冲压模具毕业设计.doc
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摘要
冲压模具结构简单实用，使用方便可靠，根据制件的几何形状要求、材料和尺寸的分析得出凸模、凹模和凸凹模的结构，采用复合模冲压，这样有利于提高生产效率，模具设计和制造也相对简单。
分析该零件的排样形式得出材料利用率，画排样图。
计算冲裁力、压力中心和刃口尺寸，再进行总体设计。
当所有的参数计算完后，对模具的装配方案，主要零件的设计和装配技术要求进行分析。
设计出主要零部件，再对标准件进行选取与加工制造。
最后选择压力机，校核压力机是否合理。
在设计过程中除了设计说明书外，还包括模具的装配图和零件图。
关键词：
复合模具；总体设计；参数计算
64
目录
1绪论 1
2冲裁件的结构工艺性分析 2
3冲压工艺方案确定 4
3.1冲裁工艺方案的确定 4
3.1.1冲裁工艺方法的选择 4
3.1.2冲裁顺序的安排 5
3.2片状传动件毛坯总体结构设计 6
3.2.1送料方式的确定 6
3.2.2定位方式的选择 6
3.2.3卸料方式的选择 6
3.2.4导向方式的选择 7
4排样及材料利用率的确定 8
4.1排样、计算条料宽度及步距地确定 8
4.1.1搭边值的确定 8
4.1.2条料宽度的确定 9
4.1.3排样 9
4.1.4材料的利用率的计算 10
5冲裁力相关计算 12
5.1计算冲裁力相关公式 12
5.2冲裁力、卸料力、推件力和总冲压力 13
5.2.1计算冲裁力 13
5.2.2计算卸料力 14
5.2.3计算推料力 15
5.2.4计算总冲裁力 15
6压力中心的计算 17
7凸凹模刃口尺寸计算 19
7.1冲裁间隙 19
7.2刃口计算方式 21
7.2.1刃口尺寸计算的基本原则 21
7.2.2对落料的刃口尺寸进行计算 22
7.2.3对冲孔的刃口尺寸进行计算 23
7.3冲裁刃口高度 24
8模具主要零部件设计 25
8.1凹模设计 25
8.1.1凹模外形的确定 25
8.1.2凹模材料的确定 27
8.1.3凹模的固定方式 27
8.1.4凹模精度的确定 27
8.1.5凹模机械加工工艺方案分析 27
8.1.6凹模的零件图 29
8.1.7凹模的UG造型 29
8.2凸模的设计 31
8.2.1凸模的结构确定 31
8.2.2凸模的长度确定 31
8.2.3凸模材料 31
8.2.4凸模零件的精度确定 32
8.2.5凸模零件 32
8.2.6凸模机械加工工艺方案分析 32
8.2.7凸模的UG造型. 34
8.3凸凹模的设计 36
8.3.1凸凹模外形尺寸的确定 36
8.3.2凸凹模材料的确定 36
8.3.3凸凹模的固定方式 37
8.3.4凸凹模零件的精度确定 37
8.3.5凸凹模机械加工工艺方案分析 37
8.3.6凸凹模的UG造型 38
8.3.7卸料板的设计 40
8.4固定板的设计 40
8.4.1凸模固定板的设计 40
8.4.2凸凹模固定板的设计 41
8.4.3凸凹模固定板的UG造型 41
8.5弹性元件的设计 43
8.6推料板、垫板的设计 45
8.6.1推料板的设计 45
8.6.2垫板的设计 45
8.7挡料销、导料销、卸料螺钉的选 46
8.7.1挡料销、导料销的选用 46
8.7.2卸料螺钉的选用 46
8.8导柱、导套、上模座、下模座的选用 47
8.8.1上、下模座的选用 47
8.8.2导柱、导套的选用 48
8.9螺钉、销钉的选用 50
9冲压设备的校核与选定 51
9.1冲压设备的校核 51
9.2冲压设备的选用 51
9.3模柄的选用 51
10压力机的选择 52
11模具总装图 53
12带凸缘U形件复合模具UG造型图和爆炸图 54
总结 56
致谢 57
参考文献 58
附录 59
附表一J23系列开式可轻压力机主要技术参数 59
附表二垫板的加工工艺过程 60
附表三固定板的加工工艺过程 61
附表四卸料板的加工工艺过程 62
附表五推件块的加工工艺卡 63
1绪论
在现代化生产中，模具工业是国民经济发展的重要基础工业之一，模具在机械、电子、航空、航天、兵器、汽车、电器、仪表、轻工、农业、机械及日常生活用品的生产中，已占有十分重要的地位，在产品竞争和产品不断更新的年代，要使产品不断降低成本并具有价格优势，采用模具成形技术来制造产品是非常重要的途径之一。
现代工业发达的国家对模具工业都十分重视，模具技术水平的高低反映了一个国家制造业的能力和工业发达的程度。
随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。
数控加工技术在模具制造的应用，它不仅提高了生产效率，降低了劳动强度，还使得一些无法加工的零件变得可以加工。
例如：
简单的线切割加工时间长，如果不采用数控加工技术，劳动强度就很大；鼠标外壳模具形状不规则，如果不用数控加工，就很难加工且加工精度低，这就说明模具行业已与数控加工密不可分。
本设计是作为模具设计与制造专业毕业生，在毕业之前对所学专业知识的一次综合性运用。
巩固和扩展自己所学的基本理论和专业知识，综合运用所学知识培养自己的技能分析和解决实际问题的能力，初步形成融技术、管理于一体的大工程意识，培养勇于探索的创新精神和实践能力；培养正确的设计和研究思想、理论联系实际、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；进一步训练和提高课题方案设计、资料查阅、理论计算、计算机使用、文字表达等方面的能力和技巧；通过本次设计能够进一步深入的掌握冲压模具设计与制造技术。
2冲裁件的结构工艺性分析
图2-1零件图
如图2-1所示零件图。
（1）零件分析
该零件的结构简单，外形由圆弧和直线组成的，最小圆角R5，该冲裁件厚度t=0.5mm，此零件内外都无尖角，因此此零件的外形非常符合冲压模具的加工。
生产批量：
大批量；材料厚度：
0.5mm。
（2）材料分析
该冲裁件的材料20钢，强度、硬度不高，适合要求较高的零件。
（3）尺寸精度
零件图上的外形尺寸均未标注公差，要求为IT13级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。
（4）冲压工序
根据零件图可知零件形状为片状，零件的外形轮廓采用落料。
经查表2-1得图2-1中零件各外形尺寸分别为
100-0.22R50-0.221.340-0.14R100-0.3350-0.18
表2-1标准公差数值（摘自GB/T1800.3-1998）
公差等级
IT2
IT3
IT4
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
基本尺寸/mm
/μm
/mm
≤3
＞3～6
＞6～10
＞10～18
＞18～30
＞30～50
＞50～80
＞80～120
＞120～180
＞180～250
＞250～315
＞315～400
＞400～500
1.2
1.5
1.5
2
2.5
2.5
3
4
5
7
8
9
10
2
2.5
2.5
3
4
4
5
6
8
10
12
13
15
3
4
4
5
6
7
8
10
12
14
16
18
20
4
5
6
8
9
11
13
15
18
20
23
25
27
6
8
9
9
13
16
19
22
25
29
32
36
40
10
12
15
18
21
25
30
35
40
46
52
57
63
14
18
22
27
33
39
46
54
63
72
81
89
97
25
30
36
43
52
62
74
87
100
115
130
140
155
40
48
58
70
84
100
120
140
160
185
210
230
250
60
75
90
110
130
160
190
220
250
290
320
360
400
0.10
0.12
0.15
0.18
0.21
0.25
0.30
0.35
0.40
0.46
0.52
0.57
0.63
0.14
0.18
0.22
0.27
0.33
0.39
0.46
0.54
0.63
0.72
0.81
0.89
0.97
0.25
0.30
0.36
0.43
0.52
0.62
0.74
0.87
1.00
1.15
1.30
1.40
1.55
此零件精度在冲压模具精度内。
可以进行冲裁。
结论：
该制件可以进行冲裁。
3冲压工艺方案确定
3.1冲裁工艺方案的确定
在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。
工艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。
3.1.1冲裁工艺方法的选择
根据制件的工艺分析，该冲裁件的基本工序有冲孔、落料两道基本工序，按其先后顺序组合，可得如下几种方案：
（1）先落料，再冲孔，采用单工序模生产。
（2）冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。
（3）落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。
单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。
复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序。
级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。
其三种工序的性能见表3-1。
复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。
由于零件的生产要求的是中批量生产、零件的尺寸较小且结构较复杂，制造相对比较难，为提高生产率，根据上述方案分析、比较、宜采用方案二。
表3-1单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能
比较项目
单工序模
复合模
级进模
生产批量
小批量
中批量和大批量
中批量和大批量
冲压精度
较低
较高
较高
冲压生产率
低，压力机一次行程内只能完成一个工序
较高，压力机一次行程内可完成二个以上工序
高，压力机在一次行程内能完成多个工序
实现操作机械化自动化的可能性
较易，尤其适合于多工位压力机上实现自动化
制件和废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械操作
容易，尤其适应于单机上实现自动化
生产通用性
通用性好，适合于中小批量生产及大型零件的大量生产
通用性较差，仅适合于大批量生产
通用性较差，仅适合于中小型零件的大批量生产
冲模制造的复杂性和价格
结构简单，制造周期短，价格低
冲裁较复杂零件时，比级进模低
冲裁较简单零件时低于复合模
3.1.2冲裁顺序的安排
根据制件非工艺分析，其基本工序有落料、弯曲两道基本工序，按其先后顺序组合，可得如下几种方案：
（1）冲孔—落料，单工序模冲压。
（2）冲孔、落料，复合模冲压。
方案
（1）属于单工序模冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内。
完成一个冲压工序的冲裁模。
由于此制件生产批量大，尺寸又较这两种方案生产效率较低，操作也不安全，劳动强度大，故不宜采用。
方案
（2）属于符合冲裁模，符合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。
采用复合模冲裁，其模具结构没有连续模复杂，生产效率也很高，又降低工人的劳动强度，所以此方案最为合适。
根据分析采用方案
（2）复合冲裁。
复合模分为正装式复合模和倒装式复合模两种，两种的优点、缺点及适用范围如下：
正装（顺装）式复合模：
凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模。
优点：
冲出的冲件平直度较高。
缺点：
结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作。
适用：
冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，可以冲制孔边距离较小的冲裁件。
倒装式复合模：
凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模。
优点：
结构较简单。
缺点：
不宜冲制孔边距离较小的冲裁件。
正装式复合模与倒装式复合模两者各有优缺点。
正装式较适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。
而倒装式复合模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。
通过对制件的结构分析采用倒装复合模。
3.2片状传动件毛坯总体结构设计
3.2.1送料方式的确定
由于零件的生产批量是大批量，及模具类型的确定，合理安排生产可用自动送料方式。
3.2.2定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销。
控制条料的送进步距固定挡料销定距。
3.2.3卸料方式的选择
因为工件料厚为0.5mm，相对较薄，卸料力不大，故可采用弹性卸料装置卸料。
3.2.4导向方式的选择
方案一：
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二：
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。
但是不能使用浮动模柄。
方案三：
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件及大量生产用的自动冲压模架。
方案四：
中间导柱模架，导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用对角导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。
4排样及材料利用率的确定
4.1排样、计算条料宽度及步距地确定
4.1.1搭边值的确定
排样时零件之间以及与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差。
保持条料有一定的刚度，以保证零件的质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，同时有可能会影响到送料工作。
表4-1最小搭边值
材料厚度
t/mm
圆件及r>2t的工件
矩形工件边长及L＜50mm
矩形工件边长及L>50mm或r>2t的工件
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25-0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5-0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8-1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2-1.6
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
1.6-2.0
1.2
1.5
1.8
2.0
2.0
2.2
2.0-2.5
1.5
1.8
2.0
2.2
2.2
2.5
2.5-3.0
1.8
2.2
2.2
2.5
2.5
2.8
3.0-3.5
2.2
2.5
2.5
2.8
2.8
3.2
3.5-4.0
2.5
2.8
2.5
3.2
3.2
3.5
4.0-5.0
3.0
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
搭边值通常由经验确定，表4-1所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损表4-1给出了钢搭边值。
该制件是多圆弧工件，根据尺寸从表4-1中查出：
两制件之间的搭边值a1=2.2（mm）,侧边搭边值a=2.5（mm）。
4.1.2条料宽度的确定
计算条料宽度有三种情况需要考虑：
（1）有侧压装置时条料的宽度；
（2）无侧压装置时条料的宽度；
（3）有定距侧刃时条料的宽度。
表4-2条料宽度偏差（mm）
条料
/mm
材料厚度t
～１
１～２
２～３
３～５
0～50
0.4
0.5
0.7
0.9
50～100
0.5
0.6
0.8
1.0
无侧压装置的模具。
条料宽度公式：
B=（D+2a）0-△公式（4-1）
条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为-△，见表4-3条料宽度偏差。
式中：
D—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a—侧搭边值。
查表4-1条料宽度偏差为0.6。
根据（4-1）得：
B=（D+2a）0-△
=（27.32+2×2.2）0-0.6
=31.720-0.08（mm）
4.1.3排样
冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。
排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。
排样的方法有：
直排、斜排、对直、混合排，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。
因此有下列三种方案：
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响。
冲裁件的尺寸精度不易保证。
由于设计的零件是多圆弧零件，并且落料时带有半圆形凸缘，所以采用有废料排样。
4.1.4材料的利用率的计算
材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示：
η=（A/BS）×公式（4-2）
式中：
η—材料利用率（%）；
A—一个步距内冲裁件的实际面积（mm2）；
B—板料宽度（mm）；
S—步距。
η值越大，说明废料越少，材料利用率就越高。
此零件为多圆弧零件，计算冲压件的面积如下：
S=3.14×2.52+3.14×10×2+11.55×20+1/6×3.14×5×5+2.89×5-3×3.14×2.52=223.66mm2
1.横排材料利用率
图4-1横排排样简图
查表4-1得a=2.5，a1=2.2
计算一个步距内的材料利用率：
η=（A/BS）×100%
=（223.66/20×29.52）×100%
=37.88%
2.斜排材料利用率
图4-2斜排排样简图
查表4-1得a=2.5，a1=2.2
计算一个步距内的材料利用率根据（4-2）：
η=（A/BS）×100%
=（223.66/14.52×32.32）×100%
=47.66%
对比分析：
横排的材料利用率为37.88%，斜排的材料利用为47.66%。
斜排的材料利用率明显高于横排的利用率，因此采用斜排的排样方法。
5冲裁力相关计算
5.1计算冲裁力相关公式
计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲刚才力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按以下公式计算：
公式（5-1）
式中：
τ—材料抗剪强度，见附表（MPa）；
L—冲裁周边总长（mm）；
T—材料厚度（mm）。
系数Kp是考虑到冲裁模具刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数Kp，一般取1.3。
当然查不到抗剪强度γ时，可以用抗拉强度δb代替τ，而取Kp=1的近似计算法计算。
根据常用金属冲压材料的力学性能查出20钢的抗拉强度为320~440（MPa）,取τ=380（MPa）。
表5-1常见优质碳素钢力学性能表
材料名称
牌号
材料状态
抗剪强度
抗拉强度
伸长率
屈服强度
电工用纯铁
C＜0.025
DT1、DT2、
DT3
已退火
180
230
26
—
普通碳素钢
Q235
未退火
310～380
380～470
21～25
240
铝
L2、L3、L5
已退火
80
75～110
25
50～80
冷作硬化
100
120～150
4
—
优质碳素结构钢
45
已退火
440～560
550～700
16
360
影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。
在实际生产中常采用经验公式计算：
卸料力公式（5-2）
推料力公式（5-3）
式中：
FP—冲裁力（N）；
K—卸料力系数，其值为0.04～0.05（薄料取大值，厚料取小值）；
K1—推料力系数，其值为0.055薄料取大值，厚料取小值）；
N—梗塞在凹模内的制件或废料数量（n＝h/t）；
H—直刃口部分的高（mm）；
T—材料厚度（mm）。
5.2冲裁力、卸料力、推件力和总冲压力
5.2.1计算冲裁力
由于冲裁模具采用钢性卸料装置和自然落料方式。
总的冲裁力包括：
—总冲压力；
—冲裁力；
—卸料力；
—推料力。
=++公式（5-4）
式中：
—冲裁力；
—卸料力；
—推件力。
冲裁周边的总长
=2×3.14×5+2×1.34+1/6×3.14×20+2×10+1/6×3.14×10+3.14×3×5
=116.88（mm）
冲裁力为：
=τ
=1.3×0.5×116.88×380
=28869.36（N）
表5-2卸料力、推件力和顶件力系数
料厚/mm
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.05
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