导向板冷冲压模具设计与加工Word文档格式.docx
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3.2.2凸模的长度计算-12-
3.2.3凸模的强度和刚度校核-13-
3.3模柄的选择-13-
3.4模架的选择-14-
3.5模具的闭合高度的计算-15-
3.6导柱导套的选用-16-
3.7模具紧固件、连接件、定位件、导向件的选择-16-
第4章模具加工工艺设计-17-
4.1凸模的加工-17-
4.2凹模的加工-18-
总结-21-
致谢-22-
参考文献-23-
附录-24-
引言
模具在当今工业中有着不可或缺的地位，模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。
75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。
作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。
模具技术水平的高低，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，因此模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开发能力。
在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”，在德国则冠之为“金属加工业中的帝王”，在罗马尼亚视为“模具就是黄金”。
冲压工艺概述：
冲压是靠压力和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变开或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。
冲压和锻造同属塑性加工（或称压力加工），合称锻压。
冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。
它是压力加工方法的一种，是机械制造中先进的加工方法之一。
在冷冲压加工中，冷冲模就是冲压加工所用的工艺装备。
没有先进的冷冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
CAD/CAE/CAM技术在模具设计中的应用：
模具CAD/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。
它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使工种技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。
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。
随着计算机技术的发展和普及，冲压模具也基本实现了计算机化，其中有代表性的是计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工程（CAE）。
随着技术的进步，冲压模具三维设计工作逐步兴起，国内模具企业陆续开始使用Unigraphics、Pro/Engineer、Cimatron、CATIAI-DEAS、Euclid、Power-SHAPE等国际先进的、多功能软件设计冲压模具，特别是利用这些软件进行三维实体造型设计和部件干涉检查，以期能够及早发现设计存在的问题和减少试模期间进行的修整。
在与国际接轨，引进上述三维设计软件的同时，部分厂家还引进了AutoForm、AntiForm、CFlow、Dynaform、Optris、Magmasoft等CAE软件，在进行冲压模设计时对冲压成形工艺进行有限元模拟分析，以便可以采取有效措施一次冲压成型轿车覆盖件等大型精密制品。
这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，以CAD绘制具图代替了手工结制，以CAM取代了自动编程，并能支用CAE技术对成型过程进行计算机模拟等，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
第1章本次设计的目的和意义及设计的内容和方法
1.1本次设计的目的和意义
自行车被发明及使用到现在已有两百年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中使自行车研发工作不断的精益求精。
今天，自行车作为交通代步、锻炼身体、越野旅游、运动比赛以及少量货物运送工具，已遍及到世界的每个角落。
导向板作为自行车上的重要零部件，发挥着其不可缺少的重要作用。
随着技术的发展，导向板的制作过程也不断的进步。
其中模具，尤其是冲压模具在导向板的制作过程中起到了重要作用。
本课题是对所学的知识的一次综合性的训练。
其设计中的主要目的就是完成一套高效经济的导向板的冲压模具设计。
板料冲压是金属塑性加工的一种基本方法，冷冲压则是推行冲压工艺必不可少的装备。
导向板是日常生活中的较常见的冲压件之一，它正好展示模具尤其是冷冲压模具的重要作用。
1.2本次设计的内容和方法
1.2.1主要设计或研究内容
1.导向板制件的测绘（画出制品零件测绘图）
2.导向板冲压模具的设计
（a）导向板的工艺分析
（b）拟定冲压工艺方案
（c）导向板压力加工的整体方案设计
（d）导向板冲压模具设计（模具装配图、零件图）
3.导向板冲压模具数控程序的编制
数控加工或线切割工艺设计（工艺卡、加工程序清单）
4.毕业设计及计算说明书
本次设计主要是为了完成自行车导向板冲压模具的设计，绘制出模具的装配图及零件图。
对凸、凹模的加工工艺过程进行拟定，并完成数控加工程序的编写。
1.2.2设计思想或研究技术路线
本课题要求对自行车导向板冲压模具进行设计与分析，并对所设计模具的制造方法、加工程序以及工艺路线进行分析，具体的设计过程包括：
（1）对所要求设计的零件进行测绘，得出零件各个部分的尺寸，并根据零件的冲压工艺性能在不改变其使用性能的前提下部分修改尺寸，使设计的模具结构更简单、实用。
（2）按照零件测绘所得到的尺寸、厚度以及所要求工件的质量、生产批量、精度等级等条件，对给定的冲裁件进行初级工艺性分析，确定该产品是否可以采用冷冲压成型，并对所需要模具加工的次数、模具基本结构、模具加工的总路线以及凸、凹模间隙配合等问题进行初步确定。
（3）在完成冲压件工艺性分析的基础上，提出可能的冲裁工艺方案，根据加工效率、材料利用率、形状复杂程度等要求，经过综合分析、比较，最后确定适合该产品及所给生产条件的最佳冷冲压成型工艺方案，包括分析工序性质、工序数目、工序顺序及其他辅助工序的安排。
（4）经过初定确定，可以得出本冲压件精度等级要求比较低，所需模具简单，并且只需采用一次冲压加工即可成形，但是原材料为板料，需加一套剪床将板料切成冲裁所需的条料，具体尺寸根据后续所计算的工件及搭边尺寸而定。
（5）与模具设计相关的必要工艺计算。
包括排样设计与计算；
冲压力计算；
模具压力中心计算；
凸凹模工作部分尺寸的计算及其制造公差的确定；
弹性元件的选用及计算。
（6）根据工艺计算选择并确定模具各部分结构的安排及尺寸大小，并选择相应的冲裁设备，根据冲裁力及模具其他方面的要求确定压力机的型号。
（7）根据计算所得尺寸及零件形状编写凸模的数控加工程序（采用3B指令）编写，并对其数控加工过程进行计算机模拟，确定数控加工工艺路线，制订数控加工程序单及相对应的工艺流程卡片。
（8）根据计算所的尺寸及零件形状确定凹模的加工方法为电火花穿孔加工，
选择适当的电火花成型机床，并编制电火花加工工艺卡。
（9）绘制模具的二维装配图、零件图，均采用AutoCAD画出。
第2章冷冲压模具的设计过程
本课题要求对自行车导向板冲压模具进行设计与分析，并对所设计模具的制造方法、加工程序以及工艺路线进行分析。
2.1冲裁件的测绘
冲裁件的周长为：
L=17.87+11.38×
2+10×
2+11×
2+7.66×
+2.62≈100mm；
冲裁件的面积：
S=0.5×
7×
17.9+0.5×
11×
20+0.5×
10×
（20+13.4）-0.5×
13.4×
≈487mm2
该冲裁件的尺寸如图1所示：
图1冲裁件测绘图
2.2工艺性分析
该冲裁件精度要求不高为IT12，形状较为简单，全部由圆弧和直线组成，厚度为2mm，材料为10钢，经分析可以通过普通的冲压加工方法成形。
2.3冲裁方案的确定
初步将导向板的制作分为六个工序：
落料、冲孔、弯曲、修边、整形
设计冲裁方案如下：
方案一：
落料---冲孔---弯曲---修边---整形
方案二：
落料冲孔正装复合---弯曲---修边---整形
方案三：
落料冲孔倒装复合---弯曲---修边---整形
冲裁方案分析：
该制件的料比较薄，且在件上的孔距件的边缘较近，若用落料冲孔复合模具，件的孔边强度不能保证。
所以，不能使用方案二和方案三。
确定使用方案一，落料、冲孔、弯曲单工序冲压模具。
先将板料落下，再定位进行冲孔。
又因为该冲裁件大批量生产，尺寸精度要求不高，形状较为简单，采用单工序模即可完成。
经分析该模具将采用弹性卸料装置和下出件模式。
2.4冲裁工艺计算
2.4.1排样设计与计算
冲裁件在条料上的布置方法称为排样。
该件采用直排，具体如下：
排样图、搭边如图2所示：
板料的送料步距A=D+a
其中D—平行于送料方向的冲裁件宽度；
a--冲裁件之间的搭边值。
由表普通冲裁的搭边值[6]可查得：
当1.5＜t≤2.0时，a=1.2mmb=1.5mm
代入数据得A=20+1.2=21.2mm
图2工件排样示意图
板料的宽度B=（D+2×
b+△）
其中D—冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；
b—冲裁件与条料侧边之间的搭边；
△—板料剪裁时的下偏差。
代入数据得：
B=（33+2×
1.5+0.5）
=36.5
mm
条料的利用率考虑料头、料尾以至裁板时边料消耗情况，其总利用率η0为
η0=
×
100%
其中n—条料（或整个板料）上实际冲裁的零件数；
L—条料（或板料）长度；
B—条料（或板料）宽度；
S2—一个零件的实际面积。
选择板料为：
1000mm×
500mm
进行横裁时：
剪裁次数为1000÷
36.5=27.4个≈27个
每条条料剪裁个数500÷
21.2=23.6个≈23个
从1000mm×
500mm的板料上，剪裁26次，剪成宽36.5mm的条料27个，每条冲出23个零件，共可冲出621个零件。
代入式3-3得η0=
100%=60.49%
进行纵裁时剪裁次数为：
500÷
36.5=13.7个≈13个
每条条料剪裁个数：
1000÷
21.2=47.2个≈47个
500mm的板料上，剪裁12次，剪成宽36.5mm的条料13个，每条冲出47个零件，共可冲出611个零件。
代入（式3-3）得η0=
100%=59.51%
同理，可以算出板料为600mm×
1500mm、710mm×
1420mm、750mm×
1800mm、800mm×
2000mm、900mm×
1000mm规格的板料的利用率。
900mm×
1000mm的板料进行直排纵裁时，材料的利用率最大。
所以，该工件采用直排纵裁。
2.4.2冲裁工艺力的计算
一般平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力计算是为：
F0=Ltτ
其中F0--理论冲裁力：
NL—冲裁件周长，mm；
t—材料的厚度，mm：
τ—材料的剪切强度，MPa。
考虑刃口的磨损、模具间隙的波动、材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，实际冲裁力需增加30%。
所以应取
F=1.3F0=1.3Ltτ≈Ltσb（式3-5）
其中F—冲裁力，N；
σb—材料的抗拉强度，MPa。
该件为10钢，由表常用材料力学性能[7]可查得
抗剪强度τ=260～340MPa，取τ=300MPa，σb=300～440MPa。
冲裁件周长L为100mm，厚度t=2mm，代入（式3-5）：
F=1.3Ltτ=1.3×
100×
2×
300=78000N=78KN
2.4.3卸料力、推件力、顶件力的计算
卸料力、推件力、顶件力一般采用经验公式进行计算，即
F卸=K1FF推=nK2FF顶=K3F
F卸—卸料力，N；
F推—推件力，N；
F顶—顶件力，N；
K1—卸料力系数；
K2—推荐力系数；
K3—顶件力系数；
t—材料厚度，mm；
n—同时卡在凹模内料的个数，n=h/t。
其中h为凹模刃壁垂直部分高度，mm；
由表卸料力、推件力、顶件力、系数[8]得
K1=0.04～0.05（0.05）K2=0.055K3=0.06
将数据代入得：
F卸=K1F=0.05×
78000=3900N
F推=nK2F=0.055×
78000=4290N
F顶=K3F=0.06×
78000=4680N
2.4.4总冲裁力的计算
选择压力机的总的冲裁力
P0=P1+P2+P=78000N+3900N+4290N=86190N
其中P1━使用弹压卸料时的卸料力，N；
P2━从凹模中推出工件或废料所需的力，N；
P━冲裁力，N；
P0＜P公，P公为压力机的公称压力，N。
2.4.5工件的压力中心的计算
冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。
模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心线重合。
选定坐标轴x、y如图3所示:
图3压力中心坐标示意图
对于y轴
x=
将数据代入式得
x=29.59
对于x轴
y=
将数据代入式得y=20
所以，该制件在该坐标系下的压力中心为（29.59,20）
2.4.6压力机的选择
在选择压力机时，其总的冲裁力
P0=86190N=86.19KN
压力机的公称压力P公称＞P0式中，P0表示压力机能够提供的冲裁力。
由表开式双柱固定台压力机技术规格可选用JA21-35型压力机可满足冲压力的要求，其主要技术参数如表1所示：
表1JA21-35型压力机的主要技术参数
型号
公称压力
KN
滑块行程
滑块行
程次数
（次/min）
最大闭
合高度
工作台
尺寸
电动机
功率
KW
JA21-35
350
130
50
280
380×
610
5.5
2.4.7凸、凹模刃口尺寸的计算
冲裁间隙主要靠加工来保证，需要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。
为了保证冲裁间隙在合理间隙范围内，制造公差必须满足以下条件：
≤Zmax-Zmin
其中δ凸—凸模的制造公差，mm；
δ凹—凹模的制造公差，mm；
Zmax—最大合理间隙（双面），mm；
Zmin—最小合理间隙（双面），mm；
由表冲裁模初始双面间隙Z查得
Zmax=0.246mmZmin=0.360mm
由表简单形状冲裁时，凸、凹模的制造偏差查得
δ凸=-0.020mmδ凹=+0.020mm
将数代入式为
=0.020mm+0.020mm=0.040mm
Zmax-Zmin=0.360mm-0.246mm=0.114mm
0.040mm＜0.114mm
故满足分别加工时
≤Zmax-Zmin的要求。
由表标准公差数值（GB/T1800.4—1999）查得
△①=0.10mm△②=0.15mm△③=0.10mm
△④=0.15mm△⑤=0.18mm△⑥=0.10mm
工件的尺寸如图4所示:
图4工件尺寸图
落料时，设工件的尺寸为D，即
D①=1
mmD②=7.66
mmD③=7
mm
D④=10
mmD⑤=11.38
mmD⑥=7
mm
根据刃口尺寸确定原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。
凸模制造偏差取负偏差，凹模制造偏差取正偏差。
其计算公式为：
D凹=（D-x△）
D凸=（D凹-Zmin）
=（D-x△-Zmin）
D凸，D凹—分别为落料凸模和凹模的刃口尺寸，mm；
D—为落料件的基本尺寸，mm；
δ凸—凸模的制造公差，mm；
—工件的尺寸，mm；
Zmin—最小合理间隙（双面），mm；
x—磨损系数，与工件制造精度有关，工件的制造精度为IT14,取x=0.75
将数据代入式得
凹模尺寸的计算
D①凹=（Dmax-x△）=（1-0.10×
0.75）
=0.93
D②凹=（Dmax-x△）=（7.66-0.15×
0.75）=7.55
D③凹=（Dmax-x△）=（7-0.10×
0.75）=6.93
D④凹=（Dmax-x△）=（10-0.15×
0.75）=9.89
D⑤凹=（Dmax-x△）=（11.38-0.18×
0.75）=11.25
D⑥凹=（Dmax-x△）=（7-0.10×
凸模尺寸的计算
D①凸=（D①凹-Zmin）=（0.93-0.246）
=0.648
D②凸=（D②凹-Zmin）=（7.55-0.246）
=7.403
D③凸=（D③凹-Zmin）=（6.93-0.246）
=6.684
D④凸=（D④凹-Zmin）=（9.89-0.246）
=9.644
D⑤凸=（D⑤凹-Zmin）=（11.25-0.246）
=11.004
D⑥凸=（D⑥凹-Zmin）=（6.93-0.246）
第3章模具的整体设计
本套模具采用正装下出件单工序落料模。
条料的送进，由两个导料销控制其方向；
条料的进距，有固定挡料销控制；
卸料采用弹性卸料装置，将废料从凸模上卸下；
零件由模座的洞口落下。
3.1凹模外形尺寸的确定
3.1.1凹模刃口形式
由表常用凹模刃口形式[8]查得凹模刃口如图5所示；
图5凹模刃口形式
该图为锥形刃口，特点为刃口强度低，尺寸在磨损后略有增大。
冲裁件或废料容易通过。
主要应用于形状简单，精度要求不高、材料厚度较薄的工件冲裁。
电火花加工时，α=4＇～20＇。
3.1.2凹模外形尺寸的确定
凹模外形一般有圆形和矩形两种，外形尺寸是否合理，将直接影响凹模的强度和刚度及模具的耐用度。
其尺寸一般有经验公式确定
凹模厚度的确定H=Kb
凹模壁厚的确定C=（2～3）H
其中b—凹模孔的最大宽度；
H—凹模厚度，其值为15～20mm；
C—凹模壁厚，其值为26～40mm；
以满足螺钉孔、圆柱销孔的安排
K—系数；
由表系数K的数值[7]得K=0.42
将数值代入式得
H=Kb=0.42×
33=13.86mm取凹模厚度为15mm
C=（2～3）H=（2～3）×
15=30～45mm取凹模壁厚为40mm
由此可以确定凹模长L凹=b+2C=33+2×
40=113mm
凹模宽B凹=a+2C=20+2×
40=100mm
综上，凹模外形尺寸为L凹×
B凹×
H为113mm×
100mm×
15mm。
根据表矩形模板规格[6]选择标准模板为L凹×
H=125mm×
16mm。
3.1.3凹模强度的校核
一般情况下，凹模只做结构设计，很少进行强度计算，即使计算，由于冲裁时凹模受力情况复杂，也不会很准确。
3.1.4凹模的固定
凹模一般采用螺钉和销钉固定在下模座上，钉孔至刃口边及钉孔之间的距离要有足够强度。
3.2凸模的确定
3.2.1凸模的结构形式
凸模的结构形式主要根据冲裁件的形状和尺寸确定。
它分为圆形凸模和非圆形凸模。
由于该凸模拟采用线切割加工，其工作部分与固定部分应做成一致，采用销钉固定。
凸模的工作端进行淬火，淬火长度为全长的1/3，另一端不淬火。
工作部分的粗糙度为0.4μm，固定部分的粗糙度为0.8μm。
根据国标规定，凸模材料用T10A、Cr6WV、9Mn2V、GCr15、Cr12MoV。
刃口部分热处理硬度：
前两种材料为58～60HRC；
后三种材料为58～62HRC；
局部回火至40～50HRC。
3.2.2凸模的长度计算
图6凸模长度示意图
当采用弹性卸料时，如图6所示，凸模的长度为
L=h1+h2+h3
其中L—凸模长度，mm；
h1—凸模固定板的长度，mm；
h2—卸料板的厚度，mm；
h3—卸料弹性元件被预压后的厚度，mm
由表矩形模板规格可知各板料规格为：
垫板125mm×
6mm
凸模固定板125mm×
20mm
卸料板125mm×
12mm
凹模板125mm×
16mm
将数代入式得
L=h1+h2+h3=20+12+14.2=46.2mm
所以，凸模的长度为46.2mm。
3.2.3凸模的强度和刚度校核
一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，没
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