四孔花形垫片冲孔落料倒装式复合模具设计.docx

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四孔花形垫片冲孔落料倒装式复合模具设计

四孔花形垫片冲孔落料倒装式复合模设计

摘要

冲裁是利用模具使板料产生分离的一种冲压工序。

本设计通过对冲裁件的工艺分析，主要工艺参数的计算，编制了正确的工艺路线。

在分析的基础上，为零件设计了一副典型的冲孔落料复合模。

本设计详细的介绍了模具的设计过程，包括凹凸模，卸料版等成形零件的设计和重要的工艺参数的选择和计算，详细的描述了冲裁模的设计过程。

在本次垫片的冲孔落料复合模的设计中，我通过对零件的工艺分析，零件主要工艺参数的计算，为零件的加工设计了一套典型的冲孔落料倒装复合模。

其中包括了零件的工艺分析，冲压方案的选择，排样方法的选择，冲模压力的计算，凹凸模刃口尺寸的计算，对模具中模座的选择，各种定位零件的选用，模具中个重要零件尺寸的确定进行了确定。

最后通过努力，初步设计了一副典型的垫片加工的冲孔落料复合模

关键词：

冲裁模；模具设计；复合模

Abstract

Punchingisakindofstampingprocessmakesthemixtureseparationusingmold.Thisdesignthroughtheprocessofblankingpartsanalysis,calculationofthemainprocessparameters,theprocessrouteiscorrect.Onthebasisoftheanalysis,todesignatypicalpunchingBlankingCompounddie.Thisdesignintroducesthemolddesignprocess,includingconvexandconcavemold,calculationandselectionofpartsofthedesignandtheimportantprocessparameterssuchasdischargeplateforming,adetaileddescriptionofthedesignprocessofblankingdie

Inthepunchingthegasketdesignofblankingcompounddie,Ithroughtheanalysisofthetechnologyofparts,calculationofthemainprocessparametersofparts,aspartoftheprocesstoasetoftypicalpunchingblankingcompounddiedesign.Includingpartsoftheprocessanalysis,stampingschemeselection,layoutmethodselection,calculationofdiepressure,diecuttingedgesizeccalaulationofoncaveandconvex,onthechoiceofmoldbasemold,selectionofpositioningparts,determinedthemoldinimportantpartdimensionsweredetermined.Finally,throughtheefforts,punchingthepreliminarydesignofatypicalgasketprocessingBlankingCompoundDie

Keywords，Compounddie；molddesign；blankingdie

目录

中文摘要2

英文摘要3

前言4

第一章引言5

第二章：

冲裁件的工艺分析6

2.1分析零件的冲压工艺性6

2.2冲压工艺方案的制定6

第三章零件冲模结构的确定7

3.1模具的形式7

3.2定位装置8

3.3卸料装置8

3.4导向零件的设计8

3.5模架的设计9

第四章零件冲压工艺的计算9

4.1零件的排样9

4.2计算冲压力及选择压力机9

4.3计算模具压力中心11

4.4计算模具刃口尺寸11

第五章复合膜主要零件的设计计算12

5.1落料凹模12

5.2冲孔凸模长度的计算13

5.3选定定位和弹簧的标准14

5.4凸凹模固定板尺寸和凸凹模长度的确定15

5.5漏料孔及垫板结构的设计16

5.6卸料版的设计16

5.7模座设计17

5.8冲模闭合高度的确定17

5.9模具总装示意图18

第五章结束语18

参考书目20

致谢21

前言

“人生天地之间，若白驹过隙，忽然而已。

”--------------------庄子

转眼间，人生美好最美好的时光大学生活即将结束，每当想起，就会莫名的平添几分感伤，但更多的还是欣喜：

学校不能变成为我们永远的避风港，我要勇敢的走出校门，去融入社会，学习更多的知识，迎接新的挑战。

回顾大学四年的学习，真的很让人怀念。

我很庆幸自己读的是我很喜欢的专业，通过四年的学习，基本掌握了机械从设计到制造这一大体的流程，基本达到了学习的目的。

在这大学学习阶段即将结束的末尾，我们迎来了能够对大学四年学习起到巩固和总结的毕业设计，我争取自己能在大学四年中最后的一个学期里更好的完成这一个任务，尽自己的努力把毕业设计做的更好，为自己的大学生涯画上一个完美的句号。

这次毕业设计大概总共花了两个月的时间，由于模具这门课程是大三下学期学的，当时面临着找工作的巨大压力，所以对模具的知识一知半解，更别谈到设计了，面对这样的问题，我一切从实际出发，去图书馆，互联网上查阅了大量的资料，从模具最基本的知识看起，果然功夫不负有心人，不到半个月的时间，我基本掌握了模具关于设计和制造的基本知识，头脑中有了一个大体的轮廓，于是开始着手于毕业设计的开工。

在毕业设计的过程中遇到了很多棘手的问题，我又开始查阅新的资料，实行各个击破，还有的问题自己实在寻不到答案，于是打电话给段武茂老师，寻求帮助，段老师每次都会很热情的为我解答我所遇到的问题，在这里向段老师表示感谢。

通过这次的毕业设计，基本达到了学习的目的，即巩固了以前学过的知识，又学到了新的东西，让我受益匪浅，终生受用。

在这毕业之际，我要感谢我的母校和工学院的老师们，是你们教给我新的科学知识和许多做人的道理，让我得到了很大的成长。

祝：

母校：

繁荣昌盛，前程似锦。

老师：

工作顺利，身体健康。

2013年5月03日

于农大公寓

第一章引言

模具行业在汽车，拖拉机，飞机，家电行业，工程机械，日用五金等制造行业，起着极为重要的作用。

采用模具生产毛坯或成形零件，是材料成形的重要方式之一。

我国模具行业总产值都以每年10﹪的速度增长

冲裁是主要的冲压工序之一。

冲广义上讲，冲裁是分离工序的总称，它包括落料，冲孔，切断，修边，切舌等多种工序。

但一般来讲，冲裁主要是指落料和冲孔工序。

冲裁模就是落料，冲孔等分离工序使用的模具。

冲裁模的工作部分零件与形成模不同，一般都有锋利的刃口来对材料进行剪切加工，并且凸模进入凹模的深度较小，以减少刃口的磨损，从冲裁的应用非常广泛，它既可以直接冲出所需形状的成品件，又可以为其他工序制作毛胚。

设计根据工件的尺寸和相关的技术要求。

因为工件无特殊要求。

所以设计一律按国家标准选择上下模座及模架和相关的标准件，并符合相应的技术要求。

复合模零件不允许有裂纹，工作表面不允许有划痕、机械损伤、锈蚀等表面缺陷。

经热处理后的零件硬度应均匀，不允许有软点和脱碳区，并清除氧化物等。

复合模各零件的材料和热处理硬度应优先按《实用模具设计与制造手册》中表22.2-3、表22.2-4选用，允许采用性能高于表22.2-3、表22.2-4规定的其他钢种。

零件图中普通螺纹的基本尺寸应符合GB/T196的规定，选用的极限与配合应符合GB/T197的规定。

零件图上未注明倒角的尺寸，除刃口外所有锐边均应倒角或倒圆。

视零件大小，倒角尺寸为0.5×45º～2×45º，倒圆尺寸为R0.5～1mm。

经磁性吸力磨削后的钢件应退磁。

第二章：

冲裁件的工艺分析

制定工艺时首先应仔细阅读零件图，了解零件的结构和技术要求，并进行工艺分析。

制定正确的工艺方案，是对零件的质量的有力保证，而且能使模具发挥最大的经济效益。

2.1分析零件的冲压工艺性

该零件如上图所示。

产品材料为45钢退火，厚度为0.2mm，是一个带有四个圆孔的不规则物体。

但是产品结构并不复杂，孔与孔之间，孔与零件边缘之间的最小距离c>1.5t,零件的生产批量无要求满足冲裁要求。

外形尖角处建议过渡圆角值为0.25mm，零件结构需要经过冲孔和落料两道冲压工序。

零件图上的所有的尺寸均未标注公差，属于自由尺寸，即在IT12—IT18取公差值,按IT13级确定工件尺寸的公差。

可查《互换性与测量技术基础》公差表。

2.2冲压工艺方案的制定

当工序较多，不易一下确定工艺方案时，最好先确定出零件的基本工序，然后将各基本工序作可能的组合排出顺序，以得出不同的工艺方案。

再根据各种因素，进行分析比较，找出适合于具体生产条件的最佳方案。

对于本工件，需要包括以下工序：

落料，冲底孔。

根据这些基本工序，可拟出如下三种方案：

方案1：

落料，冲底孔全部按基本工序设计，使用单工序模。

方案2：

落料冲孔复合冲压，采用复合膜生产

方案3：

冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。

经分析，模具结构不复杂。

但是需要两道冲压工序完成加工，如需要两副模具的话生产效率低，零件精度差，如生产量大的话则不适用。

方案二只需要一副模具，且冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，尽管所需的模具会更复杂，但由于零件的几何形状并不复杂，所以模具的制造并不困难。

方案三也只需要一副模具。

生产效率也高，但欲保证同样的精度的话，模具将会比方案二复杂。

因此这里选择使用复合模具进行生产。

第三章零件冲模结构的确定

3.1模具的形式

复合膜又可以分为正装式复合模和倒装式复合模

（1）正装式的特点：

正装式复合膜工作时，板料是在压紧状态下分离的，因此冲出的冲件平直度较高，但工件和冲孔废料都将落在凹模表面上。

必须加以清除后才能进行下一次冲裁，有可能影响操作和安全，对多孔工件不宜采用。

（2）倒装式的特点：

倒装式复合膜的冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，其结构简单，操作方便。

但凸凹模内积存废料，张力较大，因此倒装式复合膜因受凸凹模最小壁厚的限制不宜冲制孔壁过小的工件。

同时，采用刚性推件的倒装式复合膜，板料不是处在被压紧状态下冲制，因此工件表面平直度较差。

经分析，此工件有四个孔，若采用正装的，操作会很不方便，另外此工件无较高平直度要求，工件的精度要求也低，所以从操作方面考虑决定用倒装式复合膜

3.2定位装置

在条料的横向定位装置一般有导料板与导料销，在复合膜上通常采用导料销来进行导料，导料销有固定式和弹顶式两种基本类型，这次设计中采用导料螺栓横向固定。

因为他结构简单，使用方便，对模具强度削弱小。

在零件的纵向定位中活动挡料销通常安装在倒装复合膜的弹压卸料版上，在这选用活动挡料销纵向定位，安装在下模座，工作时可随着凹模的下行而压入孔内，工作方便。

3.3卸料装置

（1）条料的卸除：

卸料装置分为固定卸料装置，弹压卸料装置和废料切到装置。

弹性卸料装置适宜加工t<1.5mm的薄板冲裁，这里选用弹性卸料板。

因为是倒装式复合膜，所以卸料板安装在下模。

（2）工件的卸除：

卡在凹模中的冲件由打杆，推板。

，推杆，推件板组成的刚性推件装置推出，落到模具工作面上。

（3）冲孔废料的卸除：

冲孔废料直接由冲孔凸模冲凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便。

3.4导向零件的设计

常见的导向装置有导板式，导柱导套式，滚珠导向式。

其中导板导向在模具上安装不太方便，而滚珠式则是结构比较复杂，因为零件的加工精度要求不高，这里选用导柱导套式进行导向即可，而且模具在压力机上的安装比较简便，操作方便还能降低成本

3.5模架的设计

根据国家标准，模架主要有两大类：

导柱模模架和导板模模架。

其中导板模模架的特点使其一般用于带有细凸模的级进模，因此在这里对导板模模架不作考虑。

而在导柱模模架中，后侧导柱模模架刚性与安全性较差，工作不够平稳，缺点太过明显，因此也不作选择，本设计决定选用中间导柱模架。

第四章零件冲压工艺的计算

4.1零件的排样

零件的排样分为有废料排样，少废料排样，无废料排样。

在本次设计中，零件的生产批量未知，若是生产单个零件，则无需设计排样方法，因为在本次设计中，对零件的排样不做设计，

4.2计算冲压力及选择压力机

冲裁力的公式为

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.

P孔=KL孔tτ

式中K——系数，查表取K=1.3；

L孔——冲孔周长，L孔=πd=π×（16+6+7+7）=113（mm）

t——材料厚度，t=0.2mm

τ——材料抗剪强度,MPa，查《手册》，45钢退火，τ=440~560MPa，取τ=500MPa。

所以P孔=KL孔tτ=1.3×113×0.2×500=14690N

P孔=14.69KN

（2）落料冲裁力

P落=KL落tτ

因为零件图的外形尺寸并不规则，因此这里对落料的周长进行一个估算，估算结果如下

L落=152.41mm

所以P落=1.3×152.41×0.2×500=19813.3N

取P落=20KN

（3）卸料力Px=KxP落

式中Px——卸料力Kx——卸料系数，查表取Kx=0.04~0.05.取Kx=0.045所以Px=0.9kN

（4）推料力Pt

Pt=KtP孔n

式中Kt——推料系数，查表取Kt=0.055；

n——同时梗塞在凹模内的工件数，取n=3

Pt=0.055×14.69×3=2.4KN

（5）顶件力

Pd=Kd（P落+P孔）

式中Kd为顶件系数，查表的Kd=0.06

Pd=0.06×（20+14.69）=2KN

（6）计算总冲压力P总在冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。

计算总冲压力Fz。

原则上只计算同时发生的力，并根据不同的模具结构分别对待，当采用弹性卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为

P总=P+Pt+Px=14.69+20+2.4+0.9=38KN

所以初选压力机的总压力应大于38KN

4.3计算模具压力中心

因为该零件的外形并不规则，也不对称。

通常确定复杂形状冲裁件的压力中心和多凸模模具的压力中心时有两种方法；因为计算较为复杂，在这不作具体计算。

4.4计算模具刃口尺寸

（1）冲孔凸模，凹模。

因为零件有四个孔，在这我们的计算以直径d=7mm的孔的计算为例，其余的孔计算方法与这个孔一致。

dt=（dmin+x△1）0δtda=（dmin+x△1+Zmin）δa0

以上各式中dt——冲孔凸模刃口尺寸：

da——冲孔凹模刃口尺寸；

dmin——冲孔件孔的最小极限尺寸dmin=7mm。

x——系数，查表x=0.5

△1——工件孔径公差，数字为0.2mm

δt——凸模刃口尺寸制造偏差，查表，数值为-0.02mm

δa——凹模刃口尺寸制造公差，查表，数值为0.02mm

Zmin——凸凹模最小初始双面间隙，查表Zmin=0.014mm

所以计算得出dt=7.10-0.02mmda=7.114+0.002mm

直径D=6mm的孔的刃口尺寸为：

dt=6.10-0.02mmda=7.114+0.002mm

直径D=16mm的孔的刃口尺寸为：

dt=16.10-0.02mmda=16.114+0.002mm

校核满足∣δt∣+∣δa∣≦Zmaax-Zmin

设计合理

（2）落料凹。

凸模。

Da=（Dmsx-x△）δa0Dt=（Da-Zmin）0δt

式中Da——落料凹模刃口尺寸；

Dt——落料凸模刃口尺寸；

Dmsx-——落料件最大极限尺寸。

数值为47mm；

△——落料件外径公差，数值为0.39mm

δt——凸模刃口尺寸制造偏差，查表，数值为-0.02mm

δa——凹模刃口尺寸制造公差，查表，数值为0.03mm

Zmin——凸凹模最小初始双面间隙，查表Zmin=0.014mm

x——系数，查表x=0.5

所以Da=46.8+0.003mmDt=46.7910-0.02mm

校核满足∣δt∣+∣δa∣≦Zmaax-Zmin

设计合理

第五章复合膜主要零件的设计计算

5.1落料凹模

这里对落料凹模简要的表示如下图。

图5——1

图中标识了落料凹模其重要的尺寸

凹模孔口的高度不宜过大，一般可按材料的厚度选择，在厚度<0.5mm的时候h=3——5mm。

（1）凹模厚度

Ha=

P落=20KN，带入数值其厚度为12.6mm取整数为Ha=13mm

凹模周界尺寸的计算：

因为凹模刃口为复杂形状，所以

W1=2Ha得出W1=26mm

B=Da+2W1B=98.7mm，取整数其数值100mm，在这里取落料凹模的长和宽为相同的数值L=B=100mm。

5.2冲孔凸模长度的计算

凸模的结构类型分为标准圆凸模、凸缘式凸模、直通式凸模。

根据设计要求，本设计的凸模采用非标准件。

凸模长度主要是根据模具的结构，并考虑修磨，操作安全，装配等的需要来确定。

当按冲模典型组合标准选用时，则可以取标准长度，否则应该进行长度计算，凸模的长度计算公式如下

L=h1+h2+h3+h

式中h1为凸模固定板厚度；h2推块固定板厚度，推块固定板厚度使其值=14mm，h3凹模厚度，考虑到凸模会比凹模先接触板料。

使h3=13.5mm；h为增加长度。

根据经验公式可得

h1=（0.6~0.8）Hk=（9.8~10.4）=11mm

L=11+14+13.5=38.5mm

5.3选定定位和弹簧的标准

卸料弹簧的设计

（1）：

单个弹簧所承受的负荷P0,已知总卸料力Px=0.9kN

设卸料弹簧个数为4个，所以

P0=Px÷n

其中n为卸料弹簧个数

所以P0=225N

（2）：

根据P0的大小从标准中初选弹簧规格

初选弹簧参数：

弹簧中径D=30mm，弹簧钢丝直径d=6mm，节距=7.8mm，许用工作负荷[P]=1312N;最大负荷下的许用压缩量[F]=12.7mm；弹簧的自由长度H0=80mm；弹簧有效圈数n=9.4；最大负荷下的单圈变形量f=1.4mm

（3）弹簧压缩量F0

F0=[F]÷[P]×P0

计算的出F0=2.18mm

经校核，弹簧规格符合要求

材料的定位上文分析过，其结构形式如图

（挡料销结构组织图）图5——2

5.4凸凹模固定板尺寸和凸凹模长度的确定

图5——3

（凸凹模固定板上的布置情况）

其中凸凹模固定板的结构如上图，其中卸料弹簧分布套在卸料螺钉上。

厚度为25~30mm。

凸凹模长度

Hta=H0-F0+Hx-2-10

式中H0-——弹簧的自由长度，mmH0=80mm；

F0-——弹簧压缩量，mm，F0=2.18mm；

Hx-——卸料板厚度，mm，取Hx=10mm

计算得凸凹模长度为Hta=80.28~=80mm

5.5漏料孔及垫板结构的设计

在本次设计中，漏料孔的直径设计为比孔的直径大2mm。

所以漏料孔的直径分别为8mm，9mm，18mm，凹模刃口高度的尺寸设为4mm

在冲裁时，在凸模固定板与上模座之间加一块淬硬的垫板，可以避免硬度较低的模座因为局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷，致使模具松动。

垫板的平面形状与固定板相同，其厚度一般取6~10mm。

如果结果需要，可以适当增大垫板厚度，如果模座是用钢板制造的，当凸模截面面积较大时，可以省去垫板。

5.6卸料版的设计

卸料版的形状设计如上面凸凹模固定板的形状一样，厚度取10mm

5.7模座设计

本次设计中采用的为国家标准中间导柱上下模座，具体参数按照国家标准设定。

材料选择为HT200

图5——4

模座的具体参数根据中间导柱上模座结构参数的表格确定。

5.8冲模闭合高度的确定

概念~冲模闭合高度是指模具在最低工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）

压力机的闭合高度，是指滑块在下止点时，工作台面（不含垫板高）至滑块下平面间的距离。

要求：

模具的闭合高度与压力机的闭合高度相协调。

5.9模具总装示意图

图5——5

第五章结束语

历经近二个月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计进行最后的检查。

在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教各位老师和同学有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。

在设计的过程中，同学查看大量的书籍和去图书馆查资料，大大的提高了自己的自学能力。

并且自己在大学学习生涯中忘得差不多的东西又重新的温习了一边，感觉只是在自己的脑海里沉淀了。

本设计我尽量的使用标准件，目的就是为了降低模具从设计到试制到生产加工的时间成本与物质成本，符合现代模具设计生产的高效快速原则。

在设计过程中，处处以最大限度降低成本为衡量标准，并同时注重设计与制造的差异性，力求将这种差异性在符合设计要求的情况下减少至几近消除。

从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对模具的认识过程亦是如此。

经过一个月的努力，我相信这次毕业设计一定能

为四年的大学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。

但由于本人水平有限，设计中肯定会有许多不当之处或者错误，敬请老师指正，我不胜感激。

参考书目

[1]郭成，储家佑主编.《现代冲压技术手册》.中国标准出版社.

[2]高军主编.《冲压模具标准件选用与设计指南》.北京大学出版社,05版.

[3]韩英淳主编.《简明冲压工艺与模具设计手册》，上海科学技术出版社,06版.

[4]何铭新钱可强主编.《机械制图》，高等教育出版社,第五版.

[5]蒋晓主编.《AUTOCAD2008机械制图》，清华大学出版社.

[6]陈于萍周兆元主编.《互换性与技术测量基础》,机械工业出版社.

[7]周玲主编.《冲模设计实例详解》，化学工业出版社.

[8]徐新成主编《冲压工艺及冲模设计》，机械工业出版社.

[9]杨占尧主编《冲压模具典型结构图例》

致谢

在这次设计过程中得到了断武茂等老师以及许多同学朋友亲人的帮助，特别是断老师悉心指导，使我受益匪浅，同学之间的一些心得交流，让我增识不少。

在此，对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学朋友亲人表示衷心的感谢!