1、 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 前言 模具是现代工业生产中重要的工艺装备 ,它在各种生产行业 ,特别是冲压和塑料成行加工中 ,应用极为广 泛。 我国模具工业总产值中 ,冲压模具的产值约占 50。现代模具技术的发展 ,在很大程度上依赖于模具标准化的程度 ,优质模具材料的研究 ,先进的模具设计和制造技术 ,专用的机床设备及高水平的生产技术管 理等等 ,但其中模具设计是至关重要的一个方面。 冲压模具设计包括冲压工艺设计和模具结构设计两方面。冲压工艺设计是对冲压件的生产过程 ,包括工艺方案、工序安排、工序尺寸 ,使用的设备及模具类型 ,以及各项技术经济指标等作综合性的 总体规划 ,而模具结构
2、设计则是按照冲压工艺设计的要求 ,设计所需模具的具体结构 ,绘制出模具装配图和模具零件图。 本次毕业设计遵循理论联系实践，体现实用性、综合性和先进性，激发了学生自我创新意识的原则，在总结自己对模具专业知识了解的基础上编写而成的。本次毕业设计的特点是基础理论部分较全面，工艺部分简明扼要，语言叙述通熟易懂。本次毕业设计较系统得介绍了冷冲压冲裁模具设计的基础理论和方法，客观地分析了冲压成型理论，冷冲压工艺、冷冲压模具、冲压设备，内容详实，实践性强。 本次冲压毕业设计是在上次冲压课程设计的基础上 ,做 出一套更完整的设计 ,要有模具工作零件的设计和加工过程 ,且要达到一定的标准。 湖 南 铁 道 职
3、业 技 术 学 院 目录 一、冲压件的工艺分析 1、冲裁件的工艺性分析 2、 零件形状及工艺性 二、确定冲压件的工艺方案 1、工序性质、工序数的确定及工序顺序的安排 2、确定冲压模具的结构形式 三、冲压工艺计算 1、 凸、凹模间隙值的确定及凸、凹模刃口尺寸的计算 2、 凸、凹模及凸凹模的结构形式和外形尺寸的确定 3、冲裁力及冲裁功的计算 四、 压力中心的计算 五、 排样设计 六、 工作零件的设计 七、冲模闭合高度的确定 八、 冲裁模其 他零部件的结构设计 九 、卸料与推件零件的设计 十、 凸模固定板与垫板的设计 十一、导向零件设计与标准 十二、压力机的选择 十三、模具总装配图 十四、设计总结
4、十五、参考文献 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 一、 冲压件的工艺分析 冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即设计的冲压件在材料、结构、形状、尺寸大小及公差和尺寸基准等个方面是否符合冲压件加工的工艺要求。一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。工艺性差的冲压件，材料损耗和废品率会大量增加，甚至无法正常生产出合格的产品；良好的冲压工艺性应能满足材料较省 、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。 产品零件图是编制和分析冲压工艺方案的重要依据。首先可以根据产品的零件图纸，分析研究冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求，以及所用材料的机械
5、性能、冲压成形性能和使用性能等对冲压加工难易程度的影响，分析产生回弹、畸变、翘曲、歪扭、偏移等质量问题的可能性。特别要注意零件的极限尺寸（如最小孔间距、窄槽的最小宽度、冲孔的最小尺寸、最小弯曲半径、最小拉深圆角半径等），以及尺寸公差、设计基准等是否适合冲压工艺的要求。 1.冲裁件的工艺性分析 (1) 零件材料 ,尺 寸公差要求、断面粗糙度（零件图如下） (2) 86+0,1058+ 0 , 1020+ 0 , 1012+ 0 , 10? 1 6+ 0 , 10a.零件材料为 Q235；其塑性，韧性较好 ,其抗剪强度T=304373Mpa,抗拉强度为 432461Mpa ,延伸率为（ 21 25
6、） %,屈服强度为 235mpa。 Q235 为高级优质碳素钢，具有高塑性、细而均匀的湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 铁素体晶粒、此材料加工性能好有足够的强度，适合用冲压生产。 b.从零件图样上看，其尺寸没有公差要求，故精度不高，属于一般零件 工件结构相对比较简单，只有落料和冲孔两道工序，将外形视为落料分析该零件的尺村精度，工作尺寸 86 58 12 为自由公差，可看作 IT14 级对待。中心圆的尺寸为 16 尺寸精度较低 ， 其公差按 IT14 处理 ,给模具制造带来一系列方便 外形尺寸： ： 087.0-86 074.0-58 25.001R 43.0012 16.0020 内形尺
7、寸 : 1.0016 c. （ 2）断面粗糙度 冲裁件的断面粗糙度一般为 Ra12.550 m,最高可达 Ra6.3 m，根据查表该零件的断面粗糙度为 Ra12.5 m 2.冲裁件形状及工艺性 （ 1）冲裁件孔的最小尺寸 冲裁件的尺寸受到凸模强度的限制，不能太小，冲孔的最小尺寸根据查表得为 1.2mm。该零件的最小凸模为 16mm，能满足凸模强度要求。 （ 2）最小孔距、孔边距 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离 不能太小，否则模具强度不够或使冲裁件变形，一般取 2t，但不得小于 34 mm。该零件的最小孔边距 16 mm，按取值能满足模具的强度。 综上所述：此零件选择普通冲裁法。 二、确
8、定冲压件的工艺方案 确定工艺方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数、工序的组合和顺序 等。工艺方案中一个主要内容就是用什么类型的模具，用单工序模还是用连续模或复合模。 1、工序性质、工序数的确定及工序顺序的安排 工序性质是指冲压件所需的工序种类，如分离工序中的冲孔、落料、 切边，成形工序中的弯曲、翻边、拉深等。工序性质的确定主要取决于冲压件的结构形状、尺寸精度，同时需要考虑工件的变形性质和具体的生产条件。在一般情况下，可以从工件图上直观地确定出冲压工序的性质。如平板状零件的冲压加工，通常采用冲孔、落料等冲裁工序。 2.冲裁工艺方案的确定 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 方案一
9、 : 单工序模 落料 冲孔 方案二：级进模 冲孔 落料 方案三：复合模： 冲孔、落料一次完成 下面对方案进行分析比较 冲裁模的结构形式 多种多样，如果按工序的组合分类，可分为单工序模、级进模、复合模等。各种冲裁模的构成大体相同，主要由工作零件、定位零件、卸料与推料零件、导向零件、联结与固定零件等组成。 （ 1） .生产批量与模具类型的关系 （单位， 千件） 项目 生 产 批 量 单件 小批量 中批量 大批量 大批大量 大型件 1 12 220 20300 300 中型件 15 550 50100 1000 小型件 110 10100 1005000 5000 模具 类型 单工序 模组 合模简易
10、模 单工序 组合简易 单工序连续、复 合半自动模 单工序连续、 复合自动 硬质合金、连续、 复合自动 由此表可以得知生产批量与模具类型的关系，由于本零件的批量为 8 万件，产品应属于小型件，经查表分析可得知，应为中批量生产，或大批量生产。首选单工序模，连续模，复合模，半自动模。 各种冲裁模的构成大体相同，主要由工作零件定位零件，卸料与推料零件，导向零件，联接与固定零件等。 单工序模、复合模和级进模比较 比较项目 单工序模 复合模 级进模 冲压精度 较低 较高 一般 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 两个以上工序 高，压力机在一次 行程内能完
11、成我个 工序 生产通用性 通用性好，适合在多 工位压力机上实现自 动化 通用性较差，仅适合 于大批量生产 通用性较差，仅适合中小型零件的大批量生产 冲模制造复杂 性和价格 结构简单，制造周期短，价格低 复杂性和价格较高 低于复合模 实现操作机械化，自动化的可能性 较易，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化 难，制件和废料排除较复杂，可实现部分机械化 容易，尤其适应于单机上实现自动化 连续模与复 合模的性能比较 项 目 连续模 复合模 工 件 情 尺寸精度 可达 IT1310 级 可达 IT98 级 工件形状 可加工复杂零件，如宽度极小的 形状与尺寸要受模具 结 构与强度的限制较高， 湖 南 铁
12、 道 职 业 技 术 学 院 况 孔与外形的位置精度 异 形 件、特殊形件较差、易弯曲 ，精度较差 推板上落料平整 。精度高 工件的平整性 宜较小零件 可加工较大零件 工件料厚 0 66mm 0 053mm 工 艺 性 能 操作性能 方便 不方便，要手动进行卸料 安全性 比较安全 不太安全 生产率 可采用高生产率高 速压力机 不宜高速冲裁 条料宽度 要求严格 要求不严格 模具制造 形状简单的工作比复合模容易 可利用边角余斜 形状复杂工作比连续模容易 经分析本零件由于零件要求较高，生产批量为大，中批量，初步可选用复合模或级进模。 该产品只有一个孔， 本产品两边孔位置要求 很高不是 高，同轴压配，
13、所以使用 连续模 进行冲裁 也能达到要求 。 （ 2） .连续模 的特点 连续模 能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔等数道工序。 .连续模 具有以下主要特点： 1） 一 冲件表面较为平整。 2） 适宜冲 裁工件较小的 ， 否者会使模具变得笨重，增加制造成本， 也适宜 冲脆性或软质材料。 3） 冲模面积较小。 4） 冲件 与废料 能漏下， 方便操作。生产率高。 连续模 也存在一定的问题，如凹模内、内形与内形间的壁厚，都不能过薄，以免影响强度。 三、 冲压工艺计算 1、凸、凹模间隙值的确定 凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的
14、间隙。冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。 冲裁间隙值的选用，还可根据不同情况灵活掌握。例如，冲小孔而导板导向又较差时，为防止凸模受力大而折断，间隙可取大些，但这时废料易带出凹模 表面，所以凸模上应装上弹性顶杆或采取以压缩空气从凸模端部小孔吹出等措施。 考虑到此冲压件的精度要求为 IT14 级，且料厚 t=2.5mm,材料为 Q235，所以其凸、凹模的间隙值可查表得 , maxZ =0.50 mm minZ =0.36mm 查表 2-14 得磨损系数 x=0.5 2、凸、凹模刃口尺寸的确定 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 （ 1）、确定凸、凹模刃口尺寸的原则 1）考虑落
15、料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应先决定凹模的尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模，因此冲孔模应先决定凸模尺寸，用增大凹模 尺寸来保证合理间隙。 2）考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响：刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的极限尺寸；刃口磨损后尺寸减小，应取接近或等于冲件的最大极限尺寸。 3）考虑冲件精度与模具精度间的关系，在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度要高 23级。 （ 2）、 凸、凹模工作部分尺寸的计算 根据尺寸计算原则，冲件中的孔 16 孔采用分别加工法加工凸模凹模；分析冲件
16、图其外形 复杂 ， 磨损规律不一样，为了保证凸模具与凹模间隙，凸模与凹模采用配合加工，先加工基准件即外形的落料凹模和冲孔的凸模，然后用非基准件按基准件配做 。 所以采用单配加工法制造。 孔 16 凸、凹模尺寸计算： 查教材表 3 4 冲裁模初始双边间隙值 得 Zmin =0.36mm Zmax =0.5mm Zmax Zmin =（ 0.5 0.36） mm=0.14 mm 由表 3 7 简单形状的工件冲裁时凸模凹模的制造 公差： 落料部分： 凹 = 0.020 mm 凸 = 0.020 mm 凹 + 凸 =0.040 0.140 mm 由教材表 3-6 知磨损系数 X=0.5 冲孔部分： d
17、凸 =（ dmin + x ） 0凸d凹 =（ d凸 + Zmin ） 凹0 （ 1 1） 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 式中： d凸 、 d凹 分别为冲孔凸模和凹模的基本尺寸； dmin 冲孔件的最小极限尺寸； 冲裁件的公差； x 磨损系数，其值应在 0.5-1 之间，与冲裁件精度有关。可直接按冲裁件的公差值由表 2.15查取或按冲裁件的公差等级选取。 当冲裁件公差为 IT10以上时，取 x=1 当冲裁件公差为 IT13-IT11时，取 x=0.75 当冲裁件公差为 IT14以下时，取 x=0.5 凸模： d凸 =（ dmin + x ） 0凸=（ 16+0.50.1） 01.0
18、=16.0501.0 凹模： d凹 =（ d凸 + Zmin ） 凹0 =（ 16.05+0.36） 1.00 =16.41 1.00 孔 4 8.5凸凹模尺寸计算 同上，查表 3 7 得 凹 = 0.020 mm 凸 = 0.020 mm 同上 得 x 0.5 由式（ 1 1）得 凸模： d凸 =（ dmin + x ） 0凸=（ 8.5+0.50.36） 002.0 =8.68002.0 凹模： d凹 =（ d凸 + Zmin ） 凹0 =（ 8.68+0.64） 02.00 =9.32 02.00 外形凸 与 凹模尺寸的计算（落料）： 根据零件的形状，凹模磨损后其尺寸变化都为 有 A，
19、B.C 三类 由教材表 3 6 查得 1x 0.5 2x 0.5 凹A =凹（ )xA式 ( 1 2 ) 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 式中： A 工件基本尺寸 (mm) 工件公 差（ mm） 凹 凹模制造公差（ mm） 查公差表，按 IT14级对待，有 087.0-86 074.0-58 43.0012 25.001R 。另外有 16.0020 。 将尺寸分类： A 类尺寸： 087.0-86 074.0-58 25.001R B 类尺寸： 16.0020 C 类尺寸： 43.0012 按表 2-16 凸凹模刃口尺寸计算如下： 40) XAA （凹 凹A =（ 186 0.50 0
20、.87) 487.00 = 217.0056.85 474.001 )74.05.058 （凹A = 185.0063.57 425.002 )25.05.01 （凹A = 0625.00875.0 0 4) XBB （凹 0 416.01 )16.05.020 （凹B 0 04.008.20 8)2 CC （凹 053.02.12843.0)243.012 （凹C 外形落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配做，并保证双边间隙值为 0.360.50 。 3.冲裁力和冲裁功的计算 3.1冲裁力的计 算 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 冲裁力是选择设备吨位和设计、检验模具强度的重要依据。在我们这
21、里，我们视冲裁为纯剪进行计算，其冲裁力 F： F=Lt 式（ 1 3） 式中： L冲裁件承受剪切的周边长度（ mm） t冲裁件的厚度 (mm) 材料抗剪强度（ Mpa） 实际选择设备时，为了设备安全起见，常取 1.3左右的安全系数。故所选设备的公称压力应大于或等于计算出来的 F设 =1.3F bLtF 其中 L=（ 58+86） 2+12 4=336 T=2.5 b =450MPa 故 F 落 =336 2.5 450=378 310 N bLtF 其中 L=16=50.24 故 F 冲 =50.242.5450=56.52 310 N （ 3） 推件力 推F = 推k （ 冲F + 落F ) 查表 k 取 0.06 推F =0.06（ 378+56.52） 310 N=26.1 310 N
