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一落二分割模具设计说明书
绪论
近年我国模具技术发展迅速，模具的设计水平和质量有了很大的提高，已接近国际先进水平。
特别是“十一五”以来，在汽车行业快速发展的引领下，极大地促进了模具技术的发展，使我国的模具技术由原来服务于低档小批量生产转向服务于高档轿车的新车型开发以及各类新产品开发。
采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低等一系列优点，使得模具的使用范围日益广泛，已成为现代工业生产的重要工艺装备和发展方向。
我国模具企业多为中小企业，自我发展能力较弱，虽然在技术上接近国外先进水平，但在技术改造投入方面能力有限，还保证不了高档次产品的快速开发。
与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有差距。
今后，我国模具行业应在注重开发大型、精密、复杂模具；加强模具标准件的应用；推广CAD、CAM、CAE技术；重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期等方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。
经过我国国民经济长期持续高速发展，机械行业在信息社会和经济全球化进程中也在不断发展，模具将向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方向发展；向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方向发展；向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
模具对国民经济和社会发展将起越来越大的作用，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。
冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量切除金属，不但节能而且节约金属。
冲压加工的制件是靠冲模完成，制件一致性好，尺寸稳定，互换性好，完全适应现代化大生产量的需要。
冲压是在常温下利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离、成型或接合，从而获得所需要制件的一种压力加工方法，是机械制造中先进的加工方法之一。
冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料。
冲压生产过程依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率高，操作简便。
冲压大多数采用薄板加工，冲压成型的制件质量轻，刚性好，可加工形状非常复杂的制件。
冲压工艺在电子、汽车、电器、仪表、航空、电机及日常生活用品的生产中占据十分重要的地位。
第1章冲裁工艺设计
冲裁工艺设计包含冲裁件的工艺分析、冲裁模刃口尺寸计算、冲裁工艺方案的确定等内容。
良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数量和工时，并使模具结构简单，模具寿命高，最终获得稳定的合格工件。
1.1设计的课题及原始数据
1.1.1设计题目
设计题目：
一落二分割模具设计
1.1.2原始数据
零件名称：
YBC—750G电机定子冲片
冲压件材料：
硅钢片
冲压件厚度：
t=0.5mm
电机定子冲片如图1.1:
图1.1YBC—750G电机定子冲片
1.2零件的工艺性分析
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压加工工艺的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位偏差与尺寸基准等是否符合冲裁加工的工艺要求。
因此冲裁件的工艺性是否合理对冲件的质量、模具寿命和生产效率都有很大影响。
电机定子冲片外形结构、形状简单、对称，完全适合于冲裁加工工艺。
1.3确定工艺方案
电机定子冲片包括落料、冲孔两道基本工序，可采用下述四种方案。
方案1用两道工序进行冲制。
工序1）落料模落外形。
工序2）冲孔模冲孔。
方案2用两道工序进行冲制。
工序1）冲孔模在条料上冲孔。
工序2）落料模落外形。
方案3：
用两工位级进模一次冲孔和落料完成两道工序。
方案4：
用复合模在一个工位上完成两道工序冲孔和落料。
比较分析各种方案：
方案1用两副模具，模具简单，但冲压时需两台压力机，冲孔模生产率低。
方案2用两副模具，模具简单，但冲压时同样需两台压力机，生产率高于方案1。
方案3模具结构比方案4简单，制造周期短，制造成本低，生产率高。
但冲裁件质量没方案4高。
方案4冲裁件质量高，精度好，制造成本高，模具结构复杂。
经过上述分析，因此采用方案4冲孔落料复合模。
1.4排样图设计
制件在条料、带料上的布置方法叫排样。
排样的正确与否将影响到材料的合理利用、制件质量、生产率、模具结构与寿命及生产操作安全等。
1.4.1材料利用率
材料利用率是指制件的实际面积与所用材料面积的百分比。
材料利用率通常以一个步距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分比表示，查[1]P25式（2-35）有材料利用率计算公式：
（1.1）
式中A为1个步距内制件的实际面积（mm2）；
A0为1个步距内所需的材料面积（mm2）；
B为条料宽度（mm）；
S为步距（mm）。
1.4.2搭边
排样时，制件与制件之间及制件与条料侧边之间留下的工艺废料称为搭边和侧搭边。
搭边虽然是废料，但在冲裁工艺中却有很大的作用。
它补偿了条料的剪切误差、送料步距误差、定位误差，确保冲出合格的制件。
搭边值的大小通常由经验确定，可查[1]P26~27表2.11和表2.12。
图1.2圆形及矩形制件
表1.1 弹性卸料搭边与侧搭边
材料厚度t
圆形或类似圆形制件
矩形或类似矩形制件长度≤50
矩形或类似矩形制件长度≤50
a
a1
a
a1
a
a1
≤0.25
1.0
1.2
1.2
1.5
1.5~2.5
1.8~2.6
＞0.25~0.5
0.8
1.0
1.0
1.2
1.2~2.2
1.5~2.5
＞0.5~1.0
0.8
1.0
1.0
1.2
1.5~2.5
1.8~2.6
＞1.0~1.5
1.0
1.3
1.2
1.5
1.8~2.8
2.2~3.2
＞1.5~2.0
1.2
1.5
1.5
1.8
2.0~3.0
2.4~3.4
＞2.0~2.5
1.5
1.9
1.8
2.2
2.2~3.2
2.7~3.7
＞2.5~3.0
1.8
2.2
2.0
2.4
2.5~3.5
3.0~4.0
注：
1.矩形制件，其长度L在50~100mm，a、a1取下限值；L在100~200mm，取中间值；L＞200mm，取上限值。
2.对硬纸板、硬橡皮、布胶板、纸胶板应乘系数1.3。
3.a、a1如图1.2。
表1.2 固定卸料搭边与侧搭边
材料厚度t
圆形或类似圆形制件
矩形或类似矩形制件长度≤50
矩形或类似矩形制件长度≤50
a
a1
a
a1
a与a1
≤0.25
1.2
1.5
1.5
2.2
2.2~3.2
＞0.25~0.5
1.0
1.2
1.5
2.0
2.0~3.0
＞0.5~1.0
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5~2.5
＞1.0~1.5
1.0
1.2
1.2
1.8
1.8~2.8
＞1.5~2.0
1.2
1.5
1.5
2.0
2.0~3.0
＞2.0~2.5
1.5
1.8
1.8
2.2
2.2~3.2
＞2.5~3.0
1.8
2.0
2.2
2.5
2.5~3.5
注：
说明同表1.1。
1.4.3条料宽度
查[1]P32式（2-37）有条料宽度计算公式：
（1.2）
式中
为条料宽度方向制件最大尺寸（mm）；
为侧搭边（mm）；
Δ为条料宽度偏差（mm），查[1]P33表2.14；
B为条料宽度偏差（mm）；
表1.3 条料宽度偏差（mm）
条料宽度B
材料厚度t
~0.5
＞0.5~1
＞1~2
~20
0.05
0.08
0.10
＞20~30
0.08
0.10
0.15
＞20~30
0.10
0.15
0.20
1.4.4排样图
条料宽度由式（1.2）计算：
步距为：
S=720+a=720+0.8=720.8mm
材料利用率按式（1.1）计算：
排样图如图1.3；
图1.3排样图
1.5工艺设计计算
工艺设计计算包括冲裁力的计算、压力中心的计算，通过冲裁力的计算结果选择冲压设备，并进行冲模闭合高度和压力机有关参数的校核。
1.5.1冲裁力计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它选择压力机的主要依据，也是设计模具所必需的数据。
查[1]P21式（2-22）有冲裁力的计算公式为：
F=KLtτ（1.3）
式中F为冲裁力（N）；
L为冲裁件周长（mm）；
t为材料厚度（mm）；
τ为抗剪强度（MPa）；
K为系数。
经查淬火的硅钢片的抗剪强度τ=450MPa。
系数K是考虑到实际冲压中，凸、凹模刃口钝化、间隙不均、材料力学性能和厚度的波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3。
F=KLtτ=1.3×（3.14×720＋3.14×180）×0.5×450=826.605kN
1.5.2冲压设备的选择
我国目前规定的吨位为冲床的额定吨位。
额定吨位的大小，反映冲床的冲裁能力。
在我国，偏心冲床和曲轴冲床都已经成系列生产，共有11级，即16、25、40、63、80、100、125、160、200、250、400t。
选择冲床时，冲床的公称压力必须大于工件所需要的冲裁力。
在冲压生产中，为了适应不同的冲压工作需要，采用各种不同类型的压力机。
压力机的类型很多，按传动方式的不同，主要有机械压力机和液压压力机两大类。
其中机械压力机分为曲柄压力机和偏心压力机。
压力机的主要技术参数是反映一台压力机的工艺能力、所能加工制件尺寸的范围以及有关生产率的指标，也是模具设计中选用冲压设备、确定模具结构的重要依据。
选择冲床时，冲床的公称压力必须大于工件所需要的冲裁力；压力机的工作台面尺寸应大于冲模下模座的尺寸，一般每边最小应大于50~70mm，便于安装固定模具用的压板和螺钉。
根据计算的冲裁力F=826.605kN，则要选择公称压力大于826.605kN的压力机，为了提高压力机的利用率和节约经济成本。
故选用JA31—400压力机。
JA31—400闭式单点压力机技术参数如表1.4：
表1.4 JA31—400闭式单点压力机参数
序号
项目
数值
单位
1
公称压力
400
t
2
公称压力离下死点距离
13
mm
3
滑块行程
230
mm
4
滑块每分钟行程次数
25
次
5
滑块（连杆）调整距离
160
mm
6
封闭高度（滑块在下死点时至台面的距离）
最大
660
mm
最小
500
mm
7
工作板尺寸
前后
1060
mm
左右
990
mm
8
工作板厚度
150
mm
9
工作台通口尺寸
620×620
mm
10
滑块底面尺寸
前后
810
mm
11
滑块中推料孔尺寸
Φ110
mm
12
立柱间距离
1010
mm
13
导轨间距离
850
mm
表1.4（续）
14
工作台至导轨底面的距离
670
mm
15
主传动件电动机
型号
JHD3-200M-6
功率
30
kW
16
调正滑块（连杆）长度用电动机
型号
JD3-1125-6-T2
功率
3
kW
17
外形尺寸
前后
2276
mm
左右
2250
mm
地面上高
5480
mm
18
机床重量
约33.000
kg
1.5.3压力中心的确定
冲压力合力的作用点为模具的压力中心。
模具的压力中心必须通过打料杆轴线且与压力机滑块的中心线相重合。
否则滑块会受到偏心载荷，导致滑块导轨和模具的不正常磨损，还会使合理的间隙得不到保证，从而降低冲裁件质量和模具寿命，甚至损坏模具。
该工件是简单冲裁件，其压力中心就是它的几何中心。
1.5.4冲模闭合高度
模具的闭合高度应与压力机的装模高度相适应，模具的闭合高度H是指模具在最低工作位置时，上模座的上平面与下模座的下平面之间的距离。
压力机的装模高度是指压力机滑块在最低工作位置时，滑块的底平面与压力机工作台上的垫板上平面之间的距离。
模具的闭合高度必须在压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，查[1]P21式（2-79）有其关系式为：
（
-H1）-5mm≥H≥（
-H1）+（5~10mm）（1.4）
式中
为压力机最大装模高度（mm）；
为压力机最小装模高度（mm）；
H1为压力机工作台上垫板厚度；
H为冲模闭合高度（mm）。
我所设计的一落二分割模的闭合高度为：
H=上模座+上模垫板+上模+下模座+下模垫板+下模
即：
H=105+55+45+100+55+45=405mm
查表1.4可有
=660mm
=660-160=500mmH=150mm
则有（
-H1）-5mm=660-150-5=505mm
（
-H1）+（5~10mm）=500-150+（5~10）=355~360mm
有505mm≥405mm≥355~360mm
即满足式（1.4），所以所选的JA31—400闭式单点压力机满足要求。
第2章冲裁模工作部分设计计算
冲裁模工作部分设计计算包括冲裁模间隙的确定及凸模与凹模刃口尺寸计算。
2.1冲裁模间隙
冲裁模间隙是指凹模工作部分尺寸与凸模工作部分尺寸之差，查[1]P11式（2-1）有冲裁模间隙计算公式：
Z=DA-DT（2.1）
式中Z为冲裁模间隙（mm）；
DA为凹模刃口尺寸（mm）；
DT为凸模刃口尺寸（mm）；
冲裁模间隙不仅对冲模件的质量有影响，还影响模具的寿命、冲裁力等。
因此它是一个非常重要的工艺参数。
2.1.1间隙的确定
在实际生产中，主要根据冲裁件的断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素给间隙规定一个范围的值，以满足冲裁件设计的要求。
确定间隙值的方法有理论计算法和经验查表法两种。
由于理论计算方法在生产中使用不方便，因此采用经验查表法确定间隙值。
间隙值见表2.1出自[2]P41表3.2。
表2.1 冲裁模初始双面间隙值Z（mm）
材料名称
45、T7、T8（退火）65
Mn、磷青铜（硬）、铍青铜（硬）
10、15冷轧钢、硅钢片、硬铝
30钢板、H62、H68（硬）
Q215、Q235钢板、纯铜（硬）、08、10、15钢板
H62（软）、软铜、3A21、5A02、1060、1050A、1035、2A12（退火）、铜、铝母线
板厚t
/mm
初始间隙Z
zmin
zmax
zmin
zmax
zmin
zmax
zmin
zmax
0.1
0.015
0.035
0.01
0.03
0.2
0.025
0.045
0.015
0.035
0.01
0.03
0.3
0.04
0.06
0.03
0.05
0.04
0.04
0.01
0.03
0.5
0.08
0.10
0.06
0.08
0.06
0.06
0.025
0.045
0.8
0.13
0.16
0.10
0.13
0.07
0.10
0.045
0.075
1.0
0.17
0.20
0.13
0.16
0.10
0.13
0.065
0.095
表2.1中所列zmin和zmax只是指制造模具初始间隙的变动范围，并非磨损极限。
从表2.1中可以发现，当板料厚度t很薄时，zmax-zmin的值很小，以至于模具加工设备难以达到，因此很薄的板料的冲裁工艺是很差的，对模具的制造精度要求也是很高。
但是，在实践中可以在模具结构和模具加工工艺上采取一些特殊措施来满足无（小）间隙冲裁的要求。
该工件材料为硅钢片，厚度为0.5mm，查表2.1可有：
zmin=0.06mmzmax=0.08mm。
取凸、凹模的间隙值为：
Z=0.06mm。
2.2凸模与凹模刃口尺寸计算
在冲模设计中，凸模、凹模刃口尺寸和公差的确定是一个重要环节。
它不仅影响到冲裁件的加工精度，断面质量和模具使用寿命，而且还关系到模具的加工方法。
模具的合理间隙也是靠凸模、凹模刃口尺寸及公差保证。
2.2.1凸模与凹模刃口尺寸计算原则
从使用方面考虑，测量尺寸应以光亮带部分为基准。
（1）、落料件的光亮带由凹模决定，落料时应以凹模为基准进行计算。
冲孔件的光亮带由凸模决定，冲孔时应以凸模为基准进行计算。
（2）、凸、凹模在使用过程中都会磨损，凹模磨损后会增大落料件尺寸，凸模磨损后会减小冲孔件尺寸。
为了提高模具使用寿命，在模具设计时，应把凹模尺寸取在接近最小极限尺寸处，把凸模尺寸取在接近最大极限尺寸处。
（3）、在实际生产中，凸、凹模大多数采用配合加工。
一般把凹模尺寸计算好后换算到凸模上去。
（4）、模具是精加工，制造公差一般都很小，可选用IT6~IT8级精度。
2.2.2凸模与凹模刃口尺寸计算
凸模与凹模刃口尺寸计算方法有按凸模与凹模图样分别加工和凹模按凸模配作法。
凹模按凸模配作法是目前普遍采用的方法，在实际生产中，凹模按凸模配作使设计和制造变得方便。
一般都是把落料凹模尺寸计算后换算到凸模上。
本次凸模与凹模刃口尺寸计算按凹模按凸模配作法计算。
（1）、落料
凹模磨损后尺寸变大，查[1]P16式（2-7）按一般落料凹模刃口尺寸公式计算，即
查[1]P16式（2-8）换算到凸模上有：
式中AA为相应的凹模刃口尺寸（mm）；
AT为相应的凸模刃口尺寸（mm）；
Amax为冲裁件最大极限尺寸（mm）；
Δ为冲裁件公差（mm）；
χ为系数，为保证冲出合格冲件的系数。
冲裁件精度IT10以上，χ=1~1.2；冲裁
件精度IT11~IT13，χ=0.75~0.8；冲裁件精度IT14，χ=0.5~0.6。
Zmin为最小双面间隙（mm）；
δA、δT为凸模和凹模制造偏差（mm），δA、δT可选用IT6~IT8。
凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，并保证最小合理间隙值Zmin。
（2）、冲孔
凸模磨损后尺寸变小，查[1]P18式（2-17）按冲孔凸模刃口尺寸公式计算，即
式中
为相应的凸模刃口尺寸（mm）；
bmin为冲裁件孔的最小极限尺寸（mm）；
Δ为冲裁件公差（mm）；
χ为系数，为保证冲出合格冲件的系数。
冲裁件精度IT10以上，χ=1~1.2；冲裁
件精度IT11~IT13，χ=0.75~0.8；冲裁件精度IT14，χ=0.5~0.6。
δT为凸模制造偏差（mm），δT可选用IT6~IT8。
落料时按落料凹模刃口尺寸按式（2.2）计算：
换算到凸模上按式（2.3）计算：
冲孔时按冲孔凸模刃口尺寸按式（2.4）计算：
第3章模具结构设计
冲模结构是确定实现冲压工艺方案所需模具的功能结构，以及组成功能结构的零件及其安装关系。
冲压模具结构的合理性，对冲裁件的质量与精度、冲裁加工的生产率与经济效益、模具的使用寿命等都有密切的关系。
模具结构设计包括模具总体结构的设计和模具主要零部件的设计与选用。
3.1模具总体结构的设计
冲模总体结构设计就是根据所采用的模具类型、制件的精度要求、形状特点及冲压工艺方案等来确定模具的结构形式、模具的总体尺寸及模架类型，以便设计各零部件的具体结构。
根据工艺方案采用冲孔落料复合模。
复合模是指只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时完成两道和两道以上的冲压工序的冲模。
3.1.1模具的基本结构形式的确定
模具的基本结构形式是由条料的送进方式、卸料方式、导向方式及模具的正倒装关系所确定。
1、条料送进方式的选择
条料送进方式主要有手工送料和自动送料两种。
当采用手工送料时，在模具结构设计时要特别注意操作安全问题。
而采用自动送料方式时，则要考虑自动送料机构对模具结构的影响。
本次条料送进方式采用手工送料。
2、卸料方式的选择
卸料方式分为弹性卸料和固定卸料两种。
固定卸料是通过将卸料板固定在下模的凹模上以阻碍条料随凸模上移的一种卸料方式，一般用于条料较厚的情况。
弹性卸料是在凸模抬起过程中，通过弹性元件的回弹力将条料从凸模上脱离的一种卸料方式，用于冲裁薄料及精度要求高的制件。
本次为冲孔落料复合模采用弹性卸料方式。
3、模具导向方式的确定
模具的导向是指模具上、下模间的导向，一般都是采用安装在模架上的导柱、导套进行导向的。
根据零件的结构尺寸，所设计的一落二分割模具为大型模具，应采用四角导柱模架，其导向精度好，强度和刚度高，稳定性好。
4、复合模正装与倒装区别的确定
复合模根据落料凹模装的位置不同，分为倒装复合模和顺装（正装）复合模。
倒装复合模落料凹模装在上模，顺装复合模落料凹模装在下模。
复合模在结构上的主要特征是有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模。
倒装复合模冲孔废料直接从压力机工作台当中的孔落下，制件从凹模洞口推出后落在下模上，一般用工具取出，操作比较方便安全。
模具结构比顺装复合模简单，生产效率比顺装复合模高，所以一般采用倒装复合模。
本次设计采用倒装复合模。
3.1.2模具总体尺寸确定
模具的总体尺寸主要指平面轮廓尺寸、各模板厚度、模具闭合高度等。
这些尺寸是进一步进行模具结构及零件设计的基础。
模具的平面轮廓尺寸是根据工序件轮廓或条料排样图上所有工序轮廓的最小包络形来确定的，它主要包括模座和各模板尺寸。
通常各模板尺寸是一样的，并以凹模板为基准来确定。
模具各模板的外形尺寸及厚度可根据[7]P56图4.7模具总体尺寸关系图确定：
上模座厚度=（1~1.5）H凹（3.1）
下模座厚度=（1~1.5）H凹（3.2）
卸料板厚度=10~20mm
凸模固定板厚度=（0.4~0.7）H凹（3.3）
一般保证模座的外形尺寸大于凹模板尺寸40~70mm。
各模板厚度要根据情况作相应调整，由于所选的压力机的公称压力比计算的冲裁力大许多，为了使各模板承受更大的压力并有足够的强度及刚度，因此在设计时，各模板的厚度应相应的加厚。
3.1.3模架选用
模架是上、下模座、导柱、导套的组合，它是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在模架上面，并承受冲压过程中全部载荷。
模具的上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模运动，保证冲裁过程中间隙均匀。
模架有四种基本形式：
后侧导柱模架（一般用于精度不高的小型模具）、中间导柱模架（用于冲压圆形制件的冲模）、对角导柱模架（模架受力平衡，常用于复合模）、四角导柱模架（模架受力平衡，导向精度高，适用于大型制件、精度高的冲模）。
该工件为大型制件且要求精度高，因此选用四角导柱模架形式。
综上所选模具总体结构采用手工送料、弹性卸料、四角导柱模架形式的倒装复合模，总体结构如图3.1。
当上模下行时，落料凸模进入落料凹模洞口落料，冲孔凸模进入冲孔凹模洞口冲孔。
即在一次行程中，同时完成冲孔和落料工作。
图3.1模具总体结构
1—上模座2—弹簧垫圈3—六角头螺栓4—六角头螺栓5—顶料杆6—轴孔冲固定板7—轴孔冲8—打料杆9—定位套柄10—打料板11—六角头螺栓12—上退料板13—上模垫板14—上模拼块15—导套16—垫套17—导柱18—六角薄螺母19—垫圈20—下退料板21—六角头螺栓22—弹簧垫圈23—下模垫板24—下模内25—下模中26—下模外拼块27—六角头螺栓28—下模退料小套29—下模座
3.2模具主要零部件的设计与选用
根据
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