压圈复合冲压模具设计毕业论文.docx

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压圈复合冲压模具设计毕业论文

南京技师学院

毕业论文

压圈复合冲压模具设计

院（系）：

机械工程系

专业：

模具设计与制造

届别：

XXX

学号：

XXX

姓名：

XXX

指导老师：

XXX

完成时间：

201X-X-X

摘要

冷冲压也称板料冲压，是塑料加工的一种基本方法，一般以金属板料为原料，利用压力机上的模具作往复运动，在常温下对金属施加压力，使板料产生塑性变形已达到预定的形状尺寸。

本课程设计对一个简单冲压件工艺进行了分析，并设计了单工序落料模具及主要零部件，在这个课程设计中详细介绍了冲裁件从排样到模具结构设计，再到装配的整个过程，通过这一简单的例子让我们知道了什么是冷冲压工艺。

关键词：

冲压件；排样设计；模具结构；装配

第一章绪论……………………………………………………………5

1.1冲压工艺概述……………………………………………5

1.1.1冲压工艺的简介…………………………………………5

1.1.2冲压工艺的发展…………………………………………5

1.2工艺方法的确定…………………………………………6

1.2.1冲裁件的结构尺寸………………………………………6

1.2.2冲裁件的精度……………………………………………7

1.2.3材料分析…………………………………………………7

1.2.4确定冲裁件工艺方案及模具形式………………………7

1.2.5方案比较…………………………………………………7

1.2.6有关设计…………………………………………………7

第二章复合冲压模具设计与制造…………………………7

2.1冲裁件的工艺设计………………………………………7

2.1.1凹凸模间隙的选择………………………………………7

2.1.2冲裁间隙分类……………………………………………8

2.1.3冲裁间隙对冲裁件的影响………………………………8

2.1.4间隙对尺寸精度的影响…………………………………8

2.1.5间隙对冲裁件的影响……………………………………8

2.1.6间隙对模具寿命的影响…………………………………8

2.1.7确定合理间隙的理论依据………………………………8

2.1.8合理间隙的选择…………………………………………9

2.2凹凸模制造方法及刃口尺寸计算…………………9

2.2.1凹凸模的制造方法………………………………………9

2.2.2凹凸模刃口尺寸的计算…………………………………9

2.3排样……………………………………………………………11

2.3.1排样的意义………………………………………………11

2.3.2排样的方法………………………………………………12

2.3.3搭边、进距计算…………………………………………12

2.4冲压力的计算及选择压力机………………………14

2.4.1冲压力的计算……………………………………………14

2.4.2卸料力与推件……………………………………………14

2.4.3压力中心的确定…………………………………………15

2.5冲裁模主要零件的设计……………………………17

2.5.1凹模设计………………………………………………17

2.5.2凸模设计………………………………………………19

2.5.3凸凹模设计……………………………………………21

2.5.4定位零件的确定…………………………………………22

2.5.5卸料与腿料装置…………………………………………24

2.5.6模座、导向零件…………………………………………26

2.5.7链接与固定零件…………………………………………30

2.6冲裁模主要零件加工工艺过程……………………33

2.7总装图…………………………………………………………37

致谢语………………………………………………………………………41

参考文献……………………………………………………………………42

第一章绪论

1.1冲压工艺概述

1.1.1冲压工艺简介

冲压是塑性加工的一种基本方法之一，它是利用安装在压力机上的模具，在室温下对材料施加压力使其产生变形或分离，从而获得具有一定形状，尺寸和精度的制件的一种压力加工方法。

因为它主要用于加工板料制件，所以也称板料冲压。

在机械加工中是一种高效率的加工方式。

冲压广泛用于金属制品各行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等行业中占有极其重要的地位。

冲压工艺有如下特点

1.能冲出其它加工难以加工或无法加工的形状复杂的零件，比如，从仪器仪表小零件到汽车覆盖件、纵梁等大型零件，均有冲压加工完成

2.冲压件质量稳定，尺寸精度高。

由于冲压工艺是有模具成型，模具制造精度高，使用寿命长，故冲压件质量稳定，制品互换性好，尺寸精度一般可打到T10~T14级，最高可达到T16级，有的制件不需要安装，便可满足装配和使用要求。

3.冲压件具有重量轻、强度高、刚性好、表面粗糙度小等特点。

4.冲压加工生产效率极高，没有其它任何一种机械加工方法能与之相比。

比如，汽车覆盖件这样的大型冲压件的生产效率，可达每分钟数件；高速冲压小型制件，可达每分钟上千件。

5.材料利用率高，一般为70%~80%，因此冲压件能实现少废料或无废料生产，在某种情况下，边角余量也可以充分利用

6.操作简单，便于组织生产，易于实现机械化和自动化生产。

对操作人员的素质要求不高，新工人经短期培训就便能上岗操作。

7.冲压的特点是模具制造时间长、制造成本高，故不适于单件小批量生产，另外，冲压生产多采用机械压力机，由于滑块往复运动快，手工操作时；劳动强度大，易发生事故，故必须特别重视安全生产、安全管理以及采取必要的安全技术措施。

8.冲压模设计需要很强的想象力和与创造力，对于模具的设计者和制造者无论在理论、经验、创造力方面都有很高的要求。

1.1.2冲压模具的发展

近年来，我国冲压模具水平已有很大的提高，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内也能生产了，精度达到1~2Um，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。

表面粗糙达到Ra小于1.5UM的精冲模，大尺寸精冲模及中厚板精冲模国内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多年的历史，由原华中学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。

由华中学院和北京模具厂等与1986共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的冲裁模CAD/CAM系统。

20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。

国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。

2模具设计与制造能力状况

在国家产业政策的正确领导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计和制造能力已达到较高的水平，包括信息工程和虚拟技术等许多设计制造技术已在很多模具企业得到应用

虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需求、要与国际先进水平相比能有较大差距。

这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车的覆盖件模具和搞精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大的差距。

轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件的水平。

虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定差距。

汽车覆盖件模具制造技术正在不断的提高和完善，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越来越多。

NC、DNC的技术使用越来越成熟，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冲裁件工艺分析

1.2.1冲裁件的结构尺寸

压圈

冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。

在一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。

冲裁件的工艺性合理与否，影响到冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率等。

压圈形状简单、外形结构对称。

在冲裁是零件的孔与孔之间，孔与边之间均受模具强度和冲裁质量的制约，为了避免冲孔是凸模受水平推力而不被拆断，所以该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其生产批量等情况。

也均符合冲裁的工艺要求，故压圈也符合冲裁的工艺要求。

1.2.2冲裁件的精度分析

从设计课程要求看公差等级要达到IT11级。

所以经济精度可以用冲裁得到，该零件的断面粗糙没有特别要求。

零件的厚度为0.2mm，可采用普通冲裁（断面粗糙可达到3.2um-12.5um）就可以达到图纸要求。

1.2.3材料分析

QSn4-4-2.5经退火处理后，其抗剪强度为125~550MPa，其抗拉强度为294~490MPa，其伸长率为5%~35%适合于做压材料。

1.2.4确定冲裁工艺发案及模具形式

综上所述，该精度要求不高，尺寸不大，形状不复杂，生产量为大批量生产，材料厚度为，t=0.2mm,且尺寸精度无要求，采用手工送料，刚性卸料，自动漏料，导料销导料的冲孔漏料复合冲裁模具结构形式。

、

1.2.5方案比较

方法一：

冲孔—落料

方法二：

落料，冲孔（复合）

方法三：

落料，冲孔（连续）

方案一：

单工序模，先冲孔在落料保证一定的精度，但主要适用于生产量较小或单件生产，生存率较低，且多了一模具，生产周期长。

方案二：

避免了多次定位的结构，并在冲裁过程中可以压料，工件较平整，较单序模缩短生存周期。

方案三：

根据生产量，模具可以采用连续模，但是连续模的结构复杂，对制造精度的要求高，连续模比较生产周期长，成本高，维护也困难。

经过比较分析压圈的冲压模具设计采用方案二。

1.2.6有关设计

压圈由落料冲孔单工步成型，只需设计落料冲孔复合模，压圈生产过程由于结构废料较多，原材料的利用率较低，而模具费用的份额比例较大，这样要求模具的结构简单，生产率高，落料冲孔复合模设计成一模一腔。

复合模采用倒装结构，冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，卸料可靠，操作安全方便，生产效率高，并为机械化出件提供有利条件，应用十分广泛

第二章复合冲压模具设计与计算

2.1冲裁件的工艺设计

2.1.1凹凸模间隙的选择

冲裁间隙指凹凸刃口间隙的距离。

冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它是直接影响冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗，应根据实际情况和需要合理的选用。

冲裁间隙有单面间隙和双面间隙之分。

2.1.2冲裁间隙分类

隙分为I类间隙（小间隙）、II类间隙（中等间隙）、III类间隙（大间隙根据冲裁尺寸精度、剪切质量、模具寿命和力能消耗等主要因素，将金属材料冲裁间）。

2.1.3冲裁间隙对冲裁件的影响

1、间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹在继续加压的情况下将产生二次剪切，继而被挤入凹模。

这样，制件端面中部留下撕裂面，而两头出现光亮带，在端面出现挤长的毛刺。

虽毛刺长但易去除，只要中间裂纹不是很深，仍可用。

2、间隙过大时，材料的弯曲和拉伸增大，拉伸应力增大，材料容易被撕裂，使制件的光亮带减小，圆角与断裂都增大，毛刺大而厚，难去除。

所以随着间隙的增大，制件的断裂面的倾斜度的增大，毛刺增高。

2.1.4间隙对尺寸精度的影响

当凹、凸模间隙过大时，材料所受拉伸作用增大。

冲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。

此时穹弯的弹性恢复方向与其相反，鼓薄板冲裁时制件尺寸偏差减小。

在间隙较小时，由材料受凹。

凸模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径减小。

2.1.5间隙对冲裁力的影响

随着间隙的增大，材料所受的拉力也增大，材料容易断裂，因此冲裁力减小。

但是继续增大间隙时，会因此凹、凸模刃口处产生的裂纹不重合，冲裁力减小。

由于冲裁间隙过大时，会使冲裁件的光亮面减小，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。

但是，间隙继续增大时，因为

毛刺增大，引起卸料力、顶件力也随之增大。

2.1.6间隙对模具寿命的影响

冲裁模具的寿命通常以保证获得合格产品时的冲裁次数来表示。

冲裁过程中模具的失效形式一般有：

磨损、变形、崩刃和凹模刃口涨裂四种。

间隙增大时可使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小；但当间隙继续增大时，卸料力增大，又影响磨具磨损，一般间隙为（10%-15%t）时磨损最小模具寿命较高。

间隙小时，落料间梗塞在凹模洞口的涨裂力也大。

2.1.7确定合理间隙的理论依据

由以上所述可见，凸、凹模对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大影响。

因此，在设计和制造模具有个合理间隙值，以保证冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，所需冲裁力小，模具寿命高，生产中长选用一个适当的范围作为合理间隙。

这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin,最大值称为最大合理间隙Zmax。

设计与制造新模具时采用最小合理间隙值。

确定合理间隙的理论根据是以凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合为依据。

可以计算得到合理间隙值，计算公式如下：

Z=2t（1-ho/t）tanB

由上式可看出，间隙z与材料厚度t、相对切入深度ho/t及破裂角B有关。

对硬而脆的材料，ho／t有较小值时，则合理间隙值较大。

对软而韧的材料，ho/t有较大值时，则合理间隙较小。

板厚越大，合理间隙越大。

由于理论计算生产中不便使用，故目前广泛使用的是经验数据。

2.1.8合理间隙的选择

表2-1常用金属材料的冲裁初始间隙（双面）

材料

厚度

低碳钢，铜，紫铜

中碳钢，杜拉铜

高碳钢，不锈钢

最小值

ΔΖ

最小值

ΔΖ

最小值

ΔΖ

0.2

0.010

+0.010

0.012

+0.010

0.014

+0.010

0.3

0.015

0.018

0.021

0.4

0.020

0.024

0.028

0.5

0.025

0.035

0.6

0.030

+0.020

0.036

+0.020

0.042

+0.020

0.7

0.035

0.042

0.049

Zmax=Zmin+Δz，由表可知，此复合模的最小双面间隙为Zmin=0.010mm，最大双面间隙为Zmax=0.020mm

2.2凹凸模制造方法及刃口尺寸计算

2.2.1凹凸模的制造方法

凸、凹模的加工方法有两种：

凸、凹模分开加工和凸、凹模配合加工方法。

当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批量生产，但精度要求高，制造困难，相应的会增加加工成本。

凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简单，成本低。

鉴于上述分析，就零件图所需的凸、凹模宜采用凸、凹模配合加工、

2.2.2凹凸模刃口尺寸的计算

模具刃口尺寸精度等级是影响冲裁件尺寸精度等级的主要因素，模具的合理间隙值也是靠模具刃口尺寸及其精度来保证的。

因此，在确定凹、凸模工件部分尺寸及其制造精度时，必须考虑到冲裁变形规律、冲裁件精度等级、模具磨损和制造特点等。

（1）落料时，先确定凹模工作部分，其大小应取接近于或等于工件的最小极限尺寸，以保证磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格工件。

凸模公称尺寸比凹模公称尺寸小一个合理间隙值。

（2）冲孔时，先确定凸模工作范围内，仍能冲出合格工件。

凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个合理间隙值。

（3）对于落料件，一般标准单向负公差。

假定工件的尺寸为D，工件公差为Δ,则工件尺寸就是D

。

冲孔件的工差一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d，工件公差为Δ，则冲孔件公差为d。

若工件尺寸标注有正负公差，则应将正负偏差换成上述要求的等价的正负公差，若没有工件没有标注公差，则工件公差按国家标注非配合尺寸IT14级来处理。

凹凸模配合加工，是指先加工凸模（或凹模），然后根据制好的凸模（或凹模）的实际尺寸，配合凹模（或凸模），在凹模（或凸模）上修出最小合理间隙值。

其方法是把先加工出的凸模（或凹模）做为基准件，它的工作部分的尺寸作为基准尺寸，而与它配做凹模（或凸模），只需要在图纸上标明相应部分的凸模公称尺寸（或凹模公称尺寸），说明“XX尺寸按凸模（或凹模）配做，每边保证间隙XX”。

这样基准件的制造公差δp（或δd）的大小就不在受凸、凹模间隙大小的限制，是模具制造容易。

一般基准件的制造公差δp（或δd）=Δ/4。

1.落料时应以凹模为基准，在后配合做凸模。

落料凹模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。

凹模磨损后增尺寸增大时，凹模尺寸按公式Dd=（D﹣χΔ）

计算，其中系数X按照IT11精度等级取值x=0.75。

尺寸φ55在磨损后增大，Δ=0.19mm,化为55.059

Dd=（D﹣χΔ）

=（55.095－0.75×0.19）

=54.9525

尺寸R10在磨损后增大,Δ=0.09mm,化为10.045

Dd=（D﹣χΔ）

=（10.045－0.75×0.09）

=9.9775

2.冲孔

落料时应以凸模为基准，在后配合做凹模。

落料凸模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。

凸模磨损后尺寸减小时，凸模尺寸按公式

计算，其中系数X按精度IT11精度等级取值x=0.75。

尺寸35在磨损后减少，

=0.16，化为

=（34.92+0.75×0.16）

=

尺寸φ8在磨损后减少，Δ=0.09mm，化为

尺寸φ6在磨损后减少，Δ=0.09mm，化为

尺寸φ2在磨损后减少，Δ=0.06mm，化为

凸模磨损后尺寸不变的有70，按

=L

或

=L

计算

=70

=70

0.0238

2.3排样

2.3.1排样的意义

在大量和大批生产时，原始毛坯材料在冲压零件的成本中占60%以上，因此节约材料和减少废料（既材料的经济利用率）具有很重要的意义。

冲裁件在条料上的布置方法称为排样。

排样的合理与否影响材料的经济利用，还会影响到模具结构与寿命、生产公差等级、生产操作方便与安全等。

因此，排样是冲裁工艺与模具设计中很重要的工作。

2.3.2排样的方法

同一个工件，可以有几种不同的排样方法。

采用最佳排样方法，应使工艺废料最少。

材料利用率高。

根据零件外形特征，排样的形式可分为直排、斜排、对排、混合排、多排及冲裁搭边等。

根据零件的形状特点，选用如下的排样方式，每次冲压过程冲出一个零件。

排样方式与零件在板料上的排布如下图：

图2-1零件排布图

2.3.3搭边、进距计算

1.搭边

排样时工件与工件之间及工件与条料之间留下的余料称为搭边及侧搭边。

搭边使工作沿整个周边封闭冲裁时补偿送料的误差，并将其在模具上定位，以保证冲裁出完整的工件。

搭边还可以保持条料有一定的刚度和强度，便于送进模具内。

搭边值要合理确定。

搭边值过大，材料利用率低。

搭边值过小，在冲裁中将会被拉断，造成送料困难，且使工件生产毛刺，有时还会拉入凸模和凹模间隙中，损坏模具刃口，降低模具寿命。

表2-2搭边值的经验值

卸料板形式

条料厚度

搭边值

a

A1

弹

性

卸

料

板

＞0.25

1.5~2.5

1.8~2.6

＞0.25~0.5

1.2~2.2

1.5~2.5

＞0.5~1.0

1.5~2.5

1.8~2.6

＞1.0~1.5

1..8~2.8

2.2~3.2

＞1.5~2.0

2.0~3.0

2.4~3.4

固

定

卸

料

板

0~0.25

2.2~3.2

＞0.25~0.5

2.0~3.0

＞0.5~1.0

1.5~2.5

＞1.0~1.5

1.8~2.8

＞1.5~2.0

2.0~3.0

搭边值一般由经验确定，如表2-2所示。

根据表，可取a=1.8mma1=2.5mm。

排样方式与搭边值决定后，条料的宽度与进距也可以决定。

条料宽度的确定与模具是否采用侧压装置或侧刃有关。

本设计采用无侧压装置，其条料宽度的确定;条料在送进过程中可能沿导料板的一侧，也可能沿另一侧;条料导向面的变化将使侧搭边值减小，为保证最小侧搭边值，条料宽度应加大些：

条料的宽度的计算：

B—条料的公称宽度，mm

D—垂直于送料方向尺寸，mm

a1—侧搭边，mm

bo—条料与导料板间的间隙，见表2-3

△—条料宽度的公差，见表2-3

表2-3剪切条料公差及导料板与条料间的间隙值（mm）

条料的宽度的公称尺寸为B=60.5mm

2.进距

进距是每次将条料送入模具进行冲裁的距离，进距的计算与排样方式有关，进距是决定挡料销位置的依据。

此工序为落料冲孔复合模，零件的进距A的计算公式为：

A=B+a

式中B—平行与送料方向工件的宽度；

A冲裁之间的搭边值。

进距

A=B+a=62.87+1.8

=64.67mm

2.4冲压力的计算及选择压力机

2.4.1冲压力的计算

计算冲压力的目的是为了选用适合的压力机、设计模具和检验模具强度。

压力机的吨位必须大于冲裁力。

一般平刃口模具冲裁时，冲裁力可按下式计算：

P=KFζ=KLTζ

式中P——冲裁力，N;

F——冲切断面积，mm2；

L——冲裁周边长度，mm；

t——材料厚度，mm；

ζ——材料抗剪强度，MPa；08钢的抗剪强度为216～304MPa;

k——安全系数，一般K=1.3，考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度和偏差等因素。

在冲裁高强度或厚度大、周边长的工件时，所需的冲裁力较大，如果超过现有压力机吨位，就必须采取措施降低冲裁力，主要有协刃模具冲裁、阶梯模具冲裁和加热模具冲裁几种方法。

1）计算P落料

P落料=KLtζ=1.3X（30.13X4+55/2X∏/3X2）X0.2X400

=18521.36N

2）计算P落料

P冲孔=KLtζ=1.3（6+2X2+35/2X340/360+∏X8X2）X0.2X400

=7983.85N

P=P落料+P冲孔=18521.36+7983.85

=26505.21N=27KN

2.4.2卸料力与推件力的计算

冲裁结束后，由于弹性变形的恢复，会使工件卡紧早凸模或凹模上，必须施加外力，将其取下。

卸料力：

将紧箍在凸模上的料卸下所需的力

推件力：

将卡在凹模中的工件推出所需的力

表2-4卸料力、推件力的因数

冲裁材料

K卸

K推

K顶

紫铜黄铜

0.02～0.06

0.03～0.09

铝、铝合金

0.025～

0.03～0.07

钢

材厚度

料mm

～0.1

＞0.1～0.5

＞0.5～2.5

＞2.5～6.5

＞6.5

0.06～0.075

0.045～0.055

0.04～0.05

0.03～0.04

0.02～0.03

0.10

0.065

0.050

0.045

0.025

0.14

0.08

0.06

0.05

0.03