毕业设计(论文)-矩形垫片落料冲孔复合模设计【L型带孔垫板冲压模具设计】-全套图纸.doc

XXXX大学

毕业设计说明书系部：指导老师：专业：模具设计与制造班级：小组号：组长：同组人：

日期：年月日

目录

摘要 (3)

第一章、引言 (4)

第二章、冲裁件的工艺性分析 (6)

2.1.冲裁件的结构工艺性 (7)

2.1.1.冲裁件的形状 (7)

2.1.2.冲裁件的尺寸精度 (7)

第三章、制件冲压工艺方案的确定 (8)

3.1.冲压工序的组合 (8)

第四章、制件排样图的设计及材料利用率的计算 (9)

4.1.制件排样图的设计 (9)

4.1.1.搭边与料宽 (10)

4.2.材料利用率的计算 (11)

第五章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心 (12)

5.1.冲压力 (12)

5.1.1.冲裁力的计算 (12)

5.1.2.卸料力、推件力及顶件力的计算 (13)

5.2.压力中心的计算 (14)

5.3.压力机的选用 (15)

第六章、凸、凹模刃口尺寸计算 (16)

6.1.凸、凹模刃口尺寸计算原则 (16)

6.2.凸、凹模刃口尺寸计算方法 (18)

6.2.1.凸模和凹模分开加工 (18)

6.2.2.凸模和凹模配合加工 (18)

第七章、模具整体结构形式设计 (21)

第八章、模具零件的结构设计 (22)

8.1.落料凸模的设计 (22)

8.2.落料凹模的设计 (23)

8.3.冲头固定板的设计 (24)

8.4.凸凹模固定板的设计 (24)

第九章、模具的总装配 (25)

设计小结 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

摘要

随着模具制造的技能化逐步向科学化发展，逐渐由以前手动方式发展为利用软件等高科技方式来辅助设计的完成。冷冲模是其中的一种。

毕业设计是在模具专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验，是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是，综合运用所学课程的理论和实践知识,设计一副完整的模具训练、培养和提高自己的工作能力。巩固和扩充模具专业课程所学内容，掌握模具设计与制造的方法、步骤和相关技术规范。熟练查阅相关技术资料。掌握模具设计与制造的基本技能，如制件工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。

冲压工艺与模具设计应结合工厂的设备、人员等实际情况，从零件的质量、生产效率、生产成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全性各个方面综合考虑，选择技术先进、经济合理、使用安全可靠的工艺方案和模具，以使冲压件的生产在保证达到设计图样上的各项技术要求，尽可能降低冲压的工艺成本和保证安全生产。

关键词：

工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。

第一章、引言

模具行业的发展现状及市场前景

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发

展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。大大提搞了模具设计和制造的效率。减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。。数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大的提高了它们的互换性。加强了各个地区的合作。对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。

冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对

应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。

冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。

利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。

冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可以使用。

冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。

因此，冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。

冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。

当今，随着科学技术的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展，这些革新和发展主要表现在以下几个方面：

（1）工艺分析计算方法的现代化

（2）模具设计及制造技术的现代化

（3）冲压生产的机械化和自动化

（4）新的成型工艺以及技术的出现

（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。

第二章、冲裁件的工艺性分析

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量

要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大的影响。

2.1.冲裁件的结构工艺性

2.1.1.冲裁件的形状

图1.零件及尺寸

此制件的形状较简单，且对称，有圆角过渡，便于模具的加工和减少冲压时在尖角处开裂的现象，同时也可以防止尖角部位刃口的过快磨损。产品材料为H62，厚度为1.25，此材料为黄铜，其抗剪强度为300Mpa,抗拉强度为380Mpa。

2.1.2.冲裁件的尺寸精度

冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的

指标来衡量，根据零件图上的尺寸标注及公差，可以判断属于尺寸精度为IT10—IT12的经济级普通冲裁。本设计中选用IT11级。

第三章、制件冲压工艺方案的确定

3.1.冲压工序的组合

冲裁工序可以分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。

冲裁方式根据下列因素确定：

（1）根据生产批量来确定对于年产量需求2000件的该产品来说采用复合模或单工序模具较合适。

（2）根据冲裁件尺寸和精度等级来确定复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，而连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。

（3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定该产品的尺寸较小，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，因此常采用复合冲裁或连续冲裁。连续冲裁又可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件。

（4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定, 对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用连续冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整较容易，且成本较低。

（5）根据操作是否方便与安全来确定复合冲裁其出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲裁较安全。

综上所述分析，在满足冲裁件质量与生产率的要求下，选择复合冲压工序冲裁方式，其模具寿命较长，生产率高，操作较方便和工作安全性高。

第四章、制件排样图的设计及材料利用率的计算

4.1.制件排样图的设计

排样时需考虑如下原则：

1）提高材料利用率（不影响冲件使用性能前提下，还可适当改变冲件的形状）

2）合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。

3）模具结构简单、寿命长。

4）保证冲件的质量和冲件对板料纤维方向的要求。

4.1.1.搭边与料宽

搭边排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。

搭边值要合理确定，值过大，材料利用率低；值过小，搭边的强度与刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。因此，搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，一般可取等于材料的厚度。

搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。搭边值一般由经验确定，根据所给材料厚度δ=1.2mm，确定搭边工作间a1为2.0mm, a为2.0mm。具体可见排样图2。

送料步距和条料宽度的确定

（1）送料步距条料在模具上每次送进的距离成为送料步距。每次只冲一个零

件的步距S的计算公式为

S=D+a1

S=17.5+2.0=19.5mm

式中 D——平行于送料方向的冲裁宽度；

a1——冲裁之间的搭边值。

采用定位销进行定距，步距精度经经验估算得到步距公差为正负0.05。（2）条料宽度条料宽度的确定原则：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。

当用孔定距时，可按下式计算

条料宽度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ

=(26.5+2×2) -0.5=30.5-0.5 mm

式中 B——条料的宽度（mm）；

Dmax——冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；

a——侧搭边值；

Δ——条料宽度的单向（负向）公差；

剪切条料宽度偏差Δ=0.5, 因此B=30.5-0.5 。

4.2.材料利用率的计算

一个步距内的材料利用率η为

η=nF/Bs×100%

η=1×427.75/19.5×30.5×100%=71.92%

式中 F——一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）；

n——一个步距内冲裁件数目；

B——条料宽度（mm）；

s——步距；

第五章、确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心5.1.冲压力

冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。

5.1.1.冲裁力的计算

平刃口冲裁力可按下式计算

落料力计算

F1=KLδτ

F1=1.3×81.78×1.2×300=38273.04N

=38.27KN

式中 F——冲裁力（N）；

L——冲裁件周边长度（mm）；

τ——材料抗剪强度（MPa）；

δ——材料厚度；(mm)

K——系数，通常K=1.3；

冲孔φ1.35力计算

F2=KLδτ

F2=1.3×3.14×1.35×1.2×300=1983.852N

=1.98KN

冲孔φ1.35力计算

F3=KLδτ

F3=1.3×3.14×1.35×1.2×300=1983.852N

=1.98KN

冲孔φ1.35力计算

F4=KLδτ

F4=1.3×3.14×1.35×1.2×300=1983.852N

=1.98KN

冲孔φ1.6力计算

F5=KLδτ

F5=1.3×3.14×1.6×1.2×300=2351.23N

=2.35KN

5.1.2.卸料力、推件力及顶件力的计算

生产中常用下列公式计算

F卸=K卸F落

=0.045×（38.27+1.98+1.98+1.98+2.35）=2.1KN F退=K退F冲

=0.05×（38.27+1.98+1.98+1.98+2.35）=2.33KN

式中F——冲裁力；

F卸、F顶——分别为卸料系数和顶件系数

综上所述，总的冲裁力为F总= F落+F冲+F卸+F顶F总=38.27+1.98+1.98+1.98+2.35+2.1+2.33=50.99KN

5.2.压力中心的计算

采用解析法求压力中心，求XG，YG

F1——落料力 F1= Ltσb, 得F1=38.27KN

F2——冲孔力 F2= Ltσb，得F2=1.98KN

F3——冲孔力 F3= Ltσb，得F3=1.98KN

F4——冲孔力 F4= Ltσb，得F4=1.98KN

F5——冲孔力 F5= Ltσb，得F3=2.35KN

Y1——F1到X轴的力臂 Y1=0

X1——F1到Y轴的力臂 X1=0

Y2——F2到X轴的力臂 Y2=3.25

X2——F2到Y轴的力臂 X2=-7.75

Y3——F3到X轴的力臂 Y3=-5.25

X3——F3到Y轴的力臂 X3=-4.32

Y4——F4到X轴的力臂 Y4=-5.25

X4——F4到Y轴的力臂 X4=7.68

Y5——F5到X轴的力臂 Y5=-0.55

X5——F5到Y轴的力臂 X5=2.18

根据合力距定理：

YG = （Y1F1+Y2F2+Y3F3+Y4F4+Y5F5）/（F1+F2+F3+F4+F5）YG——F冲压力到X轴的力臂；YG=-0.336

XG = （X1F1+X2F2+X3F3+X4F4+X5F5）/（F1+F2+F3+F4+F5）XG——F冲压力到Y轴的力臂；XG=-0.077

5.3.压力机的选用

初步确定压力机的型号：

F公称≥F总

因此选择压力机的型号为：J23—63压力机

型号为J23—63压力机的基本参数如：（表一）

第六章、凸、凹模刃口尺寸计算

6.1.凸、凹模刃口尺寸计算原则

设计落料模先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上。

间隙是影响模具寿命的各种因素中占最主要的一个。冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间的均有磨檫，而且间隙越小，磨檫越严重。在实际生产中受到制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而且间隙也不会绝对均匀分布，合理的间隙均可使凸模、凹模侧面与材料间的磨檫减小，并缓减间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的使用寿命。

冲裁间隙对冲裁力的影响：

虽然冲裁力随冲裁间隙的增大有一定程度的降低，但是当单边间隙介于材料厚度 5%~20%范围时，冲裁力的降低并不明显（仅降低5%~10%左右）。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。

冲裁间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响：

间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响较为显著。间隙增大后，从凸模上斜、从凸模孔口中推出或顶出零件都将省力。一般当单边间隙增大到材料厚度的15%~25%左右时斜料力几乎减到零。

冲裁间隙对尺寸精度的影响：

间隙对冲裁件尺寸精度的影响的规律，对于冲孔和落料是不同的，并且与材料轧制的纤维方向有关。

通过以上分析可以看出，冲裁间隙对断面质量、模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力以及冲裁件尺寸精度的影响规律均不相同。因此，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳，尺寸精度最佳，冲裁模具寿命最长，冲裁力、斜料力、推件力、顶件力最小等各个方面的要求。在冲压的实际生产过程中，间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个方面的主要因素。但许多研究结果表明，能够保证良好的冲裁件断面质量的间隙数值和可以获得较高的冲模寿命的间隙数值也是不一致的。一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而当对冲裁件的质量要求不是很高时，则应适当地加大间隙值以利于提高冲模的使用寿命。

根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于零件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于冲孔件的最大极限尺寸。按冲件精度和模具可能磨损程度，凸、凹模磨损留量在公差范围内的0.5-1.0之间。磨损量用xΔ表示，其中Δ为冲件的公差值，x为磨损系数，其值在0.5-1.0之间，与冲件制造精度有关，可按下列关系选取：零件精度IT10以上 X=1; 零件精度IT11- IT13 X=0.75; 零件精度IT14 X=0.5 。

不管落料还是冲孔，冲裁间隙一律采用最小合理间隙值（Zmin）。选择模具制造公差时，一般冲模精度较零件高3-4级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7级选取；对于形状复杂的刃口尺寸制造偏差可按零件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取冲件相应部位公差值的1/8并冠以（±）；若零件没有标注公差，则可按IT14级取值。

零件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差应按“入体”原则标注单向公差，即：落料件上偏差为零，只标注下偏差；冲孔件下偏差为零，只标注上偏差。如果零件公差是依双向偏差标注的，则应换算成单向标注。磨损后无变化的尺寸除外。

6.2.凸、凹模刃口尺寸计算方法

6.2.1.凸模和凹模分开加工

这种方法主要适用于圆形或简单刃口。设计时，需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。并且保证冲模的制造公差与冲裁间隙之间满足：

δd+δp≤Zmax-Zmin

6.2.2.凸模和凹模配合加工

配合加工方法，就是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。采用这种方法不仅容易保证冲裁间隙，而且还可以放大基准件的公差，不必检验δd+δp≤Zmax-Zmin 。同时还能大大简化设计模具的绘图工作。目前，工厂对单件生产的模具或冲制复杂形状的模具，广泛采用配合加工的方法来设计制造。

冲孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式计算：

冲孔时 dp=(dmin+XΔ)- δp

落料时 Dp=(Dmax-XΔ-Zmin)- δp

孔心距 Lp=L±δp’

式中 Dp dp——分别为落料和冲孔凸模的刃口尺寸（mm）；

Dmax ——为落料件的最大极限尺寸（mm）；

dmin——为冲孔件的最小极限尺寸（mm）；

Δ——工件公差；

Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；

δp’——刃口中心距对称偏差，通常取δp’=Δ/8；

Lp——凸模中心距尺寸（mm）；

L——冲件中心距基本尺寸（mm）；

Zmin——最小冲裁间隙（mm）；本设计材料厚度为2毫米，选间隙

单边0.08

落料凹模尺寸：Dp1=(Dmax-XΔ-Zmin)+ Δ

=26.5-0.5×0=26.5+0.02;

Dp2=(Dmax-XΔ-Zmin)+ Δ

=17.5-0.5×0=17.5+0.02;

Dp3=(Dmax-XΔ-Zmin)+ Δ

=14.2-0.5×0=14.2+0.02;

Dp4=(Dmax-XΔ-Zmin)+ Δ

=18.5-0.5×0=18.5+0.02;

Dp5=(Dmax-XΔ-Zmin)+ Δ

=2-0.5×0=2+0.02;

Dp6=(Dmax-XΔ-Zmin)+ Δ

=3-0.5×0=3+0.02;

落料凸模尺寸：A h1=(Dp-2Z)+ Δ

=26.5-2×0.05=26.4+0.02;

A h2=(Dp-2Z)+ Δ

=17.5-2×0.05=17.4+0.02;

A h3=(Dp-2Z)+ Δ

=14.2-2×0.05=14.1+0.02;

A h4=(Dp-2Z)+ Δ

=18.5-2×0.05=18.4+0.02;

A h5=(Dp-Z)+ Δ

=2-0.05=1.95+0.02;

A h6=(Dp-Z)+ Δ

=3-0.05=2.95+0.02;

冲孔凸模尺寸：dp1=(dmin+XΔ)- Δ/4

=1.6+0.5×0.04=1.62-0.02

dp2=(dmin+XΔ)- Δ/4

=1.35+0.5×0.04=1.37-0.02 冲孔凹模尺寸：B h1=(dp+2Z)- Δ/4

=1.6+2×0.05=1.7-0.02

B h2=(dp+2Z)- Δ/4

=1.35+2×0.05=1.45-0.02 孔心距：Lp1=L±δp’

=7.75±0.01

Lp2=L±δp’

=3.25±0.01

Lp3=L±δp’

=5.25±0.01

Lp4=L±δp’

=4.32±0.01

Lp5=L±δp’

=2.18±0.01

Lp6=L±δp’