中山市飞步脚轮有限公司
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脚轮冲压模具的特点
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前言
在飞步脚轮冲压生产中，常常将几个单工序飞步脚轮冲压过程集中在一副脚轮模具中完成，这种在压力机的一次工作行程中，在一副脚轮模具的同一工位同时完成两种或两种以上基本工序的脚轮模具就称为复合脚轮模具。
冷飞步脚轮冲压是一种先进的金属加工方法，与其它加工方法(切削)比较，它有以下特点：
1)它是无屑加工 被加工的金属在再结晶温度以下产生塑性变形．不产生切屑，变形中金属产生加工硬化。
2)所用设备是冲床 冲床供给变形所需的力。
3)所用的工具是各种形式的冲模 冲模对材料塑性变形加以约束，并直接使材料变成所需的零件。
4)所用的原材料多为金属和非金属的板料。
冷飞步脚轮冲压与其它加工方法比较，在技术上、经济上有许多优点：
1）在压床简单飞步脚轮冲压下．能得到形状复杂的零件．而这些零件用其它的方法是不可能或者很难得到的。如汽车驾驶室的车门、顶盖和翼子板这些具有流线型零件。
2)制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，而且有—定精度，具有互换性。
3)在耗料不大的情况下。能得到强度高、足够刚性而重量轻、外表光滑美观的零件。
4)材料利用率高，一般为70一85％。
5)生产率高，冲床冲一次一般可得一个零件．而冲床一分钟的行程少则几次，多则几百次。同时，毛坯相零件形状规则，便于实现机械化和自动化。
6)飞步脚轮冲压零件的质量主要靠冲模保证．所以操作方便，要求的工人技术等级不高，便于组织生产。
7)在大量生产的条件下，产品的成本低。
冷飞步脚轮冲压的缺点是脚轮模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵．因而在小批量生产中受到限制。另外．飞步脚轮冲压件的精度决定于脚轮模具精度．如零件的精度要求过高、用冷飞步脚轮冲压生产就难以达到。
第1章 绪 论
1.1脚轮模具在加工工业中的地位
目前，随着汽车及轻工业的迅速发展，脚轮模具设计制造日益受到人们的广泛关注，将高新技术应用于脚轮模具设计与制造，已成为快速制造优质脚轮模具的有力保证： cad/cam的广泛应用，显示了用信息技术带动和提升脚轮模具工业的优越性。在cad的应用方面，已经超越了图板、二维绘图的初级阶段，目前3d设计如pro/e、ug等软件的应用很普遍。
现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的脚轮模具是必不可少是三项重要因素，尤其是脚轮模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的脚轮模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以脚轮模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对脚轮模具也提出了越来越高的要求。因此促进脚轮模具的不断向前发展
1.2 飞步脚轮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，因而促进了飞步脚轮冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。
1.2.1飞步脚轮冲压技术的现状
目前，国内外对飞步脚轮冲压成形理论的研究非常重视，在材料飞步脚轮冲压性能研究、飞步脚轮冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与脚轮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，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，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及脚轮模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制脚轮模具周期。
研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大飞步脚轮冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是飞步脚轮冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密飞步脚轮冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的飞步脚轮冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了飞步脚轮冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达it16~17级；我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以cad/cam/cae技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。
精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成飞步脚轮冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2 ~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车脚轮模具企业，已能生产成套轿车覆盖件脚轮模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，脚轮模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。
1.2.2冲脚轮模具的发展
.在冲模的设计制造上,目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脚轮模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的脚轮模具加工机床和检测设备以及脚轮模具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。
1.3飞步脚轮冲压模的工艺与飞步脚轮冲压脚轮模具
飞步脚轮冲压是利用安装在飞步脚轮冲压设备（主要是压力机）上的脚轮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（俗称飞步脚轮冲压或飞步脚轮冲压件）的一种压力加工方法。飞步脚轮冲压通常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，所以也叫冷飞步脚轮冲压或板料飞步脚轮冲压。
飞步脚轮冲压所使用的脚轮模具称为飞步脚轮冲压脚轮模具，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，是飞步脚轮冲压加工的三要素之一。
与机械加工及塑性加工的其它方法相比，飞步脚轮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) 飞步脚轮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。这是因为飞步脚轮冲压是依靠冲模和飞步脚轮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，而且每次飞步脚轮冲压行程就可能得到一个冲件。
(2) 飞步脚轮冲压时由于脚轮模具保证了飞步脚轮冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏飞步脚轮冲压件的表面质量,而脚轮模具的寿命一般较长,所以飞步脚轮冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
(3) 飞步脚轮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，加上飞步脚轮冲压时材料的冷变形硬化效应，飞步脚轮冲压的强度和刚度均较高。
(4) 飞步脚轮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，飞步脚轮冲压件的成本较低。
1.4本课题研究的意义
本课题借助绘图软件进行脚轮模具设计，内容包括：工艺分析及工艺方案的确定，压力机的选用等。并对脚轮模具中的有关零件进行强度核算。设计内容涵盖了整个大学所的课程，是对大学三年学习的一个很好的检验，而且很多方面要靠在设计过程中的自学完成，既能拓展知识面又能锻炼自学能力。一套设计合理的脚轮模具不仅可以生产出高质量的零件，既可以提高材料的利用率又方便操作者操作，大大提高了生产率，为公司创造更大的利益。
2.1飞步脚轮冲压件的工艺分析
有工件图看，该工件需要内外缘同时翻边，翻边高度为4mm，由计算可知最大翻边高度为hmax=5.93mm,由此可知设计翻边时可一次翻边完成，无需拉深。由于产品批量较大，不宜采用单一工序生产，且不易保证内外缘的同心度。而用级进模结构复杂。采用复合模可一次完成落料、冲孔、内外缘翻边。
因为该工件是轴对称件，材料厚度仅为1.0mm，冲裁性能较好。为了减少工序数经对该工件进行详细分析，并查阅有关资料后，可采用复合模一次压制成形。该工艺特点是首先进行落料，再冲孔，最后翻边成形 。采用这种方法加工的工件外观乎整、毛刺小、产品质量较高，而且大大提高了生产效率。所以经分析，决定设计复合摸来完成此工件的加工。
2.2工艺方案的确定
计算翻边前是否需要进行拉深，这要核算翻边的变形程度，由脚轮模具设计手册查的极限翻边系数：kmin=0.62,则可只允许的最大翻边高度hmax为：
式中 hmax—最大翻边高度
d—翻边直径
r—圆角半径
t—材料厚度
则
=5.93mm
零件竖直高度h=4mm
根据以上分析计算，飞步脚轮冲压零件需要的基本工序是落料、冲孔、内翻边、外翻边。
根据以上基本工序，可拟定以下几个飞步脚轮冲压工艺方案：
方案一：落料、冲孔同步、内翻边与外翻边同步。方案特点是内翻边与外翻边同时进行使脚轮模具制造复杂，使冲孔凹模与内外翻边凸凹模做为一体，不但节省材料，也使脚轮模具结构紧凑，并提高制造精度。
方案二：落料、冲孔、内翻边与外翻边同步。方案特点是：与第一方案相比因落料与冲孔分步进行可进小冲裁力，但降低了冲裁速度。
方案三：落料、冲孔同步，内翻边、外翻边分步进行。方案特点是脚轮模具制造比较简单，脚轮模具使用寿命较高，但精度低。
分析比较以上三种方案，可以看到选用第一种方案比较合理。
第3章 工艺参数的计算
3.1毛坯的尺寸计算
3.1.1毛坯翻便预制孔的直径d0
d0=d-2(h-0.43r-0.72t)
式中 d—翻边直径（按中线计） （mm）;
h—翻边高度（mm）,h=4mm;
r—竖边与凸缘的圆角半径（mm），r=1.0mm;
t—料厚（mm），t=1.0mm.
d=24mm 1.0mm=25mm
则 d0=25-2(4-0.43×1.0-0.72×1.0)=19.3mm
3.1.2毛坯的直径d0
按等面积原则，用解析法求该工件的毛皮直径d0.可将工件分为圆柱、1/4球环、圆三个简单几何体，他们的面积分别计算如下：
a1=πd(h-r)
=3.14×37×(4-1)
=38.727mm²
a2=πr[π(d-2r) 4r]/2
=3.14×1[3.14×（37-2×1） 4×1]/2
=178.823mm²
a3=π/4(d-2r)²
=3.14×(37-2×1)²/4
=961.16mm²
据等面积原则：
a=a1 a2 a3
=38.727 178.3823 961.16
=1179.175mm²
毛坯的面积 a毛坯=πd²/4
将a1、a2、a3代入上式得：
d=
=43.55mm
3.2排样及材料利用率的计算
排样时工件之间，以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件。搭边还可以保持条料有一定的刚度，便于送料。
搭边是废料．从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低脚轮模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的，下表列出了冲裁时常用的最小搭边值。
考虑到操作方便及脚轮模具结构，故采用单排排样设计。由下表2-1查的搭边值a=1.5,a1=1.5.
表2-1冲裁金属材料
条料宽度 b=d0 2×1.5=43.55 2×1.5=46.55mm
条料送进步距 h=d0 1.5=43.55 1.5=45.05mm
材料利用率计算：（见右图）
一个步距内的材料利用率η为：
式中： a—一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm）
b—条料宽度（mm）
s—步距（mm）
则
=57%
分析：由于轴盖冲裁时，产生的结构废料较多，因此轴盖的材料利用率较低。
3.3各部分工艺力的计算
3.3.1冲孔力计算
f冲=1.3ltτ
式中 ： f冲—冲孔力（n）；
l—工件内轮廓周长（mm）;
t—材料厚度（mm）,t=1.0mm;
τ—材料抗剪强度（mpa）由手册查得τ=300mpa.
l=πd0=3.14×19.3=60.602mm
则 f冲=ltδb=60.602×1.0x300
=23.63kn
3.3.2落料力的计算
f落=1.3ltτ
式中： f落—落料力（n）
l—工件外轮廓周长mm，由于先落料，后翻边，因此落料尺寸为毛坯尺寸φ43.55，则l=3.14×43.55=136.75;
则 f落=1.3×136.75×1.0×300=53.33kn
3.3.3翻边力的计算
内翻力：
f内翻=1.1πtδs(d-d0)
式中 δs—材料的屈服强度，查手册得δs=200mpa.
d—翻边直径（mm）,d=25mm
d0—毛坯预制孔直径（mm） d0=19.3mm.
则 f内翻=1.1×3.14×1×200（25-19.3）=3.94kn
外翻力：
f外翻＝1.25ltδbk
f外翻——外缘翻边所需的力(n);
l——弯曲线长度(mm) l=πd;
t——料厚(mm)；t=1.0mm
δb——零件材料的抗拉强度(mpa)；由手册查得δb=380mpa
k——系数，取0.2～0.3。
则 f外翻=1.25×3.14×37×1.0×380×0.25=13.79kn
3.3.4推件力的计算
f推＝nk推f冲
式中 k推一—推件力因数，其值由表2—2查得k推=0.03
n——工件在凹模内的个数，取n=3
则 f推＝3x0.03×26.63=1.60kn
3.3.5卸料力计算
f卸＝k卸f落
式中f卸——卸料力因数，其值由表2—2查得k卸=0.02；
则 f卸＝0.02×53.33kn=1.07kn
3.3.6总的冲裁力为：
f＝f冲 f落 f推 f卸 f内翻 f外翻
＝23.63 1.60 53.33 1.07 3.94 13.79
＝87.36kn
3.4计算压力中心
确定压力中心的目的：冲裁模的压力中心就是合力的作用点，为了保证压力机和脚轮模具正常平衡工作，脚轮模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机的滑块中心重合，否则会产生偏心，形成偏心载荷。
轴盖是形状对称的工件，其压力中心位于轮廓图形的几何中心，即：圆心。
对于复杂形状零件或多凸模冲模的压力中心可以用解析法和图解法求解。
3.5主要工作部分尺寸计算
3.5.1冲孔刃口尺寸计算
根据表2—3查得冲裁刃口双面间隙zmin＝0.065mm,zmax=0.095mm.零件尺寸极限偏差δ=0.13mm,磨损因数有表2-4查得,磨损因数x＝0.75.
表2-3 落料、冲孔摸刃口始用间隙
材
料
名
称 45
t8、t7、
(退火)
磷青铜
(硬)
铍青铜
(硬) 10、15、20、
冷轧钢带、
30钢板
h62、h68(硬)
ly12(硬铝)
硅钢片 q215、q235
钢板
08、10、15
钢板
h62、h68(半硬)
纯铜(硬)
磷青铜(软)
铍青铜(软) h62、h68(软)
纯铜(软)
防锈铝
lf21、lf2
软铝
l2～l6
ly12(退火)
铜母线
铝母线
力学性能 hbs≥190
b≥600mpa
hbs=140～190
b=400～600mpa hbs=70～140
b=300～400mpa hbs≦190
b≦300mpa
厚度t 初始间隙z
zmin zmax zmin zmax zmin zmax zmin zmax
0.1 0.015 0.035 0.01 0.03 * -- * --
0.2 0.025 0.045 0.015 0.035 0.01 0.03 * --
0.3 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.04 0.01 0.03
0.5 0.08 0.1 0.06 0.08 0.04 0.06 0.025 0.045
0.8 0.13 0.13 0.10 0.13 0.07 0.10 0.045 0.075
1.0 0.17 0.2 0.13 0.16 0.1 0.13 0.065 0.095
1.2 0.21 0.24 0.16 0.19 0.13 0.16 0.075 0.105
1.5 0.27 0.31 0.21 0.25 0.15 0.19 0.10 0.14
1.8 0.34 0.38 0.27 0.31 0.20 0.24 0.13 0.17
2.0 0.38 0.42 0.30 0.34 0.22 0.26 0.14 0.18
注：有*号处均是无间隙。
表2-4因数x
冲孔凸凹模的制造公差由表2-5查得：δ凸=0.020，δ凹=0.025。
校核：δ凸 δ凹=0.045〉zmax-zmin=0.03mm.
因此．凸、凹模采用配作加工方法。
则凸模刃口尺寸
d凸＝(d xδ) ＝(19.3 0.75×0.13) =19.39 mm
圆整后为：19.4
凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保证其双间隙为0.065～0.095mm。
3.5.2落料刃口尺寸的计算
查表2-3冲裁模刃口双面间隙zmin=0.065mm,zmax=0.095mm.
工件极限偏差δ=0.13mm.
落料凸凹模的制造公差由表2-5查得δ凹=0.03mm，δ凸=0.02mm.
磨损因数由表2-4查得 x=0.75
校核：δ凸 δ凹=0.02 0.03〉zmax-zmin=0.03mm.
d凸＝(d xδ) ＝(43.55 0.75×0.13) =43.45 mm
圆整后为：43.4
则 落料凹凸模采用配合加工的方法。
凸模尺寸按凹模尺寸配制，其双面间隙为0.065～0.095mm.
3.5.3翻边的工作部分尺寸计算
a：内翻孔尺寸为φ24 ，尺寸精度it11级。
凸模尺寸计算 d凸=（dmin 0.4δ）
将脚轮模具公差按it10级选取，则δ凸=δ凹=（ ～ ）δ ，取δ凸=δ凹=0.06。
把dmin=24.0mm,δ=0.13mm,代入上式
则 d凸=(24 0.4×0.13)
=24.05
圆整后为：24.0
由于工件要求内形尺寸，则以凸模为设计基准。间隙取在凹模上
故凹模尺寸为：
d凹=（dmin δ z）
把 dmin=24mm,δ=0.13,z=2.0mm,δ凹=0.06mm代入上式
则凹模的尺寸为：
d凹=（24 0.13 2.0）
=26.13
圆整后为：26.0
b.外缘翻边尺寸φ38
3.5.3定间隙
单边间隙为：z/2=1.0t=1.0mm
则翻边模的间隙z=2×1.0=2.0mm
3.5.3凸凹模工作部分的尺寸和公差
由于工件要求外形尺寸，则以凹模为设计基准。
凹模尺寸为d凹=（dmin-0.75δ）
将脚轮模具公差按it10级选择则δ凹=0.1mm
把dmax=38.13,δ=0.13,代入
则d凹=（38.13-0.75×0.13）
=38.03
圆整后为：38.0
间隙取在凸模上，则凸模的尺寸为：
d凸=（dmax-0.75δ-z）
把 dmax=38.13,δ=0.13，z=2.0mm.δ凸=0.1mm代入
则d凸=（38.13-0.75×0.13-2.0）
=36.03
圆整后为：36.0
第4章 飞步脚轮冲压设备的选择
由于复合模的特点，为防止设备超载，可按公称压力f压 (1．6～1．8)
f总选择压力机。脚轮模具设计手册末附录b3选取公称压力为250kn的开式压力机。其与脚轮模具设计的有关参数为:
公称压力：250kn
滑块行程：65mm
最大闭合高度：270mm
封闭高度调节量：55mm
工作台孔径：370mm×560mm
模柄孔尺寸：φ40mm× 60mm
第5章 脚轮模具总体结构的设计
5.1绘制脚轮模具总体结构草图
脚轮模具的结构如图：（如图2-6）
主要有上模座、下模座、冲孔凸模、落料凹模、冲孔落料翻边凸凹模、翻边成型模、卸料块等零件组成。
图2-6轴盖冲裁复合模
1- 下模座 2-导柱 3-卸料板 4-上模固定板 5-导套 6冲孔凸模
7-上模座8-垫板 9-落料凹模 10-成型模 11-顶出器 12-推板
13-模柄 14-凸凹模 15-卸料板 16-顶杆 17-下模固定板
5.2脚轮模具结构的设计，确定结构件的形式
2.5.1卸料零件计算
上卸料采用刚性卸料装置。压力机滑块上的打料横梁通过打料棒、顶板、顶杆、卸料块将制件从上横中打出。
下卸料是采用橡胶作为弹性元件的弹性装置。
由式计算橡胶的自由高度。
h自由=（3.5～4）s工作
式中 s工作—工作行程与脚轮模具修模量式调整量（4～6）i和再加1。
s工作=（5.0 1 4）mm=10mm;
则 h自由=（3.5～4）×10=35～40mm;
取 h自由=35mm;
橡胶的装配高度h2=(0.85～0.9)h=29.75～31.5mm;
取h2=30mm.
卸料弹簧的设计计算：
1）、根据脚轮模具结构初定6根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为：
f卸/n=1.07kn/6=178.33n
2）、根据预压力f预（﹥178.33）和脚轮模具结构尺寸，由脚轮模具设计手册附录既表2-6，初选出序号34～38的弹簧，其最大工作负荷f1=330n﹥178.33n
弹簧负荷（f）与行程（s）曲线
3）、校验是否满足s1≥s总，查书附录既负荷—行程曲线上图，并经过计算可得以下数据：
由表中数据可见，序号37、38的弹簧均满足s1≥s总，但选序号37的弹簧最合适了，因为弹簧太长，会使脚轮模具高度增加，37号弹簧的规格：
外径：d=20mm
钢丝直径：d=3.0mm
自由高度：h0=55mm
装配高度：h2=h0-s预=55-9.5=45.5mm.
5.2.2定位零件的确定
定位零件的作用，是使条料或毛坯在精冲在确定正确的位置，从而保证冲出合格的制件，根据毛坏和脚轮模具不同的特点，必须采用不同形式的定位装置，冲模中常见的定位零件有定位板、定位销、挡料销、导料销，侧压板等。
对于带有弹压卸料板的冲模，若采用活动挡料销，在冲件时活动挡料销随凹模的下行而压入孔内，工作方便，但是要求弹压卸料板较厚，对于弹压卸料板较薄的板料，如果采用固定挡料销的形式，在凹模的相应位置留出空间，同时满足冲件要求，而且经济性好，因此选用固定挡料销，参照gb2866.11—81固定挡料销a型, 材料:45钢, 基本尺寸:d4, 热处理硬度:hrc43 ~ 48。
5.2.3卸料装置的确定
弹压卸料板兼有压料和卸料两大作用，它可在飞步脚轮冲压开始时起压料作用，结束后起卸料作用，主要用于精冲薄料和要求制件平整的冲模中，其弹力可用弹簧或橡胶获得，也可以通过顶杆安装在下模座或压力机工作台下而的弹顶器或气垫获得。
弹压卸料板上开孔大小，即卸料孔每侧与凸模保持间隙c’=0.1～0.2t,t为材料厚度。
为保证装配后卸料板的平行度，同一付脚轮模具各卸料螺钉的长度l及孔深h都必须保持一致，相差不超过0.02mm.
弹压卸料板受弹簧，橡胶等零件的限制，卸料力小，主要用于料厚在1.5mm以下薄件的卸料工作。
5.2.4推件装置的设计
把制件或废料从装于上模座的凹模中推出来的零件，称为推件装置。推件装置的推力，可以利用压力机上的打杆在打杆横梁作用下得到，或利用上模内安装弹簧或橡胶得到.
推件器要在能保证平稳推下制件的前提下，受力点尽量少些，为使推件力均匀分布，推件要均匀分布，长度一致。因此，在轴盖冲模中选用了三根长度一致的推件（即圆柱销）均匀分布在圆周上，推出制件。
5.2.5顶杆的确定
顶杆的作用是在冲裁完毕后，将滞留在凸凹模的制件顶出的机构。
在轴盖冲模中采用φ4的顶杆，因顶力很小，φ4的杆足够强度。
5.2.6模柄的确定：
中、小型冲模通过横柄将上模固定在压力机的滑块上，模柄的结构形式较多，主要有：旋入式；压入式；凸缘式；浮动式。
本脚轮模具采用凸缘式模柄。
5.2.7固定板的设计
固定板用于中、小型凸模或凹模固定在模座上，按外形分为圆形和矩形两种，其平面轮廓尺寸除应保证凸、凹模安装孔外，还应考虑螺钉和销钉孔的定位，厚度一般取凹模厚度的60%~80%。固定板孔与凸、凹模采用过渡配合（h7/m6）。压装后端面磨平，以保证冲模垂直度。
5.2.8垫板的设计与标准：
垫板主要用于直接承受和扩散凸、凹模传来的压力，以降低模座所收的单位压力，防止模座被局部压陷，影响脚轮模具正常工作。脚轮模具是否用垫板，根据模座承受压力大来确定，凸（凹）模支承端面对模座的单位压力为：
σ = p／a
式中： p — 冲裁力
a — 凸（凹模）支承端面面积
σ小于等于[σ]模座许用应力则应在凸（凹）模与模座间加经淬硬磨平的垫板，垫板厚度一般取6 ~ 12mm，外形尺寸按固定板形状决定。
5.2.9模架的选择
根据主要零件的结构、外形尺寸及卸料装置的尺寸。模架选用适用中等精度，中小尺寸飞步脚轮冲压件的后侧导柱模架从右向左送、操作方便。
上模座：l/mm× b/mm×h/mm=125×125×35
下模座：l/mm×b/mm×h/mm=125×125×40
导柱：d/mm×l/mm=φ22×130
导套：d/mm×l/mm×d/mm=φ22×60×33
垫板厚度取：8mm
落料凹模的厚度已定为：40mm
卸料板厚度取：8mm
弹簧外露高度：（45.5-13.5）=32mm
脚轮模具的闭合高度：35 40 8 8 40 32 1=164mm
所以 h闭=164mm
脚轮模具闭合高度满足hmin 10 h闭 hmax-5,故认为合适。
脚轮模具的动作过程（如图2-6）
工作时，将毛皮条料放入弹性卸料板3上，有挡料销定位，上模下行，冲孔凸模6进行冲孔，同时落料凹模10完成落料动作，上模继续下行时，翻边成型模11与凸凹模14进行翻边。滑块运行到下死点，对工件进行整修。飞步脚轮冲压工序完毕后开模，如工件滞留在下模，有橡胶将工件顶出，如工件滞留在下模，有顶出器顶出。
第6章 脚轮模具主要零件结构设计的分析
6.1冲孔凸模设计：
根据飞步脚轮冲压件的的形状和尺寸，冲孔凸模采用整体式的直通式（主要由于脚轮模具安装的空间限制而采用直通式），截面形状是圆形，刃口形状为平刃。
凸模材料：cr12mov
由于冲件形状已决定了横向尺寸和形状，所以在一般情况下，凸模的强度是足够的，但是，对于特制细长的凸模和板料厚度大的情况，才需要进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险面尺寸和自由长度是否满足强度要求。
压应力校核公式：
圆形凸模 ≥ 4tτ/[ σ ]
非圆形凸模 ≥ f/[ σ ]
弯曲应力的校核：
圆形凸模 非圆形凸模
无导向装置 ≥ 95 /
425
带导向装置 ≥ 270 /
1200
式中：dmin － 凸模最小直径 (mm)
t － 材料厚度 (mm)
i －材料抗剪强度 (mpa)
amin － 凸模最窄处的截面积 (mm2)
f － 冲裁力
t － 凸模材料许用压力 (mpa)
d － 凸圆最小直径 (mm)
i － 凸模最小截同的惯性矩 (mm4)
冲孔凸模是直通式最小直径是19.3mm,进行冲裁的板料厚度为1mm 。既不属于细长杆，又不属于板料厚的零件，所以凸模的强度足够不需进行压应力和弯曲应力的校核。
冲孔凸模的固定方式，采用螺钉吊装固定。直通式凸模为方便固定板型孔的加工，则采用m7/h6的基轴制过渡配合。
6.2落料凹模的设计
凹模是在飞步脚轮冲压过程中，与凸模配合直接对冲制件进行分离或成型的工作零件。
凹模的材料选取：cr12mov
刃口形式 选用刃口，根据冲裁件的形状、厚度、尺寸精度以及脚轮模具的具体结构决定，采用刃口形式为直通式。
凹模外形尺寸 凹模的外形尺寸是指其平面尺寸和厚度，凹模的外形一般为圆形和矩形两种。因冲裁件属于中小型工件，故采用圆形凹模。
由于冲裁时凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论方法精确的计算，必须中和考虑各方面因素，在实际生产中首先采用经验公式确定.
凹模的高度和厚度通过经验公式计算。
凹模高度计算公式： h = k×d
= 0.35×43.55
= 15.24（mm）
凹模厚度计算公式： c = (1.5 ~ 2)h
= (1.5 ~ 2)×15.24
= 22.86 ~ 30.48 （mm）
式中： h — 凹模高度（mm）（ 15mm）
k — 系数
d — 最大直径（mm）
c — 凹模厚度（mm）,（ 30 ~ 40mm）
由于结构需要选取凹模高度h = 40 mm，凹模厚度c = 37.5 mm。
落料凹模的固定方法 采用上模固定板固定，与固定板采用h7/m6过渡配合，上端带台肩，以防拉下。
6.3凸、凹模的设计
复合模中同时具有落料凹模和冲孔凹模的作用的工件零件。
凸凹模工作面的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。因此从强度方法考虑，其壁厚应受最小值限制。凸、凹模壁厚于脚轮模具结构有关：当脚轮模具采用正状结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当脚轮模具为倒装结构时，若内孔为直通形刃口形式，且采用下漏料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。
不积聚废料的凸凹模的最小壁厚：
1）、对黑色金属硬材料约为工件料厚的1.5倍，但不小于0.7 mm。
2）、对有色金属和软材料的工件约等于工件料厚，但不小于0.5 mm。
积聚废料凸凹模的最小壁厚：
目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚列于表2-7。
表2-7 倒装复合模的冲裁凸凹模的最小壁厚
料厚t(mm) 0.4 0.5 0.6 0.7
最小壁厚a(mm) 1.4 1.6 1.8 2.0
料厚t(mm) 0.8 0.9 1.0 1.2
最小壁厚a(mm) 2.3 2.5 2.7 3.2
轴盖冲模采用倒装复合模，冲裁凸凹模内孔有废料积聚，经查表，最小壁厚为2.7。由工件图可知，凸凹模的壁厚为10mm大于最小壁厚，满足要求。（如图2-5）
上部的成型凸凹模属于不积聚废料的凸凹模。故最小壁厚约等于工件料厚。即：最小壁厚为1.0mm，凸凹模的壁厚为2.3mm大于最小壁厚，满足要求。（如图2-5）
2.6.4翻边成型模的设计
翻边成型模是凸凹模的一种，故设计与凸凹模相似。属于不积聚废料的凸凹模，故最小壁厚约等于1.0mm，成型模的壁厚为5.0mm大于最小壁厚，满足要求。（如图2-4）
固定方法：采用与落料凹模h7/k6的过渡配合，在与上模固定板配合。
第7章 脚轮模具图样设计
7.1绘制脚轮模具总图（见附图）
7.2绘制非标零件图（见附图）
第8章 脚轮模具装配与调试
8.1对于导柱复合模装配，应以凸凹模作为装配基准件。先将装有凸凹模的固定板用螺栓和销钉安装、固定在指定的模座的相应位置上；再按凸凹模的内形装配、调整冲孔凸模固定板的相对位置，使冲孔凸、凹模间的间隙趋于均匀，用螺钉固定；然后再以凸凹模的外形为基准，装配、调整落料凹模相对凸凹模的位置，调整间隙，用螺钉固定。
再安装其它的零件。
安装顺序：
1、组件装配
模架的组装，模柄的装入，凸模及凸凹模在固定板上的组装
2、总装配
先装上模，再以上模为基准装下模
3、调整凸凹模的间隙
4、安装其它辅助零件
5、检查、试件
8.2脚轮模具装配过程见下页表
装配过程：
序号 工序 工艺说明
1、 检查零件及组件 检查冲模各零件及组件是否符合图样要求，并检查凸凹模间隙的均匀程度，各辅助零件是否配齐
装配上模 1、先将模架组装好，即推板13放入上模座7内型腔，打杆14与模柄15的组合体放入上模座里并用螺钉16固定。
2、把落料凹模10、成型模11装入上模固定板4中，再将其磨平。将顶出器12装入与成型模11相配。冲孔凸模6有螺钉18固定在垫板上，使其与顶出器12配合间隙均匀，并保证其垂直度，打入销钉17。
3、垫板8、上模固定板4和上模座7用内六角螺钉20固定连接，用凸凹模24对冲孔凸模6和落料凹模10、成型模11初找正其位置，进行调整，紧固螺钉20。
4、按上模固定板4上的螺纹孔配作上模各零件的螺纹过孔。
5、拆开后分别进行扩孔、铰孔，然后再用螺钉连接起来，用压板压紧，钻销孔，打入销钉。
3、
装配下模 1、在下模座1的内型腔放入橡胶28和卸料板26，凸凹模24装入下模固定板30，保证其同轴度。压料器25、顶杆27装在凸凹模24上。
2、将其凸凹模24、下模固定板30、压料器25、顶杆27的组合体与下模座1、橡胶28、卸料板26的组合体安装，用螺钉29固定。
3、合上冲模，使凸凹模24的间隙均匀，进行调整。紧固螺钉，用压板压紧，钻销孔，打入销钉23。
4、安装弹压卸料板3，卸料螺钉22，弹簧21，进行调整使弹性卸料板与下模座平行。
5、安装其它零件。
4、 试冲与调整 1、切纸试冲
2、装机试冲
致谢词
通过这次的脚轮模具设计，深刻感受到理论与实践相结合的重要性，使我对脚轮模具有了更深的了解，尤其是对冷冲模的发展、分类、结构组成及工作原理。实际制作脚轮模具更是一项艰难的工作，很多工作都是靠经验的，也学到了书本上是学不到的。
这段日子里，我觉得自己过的很充实。学到了很多知识，不仅掌握了许多新的知识，并且对专业知识加深了巩固，这一切都离不开老师们的指导，经常询问我们毕业设计的进展情况，以及有何困难，不断指导，在此我向老师致以最真诚的感谢！
通过毕业设计虽然使我得到了很大的收获，但是对于我初学者来说，经过查阅了大部分的资料，对于真正的脚轮模具设计来说是有限的，是欠缺的。因此，在我们的设计图纸和说明书中，存在着很多不足之处，希望老师在审阅时，给予指证，帮助我们更好的进步
在此次毕业设计的过程中，曹凤江老师给了我很大的帮助，提出了许多中肯的意见和帮助，在此表示衷心的感谢！