模具毕业设计13打火机金属外壳的冷冲压模具设计说明书

毕业设计（论文）

说明书

题目名称：打火机金属外壳的冷冲压模具设计 院系名称： 机电学院 班 级： 机自 班 学 号： 学生姓名： 指导教师:

年5月

摘要

本次课题打火机金属外壳的冷冲压模具设计，通过这次设计，进一步熟悉冲压模具的设计流程运用落料、冲孔、弯曲等冲压工序设计冷冲压成形模具，需要解决很多的关键问题，对零件进行工艺分析，进行冲压工艺方案及模具结构方案设计和对冲压模具零部件工艺参数进行参数选择及验算，绘制冲压模具装配图和零件图。需要运用机械、材料成形、冷冲压模具、计算机二、三维设计等多学科的知识，需要相当广阔的知识面和较高的专业水平。通过对零件进行工艺分析和工艺参数计算，根据零件所需冷冲压工序设计出连续冲压模具，同时运用AutoCAD绘制二维模具装配图和零件图还得同时对部分零件进行了加工工艺分析。该零件复杂且尺寸不规则，这对模具设计和展开排样提出了较高的要求，特别是弯曲过程，需要合理的安排工艺，巧妙的设计冲模来解决，对于部分不关键的零件可适当降低尺寸公差要求，设计中尽可能使用标准件，有利于设计成本的降低。

关键词：冷冲压模具，工艺分析，连续模，打火机金属外壳

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Abstract

This topic lighter metal exterior cold stamping mould design, through the design, further stamping mould design process using blanking, punching, bending stamping process design of cold stamping mould, needs to solve the key problems of many parts, technical analysis, stamping process scheme and the die structure and design of stamping mould parts process parameters parameter selection and calculation, stamping, assembly and detail drawings. Need to use machines, materials, stamping, molding, cold, 3d design of computer science knowledge, need quite a broad knowledge and professional level. Through the analysis of the technology of parts and the process parameters calculation, cold stamping parts needed to process a compound stamping mould design, and using AutoCAD assembly drawing two-dimensional mould parts and also have also made for parts processing analysis. The components and complex, the size of irregular of mold design and layout puts forward higher requirements, especially the bending process, need reasonable arrangement of the clever design process, stamping parts, to solve the key parts for not properly reduce dimension tolerance requirement,design as far as possible, to use standard design cost reduction. keywords: Cold stamping mould，Process analysis，Continuous mode，

Lighter metal shell

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目录

1 引言 ............................................................................................................... 5 2 工艺方案确定 ................................................................................................. 7

2.1 零件及冲压工艺分析 .......................................................................... 7 2.2 工艺方案确定与工艺流程图 ................................................................. 8 2.2.1工艺方案确定 ................................................................................... 8 2.2.2工艺流程确定 ................................................................................... 8 3 工艺参数的计算 ............................................................................................ 10

3.1 毛坯的尺寸计算 .................................................................................. 11 3.2 冲裁排样及材料利用率的计算 ............................................................. 11 3.3各部分工艺力的计算 ............................................................................ 12 3.3.1 冲裁压力的计算 .............................................................................. 12 4 主要工作部分尺寸计算 ................................................................................. 14

4.1 预切断凸凹模的刃口尺寸计算 ............................................................. 15 4.2 冲孔凸凹模刃口尺寸计算 .................................................................... 15 4.3弯曲冲孔凸凹模高度的确定 ................................................................ 16 4.4冲孔凸模的强度和刚度校核 ................................................................ 17 4.5凸凹模的结构选择设计 ........................................................................ 18 5 其他零件设计 ................................................................................................ 18 6 压力机的选择 ................................................................................................ 25 7 部分零件加工工艺过程 ................................................................................. 26 8 模具的装配和使用 ......................................................................................... 28 9 经济性分析 ................................................................................................... 30 10 结 论 .......................................................................................................... 31 参 考 文 献 ..................................................................................................... 32 致 谢 .............................................................................................................. 33

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1 引言

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

日前，中国模具协会企业年报显示： 2006年我国模具工业总产值已达516亿元，其中冲压模具、压铸模具等约占总量的80％。预计到2010年，国内模具市场需求量将在1200亿元人民币左右。据介绍，目前我国汽车模具潜在市场十分巨大。质量好的冲压模具在汽车整车等行业供不应求。因此未来我国机械行业中，模具的发展——特别是冷冲压模具的发展就显得尤为重要。

据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元，约合6.2亿元。根据我国海关统计资料，2004年我国共进口冲压模具5.61亿美元，约合46.6亿元。从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元。其中国内市场总需求为260.4亿元，总供应约为213.8亿元，市场满足率为82%。在上述供求总体情况中，有几个具体情况必须说明：一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率；二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在

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国际市场的前景看好，2005年冲压模具出口达到1.46亿美元，比2004年增长94.7%就可说明这一点。

标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距冷冲压是一种先进的金属加工方法，它具有生产效率高，加工成本低，材料利用率高，产品尺寸精度稳定，操作简单易于实现机械化和自动化等一系列优点，因而在批量生产中得到了广泛的应用，在现代化工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。在经过实习后首先考虑的是在最少的时间用最快的速度制造出最多的零件，同时又要保证质量，这就需要设计者在设计时注意很多的问题，譬如制造模具的成本，模具的寿命，生产出制件的质量等等。我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都存在较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。

本课题以日长生活中常用的一个典型零件—打火机金属外壳为冲压模具设计对象，通过对其进行冷冲压工艺分析，设计出合理适用的冷冲压模具，绘制出落料冲孔弯曲级进模装配图。因为该零件形状复杂且曲面多，其冲压模具设计方法与汽车覆盖件模具相似，这正是我国冲压模具设计制造能力与国外的差距所在，因此此次设计具有较大地难度，要成功设计出该模需要对模具有深刻的理解和认识。

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2 工艺方案确定

2.1零件及冲压工艺分析

本次毕业设计课题源自我们日常生活中最常用的打火机通过选出其中一

个较典型且复杂的零件—打火机金属外壳来开展冲压模具设计。

工件冲压技术要求如下: 材料牌号：SPHDZ 材料厚度：0.5mm 生产批量：中批量 未注公差：按IT14级确定

图2-1 打火机金属外壳

从图2-1中可以看出该工件形状较复杂且曲面多，需要运用落料、冲孔、弯曲等多种冲压工序才能加工出来，设计起来较复杂，需要设计一套连续模具才能将该工件加工出来。但由于该工件精度公差不高，按IT14级确定，因此该模具结构设计的精度适当即可。

该工件原材料为热轧钢带，材料为SPHDZ，具有强度低、延伸好、外观颜色不亮等力学性能，适用冲压模具加工。工件脱氧方式和化学成分如表2-1所示。

表2-1 工件脱氧方式和化学成分 化 学 成 分 a% 牌 号 脱氧方式 SPHDZ 铝硅镇静 C ≤0.09 Si ≤0.05 Mn ≤0.50 P ≤0.035 S ≤0.035 Alt 料厚t=0.5mm，属于薄料件，冲压时需要特殊处理，在设计此模具时主要考虑模具材料和结构的选择，确定一定的模具寿命。但有几点要注意：

(1)工件冲孔处要合理安排工序； (2)工件先冲孔后落料；

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(3)应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命；

(4)模具结构形式的确定：因该制件较薄，为保证制件平整，采用弹压卸料装置。它还可以对冲孔小凸模起导向作用和保护作用，定位形式采用导正销形式进行精定位。此外，由表面质量、生产批量等其他技术要求可以看出，普通冲裁完全可以满足其技术要求。

2.2工艺方案确定与工艺流程图

2.2.1工艺方案确定

通过冷冲压工序分析，该工件包括落料、冲孔、弯曲等工序。可拟定以下几个冲压工艺方案：

方案一：落料、冲孔、折弯每个工步均分别采用一套模具生产，总共六套模具。 方案二：落料、冲孔折弯采用一套级进模进行生产。

方案三：采用落料冲孔复合模、弯曲采用两套弯曲模，共三套模具。

方案一优点：这种方案模具结构简单，易于模具的设计和加工，工件各部分的形状及尺寸都能得到保证，且投产快。方案一缺点：生产工序过于繁多，占用设备及冲压工人也多，设备及人力成本大，且难以保证对工件表面的要求，且由于是中批量的生产，工序太多的话，生产效率太低，需要花费大量的人力及财力投资在模具的设计与加工上，对企业的经济不利。

方案二优点：工件的精度及生产效率都较高，便于操作。方案二缺点：级进模结构复杂，设计周期长且成本高，同时要经过多次定位和变形，产生的积累误差大，因而冲裁件精度较低。从提高生产效率，减轻工人劳动强度，提高生产效益考虑可以设计这样一套级进模具。

方案三优点：模具设计结构较简单，易于模具的设计和加工，工件各部分的形状及尺寸都能得到保证，定位准确，且投产快，同时考虑到了在拉深翻边和缩口工序中会对侧孔产生变形。缺点：模具数量多，增加了工人的劳动强度，提高了成本。

综上所述，采用方案二来设计模具。因为打火机金属外壳的加工是一套传统的冲压成型工艺，设计成复合模模具数量较多，需要的工人数量较多工人劳动强度也较大，占用的面积也较大。方案二能极大地提高生产效率，降低工人劳动强度，降低劳动成本，能让企业在市场竞争中处于有利地位。 2.2.2工艺流程确定

通过以上工艺分析，确定工艺流程如下图2-2所示。

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图2-2 冲压工艺设计流程

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3 工艺参数的计算

3.1 毛坯的尺寸计算 工件毛坯展开图：

图3-1 工件毛坯展开图

毛坯展开尺寸计算

按几何运算原则，用解析法求该工件尺寸，无弯曲部分直接测量。有两个一次弯两个叫的弯曲和一个接近直角角度的弯曲，它们的测量尺寸分别代入计算如下：U形弯曲的计算公式为L=a+b+c+0.6t算出工件宽度L=24mm N=22 mm

?M?a?b?c??0.5t?17.7mm接近直角度角弯曲展开尺寸计算代入公式得： o90

d?d320?21l11）?3.14?0.52?0.52?（） A3?π（ （3-1）

22=43.mm2

A4?πl（2d2?d439?46.4）?3.14?3.72?3.72?（） （3-2） 22=699mm2

π3.1422A5?（d5?d4）?（552?46.42） （3-3）

44=685mm2

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则圆孔毛坯展开尺寸D=查表得的修边余量Δh=2

4（A1?A2?A3?A4?A5=17.8mm π则D2?57.8?2?2?11.8mm

3.2 冲裁排样及材料利用率的计算

排样时工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以保持条料有一定的刚度，便于送料。搭边是废料．从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。图中的细实线表示零件对排时的轮廓线，有阴影线的粗实线表示选定了的冲孔与落料的粗实线表示落料后留在条料的的轮廓。

排样草图号不画到正式模具图上，却对设计过程很有用途，排样草图可以画得随便一些，简略些，例如忽略零件轮廓的小圆弧，小缺口等，以简化撩样图的绘制过程 并不影响分析与计算的结果。 3.2.1 计算步距

参照《冲压工艺与模具设计》确定搭边值a=4.0mm a1=1.5mm 步距尺寸按工件送料方向最大尺寸与纵搭边之和计算，级进进料步距为S0=12+4=16mm. 3.2.2 计算条料宽度

在排样图确定之后，便可以计算条料的宽度，以便决定下料的尺寸及公差。我们先选择无横搭边排样的条料宽度。

按《冲压工艺模具与设计》书56页2-10图a1=1.5mm，62页2-12图查剪板机下料公差Δ=0.6mm.63页2-13、2-14图b1=1.5mm，C1= 0.2mm ,C2=0.1mm. 无侧刃装置时的条料宽度为了保证有足够的搭边，

条料宽度应按下式计算：条料宽度：b=17+2a1=17+2×1.5=20mm 3.2.3 计算材料利用率

一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数称为材料利率。由于板料冲裁时板厚一定的，所以材料利用率可用面积之比，即一段条料的有效面积与这段条料的面积之比，来代替重量之比。

同一个工件，排样不同时，材料利用率也会不同，材料利用率越高者越省料因此，材料利用率是判断排样是否经济的重要参数。但材料利用率并不是选择排样的唯一标准。一般按下述原则选择；对天铜板等较贵重材料，特别是在生产最

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较大时，应尽量选择材料利用率较高的排样。如果某种排样比其它排样的材料利用率提高不到5%，且使模具复杂化时，那么这种排样是不可取的。而在生产量小时，则应尽可能选择比较简单的排样，以便使模具容易制造。

由于工件横向尺寸较小可按下式计算一个步距的材料利用率工件毛坯较大，考虑到操作方便，采用单排。

查有关表得搭边值： a1=1.5 a2=2， 进距：s=16+ a2=14+2=16

条料宽度：b=17+2a1=17+2×1.5=20mm

板料规格拟选用：卷料规格 采用卷料:

51?28?2?23?27??3×100%=70.2% 板的利用率：η=?220?90由于此工件毛坯形状不规则采用纵裁排样此排样方式的利用率高，故采用进行纵裁排样（排样图见图3-1）

图3-2 冲裁件排样图

3.3各部分工艺力的计算 3.3.1 冲裁压力的计算

冲裁压力是冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称。 1.冲裁力的计算

由于模具为平刃口模具冲裁，落料力作为纯剪切进行计算，其冲裁力为：

F?Lt?

式中，L：冲裁件轮廓周长； t：材料厚度；

τ：材料抗剪强度

而在实际选择设备时，为了设备安全起见，常取1.3左右的安全系数，故

F设备=1.3F?1.3?Lt?0.8?b?Lt?b （3-4）

由相关资料可查出，热轧钢材料的?b为350Mpa。针对本冲裁件，冲裁力包括落料力和冲孔力，现分别计算如下：

落料力：

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F落?1.3Lt1??1.3Lt1?b （3-5）

=1.3?238.64?2?260=161.32(KN) 冲孔力：F2?1.3L2t??1.3L2t?b 冲φ2导正孔：F1?1.3L2t??1.3L2t?b =1.3?40.82?2?260=27.6(KN) 冲长圆孔： F2?1.3L3t??1.3L3t?b =1.3?13.2?2?260=8.9(KN) 2.卸料力、推件力及顶件力的计算 卸料力： F卸推件力： F推顶件力： F顶?K卸F冲 （3-6）

?nK推F冲 （3-7）

?K顶F冲 （3-8）

根据手册可查出式中各系数，分别取：K卸＝0.03，K推＝0.05，本次设计冲压模具没采用顶件装置，故无顶件力，不必计算。计算冲孔的推件力时，n为留在凹模洞口处的冲裁件件数，n?h25??25（式中，h为凹模直刃口高度，t1t为板料厚度）。因此，根据本课题情况，各力计算如下：

落料时的卸料力：

F卸?K卸F1 （3-9）

=0.03?161.32=4.84(KN) 冲孔时的推件力：

F推?nK推F2 （3-10）

（27.6?8.9）?103=5.5(KN) =3?0.05?3．弯曲模弯曲力计算：

查表得知：弯曲系数A=0.688;安全系数C=1.13；弯曲线长度B=2.71 (1) 第一次弯曲力

F3=2.4Btζb A C =2.4×2.71×0.8×350×0.688×1.13=1.4(KN) （3-11） (2) 第二次弯曲力

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F4= Ltζb/3 =1567.3N。F压料力=F/3=0.5(KN) （3-12） (3) 落制件

F5=Ltζb=6.7(KN) （3-13） (4) 切断载体

F=Ltζb=( 0.95+3) ×0.8×350=1106N,由以上各项相加的总冲裁力: 计算F顶?K顶F冲?0.08?16.5?1.32(KN) （3-14）

压力机所需的总冲压力的计算

根据本次设计的模具结构，压力机所需的总冲压力为：

F总?F落?F1?F2?F3?F4?F5?F顶?161.32?27.6?8.9?4.84?5.5?1.4?0.5?6.7?1.32 ?218.65（KN)

4 主要工作部分尺寸计算

主要工作部分尺寸包括模具的凹模，凸模。由于工件为打火机金属外壳，尺寸精度要求不高，可按IT14计算。常用的计算刃口尺寸方法有两种：一是凸模与凹模分别注出各自的基本尺寸及其公差，简称为公差法制模；二是只有基准件（落料时为凹模，冲孔时为凸模）注出基本尺寸及其制造公差，而配作件（落料时为凸模、冲孔时为凹模）则只注与基准件相同的基本尺寸，不注公差，在技术要求中注明配作时应达到的合理冲裁间隙值Zmin，简称配作法制模。在这里我们就按配作法去计算， 基本作法如下：落料时，只计算凹模刃口尺寸，制造公差取工件相应尺寸公差的1/4。凸模刃口尺寸不需要计算，在凸模的工作图上只注凹模相应刃口尺寸的基本尺寸，不注公差。在技术要求中注写“刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证单边间隙为Zmin/2”。冲孔时，则只计算中心凸模刃口尺寸， 并取工件相应尺寸公差的1/4为其制造公差，不计算凹模刃口尺寸，在凹模工作图上只注相应凸模刃口的基本尺寸，不注公差。并在技术要求中注写“刃口尺寸按凸模实际尺寸配作，保证单边间隙为Zmin/2。

应注意到，凸模与凹模刃口尺寸的制造公差影响冲裁间隙值的大小。所以，刃口尺寸的计算与处理既要保证冲出合格的工件，又要保证合理的冲裁间隙值。异形凸模和凹模可采用分开加工。因为本级进模具的凸，凹模刃口很多，仅计算部分。

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4.1预切断凸 、凹模的刃口尺寸

0.007对5.5??0.001的凹、凸模的制造公差查表可得：

?凹=?凸=0.020mm

预切断刃口双面间隙：

zmin=0.10mm zmax=0.14mm

由于

?凸??凹?0.04mm?zmax?zmin?0.04mm，故采用凹模与凸模

配合加工方法。查表得x=0.5。由：

000d凸?（d?x?）??=(5.5?0.5?0.24)?0.02?5.62?0.02 ???0.02?0.02 d凹?（d凸?Zmin）（5.62?0.14）?5.7600?0式中： x = 0.5,由《冲压手册》表2-30查得，

Cmin = 0.07，由《冲压手册》表2-25查得，表查得Cmax = 0.1）

??0.24

δ = 1/4? = 0.006 凹凸模双面间隙：

dmin?0.10mm dmax?0.13mm dmin?0.10mm dmax?0.13mm

4.2 冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算

（1）冲孔件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸。对于长圆

0.007孔3.5??0.001的凹、凸模的制造公差查表可得：

?凹=?凸=0.020mm

冲裁模刃口双面间隙：

zmin=0.10mm zmax=0.13mm

由于

?凸??凹?0.04mm?zmax?zmin?0.03mm，故采用凹模与凸模

配合加工方法。查表得x=0.5。则：

00 d凸?（d?x?）)0??=(3.5?0.5?0.43?0.02=3.715?0.02 ?0.02?0.02?0.02=（3.5+0.13）0=3.630 d凹?（d凸?Zmin）0 15

0.007（2）对长圆孔4??0.001的凹、凸模的制造公差查表可得：

?凹=?凸=0.020mm

冲裁模刃口双面间隙：

zmin=0.10mm zmax=0.13mm

由于

?凸??凹?0.04mm?zmax?zmin?0.03mm，故采用凹模与

凸模配合加工方法。查表得x=0.5。则：

00d凸?（d?x?）)0??=(4?0.5?0.43?0.02=4.215?0.02 ?0.02?0.02?0.02=（4+0.13）0=4.130 d凹?（d凸?Zmin）0?0.006（3）对φ20导正孔的凹、凸模的制造公差查表可得：

?凹=?凸=0.020mm

冲裁模刃口双面间隙：

zmin=0.10mm zmax=0.13mm

由于

?凸??凹?0.04mm?zmax?zmin?0.03mm，故采用凹模与

凸模配合加工方法。查表得x=0.5。则：

00d凸?（d?x?）)0??=(2?0.5?0.43?0.02=2.215?0.02 ?0.02?0.02?0.02=（2+0.13）0=2.130 d凹?（d凸?Zmin）0式中： x = 0.5,由《冲压手册》表2-30查得，

Cmin = 0.07，由《冲压手册》表2-25查得，表查得Cmax = 0.1）

??0.34

δ = 1/4△ = 0.021

凹凸模双面间隙：

dmin?0.10mm dmax?0.13mm dmin?0.10mm dmax?0.13mm

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4.3 冲孔，弯曲凸模高度的确定

L=h1+h2+h3+h

其中：h1为凸模固定板厚度，一般为凸模高度的40%左右，计算取为30㎜。

h2为卸料板的厚度，查课本P23页一般为6～12 ㎜，取为10㎜。

h3为弹性橡胶体的厚度，本次设计取15mm

h为附加长度，包括修模余量和安全长度，取3㎜。 综上 ，则：L=30+15+10+3 故：L=58㎜

即凸模的长度为58㎜，具体长度根据实际情况调整后再确定。

0.0074.4 冲长圆孔3.5??0.001凸模的强度和刚度校核

冲长圆孔凸模比较细长，结构简单，因冲孔凸模直径很小，所以应对凸模进行强度和刚度校核，检查危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求： （1） 凸模强度校核

凸模正常工作的条件是其刃口断面承受的轴向压应力不应超过模具材料的许用压应力既

F ???[?]S

c?c式中：?c--凸模刃口端面承受的压应力 F?--作用在凸模端面上的总冲压力 S—凸模刃口端面面积 [?c]—模具钢的许用压应力

由于是长圆孔凸模且计算推件力则：

4t?k(1?nk推） d?dmin? （4-1）

[?c]代入数据得dmin?4t?k(1?nk推）4?2?300?(1?3?0.05)mm?1.97mm =

1400[?c] 最小凸模直径3.5mm>1.97mm,故满足强度要求。

（2） 凸模抗压失稳校核（刚度校核）

细长凸模抗压失稳条件，可用压杆失稳的欧拉公式确定求压杆失稳临界载

?2EJ荷Fcr的欧拉公式为：Fcr? （4-2）

(?lmax)2式中：Fcr--压杆凸模失稳时的临界载荷 lmax--临界载荷状态压杆的许用长度 E—弹性模数 J—凸模最小断面的惯性矩，圆形凸模，J=?d4/64 ?--与支撑情况有关的长度系数

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系数K，令：

?2EJ Fcr?KF??2(?lmax)?2EJ由此推导出许用长度lmax= （4-3） 2?KF?本次设计细长凸模由弹压卸料板导向，可视为两端铰支，?=1，代入数据得

lmax=

?2EJKF?=

?2?2.2?105???5.15464?2?47.8?103mm?70mm

本次设计长圆孔凸模长度l采用58mm，l?lmax故满足刚度要求。

4.5 凸凹模的结构选择设计

本套模具凸凹模均采用Cr12，这种钢有高淬透性，且有较高的韧性，淬火时体积变化最小，因此，可用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具，适用于制造冲裁凸、凹模。

外形冲裁凸模，弯曲凸模，参照JB/T8057.2-1995 B型圆凸模设计。 该模具为连续冲裁模，凹模采用螺钉固定。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配置，并保证双边间隙0.10~0.13mm。凸凹模工作面的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。因此从强度方法考虑，其壁厚应受最小值限制。凸、凹模壁厚于模具结构有关：当模具采用正状结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直通形刃口形式，且采用下漏料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。不积聚废料的凸凹模的最小壁厚应达到模具总装配的应用标准在实际选择。

5 其他零件设计

5.1 模架的选用

模架由上下模座、导柱、导套等组成。模架是模具的主体结构，模具的全部零件都固定在它上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具的上下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。选择模架结构要根据工件的受力变形特点出件方式，材料送进方向以及操作是否方便等碱性综合考虑。

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根据落料凹模的周界尺寸，查阅使用冲压模具设计手册，同时为了安装方便，

选择模架尺寸时要从凹模的轮廓尺寸来考虑，一般长度及宽度上模架都应该比凹模大还要注意模架与压力机的关系本次设计采用后侧导柱式模架.按资料中的选用则上模座为220×160×45㎜，下模座为220×160×45㎜的规格，其他结构的尺寸值不变。显然可以放下该模座，且最大闭合高度也满足要求，因此所选压力机符合要求。

5.2 定位装置

冷冲压加工条料或坯件在冲模内应处于正确的位置，称为定位。定位应符合6点定位原则。定位零件的作用，是使条料或毛坯在精冲在确定正确的位置，从而保证冲出合格的制件，根据毛坏和模具不同的特点，必须采用不同形式的定位装置，冲模中常见的定位零件有定位板、定位销、挡料销、导料销，侧压板等。

对于带有弹压卸料板的落料冲孔模，若采用活动挡料销，在冲件时活动挡料销随凸模的下行而压入孔内，工作方便，但是要求弹压卸料板较厚，对于弹压卸料板较薄的板料，如果采用固定挡料销的形式，在凹模的相应位置留出空间，同时满足冲件要求，而且经济性好。 5.2.1 定位的基本形式 (一) 导向定位

条料在导料销之间送进，可保证送料方向正确。但实际上导料销起作用，加上凹模面定位作用。因此属于不完全定位。送料方向上再加上限位点，且该点不在导料销连线上，才能达到完全定位。 (二) 接触定位

当条料同时接触两个导料销和个挡料销时,便可达到完全定位. (三) 形状定位

形状定位是单件坯料的定位，常见的是利用坯料的外形定位，坯料由6个定位销限位，只要坯料同时接触其中4个定位销，便可起到定位作用。实际上坯料难免与定位之间有间隙。因此，形状定位的精度低于接触定位。如果坯料较大且中间有非圆形孔,也可利用内形定位，根据材料的结构形式我们采用接触定位较好上些。

5.2.2 条料横向定位装置

条料横向定位也称为导料，主要作用是保证条料的横向搭边值。由于该模具结构为连续模所以条料的横向定位使用导正销，而不用导料板。导正销有固定式和弹顶式两种基本类型，前者多用于顺装式复合模。后者多用于倒装式复合模，

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这是从凹模强度考虑的。所以选择固定式导正销。

设计时，两个导料销的中心距尽可能取大一些，以便于送料，并有利于防止条料偏斜。两个导料销应置于近入一侧，以利于安全操作。

设计时，两个导料销的中心距应尽可能取大一些，以便于送料，并有利于防止条料偏斜。两个导料销应置于近人一铡，以利于安全操作，采用导正销的优点是对条料宽度没有严格要求，且可使用边角料。 5.2.3 条料的纵向定位装置

条注纵向定位也称为挡料。在落料与复合模中，挡料的主要作用是保证纵向横向搭边值，而在级进冲裁模中，还将影响制件的形位尺寸精度，因此要求更高。它有固定挡料销，活动挡料销，回带式挡料装置，始用挡料装置，侧刃与侧刃挡块，导正销几种。

因为固定挡料销主要用在顺装复合模上。固定挡料销在凹模型孔一侧，利用落料以后的废料孔进行挡料，控制送料距离，简称定距。B型用于废料孔较窄时挡料较方便，但应用不多，一般都采用A型。

固定挡料销设置在近凹模刃口处为推式挡料，设置在远离凹模刃口处为拉式挡料。推式挡料的挡料销孔离凹模刃口较近，损害凹模强度。拉式挡料可克服这一缺点，冲厚料时可考虑采用。但在落料纵向尺寸较大时，将使凹模长度乃至整个模具尺寸都增大。因此，应用并不多。采用挡料销定距时，每次送料均需将条料抬起，因此只能单冲，不便连冲，生产效率较低，拉式挡料更是如此。 5.2.4定位销

在单工序冲压加工中，加工前的工序件可以是剪床下料或落料模落料的平板毛坯，也可以是各种成形加工的立体工件。这咱工序件在模具中常用定位板或定位销进行定位，属于形状定位。

定位销用于平板坯料或立体成形工序件上有两个定位销孔时的定位，用于外形定位时，可代替外形定位。

设计时，定位销与工序件之间的配合一般可取H9/h8。制造时，常以工序件为基准修配得到。定位精度要求不高时，可将双边间隙值放大至0.1～0.2mm。定位销的工作高度h值与板料厚度有关，可查《冲压工艺与模具设计》表2-24选取。每块定位板要用两个销子定位，至少一个螺钉固定。定位板的定位面不宜过大，以便取放工件方便、安全。需多道工序件完成的工件，定位基准应是同一的，以减少定位误差。

5.3卸料装置

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卸料装置的功用是在一次冲裁结束之后，将条料或工序件与落料凸模或冲孔凸模脱离，以便进行下一次冲裁。因为模具采用的下出件的方式，所以不需要设计推件装置。

卸料装置有固定卸料装置，弹压卸料装置，由于冲薄料且工件平整，采用弹压卸料装置较方便，且装在模具的上模。

5.4 弹压卸料板的设计

因在有导向的模具中，冲裁时弹压卸料板应压紧板料，因此弹压卸料板制成台阶形。

台阶宽度B1,= B1-(0.2～0.4)=61.71-(0.2～0.4)=61.51～61.31。 台阶高度取h1=h-t+(0.5～1)=8-1.5+(0.5～1)=7～7.5

弹压卸料板的型孔与凸模之间应有合适的间隙，为满足卸料要求，只要单板间隙小于板厚，弹压卸料板有精确导向时，其型孔与凸模取H7/h6的配合。

5.5 弹性元件的选用与计算

因为橡胶块作为弹性元件，具有承受负荷大、安全及安装调整方便，所以选用橡胶作为弹性元件。 a.橡胶块品种的选择

选用硬度为邵氏70～80A的聚氨酯橡胶为弹性元件,由于其性能比合成橡胶优异，不仅可获得较大的压力，而且可延长其使用寿命。模具国标GB2867.9-81专门规定了聚氨酯弹性体的规格与尺寸,为中心带孔的圆柱体,选用十分方便. b.橡胶块高度的确定

橡胶块高度H=hg/(εj-εy)=2.2/（20%-10%）=22mm ( H—橡胶块自由状态下的高度(mm);

εj ---橡胶块极限压缩率.因为取的是橡胶是邵氏70-80A我聚氨酯橡胶,则应取εj≤19%.硬度越高, εj 值越小.

hg ----橡胶块工作压缩量 c.橡胶块截面尺寸的计算

根据公式A=F/Fq,查表取Fq=5.6Mpa A=109424/2.5=43769.6mm2

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图5-2 聚氨酯橡胶

D=32mm d=10.5mm H=25mm D1=42mm JB/T 7650.9-1995

5.6 定位零件

本副模具采用两个导正销导向送料，为使条料顺利通过导正销的间隙，在计算排样尺寸图时一并算出，此处不在叙述。结构和规格与挡料销相同。同时在本副模具中采用固定挡料销来限制条料的送近步距，使用圆形挡料销，规格为Φ6×10。该结构的挡料结构简单，制造容易，使用方便，适用于固定卸料板及手工送料的冷冲模结构。

5.7冲模的导向

冲模工作时，除了由压力机滑块对上模与下模进行导向以外,还可单独设置导向装置进行导向，其主要作用如下:

1. 模具在压力机上安装调整比较方便。

2. 冲制的工件质量稳定，冲裁间隙始终保持一致而不易发生变化，因此工件有较好的互换性。

3. 冲模不易损坏，故模具寿命比无导向冲模高。

模具导向机构可分为导板导向和模架导向。由于导板导向凸模要有兼作导向作用，其截面尺寸不能太小，以免受侧向力而折断，其截面也不宜太复杂。其次，由于使用中不允许凸模志导板脱离，选用压力杨也受到了限制。只能使用行程可调冲床。而采用模架进行导向，不仅能保证上、下模的导向精度，而且能提高模具的刚性、延长模具的使用寿命、使冲裁件的质量比较稳定、使模具的安装调整比较容易。

因此分析可选择模具的导向机构采用模架导向比较好，选用的导向机构是一种比较特殊的弹压导板式模架，弹压导板除具有弹压卸料板压料及卸料功能外，还能对凸模进行导向。根据导柱导套导向的简易程度选择滑动导向模架比较好，结构比较简单为了保证使用中的安全性与可靠性，设计与装配模具时，还应注意

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下列事项：当模具处于闭合位置时，导柱上端面与上模座的上平面应留10～15mm的距离；导柱下端面与下模座下平面应留2～5mm的距离。导套与上模座上平面应留还小于3mm。 导柱(B型导柱)

图5-5 B型导柱

d=42 d1=42 L=280 l=35

5.8固定与连接零件

采用固定板将凸凹模固定在上模座上，固定板与凸凹模之间采用阶梯固定的形式。固定板与上模座之间采用内六角螺钉与圆柱销来连接和定位，螺钉尺寸与圆柱销尺寸根据被连接的两部分零件厚度来确定。此外，由于本副模具的尺寸所需冲裁力较大，因此采用垫板的结构。固定板用于中、小型凸模或凹模固定在模座上，其平面轮廓尺寸除应保证凸、凹模安装孔外，还应考虑螺钉和销钉孔的定位，厚度一般取凹模厚度的60%~80%。固定板孔与凸、凹模采用过渡配合（H7/m6）。压装后端面磨平，以保证冲模垂直度。

5.9 卸料与推（顶）件装置

由于板料厚度为很薄故要采用弹压卸料板结构，其结构简单，卸料力小，用于板料厚度较薄的情况弹压卸料板，卸料板不仅起卸料的作用，还起到压料的作用，卸料板的型孔与凸模的单面间隙为0.5㎜，厚度为10㎜。

5.10 凸模固定板

凸模固定板的外形与尺寸通常与凹模板相同，厚度为凹模板厚度的0.8～1

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倍。在此采用环氧树脂及胶粘法固定的凸模，则型孔尺寸按相对相应凸模尺寸适应放大周边间隙来确定。固定板用于中、小型凸模或凹模固定在模座上，其平面轮廓尺寸除应保证凸、凹模安装孔外，还应考虑螺钉和销钉孔的定位，厚度一般取凹模厚度的60%~80%。固定板孔与凸、凹模采用过渡配合（H7/m6）。压装后端面磨平，以保证冲模垂直度。

5.11 垫板

垫板主要用于直接承受和扩散凸、凹模传来的压力，以降低模座所收的单位压力，防止模座被局部压陷，影响模具正常工作。模具是否用垫板，根据模座承受压力大来确定垫板的采用与厚度：是否采用垫板ó=F/A=450Mpa查表得铸铁模板的[ó]=90-140Mpa ,因此须采用垫板。

在凸模固定板与上模座之间加一块淬硬的垫板，可提高模具的使用寿命，垫板的平面形状与尺寸与固定板相同，可适当增大垫板的厚度其厚度一般取 6～10mm，垫板厚度取8mm。垫板上穿过连接螺钉、卸料螺钉和定位销处要钻通孔，直径应比相应件的直径增大0.5-1mm。注意，销孔是在预装模具时调整好冲裁间隙后，同模座和固定板一起经钻孔、铰孔加工出来的，板淬火前应将穿销孔扩大，免垫板淬火变形后难以打入销钉。

5.12 紧固件

冲模上的紧固件包括连接螺钉和定位销钉。受力较大的连接螺钉一般都采用内六角螺钉，是用45号钢制造，淬火达35-40HRC，此可承受较大的拉应力。力不大的小螺钉可以采用普通圆柱头螺钉，一般不用半球头螺钉或沉头螺钉。者一字槽容易拧坏,后者装配时不便调整，定位销采用普通圆柱销，以承受一定的切应力。

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6.压力机的选择

6.1 压力机的初步选用

冲压工作是将冲压模具安装在冲压设备上主要是压力机上进行的，因而模具的设计要与冲压设备的类型和主要规格相匹配，否则不能工作，正确选择冲压设备，关系到设备的安全使用，冲压工艺的顺利实施及冲压件的质量生产效率和模具寿命一系列重要问题。

综上计算所知，因为选用的是弹性卸料结构,所以总压力F总为各力的总和，其中包括卸料力.故

F总?F落?F1?F2?F3?F4?F5?F顶?161.32?27.6?8.9?4.84?5.5?1.4?0.5?6.7?1.32 ?218.65（KN)在考虑各因素后，取一安全系数0.7左右，所以必须选用500KN的公称压力机.则根据所需总压力初选公称压力为500KN的开式压力机。（参看《冲压手册》相关章节543页。压力机的主要技术参数如下表所示

表6-1 压力机的主要技术参数

公称压力 500 滑块行程/㎜ 100 行程次数最大闭合高度/min-1 100 工作台 /㎜ 500 模柄孔尺寸 封高度调节量 ㎜ 80 前后左右直径深 度 ㎜ ㎜ 560 ㎜ 50 ㎜ 70

450

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