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包括落料拉伸冲孔切边模具设计说明书

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2020年4月19日
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摘 要
在当前激烈的市场竞争中, 产品投入市场的迟早往往是成败的关键。模具是高质量、 高效率的产品生产工具, 模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。因此客户对模具开发周期要求越来越短, 不少客户把模具的交货期放在第一位置, 然后才是质量和价格。因此, 如何在保证质量、 控制成本的前提下加工模具是值得认真考虑的问题。模具加工工艺是一项先进的制造工艺, 已成为重要发展方向, 在航空航天、 汽车、 机械等各行业得到越来越广泛的应用。模具加工技术, 能够提高制造业的综合效益和竞争力。研究和建立模具工艺数据库, 为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据, 对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。本文的主要目标就是构建一个冲压模具工艺过程, 将模具制造企业在实际生产中结合刀具、 工件、 机床与企业自身的实际情况积累得高速切削加工实例、 工艺参数和经验等数据有选择地存储到高速切削数据库中, 不但能够节省大量的人力、 物力、 财力, 而且能够指导高速加工生产实践, 达到提高加工效率, 降低刀具费用, 获得更高的经济效益。

关键词 : 冲压 冲模 分离工序 复合 切边 悬臂冲孔 冲裁件精度
目 录
1.绪 论…………………………………………………………………………1
1.1 冲压的概念、 特点及应用……………………………………………1
1.2 冲压的基本工序及模具………………………………………………3
1.3 冲压技术的现状及发展方向…………………………………………3
2 . 零件的工艺性分析…………………………………………………………7
2.1 零件的工艺性分析………………………………………………………7
2.2 冲裁件的精度与粗糙度…………………………………………………8
2.3 冲裁件的材料……………………………………………………………9
2.4 确定工艺方案……………………………………………………………9
3. 冲压模具总体结构设计……………………………………………………9
3.1 磨具类型…………………………………………………………………9
3.2 操作与定径方式…………………………………………………………9
3.3 卸料与出件方式…………………………………………………………9
3.4 模架类型及精度…………………………………………………………9
4. 冲压磨具工艺与设计计算…………………………………………………9
4.1 排样设计与计算…………………………………………………………9
4.2 设计冲压力与压力中心…………………………………………………11
5. 磨具的总张图与零件图……………………………………………………14
5.1 总张图……………………………………………………………………14
5.2 冲压磨具的零件图………………………………………………………14
5.3 压力机的校核……………………………………………………………21
6. 冲压磨具零件加工工艺的编制……………………………………………22
6.1 凹模加工工艺过程………………………………………………………22
6.2 凸模加工工艺过程………………………………………………………22
6.3 卸料板加工工艺过程……………………………………………………24
6.4 凸核固定板加工工艺过程………………………………………………24
6.5 模座加工工艺过程………………………………………………………25
6.6 导料板加工工艺过程……………………………………………………25
1. 绪 论
1.1冲压的概念、 特点及应用
冲压是利用安装在冲压设备( 主要是压力机) 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( 俗称冲压或冲压件) 的一种压力加工方法。冲压一般是在常温下对材料进行冷变形加工, 且主要采用板料来加工成所需零件, 因此也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一, 隶属于材料成型工程术。
冲压所使用的模具称为冲压模具, 简称冲模。冲模是将材料( 金属或非金属) 批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要, 没有符合要求的冲模, 批量冲压生产就难以进行; 没有先进的冲模, 先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、 冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素, 只有它们相互结合才能得出冲压件。
与机械加工及塑性加工的其它方法相比, 冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。
(1) 冲压加工的生产效率高, 且操作方便, 易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工, 普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次, 高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上, 而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
( 2) 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度, 且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,因此冲压的质量稳定,互换性好,具有”一模一样”的特征。
( 3) 冲压可加工出尺寸范围较大、 形状较复杂的零件, 如小到钟表的秒表, 大到汽车纵梁、 覆盖件等, 加上冲压时材料的冷变形硬化效应, 冲压的强度和刚度均较高。
( 4) 冲压一般没有切屑碎料生成, 材料的消耗较少, 且不需其它加热设备, 因而是一种省料, 节能的加工方法, 冲压件的成本较低。
1.2 冲压的基本工序及模具
由于冲压加工的零件种类繁多, 各类零件的形状、 尺寸和精度要求又各不相同, 因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来, 可分为分离工序和成形工序两大类; 分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、 尺寸和断面质量的冲压( 俗称冲裁件) 的工序; 成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。
上述两类工序, 按基本变形方式不同又可分为冲裁、 弯曲、 拉深和成形四种基本工序, 每种基本工序还包含有多种单一工序。
在实际生产中, 当冲压件的生产批量较大、 尺寸较少而公差要求较小时, 若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案, 即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成, 称为组合的方法不同, 又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。
复合冲压——在压力机的一次工作行程中, 在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。
级进冲压——在压力机上的一次工作行程中, 按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。
复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。
冲模的结构类型也很多。一般按工序性质可分为冲裁模、 弯曲模、 拉深模和成形模等; 按工序的组合方式可分为单工序模、 复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模, 都可看成是由上模和下模两部分组成, 上模被固定在压力机工作台或垫板上, 是冲模的固定部分。工作时, 坯料在下模面上经过定位零件定位, 压力机滑块带动上模下压, 在模具工作零件( 即凸模、 凹模) 的作用下坯料便产生分离或塑性变形, 从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时, 模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、 凹模上卸下或推、 顶出来, 以便进行下一次冲压循环。
1.3 冲压技术的现状及发展方向
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展, 许多新技术、 新工艺、 新设备、 新材料不断涌现, 因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。
(1).冲压成形理论及冲压工艺方面
冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。当前, 国内外对冲压成形理论的研究非常重视, 在材料冲压性能研究、 冲压成形过程应力应变分析、 板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善, 近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术, 即利用有限元( FEM) 等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程, 根据分析结果, 设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题, 并经过在计算机上选择修改相关参数, 可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用, 也缩短了制模具周期。
研究推广能提高生产率及产品质量、 降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺, 也是冲压技术的发展方向之一。
(2.)冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,当前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、 自动、 精密、 安全等大批量现代生产的需要, 冲模正向高效率、 高精度、 高寿命及多工位、 多功能方向发展, 与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术, 各种高效、 精密、 数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展; 另一方面, 为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要, 锌基合金冲模、 聚氨酯橡胶冲模、 薄板冲模、 钢带冲模、 组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。
近年来, 为了适应市场的激烈竞争, 对产品质量的要求越来越高, 且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求, 开发了多种适合不同批量生产的工艺、 设备和模具。其中, 无需设计专用模具、 性能先进的转塔数控多工位压力机、 激光切割和成形机、 CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、 国内亦开始使用的冲压柔性制造单元( FMC) 和冲压柔性制造系统( FMS) 代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体, 包括板料、 模具、 冲压件分类存放系统、 自动上料与下料系统, 生产过程完全由计算机控制, 车间实现24小时无人控制生产。同时, 根据不同使用要求, 能够完成各种冲压工序, 甚至焊接、 装配等工序, 更换新产品方便迅速, 冲压件精度也高。
设计要求:设计该零件的冲裁模
冲压件3D图如下图所示:

图1-1 工件图

冲压件2D尺寸图如下图所示:

图1-2 工件图
冲压技术要求:
零件名称:传动轴轴键套
材料:不锈钢1Cr18Ni9
材料厚度:2mm
生产批量:大批量
未注公差:按IT14级确定。
2 . 零件的工艺性分析.
2.1零件的工艺性分析
该零件材料为不锈钢Cr18Ni, 圆筒外径φ45mm, 壁厚为2mm,壁上有12个位置均匀的键槽, 底部为不规则型通孔, 工件结构中等复杂, 此工件满足冲裁的加工要求。工件尺寸按照IT14级精度加工, 尺寸精度低, 普通冲裁完全满足要求。
冲裁件孔与孔之间或孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约, 其值不应过小, 一般要求C≥(1～1.5)t,因此由图2-1可知
C=( φ41-φ39) /2=1mm,

图2-1 工件图
由以上可知孔与边缘之间距离C满足冲孔工艺性要求。
2.2 冲裁件的精度与粗糙度
冲裁件的基本公差等级不高于IT14级, 一般落料公差等级最好低于IT10级, 冲孔件公差等级最好低于IT9级, 由表3-5可得落料公差,冲孔公差分别为0.40,0.08。而冲件落料公差, 最高精度冲孔公差分别为0.5、 0.15, 因此可用于一般精度的冲裁, 普通冲裁能够达到要求。
2.3 冲裁件的材料
不锈钢1Cr18Ni9, 经热处理后的抗剪强度为460～520/MPa, 抗拉强度为560～640/MPa, 断后伸长率40%, 此材料具有良好的塑性级较高的弹性, 冲裁性较好, 能够冲裁加工。
2.4 确定工艺方案.
该冲裁件包括落料、 拉伸、 切边、 冲孔四个工序, 对零件进行工艺分析后可得出结论: 零件属于大批量生产, 圆筒壁无不规则形状, 壁厚为2mm, 端面要求平整光滑, 底部为简单型不规则通孔, 且孔边距太小, 为了防止工件变形, 先采用落料、 拉伸复合模完成圆筒外形; 然后采用水平切边模对端面进行切边, 接着用单工序冲孔模加工底孔; 壁上的键槽需采用悬臂式冲孔模, 单个零件需要三次冲孔才能加工完成12个键槽; 整个零件需要四套模具进行加工:
落料、 拉伸模具
水平切边模具
冲孔模具
悬臂式冲孔模具
冲压模具总体结构设计
3.1模具类型
根据零件的冲裁工艺方案, 采用落料、 拉伸复合模, 再采用切边和冲孔单工序模。
3.2 操作与定位方式
零件大批量生产, 安排生产时, 尽量采用自动送料方式能够达到批量生产, 且能降低模具成本。零件尺寸较大, 厚度较高, 保证孔的精度及较好的定位, 宜采用导料板导向, 导正销导正。
3.3 卸料与出件方式
考虑零件尺寸较大, 厚度较高, 采用固定卸料方式, 为了便于操作, 提高生产率, 冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。
3.4 模架类型及精度
由于零件材料较厚, 尺寸较大, 冲裁间隙较小, 又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架, 考虑零件精度要求不是很高, 冲裁间隙较小, 因此采用Ⅰ级模架精度。
4．冲压模具工艺与设计计算
4.1 毛坯尺寸计算
由于坯料的各向异性和模具间隙不均等因素影响拉伸后的工件边不整齐, 甚至出现凸耳, 需要在拉伸后进行修边, 因此在计算坯料直径时需要计算是否需要修边余量。
零件的相对直径, 修边余量的选取可参考下表
表4-1 无凸圆筒形拉深件的修边余量△h mm
工件高度h
工件的相对高度h/d
附 图
≥0.5～0.8
＞0.8～1.6
＞1.6～2.5
＞2.5～4
≤10
＞10～20
＞20～50
＞50～100
＞100～150
＞150～200
＞200～250
＞250
1.0
1.2
2
3
4
5
6
7
1.2
1.6
2.5
3.8
5
6.3
7.5
8.5
1.5
2
3.3
5
6.5
8
9
10
2
2．5
4
6
8
10
11
12

查表可得△h=2.5mm。
4.2 毛坯外径尺寸计算
该工件是无凸缘圆筒形件, 根据等面积的原则采用解析法求毛坯直径。
如图, 将工件分成两个简单的几何体、 和,

由图可计算落料毛坯的表面积:
A=++
各部分a的计算由表4-4( 见冲压工艺与模具设计一书) 差得:
=
=
=
分别将、 和带入式( 4.10) 可得毛坯直径为:
D==
若, , h=H-r代入上式, 得
D=
4.2 排样设计与计算
( 1) 排样的设计
冲裁件在板料, 带料或条料上的布置方法称为排样。合理的排样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。应考虑一下原则:
提高材料利用率( 不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件的形状) 。
合理排样可使操作方便, 劳动强度低。
模具结构简单, 寿命更长。
保证冲件质量和 冲件对板料纤维方向的要求。
A: 根据零件图可选用少废料的利用率情况, 排样有三种:
a有废料排样 b少废料排样 c无废料排样
只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边, 这种排样利用率高, 用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。
B: 排样的形式分为直排式, 斜排式, 直对排, 斜对排, 混合排。等
根据零件的形状和排样方法确定为直排样。
( 2) 搭边值和侧边值的确定
表4-1 搭边值和侧边值的数值( mm)
材料厚度t( mm)
圆件及r＞2t圆角
矩形边长l≤50
矩形边长l＞50或圆角 r≤2
工件间a1
侧边a
工件间a
侧边a1
工件间a1
侧边a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25～0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5～0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8～1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2～1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6～2.0
1.2
1.5
2.0
2.2
2.0
2.5
工件间的搭边值按圆形取a1=2.0mm,侧边值按圆形取a=2.5mm。
因此送料步距为X=D+a1=86+2=88mm
条料宽度查表
表4-2 剪裁下的下偏差△( mm)
条料厚度t(mm)
条料宽度b(mm)
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.5
0.5
0.7
1.0
＞１～３
0.5
1.0
1.0
1.0
＞3～４
1.0
1.0
1.0
1.5
＞４～６　
1.0
1.0
1.0
2.0
因此得出该零件的排样如下图所示:

图4-1
( 3) 计算材料利用率
由零件图在CAD用计算机算得一个零件的面积为:
=45×31+--12×6×28≈2597
一个进距内的坯料面积:
=86×84=6804,
因此材料利用率为:
η=(/)×100%
=(2597/6804) ×100%
≈38%
因此材料利用率为38%, 但因为该零件侧壁上有12个键槽, 底部为通孔, 固可知该材料利用率低为正常范围之内。
( 4) 计算拉深次数
毛坯相对厚度t/D=2/86=2.3％, 相对高度, 根据工件直径和毛坯直径算出总的拉深系数=d/D=45/86≈0.53, 查表4-6( 冲压模具课程设计指导与范例一书) 根据毛坯相对厚度得=0.5, 进一步得＞, 则说明工件可一次拉成,
即工件拉深次数n=1。
4.3 设计冲压力与压力中心,初选压力机.
该零件需要四套冲压模具才能完全加工完成, 固考虑加工成本等因素, 冲压设备压力机的选取按照四套模具中需要冲压压力最大的一套模具进行选择。经过认真分析后, 得出四套冲压模具中, 落料、 拉伸复合模具的冲压压力最大, 因此压力机的选取按照落料、 拉伸模的各工序压力总和进行计算、 选择。
4.3.1计算各工序压力
①落料力的计算:
—落料力( N) ;
L—工件外轮廓周长 L=;
t—材料厚度 t=2mm;
—材料抗剪强度( MPa) 由书( 冲压模具课程设计指导与范例一书) 附录查得
=480Mpa;
落料力则为:
②、 卸料力的计算:
—卸料力因数, 由表2-15( 冲压模具课程设计指导与范例一书) 查
=0.045
卸料力 :
③、 拉深力的计算: 无凸圆圆筒形件的一次拉深成型的拉深公式:

—拉深力
d —拉深件的直径, d=41mm
t —材料厚度
—材料的强度极限( MPa) 由附录( 冲压模具课程设计指导与范例一书) 查得
=600Mpa
k—修正系数 由表4—18( 冲压模具课程设计指导与范例一书) 查得k=0.75
拉深力: =0.75×3.14×41×2×600115.8KN
④推件力的计算:
—推件力( N) ;
K —推件力因素 K=0.05;
n —冲孔时卡在凹模内的废料数量, n=1
推件力则为:
⑤压边力的计算:
压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的, 如果过大, 就要增加拉深力, 因而会使制件拉裂, 而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱, 因此压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、 又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关, 因此在实际生产中, 能够根据近似的经验公式进行计算。

依据( P328, 《冲压工艺与模具设计实用手册》)
式中
D—毛坯直径( mm)
d—冲件的外径( mm)
q—单位压边力( MPa) ( 表5—20, 《冲压工艺与模具设计实用手册》)
q的值取2。
因此
为安全起见, 防止设备的超载, 对于冲裁工序, 压力机的公称压力P应大于或等于冲裁时总冲压力的1.1～1.3倍。
即:
P≥ ( 1.1～1.3) Fmax=++++Q
=337+15+116+15+7
=490KN
取 P = 1.2 Fmax
P = 588KN
4.3．2压力中心
模具压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合, 以使冲模平稳的工作, 减少导向性的磨损, 从而提高模具的寿命。
冲模压力中心的求法, 采用求平行力系合力的作用点方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变, 轮廓部分的冲裁力与轮廓长度成正比, 因此, 求合力的中心点可转化为求轮廓线的中心。
该工件为圆筒形, 因此其压力中心就在圆的中心。
4.3.3冲压设备的选择
参照附录( 冲压模具工艺与模具设计一书) 选用公称压力为630KN的开式双
柱压力机J23-63, 其主
要技术参数为:
公称压力: 630KN
滑块行程: 130KN
最大闭合高度: 360KN
闭合高度调节量: 280mm
工作台尺寸: 480×710mm
模柄孔尺寸: 50×80mm

5、 主要工作部分尺寸计算
5.1落料、 拉伸复合模具主要工作部分尺寸计算
a.落料刃口尺寸计算
的凸凹模的制造公差由表2—12( 见冲压模具设计实例一书) 查得

查表2.14( 见冲压工艺与模具设计一书) 查得

由于=0.04, 故采用凸模与凹模配合加工方法。

查表2.15可查得: x= 0.5,

按凹模尺寸配制, 其双面间隙为0.12~0.16mm,
其工作部分结构尺寸如图所示:

图5-1

b.拉深工作部分尺寸计算
的凸凹模的制造公差由表2—12( 见冲压模具设计实例一书) 查得

其工作部分结构尺寸如图所示:

图5-2
5.2切边模具主要工作部分尺寸计算
切边模的凸、 凹模的主要尺寸在凹模这边, 固只需计算凹模的工作部分尺寸, 凸模这根据实际情况配作, 尺寸小于零件内径即可, 根据切边模的工作原理可取凸模尺寸40。
的凸凹模的制造公差由表2—12( 见冲压模具设计实例一书) 查得,
因此

5.3冲底孔模具主要工作部分尺寸计算
零件尺寸和的制造公差由表2—12( 见冲压模具设计实例一书) 查得

查表2.14( 见冲压工艺与模具设计一书) 查得

由于=0.04, 故采用凸模与凹模配合加工方法
查表2.15可查得: x= 0.5,

和按凹模尺寸配制, 其双面间隙为0.12~0.16mm,
5.4冲侧壁键槽孔模具主要工作部分尺寸计算
侧壁键槽孔和的凸、 凹模的制造公差由表2—12( 见冲压模具设计实例一书) 查得
, 。
查表2.14( 见冲压工艺与模具设计一书) 查得

由于=0.04, 故采用凸模与凹模分别加工方法。
查表2.15可查得: x= 0.5,

6. 模具的总装图与零件图
6.1 根据前面的设计与分析,我们能够得出如模具的总装图

图6-1 落料、 拉伸复合模
图6-2 水平切边模

图6-3 冲孔
图6-4 悬臂孔模
6.2 冲压模具的零件图
6.2.1落料凹模设计
凹模工作部分的尺寸计算, 参见前面的主要工艺参数的计算。其它部分结构寸的计算如下:
a.凹模厚度H
凹模板的厚度H主要不是从强度需要考虑的, 而是从连接螺钉旋入深度与凹模刚度的需要考虑的。凹模板的厚度一般应不小于10mm, 特别小型的模具可取8mm。随着凹模板外形尺寸的增大, 凹模板的厚度也应相应的增大。
整体凹模板的厚度可按如下的经验公式计算:
H = Kb(≥15mm)
式中 K——系数, 考虑板厚的影响, 板料越厚, 凹模厚度也要相应的增加, K的系数查表2.2( 见冲压工艺与模具设计一书) ,
b——冲裁件的最大外形尺寸(因为是落料凹模, 因此取毛坯外径尺寸),
K=0.35 b=86
可得:
H = Kb
=0.30×86=25.8mm
b.凹模壁厚C
凹模壁厚C是指凹模刃口到凹模外边缘的最短距离。凹模壁厚将直接影响凹模板的外形尺寸, 即长度与宽度( L x B) 。故在设计过程中应选择合适的凹模壁厚C。材料选择为Cr12, 热处理硬度为60~64HRC, 此凹模板采用矩形凹模板。
凹模壁厚C值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要, 同时也能保证凹模强度和刚度, 在选择凹模壁厚时, 还应注意以下几点: 工件落料时取表中较小值, 反之取较大值; 型孔为圆弧时取小值、 为直边时取中值、 为尖角时取大值; 当设计标准模具或虽然设计非标准模具, 但凹模板毛坯需要外购时, 应将计算的凹模外形尺寸L X B按模具国家标准中凹模板的系列尺寸进行修正, 取较大规格的尺寸。凹模的外形尺寸一般是根据被冲裁件的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。
凹模壁厚可按如下的经验公式计算:
C=(1.5～2)H(≥30～40mm)
=38.7mm
在求得凹模壁厚和厚度后, 就初步有了凹模的外形的尺寸, 这个外形尺寸, 还须向国家标准靠拢。由凹模壁厚C=40mm; 凹模厚度H=25mm知:
凹模长L= 86 + 2 x 40
= 166 mm
凹模宽B= 86 + 2 x 40
= 166 mm
凹模板外形尺寸: L x B x h=166 x 166 x 25
查表14-6摘自GB2858-81 矩形和圆形凹模外形尺寸知:
将上述凹模板外形尺寸改为: 160 x 160 x 25mm
凹模外形尺寸形状如下图所示:

图6-5 凹模
6.2.2 凹凸模设计( 落料凸模、 拉伸凹模)
材料选择为Cr12, 热处理硬度为60~64HRC。刃口尺寸在前面已经确定, 综合考虑其它的因素决定其具体尺寸如下:
凸凹模即落料时为落料凸模、 拉深时为拉深凹模。在设计过程中综合考虑。凸凹模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出, 这里根据零件的加工深度设计出凸凹模的内外形尺寸。在其内部设计了限位倒角, 以限制顶件块的行程, 。在图中标注尺寸精度、 形位公差及粗糙度。凸凹模的零件图如下图所示:

图6-5 凹模
6.2.3 拉伸凸模设计
拉深凸模的工作部分尺寸在前面的设计计算中已经算出, 这里根据零件的加工深度设计出凸模的内外形尺寸, 在图中标注尺寸精度、 形位公差及粗糙度。拉深凸模的零件图如下图所示:

图6-6 凸模
6.3 选用标准模架
6.3.1 模架的类型
模架包括上模座、 下模座、 导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上, 为缩短模架制造周期, 降低成本, 中国已制定出模架标准。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质, 模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中, 由于导柱安装位置和数量的不同, 由有多种模架类型, 如: 后侧导柱式、 中间导柱式、 对角导柱式和四角导柱式。
选择模架结构时, 要根据工件的受力变形特点、 坯料定位和出件方式、 板料送进方向、 导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。
因此此零件的冲压模架除悬臂冲孔模外均选用滑动导向型的后侧导柱式模架。
5.2 模架的尺寸
选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑, 一般在长度及宽度上都应比凹模大30～40mm, 模版厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。选择模架时, 还要考虑模架与压力机的安装关系, 例如模架与压力机工作台孔的关系, 模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大40～50mm。
在本设计中, 凹模采用圆形的结构, 其工作部分基本尺寸为mm, 壁厚为40mm, 因此其外径基本尺寸为155 mm, 厚度为h＝28 mm。模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间, 其关系为:
＋10≤H≤－5
由上面压力机的选择可知道=400 mm, = －70=330 mm。因此H应介于325mm～410mm之间。
查[2]第416～419页表15.2, 选用的模架为、 上模座、 下模座分别为:
模架: 250×250×( 240～285) GB/T2851.3
上模座: 250×250×50 GB/T2855.5
下模座: 250×250×65 GB/T2855.6
由此可知其最大装模高度为285mm, 最小装模高度为240mm, 符合H的要求。下模座周界尺寸为250×250, 而凹模的外径为155mm, 因此周界尺寸符合要求。下模座厚度为65mm, 而凹模的厚度为28mm, 也符合要求。工作台孔尺寸为150mm, 模座的宽度也比工作台孔尺寸大, 也符合要求。
根据模具的结构, 可知其闭合高对为

式中: －模具的闭合高度, mm;
－上模座厚度, mm, 由前可知＝50 mm;
－上垫板厚度, mm, 此处选＝5 mm;
－凸模固定板厚度, mm, 由前可知＝25 mm;
－上凸凹模长度, mm, 由前可知＝65 mm;
－制件厚度, mm, 此处＝2.5 mm;
－下推板厚度, mm, 由前可知＝21 mm;
－下凸凹模固定板厚度, mm, 由前可知＝25 mm;
－下垫板厚度, mm, 选取＝5 mm;
－下模座厚度, mm, 由前可知=65 mm。
综上可得 ＝50+5+25+65+2.5+21+25+5+60＝263.5 mm, 因此介于225mm和310mm之间, 符合设计要求。

6.3 冲模的导向装置
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的方便。
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, 因此工件有较好互换性。
3.冲模不易损坏, 故模具的寿命比无导向冲模高。
6.3.1模架的导向
( 1) 模架导向的特点
普通模架由导柱、 导套、 上模座和下模座组成。从安全考虑, 一般导柱安装在下模座, 导套安装在上模座。导柱与导套的配合面取圆柱面, 以便容易加工成小间隙配合, 使模架的导向精度高于压力机滑块的导向精度。
采用模架进行导向, 不但能保证上、 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。因此在中小型冲模上广泛采用模架作为上、 下模的导向装置。
模具可视为模具的一个部件, 而且早已高度标准化与商品化。在冲模设计时, 特别是中小型冲模设计时, 应尽量选择专业生产的标准模架, 对提高模具质量、 缩短制模周期有着十分重要的意义。
( 2) 模架的类型及应用
按导柱不同的位置, 分为如下四种模架:
中间导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对称中心线上, 两个导柱的直径不同, 可避免上模与下模装错而发生啃模事故。适用于单工序模和工位少的级进模。
后侧导柱模架 后侧导柱模架导柱分布在模座的一侧且直径相同, 只适用横向送料。其优点是工作面开敞, 是适于在大件边缘冲裁。其缺点是刚性与安全性最差, 工作不够平稳、 , 应尽量少用。
对角导柱模架 导柱分布在矩形凹模的对角线方向上, 既能够横向送料, 又能够纵向送料。由于导柱间的误差方向与送料方向倾斜, 因此一般认为导向精度高于前两种模架。适于各种冲裁模使用, 特别适于级进冲裁模的使用。为避免上、 下模的方向装错, 两导柱直径制成一大一小。
四导柱模架 4个导柱分布在矩形凹模的两对角线方向上。模架的刚性很好, 导向非常平稳, 但价格较高, 一般的冲压加工不需要四导柱模架。只要要求模具刚性与精度都很高的精密冲裁模, 以及同时要求模具寿命很高的多工位自动级进模才采用。
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。
按导柱导套配合性质的不同, 有如下两种形式:
导柱导套滑动导向模架 将导柱与导套制成小间隙配合, 为H6/h5时称为一级 模架, 为H7/h6时称为二级模架。在加工时, 导柱导套与模座均为H7/r6过盈配合。为避免导套压入模座因变形而影响与导柱的配合, 将导套压入段的内孔直径加大1mm, 不与导柱相配合。
装配良好的模架, 应能用两手轻轻抬起上模座而下模座不动, 但这样的效果很难达到, 因为导柱与模座为过盈配合, 压入导柱导套时难以保证垂直度。因此在装配时, 导柱、 导套与模座能够较松的过渡配合H7/m6代替过盈配合, 容易保证导柱和导套的轴线垂直于模座平面, 使模架的导向精度只决定于加工精度, 而容易制成精密模架。
对于冲裁模, 导柱导套的配合间隙应小于单面间隙。当双面冲裁间隙不造过0.03时, 相当于板料厚度小于0.5mm, 可选用一级模架。双面冲裁间隙超过0.03mm时, 可选用二级模架。
为了保证使用中的安全和可靠性, 设计与装配模具时, 还应注意下列事项:
当模具处于闭合位置时, 导柱的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不小于3mm的距离, 同时上模座开横槽, 以便排气。
导柱导套滚动导向模架 在导柱与导