矩形垫片复合冲压模具的设计Word文档格式.docx
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一、是模具向大型、精密、复杂方向发展成果突出，如已生产出了单套重量达到100吨的巨型模具及型腔精度达到0.5μm的超精模具和能与2500次/分高速冲床相匹配的精密多工位级进模等；
模具专业化和标准化程度得到进一步提高，如广东模具企业的模具标准件使用覆盖率大都已达到或超过了80%等；
行业结构进一步改善，如产品结构和进出口结构正在不断趋向合理化等，行业正在形成一个以数字化和信息化为主要内容的技术改造热潮，发展后劲充足等。
二、是行业骨干队伍正快速形成，集群式生产方式得到进一步发展，劳动生产率不断提高。
模具行业目前已有80多家重点骨干企业，现在，年产模具5000
万元以上的企业全行业也有100家左右。
骨干队伍正在起着带动行业的作用。
继
2006年之后，全国的模具城得到了进一步发展。
模具城的产出要比上年增长25%以上。
模具行业全员劳动生产率比上年有10%以上的提高。
三、是国际合作进一步发展，中国模具正在加速融入世界，因而也为中国模具今后的进一步发展创造了更为有利的条件。
无论是出展出访还是来展来访，中国模具行业2007年国际合作方面的活动都要比往年更丰富，参与的企业数和人数更多，成效更加显著。
在中国模具工业2007年可喜的发展中也有隐忧。
隐忧之一是生产模具的原材料、人工等成本费用不断上涨，2007年又比上
年涨了20%左右，致使模具企业利润空间进一步受挤压，利润率进一步下降，有些企业已出现亏损，显得难以为继。
隐忧之二是模具人才，特别是高技能、高水平人才全行业缺乏，这已制约了模具行业的进一步发展。
由于总数量的供不应求，高层次人才的正常流动现在已变得有一些不正常了，用人单位的用人成本也显著增加。
同时，人才素质也亟待提高。
隐忧之三是在模具行业国内外市场前景良好和现有企业大多利好的情况下，模具行业固定资产投入年复一年不断攀升，尤其是外资和民间投资更为踊跃投入，致使某些领域已呈饱和之势和低水平的重复。
大量投资的结果虽然对促进模
具工业的发展有好处，但也预示着企业今后的竞争更为剧烈。
竞争会不会造成今后的大调整而累及行业发展，这已引起一些业内人士的担忧。
目前，在部分领域，尤其在中低档市场上，竞争已造成因相互过度压价而损害产品质量的状况。
隐忧之四是中国模具行业总体创新能力薄弱，综合水平仍比国外先进水平落后许多，这对今后发展非常不利。
所谓综合水平的落后包括了技术落后、产品落后、管理落后及人的观念和水平落后等。
虽然我国模具行业中也不乏可与世界先进水平相媲美的企业，有些产品也并不比世界先进水平差，但这毕竟只是少数。
就大多数而言，我们必须承认落后，而且总体来说，不是落后一点点，而是落后了许多。
总体落后的主要表现是我国模具在结构、精度、效能、寿命及生产周期等方面以及从业人员综合素质与水平和全员劳动生产率等方面与国际先进水平相比有着较大差距。
此外，当然还存在装备及环境等方面的差距等。
模具设计
一、冲裁件的工艺性分析
（1）材料Q235是普通碳素钢，具有良好的冲压性能。
（2）工件结构该零件形状简单。
孔边距远大于凸、凹模允许的最小壁厚，故可以考虑采用复合冲压工序。
（3）尺寸精度零件图上尺寸未标注公差，属自由公差，按IT14级确定工件的公差，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。
二、确定冲压工艺方案
该零件（如右图）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。
方案二：
落料—冲孔复合冲压，采用复
合模生产。
方案三：
冲孔—落料连续冲压，采用级
进模生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，生产率低，难以满足该零
件的年生产需要。
方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，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对称，模具制造并不困难。
方案三也只需要一副模具，生产率也高，但模具制造、安装较复合模复杂。
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。
三、选择模具结构形式
（1）模具的形式此工件有三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；
另外此工件无较高
平直度要求，工件要求精度也较低，冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积聚到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工作
表面平直度较差，凹凸模承受的张力较大。
因此凹凸模的壁厚应严格控制，以免强度不足。
所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。
（2）定位装置采用挡料销纵向定位，安装在卸料板上，并在凹模板开设让位孔。
（3）卸料装置
1.条料的卸除采用弹性卸料板。
因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。
2.工件的卸除采用打料装置将工件从上模落料凹模中推下，落在模具工作面上。
3.冲孔废料的卸除采用下模座上漏料孔排出。
冲孔废料在下模的凹凸模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。
（4）导向零件导向零件有许多，如用导板导向则在模具上安装不便，而且阻挡操作者视线，
所以不采用；
若用钢珠式导柱导套进行导向，则虽然导向精度高，寿命长，但结构比较复杂，所以不采用；
针对这次加工的产品精度要求不高，采用滑动式导柱导套进行导向即可。
而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。
（5）模架若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，
但只能一个方向送料。
若采用后侧导柱模架，则可三方向送料。
操作者视线不被挡住，结构比较紧凑。
本设计决定采用后侧导柱模架。
四、必要的工艺计算
（1）排样设计与计算1、单直排
a、搭边。
查《冲压模具设计与制造》，确定搭边直a、a1t=8mm，工件间a1=7mm。
侧搭边a=6mm。
b、条料宽度。
采用无侧边装置，所以
B=（D+2a）0=（160+7+7）0
=1740mm
-0.15
-0.15
式中——条料宽度的单向偏差，mm，查表得=-0.15mmc、送料步距：
d、材料利用率
S=L+a=200+6=206mm
利用CAD软件，查得其面积为1163.542mm2
条料一个步距内的面积为45×
34=1530mm2
ρι=A1ξ100%=1163.54ξ100%=76.04%
A
排样图如下：
1530
2、计算冲压力冲裁力公式为
P=P孔+P落
式中P——冲裁力；
P孔——冲孔冲裁力；
P落——落料冲裁力。
（1）冲孔冲裁力P孔。
式中L——冲孔周长；
P孔=P孔tα
t——材料厚度，t=1mm；
α——材料抗拉强度，MPa，查手册，Q235，α=375~460MPa，取
α=400MPa。
所以P孔=L孔tα=（2ρχ×
3×
2+2ρχ×
8）×
1×
400=35168N
（2）落料冲裁力P落。
P落=L落tα
所以P落=L落tα=（
2ρχξ6ξ150ξ2
180
+30ξ2ξρχξ13ξ2
+26×
4）×
400
=77605.3N
（3）卸料力P卸。
式中P卸——卸料力；
P卸=K卸×
P落
K卸——卸料系数，查表K卸=0.04~0.05，取K卸=0.04。
所以P卸=K卸×
P落=0.04×
77605.3N=3104.212N
（4）推件力P推
P推=K推P孔n式中K推——推料系数，查表取K推=0.055；
n——同时卡在凹模洞孔内的件数，取n=3。
所以P推=K推P孔n=0.055×
35168×
3N=5802.72N
（5）总冲压力P总。
冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。
总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为
P总=P+P卸+P推=P孔+P落+P卸+P推
=77605.3+3104.212+35168+5802.72N=121680.26N�122KN
初选压力机型号为：
JH23—25。
该压力机的主要参数：
公称压力250KN滑块行程75mm最大封闭高度260mm封闭高度调节量55mm
工作台尺寸560×
370
模柄孔尺寸040×
60
3.计算模具压力中心由于该零件关于中心对称，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。
4.计算模具刃口尺寸
-
落料设工件的尺寸为D0
根据计算原则，落料以凹模为设计基准。
首先
确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸;
将凹模尺寸减去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。
Amax0
D=（D-x）+ο
D=（D-Z）
TAmax-ο
maxmax-ο
=（D-x-Z）0
冲孔设冲孔尺寸为，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。
首先确定凸模尺寸，使凸模的基准尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸；
将凸模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸。
Tmin-ο
d=（d+x）0
+ο+ο
dA=（dT+zmin）0=（dT+x+zmin）0
孔心距孔心距属于磨损后基本不变的尺寸。
在同一工步中，在工件上冲
出孔距为L
/2两个孔时，其凹模型孔中心距可按下式确定。
1
Ld=L
8
上述式中：
DA
、DT——落料凹、凸模尺寸；
dT、dA——冲孔凸、凹模尺寸；
Dmax——落料件的最大极限尺寸；
dmin——冲孔件孔的最小极限尺寸；
L、Ld——工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸；
——工件制造公差；
zmin——最小合理间隙；
x——磨损系数；
ο——凸或凹模的制造公差，可按IT6~IT7级来选取，也可查表选取，或取οT0.4（Zmax-Zmin），οA0.6
（Zmax-Zmin）。
为了保证初始间隙不超过Zmin即οT+οA+οZZmax,οT和οA选取必须满足以下条件：
οT+οA
Zmax-Zmin
外形由落料获得，16由冲孔同时得到：
查表得：
Zmin=0.1mm,Zmax=0.14mm,
则Zmax-Zmin=（0.14-0.1）mm=0.04mm由于尺寸为自由公差，均为IT14级，所以×
=0.5mm设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则
冲16孔：
000
dT=（dmin+×
）-ο=（16+0.5×
0.43）
-ο=16.215-0.011mm
+ο+0.018
+0.018
dA=（dT+Zmin）0=（16.215+0.1）0
=16.3150mm
校核：
οT
+οA
Zmax-Zmin
0.011+0.0180.14-0.1
0.029<
0.04（满足间隙公差条件）
落料
+0.012
DA=（Dmax-×
）0=（30-0.5×
0.15）
0=29.9250mm
DT=（DA-Zmin）-ο=（29.925-0.1）-ο=29.825-0.008mm
0.012+0.0080.14-0.1
0.002<
符合精度要求。
五、主要零件的设计计算
1.落料凹模
1）厚度Ha
Ha=K30.1P落
式中K——修正系数，查表K=1.25；
P——落料冲裁力，N，P=77605.3N=78KN。
3
代入Ha=1.25×
0.1*77605.3=24.7mm
取Ha=20mm2）长度和宽度L、B
L=la+2W1
式中W1——垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离。
W1�1.2Ha=1.2×
20=24mm
所以L=la+2W1=25×
2+12+24×
2=110mmB=Ba+2W1=26+24×
2=74mm
取L=120mmB=70mm
由于凹模内要设置推件块，为了使模具加工简单，将凹模分成两块：
凹模板和空心垫板，每块板的厚度各为10mm。
2.冲孔凸模长度及强度校核
1）冲孔凸模长度L.
L=Ht+l自
Ht=（0.6~0.8）HK
H孔=K30.1P孔
l自=Ha
以上各式中Ht——凸模固定板厚度；
HK——冲孔凸模厚度；
P孔——冲孔冲裁力；
K——系数；
l自——凸模自由长度；
Ha——落料凹模厚度，Ha=20mm。
所以HK=K30.1P孔=1×
0.1ξ35168=15.2mm，取HK=16mm
Ht=（0.6+0.8）HK=（0.6~0.8）×
16=9.6~12.8mm，取Ht=10mm
l自=Ha=20mm
所以L=Ht+l自=10+20=30mm2）凸模强度——压应力校核
校核公式为：
P孔Fmin
[α]压
式中P孔——冲孔冲裁力，N，P孔=7536N，
2
Fmin——凸模最小断面积，Fmin=ρχr
=3.14×
3=28.26mm2，
[α]压——凸模材料的许用压应力，MPa，材料为Cr12，查手册，[α]压=（1000~1600）MPa,取[α]压=1200MPa.
孔=
P7536
因为=266.7MPa<
[α]
Fmin
28.26压
所以凸模强度符合要求。
3.凸凹模长度确定及壁厚校核
1）凸凹模长度Hta确定
Hta=H0-F0+Hx-1+H固=50-20+10-1+20=59mm�60mm
式中H0——弹簧的自由长度，mm，H0=50；
F0——弹簧压缩量，mm；
Hx——卸料板厚度，mm，取H=10mm；
H固——固定板厚度，mm，取H=20mm。
2）凸凹模壁厚校核。
查表，倒装复合模最小壁厚nmin=2.7mm，（料厚t=1mm）此例中n=6-3=3mm>
nmin
所以满足最小壁厚n>
nmin的要求。
4.凸凹模固定板尺寸
凸凹模形状为矩形120×
70,厚度取20mm，与凸凹模过盈配合。
5.垫板结构与设计理论上，确定是否需要垫板的方法如下：
条件：
冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。
即下列情况需要加垫板。
αy�[αY]
式中αy——凸模端面压应力，MPa；
[αY]——模座材料许用压应力，铸铁约为100MPa，钢约为200MPa；
P——冲裁力，N；
F——凸模上端面面积，mm2；
D——凸模上端面直径，mm。
垫板形状和凸模固定板一致，矩形，垫板厚度一般为3~10mm。
垫板材料常用T7或T8工具钢，热处理硬度为48~52HRC。
垫板淬硬后两面
应磨平，表面粗糙度R0.32~0.63um。
本例中上模部分已有垫板。
下面确定凸凹模与下模板之间是否需要垫板：
本例中，由于凸凹模和固定板的配合为过盈配合，所以其表面积按固定板面
积计算，很显然不需要加垫板。
因为加垫板之后与没加之前（下表面积）没有区别。
6.卸料板的设计
1）卸料板的形状和尺寸。
卸料板取矩形板，厚度为H=10mm，卸料板材料选A3或（45钢），不用热处
理淬硬。
2）卸料板上成形孔的设计。
取弹压卸料板与凸模的双面间隙为0.1~0.3mm。
7.模座选择
由于模板周界为120×
70mm，所以选
上模座125×
80×
30GB/T2855.5—1990
下模座125×
30GB/T2855.6—1990
材料HT200GB9436—88闭合高度最小140mm，最大165mm。
导柱20×
130GB/T2861.1—1990
导套20×
70×
28GB/T2861.6—1990
六、压力机校核初选压力机型号为：
JH23—25.该压力机的主要参数：
公称压力250KN滑块行程75mm最大封闭高度260mm封闭高度调节量55mm工作台尺寸560×
601.模柄孔的校核
模柄的尺寸为040×
80，上模座厚度为30mm，则模柄伸出上模座的高度为50mm<
60mm，因此合适。
2.模具闭合高度的校核
模具的闭合高度H=30+15+10+10+10+60+30-1=164mm，而压力机的最大封闭高度260mm，其调节量为55mm，则压力机的最小闭合高度为205mm，大于模具的闭合高度，可以在模具下模座下加垫板，所以此项也可满足要求。
3.压力机工作台尺寸的校核查手册，该型号模座的外形尺寸为：
194×
142mm，压力机的工作台尺寸为
560×
370mm，符合每边留出60~100mm的要求，用来安装固定模具用的螺栓、垫块和压板，所以合适。
4.冲裁力校核
冲裁合格产品所需的冲裁力P总为122KN<
压力机的公称压力250KN，所以合
适。
综上所述：
型号为JH23—25的压力机符合要求。
七、绘制模具总装配图及工作零件图
模具整体装配效果图
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总结
通过这次课程设计使我对模具行业的发展现状及未来的发展趋势有了更深刻的了解，通过整个模具设计流程，使我掌握了冲压模具的总体设计思路及在模具设计中经常出现的一些问题、及处理方法，对设计中一些常规方法了有了进一步的了解，为以后从事模具行业打下了基础。
通过计算机辅助手段实现了对模具零件的三维造型，同时利用软件完成了相关零部件的装配过程，实现了模具结构的总装配，同时，使用了AutoCAD完成了相关二维结构及零件图。
这次课程设计让我巩固了专业知识，对知识有了更深刻的认识。
参考文献：
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[5]徐政坤主编.冲压模具设计与制造.化学工业出版社.2005.1[6]付宏生主编.冷冲压成形工艺与模具设计制造.化学工业出版社.2005.3[7]K.Stoeckhert/G.Menning编著.模具制造手册.化学工业出版社.2003.2[8]杨占尧主编.现代模具工手册.化学工业出版社.2007.7
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