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摘要

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农业大学

高等教育自学考试本科生毕业论文（设计）

垫片落料、冲孔复合模设计

学生姓名：

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考籍号：

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年级专业：

模具设计与制造

指导老师及职称：

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□教授

学院：

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大学工学院

湖南·长沙

提交日期：

2010年1月

目录

摘要

关键词

第一章前言.....................................................................................................................................1

1.1.课题的背景及意义.............................................................................................................1

1.2.国内外研究现状及发展趋势.............................................................................................1

1.2.1.现状............................................................................................................................1

1.2.2.发展趋势....................................................................................................................1

第二章工件的工艺分析2

2.1.工艺分析2

2.1.1.产品结构形状分析2

2.1.2产品尺寸精度、粗糙度和断面质量分析…………………………………………

2.1.3产品材料分析………………………………………………………………………

2.2垫片冲压工艺方案的确定…………………………………………………………………

2.3拍样设计……………………………………………………………………………………

2.3.1单排………………………………………………………………………………......

2.3.2交叉双排……………………………………………………………………………..

第三章压力机的选择3

3.1计算冲压力............................................................................................................................

3.11.冲孔冲冲裁力计算.....................................................................................................

3.1.2落料冲裁力计算.......................................................................................................5

3.1.3推料力计算………………………………………………………………………….

3.1.4顶料力计算………………………………………………………………………….

3.1.5.总冲裁力的计算.......................................................................................................7

3.2.压力中心计算......................................................................................................................7

第四章模具结构形式的选择5

4.1模具的类型的选择5

4.1.1顺装式的特点………………………………………………………………………

4.1.2倒装式的特点……………………………………………………………………....

4.2定位装置的选择5

4.3选择导向装置5

4.4选择合理的模具精度........................................................................................................10

4.5确定模具外形尺寸............................................................................................................11

4.5.1确定模具闭合高度.................................................................................................12

4.5.2与压力机的结构尺寸匹配.....................................................................................12

4.5.3对压力机进行校核.................................................................................................14

第五章计算各主要零件的尺寸：

7

5.1．计算凸模、凹模刃口尺寸及公差7

5.1.1．冲孔凸、凹模7

5.1.2．落料凹、凸模7

5.2．凹模结构设计7

5..3．冲孔凸模设计及凸模校核8

5.3.1．凸模设计8

5.3.2．凸模校核9

第六章主要零部件结构设计14

6.1．卸料弹簧设计14

6.2．凸凹模长度确定，壁厚校核17

6.3.。

凸凹模固定板尺寸17

6.4．垫板结构与设计20

6.5．卸料板的设计23

6.6．模座设计18

6.7卸料弹簧窝座深度的确定………………………………………………………………..

6.8卸料板螺钉沉孔深度的确定……………………………………………………………..

6.9打杆长度的确定………….……………………………………………………………...

6.10顶杆长度的确定…………….…………………………………………………………...

6.11冲模闭合高的确定………………………………………………………………………

第七章结论26

参考文献27

致谢...................................................................................................................................................

摘要

关键字

1.前言

模具是机械、电子、轻工、国防等行业生产的重要工艺装备。

随着现代化工业技术的迅速发展，对模具的使用寿命、尺寸精度和表面质量等不断提出新的更高的要求。

由于采用模具进行生产能提高生产效率，节约原材料，降低生产成本，在一定的尺寸精度范围内能保证产品零件的互换性，因此在我国各行业得到广泛应用。

例如，冲压加工在汽车、农业机械、电机、仪器仪表、玩具制造等机械和民用产品的生产方面，冲压件的比例占零件总数60%～70%；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占85%以上。

另一方面，在国防工业中冲压加工也是一种重要的加工方法，如在飞机、导弹、各种枪弹与炮弹的生产中冷冲压比例也是相当大。

随着科学技术的不断发展，工业产品层出不穷，对产品的更新换代和外观质量要求越来越高，随之而来对模具设计和模具制造的质量要求越来越高，由此可见模具设计与制造技术在国民经济中的地位十分重要。

近年来，随着我国经济的腾飞和产品制造业的蓬勃发展，模具制造业也相应进入了高速发展的时期。

据中国模具工业协会统计，1995年我国模具工业总产值约为145亿元，而2006年已近500亿元左右，增长迅速。

另据统计，我国大陆地区现有模具生产长点已超过20000家，从业人员有60多万人，模具年生产值在1亿元以上的企业已达到十多家。

由此可以预见，我国经济的高速发展将对模具提出更为大量、更为迫切的需求，特别需要发展大型、精密、复杂、长寿命的模具、同时要求模具设计，制造和生产周期达到全新的水平。

我国模具制造业面临着发展机遇，无疑也面临着更大的挑战。

1.1课题的背景及意义

冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一，它是利用安装在压力机上的模具，在常温（或加热）条件下对板料施加压力使其变形和分离，从而获得一形状、尺寸零件的加工方法。

因此它主要用于加工板料零件，所以又称板料冲压。

冲压加工有如下特点：

1.借助压力机的压力利用模具获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他的加工方法难以加工甚至无法加工；2.冲压加工的零件精度高，尺寸稳定，具有良好的互换性；3.冲压加工是少、无切削加工的一种，部分零件冲压直接成形，大部分无需任何再加工，材料利用率高，达85%以上；4.生产效率高，生产过程容易实现机械化和自动化，适用于大批量生产；5.操作简单，便于组织生产和管理。

冲压加工的缺点是模具制造周期长，制造成本高，不适用于单件小批量生产；其次，冲压加工多采用机械压力机，由于滑块往复运动快，大量手工操作，劳动强度较大，已发生事故，安全生产与管理要求高，须采用必要的安全技术措施来保证。

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1现状

冷冲压由于它的优点现广泛应用。

不仅加工金属材料，而且也可以加工非金属材料，在现代制造业如汽车、拖拉机、农业机械、电机、电器、仪表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生产方面，都占有十分重要的地位。

另外，在现代国防工业生产中，如飞机、导弹、各种枪弹与炮弹的生产，冲压加工也占有很大比例。

据今年来的统计表明，美国、日本等国家的模具工业年产值已经超过机床工业的年产值的10%左右。

冲压模具历史悠久，用途广，技术成熟，在各种模具中所占比例最大。

汽车、摩托车、家电、日用品行业是模具最大的市场，占整个模具市场的60%以上。

有文献统计，在汽车、农业机械、电机、仪器仪表、玩具制造等机械和民用产品的生产方面，冲压件的比例占零件总数的60%～70%；在电视机、计算机等电子产品中占80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱等日用家电行业占85%以上。

随着科学技术的不断发展，工业产品层出不穷，对产品的更新换代和外观质量要求越来越高，随之而来对模具设计和模具制造的质量要求越来越高，由此可见模具设计与制造技术在国民经济中的地位十分重要。

1.2.2发展趋势

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冷冲压技术也在不断革新和发展，主要表现在以下几个方面：

（1）工艺分析计算方法的现代化。

如，生产汽车覆盖件的冲压工艺，传统方法系根据已有的设计资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方案和有关参数，然后设计实验模具，进行试冲，进过反复试验和修改，才能转入大批量生产。

近几年来，国外已经开始采用有限变形的弹塑性的有限元法，对覆盖件成形过程进行应力应变分析和计算模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和将会发生的问题，将结果显示在图形终端上，供设计人员进行修改和选择。

这样，不仅可以节省昂贵的模具试验费用，缩短新产品的试制周期，而且可以逐步建立一套能紧密结合生产实际的先进设计方法，促进了冲压工艺的发展，使塑性成形理论对生产起到了实际的指导作用。

（2）模具设计制造技术现代化。

为了加快机电产品的更新换代，缩短了工装设计、制造周期，许多工业先进国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）的研究，并且在生产中应用。

模具CAD/CAM技术应用较早应用在的领域便是冷冲模。

更据国外经验，采用这一技术，一般可提高模具设计制造效率的2～3倍，模具生产周期可缩短1/2～2/3,发展这一技术的最终目标，要达到模具CAD/CAM一体化，而模具图纸只是作为检验模具之用。

采用模具CAD/CAM后，还可以提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，式设计者有可能把精力用在创新开发上。

（3）l冷冲压生产的机械化和自动化。

为了满足大量生产的需要，冲压设备已由单工位低速压力及发展到多工位高速自动化压力机。

一般中小型冷冲件，即可在多工位压力机上生产，也可在高速压力机上采用多工位级进模加工，使冷冲压生产达到高自动化。

大型冲压（如汽车覆盖件）可在多工位压力机上利用自动送料、取件装置，进行机械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高生产率。

（4）为了满足产品更新换代快和生产批量小的发展趋势，发展了一系列新的成型工艺（如高能成型和旋压等）、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、通用组合模、数控冲压设备和冲压柔性制造系统（FMS）等。

这样，就是冷冲压生产既适合大量生产，也同时适用于小批量生产。

（5）不断改进板料性能，以提高其成型能力和使用效果。

如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。

2.工艺性分析

2.1工艺分析

冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量其设计是否合理。

一般在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则就说明工艺性不好。

2.1.1产品结构形状分析

冲裁件的形状应该力求简单规则，以便节省材料，减少工序数目，提高模具寿命，降低工件成本综合考虑冲裁件的质量要求和质量要求和经济效益对其结构尺寸，提出如下限制。

1.冲裁件的内外形转角处应避免尖锐的转角，应有适当的圆角。

一般应有R>0.5t（t为板料厚度）的圆角，否则模具寿命将明显降低。

如果图样尚未朱明远角半径，两种冲裁件边交角处可按R=t处理。

2.冲裁件上应尽量避免窄长的悬臂和凹槽，最好b>2t，l<3t。

对于高碳素钢、合金钢等硬材料，允许值应增大到30%～50%；对于黄铜、纯铜和铝等软材料，可减少20%～25%。

宽度/板厚1<3的细长条形件，不宜采用冲裁法制造，可用将金属丝压扁的方法来制造。

3.冲裁件的孔与孔之间，孔到零件边缘的距离，受模具强度和制件质量的限制，其值不能太小，一般要求b>=2t。

根据这些由图1知。

产品为圆片落料，圆片冲孔。

产品形状简单对称，无狭槽，尖角；孔与孔之间，空余零件边缘之间最小距离满足c>1.5t要求c=（36-18-7）/2=5.5，1.5t=1.5*1.5=2.25

2.1.2产品尺寸精度、粗糙度和断面质量分析

a.尺寸精度查《模具设计与制造简明手册》。

得----------------要求普通冲裁尺寸精度低于IT13级，现在产品的设计精度低于IT13级（或GB10级）。

所以尺寸精度满足要求。

b.冲裁件断面质量因为一般用普通冲裁方式冲2MM以下的金属板料时，其断面粗糙精度Ra可达12.5～3.2微米，毛刺可允许到0.01～0.05毫米；本产品在断面和毛刺高度上没有太严格的要求。

所以只要模具精度达到一定要求。

冲裁件的断面质量可以保证。

2.1.3产品材料分析

对于冲裁件材料一般要求是力学性能是强度低、塑性高、表面质量和厚度差符合国家标准。

本设计的产品材料是45钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中。

经退火后，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。

另外，产品对于厚度和表面质量没有严格要求。

所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。

经上述分析，产平的材料性能符合冲压的加工要求。

2.1.4产品的产量为大批量

由产品生产为大批量，可知此产品很适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模，若是能加上自动送料装置，则会大大提高生产效率，降低成本。

2.2垫片冲压工艺方案的确定见图

完成此工件需要冲孔、落料两道工序、其加工的工艺方案分以下三种：

第一种方案采用单工序逐步加工1.冲孔、落料单工模2.落料、冲孔单工序模在一副模具中只完成一个工序的模具，称为单工序模。

这种模具结构简单、制造周期短、成本低，调整维修简单，但模具本身无导向，需要依靠压力机滑块进行导向，安装模具是需调整冲裁间隙较困难，且不易均匀。

因此冲出的工件精度较差，模具寿命较低，而且使用不够安全。

这种模具适用于工件质量要求不高，批量较小的单工序模。

第二种方案：

采用复合模加工成形特点：

生产效率高，工件精度高，但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，模具的使用寿命低。

第三种方案采用连续模加工成形特点：

生产效率高、便于实现自动化、机械化，但是制造复杂，调整维修较麻烦，工件精度低。

所以根据本零件的设计要求,以及各方案的特点，决定采用第二种方案。

2.3排样

冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法称为排样。

排样的结果要画出

排样图。

排样是否合理直接影响到材料的利用率，零件的质量、生产率，模具结构与寿命及生产操作方式与安全。

因此，在冲压工艺和模具设计中，排样是一项极为重要的技术性很强的工作。

按材料的经济利用程度或废料的多少。

排样可以分为有废料排样与少废料排样两大类。

按零件在条料上的布置形式分：

排样可分为直排、斜排、对排、对头排、多排、混合排。

同一个工件，排样不同时，材料的利用率不同。

材料利用率高者越省料。

因此，材料利用率是判断排样是否经济的重要参数。

但材料利用率并不是选择排样的唯一标准。

一般按下述原则选择：

对于铜板等较贵重材料，特别是在生产量较大时，应尽量选择材料利用率高的排样。

如果某种排样比其他排样的材料利用率提高不到5%，且使模具复杂化时，那么这种排样是不可取的，而在生产量小时，则应尽可能选择比较简单的排样，以便使模具容易制造。

2.3.1单排排样看图2.

a.搭边值计算差《冷冲压模具设计手册》。

确定A,B.当t=1.5时,a=2,b=1.5.

b.条料宽度

采用无侧压装置。

所以B-Δ=（D+2a+Z）0-Δ

式中Z-导尺与最宽调料之间的最小间隙。

见图3,mm,查表得Z=0.5；

Δ-条料宽度的单向偏差，mm查表得Δ=-0.5mm.

所以B0-Δ=（36+2*2+0.5）-0.5=40.50-0.5（mm）

c.导尺间距离的计算A。

A＝B+2a+2Z=36+2*2+2*0.5=41（mm）

d.材料利用率的计算η0

η0=nF1/LB*100%

式中n-板料（或带料、条料）上实际冲裁的零件数量；

F-零件的实际面积毫米的二次方

L-板料（或带料、条料）长度mm

B-板料（或带料、条料）宽度mm

若取工件数量加工n=20件，则料长为

L＝20D+19b+2b=20*36+19*1.5+2*1.5=751.5（mm）取L=752（mm）

所以条料规格为752*40.5*1.5

所以材料的利用率为

η0=nF1/LB*100%

=20*π*（36/2）2/752*40.5*100%=67%

2.3.2交叉双排

a.搭边。

查表确定搭边值a,b。

a=2b=1.5

b.调料宽度及材料规格

C=[（D+b）2-（D/2+b/2）2]-2

=[（36+1.5）2-（36/2+1.5/2）2]-2

=32.47（mm）

取B0-Δ=730-0.6（mm）

取工件计数量n=20+20=40（件）

料长L=20D+19b+2b=20*36+19*1.5+2*1.5

=751.5（mm）

所以条料规格为751*73*1.5

c.材料利用率η0

η0=nF1/LB*100%

=40*π*（36/2）2/751*73*100%=74.2%

从材料利用率分析可知，交叉双排排样节省材料，材料利用率高，所以确定采用交叉双排排样地方法。

3.压力机的选择

3.1计算冲压力冲压力公式为P=P孔+P落

式中P——冲孔冲裁力　P落——落料冲裁力

3.1.1冲孔冲裁力P孔计算

　　　　　孔＝KL孔tτ

式中K——系数。

查表取K=1.3；

L孔——冲孔周长Ｌ孔＝2*πd=2*3.14*7=44mm；

t——材料厚度，t=1.5mm；

τ——材料抗剪强度，MPa,查表。

45钢退火，τ＝440～560MPa

取τ＝500Pa。

故Ｐ孔＝KL孔tτ＝1.3*44*1.5*500＝42900（N）=42.5（KN）；

3.1.2落料冲裁力Ｐ落计算

　　　　　P落＝KL落tτ

　　　　　L落＝πD=3.14*36=113.1（mm）；

故P落=1.3*113.1*1.5*500=1102072.5（N）

取P落=110.3（KN）；

3.1.3推料力力Pt计算

　　　　　　Pt=KtP孔n

式中Kt——推料系数,查表Kt=0.055；

n——同时卡在凹模洞孔内的件数,取n=3；

故Pt=0.055*42.9*3=7.1（KN）.

3.1.4顶料力Pd计算

Pd=Kd（P孔+P落）

式中Pd——顶料力；

Kd——顶料系数,查表取Kd=0.06；

故Pd=0.06*（42.9+110.3）=9.2（KN）

3.1.5总冲压力P总计算。

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+Px+Pt=P孔+P落+Px+Pt＝42.9+110.3+5+7.1＝165.3（KN）

初选压力机；J23-25.

3.2压力中心计算

X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/（L1＋L2＋…Ln）公式（5-9）

Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn）/（L1＋L2＋…＋Ln）

4模具的结构形式的选择

4.1模具的形式复合模可分为顺装式和倒装式

4.1.1顺装式的特点

顺装复合模的凹凸模型孔内不积存冲孔废料，每次冲孔废料由打料装置逆冲入方向打出。

因此顺装复合模的凹凸模壁厚允许比倒装模的小些，一般经验数据为：

对黑色金属等硬材料，允许b=（1.2～1.5）t，但b≥0.7mm；对有色金属等软材料，允许b＝t，但b>＝0.5mm.因此当凹凸模最小壁厚小于手册上数据时，不应选用倒装复合模，而应选用顺装复合模。

此外，顺装复合模冲出的工件比较平整，因为在冲裁时板料受到顶件板的反顶压力，始终处于夹紧状态。

因此对于要求平整的薄壁工件，可以选用顺装复合模。

4.1.2倒装饰的特点

冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，集聚到一定数量，由下模漏料孔排出。

不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凹凸模承受的张立较大。

因此凹凸模的壁厚应严格控制，以免强度不足。

经分析，此工件有两个孔，若采用正装式复合模，操作很方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求较低，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。

4.2定位装置选择

4.2.1采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在下模座和活动卸料板之间。

工作时，可随凹模下行而压入孔内，工作很方便。

4.2.2采用导料螺栓横向定位。

因为它结构简单，使用方便，对模具强度削弱小。

4.3选择导向方式

导向方