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1、 1 引言模具是工业生产中使用最为广泛的基础性工艺装备,被广泛用于制造业的各个领域。模具生产的制件所表现出来的高精度、高复杂性、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。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通讯、家电和轻工业等行业中，60%80%的零件都要靠模具成形，随着近几年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求也越高，结构也越来越复杂。模具技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标准，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。目前，国内外模具工业迅猛发展，其产值已超过机床工业的产值。而我国的模具工业起步晚，底子薄，但是我国模具工业作为
2、一个独立、新型的工业，正处于其自身的飞速发展阶段，已经成为我国国民经济的基础工业之一，其发展前景是十分广阔的。社会主义经济体制的一基本原则就是一切的改变都是根据市场的需要来定，市场的需要就是我们所随之改变的。现代工业需要的高精度、高效率的模具产品。而板料冲压加工具有生产效率高、生产成本低、尺寸精度好、易于实现机械化和自动化等优点，使其在模具制造业中占据十分重要的地位。现代工业需要先进的模具设备，更需要大批掌握模具技术的专业人才。 我校的材料与工程系在毕业设计的环节开设了模具设计方面的课题供学生选择，旨在加强学生对模具行业以及对模具制造全过程的一个了解跟认识。作为一名大四机械设计制造及其自动化专
3、业的学生来说，选择模具作为毕业设计的课题，是一个很好锻炼的机会，它将我四年所学的一些基础课程和专业课程更加综合的运用，更是为我提供了一个良好的平台，为我将来走进工厂打下了一个良好的开局。本论文阐述的是托板的落料冲孔复合模及弯曲模设计。复合模是在压力机的一次行程中，在同一工位上完成两种或两种以上的冲压工序，其机构形式分为正装和倒装两种。而此次的托板的落料冲孔复合模的结构形式采用的是倒装结构，凹模安装在模具上模座，而增加了一个凸凹模安装在模具的下模座上。这样，倒装复合模废料清理无须二次清理，生产效率较高，操作方便安全。复合模的结构紧凑，生产效率高，冲压件的精度高，适合大批量的生产，符合此次设计的基
4、本技术要求。但复合模的结构复杂，制造时相对困难。弯曲模的设计过程与复合模的设计大致相同，但弯曲模的结构设计较复合模的结构设计更为简单些。弯曲过程是对复合模冲裁后的落料件进行弯曲，而且弯曲后的弯曲件是最后所需要的标准零件，故在设计的时候我们需要对其精度进行必要的控制，以达到零件所需达到的要求。 根据模具的特点，此次托板复合模具设计中主要是对凸模、凹模和凸凹模的结构设计及尺寸计算，其中主要是对各自工作部分的尺寸设计及其标准的选用，用以保证托板的精度和质量要求。而弯曲模具设计中主要是对凸模、凹模的结构设计、弯曲半径计算和工作部分尺寸的设计，由于模具许多零件大多已经标准化，如模架、模座、导柱、导套、螺
5、钉、销钉等，这为我们在设计中，提供了许多的标准选用。这样一来，在此次托板设计中就不需要对这些标准件进行设计，只要根据模具的整体设计及生产需要进行选用，为设计的过程提供不小的方便。而弯曲模具设计中主要是对凸模、凹模的结构设计及工作部分尺寸的设计，由于本人水平有限，加之初次接触模具方面的设计，故在设计中不免存在不少纰漏及错误之处，敬请评阅老师批评指正。2 托板落料冲孔复合模设计冲裁是利用模具使板料在凸、凹模刃口剪切作用下，沿一定轮廓形状分离的一种冲压工序。从广义上说，冲裁是分离工序的总称，它包括落料、冲孔、切断、修边等多种工序，其中用的最多的是落料和冲孔。从板料上冲下所需的零件（或毛坯）称为落料；
6、在工件上冲出所需形状的孔称为冲孔。 此次设计采用的是落料冲孔复合模，这种模具能在压力机的一次行程中，完成落料、冲孔两道工序，所冲压出的工件精度较高，不受送料误差的影响，内外形的相对位置重复性好，表面较为平直。2.1托板冲裁工艺性分析本设计是托板落料冲孔复合模及弯曲模，托板零件简图如图21所示。图 2-1 托板零件图设计使用的数据及设计技术要求如下：生产纲领：大批量；材料：08F；材料厚度：1.5mm；零件制造精度：IT10。冲压之前应对冲裁件进行必要的工艺性分析。所谓冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求，是否符合冲裁加工的要求。良好的冲裁工艺性
7、可以保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单且寿命长、产品质量稳定、操作安全方便等优点。因此，冲裁件的工艺性是否好，对冲裁件质量、生产效率及冲裁模的使用寿命均有影响。冲裁件的工艺性主要包括结构工艺性和尺寸精度，以下就对这两方面加以分析说明。2.1.1托板的结构工艺性1）托板的外形冲裁件的外形应尽可能的简单、对称、规则，或由简单的几何图形组成的外形，避免有过长的悬臂或狭槽，若有的话，则悬臂或狭槽的宽度应满足：宽度b1.5t，并且冲孔的尺寸不能太小。由托板的零件图2-1可得知，托板的外形满足工艺性要求。2）托板的孔间距和孔边距冲裁件的孔间距和孔边距不能太小，否则将影响模具强度和零件质量。一般，取孔
8、间距b1.5t，孔边距b1t。由托板的零件图2-1得知，孔间距有两个：77mm和30mm，孔边距有两个：25mm和15mm，均满足工艺性要求。2.1.2 托板的尺寸精度普通冲裁件内外形尺寸的经济精度等级一般不高于IT11，落料件的公差等级最好低于IT10，冲孔件比落料件高一级，最好低于IT9。普通冲裁件外形与内孔尺寸公差、孔中心距公差、孔中心与边缘尺寸公差见表21、表22、表23。表2-1 冲裁件内外形能达到的经济精度基本尺寸/mm材料厚度t/mm 3 366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123 IT14 IT12IT13表22 两孔中心距公
9、差(mm)料厚t普通冲裁模高级冲裁模孔 距 基 本 尺 寸505015015030050501501503001221.52.523.52.532因为此次设计采用的往复送料形式，故由表可查得搭边值：冲裁时的最小搭边值的大小为：a3.5，a12.5。2.4.3 确定托板排样方法常用的冲裁件的排样方法分为三类。1）有废料排样有废料排样是指沿工件全部外性冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边。这种排样的缺点就是：材料的利用率低。但是，有了搭边值的存在就保证了冲裁件的质量，提高了模具的寿命。2）少废料排样少废料排样是指模具只沿工件部分外行轮廓冲裁，只是局部有搭边的存在，这样一来就提高了材料的利用率
10、。3）无废料排样无废料排样是指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。 少、无废料排样的缺点是工件质量较差，模具的寿命不高。但这类排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。并且，工件必须具备一定的形状特征才能采用少、无废料排样。上述的三类排样方法，按工件的外行特征又可分为直排法、斜排样、对排法、混合排、多行排、裁搭边法等形式。根据零件的对称性结构特点，此设计的排样图采用直对排有废料排除，其排样图如图24所示。图24 排样图2.4.4 毛坯的展开尺寸由托板零件可得展开图见图25，毛坯的展开尺寸按弯曲件展开来算。中性层半径的
11、计算公式为： r = R + Kt （211） 式中：r中性层半径； R弯曲内半径，R=1.5mm； K中性层位置因素，由表28查得； t材料厚度，t=1.5。图25 毛坯的展开图则中性层半径： r=1.5+1.50.31=1.97mm 中性层长度： l=（r）/180=3.09mm 于是，托板的展开长度为： L=（801.51.5）（401.51.5）3.09 =117.09117mm 表28 中性层位置因素K与R/ t比值的关系 R/t 0.10.51.01.5K 0.21 0.25 0.31 0.362.4.5 条料宽度的确定在排样方式和查得的最小搭边值之后，根据条零件的排样方法和展开长
12、度就可以确定条料的宽度，进而可以确定导料板间间距。条料的宽度要保证冲裁时冲件周边有足够的搭边值，导板见距应使条料能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与条料之间在一定的间隙。由排样图2-4中，我们可以得到条料的宽度和送进步距如下：条料宽度：b =502673.522.5 (mm) = 174.5 (mm) ；送进步距：h=6025 (mm) =70 (mm)。2.5 复合模凸模、凹模和凸凹模的结构设计2.5.1 凸模1）凸模的结构形式与固定方法 由于冲件的形状和尺寸不同，所以凸模按结构分有：整体式、护套式和镶拼式；按截面形状分有：圆形凸模结构和非圆形结构凸模。不管凸模的结构形状如何，其基本结构均
13、由两部分组成：一是工作部分，用以成形冲件；二是安装部分，用来使凸模正确地固定在模座上。 凸模的固定方法有台肩固定、铆接固定、粘结剂浇注固定、螺钉与销钉固定等。本次设计选用的凸模结构是整体式圆形凸模。为保证强度、刚度及便于加工与装备，凸模结构常做成圆滑过渡的阶梯形，前段直径为d的部分是具有锋利刃口的工作部分，中间直径为D的部分是安装部分，它与固定板按H7/m6或H7/n6配合。 圆形凸模已经标准化，其固定方式见图26。此次设计采用的是圆形凸模B型，其其结构形式见凸模零件图FH0101和图FH0102。图26凸模固定形式2）凸模的长度 对采用弹性卸料板的冲裁模，其凸模的长度应根据模具的具体结构确定
14、。采用固定卸料板的冲裁模，基本结构如图所示。凸模的长度按下示计算。 Lt1t2t3l(212)式中，t1凸模固定板的厚度（mm）； t2卸料板的厚度（mm）； t3导尺厚度； l附加厚度，包括：凸模进入凹模的深度：总修磨量612mm；凸模固定板与卸料板之间的安全距离L1=1520mm。此次设计采用的是弹性卸料装置，故其凸模长度根据凹模厚度、凸模固定板厚度和模具的总体设计要求确定，尺寸见零件图。3）凸模强度的校核在一般情况下，凸模的强度是足够的，所以不用进行强度校核。但是对于对于特别细长的凸模或板料厚度较大的情况下，应进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。此次
15、设计时采用的是圆形凸模B型，其强度不需要进行校核。2.5.2 凹模1）凹模的结构形式与固定方法凹模的结构形式也有很多种，按凹模的刃口形式可分为平刃和斜刃；按外行可分为标准圆凹模、锥形孔口凹模；按凹模的结构可分为整体式凹模和镶拼式凹模。此次设计采用的是整体式凹模，其结构形式见凹模零件图。因为采用的是倒装结构，故凹模采用六角螺钉和圆柱销钉固定，其形式见复合模的装配图。2）凹模的刃口形式（1）锥形刃口：如图27()所示。冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。当t2.5mm时，15；当t2.56mm
16、时，30；当采用电火花加工凹模时，420。 () ()本文档由优秀排骨整理，由于百度爱问文库很难上传CAD图纸超大附件，需要的同学请联系QQ：1940527833 图28凹模外形尺寸由图28得：凹模厚度的确定式见（213）。 H=Kb （213）凹模壁厚的确定式见（214）。c=(1.52)H （小型凹模） c=(23)H （大型凹模） （214）式中：b凹模孔的最大宽度mm； K因数，见表29；H凹模厚度；c凹模壁厚。表29 因数K的数值材料厚度t/ mmb/ mm0.512501000.20.220.281002000.150.180.20按上式计算的凹模外形尺寸，可以保证凹模有足够的强度
17、和刚度，一般可不再进行强度校核。根据经验式可以得知，H=Kb0.2117 mm23.4 mm； c=1.5H=1.534.9mm =35.1 mm。取整后，取凹模厚度为24 mm，凹模壁厚为35 mm，图27（）中h取h=6mm。则根据上面得到的凹模厚度跟壁厚，凹模的外形尺寸：长度：L=b+2c=117+235=187mm；由于零件的形状左右两边的尺寸不对等，从节约材料的角度出发，故我们在此计算两个宽度，其计算如下： 宽度：B1=b12c=3070=100 mm； B2=b22c=6070=130 mm。根据凹模标准，可以选用200160作为凹模的外行尺寸，其结构形式见凹模零件图。2.5.3
18、凸凹模外型结构 凸凹模是复合模中的主要工作零件，工作端的内外缘都是刃口，一般内缘与凸模刃口的结构形式相同，外缘与凹模刃口形式相同，用凸、凹模刃口形式的计算方法可以得到其外形尺寸。其结构形式见凹模零件图FH0104。由于凸凹模内外缘之间的壁厚是由冲件孔边距决定的，所以当冲件孔边距离较小时，必须考虑凸凹模强度，强度不够时就不能采用复合模冲裁。凸凹模的最小壁厚与冲模的结构有关：正装式复合模因凸凹模内孔不积存废料、胀力小，最小壁厚可小些；倒装式复合模的凸凹模内孔一般积存废料，胀力大，最小壁厚应大些。凸凹模的最小壁厚值目前一般可按经验数据确定，本次设计采用的是倒装复合模，其最小壁厚的选取查表210。表2
19、10 倒装式复合模的凸凹模最小壁厚/mm材料厚度0.40.81.01.21.5最小壁厚a1.42.32.73.23.8最小直径D1518212.6 冲压中心与冲压力的计算2.6.1 压力中心的计算 冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。压力中心应与冲床滑块中心线重合，以保证冲裁模具的正确、平稳的工作，防止滑块承受偏心载荷，使得模具歪斜，造成凸、凹模之间的间隙不均匀，从而导致冲床滑块与导轨和模具的不正常模损，降低冲床和模具的寿命。所以在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心与冲床滑块中心重合。 冲裁件的压力中心与冲裁件的重心不同，压力中心是冲裁合力的中
20、心，与冲裁力的大小和作用位置有关，而重心则取决于工件形状和质量分布，只有当工件具有中心对称形状时，压力中心才和中心重合。托板零件是轴对称零件，所以其重心在对称中心上，所以得其所示制件展开图，选定坐标系xoy，如图29所示。因冲裁件以X轴对称，所以Y0 = 0。图29本文档由优秀排骨整理，由于百度爱问文库很难上传CAD图纸超大附件，需要的同学请联系QQ：1940527833 2.6.2 冲压力的计算在冲裁过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称，是冲裁时压力机应具有的最小压力。冲压力是选择压力机、设计冲裁模和校核模具强度的重要依据。由其定义可知，冲压力的计算包括冲裁力的计算、卸料力的计算、推件力的计算和顶件力的计算。现分别介绍如下：1）冲裁力计算冲裁力是冲裁时凸模冲穿板料所需的压力。直接影响冲裁力的大小主要因素有抗剪强度、材料厚度和冲裁件轮廓周长。同时，冲