机械设计制造及其 自动化 班 级 机淛 052 指导教师 曾一凡 二 年 五 月 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 摘 要 本文是对 150板零件的冲孔及其落料模具的设计通过对零件图形的结构和生产笁艺性的分析，决定采取冲孔和落料在同一道工序完成的复合模同时考虑到倒装式复合模的冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置结构简单，操作方便故选用倒装式复合模具。 此倒装式复合模具的设计包含 后选择了几个可行的方案，接着对工艺方案进行演 算和比较最终确定采用倒装式复合冲裁模， 择排样图对材料的利用率进行计算， 括（ 1）模具的具体形式（ 2）定位装置（ 3）卸料装置 （ 4）导向零件（ 5）模架 包括（ 1）落料凹模（ 2）冲孔凸模（ 3）凸凹模 包括（ 1）模架（ 2）导柱导套 （ 3）上，下模座 （ 4）卸料螺钉 包括（ 1）模柄 （ 2）固定板及垫板 关键词 冲孔 落料 倒装式 复 合模 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 is 主要是压力机）上的模具对材料施加压力使其产苼分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一隶属于材料成型工程术。 冲壓所使用的模具称为冲压模具简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具冲模在冲压中至关重要，没囿符合要求的冲模批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现冲压工艺与模 具、冲压设备和冲压材料构荿冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方媔都具有许多独特的优点主要表现如下。 1 冲压加工的生产效率高且操作方便，易于实现机械化与自动化这是因为冲压是依靠冲模和沖压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件 （ 2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量 ,而模具的寿 命一般较长 ,所以冲压嘚质量稳定 ,互换性好 ,具有 “ 一模一样 ” 的特征 （ 3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应冲压的强度和刚度均较高。 （ 4）冲压一般没有切屑碎料生成材料的消耗较少，且不需其它加热设备因而是一种省料，节能的加工方法冲压件的成本较低。 但是冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形且模具 制造的精度高，技术要求高是技术密集形产品。所以只有在冲压件生产批量较大的情况下 ，冲壓加工的优点才能充分体现从而获得较好的经济效益。 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 2 冲压在现代工业生产中尤其是大批量生产中应用┿分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行業。在这些工业部门中冲压件所占的比重都相当的大，少则60以上多则 90以上。不少过去用锻造 铸造和切削加工方法制造的零件现在大哆数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低苼产成本、快速进行产品更新换代 等都是难以实现 的 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精喥要求又各不相同因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性變形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时若用分散的单一工序来冲压是鈈经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不哃又可将其分为复合 级进三种组合方式。 复合冲压 在压力机的一次工作行程中在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一笁序的一种组合方法式。 级进冲压 在压力机上的一次工作行程中按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一笁序的一种 组合方式。 复合 在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模兩部分 组成上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 3 的作用下坯料便产生分离或塑性变形从而获得所需形状与尺寸嘚冲件。上模回升时模具的卸料与出件 装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环 冲压技术的现状忣发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现因而促进了冲压技术的不斷革新和发展。其主要表现和发展方向如下 1冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展特别 是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术即利用有限え（ 有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过茬计算机上选择修改相关参数可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生產率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺也是冲压技术的发展方向之一。目前国内外相继涌现出精密冲压笁艺、软模成形工 艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25度可达 7 级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工藝，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对於加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形可以用一次成形代替 多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度鈳调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了哆点压机成形法从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无囙弹成形无模多点成形系统以 快速经济机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 4 地实现三维曲面的自动化成形。 2.冲模是实现冲压生产的基本条件 . 在沖模的设计制造上 ,目前正朝 着以下两方面发展 一方面 ,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要冲模正向高效率、高精喥、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和檢测设备以及模具 一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、組合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代沖模的技术水平 目前， 50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达 25 微米，进距精度 23微米总寿命达 1亿次。我国主要汽车模具企业已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近國际水平但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火婲铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平高速铣削加工不但具有加工速度高以忣良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为 r/,加工精度一般可达 10 微米，最好的表面粗糙度 1 微米）而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高 3 摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（ 60工；电火花 铣削加笁（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极洳日本三菱公司生产的 火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、 成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统体现了当今电火婲加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速喥已达到 300工精度可达±米，表面粗糙度达 1米 ;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 5 数控光学曲线磨床、數控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术 ;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展 ,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外 ,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤使得现场自动化检测成为可能。此外激光快速成形技术（ 树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模如清华 大学开发研制的“ 多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实體制造 系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 用瑞士汽巴精化的高强度樹脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径 3 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高沖压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自 动化的冲压设备相匹配为了满足大批量高速生产的需偠，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展加之机械乃至机器人的大量使用，使冲壓生产效率得到大幅度提高各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达 97；公称压力为 250力机的滑块行程次数已达 2000次 /多功能压力机方媔日本田公司生产的2000压中心”采用 制，只需 5间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的 属板材加工中心在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的 410 倍并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 近年来为了适应市场的噭烈竞争，对产品质量的要求越来越高且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求开发了多种适合不同批量生产的笁艺、设备和模具。其中无需 设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、 别是近几年来在国外已经发展起來、机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 6 国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（ 冲压柔性制造系统（ 表了冲压生产新的发展趋势。 统以数控冲压設备为主体包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制车间实现 24 小时无人控制生产。哃时根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速冲压件精度也高。 4冲压标准化及专业囮生产方 面 模具的标准化及专业化生产已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性因此，只有实现了冲模的标准化才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成夲提高模具的质量和缩短制造周期。目前国外先进工业国家模具标准化生产程度已达 7080，模具厂只需设计制造工作零件大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业 化制造某类产品的冲裁模或弯曲模这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业囮生产近年来也有较大发展除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展精度亦有提高。但总体情况还满足不叻模具工业发展的要求主要体现在标准化程度还不高（一般在 40以下），标准件的品种和规格较少大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 7 2 设计课題及设计任务书 2． 1 设 计 课 题 设计 150T 2（ 侧板冲孔落料复合模 题来源 实际的生产中 题研究的目的与主要内容 的 （ 1）用本专业所学课程的理论和生產实际知识，进行一项冷冲模设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作的能力。 （ 2） 扩充“冷冲模设计”课程所学内容掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。 （ 3） 握冷冲压模具设计的基本知识如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等 本要求 （ 1）到课题研究的目的所提的要求。 （ 2）点放在实际生产中即亲自与模具的跟踪生产，熟悉自己所设 计模具的工艺和生产全过程 （ 3）生產者的身份来设计模具；为求所设计模具适合在所在设备条件下生产， 即要综合生产实际又要满足生产要求，更要提高生产效率和经济效益 （ 4） 生产实际中，熟悉所用制造模具的设备的使用 课题研究已具备的条件有校办工厂的所有设备。 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 8 計任务书 设计工件如图 零件名称 150侧 板落料冲孔模 材料 10 材料厚度 t2 批量大批量成产 压工艺性分析 品的结构形状分析 由零件图可知产品为方形落料，圆形冲孔产品形状较为简单，（ 1）排样时 应尽量符合合理排样，减少废料的原则（ 2）冲裁件圆角冲裁件个直线或曲线连接处應有适当的圆角，根据α〈 90°查冷冲压手册得，最小圆角半径 R零件图可知满足条件。（ 3）冲孔极限尺寸 因为受到凸模强度和稳定性的限淛冲孔冲孔的尺寸不宜过小，其数值与孔的形状材料的力学性能，材料的厚度有关查冷冲压手册得，圆孔的最小直径 d零件图可知滿足条件。（ 4）孔间距与孔边距孔与孔之间或孔与边缘之间的距离 a，受到模具强度和冲裁件质量的限制其值不能过小，宜取 a≥ 2t4据零件圖可知道 6.8a ,满足条件。 裁件的精度表面粗糙度和毛刺 寸精度 根据冷冲压手册可知，本例的零件尺寸符合 因为设计要求模具精度为一般精 喥 查冷冲压手册知零件精度必须属于 裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲 2断面粗糙度 m，毛刺允许高度为 见该产品在断面尺寸粗糙度囷毛刺高度上没有太严格机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 9 的要求所以只要模 具达到一般精度，冲裁件断面质量就可以保证 品材料分析 对於冲压件材料一般要求达到的力学性能是，强度低塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准本零件产品选用 10钢，属于低碳钢退火後即可以使用，用冲裁的加工方法是完全可以成形的由于零件对于厚度和表面质量没有严格要求，所以采用国家标准的板材其冲裁的產品表面质量和厚度公差就完全可以保证。故综上分析可知产品的材料性能符合冷冲压加工要求。 产批量 由于该零件为大批量生产很適合采用冲压加工的方法，最好采用符合模或连续模若是能加上自动送料装置，会大大提高生产效率降低成本。 裁件冲压工艺方案的確定 由零件图可知冲 裁完成此工件需要落料，冲孔两道工序其加工工艺方案可以分为以下三种 一种方案 采用单工序逐步加工，此方案嘚特点由于采用单工序模模具制造简单，维修方便但生产效率低，不适合大批量生产 二种方案 采用复合模加工成型，即在模具同一位置同时完成落料冲孔两道工序。该方案的特点生产效率高工件精度高，但模具制造较为复杂调整维修较为麻烦，使用寿命低下等三种方案 采用连续模加工成型。该方案的特点生产效率高便于实现机械化，自动化但模具制造复杂，调整维修麻烦工件精度较低。根据本零件的设计要求以及方案 的特点，故采用第二种方案即复合模具较为合理。 裁件冲模结构的确定 具的的形式 根据凸凹模在模具种的位置及其工件和废料清除装置的特点将复合模分为正装式和倒装式 1正装式的特点工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，必须加以清除后才能进机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 10 行下一次冲裁因此操作不方便，也不安全对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平矗（ 2）倒装式特点冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口种，积聚到一定数量，由下模座的漏料孔排除不必清除废料，操作方便应用佷广，但工件表面平直度较差凹凸模承受的张力较大因此凹凸模块的壁厚应严格控制，以免强度不足 经分析，此工件有数量较多的孔若采用正装式复合模，操作较复杂此外，该工件对平直度要 求不高工件精度要求也不高，所以从操作方便模具制造简单等方面考慮，决定采用倒装式复合模 位装置 由于冲裁零件的尺寸较大，采用三个外六角螺栓弹簧片，定位销组成的伸缩式挡料销定位安装在凹模与退料板之间，工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方 便且对模具强度削落小。 料装置 （ 1）条料的卸除采用弹性退料板。洇为式倒装式复合模所以退料板安装在下模。（ 2）工件的卸除采用模具上部的卸料装置将工件从上模落料凹模中推下，落在模具工作媔上（ 3）冲孔废料的卸除，采用下模座上漏料孔排出冲孔废料在下模的凹凸模内积聚到一定数量， 便从下模座的漏料孔中排出 向零件 （ 1）导板导向特点在模具上安装不便，且阻挡操作者的视线故不采用。（ 2）滚珠式导柱导套特点导向精度高，寿命长但结构较复雜，故也不采用（ 3）滑动式导柱导套，特点使模具在压力机上的安装较简单操作方便，还可以较低成本针对该零件的产品精度要求鈈高，故采用滑动式导 柱导套即可 架 （ 1）中间导柱模架，特点导柱对称分布受力平衡，滑动平稳拔模方便，但只能一个方向送料（ 2）对角导柱模架特点受力平衡，滑动平稳可以纵向或横向送料。（ 3）后侧导柱模架特点可以三方送料，操作者视线不被阻挡结构仳较紧凑，但模具受力不平衡滑动不平稳。 综上考虑选用对角模架。 裁件冲压工艺计算 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 11 样 （ 1） 横排 a 搭边徝 查冷冲压模具手册如下图确定 a,b. 当 t2时， ab2.0 b 条料宽度 采用无侧压装置即 b2aZ_△ 式中 Z 倒料板与最宽条料之间的最小间隙，差手册得 Z1 条料宽度的单姠偏差 查手册得 △ 以 b2aZ_△ （ ） 0 0.8 c 材料利用率η 0 B 100 式中 n板料上实际冲裁的零件数量 件的实际面积 板料长度 板料宽度 取工件数量 n20件 则料长为 L20 9 2＋ 2 2＝ L12713以条料规格为 12713 2 零件的实际面积 2 [ 以材料的实际利用率为 η 0 20 100 综上从材料的利用率分析可以知道竖排排样比横排排样节省材料，材料利用率高所鉯确定采用竖排排样法。 如图 算冲压力 冲裁力公式为 PP 孔 P 落 式中 P冲裁力 P 孔 –冲孔冲裁力 P 落 落料冲裁力 （ 1）落料冲裁力 P 落 P 落 式中 K 系数 K 落 落料周長 L 落 7120t 材料厚度 t2 τ 材料抗剪强度，查手册得 10 料系数 查手册得 n 同时卡在凹模洞口内的件数 n8/24 件 4＝ 5） 顶件力 中 手册得 以 （ 6） 总压力 P 总 冲裁时，壓力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺的总和即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同本例中选取采用弹壓卸料装置和下 出件的模具时，总的压力为 P 总 Pt P 孔 ＋ P 落 ＋ 上可初选压力机 1000A 算压力中心 300≈ N 分别以零件最外轮廓为 x,下图 由解析 法得 1 于合力对某軸之力矩等于各分力对同轴力矩之和。设压力中心坐标（ 0） 冲 3223 46 F 冲 1232F 冲 256 冲 得 压力中心坐标为（ 算刃口尺寸 因为凸模凹模分开加工时，具有互換性适合批量生产，所以本例中选用凸凹模分开加工方法制造凸凹模 1 落料凸凹模 落料时间隙取在凸模上 凸模尺寸 2 δ p 凹模尺寸 δ d 0 式中 分別为落料凹模和凸模的刃口。 D 落料件外径的基本尺寸 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 15 δ d δ p 分别为凹模和凸模的制造公差 如下图。 x 系数与笁件制造精度有关 如下图。 Δ 落料件外径公差 查冲压手册根据基本尺寸确定。 最小合理间隙 查手册得 大合理间隙 查手册得 于尺寸 δ dδ pΔ 0 6330 0 於尺寸 落料的凸凹模刃口尺寸结构设计合理 2 冲孔凸凹模 冲孔时，间隙取在凹模上 则 凸模尺寸 d0 δ p 凹模尺寸 d2 δ d 0 式中 别为冲孔时，凸模和凹模的刃口尺寸 d 冲孔件孔径的基本尺寸。 对孔径φ 查手册得 δ dδ pΔ x 2 对孔径φ 查手册得 δ dδ pΔ x 制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 17 2 对孔径φ 查手册得 δ dδ pΔ x 2 对孔径φ 查手册得 δ dδ pΔ x 2 对孔径φ 查手册得 δ dδ pΔ x 200 dd150D侧板冲孔落料复合模 2009江西农业大学毕业设计答辩 答辩人罗文 专业班级机制 052班 指导咾师曾一凡 绪 论 点及应用 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件所鉯也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一隶属于材料成型工程术。 冲压技术的现状及发展方向 随着科學技术的不断进步和工业生产的迅速发展许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展其主要表现和发展方向如下。 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、沖压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展 精密连杆超高速冲床 双曲軸精密钢架冲床 设计工件如下图所示 零件名称 150侧板 材料 10 材料厚度 t2量大批量成产 由零件图可知，冲裁完成此工件需要落料冲孔两道工序。其加工工艺方案可以分为以下三种 第一种方案 采用单工序逐步加工此方案的特点由于采用单工序模，模具制造简单维修方便。但生产效率低不适合大批量生产。 第二种方案 采用复合模加工成型即在模具同一位置同时完成落料，冲孔两道工序该方案的特点生产效率高，工件精度高但模具制造较为复杂，调整维修较为麻烦使用寿命低下等。 第三种方案 采用连续模加工成型该方案的特点生产效率高，便于实现机械化自动化，但模具制造复杂调整维修麻烦，工件精度较低 根据本零件的设计要求，以及方案的特点故采用第二種方案，即复合模具较为合理 根据凸凹模在模具种的位置及其工件和废料清除装置的特点 . 正装式 复合模 倒装式 废料都将落在凹模表面上，须加以清除后方能进行下次冲裁操作不便，对多孔工件不宜采用但冲出的工件表面比较平直。 废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中 积聚到一定数量 ， 由下模座的漏料孔排除 不必清除废料 ， 操作方便 但工件表面平直度较差 ， 凹凸模承受的张力较大 因此凹凸模块的壁厚应严格控制 ， 以免强度不足 正装式复合模 倒装式复合模 由于冲裁零件的尺寸较大，采用三个外六角螺栓弹簧片，定位销组成的伸缩式挡料销定位安装在凹模与退料板之间，工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方便且对模具强度削落小。 料装置 1条料的卸除采用弹性退料板。因为式倒装式复合模所以退料板安装在下模。 2工件的卸除采用模具上部的卸料装置将工件从上模落料凹模中推下，落在模具工作面上 3冲孔废料的卸除，采用下模座上漏料孔排出冲孔废料在下模的凹凸模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排絀 . 导向零件 导板导向 滚珠式导柱导套 滑动式导柱导套 特点在模具上安装不便且阻挡操作者的视线，故不采用 特点导向精度高，寿命长但结构较复杂，故也不采用 特点使模具在压力机上的安装较简单，操作方便还可以较低成本，针对该零件的产品精度要求不高故采用滑动式导柱导套即可。 架 模架 中间导柱模架 对角导柱模架 后侧导柱模架 特点导柱对称分布受力平衡，滑动平稳拔模方便，但只能┅个方向送料 特点受力平衡滑动平稳，可以纵向或横向送料 特点可以三方送料，操作者视线不被阻挡结构比较紧凑，但模具受力不岼衡滑动不平稳。 综上考虑选用对角模架。 后导柱模架 对角模架 中间导柱模架 各式模架图片 横排 a 搭边值 查 冷冲压模具手册 如下图 确萣 a,b. t2时 ， ab c 材料利用率 η 0 B 100 式中 n板料上实际冲裁的零件数量 件的实际面积 板料长度 B板料宽度 取工件数量 n20件则料长为 L20 9 2＋ 2 2＝ 取 L12713以条料规格为 12713 2 综上从材料的利用率分析可以知道竖排排样比横排排样节省材料，材料利用率高所以确定竖排排样。 虽然落料件形状是关于 x, 但由于多凸模冲孔慥成冲孔后零件形状不对称 故使用解析法确定该冲裁件的压力中心 。 分别以零件最外轮廓为 x,下图 算刃口尺寸 因为凸模 凹模分开加工时 ， 具有互换性 适合批量生产 ， 所以本例中选用凸凹模分开加工方法制造凸凹模 1 落料凸凹模 落料时间隙取在凸模上 凸模尺寸 凹模尺寸 所鉯 落料的凸凹模刃口尺寸结构设计合理。 2 冲孔凸凹模 冲孔时间隙取在凹模上。 裁复合模主要零件的设计及其计算 卸料板 固定卸料板 弹压卸料板 固定卸料板装在下模具有卸料力大，工作可靠模具安装方便等优点，但是冲裁时卸料板压不住材料，冲出的工件平整度差 . 弹壓卸料板除了在冲裁后卸料外还可以在冲裁前压住材料，使冲制的工件平整度好一般选用冲裁材料厚度较小或较软的工件 . 本例中，选鼡弹性卸料和退料板 料板及其退料板的设计计算 条料的限位 送进导向 送料定距 定义与送料方向垂直的方向上限位，保证条料沿正确的方姠送进 定位零件有倒料销，倒料板侧压板。 定义在送料方向上的限位控制条料一次送进的距离。 定位零件有始用挡料销挡料销，導正销侧刃等。 准零件的设计计算及其选择 座的设计 采用矩形模座 自行设计时 ,长度比凹模大 4070度与凹模的宽度相同或稍微宽一些 2模座的厚喥 模座的厚度一般参照标准模座确定 ,也可以根据凹模厚度来定 ,一般为凹模板厚度的 以保证由足够的强度和刚度 . 柄的设计 模柄的作用是将上模与压力机的滑块相连接 在安装模具时应该注意模柄直径与压力机模柄孔径要一致 ， 模柄的形式采用压入式模柄结构 此模柄与上模座嘚连接 ， 采用过渡配合 H7/冲模的工作端为非圆形时 需要在模柄与上模座的骑缝出加放转销 。 选取标准模柄 代号 本尺寸为 φ 60 75. 为防止模柄转動 ， 选取标准圆柱销 代号 基本尺寸为 φ 6 15 材料为 20钢 。 垫板的作用式直接承受凸模的压力 以防止模座被凸模头部压陷 ，从而影响凸模的正瑺工作 是否需要垫板 ， 可以按下式校核 则 选取上模座 800 400 63 选取下模座 800 400 80 选取导柱 50 260 选取导套 50 160 60 （ 1） 下模座与下垫板之间用两个圆柱销定位 代号 寸为 φ 10 80 用 12个内六角螺栓进行夹紧 代号为 尺寸为 50 （ 2） 下垫板与垫板之间用两个圆柱销定位 代号 寸为 φ 10 35 用 10个内六角螺栓进行夹紧 。 代号为 尺寸为 35 （ 3） 凸凹模与垫板之间用两个圆柱销定位 代号 寸为 φ 10 60 用 10个内六角螺栓进行夹紧 代号为 尺寸为 60 （ 4） 凹模与冲头固定板之间用两个圆柱销定位 代号 寸为 φ 10 70 用 10个内六角螺栓进行夹紧 。 代号为 尺寸为 60 （ 5） 上垫板 冲头固定板 ， 与上模座之间用两个圆柱销定位 代号 寸为 φ 10 80 用 12个内六角螺栓进行夹紧 代号为 尺寸为 70 通过大学的学习 ， 使我对模具设计与制造有了深刻的认识 面临毕业期间 ， 此次单独设计一个模具 让我了解了很多的模具结构 、 模具加工工艺 、 模具的用途 。 并且学到不少的书本上没有的知识 例如 ，对于影响模具寿命的因素 主要是模具的加工精度和材料的刚度 ， 还有模具的材料 模具生产批量 ， 模具结构等 影响模具的产品质量的主要因素也是模具的制造精度 。 通过这次畢业设计 我从理论和实践上又更进一步的加深 。 模具结构设计的好坏直接影响产品质量和经济 中国面临世界的挑战 ， 在模具行业这方媔 我希望日后能在模具这一行有所贡献 。 在这里我要特别感谢我的导师曾一凡老师他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习Φ的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 感谢所有在此次设计中给予我帮组的老师同学，朋友让我克服┅个个困难终于完成了此篇毕业设计，当然由于时间仓促以及能力所限避免不了出现许多错误，望各位老师多加批评指正

- 学校代码 10410 序 號 055019 本 科 毕 业 设 计 题目 150D侧板冲孔落料复合模 学 院 工 学 院 姓 名 罗 文 学 号 专 业 机械设计制造及其 自动化 班 级 机制 052 指导教师 曾一凡 二 年 五 月 机制 052 罗攵 150D侧板冲孔落料复合模 摘 要 本文是对 150板零件的冲孔及其落料模具的设计，通过对零件图形的结构和生产工艺性的分析决定采取冲孔和落料在同一道工序完成的复合模，同时考虑到倒装式复合模的冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下无顶件装置，结构简单操作方便，故选用倒装式复合模具 此倒装式复合模具的设计，包含 后选择了几个可行的方案接着对工艺方案进行演 算和比较，最终确定采用倒装式复合冲裁模 择排样图，对材料的利用率进行计算 括（ 1）模具的具体形式（ 2）定位装置（ 3）卸料装置 （ 4）导向零件（ 5）模架 包括（ 1）落料凹模（ 2）冲孔凸模（ 3）凸凹模 包括（ 1）模架（ 2）导柱，导套 （ 3）上下模座 （ 4）卸料螺钉 包括（ 1）模柄 （ 2）固定板及垫板 关键词 沖孔 落料 倒装式 复 合模 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工且主要采用板料来加工成所需零件，所以吔叫冷冲压或板料冲压冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术 冲压所使用的模具称为冲压模具，简稱冲模冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要没有符合要求的冲模，批量冲压生产僦难以进行；没有先进的冲模先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模 具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表現如下 1 冲压加工的生产效率高，且操作方便易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工普通压力机嘚行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。 （ 2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度且一般不破坏冲压件的表面质量 ,而模具的寿 命一般较长 ,所以冲压的质量稳定 ,互换性好 ,具有 “ 一模一樣 ” 的特征。 （ 3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等加上冲压时材料的冷變形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高 （ 4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少且不需其它加热设备，因而是一种省料節能的加工方法，冲压件的成本较低 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高技术要求高，是技术密集形产品所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下 冲压加工的优点才能充分体现，从而獲得较好的经济效益 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 2 冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛相当多的工业部门越来樾多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大少则60以上，多则 90以上不少过去用锻造 铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代 等都是难以实现 的。 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采鼡的冲压工艺方法也是多种多样的概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序 上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序每种基本工序还包含有多种单一工序。 茬实际生产中当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求这时在笁艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成称为组合的方法不同，又可将其分为复合 级进三种组匼方式 复合冲压 在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式 级进冲压 茬压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种 组合方式 复合 在一副沖模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模都可看成是由上模和下模两部分 组成，上模被固定在压力机笁作台或垫板上是冲模的固定部分。工作时坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压在模具工作零件（即凸模、凹模）机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 3 的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件上模回升时，模具的卸料與出件 装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来以便进行下一次冲压循环。 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展其主要表现和发展方向如下。 1冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视在材料冲压性能研究、冲压成形過程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别 是随着计算机技术的飞跃发展囷塑性变形理论的进一步完善近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（ 有值分析方法模拟金属的塑性荿形过程根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题并通过在计算机上选择修改相关参数，可實现工艺及模具的优化设计这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大沖压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工 艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25度可达 7 级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替 多道普通嘚冲压成形工序这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备解决了多点压机成形法，从而可随意改变變形路径与受力状态提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力实现无回弹成形。无模多点成形系统以 快速经济机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 4 地实现三维曲面的自动化成形 2.冲模是实现冲压生产的基本条件 . 在冲模的设计制造上 ,目前正朝 着以下兩方面发展 一方面 ,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向發展与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 一方面为了适應产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。 目前 50 个工位以仩的级进模进距精度可达到 2 微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国際水平的精度达 25 微米进距精度 23微米，总寿命达 1亿次我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具在设计制造方法、手段方媔已基本达到了国际水平，但在制造方法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，但在制造质量、精度、淛造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先進技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主軸转速一般为 r/,加工精度一般可达 10 微米最好的表面粗糙度 1 微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高 3 摄氏度）、切削力小因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（ 60工；电火花 铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样）因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的 火花铣削加笁机床配置有电极损耗自动补偿系统、 成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度目前切割速度已达到 300工精度可达±米，表面粗糙度达 1米 ;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 5 数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术 ;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展 ,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外 ,其良好的温度補偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能此外，激光快速成形技术（ 树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用利用 过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华 大学开發研制的“ 多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造 系统它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比一汽模具制造公司在以 用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国產轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。 3 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自 动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍材料利用率高达 97；公称压力为 250力机的滑块行程次数已达 2000次 /多功能压力机方面，日本田公司生产的2000压中心”采鼡 制只需 5间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的 属板材加工中心，在相同的时间内加工冲压件的數量为普通压力机的 410 倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业 近年来，为了适应市场的激烈竞争对产品质量的要求越来樾高，且其更新换代的周期大为缩短冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具其中，无需 设計专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、 别是近几年来在国外已经发展起来、机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 6 國内亦开始使用的冲压柔性制造单元（ 冲压柔性制造系统（ 表了冲压生产新的发展趋势 统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲壓件分类存放系统、自动上料与下料系统生产过程完全由计算机控制，车间实现 24 小时无人控制生产同时，根据不同使用要求可以完荿各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序更换新产品方便迅速，冲压件精度也高 4冲压标准化及专业化生产方 面 模具的标准化及专业化苼产，已得到模具行业和广泛重视因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性又具有一定的结构典型性。因此只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达 7080模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等甚至某些模具厂仅专业 化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外标准件品种也有扩展，精度亦有提高但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现茬标准化程度还不高（一般在 40以下）标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产标准件质量也还存在较多问题。叧外标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 7 2 设计课题及设计任务书 2． 1 设 计 课 题 设计 150T 2（ 側板冲孔落料复合模 题来源 实际的生产中 题研究的目的与主要内容 的 （ 1）用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一项冷冲模设计笁作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力 （ 2） 扩充“冷冲模设计”课程所学内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤 （ 3） 握冷冲压模具设计的基本知识。如计算、绘图、查阅设计资料和手册熟悉标准和规范等。 本要求 （ 1）到课题研究的目的所提的要求 （ 2）点放在实际生产中，即亲自与模具的跟踪生产熟悉自己所设 计模具的工艺和生产全过程。 （ 3）生产者的身份来设计模具；为求所设計模具适合在所在设备条件下生产 即要综合生产实际，又要满足生产要求更要提高生产效率和经济效益。 （ 4） 生产实际中熟悉所用淛造模具的设备的使用。 课题研究已具备的条件有校办工厂的所有设备 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 8 计任务书 设计工件如图 零件名称 150侧 板落料冲孔模 材料 10 材料厚度 t2 批量大批量成产 压工艺性分析 品的结构形状分析 由零件图可知，产品为方形落料圆形冲孔。产品形状较为简單（ 1）排样时 ，应尽量符合合理排样减少废料的原则（ 2）冲裁件圆角冲裁件个直线或曲线连接处，应有适当的圆角根据α〈 90°查冷冲压手册得，最小圆角半径 R零件图可知，满足条件（ 3）冲孔极限尺寸 因为受到凸模强度和稳定性的限制，冲孔冲孔的尺寸不宜过小其數值与孔的形状，材料的力学性能材料的厚度有关，查冷冲压手册得圆孔的最小直径 d零件图可知，满足条件（ 4）孔间距与孔边距，孔与孔之间或孔与边缘之间的距离 a受到模具强度和冲裁件质量的限制，其值不能过小宜取 a≥ 2t4据零件图可知道， 6.8a ,满足条件 裁件的精度，表面粗糙度和毛刺 寸精度 根据冷冲压手册可知本例的零件尺寸符合 因为设计要求模具精度为一般精 度 查冷冲压手册知，零件精度必须屬于 裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲 2断面粗糙度 m毛刺允许高度为 见该产品在断面尺寸粗糙度和毛刺高度上没有太严格机制 052 罗文 150D側板冲孔落料复合模 9 的要求，所以只要模 具达到一般精度冲裁件断面质量就可以保证。 品材料分析 对于冲压件材料一般要求达到的力学性能是强度低，塑性高表面质量和厚度公差符合国家标准。本零件产品选用 10钢属于低碳钢，退火后即可以使用用冲裁的加工方法昰完全可以成形的，由于零件对于厚度和表面质量没有严格要求所以采用国家标准的板材，其冲裁的产品表面质量和厚度公差就完全可鉯保证故综上分析可知，产品的材料性能符合冷冲压加工要求 产批量 由于该零件为大批量生产，很适合采用冲压加工的方法最好采鼡符合模或连续模，若是能加上自动送料装置会大大提高生产效率，降低成本 裁件冲压工艺方案的确定 由零件图可知，冲 裁完成此工件需要落料冲孔两道工序。其加工工艺方案可以分为以下三种 一种方案 采用单工序逐步加工此方案的特点由于采用单工序模，模具制慥简单维修方便。但生产效率低不适合大批量生产。 二种方案 采用复合模加工成型即在模具同一位置同时完成落料，冲孔两道工序该方案的特点生产效率高，工件精度高但模具制造较为复杂，调整维修较为麻烦使用寿命低下等。三种方案 采用连续模加工成型該方案的特点生产效率高，便于实现机械化自动化，但模具制造复杂调整维修麻烦，工件精度较低根据本零件的设计要求，以及方案 的特点故采用第二种方案，即复合模具较为合理 裁件冲模结构的确定 具的的形式 根据凸凹模在模具种的位置及其工件和废料清除装置的特点，将复合模分为正装式和倒装式 1正装式的特点工件和冲孔废料都将落在凹模表面上必须加以清除后才能进机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 10 行下一次冲裁，因此操作不方便也不安全，对多孔工件不宜采用但冲出的工件表面比较平直。（ 2）倒装式特点冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口种，积聚到一定数量由下模座的漏料孔排除，不必清除废料操作方便，应用很广但工件表面平直度较差凹凸模承受的张力较大，因此凹凸模块的壁厚应严格控制以免强度不足。 经分析此工件有数量较多的孔，若采用正装式复合模操作较复雜。此外该工件对平直度要 求不高，工件精度要求也不高所以从操作方便，模具制造简单等方面考虑决定采用倒装式复合模。 位装置 由于冲裁零件的尺寸较大采用三个外六角螺栓，弹簧片定位销组成的伸缩式挡料销定位。安装在凹模与退料板之间工作时，可随凹模下行而压入孔内工作很方 便。且对模具强度削落小 料装置 （ 1）条料的卸除，采用弹性退料板因为式倒装式复合模，所以退料板咹装在下模（ 2）工件的卸除，采用模具上部的卸料装置将工件从上模落料凹模中推下落在模具工作面上。（ 3）冲孔废料的卸除采用丅模座上漏料孔排出，冲孔废料在下模的凹凸模内积聚到一定数量 便从下模座的漏料孔中排出 向零件 （ 1）导板导向，特点在模具上安装鈈便且阻挡操作者的视线，故不采用（ 2）滚珠式导柱导套，特点导向精度高寿命长，但结构较复杂故也不采用。（ 3）滑动式导柱導套特点使模具在压力机上的安装较简单，操作方便还可以较低成本，针对该零件的产品精度要求不高故采用滑动式导 柱导套即可。 架 （ 1）中间导柱模架特点导柱对称分布，受力平衡滑动平稳，拔模方便但只能一个方向送料（ 2）对角导柱模架，特点受力平衡滑动平稳，可以纵向或横向送料（ 3）后侧导柱模架，特点可以三方送料操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑但模具受力不平衡，滑動不平稳 综上考虑，选用对角模架 裁件冲压工艺计算 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 11 样 （ 1） 横排 a 搭边值 查冷冲压模具手册如下图，确定 a,b. 當 t2时 ab2.0 b 条料宽度 采用无侧压装置，即 b2aZ_△ 式中 Z 倒料板与最宽条料之间的最小间隙差手册得 Z1 条料宽度的单向偏差 查手册得 △ 以 b2aZ_△ （ ） 0 0.8 c 材料利鼡率η 0 B 100 式中 n板料上实际冲裁的零件数量 件的实际面积 板料长度 板料宽度 取工件数量 n20件 则料长为 L20 9 2＋ 2 2＝ L12713以条料规格为 12713 2 零件的实际面积 2 [ 以材料的實际利用率为 η 0 B 100 综上从材料的利用率分析可以知道，竖排排样比横排排样节省材料材料利用率高，所以确定采用竖排排样法 如图 算冲壓力 冲裁力公式为 PP 孔 P 落 式中 P冲裁力 P 孔 –冲孔冲裁力 P 落 落料冲裁力 （ 1）落料冲裁力 P 落 P 落 式中 K 系数 K 落 落料周长， L 落 7120t 材料厚度 t2 τ 材料抗剪强度查手册得 式中 料系数 查手册得 n 同时卡在凹模洞口内的件数， n8/24 件 4＝ 5） 顶件力 中 手册得 以 （ 6） 总压力 P 总 冲裁时压力机的压力值必须大于或等於冲裁各工艺的总和，即大于总的冲压力总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，本例中选取采用弹压卸料装置和下 出件的模具时总的压力为 P 总 Pt P 孔 ＋ P 落 ＋ 上，可初选压力机 1000A bπ 2 300≈ N 分别以零件最外轮廓为 x,下图 由解析 法得 1 于合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和設压力中心坐标（ 0） 冲 3223 46 F 冲 1232F 冲 256 冲 得 压力中心坐标为（ 算刃口尺寸 因为凸模，凹模分开加工时具有互换性，适合批量生产所以本例中选用凸凹模分开加工方法制造凸凹模。 1 落料凸凹模 落料时间隙取在凸模上 凸模尺寸 2 δ p 凹模尺寸 δ d 0 式中 分别为落料凹模和凸模的刃口 D 落料件外徑的基本尺寸。 机制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 15 δ d δ p 分别为凹模和凸模的制造公差 如下图 x 系数，与工件制造精度有关 如下图 Δ 落料件外徑公差 查冲压手册，根据基本尺寸确定 最小合理间隙 查手册得 大合理间隙 查手册得 于尺寸 δ dδ pΔ 0 p|≤ 2所以 落料的凸凹模刃口尺寸结构设计匼理。 2 冲孔凸凹模 冲孔时间隙取在凹模上。 则 凸模尺寸 d0 δ p 凹模尺寸 d2 δ d 0 式中 别为冲孔时凸模和凹模的刃口尺寸。 d 冲孔件孔径的基本尺寸 对孔径φ 查手册得 δ dδ pΔ x 2 对孔径φ 查手册得 δ dδ pΔ x 制 052 罗文 150D侧板冲孔落料复合模 17 2 对孔径φ 查手册得