落料模具设计.docx
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落料模具设计
第一章引言
毕业设计是高等学院教学计划中最后一个重要的、综合性的实践性教学环节，是各个教学环节的继续、深化、补充和检验，是我们学生毕业的必备条件。
1.1毕业设计的目的
毕业设计的目的是培养我们综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能来分析、解决实际问题的能力和进行科学研究的初步能力；是培养我们独立工作能力、创新能力以及理论联系实际和严谨求实的工作作风的重要途径。
毕业设计（论文）作为我们在校期间一次较为系统的工程训练，可以得到以下几方面的能力培养：
（1）.综合运用专业理论和知识分析、解决实际问题的能力；
（2）.调查研究中外文献检索和阅读能力；
（3）.定性、定量相结合的独立研究与论证的能力；
（4）.设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机的能力；
（5）.逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力；
（6）.撰写设计说明书（论文）的能力。
这次毕业设计的设计难度置中。
设计是按学习、消化、吸收、创新的思路进行的。
通过本次毕业设计，我得到了一个工程技术人员所必需的综合训练，在不同程度上提高了各种能力，我们总结提高了以往所学到的基础理论知识。
同时，毕业设计又是一个理论性较强的实践环节，它锻炼了我们动手能力和解决实际问题的能力。
可以这样讲，毕业设计是我们走上工作岗位之前的一次大练兵，是一次扫尾的机会，可以补充自己的不足。
毕业设计的指导思想是面向经济建设、面向生产实际、坚持教学要求，努力实现教学、科研和生产三方面的有机结合，进一步加强理论和技能的培养，使我们具备一名工程技术人员应有的思想水平和高尚的道德品质，认真负责、求实创新、科学严谨的态度，脚踏实地、勇于进取的精神。
让我们懂得了学无止境，从而培养我们虚心学习，团结合作的优良作风。
愿我们以这次毕业设计为契机，努力提高自己，向学校、老师递交一份满意的答卷。
由于以前对多复合模接触很少，所以在设计过程中步不可能做的非常好，在设计中肯定有误漏之处，殷切希望各位老师及领导予以批评和指正。
1.2设计任务书
（1）.设计课题：
落料拉深模具设计
（2）.毕业设计的原始数据：
<1>拉深件零件图
<2>生产批量：
100万件
<3>材料：
08钢
（3）.毕业设计（论文）的内容和要求（包括技术要求、图表要求以及工作要求等）：
冲压模的设计
<1>冲压件的工艺分析
<2>冲裁方式和排样方式的经济性分析
<3>确定模具的结构形式
<4>确定卸料与推件方式
<5>确定送料方冲式和冲裁定位方式
<6>选取合理的裁间隙
<7>确定凸模结构形式与固定方法
<8>确定凹模结构形式与洞口类型
<9>合理选择凸、凹模材料，并制定热处理工艺
<10>确定模具其它零部件结构形式、材料、尺寸公差和技术要求
<11>根据凸、凹模固定板外形尺寸选择合适的模架
（4）.毕业设计应完成的技术文件：
<1>绘制复合模装配图、非标准零件图，选取标准件。
<2>完成各项必要的工艺计算
<3>毕业设计说明书（论文）
（5）.毕业设计（论文）进度计划（以周为单位）
<1>第一周：
确定设计方案
<2>第二周；进行详细工艺计算
<3>第三周：
确定模具结构，绘制装配草图
<4>第四周：
绘制零件图草图和绘制正规装配图
<5>第五周：
绘制全部非标准件零件图
<6>第六周：
编写设计说明书，准备毕业设计答辩
<7>第七周：
毕业答辩
第二章课题讨论
2.1复合模的构成
模具的功能与结构是统一的，功能只有通过一定的结构来实现，而模具的基本结构必须以满足功能需要为前提。
因此，根据复合模的功能，其基本构成要素可划分为工作单元、卸料单元、导向单元、定位单元、安装单元和紧固单元等。
具体如下表所示：
结构单元
典型零件
工作单元
凸模、凹模、凸凹模
卸料单元
卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧
导向单元
模架、导柱、导套、导料板
定位单元
导料板、挡料销、侧压、导正销
安装单元
模座、模柄
紧固单元
固定板、螺钉、圆柱销
2.2复合模特点
（1）生产效率高。
复合模结构紧凑，一套模具能完成若干个工序，大大地减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，从而提高了工作效率。
（2）提高冲压件的质量。
在复合模具中的几道冲压工序是在同一工位上完成的，不要重新定位，可以避免重新定位产生的误差，从而保证了冲压件的位置精度。
冲压件的内、外形的同轴度可达0.02~0.04mm,特别适合薄料的冲裁。
（3）复合模对用料的要求没有连续模那样的严格，不规则的边角材料也可以使用。
（4）复合模的结构较复杂。
复合模的结构不单工序模复杂，加工难度大，对模具制造的精度要求高，制造周期相对长，因此模具的制造成本显著增加。
（5）某些带狭窄面的工件受到凸凹模强度的限制不能用复合模。
2.3复合模的种类
按复合工序的性质分类，复合模可分为以下几种：
（1）冲裁复合模如落料、冲孔复合模，切断、冲孔复合模等。
（2）成型复合模如弯曲复合模等。
（3）冲裁与成型复合模具如落料、拉深符合模具，冲孔、翻孔复合模，拉深、切边复合模，落料拉深、冲孔、翻孔复合模等。
2.4选择复合模的原则
（1）生产批量由于复合模成本较高，小批量时适宜采用单工序模，几个单工序可能比一套复合模成本还要低，在大批量生产时适合使用复合模。
（2）冲压工件的精度当冲压件的尺寸或同轴度、对称度等位置精度要求较高时，应考虑使用复合模；对于形状复杂，重新定位可能产生较大的误差的冲压工件，也应才采用复合模。
（3）复合工序的数量一般复合模的工序数量在四工序以下，否则模具结构过于复杂，同时，模具的强度、刚度、可靠性有随之下降。
第三章加工方案的确定
该零件结构并不复杂，如用单工序模加工则需多副模具，且多次定位易造成加工零件精度低，生产效率低，因此将冲裁和拉深复合，将显著提高生产率和工件精度。
3.1零件冲压工艺分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工的适应性，即是否能用最简单的模具结构、最少的工序、最低的成本加工出符合要求的工件。
着重从产品的几何形状、尺寸大小、精度高低、原材料性能等多个方面进行考虑。
（1）此冲压件要求保证内行结构为阶梯型圆筒型拉深件，几何形状比较简单、规则符合冲压条件。
而且冲压件的材料为08钢，能够进行冲压加工，市场上也很容易买到这种材料，价格适中。
（2）零件尺寸:
均为未注公差的一般尺寸，按惯例取为IT10级，符合一般级进冲压的经济精度要求，模具精度冲裁模取IT6级，拉深模取IT9级别。
（3）外形落料的工艺性：
此零件外形较简单，冲裁件无小孔，符合工艺性要求。
本零件的圆角半径也符合工艺性要求。
（4）为了拉深的顺利进行，要求拉深件底部的圆角的半径满足rp>=料厚t,而此拉深件底部圆角半径等于6，显然满足。
3.2毛坯尺寸计算
查课本P117表5-7，修边余量δ=4.3。
根据冲压手册圆筒型拉深件毛坯尺寸计算方法，计算过程如下：
A1=0.7854*[（4.3*2+110）²-（76.5+0.8）²]=6354.4
A2=4.94rd-6.28r²=4.94*4.4*（76.5+0.8+8）-6.28*4.4²=173.5
A3=πdh=π*（76.5+0.8）*（13.6-4-4-2*.8）=971
A4=4.94rd+6.28r²=4.94*4.4*（76.5-8）+6.28*4.4²=161.05
A5=πl/2=π*2.21/2*（65+68.5）=46.3
A6=π（dl-2rh）=π（71*8.792-2*8.4*7.3）=1575,其中h=rsinα=8.3*sin60ο=7.3,l=π*8.4*60ο/180ο=8.792
A7=4.94rd+6.28r²=4.94*6.4*（55-12-0.8）+6.28*6.4²=1591
A8=0.7854*d²=0.7854*（55-12-2*0.8）²=1346
所以，A总=A1+A2+……A8=15643.4，根据毛坯尺寸计算公式，毛坯直径D=（4A总/π）1/2=141mm
3.3排样的设计与计算及拉深次数的确定
排样设计：
毛坯排样就是确定冲压件毛坯在料条上的截取方位及相邻毛坯的关系。
毛坯排样方案对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响。
排样设计是模具设计的关键之一，不仅关系到材料的利用率，工件的精度，模具制造的难易程度和使用寿命等，而且关系到模具的协调与稳定。
排样设计是在零件冲压工艺分析的基础之上进行的。
确定排样图时，首先要根据冲压件图纸计算出展开尺寸，然后进行各种方式的排样。
在确定排样方式时，还必须对工件的冲压方向、变形次数、变形工艺类型、相应的变形程度及模具结构的可能性、模具加工工艺性、企业实际加工能力等进行综合分析判断。
同时全面考虑工件精度和能否顺利进行级进冲压生产后，从几种排样方式中选择一种最佳方案。
完整的排样图应给出工位的布置、载体结构形式和相关尺寸等。
当带料排样图设计完成后，模具的送料步距、条料的宽度和材料的利用率；导料方式，弹顶器的设置和导正销的安排；模具的基本结构等就基本确定。
所以排样设计是模具设计的重要内容，是模具结构设计的依据之一。
该模具的毛坯排样如下图所示：
材料利用率计算
查《冲压工艺计算手册》P107，表3-2，确定搭边值a=2,a1=2,采用手工送料，同时根据手册，确定采用2000mm*1000mm的板材裁剪得到所需条料。
条料宽度=141+2*2=145，送料步距S=141+2=143,所以
一个步距内材料利用率:
η1=nf/Bh*100%=[1*π*（141/2）²/（145*143）]*100%=76.1%
条料裁剪时有横裁和纵裁两种方法。
横裁：
可裁条料总数n=n1*n2=（2000/145）*（1000/143）=91条
材料利用率η=（Nf/2000*1000）*100%=71%
纵裁：
可裁条料总数n=n1*n2=（2000/143）*（1000/145）=84条
综上，可知道纵裁时比横裁时可裁条料数少，故采用横裁。
拉深次数的确定
根据带凸缘圆筒形拉深件拉深次数的计算方法（冲压工艺与模具P186），计算假想拉深系数，my=[（13.6/2.21）*（77.3/141）+（2.21/7.19）*（68.5/141）+
54.2/141]/（13.6/2.21+2.21/7.19+1）=0.55
根据毛坯相对厚度t/D0*100=（0.8/141）*100=0.6,以及凸缘相对直径d凸/d=（110+4.3*2）/76.5+0.8=1.42,查冲压工艺与模具P175,表5-5，可知极限拉深系数m在0.50~0.53之间，小于求得的假想拉深系数，所以，可以一次拉深成形。
3.4冲压力的计算
（1）落料力：
F=Ltσb=π*141*0.8*400=3.14*141*0.8*400=141.6768KN（查冲压手册，σb=330~450Mpa,这里取400进行计算，公式查自《冲压工艺与模具》P56）
（2）卸料力：
F=F落*Kx=141.6768*0.04=5.7KN.（根据《冲压工艺与模具》表3-11，得Kx=0.04，KT=0.055。
）
（3）推件力：
F=F落*KT=7.8KN。
（4）拉深力：
F=πd1tσbK1=3.14*76.5*0.8*400*1=76.9KN（根据《冲压工艺与模具》表5-10，K1=1；公式来源于《冲压工艺与模具》P184，公式5-28）
（5）压边力：
FQ=0.25F拉=0.25*76.9=19KN（公式来源于《冲压工艺与模具》）
所以总的冲压力：
F总=F落+F卸+F推+F拉+F压=251.08KN
3.5压力中心的选择
冲压力合力的作用点称为模具的压力中心，模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。
对于有模柄的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线。
否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。
在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲件的形状特殊，从模具结构考虑不宜于使压力中心与模柄中心线相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不至于超过所选用压力机允许的范围。
该零件形状对称，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。
3.6压力机的选用
冲压设备的选用原则：
（1）压力机的行程大小，应该能保证成型零件的取出与毛坯的放进，例如拉深所用压力机的行程，至少应该大于成品零件高度的两倍以上。
（2）压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还须留有安装的余地，但是过大的工作平面上安装小尺寸的冲模对工作太的受力是不利的。
压力机工作台面的尺寸大于压力机滑块的底面积，压力机滑块的底面积必须大于模具的尺寸，所以只须考虑压力机滑块的底面积的大小。
（3）所选的压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适用。
模具的闭合高度H。
是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。
压力机的闭合高度H是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。
大多数压力机，其连杆长度能调节，也就是说压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大闭合高度Hmax和最小闭合高度Hmin。
设计模具时，模具闭合高度H。
得数值应满足下式：
Hmax-5mm≥H。
≥Hmin+10mm
无特殊情况H。
应取上限值，即最好取在：
H。
≥Hmin+1/3L，这是为了连杆调节过长，螺纹接触面积过小而被压坏。
如果模具逼和高度实在太小，可以在压床台面上加垫版。
（4）冲压设备的吨位必须大于所计算的冲压力。
根据以上原则选用：
开式双柱可倾压力机J23-40。
1.公称压力400KN
2.滑块行程：
100mm
3.行程次数：
45n/min
4.最大封闭高度：
330mm
5.最大装模具高度：
265mm
6.连杆调节长度：
65mm
7.工作台的尺寸：
左右：
700mm 前后：
460mm
8.模柄孔尺寸：
直径*深度：
φ50
70（mm
mm）
9.最大倾斜角度：
30º
3.7模具刃口尺寸计算
凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则：
在冲裁见尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。
落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。
故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：
1）落料落料件光面尺寸与凹模尺寸一致，故应以凹模尺寸为基准。
又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
而落料凸模基本尺寸，主要按凹模基本尺寸减最小初始间隙。
2）冲孔工件光面的孔径与凸模尺寸相等，故应以凸模尺寸为基准。
又因冲孔的尺寸会随凸模刃口的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
而冲孔凹模基本尺寸，主要按凸模基本尺寸加最小初始间隙。
3）孔心距 当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。
由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取代工件孔心距公差带的中点上，按双向对称偏差标注。
4）冲模刃口制造公差 凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具一定的使用寿命。
根据凸、凹模的加工方法的不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类。
1）凸模与凹模的分别加工法：
这种加工方法目前多用于圆形或简单规则形状的工件。
２） 凸模与凹模配合加工法：
配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸按间隙配制另件。
这种加工方法的特点是，模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，并且还可适当放大基准件的制造公差，使制造容易，故目前工厂一般都使用这种加工方法。
本设计中按第一种方法设计：
1、落料
外形尺寸φ141
查表3-4，Zmin=0.104mmZmax=0.072mm
δp≤0.4（Zmax-Zmin）=0.4*0.032=0.0128,取δp=0.0128
δd≤0.6（Zmax-Zmin）=0.6*0.032=0.0192取δd=0.0192
查表3-5，X=0.75,
Dd=（Dmax-XΔ）
=（141.16-0.75*0.16）
=141.04
Dp=（Dd-Zmin）
=（141.04-0.072）
=140.968
2.拉深凸凹模工作部分尺寸
因为该拉深件由一次拉深成型，所以凸凹模工作部分的尺寸与零件内形和外形的尺寸相同。
凸凹模间隙z为料厚0.8。
3.8模具主要零部件设计
（1）凹模设计：
决定采用整体式圆形凹模，根据《冲模设计应用实例》P45，其计算如下：
厚度为：
h=kb=0.18*143.04=26mm.其中K为因数，b为凹模孔的最大宽度
宽度为：
B=141.04+2*c=250,c=（2~3）H.
但，考虑到该复合模的拉深，凸模深入凹模的长度为23mm，所以调整凹模具厚度为48mm.其结构见下图：
（2）凸凹模设计
凸模长度为：
L=h1+h2+h3+h=18+20+4+（23+22+6）=87
h1-凸模具固定板厚度；
h2-卸料板厚度
h3-导料板厚度
h-凸模进入凹模深度、固定板与卸料板之间的安全距离、修摩量
凹模工作部分尺寸与拉深件外形尺寸相同。
凸凹模结构如下图：
（3）拉深凸模具的结构尺寸如下图：
（4）推件块结构尺寸如下图：
（5）其它部件的设计：
1）非标准件的选择：
固定板的厚度为%70*H凹=18；
采用刚性卸料板结构
查有关资料得
卸料板厚度为0.8*H凹=20mm，卸料板与凸模单边间隙为0.4mm.
查有关资料得，导料板的厚度应定为4mm，为两段圆弧。
垫板的厚度应定为10mm;
以上部件周界均与凹模周界一致。
压边圈：
厚度=11，与凸模的间隙为0.2~0.5mm,取0.5mm;（采用压边的依据：
计算出毛坯相对厚度t/d*100=0.6<1.5,拉深系数m=0.55<=0.6,根据《冲模手册》P213,表5-17，需要采用压边圈。
）
2）标准件的选择：
模架的选择：
模架选用后侧导柱模架
上模座：
250*250*50
下模座：
250*250*55
导柱、导套：
导柱：
B35h6*210*50
导套：
A35H7*115*48
挡料销选择：
选择A型挡料销,如图：
紧固件的选择：
采用M12的内六角螺钉,A12销钉
模柄：
选用压入式模柄：
B50*110。
（6）模具闭合高度为237mm.
3.9模具装配图及结构详细设计
结构设计是确定冲压件成型所需的功能和实现功能所需的模具各结构单元的具体形式和连接方式，确定零件明细表。
结构设计的要素是容易组装分解、容易调整、零件便于加工、容易更换、便于维修、安全可靠、精度稳定、满足产量要求。
结构设计的结果是模具装配图和零件明细表
<1>倒装结构
<2>卸料方式：
此零件质量要求不高，使用刚性卸料装置。
<3>使用弹顶器和压边圈进行压边。
装配图如下：
结构详细设计：
本模具可完成落料、拉深两道工序。
条料送进时，由两段圆弧导料板05进行导向，由挡料销11进行定位，冲出第一个零件，冲第二个零件时，条料抬起，由第一次冲出来的孔进行定位，并由固定卸料板07进行卸料。
模具工作时，用压力机的气垫进行压边，可获得较大的压边力，压力和行程的大小也很容易调节，另外也可以使模具结构简单。
气垫压力是通过顶杆01传递到压边圈20上进行压边的，工件制出后，上模上行，打杆12和推件块24共同作用，把工件从凸凹模17中推出。
（1）工作单元结构：
由于采用倒装式结构，凸凹模固定在上方凸模固定板上，拉深凸模固定在下方凸模固定板上，落料凹模固定在下模座上。
（2）卸料机构设计：
由于零件对表面的平整度无要求和整体的冲裁力不是很大，，所以采用刚性卸料装置。
其周界尺寸与凹模周界尺寸一致。
（3）定距机构设计：
为了保证工序件能按设计要求等距向前送进，常采用定距机构。
这里采用固定挡料销方式。
（4）导正机构设计：
使用导柱导套进行位置的导正。
（5）导料机构设计：
采用导料板进行导料。
（6）固定机构设计：
模板采用螺钉固定销钉定位，销钉采用圆柱销钉，螺钉使用内六角螺钉。
由于各凸模形状比较简单且冲裁力小，所以采用直通式的凸模。
该模具的凹模形式为整体式，凹模板的固定采用销钉定位、螺钉紧固的方式。
同样，销钉采用带螺纹孔的销钉，螺钉使用内六角螺钉。
（7）安全机构设计
安全第一是冲压生产的基本要求，所以在模具设计的时候就要充分考虑安全机构的设计。
（8）零件选材：
该模具用于大批量生产，综合各方面考虑，凸模和凹模选用Cr12MoV，因为该材料有硬度高，耐磨性好，热膨胀系数小，热处理变形系数小，抗压强度高，刚性好等优点，比较适合本模具的要求。
而且该材料有高淬透性，截面为300-400mm以下者可以完全淬透，在300-400mm以上者可保持良好硬度和耐磨性，淬火时体积变化最小。
在模座选材方面由于HT200有很好的减震性，所以选用HT200，卸料板选用Q235，导料板用Q235。
3.10模具零件的热处理工艺
冲压模常用材料选择及其热处理要求
零件名称
及用途
选用材料
热处理硬度HRC
冲裁模
形状简单，且尺寸较小
T8A、T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、9CrSi
58~62
形状复杂，但尺寸较小
CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr6WV
58~62
形状复杂，且尺寸较大
CrWMn、Cr6WV、9CrSi、
65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）、
Cr12MoV、YG15、YG20
54~60
硅钢片冲模
Cr12MoV、Cr4W2MoV、CT35、CT33、TLMW50、YG15、YG20
60~68
精密冲裁模
Cr12MoV、W18Cr4V
58~62
热冲裁
3Cr2W8、5CrNiMo6Cr4Mo、
3Ni2WV（GG-2）
60~64
大型模镶块
T10A、9Mn2V、Cr12MoV
58~62
上下模座（板）
HT400、ZG310-570、45
（45）调质28~32
模柄
（普通模柄）
（浮动模柄）
Q275
45
导柱、导套
（滑动）
（移动）
20
GCr15
56~62（渗碳）
62~66（渗碳）
固定板、卸料板、推件板、顶板、侧压板、承料板等
45、Q275
垫板
45（一般）
T8A、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12MoV（重载）
43~48
52~62
定位板
T8A
54~58
顶杆、推杆、（一般）
拉杆、打杆（重载）
45
Cr6WV、CrWMn
43~48
58~60
挡料销、导料销
45
43~48
压边圈
45、
T8A、T10A
43~48
48~52
导正销、侧刃、废料切刀、斜楔、滑块、导向块等
T8A、T10A、9Mn2V、Cr12、Cr6WV
50~62
护套、衬板
20
弹簧、簧片
65Mn、60Si2MnA
42~46
螺母、垫圈
Q235
螺钉、螺栓、销钉
45
43~48
凸模和凹模选用Cr12MoQ2
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