铁芯片无废料跳步模设计.docx

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铁芯片无废料跳步模设计

绪论

模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备，属于高新技术产品。

作为基础工业，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。

近十年来，随着国民经济的快速发展，作为工业品基础的模具行业，也得到了蓬勃发展，已成为国民经济建设中的重要产业。

据统计，我国（未包括台湾、香港、澳门）现有模具厂已超过1700家，从业人员达60多万人。

模具分为冲压模具、热锻模具、塑料模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。

其中，冷冲压模具历史悠久、用途广、技术成熟，在各种模具中所占比重最多。

汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场，占整个市场的60%以上。

例如，一种车型的轿车共需模具4000套，价值达2亿元`到3亿元；单台电冰箱需要模具生产的零件约150个，共需模具约350套，价值约400万元；单台彩电大约有150个零件需用模具生产，共需具约140套，价值达700万元。

其中所需模具大部分为冷冲压模具。

冲压是在室温下。

利用安装在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，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

也叫冷冲压.

在冲压过程中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装配，称为冲压模具。

冲模是在实现冲压加工中必不可少的工艺装配，与冲压件是“一模一样”的关系，若没有符合要求的冲模，就不能生产出合格的冲压件：

没有先进的模具，先进的冲压成型工艺就无法实现。

在冲压零件的生产中，合理的成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是比不可少的三要素。

与切削加工相比，冷冲压靠模具和设备完成加工过程，所以具有生产效率高、加工成本低、材料利用率高、产品一致性好、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点。

一台普通冲压设备每分钟可生产零件好几十件，而高速冲床的生产率可大每分钟数百件甚至上千件。

因此，大批量生产的机械、电子、轻工等产品，都大量使用冷冲压零件。

在国防方面，飞机、导弹、各种枪支与炮弹等产品中，冷冲压加工的零件比例也是相当大的。

随着汽车和家用电器等行业的飞速发展，在工业发达的国家，对发展冷冲压生产给予了高度重视。

据近年来的统计，美、日等发达国家的模具工业年产值已经超过机床工业产值的6%~12%。

由于冷冲压不需要加热，也不想切削加工那样，将大量的金属切成碎屑而消耗大量能量，所以它是一种节能的加工方法；冲压制品所用的原材料是冶金厂大量生产的廉价的钢板和钢带，在冲压加工中材料表面质量不受破坏，故冲压件的表面质量好，着是任何其他加工方法所不能竞争的。

冲压模具作为制造产品（或半产品）的一种工具，其作用是完成某种工艺。

模具设计必须满足工艺要求，最终满足产品的形状、尺寸和精度的要求。

因此冲压设计师必须掌握冲压工艺，包括冲压工艺的分类、各种工艺计算、工艺制订等基础知识，而后才可以选择模具的类型，进行模具设计，使模具的类型、结构及尺寸等满足工艺及产品的要求。

冷冲压工艺大致分两类：

分离工序和成型工序。

分离工序的目的是在冲压过程中将冲压件与板料按一定的轮廓线进行分离：

分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等。

成型工序的目的是使冲压毛胚在不破坏其完整性的条件下产生塑性变形，并转化成产品所需要的形状：

成形工序又分为弯曲、拉深、翻边、翻孔、胀形、扩孔、缩孔和旋压等。

冷冲压模具是冲压生产的主要工艺设备。

冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等，与模具结构及设计是否合理关系极大。

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、

（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。

作为一名未来的模具设计工程师，这次冲压模具的设计，就是我工作前进行模具设计的一次练习，是我对自己三年所学知识的一次综合性运用；使我将所学的知识系统的连贯起来。

在老师的指导下，进一步认识到自己的不足，进而加以提高。

这次设计使我对冲压模具的设计规程有了更加深入的了解，认识到了冲压模具在社会生产领域中的重要性，这让我对自己所从事的工作充满了自豪感，对自己的以后的工作充满了希望和信心。

我以后一定会尽自己最大的努力，在模具制造和设计的这一行业中做出最大的贡献，为我国的模具事业发展奉献自己微薄的力量。

由于资料收集不足，文字水平有限，在设计中难免有许多不尽人意之处，还恳请老师给予引导指正。

第1章设计内容及要求

1.1制件图、材料及要求

零件名称：

一字型，山字型工件

材料：

硅钢片

厚度：

0.5mm

生产批量：

大批量

设计方案：

铁芯片无废料跳步模冲压完成

图纸要求：

1、一张装配图（计算机绘图）

2、零件图

3、模板图

4、说明书不少于10000字

第2章、冲裁件的工艺分析

分析该零件的尺寸精度，其料党的尺寸及公差26.9±0.02mm,按[1]表2.7.5查得，用一般精度的模具可达到的料带公差为±0.15mm，即可满足零件的精度要求，从零件的形状.尺寸标注及生产批量等情况看，也均符合冲裁的工艺要求，并且只需一次落料即可，工件其它尺寸的公差未标注，全部视为自由公差，为IT12的尺寸精度一般的普通冲裁能够满足工件的要求。

冲压工艺方案的确定:

该工件包括落料，切边两个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：

落料。

采用单工序模生产。

方案二：

落料-冲孔复合冲压。

采用复合模生产。

方案三：

冲孔-落料级进冲压。

采用级进模生产。

方案一：

模具结构简单，只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求；方案二：

模具制造的精度高，成本高，难以满足大批量生产要求。

。

方案三也只需要一副模具，但对于同时冲两个工件，还是这个好，此模具制造的精度高，模具制造的成本高。

通过对以上三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。

但由任务书可知，对于这个工件要求采用铁芯片无废料跳步模进行冲裁。

第3章主要设计计算

3.1排样方式的确定

根据零件的形状和复杂程度，我采用直排的方式排样。

3.2毛胚的确定

此模具为无废料冲裁，没有搭边值，就同时冲下2个不同种的工件，由零件图和排样图可以计算条料的宽度B=27mm，一个步距的长度为s=24.0mm可得下表：

3.1排样图

名称

公式

结果

备注

冲裁件的面积A

A=102x27=2754

2754

此模具为无废料冲模采用浮升，（打板）卸料板压料装置

条料宽度B

B=27

步距S

S=24

表3.1排样计算表

3.3冲裁力的计算

3.3.1冲裁力

该模具采用单工序落料模，拟选择弹性卸料卸下工件，冲压力的计

《课本》P65表2.5.2

算如下,由[1]p69可得冲裁力

《课本》P65表2.5.2

：

F=KLtτb

式中：

F——冲裁力

L——是冲裁周边的长度，这里面为总长度=222mm

t——材料的厚度为0.5mm

τb——材料的抗剪强度取500MPa

K——安全系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。

一般取1.3。

根据以上数据得计算可得F=N

下面我们分别对卸料力、推件力和顶件力进行计算：

卸料力Fx=KxF

推件力Ft=nKtF

顶件力Fd=KdF

式中：

F——为冲裁力为72.02KN

kx——卸料力系数

Kt——推件力系数

Kd——顶件力系数

有[1]得他们分别取0.05、0.63和0.08

n——同时卡在凹模内的冲裁件或废料的个数

《课本》P65表2.5.2

，取h=1.2mm则n=h/t=1.2/0.5=3

可得Fx=3.6KNFt=181.49KNFd=5.76KN

因为采用的弹性卸料和上出料方式，由[1]P71（2

6.7）可知冲压的总工艺力为

F总=Fx+Fd+F=81.38KN

3.3.2压力中心的确定及相关尺寸的计算

计算压力中心，首先根据前面的设计画出凹模型口图如下图，为了尽可能保证模柄轴线、压力机滑块的中心和压力中心重合，依次防止偏载对模具和压力机带来的损害。

按比例画出工件形状，将工件轮廓线分为L1，L2….L5的基本线段，并选定坐标系XOY，计算步骤如下：

a建立坐标系XOY如图所示,因工件左右对称，其压力中心一定在对称轴Y上，即X0=0

b确定各个凹模的压力中心在XOY坐标系中的坐标：

图3.1压力中心计算示意图

3.4工作零件刃口尺寸计算

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。

结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割加工凸模﹑凹模﹑凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。

因此工作零件刃口尺寸计算就按配合加工的方法来计算，具体计算见表如下

表3.2工作零件凹模刃口尺寸的计算

尺寸及分类

尺寸转换

计算公式

结果

备注

落料

R=0

Ad=（A-X△）

24d=（24-0.5×0.87）

=23.95

（mm）

18d=（18-0.5×0.62）

17.96

（mm）

查[1]P55表2.3.2得间隙值Zmin=0.018,

Zmax=0.024;

查[2]P56表3-8得因子X=0.5

冲孔

Bd=（B-X△）

3d=（3+0.5×0.43）

=3.22

（mm）

14.22

凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制，并保证双面间隙为0.018~0.024mm。

凹模具的外形尺寸：

参考[2]P97（4-7）和式（4-8），取凹模的厚度H=25.00mm，凹模壁厚C=35mm.

凸模具零件简图如下：

图3.2凸模零件简图

第4章模具总体设计及主要零部件设计

4.1模具结构的选择

由零件图分析该模具采用铁芯片无废料跳步模。

条料的送进，由两个导料销控制去其方向，由挡料销控制其进距。

卸料采用弹性卸料装置，将废料从凹模上卸下。

可调整顶件力。

由于该打板在冲裁时能压住料带，并及时地将工件从凹模内落下，因此可使冲出的工件表面平整。

适用于厚度较薄的中、小工件的冲裁。

4.2卸料弹簧的设计与计算

根据模具结构初定8根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为3601N/6=600N。

根据预紧力Ppre（≥400N）和模具尺寸，由设计质料中选出序号57~61的弹簧，其最大工作负荷Pmax为720N，大于600N。

校验是不是满足∆Hmax>Zmax.查质料中的弹簧规格及负荷曲线。

并经过计算可得下列数据：

由表4-6中数据可知，序号59~61的弹簧均满足∆Hmax≥Ztotal,根据模具结构确定使用59号绿色弹簧。

该弹簧规格为：

外径：

D=30mm,钢丝直径：

d=20mm.自由高度：

H0=43mm

装配高度：

H2=H0-∆Hpre=43-2=41mm

表4.1弹簧数据表

序号

H0（mm）

H1（mm）

∆Hmax=H0-H1

∆Hpre（Ppre=600N）

Ztotal=∆Hpre+HW+∆Hrep

30.2

14.8

17.3

40.2

19.8

20.3

52.8

27.2

24.3

100

30.3

130

83.8

46.2

37.3

注：

HW=t+1=0.3+1=1.3mm,∆Hrep=6mm

模架选用后侧导拄标准模架：

上模座：

L×B×H=400×460×30mm

下模座：

L×B×H=350×250×40mm

导拄：

d×L=32mm×160mm,导套：

d×L×D=32mm×105mm×43mm

模架的闭合高度：

290--340mm;垫板厚度：

18mm；凸模固定板厚度：

20mm上模底板厚30mm

弹簧露出高度：

5mm；卸料板厚度：

22mm；凹模厚度：

25mm；下模底板厚：

40mm

模具的闭合高度：

Hd=310.5mm

4.3冲压设备的选择

表4.2冲压设备参数表

适用模高

连续模下模高度（参考）

OCP-45

180-240

OCP-60

230-300

G1-80

250-320

200

OCP-80

250-330

200

G1-110

290-340

200

OCP-110

260-350

200

扬力-110

260-350

200

SN1-110

260-350

200

G1-160

380-440

200

OCP-160

350-450

200

G2-160

350-450

G1-200

370-440

油压机-200

500-1000

G2-250

430-550

225

4.4送料机机型﹑功能规格名称﹑送料宽度﹑送料厚度

表4.3送料机的各种参数

功能规格及送料机机型

送料宽度

送料厚度

搭配冲床

整平送料机TLN1-600

50-600

0.3-2.3

OCP-160

三合一整平送料机BLS300

300

0.1-0.6

OCP-110

盘式料架送料机TLV300-F

300

0.1-1.2

OCP-110

三合一整平送料机TLN1-600

50-600

0.3-2.3

G2-250

NC送料机500型

500

0.1-1.4

SN2-160

200

0.1-3.2

NC送料机400型

400

0.1-1.6

OCP-110

150

0.1-3.2

NC送料机300型

300

0.1-2.0

OCP-110

120

0.1-3.2

NC送料机500型+整平机

500

0.2-1.5

SN2-160

250

0.2-2.5

NC机400型二合一整平送料机

400

0.2-1.5

OCP-110

200

0.2-2.5

NC机400型二合一薄材整平送料机

400

0.1-0.8

OCP-110

使用夹模器装夹模具快捷.方便,且安全可靠.现用夹模器的规格有两种:

上模用夹模器如（a）图所示;下模用夹模器如（b）图所示

图4.1上模用夹模器图4.2下模用夹模器

使用夹模器则必须有夹模槽,上下承板夹模槽要与冲床上下工作台固定槽相对应,另外,下承板若有定位槽,也要与工作台相对应.承板上的夹模槽和定位槽结构如图4.3所示.

（左边）定位槽夹模槽（右边）定位槽

图4.3定位槽与夹模槽的位置

夹模器的可夹持的板厚是固定的,上夹模器为T=30.0mm,下夹模器T=25.0mm,故上下承板厚度尽量与此对应,如模具结构上有特殊要求,需在模槽位置上铣削让位以满足要求.

应此要80吨和110吨共享的，G1-80和G1-110

自动送料机为：

整平送料机TLN1-600

4.5模具的总体设计

4.5.1模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用多任务序冲压，所以模具类型为铁芯片无废料跳步模。

4.5.2定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，有侧挡装置。

控制条料的送进步距采用挡料销初定距，由操作者利用导料销和挡料销实现精定距。

而第一件的冲压位置因为条料长度有一定的余量，可以靠操作工来目测定。

4.5.3导向方式的选择

为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整等因素该落料模采用后浮升顶料销和导料块的导向方式。

4.6主要零部件的设计

4.6.１工作零件的结构设计

根据模具设计的基本形式，可以确定模具的基本结构原理图如下：

一张模具装配图

4.6.2落料凸模的设计

根据制件的零件图可以知道落料凸模的结构，其总长L可根据具体设计按如下方式计算：

L=60mm

其中：

H1为凸模固定板厚20mm

h2为卸料板的厚度22mm

t为料厚0.5mm

h为附加长度取33mm,

凸模材料：

Cr12MoV淬火凸模（56～60）HRC

凹模（58～62）HRC

4.6.3落料凹模的设计

结合工件外形并考虑加工，，采用线切割机床加工凹模，6个M10的螺钉固定在模板上，具体尺寸如下：

凹模的设计

凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架的位置时，要根据压力中心的数据，将压力中心和模柄中心重合，下面对其轮廓尺寸进行计算：

凹模的厚度H=KB根据[1]表4-34

取K=0.16由[1]P104表2.9.5

则H=0.16×126=20.16mmb=126mm

此为最小值圆整到25mm即H=25mm

所以凹模的壁厚取35mm

取凹模厚度为25mm

4.6.4定位零件的设计

落料凹模的下部设置两个导料销，借助中间挡料销进行导正，导料销应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凹模端面1.3mm，导料销露出凹模端面部分的长度为4mm。

导料销采用H7/m6安装在落料凹模端面，导料销导正部分与导正孔采用H9/h9配合。

挡料销采用H7/m6安装在落料凹模端面，与卸料板的配合为H9/h8,露出凹模端面高度为3mm。

起定距的挡料销选用标准件，规格为8×16mm材料45钢（43-48）HRC。

圆柱销（GB119-76）材料35钢热处理HRC28-38

4.7卸料部件的设计

4.7.1卸料板的设计

卸料板上设置4个卸料螺钉，选用标准件为M12×100mm，螺纹部分为16×12mm。

卸料钉尾部应留有足够的行程空间。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为14mm。

卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40~45HRC，尺寸如下图。

4.7.2卸料螺钉的选用

卸料板上设置4个卸料螺钉M12×100mm，d为16mm，螺纹部分为16×12mm。

卸料钉尾部应留有足够的行程空间。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

4.7.3顶件装置

顶件装置一般是弹性的。

其基本组成有顶杆，顶件块和装在下模底下的弹顶器，弹顶器可以做通用的，其弹性组件是弹簧或橡胶，如图所示。

这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高。

推件块或顶件块在冲裁过程中是在凹模中运动的零件，它有如下要求：

模具处于闭合状态时，其背后有一定的空间，以备修模和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模和凸模的配合应顺利滑动，不发生干涉。

为此，推件块和顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。

推件块和顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合，也可以板厚取较适当间隙

4.7.4快拆装置

A.由于连续模相对来说结构较为复杂﹐冲子入子零件较多﹐因此在冲压过程中不稳定因素也较多﹐因此经常会设计到修模﹐为了方便拆模﹐易损坏和不稳定因素较多的冲子或入子零件尽量设计为快拆结构。

B.对于较大产品而设计的连续模﹐模具本身重量很大﹐模具零件很多﹐对其进行装拆相当不便﹐为了便于修模﹐模具上的入子﹑冲子零件尽量都做成快换结构﹐以便在不对模具全部拆开的情况下进行模具维护。

C.对于模板上较易损坏或是具有不稳定因素的地方﹐我们可考虑在这个地方做入子﹐入子并做成快换模式。

强度

A.一般来说﹐用连续模生产的产品批量较大﹐为了使模具的模板类零件在生产中不致因强度问题而损坏甚至报废﹐我们在设计模板时﹐尽量避免因孔过大﹐入子孔过多而影响模板强度﹔孔较多时﹐可以将其分散到不同工位来设计﹐模板尽量依等强度原则来设计。

B.考虑到产品的设计变更﹐设计﹑加工﹑组立过程中的错误以及模板的等强原则﹐我们在设计中应适当预留空工位﹐空工位的数量可以依据产品的大小﹑产品的复杂程度而定﹔空工位的位置则可以依据产品所需的冲压加工工艺来定。

4.8冲孔模各模板﹑零件的名称﹑材质﹑硬度及功能

1.名称:

上模座HH

材质:

热处理硬度:

NONE

功能:

是上模部分及外导柱或外导套的固定板.没有上托板时,还具有上托板的功能.

2.名称:

上垫板BP

材质:

Cr12Mo1V1

热处理硬度:

HRC52

功能:

承受夹板上冲子的作用力,保证弹簧有足够的压缩行程.

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