ZL50裝載機總體及工作裝置設計
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編號
無錫太湖學院
畢業(yè)設計（論文）
題目： 嵌件板級進模設計
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學 號： 0923079
學生姓名： 徐 敏
指導教師： 林承德（職稱：教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
II
無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 嵌件板級進模設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械92
學 號： 0923079
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書
一、題目及專題：
1、題目 嵌件板級進模設計
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
本課題來源于工程生產實際。該零件是電度表上的沖壓件。該零件的材料為純鐵DT4，該件的設計特點是壓窩120度后，平面度要求高，底孔不能變形而且尺寸精度高．該件原工藝采用單工序沖裁一壓120度。錐窩分開加工，結果零件外形脹，尺寸超差大，卸料困難，M2.2孔與外形不對稱而且生產效率低．基于以上問題，只有采用級進模才能保證零件質量又能提高生產效率。通過該模具的設計，使學生了解模具行業(yè)的先進設計制造技術，掌握級進模具的設計制造知識；熟悉機械產品的開發(fā)設計流程，能夠熟練應用CAD集成軟件完成設計工作。
三、本設計（論文或其他）應達到的要求：
⑴ 能夠熟練檢索相關產品的設計資料，查閱相關產品的外文資料，并翻譯不少于8000英文字符的外文資料；
⑵ 熟悉級進模具的開發(fā)設計流程，能夠熟練應用CAD集成軟件完成結構設計和裝配工作；
⑶進行零件的沖壓加工工藝分析，確定加工方案，進行排樣圖設計；
⑷完成級進模的設計工作，并繪制完整的工程裝配圖紙及其零部件圖紙一套；（要求：完成不少于四張0號圖紙的設計工作量，圖紙符合國家標準，各種標注正確無誤）
⑸ 完成不少于30頁的畢業(yè)設計說明書一份。（要求：格式規(guī)范，符合學校標準，設計計算準確，圖文并茂）
四、接受任務學生：
機械92 班 姓名 徐 敏
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設計（論文）指導（或顧問）：
指導教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
III
摘 要
近年來，隨著我國汽車、家電工業(yè)的高速發(fā)展，對于模具工業(yè)，尤其是冷沖模具提出了越來越高、越來越科學的要求。
多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、長壽命的模具，是技術密集型模具的重要代表，是沖模發(fā)展方向之一。一副級進模在一次沖壓動作中可在模具不同工位進行不同的沖壓操作。這些在通過模具的帶料上同時進行的沖壓動作制造出零件。每個工位可進行一個或多個操作，但要生產出完整的零件條料必須經過每一個工位。而零件依靠零件之間的載體輸送到各個工位，并在最后一個工位進行切除。
本設計對嵌件板進行的級進模設計，通過對級進模沖壓成型的工作原理，以及根據(jù)級進模定位零件的特征對鐵片進行加工。同時利用Auto CAD 軟件對制件進行設計繪圖。明確了設計思路，確定了沖壓成型工藝過程并對各個具體部分進行了詳細的計算。并繪制了模具的裝配圖和零件圖。
關鍵詞：級進模；沖壓；AutoCAD
Abstract
In recent years, as China's automobile, hose-appliance industry, the rapid development of the mold industry, especially Die with higher and higher, more scientific requirements.
Multi-position into modules are o-level into mode in the developed on the basis of a kind of high precision, high efficiency, long life mold, is an important representative of technology-intensive mould, is one of stamping development direction.A progressive die performs a series of fundamental sheet metal operations at two or more stations in the die during each press stroke. These simultaneous operations produce a part from a strip of material that moves through the die. Each working station performs one or more die operations, but the strip must move from the first station through each succeeding station to produce a complete part. Carriers, consisting of one or more strips of material left between the parts, provide movement of the parts from one die station to the next. These carrier strips are separated from the parts in the last die station.
The design of the Insert plate of the progressive die design, through the progressive die stamping works, and locate parts progressive die based on the characteristics of the Iron tablets for processing. While using Auto CAD software to design parts drawing. Clear design ideas, determine the process of stamping and forming part of the various specific details of the calculation.And the mapping of the mold assembly and part drawings.
Key words: progressive die; press; AutoCAD
VII
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 本課題的研究意義 1
1.2 我國級進模的發(fā)展現(xiàn)狀 1
2 沖壓工件的工藝分析及排樣圖設計 2
2.1 工藝分析 2
2.2 排樣圖設計 2
2.3 壓力中心的計算 4
3 設計過程中的主要計算 5
3.1 步距及條料標稱寬度的計算 5
3.2 沖4-?1.9mm孔 5
3.2.1 沖裁力，卸料力，推件力計算 5
3.2.2 沖裁間隙及凹模，凸模刃口尺寸公差計算 6
3.3 以兩個?1.9mm的孔導正切邊 6
3.3.1 沖裁力，卸料力，推件力計算 6
3.3.2 沖裁間隙及凹模，凸模刃口尺寸公差計算 7
3.4 以導正孔導正壓錐角 8
3.4.1 壓印力，卸料力，推件力計算 8
3.4.2 凹模，凸模刃口尺寸公差計算 9
3.5 沖外型、落料 9
3.5.1 沖裁力，卸料力，推件力計算 9
3.5.2 沖裁間隙及凹模，凸模刃口尺寸公差計算 9
3.6 側刃 10
3.6.1 沖裁力，卸料力，推件力計算 10
3.7 導正銷尺寸 11
3.7.1 導正銷工作部分直徑 11
3.8 空位 11
4 模具結構總體設計 12
5 模具主要零件設計 13
5.1 定位裝置 13
5.2 卸料裝置： 13
5.2.1 彈性元件 13
5.2.2 卸料板 15
5.2.3 卸料螺釘 15
5.3 固定機構的設計 15
5.3.1 板類零件的定位連接 15
5.4 凸,凹模的設計 16
5.4.1 凹模 16
5.4.2 凸模 18
5.5 固定零件 24
5.5.1 模柄 24
5.5.2 固定板與墊板 24
5.5.3 模架 24
5.6 導向零件 24
5.7 壓力機的選擇 25
6 模具材料的選取 26
6.1 凸凹模材料的選擇 26
6.2 其它主要零件材料的選取見下表 26
設計總結 27
致謝 28
參考文獻 29
嵌件板級進模設計
1 緒論
1.1 本課題的研究意義
在工業(yè)生產中許多機器零件都普遍地采用了模具沖壓成形的工藝方法，這就有效的保證了所得產品的質量和勞動生產率，不但使操作技術更簡單化，還能省料，節(jié)能，從而獲得更顯著的經濟效益。
據(jù)不完全統(tǒng)計，在汽車、農業(yè)機械產品中沖壓件占75％—80％，在電子產品中沖壓件占80％—85％，在輕工業(yè)產品中沖壓件占90％以上，而在航天航空工業(yè)中沖壓件也占很大的比例。尤其是人類生活越來越富裕的今天，工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化已走進我們的生活。想要推動新的產業(yè)革命往更深入、更高階段發(fā)展，那沖壓成形工藝和模具就是不可缺少的極重要的推動力之一。由此可知，沖壓成形工藝和模具在國民經濟中所具有的作用和意義是非常重要的。級進模得到了很廣泛的應用，在各類的冷沖模具中，級進模所占的比例為27％[1]。
級進模的概念：級進模又稱連續(xù)模或跳步模。級進模有兩個或兩個以上的工位，在沖床的一次行程中，在模具的各個工位上同時完成兩個或兩個以上不同的加工。條料在模具內向前送進過程中，經各工位逐步沖切，至最終工位形成產品零件。在壓力機的每次沖程中，級進模至少沖出一個零件[2]。
級進模的功能：一般零件的成形由多個工序組成，級進模設計中首先應將零件的成形工序分解，然后對工序內容進行組合排序，分別將確定的加工內容安排在若干個等距離的工位上，每個工位完成零件的一部分加工，從而將一個復雜零件的加工變?yōu)槎鄠€簡單工序組的合成。沖壓加工過程中，隨著沖床的連續(xù)工作，被加工材料（一般為條料或帶料）在級進模內逐次向前送進，經過多個工位逐步沖切后獲得一個完整的沖壓產品。一個復雜的零件用一副級進模即可完成沖制。在沖床的每次行程中，要從模具中沖出一個或數(shù)個產品零件（或半成品），模具是實現(xiàn)沖壓加工的載體。模具完成沖壓任務所必需的功能分為基本功能和輔助功能[3]。
1.2 我國級進模的發(fā)展現(xiàn)狀
由于種種原因，我國模具工業(yè)和當前工業(yè)發(fā)展還很不適應。無論是在設計制造技術和生產能力方面，還是在管理水平方面，模具工業(yè)都遠遠不能滿足需求，它嚴重影響工業(yè)產品品種，質量和生產周期，削弱了其在國際市場上的競爭力。今年來，我國模具進口幅度呈大幅下降的趨勢，并有超億元的出口額。大型，復雜，精密，高效和長壽命模具也逐漸上了新的臺階，體現(xiàn)高水平制造技術的多工位級進模也越來越多，沖壓自動線，自動沖壓技術也得到廣泛應用。我國模具行業(yè)的技術水平迅速提高，模具國產化已經取得十分可喜的成績，這將對我國在國際市場的競爭能力和綜合國力的提高起到有力的促進作用[5]。
1
2 沖壓工件的工藝分析及排樣圖設計
2.1 工藝分析
圖2.1 產品圖
圖2.1嵌件板是電度表上的一個沖壓件。該零件的材料為純鐵DT4，由于其表上的特殊性，該零件的設計特點是壓窩120度后，平面度要求高，底孔不能變形而且尺寸精度高。該件原工藝采用單工序沖裁與壓120度錐窩分開加工，結果零件外形脹，尺寸超差大，卸料困難，M2.2mm孔與形不對稱而且產效率低?；谝陨蠁栴}，決定用級進模生產該零件，采用沖孔→導正→切邊→導正→修孔→空位→落外形兼校形等工序，這樣既保證了零件質量又提高生產效率。
2.2 排樣圖設計
多工位級進模設計中，排樣圖的合理正確與否，直接影響到制件精度及能否順利進行沖壓生產，并且關系到材料的利用率。因此，排樣圖是多工位級進模設計的依據(jù)，也是關鍵工作之一。在確定排樣方案時，要綜合分析工件的沖壓方向，變形次序與相應的變形程度，并保證沖壓的可能性與加工工藝性。
設計排樣圖時需注意的一些問題[6]：
（1） 盡可能的減少工位數(shù)目，避免累積定位誤差；
（2） 排樣圖上增設空位是解決模具強度和要求有一定空間設置裝置的好方法；
（3） 包含的切邊，沖孔，切外形，切舌,彎曲，切斷彎曲等工序時，切斷彎曲工序應放在最后。其余應遵循先沖平面形狀后沖立體形狀的原則，這樣對沖壓時的進距有利；
（4） 排樣時應注意增設工藝孔，例如切外形方孔先沖圓孔定位，切斷彎曲前先校形等均有利于成形；
（5） 防止小凸模早期損壞或變鈍；
（6） 設計排樣圖時應注意模具中心與壓力中心相一致；
（7） 推桿位置應對稱布置，注意防止材料變形引起導正銷孔的位置變化，這點對薄料尤為重要。
基于上述原則，對此工件的排樣圖作如下分析：
零件屬于中心型沖壓件。根據(jù)毛坯的形狀和尺寸，毛坯的排樣采用雙列排，這樣可以提高生產效率和材料利用率，模具體積也不會太大，采用標準模架。同時在正常情況下，即使采用手工送料，一副模具每日一班也足夠滿足生產的需要。
材料利用率：K=naA=2×44.09204.16=43%
模具的定距方式采用側刃和導正釘配合定距，因此在調料兩邊要有一定寬度的載體來滿足側刃的沖切。
通過《實用模具技術手冊》，中心搭邊值取1.5mm，側搭邊值取2mm，雙側載體的單側寬度取4mm，這樣條料寬度為37.6mm，沖壓步距為6.6mm。
經分析得出以下排樣圖設計的方案：
方案一：排樣圖如圖2.2所示，共有5個工位。
圖2.2 排樣圖
第1工位：沖4個?1.9mm的孔。
第2工位：用2個?1.9mm的孔做導正孔導正沖外型。
第3工位：用兩個導正孔導正壓120度錐角并修孔。
第4工位：空工位。
第5工位：沖外型兼落料。
方案二：排樣圖如圖2.3所示，一共6個工位
圖2.3 排樣圖
第1工位：沖4個?1.9mm的孔。
第2工位：用2個?1.9mm的孔做導正孔導正切邊。
第3工位：用兩個導正孔導正壓120度錐角。
第4工位：由于壓角引起孔徑邊小，因此用導正孔導正修孔。
第5工位：空工位。
第6工位：沖外型兼落料。
分析比較方案一，方案二，可以看出方案一與方案二，方案二將方案一的公位分解了，考慮到模具尺寸的設計大小，在滿足設計要求的情況下應選擇較小的尺寸設計，所以此模具的排樣圖采用方案一較佳。
2.3 壓力中心的計算
由于該零件是軸對稱零件，所以其重心在對稱中心線上。計算壓力中心時，僅考慮圖9示x方向的值。以條料邊緣與沖外型邊緣的延長線交線為坐標的原點。以下式中x,l,L分別表示壓力中心距離原點的坐標，單工序中圖形的輪廓線，工序中輪廓線的長度的總和。
由沖模設計與制造實用計算手冊可得各種沖壓力的壓力中心為：
X0=p1x1+p2x2+…+pnxnp1+p2+…+pna
5
3 設計過程中的主要計算
3.1 步距及條料標稱寬度的計算
由《沖壓工藝與模具設計》中的公式可計算步距及條料寬度[7]。
步距： A=L+b
式中L——零件的總長度
b——延送進方向的搭邊值
A=5.1+1.5=6.6mm
條料寬度： B=D+2a
式中 D——零件的最大寬度(mm)
a——側搭邊(mm)
B=10.8×2+2×4+4×2=37.6mm
3.2 沖4-?1.9mm孔
3.2.1 沖裁力，卸料力，推件力計算
由《實用模具技術手冊》表1-1查得電工用純鐵DT4的τ=177Mpa[8]
L=4πD
式中：L——沖裁件周邊長度(mm)
D——沖裁件的直徑(mm)
L=3.14×4×1.9
=23.9mm
由《實用模具設計手冊》表3-14計算沖裁力為
F沖=KLtτ
式中：K——系數(shù)，一般取1.3
τ ——材料抗剪強度Mpa
t ——材料厚度=1.5(mm)
F沖=1.3×23.9×1.5×177
=8249N
卸料力： F卸=K卸F沖
由《實用模具設計手冊》表3-15，查得K卸=0.12
則F卸=K卸F沖=0.12×8249=990N
推件力：由《實用模具設計手冊》表3-16，查得K推=0.05，n=1
F推=K推F沖n=0.05×1×8249=412N
總沖壓力：F總=F沖+F卸+F推
=8249+990+412
=9651N
3.2.2 沖裁間隙及凹模，凸模刃口尺寸公差計算
由《沖模設計應用實例》附錄D查得沖裁件未注公差尺寸的極限偏差為[9]：
?3.050+0.16mm，?30+0.12mm
由《實用模具技術手冊》表3-17查得， Zmin=0.10mm，Zmax=0.14mm
由《實用模具技術手冊》表3-11查得， δp=0.020mm，δd=0.020mm
δp+δd=0.020+0.020=0.040mm
Zmax-Zmin=0.14-0.10=0.04mm
滿足： Zmax-Zmin≥δp+δd
故凸，凹模采取分開加工的方法制造
沖?1.9mm的孔：
由《實用模具技術手冊》表3-12查得， x=0.75
d凸=（d+x?）-δp0=(1.9+0.75×0.1)-0.020=1.975-0.020mm
d凹=（d+x?+Zmin）0+σ凹=（1.95+0.75+0.10）0+0.020=2.0750+0.02mm
3.3 以兩個?1.9mm的孔導正切邊
3.3.1 沖裁力，卸料力，推件力計算
由《實用模具技術手冊》表1-1查得電工用純鐵DT4的τ=177Mpa
L=20.3+15.2+15.2=50.7mm
由《實用模具設計手冊》表3-14計算沖裁力為
F沖=KLtτ
F沖=1.3×50.7×1.5×177
=17499N
卸料力： F卸=K卸F沖
由《實用模具設計手冊》表3-15，查得K卸=0.12
則F卸=K卸F沖=0.12×17499=2100N
推件力：由《實用模具設計手冊》表3-16，查得K推=0.05,n=1
F推=K推F沖n=0.05×1×17499=848N
總沖壓力：
F總=F沖+F卸+F推
=17499+2100+848
=20447N
3.3.2 沖裁間隙及凹模，凸模刃口尺寸公差計算
由于凸凹模形狀復雜，因此凸凹模采用配合加工，先加工好凸模作為基準件，根據(jù)凸模的實際尺寸配合加工凹模。使它們保持一定間隙。
由《實用模具技術手冊》表3-12查得，非圓形x=1
凸模1磨損后，刃口尺寸AB，DE，GH，JK變小，其中AB=HG，DE=JK；
刃口尺寸BC=FG=HI=LA和CD=EF=IJ=KL變大。由此
LAB=LHG=(L+x?)-δp0=(3.1+1×0.08)-0.020=3.18-0.020mm
LDE=LJK=(L+x?)-δp0=(4+1×0.08)-0.020=4.08-0.020mm
LBC=LFG=LHI=LLA=L-+σp2=0.99-+0.01mm
LCD=LEF=LIJ=LKL=L-+σp2=0.3-+0.01mm
以凸模為基準件配做凹模，對應凹模尺寸為
LAB=LHG=L+x?+Zmin0+σ=3.280+0.02mm
LDE=LJK=(L+X?+Zmin)0+σ=4.1800.02mm
LBC=LFG=LHI=LLA=L-+σp2+Zmin=1.09-+0.01mm
LCD=LEF=LIJ=LKL=L-+σp2+Zmin=0.4-+0.01mm
凸模2磨損后，刃口尺寸AB，DE，F(xiàn)E，F(xiàn)G變??；BC=HA，CD=GH尺寸
LAB=(L+x?)-δp0=(3.1+1×0.08)-0.020=3.18-0.020mm
LDE=LFG=(L+x?)-δp0=(2+1×0.08)-0.020=2.08-0.020mm
LEF=(L+x?)-δp0=(5.1+1×0.08)-0.020=5.18-0.020mm
LBC=LHA=L-+σp2=0.99-+0.01mm
LCD=LGH=L-+σp2=0.3-+0.01mm
以凸模為基準配作凹模，對應凹模尺寸為
LAB=LAB凸+Zmin=3.280+0.02mm
LDE=LFG=L凸+Zmin=2.180+0.02mm
LEF=L凸+Zmin=5.280+0.02mm
LBC=LHA=L-+σp2+Zmin=1.09-+0.01mm
LCD=LGH=L-+σp2+Zmin=0.4-+0.01mm
3.4 以導正孔導正壓錐角
3.4.1 壓印力，卸料力，推件力計算
由《模具設計與制造實用計算手冊》表1-76查得，純鐵的單位擠壓力為
p=1400P/MPa(1MP=1N)。
壓角邊延長可以得到兩個圓錐，因此壓角部分的面積
S=πRL-πrl。
式中 R—— 壓角后孔的半徑
r —— 壓角前孔的半徑
L——大圓錐的母線長
l——小圓錐的母線長
經計算， R=1.1；r=0.95；
L=0.64；l=0.39。
S=πRL-πrl
=3.14×1.1×0.64-3.14×0.95×0.39
=1.34mm2
總壓力 P=s×p=1.34×1400=1848N
推件力：由《實用模具設計手冊》表3-16，查得K推=0.05,n=1
F推=K推F沖n=0.05×1×1848=92.4N
總沖壓力：
F總=4F沖+F卸+F推
=4×4158
=16632N
3.4.2 凹模，凸模刃口尺寸公差計算
由于有導正釘對條料進行精定位，因此會使第一個工序沖孔變形，而且壓角會使孔距變小，因此凸模刃口段是對沖孔進行修正并導正，尺寸和沖孔一樣，刃口段上方設計120度的錐角對孔進行壓塌。凹模刃口尺寸和沖孔凹模尺寸一樣。
3.5 沖外型、落料
3.5.1 沖裁力，卸料力，推件力計算
由《實用模具技術手冊》表1-1查得電工用純鐵DT4的τ=177MPa
L=5.125.6=130.56mm
由《實用模具設計手冊》表3-14計算沖裁力為
F沖=KLtτ
F沖=1.3×130.56×1.5×177
=45062.8N
卸料力： F卸=K卸F沖
由《實用模具設計手冊》表3-15，查得K卸=0.12
則 F卸=K卸F沖
=0.12×45062.8
=5408N
推件力：由《實用模具設計手冊》表3-16，查得K推=0.05，n=1
F推=K推F沖n=0.05×1×45062.8=2253N
總沖壓力：
F總=F沖+F卸+F推=45062.8+5408+2253=52723N
3.5.2 沖裁間隙及凹模，凸模刃口尺寸公差計算
由《實用模具技術手冊》表3-17查得，Zmin=0.10mm，Zmax=0.14mm
由《實用模具技術手冊》表3-11查得，δp=0.020mm，δd=0.020mm
δp+δd=0.020+0.020=0.040mm
Zmax-Zmin=0.14-0.10=0.04mm
滿足：Zmax-Zmin≥δp+δd
故凸，凹模采取分開加工的方法制造 ：
由《實用模具技術手冊》表3-12查得，非圓形x=1。由于是落料件，因此應根據(jù)凹模尺寸來確定凸模的尺寸。
凹模尺寸LAB=LCD=(L-x?)0+σ凹=(5.1-1×0.08)0+0.02=5.0920+0.02mm
LBC=LDA=(L-x?)0+σ=(25.6-1×0.08)0+0.02=25.5920+0.02mm
凸模尺寸LAB=LCD=(L-x?-Zmin)-σ凸0凹=4.992-0.020mm
LBC=LDA=(L-x?-Zmin)-σ凸0凹=25.492-0.020mm
3.6 側刃
3.6.1 沖裁力，卸料力，推件力計算
由《實用模具技術手冊》表1-1查得電工用純鐵DT4的τ=177MPa
L=2+1.2+0.7+3.2+0.7+1.2+2
=11mm
由《實用模具設計手冊》表3-14計算沖裁力為
F沖=KLtτ
F沖=1.3×11×1.5×177
=3796.7N
卸料力：F卸=K卸F沖
由《實用模具設計手冊》表3-15，查得F卸=0.12
則 F卸=K卸F沖
=0.12×3796.7
=456N
推件力：由《實用模具設計手冊》表3-16，查得K推=0.05，n=1
F推=K推F沖n=0.05×1×4556=228N
總沖壓力：
F總=F沖+F卸+F推=3796.7+456+228=4480N
3.7 導正銷尺寸
3.7.1 導正銷工作部分直徑
根據(jù)《實用模具技術手冊》，d導=d導凸-t×0.02
=1.945mm
導正銷的制造偏差為?1.945-0.0060mm（按GB2864.1-84制造）
導正銷直壁部分進入條料長度M=H+(0.5-1)t (mm)
其中H為卸料板活動量，H=L+t (mm)，L為凸模工作長度，L=2.5mm
則H=4帶入公式M=H+(0.5-1)t (mm)得M=5.5mm
3.8 空位
為了保證模具有足夠的強度，確保模具的使用壽命和產品質量，在級進模中適當?shù)脑黾涌展の弧?
設置空工位是應考慮以下幾條原則[10]：
1．步距較大時不應多設空工位。
2．精度高，形狀復雜的零件沖壓不應多設置空工位，以減少總工位數(shù)。
3．用導正銷精定位時可以適當多設置空位。
根據(jù)以上原則，該模具在第四工位設置空工位。
11
4 模具結構總體設計
通過上述的工藝分析和一些初步的計算，采用了正裝式上模彈性卸料的五工位級進模具?？紤]到對角導柱模架可以兩方向送料，導柱與導套滑動平穩(wěn)，所以框架選用GB2851.1-81對角導程標準模架[11]，其模具結構如下圖所示。
圖4.0 模具結構圖
板料采用自動送料裝置送進，用導料板導向，先用側刃粗定位，后用導正銷進行精確定位，在第1工位沖出導正孔后,在第2至第5工位間設置2對導正銷導正，從根本上保證了沖壓工件的穩(wěn)定性和精確性[12]。
模具上部分由上模座，墊板，凸模固定板，卸料板和各個凸模組成。各板料之間采用圓柱頭內六角螺釘連接。為了對卸料板精確導向，使用了4個?12mm的小導柱，采用4個滑動導向的導柱。導柱固定在凹模上，導套固定在卸料板上，導柱與導套采用小間隙配合。在上模座和卸料板之間采用6個?8mm的卸料螺釘連接。
模具下模部分由凹模、墊板和導料板等組成?？紤]到節(jié)約材料和便于維修，凹模采用整體加部分鑲件結構。在壓窩處，由于成型力大，凸模采用高韌性合金工具鋼。
13
5 模具主要零件設計
模具的結構圖如后所附的模具裝配圖所示，主要由上下模座，各工位的凸
凹模，卸料裝置，固定裝置，定位裝置，斜鍥機構等等[13]。
5.1 定位裝置
條料在初始時采用了導料板導向，保證送進方向。導料板與卸料板分開制造，導料板用內六角螺釘固定在整體凹模上面。為了使條料順利通過，導料板相互之間的距離應該等于條料的最大寬度加上雙邊間隙值。一般導料板的間距和厚度為：
W=B+（0.05-0.2）
H0=h+0.5-2t+(1-5)
式中 W——導料板間距
B——條料寬度
h——工件最大成型高度
t ——條料厚度
經計算，取導料板間距為37.8，根據(jù)經驗公式導料板厚度取4.5mm，長度和寬度按凹模尺寸配合制造。導料板的外形尺寸按GB2865.5-81選取。
由于該模具用側刃定距，第一個工位需要在調料邊緣沖切一個與步距相同尺寸的定位槽，因此在導料板上需留出側刃的位置。考慮到凹式側刃的定位精度比較高，因此模具選用凹式側刃。側刃的尺寸參照冷沖模國家標準。
條料在第一工位沖出導正銷孔后，在其后的工位中用導正銷精確定位。導正銷導正銷共設4個，分別在第2，3工位，考慮到步距比較小，凸模固定板上孔的間距較小，因此直接把導正銷裝在卸料板上，與卸料板的配合公差為H7h6，與凹模的配合公差為H7k6，其長度總長為15mm。制造卸料板時，與導正銷的位置偏差不應大于0.005mm。
5.2 卸料裝置：
5.2.1 彈性元件
卸料裝置初定6根彈簧，每根彈簧分擔的卸料力為：
F卸n=990+2100+5048+4566=1432N
這樣每根彈簧分擔的卸料力比較大，在彈簧的選取上有困難，因此考慮用承受負荷較大的橡膠進行卸料。橡膠卸料還有安裝調整方便，價格不貴等優(yōu)點。
橡膠所能產生的壓力為： F=AP
式中 F——橡膠所能產生的壓力（N）
A——橡膠的橫截面積（mm2）
P——與橡膠壓縮量有關的單位壓力（MPa）
由于卸料總力為990+2100+5048+456=8594N，所以橡膠產生的壓力F=8594N，根據(jù)《使用沖壓技術手冊》中表11-34 選取橡膠壓縮量為35%，所產生的單位壓力為2.10/MPa。則橡膠的斷面面積為4092mm2。
為了保證橡膠的正常使用，不至于過早損壞，應控制其最大的壓縮量S總為自由高度H自由的35%—45%。而橡膠的預壓縮量S預，一般取H自由的10%—15%。則橡膠的工作行程為：
S工作=S總-S預=(0.25-0.3)H自由
所以橡膠的自由高度為：
H自由=S工作(0.25-0.3)=(3.5-4,0)S工作
式中S工作——卸料板或推件塊，壓邊圈等的工作行程與模具修磨量或調量（4—6mm）之和再加1。
該模具卸料板的工作行程為4mm,則S工作=4+5+1=10mm。
橡膠的自由高度為H自由=35mm.
橡膠的高度H與直徑D之比必須在（0.5—1.5）的范圍內
根據(jù)H自由計算橡膠的裝備高度H裝配
由《實用沖壓技術手冊》式（11-23）得H裝配=(0.85-0.9)H自由
H裝配=32mm
5.2.2 卸料板
圖5.2 卸料板
卸料板的設計如圖所示
參照《實用沖壓技術手冊》中有關卸料板厚度的計算公式：
H=(0.8~1.0)Hd
式中： H——卸料板厚度(mm)
Hd——凹模厚度(mm)
則取H = 20mm，根據(jù)結構選用160mm×125mm×20mm的標準模板。
因為用導料板導料，把卸料板[14]設計為凸臺式，便于壓料面把凹模上的條料壓住。凸臺的高度：
H=h+(0.3—0.5)
式中h——(導料板—板料厚度)=4.5-1.5=3
因此凸臺高度取3.5mm
此外卸料板對凸模進行導向，取單邊間隙C=0.01mm，卸料板開口處的間隙取0.5mm。
5.2.3 卸料螺釘
按GB2867.6–81選d = 8mm的圓柱頭內六角卸料螺釘，螺柱長度根據(jù)窩深，凸模尺寸和卸料板的配合高度確定為70，其它具體尺寸參照冷沖模國家標準。
卸料螺釘?shù)母C深應滿足：
h≥卸料板行程+螺釘頭高度+修磨量+安全間隙 = 4 + 8 + 6 + 4 = 22mm
卸料螺釘安裝在上模座上，則：
卸料螺釘?shù)母C深h = 27mm
故滿足要求。
5.3 固定機構的設計
5.3.1 板類零件的定位連接
模座固定板和墊板之間采用銷釘定位，內六角螺釘連接。銷釘用兩顆，直徑為D=6mm，分別用8顆直徑為6mm的內六角螺釘連接上下模座和各模板。在上模座，上模固定板和墊板之間采用分層連接，在墊板和固定板之間采用直徑為4mm的內六角螺釘連接。
5.4 凸,凹模的設計
5.4.1 凹模
（1） 凹模結構和固定形式
凹模的結構如圖5.2所示：
圖5.3 凹模
該模具采用了整體與鑲件相結合的組合方式。沖空凸模，切邊凸模和落料凸模通過凸臺設計鑲嵌與凹模固定板內，這樣不僅方便維修而且也減少了昂貴的凹模制造成本。
沖孔凹模和落料凹模與凸模分開制造，因此凹模刃口尺寸根據(jù)公式求得，而切邊凹模由于其外型復雜采用與凸模配合制造。
凹模采用臺階式落料孔，該形狀的好處在于刃口強度較好，刃口尺寸不隨修磨人口而增大，但是易積聚沖裁件或廢料，孔壁磨損和壓力較大，修磨時刃口磨去的尺寸較多。因此應用與向下頂出零件或廢料，形狀復雜或精度較高的零件。如下圖5.1所示，查《實用沖壓技術手冊》表11-22，得工作刃口高度h=7m,臺肩突出的寬度為a=0.5mm。
凹模的外形尺寸的確定依據(jù)經驗公式：
凹模高度：
H=K?b(≥15mm)
式中：b——沖裁件最大外形尺寸(mm)
K——系數(shù)?？紤]坯料厚度影響的系數(shù)，其值可參考《實用沖壓技術手冊》表7-4
由上式計算，取凹模的厚度為H=20mm。
由于該模具為級進模，且送料步距比較小，因此凹模的壁厚根據(jù)
具體情況而定。
（2） 凹模強度校核
1） 沖孔凹模強度校核
根據(jù)《沖模設計與制造實用計算手冊》，矩形凹模強度計算公式：
Hmin=3Pσ彎ba1+b2a2
σ彎=3PH2ba1+b2a2≤σ彎
式中 P——沖裁力（N）
σ彎——凹模材料的許用彎曲應力（Cr12M0V的彎曲應力為294—490）
Hmin=凹模最小厚度(mm)
Hmin=3×842949027.891+27.8292=3.9mm
σ彎=3PH2ba1+b2a2=293≤σ彎
故符合標準。
2） 切邊凹模強度校核
根據(jù)《沖模設計與制造實用計算手冊》，矩形凹模強度計算公式：
Hmin=3Pσ彎ba1+b2a2
σ彎=3PH2ba1+b2a2≤σ彎
式中 P——沖裁力（N）
σ彎——凹模材料的許用彎曲應力（Cr12M0V的彎曲應力為294—490）
Hmin=凹模最小厚度(mm)
則 Hmin=3×1749949038.691+38.6292=4.9<6mm
σ彎=3×174996238.691+38.6292=321≤σ彎
符合強度要求
3） 落料凹模強度校核
根據(jù)《沖模設計與制造實用計算手冊》，矩形凹模強度計算公式：
Hmin=3Pσ彎ba1+b2a2
σ彎=3PH2ba1+b2a2≤σ彎
式中 P——沖裁力（N）
σ彎——凹模材料的許用彎曲應力（Cr12M0V的彎曲應力為294—490）
Hmin=凹模最小厚度(mm)
則
Hmin=3×4506349046181+462182=9.7<10
σ彎=3×4506312246181+462182=320≤σ彎
滿足強度要求。
5.4.2 凸模
(1) 凸模的結構形式和固定方式
在設計凸模式結構形式和固定方式的時候一般要考慮以下問題：
異形凸模要有防轉動措施；
有導向裝置的凸模，穩(wěn)定性好，可利用卸料板使凸模導向，但要注意他們的配合尺寸；
沖小孔，凸模必須導向和保護；
快速裝換凸模機構可靠性好。
故在設計沖4-?1.9mm孔凸模時采用了常見的圓形凸模的結構形式和固定方法。為了增加凸模的強度與剛度，凸模做成臺階式，用固定板固定，臺階處圓滑過渡，以避免應力集中。小端是工作部分，其尺寸和公差根據(jù)工件尺寸和制造方法確定。臺階與凸模固定板過渡配合(H7m6)。最大臺階是用其臺肩保證凸模在卸料時不被拉出。
在設計切邊凸模時，由于其刃口形狀比較復雜，因此固定段的形狀設計為方型，這樣在裝配和制造時都比較方便，而且強度也比較可靠，還能防止轉動。
設計壓窩凸模時，如果壓窩和修孔單獨設計凸模不僅增加了工位數(shù)目，而且零件的精度也得不到保證，因此把修孔和壓窩設計為一個凸模，形狀如零件圖所示，?1.975mm部分既對凸模進行導向又防止壓窩時產生的孔變形，壓窩刃口設計為120°。
落料的沖裁力比較大，因此為了增加落料凸模的剛度把凸模設計成臺階式，落料時凸模與推件塊下壓到死點進行校型然后將零件推出。
(2) 凸模長度的確定：
凸模長度一般是根據(jù)模具的具體長度結構來確定。采用彈性卸料板的模具結構，其凸模長度按以下公式計算：
L=h1+h2+h3+h
式中：L——凸模長度 (mm)
h1——凸模固定板的厚度 (mm)
h2——卸料板厚度 (mm)
h3——凸模進入凹模的深度(mm)
h——附加長度，包括凸模的修磨量及模具閉合狀態(tài)下卸料板到凸模固定板之間的安全距離等。
L=20+20+1+14=55mm
(3) 強度校核：
一般情況下，凸模的強度是足夠的，沒有必要作強度校核。但對于
特別細長的凸模或小凸模沖裁厚而硬的材料時，則進行凸模承壓能力和
抗縱向彎曲能力的校驗。在這里我們對于沖孔凸模進行校驗。
1) 沖孔凸模的校核
圖5.4 沖孔凸模
凸模機構尺寸如圖所示
承壓能力的校核
沖裁時，凸模承受的壓應力σc必須小于凸模材料允許的壓應力σc
根據(jù)《實用模具技術手冊》式11-1
σc=FAmin≤σc
對于圓形凸模：
dmin≥4tτσc
式中： dmin——凸模最小直徑(mm)
t——料厚(mm)
τ——材料剪切強度 (MPa)
F——沖裁力(N)
Amin——凸模最小截面積(mm2)
σc——凸模材料的許用壓應力(MPa)，它的大小取決于材料種類，熱處理和凸模的結構與工作條件。
dmin=4×1.5×1772000=0.2mm
抗縱向彎曲能力的校核
根據(jù)《模具設計與制造實用計算手冊》
對于圓形帶臺肩的凸模： Lmax≤CEd03tτ
式中：Lmax——凸模允許的最大自由長度(mm)
C——系數(shù)，參見《模具設計與制造實用計算手冊》表3-2
E——凸模材料的彈性模量
d0——凸模大端直徑(mm)
t——沖件材料厚度(mm)
τ——沖件材料抗剪強度(MPa)
Lmax=0.273210000×431.5×177=61mm>55mm 經校核滿足要求。
2) 切邊凸模1的校核
圖5.5 切邊凸模
切邊凸模如圖5.5所示
承載能力的校核
沖裁時，凸模承受的壓應力σc必須小于凸模材料允許的壓應力σc
根據(jù)《實用模具技術手冊》式11-1
σc=FAmin≤σc
σc——凸模最小壓應力（MPa）;
F——凸模壓力（N）
Amin——凸模最小截面積 (mm2)
σc——凸模材料的許用壓應力(MPa)，它的大小取決于材料種類，熱處理和凸模的結構與工作條件。
σc=5246N12.9mm2=407MPa<2000MPa，因此符合要求。
抗縱向彎曲能力的校核
根據(jù)《模具設計與制造實用計算手冊》
對于圓形帶臺肩的凸模： Lmax≤πEJP
式中: Lmax——凸模允許的最大自由長度(mm)
E——凸模材料的彈性模量
J——凸模斷面最小慣矩 (mm4)
P——沖裁力（N）
3.14210000×7.85246=67.4mm>56.5mm
3) 切邊凸模2的校核
切邊凸模2的結構尺寸如下圖5.6所示。
圖5.6 切邊凸模2
承載能力的校核
沖裁時，凸模承受的壓應力σc必須小于凸模材料允許的壓應力σc
根據(jù)《實用模具技術手冊》式11-1
σc=FAmin≤σc
σc ——凸模最小壓應力（MPa）;
F——凸模壓力（N）
Amin——凸模最小截面積(mm2)
σc ——凸模材料的許用壓應力(MPa)，它的大小取決于材料種類，熱處理和凸模的結構與工作條件。
σc=7006N25.8mm2=272MPa<2000MPa，因此符合要求。
抗縱向彎曲能力的校核
根據(jù)《模具設計與制造實用計算手冊》
對于圓形帶臺肩的凸模：Lmax≤πEJP
式中: Lmax——凸模允許的最大自由長度(mm)
E——凸模材料的彈性模量
J——凸模斷面最小慣矩(mm4)
P——沖裁力（N）
3.14210000×9.87006=68.2mm>56.5mm
4) 落料凸模的校核
圖5.7 落料凸模
承載能力的校核
沖裁時，凸模承受的壓應力σc必須小于凸模材料允許的壓應力σc
根據(jù)《實用模具技術手冊》式11-1
σc=FAmin≤σc
σc —— 凸模最小壓應力(MPa);
F——凸模壓力（N）
Amin——凸模最小截面積(mm2)
σc——凸模材料的許用壓應力(MPa)，它的大小取決于材料種類，熱處理和凸模的結構與工作條件。
σc=45062.8N127.5mm2=353MPa<2000MPa，因此符合要求。
抗縱向彎曲能力的校核
根據(jù)《模具設計與制造實用計算手冊》
對于圓形帶臺肩的凸模： Lmax≤πEJP
式中: Lmax ——凸模允許的最大自由長度(mm)
E——凸模材料的彈性模量
J——凸模斷面最小慣矩(mm4)
P——沖裁力（N）
3.14210000×13245062.2=78mm>56.5mm
5.5 固定零件
5.5.1 模柄
考慮到模具的結構并非很大，在這里采用裝卸方便的旋入式模柄。其標準對照GB2862.1–81。
主要尺寸H = 78mm，h = 30mm
5.5.2 固定板與墊板
參照有關凸模固定板厚度的經驗計算公式：
H=（0.3—0.4）L
式中L——凸模長度
則取H = 20mm，其長度與寬度與卸料板相同，與凸模配合高度H1 > 1.5D
D——凸模直徑
經檢驗符合要求。
凹模固定板的高度根據(jù)經驗表取20mm，尺寸為160×125×20
凸凹模墊板采用整體式，其厚度參照經驗表各為8mm。
5.5.3 模架
通過前面的計算，確定了凹模的外形尺寸和彈簧尺寸，參加《實用模具技術手冊》表11-4，選擇滑動對角導柱模架 (GB/T2851.1-1990)。
其主要規(guī)格為： L=160mm，B=125mm，Hmax=140mm，Hmin=170mm
h1=35mm，h2=40mm
5.6 導向零件
該模具有3種規(guī)格的導柱導套，由于要防止模具在安裝的時候造成的錯位,所以連接模架中的上模座和下模座的兩副導柱導套的大小規(guī)格是不相同的，查標準模架表可知,其規(guī)格為：
導柱： 25m×130mm 材質為20鋼
導套： 25m×85mm×33mm 材質為20鋼
導柱： 28mm×130mm 材質為20鋼
導套： 28mm×85mm×33mm 材質為20鋼
小導柱導套主要連接凸模固定板，卸料板。主要起保證加工精度和保護細小凸模的作用，其規(guī)格為：
導柱：12h5×60mm 材質為20鋼
導套： 18mm×16mm 材質為20鋼
導柱導套滲碳深度為0.8~1.2mm，硬度為（58~62）HRC，