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导电片冲压模具设计

编号

淮安信息职业技术学院

毕业论文

题目

导电片冲压模具设计

学生姓名

学号

24102013

系部

机电工程系

专业

模具设计与制造

班级

241020

指导教师

顾问教师

二〇一二年十一月

摘要

一副级进模内可以包含冲裁，弯曲，成型，拉深等多道工序，一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程。

它免去了用单工序模的周转和每次冲压的定位过程，提高了劳动生产率和设备利用率。

本文进行了导电片冲压成形级进模的设计，通过对待冲压成形的工件—导电片的分析，确立了冲压的工艺过程以及冲压级进模的结构。

而后对级进模的各个主要零部件进行了尺寸的计算和强度校核，通过压力机的确定，设计出了整个冲压级进模。

所设计的级进模，使目前生产导电片的效率大大提高，并且有效降低了生产成本，获得收益的增加。

关键词级进模导电片模具设计

第一章绪论

现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。

我国设计生产的冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到3～5um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。

一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总销售量。

为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。

目前我国模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。

产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上；工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面。

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技术培训和技术服务的力度；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，使虚拟制造成为可能。

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、热变形小等优点。

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。

托板是机器中的常用零件，现在已大批量生产。

方法是分两道工序完成，一个冲孔，一个落料。

设计一个安全，高效，高精度，低成本的模具具有很现实的意义。

这里我要设计一个级进模来完成这个零件的生产。

级进模的优缺点：

1）在一副级进模内，可以包括冲裁，弯曲，成型，拉伸等多道工序，故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单工序模的周转和每次冲压的定位过程，提高了劳动生产率和设备利用率。

有些复杂的小型零件，若不采用级进模几乎是不能生产的。

2）级进模的设计和制造都比较费事，与其他模具相比，好象是成本高，但如果用许多单工序模倒替一副级进模，其许多单工序模的总造价比一副级进模要高得多，因此在条件允许的情况下采用级进模往往是减低模具成本的交好措施。

采用级进模可以用一台冲床取代数台甚至几十台冲床的工作。

对提高生产效率，降低产品成本十分有利。

另外，级进模自动化程度高，操作者可在冲床危险区以外操作，具有操作安全的显著特点。

对于工序复杂的工作应首先考虑采用级进模。

3）采用级进模也受到一些限制。

首先是工件的大小，太大的工件，工位数较多，模具自然也就比较大，这时要考虑模具与冲床工作台面的匹配性。

其二是级进模要采用条料，对某些形状复杂的工件产生的废料较多，在选用级进模的时候要注意材料利用率。

一般级进模的材料利用率偏低。

其三是级进模由于连续地进行各种冲压，必然会引起条料载体和工序件的变形，一般来说级进模生产的工件精度偏低。

第二章设计初始资料

2.1技术要求

注有技术要求的产品零件图如下：

图2-1零件图

结构形状：

该零件的结构相对比较复杂，但其属于薄板件，对称结构，比较规则，结构相对而言不算太大，适合冲压加工。

尺寸精度：

由于本零件给定的尺寸精度一般，所以未标注公差的尺寸都按生产所需经济精度要求的IT5级。

成型零件的作用：

设计出完美的零件。

通电与插座连接,就是插头的那一块金属片镶嵌在插头内部，连接查账时导通电流，使用用电器能够工作，在电气元件中发挥不可替代的作用。

2.2工件生产批量

此零件的生产批量为大批量生产。

为提高生产效率，在这个生产中是利用级进模冲压加工，生产出导电片。

2.3原材料规格及毛坯情况

在本次设计中，冲压零件使用的材料为T2钢，厚度为t=0.3mm；属于普通碳素钢，具有良好的冲压性能。

第三章分析冲压零件的工艺性

由产品零件简图中可以得到以下信息：

在导电片这个零件中，没有不规则的曲线及棱角，且在各曲线相接之处基本都是圆角过渡，没有尖角，所以从这一点来看，导电片这个零件可以用冲压工艺生产。

而且，这些圆滑过渡还有利于模具制造及提高模具的使用寿命。

分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：

即经济和技术两方面。

由于该工件为大批量生产，故可采用冲模冲压加工生产，采用普通的冲压的模具生产较率低，且费用较高，经估算占冲压件总成本的30%～40%，甚至更高一些。

因此，在选择生产方法时，根据工件特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。

另外，在设计时尽量简化加工工序、采用简单的冲模结构也可降低模具的生产成本，以取得更大的经济效益。

3.1冲压件经济性分析

分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：

即经济和技术两方面。

因此，在选择生产方法时，根据工件特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。

另外，在设计时尽量简化加工工序、采用简单的冲模结构也可降低模具的生产成本，以取得更大的经济效益。

3.2冲压件的工艺性分析

由工件图可看出，该工件图上尺寸均未标注尺寸偏差，属未注公差尺寸，按要求IT10级确定工件尺寸的公差。

冲裁件为T2铜板，具有良好的可冲压性能；工件的形状较为简单。

3.3冲模制造精度的选择

冲模的制造精度根据冲压件的精度及厚度确定，数据见表3-1。

表3-1冲模精度

冲模制造精度

板料厚度（mm）

0.5

0.8

1.0

1.5

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

8.0

IT6-IT7

IT8

IT9

IT10

—

IT7-IT8

IT9

IT10

IT12

—

IT9

—

IT12

IT14

由于此工件没有标注公差，按国家标准《非配合尺寸的公差数值》规定，冲模的公差等级可选比工件精度高2～3级，因此冲模按IT8精度设计制造。

3.4其他方面

冲压件的工艺分析除了考虑其形状，尺寸，精度，尺寸标注及生产批量等主要方面外，还应分析冲压件的厚度，板料性能以及冲压基本工序中常见问题对冲压工艺性的影响。

第四章确定工艺方案及模具形式

4.1排样

排样是冲裁件在条料上的布置方法。

合理的排样可以提高材料的利用率，从而降低生产成本。

因此，合理的排样是冲裁模设计的重要内容。

排样主要依据工件的外形特征，主要分为直排、斜排、直对排、混合排、多行排等形式。

考虑到压力机的使用以及模具的设计成本，本次设计的工件采用直排可使生产成本最少。

4.2工序的确定

在级进模设计中，应根据产品零件的技术要求和形状特点选择合适的冲压工序，确定各工位所完成的工序，这一工作成为工序排样。

根据零件图的特点初步确定工序性质、工序数目、工序顺序。

由于此工件采用级进模具加工，考虑到模具的制造难易成度以及材料的利用率，加工步骤暂定如下：

1）冲长圆孔

2）冲异形孔

2）落料

4.3搭边类型的确定

在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。

搭边分为三种：

有搭边、少搭边和无搭边。

搭边的作用是补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利利于送料避免废料丝进入模具间隙导致模具损坏。

搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。

搭边值的大小与下列因素有关：

1）材料的力学性能硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。

2）零件的形状与尺寸零件尺寸大或有尖角和突出等复杂开头时，搭边值应大一些。

3）材料厚度厚度大的材料搭边值取大一些。

4）送料及挡料方式手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小些。

排样图如下：

图4-1工序图

4.4卸料板的选择

卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。

卸料板有固定卸料板（又称钢性卸料板）和弹性卸料板两种。

固定卸料板用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束；弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面主提高，借助弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。

因此本次设计选择使用弹性性卸料装置。

第五章工艺计算

5.1毛坯工艺计算

5.1.1排样及搭边值的计算

在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。

搭边的作用是：

补偿送料误差，以保证冲出合格产品；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。

搭边值要合理确定，从节省材料出发，搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。

综合考虑工件质量及成本，根据零件形状尺寸，材料厚度，材料的力学性能以及送料及挡料方式，我们来选择合理的搭边值。

表5-1工件的搭边值

卸料板形式

条料厚度t/mm

搭边值/mm

料宽≤50

料宽＞50

刚性卸料板

≤0.25

2.2

2.2～3.2

＞0.25～0.5

2.0

2.0～3.0

＞0.5～1.0

1.5

1.5～2.5

＞1.0～1.5

1.8

1.8～2.8

＞1.5～2.0

2.0

2.0～3.0

＞2.0～2.5

2.5

2.2～3.2

弹性卸料板

≤0.25

1.5

1.8～2.6

＞0.25～0.5

1.5～2.5

＞0.5～1.0

1.4

1.8～2.6

＞1.0～1.5

1.5

2.2～3.2

此次设计采用的是刚性卸料装置，根据表5-1确定工件的侧搭边值为2mm。

5.1.2步距的计算

步距是指冲压过程中压力机每冲压一次条料向前送进的距离，其值为排样沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。

步距可定义为：

S=L+b

式中：

S—冲裁步距；

L—沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；

b—沿送进方向的搭边值。

本设计沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值L=6mm,沿送进方向的搭边值b=1mm所以步距：

S=L+b

=6+1

=7mm

5.1.3条料宽度的确定

条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需条料宽度方向的最小尺寸。

理论上条料宽度可按下式计算：

式中：

B—条料宽度的基本尺寸；

D—工件在宽度方向的尺寸；

a—侧搭边最小值；

△—条料宽度偏差（查表得本设计△=0.5）。

由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差。

实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。

本设计条料宽度可用下式计算：

由于需要侧刃定距，两边各留1mm，所以板料宽度为25mm。

5.1.4材料利用率的计算

材料利用率定义为：

η=A/BS×100%

式中：

η—材料利用率；

A—产品毛坯外形所包容的面积，CAD测量得：

74.4mm2；

B—条料宽度；

S—冲裁步距。

η=A/BS×100%

=74.4/25×7×100%

=42.5%

η越大，废料多占面积越小。

因此，一般将η作为衡量毛坯排样方案友优劣的指标。

材料利用率的计算有时也可以整个条料为基础计算。

即在冲压生产中，材料利用率为42.5%。

图5-1零件排样图

5.2冲压力的计算

计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：

Fp=KptLτ

式中：

τ—材料抗剪强度；

L—冲裁周边总长（mm）；

t—材料厚度（mm）。

系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1～3。

当查不到抗剪强度τ时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1.3的近似计算法计算。

τ的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册中查找，本设计τ取值的通过查下表确定，材料为T2，厚度t=0.3mm，取τ=240MPa。

5.2.1总冲裁力的计算

由于冲裁模具采用弹性卸料装置和自然落料方式。

F冲=F1+F2

式中：

F冲—总冲裁力；

F1—落料时的冲裁力；

F2—冲孔时的冲裁力。

冲裁周边的总长（mm），落料周长为：

L1≈67.5（mm）

冲孔周长为：

L2=9.65+22.5

=32.15（mm）

落料冲裁力为：

F1=KptL1τ

=1.3×0.3×67.5×240

=6318（N）

冲孔冲裁力为：

F2=KptL2τ

=1.3×0.3×32.15×240

=3009（N）

F总=6318+3009=9327（N）

5.2.2卸料力、推件力的计算

当上模完成一次冲裁后，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会紧箍在凸模上。

为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，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。

模具采用弹性卸料装置和推件结构，凹模型口直壁高度h=3mm，所需卸料力F卸和推件力F推分别为：

推件力、卸料力计算公式如下：

F推=nK推F冲

F卸=K卸F落

式中：

F推—推件力；

F卸—卸料力；

F冲—冲裁力；

K卸—卸料力系数；

K推—推件力系数；

n—卡在凹模里的工件个数，n=h/t。

表5-2卸料力、推件力和顶件力系数

料厚/mm

K卸

K推

K顶

钢

≤0.1

＞0.1~0.5

＞0.5~2.5

＞2.5~6.5

＞6.5

0.065~0.075

0.045~0.055

0.04~0.05

0.03~0.04

0.02~0.02

0.1

0.063

0.055

0.045

0.025

0.14

0.08

0.06

0.05

0.03

续表5.2

铝及铝合金

紫铜、黄铜

0.025~0.08

0.02~0.06

0.03~0.07

0.03~0.09

注：

卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。

K推—推件力系数通过查表4-1确定，推件力系数取K推＝0.063。

由公式得推件力为：

F推=nK推F冲

=3/0.3×0.063×9327

=5876（N）

K卸—卸料力系数通过查表5-4确定，卸料力系数取K卸＝0.05。

由公式得卸料力为：

F卸=K卸F落

=0.05×9327

=466（N）

5.2.3总冲压力的计算

总冲压力为：

F=F冲+F落+F卸+F推

=9327+5876+466

　＝10379（N）

5.2.4初选压力机

压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母C，其机身前端及左右均敞开，操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000KW。

闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高。

考虑到经济性能、加工要求和操作方便在此选开式压力机。

根据以上计算数值，初选压力机为J23-3.15型压力机，公称压力为31.5KN。

5.3级进模的各个工位冲裁凸、凹模刃口尺寸计算

凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。

模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。

因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。

凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。

该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用，故采用第二种算法：

凸模与凹模配作法。

图5-2工件图

在所有的尺寸中：

A类尺寸的有：

、

；

B类尺寸的有：

、

；

C类尺寸的有：

12±0.035、7±0.03。

注：

①凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸——第一类尺寸A。

②凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸——第二类尺寸B。

③凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸——第三类尺寸C。

具体计算如表5-3所示。

表5-3工作零件刃口尺寸计算

尺寸类型

公称尺寸

公式

计算后尺寸

落料

12±0.035

12±0.008

7±0.03

7±0.007

冲孔

续表5.3

其中：

x为磨损系数。

查表得：

工件精度IT10级以上x=1；

工件精度IT1-IT13x=0.75；

工件精度IT14x=0.5。

本工件取IT14级精度，故：

x=0.5。

第六章压力机的选用

冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品质量，模具寿命，生产效率，产品成本等密切相关。

目前应用比较多的有曲柄压力机，摩擦压力机和液压机。

曲柄压力机包括开式曲柄压力机和闭式曲柄压力机两种。

冲压设备的选用原则：

冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质，产品批量大小，冲压件的几何形状，尺寸及精度要求等因素来确定的。

冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备时主要考虑下面因素：

1）冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；

2）冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需求；

3）冲压设备的装模高度，工作台面尺寸，行程台面尺寸，行程是否适合应完成工序所用的模具；

4）冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。

6.1压力机的校核

本设计中选用了开式双柱可倾压力机，型号是J23-3.15。

满足以下要求：

1）压力机公称压力必须大于冲压工艺力即：

＞

可知：

=10379（N）

取

=10379（N），所以

＞

。

2）压力机闭合高度必须符合模具闭合高度要求

设工作模具的闭合高度为h，压力机最大闭合高度为

，最小闭合高度为

，则要满足下式：

－5≥h≥

＋10

模具闭合高度

－1=107mm，J23-3.15冲床最大闭合高度为120mm，最小闭合高度95mm。

3）模具最大安装尺寸为120×110，冲床工作台台面尺寸为250×160。

能满足模具的正确安装。

4）滑块行程

在模具冲压以后，工件被冲压成型，最后要将工件取出，因为开模后上下模之间的距离大于工件高度的2～2.5倍。

压力机的滑块最大行程为

=25mm，而工件最大高度：

H=0.3mm

0.3×2.5=0.75mm＜25mm故满足

5）其他主要参数

行程次数/次·

：

200；

滑块行程/mm：

25；

工作台孔\尺寸前后/mm：

250；

直径/mm：

160；

模柄孔尺寸（直径×深度）/mm：

；

工作台板厚度/mm：

25；

倾斜角（°）：

45。

第七章模具零部件设计

7.1模具标准件的选择

7.1.1模架的选用

模架包括上模座，下模座，导柱和导套。

冲压模具的全部零件都安装在模架上。

为了缩短模具制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准，并有商品模架出售。

根据模架导向用的导柱和导套见的配合性质分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。

每类模架中，由于导柱安装位置和数量不同，又各具有多种模架类型，分为后侧导柱式，中间导柱式，对角导柱式和四角导柱式。

选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出位方

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