连接片冲压模具设计与工艺及矿井提升机控制系统设计

矿井提升机控制系统设计华北科技学院毕业设计论文第68页共110页第1页共1页毕业设计说明目录摘要 3前言 5绪论 6一、国内模具的现状与发展趋势 61.国内模具的现状 62、国内模具的发展趋势 7二、国外模具的现状与发展趋势 8第一章任务来源及设计意义 91.1设计任务来源 92.1设计目的及意义 10第二章冲压工件的工艺性分析 102.1冲压及冲裁件的工艺性的概念 102.2零件工艺性分析 112.2.1材料 112.2.2工件结构 112.2.3尺寸精度 112.2.4结论： 11第三章冲压工艺方案的确定 113.1确定工艺方案的主要原则概括起来主要有以下三点 113.2工艺方案的确定 12第四章模具结构形式及冲压设备的选择 124.1模具结构形式的选择 124.1.1模架及导向方式 124.1.2毛坯定位方式的选择 134.1.3卸料、出件方式的选择 134.1.4主要零部件的定位方式和固定方式 134.2冲压设备的选择 13第五章主要工艺参数计算 145.1排样设计与计算 145.1.1选择排样方法 155.1.2确定搭边值 155.1.3计算送料步距与条料宽度 155.1.4计算材料利用率 165.1.5画出排样图 165.2计算工序压力 175.2.1落料力的计算 175.2.2顶件力的计算 175.2.3冲孔力计算 185.2.4卸料力的计算 185.3计算模具的压力中心 185.4计算凸凹模工作部分刃口尺寸计算原则： 195.4.1冲裁凸凹模刃口尺寸计算 195.5弹性元件的选取与设计 215.5.1上卸料采用橡胶作为弹性元件 21第六章选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸 236.1确定工作零件 236.1.1凹模 236.1.2凸模 236．2定位零件的设计 246.3导料销的设计 256.4卸料部件的设计 256.4.1卸料螺钉的选用 256.5模架及其他零部件设计 266.5.1模架 266.5.2模柄 276.5.3固定板、垫板 286.5.4螺钉与销钉 28第七章模具的总体装配 30第八章模具工作零件的加工工艺 318.1冲裁模凸、凹模的技术要求及加工特点 318.2凸、凹模加工的工艺路线有以下几种方案： 318.3本副模具工件零件加工方案的确定 32第九章模具零件的材料及热处理 36设计小结 37致谢 38参考文献 39垫片落料冲孔复合模具的设计摘要本模具为垫片落料冲孔模具,在设计时:1、接受任务书。2、调研消化原始资料。3、选择成形设备。4、拟定模具结构方案。5、方案的讨论与论证。6、绘制模具装配图。7、绘制零件图。8、编写设计说明书。9、模具制造试模与图纸修改。正确的确定模具成形零件的尺寸凸模、凹模等零件是确定制件形状、尺寸和表面质量的直接因素关系甚大，要特别注意。模具的设计应制造方便,尽量做道使设计的模具制造容易、造价便宜。特别是比较复杂的成形零件，必须考虑是采用一般的机械加工方法加工还是采用特殊的加工方法加工。模具的设计应当效率高、安全、可靠。模具零件应耐磨耐用。关键词：模具、凸模、凹模、落料、冲孔。PadPiercingAndBlankingDieDesignAbstractThismoldingtoolisapadpiercingandblankingmold.whiledesigning:1.acceptthemissionbook.2.theinvestigationdigeststheprimitivedata.3.choosetomodeltheequipments4.draftthemoldingtoolconstructionproject.5.thediscussionoftheprojectandargument6.drawingthemoldingtoolassemblesthediagram.7.drawthesparepartsdiagram.8.weavetowritetodesignthemanual.9.themoldingtoolmanufacturingtriesthemoldanddiagrampapermodification.Theexactitudereallysettlessizepunch,die,etc.sparepartsthatmoldingtoolmodelsparepartsisadirectfactorthatcertainsystemashape,sizerelatetowiththesurfacequantityverybig,wanttobespeciallyattention.Thedesignofthemoldingtoolshouldmaketheconvenience,doingamoldingtoolmanufacturingthatmakedesigneasyandbuildthepricecheapnesstothebest.Modelthesparepartsespeciallymorecomplicatedly,mustconsideristoadoptthegeneralmachineprocessthemethodprocessestoadoptstilltoprocessspeciallythemethodprocesses.Thedesignofthemoldingtoolshouldstheefficiencyhigh,safety,dependable.Themoldingtoolsparepartsshouldbeartowhetenduring.Keyphrase:Moldingtool,punch,die.piercing.Blanking.绪论一、国内模具的现状与发展趋势1.国内模具的现状模具行业有万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿

我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家[1]。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。

近年来，

模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂的数量增加，能力提高较快；“三资”及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等[2]。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。低档模具过剩，高档模具供不应求，甚至有的依赖进口，因此，模具企业必须找准自己的弱点，尽快缩短与国外的差距。(1)体制不顺，基础薄弱

“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。

(2人才严重不足，科研开发及技术攻关方面投入太少

模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而`协作差

由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。

(5)模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。2、国内模具的发展趋势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。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:

(1).模具日趋大型化；

(2).在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；

(3).模具扫描及数字化系统；

(4).在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；

(5).提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；

(6).发展优质模具材料和先进的表面处理技术；

(7).模具的精度将越来越高；

(8).模具研磨抛光将自动化、智能化；

(9).研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；

(10).开发新的成形工艺和模具。二、国外模具的现状与发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，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的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。

国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是“大而专”、“大而精”。2004年中国模具协会在德国访问时，从德国工业、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到25～30万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．第一章任务来源及设计意义1.1设计任务来源设计题目：垫片材料：45钢厚度：2mm生产批量：大批量生产图（1-1）产品零件图2.1设计目的及意义冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课，技术基础课和专业课后，所设置的一个重要的实践性教学环节。用模具生产的制件具有高精度、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。本设计题目为垫片，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计设计目的及意义。其目的有以下几点：1.综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，全面系统巩固课堂教学的基本知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，提高综合能力的培训及扩大模具领域的新知识，从而培养和提高学生独立工作的能力。2.巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。3.掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。本课题的意义是：通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冷冲模设计的基础，为设计更复杂的冷冲模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。第二章冲压工件的工艺性分析2.1冲压及冲裁件的工艺性的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（金属或者非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率高，成本低的条件下得到质量合格的冲裁件。影响冲裁件工艺性的因素很多，如冲裁件的形状特点、尺寸大小、尺寸大小标注方法精度要求和材料性能等。良好的冲裁件工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而且寿命长、产品质量稳定、操作简单等。[1][1]——刘建超、张宝忠主编《冲压模具设计与制造》高等教育出版社2.2零件工艺性分析2.2.1材料45钢是优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁，并且市场上也容易购买到此种材料，价格适中。2.2.2工件结构冲裁件的形状应尽量简单、对称，最好是有圆弧和直线组成。应该避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽，其最小厚度要大于材料厚度的两倍。由工件图看，此工件只有落料和冲孔两个程序，将外形视为落料，内形视为冲孔，由于制件结构简单，故采用复合冲压工序，这样可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且避免原有加工方法中须将手伸入模具的问题，对保护操作者安全也有利。2.2.3尺寸精度为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽量采用经济精度。所谓经济精度是提高模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而经济上又最合理的精度。冲裁件的精度一般满足其经济精度要求。该工件图上的尺寸除了60±0.25mm和180±0.25mm有精度要求外，其余尺寸未注公差，全部属自由尺寸，精度要求不高，按IT14级确定。因此，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。由文献[2]表2-4标准公差查得R200-0.52mm，1000-0.87mm，2200-1.15mm，Φ150[2]——薛彦成主编〈〈公差配合与技术测量〉〉机械工业出版社2.2.4结论：该制件可以冲裁第三章冲压工艺方案的确定3.1确定工艺方案的主要原则概括起来主要有以下三点（1）保证冲裁件质量（2）经济性原则（3）安全性原则[3][3]——丁松聚主编〈〈冷冲模设计〉〉机械工业出版社3.2工艺方案的确定在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排，冲裁工序数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序顺序该项零件包括落料冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案方案一:先落料，后冲孔，采用单工序复合模生产。方案二:先落料，后冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，生产率较低，难以满足该项零件的年产量要求。方案二只需用一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证需要，具生产率也高。尽管模具结构较方案一复杂。但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具，生产率也高，但零件的冲压精度稍差，欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂，通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。同时考虑到不让废料在凹模内积聚。可采用正装复合模工序。第四章模具结构形式及冲压设备的选择4.1模具结构形式的选择4.1.1模架及导向方式根据国家标准，模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；一类是由弹压导板、下模座、导柱、导套组成的导板模模架。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉、压板固定在压力机工作台面上。上下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。模架的基本要求：要有足够的强度与刚度；要有足够的精度（如上下模座要平行，导柱、导套中心要与上下模座垂直，模柄要与上模座垂直等）。上下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小，上下模之间的移动要平稳和无滞住现象）。由上述看，选择模架非常重要。为了满足模架的基本要求及保证模具的使用寿命，且后侧导柱模架的导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便。故该复合模选用后侧导柱模架。[3]4.1.2毛坯定位方式的选择模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。控制送料步距的定位，称为挡料；控制条料宽度方向上的定位，称为导料。冲裁条料时，导料零件有导料板和导料销等，保证进距的挡料销和定距侧刃等。导料板和导料销对条料或卷料的侧边进行导向，以保证其正确的送进方向的板件或销。条料靠着导料板或导料销的一侧导向送进，以免送偏。[4][4]——中国机械工业教育协会组编《冷冲模设计与制造》机械工业出版社根据工件图，该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，送进步距控制采用挡料销。4.1.3卸料、出件方式的选择卸料装置分固定卸料装置、弹压卸料装置和费料切刀三种。其中卸料板用于卸掉卡在凸模上或凸凹模上的冲裁件或废料的板件。固定卸料装置装于下模的凹模上，结构简单、卸料力大，使用安全可靠，一般仅起卸料作用，用于硬料、厚料。出件装置主要有刚性出件装置和弹性出件装置两种，刚性出件装置一般用于上模，它是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板（块），将凹模的工件推出，因此推件力大，而且工作可靠。因为工件为垫片，且垫片要求有很高的平整度，故采用弹压卸料装置，卸料可靠。该模具采用弹性打件，并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。4.1.4主要零部件的定位方式和固定方式凸模用凸模固定板固定，固定方法通常是采用台肩固定，其配合为台阶式凸模用H7/h6，直通式凸模用N7/h6、P7/h6；凹模用导料销定位，一般采用螺钉和销钉固定在下模座上。4.2冲压设备的选择冲压设备的选择应注意以下几点：压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力，即F压>>F总式中：F压——所选压力机的吨位F总——冲裁时的吨位根据模具结构选择压力机类型和行程次数，如复合模工件需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。根据模具尺寸大小，安装和进出料等情况选择压力机台面积尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有零件能自由通过。选择压力机的闭合高度与模具是否匹配。模柄直径、长度是否与压力机滑块模柄直径、深度尺寸相当。压力机的行程次数应当保证有最高的生产率。压力机应该使用方便和安全。[5][5]——王芳主编《冷冲压模具设计指导》机械工业出版社为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力F压≥（1.6～1.8）F总的原则选取压力机，参照文献[6]表8-10开式双柱可倾式压力机主要技术规格初选公称压力为1000KN的开式双柱可倾式压力机。[6]——许发樾主编《模具设计应用实例》机械工业出版社第五章主要工艺参数计算5.1排样设计与计算在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。5.1.1选择排样方法冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是降低成本和保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施，故排样时应考虑如下原则：提高材料利用率。合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。模具结构简单，寿命长。保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。[4]因该工件是由圆弧和直线组成，且形状和结构对称，采用直排时材料利用率高，故选择直排。5.1.2确定搭边值排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边值要合理确定，搭边值过大，材料利用率低，过小时搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，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，因此确定搭边值时应考虑如下因素：材料的力学性能：软材料、脆材料搭边值要大一些；硬材料搭边值可小一些。材料的厚度：材料越厚，搭边值也越大。冲裁件的形状和尺寸：冲裁件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。排样的形式：对排的搭边值大于直排的搭边值。送料及挡料方式：用手工送料且有侧压装置的搭边值可小一些，用侧刃定距比用挡料销定距的搭边值小一些。卸料方式：弹性卸料比用刚性卸料的搭边值要小一些。搭边的作用主要有：（1）补偿误差的作用；（2）使凸凹模刃口双边受力均匀；（3）对于利用搭边拉条料自动送料的模具，搭边使条料有一定的刚度以保证条料有连续送进；（4）提高模具的寿命。由文献[4]表3-12搭边a和a1数值查得：a1=2.0mm，a=2.5mm5.1.3计算送料步距与条料宽度（1）送料步距条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。每次只冲一个零件的步距S的计算公式为：S=D+a式中：D——平行于送料方向的冲裁件宽度a——冲裁件之间的搭边值S=50x2+2=102mm（2）条料宽度条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃。因本副模具要求条料始终沿着导料板送进，所以模具结构中采用有侧压装置，则条料在有侧压装置的导料板之间送进时的计算公式如下[1]：条料宽度：B0-Δ=（Dmax+2a）0-Δ导料板之间距离：A=B+c=Dmax+2a+c式中：Dmax——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a——侧搭边值Δ——条料宽度的单向偏差c——导料板与最宽条料之间的间隙由参考文献[1]中表2.5.3条料宽度偏差查得Δ=0.6mm，由表2.5.5导料板与条料之间的最小间隙Cmin，查得Cmin=5mm。B0-Δ=（220+2x2.5）0-0.6=2250-0.6A=220+2.5x2+5X2=235mm5.1.4计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用材料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济指标。由文献[7]得一个进距内的材料利用率η可用下式表示：η=nA/BSx100%式中：A——冲裁件的面积n——一个进距内冲裁件数目B——条料宽度S——进距由文献查板材标准，所选板材宽度标准为（200mm～1000mm）的板材，根据材料的结构，选用宽=225mm的钢板，每条钢板可剪1张条料。则一个进距的材料利用率：η=nA/BSx100%=（180x60+∏x20x20-4x∏x7.5x7.5）/102x225x100%≈38.5%若考虑到料头料尾和边余料的材料消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率为：η=nA/BLx100%式中：n一张板料上冲裁件的总数目。A一个冲裁件的实际面积。L板料长度。B板料宽度。[7]——模具实用技术丛书编委会编《模具设计应用实例》5.1.5画出排样图图（5-1）零件排样图5.2计算工序压力5.2.1落料力的计算利用普通平刃凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算公式为：F=KLtζb公式中：F——冲裁力L——冲裁周边长度t——材料厚度ζb——材料抗剪强度K——系数系数K是考虑到实际生产中，模具间隙的波动和不均匀、刃口的磨损、板材力学性能和厚度、波动等因素的影响而绘出的修正系数。一般取K=1.3。冲裁周边长度的计算：L=（180+60）x2+2Лx20=605.6mm由文献[1]中表1.3.6查得ζb=400MPaF=605.6x2x400x1.3=629.824KN5.2.2顶件力的计算FD=KDF公式中：F——冲裁力KD——顶件力系数，由文献[1]表2.6.1查得KD=0.06则FD=0.06x629.824=37.79KN5.2.3冲孔力计算Fc=1.3Ltζb公式中：L=3.14x15x4=188.4mm则Fc=1.3x188.4x2x400=195.936KN5.2.4卸料力的计算FX=KXF公式中：F——冲裁力KX——卸料力系数，由文献[1]表2.6.1查得KX=0.03则KX=0.03x629.824=18.89KN故总冲裁力FZ=F+FX+FD+FC=629.824+18.89+37.79+195.936=882.44KN 根据计算结果，冲压设备拟选用J23-100A，该压力机与面具设计的有关参数为：公称压力：1000KN滑块行程：16mm～140mm滑块行程次数：45次/min最大闭合高度：400mm封闭高度调节量：100mm工作台尺寸（前后x左右）：600mmx900mm模柄孔尺寸（直径x深度）：60mmx80mm最大倾斜角：3005.3计算模具的压力中心冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心，为了保证压力机和模具正常工作，冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳，地工作，减少导向件的磨损，提高模具压力机寿命。冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力作用点的方法，由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以求合力作用点可转化为求轮廓线的重心，具体方法如下：按比例画出冲裁轮廓线，选定直角坐标系把图形的轮廓线分成几份，计算各部分长度…，并求出各部分重心位置的坐标（），（）…（）；按冲裁轮廓线下列公式求冲模压力中心的坐标值（）：[5]计算压力中心时，如图（5-2）把坐标原点取在工件的对称中心上，建立XOY，因为工件的形状关于X轴和Y轴对称，所以压力中心位于轮廓图形的几何中心O上，即其坐标为（0，0）。图（5-2）零件压力中心5.4计算凸凹模工作部分刃口尺寸计算原则：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，是冲裁模设计的一项重要工作。⑴设计落料模先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来获得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来获得。⑵根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。⑶不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙。⑷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，又要保证合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高2∽4级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6∽IT7级来选用。⑸工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。[1]5.4.1冲裁凸凹模刃口尺寸计算由工件图看，该工件是由圆弧和直线及圆构成的简单规则形状的工件，且为大批量生产，故冲裁此类工件的凸凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别制造法加工。凸凹模分别加工方法具有制造简单周期短，凸凹模具有互换性，便于成批制造。冲孔设冲孔尺寸为d0+Δ，根据计算公式得dT=（dmin+XΔ）0-δT落料dA=（dT+Zmin）0+δA=（dmin+XΔ+Zmin）0+δA落料设工件的尺寸为D0-Δ，根据计算原则得DA=（Dmax-XΔ）0+δADT=（DA-Zmin）0-δT=（Dmax-XΔ-Zmin）0-δT孔心距孔心距属于磨损后基本不变的尺寸，在同一工步中，在工件上冲出孔距为L±Δ/2两个孔时，其凹模型孔中心距Ld可按下面公式确定：Ld=L±Δ/8[1]上述公式中：DA——落料凸凹模尺寸dT、dA——冲孔凸凹模尺寸Dmax——落料件的最大极限尺寸dmin——冲孔件的最小极限尺寸L、Ld——工件空心距和凹模孔心距的公称尺寸Δ——工件制造公差Zmin——最小合理间隙X——磨损系数δT、δA——凸凹模的制造公差，按IT6～IT7级来选取为了保证初始间隙不超过Zmax，即δT+δA≤Zmax-Zmin，δT、δA选取必须满足以下条件δT+δA≤Zmax-Zmin。由工件图可知道，除了孔心距16±0.25mm，180±0.25mm有精度要求外，其它未注公差按IT14级计算，外形1000-0.87mm，R200-0.52mm，2200-0.15mm由落料获得，Φ150+0.43Zmin=0.130mmZmax=0.190mm[6]——郝滨海主编<<冲压模具简明设计手册>>化学工业出版社则Zmax-Zmin=0.190-0.130=0.060mm由公差表查得60±0.25mm,180±0.25mm为IT12级,取X=0.75mm,其余为IT14级,取X=0.5mm.因为该工件的形状是简单的圆弧和直线组成，则凸凹模分别按IT6和IT7级制造，故以下凸凹模公差由文献[1]中表2.4.1标准公差得：基本尺寸Φ150+0.432200-0.151000-0.87200-0.52凸模偏差Δt=0.020δT=0.030δT=0.025δT=0.020凹模偏差δA=0.020δA=0.045δA=0.035δA=0.025表（5-4）凸凹模制造偏差则冲孔：dT=（dmin+XΔ）0-δT=（15+0.75x0.43）0-0.020=15.30-0.020dA=（dT+Zmin）0+δA=（15.3+0.130）0+0.020=15.4300+0.020校核：|δT|+|δA|≤Zmax-Zmin0.020mm+0.020mm≤0.190mm0.040mm≤0.060mm（满足间隙公差条件）落料：DA1=（Dmax-XΔ）0+δA=（220-0.5x0.15）0+0.045=219.9250+0.045DT1=（DA1-Zmin）0-δT=（219.925-0.130）0-0.030=219.7950-0.030DA2=（Dmax-XΔ）0+δA=（100-0.5x0.15）0+0.035=99.9250+0.035DT2=（DA2-Zmin）0-δT=（99.925-0.130）0-0.025=99.7950-0.025DA3=（Dmax-XΔ）0+δA=（20-0.5x0.15）0+0.025=19.9250+0.025DT3=（DA3-Zmin）0-δT=（19.925-0.130）0-0.020=19.7950-0.020校核：0.035mm+0.025mm=0.06mm=0.06mm（满足间隙公差条件）0.025mm+0.020mm=0.045mm﹤0.060mm（满足间隙公差条件）0.030mm+0.045mm=0.075mm﹥0.060mm（不能满足间隙公差条件）因此，只能缩小220mm的δT、δA，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：δT≤0.4（Zmax-Zmin）=0.4x0.06=0.024mm，δA≤0.6（Zmax-Zmin）=0.6x0.02=0.012mm故：DA1=219.9250+0.012mmDT1=219.9750-0.024mm5.5弹性元件的选取与设计为了得到较平整的工件，本模具采用弹压卸料结构，使条料在落料、冲孔过程中始终处于一个稳定的压力之下，从而改善了毛坯的稳定性。5.5.1上卸料采用橡胶作为弹性元件选取橡胶作为弹性元件的原因是由于橡胶允许承受的载荷较大，安装调整灵活方便。根据工艺性质和模具结构确定采用一硬橡胶，形状是圆筒形。（1）橡胶的选择原则①为了保证橡胶正常工作，所选橡胶应满足预压力要求F0≥FX公式中：F0——橡胶在预压缩状态下的压力（N）FX——卸料力（N）②为保证橡胶不过早失效，其允许最大压缩量不应超过其自由高度的45%，一般取ΔH2=（0.35～0.45）H0公式中：ΔH2——橡胶允许的总压缩量（mm）H0——橡胶的自由高度（mm）橡胶预压缩量一般取自由高度的10%～15%。即ΔH0=（0.10～0.15）H0公式中：ΔH0——橡胶预压缩量（mm）故ΔH1=ΔH2-ΔH0=（0.25～0.35）H0而ΔH1=ΔH/+ΔH//公式中：ΔH/——卸料板的工作行程（mm），ΔH/=t+1，t为板料厚度ΔH//——凸模刃口修模量（mm）③橡胶高度与直径之比应按下式校核0.5≤H0/D≤1.5公式中：D——橡胶外径（mm）选择橡胶步骤根据工艺性质和模具结构确定橡胶性能、形状和数量，冲裁卸料用较硬橡胶。根据卸料力求橡胶横截面积A：为使橡胶满足压力的要求，F预=AP≥F卸，所以橡胶垫的横截面积与卸料力及单位压力之间存在如下关系：A=F卸/P确定橡胶垫的平面尺寸：圆筒形橡胶垫的外径为D，内孔为d，则横截面积公式为A=Л（D2-d2）/4，代入上面公式A=F卸/P后，可得外径D=。校核橡胶垫的自由高度，橡胶垫的自由高度H0与其直径应在下式范围内，即0.5≤H0/D≤1.5，确定橡胶垫的安装高度：H装=H0-H预[1]（3）卸料橡胶的设计计算如下表：项目公式结果备注卸料板工作行程h工作=h1+t+h27.5mmh1—为凸模凹进卸料板的高度1mm，h2—为凸模冲裁后进入凹模的深度4.5mm。橡胶的工作行程HIHI=+13mm为凸模总修磨量，取5.5mm,橡胶的自由高度H0H0=4HI52mm取HI为H0的25%橡胶的预压缩量H预H预=15%H07.8mm一般取H预=10%～15%H0每个橡胶承受的载荷F1F1=/41648.08N选用四个圆筒形橡胶橡胶垫的外径DD=184mmd为圆筒形橡胶的内径，取d=13mm;P=0.5Mpa校核橡胶垫自由高度0.5≤/D=0.615≤1.5满足要求橡胶垫安装高度=-44.2mm表（5-5）卸料橡胶的设计计算第六章选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸6.1确定工作零件6.1.1凹模凹模是在冲压过程中与凸模配合直接对冲裁件进行分离或成形的工作零件。1.落料凹模（1）落料凹模的外形结构及其固定方法凹模的外形结构为矩形整体式，采用螺钉和销钉直接固定在支承件上，凹模采用螺钉和销钉定位固定时，要保证螺钉（或沉孔）之间，螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具寿命。（2）落料凹模刃口形式冲裁凹模刃口形式有直筒式和锥形式两种。根据冲裁件的形状、厚度，尺寸精度及模具的具体结构，本副模具采用直筒式，其优点是刃口强度较高修磨后刃口尺寸不变，（3）落料凹模轮廓尺寸的确定凹模轮廓尺寸通常根据冲裁的板料厚度和冲件的轮廓尺寸或凹模孔口刃壁间的距离，按经验公式来确定，由文献[1]公式2.9.3，2.9.4计算得：凹模厚度：H=Kb=0.15x220=33mm凹模壁厚：c=（1.5～2）H=（49.5～66），取c=55mm凹模宽度：B=b+2c=220+2x50=330mm凹模长度：L取150mm（送料方向）凹模轮廓尺寸：150mmx330mmx33mm上式中：b——凹模刃口的最大尺寸（mm）K——系数，考虑到板料厚度影响，查表2.9.5得k=0.152．冲孔凹模4个Φ15mm冲孔凹模在落料凸模上，冲孔废料通过落料凸模内的弹性装置在上模回程时推出，冲孔凸模固定在下模座上。各冲裁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位置将压力中心与模柄中心重合，6.1.2凸模凸模是在冲压过程中，冲模中被冲制件或废料所包容的工作零件。（1）凸模的结构形式及其固定方法①落料凸模结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成台阶式，采用线切割机床加工，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n6）制造。②冲孔凸模因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，且台阶式的凸模强度刚性好，修磨方便，其工作部分尺寸由计算而得，所以冲孔凸模采用台阶式。一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。采用台肩固定，与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6或H7/n6）制造，最大直径的作用是形成台肩，以便于固定，保证工作时凸模不被拉出。（2）凸模长度计算：凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量、固定板与卸料板之间的安全距离、装配等需要。落料凸模长度计算由文献[1]得，当采用弹压卸料板时，其凸模长度按公式2.9.2得：L=h1+h2+t+h公式中：L——凸模总长度h1——凸模固定板厚度，取h1=18mmh2——卸料板厚度，取h2=15mmt——材料厚度，t=2mmh——增加长度，它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5～1）mm，凸模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取10mm～20mm，取h=15mm。则落料凸模的长度：L=18+15+2+15=50mm冲孔凸模的长度计算由参考文献[7]同时由零件图可知，冲Φ15孔的凸模长度：L=t1+t2+L1公式中：L——冲孔凸模的长度t1——凸模固定板厚度（mm）t2——顶件块的厚度（mm），取50mmL1——附加长度，包括凸模进入凹模的深度0.5mm～1mm，取1mm；总修磨量6mm～12mm，取8mm；凸模固定板与卸料板之间的安全距15mm～20mm，取15mm。则L=22+50+1+8+15=96mm（3）凸模强度校核在一般情况下，凸模的强度是足够的，无须进行校核，但特别细长的凸模或凸模的横截面积很小而冲裁的板件厚度较厚时，必须进行承压能力和抗纵弯曲能力校核。其目的是检查凸模的危险断面尺寸和自由长度是否满足要求，以防止凸模纵向失稳和折断。6．2定位零件的设计冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位；一是在与条料垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进，称为送进导向；二是在送料方向上的限位，控制条料一次送进的距离（步距）称为送料定距。控制送料步距的定位，称为挡料；控制条料宽度方向上的定位，称为导料。[1]根据坯料形式、模具结构、冲件精度和生产率的要求，控制条料的送进方向采用导料板，有侧压装置；送料步距控制采用活动挡料销。采用侧压装置时应注意以下几点：⑴在条料厚度小于0.3mm时，不能采用侧压。⑵当用滚轴自动送料时，不用侧压，因由于侧壁摩擦，会阻碍送料。由于弹簧压块式是利用弹簧的弹力作用，所以侧压力较大，冲裁厚料时使用。[8][8]—王孝培主编《冲压手册》机械工业出版社。起定距作用的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件，规格由文献[6]中表15.48查得挡料销JB/T7649.9dxl弹簧GB2089螺塞GB22508x160.8x8x20AM12x1.25图（6-2）活动挡料销6.3导料销的设计导料销是对条料或带料的侧向进行导向，以免送偏的定位零件。导料销一般设有两个，并位于条料的同侧，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。导料销有固定式的和活动式的，本副模具采用固定式导料销，其标准结构由文献[6]得，导料销材料一般用T7、T8，热处理硬度为46～52HRC，粗糙度1.6μm下，装配时采用H7/s6，本副模具的导料销材料用T8。6.4卸料部件的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为15mm，卸料板采用Q235钢制造，淬火硬度为40～45HRC。6.4.1卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M10×10mm，卸料钉尾部留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出端面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。6.5模架及其他零部件设计6.5.1模架根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选取I级精度的后侧导柱模架。由文献（5）中表2-41得后侧导柱模架。以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格，即：上模座尺寸：325mm×290mm×45mmHT200GB/T2855.5-90下模座尺寸：325mm×290mm×60mm，HT200GB/T2855.5-91导柱d/mm×L/mm尺寸为：φ28mm×200mm，20钢；因为钢质模座强度更高，加工工艺好，故采用钢质模座代替普通的铸铁模座。导柱、导套渗碳深度为0.8～1.2mm（1）导向零件的制造模具导向零件是模具重要零件之一，其质量的好坏，对模具的制造精度、使用寿命和产品成形质量有着非常重要的作用。导柱和导套属于轴类和套类零件，一般是由内、外圆柱表面组成。其加工精度要求主要体现在：内、外圆柱表面的表面粗糙度及尺寸精度，各配合圆柱表面的同轴度等。导向零件的配合表面都必须进行精加工，而且要有较好的耐磨性。一般导向零件配合表面的精度可达IT6，表面粗糙度Ra=0.2～0.1μm。对精密的导向零件配合表面的精度可达IT5，表面粗糙度Ra=0.1～0.05μm。导向零件的形状比较，加工方法一般采用普通机床进行粗加工和半精加工后在进行热处理，最后用磨床进行精加工，消除热处理引起的变形，提高配合表面的尺寸精度和减少配合表面的粗糙度。对于配合要求高、精度高的导向零件，还要对配合表面进行研磨，才能达到要求的精度和表面粗糙度。[4]（2）模具的闭合高度根据该模具的结构，本模具的闭合高度为：H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7+H8+H9+H10-H11公式中：H——模具闭合高度H1——上模座厚度，取45mmH2——上模垫板厚度，取18mmH3——凸凹模固定板厚度，取30mmH4——橡胶的高度，取44.2mmH5——凹模的厚度，取33mmH6——下模垫片的厚度，取22mmH7——下模座厚度，取60mmH8——冲孔凸模固定板厚度，取22mmH9——落料凹模固定板厚度，取22mmH10——卸料板厚度，取15mmH11——落料凸模冲裁后进入凹模的深度，取4.5mm则H=35+18+30+44.2++33+22+22+60+22-4.5=290.7mm可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-100A的最大装模高度（400mm），可以使用6.5.2模柄模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件，对它的基本要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠连接。因为采用球面浮动式模柄可以减少冲压设备或模具安装时的误差对模具的比利影响，故选取浮动式模柄。（必须注意，采用浮动式模柄时，导柱千万不能离开导套，否则可能产生严重的机床和人身事故）由文献[5]中表2-38浮动模柄查得模柄的标准尺寸如下：图（6-5-2）浮动模柄图基本尺寸零件件号、名称及标注编号dDD1H1234508513027凹球面模柄GB2862.6-81凸球面垫块GB2862.6-81锥面压圈GB2862.6-81螺钉GB70-7650x8385x12130x22M10x30表（6-5）浮动模柄标准尺寸6.5.3固定板、垫板（1）凸模固定板将凸模或凹模按一定相对位置压入模具固定后作为一个定位的零件安装在上模座或下模座的板件上。模具中最常见的凸模固定板，分为圆形固定板和矩形固定板两种，主要用于固定小型的凸模和凹模。固定板的设计应注意以下几点内容：①凸模固定板的厚度一般取凹模的0.6～0.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。②固定板上的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6，凸模压装后端面要与固定板一起磨平。③固定板的上、下表面应磨平，并与凸模安装孔的轴线垂直。固定板基面和压装配合面的表面粗糙度为Ra=1.6～0.8μm，另一非基准面可适当降低要求。④固定板材料一般采用Q235或45钢制造，无需热处理淬硬。[4]根据模具的工作的结构特点以及满足工作时的受力要求，这里取凸、凹模固定板的厚度为30mm，下固定板的厚度为22mm，采用Q235制作。（2）垫板垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，保护模座一面被凸模端面压陷。模具中最为常见的是凸模垫板，它被装于凸模固定板与模座之间。垫板外形尺寸可与固定板相同，其厚度一般取4～15mm，根据模具结构特点这里取垫板的厚度为H=15mm。垫板材料为45钢，淬火硬度为43～48HRC。垫板上、下表面应磨平，表面粗糙度为Ra=1.6～0.8μm，以保证平行度要求。为了便于模具装配，垫板上销钉通过孔直径可比销钉直径增大0.3～0.5mm。[4]6.5.4螺钉与销钉螺钉与销钉都是标准件，按国家标准选用。螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉。选用螺钉、销钉应注意以下几点：①螺钉要均匀布置，尽量置于被固定件的外形轮廓附近。当被固定件为圆形时，一般采用3～4个螺钉，当为矩形时，一般采用4～6个。销钉一般都用两个，且尽量远距离错开布置，以保证定位可靠。②螺钉之间、螺钉与销钉之间的距离，螺钉、销钉距刃口及外边缘的距离，均不应过小，以防降低强度。③内六角螺钉通过孔及其螺钉装配尺寸应合理。④连接件的销孔应配合加工，以保证位置精度，销钉孔与销钉采用H7/m6或H7/n6过渡配合。螺钉、销钉规格应根据冲压大小，凹模厚度等确定螺钉规格，本副模具选用圆柱头内角螺钉和圆柱销，按文献[1]中表2.9.14螺钉规格选用查取：凹模厚度H=33mm，螺钉规格有M10和M12，取螺钉规格M12，由文献[9]中表3-6螺钉直径与间距