斜楔式侧向冲孔模设计设计说明书.docx
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斜楔式侧向冲孔模设计设计说明书
冲压设计的工艺分析
2.2.1冲压模具的材料选择
设计零件的材料为08Al,材料的硬度较软，韧性姣好，冲压件不能有裂纹，缩孔气孔等缺陷。
其对冲压模具的基本要求：
属冲裁模其凸凹模等工作部分的材料，必须选用能满足使用要求的Cr12MoV、D2或性能更佳的冷作模具钢，并经规范的热处理，内应力小、硬度均匀、无裂纹。
属拉伸、弯曲、成形模的凸凹模等工作部分的材料，原则上选用能满足使用要求的Cr12MoV、D2或性能更佳的冷作模具钢。
特殊情况下允许采用经过表面处理的优质中碳钢、球墨铸铁替代。
但必须满足预期生产批量与质量的要求[5]。
2.2.2冲压件的结构分析以及模具结构的确定
零件的结构比较简单，为一端开口的圆筒形结构。
圆筒的壁厚为2mm。
在圆筒的两侧靠近底部有φ20mm和φ7mm的两个孔。
本次设计的任务就是设计冲出φ20mm和φ7mm两个孔的模具。
零件的结构图如图2.1所示：
图2.1冲压件零件图
2.2.3方案的确定
有上图可以看出，该零件的加工需要分两步来完成。
首先可以确定该零件的毛坯为圆盘形铝合金钢板。
钢板经过引伸模具引伸后再通过冲孔模具冲孔才能够形成图2.1所示的零件。
本次设计就是设计冲两侧孔的冲孔模具。
由于孔的开口方向与冲床冲头的运动方向垂直，要想冲出两孔就必需将垂直的运动转化为水平的运动。
因此，模具采用斜楔机构来推动冲头的运动。
然后通过弹簧来复位以便使成品脱模。
2.3本章小结
本章主要做了模具设计的一些前期准备工作，了解了模具设计的设计内容和步骤。
冲压生产时，冲压工艺方面的各种工艺参数的正确采用，是获得优质冲压件的决定因子，而冲压模则是正确选择和调整有关工艺参数的基础对冲压件进行工艺分析，分别讨论了冲压件的材料和结构，对设计方案进行初步判断，为以后的设计工作做好准备。
第3章冲孔模主要零部件设计
3.1冲头设计
冲头是冲模中起直接形成工件作用的凸形工作零件，既以外形为工作表面的零件。
其工作端面的截面形状根据槽形确定。
刃口通常为平的，优点是便于修磨，为了减轻冲床的负荷也可以磨成锯齿形。
由于本设计中冲裁力较小，因此直接采用平口即可。
冲模工作表面的表面粗糙度要求在Ra0.4～Ra0.8μm之间[5]。
3.1.1冲头的固定方式
冲头常用的固定方法有铆接法、台肩法和低熔点合金、环氧树脂浇铸固定法。
本设计采用的突缘固定法属于台肩法的一种，它是通过先将冲头压入冲头固定板，然后用螺钉将冲头固定板固定在斜楔上的一种方式。
其固定形式如图3.1所示。
图3.1突缘固定方式
1-冲头2-冲头固定板3-背托板（斜楔）
3.1.2冲头长度的确定
冲头的长度是根据模具结构的需要和修磨量来确定的，冲头的长度一般都在40～100mm的范围内，近年来由于线切割技术的进步，不管何种形状的冲头（包括圆形）都是通过模钢板直接割取。
在冲剪加工中冲头的断裂的主要原因在于细小冲头的抗压强度不足或弯曲强度不足所致。
确定冲头长度的方法可按下式计算完成[6]。
式中h1-------凸模固定板的厚度（mm）
h2-------卸料板厚度（mm）
h3-------侧面导板的厚度（mm）
通过上面的公式确定冲头的总长度为137mm，其中工作部分长度为87mm。
冲头的结构如图3.2所示。
图3.2冲头结构图
3.2凹模的设计
凹模是冲模中起直接形成冲件作用的凹形工作零件，即以内形为工作零件。
凹模刃口的周边形状和凸模相同。
3.2.1凹模的类型和结构形式
凹模因要清除“废料”或工件，沿深度方向的尺寸不能上下一致，凹模的类型基本上有以下三种：
第一种是孔口一段呈直筒形，以下转为锥形，锥度为
；第二种是孔口一段呈直筒形，落料孔比凹模尺寸大1～2mm；第三种是具有
以下的锥形。
第一、二两种形式刃口坚固，修磨后尺寸不变，对形状复杂和精度要求高的槽形是很合适的。
第三种形式适用于冲制形状简单或精度要求较低的工件，它的使用寿命较长，因为加工时通常把刃口尺寸控制在公差的最小值，而锥底尺寸控制在公差的最大值或稍大一点。
在第一、二种形式中，孔口的一段高度称为有效高度或寿命高度，凹模的有效高度一般为8～12mm，凹模的工作表面粗糙度要求在Ra0.4～Ra0.8um范围内[7]。
凹模有两种结构：
整块的和拼块的。
如果是整块的，可以用螺钉、销钉固定和定位在下模座上；如果是拼块的，则用钢圈热套办法将拼块紧固，再通过钢圈将凹模固定在下模座上。
钢圈内圈和凹模外圈的配合为U8/h7。
3.2.2凹模外形尺寸的确定
冲孔模的凹模一般都为圆形，但由于该零件的形状较为特殊，因此作为凹模的零件同时还要起到定位的作用，同时模具工作过程中产生的废料也要由此排出。
而且该模具冲孔的方向为横向。
所以传统的各种凹模的形式都不适用于本设计。
综合以上的情况，凹模采用整块结构。
其外形为圆筒形，圆筒的外径尺寸与零件的内径尺寸吻合，以便冲孔过程中零件的定位。
在圆筒上两侧各开一个孔尺寸与零件上的两个孔相当，起到凹模的作用。
凹模通过螺钉固定在下模座上。
圆筒的高度为168mm略高于零件的高度，加工时将零件套于圆筒上然后由两侧的冲头冲出两侧孔。
圆筒的厚度可由表3.1确定[4]。
表3.1凹模厚度H和壁厚C（mm）
料厚t
凹模外形尺寸
b
0.8
>0.8～1.5
>1.5～3
>3～5
C
H
C
H
C
H
C
H
<50
50～75
26
20
30
22
34
25
40
28
75～150
32
22
36
25
40
28
46
32
150～200
38
25
42
28
46
32
52
36
>200
44
28
48
30
52
35
60
40
由表3.1选取圆筒的壁厚为32mm，既凹模的壁厚为32mm。
凹模的具体结构如图3.3所示。
图3.3凹模结构图
3.2.3凹模材料的选择
冲模中最重要的部分是凹模和凸模。
用来制造凹模和凸模的材料，要承受强大的剪切力、压力、冲击力、和摩擦力，因此模刃应满足如下要求：
有很高的硬度，很高的耐磨和耐疲劳的能力以及足够的韧性；热处理以后的变形应尽可能小；长期使用以后的变形应尽可能小。
根据上述要求，通常采用合金工具钢（Cr12或Cr12MoV）作为制造凹模和凸模的材料。
经过淬火和磨削加工后，其硬度要求达到58～62HRC。
因为Cr12、Cr12MoV钢具有很高的耐磨性，Cr12钢由于碳、铬元素的含量均高于Cr12MoV，因而其耐磨性略高于后者，但韧性较Cr12MoV稍差。
Cr12MoV具有较高的淬透性（Cr12钢φ200mm～300mm可以全部淬透；Cr12MoV钢φ300mm～400mm截面可全部淬透）和良好的耐热性（在300～500℃）范围内，仍能保持较高的硬度和耐磨性，并且热处理后变形很小，号称“不变形钢”[8]。
对尺寸不大，形状简单，冲次不高的钢冲模，也可以采用碳素工具钢T8A、T10A作为制造凹模和凸模的材料。
但此类材料具有下述缺点：
淬透性低（大于15mm却不能淬透）；耐磨性差；淬火变形大等，因而使用寿命低。
而且，在使用过程中，刃口尺寸会因变形而改变，故必须经常检查其变形情况，并加以修正。
3.3本章小结
这章在此次课程设计中占有最重要的地位，它是模具设计的核心部分。
完成了凹模和凸模结构的整体设计和材料的选择，并通过PRO-E软件的三维建模功能来辅助设计，大大提高了模具的可应用性。
再参考相应的设计手册，可以省去不少计算过程，例如壁厚的校核。
利用计算机三维软件辅助传统设计将成为我国模具事业未来的发展方向。
第4章冲模结构零部件设计
冲裁模具除了凹模和凸模以外一般还包括导向零件、上下模座、凸模固定板、垫板、模柄、复位装置、减震装置、挡料、定位和脱料装置等。
各零部件之间在装配时一般都要通过销钉定位，再用螺钉锁紧，模具上所用的螺钉尽量采用内六角螺钉。
模具外表面应光洁，加涂防锈漆防锈。
4.1导向零件的设计
不管是什么形式的冲裁模具，都要用到导向零件。
导向零件是决定冲模质量和寿命的很重要的零件。
导向零件的作用是：
保证模具在进行装配和调模试机时，保证凹、凸模之间一定的方向和位置。
导向零件要承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用。
导向零件的形式有很多种，其形式和尺寸可以通过《常用冷冲模零件标准》GB2861选用，也可以根据实际的需要自行设计。
导向零件可采用优质碳素工具钢T8A和T10A制造。
进行淬火处理硬度为58～60HRC。
也可采用优质碳素钢20制造，表面渗碳深度为0.8～1.2mm，再淬硬至56～60HRC,使它们不至于在冲制过程中由于磨损而影响导向精度。
配合表面的表面粗糙度应在Ra0.4um以下，两者之间的间隙应小于凹凸模之间的间隙，并根据模具间隙的大小而采用H6/h5或H7/h6配合。
并且应做好润滑工作以提高导向零件的寿命[9]。
给零件采用横向冲头，由斜楔推动冲头横向移动。
因此在冲压模具中最常用的导柱和导套导向装置并不适用与此模具，故采用导滑槽配以压板和挡板来定位和导向。
在本模具中，由冲头、冲头固定板和斜楔构成模具的工作部分，它们在滑槽内往复滑动来完成零件的加工，滑槽内壁与斜楔采用H6/h5配合。
导滑槽的底部和两侧挡板均取50mm，在导滑槽的上、下和挡板的一端均有螺纹孔，使导滑槽上可以安装压板和挡板，并能安装在下模座上。
导滑槽的结构如图4.1所示。
4.2模座、冲头固定板的选用
4.2.1模座的设计和材料选择
模座一般采用回铸铁（HT20-40）。
型式和尺寸，按《常用冷冲模零件标准》GB2855选用。
大型冲模往往采用球墨铸铁（QT45-5）制造。
硬质合金冲模必须用45钢或铸钢（ZG25～ZG45）一般的复式冲模有时候抽冲床闭合高的的限制而需要降低冲模的闭合高度时，也可以采用A3钢板制造。
当采用A3钢板制造时，模座厚度可以适当减小。
上下表面的平行度不能超过0.03：
300，表面粗糙度为Ra0.8um，用来安装导向件的孔中心线见的距离不能超过0.02mm，并且应该与其平面垂直，垂直度偏差不能大于0.01：
100，这也是导柱安装后的垂直度偏差要求[9]。
图4.1导滑槽结构图
综合上面的叙述，上下模座均采用HT20制造，按《常用冷冲模零件标准》GB2855的规定，选取下模座的厚度为80mm，上模座的厚度为85mm。
见下图4.2和4.3所示。
图4.2下模座
图4.3上模座
4.2.2冲头固定板的设计和材料选用
冲头固定板用来装配冲头。
冲头固定板与冲头之间用地熔点合金浇注或用环氧树脂浇注。
槽孔与凸模之间的双面间隙一般为2～3mm。
为了保证凸模有足够的稳定度，凸模固定板不宜过薄，实际上一般为25～35mm，采用A3钢制造。
对冲头固定板的加工要求是：
上下平面之间的平行度不超过0.02：
300，表面粗糙度Ra0.8～Ra1.6um。
为了减少手工劳动，凸模固定板目前以广泛采用电火花加工，工具电极一般采用石墨电极，效率高，成本低，容易制造。
冲头固定板结构如图4.4所示。
图4.4冲头固定板
4.3挡料、定位和脱料装置
在冲压模具中，工件送入模具中进行冲制时，必须用压料板将工件压住，是工件在冲制过程中保持一定的位置。
由于压料板经常与工件碰击，为避免磨损，常采45号优质碳素结构钢制造，经过淬火，硬度达到45～50HRC。
压料板与导销以过盈配合固定在上模座上。
见图4.5。
在此冲压模具中，工件的定位是通过凹模的外形来定位的，因此不需要专门的定位装置来对工件进行定位，在工作过程中将工件套在圆筒上即刻定位，然后在用压板压紧，便可对工件进行冲制。
工件加工完成后通过受动脱模，然后在放入新的工件进行加工，因此不用脱料装置。
图4.5压料板
4.4本章小结
在完成整个模架零件的设计过程中，使用了标准模架，所以整个过程的零件计算可以认为是一种校核计算，不过我个人认为在选择标准模架的情况下，整个这章的计算可以省略很大一部分，但是细节的计算还是要有的，所以整个这章的计算量比较小，但是有它存在的必要性。
致谢
历经近三个月的毕业设计即将结束，本次设计从选题、设计、到指导工作均是在张忠伟老师的直接关怀和悉心指导下完成的，导师严谨的治学态度，敏捷的思维，渊博的知识均使我受益非浅。
在此，对老师所给予的无私帮助表示诚挚的谢意。
这次设计是大学期间所学知识的一次综合运用，它涉及到软件应用，模具设计等多方面的知识。
同时，这也是一次完全不同于以往的设计，它需要我们在独立完成的同时，对过去所学的知识进行完善和总结。
在此期间，我遇到了许多困难和疑惑，但在老师和同学的帮助下，得以在设计的期限内按要求顺利完成设计。
同时，我也认识到了自身知识的不足，在今后的人生道路上，我还需要不断的学习。
在整个软件的学习过程中我深刻认识到了，只求结果有时并不一定可取，在新软件的学习过程中，张忠伟老师曾给了不少支持和鼓励，于是得以长久的坚持下来，不仅仅是一次学习过程，而且更好的完成了一次心理的历练，是一个成长的过程，是一个从大学走向社会的过程，在此对老师在整个过程给予的帮助和支持真心的说声谢谢，我一定会在以后的工作工程中扎扎实实的以此次毕业设计的心态来对待每一项工作和任务。
大学毕业后，我将走向工作岗位。
我将用我的知识去回馈社会。
母校给我的一切我都将铭记于心。
最后，对所有曾经传授我知识的老师，给过我帮助的同学们说一声谢谢，感谢你们！
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