电极板冲压模具设计.docx

1、电极板冲压模具设计第一章 工艺设计1.1 零件介绍本次毕业设计的产品见图1.1所示，材料为厚2mm的黄铜板料,要求批量为大批量。该零件属于典型的冲裁、弯曲件。图1.1 电极板零件图1.2 零件工艺性分析零件尺寸：图中零件的未标注公差的为IT14级精度，零件的尺寸较小，成形的位置较为宽松，成形相对简单。零件材料为黄铜，有很良好的塑性，料厚为2mm属薄料，冲压性能良好。 零件的结构：零件需要经过多次冲裁和多次的弯曲成型，成型有一定的难度，但零件的结构比较对称，冲压性能仍然很良好。 综上所述，得到结论：零件具有较好的可冲压性。1.3 工艺方案的确定该冲压件由冲孔、落料、弯曲等多个基本工序组成。方案1

2、：先落料再冲孔最后弯曲的单工序模具来实现；方案2：采用复合模一步成型；方案3：采用多工位级进模。方案2采用复合模，模具结构复杂，不便于生产。由于产品属于大批量生产，如果采用单工序模具，则零件的生产效率不高，且产品的精度很不容易掌握。综上所述，得到结论：决定采用方案3采用多工位弯曲级进模。成型步骤为先对条料进行切边去除多余的材料，然后对条料进行弯曲，待条料完成弯曲后，采用最终切断完成零件的所有成型工作。第二章 排样设计2.1毛坯排样设计在进行多工位级进模设计时，首先要设计条料排样图，条料排样图的设计是多工位级进模设计时的重要依据。多工位级进模条料排样图设计的好坏，对模具设计的影响是很大的，排样图

3、设计错误，会导致制造出来的模具无法冲制零件。条料排样图一旦确定，也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。在本模具中，排样设计总的原则是先进行冲切废料，然后弯曲，最后切断，并要考虑模具的强度、刚度，结构的合理性。毛坯在板料上可截取的方位很多，这也就决定了毛坯排样方案的多样性。典型毛坯排样：单排、斜排、对排、无费料排样、多排、混合排。根据此次毕业设计的零件结构特征，决定采用单排、中间载体。采用这种毛坯排样的模具结构的相对简单，模具制造较为方便。1.条料搭边值的确定搭边是指排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下

4、的剩料。其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命得到提高。为了节约材料，应合理的选择搭边值。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的发向应力沿切口分布不均，降低冲裁质量和模具寿命，故必须使搭边的最小宽度大于冲裁时塑性变形区的宽度，一般可以取材料的厚度。若搭边值小于材料的厚度，冲裁时搭边可能被拉断，有时还会被拉入到凸、凹模间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口。搭边值的大小与材料的性能、零件的外形及尺寸、材料的厚度、送料及挡料的方式、卸料方式有关。硬材料的搭边值可以小一些，软材料和脆材料的搭边值应大一些。零

5、件尺寸大或有尖突时，搭边值应大一些，厚材料的搭边值取大一些。用手工送料、有侧压导向时搭边值可小一些，弹性卸料比刚性卸料要小一些。 由参考文献1表2-5得：材料厚度为2mm时，条料长度大于200mm，搭边可以取a=2.2mm，a12.5mm。 2.条料的宽度 条料采用无侧压，由参考文献1中公式2-24得 =115+1.52.2+21.5=121.3mm （由表2-9得侧刃冲切的条料宽度 b1=1.5） 3.导料板间距 由参考文献3中公式2-25得115+1.52.2+21.5+20.5122.3mm (式中的由表2-8得=0.5) 4.步距连续模的步距是确定条料在模具中每送进一次，所需要向前移动

6、的固定距离。步距的精度直接影响到冲件的精度。设计连续模时，要合理的确定步距的基本尺寸和精度。步距的基本尺寸，就是模具中相邻工位的距离。连续模任何相邻两工位 距离都必须相等。此次毕业设计的条料为单排，步距的基本尺寸等于冲压件的外形轮廓尺寸和两冲压件间的搭边宽度之和，其步距基本尺寸由参考文献3S得： S = L + a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a-沿送进方向的搭边值该零件的步距确定为： S= L + a= 50+2 = 52mma)产品图b)毛坯展开图c)横向单排d)纵向单排e) 双排图2.1 排样图示意图毛坯排样图如图2.1c)、d)和e)所示，考虑到后续弯曲成

7、型和取件的方便性，最后选择横向双排。2.2 冲切刃口外形设计由于在毛坯排样时，采用的先冲切废料，然后再弯曲的冲压工艺顺序。在此次刃口设计中主要应该考虑到以下几点：1刃口分解与重组应有利于简化模具结构，分解阶段应尽量少，重组后成形的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度，要便与加工。因此将模具的刃口分为成型侧刃切口，冲导正孔，异形冲孔1，异形槽和弯曲刃口。2刃口分解应保证产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求。零件的精度为IT14级。3在刃口接头方式上，成型侧刃切口与异形槽采用对接可以避免毛刺的产生；分段搭接点应尽量少，搭接点要避开产品薄弱部位和外形重要部位。4在冲中间孔之前，应该将侧边的废料

8、先冲下，这样可以保证中间孔的精度要求。5有公差要求的直边和使用中有滑动配合的边应一次冲切，不宜分段。6复杂外形以及有窄槽或细长的部位最好分解，复杂内形最好分解；7外轮廓各段毛刺方向有不同时应分解。综上所述：产品的刃口排样图如图2.2所示图2.2 刃口排样设计2.3 工序排样在多工位级进模冲压中，工序件在级进模内随着冲床一次就向前送一个步距，到达不同的工序。由于各工位的加工内容互不相同，因此，在级进模设计中，要确定从毛坯板料到产品零件的转化过程，既级进模各工位的所要进行的加工工序内容，这一设计过程就是工序排样。1工序排样的总体设计：在此次模具的工序排样中考虑到工序应尽量的分散，以提高模具寿命，简

9、化模具结构，一共有8个工位。其中外形的冲切分为4个工位。2空工位的设置空工位指工序经过时，不作任何的冲切加工的工位。在级进模设置的空工位时为了提高模具的强度，保证模具的寿命和产品的质量以及模具中特殊机构的设置等，空工位的设置非常普遍。在该弹簧钩模具设计中，设置了几个空工位，这样是为了模具弯曲成型空间结构可行性以及合理性。3载体的设置级进模由多个工位组成，冲压过程中各个工位的加工内容不同，因此，把工序件从第一工位运送到最末工位是级进模的基本条件之一。载体要求必须由足够的强度，能平稳的将工序送进。条料载体基本上有三种形式：双侧载体、中间载体和单侧载体。在此次模具设计中采用中间载体。这主要是由于在零

10、件的两侧都有弯曲成型工序，切形后坯料的弯曲部分已与条料分离，所以采用中间载体。4侧刃设置侧刃是级进模用得最广的定距机构。其工作原理是在条料侧边上冲出与送进步距相等的缺口，利用侧刃挡块对条料缺口处台肩的阻挡实现定距。用侧刃定距精度可靠,生产率高，因而,是级进模常用的定距方式。由于它以切去条料边缘少量材料形成的台肩定位，所以增加了材料的消耗和冲压力。一般用于生产率要求高、步距较小、材料较薄的级进模。在本设计中在第一工位设置了两个成型侧刃，侧刃的宽度即为步距17mm，与侧刃配合定距的是导料板上的凸台阶，凸台阶挡住条料的继续向前，完成条料的定位，每当侧刃冲切掉条料两侧的材料以后，条料才可以继续向前送进

11、，因此这样达到了定距的目的。5导料板设置导料是条料的向定位机构，对条料横向（宽度方向）定位，从而使条料沿直线送进。否则，条料摆动会影向产品精度。该模具采用无侧压导料板。6工序排样多工位级进模的工序排样设计是多工位级进模设计的关键，是决定级进模优劣的主要因素之一。根据该零件的要求以及上述工艺特点的分析,设计多工位连续工序排样方案。排样图如图2.3所示：图2.3工序排样图具体工位安排如下：侧刃冲裁搭边+冲导正销孔冲外形余料冲外形余料冲外形余料第1次弯曲第2次弯曲整形切断分离。第三章 工艺计算3.1 冲压工艺力的计算工艺计算是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。为了充分发挥压力机的潜力，避免

12、因超载而损坏压力机，所以计算是非常必要的。3.1.1冲裁力计算冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。平刃冲模的冲裁力可按下式计算： （3.1）式中 F冲裁力（N）；L零件剪切周长（mm）；t材料厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）。K系数,一般取K=1.25。已知零件材料是黄铜,取=260Mpa，材料厚度t=2mm,L值由全部冲裁线即冲裁零件周长尺寸组成： 部位 周长L/mm 冲裁力F/N 1一个直径4mm的导正孔 12.56 +两侧的成型侧刃 154 两个直径8mm的孔 50.24两个直径14mm的孔 87.92 1980682两侧四个

13、矩形孔 161 104650 3两侧两个矩形孔 124 80600 4最终切断 120 780003.1.2弯曲力的计算 为了合理地选择压力机和模具设计，必须计算弯曲力。弯曲力的大小不仅与毛坯的尺寸、材料的力学性能、晚期半径等有关，而且和弯曲方式也有很大的关系，从理论上计算弯曲力比较繁杂，精确度亦不高，因此生产中常采用经验公式进行计算。此此毕业设计中所涉及的弯曲均视为校正弯曲。由参考文献3 表3-3得：弯曲力： （3.2）式中 F弯曲力（N）；A弯曲校正部分投影部分面积（）；q单位校正力（MPa）；由参考文献3中，查表3-4得q=6080第一次弯曲：240080192000N第二次弯曲：200

14、080160000N最终，总的力为：（198068+104650+80600+78000）+（192000+160000）813.318 813 KN3.1.3卸料、顶件力的计算由参考文献3中公式2-11得：= =所以=0.05813318=40665.9 N =0.08813318=65065.44 N综上所述，最终的所有合力为： =+=813318+40665.9+65065.44919049.34 N3.2压力中心计算冲压力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模柄的轴线以及和压力机滑块的中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向机构滑动件之间的磨损，提高运动精度以及模具和压

15、力机的寿命。冲模压力中心的求法，采用求平衡力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体的方法如下：1）按比例画出冲压轮廓线，选定直角坐标x-y;2）把图形分成几部分，计算各部分长度L1、L2、.Ln，并求出各部分重心位置的坐标值；3）按下列公式求出冲模压力中心的坐标值（X0,Y0）在连续模中，由于压力太分散，所以先求出各个工步的压力中心再求出模具的总的压力中心。对得到的一组平行力系再进行压力中心的计算和确定。经过计算，最终的压力中心在第四个工位上，具体位置可以在总装配中看到，如图3.2；取最

16、右端为零点，计算压力中心位置为：y=(845034+1482059.5+525685+3980119+1040204)/22032y=104.5 mm图3.1 压力中心图位置图第四章 模具总体概要设计4.1 模具概要设计级进模是用多个零件按照一定关系装配而成的有机整体，结构是模具的“形”。模具的优劣很大程度上体现在模具结构上，因此级进模的结构对模具的工作性能、加工性、成本、周期、寿命等起着决定性作用。在此次模具的结构设计大体可以分为两步：第一步根据工序排样的结果确定模具的基本结构框架，确定组成级进模的主要结构单元及形式，对模具制造和使用提出要求；第二步确定各结构单元的组成零件及零件间的连接关系

17、。结构设计的结果是模具装配图和零件明细表。在级进模结构设计中概要设计是模具结构设计的开始，它以工序排样图为基础，根据产品零件要求，确定级进模的基本结构框架。结构概要设计包括：（1）模具基本结构：定位方式以及导向方式确定;卸料方式以及出件方式确定；（2）模具基本尺寸：模具工作空间尺寸、各个板的厚度、闭合高度。（3）模架基本结构：模架的类型;导柱与导套选配以及模柄类型的选择。（4）压力机的选择：压力机的类型；压力机规格。4.2 模具零件结构形式确定本模具是一套8工位带料连续弯曲级进模如图4.1(a)和图4.1(b)。采用二导柱钢模架，滑动导柱、导套机构导向，弹性卸料板卸料，采用浮顶装置顶料。导料板

18、进行导向，侧刃粗定位，导正销精定位，完成零件的冲孔、切边、弯曲和切断落料。模具主要有上模座、凸模垫板（上垫板）、凸模固定板、卸料板、导料板、凹模板、凹模垫板（下垫板）、下模座。凹模周界长500mm,宽315mm,模具总长500mm，总宽315mm。模具的闭合高度是270mm。凸模固定板用于安装所有冲孔凸模、异形孔凸、切边凸模、模弯曲凸模、弯曲凹模和最终的切断凸模；凹模板用于容纳所有冲孔、切断凹模和弯曲凹模、弯曲凸模。所有冲孔凸模、弯曲凸模。弯曲凹模和切断凸模都采用单边挂台固定在卸料板上，装配后磨平。其中最后一步弯曲凸模采用镶块结构，与凹模垫板采用螺钉紧固、销钉定位的方式固定。卸料板是一整块，采

19、用六个螺钉和套管、垫圈的组合来达到弹性卸料的作用。模具二维总装图4.2.1 定位机构为限制被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销、定距侧刃和侧压装置等。定位装置应避免油污、碎屑的干扰并且不与运动机构干涉。定位精度要求较高时，要考虑粗精度和精精度两套装置，分步进行；坯料需要两个以上工序的定位时，它们的定位应该一致。综上所述：在此次模具设计中方向采用带侧刃进行粗定位，导正销精确定位；方向上采用导料板与导正销进行定位。本模具中，侧刃采用成型侧刃的形式。在第一工位时成型侧刃和冲导正孔的凸模

20、同时冲下。在第二工位时，当条料沿着导料板送进一段距离后（一个步距），导料板上的台阶（相当与挡块的作用）挡住条料以阻止条料的继续前进，起到粗定位的作用，上模下行时，导正销首先插入到导正孔中，纠正送料误差，对条料进行精确定位。采用的弹顶结构，在工作的时候可以起到顶料的作用，将条料顶出继续向前送料。4.2.2 卸料机构卸料机构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。可分为固定刚性卸料板以及弹性卸料板。在本次模具设计中采用弹性卸料板，弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高。在弯曲成型时，可以防止条料发生侧移。为卸料

21、板提供卸料力的是六处螺旋弹簧。当上模上行时，卸料板将卡在凸模上的条料推下。同时，在下模部分安装有弹顶装置，上模上行一段距离后，卸料板不再压住条料时，顶件块和浮顶装置将条料顶出最大的成型距离。此时，条料完成了一个工位的成型，向前送进一个步距。4.2.3 导向机构对生产批量大，要求模具寿命和制件精度较高的冲模。一般应采用导向机构来保证上、下模的精确导向。上、下模导向，在凸、凹模开始闭合前或压料板接触制件前就应该充分的合上。导向机构有导柱、导套机构，侧导板与导板机构和导块机构。在此副模具中由于零件的尺寸较小，对制件的精度要求较高。所以采用四角滚动导柱、导套和浮动模柄配合，这样的四导柱导向精度比较平稳

22、，精度较高。第五章 模具详细设计5.1 工作零件5.1.1 冲裁凸模1.冲裁凸模结构设计凸模的高度根据凸模固定板、卸料板以及凸模在模具闭合状态下进入凹模的深度和料厚来决定,由此可以计算得出冲裁凸模的长度。在本模具中由于异形孔的形状并不是十分的复杂,所以凸模除了两个圆凸模外均作成单边挂台凸模形式，装配时要求端部回火，装配以后磨平端面。举例，如图5.1所示四边形凸模的长度为：图5.1 四边形凸模L=H1+H+H2+H3+H4=12.5+10+10+2+6.5 =40mm。式中的H1是凸模固定板的厚度，H为模具闭合后凸模固定板与卸料板之间的距离，H2是卸料板的厚度，H3是条料的厚度，H4是模具闭合后

23、凸模进入凹模后的长度。2.凸模的尺寸设计刃口尺寸的计算：凸、凹模刃口尺寸精度决定得合理与否，直接影响冲裁件的尺寸精度及合理的间隙值能否保证，也关系到模具加工的成本和寿命。因此，计算凸、凹模刃口尺寸是一项重要的工作。计算冲裁件凸、凹模刃口尺寸的依据为：1.冲裁变形规律，即落料件尺寸与凹模刃口尺寸相同，冲孔尺寸与凸模尺寸相同；2零件的尺寸精度；3合理的间隙；4磨损规律；5冲模的加工制造方法。因而在计算刃口尺寸时应按下述原则进行：a）落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸；b）考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件公差范

24、围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其刃口尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值；c）一般模具制造精度比工件精度高34级。d）对于级进模的工艺尺寸不必计算其刃口尺寸。制造冲模的关键主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其间隙的合理。由于模具的加工方法的不同，凸、凹模刃口尺寸的计算公式和公差的标注也不同。凸、凹模刃口的计算方法基本上可分为两种。（1）凸模和凹模分别加工凸模与凹模分别加工这种加工方法适用圆形或简单规则的冲裁件。采用分别加工法，凸、凹模具有互换性，在精度要求高的行业，一般采用这种方法加工，而且它的制造周期短。但为了保证合理间隙，就需要采用小的模具制造公差，使模具制造困难、成本较高。（

25、2）凸模与凹模配合加工对于形状复杂或薄料的冲裁件的冲裁，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，一般采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件作为基准件，然后以此基准件为标准加工另一件，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，所以加工基准件时可以适当的放宽公差，使其加工容易。2）尺寸标注简单，只需要在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅标注基本尺寸并注明配作所留的间隙值。冲孔凸模刃口计算公式：变小的尺寸 （5.1）增大的尺寸 （5.2）公式中A、B凸模刃口尺寸；x值由参考文献3 表2-4处可得；模具公差，可取为IT14精度模具具体刃口尺寸计算：（1）工位1冲导正孔凸模

26、刃口尺寸，直径4mm：应用公式:计算，D（4+0.50.3）4.15mm工位1充两个圆孔刃口尺寸D=（8+0.50.36）=8.18mmD=(14+0.50.43)=14.215mm工位1成型侧刃凸模刃口尺寸，尺寸如图5.2所示：图5.2 成型侧刃刃口尺寸应用公式:计算，L1（52+0.50.74）52.37mmL2（26.5+0.50.52）26.76mm应用公式:计算，R（18.5-0.50.52）18.245mm（2）工位2冲矩形凸模刃口尺寸，尺寸如图5.3（a）（b）所示：图5.3 矩形凸模刃口尺寸（a）5.3 矩形凸模刃口尺寸（b）应用公式:(a)计算，L1=（34+0.50.62）

27、34.31mmL2=（2.5+0.50.25）2.625mm (b)计算，L1=（12+0.50.43）12.215mmL2=（32+0.50.62）32.31mm（3）工位3冲工位2中两个矩形中间的矩形凸模刃口尺寸，尺寸如图5.4所示：图5.4 矩形凸模刃口尺寸应用公式:计算，L1=（60+0.50.74）60.37mmL2=（2+0.50.25）2.125mm（4）工位8切断分离凸模、凹模刃口尺寸，尺寸如图5.5所示：图5.5 切断凸模刃口尺寸应用公式:计算，L1=（16.4+0.50.52）16.66mmL2（50+0.50.74）50.37mmL3（5+0.50.3）5.15mmL4（

28、10+0.50.36）10.18mm按计算尺寸和公差制造凸模后，再按凸模刃口实际尺寸并保证最小合理间隙Zmin配作凹模。 3凸模的固定方式冲裁凸模和部分弯曲凸模通过台阶挂台和凸模固定板固定，并在装配后磨平，通过垫板将其压稳；其余弯曲凸模具体位置采用具体方案固定。 4凸模材料的选用及技术要求凸模选用Cr12MoV，热处理后硬度达到5660HRC。5.1.2 弯曲凸、凹模1.弯曲凸模的设计弯曲件凸模的设计主要指凸模、凹模的圆角半径和凸模的长度以及凹模的深度。凸模的圆角半径等于弯曲件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径。凹模的圆角半径不宜过小，以免弯曲时擦伤材料的表面，或出现压痕，或

29、使弯曲力增大，模具寿命降低。同时凹模两边的圆角半径应一致，以防止弯曲时板料的偏移。通常可根据板料的厚度 t选取：t2mm， = (3-6)mmt=2-4mm, = (23)mmt4mm, = 2t弯曲凸、凹模之间的单边间隙用Z来表示。U形件弯曲须合理选取凸、凹模间隙。间隙过大，则回弹大，弯曲件尺寸及形状不易保证；间隙过小，弯曲力增加，工件擦伤大，模具磨损大、寿命短。常按材料的力学性能和厚度选取：对于钢板： Z=（1.051.15）t对于有色金属板料：Z=(11.1)t各弯曲凸凹模尺寸如下所示：对于凸模尺寸，可以按照下面公式进行计算：弯曲凹模1：圆角半径为2.5mm，深度为32，镶块与凹模分开，

30、其剖面图如图5.6所示：图5.6 第一次弯曲凹模(65.5-0.50.74)=65.13mm弯曲凸模1：圆角半径为2mm，深度是32mm，凸模宽度为54.7mm,采用台阶式固定方法，台阶高5mm。其空间尺寸即为凸模尺寸加两侧料厚，结构示意图如图5.7所示：图5.7 第一次弯曲凸模弯曲凹模2：圆角半径R=2mm，深度为28mm。结构示意图如图5.8：图5.8 第二次弯曲凹模弯曲凸模2：圆角半径Rd=2mm, 深度为28mm，如下图5.9即为凸模2结构示意图：图5.9 第二次弯曲凸模5.1.3 凹模1凹模的结构设计在本模具中，异形凹模采用整体式凹模板和部分镶件，凹模的尺寸由制造好的凸模实际尺寸来配作。冲导正销孔时，由于外形是圆形，可以采用标准件，采用小台阶固定，外形和内形孔相对位置要求较严。 2凹模的尺寸设计（刃口尺寸及外形尺寸） 刃口尺寸与凸模上相应位置的尺寸配做，外形尺寸和模架工作空间尺寸一样，采用长宽为500mm3