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1、冲裁模具毕业设计论文摘 要摘要：近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是冷冲模具提出了越来越高的要求，2004年，冷冲模具在整个模具行业中所占比例已大大上升，据有关专家预测，在未来几年中，中国冷冲模具工业还将持续保持年均增长速度达到15%左右的较高速度的发展。冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的垫片作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。本设计对垫片进行的级进模设计，利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过

2、程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。并绘制了模具的装配图和零件图。本课题通过对垫片的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。 关键词：冲压模具 冲压成型 模具设计第一章 零件工艺分析1.1 工件材料Q235塑性好，适合于制作各种型材，如板材、角钢、槽钢、工字钢等；同时它的焊接性能优良，适合于制造各种焊接结构。图1-1 零件图1.2冲压工序由图1-1可知零件只有冲孔和落料两道工序。1.3结构对简单，有两个10的孔和四个凸台，孔与孔， 孔与边之间距离满足冲裁要求。1.4 精度全部为自由公差

3、，可看作IT14级尺寸公差，精度等级要求较低，普通冲裁完全能满足要求。1.5公差查公差表可得各尺寸公差为：零件外形 ： 14.570.03060.030、17.570.030、13.070.030、3.70.030、1.750.030 、1.250.030 、12.570.030零件内形： 10.430.030 孔 心 距： 32 0.31 根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。第二章 工艺方案的确定2.1模具结构形式选择的基本原则(1)能冲出符合技术要求的工件(2)能提高生产率(3)模具制造和修磨方模具有足够的寿命(4)模具易于安装调整，且操作方便、安全2.2备选工艺方案

4、 共有三种工艺方案可供选择方案一：先冲孔，后落料，单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压，复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压，级进模生产。2.2.1备选工艺方案的比较表2.1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率

5、低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产2.3工艺方案的确定2.3.1工艺方案的分析在工艺分析的基础上，根据产品图纸进行必要的工艺计算，然后分析冲压件的冲压性质，冲压次数，冲压顺序和工序组合方式，提出各种可能的冲压工艺方案。通过对产品质量，生产效率设备条件，模

6、具制造和寿命，操作安全以及经济效益等方面的综合分析和比较，确定出一种适合于本零件生产的最佳工艺方案。 确定工艺方案时应考虑到以下内容：(1)冲压性质：剪裁，落料，冲孔，是常见的冲压工艺各冲压工序有其不同的性质，特点和用途.编制冲压工艺时，可以根据产品图和生产批量等要求，合理地选择这些工序：(2)冲压次数：冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数.对于拉深件，可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数.弯曲件或冲裁 件的冲压次数也是根据具体形状和尺寸及极限变形程度来决定.(3)冲压顺序：冲压件各工序的先后顺序，主要依据工序的变形特点和质量要求安排的，一般按下列原则进行：1)对于

7、带孔的或有缺口的冲裁件，如果选用简单模，一般先落料，再冲孔或切口.使用连续模时，则应先冲孔或切口，后落料.2)对于带孔的弯曲件，孔边与弯曲线的间距较大时，可以先冲孔，后弯曲.如边在弯曲线附近，必须在零件压弯后再冲也.孔与基准面的间距有严格要求时，应先压弯后冲孔.3)对于带孔的拉深件，一般来说，都是先拉深，后冲孔，但是孔的位置在零件底部，且孔径尺寸要求不高时 ，也可以先在毛坯上冲孔，后拉深.4)多角弯曲件，应从材料变形和弯曲时材料流动两方面安排弯曲的先后顺序.一般情况下，先弯外角，再弯内角.5)对于形状复杂的拉深件，为了便于材料变形和流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状.6)整形或校平工序，应

8、在冲压件基本成形以后进行. 该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔、落料。其中，冲孔和落料属于简单分离。(4)组合方式：工序的组合方式可以选用复合模和连续模，主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素.一般按下列原则进行：1)对于多孔的冲裁件，当孔之间的间距， 孔与材料边的距离大于允许值时，最好落料与冲孔在一道复合工序中完成.2)当弯曲件的平直高度大于10mm时，弯曲工序一般与冲裁工序分开单独行.3)对于形状复杂的弯曲件，为简化模具设计过程，降低模具制造成本，一般安排由两道划两道以上的工序来完成;而形状较简单的弯曲件(如V形，U形，Z形等)，应尽量采用一道工序弯曲成形.(5)卸料装置：冲孔时

9、，由于孔口部分的回弹，料片卡在冲子上随冲子一起向上运动，因此需要有卸料装置把料片推下.在实际冲裁时，由于弹性卸料装置可以平整工件，且使模具结构简单， 因此采用弹性卸料装置.(6)导向装置：分析工件可知，虽然模具间隙很小，但由于其料厚为1.0，且此网孔的作用系散热，精度要求不是太高，所以可以不用外导柱来导向，只需用内导柱即可.(7)针对与该水管压盖零件而言该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔且拉深后翻边再落料。其中冲孔和落料属于简单的分离工序而拉深翻边则属于弯曲成型。(8)综合分析，冲裁件的尺寸精度不高，形状不大，但产量大，根据材料较厚工序较多的特点，为保证孔位精度和较高的生产率，以及防止拉深开裂

10、等。实行工序集中的工艺方案，即采用吊装式导正钉定位、双侧刃定距、固定卸料装置、压边装置、自然漏料方式的连续冲裁模结构。2.3.2工序组合方案的确定方案1先落料后冲孔，采用单工序模生产；方案2 落料冲孔复合冲压，采用复合模；方案3 冲孔落料级进冲压，采用级进模。分析：方案一：模具结构简单但是生产成本很高；方案二：生产的零件精度都很高，操作也很方便定位容易；由工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式；方案三：生产效率低，操作不便，工件定位很难。结论： 采取方案二为佳。第三章 主要数据的计算3.1零件毛坯尺寸确定排样方式和计算材料的利用

11、率因大批量生产，为简化模具结构采取单样有废料的排样方法表3-1搭边值和侧边值的数值材料厚度t（mm)圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件长度50矩形或类似矩形制件长度50工件间a侧边a1 工件间a侧边a1工件间a侧边 a10.251.01.21.21.51.52.51.82.60.250.50.81.01.01.21.22.21.52.50.51.00.81.01.01.21.52.51.82.611.51.01.31.21.51.82.82.23.21.52.01.21.51.51.82.03.02.43.42.02.51.51.91.82.22.23.22.73.7查表3-1得搭边值a=1

12、.8mm a1=2 (a-工件间. a1-侧边)条料宽度：B=59+4=63送料进距：A=24+1.8=25.8冲裁面积：S=6912材料利用率的计算如图一个步距材料的利用率为：=(s/BA)100% =(691/25.825.8)100% =42.5%板材宜选6501300的钢板，每张钢板可剪裁为10张条料（631300），每张条料可冲50个工件，则总=(nS)/(LB)100% =(50691)/(65013000)100% =40.9%即每张板材的材料利用率为：40.9%式中 n-条料上实际冲裁的零件L-条料长度B-条料宽度S-一个零件的实际面积图3-1 排样图3.1工艺计算3.2.1模

13、间隙的确定根据JB/Z27186规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号C表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。（1）间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。（2）间隙对模具寿命的影响模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁

14、过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。（3）间隙对冲裁工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的520%左右时，冲裁力的降低不超过510%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的1525%左右时的卸料力几乎为零。但间

15、隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。（4）间隙值的确定由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计

16、与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据材料厚度t=1.5mm由查表法可得出：2Cmin =0.132mm2Cmax =0.240mm由于工件形状较简单，所以可分别加工凹、凸模。3.2.2凸、凹模刃口尺寸的确定（1）因制件精度全部为自由公差，故模具制造精度用IT6-IT7级精度。查表得凸、凹模制造精度偏差为：d=+0.03mmp=-0.02mm（2）因制件是批量生产故选择系数x=1.0mm于是按配合加工冲裁模刃口各部分尺寸为：其中按GB/T1800.2选取A类尺寸（轴类零件）Dp=(D+X)0-p=（10+0.43）0-0.02=10.4

17、30-0.02dd=(dp实+2Cmin)配制B类尺寸（孔类）Bd=(B-x)d0=(15-0.43)00.03=14.5700.03Cd=(C-x)d0=(16-0.3) 00.03=5.700.03Ad=(A-x)d0=(18-0.43) 00.03=17.5700.03Ed=(E-x) d0=(13.5-0.43) 00.03=13.0700.03Gd=(G-x) d0=(4-0.3) 00.03=3.700.03Hd=(H-x) d0=(2-0.25) 00.03=1.7500.03Id=(I-x) d0=(1.5-0.25) 00.03=1.2500.03J=(J-x) d0=(13

18、-0.43) 00.03=12.5700.0C类尺寸（非轴非孔）B=32/2=320.31dd=(dp实-2Cmin)配制校核间隙：|d |+|p |2Cmin+ 2Cmax |d |+|p |=0.052Cmin+ 2Cmax=0.108即|d |+|p |2Cmin+ 2Cmax满足要求3.2.3冲裁力计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。查表得Q235的抗剪强度b=400MPaF冲孔=0.8Ltb=0.83.14251.5400=37680NF落料=0.8Ltb=0.8134.51.5400=4

19、3040N落料时的卸料力为：查表3-2取k=0.03F xi=kF=0.0343040=1291N冲孔时的推件力：查表3-2得k=0.05Ft = nktF=20.0537680=3768NF设备= F 冲孔+F落料+ F xi + Ft=37680+43040+2412.6+8072 =91213.6N =91.2136KN表3-2 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.0

20、50.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.093.3压力中心计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：（1）.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算

21、法求出冲模压力中心。由零件图1-3所示，因零件左右对称，即x0=0故只计算y0将工件周长分成L L1 L2 L3 L4 L5L9基本线段求得各段长度及中心位置。 图1-3 压力中心数据如下：L= 10.4 y= 6.25 L1=6.99 y1=9.78L2=6 y2=14.1 L3=6.51 y3=12.06L4=8 y4=7.16 L5=5.01 y5=6.58L6=6 y6=4.62 L7=5.01 y7=0.94L8=21 y8=3.5 L9=9.6 y9=6.25Y0= Ly+ L2y1+L9y9/L+L1+ L2+L9=6.5由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标

22、原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具压力中心依然选在坐标原点。第四章 主要零件的设计和冲压设备的选择4.1凹模的设计4.1.1凹模厚度的计算H=kb15=590.28=16.52式中k为系数查表得K=0.28b-冲裁件的最大外形尺寸.凹模壁厚为： C = (1.52)H =(1.516.5216.522) =(24.7833.04)实取30凹模周界： LB = (159+32)(24+32)=11984 查标准 凹模板宽：B=100故确定凹模板外形为12510030（）4.1.2凸模长度的计算冲孔凸模长度： H=h1+h2+h3+h4 =20+30+4+3 =57 h1 -凸模固定板 h

23、2-凹模高度 h3-凸模进入凹模的深度 h4-凸模修磨量4.1.3其他模具模板尺寸其他模具模板尺寸列于下表：序 号名 称长*宽*厚（mm）材 料数 量1上垫板160*100*6T8A12凸模固定板160*100*1645钢13卸料板160*100*1845钢14下垫板160*100*6T8A14.2主要工作零件强度校核4.2.1凸凹模强度校核根据强度要求查冲压工艺与模具设计表知，m=3.8，m-最小壁厚 t=1.5 实际壁厚为4满足要求4.2.2凸模强度校核因为冲孔凸模长度： H=h1+h2+h3+h4 h1-凸模固定板厚度 h2-凹模板厚度 h3-凸模进入凹模的深度 h4-凸模修磨量因冲孔不

24、是小深孔且凸模按整体式结构完全满足要求4.2配合模架尺寸选择冲压设备根据模具零件结构尺寸，查标准GB/2858.1-81矩形模架规格()选取后侧导柱160100标准模架一副。根据总冲压力 ，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，查表得可选用J23-16开式双柱可倾冲床一台。其主要工艺参数如下：公称压力：160（KN）滑块行程：55（）行程次数：120（次/min）最大闭合高度：220（）连杆调节长度：45（）工作台尺寸（前后左右）：300450（）模柄尺寸()：直径：40 深度：604.3模具闭合高度确定模具的闭合高度H模具应介于压力机的最大装模高度Hmax与最小装模高度Hmin之间，如果H模具小

25、于Hmin，则需在压力机工作台上加垫块，以达到使用要求：Hmin+10mmH模具Hmax-5mmH模具=198mm ，J23-16开式双柱可倾式压力机最大装模高度为220，连杆调节量为45，故有 Hmax=220 Hmin=220-45=175185198()215()即 H模具Hmin+10Hmax-5因此，需在压力机工作台上加垫板使其满足 Hmin+10H模具Hmax-54.4模板类零件的固定模板类零件包括凸模固定板、凹模板、导料板等，一般采用销钉定位，内六角螺钉连接当模板层少于三层时，可用一个螺钉连接，超过三层，应分层连接.本模具设计中，因使用快速换凸模机构故将上模座，上模垫板，上模固定

26、板，用一螺钉连接，它们间用销钉定位凸模盖板只起固定凸模上下方向作用，只需用螺钉固定在凸模固定板上，无需销钉定位。4.5主要零部件加工工艺过程卡4.5.1冲孔凸模加工工艺过程 材料T10A 硬度：5660HRC序号工序名称工序内容1备料锻件（退火状态）20702热处理退火，硬度达18020 HB3车车一端面，打顶尖孔，车外圆至17 掉头车另一端面，长度至尺寸65，打顶尖孔。双顶尖顶，车外圆尺寸150.04，11.030.04至要求；车尺寸16至要求。4检验检验5热处理淬火，硬度至5660 HRC 6磨削磨削外圆尺寸10.430-0.02，160-0.11140-0.02至要求。7线切割切除工作端

27、面顶尖孔，长度尺寸至54要求8磨削磨削端面至Ra0.8m 9检验检验10钳工装配（钳修并装配，保证配合间隙）4.5.2落料凹模加工工艺过程 材料Cr12 硬度：6064HRC序号工序名工序内容1备料锻件（退火状态）：13010518.7mm2粗铣铣六面到尺寸125.3100.317.7mm.注意两大平面与相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直3平面磨磨光两大平面厚度达17.3mm并磨相邻两侧面达四面垂直，垂直度0.02mm/100mm.4钳划线 划出各孔中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸钻孔 钻螺纹底孔 销钉底孔凹模洞口穿线孔铰孔 铰销钉孔到要求攻丝 攻螺纹孔到要求5热处理淬火，使硬度达6064HRC6平

28、面磨磨光两大平面，使厚度达17mm（续表）7线切割割凹模洞口，并留0.010.02mm研余量8钳研磨洞口内壁侧面达0.4m9钳用垫片层保护凸凹模与凹模间隙均匀后，凹模与上模座配做销钉孔10平磨磨凹模板上平面厚度达要求11钳总装配4.5.3凸凹模加工工艺过程 材料Cr12 硬度：6064HRC序号工序名工序内容1备料锻件（退火状态）：13010537.62粗铣铣六面见光125.3100.3343平磨磨高度两平面到尺寸534钳划线 在长度放一侧留线切割夹位 6后，分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中心线钻孔 按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔扩孔凹模落料沉孔到要求，钻螺纹底孔并攻丝到要求5铣铣凸模部分外轮廓，59.324.311.6 6热处理淬火 硬度达6064 HRC7精磨磨凸模部分外轮廓尺寸，并留单边0.010.02研磨余量8平磨磨高度到33.49线切割割凸模及两凹模，并单边留0.010.02研磨余量10钳研配 研凸凹模并配入凸模固定板研 各侧壁到0.8m11平磨磨高度到要求12钳总装配第五章 模具结构分析及主要技术要求5.1模具结构见解图5-1模具总装图图5-2零件图总装图如图5-1，冲裁件