锁壳冲裁工艺设计

1绪论1.1研究背景本课题来源于工程实践，工作量适中。锁壳式冲裁模作为一种主要的钣金件成形加工设备，在汽车、家电和航空航天等行业有着广泛的应用。随着工业化进程的不断推进，对锁壳冲裁模具设计的要求也在不断提高。传统锁壳冲裁模具存在成型精度不高、寿命短、生产效率低等问题，影响制造业的发展。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状国内锁壳冲裁模具行业在近年来持续发展，市场规模逐渐扩大。随着中国制造业的快速发展，锁壳冲裁模具作为关键的生产工具，受到了越来越多厂家的重视。目前，国内锁壳冲裁模具行业涌现出一大批技术力量雄厚、生产规模较大的企业，这些企业不仅在模具设计、制造方面具备较高水准，还在数字化、智能化生产方面取得了显著进展。同时，行业内部竞争也日趋激烈，产品质量和工艺水平的提升成为企业发展的关键。另外，随着环保意识的提升，绿色环保型锁壳冲裁模具也开始逐渐受到关注。1.2.2国外研究现状国外锁壳冲裁模具行业一直以来处于较为成熟和先进的阶段，技术水平和制造工艺居于国际领先地位。欧美地区以及日本等发达国家的厂商在锁壳冲裁模具领域拥有丰富的经验和先进的技术，其产品不仅在精度和耐磨性上有着明显优势，而且在模具结构设计以及智能制造方面也领先于国内。另外，一些国外模具企业还注重产品的生态和环保性能，不断推出节能减排的新产品，这些都为国外锁壳冲裁模具行业发展带来了新的动力和方向。1.3拟解决关键问题冲件毛边，这可能是由于刀口磨损、间隙过大、刀口崩角、间隙不合理、模具上下错位等原因造成的。解决这一问题的方法包括研修刀口、控制凸凹模加工精度或修改设计间隙、调整冲裁间隙确认模板穴孔磨损或成型件加工精度等问题、更换导向件或重新组模。跳屑压伤，这可能是由于间隙偏大、送料不当、冲压油滴太快、模具未退磁、凸模磨损、凸模太短、材质较硬、冲切形状简单等原因造成的。解决该问题的途径主要有：控制凸模凹模的加工精度或修正设计间隙，送到合适的位置对皮带进行修整，及时清洗模具，控制压力油的滴量，或者更换润滑油以降低粘度，学习后必须退磁，学习凸模刀口，调整凸模刃入凹模长度，更换材料，修改设计等。1.4主要内容本课题的基本内容如下：锁壳冲裁工艺分析；冲裁工艺方案与模具结构形式的确定；确定料带尺寸及排样方案；计算模具的工作尺寸，计算模具的压力中心等；模具主要零部件选型与设计，主要包括模架、导向装置、卸料装置、压料装置的设计，工作部件的设计与强度校核。2冲压2.1冲压的特点及应用冲压成形是指利用冲模将零件挤出，使得零件在成形过程中产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（一般称之为冲压件）。冲压不仅适用于金属，也适用于非金属及复合材料的加工。冲压模具是用来对工件进行冲压成形的一种设备。冲压模具是冲压过程中的一个关键环节，一般情况下，没有合适的模具，就不能进行冲压；同时，高精度的冲压加工也要依赖于相关的模具。其最大的特点就是依赖于模具和冲床设备来完成加工，这使得它更容易地实现了自动化，并且具有非常高的生产率，并且操作简单。一般冲压设备一分钟可以生产几个到数十个零件，而高速冲压设备可以达到一分钟几百甚至几千个。冲压成形后的工件一般不需要进行冲裁，具有节能、节约原料的特点。因为冷冲裁采用的原料大多为具有良好表面质量的板材或板材，冲裁模具可以确保冲裁零件的尺寸误差，因此，产品具有良好的互换性和尺寸稳定性。冷冲件具有薄壁、质轻、刚性好等特点，可用于制造各种复杂外形的部件，如钟表的秒表、大至汽车纵梁、覆盖物等。冲压模具通常为单件、小批量、高精度、高工艺要求，属于技术性强、制造成本高的产品。因此，在大批量的生产条件下，冲压产品的经济效益才会更高。它因其特殊的制造工艺而被广泛应用于各种工业领域，特别是大规模制造。在机械制造，汽车制造，航空航天，电子等领域，冲压产品得到了日益普遍的使用。在上述工业领域，冲压机占有相当大的比重。采用这种方法，可以大幅度地提高生产效率，节约成本。2.2冲裁的现状和发展趋势2.2.1冲裁工艺方面采用多种冲压新工艺，以提高生产效率、改善产品品质、减少成本、拓宽其适用范围为重点，是冲压技术的一个重要方向。当前，国内外正快速发展着各类冲压产品。先进的冲压加工方法包括：精确冲压、柔性冲压、超塑等高性能成形、高效率、高精度冲压、冷挤压等。精确下料是一种有效的提高冲压零件精度的手段。精冲技术不仅能实现冲裁，而且还能实现成型（精确弯曲、拉深、翻边等），它能实现常规冲压成型很难制成的材料或复杂形状的零件，同时也能改善成形工艺，提升其极限变形度。多种含能成型技术可实现小批量、复杂、高强度板材零件的快速制造，在航空、国防等领域有着广泛的应用前景。利用特定条件下金属材料的超塑性性能，可以一次成形代替常规的多道工序。对提升加工效率、加工精度、解决某些特种零件制造问题都有重大意义。利用计算机仿真技术，对板材成形中出现的各种问题进行预测、分析与求解，并对其进行优化，是目前我国冲压成形领域的一个重要发展方向。激光模具快速成型为新产品的研发、模具的快速成型提供了广阔的空间。2.2.2冲模设计与制造方面(1)面向规模化、智能化、长寿、多工序、多功能化等趋势，以适应现代工业生产对模具制造技术的迫切需求。同时，为适应日益提高的市场要求，各种快速成形技术和简单经济的冲压模具也得到了迅速的发展。(2随着现代计算机技术、信息技术等高技术的进步，包括模具的开发与生产，对模具的设计与制作有了很大的促进作用。当前，以模具CAD/CAM/CAE为代表的多个工业领域已经形成了一个完整的系统。虽然与世界先进水平相比仍有一定的差距，但是，这是我们国家在模具行业中所取得的成就和发展趋势。快速实现了模具处理的现代化。各类机床、高速铣削、精密研磨、电火花铣削、自动线切削、现代检测等都已经完全向CNC或电脑数控化方向发展。本项目提出一种新型高效、高效率、高效率的快速铣削方法，解决了传统铣削方法难以解决的关键科学问题，如：1μm的高速铣削，表面粗糙度Ra<1μm，硬质材料硬度为60HRC，极大地提升了模具的装配精度，并对模具的制造工艺进行了优化。目前，国际上已开展了大量的研究工作，并已获得较好的应用效果，而65Nb、LD1,012AI、CG2.LM1、LM2等高强度冷作模具材料是未来的发展趋势。模具制造的规范化、专业化，已经成为目前模具工业普遍关注的问题。其原因在于，模具的规范化是实现专业制造的先决条件，而对其进行专业制造又是提升产品品质、减少制造时间和降低成本的重要手段。2.2.3冲裁设备及冲裁自动化方面研制出性能优良的冲压装备，是提升冲压加工工艺水平的基础。高效、高精度、长寿命的冲压模具，要求与之相匹配的是高精度、高自动化的冲裁装备：为适应新技术的需求，开发出了很多新机构的冲裁装备。为了适应小批量新产品的需要，冲压设备向着多功能、数控方向发展。为了提高生产效率与安全，各种自动化装备被广泛应用，其中以冲压柔性制造单元（FMC）和冲压型FMS（FMS）最为典型。2.2.4冲裁的基本原理冲压成形技术的进步和冲压模具的设计和制造，都离不开对冲压成形基础理论的研究。通过对锁壳的冲裁工艺性能的研究，冲裁成形过程应力应变分析和计算机模拟，本项目以汽车用锁壳体为研究对象，以金属材料为主要研究对象，采用有限元数值仿真、有限元仿真等手段，深入研究金属材料在复杂环境下的力学行为，建立起一种面向实际应用的新型金属材料冲压成形技术及模具设计理论体系。为自己以后的模具设计打下坚实的基础。3设计任务及总体设计方案3.1设计任务(1)冲压工艺分析：这一节主要研究冲压成形中板材的成形、受力状况和冲压零件截面的分析。包含冲压零件的外形形状，目测，冲裁压力的确定。(2)冲压模具的设计：其中包含了冲压模具的尺寸、冲压模具的构造、冲压件的主要部件的选择使用。(3)冲裁件的工艺过程设计。3.2总体设计方案的确定通过对冲压工艺性的分析，提出了基于冲压零件特性的冲压工艺方案。在制定下料工艺规划时，应考虑的主要问题是下料工序个数的确定、下料工序的组合和排料顺序的安排。冲裁件的数量通常较易确定，其难点在于冲裁件的组合和排样次序的确定。通常以锁壳冲裁的设计任务为基础，结合冲裁模的实际状况，对其进行全面的分析、对比、论证。最终，选择出最优的整体方案。3.3冲裁模具的选择冲压模具种类繁多，根据各工序之间的结合程度，可分为单道工序、复合道和连续道。一种是无导引模，一种是有导引模，后者是一种结构简单、制作方便、维护方便的模具，但在冲床上安装时，存在着调节间隙均匀性难以实现的问题，其主要原因是冲床导轨与滑块的配合精度，导致其导引精度较低，其使用安全性不佳，不宜用于板材的冲压成型。导柱模具可分为两种类型：导柱模具和复合模具。导板模是利用导料板上的导孔来引导冲头，导孔与冲头工作端之间为H7/h6间隙配合，一般用于偏心冲床。为了保证安全，在工作过程中冲头的工作端部应永远不要与导孔分离。因为它具有较高的导引精度，因此，对于圆及一般规则冲裁零件，多采用这种结构。导柱模具是由安装在上下模板（底座）中的导套和导柱的很好的协作而对冲头进行引导的。该导模具有更高的引导精度，使用更加安全和方便，适用于大量生产情况下的各类具有高精度和复杂形状零件的冲裁模具。特别是在复合模、连续模上使用导向柱模，其优势更是显而易见，而且模头标准化后，可以大幅度地减少模具的生产成本。但在模具中加入导向柱和导向套等结构后，其外部尺寸变大。当板材在复合模具中冲裁时，只需一次定位即可实现其内、外形状的尺寸，所以冲裁零件的内、外形状的位置尺寸精度高。但由于其结构复杂，加工难度大，生产周期长，且冲孔凸模嵌入凹模太深，导致冲模与凸模的磨损增加，从而缩短了其使用寿命。此外，在冲压零件内部形状差异不大的情况下，也不能选择复合模具。该组合模具的一大特征是它既有一个冲头，又有一个冲孔模。按落下模具的位置，可将其分为倒装复合件与正装复合件。在上模上装有下料模，是一种倒装结合模。若将下模置于下模之上，则称为正装结合模。一种套装式组合模具，它位于下模具上。通常冲裁—落料组合模具多为倒置结构，而下料—拉延组合模具为正装结构；对于小、中型零件，可采用一道工序的落料或冲孔模具，采用正装结构。倒装复合模具一般都是使用刚性的冲压机构来完成，其结构简单，操作简单，但对工件没有压扁的效果。正装式组合模具朝上推出，所述弹性顶件装置装于所述下模具上，且由所述压力台上的泄水孔向下延伸，所述条料通过所述冲头及顶头机构的上下挤压而被冲出；该模具具有较好的平整度，适合对薄料进行冲裁。在连续模具中，一次冲孔可以同时进行二次甚至十次的冲孔。其区别于复合模具制造，其主要特点是板材在模具中的不同部位进行冲压，从而形成了一种连续的冲压生产。本文介绍了一种新型的模具设计方法，即采用了起始模具和侧刃固定长度的连续模具。因为它可以实现多个过程的连续生产，生产效率非常高，并且适用于自动进料，所以得到了广泛的应用。为保证导向销导向时不会碰到已经冲出的工件内孔，对板材的厚度通常有一定的要求（板材厚度超过3毫米）。冲裁零件的外形尺寸，内孔也不能太小，不然冲裁零件的冲头上的定位销钉的孔尺寸就会过小，从而给冲头的加工带来困难。总之，这次的锁壳冲裁模是按冲压顺序进行的，所以选择了级进模。结果表明，该方法可以降低模具制作成本，提高模具使用寿命，操作简便，安全性好。4冲裁工艺分析及凸模与凹模刃口尺寸计算4.1冲裁工艺分析锁壳的材质通常选用不锈钢或普通钢材。冲裁是一种采用冲模方法将金属板材在冲床上分开的过程。它可以直接冲成需要的形状，也可以为其他工艺准备坯料。按规定的外形从板料上冲压成形称为下料。冲裁就是把一个零件（或毛坯）冲制到所需的外形（冲洗出来的都是废料）。下料与冲孔有着相同的变形特征，但在设计时，但是在进行模具设计时，采用的是不同的计算方式，所以需要将其分为两道工序。1.工艺分析由于锁壳的制件形状简单，尺寸适中，板料厚度选用1.5mm，且大批量生产，属普通冲压件。但应注意几点：1)4xR3mm的两个孔墙间距和周缘间距只有5毫米，在设计中要特别注意。2)工件为圆弧联接，在加工时要重视其尺寸精度。3)在大规模生产中，要注意选材和模具结构，以确保一定的使用寿命。2.工艺方案的确定本冲件所需的基本工序为冲孔、落料、一般可采用：（1)：单一工艺模具；生产效率较低，累积误差较大，缺乏安全性，而使用简易的模具，则易于制作。（2）连续模，生产率高，误差小，生产安全性高，但模具比较复杂，加工难度略大。（3）组合模具；高效率、低错误、不安全的生产、复杂的模具和难以制作。采用方案（2）采用连续模冲裁的方案4.1.1冲裁变形分析冲裁模具是将板材冲出，冲头下落到板材表面时，受到凸凹模端面的压力。凸、凹模具对板材的作用力，因凸凹模具间有空隙，从而形成一力矩M，该力矩等于凸凹模具的合力与略比该间隙略大的力臂a之积。采用无压板式冲压机构进行冲压时，由于扭矩的作用，使得板材和模具只在靠近刀刃的一小块范围内保持接触，接触宽度大约是板材厚度的0.2-0.4。此外，凸凹模施加在板材上的压力也是不均衡的，如图所示，越接近刀锋处，压力就越大。图4.1.；1-凸模；2-材料；3-凹模冲裁是作用于材料上的力其中：P1,P2——凸模和凹模对板材的垂向力；F1,F2——凸凹模对板材的侧力；μP1，μP2是凹模端面和板材之间的摩擦系数，它的方向与凹模的缝隙尺寸相关，但通常是对着凹模的刀刃。4.1.2冲裁变形过程冲裁是一种将变形分开的冲压过程。当凸模与凹模的间隙为常态时，工件在外力作用下，必定先由弹性变形发展为塑性变形，最终以破裂脱离结束，如图所示。图4.2冲裁变形过程及冲裁件剪切断面(a)弹性变形(b)塑性变形(c)出现裂纹(d)裂纹贯通(e)板料完全断面分离(f)剪切断面l-凸模2-板料3-凹模4-冲孔为工件，落料为废料5-落料为工件，冲孔为废料在锁壳模的冲压成形过程中，一般可以分成三个阶段1.弹性变形阶段 从（a）可以看出，在冲压模具的冲头与板材接触的过程中，材料会发生微小的弹性变形。如果板材内的应力未超出其弹性极限，则在冲头卸荷后，板材便可迅速回复到原来的状态。2.塑性变形阶段如(b)所示，随着凸模的不断下压，板材变形区内的应力会持续增加。板材在承受了一定的应力后，就会发生塑性剪切变形。当冲头继续下压时，材料的变形程度会越来越大，最终，在冲压模具中，当其到达临界值（如图C所示）时，会出现细小裂纹，即失效起始，而塑性变形终止。3.断裂分离阶段当出现裂纹时，冲头仍在继续下压，已经形成的裂纹在剪切速率最大的方向上延伸，并呈楔状扩展，如果间隙足够大，上、下两道裂缝会重合，从而使板材发生拉断和分离。在断裂过程中，横截面上出现了一条粗糙带。在冲头再次下降时，冲头将冲件完全压进模具孔内，完成冲裁工序。在图（d）和（e）中示出了整个破裂分离过程，并且（D）示出了裂纹扩展和贯穿的情况。图（e）示出了在冲压完成时，板材被完全分割并分开的情况。4.1.3冲裁件的质量及其影响因素冲压零件的质量包括零件的截面状态，尺寸精度，以及外形上的误差。切割面要尽量垂直，光滑，毛刺少。应确保其尺寸精度符合图纸所要求的误差。产品的轮廓应符合设计图；曲面越直越好，也就是弯曲越小。1.尺寸精度冲裁模的制造精度直接影响着冲裁件的尺寸和质量，而冲裁模的高精度直接影响着冲裁件的质量。冲压零件的尺寸愈小，外形愈简单，其加工精度愈高。2.断面质量下料间隙直接关系到工件的截面质量。如果选择合适的间隙，则在下料时可使上、下刃口处出现的裂纹重叠。虽然加工出来的零件截面并不十分平滑，而且有一定的锥度，但是已经达到了设计的要求。3.毛刺冲压或冲压模具经过打磨之后，在其开口部分将形成一个圆形。在冲压零件的边上可能会出现毛刺。在下料时，不允许有太多的毛刺产生，要查找产生毛刺的根源并加以解决。如有微小的毛边，在下料后应予以去除。4.2排样设计由于锁壳的冲裁模具的工序为先冲孔后落料。所以排样方式选为无搭边，直排如图所示。每次冲模时，带在冲模上推进的长度被称作走刀量。在一次行程中，只能进行一次冲压，其进给量为条材上两件相应点的间距，见公式（4.1）。（4.1）A──→送料进距，单位mm；D──→冲压零件的宽度，单位mm；a1──→冲裁件之间的搭边值，单位mm；由于板料的厚度为3mm。故搭边值a1=2.8mm条料宽度的确定在冲压之前，一般需要将板材切割成合适的宽度。送料进距图4.3条料下料宽度偏差由于本设计选用有测压装置，则条料宽度为，见公式（4.2）。B=(L+2a+△)(4.2)公式(4.2)中B──→条料宽度，单位mm；L──→冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸，单位mm；a──→冲裁件与条料侧边之间的搭边，单位mm；△──→条料下料时的下偏差值，见上表，单位mm；B=(L+2a+△)=136.8+2X2.8+1=143.4mm4.2.1材料利用率在冲压成形过程中，材料利用率是一项十分重要的技术经济指标。它的计算可以用一次进行程中的实际冲压区域占坯料面积的百分数来表达。在计算了头部、尾部和边角料的物料损耗后，一块板材（或带料，带条）上的物料的总量利用率是，见公式（4.3）。（4.3）n──→一张板料(或带料、条料)上冲裁件的总数目；S──→一个冲裁件的实际面积，单位mm2；L──→板料的长度，单位mm；B──→条料宽度，单位mm;本设计的材料利用率达到经济要求，故可行。图4.34.2.2冲压力计算冲压力是冲裁力、缷料力、推件力、和顶料力的总称,(见公式4.3)（4.3）式中F──冲裁力，单位N；L──→冲裁件周边长度，单位mm；K──→系数，取K=1.3；τ──→材料抗剪强度，单位MPa；查表约取值300MPat──→材料厚度为1.5，单位mm。L=170×2+134×2+2×3.14×14+2×3.14×8+4×2×3.14×3=821.52mmF=kLtτ=1.3×821.52×300×1.5=480588N卸料力(F1)，推料力(F2)，顶件力(F3)的计算F1=K×F=0.02×480588=9611.76NF2=n×K×F=86505NF3=K3×F=19222.5NK1──→卸料力系数，其值为0.02～0.06(薄料取大值，厚料取小值)；K2──→推料力系数，其值为0.03～0.07(薄料取大值，厚料取小值)；K3──→顶件力系数，其值为0.04～0.08(薄料取大值，厚料取小值)；n──→梗塞在凹模内的制件或废料数量(n＝h/t);h──→直刃口部分的高(mm)；t──→材料厚度(mm)；4.2.3压力机公称压力的选取冲压时，额定压力应大于或等于冲压过程中所有工艺力之和.Fz=F1+F2+F3=9611.76+86505+19222.5=115339.26NM=Fz/g=11533.926kg=11.533（吨）故选用12吨的压力机，冲压机的类型选用开式曲柄压力机。与其他类型的压力机相比具有工作效率高，成本低的特点。由于本冲裁件为简单的几何图形，所以压力中心为几何中心。4.3凸模与凹模的刃口尺寸计算在设计中，采用了将冲模、冲模分离的方式，将冲模、冲模分别按照图上的要求进行加工。对凸、凹模刃口尺寸及加工公差要分开标明，适合圆型或简单型件。4.3.1凸模与凹模配制加工在采用凸凹模具分离工艺时，为了保证凸凹模具之间有一定的间隙，对冲压模具的加工精度要求较高，这给冲压模具的制作带来了很大的难度。冲模是一种用于冲压薄板（因为Zmin和Zmin之差非常小）的冲压模具，也是一种常用的冲压模具。配制方法是先根据所需的规格制造一个参照部件（冲压或模），然后根据参照部件的真实大小，根据最小的合理间隙比例进行匹配。在设计时，要详细地解释参考部件的刀锋大小和加工误差，而配置产品只给出了额定尺寸，没有给出公差，但在图上写得很清楚：“按照凹模的真实刀口大小，保证最小两边的合理间距Zmin”。采用组合方法，通过冲模和凹模磨损后的轮廓曲线，精确判断三种情况下，刀具刃口的增减或保持恒定，并给出对应的数值求解方法。第一类尺寸，磨损后增大的第一种类型的冲模，它是指由于使用后的冲模或冲模而增加的。对应于一种简单的冲压模具大小，因此其基础尺寸和加工容差的确定方法，（见公式4.4）。第一类尺寸：（4.4）A=120-0.20+0.25X0.20=119.85mmB=84-0.20+0.25x0.20=83.85mmC=25-0.20+0.25x0.20=24.85mm

冲头的基础尺寸和冲头的形状一样，都是119.85毫米，83.85毫米，24.85毫米。在没有说明公差时，需要用0.1-0.14毫米的两边空隙来配合下料模具。大孔按照IT14,取x=0.5；小孔按照IT12，取x=0.75

设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔dp＝（dmin＋x△)－δp=28+0.5X0.2-0.008

＝（dp＋2Zmin）＋δd0=28.1+0.04+28.14mm校核δT+δT≤Zmax-ZminδT+δT=0.04

Zmax-Zmin=0.1080.04≤0.108

满足间隙公差条件Dp2=16+0.75X0.18-0.008=（dp＋2Zmin）＋δd0=16.135+0.04=16.175

校核｜δp｜＋｜δd｜≤2Zmin

0.008＋0.012≤0.06－0.04

0.02＝0.02满足间隙公差条件冲头的刀刃尺寸是根据模具的实际尺寸配比的，并且在0.03-0.05毫米的两侧间隙。凹模厚度：H=20mm；5上模零件设计5.1新建上模零件5.1.1凹模组件一般凸模总成的结构由凸模固定板、垫板、以及通过螺丝销钉与上模底座连接的防转销组成。凸模形式冲压模具的结构型式，是由冲压零件的形状、大小决定的。常用的圆形冲头结构形式见图4.12，其中（a）、（c）的相应冲头直径d=1-20mm，为了防止应力集中，同时又要确保强度和刚度，采用阶梯状过渡，或者在中间加入过渡段。图（b）中，合适的下料直径d为8至30毫米。图（D）适合冲制具有接近材料厚度的孔径的小孔。使用护套结构，不仅可以改善弯曲性能，而且可以节约模具钢。（e）用于冲压大孔和落料冲头，为了减小研磨区域，冲头的外径和端面均为凹形。（a）（b）（c）（d）（e）图5.1圆形凸模图5.2所示为快换凸模结构，用于大型冲模中冲小孔的易损凸模。（a）（b）图5.2快换凸模图5.3是一个非圆的冲头。与该凸型模具安装盘相匹配的紧固部件可以制成环形或长方形，见图（a）和（b）。若使用电火花切割，则工件与工件的大小必须相同，见图c)。（a）（b）（c）图5.3非圆形凸模本设计选用圆形和矩形凸模。5.1.2凸模的长度对于使用了弹性卸料板的冲压模具，需要按照模具的特殊构造来决定其冲模长度。该模具的主要结构见图2.15。冲头的长度根据下列公式进行计算，（见公式5.1）拟采用固定式卸料板。图5.4L＝L1＋L2＋L3＋(15～20)mm（5.1）L1──→凸模固定板厚度，单位mm；L2──→缷料板的厚度，单位mm；L3──→导尺的厚度，单位mm；公式中15-20毫米包含冲头插入模具的深度，冲头修整量，冲模关闭时卸料与冲头固定板的间距，总体上应该结合特定的结构进行修改。L=L1+L2+L3+15=35+25+5+15=80mm凸模长度由于锁壳的板料厚度为1.5mm，所以选用15mm5.1.3凸模材料模具刀刃必须具有良好的抗磨损性能和抗冲击能力。冲头外形简单，对冲头的使用寿命要求不高，可以选择T8A,T10A；冲头的形状比较复杂，对冲头的使用寿命有很高的要求，可以选用Cr12,9Mn2V,Cr12MoV,CrWMn.Cr6WV，热处理硬度58-62HRC，冲头使用寿命高，可选用硬质合金。冲头工作部位的粗糙度Ra=0.8-0.4μm，而紧固部位的粗糙度Ra=1.6-0.8μm。冲头经过58-60HRC的热处理。5.1.4凸模强度和刚度通常用冲头的强度就可以了，不需要再做强度的计算。而对于具有较大截面且具有较大截面且具有较大截面的冲头，则需对其承载力及纵弯阻力进行检验。1.冲头的载荷检验冲头的最小截面上所受到的压缩应力σ一定要比冲头的材质所能容许的压力（σ）小，（见公式5.2）（5.2）故非圆凸模Fmin≥Ｐ／［σ］32≥27符合设计要求对圆形凸模dmin≥４tτ［σ］16≥4X1.5X300X0.00516≥9符合设计要求公式中σ──→凸模最小断面的压应力(MPa)；P──→凸模纵向总压力(N)；Fmin──→凸模最小断面积(mm）；dmin──→凸模最小直径(mm）；t──→冲裁材料厚度(mm)；τ──→冲裁材料抗剪强度(MPa)；［σ］──→凸模材料的许用压应力(MPa)；２．模具的弯曲特性检查模具在冲压时的稳定度，采用欧拉公式求出零件所受的轴力。根据其结构特点，可以分为无导架和有导架两大类。对于没有导引机构的冲头，其受力与一端固定而一端为自由的压杆是一样的，其纵向抗弯曲性能可以通过以下公式进行检验：无导向装置的圆形凸模，（见公式5.3）；(mm)（5.3）非圆形凸模，（见公式5.4）；(mm)（5.4）带导向装置的圆形凸模，（见公式5.5)；(mm)（5.5）非圆形凸模，（见公式5.6)；(mm)（5.6）公式中Lmax──允许的凸模最大自由长度，单位mm；d──凸模的最小直径，单位mm；F──冲裁力，单位N；I──凸模最小横截面的惯性矩，单位mm4；本次设计选用带导向的圆形凸模故用公式5.5计算则，(mm)=80(mm)则凸模的长度为80mm。5.1.5凸模固定板凸型模具的定位板是用来固定冲头的，固定盘的外部尺寸通常和模具的尺寸相同。凸模固定板的内冲头一般采用的是将冲头按在定位板上，配合方式为H7/m6，直冲头为N7/h6、P7/h6。对于较大的冲头，还可用螺丝、销子来代替垫板。对于较小的冲头也可以选择粘接。胶接式平板时，为了减小配合面，使孔的加工更加简便，在固定板上开孔时应留有空隙。在大尺寸冲压模具中，对小孔易损坏的冲头，也可以通过模具的快速更换来进行修复与更换。5.1.6垫板它安装在固定板和上模具底座或下模具底座之间，其功能是为了避免冲头在冲裁时对上模具底座造成挤压，所述垫板的材质为45钢，其热处理硬度为43-48HRC，单位压力较大的为T8A，热处理硬度为52-55HRC。5.2推件装置推件和顶部部件的功能是把工件从冲模中推出来（冲头设置在上冲头上）或者被推出（冲头设置在下冲头上）。推件力是指在冲床上的横梁上，通过某种传力元件，把推件力传递给冲床，使工件（或废料）排出模具。如图5.5（a）所示，采用了一种刚性顶推机构，顶推力量大，推件稳定，但不具有压力作用。图5.5(b)所示的铸型，其特点是在冲孔过程中能够将被压制，所拉出的产品具有高的品质，但是所受的弹力是有限的。图5.5刚性推件装置选用刚性推件装置，本设计选用有导向装置的凸模。上模座的长度为200mm，宽为164mm。6下零模设计6.1凹模设计6.1.1凹模的洞形形状选择凹模洞口形状是指凹模模型孔的轴剖视图。斜壁型刃口模，可使冲裁零件或废料顺利通过，且凹模磨损后修整量少。但是，经过修整后的刃口厚度变小，刃口密度也有所增加。可用于对结构简单、精度要求不高、材质比较薄的工件进行冲压加工。当t<2.5mm时，α=15；当t=2.5-6mm时，α=30；在用电火花加工凹模时，对α=4-20的圆柱形圆柱形或圆锥型的凹模进行加工。具有很高的刃口力，修整后的刃口形不会改变。但是，孔口易堆积工件或废品，推杆受力大，磨损严重。主要用于对具有复杂外形和高精度要求的零件进行冲压加工。当t＜0.5mm时，h＝3～5mm；当t＝0.5～5mm时，h＝5～l0mm；当t＝5～l0mm时，h＝10～15mm，α＝3～5。锁壳的结构简单，故选用h=3-5mm.6.1.2凹模外形尺寸凹模厚度的确定，（见公式6.1）。H＝Kb（6.1）取b=120mm则k=0.18H=21.1mm故凹模厚度选用20mm凹模壁厚(指凹模刃口与外边缘的距离)的确定，（见公式6.2）。小凹模c＝(1.5～2)H（6.2）C=30mm大凹模c＝(2～3)H（6.2）C=40mm公式中b──→冲裁件的最大外形尺寸，单位mm；K──→系数，见表6.1；H──→凹模厚度，其值为15～20mm；c──→凹模壁厚，其值为26～40mm。用上述公式求出的模具轮廓尺寸，既能确保模具具有较高的强度，又能满足模具的要求，通常可省去对其强度的校核。图6.1系数K的数值由上式所得H=20mm,C=40mm；凹模长度=120+2C=200mm；模宽度=84+2C=164mm；6.2凹模的固定方法和主要技术要求

模具通常是用螺丝与销子来固定的。螺丝与销的数目，规格，及他们的位置，应该可以从模具的尺寸，在标准的典型的组合。其安装位置可以根据建筑的要求进行相应的调整。螺孔和销孔的间距和与模板边沿的距离应该符合相关规定。模具凹模的孔轴必须与凹模顶面相垂直，且上、下两个面必须相互平行。从而延长了冲裁模具的寿命，并保证了冲裁零件的精度。模具下表面及模具孔内壁应平滑。模具的材质同凸型模具相同，但其硬度要比冲头稍高一些，硬度可达60-64HRC。6.2.1固定板冲压模具中使用最广泛的是冲压模具，其形状有两种，一种是圆的，另一种是矩形的，主要用于压紧小冲压模具。在设计定位盘时，应该考虑如下问题：1)公模的定位板的厚度一般为公模的0.6-0.8倍，其表面大小可与铸模及排屑槽的外部形状相吻合，但要将螺钉及销钉的位置一并计算进去。2)固定盘上的冲压装配孔与冲压件采用H7/m6型的过渡装配，冲压完成后，应将冲压件连同定位盘一并进行打磨。3)所述紧固板上下两个表面应该是平坦的，并且与所述冲压装配孔轴线相垂直；固定板的基底面和压接接合表面的粗糙度在6-0.8μm之间，对于其它不规范表面的要求可以适当减小。4)定位盘的材质通常为Q235或者45钢材，不需要进行淬火处理。固定板材料采用45钢，厚度取16mm,外形尺寸（200X164）.6.2.2卸料板排料板通常有两种：一是硬型，二是弹性型。1.闭式硬排料板，适合于对0.5毫米或更厚的条料进行压制。2.为悬臂型硬脱板，适合于对较细、较大的原料进行卸料。3.为一种可用于简易折弯及拉伸模具的钩子式硬脱板。本论文所述的一种硬式卸料板，是一种利用螺丝、销子与下模具相结合的结构形式，能够承载更大的卸料力，适用于厚钢板冲压件的卸料。硬式排料板与冲头之间的侧隙通常在0.1-0.5毫米之间。硬式卸料器的厚度取决于卸料器的压力和卸料器的尺寸，通常为5-12毫米。弹性卸料板：1.是顺装式模具的弹性卸料板；2.是倒装式模具的弹性卸料板；3.是采用橡胶等弹性元件卸料板；在本次设计中选用刚性卸料板。其大小与模具大小一致。刚性出料机构为固定式卸料板。适用于硬度大，厚度大，对精度有较高要求的零件进行下料。在卸料片仅作为卸料功能时，其与冲头之间的缝隙随着物料的厚度而变大，单边间隙取(0.2～0.5)t。表6.2卸料板厚度冲件厚度t条料宽度B≤5050～8080～125125～200>200

h

h

h

h

～0.868610812101412160.8～1.56108121014121614181.5～38—10—12—14—16—3～4.510—12—14—16—18—>4.512—14—16—18—20—查表6.2得卸料板厚度：h=14mm,卸料板外形尺寸与凹模外形尺寸相同（200X164）.并用四个卸料螺钉固定在下模上。7其他机构设计7.1模具导向机构一种适用于模具导向器的导柱式模具，它包括上、下模具底座和引导部件。模框上的全部零件都装在上面，承受全部的压力。上模和下模底座与冲床的滑块相连。利用导向柱及导向套管的导向，实现了模具上、下模具的精确对齐。根据导向柱在模具框中的定位，导向柱模可分为四种基本形式。对角导柱模板是沿着冲头的对角方向设置的，所以可以使上模在冲头上平稳地滑移。常用于横向和纵向的排样模，组合模具（X轴是横向的，Y是纵向的）。后导向柱模架。因正面及左右均无约束，使进料及作业更加便利。由于导向柱装在背面，在使用过程中，因偏心度可能造成导柱导套的单向磨耗，故不能使用浮动型把手。中间导向柱模架。导柱定位在所述模头的对称线上，可实现精确稳定的导向。四导柱模框，具有滑移平稳、引导精确、刚度高的特点。适用于大型精密冲压零件，亦可用作自动化冲压模之批量制造。采用后导向柱模架作为导引机构。7.1.1定位装置一种位于冲模上的固定零件，用以保证条材被精确地输送到冲模中。在给模具的平面上，条带应该满足两个条件：第一个条件是在与给模具的垂直方向上施加一定的约束，从而保证材料按一定的方向进给，此为进给导向；二是在运输方向上的约束，一次运输的距离叫做运输地点。对块件或工件进行定位，实质上是双向约束，但其构造形式及条材的区别。在对其进行定位时，要根据坯料形式，模具结构，冲裁精度，生产效率等方面进行选择。对模头上的定位部件，其功能就是保证坯料在模头上能准确地定位。毛坯在模具中的定位包括两部分：第一部分是在给料方向上的定位，用于控制给料的进给距离，一般叫做挡料，在文中表示为销钉；二是在给料方向垂直的位置，一般称作给料导引。7.1.2定位板和定位销在对单件坯料进行冲孔时，通常使用的是定位盘或销钉。它的基本格式如下。可以分成带轮廓的毛料；带内侧带孔的毛料。定位针的功能是确保在输送过程中，能够实现精确的输送。有固定挡料针、移动挡料针和起料挡针三种类型.设置挡针，在上针时，需手工提起带针送入，并将挡针插入下一洞内，使其向前顶紧。筒形头止料销钉，其定位件与工作件的直径相差较大，且不影响模具的强度；它通常安装在模具上，用于具有一定排屑片和弹排片的冲压模具。挡料销在进给方向上是倾斜的，在进给时，在进给时碰到斜刃，造成挡料栓越过挡料杆，进入到下一孔内，再把挡料杆向后一拖，挡料针就会靠在挡料杆上而被固定。每一次进给，再往后退，使两个方向反向运动。适合于厚度在0.8毫米以上的冲裁料，由于裁片要求有足够的韧性，如果裁片过细，就无法将其与弹簧一起撑起。图7.23是始用挡料销。在操作中，将挡料板推出来，待挡料板对准后，在弹簧的带动下，挡料板便会自行退出来。图7.1始用挡料销7.1.3导正销为确保级进模冲裁零件内孔与外圆周之间的相对定位精度，可以使用图2.23所示的导向销来进行级进模的定位。所述导向销安装在所述落料冲头的工作端面上，在所述下料之前，所述导向针先插入所述冲出的孔中；以确定内孔与型面的相对位置，从而避免了进给、引导时的误差。挡料销的位置e可计算,(见公式7.1)。e=A-++0.1(7.1)公式中A──→送料进距；D──→落料凸模直径；d──→挡料销头部直径；0.1──→导正销往前推的活动余量；e=40-14+8+0.1=34.1mm表7.2导料板、挡料销高度材料厚度t挡料销高度导料板厚度H固定挡料销自动挡料销0.3～236～84～82～348～106～83～4410～128～104～6512～158～106～10815～2510～157.1.4导尺在使用条式或带式下料时，通常选择导向器或导向针，以引导物料的输送方向。由于该导向器常用于单件顺序模具及连续模具中，而导向器则是该导向器的一种简单的型式，主要应用在具有弹性脱模装置的一道工序模具中。导向板的厚度应依据条料的厚度、质量状况及工作方式而定。图7.3导向器两端固定部件的间距为：条带宽度加0.2-1.0毫米。当条宽偏差太大时，为了减少条宽偏差，必须在一边的导向板上加装侧边压力器以抵消条板的横向偏差，使条板始终朝对面称为参考导向板的方向移动。7.1.5侧刃侧刀是通过在条板侧面切断一小部分原料，从而控制其进给距离，见图6.26。侧刃截面的长度与进距相等，侧面刀的前、后导向尺两边的间距是不同的，存在着不同的大小a，因此，必须先用侧面刀刃将其切割成与其相同的长度，然后再将其送入一段进距。根据断面形状，常用的侧刃可分为三种，如图6.26所示。其中图6.26(a)是矩形的侧面刀刃，这种侧面刀刃制作容易，但是如果侧面刀刃部分被削平，则会在侧面产生毛边，从而不利于输送。图6.26(b)的成形侧刃可克服上述缺点，但制造较复杂，同时也由于增大了切边宽度，而造成原材料更多的消耗。图6.26(c)所示的刀刃，需要配有弹性止动器的销钉，首先在条状物的边沿上开一个锐角的切口，再将其送入，在切口滑动到止动器销钉上时，逆时针向后拉，直到止动器的凹槽卡住，才能达到固定的距离。该工艺具有原料无废料的优点，但操作繁琐，生产率较低。（a）（b）（c）图7.4侧面断刃形状总的来说，侧刀的定位精度高、可靠性好、生产率高，但是整体的冲切力会加大，耗材也会增多。边刀通常用作连续模具中的供料和长度，可选用的材质为0.1-1.5毫米，但在其它情况下，如果可以使用挡料销来达到固定长度的话，可以不使用侧刀。7.2固定零件

模头固定件包括模柄，固定板，垫，销，螺丝等。这些部件均可在标准中找到。冲头是将上模和冲床连接起来的一个部件，一般在1000KN以内使用。模柄的结构型式比较多，常用的有图2.8.32所示的几种。重载的模具可直接用螺钉、压板将上模压在滑块端面。凸凹模具固定盘，主要用于固定小型冲模、凹模或凸模等工作件。该模具的内外轮廓基本相同，其厚度为（0.6—0.8)H凹。材质可以选择Q235或者45号钢材。垫块主要用于承受冲头或冲模的压力，以避免过度的冲压压力在上、下模板上形成凹坑（图2。8。33）。垫片的厚度按不同的工作压力而定，通常是5-12毫米，形状和安装盘一样，材质为45号钢材，经热处理后硬度在HRC43~48之间。7.2.1导柱和导套1.滑动导柱、导套滑动导向柱，导向套均为圆筒形。它易于制造，易于组装，是目前在模具工业中使用最广泛的一种导引设备。导向立柱的直径通常为16毫米至60毫米，而长度L为90毫米至320毫米。根据规范选择时，当上模具底座处于最下方（关闭）时，导向立柱的顶端表面与上模具底座的顶部表面之间的间距不少于10-15毫米，而下部模具底座底部和导向立柱底部之间的间距不少于5毫米。导向柱的下半部分和下模底座的导柱孔通过干涉配合，所述导套的外径和上模具底座的导套孔之间通过干涉配合。导向套筒的长度为L1，必须确保导向套筒在冲压过程中必须插入导向套筒l0mm。导柱与导套是有间隙的配合，由于冲压工艺、冲压零件的精度及材料等因素，它们之间的配合间隙也会有细微的差别。例如，对于冲裁模，导柱和导套的配合可根据凸、凹模间隙选择。凸、凹模间隙小于0.3mm时，采用H6/h5配合；大于0.3mm时，采用H7/h6配合。拉深厚度为4～8mm的金属板时，采用H7/f7配合。2.滚珠导柱、导套滚珠导向杆及导向套筒为一款无缝隙、高精度、使用寿命长的导向套筒，适用于高速冲压模具、精密冲压模具及硬质合金模具。图2.32是一种普通的滚珠导柱，导向套管的构造，导柱1和上模具导向套管的干涉配合，导向柱5和下模具导向套管的干涉装配，滚珠3放置在滚珠夹紧环4中，与导向柱及导向套管相接触，并且存在微小的干涉。在设计中要求球面与导向柱及导向套之间干涉量为0.01-0.02毫米。球的大小要精确地控制，以确保它们之间的接触。球的直径通常在3-5毫米之间。高精密型面，球型精度选用IT5，面型面型型面型选用IT6型。球面呈对称且均匀的布置，距轴心的倾角a通常为5-10°，使得每颗球在上、下移动时都有相应的座圈，减小了摩擦。球保持环的长度为L，以确保在上模具返回到上止点处，还有2-3个球与导柱和导套配合，发挥引导功能。所述引导套管的长度为L1=L+（5-10）毫米。导向柱和导向套均有国家标准，在设计时尽量按照规范进行选择。本设计锁壳的设计精度不高，故选用滑动导柱导套，L=160mm；7.2.2上下模座模具上下面的平行度应符合规范，一般公正度为4，上模导向套筒的轴线垂直于上模底座的上侧面，下模导向套筒的轴线垂直于下模底座的下侧面，其垂直度允许值一般为4个等级。上、下模具底座的导套与导柱之间的间距必须一致，且尺寸误差不超过0.02mm。模具上下表面的粗糙度达到Ra.6-0.8，当符合平行性的需要时，可将其降至Ra3.2~1.6μm。选用HT400作为材质。模具底座分带导柱与无底座之二种，需视企业生产规模大小及产品需求而定。带导柱标准模座的常用形式及导柱的排列方式如图7.5所示。后导柱模具，长度为63-400毫米。两个导棒设置在后端，具有三个方向供料的功能，操作简便，但是在冲裁时容易出现偏磨现象。因此，它适用于小尺寸冲压零件，不适用于大尺寸冲压零件。对角导柱模座，L＝63～500mm；两根导向柱沿对角线安装，方便纵向或侧向进给。因为导向柱安装在模头的中心，所以在冲压过程中，可以避免因偏心力矩造成的模头偏斜。适合于在高速冲床上进行各种高精度冲压件的冲压模具。中间导柱模座，L＝63～630mm；适用于单一毛坯横向送料，并能实现更高精度的冲裁。四导柱模座，L＝160～630mm；四个导向柱冲模，其导向作用是最佳的，适用于高精密的冲裁件。后导柱窄形模座，L＝250～800mm；适用于各类中型冲压件的冲模。三导柱模座，适用于各类大型冲压件的冲模。图7.5模座在选用符合规范要求的模具底座时，要按照模具（或冲头）、出料及定位机构等的平面布局来确定模具底座的大小。通常，模具底座的大小L应该比模具的直径大40-70毫米。模具底座的厚度是模具的1-1.5倍。下模具底座的轮廓线要比冲压工作台面边缘高出40-50毫米。上、下模座已有国家标准，除特殊类型外，尽可能按标准选取。导柱、导套和上、下模座装配后组成模架，（a）后侧导柱模座(b)对角导柱模座(c)中间导柱模座(d)四导柱模座(e)后导柱窄形模座(f)三导柱模座选用后侧导柱模座。7.2.3模柄它的功能是把上模的上模保持在冲压机的滑动块上。通常使用的模具把手形状见图7.6，图7.6(a)是一体式的模具手柄。把和上模固定在一个一体，在小模上使用。图7.6(b)是带有阶梯的挤压式模具手柄。本机与模底固定孔用H7/n6配套使用，能确保高的轴线及垂直度，适合各类中小型模具使用。图7.6(c)是一个螺旋形模具手柄。安装在上模上后，为了避免松脱，将螺丝旋进防旋转螺丝固定，竖向精度不高，多应用在小尺寸的模具中。图7.6(d)是带凸圆的模头，用螺丝和销子固定在上模底座上，适合大尺寸的模头。图7.6(e)是一种漂浮型模具的把手。该模具由模具柄，球托，连接板三部分构成。采用该设计方案，可以有效地减小冲模的引导误差，减少冲模的导引精度。用于带球导柱和导套导向的高精度冲压模具。在模具手柄的设计中，需要指出手柄的长度不能超过模具内的模具手柄孔的深度。图7.6模柄7.2.4模具的闭合高度模具的闭合高度H模是指模具在最低工作位置时，上、下模之间的距离，在决定封模高度前，必须知道封模的关闭高度。如图6-4所示，为保证模头正确工作，封模的关闭高度要与其关闭的高度一致，即在最大关闭高度与最小关闭高度之间，（见公式7.2）。H最大－5≥H模≥H最小＋10（7.2）图7.7模具闭合高度模具的闭合高度H=80mm.7.2.5确定模具结构（1）模具结构形式采用级进模冲裁，导导向销引导、单向进给、两个方向的冲压工艺并行的方式，其中，第一个过程是冲出一个孔，第一个步骤使用的是一个定位销来决定长度，而在这个过程中，它还可以使用一个固定的位置来决定长度，或者是使用一个侧面的固定长度。（2）凹模周界及厚度：凹模周界为120X84，闭合高度为120--140mm,厚度为20mm（3）用刚性卸料装置卸料。（4）采用后侧导柱模架，规格为276x140x202—180工件设计(1)模具为一体化的。(2)为提高下料冲头的强度，用一种轴平台结构。(3)冲孔凸模为等截面的构造，直接定位，便于加工。(4)使用了垂直送料的硬排送法。(5)对凸凹模具进行切削刃大小及工艺容差进行了分析。7.3模具寿命模具寿命是在模具上工作的最长时间，而不会影响到产品的品质。模具失效可以划分为偶然失效和正常失效。其主要破坏形式为塑性变形、断裂及局部剧烈磨损。在大量制造过程中，由于低速塑性变形、较均匀的摩擦和疲劳破坏等原因导致的不能再利用。7.3.1模具失效形式及机理各种型号的模具、工件各异、破损部位各不相同，大致可归纳为三种：磨耗、破裂和塑性。(1)磨损失效在使用过程中，模具与成型毛坯发生接触，并与之发生相对运动。当两个对象发生相对运动时，接触表面材料的损失被称作摩擦。磨损破坏可以划分为下列类型：1)在循环应力（力和热）共同影响下，两个接触面发生相对移动，导致表层材料发生疲劳剥落，这一过程被称作“疲劳磨损”。2)气蚀、冲刷磨损是指