求凹模结构图如图4-2：图4-2落料凹模4.1.3冲孔凸模（1）凸模结构尺寸与固定方式落料凸模刃口部分非圆形，为便于凸模和固定板的加工可设计成阶梯形结构，并将安装部分设计成便于加工的圆形或方形。凸模的固定方式有台肩固定、铆接固定、粘结剂浇注固定、螺钉与销钉固定。台肩固定结构简单，便于装拆，而且能承受较大的冲力；铆接固定与台肩固定的作用差不多，但其不易装拆，准确更换不方便；粘结剂浇注固定主要用语直通式非圆形凸模；根据以上分析应采用台肩固定。（2）凸模的长度计算凸模的长度根据模具的具体结构确定，长度根据磨损量及固定板、卸料板厚度等来决定的即：其中为凸模固定板厚度，为凹模垫板厚度，为凹模厚度其结构如下图：（3）凸模材料的选用与校核凸模材料的选用：根据需要选用T10A,工作部分热处理淬硬为58～62HRC。凸模的校核：冲孔凸模的直径很小，所以需要对最小凸模尺寸为5.2mm进行强度和刚度的校承压能力校核：凸模正常工作的条件是其刃口端面承受的轴向压应力不应超过模具材料的许用压应力即：式中：为凸模刃口端面承受的压应力，MPa；为材料厚度，mm；为冲压材料的抗剪强度，MPa；为凸模最小直径，mm；为模具钢的许用压应力，MPa；普通冲载，模具钢（如 T10等）的许用压应力，，当淬火硬度为HRC58~62时，可取。校核孔：满足要求。（4）刚度校核：根据表2.9.2，凸模最大自由长度L应满足(只需校核直径最小的凸模即可)L为凸模允许的最大工作尺寸，设计中取15mm<21.75mm，所以刚度得以校核。凸模结构图如图4-3、4-4、4-5。图4-3冲孔凸模III图4-4冲孔凸模I图4-5冲孔凸模II4.2其它模具零件结构尺寸4.2.1卸料板的设计卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍，即H=0.6×25=15㎜，卸料板与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定取0.15㎜，其轮廓尺寸为=160mm×125mm×15mm，孔与孔之间的距离为根据表2.9.3知道销钉孔与螺纹孔之间的距离与凹模的距离不应小于5㎜，螺纹孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔径值，孔与孔之间的距离不能太近，则会影响模具的寿命，并影响其刚度和强度。其结构如图4-6所示图4-6卸料板4.2.2垫板设计垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被压挤损伤，是否需要垫板，可按下式校核：式中：为凸模端面的压应力，MPa为模座材料的许用应力；垫板的形状与凸模固定板和凹模板相同，一般为圆形或矩形，垫板厚度一般为。垫板材料常用45号钢（热处理硬度为）或T8A(热处理硬度为)。式中：P为冲载力A为凸模最大端面积。而模板材料选用铸铁HT250，，则，所以需要加垫板。垫板厚度可以取，取H=8㎜模具中含有两块垫板。孔与孔之间的距离为根据表2.9.3知道销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5㎜，螺纹孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔径值，孔与孔之间的距离不能太近，这样会影响模具的寿命，并影响其刚度和强度。安装垫板的时候要考虑孔与孔之间的刃口配合，其结构如图4-7、4-8所示：图4-7凸凹模垫板图4-8冲孔垫板4.2.3固定板设计固定板的作用是将凸模（凸凹模）固定在下模座正确位置上,固定板为矩形或圆形板件，固定板与凸模（凸凹模）为H7/h6配合，安装后应将凸模（凸凹模）端面与固定板一起磨平，装配可通过2个销钉定位,4个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致,其厚度为凹模的倍取（凸凹模取0.6，即），一般开的孔与孔之间的距离根据表2.9.3知道销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5㎜，螺纹孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔径值。其结构如图4-9所示图4-9凸模固定板图4-10凸凹模固定板4.3模架的选用4.3.1上、下模座的设计上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件，并分别与压力机的滑块和工作台连接，以传递压力。因此，上、下模座的强度和刚度是主要考虑的问题。模座因强度不足会产生破坏，如果刚度不足，工作时会产生较大的弹性变形，导致模具工作零件和导向零件迅速磨损。在选用和设计时应该注意如下几点：（1）尽量选用标准模架，对于圆形的模座，其直径比凹模板的直径大对于矩形模座，其长度应比凹模长度大，而宽度可以等于或大于凹模板的宽度，但应考虑有足够的安装导柱、导套的位置。模座的厚度取凹模的倍，考虑受力情况，上模座厚度可以比下模座的厚度小。（2）所选用或者设计的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核，下模座的最小轮廓尺寸应比压力机工作台上漏料孔的尺寸每边至少要大。（3）模座材料一般选用HT200、HT250，也可以选用Q235、Q255结构钢，对于大型精密模具的模座选用铸钢ZG35、ZG45.（4）模座的上、下表面的平行度应达到要求，平行度公差一般为4级。（5）上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在以下；模座的导柱，导套安装孔的轴线应与模座的上、下平面垂直，安装滑动式导柱和导套时，垂直度公差一般为4级。（6）模座的上、下模表面粗糙度Ra值为，在保证平行度的前提下，可允许Ra值降低为。孔距公差要求在模座的材料选用HT250。其结构如图4-10、4-11图4-11上模座图4-12下模座4.3.2导柱、导套及模架的选用导柱的标准号为A型（GB2861.1-81），其尺寸为，导套的准号为A型（GB2861.6-81），其尺寸为。两者的材料选用：T10A。模套，模柱，模架结构如下图：图4-13导套I图4-14导套II图4-15导柱I图4-16导柱II图4-17模架4.4其它标准零件的选用4.4.1模柄的选用由压力机的型号J23-40.可查得模柄孔的直径为50,深度为70,由装配要求,选择旋入式模柄，通过螺纹与上模座连接，并加螺丝防止松动，这种模具拆装方便，但模柄轴线与上模座的垂直度较差，多用于由导柱的中、小型冲模。其结构如下图：图4-18模柄4.4.2导料销两个导料销设在同侧，条料沿着两个导料销确定的直线送进，从右向左送料时，导料销装在后侧；从前向后送料时，导料销装在左侧。由挡料销控制送料步距，在上模设置对应的导正孔，固定在凹模板中。4.4.3卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm，螺纹部分为。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm，有误差时通过螺钉与卸料板之间的安装垫片来调整。4.4.4定位零件（1）挡料销的选用采用一颗挡料销安装在凹模上。查标准JB/T7649.10-1994，选取直径为4mm的固定挡料销，这种挡料销的固定部分和工作部分的直径差别很大，不至于削弱凹模的强度，并且制造简单，使用方便。图4-19挡料销（2）销钉的选取由凹模周界选用的圆柱销，根据模具的实际情况，上模座选用两颗的圆柱销钉定位，下模座选用两颗的圆柱销钉定位。（3）由凹模周界选用M8的内六角螺钉，根据模具各零件的具体情况，上模座选用四颗的内六角螺钉固定。下模座选用四颗的内六角螺钉固定。4.4.4推件装置刚性推件装置推件力大，而且工作可靠，应用十分广泛。（1）推杆查标准GB2867.1-81，选取A型标准带肩推杆三件，见图4-19、4-20、4-21.标记推杆GB2867.1-81推杆GB2867.1-81推杆GB2867.1-81图4-20推杆I图4-21推杆II图4-22推杆III（2）打料板查标准GB2867.4-81，选取B型95标准打料板一件，见图4-22图4-23打料板（3）顶杆查标准GB2867.3，选取标准顶杆两件，见图4-23图4-24顶杆5压力机的校核(1)公称压力

根据公称压力的选取压力机型号为J23-40,它的压力为40KN>350.8KN,所以压力得以校核。(2)滑块行程次数滑块的行程次数为80/min.因为零件的生产批量为大批量,又是手工操作送料,速度不能太快。因此，滑块行程次数得以校核。(3)工作台面的尺寸根据下模座,且每边留出,即,而压力机的工作台面,冲压件和废料从下模漏出,查表附表1知：漏料尺寸小于压力机的孔尺寸,故符合要求，得以校核；(4)滑块模柄孔尺寸滑块上模柄孔的直径为50mm,模柄孔深度为70mm,而所选的模柄符合要求,则得以校核。（5）闭合高度由压力机型号可知道M=80mm

，

=50mm，(M为闭合高度调节量/mm,为垫板厚度/mm)模具的闭高度为：由公式:,得即,所选压力机合适,则压力机得以校核。6模具的装配总图图6-1装配图7模具主要零件加工工艺的制定7.1落料凹模加工工艺过程表7-1落料凹模加工工艺过程材料：T10A硬度：60～64HRC序号工序号工序内容1备料将毛坯锻成长方体：2粗铣洗六面，互为垂直，单边余量0.53平面磨磨6面，互为垂直4钳①划线划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸②钻孔钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模洞口穿线孔③铰孔铰销钉孔到要求④攻丝攻螺纹丝到要求5热处理按热处理工艺，淬火回火达到6平面磨精磨上、下平面7线切割割凹模洞口，并留0.05㎜研余量8钳①研磨洞口内壁侧面达②配推件块到要求9钳用垫片层保证凸凹模与凹模间隙均匀后，凹模与上模座配作销钉孔10钳工精修全面达到设计要求11检验7.2冲孔凸模加工工艺过程（小孔，其余的两孔类似）表7-2冲孔凸模加工工艺过程材料：T1OA硬度：60～64HRC序号工序名称工序内容1备料锻件：2热处理退火3车一端面，打顶尖孔。车外圆至；掉头车另一端面，长度至尺寸70㎜；打孔尖孔。②双顶尖顶，车外圆尺寸，,至要求，车尺寸，20mm，留余量0.3mm4热处理调质5磨削磨削外圆尺寸，，，留余量0.3mm6线切削切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至55㎜，留余量0.3mm7热处理按热处理工艺，淬火回火达到8磨削精磨外圆、端面至Ra0.8um，保证端面与轴线垂直9钳工精修全面达到设计要求10检验7.3凹凸模加工工艺过程表7-3凹凸模加工工艺过程材料：T10A硬度：60～64HRC序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）：2粗铣铣六面见光3车按要求车凸模高度方向的台阶，留余量0.3mm4平磨磨高度两平面到尺寸69.5㎜5钳划线划凸模轮廓线并划三凹模洞口中线钻孔按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔6热处理淬火硬度达60～64HRC7平磨磨高度到68.8㎜8线切割割凸模及三凹模，并单边留0.01～0.02研磨余量9钳研配研凸凹模并配入凸模固定板研各侧壁到0.8um10平磨磨高度到要求11钳工精修全面达到技术要求7.4凸模固定板加工工艺过程表7-4凸模固定板加工工艺过程材料：45#硬度：24～28HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料2热处理调质硬度24～28HRC3粗铣铣六面达，并使两大平面和相邻两侧面相互基本垂直4平磨磨光两大平面厚度达15.4㎜，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02㎜/100㎜5钳①划线凸模固定孔中心线，销钉孔中心线，螺纹过中心线，销钉过孔中心线②钻孔凸模固定孔穿丝线，螺纹过孔和销钉过孔到要求6线切割割凸模安装固定孔单边留0.01～0.02㎜研余量7铣铣凸模固定孔背面沉孔到要求8钳研配凸模9平磨磨模厚度到要求10钳工精修全面达到设计要求11检验7.5凸凹模固定板加工工艺过程表7-5凸凹模固定板加工工艺过程材料：45#硬度：24～28HRC序号工序名称工序内容1备料气割下料2热处理调质硬度24～28HRC3粗铣铣六面达，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直4平磨磨光两大平面，厚度达15.4㎜，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02㎜/100㎜5钳①划线螺纹孔中心线，螺纹过孔中心线，销钉孔中心线，凸凹模固定孔轮廓线②钻孔螺纹底孔，螺纹过孔到要求，凸凹模固定孔线切割穿线孔③攻丝攻螺纹底丝到要求6线切割割凸凹模安装固定孔，单边留