安装耳环级冷冲压模具设计-学位论文.doc

（2013 届）
本科毕业设计（论文）

学 院（部）：
机械工程学院
专 业：
材料成型及控制工程
学 生 姓 名：
焦凤飞
班 级：
材料092
学号 09405701134
指导教师姓名：
朱亨荣
职称 讲师

徐跃进
职称 教授
最终评定成绩

2013 年 5 月
摘 要

本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。

关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模

湖南工业大学本科毕业设计（论文）
ABSTRACT

The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project.

Keywords:mold; stamping parts; punch; die; punch and die

主要符号表

目 录
第1章 绪论 1
1.1 中国冲压模具现状 1
1.1.1 模具CAD/CAM技术状况 1
1.1.2 模具设计与制造能力状况 2
1.2 冲压模具的发展重点与展望 3
1.2.1 冲压模具产品发展重点 3
1.2.2 冲压模具技术发展重点 3
1.3 中国冲压模具的发展趋势 4
第2章 冲压件工艺性分析 5
2.1 产品分析 5
2.1.1 零件介绍 5
2.2 冲压工艺分析与排样设计 6
2.2.1 冲压工艺性分析 6
2.2.2 排样设计 6
2.2.3 排样图 7
第3章 压力机的选择和模具中心的确定 9
3.1 压力机的选择 9
3.1.1 冲压力的计算 9
3.1.2 压力机的选择 9
3.2 压力中心的计算 11
第4章 模具结构形式的选择 13
4.1 定位方式及定位零件 13
4.1.1 导料板的选用 13
4.1.2 定距侧刃的选用 13
4.2 导正销 13
4.3 托料钉 14
4.4 卸料装置的选用 14
4.5 始用挡料销 15
第5章 模架的结构形式的和相关尺寸 16
5.1 模架的结构形式 16
5.2 模具的相关尺寸 16
第6章 模具工作零件设计 17
6.1 凸凹模间隙确定 17
6.1.1 冲裁间隙的选择 17
6.1.2 冲裁间隙对冲裁件的影响 17
6.1.3 冲裁间隙对尺寸精度的影响 17
6.1.4 冲裁间隙对冲裁力的影响 17
6.1.5 冲裁间隙对模具寿命的影响 18
6.1.6 合理确定冲裁间隙的理论依据 18
6.1.7 合理冲裁间隙的选择 18
6.2 凸凹模的外形尺寸 19
6.2.1 凸凹模刃口尺寸计算的原则 19
6.2.2 凸凹模刃口尺寸的计算方法 20
6.2.3 凸凹模刃口尺寸具体计算 20
6.3 凸凹模长度计算 23
6.4 弯曲压包模设计计算 23
6.5 凸凹模的固定方式 24
6.5.1 凸模的固定方式 24
6.5.2 凹模的固定方式 25
第7章 压力机校核 25
7.1 公称压力 25
7.2 形成次数 26
7.3 工作台面尺寸 26
7.4 闭合高度 26
第8章 模具的安装调整和安全措施 26
8.1 压力机的安装调整 26
8.2 冲压工作的安全措施 27
结 论 27
参考文献 28
致 谢 29

湖南工业大学本科毕业设计（论文）
第1章 绪论

1.1 中国冲压模具现状
根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具的生产能力。
近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模，大尺寸（Φ≧300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平[1]。
1.1.1 模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。
模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer，美国CV公司的CADS5，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。
  快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。
  围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。
1.1.2 模具设计与制造能力状况
   在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
  虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。  
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。
  汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。
  模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用。
1.2 冲压模具的发展重点与展望
发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可分为产品重点、技术重点两个方面来研究。
1.2.1 冲压模具产品发展重点
  冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。
汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度[2]。
1.2.2 冲压模具技术发展重点
模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。
为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。 对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。
1.3 中国冲压模具的发展趋势
根据国内和国际模具市场的发展状况，以及未来我国的模具行业做出调整后，将呈现出十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模具的比例将不断提高；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大。这就是我国模具行业未来的发展趋势。

第2章 冲压件工艺性分析

2.1 产品分析
图2.1为产品零件图：

图2.1 产品零件图
2.1.1 零件介绍
该零件为耳环安装零件，材料为08F，厚度2.6mm。具有强度低和硬度、塑性、韧性好，易于深冲、拉延、弯曲和焊接等特点[3]。常用作深冲压和深拉延的容器，如搪瓷制品、仪表板、汽车驾驶室盖板等。 圆钢用作心部强度要求 不高的渗碳或氰化零件。零件中Φ4mm凸包作焊接点用，为保证焊接质量，对凸包高度差有要求。R31.8mm圆弧面为焊接定位面，4个浅槽和2个Φ3.5mm孔为工艺槽孔，Φ14mm孔为安装孔。精度等级IT14级。
2.2 冲压工艺分析与排样设计
2.2.1 冲压工艺性分析
该零件存在两个方向的弯曲成型，故对模具结构有较高要求。经分析决定采取先冲裁再弯曲的设计。由于先冲裁成型的孔在弯曲后会产生变形，因此在冲外轮廓及内孔的时候将变形预先考虑，对外型进行尺寸上的修改，再由不断的实验确定预先冲裁的尺寸已达到理想的成型效果。且由于存在两个方向的弯曲，故单独的零件弯曲难以形成力的平衡，综上，采用两面对称的排样形式进行成型。
2.2.2 排样设计
该零件要求大批量生产，且存在两个方向的弯曲成型，从节约材料和模具结构尽量简化的角度考虑，有两种排样形式可以选择：
方案1如图2.2所示

图2.2 排样设计方案1
方案2如图2.3所示

图2.3 排样设计方案2

综合考虑两种排样方案。两种方案均能实现成型的目的，且方案一工步数量要求相对较小，材料利用率相对更好，经济效益更好，但是由于各个工位之间安排过于紧凑在安装凸模时可能会造成困难。故产生方案2，加入合适的孔工位，在保证冲压质量的同时，又遍于模具的制造和安装。10个工位依次为，冲定距侧刃——切边——空位——冲小孔——冲椭圆孔——压凸包——弯曲——空位——切断。
2.2.3 排样图
2.2.3.1零件展开尺寸的计算
由课本公式L= L1 + L2 + 2π(r + kt)a/360°[3]
（公式中L1,L2分表表示弯曲处两侧的直边长度。 r表示弯曲半径。t表示板料厚度。a表示弯曲角。k为系数由r/t的值来确定）
带入响应数值：
a = 90.5°，t = 2.6mm，r = 2mm，查表可得k = 0.27。.
L = 14.5 + 17.4 + 2π（2 + 0.27 x 2.6）90.5/360 = 36.168mm。
2.2.3.2搭边值的计算
查课本中响应表格确定零件与零件的搭边值为3mm，零件与板料边缘的搭边值为4mm。
2.2.3.3条料宽度与板料利用率的计算
条料宽度计算：

（式中：D—工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）
a—侧搭边（mm） —条料宽度的公差，
n—侧刃数 C—侧刃冲切的料边宽度（mm））
板料利用率[4]计算：

（公式中：n一个进距内零件数量。A零件的面积。B一个进距内条料宽度。一个进距内条料长度。）

第3章 压力机的选择和模具中心的确定

3.1 压力机的选择
3.1.1 冲压力的计算
计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具强度。压力机的吨位必须大于冲裁力。
查表得知：08F，抗拉强度=295MPa[5]。由公式依次计算各部分冲压力：
由AutoCAD直接测量出剪切总长度：L=300mm
冲裁力： F冲= KLt0.8= 1.33002.60.8295 = 240000 N
(公式中K系数，对于碳素工具钢取值1.3。L剪切长度。t板料厚度。材料的抗拉强度)
卸料力：查课本表得Kx=0.03
F卸=KxF冲 = 0.03240000 = 7200 N
推件力：查课本表得Kt=0.045 n==5/2.6
F推=KtnF冲 = 0.045（5/2.6）240000 = 21600 N
自由弯曲力=
(公式中C，K为系数分别去0.7,1。T板料厚度。材料的抗拉强度。r弯曲半径)
由于本零件存在两个方向的弯曲，故应分别计算自由弯曲力。
F弯 = + = 14026N
总冲压力
F总=F冲+F卸+F推+F弯=240000+7200+21600+14026
=282826N283 KN
3.1.2 压力机的选择
3.1.2.1 压力机参数的选择
冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关[6]。
冲压类型与应用
1.开式压力机：在中、小型的冲裁件、弯曲件或拉深件的冲压生产中，主要选用
开式压力机。
2．闭式压力机：在大、中和精度高的冲压生产中，主要选用闭式压力机。
3．液压机：在小批量和大型拉深、弯曲和成型件的生产中多选用液压机。打算内液压机一般不适于冲裁工作。
4．高速压力机：用于大批量生产。通常于连续模和自动送料装置配套使用。
5．精压机：用于精压和体积精压等工艺。
6．精冲压力机：用于精冲工艺，采用专用精冲模具，也可在普通压力机上实现精冲。
3.1.2.2 冲压设备的选用原则
冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的形状、尺寸及精度要求等因素来决定的。冲压生产中常用的设备种类很多，选用设备时主要应考虑下述因素：
1.冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序，是否符合安全生产和环保的要求。
2.冲压设备的压力和功率是否满足应完成任务工序的要求。
3.冲压设备装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序所所使用的模具。
4.冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。
3.1.2.3冲压设备的选用
一般情况下所选压力机的标称压力大于或等于成型工艺力和辅助工艺力总和的1.3倍，对于工作行程小于标称压力行程的工序也可直按压力机的标称压力选择设备。
故压力机的标称压力应大于（2831.3）kN=364kN。
根据计算总力，查《冲压手册》表初选定型号为JA31—40A的压力机。当模具结构尺寸确定后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核。
表3.1 压力机参数
公称压力/kN
400
滑块行程/mm
100
滑块行程次数/ 次/min
80
最大闭合高度/mm
400
工作台尺寸：前后/mm
420
工作台尺寸：左右/mm
630
垫板尺寸：厚度/mm
40
模柄孔尺寸：直径/mm
50
模柄孔尺寸：深度/mm
70
3.2 压力中心的计算
模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能会出现由于冲件的形状特殊或排样特殊，从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。

压力中心的计算相对复杂，因此我采用了AutoCAD来计算压力中心的方法。先将冲压区域变成面域，再通过“massprop”命令得出相关属性如果3.1所示。

图3.1 AutoCAD计算压力中心
压力中心的计算相对复杂，因此我采用了AutoCAD来计算压力中心的方法。先将冲压区域变成面域，再通过“massprop”命令得出相关属性如果3.1所示。然后通过质心坐标确定模具的压力中心。结果如图3.2所示。

图3.2 压力中心

第4章 模具结构形式的选择

4.1 定位方式及定位零件
4.1.1 导料板的选用
导料板的作用：引导条料或带料进入模具（凹模）的板状导向零件。在本套模具中，我设计采用选用分离式的导料板，外形尺寸纵向长度有凹模长度决定。
4.1.2 定距侧刃的选用
定距侧刃的作用：采用冲裁级进模冲裁时，先在条料的侧边冲切一定形状的缺口，条料送进步距就以缺口定距。
在本套模具中，由于制件两道工序之间的距离相对较大，步距与两个制件的距离一致，即为34.7mm.采用单侧刃，提高制件的精度。
侧刃的的结构如图4.1所示，这种侧刃所产生的毛刺处在侧刃齿形冲出的宽缺 口中，对定距精度没有影响，定距精度较高。

图4.1 压力中心
侧刃的制造公差按h6确定，带侧刃的模具，一般都在侧刃孔旁的导料板上装 有挡块，以减轻导料板对挡料台阶的磨损。
4.2 导正销
由于该零件双侧弯曲的特殊结构，为保证两面弯曲正常进行，且能正常在凹模面上进行倒料，故在设计模具时我采用了托料钉进行抬料。由于模具结构的限制只能将抬料钉布置在中央，故限制了安放导正销的位置已经导致孔的冲裁，因此在此套模具中不采用导正销的设计。
4.3 托料钉
在冲压模具中，可以起到抬起板料的结构有托料钉，托料管和托料块三种。托起的高度一般应使条料最低部位高出凹模表面1.5mm~2mm，同时应使被托起的条料上平面低于刚性卸料板下平面(2~3)t左右，这样才能使条料送进顺利。托料钉的优点是可以根据托料具体情况布置，托料效果好，凡是托料力不大的情况都可采用压缩弹簧作托料力源。托料钉通常用圆柱形，但也可用方形（在送料方向带有斜度）。托料钉经常是成偶数使用，其正确位置应设置在条料上没有较大的孔和成形部位下方。对于刚性差的条料应采用托料块托料，以免条料变形。托料管设在有导正孔的位置进行托料，它与导正销配合（H7/h6），管孔起导正孔作用，适用于薄料。这些形式的托料装置常与导料板组成托料导向装置。
由于该零件双侧弯曲的特殊结构，在R31.8的弯曲成型完成的同时如果想R2的弯曲成型也能进行，则在进行R31.8的成型时至少要产生10mm的高度差。以保证两个弯曲能够同时成型。再进行了分析以及资料的查阅后，为了保证模具结构简单，成型效果好，我选择了托料钉的设计，如图4.2。

图4.2 托料钉 图4.3 压料杆
在对应的凸模位置，采用B型圆形凸模加工后，起到一个下压的作用。如图4.3。
4.4 卸料装置的选用
卸料装置分为三种：1固定卸料，2弹性卸料，3刚性卸料。
固定卸料具有卸料力大，卸料可靠，无压料作用等特点。
弹性卸料具有兼卸料及压料作用，冲件质量较好，平直度较高等特点。
刚性卸料具有卸料力大，卸料板与凹模间距较大等特点。
对于本冲裁，落料级进模，已选用最简单的卸料装置，即弹压卸料装置，弹压卸料板既起卸料作用也起压料作用，所以冲件直平度较高，结构简便易于制造。节约成本。在冲裁前将板料压平，防止冲裁件翘曲。如图4.4所示。

图4.4 弹性卸料板
4.5 始用挡料销
为了保证首件冲裁的正确定距，采用始用挡料销，采用使用挡料销的目的是为了提高材料利用率。对于批量生产尤其重要。如图4.5所示。

图4.5 始用挡料销

第5章 模架的结构形式的和相关尺寸

5.1 模架的结构形式
模架是模具的主体结构，他是连接冷冲模具工作零件的部件，所以选用模架相当重要，根据落料模的要求，要求操作方便，且偏移力不大，选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出件方式，材料的送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方进行综合考虑。故依据JB/T8050-1999标准，选用两导柱后置的模座结构如图5.1所示。冲模的主要零件都是通过螺钉、销钉连接到模架上，构成一幅完整的冲模结构方可使用。

图5.1 后侧导柱模架
5.2 模具的相关尺寸
首先由排样图确定冲裁板料的最大尺寸b和l，再根据经验公式 L = l + 2c;B = b + 2c 。分别得出模具在长宽方向的大致尺寸如图5.2所示。经测量 l = 328, b = 128. 查设计手册得到c = 50. 因此确定 L = 428，B = 228. 查设计手册确定模架尺寸，选择模具周界400 x 250的模架，其余零件均可查表获得。

图5.2 模具尺寸计算示意图
第6章 模具工作零件设计

6.1 凸凹模间隙确定
6.1.1 冲裁间隙的选择
冲裁间隙指凸、凹模刃口间隙的距离。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗，应根据实际情况和需要合理的选用。冲裁间隙有单面间隙和双面间隙之分。根据冲裁件尺寸精度、剪切质量、模具寿命和力能消耗等主要因素，将金属材料冲裁间隙分成三种类型[3]：Ⅰ类（小间隙），Ⅱ类（中等间隙），Ⅲ类（大间隙）。
6.1.2 冲裁间隙对冲裁件的影响
1、间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹在继续加压的情况下将产生二次剪切，继而被挤入凹模。这样，制件端面中部留下撕裂面，而两头出现光亮带，在端面出现挤长的毛刺。毛刺虽长单易去除，只要中间撕裂不是很深，仍可用。
2、间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉伸应力增大，材料容易被撕裂，使制件的光亮代减小，圆角与断裂都增大，毛刺大而厚，难去除。所以随着间隙的增大，制件的断裂面的倾斜度的增大，毛刺增高。
6.1.3 冲裁间隙对尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公差尺寸的差值。这个差值包含两个方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，一是模具本身的制造偏差。其中凸、凹模间隙是影响凸模或凹模尺寸的偏差的主要因素。
当凸、凹模的间隙较大时，材料所受拉伸作用增大。冲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。此时穹弯的弹性恢复方向与其相反，鼓薄板冲裁时制件尺寸偏差减小。在间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径减小。
6.1.4 冲裁间隙对冲裁力的影响
随着间隙的增大，材料所受的拉力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。但是继续增大间隙时，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹不重合，冲裁力减小。
由于间隙的增大，使冲裁件的光亮面变小，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。但是，间隙继续增大时，因为毛刺增大，引起卸料力、顶件力也迅速增大。
6.1.5 冲裁间隙对模具寿命的影响
冲裁模具的寿命通常以保证获得合格产品时的冲裁次数来表示。冲裁过程中模具的失效形式一般有：磨损、变形、崩刃和凹模刃口涨裂四种。
间隙增大时可使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小；但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具磨损，一般间隙为（10%--15%）t时磨损最小模具寿命较高。间隙小时，落料件梗塞在凹模洞口的涨裂力也大。
6.1.6 合理确定冲裁间隙的理论依据
由以上分析可见，凸、凹模对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。因此，在设计和制造模具时有一个合理的间隙值，以保证冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，所需冲裁力小，模具寿命高。生产中常选用一个适当的范围作为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙,最大值称为最大合理间隙。设计与制造新模具时采用最小合理间隙值。
确定合理间隙的理论根据是以凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合为依据。可以计算得到合理间隙值，计算公式如下：
Z=2t(1- )tanβ
由上式可看出，间隙z与材料厚度t、相对切入深度/t及破裂角β有关。对硬而脆的材料， /t有较小值时，则合理间隙值较大。对软而韧的材料，/t有较大值，则合理间隙值较小。板厚越大，合理间隙越大。
由于理论计算在生产中不便使用，故目前广泛使用的是经验数据。
6.1.7 合理冲裁间隙的选择
表6.1冲裁模较大单面间隙（部分）[8]
材料
厚度
08、10、35、09Mn、Q235、B3
Q235
40、50
65Mn
最小值
最大值
最小值
最大值
最小值
最大值
最小值
最大值
0.5
0.020
0.030
0.020
0.030
0.020
0.030
0.020
0.030
0.6
0.024
0.036
0.024
0.036
0.024
0.036
0.024
0.036
0.8
0.036
0.052
0.036
0.052
0.036
0.052
0.036
0.052
0.9
0.045
0.063
0.045
0.063
0.045
0.063
0.045
0.063
1.0
0.050
0.070
0.050
0.070
0.050
0.070
0.0450
0.063
1.2
0.063
0.090
0.066
0.090
0.066
0.090

1.5
0.066
0.120
0.085
0.120
0.085
0.120

2.0
0.123
0.180
0.130
0.190
0.130
0.190

间隙的选择可以按照如下原则：对于断面垂直度与尺寸公差要求较高的工件，选择较小的合理间隙值。这时冲裁力与模具寿命作为次要因素来考虑。对于断面垂直度与尺寸公差要求的前提下，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，采用较大的合理间隙值。 部分冲裁件的单面间隙值见表6.1。
由表格可知，此复合模的最小单面间隙为=0.18 mm，最大单面间隙=0.25mm。
6.2 凸凹模的外形尺寸
冲裁剪的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证。正确确定模具刃口尺寸及公差，将会直接影响到冲裁产生的技术经济效果，因此它是设计冲裁模的主要任务之一。
6.2.1 凸凹模刃口尺寸计算的原则
在计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别考虑，其原则如下。
（1） 落料时，应以凹模刃口尺寸为基准。凹模的基本尺寸取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸。凸模的基本尺寸则是用凹模的基本尺寸减去最小合理间隙。
（2） 冲孔时，应以凸模尺寸为基准。凸模基本尺寸取冲件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。凹模的基本尺寸则是用凸模的基本尺寸加上最小合理间隙。
（3） 凸凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸凹模的加工方法来确定，既要保证冲裁间隙要求并冲出合格的零件，又要便于模具加工。
（4） 根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。一般取比工件精度高2~3级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。
6.2.2 凸凹模刃口尺寸的计算方法
凸凹模刃口尺寸的计算方法与加工方法有关，可分为两类。
（1） 凸凹模分别加工时的计算法：凸凹模分别加工时要求分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凹凸模的设计图样上。这种加工的优点是凹凸模具有互换性，便于成批制造。但由于受冲裁间隙的限制，要求凹凸模的制造公差较小，所以这种加工方法主要适用于简单规则形状（圆形，方形或矩形）的冲件。
（2） 凹凸模配作加工时的计算法：凹凸模配作加工的特点是模具的间隙有配作保证，工艺比较简单，不必校核的条件，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲压件公差的1/4），从而使制造比较容易，因此目前一般工厂常常采用此种方法，而且该方法特别适用于冲裁薄板件（因为很小）和复杂形状见的冲模加工。
6.2.3 凸凹模刃口尺寸具体计算
综上所述，在本次冲压模具的设计中，我采用凸凹模配作加工的计算方法来。
冲裁尺寸如6.1所示（椭圆孔具体尺寸由于需要由实验来确定，故此处不进行计算）：

图6.1 冲裁尺寸
由于此为冲孔工艺（计算凸模尺寸再配作凹模）
1）A类尺寸：即凸模磨损后凸模尺寸会变大的尺寸
R2 13.34mm 5.64mm R12
由公式
公式中Ad为凹模刃口尺寸， A为工件尺寸，x为摩擦系数(由板料厚度和公差决定)，Δ为零件的工差（IT14）。
计算结果如表6.2所示。

表6.2冲孔凸模A类尺寸计算
基本尺寸
落料件尺寸
计算过程
结果
5.64mm
5.640-0