模具设计专业 设计模板

毕业设计论文

题目：冲压模具设计的应用

学生姓名 柴询询 学 号 2004312245 专 业 机电一体化 班 级 20043735 指导老师 张浩浩 批阅老师

完成日期 2006年11月10日

毕业设计论文开题报告

题目：冲压模具设计的应用

学生姓名 柴询询 学号 2004312245 专 业 机电一体化 班级 20043735 指导老师 张浩浩

完成日期 2006年11月 10日

论文/设计/报告原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文/设计/报告是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了论文/设计/报告中特别加以标注引用的内容外，本论文/设计/报告不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 年 月 日

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本论文/设计/报告属于

1、保密□，在 年解密后适用本授权书。 2、不保密□。

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作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日

一、 课题名称

冲压模具设计的应用。 二、 课题来源

本题由三峡大学职业技术学院冲压模具与制造设计组提供。 三、 研究的目的和意义

目的：通过本课题的设计，学生能全面理解和掌握冲压工艺，模具设计，

模具设计，模具制造等，内容，掌握冲压工艺与模具设计的基本方法和步骤，模具零件的常用加工方法及工艺规和编制，模具装配工艺制定；独立

提高写作能力和与人合作互门交流的能力。

意义：模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其

特定的形状，通过一定的方式使原材料成形，例如：冲压件和锻件是通过冲压成锻造方式便金属材料在模具内发生塑性变形而获得的金属铸件，粉末冶金零件的及塑料，陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造，应用电器，石油化式等工业部门得到极其广泛的应用。

四、 阅读的主要文献及资料名称

参 考 文 献 1．史铁梁《模具设计指导》北京.机械工业出版社.2003.8 2. 赵孟栋《冷冲模设计》北京.机械工业出版社.1997

3. 高锦张《塑性成形工艺与模具设计》机械工业出版社.2001.8 4. 胡石玉 于敏建《精密模具制造工艺》南京.东南大学出版社.2004.7 5. 刘建超 张宝忠 主编 《冲压模具设计与制造》 北京.高等教育出版社.2004

6．王孝培 主编《冲压手册》北京.机械工业出版社.1990

7．冲模设计手册编写组 编著《冲模手册》北京.机械工业出版社.2000

8．模具实用技术丛书编委会《冲模设计应用实例》北京.机械工业出版社.1994

9．冯炳尧 韩泰荣 蒋文森 编《模具设计与制造简明手册》第二版上海.科学技术出版社.1998

10．模具设计与制造技术教育丛书编委会《模具制造工艺与装备》北京.机械工业出版社.2003

11．许发越 主编《模具标准应用手册》北京.机械工业出版社.1994 12．李天佑 主编《冲模图册》北京.机械工业出版社.1988

五、本课题的研究背景，国内外研究现状水平及发展趋势

随着社会经济的发展，人们对工业产品的品种、数量、质量及款式有越来越高的要求。为了满足人类的需要，世界上各工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。

现在，大家都认识到研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义，模具技术已成为衡量一下国家产品制造水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各个国家的高度重视和赞赏。

我国对模具工业的发展也十分重视，国务院1989年3月颁布的关于当前国家产业政策要点的决定当中,就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务.现在,我国的模具工业已初具规模,全国已有200多个模具专业厂,6000多个生产点,年产模架30多万套，还有数以万计的模具私营企业和个体劳动者，在满足模具需求方面，起着不可忽视的作用，可以说，中国在模具技术方面，已有一支较强的队伍。

近年来，我国模具技术的进步主要表现在：

1）研究开发了几十种模具新钢种及硬质合金，硬质合金等新材料，并采用了一些热处理新工艺，使模具使用寿命得到延长。

2）发展了一些多工位级进模和硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了一批精密塑料注射模。

3）研究开发了一些新技术和新工艺，如三维曲面数控仿形加工，模具表面抛光，表面皮纹加工以及皮纹辊制造技术，模具钢的超塑性，成形技术和各种快速制模技术等。

4）模具加工设备已得到较大的发展，国内已能批量生产精度坐标磨床，计算机控制（CNC）仿形铣床，CNC电火花线切割机床以及高精度的电火花成形机床等。

5）模具计算机辅助设计和辅助制造（模具CAO/CAM）已在国内的十保龄球单位得到开发应用。 六、工作的主要阶段进度

1．学习毕业设计（论文）要求及有关规定。（1—2周） 2．阅读指定的参考资料及文献。（2—3周） 3．完成开题报告，交指导教师批阅。（3—5周） 4．完成毕业设计初稿，交指导教师批阅。（5—10周） 5．完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。（11—13周） 6．毕业答辩。（13—14周）

一．材料结构及尺寸分析 1．材料

A3为普通碳素钢，具有良好的可冲压性能。 2．零件结构

冲裁结构简单，并在四处有R2圆角。 3．尺寸精度

由题意可知：孔边距12mm的公差为0.11属11级精度，其它基本尺寸按IT14确定工件尺寸的公差，查《模具设计指导》表3-1：

零件外形：

00 660?0.74 24?0.52 30?0.52 R300?0.52

零件内孔：

?0.36 100

孔心距：

36?0.31mm

结论：适合冲裁。

二．工艺方案选择及模具结构类型

1>落料——冲孔 单模冲压 2>冲孔，落料一起加工 复合冲压 3>冲孔——落料 连续级进冲压

方案一属于单工序冲压，由于此制件生产批量较大，尺寸又较小，这中方案生产效率低，操作也不安全，故不采用；

方案二属复合冲压，由于制件结构尺寸小，壁厚小，结构简单的零件，在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上同时完成两种或两种以上的简单工序的冲压方法； 方案三属连续级进冲压；

根据题意可知方案二和方案三都符合，由于孔边距尺寸12有公差要求，为了更好保证加工零件的可靠精度，采用复合冲压最为合适。 三. 排样的选择

排样方法的选择原则；

1> 冲裁小工件或某种工件需要客条料时，应沿板料顺长方向进行

排样符合材料规格及工艺要求；

2> 冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料轧制方向；

3> 冲件在条料上的排样，应考虑冲压生产率，冲模耐用度，冲模

结构是否简单和操作的方便与安全等；

4> 条料宽度选择与在板料上的排样应优先选用条料宽度较大而步

距较小的方案，以便经济地裁切板样，并减少冲压用的时间。 先采用直排式，算材料利用率。

计算材料利用率η，由文献《冷冲模设计》材料利用率通用计算公式： η=

A0?100% A式中： A。— 得到制件的总面积（mm2）

A — 一个步距的条料面积（L?B）（mm2）

αβ

由图得：

183 sinα=30=5

3α=arcsin5=36.5°

β=73

图中：

SCDE=A2 SABC=A3 S

故扇形面积为：

18 A2=2?24=216 mm2

阴

=A1 A4为直径为10的小圆面积

A1=360?π?30?30=573.05 mm2 圆面积A4=π?r2=π?52=78.5 mm2 A3=15?24=360 mm2

A0= A1+2(A2+ A3)－2 A4=1568.05 mm2 查表2-5普通低碳钢板料搭边值得： a1=2.2mm a=2.5mm

A=BL=(66+2?2.2) ?(30+2.5)=70.4?32=2266.88 mm2 故: η=

1568.05A0?100%=2266.88?100%=62.9% A73选择板料900mm?1000mm，可装14条（70mm?1000mm）的条料 每张板料可做378个工件，则总的材料利用率η η

?=BL?100%

?为：

NA式中 N—一张板上冲件总数目； L—板料长度（mm）； B—板料宽度（mm）；

378?1568.05NAη?=BL?100%=900?1000?100%=69.9%

采用斜排，角度为30°

由上题可知： a1=2.2mm a=2.5mm

采用有侧压板的冲压时，条料宽度为B， B=D+2a1 冲裁零件的毛坯面积： F=1568.05mm2 由上方案可得：

条料宽度B=66?66?24?24?cos30°+2?2.2 =74.6mm

送料进距h=30+1.2=31.2mm 一个进距内的材料利用率为： η=Bh?100%=74.6?31.2?100%=67.3% 横裁时的条料数： n1=

100074.6=13 每条板料可裁

nF1568.0513条条料

每条件数：

900?a?（33?sin30?2.5）900?2?(33?0.5?2.5)n2=== 28 31.2h 每条条料可冲28件零件。

板料可冲总件数： N=13?28=366件 板料利用率：

nF366?1568.055742698 η=Bh?100%=900?1000=900000=63.8%

排样方式 一个进距内的材料利用率 板材利用率 方案一 直排 69.2% 65.9% 方案二 斜排30° 67.3% 63.8%

从表数据可看出：直排材料利用率等，斜排时材料利用率，料宽较小，冲压时辅助时间消耗较多，直接影响冲压生产率，由此可得最适合采用直排。

四．冲压力与压力中心计算

计算压力中心，完成本制件所需的冲压力，由冲裁力，卸料力，推料力组成。

1> 冲裁力F冲—由冲孔力，切口力，切断力和侧面刃冲压力四部分组成， 由文献《冷冲模设计》冲裁力F冲（N）的计算公式： F冲=ltσ

b

或 F冲=kltτ0

式中：

K—常数，为1.3； L—冲裁周边长度（mm）；

τ0—材料的抗剪强度（MPa）; σb—材料的抗拉强度（MPa）；

由文献《模具设计指导》表4-12得：

料厚/㎜ K卸 K推 K顶 σ

b=432MPa (为计算方便,圆整为450 MPa)

由上步可知：

l1=360?2?π?30=38.2mm

矩形的边长和为：

L2=24?2+30+60=144mm

两圆的周长为：

L3=2?π?5?2=62.8mm

冲裁的总周边长度为：

L=l1+l2+l3=38.2+144+62.8=283.2mm 由上述计算可得：

F冲=450?2?244.5=220.05(KN)

2〉卸料力和推料力，由文献《塑性成形工艺与模具设计》的计算公式： F卸=K卸?F冲 F推=K推?F冲n

式中，K推，K卸—系数，查文献《塑性成形工艺与模具设计》 表2-11

73?0.1 0.1～0.5 钢 0.5～2.5 2.5～6.5 ﹥6.5 铝、铝合金、纯铜、黄铜 0.065～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.03～0.04 0.02～0.03 0.025～0.08 0.02～0.06 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.03～0.07 0.03～0.09 0.15 0.08 0.06 0.05 0.03

卸料力，推料力和顶料力的系数得： K卸=0.05 K推=0.055

N —卡在凹模有壁洞口内的制件件数，一般在3-5件，本题取n=5 F卸=0.05?220.05=11.1025（KN） F推=5?0.055?220.05=60.5（KN）

冲裁时所需冲压力为冲裁力，卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。 采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模的总压力为：

F总=F冲+F推

采用弹性卸料装置和下出料方式的总压力为： F总=F冲+F卸+F推

采用弹性卸料装置和上出料方式的总冲压力为： F总=F冲+F卸+F顶

本题采用弹性卸料装置和下出料方式，故总冲压力为： F= F冲+F卸+F推

=220.05+11.1+60.5 =291.65（KN） 五．计算压力中心

由于该零件图为不规则图形，则压力中心即不规则图形的形心

如图：建立直角坐标系，查《机械工程师手册》表2-1-2得：

4rsin?3 yc=3(2a?sin2?)

其中：r—指圆弧半径；

a—如图所示为弧所对中心角的一半； 由题可知：r=30mm a=37° 则 ：

4rsin?34?30sin373 yc=3(2a?sin2?)=3?(1.273?sin37)=27.87mm2

不规则图形总的中心：

yc?s1?ya?s2 y= s总 =

27.87?148.9?12?1419.151568.05

=13.5mm S阴=S扇-S? =580.9-432 =148.9mm2

则压力中心为（33，13.5）

计算零件的刃口尺寸 1．冲裁模间隙

了解间隙对冲裁工作的影响。

间隙值影响到冲裁时弯曲，拉伸，挤压等附加变形的大小，因而对冲裁工序影响大，主要有以下几方面： （一）间隙对零件质量的影响

模具间隙是影响断面质量的主要因素，提高断面质量的关键在于推迟裂纹的产生，以增大光亮带宽度，其主要途径就是减小间隙。 （二）间隙对冲裁力的影响

间隙增大 材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，冲裁力可得到一定程度的降低，继续增大间隙值，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹

不相重合的影响，冲裁力下降变缓。当单向间隙介于料厚的5%～20%时，冲裁力的降低并不显著（不超过5%～10%）。间隙减小，材料所受拉应力减小，压应力变大，材料不易产生撕裂，使冲裁力增大，在间隙合理情况下，冲裁力最小。

间隙对卸料力、推件力或顶件力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模上卸料或从凹模孔中推料都省力。一般当单向间隙增大到料厚的15%～25%时，卸料几乎为零，但当间隙继续增大时，因毛刺增大等因素，会引起卸料力、顶件力迅速增大。 （三）间隙对模具寿命的影响

冲裁过程中，凸、凹模刃口受到材料对它的作用力，其方向与材料受的作用力相反。在这些力的作用下模具的失效形式一般有：磨损、崩刃、变形、胀裂、断裂等。间隙主要对模具的磨损和胀裂有影响。 2、合理间隙值的确定法

有理论确定法和查表确定法

表2-1所提供的经验数据为落料、冲孔模的初始间隙，可用于一般条件下的冲裁。表中寝间隙的最小值Zmin，相当于最小合理间隙数值，而初始间隙的最大值Zmax是考虑到凸模和凹模的制造公差，在Zmin的基础上所增加的数值。在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的使用最大数值（即最大合理间隙）超过表列数值。

查表2-1由零件厚度2mm，零件材料为变通碳素钢，可查出Zmin=0.22mm,Zmax=0.26mm. 3、凸凹模刃口尺寸的依据：

①冲裁变形规律，即落料件尺寸与凹模刃口尺寸相等，冲孔尺寸与凸模刃口尺寸相同。②零件的尺寸精度。③合理的间隙值。④磨损规律，如圆形件凹模尺寸磨损后变大，凸模尺寸磨损后变小，间隙磨损后变大。⑤冲模的加工制造方法。因而在计算刃口尺寸时应按下述原则进行。 （一）保证冲出合格的零件。

（二）保证模具有一定的使用寿命。

（三）考虑冲模具制造修理方便，降低成本成本。 4、刃口尺寸计策方法

（一）凸模与凹模分别加工。 （二）凸模与凹模配合加工。

确定计策方法，查《塑料成型工艺与模具设计》表2-3

表2-3 规则形状(圆形或方形)冲裁时凸凹模的制造公差(mm) 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 基本尺寸 凸模偏差 凹模偏差 18 0.020 0.020 180-260 0.030 0.045 18-30 0.020 0.025 260-360 0.035 0.050 30-80 0.020 0.030 360-500 0.040 0.060 80-120 0.025 0.035 500 0.050 0.070 120-180 0.030 0.040 由基本尺寸66可查凸模偏差δp=0.020mm 凹模偏差δp=0.030mm 采用凸、凹模分别加工方法，凸、凹模具有互换性，在精度要求高的行业，一般采用这种方法加工，而且它的制造周期短。

采用凸、凹模分别加工法需要分别标注凸、凹模刃口尺寸及公差，为了保证合理间隙，必须满足下列条件：

δp+δd≤Zmax-Zmin

若出现δp+δd≤Zmax-Zmin的情况，但大得不多时，凸、凹模公差

按公式δp<=0.4(Zmax-Zmin) δd<=0.6(Zmax-Zmin) 适当调整以满足上述条件， 其中 δp ——凸模偏差 δd——凹模偏差

Zmax——最大合理间隙 Zmin——最小合理间隙

由上述可知δp=0.020mm δd=0.030mm Zmax=0.26mm

Zmin=0.22mm δp+δd=0.02+0.03=0.05mm

Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04mm δp+δd>Zmax-Zmin 但大的不多，由于间隙使用数最大数值可大于表中Zma0。026，因此可调整为Zmax=0.27mm,即可满足

δp+δd<=Zmax-Zmin

即： 0.030+0.020<=0.27-0.22 冲孔用凸、凹模分别加工方法。

这各加工方法适用于圆形或简单规则形状的冲裁件。冲模刃口与零件尺寸及公差分布情况如图2-11所示，其计算公式如下：

?Δ1）冲孔零件孔的尺寸d0 ，根据上述原则，其先确定基准件凸模刃

口尺寸dp，再加上Zmin便是凹模刃口尺寸：

凸模 dp=(d+xΔ

0)?δp

?δd 凹模 dd=（dp+Zmin）0=(d+ xΔ+Zmin) 0?δd

Dp, dd ——冲孔凸、凹模刃口尺寸（mm）； Zmin ——最小合理间隙

d ——零件孔径公称尺寸（mm）；

δp,δd ——凸、凹模制造公差（mm）

通常按模具的制造精度来定也可参照表2-3定。

△x——磨损量 磨损系数X是为了使零件的实际尺寸尺量接近零件公差带的中间尺寸，Z值在0.5～1之间，与零件制造精度有关。可查表2-4，或按下列关系取：零件精度为IT10以上时，X=1，零件精度为IT11～IT13时，x=0.75；零件精度为IT14时x=0.5。

材料厚度 t/mm 1 1 1-2 2-4 >4 <0.16 <0.20 <0.24 <0.30 表2-4 系 数x 非 圆 形 圆 形 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/mm 0.17-0.5 ≥0.36 <0.16 ≥0.16 0.21-0.41 ≥0.42 <0.20 ≥0.20 0.25-0.49 ≥0.50 <0.24 ≥0.24 0.31-0.49 ≥0.60 <0.30 ≥0.30 000dp=(d+xΔ)?δp=（10+1×0.2）?0.02=10.2?0.02

?δddd=（dp+Zmin）0=(d+ xΔ

?δd+Zmin) 0?0.03?0.03=（10.2+0.22）=10.420 0

2）落料时凸模与凹模配合加工 因为落料时形状复杂，板料薄，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，一般采用配合加工。这种加工的方法是： （1）模具间隙是在配制中保证的，因此不需要校核δp+δd<=Zmax-Zmin以加工基准件时可以适当放宽公差，便其加工容易。

（2）尺寸标准简单，只需在基准件上标准尺寸和公差，配制件仅标准基本尺寸，并注明配做所留间隙值。

以凸模为基准件，由上述尺寸精度可知，零件外形：

00 660?0.74 24?0.52 30?0.52 R300?0.52

我们需算的尺寸是落料基准件凹模尺寸，即为A类尺寸，计算公式为 Ad=(A-xΔ

?δd) 0

其中： A —零件基本尺寸

x —磨损系数，零件精度为IT10以上时x=1，零件精度

为IT11-IT13时x=0.75，当零件精度为IT14时x=0.5。

Δ —零件的极限偏差值 δ

d

—凹模公差（mm），当标注形式为+δd 或（-δd）时，

车间 工序名 1 2 3 4 更改号

工作型别 材程序 料 A3 页次 毛料种类 版料 设备名称 更改单号 零件零件号 名称 页数 工序工作名称 地 切料 冲裁 止动5 件 设备工作等工作定额 型别 级 剪床 开式J23-63 双柱 编号 日期 工艺员 去毛 刺 检验 编号 签字 日期 工艺组长 工艺室主任 切料图表 型别 零件名称 材料 分类 技术条件 编号 1 零件号 工序号 硬度 设备名称 设备型别 A3 更改号 编号 签字 日期 内容 尺码 原料尺1000×900 寸 2 分成条900×70 料尺寸 3 分成条 料的数14 量 4 条料制 成零件28 数量 5 条料制 成零件65.9% 总利用率 更改编日工艺员 单号 号 期 工艺组长 工艺室主任

车间 检验图表 型别 零件名称 零件号 工序号 页码 材料 硬度 A3 项目检验内检验工号 容 具 1 各主要游标卡尺寸 尺 编号 日期 工艺员 更改号

编签字 日期 更改单号 号 工艺组长 工艺室主任

凸凹模固定板加工工艺过程: 序号 工序号 工序内容 1 备 料 气割下料130×130×18㎜ 2 热处理 调质硬度24-28HRC 3 粗 铣 铣六面达125.3×125.3×16.8㎜,并使两大平面和相邻两侧面基本垂直 4 平 磨 磨光两大平面,厚度达16.4㎜,并磨两相邻侧面使四面垂直,垂直度0.02㎜/100㎜ 5 钳 ① 划线 螺纹孔中心线,螺纹过孔中心线,销钉孔中心线,凸凹模固定孔轮廓线. ② 钻孔 螺纹底孔,螺纹过孔到要求,凸凹模固定孔线切割穿线孔. ③ 攻丝 攻螺纹底丝到要求 6 线切割 割凸凹模安装固定孔,单孔留研余量0.01～0.07㎜ 7 钳 研配,将凸凹模配入安装固定孔 8 平 磨 磨厚度到要求 9 钳 装配,与下模座配作销钉孔

凸模加工工艺过程 序号 工序名称 工序内容 1 备 料 锻件(退火状态) 2 热处理 退火\\硬度达 3 车 ㈠车一端面,打顶尖孔,车外圆至10.20?0.02掉头车另一端面,长度至尺寸50mm,打顶出孔。 ㈡双顶尖顶,车外圆尺寸 υ11mm,至要求,车尺寸 主要求 检验 淬火,硬度至56--60HRC 磨削外圆尺寸υ11mm 切除工作端面,顶尖孔, 磨削端面至Ra0.8μm 按图纸技术要求 装配(钳修并装配保证)

4 5 6 7 8 9 10 检验 热处理 磨削 线切割 磨削 检验 钳工

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