复合模方案设计书

1、机械系模具设计与制造：李世龙指导老师：张长明 摘要：通过对半径规冲孔落料复合模的设计，介绍冲压零件的成型工艺、模具结构形状和 模具制造的工艺方案，并分析了模具的工作过程及部分零部件的设计要点。如果该零件采 用单工序分步加工，不适合大批量生产，而且成本较高，加工的时间较长，生产效率较 低，质量不高。本设计采用了复合模，能提高生产效率，降低生产成本，而且采用复合模 能使质量稳定，模具寿命也较长。可以提高工作效率和产品质量，满足设计目的和技术要 求。关键词：冲压工艺、模具设计、复合模、半径规目录前言 (4)1 冲压件工艺性分析(5)2冲压件工艺方案的分析和确定 (6)2.1冲压件工艺方案分析与比较

2、(6)2.2冲压件工艺方案的确定 (7)2. 3冲裁件的排样 3相关数据计算(9)3. 1计算冲压件毛坯面积 (9)3.2 冲压力的计算 (10)3. 2. 1 落料力(10)3.2.2 冲孔力 (10)3.2.3落料时的卸料力 (10)3.2.4冲孔时的推卸力 (10)3.3确定模具中心 (10)3.4计算凸、凹模刃口尺寸 (11)3.5凸模、凹模、凸凹模的结构设计 (13)3.5.1凸模的结构设计 (13)3.5.2凹模的结构设计 (14)3.5.2.1 凹模洞口的类型 (14)3.5.2.2凹模的外形尺寸 (15)3.5.2.3凹模的固定方法和主要技术要求 (15)3.5.3凸、凹模的结

3、构设计 (15)4结构设计 (16)4. 1模架选择 (16)4. 2模具制造 (17)4.2.1 凸模 (17)4.2.2 凹模 (17)4.2.3 凸、凹模 (17)4.2.4 垫板、凸模固定板，推件块，卸料 (18)4.2.5上下模座 (18)5 冲压设备的选择 (18)6其他零部件的设计(19)6.1 定位零件的设计 (19)6.1.1 挡料销 (19)6.1.2定位板和定位钉 (20)6.1.3送进方向的控制 (20)6.2卸料和推料零件的设计 (20)6.2.1歩距和定距方式 (20)6.2.2卸料零件 (20)6.2.3推料和顶件装置 (21)6.3模具的固定零件 (21)7 模

4、具的总装图(21)致谢(22)参考文献(23)附录一工艺卡片(24)附录二模具装配图和零件图 (25)前言任何事物都有一个从出生到成熟的成长过程。一个全面的毕业设计是一个 合格大学生对大学学习生活的总结和灵活运用。它是学生结合自身能力在单位 实实习之后的情况下，把理论和实际相结合的一次飞跃。所以说它不仅仅是一 份毕业答卷，同时还是一个学生对知识的系统、深入的认识和学习过程。它不 仅表现了一个学生从事实际工作的基本能力和基本技能，更重要的是如何把理 论应用在实际工作当中。随着科学技术的迅猛发展，各种产品的更新换代的速度愈来愈快，而产品 的更新换代是以新产品的造型设计和模具的设计、制造与更新为前提

5、的。模具 的设计是模具更新的基础，模具设计工作与产品的更新息息相关。传统的单工 序模具已经不能够满足产品批量生产的需要，这就为复合模和级进模的出现奠 定了基础。本次毕业设计所采用的模具即是冲孔落料复合模。复合模：只有一个工位，在压力机的一次行程中能完成两道或两道以上的 冲压工艺。复合模广泛应用于大批量生产，尤其适合于制造形状复杂，对精度 和表面质量要求较高的零件。1. 冲压件工艺性分析 ：工件名称：半径规模具名称：冲孔落料复合模生产批量：大批量工件材料：1CR12材料厚度：0.5mm尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸属于自由尺寸，可按IT12 级，确定工件尺寸的公差 .零件外形尺寸： 60、

6、 20、18、23、R5零件内形尺寸： 4.2零件图如图 1-1 所示，零件尺寸图如图 1-2 所图1-1图1-2复合模的特点：具有一个落料凸模，又是冲孔凹模的凸凹模（这是在复合模中 必有得零件，其外形是落料凸模，其内孔是冲孔凹模，故称此零件为凸凹 模）。而在另一个方，则装着凸模和凹模，当上、下模两部分嵌合时，就能同 时完成冲孔与落料，因此，它不存在连续模冲压时的定位误差问题。复合模冲压的优点：（1）、生产率高。复合模具属于单工位、多工序模具，在一副模具中包括冲裁、弯曲、拉深、成形等多道冲压工序，因而具有高的劳动生产率。（2）、适用于生产批量大、精度要求高的冲裁件，冲裁件的内孔与外缘的相对位置

7、精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸小，冲 出的冲件平直度高。复合模冲压的缺点：结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作，制造精度要 求高，成本高。本工件需要采用的模具为倒装复合模，即落料凹模在上模上，称为倒装式复合 模。其结构特点是有两套除料、除件装置。倒装复合模的优点是结构简 单，缺点是不宜冲制孔边距离较小的冲裁件。2. 冲压件工艺方案的分析与确定：冲压生产的模具制造费用比较高，往往占冲压件总成本的10% 30，甚至高达 40。因此选用哪种生产方法，必须首先估算生产成 本。即使必须采用冲压加工的方式，也须视生产批量决定采用何种模具 形式进行生产。该件属于大批量生产，比较合适的

8、模具形式是级进模和 复合模。但是，在此工件中只有一个冲孔，因此使用连续跳步模会增大 结构尺寸，制造也复杂，成本较高。用侧刃定距的连续冲裁模，还对带 料、板料宽度的尺寸精度有一定要求，材料有额外的浪费。2.1 冲压件工艺方案分析与比较： 该零件包括落料，冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案： 方案一：先落料，再冲孔，采用单工序模生产。 方案二：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。 方案三：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。2.2 冲压件工艺方案的确定：方案 1，模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件 的生产加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需要，操作也 不安全，故不宜采

9、用。方案 2，此半径规工件中只有一个冲孔，因此使用连续跳步模会增大结构 尺寸，制造也复杂，成本较高。用侧刃定距的连续冲裁模，还对带料、 板料宽度的尺寸精度有一定要求，材料有额外的浪费。方案 3，可以节约模具制造材料，节省成本，可以结合方案1 和方案 2 的优缺点，选择方案 3 是最佳的。2.3 冲裁件的排样： 条料排样图设计的好坏，直接影响模具设计的质量。当条料排样图确定 了，则零件材料的利用率、模具步距的基本尺寸、定距方式、条料载体 形式、条料宽度、模具结构、导料方式等都得到了确定。排样图设计错 误，会导致制造出来的模具无法冲压零件。因此，在排样设计分析时要 考虑以下原则：（1）材料的合理利

10、用；（2）操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。（3）尽量按少、无废料排序；（4）使模具结构简单、模具寿命长；（5）排样应保证冲裁件的质量；在做条料排样设计时，不仅要考虑它的设计原则，还要考虑各种 实际因素，比如：（1）企业的实际生产能力和零件的生产批量；（2）零件的形状；（3）冲裁力的平衡（冲压力中心与模具中心尽可能平衡）；（4）模具结构的合理性；（5）被加工材料（材料供料状态、加工材料的物理性能、材料的毛刺方 向、材料的利用率）；（6）冲压件的毛刺方向；（7）注意条料在送进过程中的阻碍；排样图如图3-1所示在冲压零件的成本中，材料费用约占60%，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。同时为了

11、补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。我们还需要查出其搭边值 查表2-16得最小搭边值两工件之间的搭边：a1 =1.5mm工件边缘搭边：a2=2.0mm3. 相关数据的计算:3.1计算冲压件毛坯面积：步距：B0=21.5mm条料宽度：B= (D+2a2) =60+ 2 x 2.0=64mm冲压件毛坯面积：A = 1376 mm2排样图如图3-1所示在冲压零件的成本中，材料费用约占60%，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。一个步距内的材料利用率为：A= x 100 % = 973/1376 x 10070 %BS3.2冲压力的计算：为了选用合适的压力机、设计模具和检验

12、模具的强度。压力机的吨 位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求，我们必须计算出相应 的冲压力。该模具我们采用弹性卸料和下出料方式。查模具设计指导表4-12得：二b=380MPa3.2.1落料力：F 落 = Lt 6=(21.71+8.18+11.75*2+12.7*2+12*2+19*2)*0.5*1.3*380=34775(N)3.2.2冲孔力：F冲 = Lt 5=1.3*380*0.5*3.14*4.2=3258(N)3.2.3推料力:如图9-1所示的凹模的刃口形式：H=5mm ,则 n =h / t =5/0.5=10 个F推=nK,F ,取 n=12 ,查表 K,=0.05F推=1

13、0X 0.05 X 3258X 0.5=1415 ( N)选择冲床时的总冲压力为：F总二 F落 F冲 F推=3258 + 34775 + 1415 =39.45( kN)3.3确定模具压力中心：冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的 冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线，否则会使冲模和压力机滑块产 生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨 损，降低模具和压力机的使用寿命。根据图形分析，由于工件在 X方向和丫方向上都对称，故落料时F落的压力中心在。1上，冲孔时F冲的压力中心在。2上。设冲

14、模压力中心离 。1点距离为X，冲压形状以OQ对称，压力中心在O1O2的连线上。根据力矩平衡原理得:F落 X = (30 X) F 冲X = -1.2mm3.4计算凸凹模刃口尺寸:冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。在确定冲模刃口制造公差 时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度 要求过低（即制造公差过大），则生产出来的制件可能不合格，会使模 具的寿命降低。在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.040.0

15、6mm查冲压工艺与模具设计表 2.2.4得：2Cmin = 0.04mm, 2Cmax = 0.06mm,贝U: 2Cmax 2Cmin =0.06mm 0.04mm =0.02mm即：Zmax Zmin = 0.02 mm由工件制造公差表知：落料的制造公差；，冲孔的制造公差：p =丄，孔距的制造公差为丄48工件的制件精度为IT12级，故磨损系数X=0.75根据计算原则，落料时以凹模为设计基准，凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取负偏差。3.4.1Dd =Ddi =落料：R5、14j.43、R1426(DmaxX习带0.62(48 -0.5 0.62) T mm0.155=47.69 0 mmDd

16、20.43(14-0.5 0.43) 04 mm=13.785 0.1075 mmDd30.26 + (14-0.5 0.26) 04 mm13.87 0.065mm根据计算原则,冲孔时以凸模设计为基准，凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。3.4.2 冲孔：R5打.02、仏 X-：) 0_4(6+0.5Z.36) 0.36 mmdpdP10.304 00=6.18q09 mmdp?(2+0.5咒0.25) 0.25 mm_ 42.125 j.0625 mmdP3(4+0.5 汇 0.30) 0.30 mm43.4.3Ld =Ld!=4.15 為5孔距尺寸：5-0.15(Lmin0.5 -8(5

17、-0.15 ) + 0.5mm、280.31X 0.30mm 土 030 mm8=5mm 0.375mmLd2(28- 0.31 ) + 0.5 X 0.62mm 士匹mm8=28mm-0.078mm3.5凸模、凹模、凸凹模的结构设计: 3.5.1凸模的结构设计: 3.5.1.1凸模形式：凸模的结构形式，主要根据冲裁件的形状和尺寸而定。该件孔的直径较小，为避免应力集中和保证强度与刚度方面的要求，而做成圆滑过 渡的阶梯形或在中部增加过渡阶段。如图9-1所示：图9-1圆形凸模3.5.1.2凸模的长度:对采用弹性卸料板的冲裁模，其凸模的长度应根据模具的具体结 构确定。3.5.1.3凸模材料：模具刃口

18、要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应 有较高的硬度与适当的韧性。因生产批量较大要求模具有较高的使用寿 命，故凸模选择Gr12MoV来制造。3.5.1.4凸模强度的校核：在一般情况下，凸模的强度是足够的，所以不用进行强度计算。但是对于特别细长的凸模或板料厚度较大的情况下，应进行压应力和 弯曲应力的校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要 求。该件的凸模不属于细长凸模，同时板料厚度也较小，所以不用进 行强度的校核。3.5.1.5凸模的固定方式：平面尺寸比较大的凸模，可以直接用销钉和螺钉固定。中、小型凸 模多采用台肩、吊装或铆接固定。对于有的小凸模还可以采用浇注粘 结固定。对于

19、大型冲模中冲小孔的易损易磨，可以采用快换凸模的固定方法，以便于修理与更换。该凸模属于小型凸模，故采用台肩式固定。3.5.2凹模的设计：凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、 刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件 的最大外形尺寸来确定的，考虑到这个零件生产批量比较大，所以采 用刃口强度较高的凹模，因制件形状简单，只有三个工步，总体尺寸也不大，选用整体式 矩形凹模较为合理。因生产批量较大，故选用Cr12MoV为凹模材料。3.5.2.2确定凹模厚度H值：H =3 F冲=3 10970 mm 22mm3.5.2.3确定凹模周界尺寸LX B:由凹模孔壁

20、厚的确定公式，凹模孔口轮廓线为直线时：W = 1.5 H = 1.5 X 22 mm = 33 mmL = 130 140 mm B = 110 125 mm由模具设计指导表 5-43矩形凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为140 mnX 125 mnX 20 mm。根据此值查模具设计指导表 5-2，可得 典型组合 140 X 125 X 140 170 (单位为 mm ( JB/T8066.1 1995)。而由此典型组合标准，即可方便的确定其他冲模零件的数量、 尺寸及主要参数。3.5.2.4凹模的固定方法和主要技术要求：凹模一般采用螺钉和销钉固定。螺钉和销钉的数量、规格及它们的 位置根据凹

21、模的大小，在标准的典型组合中查得。位置可根据结构需要 作适当调整。螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸，满足机械设计 的要求。凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上、下平面应保持平 行。型孔的表面有表面粗糙度的要求Ra二0.80.4卩m凹模材料选择与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模。4. 结构设计：在本节末所示为本零件的模具总图 , 图 4-4(a). 图 4-4(b). 该复合 模将一个冲孔凸模和落料凹模装在上模上 .两个导料销 24 控制条料送进的导向 , 固定挡料销 2 控制送料的进 距.由于条料是板状 ,因而需要采用两个导料销控制条料送进的导向 , 使 条料会平行送进 ,防止条料倾

22、斜 , 固定挡料销是结合排样的实际情况 ,根 据搭边值等确定位置 , 可以很方便地控制送料的进距 , 使操作方便快捷 , 准确, 生产效率高 .卸料采用弹性卸料装置 , 弹性卸料装置由卸料板 22 , 卸料螺钉 23 和弹簧 17 组成. 当冲床压下冲出零件时 , 条料与零件分开 ,卸料板与 卸料螺钉下降 ,冲床升高时 , 在弹簧的弹力作用下 , 把卸料板弹起 , 把条 料顶起, 这种方式比较灵活 ,生产方便 , 具体如图 4-2 所示:4.1 模架选择： 模架由上、下模座和导向零件组成，是整副模具的骨架，模具的全部零 件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下 模座分别与冲

23、压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置由 导柱、导套的导向来实现。模架选用适用中等精度，中、小尺寸压件的对角导柱模架，导柱安装在 模具中心对称的对角线上，上模座在导柱上滑动平稳，常用于横向送 料(从右向左送料)的级进模，操作方便。上模座：L/mrnK B/mnX H/mm=200沐 95mrK 25mm 下模座：L/mnrK B/mm H/mm=260mmi40mm 30mm导柱导套的配合精度，可以根据冲裁模精度、模具寿命、间隙大小来 选择。导柱： d/mm L/mm=28mm180mm导套： d/mm L/mm D/mm=28mm110mm 47mm垫板厚度取： 6mm凸模固定板厚度

24、取： 15mm凹模的厚度已为： 22mm凸凹模的厚度为： 50mm凸凹模固定板厚度取： 14mm卸料板厚度取： 12mm模具的闭合高度：H模=(25+6+15+22+50+12+30 =160mm4.2 模具的制造：4.2.1 凸模根据加工方法的不同，我们可以把整体式凸模分为直通式和台阶 式两种凸模，直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一 样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工，台阶式凸模一般采用机 械加工，当形状复杂时成形部分常采用成型磨削加工，而在我们这个 设计当中的凸模可以采用机械加工就可以加工出相应的模具。模具刃 口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度

25、与适当的韧性。由于模具形状简单，凸模选用T10A材料。由于凸模是直接生产过程中经常用到的部分，所示我们要求热处理达到 HRC58-62，这样有利于冲裁质量与模具寿命。4.2.2 凹模对于凹模的加工，我们采用线切割比较合理，因为工作部分和固 定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加 工，同理，模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击 力。因此应有高的硬度与适当的韧性。由于模具形状简单，凸模选用 T10A材料。热处理也应该要求达到 HRC58-62这样比较符合要求。4.2.3 凸凹模凸凹模的材料与凸模、凹模一样，也是采用 T10A材料，热处理也应该要求达到HRC58-6

26、2只是凸、凹模形状比较复杂一点，就要采用机械加工与线切割同时进行加工。4.2.4 垫板、凸模固定板、卸料板垫板、凸模固定板、卸料板这些零件的结构比较简单，加工比较简 单，而且材料要求不是很高，因此采用 45号钢就可以了，热处理也只 要达到HRC38-42就可以达到要求，而加工方面，只要采用机械加工就 可以生产出来，同时，卸料板要机械加工与线切割加工同时用上。4.2.5上下模座上下模座选用国标中的标准件后，采用机械加工方法就可以加工出 所需的零件。材料与热处理等也按国标中的规定生产就能达到相应的要 求。5. 冲压设备的选择：为使压力机能安全工作，取：F压机一 （1.6 1.8 ） F0 = 1.

27、7 X 53.47 kN = 90.9（kN）故选J23-10的开式可倾压力机,同时可选出相应的模柄孔，并根据模架 选择工作台的尺寸。其主要技术参数为：公称压力：100 kN滑块行程：45 mm滑块行程次数：145次/min最大封闭高度：180 mm连杆调节长度：35 mm工作台尺寸（前后 mrX左右 mr）： 240 mnX 370 mm垫板尺寸（厚度 mnX孔径 mrj） ：60 mmX 0 80 mm模柄孔尺寸：一 30 mmX 55 mm工作台板厚度：35 mm最大倾斜角度：35机床外形尺寸：前后:900 mm ,左右:665mm ,高度:1658 mm机床总质量:576 kg6. 其

28、他零部件的设计：6.1 定位零件的设计：为保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确位置，冲裁出外形完整的合 格零件，模具设计时必须考虑条料或毛坯的定位。正确位置是依靠定位 零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构的不同，所以定位零件的总类 很多。设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等 进行选择。定位包含控制送料步距的挡料和垂直方向的导料等。6.1.1 挡料销 挡料销的作用是挡住条料搭边或冲压件轮廓以限制条料的送进距离。国家标准 中常见的挡料销有三种形式：固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。 固定挡料销安装在凹模上，用来控制材料的进距，结构简单，制造方 便。该模具采用固定挡料销来限制

29、条料的送进距离。6.1.2 定位板和定位钉 定位板和定位钉是为单个毛坯定位的元件，以保证前后工序相对位 置精度或对工件内孔与外轮廓的位置精度的要求。6.1.3 送料方向的控制 条料的送料方向是条料靠着两侧的导料板，沿着设计的送料方向导向送 进。同时采用侧刃定距来控制条料的送进步距。6.2 卸料和推件零件的设计：该复合模将冲孔凸模及落料凹模装在上模上 , 凸凹模装在下模上， 采用的是典型的倒装结构 .6.2.1 步距与定距方式 步距的基本尺寸就是两相邻工位的中心距。对于单排列的排样步距等于 冲件的外轮廓尺寸与搭边余量之和。定距方式有：挡料销定距、侧刃 定距、自动送料器定距。太薄的板料用挡块定位时

30、因板料易产生变形 而影响定位精度。6.2.2 卸料零件 设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件 或废料卸掉，保证下次冲压正常进行。常用的卸料方式有：刚性卸料 和弹压卸料板。复合模上的卸料装置，常用的是弹压卸料板。弹压卸料板具有卸 料和压料双重作用，主要用于冲裁料厚在1.5m m以下的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件（弹簧或橡 皮）、卸料螺钉组成弹压卸料装置。卸料板与凸模之间的单边间隙选 择（0.10.2 ） t，若弹压卸料板还要起对凸模导向作用是，二者的 配合间隙应小于冲裁间隙。弹性元件的选择应满足卸料力和冲模结构 的要求。6.2.3 推件和顶件装置推件和顶件的目的，是将制件从凹模中推出来（凹模在上模）或顶 出（凹模在下模）。推件力是通过压力机的横梁作用在一些传力元件 上，使推件力传递到推件板上制件（或废料）推出凹模。6.3 模具的固定零件 ： 模具的固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等。模柄是连接上模与压力机的零件，常用于 1000 kN 以下的压力机的模具安装。模柄的结 构形式选用突缘式。凸凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本