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1、实例二：电极板冲孔模设计实例二：电极板冲孔模设计零件名称：电极板生产批量：4000 件/年材料：紫铜（硬）料厚：5mm产品零件图：见图 1。1 电极板冲孔模设计的前期准备前期的准备工作主要包括阅读产品零件图，收集、查阅有关设计资料，根据产品的原始数据研究设计任务，分析产品实施冷冲压加工的可能性、经济性。1.1 研究设计任务（1）阅读冲裁件产品零件图 产品零件图是制定冲压工艺方案和模具设计的重要依据，在冲裁模设计之前，首先要仔细阅读冲裁件产品零件图。从产品的零件图入手，进行冲裁件工艺性分析和经济性分析。从图 1 电极片冲孔零件图可知，它是由半成品毛坯经冲孔得到的零件。（2）分析冲裁件工艺 冲裁件
2、的工艺性是指零件在冲压加工中的难易程度。在技术方面，主要分析零件形状特点，尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲裁工艺的要求。良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单且寿命长，产品质量稳定，操作简单、方便等。在一般情况下对冲裁件工艺性影响最大的是冲裁件结构尺寸和精度要求，如果发现零件工艺性不好，则应在不影响产品使用要求的前提下，向产品开发部门提出修改意见，对零件的形状和尺寸做必要的合理的修改，或在设计时采用相应的工艺方法，避免由于工艺性差而容易产生的问题。另外，分析冲裁件零件图还要明确冲裁零件的难点所在，对于零件图上的极限尺寸、设计基准以及翘曲、毛刺大小和方向要求等要特别注
3、意，因为这些因素对所需工序性质的确定，对工件定位方式、模具制造精度和模具结构形式的选择都有较大影响。分析冲裁件工艺主要有以下几个方面。 结构形式、尺寸大小。a冲裁件形状是否简单、对称？B冲裁件的外形或内孔的转角处是否有尖锐的清角？C冲裁件上是否有过小孔径？D冲裁件上是否有细长的悬臂和狭槽？E冲裁件上最大尺寸是多少？属于大型、中型还是小型？F冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间距离是否过小？此电极板是一个轴对称的简单冲孔件，内孔为圆孔，无尖锐的清角，无细长的悬臂和狭槽，小孔8.33mm 与边缘之间距离为 20mm，大孔14.3mm 与边缘之间距离为 5.65mm，其两孔之间的距离为 129.8mm，
4、均满足最小壁厚要求。其中最大尺寸为 162.6mm，属于中小型零件。最小尺寸为8.33mm，不小于冲孔的最小半径（1.0t=5mm），所以电极板尺寸设计合理，满足工艺要求。 尺寸精度、粗糙度、位置精度。A产品的最高尺寸精度是多少？B产品的最高粗糙度要求是多少？C 产品的最高位置精度是多少？零件图中两孔尺寸均未标注尺寸精度，粗糙度也无要求，设计时一般按 IT14 级选取公差值。普通冲裁的冲孔精度一般在 IT11IT12 级以下，所以精度能够保证。 冲裁件材料性能。分析产品的材料是否满足以下要求。A技术要求：材料性能是否满足使用要求，是否适应工作条件。B冲压工艺要求：材料的冲压性能如何，表面质量怎
5、样，材料的厚度公差是否符合国家标准。紫铜（硬）具有良好的导电性，满足电极板导电的使用要求，利用设计手册查出其抗剪强度为 240Mpa，抗拉强度b为 300Mpa，具有良好的冲压性能，满足冲压工艺要求。（3）冲压加工的经济性分析 产品的生产纲领。年产量：4000 件/年，属小批量生产。 经济性。冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其产品质量稳定、材料利用率高、操作简单、生产率高等诸多优点而被广泛使用。由于模具制造成本高，冲压加工的单件成本主要取决于生产批量的大小，它对冲压加工的经济性起着决定性作用。批量越大，产品的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，所以，要根据冲压件的生产纲领，
6、进行冲压加工的经济性分析。此零件精度要求低，生产批量小。所以采用无导向简单冲裁模进行冲压生产，就能保证产品的质量，满足生产率要求，还能降低模具制造难度，降低生产成本通过工艺分析，如果发现冲裁件的工艺性差，应在不影响其使用性能的条件下，对零件的形状和尺寸做必要的、合理的修改，或说明在设计时如何注意容易产生的问题。良好的冲压性能表现在材料消耗少，冲压时不必采取特殊的控制手段，工艺过程简单，模具结构简单、寿命较长，产品质量稳定、操作方便等。1.2 调研生产状况（1）了解冲裁模生产状况 了解模具零件的加工工艺方法。A毛坯置备方法。B机械加工方法。C热处理方法。 模具装配工艺过程。 模具的润滑、维修、保
7、养状况。 熟悉结合生产实际的模具设计思路及步骤。（2）熟悉冲裁模使用状况 了解企业现有压力机的型号、规格。 了解现有模具种类、特点。 熟悉制件生产工艺流程。A毛坯原料。B制件加工工艺过程。1.3 收集设计资料（1）现有的设计手册、资料（2）目前最新技术资料、文献2 电极板冲孔模总体方案的确定在调查研究、收集资料及工艺分析的基础上，开始进行总体方案的拟定，此阶段是设计的关键，是创造性的工作。要充分发挥自己的聪明、才智和创造精神，设计一个既切实可行，又具有一定先进性的合理方案。确定工艺方案，主要是确定模具类型，包括确定冲压工序数、工序的组合和工序顺序等。应在工艺分析的基础上，根据冲裁件的生产批量、
8、尺寸精度的高低、尺寸大小、形状复杂程度、材料的厚薄、冲模制造条件与冲压设备条件等多方面因素，拟定多种冲压工艺，然后选出一种最佳方案。2.1 电极板冲孔类型的确定（1）一般冲裁模可以采用以下三种方案方案一：采用无导向简单冲裁模方案二：采用导板导向简单冲裁模方案三：采用导柱导向简单冲裁模（2）分析论证方案一：无导向简单冲裁模结构简单、尺寸小、质量轻、模具制造容易、成本低，但冲模在使用安装时麻烦，需要调试间隙的均匀性，冲裁精度低且模具寿命低。它适合于精度要求低、形状简单、批量小或试制的冲裁件。方案二：导板导向简单冲裁模比无导向简单冲裁模高、使用寿命长、单模具制造较复杂、冲裁时视线不好。不适合单个毛坯
9、的送料、冲裁。方案三：导柱导向简单冲裁模导向准确、可靠，能保证冲裁间隙均匀，稳定，因此冲裁精度比导板模高，使用寿命长。但比前两种模具成本高。由于电极板批量小、精度低，故采用无导向简单冲裁模就能满足工艺要求，并能缩短模具的制造周期，降低模具的制造成本。所以本实例采用一模两件的无导向简单冲裁模。2.2 电极板冲孔模结构形式的确定（1）操作方式选择 选择手工送料（单个毛坯）操作方式。（2）定位方式的选择 工件在模具中的定位主要考虑定位基准、上料方式、操作安全可靠等因素。此例选择定位板定位方式更能与所拟定的方案相适应。选择定位基准时应尽可能与设计基准重合，如果不重合，就需要根据尺寸链计算，重新分配公差
10、，把设计尺寸换算成工艺尺寸，但是这样将会使零件的加工精度要求提高。当零件采用多种工序分别在不同模具上冲压时，应尽量使各工序采用同一基准。为使定位可靠，应选择精度高、冲压时不发生变形和移动的表面作为定位表面。冲压件上能够用作定位的表面随零件的形状不同而不同。本例采用定位板定位方式，见图 2。（3）卸料方式的选择 由于此例采用单个毛坯，手动操作送进和定位，并且材料不是太硬，所以选择弹性卸料方式比较方便、合理。见图 3。以上只作粗略的选择，待工艺计算后和模具装配草图设计时边修改边作具体的、最后的确定。2.3 电极板冲孔模结构简图的画法冲压方案初步确定后，要用结构简图体现出来。在简图中画出模具的工作零
11、件、定位零件、卸料零件等工艺结构零件即可。结构简图如图 4 所示。（1）模具的组成 上模部分主要由上模座 6、凸模固定板 7、小凸模 5、大凸模 8、卸料橡胶 1 等零件。下模部分主要由下模座 2、定位板 3、小凹模 4、大凹模 10、凹模固定板 9 等零件组成。（2）模具的工作过程 两块单个毛坯不同方向放置在下模上由定位板 3 基准定位，上模随压力机滑块下行，小凸模 5 与小凹模 4 和大凸模 8 与大凹模 10 分别对其毛坯进行冲压，使材料分离得到冲孔件。箍在凸模外的工件在上模回程时由卸料橡胶 1 直接卸下。卡在凹模中的冲孔废料靠料推料被依次推出，实现自然漏料。3 电极板冲孔工艺计算3.1
12、 凸、凹刃口尺寸的计算（1）凸、凹模刃口尺寸的计算原则 计基准：落料以凹模为设计基准，间隙取在凸模上；冲孔以凸模为设计基准，间隙取在凹模上。 设计时间隙一律采用最小合理间隙值。 刃口尺寸的制造偏差方向：单向注入实体内部。即磨损后，凸、凹模刃口尺寸变大的取+ ；磨损后凸、凹模刃口尺寸变小的取- 。 刃口尺寸制造偏差的大小：简单形状，按 IT6IT7 取值；复杂形状，取 1/4；磨损后尺寸无变化，取1/8。 加工方法：简单形状，分别加工；复杂形状，配合加工。（2）简单形状凸、凹模刃口尺寸的计算 检验。由分别加工的互换性要求采用较小的模具制造公差来满足下式minmaxatZZmaxminatZZa在
13、电极片中按 IT14 取孔8.33 的偏差为+0.36，公差为 0.36；孔14.3 的偏差为 0.43，公差为 0.43；孔边距 20 的偏差为0.31，公差为 0.62。按 IT6IT7 取刃口尺寸制造偏差值d=+0.020，t=-0.020，磨损系数 x=0.5根据紫铜板料厚度 5mm，取maxZ=0.55，minZ=0.45代入式（1）0.0200.0200.550.45 结果 0.0400.10 不满足条件如不满足式（1），则应缩小制造公差，可直接取下式来进行调整maxmin0.6 ()0.6 (0.550.45)0.060aZZmaxmin0.4 ()0.4 (0.550.45)0
14、.040aZZ来满足maxminatZZ0.0600.0400.550.45 结果 0.10=0.10 满足条件 计算。公式 冲孔凸模0() ttddx 冲孔凹模min0()a atddZ孔心距1(0.5 )8LL 将已知数据代入式（2）、式（3）和式（4）中。A冲8.33 孔：凸模00 0.020.02(8.330.5 0.36)8.51td（mm）凹模0.0200.020 00(8.510.45)8.96()admmb冲14.3 孔：凸模00 0.020.02(14.30.5 0.43)14.515()tdmm凹模0.0200.020 00(14.5150.45)14.965()admmc
15、孔心距 20：凸模1(200.5 0.62)0.6220.310.039()8 2Lmm凹模11(20.310.62)0.6220.5350.039()28 2Lmm因该尺寸属于半边磨损，故取1 2t 、1 2a 、min1 2Z 。D孔心距 129.8：1(129.80.5 1.15)1.15130.3750.144()8Lmm以上各式中 a凹模的制造偏差值，mm；t凸模的制造偏差值，mm；minZ最小合理间隙，mm；maxZ最大合理间隙，mm；制件的公差，mm；ad凹模的基本尺寸，mm；td凸模的基本尺寸，mm。 尺寸标注：在模具零件图纸上分别标注凸模和凹模的刃口尺寸及制造偏差。3.2 冲压力的计算（1）计算冲裁力1.3 (8.33 1.43)5 240110850.792()110.851()PKLtNKN 式中 P冲裁力，N；L冲裁周边长度，mm；t冲裁件材料厚度，mm； 材料抗剪强度，Mpa；K系数，通常取 1.3。（2）计算卸料力、推件力 卸料力0.04 110.8514.434()xxPK PKN 推件力2 0.06 110.
