冲压模具设计毕业论文之欧阳生创编.docx
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冲压模具设计毕业论文之欧阳生创编
本科毕业设计（论文）
时间：
2021.02.08
创作人：
欧阳生
（2015届）
题目：
异形垫片冲压模具设计
专业：
机械自动化
班级：
11机械自动化三
姓名：
周龙
学号：
11207013329
指导教师：
蔡乐安
职称：
副教授
完成日期：
2015年4月17日
摘要（外文）
2
引言
3
一、
工艺设计
（一）
零件的工艺性分析
4
（二）
设计冲裁方案与优劣确定
4
二、
排样设计
（一）
搭边值确定
6
（二）
排样图展示
7
（三）
物料进距计算
8
（四）
确定条料宽度
8
（五）
导料板设置
8
三、
工艺计算
（一）
材料利用率
8
（二）
确定压力中心
9
（三）
冲裁力的计算
四、
模具总体概要设计
（一）
卸料方式选择
9
（二）
出件与送料方式选择
9
（三）
导向方式选择
10
（四）
模具总装图
10
五、
模具零件设计
（一）
刃口计算
11
（二）
导正销
15
（三）
卸料部件设计
15
（四）
凹模结构设计
16
（五）
凸模结构设计
17
六、
模架的选择
（一）
导柱、导套选用
18
（二）
上、下模座选用
18
（三）
材料选用
18
七、
压力机的选择
19
致谢
21
文献参考（附件及运动仿真）
22
异形垫片冲压模具设计与分析
摘要：
模具是现代化工业生产的重要工艺装备，被称为“工业之母”。
而冲压模具又在整个模具工业中的一枝独秀，发展极为迅速，它在人们的日常生活及现代工业生产领域中占有很重要的地位。
本毕业设计是关于异形垫片的冲压模具设计，通过分析异形垫片的结构，尺寸来确定其所选用的冲压方式、模具结构以及工位排版等设计内容。
并最终完成该零件的冲压模具二维图纸、三维立体及加工运动仿真。
当所有的参数计算完后，还要对模具整体的装配方案，主要部件的设计和装配的技术要求都进行分析。
以便能够清晰的表达出该零件的冲压加工过程。
关键词：
异形垫片；冲压模；设计
Abstract：
Knownasthemotherofindustry,themouldisanimportantmoderntechnicalequipmentofmodernindustrialproduction.Withtherapidlydevelopment,thestampingdieisthrivinginthemouldindustry.Itplaysanimportantroleindailylifeandinthefieldofmodernindustrialproduction.Thegraduationdesignisaboutthestampingdiedesignoftheprofiledgasket.Itcandeterminethedesigncontents,includingstampingmethod,themouldstructureandtheworkinglayoutbyanalyzingthestructureandthesizeofprofiledgasket.Andfinallythegraduationdesignfinishesthe2Ddrawing,the3Ddrawingandthemotionstimulationofthatpartstampingdie.Withallparametersdone,analysisontheassemblingofthemouldsandrequirementofmainpartsdesignandassemblingwasmade.Soitcanexpressthestampingprocessofthatpartclearly.
Keywords:
profiledgasket;thestampingdie;design
引言
背景：
据统计，2003年我国生产汽车冲压件约240万吨/8亿件，机动车冲压件约28万吨/19亿件，农业用车冲压件约96万吨/7.1亿件，家电及建筑用材冲压件100万吨/12.8亿件。
业内专家预计，随着冲压成形行业最大市场用户汽车行业今的迅猛发展，中国冲压业迎来了一个迅速发展机遇时段，但能否抓住机遇获得新的更快的发展，前进的道路上尚有许多阻力和障碍需要克服与突破。
意义：
选择冲压模的设计作为课题是因为课题涉及知识面较广，其主要目的是使自己能更好的巩固和融合大学生活中所学习到的知识，并运用于实际模具设计过程中，提高自身软件操作熟练度，设计思路及模具结构清晰度。
并且本设计的设计要求较高，对学生的设计能力是一个很好的锻炼。
课题研究内容包括机械工程及自动化学科的材料力学，热力学，机械原理，机械设计，公差与互换性，机械制造工艺等知识，特别锻炼学生设计规范性的能力。
使学生能得到全方位的锻炼。
课题要求学生具备较强的机械设计能力、逻辑思维能力和创新能力，对学生是一个挑战。
课题为典型的机械设计类课题，涉及机械知识全面，与工程机械专业方向结合紧密。
内容：
本毕业设计是关于异形垫片的冲压模具设计，通过分析异形垫片的结构，尺寸来确定其所选用的冲压方式、模具结构以及工位排版等设计内容。
并最终完成该零件的冲压模具二维图纸、三维立体及加工运动仿真。
以便能够清楚的表达出该零件的冲压过程。
一、工艺设计
（一）零件的工艺性分析
零件三维如图1-1所示，为许多机器上都需要用到的手柄，材料为厚度为0.15mm的H68，要求零件粗步应定为中批量生产，外精度要求不高，但表面必须要保证平整而圆孔是该零件需要保证精度的重点。
综上所述：
该零件适合冲压，零件的冲压性能良好。
图1-1异形垫片二维零件图
（二）设计冲裁方案与优劣确定
该冲压件由冲孔、压扁、落料等多个基本工序组成。
确定冲裁件工艺方案：
该冲裁件的成型工序包括落料和冲孔，对其可能的加工方案有以下三种：
方案一：
用单工序模进行生产。
先冲孔，后落料。
方案二：
用复合模进行生产。
冲孔加落料复合冲压。
方案三：
用级进模进行生产。
冲孔加落料级进冲压。
表1-1三个方案优劣程度的比较
三个方案的比较：
方案一：
模具结构简单，造价便宜，且每次冲裁所需的冲裁力较小，便于解决冲压设备冲压力吨位不足的问题。
其缺点在于难以保证零件的尺寸精度，且零件较小，二次冲孔时，不能准确定位，容易使人受伤，生产效率低。
易于加工和模具的维修，适用于小批量或试制件。
方案二：
只需一副模具，制件精度与生产效率较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚，模具强度能满足要求。
模具零部件加工制造比较困难，成本较高，并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制，使得一些内孔的间距、内孔与边缘的间距都较小的工件不宜采用。
方案三：
只需一副模具，生产效率高，模具寿命长，操作方便，精度也能满足要求，生产成本较低。
总结：
通过对上述三种方案的分析与比较,采用级进模（方案三）较为合理，精度较高。
二、排样设计
冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。
排样的目的在于材料合理化的消耗、提高生产效率和延长模具使用寿命，
根据材料利用率程度和成本降低方面，排样可以分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排样、斜排样、对排样、混合排样、多排样等多种排样形式。
在进行多工位级进模的设计时，首先要确定条料排样图的设计，因为条料排样图的设计是进行级进模设计时的一个重要依据。
多工位级进模条料排样图的设计是否合理，对模具设计及产品的最终成本的影响是很大的。
尤其是在大批量生产中，若设计的排样图出现错误，会导致制造出来的模具无法冲制所需零件。
除此以外，条料排样图一经确定，冲制零件的各部分在模具中的冲压顺序、模具的工位、工序数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载的设计形式等一系列问题也就被确定了。
在这套模具中，排样设计的总原则是：
先进行废料的冲裁和条料压扁，然后进行冲孔、压弯，最后切断，而且要时刻考虑模具材料的强度和刚度，以及结构的合理性。
（一）搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺的余料，称之为搭边。
搭边的用处是补足定位误差，保持工件条料有一定的刚度，保证零件质量与送料方便。
搭边值过大，材料浪费。
搭边值过小，冲裁时条料容易翘曲或被拉断，不仅会增加冲压件的毛刺，而且还会拉入凸模、凹模间隙中损坏模具刃口，导致模具寿命降低。
或影响送料工作。
根据制件厚度与制件的排样方法查表2-1得：
两制件之间搭边值a1=1.8mm.
侧搭边值a=2.0mm
图2-1搭边值二维
表2-1搭边值和侧边值
（二）排样图的展示
图2-2排样图二维
在进行这个级进模具的工序排样设计时，为提高模具寿命最好尽量分散各工位。
考虑到简化模具结构，该级进模一共有2个工位，其中包含有冲孔1个工位，落料1个工位。
（三）送料进距的计算
条料在模具上每送进一次的距离称为送料进距，每个进距都可以冲出一个或多个零件。
L=D+1.8=55+1.8=56.8（如图）
其中D、a1、l如图2-2所示
（四）确定条料宽度
由上述可知，冲裁件所采用的是有废料排样，且侧搭边值a=2.0mm，所以条料宽度为49mm。
同时可知板料规格：
板料H68，板料的长度：
500mm,宽度：
49mm,采用横裁的方法
（五）导料板设置
导料板是条料的向定位机构，对条料的宽度方向进行定位，从而使条料沿直线送进。
具体的工位安排如下：
冲孔→落料
三、工艺计算
（一）材料利用率计算
单个零件的材料利用率η=S/S0×100%=S/AB×100%
冲裁面积S
S=1000mm
n=1；B=49；L=518㎜
S指冲裁件面积
S0指所用材料面积，包含工件的面积和废料的面积
B指调料宽度、A指送料步距、N指一个步距内冲件数
η=S/AB=
×100%≈40.01%
由此可知，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，亦取决于排样形式和冲压方式。
因此，需要提高材料利用率，就必须合理排样，减少工艺废料。
（二）确定压力中心
冲压模具的压力中心指的是冲压时诸冲压力合力的作用点。
为了保证压力机与模具正常工作，必须让冲压模的压力中心和压力机滑块的压力中心相合。
不然会使得冲呀模和压力机滑块产生偏心载荷，从而会让滑块和导轨间的磨损变大，模具导向零件的磨损加模具和压力机的使用寿命减少。
冲压模的压力中心，可以按照下面的方法来确定：
单一的形状对称的冲裁件，其压力中心就是冲裁件的几何中心。
分布位置对称的相同工件，其压力中心和工件的对称中心相合。
不规则或则形状复杂的工件，其压力中心可用解析计算法。
解析法的理论根据是：
各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
所以他的合力作用点的座标位置（x0,y0），就是模具的压力中心
如图3-1、将工件周长分为L1/L2/L3……L10基本线段，求得各段长度及中心位置。
图3-1压力中心图
压力中心计算公式为
L1（0，21）=31.4L2（12，31）=4L3（30，42）=50.24L4（48，24）=19L5（50，10）=4
L6（55，5）=15.7L7（40，0）=20L8（26，4）=25.12L9（22，9.5）=3L10（16，11）=12
所以压力中心为点（28.159,20.216）
（三）冲裁力计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。
平常所说的冲裁力是指冲裁力的MAX值。
平刃冲模的冲裁力可按下式计算：
平刃口模具冲裁力：
Fp=KPLtτ
查常用黄铜的力学性能表得：
Σb=240—300Mpa取σb=300Mpa
查表得：
K卸=0.06，K推=0.07
F落料=Ltσb=172×0.15×300≈7740N
F冲孔=Ltσb=106.76×0.15×300=4804.2N
FQ=KFP=0.06×7740=437.4N
FQ1=nk1FP=6×0.07×7740＝3250.8N
FQ2=K2FP=0.08×7740=619.2N
F冲裁力=Fp+FQ+FQ1=4307.4N
四、模具总体概要设计
经分析，工件平整度要求低，尺寸精度要求低，形状简单，但是工件产量比较大，且材料厚度=0.15mm，为保证冲压模的生产率偏高，经过筛选，该多工位级进模决定实施工序集中的工艺方案，刚性卸料装置+普通导正销定距。
（一）卸料方式的选择
刚性卸料与弹性卸料相互比较：
刚性卸料是用固定卸料板。
一般用作卸料精度要求偏低的冲压件。
一：
且当卸料板仅仅起到卸料作用的时候和凸模之间的间隙随着材料厚度的增大而增大，单边间隙为0.2t-0.5t。
二：
当固定卸料板还具有对凸模导向作用的时候，卸料板和凸模的配合间隙要小于卸料板和凸模的冲压间隙。
工件精度要求偏低，料厚取0.15mm较薄，所以可以用刚性卸料方式。
（二）出件与送料方式的选择
因为采用级进模生产，所以采用刚性下出件。
（工件从模具下方脱落）
因为选用的冲压设备是开式压力机，所以采用横向送料方式，（由右向左送料）
（三）导向方式的选择
方案一：
采用导柱在模架对角的方式。
因为导柱装在模具压力中心对角线之上，所以上模座在导柱上滑动相对平稳。
方案二：
采用导柱在模架后方的方式。
由于前左右三方位没有限制，进料和人为操作相对方便。
并且导柱装在模架后方，工作时，模具的偏心距将导致导套及导柱的单边损耗，会严重影响到模具的使用寿命，并且这种导向方式不适用于浮动的模柄。
方案三：
采用四方都有导柱的模架方式。
该方式导向平稳、准确、可靠、刚性好。
常常用于冲裁件尺寸教大或者精度要求比较高的冲压件。
方案四：
采用导柱在模架中间的方式。
导柱装在模架的对称轴上，导向趋于平稳、准确。
但缺点是仅能一个方向送料。
根据以上四个方案的比较以及模具结构和送料方式的配合筛选，为了提高模具的寿命和工件的质量，采用方案一，即导柱在模架对角的导向方式，较为合理。
（四）模具总装图
图4-1模具总装图
五、模具零件设计
（一）刃口的计算
冲压件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，然而模具合理的间隙也要靠模具的刃口尺寸及制造精度来保证。
正确明确模具刃口尺寸和制造公差，是冲压模设计的主要任务之一。
从生产及实践中可以知道：
1、由于凸模与凹模之间有间隙，使得落料和冲出孔都带有锥度（毛刺），且落料件大端尺寸等于凹模的尺寸，冲孔件小端尺寸等于凸模的尺寸。
2、于测量和使用过程中，可发现落料件以大端尺寸为基准，冲孔孔径以小端尺寸为基准。
3、冲裁时，凸模与凹模要与冲压件或废料产生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，从而使得间隙就越来越大。
综上所述决定模具刃口尺寸和制造公差时，要考虑以下原则：
1、凹模尺寸决定落料件尺寸，凸模尺寸决定冲孔尺寸。
所以设计落料模时，将凹模做为基准，在凸模上取间隙；设计冲孔模时，将凸模尺寸做为基准，在凹模上取间隙。
2、考虑到冲压中凸模和凹模的损耗，在设计落料凹模时，凹模的基本尺寸取尺寸公差范围内的较小尺寸；在设计冲孔模时，凹模的基本尺寸取孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
如此在凸模与凹模损耗到一定程度时，依然可以冲出合格的冲压件。
凸凹模的间隙仍旧取合理间隙的最小值。
3、落实冲模刃口尺寸公差时，要考虑冲压件的公差要求。
若刃口精度要求太高（即制造公差过小），则会使得模具制造变得困难，成本变大，生产周期变茶长；若对刃口精度要求太低（即制造公差过大）则会使得生产出来的制件合格下降，模具的使用寿命降低。
如果工件没有标注公差，那么对于不是圆形的工件可以按照国家“配合尺寸的公差数值”IT14等级进行处理，冲模则可按照IT11等级进行制造；对于圆形工件则可按照IT17～IT9等级进行模具制造。
冲压件的尺寸公差则按“入体”原则进行单项公差标注，落料冲压件上偏差为零，下偏差为负；冲孔冲压件上偏差为正，下偏差为零。
表5-1磨损计算公式
凸凹模刃口尺寸磨损情况
基准件凹模的尺寸
配置凸凹模的尺寸
磨损后增大的尺寸
A=（Amax－x△）
按凸凹模实际尺寸配置，保证双面合理间隙2cmin—2cmax
磨损后减小的尺寸
B=（Bmin+x△）
磨损后不变的尺寸
C=（Cmin+x△）±0.125△
表5-2冲裁零件各部分周长
部位
周长/mm
大圆孔
50.24
中圆孔
37.68
小圆孔
18.84
切断部分
171.90
总周长
278.66
大圆孔=2πR=50.24
中圆孔=2πR=37.68
小圆孔=2πR=18.84
切断部分=31.4+12.56+15.7+50.24+19+7+32+4=171.90
冲孔模刃口尺寸计算公式：
变小的尺寸
变大的尺寸
不变的尺寸
式中AP，BP，CP为凸模刃口尺寸；
X—磨损系数，其值由参考文献；
—工件公差；
、
—凸、凹模制造公差，模具公差
按下面两式计算
凹模刃口：
图5-1凸模刃口
计算公式：
X=0.75
Δ=0.2
A1=（10.2－0.75×0.2）
=10.05
A2=（3.8－0.75×0.2）
=3.95
A3=（16.2－0.75×0.2）
=16.05
A4=（19＋0.1）±0.125△=19.01
A5=（3.8＋0.75×0.2）
=3.95
A6=（5.2－0.75×0.2）
=5.05
A7=（20＋0.1）±0.125△=20.1
A8=（8.2－0.75×0.2）
=8.05
A9=（2.8＋0.75×0.2）
=2.95
A10=（12＋0.1）±0.125△=12.1±0.125△=12.1
表5-3冲孔凸模加工工艺卡
图5-2冲孔凸模三视图
凸模刃口：
图5-3凹模刃口
计算公式：
b1=（15.8＋0.15）
=15.95
b2=（11.8＋0.15）
=11.95
b3=（5.8＋0.15）
=5.95
（二）导正销
对于冲压模使用导正销的目的在于消除用挡料销和导料板进行粗定位时的定位误差，保证冲压件在不同工位上冲出形状符合相对位置公差要求。
导正销主要运用在多工位级进模中，当然也可以用于单工序模，导正销一般设计在落料凸模上，与挡料销配合使用，所以我们采用导正销。
图5-4导正销安装在落料凸模上
如图所示：
a、b、c类型适用于导正直径小于10mm的冲孔，图d适用于导正直径为10-30mm的冲孔，图e适用于导正直径为20-50mm的冲孔。
为了方便拆装，针对较小的导正销也可以用图f所示的结构，更换相对便捷。
依据实际生产要求，本模具采用图c的导正销安装方式，材料为45钢，热处理硬度为43-48HRC，技术要求按JR/T7653-1994要求。
本模具设计的定位零件采用导正销定位。
（三）卸料部件的设计
本模具设计卸料零件的主要目的，是便于将零件冲压后卡死在凸模或者凹模上的冲压件或冲压废料卸掉，以保证模具下次进行正常冲压，一般用的卸料方式有：
刚性卸料方式、弹压卸料板。
刚性卸料一般也称固定卸料，特点是卸料力量大，卸料可靠，适用于板料较厚、卸料力较大、平直度要求较低的冲压件。
弹压卸料的特点是，综合卸料及压料的作用，冲压件的质量较好，平直度较高。
适用于质量要求较高的冲压件或板料较薄的冲压件。
因此，这次设计采用了刚性卸料方式。
刚性卸料装置的装配具有一定的装配要求：
在模具开启状态，卸料板要高出模具工作零件刃口0.3mm-0.5mm,方便卸料。
（四）凹模的结构设计
凹模：
在冲压过程中和凸模相互配合直接对冲压件进行分离或成形的冲压零件。
凹模刃口的类型如图5-4所示，其中a、b、c三种类型称为直筒式刃口凹模，它的特点是制造方便，刃口强度高，刃口磨损后工作部分尺寸不变，广泛用于冲压公差要求较小，形状较为复杂的精密冲压件。
但是因为废料的累积而大大增大了推件力和凹模的涨裂力，严重影响了凸、凹模的强度。
一般级进模和上方出件的冲压模用a、c类型，下方出件则用b、d类型，其中d类型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损相对较小，但刃口强度略差，刃口磨损后径向尺寸会增大。
综上本设计选用b型刃口。
由于该零件是H68材料比较软，该凹模材料应选45钢，热处理43-48HRC
图5-5凹模类型
外形尺寸计算：
一般凹模结构可以分为整体式和镶拼式两种，本次设计凹模采用整体式凹模，各种冲裁的凹模孔都采用线切割机床加工（快走丝慢走丝结合），安排模架上凹模位置时，要根据计算压力中心的数据，将压力中心和模柄中心相合。
它的具体凹模轮廓尺寸确定如下：
凹模厚度：
H=Kb（≥15mm）
凹模壁厚：
C=（1.5～2）H（≥30～40mm）
凹模外形尺寸：
B=b+2C、L=l+2c
式子中：
b——冲裁件的最大外形尺寸；（mm）；
K——系数，考虑板料厚度的影响（见书《冲压工艺与模具设计（第二版）高等教育出版社2006》表格）；
H——凹模厚度；
C——凹模壁厚；
B——凹模外形最大尺寸；
L——凹模外形的长度。
凹模厚度：
H=Kb=0.5×60=30mm；
凹模壁厚：
C=（1.5～2H）=（1.5～2）×30=45mm；
取凹模厚度：
H=30mm；取凹模壁厚C=45mm。
根据公式：
B=b+2C=66.8+2×45=156.8mm
L=l+2C=20+20+1.8+2×45=131.8mm
选取凹模外形尺寸B×L=156.8mm×131.8mm。
得凹模轮廓尺寸为200mm×160mm×30mm。
（五）凸模的结构设计
凸模结构可以分为整体式和镶拼式两大类，整体式凹模中根据加工方法的不同又可以分为直通式和台阶式两小类。
直通式凸模的工作部分以及固定部分其形状和尺寸做成一样，这一类凸模通常采用线切割（快走丝+慢走丝）方法进行加工处理，台阶式凸模一般用以机械加工进行处理，当形状过于复杂时，成型部分通常采用磨削成型。
对于圆形凸模，GB2836—81的冷冲模标准已经制定出了其标准结构形式与尺寸规格，因为在本毕业设计中凸模是由圆形结构和异性结构相结合的，所以综合来看采用整体式的直通式，配合凸模固定板（配合为H7/m6），并按照凸模的标准结构形式与尺寸规格进行选择。
模具刃口对于耐磨性的要求较高，同时要求要能承受冲裁所产生的冲击力，因此要有较高的硬度与韧性。
所以该凸模材料选则为SKD-11，热处理为43-48HRC，凸模与推件块的间隙为0.035mm。
表5-4凸模与推件块、导柱与导套的间隙
六、模架的选用
按凹模边界尺寸为凭据，凹模边界L=250mm，B=160mm，模架闭合后高度为180mm-230mm，查表（JB/T7181.4）可以知道模架为250mm×200mm×180mm-230mm（选取20
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