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锁片的落料冲孔冲压模具设计

哈尔滨理工大学荣成学院

专科生毕业设计

题目：

锁片的落料冲孔冲压模具设计

专业年级：

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学生姓名：

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学号：

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指导教师：

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哈尔滨理工大学荣成学院

完成时间：

1949年10月1日

哈尔滨理工大学荣成学院

专科生毕业设计（论文）评语

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任务起止时间：

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毕业设计（论文）题目：

锁片的落料冲孔冲压模具设计

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职称：

年月日

哈尔滨理工大学荣成学院

专科生毕业设计（论文）任务书

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任务起止时间：

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毕业设计（论文）题目：

锁片的落料冲孔冲压模具设计

毕业设计工作内容：

1、确定设计题目及查阅相关文献。

2、零件的工艺性分析及工艺方案的确定

3、落料冲孔模具设计及落料冲孔工艺分析

4、落料冲孔模具结构设计 

5、冲压力计算及压力机的选择

6、撰写设计论文

资料：

[1].任海东、苏君.冷冲压工艺与模具设计.河南科学技术出版社2007

[2].刘建超、张宝忠.冲压模具设计与制造.高等教育出版社2004.

[3].刘家平.机械制图.西安电子科技大学出版社2006.

[4].孙金颖.机械精度设计与质量保证.哈尔滨工业出版社2008.

[5].侯维芝、杨金风.模具制造工艺与工装.高等教育出版社1997

指导教师意见：

签名：

年月日

系主任意见：

签名：

年月日

锁片的冲压模具设计

摘要

本论文为一锁片的落料冲孔冷冲压模具设计,首先介绍了冲压的背景、现状、未来发展方向以及该课题的主要意义，然后根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。

其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析。

关键词　模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模

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目录

摘要……

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2冲压技术的进步2

1.3冲压现状与发展方向2

1.4模具CAD/CAE/CAM技术2

1.5课题的主要意义3

第2章零件的工艺性分析4

2.1结构与尺寸4

2.2尺寸精度和表面粗糙度4

2.3材料4

第3章确定冲裁工艺方案5

3.1分析工艺方案5

第4章模具总体结构设计6

4.1模具类型6

4.2卸料与出件方式6

4.3定位方式6

4.4模具的工作过程6

第5章工艺设计计算7

5.1排样设计与计算7

5.2计算冲压力与压力中心，初选压力机8

5.3计算凸、凹模刃口尺寸9

第6章设计选用零部件，绘制总装图11

6.1凹模设计11

6.2凸模设计11

6.2.1凸模的结构形式与固定方法11

6.2.2凸模长度计算12

6.2.3凸模的强度与刚度校核12

6.2.4凸模材料和技术条件12

6.3凸凹模设计13

6.3.1凸凹模的结构形式与固定方法13

6.3.2技术要求13

6.3.3校核凸凹模的强度13

6.3.4凸凹模尺寸的确定13

6.4定位零件13

6.5卸料与出件装置13

6.6模架及其它零件的选用15

6.6.1模柄15

6.6.2模座15

6.6.3垫板15

第7章模具主要零件加工工艺规程的编制17

7.1总装工艺17

7.2加工要求17

7.3主要零、部件加工工艺18

7.3.1垫板的加工工艺18

7.3.2凸模固定板的加工工艺18

7.3.3冲孔凸模的加工工艺18

7.3.4卸料板加工工艺18

7.3.5落料凹模加工工艺18

7.3.6凸凹模的加工工艺18

7.3.7凸凹模固定板的加工工艺19

结论20

致谢21

参考文献22

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绪论

课题背景

冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

在冲压加工中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装备，称为冲压模具，简称冲模。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

与机械加工及塑性加工的其它方法相比，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）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。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

（3）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，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）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，冲压件的成本较低。

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。

概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

冲压技术的进步

随着工业技术的进步，冲压技术也有了飞速的发展，一方面表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，另一方面表现在人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。

现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造。

生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。

冲压现状与发展方向

虽然近几十年来我国的冲压技术有了很大的进步，但是就目前来看我国的冲压技术与工业发达的国家相比还有很大的差距。

主要原因是我国在冲模基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国的模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等发面与工业发达国家的模具相比差距很大。

随着工业产品质量的不断提高，冲压产品正呈现多品种、少批量、复杂、大型、精密，更新换代快等变化特点。

为适应市场变化，冲压模具设计与制造逐渐与高新技术挂钩。

实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。

模具CAD/CAE/CAM技术

20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。

通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。

模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。

模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。

它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。

模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。

模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。

进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。

课题的主要意义

20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。

通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。

模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。

模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。

它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。

模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。

模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。

进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。

随着社会的进步，汽车已经成为大家出行必不可少的一种交通工具。

该课题针对汽车上的零部件锁片。

在对锁片的工艺分析上，提出了采用落料冲孔模的冲压方案，使该零件一次成形。

通过本课题，既巩固了大学知识，也为以后的创新道路做好了铺垫。

零件的工艺性分析

结构与尺寸

该零件结构总体来看比较简单,但是形状比较复杂。

零件的中间位置有三个直径为Φ7的孔，这三个孔是由硬钢材料被自由凸模冲圆而来,查《冲压模具设计与制造》

表2.7.2,可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:

Φ7>1.3t=1.3×4=5.2。

由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行,故最小孔边距不应小于材料厚度t,该工件的空边距（7.345）>t=4,（7.386）>t=4适宜于冲裁加工。

尺寸精度和表面粗糙度

该零件采用经济精度，属于一般精度的工件，零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT8级确定工件尺寸的公差,经查教材《冲压模具设计与制造》

表2.7.4得,各尺寸公差分别为：

零件外形:

，

，

，

零件内形:

孔心距:

13.892±0.20,27.784±0.20,用普通冲裁方式可达到零件图样要求。

材料

08F，属于碳素结构钢,查《冷冲压工艺及模具设计》

附表1可知抗剪强度τ=260MPa,断后伸长率=32％。

材料厚度为4mm，此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。

根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。

零件图：

图2.1零件图

确定冲裁工艺方案

分析工艺方案

该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：

（a）先落料，再冲孔，采用单工序模生产；（b）采用落料——冲孔复合冲压，采用复合模生产；（c）用冲孔——落料连续冲压，采用级进模生产。

方案（a）模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的要求。

由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。

采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。

根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案

模具总体结构设计

模具类型

根据该零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。

复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件——凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。

采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。

卸料与出件方式

该模具采用的是弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。

为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

定位方式

该模具采用定位销定位。

由于零件外形比较复杂，如果采用工人手动定位操作起来不是很方便，所以选择在卸料板上放一个定位销，这样工人操作起来快速方便，而且更加节省材料，可以避免人工定位造成的不必要的浪费。

模具的工作过程

该模具工作过程如下：

首先工人把模具固定在压力机上，调整好上下模的高度，然后开始工作。

把4mm厚度的08F钢板放入模具呢，钢板前端顶在定位销上，开启压力机使上下模合并完成冲裁，冲孔废料由凸凹摸上的圆形漏料孔直接排出，钢板由卸料板通过卸料橡胶的弹性形变托起，成形零件通过上模的打料装置打出，由此完成一次冲压过程。

然后不断重复这一过程，直到完成工作任务。

工艺设计计算

排样设计与计算

零件外形比较复杂，轮廓尺寸为60×57.533。

考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。

查《冲压模具设计与制造》

表2.5.2得，工件的搭边值a=3.5，沿边的搭边值a1=3.0。

级进模送料步距为S=35.865mm该模具有侧压装置，所以有测压装置时条料宽度与导料板按《冲压模具设计与制造》

图2.5.4，查教材可知公式如下：

查表2.5.3得：

由零件图近似算得一个零件的面积为1610.5㎜，一个进距内的坏料面积B×S=63.133×35.865=2210㎜

因此一个进距内的材料利用率为：

查《冷冲压工艺及模具设计》

附表3选用板料规格为710×2000×4。

采用横裁时，剪切条料尺寸为63.133。

一块板可裁的条料为35.865，每间条可冲零件个数22个零件。

则一块板材的材料利用率为：

采用纵裁时，剪切条料尺寸为65。

一块板可裁的条料为11，每条可冲零件个数62个零件，则一块板材的材料利用率为：

根据以上分析，横裁时比纵裁时的板材的材料利用率高，因此采用横裁。

排样图

如下：

图5.1排样图

计算冲压力与压力中心，初选压力机

冲裁力：

根据零件图可算得一个零件外周边长度：

内周边长度之和：

查《冷冲压工艺及模具设计》

附表1可知：

MPa;

查《冷冲压工艺及模具设计》

附表3可知：

。

冲裁力：

落料力：

冲孔力：

卸料力：

推件力：

根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h=12,

故:

总冲压力：

应选取的压力机公称压力：

50t.因此可初选压力机型号为J47-50。

当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。

确定压力中心：

画出凹模刃口，建立如图5.2所示的坐标系：

图5.2坐标系

由图可知，该形状关于X轴上下不对称，关于Y轴左右也不对称，选压力中心为坐标原点（0，0）。

该图形的几何中心为（2.51，-2.18）

计算凸、凹模刃口尺寸

由于模具间隙较大，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。

落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。

固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别进行。

由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：

（I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；（II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；（III）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比工件精度高2~3级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。

a）:

落料凹模刃口尺寸。

按磨损情况分类计算：

i）凹模磨损后增大的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》

公式:

DA=（Dmax-X△）;计算，取δA=△/4，制件精度为IT14级，故X=0.5

:

:

:

:

:

:

:

ii）凹模磨损后不变的尺寸，按《冷冲压工艺及模具设计》

公式：

：

CA=（Cmin+X△）±0.5δA:

计算，取δA=△/4，制件精度为IT14级，故X=0.5

13.892±0.20:

27.784±0.20:

冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸力、推件力的影响却较大。

间隙是影响模具寿命的主要因素。

间隙的大小则直接影响到摩擦的大小，在满足冲裁件质量的前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。

查《冷冲压工艺及模具设计》表2.3.3可知:

相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小合理间隙为0.640mm冲孔凸模刃口尺寸。

冲孔凸模为圆形，可按《冷冲压工艺及模具设计》

公式

计算，取

，制件精度为IT14级，故X=0.5

:

设计选用零部件，绘制总装图

凹模设计

凹模的结构形式和固定方法：

凹模采用圆形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在冲头固定板上，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命，其值可查《冷冲压工艺及模具设计》

表3-23。

凹模刃口的结构形式：

因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm,漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5mm凹模轮廓尺寸的确定：

查《冷冲压工艺及模具设计》

表3-24，得：

K=0.28;查《冷冲压工艺及模具设计》

表3-25,凹模厚度H=ks=35（㎜）B=160mmL=s1+2s2=160（㎜）根据算得的凹模轮廓尺寸，选取L×B×H=160×160×35（㎜）凹模材料和技术要求：

凹模的材料选用Cr12。

工件部分淬硬至HRC52~58。

外轮廓棱角要倒钝。

如图6.1所示：

图6.1凹模

凸模设计

凸模的结构形式与固定方法

冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。

为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分，是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。

凸模长度计算

凸模的长度是依据模具结构而定的。

凸模长度按公式L=h1+h2计算，式中L---凸模长度，mm；h1---凸模固定板厚度，mm;h2----凹模厚度，mm;L=24mm+35mm=59mm

凸模的强度与刚度校核

一般情况下，凸模强度与刚度足够，由于凸模的截面尺寸较为积适中，估计强度足够，只需对刚度进行校核。

对冲孔凸模进行刚度校核：

凸模的最大自由长度不超过下式：

有导向的凸模：

对于圆形凸模:

则

=30mm

由此可知：

冲孔部分凸模工作长度不能超过30mm，根据冲孔标准中的凸模长度系列，选取凸模的长度：

59

凸模材料和技术条件

凸模材料采用合金钢Cr12，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC56～58，凸模尾端淬火后，硬度为HRC43～48为宜。

如图6.2所示：

图6.2凸模

凸凹模设计

凸凹模的结构形式与固定方法

凸凹模与凸凹模固定板的采用H7/m6配合。

技术要求

1.上下面无毛刺，平行度为0.02.

2.材料为Cr12,热处理56-58HRC.

校核凸凹模的强度

冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=4mm，而实际最小壁厚大于4mm，故符合强度要求。

凸凹模尺寸的确定

凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作，单边缩小0.3mm

定位零件

定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。

选用固定挡料销一个。

挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，固定挡料销固定在位于下模的卸料板上，材料45号钢，硬度为43～48HRC如图6.3所示：

图6.3定位销

卸料与出件装置

出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。

由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。

卸料板：

弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍,卸料板与凸模的单边间隙按《冷冲压工艺及模具设计》

表3-32选取,t＞1mm时,单边间隙为0.15mm。

为了便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口尺寸端面0.3～0.5，卸料板的尺寸规格为：

160mmX160mmX15mm，材料为:

45#钢。

如图6.4所示：

图6.4卸料板

卸料装置：

由于橡皮允许承受的负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮作为弹性元件，卸料橡皮的选择原则：

为了保证卸料正常工作，应使橡皮工作时的弹力大于或等于卸料力FXY=AP≥FX=10.19KN