落料冲孔复合模设计说明书范本

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目录

第一章 绪论 ....................................................................................................................... 1

1.1 冲压模具的现状与发展趋势 ................................................................................. 1

1.1.1我国模具技术的现状 .................................................................................... 1 1.1.2未来冲压模具制造技术发展趋势 ................................................................ 2 1.2 课题研究的理论依据 ............................................................................................. 4 第二章 冲压成型工艺分析和工艺方案的确定 ............................................................... 5

2.1 冲压的基本工序分类及模具类型的选择 ............................................................. 5 2.2 冲模设计与制造的程序 ......................................................................................... 5 2.3 冲压工艺编制与冲模设计的步骤和内容 ............................................................. 6

2.3.1 冲压工艺编制 ............................................................................................... 6 2.3.2 冲模设计 ....................................................................................................... 7 2.3.3 冲模制造工艺的选择 ................................................................................... 9 2.4 设计任务 ................................................................................................................. 9 2.5 工件的工艺分析 ................................................................................................... 10 2.6 工艺方案的确定 ................................................................................................... 10 2.7 模具结构方案的确定 ........................................................................................... 11 2.8 小结 ....................................................................................................................... 11 第三章 落料冲孔模工艺计算及模具结构设计 ............................................................... 12

3.1 排样设计与计算 ................................................................................................... 12 3.2 冲裁力计算 ........................................................................................................... 13 3.3 压力机选择 ........................................................................................................... 13

3.3.1冲压设备的选择原则 .................................................................................. 13 3.3.2选择压力机及压力机参数 .......................................................................... 14 3.4 确定模具压力中心 ............................................................................................... 14 3.5 凸、凹模刃口尺寸计算 ....................................................................................... 15

3.5.1刃口尺寸计算的一般原则 .......................................................................... 15 3.5.2刃口尺寸计算方法 ...................................................................................... 15 3.5.3落料-冲孔模刃口尺寸的计算 .................................................................... 15 3.6 确定凹模外形尺寸，选择标准 ........................................................................... 16 3.7 冲模结构设计 ....................................................................................................... 17

3.7.1装配图 .......................................................................................................... 17 3.7.2模具结构型式分析 ...................................................................................... 18 3.7.3模具主要零部件的结构和设计 .................................................................. 18 3.7.4模具的工作过程 .......................................................................................... 20 3.8小结 ........................................................................................................................ 20 第四章 冲压模具工件的机械加工 ................................................................................... 21

4.1 冲压工作零件的技术要求 ................................................................................... 21 4.2 冲模工作零件的热处理 ....................................................................................... 21 4.3 冲模工作零件机械加工工艺过程 ....................................................................... 21

5.3.1凸模加工工艺工程 ...................................................................................... 21 5.3.2凹模加工工艺过程 ...................................................................................... 21 4.4 小结 ....................................................................................................................... 22

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第五章 模具装配 ............................................................................................................... 23

5.1 冲模装配 ............................................................................................................... 23 5.2 冲模的安装 ........................................................................................................... 24 5.3 小结 ....................................................................................................................... 24 第六章 结论 ....................................................................................................................... 25 参考文献 ............................................................................................................................. 26 致谢 ..................................................................................................................................... 27 附零件图、装配图

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第一章 绪论

1.1冲压模具的现状与发展趋势 1.1.1我国模具技术的现状

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。

随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通

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信等产品中，60%~80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600 亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。

中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 1.1.2未来冲压模具制造技术发展趋势

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、 “价格低廉的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： 1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

2) 高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

3) 模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

4) 电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电

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极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。

5) 提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。

6) 优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。

7) 模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

8) 模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。CNC雕刻机在国内的发展上从最近的一两年才有较大的发展，相关加工厂和使用单位时刻以敏锐的眼光盯着厂家的动向，这也是身为雕铣机主机生产厂一点也不敢松懈的真正原因所在。作为用户当然要选合适的设备，如果选型不当，不但不能赚钱反而令陷入为机器打工的苦涩局面。那么什么样的机床才是好机床？

我们认为好机床的定义是这样的：能够在短期内收回投资的机床才是好机床。数控机床的设计使用寿命一般为7年，主要是数控方面的使用寿命为准，这样花钱和挣钱的比例关系将直接影响您的生意，所以仔细分析功能进行选型是有效投资的必要条件。在国外很早就有雕铣机的名词（CNC engraving and milling machine），严格地讲雕是铣的一部分，是购买雕刻机还是购买数控铣式加工中心是经常要问自己的问题。另外，还有目前盛行的高速切削机（HSCMACHINE）。

还是让我们首先搞清楚三个机型区别：

1）数控铣和加工中心 用于完成较大铣削量的工件的加工设备 2）数控雕铣机 用于完成较小铣削量，或软金属的加工设备

3）高速切削机床 用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备。

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1.2课题研究的理论依据

1）冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、修边等。 用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛坯。从板料冲下所需形状的零件叫落料，在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔。

2）冲裁过程：冲裁即是分离工序，工件受力时必须从弹、塑性变形开始，以断裂告终。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上翘起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，不同凸模行程，其变形程度不同，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近的变形。由此可知，塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到板料的整个厚度方向上塑性变形，板料的一部分相对另一部分移动。力矩将板料压向整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面平压，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂，裂纹产生后，沿着大剪应速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。

3）模具间隙：模具间隙系指凸、凹模刃口缝隙的距离，用符号c表示，俗称单面间隙。而双面间隙用Z表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。

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第二章 冲压成型工艺分析和工艺方案的确定

2.1 冲压的基本工序分类及模具类型的选择

冲压工序基本分为以下两大类：

第一类是材料受外力后应力超过其强度极限，使材料发生剪裂或局部剪裂。诸如：板料的剪裂、剪截、冲孔、落料、切口、整修、裁切、冲口等多种作业形式，但均属于分离工序；第二类是材料受到外力应力超过其屈服极限，使材料经过塑性变形后成一定的形状。诸如：弯曲、缩口、卷边、扭转、拉伸、起伏成形、体积冲压等变形方式，但均属于变形工序。将上述两个以上的单工序连续冲压与复合在一套模具上冲压便构成连续冲压与复合冲压工序。

上述各种冲压变形工序所用的模具，虽然结构千变万化，但仍然可按其冲压过程的动作特征、主要结构特点以及完成的工艺作业类别，将其划分成以下几大类：

1）单工序冲模（亦称单冲模）

这种冲模是在压力机的一次行程中只完成一个冲压工艺工序。一般均以其完成的冲压工艺工序的名称来命名：如只进行冲孔的称之为冲孔模；只进行一次弯曲的称为弯曲模。

2）连续模（亦称多工序连续模）

这种模具是在压力机一次行程中，在模具的不同工位上，能同时完成两个或两个以上冲压工序。根据连续完成的冲压工序的工艺作业类别又将连续模分为：多工位连续冲裁模、多工位连续式复合模两种。连续模只有冲裁工位的，即只进行冲孔、切口、落料等属于冲裁作业的工位，称为多工位连续冲裁模。如果连续模诸工位中，除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形：包括翻边、冲挤、压印等属于冲裁式复合模。

3）复合模

该类模具仅一个工位，在压力机的一次行程中能完成两个或两个以上冲压工步，根据这类模具完成的冲压工步的类别，可将其分为：冲裁式复合模、综合式复合模两种。只完成冲裁作业的复合模，最常见的是冲孔—落料复合模。如果连续模诸工位中,除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形任意一个或一个以上变形工步的复合模，通称其为综合式复合模、多工位连续式复合模。 2.2 冲模设计与制造的程序

由于国内目前正处在市场经济的管理体制与生产组织形式正在逐步改革和健全过程之中，故目前国内对冲模设计与制造的程序，尚无固定的标准模式，但整个过程

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大致可以分为如下七个阶段：

1）冲压设计。提供冲件图及技术要求；

2）编制冲压工艺文件。包括：冲压工艺卡、冲压工艺手则、工序质量分析表、工序质量控制图等；

3）冲模设计。符合工艺要求，结构合理，制造容易的整套冲模图纸； 4）冲模制造。按冲模图纸制造的冲模，其零部件全部合格且冲出冲件符合冲件图要求，冲模经验合格证，方可交付使用；

5）试模验证。新冲模须经冲件设计，冲压工艺编制人员、冲模设计者、使用单位、专职检验员、安全员等有关人员共同参加，进行试模考核与验证，合格后各方算验证通过。

6）投产使用试模验证。新冲模交付使用必须有《冲模验证单》等随行文本。并要在使用过程做投产、维修、出现与解决的问题等记录工作。

7）维修保管。每次使用完成，必须将最后冲制的样件栓在模具上，同上述填写好的技术档案及有关记录一并送检后入库。需要修理至合格后方入库保管备用。 2.3 冲压工艺编制与冲模设计的步骤和内容 2.3.1 冲压工艺编制

根据冲压件图编制冲压工艺的步骤和主要内容如下：

1）进行冲件工艺分析即研究并熟悉冲件结构形状、尺寸、冲压加工工艺及冲压精度，了解冲件材料及材料质量，尤其是表面质量。这一阶段实际上是编制冲压工艺的前期准备工作,十分重要。首先要详细了解冲件在整个产品中的地位、作用及性能,要研究和分析冲件的冲压工艺性及改变冲件结构尺寸与形状从而简化加工过程及冲模结构的可能性；研究冲件在现场条下进行经济冲压实现成批与大量生产的可能性；改变冲件结构形状与尺寸实现少无废料冲压的可能性。

2）确定生产性质，投产批量和年总产量。为经济合理的选定冲模类型，结构及最经济的制模工艺提供可靠依据。

3）确定工艺要素，编制工艺文件。 （1） 确定冲压件生产的工序及设备种类；

（2） 设计排样图。按照考虑年产量和按月收入批量初选的冲模类型，依冲压件的结构形状，尺寸与形位精度，进行排样图设计。

（3） 计算材料利用率。根据设计完成的排样图，按规定方法计算材料利用率、单件材料消耗定额并确定允许废品率。

（4） 计算冲压力，选定冲压设备。

（5） 编制冲压工艺初稿，并与冲压工艺施工人员、冲模设计者、产品设计人、

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质检人员等有关人员商讨、会签、最后形成正式文件。

（6） 提出冲模设计任务书。 2.3.2 冲模设计

根据冲压件图和以此图编制的全部工艺文件、现场冲压设备使用说明书等进行冲模设计，需要经历的步骤和完成的工作内容如下：

1）模具设计与从制造的角度出发。在确保冲件质量的基础上，从改善制模工艺性、提高模具寿命出发、分析研究冲件的冲压结构工艺性，熟悉冲件图结构、尺寸与形位精度、其他技术要求等。

2）提供冲模设计的有关工艺文件是否齐全，包括：冲压件图、全套冲压工艺文件、冲模设计任务书等。

3）分析冲压工艺的合理性。排样图、变形过程图及冲模结构选型是否先进、恰当、经济合理。

4）核算冲压力，含冲压附加压力，诸如：卸料力、顶件力、卸件力、废料切断刀、拉深压边力、弹压卸料板压料力、弹性元件的弹力等。根据计算总压力选用设备的合理性、冲模装夹是否困难，压力机的形程、闭合高度、压力行程曲线能否满足工艺施工要求，排样图中搭边与沿边值以及排样方法是否合理，工步顺序及工位布置是否合适等。

5）最后按确定的冲模类型，规定冲模总体结构，提出采用典型设计组合、冲模零部件标准及有关设计要求。就冲裁模而言，对单工序模、冲裁复合模、多工位连续式冲裁模，应采用GB2851—2875—81《冷冲模》以及1990年修订本的国家标准中规定的典型组合标准规格，并按其规定选配成套冷冲模标准零部件、模板等标准件。

6）冲模的细部设计与计算，包括：

（1） 送出料装置的配置及操作方式的确定。在单件、小批量生产中，一般不配用送出装置而用手工操作；大批量生产中应配用通用或专用自动送出料装置，以确保生产安全高效，中批生产可考虑由模具带动的钩式简易送料装置和拔杆卸料器，可实现连续冲压。

（2） 压料与卸料系统的设计，要依据冲件图对工件平面度的要求和原料的厚度，冲件形状及变形工步，确定压料与否，而后确定固定卸料板还是弹性卸料板，甚至分工位两者组合的卸料系统。

（3） 顶件系统与卸件装置的设计，从冲模结构考虑：落料凹模装在下模的正装复合冲裁模以及上模出件的弯曲、拉深、翻边等单工序模和多工位连续式复合模的这些工艺作业的工位，一般都要在其凹模洞口中设顶件器。顶件器一般由装在下模下

对于含有拉深、弯曲、内外缘翻边等也尽量考虑使用上述标准，以利于制模。

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边的弹性元件驱动，而卸件器则靠一套刚性顶杆、推板推卸出件。上述装置设计模具时要根据实际需要设置。

（4） 进位限位装置设计。根据排样图确定的使用侧刃、挡料销的位置及尺寸，选用标准规定的合适类型与规格。此外，还要根据模具结构和提高送进材料定位精度的实际需要，设计侧压装置、挡料销、工艺定位孔等，始用挡料销、固定挡料销种类繁多，应按冲件厚度、结构形状与尺寸、搭边宽度等情况选用。

（5） 选定冲模制造精度等级，主要依据冲件图要求的冲压精度，一般要提高1—2级精度，作为冲模制造精度的等级。凸、凹模工作尺寸、进距误差、多工送进误差等均需以确定的冲模制造精度为依据进行计算，以确保冲制工件尺寸精度不超差。

（6） 计算并确定冲模的压力中心。对于多工位连续模这一点较为重要。欲使冲模工件正常而平稳，要使其压力中心与其模柄的轴心线重合，最多不得超过模柄的投影面积之外，否则会产生偏移弯矩，加速压力机滑块与导轨以及模具导向机构的磨损。

（7） 计算冲模工作零件尺寸，首先按冲件材料种类及厚度选定间隙极其取向再行计算。除凸、凹模刃口尺寸需按事先选定或工厂习惯采用的制模工艺进行计算外、与此有关的固定板、卸料板及与其配对便用的斜楔滑块、钩式送料装置的零部件尺寸，都要进行计算并确定下来，方可制图。

7）根据选用的GB2851—2875—81《冷冲模》国标，按其规定配用的标准模架及成套零部并考虑上述各步骤设计内容及结果，绘出模具总装配图和非标准零件。

在绘制冲模总装配图时需注意解决好以下一些问题：

（1） 按冲件的冲压工艺过程卡规定使用的冲压设备及其主要技术规格，诸如：压力机台面尺寸，压力机台面及其滑块上装模柄孔的尺寸、最小闭合高度等参数，作为选用标准模架和模柄以及确定模座底面积、模具落料孔以及模具平面装夹尺寸的依据。即便选用标准典型组合，也必须考虑上述参数给予衔接；

（2） 注意设计合适的凹模结构形状，并对其强度进行必要的校核；

（3） 凸模长度要进行细致的计算，对于小孔冲模，当凸模直径等于或小于料厚或冲裁高强度材料小孔时，除在结构上采取加固措施外，对凸模的抗压强度和抗纵弯稳定性要分别进行比要的验算；

（4） 注意拔杆卸件系统、模具带动的送料装置等直接装在模具上或与模具联动的机构，与模具主冲压动作的协调、配合。必要时可先设计并绘出各机构动作过程组合曲线图，防止在一个部位动作相碰撞。

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2.3.3冲模制造工艺的选择

冲模制造工艺是冲模非标准工作零件即非圆形凸、凹模的制造方法。冲模的标准零部件，包括一些圆形凸模及圆凹模的加工工艺都已定型且这些零件大多可在市场上随时购买。故通常所说的冲模制造工艺是指那些需要另行单独制造的非圆凸、凹模以及其他复杂的非标准凸、凹模的制造方法。

首先应该将需要加工的凸、凹模零件表面按其用途、作用及加工工艺不同分为：配合面与接触面两种。配合面是在冲模组装或总装时，该面与其他零部件配合，要求有一定的尺寸与形位精度及表面粗糙度。 2.4设计任务

零件简图：如图2-1所示 年产量：大批量 材料：50CrVA 材料厚度：1.5mm 制件的尺寸精度：IT14级

图2-1 零件简图

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2.5工件的工艺分析

对工艺分析包括技术和经济方面两个方面内容。在技术方面，根据工件图，主要分析该冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺要求；在经济方面，主要根据冲压件生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此，冲压件的工艺分析，主要讨论在不影响零件使用的前提下，能否以最简单经最经济的方法冲压出来。能够做到的，表示该冲压件的工艺性好；反之，工艺性差。影响冲压件工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要因素有以下几个方面

该制件形状比较简单，都是由圆弧组成的，尺寸一般，厚度适中，大批量，属于普通冲压件，但是有几点应注意：

1) 由于零件上有18个小孔和一个大孔，落料的同时要保证所冲18个小孔的位置精度。

2) 大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的寿命。 2.6工艺方案的确定

根据制件工艺性分析，该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的以下三种方案：

1) 第一步落料，第二步冲孔，采用单工序模生产。 2) 第一步落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。 3) 第一步冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。

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加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产要求。由于零件结构相对简单，为提高生产率，主要应采用复合模冲压和级进模冲压。

由于采用级进或多工位自动送料装置，生产率高，模具结构复杂，制造周期长，成本高。故采用复合模生产。

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根据上述分析，该零件采用落料-冲孔复合冲压的工艺方案。以下是制件加工的工序图：

落料冲孔成品件如图2-2

图2-2 落料冲孔成品件

2.7模具结构方案的确定

设计落料-冲孔复合模，因制件材料是50CrVA，材料抗剪强度高，卸料力很大，采用弹性卸料需要在模具的很多位置安装弹性卸料装置，使模具结构复杂，故不采用。又由于制件尺寸较大，采用打料杆又会影响制件的平整性，故采用打料杆与卸料板接触，由卸料板卸料的结构。又由制件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，所以复合模采用倒装复合模及打料杆接触卸料板的卸料方式和定位钉定位方式。 2.8小结

本章进行了工件的冲压工艺分析、工艺方案的确定和模具结构方案的初步确定。

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第三章 落料冲孔模工艺计算及模具结构设计

3.1排样设计与计算

冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算条料宽度和送料步距，计算材料利用率，画排样图。

（1） 排样方法的选择

根据对所给零件的分析，采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。

（2） 计算冲裁件面积：

由软件可求出冲裁件面积A=22027.93mm2 查表3-10[2]得到，工件间a=2.0mm,搭边a1=1.5mm （3） 步距和条料宽度的计算 步距H=172 mm +1.5 mm=173.5 mm 条料宽度B=172 mm +2×2 mm=176 mm （4） 材料利用率的计算 一个步距的材料利用率： η= (nA/BH)×100%

= (1×22027.93÷176×173.5)×100％=72％ （5） 排样图如图3-1

图3-1 排样图

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3.2 冲裁力计算

平刃冲模冲裁时，冲裁力F0＝Ltτ，但考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料机械性能变化和材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力必须增大30％，即： F=1.3F0=Ltσb 查表1-1[2] τ=700 MPa （1） 落料：

落料力：F落F落=Ltσb 得：567×103N 卸料力：F卸F卸=k F落 得：28×103N （2） 冲制件中间大孔： 查表2-10[2]k1=0.05 由经验选取n=3 查表2-10[2]k1=0.055

冲孔力：F冲=Ltσb 得：124×103N 卸料力F卸：F卸=k 1F冲 得： 6×103N 推件力F推：F推=nk 2F冲 得：20×103N （3） 冲制件18个腰形孔 查表2-10[2]k1=0.05 由经验选取n=3 查表2-10[2]k1=0.055

冲孔力F冲：F冲=Ltσb 得：603×103N 卸料力F卸：F卸=k 1F 得：30×103N 推件力F推：F推=nk 2F冲 得：100×103N F0=F落＋F冲＋F卸＋F推 F0=1508×103N F=1.3F0

F=1960×103N

（4） 选择冲床的总压力 落料-冲孔的总压力： F总1= F=1960×103N 3.3压力机选择

3.3.1冲压设备的选择原则

冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选择冲压设

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接在一起。

2）腰形凸模

由于工件上孔位比较多，为保证冲裁精度，采用直通式凸模。凸模用柳接形式固定在凸模固定板上，凸模垫板，凸模固定板用内六角螺钉与上模座连接在一起。

3）凹模

凹模由内六角螺钉和圆柱销固定在上模座上。刃口选用直筒形，刃口强度较高，刃磨后工作部分尺寸不变。为保证工件的平整性，在该凹模内安装护板，有利于提高冲压质量，适合冲压形状复杂的工件。最大缺点每次冲压后，工件或废料在凹模内，会增加孔壁磨损。

4）凸凹模

凹模由内六角螺钉和圆柱销固定在下模座上。 5）卸料板部件设计

（1） 弹性卸料板有一定的厚度，用螺栓和销钉固定在下模座上，能承受的卸料力比较大。固定卸料板和凸模的单边间隙，一般取0.1～0.5mm，但不小于0.05mm。固定卸料板厚度与冲裁力大小、卸料尺寸等有关，一般取5～10mm.。

（2） 卸料橡胶计算

采用橡胶块作为弹性元件。具有承受载荷比弹簧大，安全与安装调整方便等优点。橡胶块的选用包括决定其品种、高度及截面尺寸等等。

a)

橡胶块品种的选择

考虑到模具结构，选用四个圆筒形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为： Fy=F卸料力/4=28×103N/4=7×103N b) c)

确定橡胶的横截面积A。取hy=10%h0=0.1h0,查表3-35[2]，得到P=1.1MPa, 橡胶块截面尺寸的计算

则A= Fy/P=7.675×103N/1.1=6.98×103（mm2）

选用直径为12mm的卸料螺钉，取橡胶上螺钉过孔的直径为 d=16mm，则橡胶外径D=d?d?4A/3.14=144?4?6980/3.14mm=95mm

d)

计算并校核橡胶块高度

3?10h0=(mm)=52(mm)

0.35?0.10因为h0/D=52/95=0.55,故所选橡胶符合要求。橡胶的安装高度ha=h0-hy=52-52×0.1=46.8(mm)

卸料螺钉及其设置

a) 螺纹长度虽短但与光杆段有台阶，可保证旋入弹性压力板后不易松动 b) 螺钉长度使指光杆段长度且有公差要求，便于保证弹性卸料板工作平面与模面平行。

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c) 螺钉材料为45号钢且要求热处理硬度为35～40HRC，以便保证螺钉有足够的强度，能够承受卸料过程中反复作用的拉应力。

d) 卸料螺钉的长度的确定

卸料螺钉A：L=43mm+22mm=60mm 卸料螺钉B：L=43mm+22mm=60mm e) 模座沉孔深度的计算 h=20+3+10+15=98mm 6）导柱导套

导柱和导套都是圆柱形，加工方便，容易装配，是模具行业应用最广泛的导向装置。导柱的直径一般在16～60mm之间，长度L在90～320mm之间，下部长度与下模板导柱孔采用过盈配合，配合时，孔径会收缩，所以导套过盈配合部分的孔径应比导套和导柱间隙配合孔径增大1mm。

导住和导套为间隙配合，要求配合表面坚硬和耐磨，且有一定的强韧性，常用20号钢制作，表面经过渗碳淬火处理，硬度为HRC58～62，渗碳层深度0.8～1.2mm。 3.7.4模具的工作过程

本套模具可完成落料、冲孔两个工序。条料送进时，有弹顶挡了销导向，冲首件是以目测定位，待冲第二个工件时，则用挡料销定位。模具工作时，用压力机的气垫压边，可获得较大的压边力，压力和行程的大小也容易调节，另外，可使模具结构简单。气垫压边是通过拖杆传到压边圈上进行压边的。工件制出后，上模上行，打杆和推件块起作用，把工件从凸凹模中推出。 3.8小结

本章对落料冲孔模进行了排样计算、冲压力计算、冲压设备选择、压力中心计算、模具工作部件设计、落料冲孔模装配图及模具工作过程。

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第四章 冲压模具工件的机械加工

4.1冲压工作零件的技术要求

1) 保证凸、凹模尺寸精度和凸凹模之间的间隙均匀。 2) 保证凸、凹模表面形状和位置精度。

3) 表面光洁、刃口锋利、刃口部分的表面粗糙度为Ra0.4m,配合表面的粗糙度为Ra0.8~1.6m，其余为Ra6.3m。

4) 凸、凹模工作部分要求是具有较高的硬度，耐磨性及良好的韧性，凹模工作部分的要求是硬度为60~62HRC，凸模为58~62RHC。铆式凸模采用高碳钢制造，配合部分不要求淬硬，工作部分采用局部淬火。 4.2冲模工作零件的热处理

冲模工作零件的毛坯通常采用退火，正火热处理，。目的主要是消除内应力，降低硬度以改善切削加工性能。冲模工作零件在精加工前要进行淬火和回火热处理，以提高其硬度和耐磨性。

4.3冲模工作零件机械加工工艺过程 4.3.1凸模加工工艺工程

圆形凸模加工比较简单，热处理前毛坯经车削加工，配合面留适当磨削余量；热处理后，经外圆磨削而可以达到其技术要求。在加工中，可采用一次装夹或采用一定位基准安装加工的工艺措施来保证。

其加工过工程为：下料→锻造→退火→粗加工→粗磨基准面→画线→工作面半精加工→淬火、回火→磨削→修研 4.3.2凹模加工工艺过程

圆形凹模加工

凹模加工属于孔系加工，除保证孔的尺寸和形状精度外，还要保证各型孔间的位置精度，可采用高精度坐标镗床加工

非圆形凹模加工

加工过程为：下料→ 锻造→ 退火→ 粗加工六面→ 粗磨基准面 →画线→ 型孔

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半精加工→ （型孔精加工）→ 淬火、回火→ 精磨 4.4小结

本章介绍了冲压工作零件的技术要求及模具零件的加工过程及加工工艺

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第五章 模具装配

5.1冲模装配

冲压模具的装配是按照设计要求、结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，将模具零件连接或固定起来，达到一定的装配技术要求，并保证加工出合格冲压件的过程。对于冲裁模，既要保证零件的加工精度，也要保证装配技术要求，若装配不能保证均匀的冲裁间隙，会影响冲压件的质量及模具的使用、维修和寿命。

在模具进行装配之前，要仔细研究设计图样，按照模具的结构和技术要求，确定合理的装配顺序及装配方法，选择合理的检测方法和测量工具。

冲压模在使用时，上模座部分通过模柄安装在压力机的滑块上，是模具的活动部分。下模座部分被固定在压力机的工作台上，是模具的固定部分。

模具工作时，活动部分和固定部分上的工作零件必须保证正确的相对位置，才能使模具正常工作。模具装配时，为了方便地将上、下两部分的工作零件调整到正确位置，并使凸模、凹模具有均匀的间隙，应正确安排上、下模的装配顺序。

装配有模架的模具时，一般是先装配模架，再进行模具工作零件和其他结构零件的装配。上、下模的装配顺序应根据上模和下模上所安装的模具零件在装配和调整过程中所受限制的情况来决定。如果上模部分的模具零件在装配和调整时所受限制最大，则应先装上模部分，并以它为基准调整下模部分的零件，保证凸、凹模配合间隙均匀。反之，则应先装模具的下模部分，并以它为基准调整上模部分的零件。

上、下模的装配顺序应根据模具的结构来决定。对于无导柱的模具，凸、凹模的配合间隙是在模具安装到压力机上时才进行调整，上、下模的配合可以分别进行。

模具安装过程： 1) 组件装配

将模柄装配于上模座内并磨平端面；将拉深凸模装入凸模固定板内，作为凸模组件。

2) 确定装配基准件

落料拉深复合模应以拉深凸模为装配基准件，装配时首先确定拉深凸模在模架中的位置。

安装凸模组件时，确定凸模组件在下模座上的位置，然后用平行夹板将凸模组件、垫板和下模座夹紧。

安装固定凸模组件时，将凸模组件在下模座重新找正定位，用平行夹板夹紧。钻、铰销孔和螺孔，装入定位销和螺钉。

3) 安装上模部分

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检查上模各个零件尺寸是否能满足装配技术条件，检查各零件尺寸是否合适、动作是否灵活等。

安装上模和调整落料间隙时，将上模部分各零件分别装于上模座和模柄的孔内，用平行夹板将凸凹模、凸模组件、垫板和上模座轻轻夹紧，然后调整间隙时可以采用垫片法调整，并对纸片进行手动试冲，直至外形冲裁间隙均匀，再用平行夹板将各板夹紧。

钻铰上模部分销孔和螺孔时，上模部分可通过平行夹板夹紧，在钻床上以垫板上的销孔和螺孔作为引钻孔，钻铰销钉孔和螺纹孔。然后安装定位销和螺钉，拆掉平行夹板。 5.2冲模的安装

1) 擦清压力机滑块底面、工作台以及冲模上、下模座的顶面和底面。 2) 将冲模置于压力机工作台上，移至近似工作位置。 3) 观察废料或零件能否落下。

4) 用手搬动飞轮或利用压力机的存动装置，使压力机滑块逐步降至下极点。在滑块下降过程中移动冲模，以便模柄进入滑块中的模柄孔内。

5) 调节压力机至近似闭合高度。

6) 安装固定下模的压板、垫块和螺栓，但不拧紧。 7) 紧固上模，确保上模座顶面与滑块底面紧贴无隙。 8) 紧固下模，逐次交替拧紧。 9) 调整闭合高度，使凸模进凹模。

10) 回升滑块，在各滑动部分加润滑剂。确保证导套上部分出气糙畅通。 11) 以纸片试冲，观察毛刺以判断间隙是否均匀。滑块寸动或由手搬飞轮移动。

12) 刃口加油，用规定材料试冲若干件，检查冲件质量。 13) 安装、调试送料和出料装置。 14) 再次试冲。 15) 安装全套。

5.3小结

本章介绍了冲模的装配及冲模的安装顺序

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第六章 结论

为期三个月的毕业设计已经结束，阶梯圆膜片弹簧工艺分析与模具的设计也已经接近尾声，在本次设计中，主要有以下几个方面的设计过程：

1) 通过调研和查阅资料对工件的形状及尺寸进行分析，从而确定工件的冲压工艺方案，确定对工件加工由两套模具完成，分别是落料—冲孔复合模。

2) 根据工件的形状及尺寸，确定其搭边值，为绘制排样图作好了准备。其次根据工件的形状和尺寸计算各个工序的冲压力，为压力机的选取提供了有利的条件。

3) 对落料—冲孔复合模进行设计。此模具的主要作用是完成工件的落料以及冲零件周边的18个腰形孔，主要介绍了落料凹模、凸凹模以及凸模的设计及其强度的较核。

4) 通过此次毕业设计，使我在模具设计方面以及机械设计方面的知识水平有了很大的提高，使理论更加联系实际。为我在以后的工作以及学习起到了很大的帮助作用。但是由于个人水平有限和时间的原因，本次设计还存在很多缺点：

5) 在设计中大量的选择标准件，所以在设计中对于有些标准件没有进行强度较核，可能会影响零部件在工作过程中的强度。

6) 由于没有实际工作的经验，设计中没能集中的考虑各方面的因素对模具进行全方位的设计，可能在加工过程中会存在某些问题。

综合考虑整个设计过程，使我的专业水平有了很大的提高，在以后的学习工作中，我会总结过去的经验和教训，使自己的能力得到更好的发挥。

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参考文献

[1]《冲压工艺与模具设计》成虹主编，北京：高等教育出版社，2006.7

[2] 《冷冲模设计手册》编写组，冷冲模设计手册[M]，北京：机械工业出版社，2002.8 [3]《机械制造工艺学》王季琨主编，天津：天津大学出版社，1998.9

[4]《模具设计指导》史铁梁主编，机械工业出版社，江苏科学技术出版社，2003.5 [5]《模具实用手册》骆志斌主编，江苏科学技术出版社，2005.4 [6]《互换性与测量技术》廖念钊主编，机械工业出版社，1991

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致谢

我的设计完成了，在设计的过程中，罗方河老师给了我很大的帮助。因为我是作异地毕业设计的，在设计过程中遇到了很多困难，如果没有罗老师多次指导，没有罗老师的悉心教导，没有罗老师不厌其烦的看图挑错，我想我的设计不会这么顺利地完成。

在这个设计的过程中，我不仅在学习方面得到了老师的帮助，罗老师那一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神也深深地感染着我。在老师身上，我还学到了做人做事方面的很到道理。我对罗老师的感激之情真的不是几句话就能表达的。在此，只能说一句：“谢谢您！老师您辛苦了！”。

在此也要感谢邓万国、汪力胜、杨寿智几位老师对我的教导。他们身上有太多值得我学习的地方，也要对各位老师说一声：“你们辛苦了”。

最后再次对罗方河老师的帮助表示衷心的感谢，谢谢她这几个月来对我的无私帮助！

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