【针对一种支架零件的一套多工位级进模具设计15000字（论文）】

针对一种支架零件的一套多工位级进模具设计摘要本设计说明书是针对大批量生产一种支架零件所设计的一套多工位级进模具，其中包含了冲孔，落料，弯曲等多种成型工艺。在本篇设计说明书中开头简单地对冷冲模具行业的现状及其发展趋势进行了介绍与分析。主要内容是对支架零件工艺方案的分析和确定、材料利用率的计算及排样设计、冲压力与压力中心的确定、工作部分的尺寸计算。并根据以上理论数据，设计了模具相关的部件：凸模、凹模、卸料板、凸模固定板等。本设计采用了后侧导柱导套模架，选取了J23-10压机。对零件的设计和压力机规格进行了必要的校核和计算。设计中使用了少废物的排布方法和自动定心装置。关键词：级进模，压力机，冲孔，弯曲目录摘要 2ABSTRACT 3绪论 7第一章冲裁件的工艺性分析 91.1工件的工艺分析 91.1.1冲裁工艺分析 101.1.2弯曲工艺分析 10第二章工艺方案的分析与确定 112.1冲压工序的组合 112.1.1工序分析 112.1.2可行性工艺方案 112.2工艺方案确定 122.2.1模具结构初步确定 122.2.2弯曲件展开尺寸计算 12第三章排样设计 153.1搭边与料宽 153.2确定零件排样方案 153.3计算材料的利用率 17第四章冲裁工艺力的计算 184.1冲裁力的计算 184.2压力中心计算 20第五章冲压设备的选择 225.1冲压设备类型的选择 225.2确定设备的规格 22第六章模具工作部分设计计算 236.1冲裁间隙 236.1.1对冲裁件质量的影响 236.1.2对模具寿命的影响 246.1.3对冲裁力、卸料力的影响 246.2合理间隙的选用 246.3模具刃口尺寸的计算 266.3.1落料部分刃口设计计算 286.3.2冲孔部分刃口设计计算 296.3.3孔心距的计算 306.4弯曲部分工作尺寸的计算 30第七章模具总体设计 347.1模具类型的选择 347.2定位方式的选择 347.3卸料、出件方式的选择 347.4导向方式的选择 34第八章主要零部件设计 358.1模具材料的选择 358.1.1模具材料 358.1.2材料的性能 358.2落料凹模设计 358.2.1落料凹模刃口形式 358.2.2落料凹模外形和尺寸的确定 368.2.3凹模的设计 378.3冲孔凸模 378.3.1冲孔凸模的固定形式 378.3.2冲孔凸模长度的确定 388.3.3冲孔凸模的结构 388.4卸料零件的设计 398.4.1卸料装置的结构形式 398.4.2卸料板厚度的确定 39第九章标准件的选择 409.1模架及模柄的选择 409.2凸模固定板及垫板的选择 409.3模具闭合高度的校核 409.4导柱、导套的选择 41第十章绘制模具装配图 42结论 41参考文献 42致谢 43绪论模具的发展作为国家现代化水平的重要指标，在中国方面，历经了数十载的曲折道路与发展，才逐步开始形成模具方面的工业，从前我国模具完全依靠进口，到现如今一部分已经可以自给自足，而另一部分还是需要引进。即便如此，有一些精密模具是不能只通过进口就能满足生产的需要。还是要通过不同的技术加工和对各式各样设计软件的操作使用，才能更加便利模具的设计及对其的使用。现代信息科技产业的蓬勃发展，也使得模具行业的设计制造更加靠近国际。在计算机辅助设计制造（CAD/CAM）的模具技术领域不断地发展研究和应用，让模具设计制造的效率方面有了质的提升，同时还降低了生产的周期。其中极为有代表性的就是ProE、SW、UG等软件，它们都为模具行业的进步贡献出了动力。更值得一提的是，在模具质量和制造工作人员的劳动工作量方面，CAD/CAM模具制造技术也起到了不可小觑的作用，这就可以让优秀人才更多地精力投放到对新事物的创新和能源发展等方面，从而形成优质的良性循环。数控技术、EDM、线切割技术等多样的现代技术在模具领域的快速发展与有效广泛地运用使模具的生产与工作更加智能化、自动化。国内外对于模具的制造和生产越来越统一，越来越规范标准，常规部分使用的频率提高使得国内外模具的可互换性有了质的飞跃。这方面的发展，促进了国内国外、不同地区之间的交流与合作，对模具制造整个行业的水平起到了不可忽视的作用。想要改良现有的冲压技术就必须对成形理论基础有深刻地研究。现如今的模具领域里，国内外对于冲压材料的性能、材料工艺应力应变的解析、金属板料应变变形的研究、胚料与模具的相互作用等方面都有着意义非凡的理论研究作为基础。比如，这几年开始实践采纳的塑料成形加工工艺的计算机模拟仿真技术（有限元FEM）等方法，通过对金属塑性成形工艺的模拟，分析其结果，工作人就能够对工艺设计计划的可行性和在此可能会发生的质量问题有所预见，然后在计算机中对参数进行修改，从而得到最优的设计方案和成品。这样一来就可以减少为了试验而在模具上花费的高价成本以及模具的循环也可以得到缩短。这一技术有赖于这些年计算机技术的飞速发展和塑性变形理论的不断完善。冲压工艺主要是运用在钣金零件的加工上，作为基本的塑料加工方法之一，所以我们也可以叫它钣金冲压。冲压工艺不仅限于金属板料的加工，同时也可以对非金属板料进行加工。在冲压加工的过程中，因为板料自身与模具的相互作用，会使内力产生一定的内部变形。当变形到了相应的程度后，板料胚样或其粗糙面的其中一些内力会发生变形，这样就可以得到不用形状、尺寸和性能的工件了。冲压模具的生产能够生产其它加工方法都无法生产的工件和一些较复杂的工件。模具精度可以使冲裁生产的工件的尺寸精度得到保证，其质量是可靠稳定的，所以可以不用机器加工就可以投入使用。而冲压加工对于胚料是没有加热要求的，也不需要大量地进行材料切割，所以冲压相较于其他加工方法会更加节约材料。冲压出来的工件的表面质量也更优。就算加工大批量的出自冶金工厂的轧制板料亦或是带料作为原材料，也不会在加工过程中损坏到材料的表面。综上所述，冲压工艺无疑可以称得上是一种质量好且加工成本低的方式方法。用它产出的产品普遍都会有重量轻、刚性好等优点。冲压加工在各个领域都坐拥着非常重要的不可替代的位置，比如：汽车，电机，仪器，航空，电气，拖拉机，仪表盘，民用工业产品，军事器械生产等。冲压生产也可以作为衡量一个国家工业是否现代化，先进化的标准。在我国现代化的进程中，冲压生产占据了一席之地。当今社会，随着高科技的稳步发展，冲压工艺也在与时俱进地发展与更迭，主要可以体现在如下这几个方面：（1）工艺分析计算方法的现代化（2）模具设计与制造技术的现代化（3）冲压生产的机械化和自动化（4）新的成型工艺以及技术的出现（5）不断增进板料性能，提高板料成型能力及使用效果。支架在保护安全方面发挥着很大作用。它可以防止火灾所引发的一系列故障，所以灭火器会配合支架投放在各个有人迹的角落。本文通过对支架的工艺性能的分析，描述对支架级进模设计的整体结构和相关的排样方案对比，通过对支架级进模具的设计让我自己对模具有了更深一个层次的认识和见解，与此同时在绘图的过程中巩固提升了对AUTOCAD等制图软件的操作与运用。在设计此支架模具的时候，让我对其结构和作用有了更加透彻的了解，为日后设计其他冲压模具时增添了丰富的参考经验。第一章冲裁件的工艺性分析冲压具有多种分类形式，如果要按照冲压的工艺这一角度来分类的话，具体就可以分成分离工艺和成形工艺两个部分。我们把顺着某一个特定的轮廓线加工使工件与板料分离开来称为分离工艺，也可以称为冲切工艺。如果能在非破碎的条件下使材料发生塑性变形，从而达到期望的工件尺寸和外形，那么我们称之为成形工艺。放眼实际工厂加工生产的过程中，一件工件往往需要运用到拉伸、弯曲、冲压、切割、凸起、旋转、修正等等多种冲压工艺来完成。想要冲裁出合格的零件，合适的模具是很重要的因素。因为模具的精度和结构不同，冲出的零件的成型结果和尺寸精度都会有所出入。制造一副模具所需的成本以及其能使用的寿命长短也直接影响着零件的制作成本和制造质量。对于把大量的时间花费在模具的设计制造上，那么就会增加对零件的生产准备的时间。复合模具（一般小批量生产），连续模具（一般批量生产）和快速更换模具（批量生产）的开发运用，起到了减少生产准备的工作量，缩短模具制备所花费的时间，减少冲压加工的前期准备量，缩短制备时间的重要作用，所以可以优先应用到批量生产的冲压件中，同时合理应用到小批量和多品种的生产中。冲压设备通常采用的是机械压力机，有些情况下会运用厚板加液压力机。将现代的高速多工位机械压力机作为加工中心，以压平、开卷、收集成品、运输机械模具库及迅速换模装置作为辅助，同时用计算机程序进行控制，就能达到高效率生产的自动化冲压生产线的目标。在工厂的实际生产中，对工件的产量需求往往是很大的。每台机床每分钟都需要生产数十件的工件，而这么多工件如果都要在规定时间内沿着送料、冲压、出件、废料等正确工序走完全程，往往会导致工人，设备及工件质量等多方面的事故。所以，在冲压的同时，安全是一个不可忽视的问题。我们一般将冲压零件的过程视为冲压过程中冲压工件的难易程度。如果在冲压一个零件时，它所运用到的方法不难，不会太过消耗模具自身寿命，生产率高的同时成本较低，并且产出的工件合格率高的话，那么可以称它的冲压工艺好。所以，冲压的形状，尺寸精度，材料和厚度等方面要符合冲压工艺的要求，这对于支架的质量，模具寿命及冲压生产效率都有着巨大的影响。1.1工件的工艺分析产品结构如图1-1所示，料厚0.8mm，材料H62，未注圆角R0.5。图1-1支架1.1.1冲裁工艺分析1）审图：支架外形简单，弯曲可以两次成型。支架尺寸标注齐全，未注圆角。零件未标注公差等级，建议采用经济精度，精度IT12级，成型简单。2）支架尺寸齐全，无精度要求，采用精度IT12级，材料为H62，抗剪强度为250~370,抗拉强度为320~460,伸长率为28%，屈服强度为280。支架精度要求不高，所以可大批量生产。3）支架需要冲一个直径为1.9mm的圆孔，圆孔到边的距离为1.65mm，到折弯边的孔距大于t+r的料厚，所以不需要考虑加工过程中造成的材料变形。综上所分析，该零件适合进行冲裁工艺加工。1.1.2弯曲工艺分析1）该零件尺寸齐全，选用精度为IT12级。2）支架材料为H62，拥有良好的抗剪性能，抗拉性能，零件有两处弯曲，因弯曲的尺寸小，可通过弯曲到合格要求。3）零件形状简单，可以采用一出二对称弯曲。4）零件表面平滑光整,没有毛刺,不易发生断裂,有良好的塑性,适用于弯曲工艺加工。第二章工艺方案的分析与确定2.1冲压工序的组合冲裁工序主要分为：单工序冲裁、复合工序冲裁以及连续冲裁。冲裁方式根据下列因素确定：1.根据生产批量来确定对此大批量生产的支架来说采用复合模或级进模较合适。2.根据冲裁件尺寸和精度等级来确定复合工序冲裁所得到的工件尺寸精度等级较高，相比之下，连续工序冲裁比复合工序冲裁的工件尺寸精度等级低。3.根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定本支架的尺寸较小，由于单工序送料生产效率不高且操作不便，所以一般在加工时选用复合模冲裁或连续模冲裁。连续模冲裁还可以满足形状复杂、宽度小的异形工件的冲裁要求。4.根据安装调整模具时的难易程度和成本高低来确定如果是加工简单形状的冲裁工件，那么选用连续模冲裁会比复合模冲裁更加适合，因为连续模冲裁在模具制造安装调整方面会较为容易，并且成本也不高。5.根据操作是否方便与安全来确定复合模冲裁的出件和清理废料都比较困难，运作时的安全性较差，连续模冲裁相较更为安全。2.1.1工序分析支架结构简单，可以满足冲裁要求，可选用冲孔-落料-弯曲-切舌来完成。2.1.2可行性工艺方案1）单工序工艺即用落料、冲孔、弯曲、切舌，多副模具分别完成所以工序。2）级进工艺即冲孔、落料、弯曲、切舌等多个工位一套模具。3）复合工艺即采用一副复合模和弯曲模冲裁完成。分析比较：1）单工序模：结构简单，制造成本低，精度难以保证，占用设备较多，工人较多，生产效率很低。2）级进模：工件精度能够得到保证的同时能够让机器自动化生产，生产效率更高，但模具的结构会比较复杂，制造的成本也随之提高。3）复合模：工件内外形的精度高，生产效率高，但结构更加复杂，制造起来相对困难。2.2工艺方案确定经过综合分析最后选择了方案二，此支架需要通过冲裁、弯曲和切舌三种工艺来完成，要做到大批量生产，但尺寸不大，精度要求不高，选用级进模进行加工，就能更加提高生产效率。2.2.1模具结构初步确定确定冲压工艺方案以后，应通过分析比较，选择合理的模具结构型式，使它尽可能满足以下要求：能冲出符合技术要求的工件；能提高生产效率；模具制造和修模方便；模具有足够的寿命；模具方便安装调整，工人操作时方便、安全。此工件需要冲孔-落料-弯曲来完成，选用级进模批量生产。选用弹压卸料，最后废料从凹模表面掉落，成形工件在凹模表面滑落，送料方式定为自动横向送料，导向方式为滚动导向。在模具上配有顶杆、导正销。模架选用后侧导向模架。2.2.2弯曲件展开尺寸计算1）展开尺寸计算：结合制件尺寸可知：考虑到弯曲变形时弯曲的圆角部分厚度严重减小，而且与圆角部分相邻的直角边部分厚度也会有一定的减小，所以选择使用变形完成前后中性层长度不改变这样一条件来确定长度。图2-1弯曲展开示意图1）当R=0,折弯角(T<1.2,不包括1.2mm)L=A+B+K=A+B+0.4T上式中取:λ=T/4K=λ*π/2=T/4*π/2=0.4T2）当R=0,(T≧1.2,含1.2mm)L=A+B+K=A+B+0.5T上式中取:λ=T/3K=λ*π/2=T/3*π/2=0.5T3）当R≠0L=A+B+(R+λ)*π/2当R≧5T时 λ=T/21T≦R<5T λ=T/30<R<T λ=T/4(实际展开情况除去尺寸计算的方法外，还能在确定中性层位置之后，使其发生偏移再测量其长度)根据公式3计算：L=4.9+7.7+(0.5+0.8/4)×π/2=13.7mm通过公式计算出来的展开尺寸为13.7mm。图2-2工件展开图第三章排样设计排样时需考虑如下原则：1）提高材料利用率2）排样方法合理，方便操作，降低劳动强度，提高安全性。3）模具结构简单、寿命长。4）保证工件的质量和工件对板料纤维方面的要求。3.1搭边与料宽我们把相邻的两个工件间的多余板料或工件与条料边缘的多余板料定义为搭边。因为在定位的时候无法避免的会产生一定的误差，为了补偿这种误差带来的影响，同时也为了确保条料的刚度和工件的质量，方便送料等等，所以我们需要设置一定合理的搭边值。搭边值设计要合理，取值过大，会降低材料的利用率；取值过小，搭边的强度与刚度不能得到保证，冲裁时就易发生变形和断裂，不仅会增大工件的毛刺，一些时候甚至单边产生模具间隙，冲裁力不均匀分布，导致模具刃口遭到损坏。所以，在取值时侧面宽度最小值最好大于塑性变形区宽度，一般希望与材料的厚度相等。影响搭边取值大小的因素有很多，主要有：材料相应的力学性能、工件厚度、工件的形状尺寸、排样形式、送料，挡料及卸料方式的选择等等。搭边值可以通过经验来确定，本设计中支架的材料厚度δ=0.8mm，查表得到搭边工作间。3.2确定零件排样方案想要设计多工位连续级进模，第一步要设计工件排样图。工件的排样指的是工件在带料、条料或板料上的布置形式，也可简单称为排样。一个排样设计是否合理，主要要看它是否能在保证工件质量、简化模具结构的同时，用至少的材料消耗，制作出至多的质量合格的工件。针对本次设计最后选择了有废料的排样方式，虽然这会一定降低材料的利用率，并且降低冲裁力会一定影响到工件的外形尺寸公差等级，但是本次冲裁的支架外形不算太复杂，且尺寸为自由尺寸，所以有废料排样会更为合适。即使无法避免废料的产生，但还是会通过计算得出利用率最高的排样方式，如图3-1所示:图3-1横排有废料排样送料步距A=D+a1其中D——向的冲裁件宽度a1——冲裁件之间的搭边值故A=D+a1=6+1.2=7.2mm条料宽度一般确定原则：条料宽度最小值要保证冲裁时工件周边有足量的搭边值，条料宽度最大值要能保证条料在冲裁时顺利地送进导料板之间，并且与之保留一定的间隙。当用孔定距时，可按下式计算条料宽度B-Δ=(+2a)-Δ=(28.6+2×1.5)-0.5=31.6-0.5mm式中B——条料的宽度（mm）；——冲裁件垂直于送料方向时的最大尺寸（mm）；a——侧搭边值；Δ——条料宽度的单向（负向）公差；剪切条料宽度偏差Δ=0.5mm,因此B=31.6-0.5=31.1mm。图3-2排样图3.3计算材料的利用率式中S1——个布距内零件的实际面积；S2——个布距内所需毛坯面积；送料布距为7.2mm条料宽度为1.6mm代入已知数据，可得一个步距的材料利用率：第四章冲裁工艺力的计算4.1冲裁力的计算冲裁力计算可以分为对冲压力的计算、卸料力的计算、推件力的计算、顶件力的计算之总和。凸凹模发生相对运动后，冲裁件与金属板料分离，其中产生的力就是冲压力，冲压力的大小是与材料的力学性能、厚度和冲裁件的周长等等一系列因素影响着。冲压力是模具设计不可缺少的参数，它关系到冲压机床的选择。只有计算出冲裁力才能选择出合适的冲压设备和模具模架。一般来说，选择冲压设备时，它的公称压力要大于理论的冲压力数值。选择完模具后，必须对模具进行检核以保证它能够承受住理论冲压力数值所提出的冲压要求。冲裁力数值受到材料的力学性能、厚度以及工件分离的轮廓长度这些因素的影响。在此次设计中，在节约成本同时保证工件质量的情况之下，最后选择使用平刃口模具来进行冲裁，冲裁力即F（N）：（4-1）上式引自文献[2]P50式（2-1）。式中L——冲裁件周边长度（mm）；t——材料厚度（mm）；τ——材料抗剪强度（MPa）；——系数。由于模具的刃口会有磨损，且间隙之间存在浮动，材料的力学性能会发生改变，材料的厚度也会存在一定的偏差，所以一般我们取K=1.3。材料的抗剪强度（MPa），取。落料力计算：冲孔力计算：卸料力计算：顶料力计算：弯曲力计算：由于弯曲件在冲压结束时受到了模具的压力校正，所以弯曲校正力按以下公式计算出近似值：（4-2）式中弯曲校正力，N；q单位校正力，MPa，其实见表4-1；A冲裁件受到校正的部分所产生的投影面积，。表4-1单位校正力q材料单位校正力q≤1＞1~2＞2~5＞5~10铝15~2020~3030~4040~50黄铜20~3030~4040~6060~8010~20钢30~4040~5060~8080~10025~30钢40~5050~6070~100100~120切舌力计算：综上所述，总的压力为：K—卸料力系数（0.02～0.06）。如下所示：表4-2卸料力、推件力和顶件力系数料厚（mm）K卸K推K顶钢≤0.1>0.1～0.5>0.5～2.5>2.5～6.5>6.50.065～0.0750.045～0.0550.04～0.050.03～0.040.02～0.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝铝合金紫铜黄铜0.025～0.080.02～0.060.03～0.070.03～0.09注：表4-2引自文献[2]。卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。4.2压力中心计算对于压力中心的计算，先绘制凹模型口图，如图4-2所示。如图所示，建立xoy坐标系在凹模型口图的对称中心上，将冲裁轮廓线按集合图形分解为若干基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（0，0）。假设选定使用J23-10冲床，模柄孔Φ30，压力中心依旧在模柄孔的投影面积范围内，满足要求。图4-2凹模型口图其计算公式如下：（4-2）（4-3）式（4-2）、（4-3）引自文献[2]。式中：——各图形冲裁力的x轴坐标（mm）；——各图形冲裁力的y轴坐标（mm）；——各图形冲裁周边长度（mm）。第五章冲压设备的选择5.1冲压设备类型的选择此设计中包括冲孔、弯曲、切舌三个工序，生产批量为大批量生产，工件的几何尺寸精度要求不高，考虑到以上几个因素，最后选用开式曲轴压力机，它的特点是成本较低，能在三个方向上进行操作，即使刚度不够高，且会缩短模具自身寿命。开式曲轴压力机在实际中广泛运用于中小型冲压件，弯曲件和拉拔件的生产，符合此次支架设计生产的要求。5.2确定设备的规格压力机闭合高度H的定义：滑块在下死点时，工作台面与滑块下端面之间的距离。常见的压力机一般都可以调节连杆的长度和闭合高度，所以这样一来，压力机就会有最大闭合高度和最小闭合高度。设计模具时，模具的闭合高度的数值应该满足下式：对于压力机的选择方面，考虑到工件的精度要求，参考文献[2]初定J23-10压力机，其主要技术参数如下：公称压力：100KN滑块行程：45mm最大封闭高度：180mm封闭高度调节量：35mm工作台孔径（前后×左右）：150mm×170mm模柄孔尺寸（直径×深度）：Φ30mm×35mm第六章模具工作部分设计计算6.1冲裁间隙冲裁间隙的数值大小作为模具设计里尤其重要的工艺参数，影响着冲裁件的质量、寿命和冲裁力。6.1.1对冲裁件质量的影响凸凹模之间的间隙大小与他们是否分布均匀，模具自身结构以及最大的制造精度，模具刃口的状态好坏，选用材料的性能等等无一不影响着一件冲裁件的质量。其中，凸凹模之间间隙大小及其分布状态是最主要的因素。如果冲裁出的工件的断面光滑平整，没有毛刺、裂痕、夹层等加工缺陷，形状和尺寸精度皆符合冲裁要求，那么我们可以称这件冲裁件质量较好。综上，看冲裁件质量是好是坏，主要就是看断面的质量，形状误差以及尺寸精度。一件冲裁件实际测量出的尺寸减去规定尺寸，所得出的差值称为这个冲裁件的尺寸精度。差值与精度是成反比例的关系，差值越小，证明这件冲裁件的精度越高。在冲裁的过程中，工件会受到了拉弯、冲压等作用力的影响发生形变，在冲裁过程结束后，进行脱模工序的过程中工件产生弹性恢复，这就是产生相对于凹模、凸模的尺寸偏差的原理。偏差值分为正偏差和负偏差，如果凸模，凹模之间的间隙不合适，那么偏差值也会愈大。上面所描述的偏差值再加上模具制造偏差，都包括在冲裁件尺寸精度的差值范围之中。以上是针对制造精度确定的情况下进行的讨论分析，凸、凹模间隙相较于模具本身制造精度对冲裁件精度的影响，要来的小很多。在模具刃口精度低的情况下，是无法保证加工出高精度的冲裁件的。表6-1是关于模具制造进度和冲裁件精度之间的关系的，引自文献[2]表2-3。表6-1冲裁件精度冲模制造精度材料厚度t(mm)0.50.81.01.52345681012IT6～IT7IT7～IT9IT9IT8--IT8IT9-IT9IT10-IT10IT10IT12IT10IT12IT12-IT12IT12-IT12IT12--IT12--IT14--IT14--IT14--IT14模具磨损和模具刃口在压力作用下的弹性变形也会影响间隙和冲压件的应力状态变化，对冲件的质量将产生全面的影响。6.1.2对模具寿命的影响一般地，我们通过计算冲出合格工件所需要的冲裁次数来衡量一副冲裁模具的寿命，并分为前后刃磨间的寿命和完全磨损后的总寿命。模具在冲裁过程中可能会发生如磨损、折断、崩刃、啃坏等多形式的损坏。模具的间隙大小，材料精度、表面粗糙度及其特性，冲裁件轮廓形状和润滑条件等都影响着一副模具的寿命。其中，模具的间隙作为主要因素。模具刃口受到磨损会使刃口钝化且增大间隙，冲裁件的尺寸精度就会受到影响，冲裁力的增大会使断裂面更加粗糙。裂纹发生点会跟随刃口的钝化从刃口的端面处发生偏移，移动到刃口磨损部分的终止处，这样一来就会引起毛刺的产生，凸模刃口钝化所产生的的毛刺会发生在工件上，凹模刃口钝化所产生的毛刺则多在孔上，因此在加工时要多考虑到模具的磨损。增大间隙使2/t为原来的15％~25％，这样可以使模具的寿命增高至原来的3~5倍，如果无法避免的小间隙，那么就要通过增加模具硬度和制造精度或保证刃口部分得到充分润滑的方法来减少磨损所带来的影响。6.1.3对冲裁力、卸料力的影响当间隙减小时，片材对片材的冲压接近挤压状态，相应的的拉伸应力随之减小，压缩应力逐渐增加，片材不会轻易发生开裂，因此冲压力增加;反之，则拉伸应力增加，片材会容易发生开裂，因此冲压力降低。持续增加间隙值的话，凸起与凹模边缘的裂纹不重合，引起二次断裂的发生，冲压力下降减慢。6.2合理间隙的选用从上述分析能够看出，作为冲裁时最主要的工艺参数，凸模、凹模间隙值在工件质量、模具寿命、卸料力、冲裁力等方面都有着极大的作用与影响。所以在设计一副模具时，合理的凸、凹模间隙值是尤为重要的，这可以使冲裁出的工件有良好的端面，较高的尺寸精度，增长模具的使用寿命，需要的冲裁力也会较小。在实际的生产中为了满足以上各种基本的要求，在顾虑到模具制造偏差和冲裁过程中发生的磨损的情况下，一般会选定一个适合的范围来冲出合格的工件。范围两边的边界值被分别称为最小合理间隙和最大合理间隙。通常在确定间隙范围时，我们会使用查表法或者理论计算法这两种方法。图6-1合理冲裁间隙的确定（一）理论计算法上图6-1所示的几何关系中可得出计算合理间隙的公式：（6-1）式（6-1）引自文献[2]P56式（2-5）。式中——裂纹产生时凸模压入的深度（mm）；——料厚（mm）；——最大切应力方向与垂线间夹角（即裂纹方向角）。由式（6-1）可知，间隙Z与板材厚度t、相对压入深度、裂纹方向角β有关。而、β又与材料性质有关，表6-2为常用材料的与β的近似值。从表中可以得出，板材力学性能及其厚度是影响间隙值的主要因素。板材越厚、越硬或塑性越差，越小，合理间隙数值越大。材料越软，越大，合理间隙数值越小。材料硬化后，实际较表中要小10%左右。式中，将定义为材料的品质系数。由于这种方法用起来不方便，所以目前生产上普遍使用的是查表选取法。表6-2h0/t与β值材料（%）βt<1t=1～2t=2～4t>4软钢中硬钢硬钢75～7065～6054～4770～6560～5547～4565～5555～4844～3850～4045～3535～255°～6°4°～5°4°（二）查表选取法根据上述分析，选择合理的间隙范围主要考虑材料的种类和材料的厚度。每个冲裁件的横截面的质量与其精度尺寸，生产时的内外界条件都不可避免的会有不同偏差和要求，因此，难以具有均匀的间隙值，间隙值范围的信息各不相同，在选择时要考虑自身的使用需求来进行差异对比，从而确定范围。此次毕业设计通过参考表6-3来确定冲裁间隙。表6-3引自文献[2]P58表2-5。表6-3冲裁模具初始双面间隙Z（mm）材料厚度08、10、35、09Mn、Q21516Mn40、45H62、H68、T1~T3小于0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0250.0450.80.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0450.0751.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0650.0951.20.1260.1800.1320.0180.1320.0180．0750．1051.50.1320.2400.1700.2400.1700.0230．10．14本毕业设计所加工的材料为H62，材料厚度t=0.8mm，查表6-3得：=0.045mm，=0.075mm.6.3模具刃口尺寸的计算通常我们需要准确的模具刃口的尺寸来确定冲裁件的尺寸精度，以及合适的凸、凹模间隙的数值大小。（一）计算原则在确定凸、凹模刃口尺寸时，有以下原则：（1）落料模先确定凹模尺寸。（2）冲裁模先确定凸模刃口尺寸。（3）冲裁件精度和模具精度之间的关系是选定刃口制造公差时必要的考虑因素，要同时满足对冲裁件精度上的要求，以及合适的间隙数值。（二）计算方法计算模具的工作部分尺寸及其公差的方法一般分为分开加工法和配合加工法两类。1.凸模、凹模分开加工法这种方法的意思是将凸模和凹模分别按图样加工至需要的尺寸。一般在圆形或简单形状的工件加工时，会选用分开加工。为了确保凸模、凹模间隙比最大合理间隙要小，不仅要对凸、凹模分别标注公差（凸模为，凹模为），而且对制造精度也有较高的要求，需要满足以下条件（6-2）或取（6-3）也就是说，新制造的模具应该是，如图6-2所示。否则制造的模具间隙已超过允许的变动范围~，影响模具的使用寿命。图6-2凸凹模分别加工间隙变动范围2.凸模、凹模配合进行加工这种方法在实际生产中广泛运用于冲裁形状复杂或者板料较薄容易断裂的工件。这种方法的实质就是将凸模、凹模先加工好作为基准件，之后按照加工好的基准件的实际测量尺寸，来配置相应的凹模、凸模，并让它们之间留有一定的距离。这样一来，我们只需要在基准件上标注出尺寸公差，对于另一方只需要标注公称尺寸即可，但是同时要注以“尺寸按凸模、凹模配合，确保双面之间间隙”的字样。这种方法的好处是可以使基准件的制造公差增大，因为基准件的制造公差不再受凸模，凹模之间的间隙的影响和限制，更容易获取和保证它们之间的间隙值。6.3.1落料部分刃口设计计算应以凹模为基准件，然后配合制造凸模。如图6-3:图6-3落料件和凹模图6-3为落料件，第一步设计凹模，在凹模磨损后，刃口尺寸会分别有增大、减小和不改变三种情况。所以需要按三种不同的情况来分别计算凹模尺寸。①凹模磨损后尺寸变大（图中A类）。计算这类尺寸，先把支架尺寸化为A0-△，再按落料凹模公式计算:（6-4）上式引自文献[2]P64式（2-11）。式中Ad——凹模刃口尺寸（mm）；A——工件标称尺寸（mm）；△——工件公差（mm）；——凹模制造偏差（mm）；=△/4。系数x和工件公差△查文献[2]表2-11,凹模制造公差δd=△/4.未标注尺寸公差按IT12级精度来处理。②凹模磨损后尺寸变小（图中B类）。计算B类尺寸,首先将尺寸化为上偏差如,然后按冲孔凸模的公式6-5进行计算。(6-5)上式引自文献[2]P64式（2-11）。③凹模磨损后尺寸不变的（图中C类）。计算这类尺寸，则按下表6-4所示的三种情况计算：表6-4凹模尺寸的计算制件尺寸为时制件尺寸为时制件尺寸为时计算公式参考文献文献[2]P64式（2-13）文献[2]P64式（2-14）文献[2]P64式（2-15）图中C类尺寸没有标注尺寸公差，按IT14级精度要求来处理，按落料件入体原则：由文献[2]P59表2-7查得=0.045mm,=0.075mm.此工件在落料的过程中凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值符合～=0.045mm～0.075mm。6.3.2冲孔部分刃口设计计算本次设计所需要冲孔的形状不复杂，所以将凸模和凹模分开分别加工。由文献[2]P58表2-5查得=0.045mm=0.075mm-=（0.075-0.045）mm=0.03mm由文献[2]P58表2-10查得凸、凹模的制造公差：=0.02mm,=0.02mm不满足mm<-mm的要求，所以需要降低凸凹模的制造公差，取=0.01m,=0.015mm。工件尺寸1.9mm未标注尺寸公差，按照IT14级精度处理，x=0.75,，工件公差△=0.1，化为单向公差：。6.3.3孔心距的计算图6-4工件孔心距的计算（6-6）上式引自由文献[2]P64式（2-10）。Ld——凹模孔心距的标称尺寸（mm）；L——工件孔心距的标称尺寸（mm）；△——工件孔心距的公差，△=0.21mm6.4弯曲部分工作尺寸的计算1、模具间隙在设计U形弯曲时，选择合理的模具间隙是十分重要的。U形件弯曲时，一般会通过调整冲床的闭合高度来控制调整凸、凹模之间的间隙，如果间隙太小会导致边缘壁厚变薄，使模具寿命减少。反之，过大就会产生过大的回弹，工件的精度降低。凸模、凹模的单边间隙值Z按一下式子计算：Z=t+Δ+ct式中：Z——弯曲凸、凹模单边间隙t——材料的厚度Δ——材料厚度的正偏差C——间隙数查表得：Δ=-0.1C=0.05根据公式Z=t+Δ+ct=0.8-0.1+0.05×0.8=0.74(mm)表6.5薄钢板、黄铜板（带）、铝板厚度公差厚度材料薄钢板黄铜板（带）铝板08,10,Q235H62,H68,HP-12A11、2A12B级公差C级公差冷扎带冷轧板最小公差最大公差0.2±0.04±0.06-0.03-0.03-0.02-0.040.3±0.04±0.06-0.04-0.04-0.02-0.050.4±0.04±0.06-0.07-0.07-0.03-0.050.5±0.05±0.07-0.07-0.07-0.04-0.120.6±0.06±0.08-0.07-0.08-0.04-0.120.8±0.08±0.10-0.08-0.10-0.04-0.141.0±0.090.12-0.09-0.12-0.04-0.171.2±0.11±0.13-0.10-0.14——1.5±0.12±0.15-0.10-0.16-0.10-0.272.0±0.15±0.18-0.12-0.18-0.10-0.282.5±0.17±0.20-0.12-0.18-0.20-0.303.0±0.18±0.22-0.14-0.20-0.25-0.353.5±0.20±0.25-0.16-0.23-0.25-0.364.0±0.22±0.30-0.18-0.23-0.25-0.374.5——-0.20-0.26——5.0——-0.20-0.26-0.30-0.37表6.6U形弯曲件凸凹模的间隙系数C值弯曲件边长L/mmB≤2LB＞2L材料厚度t/mm＜0.50.6～22.1～44.1～5＜5.00.6～22.1～44.1～7.57.6～12100.050.050.040.100.100.08200.050.050.040.030.100.100.080.060.06350.070.050.040.030.150.100.080.060.06500.100.070.050.040.200.150.100.060.06700.100.070.050.050.200.150.100.100.081000.070.050.050.150.100.100.081500.100.070.050.200.150.150.102000.100.070.070.200.150.150.102、凸凹模横向尺寸的确定弯曲模的凸凹模工作部分尺寸确定比较复杂，不同的工件形状其横向工作尺寸的确定方法不同。在标注工件的外形尺寸时，出于磨损原则，要以凹模作为基准，也就是先计算凹模，在凸模上取合理的间隙值。工件偏差为双向对称偏差时，凹模实际尺寸为：工件偏差为单向偏差时，凹模实际尺寸为：凸模尺寸为：，或将凸模尺寸与凹模实际尺寸相配合配置，保证单向间隙为。式中：L——弯曲件的基本尺寸（mm）LT、LA——凸模、凹模工作部分尺寸（mm）Δ——弯曲件公差、——凸、凹模制造公差，以IT7～IT9级精度计算，也可按δ=Δ/4选取。2/Z——凸模与凹模的单向间隙工件的外形尺寸为：由于工件为单向偏差，所以凹模的实际尺寸为：LA=(L-3/4Δ)凸、凹制造公差，Δt=Δ/4=0.21/4=0.0525根据公式凹模尺寸为：LA=(L-3/4Δ)=(19.2-3/4×0.21)=19.0425（mm）根据公式凸模尺寸为：LT=(LA-Z)=(19.0425-2×0.74)=17.5625（mm）按照工件尺寸的要求，为了确保弯曲件的尺寸精度，在凸模、凹模刃口处都应该制有一定的圆角，圆角的尺寸按照实际尺寸配置。第七章模具总体设计7.1模具类型的选择由工艺分析可知，选用级进模设计。7.2定位方式的选择此次设计中使用跳型料来控制导料板的材料的进给方向。使用挡料块来控制条料的送给，第一块冲压位置的工件由于长度有一定的余量，需要依靠工人的操作来确定。7.3卸料、出件方式的选择此次设计的卸料装置会在弹压卸料板和固定卸料板中选择，考虑到卸料力的大小，本次模具所冲制的材料厚度为0.8mm，一般规定，材料厚度小于等于2mm时选用弹压卸料板，大于2mm时则选用固定卸料板，根据上述分析，所以本套模具选择谭亚师卸料板。7.4导向方式的选择本次设计选择导柱模模架中的滚动导向模架。导柱的位置不同，导柱模架可以分成：中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架和四角导柱模架四种类型。中间导柱模架的导柱分布在中心线上，一般运用于单工序模或者工位极少的级进模具中；后侧导柱模具的导柱分布在后侧，工作面是敞开式的，适合大件边缘冲裁；对角导柱模具的导柱分布在对角线上，方便各个方向上的送料，适用于各种冲裁模具；四角导柱模具的导柱分布在凹模的两个对角上，导向平稳可靠，但是价格相对高昂，一般运用于精密冲裁模中。出于本次冲裁工件的精度要求不高，属于小型冲裁，并且为了方便送料，经济实惠，所以最后选择了后侧导柱模架。第八章主要零部件设计8.1模具材料的选择8.1.1模具材料选择材料的正确性对于模具的使用寿命以及工件的生产的质量都起到非常重要的作用。在选择时应该考虑到模具的制造条件、工作条件以及选用材料的基础性能等等一些因素，从而权衡出最经济适用的，环保的模具材料。8.1.2材料的性能本副中小型级进模具冲裁的支架工件对于形状要求比较严格的，所以材料选择低合金工具钢中的CrWMn，支架厚度<1mm，且材料为H62，建议硬度60~64HRC。CrWMn化学成分如下：碳C：0.9％～1.05%,锰Mn：0.8%～1.1%,硅Si：≤0.40%，硫S：≤0.03%，磷P：≤0.03％，铬Cr：0.90％～1.20％，淬火温度820～840℃，HRC≥62，回火温度140～160℃，62～65HRC文献[5]。是一种高淬透性、高硬度和耐磨性的材料，淬火尺寸稳定性好，变形小，韧性好。8.2落料凹模设计凹模的设计是模具设计一项很重要的工作。8.2.1落料凹模刃口形式凹模刃口常用的几种形式，如图8-1所示。图8-1凹模的刃口形式对以上常见刃口形式作出比较分析：a直刃口形式的优点是强度好，磨损后工作部分尺寸能够保持不变，但是容易堆积废料，需要较大的推件力和磨损力。b、c、d三者相类似，皆与直刃口形式恰恰相反，它们的强度差，但是不容易堆积废料，且需要的力度不需要很大。c、d两者区别在于前者更适合冲裁复杂零件，后者更适合材料薄的模具。e则与a相类似,适用于上出件或上出料的模具。f适用于冲裁0.5mm以下的薄料。考虑到本模具的出件方式和精度要求，此落料凹模采用图a直刃口形式。8.2.2落料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8-2图所示：图8-2凹模尺寸凹模高度H=Kb(≥15mm)凹模壁厚c(1.5～2)H（≥30～40mm）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[2]P224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。根据本模具情况，查得K=0.35。凹模高度H=Kb=0.35×31.6=11.06mm。由于大批量生产，考虑到总的修模量，凹模厚度H取20mm.凹模壁厚取30mm。8.2.3凹模的设计凹模尺寸和形状应根据凹模的外形尺寸来确定。在凹模钻了相应的孔以便固定，同时也攻了螺纹以便凹模本身的固定。本模具的凹模设计成如图8-3所示的结构：材料选用Cr12Mov，热处理58～62HRC。图8-3凹模结构图8.3冲孔凸模冲孔凸模选择材料CrWMn，硬度60～64HRC。本套模具冲孔形状简单对称,并且没有需要特别保护的小型凸模,所以固定方式选用台阶式。这不仅是加工件单，也能方便装配和日后的更换。8.3.1冲孔凸模的固定形式冲孔凸模与固定板采用台阶式固定，按H7/m6相配合，具体如下图8-4所示：图8-4冲孔凸模的固定方式8.3.2冲孔凸模长度的确定冲孔凸模长度的确定跟凸凹模的长度确定一样。L=h1+h2+t+a取固定板厚度为12mm，故L=39.8mm8.3.3冲孔凸模的结构按照上述计算进行设计，冲孔凸模结构如下图8-5所示：图8-5冲孔凸模8.4卸料零件的设计8.4.1卸料装置的结构形式翻阅相关资料及设计实例发现，弹压式卸料装置和悬臂式卸料装置是最常运用于多工位级进模设计中的。本次模具设计包括了冲压、弯曲、落料多种工序，考虑到卸料力，压料作用等因素，所以最后选择了弹压式卸料，使用弹压卸料还有一个好处就是对外形凸模起到引导作用，对冲孔凸模起保护作用。8.4.2卸料板厚度的确定卸料板外形尺寸与凹模的外形尺寸取相同值，即L=125mm,B=100mm，卸料板厚度取10mm。卸料板对外形凸模有导向的作用，对冲孔凸模有保护的作用，将其与凸模间的间隙值定为0.02mm。材料选择45钢，热处理淬火硬度在40~45HRC。图8-6卸料板结构第九章标准件的选择9.1