垫片冲压模具设计毕业设计说明书 精品.docx
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垫片冲压模具设计
摘要
本次设计了一套落料、冲孔的模具。
经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析。
经过工艺分析和对比，采用落料、冲孔工序。
通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。
再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。
得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。
在文档中第一部分，主要叙述了冲压模具的发展状况，说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。
第二部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。
再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。
最后对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模具的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。
通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。
本次设计阐述了冲压倒装复合模的结构设计及工作过程。
本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。
关键词：
冲压模，复合模，垫片，冲裁间隙
GASKETSTAMPINGMOULDDESIGN
ABSTRACT
Thedesignofasetofblankingandpunchingmold.Throughreferringtoinformation,firstofall,Ishouldanalysistheprocess.Throughprocessanalysisandcomparison,Iuseblankingandpunchingprocess.Throughtheblankingforce,thetoppiece,andthedischargepowertodeterminethemodelpress.Furtheranalysisofthestampingdiesforprocessingtheapplicationtoselectthedesiredtypeofmolddesign.Themoldwillbedesignedtodrawuponthetypeofmoldpartsoftheworkexpressedinthedesignprocess.
Inthefirstpartofthedocumentmainlydescribesthedevelopmentofstampingdie,stampingdieillustratetheimportanceandsignificanceofthisdesign,andthenstampingpartsoftheprocessanalysis,completedaprocesstoidentifyprograms.ThesecondpartofthenestingpartsofthedesignplanstocompletethecalculationoftheutilizationofthematerialfurtheredgeblankingprocessofcalculationandDieDesignandCalculationoftheworkofsomeofthestampingequipmenttoprovideabasistochoose.Finally,themaincomponentsofstandarddesignandthechoiceofdesign-basedmappingtoolandprovideabasisforformingmold,aswellastheassemblydrawingtoprovidethebasisofthesize.ThroughthedrawinfrontofmolddesignandassemblyofthepartsdiagramFig.
Thedesigntellsthestructureofcompoundmolddesignandworkingprocess.Reliableperformanceofthemold,smoothrunning,improvedproductqualityandproductionefficiency,reducelaborintensityandproductioncosts.
Keywords:
Blanking,Punching,Mold,Moldgap
目 录
前 言
模具，作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。
冲压技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。
1.我国冲压技术的现状：
目前，我国的冲压技术、冲压模具与工业发达国家相比还有一定的差距，主要表现在以下几点。
（1）冲压基础理论与成形工艺落后。
（2）模具标准化程度低。
（3）模具设计方法和手段、模具制造工艺及设备落后。
（4）模具专业化水平低。
2.冲压技术的发展方向：
虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年中得到了快速发展，但与工业发达国家相比仍有很大差距。
未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几个方面。
（1）提高模具的设计制造水平，使其朝着大型化、精密化、复杂换、长使用寿命化发展。
（2）在模具设计制造中更加普及应用国产的CAD/CAE/CAM技术。
（3）发展快速制造成形和快速制造模具的技术。
（4）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。
（5）研究和发展优质的模具材料和先进的表面处理技术。
（6）研究和开发模具的抛光技术和设备。
（7）研究和普及模具的高速测量技术与逆向工程。
（8）研究和开发新的成形工艺和模具。
3.主要研究目标：
设计1套模具，包括总装图和部分零件图，编制加工工艺文件及生成
加工程序代码。
要求正确选择标准件和模具材料，零件尺寸设计正确。
在本次课程设计中利用计算机辅助设计（CAD）绘制模具主要工作零件图和模具的总装配图。
根据对零件的综合分析，在这次设计中我设计的模具是倒装落料冲孔复合模，主要介绍的是冲裁工艺、工艺计算、冲裁模的结构和设计、冲裁模落料冲孔的工作原理等。
本说明书有佘银柱导师指导和帮助，同时还得到了同学们的提示，特在此表示衷心的感谢！
由于水平有限，缺点错误在所难免，希望大家指正！
第1章冲裁工艺设计
1.1冲裁件的工艺分析
图1-1垫片
1.1.1工件材料
为锡青铜带QSn6.5-0.1（Y），t=0.3具有良好的冲压性能，适合冲裁。
工件结构相对复杂；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，普通冲裁完全能满足要求。
1.1.2工件结构
该零件形状简单。
边孔距远大于凸、凹模允许的最小壁厚（见表1-1），故可以考虑采用复合冲压工序。
表1-1倒装复合模的冲裁凸凹模最小壁厚（单位：
mm）
材料厚度t
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.5
最小壁厚δ
1.4
1.8
2.3
2.7
3.2
3.6
4.0
4.4
4.9
5.2
5.8
材料厚度t
2.8
3.0
3.2
3.5
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
最小壁厚δ
6.4
6.7
7.1
7.6
8.1
8.5
8.8
9.1
9.4
9.7
10
1.1.3尺寸精度
查标准公差数值表得冲件的精度为IT12，冲裁模精度应高于冲裁件的精度2-3级，故选择IT9.
表1-2冲裁件内外形所能达到的经济精度
材料厚度
t/mm
基本尺寸/mm
≤3
3~6
6~10
10~18
18~500
≤1
IT12~IT13
IT11
1~2
IT14
IT12~IT13
IT11
2~3
IT14
IT12~IT13
3~5
—
IT14
IT12~IT13
表1-3孔中心与边缘距离尺寸公差
材料厚度
t/mm
孔中心与边缘距离尺寸/mm
≤50
50~120
120~220
220~360
≤2
2~4
>4
±0.5
±0.6
±0.7
±0.6
±0.7
±0.8
±0.7
±0.8
±1.0
±0.8
±1.0
±1.2
1.2冲裁工艺方案的确定
该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：
方案一：
先落料，后冲孔。
采用单工序模生产。
即先用一副模具进行落料，后用一副模具冲孔，该方案模具结构简单，但需要两副模具才能完成零件的加工，效率低，生产过程精度也不容易保证，且操作也不方便，不符合中批量生产的要求。
方案二：
落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。
复合模是一种多工序冲模，是压力机的一次工作行程中，在模具同一工位同时完成数道分离的模具，其生产效率高，冲裁件内孔与外缘相对位置精度高，可以借模具精度来保证零件精度。
方案三：
冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。
在级进模中，整个冲件的成型是在连续过程中逐步完成的，是一种工位多，效率高的冲模。
该方案也只需要一副模具，生产效率也高，但为了满足精度要求，有必要增加两个导正销，这样模具制造、安装较复合模复杂。
根据上述分析，采用复合模进行生产。
且由于该零件的最小壁厚（80/2-30/2=25mm）大于倒装式复合模所要求的最小壁厚（7.6mm），故可以采用倒装式复合模进行生产，以提高生产效率。
第2章冲裁排样设计
2.1排样的方法及排样图
2.1.1排样的方法
根据材料的利用情况，排样的方法可分为三种：
（1）有废料排样
（2）少废料排样
（3）无废料排样
采用少、无废料排料可以简化冲裁模结构，减少冲裁力。
但是条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。
同时，由于是模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。
因此选择有废料排样，虽然材料利用率低，冲裁件质量及模具寿命高。
根据零件结构形状采用有废料排样中斜对排的排样形式。
2.1.2排样图
排样图见图2-1。
图2-1排样图
2.2排样的计算
2.2.1确定搭边值
查表2-1，确定搭边值a、a1,由t=0.3mm，采用手动送料，取工件间a1=1.2mm，侧搭边a=1.5mm。
表2-1最小工艺搭边值（单位：
mm）
材料厚度
t/mm
手工送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
a1
a
a1
a
a1
a
a1
a
≤1
>1~2
>2~3
>3~4
>4~5
>5~6
>6~8
>8
1.2
1.5
2
2.5
3
4
5
6
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
1.2
2
2.5
3
4
5
6
7
1.5
2.5
3
3.5
5
6
7
8
2
2.5
3.5
4
5
6
7
8
3
3.5
4
5
6
7
8
9
2
3
4
5
6
7
3
4
5
6
7
8
注：
冲皮革、纸板、石棉等非金属材料时，搭边应乘以1.5~2。
2.2.2送料步距
送料步距（送料步距简称步距或进距），是条料在模具上每次送进的距离。
步距是决定挡料销位置的依据，每次只冲一个零件的步距s的计算公式为
s=D+a1
式中D：
平行于送料方向的冲件宽度；
a1：
冲件之间的搭边值。
计算送料步距为s=D+a1
=9.4+1.2
=10.6（mm）
2.2.3条料宽度计算
条料是由板料剪裁下料而得到的。
条料宽度的确定原则为，最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙，进而确定导料板间的距离。
由于是手工送料，本设计采用导料板之间有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离的计算方法。
因为导板之间有侧压装置或用手将条料紧贴单边导料板的模具，能使条料始终沿着导料板送进，可按下式计算。
条料宽度B0-△=（L+2a+△）0-△
导料板间的距离B0=B+Z=Dmax+2a+Z
式中B：
条料的宽度，mm；
B0：
导料板间的距离，mm;
L：
冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm；
a：
侧搭边值，可参考表2-1；
Z：
导料板与最宽条料之间的间隙，其值见表2-2；
△：
条料宽度的单向（负向）公差，见表2-3。
由表2-2和经验，取Z=1mm
导料板间的距离B0=B+Z=Dmax+2a+Z=425+2×3+1=432（mm）
由表2-3和经验，取△=1mm
条料宽度B0-△=（28+2×1.5+1）0-1=320-1（mm）
表2-2导料板与条料之间的最小间隙Zminmm
材料厚度
t
无侧压装置
有侧压装置
条料宽度B
条料宽度B
100以下
100~200
200~300
100以下
100以上
≤0.5
0.5
0.5
1
5
8
0.5~1
0.5
0.5
1
5
8
1~2
0.5
1
1
5
8
2~3
0.5
1
1
5
8
3~4
0.5
1
1
5
8
4~5
0.5
1
1
5
8
表2-3条料宽度偏差△mm
条料宽度
B
材料厚度t
≤1
1~2
2~3
3~5
≤50
0.4
0.5
0.7
0.9
50~100
0.5
0.6
0.8
1.0
100~150
0.6
0.7
0.9
1.1
150~220
0.7
0.8
1.0
1.2
220~300
0.8
0.9
1.1
1.3
2.2.4材料利用率
冲压件大批量生产成本中，坯料材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。
衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。
其计算公式如下
一个步距内的材料利用率η为
η=nA/Bs×100%
式中A：
一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内），mm；
n：
一个步距内冲裁件数目;
B：
条料宽度，mm；
s：
步距，mm；
其中A=90.56，n=2，B=32，s=10.6
一个步距内的材料利用率η为
η=A/（B*S）=54.21%
第3章冲压力和压力中心的计算
3.1确定冲压力
3.1.1冲裁力的计算
冲裁力是冲裁时凸模冲穿板料所需的压力。
在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的。
通常，冲裁力是指冲裁过程中的最大值（Fmax）。
影响冲裁力的主要因素是材料的力学性能、厚度、冲件轮廓周长及冲裁间隙、刃口锋利程度与表面粗糙度等。
综合考虑上述影响因素，平刃口模具的冲裁力可按下式计算
F=KLtτb（式3-1）
式中F：
冲裁力，N；
L：
冲件周边长度，mm；
t：
材料厚度，mm；
τb：
材料抗剪强度，MPa；
K：
考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取K=1.3。
对于同一种材料，其抗拉强度与抗剪强度的关系为σb≈1.3τb，故冲裁力也可按下式计算
F=Ltσb（式3-2）
本设计的冲裁力按式3-2进行计算。
查表3-1，σb的取值范围为540～690，取σb=600MPa。
L1=1.025*2=2.05（mm）,X1=0（mm）
L2=1.3（mm）,X2=0.65（mm）
L3=1.65（mm）,X3=1.3（mm）
L4=3.5（mm）,X4=1.75（mm）
L5=5.8119（mm）,X5=3.5（mm）
L6=4.9078（mm）,X6=3.9318（mm）
L7=3.47（mm）,X7=6.8899（mm）
L8=28.0334（mm）,X8=13.2464（mm）
L9=20.4203（mm）,X9=13.3（mm）
L1+L2+L3+L4+L5+L6=L7+L8+L9=71.1434
L1*X1+L2*X2+L3*X3+L4*X4+L5*X5+L6*X6+L7*X7+L8*X8+L9*X9=715.6
冲裁力F=Lbσb=12805.5N
表3-1冲压常用金属材料的力学性能
材料名称
牌号
材料
状态
力学性能
抗剪强度
τ/MPa
抗拉强度
σb/MPa
屈服点
σs/MPa
伸长率
δ（%）
普通
碳素钢
Q195
Q235
Q275
未经
退火
255~314
315~390
195
28~33
303~372
375~460
235
26~31
392~490
490~610
275
15~20
碳素
结构钢
08F
08
10F
10
15
20
35
45
50
已退火
230~310
275~380
180
27~30
260~360
215~410
200
27
220~340
275~410
190
27
260~340
295~430
210
26
270~380
335~470
230
25
380~400
355~500
250
24
400~520
490~635
320
19
440~560
530~685
360
15
440~580
540~715
380
13
不锈钢
1Cr13
已退火
320~380
440~470
120
20
1Cr18Ni9Ti
经热
处理
460~520
560~640
200
40
铝
1060、1050A、
1200
已退火
80
70~110
50~80
20~28
冷作硬化
100
130~140
—
3~4
（续）
材料名称
牌号
材料
状态
力学性能
抗剪强度
τ/MPa
抗拉强度
σb/MPa
屈服点
σs/MPa
伸长率
δ（%）
硬铝
2A12
已退火
105~125
150~220
—
12~14
淬硬并经时效处理
280~310
400~435
368
10~13
淬硬后冷作硬化
280~320
400~465
340
8~10
纯铜
T1、T2、T3
软
160
210
70
29~48
硬
240
300
—
3
黄铜
H62
软
260
294~300
—
25~40
半硬
300
343~460
200
20
硬
420
≥12
—
10
H68
软
240
294~300
100
40
半硬
280
340~441
—
25
硬
400
392~400
250
13
注：
表中数据为板材力学性能。
3.1.2卸料力、推件力及顶件力的计算
当冲裁完成后，从板料上冲裁下来的冲件（或废料）由于径向发生弹性变形而扩张，会塞在凹模孔口内或者板料上的孔，则沿径向发生弹性收缩而紧箍在凸模上。
为了使冲裁工作继续进行，必须将工件或废料从模具内卸下或推出。
从凸模上卸下紧箍的料所需要的力称为卸料力，用F卸表示；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力，用F推表示；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力，用F顶表示。
卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具的卸料、顶件和推件装置传递的。
所以在选择压力机公称压力和设计以上机构时，都需要对这三种力进行计算。
影响这些力的因素较多，主要有：
材料的力学性能和料厚；冲件形状和尺寸大小；凸、凹模间隙大小；排样搭边值大小及润滑情况等。
生产中常用下列经验公式计算
F卸=K卸F
F推=nK推F
F顶=K顶F
式中F：
冲裁力；
K卸、K推、K顶：
分别为卸料系数、推件系数和顶件系数，其值见表3-2；
n：
塞在凹模孔口内的冲件数。
有反推装置时，n=1；锥形孔口，n=0；直刃口，下出件凹模，n=h/t，其中h是直刃口部分的高度（mm），t是材料厚度（mm）。
表3-2卸料力、推件力及顶件力的系数
料厚δ/mm
K卸
K推
K推
钢
≤0.1
>0.1～0.5
>0.5～2.5
>2.5～6.5
>6.5
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜、黄铜
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
对于本模具设计的计算如下。
查表3-2，得K卸=0.06，K推=0.08
1卸料力F2=0.06*F=768.34N
2推件力F1=0.08*F=1204.46N
3.1.3压力机公称压力的确定
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力（F总），F总为冲裁力和与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶件力的总和。
根据不同的模具结构，冲压力计算应分别对待，即
当模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式时：
F总=F+F卸+F推
当模具结构采用弹压卸料装置和上出件方式时：
F总=F+F卸+F顶
当模具结构采用刚性卸料装置和下出件方式时：
F总=F+F推
该落料冲孔复合模采用倒装结构及弹压卸料和下出料（冲孔废料）方式，则总冲压力F总为
F总=F+F1+F2=14598.612N
3.1.4冲裁功
选择冲裁设备时，除了要计算冲裁力，使压机的公称压力大于冲裁力以外，还要进行冲裁功的验算，使压机的每次行程功不超过额定的数值，以保证其电动机不过载、飞轮转速不致下降太多。
因为功是力与其行程的乘积，所以平端刃口的冲裁功按下式计算：
W=mPt/1000
式中W：
冲裁功，N·m
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