本科毕业论文---支架冲压工艺及模具设计.doc

济南大学毕业设计
1 前言
1.1 国内外发展现状
本次毕业设计的零件是支架，属于五金类产品，由冷冲压工艺得到。从用途来讲，支架还有液压支架，弹簧支架等各种新型支架都一一诞生到我们的生活中。目前支架的种类很多，大到工程领域如各种管道支架，建筑用的脚手架及做各种电器设备的支撑。小到我们生活用的各种支架，对我们来说，支架真是到处可见，厨房里的抽油烟机、微波炉的支架。在我们现代家庭装修时，支架用到的地方也是越来越多。他给我们生活带来了很大的方便。
支架的材料【1】也是有很多种，从木材到塑料再到钢材。但钢材的应用还是居多。由于支架大多都是作支撑作用，鉴于它的这个功能，在强度的要求方面会比较高，而支架的材料很大程度上取决于其强度的高低，因此支架材料将是一个更加有待于去探索的方向。另外，有一个决定支架强度的因素是支架结构，如利用加强筋或其他特殊结构都会使其更加坚固。
我们生活中多数见到的支架大多是以冲压技术来加工的。首先，它属于人们日常用到的产品，需求量比较大，而冲压技术正好可以提供这一条件——大批量生产且效率高。其次，冷冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术上或是经济效果上，都有很多优点： ⑴ 冷冲压是一种高效（即高生产率）低耗（即材料利用率高）的加工方法：冷冲压工艺，适用于较大批量零件生产，便于实现机械化与自动化，有较高的生产效率。同时，冷冲压不仅能努力做到少废料和无废料生产，而且即使有边角余料，也可以充分利用，使之不致造成浪费； ⑵ 压力机简单冲压下，可以获得用其他加工工艺难以加工的各种形状复杂的零件； ⑶ 操作简单，便于组织生产。在大批量生产条件下，冲压件的成本较低； ⑷ 冲压出的制品零件，一般不需做进一步机械加工，具有较高的尺寸精度； ⑸ 冲压件有较好的互换性，冲压加工稳定性好，同一批冲压件可相互调换使用，不影响装配和产品性能；⑺ 冲压加工可在耗费不大情况下，能获得强度高、刚度大而重量轻的零件。总之，对我们使用者来说，便宜，好用当然就是首选。
但是，目前我国在这方面的研究还比较滞后，模具的制造技术是一个很大的制约因素，需要我们花一段时间来学习，赶上世界的先进水平。
1.2 选题的目的及意义
本设计的产品对象是支架，属于五金冲压零件。由于它的功用给人们带来了很大的便利，简单的结构（如图1-1所示），简单的操作就可以产生如此效果。并且，在支架材料，支架结构方面及对它的整个生产过程的了解都值得我去学习。因此选择它作为我毕业设计的设计对象是很有意义的。

图1-1 支架使用实例图
①确定支架安装位置 ②钻螺纹孔 ③用螺钉固定支架 ④紧固 ⑤安装放物板 ⑥完成

2 设计内容
板材冲压是金属板带在压力机的模具上冲压成各种零件的金属塑性加工方法【2】。一般冲裁件的板料厚度在10mm以下，成形件厚度在20mm以下。板材冲压有剪切、 冲裁、 弯曲和拉伸等加工方式。板料的冲压性能用拉伸、硬度、金相、杯突、冷弯等试验测定。冲压前，除了提供板料的屈服强度、抗拉强度、延伸率等数值以外，还应提供应变硬化、厚度和平面各向异性等数值。不同的加工方式对以上数值应有不同的要求，以便取得最好的冲压效果。虽然冲压技术已经走向成熟，但在许多方面还有待于改进和提高，例如，一套模具只能用于一种零件或一类零件。冲压产品的精度一般都不会像机加工那样高等。100×125mm支架冲压工艺及模具设计的是根据支架结构特点及技术要求, 围绕如何提高生产效率、降低制造成本、简化模具结构, 制订冲压成形的工艺方案。解决条料的定位、导向、卸料、出件、优化模具结构等技术问题【3】。确定冲压工艺过程需要考虑的问题是多方面的，其主要内容有：
(1). 对冲压件进行工艺分析；
(2). 通过分析比较，确定最佳工艺方案；
(3). 确定模具结构形式；
(4). 合理选择冲压设备。
此次设计成品的生产模式： 大批量生产，压力设备型号不受限制
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3 设计方案
首先，查阅各方面关于冲压工艺及模具设计的有关文献，包括书籍、期刊、论文、设计手册和设备技术参数。然后通过了解这些知识，在具体分析要加工零件的特性，以制定出合理的冲压方案。
由此初步得出支架的冲压工艺及模具的基本工艺方案设计过程如下图2-1所示：零件图
工艺分析
工艺方案
毛坯尺寸计算
排样方式及利用率
工序性质及次数
工序组合
最终方案确定

图 2-1 冲压工艺方案设计流程图
3.1 设计对象
设计的产品对象是100×125mm支架，如下图（图3-1为实物图，图3-2为零件图）所示：

图3-1 实物照片

图3-2 零件图
3.2 冲压件的工艺分析
该冲压件作为一个支架，壁厚为1mm，其功能主要是用来起到支撑作用的，属于不对称零件，无尖角，弯曲圆角半径r为15.5，相对圆角半径r/t为15.5，大于最小弯曲半径值，因此可以弯曲成形。由于此零件是不对称的，因此在弯曲的时候会出现坯料偏移的情况，需要在设计弯曲模具的时候考虑坯料偏移这一因素。在其他精度方面要求不高。的四个圆孔和的两个圆孔精度不高，公差没有要求。加强筋部分要求规定的斜度。
通过以上工艺分析，可以看出该零件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，
又属于大批量生产，因此可以用冲压方法生产。
3.3 确定工艺方案
3.3.1 计算毛坯尺寸
分析该零件的结构，其最主要的尺寸是总长，和总宽。总长是由弯曲决定的，总宽
则是由压筋决定的。
（1）首先计算总长，弯曲件的展开图根据应变中性层的长度不变原则计算。该件的尺寸标注是在内测标注，所以毛坯的近似长度由文献【4】 P131得
L=a+b+ （3-1）
如图3-3所示：值是由弯曲半径r和壁厚t决定的，查表2-14【4】得= -7.88
因此 L=a+b+=124+99-7.88=215.12 mm，由于对零件的精度要求不高，因此取L=215mm。

图3-3 毛坯长度计算图
（2）然后计算总宽，该零件的总宽是由压筋所决定的，其展开图根据应变中性层的长度不变原则计算，如图3-4所示。
B=2l+2 h/cos（85°/2）+2（133°/360°）×2+2（85°/360°）×2
=2×11+2（9/cos42.5）+2（133°/360°）×2×2+2（85°/360°）×2×1
=58 mm

图3-4 毛坯宽度计算图
（3）由上述计算可得出最终毛坯尺寸如图3-5所示：

图3-5 毛坯
3.3.2 选材
在加工支架的过程中,支架的材料一般选用要根据厂家的需求程度综合考虑,一般情况下选用普通碳素钢板、优质碳素结构钢板、合金结构钢板、电工硅钢板、不锈钢板以及其他钢板，如镀锌钢板、工具钢板等。45号钢为 优质碳素结构用钢 优质碳素结构钢按含碳量不同可分为三类：低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C为0.25-0.6%）和高碳钢（C＞0.6%）。其中30、35、40、45、50、55等牌号属于中碳钢，因钢中珠光体含量增多，其强度和硬度较前提高，淬火后的硬度可显著增加。其中，以45钢最为典型，它不仅强度、硬度较高，且兼有较好的塑性和韧性，即综合性能优良。45钢在机械结构中用途最广。本次设计以45 钢为例进行计算。
3.3.3 确定排样方式及计算材料利用率
（1）排样方法
在冲压零件的成本中，材料费用占60%以上，因此材料的经济利用是一个重要问题。由于在该设计中选择的材料为巻料，因此在送料时要考虑到在同一方向送料，所以，选用单行排列。
在排样之前，我们要考虑排样时的搭边问题，搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以使调料有一定的刚度，便于送进。因此查表2-11【5】的数值，工件间=0.8，沿边a=1.0。依据以上数据在这里有两种排样方案如图3-6所示：

a) 排样方案一 b) 排样方案二

图3-6 排样方案
（2）材料利用率
衡量排样经济性的标准是材料的利用率，也就是弓箭的实际面积与板料面积A的比值，由文献【5】得：
（3-2）
由于此毛坯的形状是一个不规则形状，因此用CAD计算面积得其近似值为，近似周长为L=453 mm。
由式3-2得：排样方案一的利用率 =(7376/58×217)×100%=58.6%
方案二的利用率 =(7376/67×210)×100%=52.4%
由以上数据 因此采用方案一的排样方式。
3.3.4 冲压工序性质及工序次数的选择
该冲压零件需要的基本工序和次数有
a) 落料
b）弯曲
c）压筋
d）冲底面的三个孔（一个和两个）
e）冲侧面的三个孔（一个和两个）
f）起伏
根据以上这些工序，可以做出下列四种组合方案：
方案一：
a）落料
b）弯曲
c）压筋
d）冲所有的孔同时起伏
方案二：
a）落料
b）弯曲
c）压筋
d）冲底面的三个孔以及起伏
e）冲侧面的三个孔以及起伏
方案三：
a）落料
b）压筋
c）弯曲
d）冲所有的孔同和起伏
方案四：
a）落料
b）压筋
c）弯曲
d）冲底面的三个孔以及起伏
e）冲侧面的三个孔以及起伏
分析零件本身，先压筋后弯曲会使零件加强筋的性能被破坏，强度可能会被削弱。因此排除方案三和方案四。同时冲六个孔和分别冲两侧的孔最大的不同就是，同时冲六个孔时至少需要一个侧冲，模具空间结构不易布置，加大了设备的设计难度，而分别冲两侧的孔就多了一道工序。从现有的技术来看，选择分别冲两侧的孔。因此最终选择方案二作为最终方案。
3.3.5 方案的最终确定
由以上分析计算最终确定100×125mm支架冲压工艺方案为：
落料——弯曲——压筋——冲底面的三个孔及起伏——冲侧面的三个孔及起伏。
因此其工序图如图3-7所示

图3-7 工序图

4.落料模具设计
4.1 模具结构形式的确定
在选择合理的模具结构形式,使它尽可能满足以下要求：
(1) 能冲出符合要求的模具；
(2) 能提高生产率；
(3) 模具制造和修磨方便；
(4) 模具有足够的寿命；
(5) 模具易于安装调整，且操作方便、安全。
本模具采用单工序落料模，落料边缘采用一次成型，不需要修边，因此落料凸凹模精度要求要较高一点。
4.2 冲裁模具的具体设计
4.2.1 冲模的压力中心
为了保证压力机和模具正常的工作，必须使冲模的压力中心于压力机滑块中心线相重合。否则，在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。本次加工的零件是规则图形件，压力中心即为零件的几何中心。
4.2.2 凸凹模间隙
冲裁间隙是直接关系到冲件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要参数。所取冲裁间隙数值，应在保证冲件断面质量和尺寸的前提下，使模具寿命最长。
由文献【5】P14 表2-3 查得：
Zmin=0.07 ㎜，Zmax=0.09 ㎜
Zmax- Zmin=0.09-0.07 mm=0.02 mm
4.2.3 凸、凹模工作部分尺寸和公差
对于单工序落料模来说,工作部分包括凸模，凹模三个零件。在确定冲模的凸模和凹模工作部分尺寸时，必须遵循以下几个原则：
1)对于落料件的尺寸取决于凹模的尺寸,因此落料模应先决定凹模尺寸,用减少凸模尺寸来保证合理间隙。
2)考虑到冲裁件中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸
公差范围内的较小尺寸；这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。
3)考虑工件精度与模具精度间的关系，在选择模具刃口的制造公差时，既要保证刃口制造公差要求，有要保证合理的间隙数值，一般冲模精度较工件精度高2-3 级
（1）凸凹模的总长计算
按工件成形后精度为IT10 级来计算尺寸，查文献【6】P37标准偏差公差数值表3-2得：
工件尺寸总长mm
由文献【5】P18 表2-6 查得：
mm，mm
+=0.075mm> Zmax- Zmin
因此：=0.4×（Zmax- Zmin）=0.4×0.02=0.008mm
=0.6×（Zmax- Zmin）=0.6×0.02=0.012mm
工件公差△=0.185mm
由文献【5】P18 表2-7 查得：x=0.75
所以落料凸凹模的总长尺寸：
L=（L-x△）=（215-0.75×0.185）=214.86mm
L= （L- Zmin）=（214.86-0.07）=214.79mm
工件尺寸总宽=mm
由文献【5】P18 表2-6 查得：
mm，mm
+=0.050mm> Zmax- Zmin
因此：=0.4×（Zmax- Zmin）=0.4×0.02=0.008mm
=0.6×（Zmax- Zmin）=0.6×0.02=0.012mm
工件公差△=0.1mm
由文献【5】P18 表2-7 查得：x=1
所以落料凸凹模的总宽尺寸：
B=（B-x△）=（58-1×0.185）=57.82mm
B= （B- Zmin）=（57.82-0.07）=57.75mm
则凸、凹模尺寸计算结果如下表
表4-1 凸、凹模工作部分尺寸和公差
种类
工件尺寸
凸模尺寸
凹模
落料
长度
mm
L=214.79mm
L=214.86mm
宽度
=mm
B=57.75mm
B=57.82mm
4.3力的计算
4.3.1 冲裁力
冲裁力的计算是为了合理的选用压床和设计模具，压床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。平刃模具冲裁时，其冲裁力文献【5】P20得：
（4-1）
其中： t——材料厚度（mm）；
——材料抗剪强度；
L——冲裁周长（mm）。
由凸凹模间隙的估计值Z=（1%-17%）t查文献【5】P21表2-8得。
其中：——材料的屈服强度。
查文献【7】P136表7-8得45钢的屈服强度=355
由以上数据得冲裁力=453mm×1mm×0.7×355=112.57 KN
4.3.2 卸料力：
由文献【5】P22得卸料力公式
F=KF （4-2）
F=KF =0.05×112.57 KN=5.63 KN
式中：K—卸料力系数
由文献【5】P23表2-10 查得：
K=0.05
4.3.3 总压力
冲裁时之冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。本次设计的模具采用了刚性卸料装置进行冲裁。所以：
F = F + F=112.57+5.63 KN=118.20KN
4.3.4 压力机的选用及模具的闭合高度
由于零件要求大批量生产，效率高，因此采用机械压力机。在压力机的类型选定以后，应进一步根据冲裁力的大小，冲压件尺寸和模具尺寸来确定设备的规格。
(1). 各种工序所需压力F总
由上4.3.3 的计算可知：F总=118.20KN；
考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加30%即：
F 公称=1.3×118.20KN =153.66kN；
由此可选用压力机JH21-25，其滑块行程长度80mm。
(2). 闭合高度h模
冲模的闭合高度h模是指模具在最低的工作位置时，下模座的底面至上模座的顶面的距离。在设计模具时，它应与压力机的闭合高度相协调。由上述所选压力机可知，装模高度最大值250mm，要其所设计的冲模的闭合高度应小于压力机的最大装模度:
h模<hmax-5mm；
即 h模<245 mm。
故拟定模具的闭合高度为180mm。
4.3.5 凹模设计
(1). 凹模的外形尺寸的确定
凹模工作孔的形式采用刃壁无斜度，刃磨后刃口尺寸不变。凹模工作部分强度较好。
刃壁高度由文献【8】P126 表3-63, h取8mm；
凹模高度由文献【8】P130 表3-66 H=30，并且其最小壁厚为48mm。
(2). 凸模、凹模的固定方式
本模具的凸、凹模板均采用螺钉固定，凸模固定由文献【9】P42 表3-14 初选M12×30 内六角圆柱头螺钉固定，文献【9】P56 表4-4选12×40的圆柱销定位。凹模固定文献【9】P42 表3-14初选M10×60 螺钉固定。
4.3.6 凸模设计
根据零件加工外形的需要，要选择凸模的结构形状。
(1) 凸模长度L凸模长度一般要根据结构上的需要而确定。初步确定凸模长度L=70mm。
(2) 凸模强度校核
一般当凸模特别细长，断面尺寸较小而坯料厚度较大时必须进行凸模的强度校验，因此此落料凸模不需要校验。
4.3.7 卸料装置设计
（1）卸料装置结构形式
在落料时，条料将卡在凸模的外缘，因此需要在下模设计卸料装置。卸料装置有两种形式：一种是将弹性零件卸料装置，另一种是刚性零件卸料装置。由于条料不大并且也不厚，故采用后一种结构，并且使用卸料板与凹模固定卸料。
（2） 卸料板尺寸的确定
a．不起导向作用的卸料板与凸模保持间隙，由文献【8】P149固定式取单面间隙 c=（0.1-0.5）t，t 为冲件材料厚度，
由t=1mm 可知：c=0.1-0.5mm 取c=0.5mm。
由凸模的外径尺寸，确定卸料板的尺寸：L=214.29 mm B=57.25mm园整后取：L=214㎜，B=57mm。
b．卸料板的厚度于卸料力的大小，模具结构等因素有关。由文献【8】P150 表3-83取卸料板厚度16㎜。
4.3.8 定位装置设计
定位装置的作用式限定毛坯(条料或块料)送进步距和送入冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出合格的工件。本模具采用固定挡料销进行定位，由文献【8】P143 表3-79选用 A8。
综上所述，这套落料模的结构要点如下：
（1） 采用单工序落料模，上模由上往下进行冲压。这样可以使条料定位更精确一些
（2） 下模采用刚性卸料装置。当落料结束后，废料会和凸模一起向上，在卸料板的作用下，板料会被其挡下，从而进行下一次落料。
（3） 在装配上采用螺钉将上模座和凸模，及凸模固定板固定，下模座和凹模及卸料板一起固定。
（4）采用双柱导柱模架导向。
4.4 模具材料的选用
凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣的情况。所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。选用模具材料的原则，做到在满足使用的条件下成本最低：
a. 根据冲压零件生产批量的大小；
b. 根据冲压材料的性质，工序中种类冲模零件的工作条件和作用；
c. 考虑模具材料的生产和供应情况。
结合上述原则，由文献【5】P238 表8-14的推荐材料有：
a. 凸模，凹模，凸凹模均采用Cr12MoV；
b. 导柱，导套采用GCr15；
c. 卸料板，采用Q235 钢；
d. 上、下模座采用HT200。
部分模具材料要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加
工层的硬度，以利于修磨。

图4-1 落料模
1.下模座 2.凹模 3.导柱 4.固定挡料销 5.凸模 6.上模座 7.弹簧 8.内六角圆柱头螺钉
9.弹簧垫片 10.模柄 11、12.圆柱销 13.导套 14.卸料板

5 弯曲模具设计
5.1 弯曲模的特点
(1) 在设计时，应根据零件几何形状不同，来确定弯曲模结构形式。对于本次加工零件需要一次弯曲成型，因而采用单工序弯曲模，模具简单，制造，装配容易。
(2) 选用合理的顶件装置。顶件装置应根据弯曲件的表面质量及尺寸精度不同,而采用不同的顶件装置。
(3) 导向装置的选择。设计弯曲模时，通常情况下可不必采用导柱导套导向，只要下模对准，调整上、下模间隙即可。
(4) 凸、凹模，压边圈必须有足够的硬度、耐磨性及有更好的粗糙度。
5.2 工艺分析
对于弯曲件的工艺性有以下要求：
(1) 弯曲件的表面，特别是在弯曲的外侧不应有画上、裂纹等表面缺陷。否则，弯曲过程中会产生应力集中而过早的产生裂纹，是最小弯曲半径增大；
(2) 要满足最先弯曲半径；
(3) 弯曲时的回弹要尽可能的避免；
(4) 弯曲不对称零件时还会出现偏移【10】现象，也应采取有效措施避免。
5.2.1 最小弯曲半径
影响最小弯曲半径因素有很多种，如零件的弯曲角，板料的纤维方向，板料的表面和侧边质量。
由零件的弯曲半径R=15.5mm ，板料厚度t=1mm可得零件的最小弯曲半径=15.5mm，
由文献【5】P63 表3-7此零件的最小弯曲半径符合要求。
5.3 弯曲模结构设计
5.3.1 凸模圆角半径的计算
按纯塑性弯曲计算，凸模的圆角半径由文献【4】P164得：
== （5-1）
其中：r —— 工件圆角半径（mm）；—— 凸模圆角半径（mm）；
t —— 材料厚度；
E —— 材料的弹性模量；
——材料的屈服强度。
由文献【7】P9表1-1，P131表7-4得：E=21×10MPa，=355MPa。因此：
由式5-1 ====14.37mm
5.3.2 凹模圆角半径的计算
在弯曲过程中，大多数情况下就会有回弹。要完全消除弯曲件的回弹是困难的，在实际生产中多用增强工件刚性、热处理及弯曲模具等方面来采取措施。在弯曲模设计中，通过尖角镦压法来改进。V行弯曲时，是以底部圆角处镦实来达到要求的工件形状的。即设计凹模半径来达到目的，因此凹模半径由文献【4】P172得：
r=+t+（2%-5%）×t （5-2）
代入已知数据得：
r=+t+（2%-5%）t=14.37+1+（2%-5%）×1=15.39-15.42 mm
取凹模圆角半径r=15.4mm。
5.3.3 弯曲力的计算
弯曲力的大小与毛坯的宽度b、厚度t、屈服点、凹模支点间距等因素有关，同时还与弯曲形式和模具结构等多种因素有关。在这里采用v行接触弯曲。由文献【8】P355表5-3在生产中，通常采用公式
F= (5-3)
其中：F——弯曲力（KN）；
b——弯曲件宽度（mm）；
c——系数；
t——毛坯厚度（ mm）；
——材料的屈服强度；
——凸模圆角半径（弯曲半径）（mm）。系数c查文献【5】P59表3-4 得: c=1.5，因此：
由式5-3 F=0.6=0.6×=19.34 KN
5.3.4 压力机的选择
(1). 冲压设备类型的选择
a. 小型冲裁模，拉深模，弯曲模应选用单柱开式压力机。大中型冲模应选
用双柱或四柱压力机；
b. 批量生产及大量自动冲模应选用高速压力机或多工位自动压力机；
c. 大中型拉深模应选用双动或三动压力机。
(2). 压力机规格的选择原则
a. 压力机的工称压力应大于计算压力（模具冲压力）的1.2～1.3 倍。
b. 压力机的行程应满足零件高度的要求，并得保证冲压后零件能顺利从模
具中取出。
c. 压力机的装模高度应大于冲模的闭合高度。
d. 压力机的工作台的尺寸，滑块底面尺寸应能满足模具的正确安装。
结合上述原则，初步选用S1 250 1000×900单点单动压力机。
其技术参数如下：
公称压力P=2500kN；最大装模高度760mm；滑块行程660mm；工作台尺寸左右×前后=1000mm×900mm；主电机功率250kW。

图5-1 弯曲模
1.下模座 2.凹模 3.定位板 4.平垫圈 5.凸模 6.圆柱销 7.模柄
8.内六角圆柱头螺钉 9.顶杆 10.弹簧
5.3.5 模具其它非主要部件的设计
(1).卸料装置
由于本模具的设计特点，9号件顶杆在弹簧10的作用下，在弯曲完成后随着上模上升将弯曲件顶出。
(2).定位装置
定位装置的作用是限制毛坯（条料或块料）送进步距和送入冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出合格的工件。由于弯曲件是不规则的，故设计3号件活动滑块式定位板【11】， 其内轮廓与零件外形吻合，对板料进行定位可靠准确。
5.3.6 模具材料的选材
在板材弯曲时，要求模具有足够强度和耐磨性。弯曲件的生产批量很大，则应采用耐磨性较高的高合金工具钢如Cr12MoV。
结合上述考虑，由文献【5】P238 表8-14的推荐材料有：
a. 凸模，凹模，均采用Cr12MoV；
b.定位板，顶杆采用45钢；
c.上、下模座采用HT200。
以上模具材料部分要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度，以利于修磨。

6 压筋模具设计
6.1 胀形模设计
压筋属于胀形的一种，胀形是利用模具使板料拉伸变薄局部表面积增大已获得零件的加工方法，胀形可采用不同的方法来实现，如刚模胀形、橡皮和液压胀形等。一般来说，材料的延伸率越大，可能达到的极限变形程度越大。此次以钢模胀形为例进行设计。胀形模的整体结构如下图所示其中上、下模座和导柱、导套及其它部分零件采用第一套模具中的零件，这样既节省设计时间，又能节省单独制作零件的费用，在整个工序中实现部分零件的互换【12】，是当前模具发展的一个方向。
6.1.1 凸、凹模结构形式的确定
此零件的加强仅部分是一个有斜面的回转面构成，加强筋的深度不大，结构比较简单。因此可以借鉴文献【8】P421 图6-5Ⅳ的结构形式。凸、凹模圆角半径均采用与零件相对应的圆角半径。分别为：R=R=16 mm
6.1.2 卸料装置的设计
本模具的卸料装置是采用卸料板通过套在两顶杆上的弹簧实现卸料的。上模下行时，凸模固定板接触卸料板并压缩弹簧，当压筋工序结束后，上模回程，弹簧弹起带动卸料板完成卸料。
6.1.3 定位装置的设计
由于零件本身的形状特点，设计了凹模同时做定位装置。加工与零件外形完全吻合【13】的凹槽在凹模上，既定为方便又简化了模具结构。
6.2 压筋力的计算
6.2.1 压筋力
冲压加强筋的胀形力由文献【8】P417按以下公式计算：
F= （6-1）
其中: F——账形力（N）；
K——系数，K=0.7 - 1（加强筋形状窄而深取最大值，宽而浅时去下值）；
L——加强筋的周长（mm）；
t——毛坯厚度(mm)；
——材料的屈服强度。因此由式6-1得账形力 F=KLt=1×215×1×355=129 KN
6.2.2 卸料力
由式4-2得：F=KF
F=KF =0.05×129 KN=6.45 KN
式中：K—卸料力系数
由文献【5】P23表2-10 查得：K=0.05
6.2.3 总冲压力
考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加30%即：
F=1.3（F+F）=1.3×（6.45+129）=176.08 KN
综上所述压筋模的装配图如图6-1所示：

图6-1 压筋模
1.下模座 2.凹模 3.导柱 4.固定板 5.凸模 6.弹簧 7.上模座 8、15.内六角圆柱头螺钉 9.弹簧垫片 10.模柄 11、12.圆柱销 13.凸模固定板 14.导套 16.卸料板 17.导向杆 18.弹簧 19.凹模固定板
6.2.3 压力机的选择
通过以上计算，我们看到压筋所需要的力较大。考虑到冲压力应大于总账形力的1.2-1.3倍，压力机行程，装模高度，工作台的大小等因素。最后选定JH 21-80开式固定台压力机。其技术参数如下：
公称压力P=800kN；最大闭合高度320mm；滑块行程160mm；工作台尺寸左右×前后=950mm×600mm；主电机功率7.5kW。
6.3 模具材料的选材
在压筋时，由于压筋力较大，对凸凹模的强度要求，耐磨性的要求较高。
结合考虑，由文献【5】P238 表8-14的推荐材料有：
a. 凸模，凹模，均采用Cr12MoV；
b.固定板，卸料板采用 45钢；
c．导向杆用 Q235；
d.上、下模座采用HT200。
以上模具材料部分要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度，以利于修磨。如为保证模具具有较高使用寿命，凸凹模材料Cr12MoV 材料,热处理硬度58～62HRC,工作表面氮化处理, 氮化深度0.35～0.40mm等【14】。

7 冲孔起伏模具设计
7.1模具结构特点
在选择任何模具时，合理的模具结构形式是必要的，所选的模具必须冲出符合要求的模具；生产率要高；模具制造和修磨方便；模具有足够的寿命；模具易于安装调整，且操作方便、安全。这些都是一套完整的模具所具备的。
本模具采用多孔模，由于采用垂直冲压，因此导致材料的定位使得冲头较长，在模具设计时要注意到由于冲头过长而导致冲头的刚度下降。其次是这套模具一次冲三个孔，因此，冲头的布置要合理。
7.2 底面冲孔起伏模具的设计
7.2.1 凸凹模间隙
冲裁间隙是直接关系到冲件断面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗的重要参数。所取冲裁间隙数值，应在保证冲件断面质量和尺寸的前提下，使模具寿命最长。
由文献【5】P14表2-3 查得：
Zmin=0.07 mm，Zmax=0.09 mm
Zmax- Zmin=0.09-0.07 mm=0.02 mm
7.2.2 凸、凹模工作部分尺寸和公差
对于单工序冲孔模来说,工作部分包括凸模，凹模两个个零件。在确定冲模的凸模和凹模工作部分尺寸时，必须遵循以下几个原则：
a．对于落料件的尺寸取决于凹模的尺寸,因此落料模应先决定凹模尺寸,用减少凸模尺寸来保证合理间隙。
b．考虑到冲裁件中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。
c．考虑工件精度与模具精度间的关系，在选择模具刃口的制造公差时，既要保证刃口制造公差要求，有要保证合理的间隙数值，一般冲模精度较工件精度高2-3 级。
（1）凸凹模的总长计算
按工件成形后精度为IT10 级来计算尺寸，查文献【6】P37标准偏差公差数值表3-2得：
工件尺寸孔1：d=mm，d=mm。
由文献【5】P18表2-6 查得：mm，mm
+=0.040mm> Zmax- Zmin
因此：=0.4×（Zmax- Zmin）=0.4×0.02=0.008mm
=0.6×（Zmax- Zmin）=0.6×0.02=0.012mm
工件公差△=0.03mm
由文献【5】P18 表2-7 查得：x=0.75，所以冲孔凸凹模的尺寸：
d=（d+x△）=（4+0.75×0.03）=4.02mm
d= （d+ Zmin）=（4.02+0.07）=4.09mm
d=（d+x△）=（3.5+0.75×0.03）=3.52mm
d= （d+ Zmin）=（3.52+0.07）=3.59mm
则凸、凹模尺寸计算结果如下表
表2 分开加工的凸、凹模工作部分尺寸和公差计算
种类
工件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
冲孔
d=mm
d=4.02mm
d=4.09mm
冲孔
d=mm
d=3.52mm
d=3.59mm
7.2.3 凹模设计
注意到在冲孔处有一小凸台，因此凹模设计时也应有这样一个小凸台，在冲压的时候，冲压力的作用下同时成型。
7.2.4 凸模设计
(1) 凸模长度L
由于直角边的存在，并且在冲孔是半成品的固定的需要，使得凸模长度增长这里设计在卸料板上开孔，冲头直接通过卸料板的孔在进行冲压，这样就有效的提高了冲头的刚度。初步确定凸模长度L=96mm。
(2) 凸模强度校核
一般当凸模特别细长，断面尺寸较小而坯料厚度较大时必须进行凸模的强度校验，因此此冲孔凸模只要对冲孔的凸模进行校核安全，那么其他的凸模都将安全。文献【8】P121得凸模校验公式：dtp≤[] （7-1）
式中：d —— 凸模直径（mm）；
t —— 毛坯材料的厚度（mm）；
p —— 单位冲裁力（N/mm）；
[]——凸模材料许用压应力（N/mm）。
单位冲裁力 p==/（）=20.73/12.69=1.63 N/mm
代入式7-1得：
dtp≤[]
×4.02×1×1.63=20.58≤[]=101.49
由文献【15】P97表5-12得[]=7.5-13 MPa，在这里取8 MPa。.
因此此冲头安全，可以使用。
7.3 力的计算
7.3.1 冲裁力
冲裁力的计算是为了合理的选用压床和设计模具，压床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。平刃模具冲裁时，其冲裁力
由式4-1
其中: t——材料厚度（mm）；
——材料抗剪强度；
L——冲裁周长（mm）。
由凸凹模间隙的估计值Z=（1%-17%）t查文献【5】P21表2-8得
其中: ——材料的屈服强度
查表得=
由以上数据得冲孔的冲裁力=2×2mm×1mm×=7.54 KN
冲一个孔的冲裁力=2×1.75×1mm×=6.59 KN
因此总的冲裁力=2+=2×6.59+7.54=20.73 KN
7.3.2 卸料力：
由式4-2得：F=KF
F=KF =0.05×20.73 KN=1.04 KN
式中：K—卸料力系数
由文献【5】P23表2-10 查得：K=0.05。
7.3.3 总压力
冲裁时之冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。
本次设计的模具采用了刚性卸料装置进行冲裁。所以：
F = + F=20.07+1.04 KN=21.11KN
考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加30%即：
F 公称=1.3×118.76KN =154.39 kN；
7.3.4 压力机的选用及模具的闭合高度
（1）压力机的选择
由上7.3.3 的计算可知：F=21.11 KN；
由此可选用压力机J75G-60高速自动压力机。
（2）闭合高度h模
冲模的闭合高度h模是指模具在最低的工作位置时，下模座的底面至上模座的顶面的距离。在设计模具时，它应与压力机的闭合高度相协调。由上述所选压力机可知，装模高度最大值350mm，要其所设计的冲模的闭合高度应小于压力机的最大装模高度: h模<hmax-5mm；
即 h模<345 mm。
故拟定模具的闭合高度为220mm。
综上所述，这套落料模的结构要点如下：
1） 采用单工序多冲头冲孔模，冲头由卸料板做必要的导向增加冲头强度。2