手柄冲孔落料级进模的设计与制造.docx

1、手柄冲孔落料级进模的设计与制造手柄冲孔、落料级进模的设计与制造一、前言模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工等行业中，60%80%的零件都要依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切。精度要求越来越高，结构也越来越复杂，用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品的制造水平的重要标志。目前，国内模具工业发展很快，其产值已超过机床工业的产值。我国模具工业作为一个独立的新型的工业，正处于飞速发展阶段，已成为国民经济

2、的基础工业之一，其发展前景十分广阔。据预测，未来我国将成为世界的制造中心，这更加给模具工业带来前所未有的发展机遇和空间。但由于我国模具工业起步较晚，底子薄“九五”期间虽有较快发展，但与发达国家相比，差距还相当大。许多模具还需要进口，模具制造高级 人才也供不应求。为进一步加快我国模具工业的发展，基本任务之一就是加快人才的培养，普及先进的模具设计与制造技术，培养模具专业的高级人才。为满足模具制造业对技术工人的需求，很多职业技能培训学校都开设了模具制造相关专业，而目前我国模具制造工还没有成为独立的专业工种，还没有统一的模具制造专业教学大纲和教材，也没有统一的技能鉴定标准，各学校和企业都只能在摸索中自

3、行组织安排，这种状况显然不利于该专业的发展和人才培养的规范性。三百六十行，各行各业对从业人员都有自己特有的职业技能要求。从业人员必须熟练掌握本行业、本岗位的职业技能，具备一定的包括职业技能在内的职业素质，才能胜任工作，把工作做好，为社会做出应有的贡献，实现自己的人生价值，在激烈的市场竞争中立于不败之地。在此次毕业设计当中，我设计的产品零件是一个手柄。该产品采用级进模加工成型。经过本人的努力，查阅了大量资料，加上指导老师的精心指导，完成了此副模具的设计。在设计过程中难免有些不足之处，恳请各位专家和老师加以批评指正。二、零件的工艺性分析工件名称：手柄生产批量：小批量材料：Q235-A：料厚1.2m

4、m工件简图：如图1所示冲裁工件的工艺性，是指冲裁工件对冲压工艺的适应性，既冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。冲裁工件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。一般情况下，对冲裁工件的工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲裁工艺性应能够满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工。此工件只有冲孔和落料两个工序，将外形视为落料，则需要冲的孔有2个，大端冲一个8mm的孔，小端冲一个5mm的孔。三、工艺方案的确定拟定工艺方案：方案一：先落料，后冲孔的单工序冲裁；方案二：

5、冲孔、落料的一次复合冲裁；方案三：冲孔、落料级进冲裁。采用方案一：生产率低工件尺寸误差大；采用方案二：模具制造难度较大，并且冲压后成品件留在模具具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度。采用方案三：生产率高，工件夹带可提高工件尺寸精度、操作安全。相比较：故采用方案三加工此模具。因为此工件加工精度不是很高，所以在制造过程中采用普通精度的冲床加工就能够保证制件精度。冲压设备的选择是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素开确定的。因为是小批量生产，冲压件的精度不高，所以采用普通冲床加工就可以了。四、冲压工艺计算及设计（一）排样图设计设计多工位级进模，首先要设计条料排样

6、图。手柄的形状具有一头大一头小的特点，单向排列时材料利用率低。按图2所示的排样方法，可显著提高材料利用率。但由于凸模和凹模都要制成两套，从而增加模具成本，所以设计成隔位冲压，条料完成冲压以后，将条料水平方向旋转180，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。（二）裁板设计搭边值的确定：搭边是指冲裁件是制件之间，制件与条（板）斜边缘之间的余料。搭边的作用是：补偿定位误差，保证冲出合格的制件，保持条料具有一定的刚性，便于送料；保护模具，以免模具过早地磨损而报废。搭边值的大小取决于制件的形状、材质、料厚及板料的下料方法，搭边值大小影响材料的利用率，经查表得出搭边值为1.4和2.2mm，但

7、考虑到此模具要双向冲裁，如果搭边值太小，很可能导致条料弯曲变形，所以取2.5和3.5mm为宜，根据排样图，L取127mm。送料间隙C =1.01.5mm,这里取1mm。a=2.5mm b=3.5mm c=1mm L=127mm条料宽度：B=（L+2b+c）=（127mm+23.5mm+1）=135mm板料规格：1500mm1000mm1.2mm剪切条料尺寸：135mm1000mm条料数n1=1500/135=11条每条个数n2=1000/26.5=37个每板个数n3=1137=407个冲片面积：S=3.1482/2+3.1462/2+1695+895=2782.4mm2条料利用率：1=3727

8、82.4/1351000100%=76%板料利用率：2=372782.4/1000100%=75%此工件的尺寸在级进模中是较大的，只有2个工位，又是小批量生产，因此采用挡料销定位。送料时废料孔与挡料销作为粗定距，在大凸模上安装两个导正销，利用条料上5mm和8mm孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。因为这是一副级进模，所以操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在挡料销上，并向前推紧。冲压时凸模上的导正销再作精度定距。挡料销位置的设定比理想的几何时位置向前偏移0.2mm，冲压过程中精度定位元件完成以后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.

9、2mm，而完成精确定距，用这种方法定距精度可达到0.02mm。（三）卸料力计算 查表得K卸=0.05F卸=K卸F0=0.05117834.2=5892N（四）冲裁力的计算冲裁力用公式F0=lt计算，查表得取材料抗剪强度=320MPa，板料厚t=1.2mm，L值为2个孔的总周长与工件外轮廓线周长之和，即L=306.86mm。则冲裁力为：F0=lt=306.86mm1.2mm320MPa=117834.2N=118KN。（五）总压力计算F总=F+F卸=117834+5892=123736N=124KN确定压力机的规格时应遵循如下原则：（1）压力机的标称压力必须大于冲压工序所需压力，当冲压行程较长时

10、，还应注意在全部工作行程上，压力机许可压力曲线应高于冲压变形力曲线。（2）机床滑块行程应满足制件在高度上能获得所需尺寸，并在冲压工序完成后能顺利地从模具取出来。（3）压力机的行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。（4）压力机的闭合高度、工作台面尺寸、滑块尺寸、模柄孔尺寸等都能满足模具的正确安装要求。根据计算结果以及上述原则，查表得J23-16可倾式压力机最大封闭高度220、封闭高度调节量60、模柄孔尺寸直径40深度60工作台尺寸450300，符合使用要求。（六）模具压力中心计算冲裁模压力中心就是冲裁合力作用点，冲压时模具的压力中心一定要与冲床滑块中心重合，避免产生偏弯矩。减少模具导向机构的

11、不均匀磨损；保证冲裁工作间隙的稳定性，防止刃口局部迅速变钝，提高冲裁件的质量和模具的作用寿命，合理布置凹模型孔的位置，因此设计模具时，要使模具的压力中心通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心和冲床滑块中心重合。计算压力中心时，应首先画出凹模型口图，如图3所示，在图中将X、Oy坐标建立在图示的对称中心线上，在图中将冲裁线按几何图形分成L1L6共6组线段，每组线段都要计算出线段总长度力的作用点到力轴的距离及到y轴的距离，L1是半圆弧其力在X方向的作用点可以有关手册中查出，位于距圆心2R/处，L4也是半圆弧，计算方法同上：L2、L3是直线，力的作用点位于直线中间，L6是8mm的圆，力的作用点位于8mm

12、的中心，根据公式计算： 计算压力中心数据表 (mm)编号冲裁线长度L力中心到y轴距离x力中心到x轴距离yL125.12-52.5926.5L295.34038.5L395.34014.5L450.2457.85626.5L515.7-47.5-26.5L625.1247.5-26.5将表中的数据代入下式计算，Xc=L1X1+L2X2+L6X6/ L1+ L2+L6=19.45mmyc= L1y1+L2y2+L6y6/ L1+ L2+L6=6.60mm压力中心是图3所注的C点。冲裁间隙所选工件材料为低碳钢，取型截面，查表得出Z/2t=9%其中Z为间隙值，t为板料厚度，则单面间隙为： Z/2=0.

13、09t=0.091.2mm=0.108mm。 （七）弹性橡胶板计算 本模具中橡胶板的工件行程由以下几个部分组成：凸模修磨量5mm，凸模凹进卸料板1mm，工作厚度1.2mm，凸模冲裁后进入凹模2mm，以上四项长度之和就是橡胶板的工作行程S2作：即S2作=（5+1+1.2+2）mm=9.2mm取压缩量为自由高度的0.25，则橡胶板的自由高度为：H自由=S工作/0.25=9.2mm/0.25=36.8mm预压缩量取15%，查表得P=0.5MPa，此时橡胶板应具有足够的即料力，其卸料力的大小根据公式F=AP（N），计算橡胶板所需的面积，则：A=F/P=5891.7N/0.5=11783mm2=117.

14、83cm2结合模具实际结构，将橡胶板分成四块安装，橡胶板高度H自由与直径D之此需要满足下式：0.5H自由/D1.5（八）凸凹模刃口尺寸计算根据冲裁特点，落下来的料和冲出的孔都是带有锥度的，过落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，即冲裁件的尺寸是以测量光亮带尺寸为基准的，冲裁时凸、凹模将与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，从而导致凸、凹模间隙愈用愈大。1、凸凹模间隙已知工件材料为Q235，材料厚度t=1.2mm,查表得 Zmax=0.16 mm， Zmin=0.13mm2、冲孔冲孔时，冲孔件尺寸决定于凸模尺寸，以凸模

15、为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。为增加模具使用奏，应加上一个备磨量X按自由公差IT14级，查出5mm孔=0.3mm，8mm孔=0.36mm，16mm孔=0.43mm，32mm孔=0.62mm，磨损系数查表取X=0.5，凸凹模制造公差d=0.6（Zmax-Zmin）=0.60.03=0.018mm，P=0.4（Zmax-Zmin）=0.40.03=0.012mm5mm孔d凸=(dmin+ X) - p =(5+0.50.3) - p =5.15+0.012 mmd凹=(d凸+Zmin) +d =(5.15+0.13) +d=5.28-0.018 mm8mm孔d凸=(8

16、+0.50.36) 0.018 =8.18-0.018 mmd凹=(8.18+0.13) +0.012=8.31+0.012 mm 3、落料落料时，落料件尺寸取决于凹模尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来获得，所以应减去一个备磨量X16mm孔D凹=(D- X)+ d=(16-0.50.43)+ d=15.785+0.012 mm D凸=(D凹-Zmax)- p=(15.785-0.13) - p =15.655-0.018 mm32mm孔D凹=(32-0.50.62)+ d=31.69+0.012 mm D凸=(31.69-0.13) d=31.56-0.018

17、mm五、模具类型及结构的确定模具总体结构如图4所示：由于凸、凹模间隙比较大，所以模具采用滑动中间导柱模架。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模固定板、凸模及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料以橡胶为弹性元件。上模部分共有3个凸模，下模部分由下模座、凹模板、导料板和挡料装置等组成。冲孔废料的成品件均由漏料孔漏出。六、模具材料的选用模具材料是模具的制造基础，合理选择模具材料，正确实施模具热处理工艺是保证模具寿命，提高模具质量和使用效能的关键。冷冲模是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具。在使用中受到压缩、拉深、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用。正常失效形式是磨损，脆断、弯曲、啃伤等，因此

18、要求冷冲模具在相应的热处理后，具有较高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳等能力，以保证模具的精度和寿命。1、选择材料的一般原则（1） 要有足够的使用性能（2） 良好的工艺性能。（3） 合理的经济性能。2、选择模具材料应考虑的因素（1） 模具的工作条件：如模具的受力状态，工作温度，腐蚀性等。（2） 模具的工作性质。（3） 模具结构因素：如模具的大小，形状，各部件的作用，使用性质等。（4） 模具的加工手段。（5） 热处理要求主要零件材料表序号名 称材 料备 注1凸模固定板45钢热处理HRC40452凸凹模Gr12热处理HRC58623卸料板45钢淬火硬度HRC40454始用挡料装置45钢5导料板

19、45钢热处理HRC4045七、主要零部件的设计设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件用什么方法加工制造及总体装配的方法，结合模具的特点，本模具适宜采用线切割机床加工凸模固定板、卸料板、凹模以及外形凸模。这种方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化，下面分别介绍各个零件的设计方法：（一）凹模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，刃口部分深度h，根据材料厚度1.2mm，h一般取510mm，这里取8mm。落料部分可采用电火花成型加工机床进行扩孔加工。安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力与模柄中心重合，查表得出凹模壁厚45mm。如图5所示：凹模厚度：H

20、=kb1（不小于8mm ） K系数查表取K=0.2b1根据排样图取127mmH=kb1=0.2127mm=25.4mm凹模长度：L=L1+2L1L1取81.5mm, l1取45mmL=81.5mm+245mm=171.5mm凹模宽度B=b1+(2.54.0)H1取3B=b1+3H=127+325.4=203.2mm查GB/T7643.11994得凹模标准件尺寸200mm200mm25mm材料选取Cr12，热处理5862HRC。（二）凸模设计外形凸模用线切割机床加工成直通凸模，用2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。外形凸模的高度是凸模固定板、卸料板、橡胶板的总和减去凸模凹入

21、卸料板的1mm。外形凸模下部设置两个导正销，分别借用工件上5mm和8mm两个孔作导正销，导正销尺寸如图所示：导头的直线部分应为（0.50.8）t，取0.8mm，导正销伸入定位孔时，板料应处于自由状态。在手工送料时，板料已由挡料销粗定位，导正销将工件导正的过程是将板料向后拉回约0.2mm，一般凸模应进入卸料报0.82.5mm，此值定为1mm，必须在卸料板压紧板料之前完成导正，所以导正销直线部分的长度为0.8mm+1mm=1.8mm。导正销可采用标准件，标准件可查JB/T 7648.51994根据制件的形状，把外形凸模设计成直通式凸模，如图6所示。在外形凸模的底部钻孔安装导正销，采用H7/r6的配

22、合，为防止脱落，在凸模上打横向孔，用销钉固定导正销。5mm的圆形凸模，采用尾部带台阶的固定方法，尾部台阶直径为6.5mm，与固定板接角的中部直径为6mm，因其直径较小，易损坏，故按常拆结构设计，与固定板接触部分为10mm，尾部没有台阶，用M5的螺钉固定在垫片上，其与固定板配合采用H7/m6。（三）卸料板的设计弹性卸料板应对小凸模具有保护作用，故凸模下卸料板的间隙的选择应小一点，使用外形凸模对卸料板起导向作用。级进模中卸料板与凸模的间隙查表得出，选0.025mm。如图7所示：其外形尺寸与凹模边界尺寸相同，200mm200mm。根据公式：H=h1-t+kt+h2+h3 K系数，t=1.2mm,所以

23、K取0.1 H导尺厚度12mmh=12-1.2+0.11.2+8=11mm卸料板总厚度为25m，卸料板与凸模的间隙已在凸模设计中确定，卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M10，长紧后，应使卸料板超出凸模1mm，有误差时通过左螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。卸料板工作时，进入导尺压紧条料，卸料板在导尺的位置留出台阶，在凹模上没有条料的情况下，卸料板的下平面与导尺的上表面之间 保留0.5mm的间隙，卸料板水平方向与两导尺之间的双边间隙为0.5mm，橡胶板厚度不可低于要求的尺寸，超出要求尺寸的应考虑到每加厚1mm，就将增加工作载荷1000N橡胶板分为四块，每个卸料螺钉安装一块，

24、中间钻孔11mm，四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀运动产生歪斜，影响模具的正常工作，卸料板采用45钢制造，淬火硬度为4045HRC。卸料螺钉的尾部在上模座的台阶孔中定位，卸料螺钉工作时的行程为4.2mm，上模座在螺钉尾部应留有足够的行程空间。（四）导尺的设计导尺也称为导料板，导尺工作的侧壁设计成平直的，导尺的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，这样就确定了导尺的宽度，条料宽度是135mm，凹模宽度是200mm，导尺与条料之间的间隙一般为0.03mm0.2mm，这里选0.2mm则导尺宽度为（200mm-135mm-0.2mm）/ 2=32.4mm。导尺厚度查表取为8mm，但考虑到始用挡

25、料装置的安装，这里加厚到12mm。如图8所示，导尺用螺钉和螺钉固定在凹模上，导尺采用45钢制作，热处理硬度为40-45HRC，导尺的进料端安装承料板，外形尺寸60mm200mm6mm，厚度为8mm，用四个螺钉吊装在导尺上。导尺长度为凹模长度与承料板长度之和，为260mm，入口设计成15的斜角。（五）始用挡料装置如图9所示，始用挡料装置由螺塞、支撑座、弹簧和顶杆四部分组成。支撑座用2个M6螺钉固定在导尺上，支撑座材料选用45钢，顶杆选用T10A。（六）凸模固定板的设计凸模固定板的外形尺寸与凹模一致，为200mm200mm，凸模孔可采用线切割机床加工，两个圆柱凸模的沉孔可用普通机床，装上镗刀进形镗

26、孔。固定板用螺钉吊在上模座上，材料采用45钢，热处理HRC4045。（七）、模架的选用 根据模具类型和卸料、出料形式选择典型组合形式，采用中间导柱模架，依据凹模尺寸确定上模座GB/T2855.91990下模座GB/T2855.101990导 柱GB/T2861.11990导 套GB/T2861.61990八、主要零部件的制造（一）凹模 凹模总体的制造工艺过程为：锻造热处理（退火）机械加工热处理（淬火+回火）线切割热处理（回火）。凹模采用Cr12钢。由于Cr12型高碳高铬冷作模具刚结晶过程中析出的碳化物极其稳定，以常规热处理方法无法细化。在较大规格钢材中残留有明显的带状或网状碳化物，而且钢材规格

27、越大，碳化物不均匀度越严重。碳化物严重偏析，不仅易产生淬火变形及开裂，而且会使热处理后的力学性能变坏，尤其是横向性能下降更多，严重影响模具使用寿命。因此对Cr12钢必须进行锻造以改善碳化物的不均匀性，保证模具的强度、韧性及使用寿命。锻造实际操作时一定要严格按照锻造工艺规范，其关键在于毛坯加热温度及保温时间。温度低、时间短、透烧不足或变形抗力太大，会产生件内裂或裂纹；而加热温度过高，会使毛坯过热或过烧，导致锻打碎裂而报废；保温时间长，会造成晶粒长大及表面严重脱碳。加热时要先预热，再逐渐升温，注意工件放置的位置要适当，且应注意翻料，以使加热均匀。锻打时坚持多向墩拔，反复墩粗、拔长，将网状碳化物和共

28、晶碳化物打碎，消除碳化物的不均匀性。锻后应注意暖冷并及时退火。锻后一般退火：加热温度为850870，保温45 h，炉冷至500以下出炉空冷，退火后硬度229HBS，组织为粒状珠光体+碳化物。锻后进行机械加工。这里的加工主要是对凹模外行尺寸及各螺纹孔的加工。外行可用刨床对其进行粗加工，然后用磨床进行半精加工。在电火花线切割加工之前还应进行热处理，即淬火和回火。淬火：加热温度为950980，油冷，硬度60HRC。回火：一般回火温度为180200，这里为了防止电火花线切割裂纹和磨削裂纹，提高Cr12钢模具的韧性，建议采取400回火。回火后硬度为5458HRC。电火花线切割加工，凹模加工是去除内腔，所

29、以线切割前须先打好钼丝孔，钼丝孔打在R8圆弧的中心O点，走丝路线如图10中虚线所示。手工编程采用3B格式，编制的程序见表1。表1 凹模线切割程序序号线段BxByBJGZ1O1 BBB7793GxL1212B7793BB15586GyNR3323B7793B94793B94793GyL2434B7793BB15586GyNR1541B7793B94793B94793GyL4线切割结束后还要进行回火热处理，以消除加工产生的残余内应力。（二）凸模 凸模制造工艺与凹模差不多，只是电火花线切割加工部分不同。凸模走丝路线如图11虚线所示。凸模线切割程序见表2。表2 凸模线切割程序序号线段BxByBJGZ1

30、12 BBB5000GxL3223B7928BB15586GyNR1334B7928B94928B94928GyL4445B7928BB15536GyNR3552B7928B94928B94928GyL2九、模具装配模具是专用成型工具是专用技术产品，所以必须进行专门设计与制造，而模具装配却是模具制造工艺过程的最后工艺阶段，包括装配，调整，检验和试模等工艺。冲裁模是冲压生产中不可缺少的工艺装备，良好的模具结构是实现工艺方案的可靠保证。冲压零件的质量好坏和精度高低，主要决定于冲裁模的质量与精度。冲裁模的结构是否合理，先进，都直接影响到生产效率及冲裁模自身的使用寿命和操作的安全，方便性等。由于冲裁件形状、尺寸、精度和生产批量及生产条件不同，冲裁模的结构类型也不同。此模具是一副级进模，在送料方向上没有多个冲压定位，在不同工位上进行连续的冲压，压力机每次行程完成一部分冲压，通过连续的多次