冲压设计的工艺分析
设计零件的材料为08Al,材料的硬度较软，韧性姣好，冲压件不能有裂纹，缩孔气孔等缺陷。其对冲压模具的基本要求：属冲裁模其凸凹模等工作部分的材料，必须选用能满足使用要求的Cr12MoV、D2或性能更佳的冷作模具钢，并经规范的热处理，内应力小、硬度均匀、无裂纹。属拉伸、弯曲、成形模的凸凹模等工作部分的材料，原则上选用能满足使用要求的Cr12MoV、D2或性能更佳的冷作模具钢。特殊情况下允许采用经过表面处理的优质中碳钢、球墨铸铁替代。但必须满足预期生产批量与质量的要求[5]。 2.2.2 冲压件的结构分析以及模具结构的确定
零件的结构比较简单，为一端开口的圆筒形结构。圆筒的壁厚为2mm。在圆筒的两侧靠近底部有φ无膜电池20mm和φ7mm的两个孔。本次设计的任务就是设计冲出φ20mm和φ7mm两个孔的模具。零件的结构图如图2.1所示：
图2.1 冲压件零件图
2.2.3 方案的确定
有上图可以看出，该零件的加工需要分两步来完成。首先可以确定该零件的毛坯为圆盘形铝合金钢板。钢板经过引伸模具引伸后再通过冲孔模具冲孔才能够形成图2.1所示的零件。
本次设计就是设计冲两侧孔的冲孔模具。由于孔的开口方向与冲床冲头的运动方向垂直， 要想冲出两孔就必需将垂直的运动转化为水平的运动。因此，模具采用斜楔机构来推动冲头的运动。然后通过弹簧来复位以便使成品脱模。
2.3 本章小结
本章主要做了模具设计的一些前期准备工作，了解了模具设计的设计内容和步骤。冲压生产时，冲压工艺方面的各种工艺参数的正确采用，是获得优质冲压件的决定因子，而冲压模则是正确选择和调整有关工艺参数的基础对冲压件进行工艺分析，分别讨论了冲压件的材料和结构，对设计方案进行初步判断，为以后的设计工作做好准备。
第3章 冲孔模主要零部件设计
3.1冲头设计
冲头是冲模中起直接形成工件作用的凸形工作零件，既以外形为工作表面的零件。其工作端面的截面形状根据槽形确定。刃口通常为平的，优点是便于修磨，为了减轻冲床的负荷
也可以磨成锯齿形。由于本设计中冲裁力较小，因此直接采用平口即可。冲模工作表面的表面粗糙度要求在Ra0.4～Ra0.8μm之间[5]。
3.1.1冲头的固定方式
冲头常用的固定方法有铆接法、台肩法和低熔点合金、环氧树脂浇铸固定法。本设计采用的突缘固定法属于台肩法的一种，它是通过先将冲头压入冲头固定板，然后用螺钉将冲头固定板固定在斜楔上的一种方式。其固定形式如图3.1所示。
图3.1 突缘固定方式
1-冲头 2-冲头固定板 3-背托板（斜楔）
3.1.2 冲头长度的确定
冲头的长度是根据模具结构的需要和修磨量来确定的，冲头的长度一般都在40～100mm的范围内，近年来由于线切割技术的进步，不管何种形状的冲头（包括圆形）都是通过模钢板直接割取。在冲剪加工中冲头修鞋技术的断裂的主要原因在于细小冲头的抗压强度不足或弯曲强
度不足所致。确定冲头长度的方法可按下式计算完成[6]。
式中 h1------- 凸模固定板的厚度（mm）
h2------- 卸料板厚度 （mm）
h3------- 侧面导板的厚度 （mm）
通过上面的公式确定冲头的总长度为137mm，其中工作部分长度为87mm。
冲头的结构如图3.2所示。
图3.2 冲头结构图
3.2凹模的设计
凹模是冲模中起直接形成冲件作用的凹形工作零件，即以内形为工作零件。凹模刃口的周边形状和凸模相同。
3.2.1 凹模的类型和结构形式
凹模因要清除“废料”或工件，沿深度方向的尺寸不能上下一致，凹模的类型基本上有以下三种：第一种是孔口一段呈直筒形，以下转为锥形，锥度为 ；第二种是孔口一段呈直筒形，落料孔比凹模尺寸大1～2mm；第三种是具有以下的锥形。第一、二两种形式刃口坚固，修磨后尺寸不变，对形状复杂和精度要求高的槽形是很合适的。第三种形式适用于冲制形状简单或精度要求较低的工件，它的使用寿命较长，因为加工时通常把刃口尺寸控制在公差的最小值，而锥底尺寸控制在公差的最大值或稍大一点。在第一、二种形式中，孔口的一段高度称为有效高度或寿命高度，凹模的有效高度一般为8～12mm，凹模的工作表面粗糙度要求在Ra0.4～Ra0.8um范围内[7]。
凹模有两种结构：整块的和拼块的。如果是整块的，可以用螺钉、销钉固定和定位在下模座上；如果是拼块的，则用钢圈热套办法将拼块紧固，再通过钢圈将凹模固定在下模座上。钢圈内圈和凹模外圈的配合为U8/h7。
3.2.2 凹模外形尺寸的确定
冲孔模的凹模一般都为圆形，但由于该零件的形状较为特殊，因此作为凹模的零件同时还要起到定位的作用，同时模具工作过程中产生的废料也要由此排出。而且该模具冲孔的方向为横向。所以传统的各种凹模的形式都不适用于本设计。
综合以上的情况，凹模采用整块结构。其外形为圆筒形，圆筒的外径尺寸与零件的内径尺寸吻合，以便冲孔过程中零件的定位。在圆筒上两侧各开一个孔尺寸与零件上的两个孔相当，起到凹模的作用。凹模通过螺钉固定在下模座上。圆筒的高度为168mm略高于零件的高度，加工时将零件套于圆筒上然后由两侧的冲头冲出两侧孔。圆筒的厚度可由表3.1确定[4]。
表3.1 凹模厚度H和壁厚C (mm)
料厚 t 凹模外形尺 寸 b | 0.8 | >0.8～1.5 | 探头板>1.5～3 | >3～5 |
C | H游艇门 | C | H | C | H | C | H |
<50 50～75 | 26 | 20 | 30 | 22 | 34 | 25 | 40 | 28 |
75～150 | 32 | 22 | 36 | 25 | 40 | 28 | 46 | 32 |
150～200 | 38 | 25 | 42 | 28 | 46 | 32 | 52 | 36 |
>200 | 44 | 28 | 48 | 30虚拟地震台网 | 52 | 35 | 60 | 40 |
| | | | | | | | |
由表3.1选取圆筒的壁厚为32mm，既凹模的壁厚为32mm。凹模的具体结构如图3.3所示。
app数据采集图3.3 凹模结构图
3.2.3 凹模材料的选择
冲模中最重要的部分是凹模和凸模。用来制造凹模和凸模的材料，要承受强大的剪切力、压力、冲击力、和摩擦力，因此模刃应满足如下要求：有很高的硬度，很高的耐磨和耐疲劳的能力以及足够的韧性；热处理以后的变形应尽可能小；长期使用以后的变形应尽可能小。根据上述要求，通常采用合金工具钢（Cr12或Cr12MoV）作为制造凹模和凸模的材料。经过淬火和磨削加工后，其硬度要求达到58～62HRC。因为Cr12、Cr12MoV钢具有很高的耐磨性，Cr12钢由于碳、铬元素的含量均高于Cr12MoV，因而其耐磨性略高于后者，但韧性较Cr12MoV稍差。Cr12MoV具有较高的淬透性（Cr12钢φ200mm～300mm可以全部淬透；Cr12MoV钢φ300mm～400mm截面可全部淬透）和良好的耐热性（在300～500℃）范围内，仍能保持较高的硬度和耐磨性，并且热处理后变形很小，号称“不变形钢”[8]。
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