模具设计与制造毕业设计论文

毕业论文

题目：垫片落料冲孔复合模

班级：11级模具（1）班

专业：模具设计与制造

学生姓名：纪广德

学号：2011101308

目录

前言 (3)

摘要 (4)

课题 (5)

1 冲裁工艺设计 (6)

1.1 冲裁件的工艺性分析 (7)

1.2 冲压方案的确定 (7)

2 冲裁排样设计 (7)

2.1 排样方案的确定 (8)

2.2 搭边的选取 (8)

2.3 送料步距、条料宽度及板料间距计算 (9)

2.4 排样图 (10)

2.5 冲裁力和压力中心的计算 (11)

3刃口尺寸计算 (13)

3.1 冲孔刃口尺寸计算 (14)

3.2 落料刃口尺寸计算 (15)

4 冲裁模主要零部件的结构与设计 (16)

4.1 模具类型的选择 (18)

4.2 定位方式的选择 (18)

4.2.1 导料销的选择 (18)

4.2.2 挡料销的选择 (19)

4.3 卸料装置与推件装置的选择 (19)

4.3.1 卸料装置的选择 (19)

4.4 工作零件的设计 (20)

4.4.1 凹模的设计 (20)

4.4.2 凸凹模的设计 (21)

4.4.3 凸模的设计 (22)

4.4.4 模架及组成零件的设计 (24)

5 压力机的选取与校核 (25)

5.1 压力机的选择 (25)

5.2 装模高度的校核 (26)

6 模具总装图 (27)

7 模具材料的选用 (28)

8 模具的装配与检测 (29)

8.1 模具的装配 (29)

8.2 模具的检测 (29)

总结 (31)

前言

在现在工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造，锻造，冲压，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生活生产行业中得到广泛应用。由于采用模具能提高生产效率、节约材料、降低成本，并且可以保证一定的加工质量要求，所以，汽车，飞机、拖拉机电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具加工。随着工业科学技术的，工业产品的品种和数量不断增加，产品的改性换代加快，对产品质量、外观不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来越高。，如果模具设计及制造水平落后，产品质量低劣，制造周期长，必将影响产品的更新换代，使产品失去竞争能力，阻碍生产和经济的发展。因此，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是显而易见的。

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，从而获得所需的零件的一种压力加工方法。冷冲压在工业生产中应用十分广泛，其加工效率高，且操作方便，易于实现自动化；冲压时模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，一般不破坏冲压件的表面质量，而且寿命比较长，所以冲压件质量稳定，互换性好具有“一模一样”的特征；可以加工出尺寸范围比较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料冷变形硬化效应，冲压件强度和刚度均较高；冲压没有切屑废料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的热设备，也是一种省料的加工方法；冲压件陈本较低；但是冲压一般使用的模具具有专用型，有时一个复杂的零件需要数套模具才能加工成型，且模具精度较高，技术要求高，是技术密集型产业，所以只有在冲压件生产批量较大杜锋情况下才能充分的体现从而获得较好的经济效益。

摘要

当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。因此这次我们的毕业设计要求设计一副模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。

随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。

在本次毕业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，运用了数控切削加工、数控线切割电加工等先进加工技术。是一次对所学知识的全面总结和运用，是巩固和加深各种理论知识灵活运用的实践过程。

在这次设计中根据所给题目的要求，首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择加工方案。

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、冲裁模的结构与设计、冲裁模落料冲孔的工作原理等。希望能够灵活运用所学的专业知识和技能，圆满完成此次的毕业设计。

课题：垫片落料冲孔复合模

零件简图：如图所示

工件名称：垫片

挡片生产批量：大批量

材料：10号钢

厚度：3mm

1 冲裁工艺设计

1.1 冲裁件的工艺性分析

冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响，在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。

10号钢具有较高的强度和较好的冲压加工性能;该零件形状简单,但对孔边距接近凸凹模所允许的最小壁厚，如零件图所示，故可以考虑采用积存废料的复合冲压工序。

1.2 冲压工艺方案的确定

该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种方案：

方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产；

方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产；

方案三：冲孔—落料连续冲裁，采用级进模生产。

三种方案比较见表1.1

方案一模具结构简单，但需要两道工序，两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一套模具，冲压件的形位精度容易保证，且生产率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具，生产率也高，但零件的冲压精度较差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造安装较复合模复杂，且成本高。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。

2 冲裁排样设计

2.1 排样方案的确定

排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。

保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应等情况，以选择较为合理的排样方案。

根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：

（一）有废料排样：冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。

（二）少废料排样：只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。

（三）无废料排样：冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。

采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及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，由于模具单边受力，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。

综上分析，并考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样。

2.2 搭边的选取

排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。

搭边值的大小与下列因素有关：

①材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。

②工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。

③材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。

④送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。

圆形件或圆角r>2t 矩形件或边长L<50 矩形件边长L>50或r<2t

材料厚度t

工件间 侧面 工件间 侧面 工件间 侧面 0～0.25 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

表2.1 搭边值表

由表2.1 确定搭边值

根据零件形状两式件间按圆形取工件间搭边值a =2.2

mm ，侧边取搭边值

1a =2.5mm 。

2.3送料步距、条料宽度及板料间距计算

2.3.1 送料步距 送料步距是指两次冲裁间板料在送料方向移动的距离，用S 表示，

其值等于冲裁件相应部分宽度加上工件间搭边值1a ，即

1a d S +==27+2.2=29.2 mm

2.3.2 条料宽度及板料间距的计算

条料宽度按下式：

()0

2?=?=++=C a D B （2-1）

其中D 为冲裁件宽度方向的最大尺寸；

C 为导料板与最宽条料之间的间隙查表取C=0.7。

表2.2导料板与最宽条料之间的间隙表

条料厚度t

无侧压装置

条料宽度B

100以下100～200

～0.5 0.5 0.5

0.5～1 0.5 0.5

2～3 0.5 0.5

3～4 0.5 1

4～5 0.5 1 B-A=(41.5+2×2.5+0.7)0-0.7=47.20-0.7

2.4 排样图

图2.1 排样图

2.5 冲裁力和压力中心的计算

2.5.1 冲裁力

冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。

用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：

F=KLtτb（2-2）

=1.3×136×3×400

=212.16KN

式中F-------冲裁力

L-------冲裁周边长度

t-----材料厚度

τb----材料抗剪强度（τb=400MPa）

K-----系数（一般取K=1.3）

卸料力 Fx=KxF （2-3）

推件力 Ft=nKtF （2-4）

顶件力 Fd=KdF （2-5）

式中 Kx、Kt、Kd -----卸料力、推件力、顶件力,如表2.3所示

n-----同时卡在凹模内的工件数量

式中 h-----凹模内的直刃壁高度

t-----板料厚度

表2.3卸料力、推件力及顶件力系数

冲裁材料Kx Kt Kd

纯铜、黄铜0.02～0.06 0.03～0.09

铝、铝合金0.025～0.08 0.03～0.07

钢材

料

厚

度

mm

～0.1 0.06～0.075 0.1 0.14 >0.1～0.5 0.045～0055 0.065 0.08

>0.5～2.5 0.04～0.05 0.050 0.06

>2.5～6.5 0.03～0.04 0.040 0.05 >6.5 0.02～0.03 0.025 0.03

查表2.3 K x=0.045 K D=0.003

总冲压力Fz 总冲压力是各种冲压工艺的总和，根据不同的模具结构计算，由于本模具采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模，则：

Fz=F+ Fx+ Fd （2-6）

= 212.16+0.08×212.16+1×0.07×212.16

= 244KN

2.5.2 压力中心的计算

模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。

设直径为是10的圆心为中心坐标，则压力中心：

X0《=-（-12×8-16×12-12×8-8×22+8×22）/（8+12+8+22+16+8）

=-336/74=-4.54

Y 0=（-6×8+6×8+17×22+28×16+17×22）/74 =1196/74=16.16

ρ=(180×11×sin90) Π×90=7.1

X=ρcos Ψ=ρcos(180+53)=4.3

Y=ρsin Ψ=ρsin(55+180)=-5.7

故X=(-4.54*74+4.3*11Π+29.2*10*Π)/74+21Π

=5.21

Y=(16.16*74-5.7*11Π)/74+11Π =-7.13

所以压力中心为(5.21,7.13)

3、刃口尺寸计算

因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类： （1）按凸模与凹模图样分别加工法：它主要用于圆形或简单规则形状的工作,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。 （2）按凸模与凹模配作法加工：常用于冲制复杂形状的冲模。这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，工艺比较简单，不必校核min max Z Z T A +≤+δδ的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。

表3.1 初始双面间隙max Z 、min Z

材料厚度

t /mm

08、10、35

09M2、Q235

Q345

40、50

65Mn

min Z max Z min Z max Z min Z max Z min Z max Z

小于0.5 极小间隙 0.5

0.040

0.060

0.040

0.060

0.040

0.060

0.040

0.060

0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072

0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 0.9 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 1.0 0.010 0.14 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090

0.126

1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 1.75 0.220 0.320 0.220 0.320 0.220 0.320

2.0

0.246

0.360

0.260

0.380

0.260

0.380

由表3.1 确定初始双面间隙max Z 、 min Z 的值： Z min=0.460mm Z max=0.640mm

mm Z Z 180.0460.0640.0min max =-=-

表3.2 规则形状凸、凹模的制造偏差

基本尺寸

凸模偏差T δ

凹模偏差A δ

基本尺寸 凸模偏差T δ

凹模偏差A δ

～18 18～30 18～30

0.020

0.020 0.025 0.030 120～180 180～160

0.030

0.040 0.045

80～120

0.025 0.035

160～360 1360～500 500～30

0.035 0.040 0.050

0.050 0.060 0.070

由表3.1 确定T δ、A δ的值：

3.1 冲孔刃口尺寸计算

对于冲小孔mm 10?转换为mm 36

.0010+?

利用公式 ()0min T

x d D T δ-?+= （3-1） ()A Z D D T A δ

++=0min （3-2）

其中 x ——磨损系数的选取查下表3.3

△——是工件的公差值

表3.3磨损系数表

工件精度IT10以上 x =1 工件精度IT11～IT13

x =0.75 工件精度IT14

x =0.5

因孔的公差等级为IT13级，所以查上表得x =0.5 则 ()0

min T x d d T δ-?+==()002.00

02.018.1036.05.010--=?+

()A Z d d T A δ

++=0min =()02

.00

46.018.10++= 02

.0064.10+

校核间隙：18.046.064.0min max =-=-Z Z T δ+A δ=0.020+0.020=0.040<0.18

所以满足T δ+A δ≤min max Z Z -的条件，制造公差合适。

3.2 落料刃口尺寸计算

当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A 类

尺寸第一类尺寸。它的基本尺寸及制造公差的确定方法按公式

()A

x D D A δ+?-=0max （3-3）

其中 D ——模具基准尺寸(mm )

max D ——工件极限尺寸(mm )

△ ——工件公差(mm )

查公差表将尺寸22Φ分别转化为052.022-Φ,查表3.3取x=0.5

则52.0022-Φ ()13

.00

25

.043.00

174.2152.05.022+?+=?-=A A 2= (28-0.5×0.52)0+0.25×0.52 =27.740+0.13 A3=（2-0.5×0.25） 0+0.25×0.25=1.87500.060

A 4=（16-0.5×0.43）00.25×0.43=15.7850+0.108

A 5=（12-0.5×0.43）00.25×0.43=11.7850+0.108

4 冲裁模主要零部件的结构与设计

4.1 模具类型的选择

由冲压工艺分析可知采用复合冲压，但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下表

表4.1正装复合模与倒装复合模的比较

序号正装倒装

1 对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求

2 操作不方便、不安全，孔的废料又打棒打

出操作方法能装自动拨料装置即能提高生产效率又能保证安全生产。孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉

3 装凹模的面积较大，有利于复杂重建用拼

块结构如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板

4 废料不会在凸凹模孔内积聚，每次又打棒

打出，可减少孔内废料的涨力，又利于凸

凹模减小最小壁厚废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求又较大的壁厚以增加强度。

该冲件属于普通冲裁，精度要求不高又属于大批量生产，刃壁较薄，采用倒装比较合适，因此选用倒装复合模。

4.2 定位方式的选择

定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，以保证冲制出合格的零件。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。

4.2.1 导料销的选择

属于送料导向的定位零件又导料销，导料板、侧压板等。导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。导料销则多用于复合模和单工序模中。因此选导料销做为导向且位于条料的同侧，一般设2个，从前向后送料时导料销装在左侧（固定式），为标准件。

4.2.2 挡料销的选择

属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。挡料销则多用于复合模和单工序模中。选取挡料销做定距定位零件。在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式橡胶弹顶挡料销。其挡料销的高度h查表得h=3mm，固定挡料销钓形A10

表4.2挡料销高度h

t h

0.3～2 3

2～3 4

4.3 卸料装置和推件装置的选择

4.3.1 卸料装置的选择

常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。前者式刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于0.8mm的模具，后者是柔性结构，兼有压料和卸料两个作用。其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中，因此选取弹压卸料板。

弹压卸料板与凸模配合间隙值查表的C=0.1mm

表4.3弹压卸料板与凸模配合间隙值

材料厚度t

＞0.5 ＞0.5～1 ＜1

单面间隙C 0.05 0.1 0.15

在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.1～0.3mm 。卸料板的厚度查表4.4。

表3.4卸料板的厚度

材料厚度

t

卸料板宽度B

≤ 50 >50～80 > 80～125

ho

H0

ho

H0

ho

H0

～0.8 6 8 6 10 8 13

>0.8～1.5 6 10 8 12 10 14

>1.5～3 6 -- 10 -- 12 --

查上表得卸料板厚度mm ho 10

1.下卸料采用弹簧作为弹性单元，弹簧的自由高度为：

自由H =（3.5～4）工作s

式中自由H ——弹簧的自由高度（mm ）;

工作s ——工作行程与模具修磨量和调整量（4～6mm ）之和。 工作s =（2.3+6）mm=8.3mm

则

H=(3.5～4)×8.3mm=29.05～33.2mm

自由

取

H=33mm。

自由

弹簧的装配高度为：

H=28.5～29.7mm

H（0.85～0.9）

自由

4.3.2 推件装置的选择

推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种，一般刚性用的较多，它由打杆、推板、连接杆和推件块组成。其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，撞击上模内的打杆与推件板，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。

图4.1

4.4 工作零件的设计

4.4.1 凹模的设计