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1.3课题研究的主要内容和方案1.3.1课题研究的主要内容120X120方形垫片零件冲压模具设计原始资料及设计技术要求如下：冷冲压模具设计，设计要求：生产批量，大批量生产材料，Q235材料厚度2mm1.3.2课题研究的方案1、分析冲压件的工艺性 根据设计题目的要求，分析冲压件成型的结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求 2、制定冲压件工艺方案 在分析了冲压件的工艺性后，通过可以列出几种不同工艺方案，从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然后确定适合于工厂具体生产条件的最经济合理的工艺方案。3、确定毛坯形状、尺寸和下料方式。 在最经济的原则下，决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，并确定材料的消耗量。 4、确定冲模类型及结构型式。5、进行必要的工艺计算6、选择压力机7、绘制模具总图和非标准零件图。1.4研究课题的主要目标和特色利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件的质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。从冷冲压方面来看，冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产效率，操作简便。对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件冲压件，而高速冲床每分钟可生产百件至千件以上冲压件。冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，因而是一种节约能源、节约原材料的无（或少）切削加工方法。由于冷冲压所用原料多是表面质量好的板料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定、互换性好。利用模具的生产优势，通过落料、冲孔、弯曲三道工序完成零件的加工，能够实现满足零件加工的各项指标。2.120X120方形垫片冲压复合模设计2.1120X120方形垫片冲裁工艺性分析本设计是120X120方形垫片落料冲孔复合模，120X120方形垫片简图：如图2-1所示 图 2-1 120X120方形垫片零件图生产批量：大批量材料：Q235材料厚度：2mm由零件图可知，120X120方形垫片的加工涉及到落料、冲孔和弯曲三道工序。该零件形状简单、对称，尺寸不大，是由简单的圆和直线组成，工艺性好。冲裁件的经济精度不高于IT11级，一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。汽车耳片零件的加工精度要求为IT14，能达到经济精度，适合大批量的生产，生产成本经济，经济性好。几何形状，尺寸和精度等情况均符合冲裁的工艺要求。复合模的特点：冲件精度较高，不受送料误差影响。内外行相对位置一致性好。冲件表面比较平整。适宜冲脆性或软质材料。可以充分利用短料和边角余料。冲模面积较小。而该件的厚度为2mm，较薄，工件上孔与孔之间的距离为15 mm，较大，孔边距大于最小合理值，且最窄为15mm大于复合模的凸凹最小壁厚所需要的8.5mm，所以冲裁模采用复合模较为合理。因为零件的加工涉及二道工序，为保证零件的精度要求，故先采用倒装式落料冲孔复合模对工件冲孔落料加工，从而加工出最后的零件。2.2工件排样与搭边2.2.1排样冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。2.2.2材料的利用率排样的目的是为了合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。排样合理与否，对材料的利用率的大小直接影响。材料利用率的计算公式如下： 一个进距的材料利用率的计算如下： =100% （2-1）式中 A 冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）； n 一个进距内冲裁件数目; b 条料宽度，（mm）; h 进距,（mm）。 一张板料上总的材料利用率总的计算如下： 总=（）100% （2-2）式中 总 一张板料上冲裁件总数目；L 板料长，（mm）；2.2.3 搭边 排样中相邻两制件之间的余料或制件与条料边缘间的余料称为搭边。其作用是补偿定位误差和保持有一定的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差、送进步距误差、送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保证冲出合格的工件，便于送料。搭边是废料，从节省材料出发，搭边越小越好。但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。 图2-2 排样图由支承板零件图和排样图2-2可得知：一个进距的材料利用率：=( nA / bh)100%=99141mm2/（155mm86 mm）100%=74%2.3冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的间隙。单边用间隙用C表示，双边用Z表示。圆形冲裁模双边间隙为 Z=D凹-D凸 式中 D凹冲裁模凹模直径尺寸（mm） D凸 冲裁模凹模直径尺寸（mm） 冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的选取是否合理直接影响到冲裁件质量、冲裁力、冲模的使用寿命和卸料力等。2.3.1冲裁间隙的选取冲裁间隙对冲裁件断面的质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响。冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。查表2-1选得间隙值为Zmin=0.246、Zmax=0.360（mm）。表-1 冲裁模刃口始用间隙材料名称08F、10、35、09Mn、Q235、B2Q23440、50厚度t初始间隙ZZminZmaxZminZmaxZminZmax1.00.100.140.100.140.100.141.20.120.180.130.180.130.182.00.2460.3600.170.240.2600.380为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。2.4冲压力计算 冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁时的总力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。2.4.1冲裁力计算冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。根据冷冲压模具设计指导中介绍的计算方法如下：一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算： F=Lt （2-3）式中 F 冲裁力, N； L 冲裁件的冲裁长度, mm；t 板料厚度，mm； 材料的抗剪强度, Mpa； 有时也可用材料的抗拉强度进行计算： F=Ltb （2-4）式中 b 为材料的抗拉强度，Mpa在落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。由支承板零件图可得:落料力：L=120mm t =2 mm b =450MPaF落= Ltb = (1202450)N=475200N冲孔力：L1=230=188.4mm t =2 mm b =450MPaF孔 = Ltb =（18842450）N =16956N2.4.2卸料力、推件力和顶出力从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力；逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力。卸料力、推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算，见式（2-5）。卸料力：F卸=K卸F 落推件力：F推=nK推F孔顶出力：F顶=K顶 F 落 （2-5）式中： K卸、K推、K顶 分别为卸料力、推件力系数,其值见表2-2；n 同时卡在凹模内的零件数；h凹模直壁洞口的高度。表2- 2 推件力、顶件力、卸料力系数料厚/（mm）K推K顶K卸 钢0.10.10.50.52.52.56.50.10.0650.0500.0400.0140.080.060.050.060.0750.0450.0550.040.050.030.04卸料力：F卸=K卸F 落=（0.05475200）N=23760N推件力：F推=nK推F孔=（40.0516956）N =3391.2N（n=ht=8mm2 mm = 4个）F总 = F 落F孔F卸F推 =（47520016956237603391.2）N=519307.2=519.31KN2.5模具压力中心计算压力中心的计算采用空间平行力系的合力作用而得求解方法。画出所示制件，选定坐标系xoy,如图2-3所示。冲裁件以XY轴对称，所以Y0 = 0。则压力中心为（0，0）。2.6凸、凹模刃口尺寸计算模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度，因而，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。2.6.1凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则（1） 落料件的尺寸是由凹模决定的，故应以落料凹模为基准。冲孔件的尺寸是由凸模决定的，故应以冲孔凸模为基准件。（2） 凸模和凹模之间应保证有合理间隙。计算时先计算基准件尺寸，间隙是在计算非基准件时才考虑的。对于落料件，凹模为基准件，间隙由减小凸模尺寸来取得。对于冲孔件，凸模为基准件，间隙由增大凹模尺寸来取得。（3） 考虑到间隙在模具使用过程会随磨损而增大，故设计凸模和凹模时初始间隙应取最小值。（4） 应区分模具磨损过程中凸模和凹模尺寸的变化趋势。凹模尺寸愈磨愈增大，凸模愈磨愈减小，因此，在设计新模具过程时，落料凹模尺寸应接近于落料件的最小极限尺寸（也就是落料件的最大极限尺寸减去全部磨损量），冲孔凸模尺寸应接近于冲孔件的最大极限尺寸（也就是冲孔件的最小极限尺寸加上全部磨损量）。（5） 凸模和凹模的制造公差与冲裁的尺寸精度相适应，其上下偏差值应按入体方向来标注。（6） 模具有两种制造方式。一种方式是凸模凹模分别加工，成批制造，可以互换。另一种方式是单配加工，先加工基准件，然后非基准件按基准件配，加工后的凸凹模不能互换。2.6.2凸、凹模刃口尺寸计算的方法 由于凸模和凹模的加工方法不同，设计时其刃口尺寸计算应分别进行计算。（1） 凸模与凹模分开加工采用凸模与凹模分开加工这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。为了保证间隙值，应满足（2-6）条件。凸 +凹 Zmax-Zmin （2-6）式中 凸 凸模的制造公差； 凹 凹模的制造公差。凸、凹的值见表2-3。表2-3 规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差基本尺寸凸模公差凸凹模公差凹180.0200.02018300.0200.0251201800.0300.040下面对冲孔和落料两种情况加以分析讨论。 冲孔冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。设工件孔的尺寸为d+，其计算公式为： d凸 = （dx） （2-7） d凹 = （d凸Zmin） （2-8） 式中 d凸、d凹 冲孔凸、凹模基本尺寸，mm； 工件制造公差，mm；X 因数，其值可查表2-4。 落料根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin。仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。设工件尺寸为D0-，其计算式如下： D凹 = （D x） (2-9) D凸 =（D凹Zmin） (2-10)2-4 因数x材料厚度t/mm非圆形x值圆形x值10.750.50.750.5工件公差/ mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.210.590.600.300.30（2）凸模与凹模配合加工对于形状复杂或材料薄的零件，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。但用此方法制造的凸、凹模是不能互换的。由于复杂工件形状各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不同，所以基准件的刃口尺寸需要按不同方法计算。如图2-4 a)为一落料件，应以凹模为基准件，凹模的磨损情况可分为三类：第一类是凹模磨损后增大的尺寸（图中A类尺寸）；第二类是凹模磨损后减小的尺寸（图中B类尺寸）；第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸（图中C类尺寸）。 a)落料件 b)冲孔件 图2-4 落料、冲孔件的尺寸分类同理，对于图2-4 b）的冲孔件，应以凸模为基准件，可根据凸模的磨损情况，按图示方法将尺寸分为A、B、C三类。当凸模磨损后，其尺寸的增减情况也是增大、减小、不变这一同样的规律。因此，对于复杂形状的落料件或冲孔件，其模具基准件的刃口尺寸均可按下式计算。 A类： Aj（Amaxx） B类： Bj（Bminx） C类： Cj（Cmin0.5） （2-11）式中 Aj 、 Bj 、 Cj 基准件尺寸，mm；Amax 、Bmin、 Cmin工件极限尺寸，mm； 工件公差，mm。对于与基准件相配合的非基准件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在图样上标注，而是仅标注基本尺寸，并注明其公差按基准件凹模或凸模的实际尺寸配做，并保证应留的间隙值。另外，如果按照加工的需要，希望对落料件以凸模为基准，对冲孔件以凹模为基准件，则模具基准件的刃口尺寸可按式2-12计算： A类： Aj（AmaxxZmin） B类： Bj（BminxZmin）C类： Cj（Cmin0.5） （2-12） 由上文中间隙选择中，查表得间隙值Zmin0.246mm Zmax0.360 mm凸模和凹模采用分别加工的方法，根据如下： Zmax-Zmin=0.360-0.246=0.114查表23规则形状冲裁时凸模和凹模的制造公差落料部分：凸、凹 凸=0.030 mm 凹=0.04 mm 凸+凹=0.030+0.040=0.070 mmZmax-Zmin=0.114冲孔部分：凸、凹 凸=0.02 mm 凹=0.020 mm 凸+凹=0.020+0.020=0.040 mmZmax-Zmin=0.114 mm可见均能满足分别加工时凸+凹Zmax-Zmin要求，因此可以分别计算凸凹模的尺寸。凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：落料：凹模：D凹 = （D x） = （1500.51） =149.5 mm查表2-4：=1.0 X=0.5 凸模： D凸 =（D凹Zmin） =（149.790.246） =149.544 mm 冲孔：d凸 = （dx） d凹 = （d凸Zmin） 凸模： d凸 = （dx） =（60.750.30） =6.23 mm 查表2-4：=0.30 X=0.75 凹模： d凹 = （d凸Zmin） = （6.21+0.246） =6.456 mm查冲压模具简明设计手册凸凹模最小壁厚： 材料厚度 t=2.0 mm 最小壁厚a=4.9 mm最小直径 D=21 mm凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证单面间隙为Zmin/2 Zmax/2。2.7复合模凹、凸凹模的结构设计2.7.1凹模(1) 凹模的类型按凹模的刃口孔形可分为圆柱形孔口凹模、锥形孔口凹模；按凹模的结构可分为整体式凹模和镶拼式凹模。(2) 凹模刃口形式锥形刃口：如图2-5a)所示。冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。当t2.5mm时，15;当t2.56mm时，30;当采用电火花加工凹模时，420。 a) b) 图2-5 凹模刃口形式柱形刃口：如图2-5b)所示。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。当t Hmax ,则压力机不能用，若H Hmin ,则可用加垫板，设垫板厚度为H1,则有 HmaxH15H HminH110 （2-17）2.10模架主要零部件2.10.1 模架模架由模座、导柱及模柄等零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部负荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。一般模架均已标准化，设计模具时，应加以正确选用。模架的要求：要有足够的强度与刚度； 要有足够的精度（如上、下模座要平行，导柱、导套中心要与上、下模座垂直，模柄要与上模座垂直等）；上、下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小），上、下模之间的移动应平稳和无滞住现象。模架的形式 在标准模架中，应用最广泛的是用导柱和导套作为导向装置的模架。根据导柱和导套配置的不同有以下四种基本形式： 图2-6 后侧导柱模架（1）后侧导柱模架 后侧导柱送料方便，可以纵向和横向送料。但是冲压时如果有偏心载荷，则导柱、导套会单边磨损。它不能用于模柄与上模座浮动连接的模具。 （2）中间导柱模架 两导柱左右对称分布，受力平衡，所以导柱、导套磨损均匀。但是只有一个送料方向。 图2-7 中间导柱模架（3）对角导柱模架 导柱的布置是对称的，而且纵横都能送料。对角导柱模架的两导柱之间距离较远，在导柱、导套之间同样间隙的条件下，这种模架的导向精度较高。 图2-8 对角导柱模架（3） 四导柱模架 其导向精度与刚度都较好，用于大型冲模。 图2-9 四周导柱模架在本设计中采用后侧导柱模架。其选用标准件表2-15。表2-15 后侧导柱模架（摘自GB/T2851.3-1990） （mm）模架250200190I GB/T2851.5 模架技术条件：按JB/T80501999的规定2.10.2导柱与导套 导柱与导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取。在选用时应注意，因为模具修磨后其闭合高度将减小，故导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于1015，下模座底面与导柱底面的距离应为0.51。导柱与导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。当冲裁板厚载0.8以下的模具时，选用H6/h5配合的I级精度模架。当冲裁板厚为0.84时，选用H7/h6配合的级精度模架。（1）导柱标准 见表2-16表2-16 B型导柱（摘自GB/T2861.2-1990） （mm）导柱：A32h515045 GB/T2861.2 材料：20 钢热处理：渗碳深度081.2 mm，硬度5862HRC技术条件：按GB/T2861.290的规定（3） 导套的标准 表217 A型导柱套(摘自GB/T2861.6-1990) （mm）导套：A48H610038 GB/T2861.7 材料：20 钢。热处理：渗碳深度081.2 mm，硬度5862HRC技术条件：按GB/T2861.6 90的规定2.10.3模座（1）后侧导柱上模座标准表-18 后侧导柱模架(摘自GB/T2851.3-1990) （mm） 上模座25016045GB/T2855.5技术条件：按GB/T2854的规定下模座25016050GB/T2855.6技术条件：按GB/T2854的规定2.10.4 模柄模柄有刚性与浮动两大类。所谓刚性模柄是指模柄与上模座是刚性连接，不能发生相对运动。所谓浮动模柄是指模柄相对上模座能做微小的摆动采用浮动模柄后，压力机滑块的运动误差不会影响上、下模的导向。常用的刚性模柄有四种型式：整体式、压入式、旋入式和凸缘式。本设计采用压入式。表-19 压入式模柄(摘自GB/T2862.181) （mm）模柄：A50120 GB2862.181材料：Q2352.11 压力机选用原则确定压力机规格时，一般应遵循以下原则。（1）压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。（2）压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。（3）压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装。尤其是压力机的闭合高度应于冲模的闭合高度相适应。（4）压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。结 论冲压模具是冲压生产的主要工艺装备， 其设计的是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大，因此研究冲压模具的结构，提高冲压模具的各项指标，对冲压模具设计和冲压技术发展是十分必要的。本设计的主要任务完成120X120方形垫片零件冲压模具设计。120X120方形垫片零件结构、形状比较简单。其制造过程包含落料、冲孔和弯曲三道工序。利用落料冲孔复合模可完成120X120方形垫片的前两个工序，再由弯曲模完成弯曲工序得到最后的制件。复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，生产效率较高，适合大批量的生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证，但模具的结构复杂，制造较困难。复合模按落料凹模安装的位置，可分为顺装和倒装两种形式。本设计中采用的是倒装复合模。倒装复合模的落料凹模与冲孔凸模装在上模座上，其凸凹模装在模具下模座上。采用倒装复合模的主要优点是废料能直接从压力机台面漏下，而冲裁件则由推件装置从上模推下，比较容易取出，因此操作方便安全。到装复合模易于安装送料装置，生产效率高，所以采用倒装复合模。在模具设计部分，重点在于对凸模、凹模和凸凹模的设计。复合模的设计中，凸凹模是复合模的核心零件。复合模凸凹模的强度较弱，设计时要确保凸凹模的自身强度，尤其是注意凸凹模的最小壁厚。相对而言，弯曲模的结构较为简单，在弯曲模中，凸、凹模的尺寸的确定决定了弯曲精度的保证。目前模具相关零件大多已经标准化，在模具设计根据有关的国家标准选取合理的标准件也是十分重要的。因而对于模具设计来说，有相当的经验也是很必要的。总之只有做好各项准备工作后，进行认真细致的设计，才能设计出好的模具。参考文献 1解汝升. 冲压模具设计与制造技术. 北京：中国标准出版社，19972许发樾. 实用模具设计与制造手册. 北京：机械工业出版社，2001.23. 姜奎华. 冲压工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社，2003.64.陈锡栋、周小玉.实用模具技术手册.北京：机械工业出版社，2001.75廖念钊等. 互换性与技术测量. 北京：中国计量出版社，20016.牟林、胡建华.冲压工艺与模具设计.北京:中国林业出版社；北京大学出版社，2006.87.付宏生.冷冲压成形工艺与模具设计制造.北京：化学工业出版社，2005.38.郝海滨.冲压模具简明设计手册.北京：化学工业出版社，2004.11 9.马正元等.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，1998.510. 许发樾.冲模设计应用实例.北京：机械工业出版社，1999.611.Wilson, F.W.Die design handbook McGraw. 1990.612.王同海、孙胜等.实用冲压设计技术.北京：机械工业出版社，1995.413.王芳.冷冲压模具设计指导.北京：机械工业出版社，1999.1014.李名望.冲压工艺与模具设计.北京：人民邮电出版社，1999.10致 谢为期1个月的课程设计即将结束，而本人此次课程设计能在规定期限内顺利完成，得到了许多老师和同学的帮助，在此向他们表示诚挚的谢意。本课程设计课题是120X120方形垫片零件冲压模具设计。整个课程设计工作是在老师悉心指导下完成的，老师严谨的治学态度、深厚的学术功底、客观求实的科研作风使我受益匪浅。然而由于本人水平有限，也是初次接触模具的设计，在课程设计过程中遇到不少的困难。在碰到难题时，老师在旁精心指导，他以广博的知识，丰富的经验向我们讲解模具设计中的要点，帮助我解决了许多设计中的难题，并且在设计过程中仔细检查我们的设计并向我们提出了不少的修改意见，完善我的课程设计，从而使设计的进程更为顺利。在此向老师致以忠心的感谢和诚挚的敬意。除了理论知识以外，我也从老师身上学到了很多其他的东西，比如对文章精益求精的精神、对待工作认真负责的态度等，这些都是我以后从事各项工作的宝贵财富。32目 录第1章 绪论11.1课题研究的主要内容和方案11.1.1课题研究的主要内容11.1.2课题研究的方案11.2研究课题的主要目标和特色1第2章 120X120方形垫片冲压复合模设计12.1 120X120方形垫片冲裁工艺性分析12.2工件排样与搭边22.2.1排样22.2.2材料的利用率22.2.3 搭边22.3冲裁间隙32.3.1冲裁间隙的选取32.4冲压力计算42.4.1冲裁力计算42.4.2卸料力、推件力和顶出力52.5模具压力中心计算62.6凸、凹模刃口尺寸计算62.6.1凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则62.6.2凸、凹模刃口尺寸计算的方法72.7复合模凹、凸凹模的结构设计112.7.1凹模112.7.2凸凹模外型结构132.8复合模总体设计与标准零件选用132.8.1模固定板132.8.2凸模142.8.3 凸模垫板162.8.4定位零件172.8.5卸料装置182.8.6推件装置202.9模具闭合高度与压力机装模高度的关系232.10模架主要零部件232.10.1 模架232.10.2导柱与导套262.10.3模座282.10.4 模柄282.11 压力机选用原则29结 论30参考文献31致 谢3231第1章 绪论1.1课题研究的主要内容和方案1.1.1课题研究的主要内容120X120方形垫片零件冲压模具设计原始资料及设计技术要求如下：冷冲压模具设计，设计要求：生产批量，大批量生产材料，Q235材料厚度2mm1.1.2课题研究的方案1、分析冲压件的工艺性根据设计题目的要求，分析冲压件成型的结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求 2、制定冲压件工艺方案在分析了冲压件的工艺性后，通过可以列出几种不同工艺方案，从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然后确定适合于工厂具体生产条件的最经济合理的工艺方案。3、确定毛坯形状、尺寸和下料方式。在最经济的原则下，决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，并确定材料的消耗量。 4、确定冲模类型及结构型式。5、进行必要的工艺计算6、选择压力机7、绘制模具总图和非标准零件图。1.2研究课题的主要目标和特色利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件的质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。从冷冲压方面来看，冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产效率，操作简便。对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件冲压件，而高速冲床每分钟可生产百件至千件以上冲压件。冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，因而是一种节约能源、节约原材料的无（或少）切削加工方法。由于冷冲压所用原料多是表面质量好的板料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定、互换性好。利用模具的生产优势，通过落料、冲孔两道工序完成零件的加工，能够实现满足零件加工的各项指标。第2章 120X120方形垫片冲压复合模设计2.1 120X120方形垫片冲裁工艺性分析本设计是120X120方形垫片落料冲孔复合模，120X120方形垫片简图：如图2-1所示 图 2-1 120X120方形垫片零件图生产批量：大批量材料：Q235材料厚度：2mm由零件图可知，120X120方形垫片的加工涉及到落料、冲孔工序。该零件形状简单、对称，尺寸不大，是由简单的圆和直线组成，工艺性好。冲裁件的经济精度不高于IT11级，一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。能达到经济精度，适合大批量的生产，生产成本经济，经济性好。几何形状，尺寸和精度等情况均符合冲裁的工艺要求。复合模的特点：冲件精度较高，不受送料误差影响。内外行相对位置一致性好。冲件表面比较平整。适宜冲脆性或软质材料。可以充分利用短料和边角余料。冲模面积较小。而该件的厚度为2mm，较薄，工件上孔与孔之间的距离为15 mm，较大，孔边距大于最小合理值，且最窄为15mm大于复合模的凸凹最小壁厚所需要的8.5mm，所以冲裁模采用复合模较为合理。因为零件的加工涉及二道工序，为保证零件的精度要求，故先采用倒装式落料冲孔复合模对工件冲孔落料加工，从而加工出最后的零件。2.2工件排样与搭边2.2.1排样冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。2.2.2材料的利用率排样的目的是为了合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。排样合理与否，对材料的利用率的大小直接影响。材料利用率的计算公式如下： 一个进距的材料利用率的计算如下： =100% （2-1）式中 A 冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）； n 一个进距内冲裁件数目; b 条料宽度，（mm）; h 进距,（mm）。 一张板料上总的材料利用率总的计算如下： 总=（）100% （2-2）式中 总 一张板料上冲裁件总数目；L 板料长，（mm）；2.2.3 搭边 排样中相邻两制件之间的余料或制件与条料边缘间的余料称为搭边。其作用是补偿定位误差和保持有一定的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差、送进步距误差、送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保证冲出合格的工件，便于送料。搭边是废料，从节省材料出发，搭边越小越好。但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。 图2-2 排样图2.3冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的间隙。单边用间隙用C表示，双边用Z表示。圆形冲裁模双边间隙为 Z=D凹-D凸 式中 D凹冲裁模凹模直径尺寸（mm） D凸 冲裁模凹模直径尺寸（mm） 冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的选取是否合理直接影响到冲裁件质量、冲裁力、冲模的使用寿命和卸料力等。2.3.1冲裁间隙的选取冲裁间隙对冲裁件断面的质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响。冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。查表2-1选得间隙值为Zmin=0.246、Zmax=0.360（mm）。表-1 冲裁模刃口始用间隙材料名称08F、10、35、09Mn、Q235、B2Q23440、50厚度t初始间隙ZZminZmaxZminZmaxZminZmax1.00.100.140.100.140.100.141.20.120.180.130.180.130.182.00.2460.3600.170.240.2600.380为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。2.4冲压力计算 冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。冲裁时的总力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。2.4.1冲裁力计算冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。根据冷冲压模具设计指导中介绍的计算方法如下：一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算： F=Lt （2-3）式中 F 冲裁力, N； L 冲裁件的冲裁长度, mm；t 板料厚度，mm； 材料的抗剪强度, Mpa； 有时也可用材料的抗拉强度进行计算： F=Ltb （2-4）式中 b 为材料的抗拉强度，Mpa在落料冲孔复合模中，冲裁力包含落料力和冲孔力。由支承板零件图可得:落料力：L=120mm t =2 mm b =450MPaF落= Ltb = (1202450)N=475200N冲孔力：L1=230=188.4mm t =2 mm b =450MPaF孔 = Ltb =（18842450）N =16956N2.4.2卸料力、推件力和顶出力从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力；逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力。卸料力、推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算，见式（2-5）。卸料力：F卸=K卸F 落推件力：F推=nK推F孔顶出力：F顶=K顶 F 落 （2-5）式中： K卸、K推、K顶 分别为卸料力、推件力系数,其值见表2-2；n 同时卡在凹模内的零件数；h凹模直壁洞口的高度。表2- 2 推件力、顶件力、卸料力系数料厚/（mm）K推K顶K卸 钢0.10.10.50.52.52.56.50.10.0650.0500.0400.0140.080.060.050.060.0750.0450.0550.040.050.030.04卸料力：F卸=K卸F 落=（0.05475200）N=23760N推件力：F推=nK推F孔=（40.0516956）N =3391.2N（n=ht=8mm2 mm = 4个）F总 = F 落F孔F卸F推 =（47520016956237603391.2）N=519307.2=519.31KN2.5模具压力中心计算压力中心的计算采用空间平行力系的合力作用而得求解方法。画出所示制件，选定坐标系xoy,如图2-3所示。冲裁件以XY轴对称，所以Y0 = 0。则压力中心为（0，0）。2.6凸、凹模刃口尺寸计算模具刃口尺寸及公差是影响冲裁件精度，因而，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。2.6.1凸、凹模刃口尺寸公差计算的原则（1） 落料件的尺寸是由凹模决定的，故应以落料凹模为基准。冲孔件的尺寸是由凸模决定的，故应以冲孔凸模为基准件。（2） 凸模和凹模之间应保证有合理间隙。计算时先计算基准件尺寸，间隙是在计算非基准件时才考虑的。对于落料件，凹模为基准件，间隙由减小凸模尺寸来取得。对于冲孔件，凸模为基准件，间隙由增大凹模尺寸来取得。（3） 考虑到间隙在模具使用过程会随磨损而增大，故设计凸模和凹模时初始间隙应取最小值。（4） 应区分模具磨损过程中凸模和凹模尺寸的变化趋势。凹模尺寸愈磨愈增大，凸模愈磨愈减小，因此，在设计新模具过程时，落料凹模尺寸应接近于落料件的最小极限尺寸（也就是落料件的最大极限尺寸减去全部磨损量），冲孔凸模尺寸应接近于冲孔件的最大极限尺寸（也就是冲孔件的最小极限尺寸加上全部磨损量）。（5） 凸模和凹模的制造公差与冲裁的尺寸精度相适应，其上下偏差值应按入体方向来标注。（6） 模具有两种制造方式。一种方式是凸模凹模分别加工，成批制造，可以互换。另一种方式是单配加工，先加工基准件，然后非基准件按基准件配，加工后的凸凹模不能互换。2.6.2凸、凹模刃口尺寸计算的方法 由于凸模和凹模的加工方法不同，设计时其刃口尺寸计算应分别进行计算。（1） 凸模与凹模分开加工采用凸模与凹模分开加工这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。为了保证间隙值，应满足（2-6）条件。凸 +凹 Zmax-Zmin （2-6）式中 凸 凸模的制造公差； 凹 凹模的制造公差。凸、凹的值见表2-3。表2-3 规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差基本尺寸凸模公差凸凹模公差凹180.0200.02018300.0200.0251201800.0300.040下面对冲孔和落料两种情况加以分析讨论。 冲孔冲孔应先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上。设工件孔的尺寸为d+，其计算公式为： d凸 = （dx） （2-7） d凹 = （d凸Zmin） （2-8） 式中 d凸、d凹 冲孔凸、凹模基本尺寸，mm； 工件制造公差，mm；X 因数，其值可查表2-4。 落料根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin。仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。设工件尺寸为D0-，其计算式如下： D凹 = （D x） (2-9) D凸 =（D凹Zmin） (2-10)2-4 因数x材料厚度t/mm非圆形x值圆形x值10.750.50.750.5工件公差/ mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.500.240.2440.300.210.590.600.300.30（2）凸模与凹模配合加工对于形状复杂或材料薄的零件，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。但用此方法制造的凸、凹模是不能互换的。由于复杂工件形状各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不同，所以基准件的刃口尺寸需要按不同方法计算。如图2-4 a)为一落料件，应以凹模为基准件，凹模的磨损情况可分为三类：第一类是凹模磨损后增大的尺寸（图中A类尺寸）；第二类是凹模磨损后减小的尺寸（图中B类尺寸）；第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸（图中C类尺寸）。 a)落料件 b)冲孔件 图2-4 落料、冲孔件的尺寸分类同理，对于图2-4 b）的冲孔件，应以凸模为基准件，可根据凸模的磨损情况，按图示方法将尺寸分为A、B、C三类。当凸模磨损后，其尺寸的增减情况也是增大、减小、不变这一同样的规律。因此，对于复杂形状的落料件或冲孔件，其模具基准件的刃口尺寸均可按下式计算。 A类： Aj（Amaxx） B类： Bj（Bminx） C类： Cj（Cmin0.5） （2-11）式中 Aj 、 Bj 、 Cj 基准件尺寸，mm；Amax 、Bmin、 Cmin工件极限尺寸，mm； 工件公差，mm。对于与基准件相配合的非基准件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在图样上标注，而是仅标注基本尺寸，并注明其公差按基准件凹模或凸模的实际尺寸配做，并保证应留的间隙值。另外，如果按照加工的需要，希望对落料件以凸模为基准，对冲孔件以凹模为基准件，则模具基准件的刃口尺寸可按式2-12计算： A类： Aj（AmaxxZmin） B类： Bj（BminxZmin）C类： Cj（Cmin0.5） （2-12） 由上文中间隙选择中，查表得间隙值Zmin0.246mm Zmax0.360 mm凸模和凹模采用分别加工的方法，根据如下： Zmax-Zmin=0.360-0.246=0.114查表23规则形状冲裁时凸模和凹模的制造公差落料部分：凸、凹 凸=0.030 mm 凹=0.04 mm 凸+凹=0.030+0.040=0.070 mmZmax-Zmin=0.114冲孔部分：凸、凹 凸=0.02 mm 凹=0.020 mm 凸+凹=0.020+0.020=0.040 mmZmax-Zmin=0.114 mm可见均能满足分别加工时凸+凹Zmax-Zmin要求，因此可以分别计算凸凹模的尺寸。凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：落料：凹模：D凹 = （D x） = （1500.51） =149.5 mm查表2-4：=1.0 X=0.5 凸模： D凸 =（D凹Zmin） =（149.790.246） =149.544 mm 冲孔：d凸 = （dx） d凹 = （d凸Zmin） 凸模： d凸 = （dx） =（60.750.30） =6.23 mm 查表2-4：=0.30 X=0.75 凹模： d凹 = （d凸Zmin） = （6.21+0.246） =6.456 mm查冲压模具简明设计手册凸凹模最小壁厚： 材料厚度 t=2.0 mm 最小壁厚a=4.9 mm最小直径 D=21 mm凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证单面间隙为Zmin/2 Zmax/2。2.7复合模凹、凸凹模的结构设计2.7.1凹模(1) 凹模的类型按凹模的刃口孔形可分为圆柱形孔口凹模、锥形孔口凹模；按凹模的结构可分为整体式凹模和镶拼式凹模。(2) 凹模刃口形式锥形刃口：如图2-5a)所示。冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修磨量较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。当t2.5mm时，15;当t2.56mm时，30;当采用电火花加工凹模时，420。 a) b) 图2-5 凹模刃口形式柱形刃口：如图2-5b)所示。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。当t Hmax ,则压力机不能用，若H Hmin ,则可用加垫板，设垫板厚度为H1,则有 HmaxH15H HminH110 （2-17）2.10模架主要零部件2.10.1 模架模架由模座、导柱及模柄等零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部负荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。一般模架均已标准化，设计模具时，应加以正确选用。模架的要求：要有足够的强度与刚度； 要有足够的精度（如上、下模座要平行，导柱、导套中心要与上、下模座垂直，模柄要与上模座垂直等）；上、下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小），上、下模之间的移动应平稳和无滞住现象。模架的形式 在标准模架中，应用最广泛的是用导柱和导套作为导向装置的模架。根据导柱和导套配置的不同有以下四种基本形式： 图2-6 后侧导柱模架（1）后侧导柱模架 后侧导柱送料方便，可以纵向和横向送料。但是冲压时如果有偏心载荷，则导柱、导套会单边磨损。它不能用于模柄与上模座浮动连接的模具。 （2）中间导柱模架 两导柱左右对称分布，受力平衡，所以导柱、导套磨损均匀。但是只有一个送料方向。 图2-7 中间导柱模架（3）对角导柱模架 导柱的布置是对称的，而且纵横都能送料。对角导柱模架的两导柱之间距离较远，在导柱、导套之间同样间隙的条件下，这种模架的导向精度较高。 图2-8 对角导柱模架（3） 四导柱模架 其导向精度与刚度都较好，用于大型冲模。 图2-9 四周导柱模架在本设计中采用后侧导柱模架。其选用标准件表2-15。表2-15 后侧导柱模架（摘自GB/T2851.3-1990） （mm）模架250200190I GB/T2851.5 模架技术条件：按JB/T80501999的规定2.10.2导柱与导套 导柱与导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取。在选用时应注意，因为模具修磨后其闭合高度将减小，故导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于1015，下模座底面与导柱底面的距离应为0.51。导柱与导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。当冲裁板厚载0.8以下的模具时，选用H6/h5配合的I级精度模架。当冲裁板厚为0.84时，选用H7/h6配合的级精度模架。（1）导柱标准 见表2-16表2-16 B型导柱（摘自GB/T2861.2-1990） （mm）导柱：A32h515045 GB/T2861.2 材料：20 钢热处理：渗碳深度081.2 mm，硬度5862HRC技术条件：按GB/T2861.290的规定（3） 导套的标准 表217 A型导柱套(摘自GB/T2861.6-1990) （mm）导套：A48H610038 GB/T2861.7 材料：20 钢。热处理：渗碳深度081.2 mm，硬度5862HRC技术条件：按GB/T2861.6 90的规定2.10.3模座（1）后侧导柱上模座标准表-18 后侧导柱模架(摘自GB/T2851.3-1990) （mm） 上模座25