自动退料机构的冲孔模设计说明书Word文档格式.docx
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上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。
在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。
这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。
复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。
级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。
复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。
冲模的结构类型也很多。
通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；
按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。
但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。
工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。
上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。
1.3冲压技术的现状及技术方向
1.3.1现状
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”，广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康家等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；
中外合资和外商独资的模具企业已有几千家。
随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。
而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力量，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、等CAE软件，并成功用于模的设计中。
虽然中国模具工业在过去10多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如：
精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；
CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；
许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。
从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。
在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；
在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；
在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM微机及其兼容机、HP工作站等）不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；
在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；
在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。
计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。
我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。
设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。
虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。
缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。
中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%~12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。
1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；
而80年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。
近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高
1.3.2未来冲压模具制造技术发展趋势
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项：
（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
随着微机软件的
发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM/CAE培训的技术服务的力度；
进一步扩大CAE技术的应用范围。
计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟成为可能。
（2）高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。
另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小的优点。
高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展
（3）模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。
模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
（4）电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。
预计这一技术将得到发展。
（5）提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。
国外发达国家一般为80%左右。
（6）优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
（7）模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
（8）模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有多台机床合理组合；
配有随行定位夹具或定位盘；
有完整的机具、刀具数控库；
有完整的数控柔性同步系统；
有质量监测控制系统。
1.4本次设计的内容、要求
1.4.1设计内容及技术要求
1、完成制件的冲孔模设计。
A冲压件工艺性分析、工艺方案设计，模具总体结构设计
B模具的斜冲孔结构设计
C模具工作、定位、导向、固定等零件的设计、计算
D模具推板式送料机构设计
E卸料机构设计
2、模具总装配图
3、模具零件图
4、编写设计说明书及译文。
1.4.2主要技术参数
图1-1
技术要求：
1、工件图（如图1-1所示）
2、材料：
Q235钢
3、料厚：
3mm
4、生产批量：
大批量
5、未注公差:
按IT14级确定。
1.4.3应完成的工作量
1、模具装配图（A0）
2、模具剖视图（A0）
3、主要部分非标准件的零件图（折合A0）
4、设计说明书不少于1.2万字，译文不少于3千字。
5、手工绘制A1图一张
2冲孔工件的工艺分析
2.1零件的工艺性分析
冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。
一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。
当然工艺性的好或者坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。
以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。
根据这一要求对该零件进行工艺分析：
该零件材料为Q235钢，工件结构简单,形状对称,如图1.1所示零件尺寸，宽带b=42mm,厚度t=3mm,满足设计要求d>
2t,且冲裁件外形由直线和圆弧组成，没有尖角，且圆角半径r>
0.5t有利用模具寿命。
零件冲孔d=12mm,查表2-1，已知材料Q235钢屈服点大小235Mpa，选d≥t为最小孔，满足要求。
表2-1自由凸模冲孔的最小尺寸（mm）
材料
圆孔
方形孔
矩形孔
长圆孔
钢>
700Mpa
钢=400-700Mpa
钢<
400Mpa
铜黄铜
d≥1.5t
d≥1.3t
d≥t
d≥0.9t
d≥1.2t
d≥0.8t
d≥0.7t
d≥1.35t
d≥1.1t
d≥0.6t
零件冲孔与边缘的间距d=21-（29/2）=6.5mm，d>
t满足设计要求。
2.2冲裁件的精度与粗糙度
冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般冲孔件公差等级最好低于IT9级,由表可得冲孔公差为0.08，而冲件公差,最高精度冲孔公差为0.15。
由查表得孔中心距公差±
0.15而冲件孔中心距最高精度公差为±
0.25,因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求。
由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑。
2.3模具总体结构设计方案
本模具设计是为了完成制件的冲孔工序。
设计中所提供的燃油箱托架是材料厚度为3mm的Q235钢，该零件需冲出直径为10.5mm的两个侧孔与尾部一个直径是12mm的垂直孔。
对该零件进行详细研究，并查阅有关资料，认为该零件可一次冲制成形，并将该零件设计为冲孔单工序模。
因为两个侧孔的冲孔毛刺卡在凹模内，制件不易取出，故本冲孔模装有自动退件装置。
经过对燃油箱托架工件的工艺阐发，确定工作的重点主要集中在模具工作部分零件的设计（比如：
凸模、凹模、凸凹模、压料装置、弹簧、斜楔机构等），各类固定板的设计和相关尺寸计算和校核。
此工件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用的材料符合冲压工艺的要求。
由冲压件的材料、厚度、几何形状、尺寸大小和精度要求可知完成此件需要斜冲孔机构，即采用斜楔机构把压床滑块的上下运动转换为斜楔滑块的倾斜运动。
对于中小型企业，常用的自动机构是在冲模本身上装有卸料结构。
其工作过程如下所述：
在工作开始前，活动定位块在弹簧的作用下靠贴在定位块上。
当压床滑块下行时，斜楔首先越过滑块，而后活动定位块在斜楔的作用下向左移动，并将工件推到正确位置，接着进行冲孔。
当压床滑块上行时，活动定位块在弹簧的作用下向右移动，而后斜楔推动滑块向右移动，装在滑块上的螺钉就推动制件，使制件上的侧孔与凹模的孔错开，这样侧孔毛刺就不影响取件。
为了防止冲孔废料顶死，将有浮动顶销，保证废料在浮动顶销头部斜面的作用下落入废料槽中。
此外，在冲压过程中，由于半圆形工件与凹模及凹模固定板的粘附力较大，需采用卸料机构将冲完孔的制件一端稍微抬起，使制件沿固定板上的斜面流出。
因此，此模具设计的关键点是：
斜楔冲孔；
定位机构；
自动退料机构。
3工艺力的计算
普通平刃冲裁模，其冲裁力FP一般可按下式计算：
FP＝tLτ
式中：
τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）；
L——冲裁周边总长（mm）；
T——材料厚度（mm）
σb——抗拉强度为235（MPa）
d——材料最大宽度
材料抗剪强度：
τ=（1.2×
t/d+0.6）*σb
≈150（MPa）
冲孔边缘:
L=12×
3.14=37.68（mm）
冲孔力：
FP=Lτt=91.06×
150×
3=16956N
考虑到模具刃口的磨损和凸凹模间隙的波动，材料的机械性能的变化，材料厚度偏差的，实际所需的冲裁力还要增加30％，即：
F=1.3×
FP=22042.8N
当上模完成一次冲孔后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。
为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。
从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；
从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；
从凹模内向上顶出制件需的力，称为顶件力（图3-1）。
由于本模具是单工序的冲孔模，所以只需要计算卸料力。
影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。
在实际生产中常采用经验公式计算：
卸料力FＱ＝ＫFＰ
图3-1工艺力示意图
由下表3-1查的K=0.045
厚度/（mm）
K
K1
K2
钢
≤0.1
0.1～0.5
0.5～2.5
2.5～6.5
6.5
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
解得：
FQ=0.045×
16956=763.02N
4冲压设备的选择
初选压力机JH23-25
压力机的选择主要包括两方面的内容：
类型和规格
（1）压力机类型的选择压力机类型的选择主要依据所要完成的冲压性质,生产批量,冲压件的尺寸及精度要求等。
（2）压力机规格的选择压力机规格的选择主要依据冲压件尺寸，变形力大小及模具尺寸等，初选压力机规格是主要选择压力机的公称压力，行程次数参数，闭合高度要再模具零件设计完成后，进行必要的校核再确定具体尺寸。
1.公称压力的选择。
冲裁时，压力机的施力行程较小（小于公称压力P），因此所选的压力机的公称压力只要大于冲压力的总和即可。
P0＞P总
因为P总=763.02+22042.8＝22805.82N
根据标称压力等参数查表4-1，可初选压力机为：
JH23-25
2.行程次数。
行程次数是指滑块每分钟冲击的次数，也就是滑块每分钟往复运动的次数。
主要考虑以下因素。
a．为了提高生产率，就要增加行程次数
b．考虑操作方式（进出料时间的快慢）。
c．不能忽略金属变形速度这一因素（金属流动速度）。
d．行程次数太高，将缩短设备寿命。
JH23-25压力机行程次数为80至130。
表4-1
压力机型号
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16F
JH23-40
标称压力/KN
31.5
63
100
160
250
400
滑块行程/mm
25
35
45
70
75
80
滑块行程
200
170
145
120
55
最大封闭高度
150
180
205
260
330
封闭高度调节量
65
立柱间距/mm
220
270
340
喉深/mm
90
110
130
工作台前后尺寸/mm
240
300
370
460
工作台左右尺寸/mm
310
450
560
700
垫板厚度/mm
30
40
50
垫板孔径/mm
140
210
320
模柄孔直径/mm
模柄孔深度/mm
60
最大倾斜角
电动机功率/kw
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
5.5
3.滑块行程（S）。
是指滑块的最大运动距离，即曲柄旋转一周，上死点至下死点的距离。
其值为曲柄半径的2倍：
S=2R，主要考虑一下因素。
a．要保证毛坯放进和工件取出，应使滑块行程大于工件高度的两倍以上。
b．与行程次数由密切关系，行程长，则次数少，所以限制行程，可提高生产率。
JH23-25压力机满足冲裁件的冲压行程
4.闭合高度。
压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底面到工作台平面之间的距离。
a．压力机的闭合高度可以通过调整连杆长度来改变其大小，将连杆调整到最短时，闭合高度最大，称最大闭合高度。
将连杆调至最长时，闭合高度最小，称最小闭合高度。
~
b．当压力机工作台面上有垫板时，用压力机的闭合高度减去垫板厚度，就是压力机的装模高度，没有垫板的压力机，其装模高度与闭合高度相等。
c．模具闭合高度：
是指模具在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。
它与压力机配合应该遵守下列关系
（Hmax-Hd）-5＞H＞（Hmin-Hd）+10
式中Hmax——压力机的最大闭合高度，mm；
Hmin——压力机的最小闭合高度，mm；
H——模具的闭合高度，mm：
Hd——压力机垫板厚度，mm。
如果冲模的闭合高度大于压机最大装模高度时，冲不能在该压力机上使用。
反之小于压力机最小装模高度时，可加经过磨平的垫板。
冲模的其它外形结构尺寸也必须和压力机相适应，如模具外形轮廓平面尺寸与压力机垫板、滑块底面尺寸，模柄与模柄孔尺寸，下模缓冲器平面尺寸与压力机垫板孔尺寸等都必须相适应，以便模具能正确安装和正常使用。
5模具工作零件的设计
5.1凸、凹模设计
落料凸模刃口部分为方形,又在它里面开孔,装配导正销,为便于凸模和固定板的加工,可通这设计成铆接方式与固定板固定。
已知冲裁件材料为Q235钢厚度t=3mm,冲裁件精度IT14，查公差表5-1
表5-1
凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。
其计算公式如下：
dp＝（dmin＋x△）－δp
dd=（dp+Zmin）+δp
通过查下冲裁件处始双面间隙表5-2。
得到：
Zmax=0.27mmZmin=0.21mm
Zmax-Zmin=0.06mm
冲孔部分冲裁凸模，凹模的制作公差，可查表5-3
查得：
δp=0.02mmδd=0.025mm
有：
δp+δd=0.045mm＜Zmax-Zmin
式中x—－系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表5-4。
表5-2冲孔件初始双面间隙
材料厚度mm
软铝
含碳（0.08~0.2）%的钢
黄铜
Zmin
Zmax
1
0.04
0.07
1.2
0.084
0.072
0.096
0.108
0.075
0.105
0.09
0.12
0.135
1.8
0.126
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