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冲压模具设计毕业论文
冲压模具设计毕业论文
摘要I
ABSTRACTⅡ
1绪论1
1.1模具技术的历史与发展水平1
1.2模具在现代工业中的地位2
1.3模具工业在国民经济中的地位2
2冲压的定义和塑性力学基础3
2.1冲压的定义3
2.2塑性变形的基本概念3
3模具设计过程4
3.1冲压工艺分析5
3.1.1材料5
3.1.2零件结构5
3.2工艺方案及模具结构类型6
3.2.1工艺方案6
3.2.2工艺方案分析确定6
3.3毛坯尺寸的确定和排样8
3.3.1毛坯尺寸的计算8
3.3.2查表确定搭边值8
3.3.3条料宽度9
3.3.4排样图9
3.4材料利用率10
3.4.1一个步距的材料利用率10
3.4.2选择板材10
3.5冲压力与压力中心计算11
3.5.1冲压力分析11
3.5.2冲压力计算11
3.6压力中心12
3.7工作零件刃口尺寸计算[6]13
3.7.1落料部分以落料凹模为基准计算13
3.7.2冲孔部分以冲孔凸模为基准计算13
3.7.3刃口尺寸计算13
3.8零件结构尺寸[7]16
3.8.1落料凹模板尺寸16
3.8.2凸凹模长度和结构设计18
3.8.3冲孔凸模尺寸19
3.9零件的强度校核20
3.10其他零件结构尺寸22
3.11选择压力机[9]24
3.12冲压工艺规程25
3.13模具工作过程29
3.13.1初始状态29
3.13.2凹模在最低点时的状态29
3.13.3凸模、凹模随滑块上提时的状态30
3.13.4凹模、凸模继续上提到达最高点完成一个工作循环30
4模具零件设计31
4.1模架结构的设计31
4.2下模座的选择设计31
4.3上模座的选择设计33
4.4导柱的选择设计34
4.5导套的选择设计35
4.6各种板厚的确定35
4.7模柄的选择设计36
5模具零件制造38
5.1垫板38
5.2落料凹模板39
5.3卸料版40
5.4凸模固定板41
5.5上模座板42
5.6下模座板43
5.7凸凹模固定板44
5.8推件块46
5.9冲孔凸模46
5.10凸凹模47
参考文献49
致谢50
附录一51
附录二61
1绪论
1.1模具技术的历史与发展水平
我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。
我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。
在走过了温长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。
）各类冲压模具的生产能力。
近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具也能生产了。
精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国也已达到相当高的水平。
（1）模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。
国汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。
且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。
（2）模具设计与制造能力状况
汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。
高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。
NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。
这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。
1.2模具在现代工业中的地位
在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。
由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。
据国际技术协会统计，2000年产品零件粗加工的75%，精加工的50%都由模具加工完成。
1.3模具工业在国民经济中的地位
模具工业是“百业之母”，是工业产品的“效益放大器”。
各国对模具的美誉很多，美国工业界认为：
“模具工业是美国工业的基石”；日本模具协会认为：
“模具是促进社会繁荣富裕的动力”；国际模具协会认为：
“模具是金属加工业的帝王”。
模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。
例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式使金属材料在模具发生塑性变形而获得的：
金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。
据有关资料介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。
模具工业在这些国家已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业，是国民经济的基础工业之一。
2冲压的定义和塑性力学基础
2.1冲压的定义
冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种基本方法。
一般是以金属板料为原材料（也有采用金属管料和非金属材料的），利用压力机上的模具作往复运动，再常温下对金属板料施加压力，使金属板料部产生变形的应力。
当力的作用达到一定数值时，板料毛胚的某个部分便产生与力的性质相对应的变形，使板料分离（或局部分离）或产生塑性变形，从而获得所需尺寸及形状的零件。
2.2塑性变形的基本概念
在金属材料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用，所以在没有其它外力作用的条件下，金属物体将保持自有的形状和尺寸。
（1）弹性变形-----当物体受到外力作用之后，它的形状和尺寸将发生变化即变形，变形的实质就是原子间的距离产生变化。
假如作用于物体的外力去除后，由外力引起的变形随之消失，物体能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。
（2）塑性变形-----如果作用于物体的外力去除后，物体并不能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为塑性变形。
塑性变形和弹性变形都是在变形体不破坏的条件下进行的（即连续性不破坏）
通常用塑性表示材料塑性变形能力。
（3）塑性-----指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。
金属的塑性不是固定不变的，影响它的因素很多，除了金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等在因素之外，其外部因素——变形方式（机械因素即应力状态与应变状态）、变形条件（物理因素即变形温度与变形速度）的影响也很大。
衡量金属塑性高低的参数称为塑性指标（延伸率δ、断面收缩率ψ）。
（4）塑性指标-----是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法测定。
目前应用比较广泛的是拉伸试验，对应于拉伸试验的塑性指标，用延伸率δ和断面收缩率ψ表示。
δ和ψ的数值由下式确定：
需要指出，各种试验方法都是相对于特定的受力状况和变形条件的，由此所测定的塑性指标，仅具有相对的比较意义。
（5）变形力-----塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。
（6）变形抗力-----金属抵抗变形的力称为变形抗力，它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。
3模具设计过程
3.1冲压工艺分析
3.1.1材料
该冲裁件的材料为Q235，有较好的可冲压性能。
力学性能为：
抗剪强度310-380MPa,抗拉强度375-460MPa，屈服强度为235MPa，伸长率21%-25%，
3.1.2零件结构
图3.127.00T轮辐
根据零件、外形尺寸标注公差，按IT14确定工件尺寸的公差。
孔心距公差为IT11级，查公差表得：
外形尺寸：
直径367.34mm；
形尺寸：
直径320mm
结论：
适合冲裁
3.2工艺方案及模具结构类型
3.2.1工艺方案
（1）7.00T轮辐制造工艺
该零件包括落料、冲边槽、翻边成型、冲六个直径为32mm的小孔、冲一个直径为150mm的中心孔五道工序组成。
可以采用以下三种工艺方案：
方案一落料——翻边成型——冲边槽——冲六个
32mm的小
孔——冲一个
150mm的中心孔采用单工序模生产
方案二落料——冲边槽——翻边成型——冲六个
32mm的小
孔——冲一
150mm的中心孔采用单工序模生产
方案三整个生产工序全部采用落料成型冲孔复合工序采用复
合模具生产。
（2）落料工序工艺
本设计的工序步骤是落料。
落料是加工零件的第一道工序所以要在落料的同时加工出下几道工序所需要的定位孔（
30mm）。
首先要根据零件图确定出毛坯直径的大小；然后根据毛坯直径的大小确定并设计落料冲孔模具。
3.2.2工艺方案分析确定
以上方案从整体上来看分两种情况：
第一种是方案一和方案二这两种方案是采取单工序模的生产；第二种是方案三采用复合模具生产。
在生产方式上单工序模的生产适用于大批量的生产,操作简单。
单工序模的模具冲压精度一般，对原材料的要求不高。
生产通用性好，适用于中，小批量生产及大型件的大量生产。
结构简单，制造周期短，价格低。
模具有导向时安装与调整方便，设备较小。
复合模具冲压精度为中高级精度，对制作件的最大尺寸与材料厚度有严格的要求尺寸一般应在300mm以下。
生产通用性较差，仅适合于大批量生产。
复合模结构复杂，制造难度大，价格高。
安装调整操作较容易设备中等。
为了适应大批量生产以及节约生产成本，应该使用单工序模生产。
应在方案一和方案二中进行选择。
方案一和方案二的区别在于第二道工序的安排。
方案一的第二道工序是翻边成型。
把此工序安排在冲边槽工序之前的目的是减小零件在冲压过程中的变形量以提高零件的加工精度，但是由于此零件的厚度以及变型之后的高度不便于下一个工序加工零件的安装和定位；方案二的第二道工序是冲边槽，把此工序安排在落料之后的目的是简化冲边槽模具结构。
使此工序的模具更加便于加工和安装。
由于下一道工序是成型可能会使已加工的边槽产生变形，由零件材料的加工变形量和加工精度要求可知零件产生的变形量在所要求的围之。
综合以上因素考虑应该选用方案二，方案二的工艺步骤如下：
落料（包括冲
30mm的定位孔）——冲边槽——翻边成型——冲六个
32mm小孔——冲一个
150mm的中心孔。
本设计为第一道工序落料模具的设计。
由于在落料的同时需要为下几道工序加工一个直径为30mm的中心定位孔。
所以此工序的模具结构为倒装式落料冲孔复合模，模架结构采用对角导柱的形式。
3.3毛坯尺寸的确定和排样
3.3.1毛坯尺寸的计算
根据零件确定计算毛坯尺寸的公式：
（其中d1=320，l=50，d2=357.8.，h=10）
毛坯直径D=422.5mm
3.3.2查表确定搭边值
两工件的搭边a=6
工件边缘搭边a1=7
步距
（3-1）
3.3.3条料宽度
（3-2）
其中：
D-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。
D=422.5mm；
侧搭边值。
a=7.0mm；
C—定位销与条料之间的间隙，其最小值见表2.5.5。
C=1.5mm；
∆-查表得:
∆=2mm
3.3.4排样图
排样图如图3.1所示
图3.1排样图
3.4材料利用率
3.4.1一个步距的材料利用率
η=A/BS=1232.4mm2/438×428.5=68%（3-3）
A一个步距的冲裁件的实际面积
B条料宽度
S步距
3.4.2选择板材
查板材标准，宜选用1000×6000的钢板，每钢板可剪裁2条料（876×6000）每条料可冲14个工件。
4.4.3总的材料利用率
η总=nA1/LB100%=14×23×61.7/1000×6000=57.92%（3-4）
即每板料的材料利用率为57.92%
η总—总的材料利用率
N—每可冲裁的零件数
A1—零件的面积
L—钢板长度
B—钢板宽度
3.5冲压力与压力中心计算
图3.2冲压力示意图
3.5.1冲压力分析
（1）冲孔凸模将凸凹模的冲孔废料推出故需要冲孔推件力
（2）推件块将落料凹模，冲孔凸模外的工件推出，故需要落料推件力和冲孔卸料力
（3）弹压卸料装置将箍在凸凹模外的落料废料卸下故需要落料卸料力
3.5.2冲压力计算
（1）落料力
F落=KLtτb=1.25×1326.65×10×360Mpa=5100KN（3-5）
τb—Q235为310-380MPa，取中值360Mpa
K—系数取1.25；
L—落料零件的周长1326.65mm；
t—零件的厚度10mm
（2）冲孔力
F冲=KLtτb=1.25×10×94.2×360=365.025KN（3-6）
L—冲孔的周长94.2mm；其他数据同（3-5）
（3）落料卸料力
Fx落=KxF落=0.05×5100=255KN（3-7）
Kx—系数取0.05；
F落—落料力5100KN
（4）冲孔卸料力
Fx冲=KxF冲=0.05×365.025=18.25KN（3-8）
F冲—冲孔力365.025KN；
Kx—系数取0.05
（5）落料推件力
Ft落=KtF落=0.06×5100=306KN（3-9）
Kt—系数取0.06；
F落—落料力5100KN
（6）冲孔推件力
Ft冲=KtF冲=0.06×365.025=21.90KN（3-10）
Kt—系数取0.06；
F冲—冲孔力365.025KN
（7）公称压力
F总=F落+F冲+Fx落+Fx冲+Ft冲+Ft落=5661KN（3-11）
即5661吨力
冲压力示意图如图3.2
3.6压力中心
由于本零件的加工在本工序中加工时是对称件压力中心在对称中心，所以不需要计算压力中心。
3.7工作零件刃口尺寸计算[6]
3.7.1落料部分以落料凹模为基准计算
落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制。
3.7.2冲孔部分以冲孔凸模为基准计算
冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，间隙取在凹模上，通过增加凹模刃口尺寸来取得间隙
即以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。
3.7.3刃口尺寸计算
冲裁间的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度。
合理间隙数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证正确。
确定刃口尺寸及其公差将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果。
因此它是设计冲裁模的主要任务之一。
在计算刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别考虑，其原则如下：
（1）落料时，应以凹模刃口尺寸为基准。
凹模基本尺寸取落料尺寸公差围的较小尺寸。
凸模的基本尺寸则是用凹模的基本尺寸减去最小的合理间隙。
（2）冲孔时，应以凸模尺寸为基准。
凸模基本尺寸取冲件孔尺寸公差围的较大尺寸。
凹模的基本尺寸是用凸模的基本尺寸加上最小合理间隙。
（3）凸凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸凹模的加工方法来确定。
既要保证冲裁间隙要求，并冲出合理的零件又要便于模具加工。
（4）根据工件的尺寸公差的要求确定模具刃口尺寸的公差等级。
凸凹模配作加工时的计算方法：
落料时以凹模为基准，配作凸模；冲孔时以凸模为基准，配作凹模
冲裁件的制造尺寸公差IT14；模具刃口尺寸的公差IT9
表3-1磨损系数
冲件的精度
IT10
IT11-IT13
IT14
X
1
0.75
0.5
冲裁模初始双面间隙：
Zmin=1.0Zmax=1.2（根据参考材料查表得）
落料模具刃口尺寸的计算：
以落料凹模为基准的刃口尺寸计算，落料时间隙取在凸模上。
凸模和凹模的制造公差选择
工件尺寸：
=
凹模尺寸：
Dd=（D-x
）
D—工件的尺寸；422.5mm
X—磨损系数；查表5-1得0.5
—工件公差；0.3mm
—凸模凹模的制造公差；+0.06mm
计算得：
Dd=
凸模尺寸：
Dp=（Dd—Zmin）
Dd凹模的尺寸；422.385mm
Zmin冲裁模初始双面间隙最小值；1.0mm
凸凹模的制造公差；-0.04mm
计算得：
Dp=421.385
冲孔模具刃口尺寸的计算：
以冲孔凸模为基准的刃口尺寸计算，冲孔时间隙取在凹模上。
凸模和凹模的制造公差选择
工件的尺寸：
d=30mm
凸模尺寸：
d工件的尺寸；30mm
X—磨损系数；查表5-1得0.5
—工件公差；0.3mm
—凸模凹模的制造公差；-0.04mm
计算得：
=
凹模尺寸：
d工件的尺寸；30mm
X—磨损系数；查表5-1得0.5
—工件公差；0.3mm
—凸模凹模的制造公差；+0.06mm
Zmin冲裁模初始双面间隙最小值；1.0mm
计算得：
综合以上计算得：
落料模具刃口尺寸：
凹模尺寸Dd=
凸模尺寸Dp=421.385
冲孔模具刃口尺寸：
凸模尺寸
=
凹模尺寸
3.8零件结构尺寸[7]
3.8.1落料凹模板尺寸
凹模的结构形式
如上图所示在此设计中落料凹模和冲孔凹模的结构形式均为直筒式孔口凹模。
直筒式孔口凹模特点：
制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸
不变。
易积存冲件或废料，胀力大，推件力大，
孔壁磨损大，刃磨层较厚。
冲裁刃口高度h（mm）
料厚t
<0.5
>0.5～1
>1～2
>2～4
>4
刃口高度h
<6
>6～8
>8～10
>10～12
>14
（1）落料凹模厚度：
Ｈ＝
（3-12）
其中 ｋ＝1；
P-最大冲裁力5100kn；
计算得：
H=87mm根据经验选择53mm
（2）落料凹模壁厚：
Ｃ＝（1.2——2）Ｈ＝（1.2～2）×87
＝104.4～174 ｍｍ（3-13）
取118.81ｍｍ
（3）落料凹模板边长 Ｌ＝660mm（3-14）
（4）落料凹模宽 Ｂ＝660mm
（5）故确定凹模板外形为圆形直径为660mm
（6）根据上表确定冲裁刃口高度h为大于等于14mm，在本设计中冲
裁刃口高度h=15mm。
凹模结构如图3.3
图3.3凹模结构
3.8.2：
凸凹模长度和结构设计
L=h1+h2+h3=20+25+42=87mm（3-15）
h1凸凹模固定板厚度；20mm
h2弹性卸料版厚度；25mm
h3弹性元件的厚度；42mm
凹模长度示意图如图3.4
凸凹模结构如图3.5。
图3.5凸凹模结构
3.8.3冲孔凸模尺寸
凸模长度：
（3-16）
h1凸模固定板厚度；38mm
h3凹模板厚；53mm
冲孔凸模长度示意图如图3.6
图3.6凸模长度示意图
冲孔凸模结构见图3.7
图3.7冲孔凸模结构
3.9零件的强度校核
其他零件均不属于细长杆强度足够，以只校核冲孔凸模的强度。
凸模的尺寸如下图所示：
冲孔凸模的材料为T10A
1.凸模的承受能力校核：
2.失稳弯曲应力校核：
当凸模有导向时，其凸模的自由长度应满足以下要求
L
其中：
E为弹性模量。
对于工具钢其值2.15*
~2.2*
MPa；
P为冲孔时的冲裁力
L=
该凸模的长度L=125mm
而L=836mm＞125mm所以此凸模符合要求。
3.10其他零件结构尺寸
各板厚尺寸见表3.2
表3.2各种板厚
序号
名称
直径X厚度
材料
数量
1
上垫板
660*10
45＃钢
1
2
凸模固定板
660*38
45＃钢
1
3
卸料版
660*25
45＃钢
1
4
凸凹模固定板
660*20
45＃钢
1
1上垫板
上垫板结构见图3.8
图3.8上垫板结构
2凸模固定板
凸模固定板结构见图3.9。
图3.9凸模固定板
3卸料板
卸料板结构见图3.11。
4凸凹模固定板
凸凹模固定板结构见图3.12。
3.11选择压力机[9]
以上的公称压力计算，综合考虑其他因素，选择J31—800B冲床。
具体参数见表3.3。
表3.3压力机参数
型号
J31-800B冲床
重量
80000（kg）
公称压力
8000（kn）
滑块行程
400（mm）
行程次数
10（次/min）
最大装模高度
700（mm）
喉口深度
380（mm）
工作台尺寸
1600*1900（mm）
3.12冲压工艺规程
冲压工艺见3.4。
表3.4冲压工艺表
车间
工作程序
类别
材料
毛胚种类
零件名称
零件号
第页
Q235
板料
轮辐零件
共页
工序号
工序名称
工作地
页次
设备名称
设备类别
工作等级
1
切料
剪床
2
冲裁
冲床
3
去毛刺
钳工
4
检验
检验员
更改单号
编号
签字
日期
更改单号
编号
签字
日期
工艺员
工艺组长
工艺室主任
切料工艺见3.5
表3.5切料图表
车间
切料图表
类别
零件名称
零件号
工序号
第页
轮辐零件
共页
材料
Q235
硬度
分类
设备名称
剪床
技术条件
设备类别
编号
容
尺码
重量
1
原始尺寸
2
分成条料尺寸
876×6000
3
分成条料数量
2
4
条料制成零件数量
14
5
材料利用率
57.92%
更改单号
编号
签字
日期
更改单号
编号
签字
日期
工艺员
工艺组长
工艺室主任
检验工艺见表3.6。
表3.6检验图表
车间
检验图表
型别别
零件名称
零件号
工序号
第页
轮辐零件
共页
材料
硬度
Q235
项目号
检验容
检验工具
1
各主要尺寸
游标卡尺等
更改单号
编号
签字
日期
更改单号
编号
签字
日期
工艺员
工艺组长
工艺室主任
3.13模具工作过程
3.13.1初始状态
即凹模在最高点时此时放
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