机械设计之山字形铁芯片冲裁模具设计.docx
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机械设计之山字形铁芯片冲裁模具设计
山字形铁芯片冲裁模具设计
1引言………………………………………………………………………………………1
1.1冲压的概念、特点及应用……………………………………………………………1
1.2冲压的分类及冲压模具介绍…………………………………………………………1
1.3冲压技术的现状及生产发展趋势……………………………………………………2
1.3.1冲压成形理论及冲压工艺方面剖析……………………………………………3
1.3.2冲模的设计和制造的基本要求…………………………………………………3
1.3.3冲压自动化技术的发展…………………………………………………………3
1.3.4冲压模具的标准化和冲压模具的技术发展……………………………………4
2山字形铁芯零件的结构分析………………………………………………………………4
2.1山字形铁芯片模具设计…………………………………………………………………4
2.1.1论文来源…………………………………………………………………………4
2.1.2基本要求…………………………………………………………………………4
2.2设计的零件图…………………………………………………………………………4
2.3冲压件工艺分析…………………………………………………………………………5
2.4工艺方案及模具结构类型………………………………………………………………5
2.5排样设计…………………………………………………………………………………6
3工艺设计与计算…………………………………………………………………………7
3.1冲压力的计算………………………………………………………………………7
3.2确定压力中心…………………………………………………………………………7
3.3凸凹模刃口尺寸计算……………………………………………………………………8
3.4主要模具零件结构尺寸及其他配件结构尺寸…………………………………………8
3.5冲床选择…………………………………………………………………………………8
4模具制造过程…………………………………………………………………………9
5设计总结…………………………………………………………………………………10
参考文献………………………………………………………………………………11
致谢…………………………………………………………………………………………12
附录1：
部分模具零件制造过程及工艺卡……………………………………………13
1.1凹模加工工艺规程………………………………………………………………………13
1.2凸模加工工艺规程……………………………………………………………………13
1.3凸模固定板加工工艺规程……………………………………………………………14
1.4凸凹模固定板加工工艺规程…………………………………………………………14
1.5卸料板加工工艺规程…………………………………………………………………15
1.6上垫板加工工艺规程…………………………………………………………………15
1.7下垫板加工工艺规程…………………………………………………………………16
1.8冲孔凸模加工工艺规程………………………………………………………………16
附录2:
生产零件工艺卡……………………………………………………………………17
摘要：
山字形铁芯片是变压器中的重要零件。
分析其形状特征可知，加工该产品通产可使用复合模或者连续模本设计采用落料冲孔复合模进行加工，模具结构比较简单生产的工件相对位置精度较好，表面平直度，尺寸精度和生产效率较高。
设计过程分析了产品工艺过程，并编制了零件加工工艺文件。
关键词：
冷冲压、CAD、落料、冲裁
Mountainglyphironchippunchingmoulddesign
Abstract:
Mountainglyphironchipistheimportantpartstransformer.Analyzeitsshapefeaturesknowable,processingtheproducttypicallyusecompositemodulusorcontinuousshoulddesignUSESblankingpunchingcompositemoduluscarryontheprocessing,thediestructureissimplerproductionrelativepositionprecisionworkpieceisgood,surfacestraightness,highprecisionandproductionefficiency.Designprocessanalysisproductprocess,andproducedpartsprocessingprocessdocuments.
Keywords:
coldstamping,CADsoftware,blanking,cutting
1.引言
1.1冲压的概念、特点及应用
冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的一种压力加工方法。
冲压方法加工的工件称为冲压件，冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，它属于材料成型工程技术。
在冷冲压加工中，使加工零件成形的一种特殊工具称冲压模具，简称为冷冲模。
冲压加工有如下特点：
可以冲压出形状比较复杂的零件。
产品的尺寸精度一般可达IT10-14级，精冲最高可达IT6级。
操作简单易行，生产效率高，适合于大批量生产。
材料利用率高，冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本比较低。
冲压的质量稳定,互换性好。
冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，具有“一模一样”的特征。
不适合于单件和小批量生产。
冲压加工应用范围十分广泛。
据有关调查统计，自行车，手表里有80%是冲压件；收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳、搪瓷盆碗和不锈钢餐具，也都是使用模具的冲压加工产品，电脑的硬件中也有冲压件。
由于冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要好几套模具才能加工成形，且冲压过程噪声比较大，模具制造周期较长、精度和技术含量较高。
因此，只适合于批量性的生产。
在大批量加工过程中，它能获得较好的经济效率，冲压加工的优点也能充分体现出来。
所以冲压加工不适合单件和小批量生产。
1.2冲压的分类及冲压模具介绍
由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各异，因而生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量和原材料性能等方面的要求，采用多种多样的冲压加工方法。
概括起来冲压加工可以分为分离工序与成形工序两大类。
分离工序：
是指在冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序，如冲孔、落料、切边等。
成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸精度的制件的工序，如弯曲、翻边、拉深等。
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。
冲压模具，简称为冲模。
冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲压件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要，若未能满足技术要求的冲模，批量冲压生产就难以实现；若未能保证精度要求的冲模，冲压工艺过程就难以保证。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能冲压出标准的制品件来。
冷冲压模具零部件设计：
由工艺结构零件和辅助结构零件两部分组成。
工艺结构零件：
工件零件（直接对毛坯进行加工的零件）如凸模、落料凹模。
定位零件（用以确定加工中毛坯正确位置的零件）如压料、卸料及出件零部件。
辅助结构零件：
这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用，只对模具完成工艺过程起保证作用和对模具的功能起完善作用。
如：
导向零件（保证模具上、下部分正确的相对位置），固定零件（用以承装模具零件或将模具安装固定到压机上）。
紧固及其它零件（连接紧固工艺零件与辅助零件）。
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式。
复合模是在压力机的一次工作行程中，模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。
主要特征有：
一个既落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模。
其优点为生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。
适用于生产批量大，精度高的冲压件。
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成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。
级进模：
用导正销定位的级进模或侧刃定距的级进模。
其优点是级进模比单工序模生产率高，同时也减少了模具和设备的数量，工件精度高，便于生产加工和实现生产自动化。
适合于大批量生产中的小型冲件。
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。
模具结构跟冲压件批量相适应，模具的结构要使凸凹模便于装配和拆卸。
冲模的结构类型较多，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。
但无论何种类型的冲模，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。
零件的生产批量对冲压加工的先进性和经济性有着较大影响。
生产批量大时，采用冲压加工经济效果好、生产率高；若采用冲压机械化、自动化，更能充分发挥冲压工艺的先进性和经济性。
1.3冲压技术的现状及生产发展趋势
全世界的钢材中，有65%左右是板材，其中大部分是经过冲压加工成成品。
比如：
汽车的车身、底盘、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。
“十五”以来，我国模具行业获得了长足发展，随着国民经济和市场经济的迅速发展，市场对模具的需求量也不断增长。
近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具制造企业也发生了翻天覆地的变化，除了国有专业模具厂外，合资、独资、集体和私营也得到了加速发展。
许多新工艺、新技术、新材料、新设备、新模具蜂涌而出，在不同程度上促进了冲压技术的不断改进和发展。
1.3.1冲压成形理论及冲压工艺方面剖析
冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础前提。
目前发展形势看，国内外相继涌现出精密冲压工艺、高速成形工艺、软模成形工艺等高效、精密、经济的冲压新工艺。
其中精密冲裁是提高冲裁件质量的最为有效的加工方法，它能扩大冲压加工范围，能用于厚板的精冲。
如：
冲厚为10～14mm的板材能保证断面光滑，不会出现普通剪切那种断面现象。
精冲后的表面光洁度能达到的Ra0.2～1μm。
事实上精冲工艺参数是否可行和最优呢?
要找出答案，一方面我们要研究精冲工艺参数与剪切区内的静水压应力的对应关系。
其次精冲试验可以直观地获得精冲工艺参数与冲裁面质量间的对应关系，但是，由于在精冲加工过程中，材料的变形仅限于很小的区域内，难以用试验的方法直接获得剪切变形区的应力和应变场信息，因此无法获得精冲工艺参数与剪区静水压应力的对应关系。
采用有限元方法，建立精冲过程的有限元数值模型是获得相关信息的有效途径，能够定量地给出精冲工艺参数静水压应力与各工艺参数的关系，从而可对精冲工艺参数进行优化。
我国目前已自主设计和制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法这个难题，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形技术。
1.3.2冲模的设计和制造的基本要求
冲模设计制造后，必须应达到如下几个方面的要求。
模具的质量品质。
保证冲出的冲压件产品质量在合格范围之内。
冲压件的质量包括模具的外观形状、尺寸、加工精度、断面质量等。
模具加工周期。
保证模具加工生产的周期
模具的使用寿命。
保证模具有一定的使用寿命。
模具的精度。
在制造和修理冲模时，均应考虑到冲模在使用过程中的受力和可能的磨损情况，使冲模的强度、刚度、耐磨程度和冲击韧度都具有足够的耐用性。
保证模具具有足够的使用精度。
降低模具的制造成本，要求模具在制造方面的成本质优价兼。
在冲模的设计制造方面要适应自动、高速、精密、安全等大批量现代高技术生产方面的需要，冲模正在向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，同时新型模具材料及其热处理技术，各种精密、高效、数控自动化的模具检测设备和加工机床以及模具CAD绘制技术也在快速发展；另一方面，为了适应产品更新换代、小批量生产和试制方面的需要，薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模和制造技术方面也得到了快速发展。
1.3.3冲压自动化技术的发展
要想生产出优质、精良、高端和高科技的产品，必须要有良好性能的高精度、自动化冲压设备和高精度、高寿命、高效率的冲模相匹配。
便于满足高效、批量生产的要求，冲压设备正向高速、高效和数控方面发展，采用多轴运动控制的伺服技术，具有动态响应快，控制性能较高特点，来实现冲压自动化。
冲压自动化设备大致有以下三种：
①机械手上下料②机器人上下料③快速送料机构上下料。
机械手上下料的方式出现有些早，但由于没有明显的突出优势，现在要求订货单位已经越来越少。
由于工业机器人发展成熟并且易于维护，机器人上下料已成为有些规模一般的厂家的首选。
而快速送料是近十年逐渐掀起的，它在技术上还没有十分成熟，但由于它在速度上有较大优势，以及能够和高档压力机紧密结合的特点，使其必将在未来的冲压行业中得到推广和重用。
1.3.4冲压模具的标准化和冲压模具的技术发展
冲压模具的标准化是由冲模材料和硬度标准，模板尺寸的确认和保证，以及模具工作部分的设计标准等来实现的。
模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业的高度重视。
因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。
因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化、统一化，从而降低模具的制造方面的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。
目前，我国冲模标准化与专业化生产，近年来也有较大发展，反映在标准件专业化生产厂家不断增加，标准件品种正在扩展，精度不断提高。
从总体情况上看，还远远满足不了模具工业发展的需求，主要体现在标准化程度不够高，据有关数据显示，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。
标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在不少问题。
另外，标准件生产的数量、交货期、售后服务等有待于进一步完善和提高。
冲压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、价格低等各方面的要求。
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。
随着微机软件的进步和发展，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已走向成熟化，各制造业企业将会加大CAD/CAM技术内训外培和技术服务上的力度，来扩大CAE技术上的应用范围。
计算机和网络的发展极有可能促使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业在整个行业中的推广和运用，同时提高模具标准化程度，利用完整的数控柔性同步系统和质量监测控制系统，来加速模具自动加工系统方面的发展。
另外模具表面的质量对模具使用寿命、制品的外观质量等方面均有一定的影响，实现模具研磨抛光自动化和智能化，对冲压模具技术的进步具有促进性的意义。
2山字形铁芯片零件的结构分析
2.1山字形铁芯片模具设计
2.1.1论文来源
学校论文网双向选择，由老师给于零件图设计模具。
2.1.2基本要求
根据论文要求的零件图设计模具零件图和装配图。
从生产者的身份来设计模具，力求所设计的模具适应于所有加工设备条件下生产，从生产实际经济效益和满足生产要求的数量和效益出发来进行设计的。
2.2设计零件图
图
（1）示冲裁件，材料为硅钢板，厚度为0.35mm，生产批量为上百万片/年。
制定该工件冲
压工艺规程、设计模具、编制部分模具零件的加工工艺编制。
图2-1生产零件
2.3冲压件工艺分析
材料：
该零件的材料为硅钢片，应用于家用电器的变电器上，具有较好的可冲压性能。
零件结构：
该零件结构简单，产品未要求开孔，但设计需要增加难度，所以新增了6个Φ3.2的小孔，且比较适合冲裁。
尺寸精度：
零件图上只标注孔的公差，其轮廓公差为自由尺寸。
可按IT12级确定工件尺寸的公差。
对此也可设计无间隙配合公差，或配合间隙在0.03mm以内。
孔心距：
32±0.1及18±0.1
结论：
适合冲裁，开模具。
2.4工艺方案及模具结构类型
该零件包括了落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种生产工艺方案：
落料-冲孔，采用单工序模冲压
冲孔-落料复合冲压，采用复合模冲压
冲孔-落料连续冲压，采用连续模生产
方案
（1）模具结构简单，但需要两道工序即要设计两套模具才能完成零件的加工，生产效率低下，难以满足零件的大批量生产的需求。
由于零件的结构很简单，为提高生产效率，主要应采用复合模或级进模冲压方式。
方案
（2）只需要一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，生产效率也高。
尽管模具的结构比方案
（1）复杂，但由于零件的几何状态简单，对于模具制造并不困难。
方案（3）也只需要一副模具，生产效率也很高但零件的冲压精度较差。
欲保证冲压零件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。
最后根据它们各自的特点，结合实际生产的情况故确定用复合模来冲压。
工件尺寸：
材料为硅钢板，材料厚度为0.35mm，厚度比较薄，平直度要求高，孔边距较小，但工件的结构简单，为了便于操作，故复合模结构采用正装复合模及弹性卸料和定位钉进行定位方式。
2.5排样设计
查《冲压模具设计手册》表2-15确定直排式：
为了保证零件的形位公差，最少废料的方法不可取，故设计了如图
（2）的设计方案。
两工件间的搭边：
a=2mm；
工件的边缘搭边;a1=3mm；
条料宽度B=（D+2a1）-△
=（60+2×3）-△
=66
一个条料里的材料利用率η为：
η=nA/BS×100%
=30×1264÷（66×900）×100%
=63.8384%
查板材标准,宜选900mmX1000mm的钢板,
每张钢板可剪裁为15张（66X900）条料,
每张条料可冲30个工件,则η总为:
η总=nA1/LB×100%
=450×1264÷（900×1000）×100%
=63.2%
即每张板材的材料利用率为63.2%。
图2-2排样
3工艺设计与计算
3.1冲压力的计算
采用弹性卸料和上出件方式时，总冲裁力为：
P总=P+Q卸+Q顶
冲裁力计算：
F=KLtτb
式中：
F——冲裁力
t——材料厚度
K——系数，一般取值为1.3
τb——材料抗剪强度
F落=1.3×240×0.35×549
=59.9508KN
F冲=πd×6×1.3×0.35×549
=15.0596KN
F=F落+F冲
=59.9508KN+15.0596KN
=75.0104KN
卸料力计算、顶件力计算
Fx=KxFFD=KDF
式中Fx为卸料力，FD为顶件力，F为冲裁力，Kx和KD分别为卸料力和顶件力的系数
查表得：
Kx=0.05，KD=0.08
Fx=KxF=Kx×75.0104
=0.05×75.0104=3.75052
FD=KDF=KD×75.0104
=0.08×75.0104=6.000832
P总=P+Q卸+Q顶即F总=F+Fx+FD
总冲压力=75.0104+3.75052+6.000832
=84.76175KN
那么压力机的理论公称压力：
Fz=1.3F总=1.3×84.76175≈110.19KN
查表可知;压力机的公称压力值为160KN（16T压力机）。
3.2确定压力中心
由于工件X方向对称，根据CAD软件制图计算，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
解析法的计算依据是：
各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力的作用点坐标Oo（0，yo），即为所求模具的压力中心。
可有结论为;压力中心偏移yo=10.598mm
即计算可得冲压件压力中心的坐标为（0,10.598）。
3.3凸凹模刃口尺寸计算
落料部分以凸模为基准计算,落料凹模按间隙配合+0.02mm;冲孔部分以顶针为基准,冲孔凹模按间隙配合。
（凹模刃口参数查《冲压模具设计手册》表2-36
3.4主要模具零件结构尺寸及其他配件结构尺寸
凹模板尺寸：
凹模厚度：
H=kb（参数查《冲压模具设计手册》表2-39）
H=0.2×60=12mm
凹模边壁厚：
C≥（1.5～2）H
=（1.5～2）×12
=（18～24）mm实际取30mm
凹模模板边长：
L=b+2C=120mm
查《模具设计指导》表5-2标准JB/T8066.1-1995：
凹模板宽B=120mm
故确定凹模板外形为：
120×88×35（mm）材料：
Cr12MoV，热处理：
HRC58～62
凸模（打料板）外形为：
60×28×15（mm）材料：
Cr12MoV，热处理：
HRC60～64
根据强度要求查《冷冲模设计及制造》表3-36知，不小于5mm即可，故该凸凹模侧壁强度足够。
凸凹模固定板厚度h1=20mm，尺寸为120×88×20
凸凹模固定板材料：
Q235或Q255（表面粗糙度Ra=1.6～3.2um）
卸料孔8mm-Φ3.2+0.05mm，Φ3.5通孔材料：
45#钢
橡胶厚度h2=25mm
推料板厚度为15mm，尺寸为120×88×15材料：
Q235
凸凹垫板厚度为15mm，尺寸为120×88×15材料：
45#钢，热处理：
HRC43～48
冲孔凸模（顶针）粗Φ3.2-0.025，长55mm材料：
Cr12MoV，热处理：
HRC56～60
螺钉为Φ8材料：
45#钢（头部淬硬），热处理：
HRC43～48
销钉材料：
45#钢，热处理：
HRC43～48
根据模具零件结构尺寸，查标准GB/T2855.5-90选取后侧导柱标准模架一副。
采用滑动式导柱导套，导套尺寸直径Φ16,导柱尺寸直径Φ12，总长度180mm。
当导柱导套分别压入下模板与上模板中，一般采用过盈配合，其配合为H7/r6。
导正销材料：
Cr12MoV，热处理：
HRC60～62。
3.5冲床选择
根据总冲压力F总=110.19KN，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合企业现有的生产加工设备，选用16T开式压力机，并在工作台面上备制垫块。
其主要参数如下：
公称压力：
160KN
滑
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