毕业设计托板零件冲压工艺及模具设计Word下载.docx
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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b≥1.5t，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，取孔间距b≥1.5t，孔边距b1≥t。
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2－1、表2－2、表2－3。
表2-1冲裁件内外形能达到的经济精度
≤3
3～6
6～10
10～18
18～500
≤1
IT12～IT13
IT11
1～2
IT14
2～3
IT14
IT12～IT13
表2－2两孔中心距公差（mm）
料厚t
普通冲裁模
高级冲裁模
孔距基本尺寸
<
50
50～150
150～300
1
±
0.10
0.15
0.20
0.03
0.05
0.08
0.12
0.30
0.04
0.06
2～4
0.25
0.35
表2－3冲裁件孔中心与边缘尺寸公差（mm）
料厚
（mm）
孔中心与边缘尺寸
≤50
50～120
120～220
220～320
≤2
0.5
0.6
0.7
0.8
1.0
根据上述的表格数据与零件图2－1上的尺寸及尺寸精度要求相比较可以得知，托板的尺寸精度满足冲裁的工艺性要求。
2.2托板冲裁间隙
冲裁模凸模和凹模刃口之间的间隙称为冲裁间隙，单面用间隙用C表示，双面间隙用Z表示。
如无特殊说明，冲裁间隙一般是指双边间隙。
冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，如图2－2所示，即
Z＝D凹－D凸（2－1）
式中：
Z——冲裁间隙（mm）；
D凹——冲裁模凹模直径尺寸（mm）
D凸——冲裁模凹模直径尺寸（mm）。
图2－2冲裁间隙
2.2.1冲裁间隙对冲裁工艺的影响
冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中一个很重要的工艺参数。
间隙的大小不仅对冲裁断面质量及尺寸精度有很重要影响，而且还对冲裁工艺力、模具寿命等也有极大的影响。
1）对冲裁断面质量的影响
间隙过小时，上、下裂纹不能相遇重合，板料将被第二次剪切，断面产生两个光亮带，并造成夹层，毛刺被拉长。
间隙合理时，上、下表面产生的初始裂纹相重合，光亮带较大，塌角带、断裂带、毛刺区都较小，锥度也较小。
间隙过大时，上、下裂纹仍不能相遇重合，因应力状态中的拉应力增大，材料容易产生裂纹，使塑性变形较早结束。
所以光亮带变窄，毛刺相对较大，锥度也较大。
2）对冲裁件的尺寸精度的影响
所谓冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值，它由两方面组成：
一是冲裁件相对凸、凹模尺寸的偏差；
另一个是模具的制造偏差。
所以说冲裁间隙的选取对冲裁件的尺寸精度的影响是相当的大。
当间隙过小时，板料在冲裁过程中除受剪切作用外还受到较大的挤压作用，这样由于冲裁后的材料回弹的影响，使得冲裁件的尺寸向实体的反方向胀大，即落料件的尺寸将会小于凹模的尺寸，冲孔件的的尺寸将会小于凸模的尺寸，这样使得需要的零件的尺寸达不到要求，造成零件的报废。
当间隙适当时，冲裁过程中板料的变形区受到比较纯的剪切作用下被分离，使得落料件的尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的尺寸等于凸模尺寸，保证了零件的尺寸精度要求。
当间隙过大时，则板料在冲裁过程中除受剪切作用外还产生较大的拉伸与弯曲变形，这样冲裁后由于材料回弹的影响，将使得冲裁件的尺寸向实体方向收缩，即落料件的尺寸将会小于凹模的尺寸，而冲孔件的尺寸将会大于凸模的尺寸。
3）对冲裁工艺力的影响
间隙愈小，冲裁变形区的压应力越大，拉应力越小，材料变形抗力大，冲裁力越大；
反之，冲裁力减小但不明显。
间隙对卸料力、推件力、顶件力的影响很显著，随着间隙的增大，从凸模上卸料和从凹模中顶出工件都很省力，这些力都明显降低。
4）对模具寿命的影响
冲裁时，凸、凹模上受到被冲材料的反作用力，由于材料与模具实际接触面积很小，故接触面上的单位压力极高。
在高压的作用下，加上材料的塑性流动和滑动，刃口的端面和侧面就会发生磨损。
若间隙过小，则摩擦越严重，模具寿命越短。
而较大的间隙，不仅可以减小磨损，也可以缓解间隙不均匀的影响。
从而提高模具的寿命。
2.2.2冲裁间隙的选取
由上述可知道：
冲裁间隙对冲裁件质量、冲压力、模具寿命等都有很大的影响，所以，并不存在一个绝对合理的间隙值，能同时满足冲裁件断面质量最佳、尺寸精度最高、冲模寿命最长、冲压力较小等各方面的要求。
因此,必须根据冲裁件的情况、模具结构、冲压方法以及模具加工方法等因素，酌情增减间隙值，如：
1）对于尺寸精度、断面垂直要求高的冲裁件，应选用较小的间隙值，反之对于尺寸精度和断面垂直度要求不高的冲裁件，应从降低冲裁力、提高模具寿命出发，选用大间隙值；
2）在同样条件下，非圆形凸、凹模刃口形状应比圆形的间隙要取大些。
冲孔比落料的间隙要大；
3）凹模为斜壁刃口时的间隙值比直壁刃口间隙要小；
4）高速冲裁时模具容易发热，间隙应增大；
由以上所述可以得知，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力和保证模具有一定的寿命，冲裁间隙有一个合理的范围，称为合理间隙，只要间隙取在在这个范围内，就可以冲出良好的零件。
这个范围的最小值称为最小合理间隙（Zmin），最大值称为最大合理间隙（Zmax）。
同时考虑到冲模在使用时会逐渐磨损，间隙会增大，故在设计和制造新模具时，应采用最小合理间隙值。
由表2－4可查得最大、最小间隙值。
表2－4冲裁模刃口始用间隙
材料
名称
08F、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
45、T7
厚度
（t）
初始间隙Z
Zmin
Zmax
0.13
0.14
0.17
1.2
0.16
0.18
0.21
0.24
1.5
0.19
0.27
0.31
由上表可查得：
托板的冲裁间隙可取Z＝Zmin＝0.15mm。
2.3托板凸、凹模刃口尺寸及制造公差的计算
在冲裁过程中，凸、凹模刃口部分尺寸及制造公差将直接影响冲裁件的尺寸精度，同时，模具的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来实现和保证的。
因此，正确确定冲裁模凸、凹模刃口的尺寸及制造公差是相当重要的。
2.3.1凸、凹模刃口尺寸及制造公差计算的原则
生产实践证明，由于凸、凹模刃口间隙的存在，落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的尺寸接近于凹模刃口的尺寸，冲孔件的尺寸接近于凸模刃口的尺寸。
所以，计算凸、凹模刃口尺寸及制造公差时应遵循的原则如下：
1）落料时，落料件的尺寸取决于凹模尺寸；
冲孔时，孔的尺寸取决于凸模尺寸。
因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；
设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
2）在设计凸、凹模刃口尺寸时，考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，故在设计落料模时，凹模公称尺寸取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；
设计冲孔模时，凸模公称尺寸取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。
这样，在凸模、凹模受到一定磨损时仍冲出合格零件。
3）在确定模具刃口制造公差时，既要能保证工件的精度要求，又能保证合理的间隙数值。
一般模具制造精度比工件精度高3～4级。
4）冲裁模刃口尺寸均按“入体”原则标注，即凹模刃口尺寸偏差标注正值，凸模刃口尺寸偏差标注负值，而对孔心距以及不随刃口磨损而变的尺寸，取为双向偏差。
2.3.2凸、凹模刃口尺寸及制造公差的计算方法
根据上述基本原则，可以确定凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差。
由于模具加工和测量方法的不同，凸模与凹模刃口尺寸及制造公差的计算方法，可分为两种：
凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。
1）凸模与凹模分开加工
分开加工是指凸模与凹模分别按照各自的图纸单独加工，模具间隙靠加工出的尺寸保证。
采用凸模与凹模分开加工这种方法，要分别计算和标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差。
为了保证间隙值，应满足式2－2条件。
δ凸+δ凹≤Zmax－Zmin（2－2）
δ凸——凸模的制造公差，其值见表2－5；
δ凹——凹模的制造公差，其值见表2－5。
表2－5规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模公差δ凸
凹模公差δ凹
≤18
0.020
＞18～30
0.025
＞30～80
0.030
下面就冲孔和落料两种情况加以分析讨论。
（1）冲孔
根据刃口尺寸计算原则，冲孔时应首先确定凸模刃口尺寸。
由于基准件凸模的刃口尺寸在磨损后会减小，因此应使凸模的基本尺寸接近工件孔的最大极限尺寸，在增大凹模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。
凸模的制造取负偏差，凹模取正偏差。
设工件孔的尺寸为D
，其计算公式为：
d凸=（d﹢xΔ）
（2－3）
d凹=（d凸﹢Zmin）
（2－4）
式中d凸、d凹——冲孔凸、凹模基本尺寸（mm）；
Δ——工件制造公差（mm）；
x——磨损系数，其值可查表2－6。
表2－6磨损系数x
料厚
t/mm
非圆形冲件
圆形冲件
0.75
冲件公差Δ/mm
＜0.16
0.17～0.35
≥0.36
≥0.16
＜0.20
0.21～0.41
≥0.42
≥0.20
＜0.24
0.25～0.49
≥0.50
≥0.24
（2）落料
根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。
由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近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值Zmin。
仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。
设工件尺寸为D
，其计算式如下：
D凹=（D－x△）
（2－5）
D凸=（D凹－Zmin）
（2－6）
D凹、D凸——落料凹、凸模基本尺寸（mm）。
2）凸模与凹模配合加工
对于形状复杂或材料薄的零件，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。
此方法是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。
这种加工方法的特点是：
（1）模具间隙是在配制中保证的，因此不需要校核δ凸+δ凹≤Zmax－Zmin，所以加工基准件可以适当放宽公差，使其加工容易。
（2）尺寸标注简单，只需在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅需要标注基本尺寸并注明配合所留间隙值。
目前一般工厂大多采用这种方法，但用此方法的缺点是制造的凸、凹模是不能互换的。
由于复杂工件形状，各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不同，所以基准件的刃口尺寸需要按不同方法计算。
如图2－3Ⅰ为一落料件，应以凹模为基准件，凹模的磨损情况可分为三类：
第一类是凹模磨损后增大的尺寸（图中A类尺寸）；
第二类是凹模磨损后减小的尺寸（图中B类尺寸）；
第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸（图中C类尺寸）。
同理，对于图2－3Ⅱ的冲孔件，应以凸模为基准件，可根据凸模的磨损情况，按图示方法将尺寸分为A、B、C三类。
当凸模磨损后，其尺寸的增减情况也是增大、减小、不变这一同样的规律。
因此，对于复杂形状的落料件或冲孔件，其模具基准件的刃口尺寸均可按下式计算。
A类：
Aj＝（Amax－x△）
B类：
Bj＝（Bmin－x△）
C类：
Cj＝（Cmin＋0.5△）±
（2－7）
Aj、Bj、Cj——基准件尺寸（mm）；
Amax、Bmin、Cmin——工件极限尺寸（mm）；
△——工件公差（mm）。
Ⅰ落料件Ⅱ冲孔件
图2－3落料、冲孔件的尺寸分类
对于与基准件相配合的非基准件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在图样上标注，而是仅标注基本尺寸，并注明其公差按基准件凹模或凸模的实际尺寸配做，并保证应留的间隙值。
另外，如果由于加工的需要，希望对落料件以凸模为基准件，对冲孔件以凹模为基准件，则模具基准件的刃口尺寸可按式2－8计算：
Aj＝（Amax﹣x△﹣Zmin）
Bj＝（Bmin＋x△＋Zmin）
C类：
Cj＝（Cmin﹢0.5△）±
（2－8）
下面就此次托板设计的凸、凹模刃口部分尺寸及制造公差计算如下：
1）冲孔凸、凹模刃口部分尺寸
孔Ф11mm：
由冲孔所得。
查表2－4得最大、最小合理间隙值：
Zmax＝0.19mm，Zmin＝0.15mm。
查表2－5得凸、凹模制造公差：
δ凸＝0.02mm，δ凹＝0.02mm。
较核：
Zmax－Zmin＝0.19－0.15＝0.04mm，δ凸－δ凹＝0.04mm。
满足Zmax－Zmin≥δ凸－δ凹条件。
查表2－6得磨损系数x：
x＝0.75。
由凸、凹模刃口尺寸的计算方法，对于孔2－Ф11
的凸、凹模刃口尺寸可采用凸模与凹模分开加工方法计算。
根据式（2－3）和（2－4）得：
d凸=（d1+x△）
＝（11＋0.75×
0.07）
mm
＝11.05
mm
d凹＝（d凸＋Zmin）
＝（11.05＋0.15）
＝11.20
mm
同理，对于孔Ф9
mm：
d凸=（d2+x△）
＝（9＋0.75×
0.058）
＝9.04
d凹＝（d凸2＋Zmin）
＝（9.04+0.15）
=9.19
对于孔心距（30±
0.12），由冲孔是获得，故有：
L凹 =（Lmin+0.5Δ）±
Δ/8
=（29.88+0.5×
0.24）±
（0.24/8）
=30±
0.03（mm）
2）落料时凸、凹模刃口部分尺寸
由于托板落料形状较复杂，故采用配合加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：
根据计算原则，以凹模为基准件，因凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此属于A类尺寸。
查表2－6得磨损因数x为：
当△＜0.16时，x＝1；
当0.17＜△＜0.35时，x＝0.75。
按式（2－7）中：
Aj＝（Amax－x△）
得：
60凹＝（60－1×
0.12）
mm
=59.88
50凹＝（50－1×
0.1）
=49.9
30凹＝（30－1×
0.084）
＝29.916
117凹＝（117－1×
0.14）
＝116.86
2.4托板排样
排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。
排样设计是一项极为重要的、技术性很强的设计工作。
排样是否合理，直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构与寿命等，所以，排样工作的好坏是左右冲裁经济效益的重要因素之一。
2.4.1材料的合理利用
排样的目的在于节约原材料，在保证安全的情况下，尽可能的降低成本。
衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。
一般以一个进距内的材料利用率η来表示，其计算公式如下：
η=
×
100%（2－9）
式中A——冲裁件面积（包括内形结构废料）（mm2）；
n——一个进距内冲裁件数目；
b——条料宽度（mm）；
h——进距（mm）。
也可用一张板料上总的材料利用率η总来表示，其计算公式如下：
η总=
100% （2－10）
式中η总——一张板料上冲裁件总数目；
L——板料长（mm）。
由以上公式可得，η（η总）值越大，则材料废料越少，材料的利用率也越高。
2.4.2搭边值的确定
排样中工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边。
搭边的作用是补偿条料的定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲出合格的工件和送料方便。
搭边还可以保持条料有一定的强度和刚度，便于送料，提高劳动生产率。
搭边是废料，从节省材料出发，搭边越小越好。
但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。
为了避免这一现象，一般可取等于材料的厚度。
搭边值的大小与下列因素有关：
1）材料的力学性能：
一般来说，硬材料的搭边值可小些，而软材料、脆性材料的搭边值要略大一些。
2）工件的形状与尺寸：
冲裁件的尺寸大或有尖突的复杂形状时，则搭边值要去取大一些；
反之则取小一些。
3）材料厚度：
材料较厚的工件搭边值应取大一些。
4）送料方式及挡料方式：
用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以小一些。
5）卸料方式：
弹性卸料比刚性卸料的搭边值要小一些。
一般来说，搭边值是由经验确定的。
表2－7列出了冲裁时的最小搭边值。
表2—7冲裁金属材料的搭边值
料
厚
手送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
a
a1
~1
2
3
3
2
>
1~2
2.5
3.5
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：
a＝3.5，a1＝2.5。
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。
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
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