防尘盖-设计说明书（毕业设计）

东华理工大学长江学院毕业设计 摘要

摘 要

本文阐述了KZI—4.5角接触轴承防尘盖复合模的结构设计过程及其工作过程。按照冲压模具设计的一般步骤，首先对产品进行了详细工艺分析和工艺方案的确定，采用落料、冲孔、翻边等工序进行加工；其次是根据对产品的工艺分析设计出本套模具的主要工作零部件的形状，查阅参考文献计算出工作零件的尺寸，定出其公差等级要求；再次选取本套模具的标准件，如上、下模座，导柱，导套等；确定模具压力中心，选取合适的冲压设备；最后对工作零部件和压力规格进行必要的校核计算。

通过对工件工艺分析、模具工作零部件设计及标准件选取后，首先对主要的工作零件以及非标零件进行二维图的绘制，并且绘制本套模具的装配图；其次对主要工作零件的加工进行工艺卡片的编制。

本模具结构简单，性能可靠，工作平稳，提高了生产率，降低了劳动强度和生产成本。

关键字：复合模； 落料； 冲孔； 翻边

东华理工大学长江学院毕业设计 ABSTRACT

ABSTRACT

This article elaborated KZI,4.5angular contact bearing dust cap composite die structure design process and the working process. Stamping die design in accordance with the general steps, first to the product of a detailed analysis and the identification process, blanking, punching, flanging and other procedures for the processing; secondly, based on the product process analysis to design this set of mold of the main working parts of the shape, reference literature work out the size of parts, set the tolerance grade requirements; again the set of mold standard parts, as described above, a lower die seat, the guide pillar, a guide sleeve; Determination of die pressure center, select the appropriate stamping equipment; at the end of the working parts and pressure specifications necessary checking calculation.

The workpiece through the process analysis, mold working parts design and standard parts selection, first on the main working parts and non-standard parts for2D drawing, and drawing the mold assembly diagram; secondly the main working parts machining process card preparation.

The mold has the advantages of simple structure, reliable performance, stable work, improves the productivity, reduces the labor intensity and production cost. Keywords: compound die; blanking; punching; flanging .

东华理工大学长江学院毕业设计 目录

目 录

摘要 ABSTRACT

目录

绪论 ................................................................................................................................................. 1 1 工件的分析 ............................................................................................................................... 3

1.1 冲压工艺分析 .............................................................................................................. 3

1.1.1 工件技术要求分析......................................................................................... 3 1.1.2 工件材料的机械性能 .................................................................................... 4 1.1.3 零件的结构工艺性分析 ............................................................................... 5 1.2 工艺方案的确定 .......................................................................................................... 5 1.3 排样设计 ....................................................................................................................... 7

1.3.1 排样方法 ........................................................................................................... 7 1.3.2 搭边和料宽 ...................................................................................................... 8 1.4 主要工艺力的计算 ................................................................................................... 10

1.4.1 冲裁力的计算 ................................................................................................ 10 1.4.2 推件力的计算 ................................................................................................ 11 1.4.3 翻边力的计算 ................................................................................................ 11 1.4.4 浅拉深成形力的计算 .................................................................................. 11 1.4.5落料力的计算 ................................................................................................. 12 1.4.6 卸料力的计算 ................................................................................................ 12 1.5 冲压设备的选择 ........................................................................................................ 12

1.5.1 压力中心的确定 ........................................................................................... 12 1.5.2 冲压设备类型的选择 .................................................................................. 13 1.5.3 冲压设备规格的选择 .................................................................................. 13

2 模具结构设计及主要零部件设计 .................................................................................... 15

2.1 冲裁工作部分主要尺寸的计算 ............................................................................ 15

2.1.1 冲裁间隙 ......................................................................................................... 15 2.1.2 间隙对冲裁件质量的影响 ......................................................................... 15 2.1.3 主要工作部分尺寸计算 ............................................................................. 15 2.2 模具结构设计 ............................................................................................................ 17

2.2.1 送料方式的确定 ........................................................................................... 17 2.2.3 定位方式的选择 ........................................................................................... 17 2.2.4 卸料、出料方式的选择 ............................................................................. 17 2.2.5 导料方式的选择 ........................................................................................... 18 2.3 模具主要零部件设计 .............................................................................................. 18

2.3.1 凹模刃口形式 ................................................................................................ 19 2.3.2 模架的选择 .................................................................................................... 24 2.3.3 凸模强度校核 ................................................................................................ 25 2.3.4 各凸、凹模固定形式的设计 .................................................................... 26 2.3.5 模柄的选择 .................................................................................................... 27

3 模具总装配图 ...................................................................................................................... 28

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结论 ............................................................................................................................................... 29 致 谢 ........................................................................................................................................... 30 参考文献 ...................................................................................................................................... 31

东华理工大学长江学院毕业设计 绪论

绪论

在工业生产中，产品的更新换代少不了模具，试制新产品少不了模具。如果模具供应不及时，很可能造成停产；如果模具精度不高，产品质量就得不到保证；模具结构及生产工业落后，产品质量就难以提高，现代工业生产的技术水平，直接影响到工业产品的发展。汽车、电器、仪器仪表等行业，有60%—90%的零部件需用模具加工。螺钉、螺母、垫圈等标准件，没有模具就无法大批量生产。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

改革开放以来，我国的模具工业发展十分迅速，近年来一直以15%左右的增长速度快速发展。目前，我国的模具总量仅此于日本、美国，位居世界第三。但我国模具行业总体是大而不强，主要差距是人才不足，专业化、标准化程度低等，特别是人才不足已成为制约我国模具行业发展的瓶颈。作为一名材料成型专业的学生，更应该积极投身于我国的模具行业，为模具行业的发展贡献自己的力量。因此，我选择防尘盖落料、冲孔、翻边复合模作为毕业设计课题，通过对复合模模的设计，综合运用和巩固冲压模具设计与制造等课程及有关课程的基础理论和专业知识，提高自己从事冲压模具设计与制造的初步能力，为实际工作打下良好的基础。

在模具制造中，模具设计和模具加工往往不能分割。因此，除了设计技术和加工技术之外，还必须重视一些综合技术，其发展方向将对模具制造产生重大影响。目前，以微电子技术、软件技术为核心，以数字化、网络化为特征的信息技术，正以强大的渗透力影响社会各个领域，传统制造业信息化势在必行。

(1)模具CAD/CAE/CAM一体化技术

模具CAD/CAE/CAM技术已发展成为比较成熟的共性技术，硬件和软件的价格已降到中小企业普遍可以接受的水平，再加上微机的普及和应用及微机版软件的推出，模具行业普及CAD/CAM的条件已经成熟，今后必将迅速发展。模具CAD/CAE/CAM一体化及软件的宜人化、集成化、智能化、网络化将是今后的发展方向。有条件的业应积极做好CAD/CAE/CAM技术的深化应用工作，即应用KBE技术和开展企业信息化工程。可以从CAPP→PDM→CIMS→VM逐步深化和提高，也有不少人认为推行C3P CAD/CAE/CAM/PDM)技术可能更有效。

(2)精密测量和高速扫描及数字化系统

随高精密模具的发展，模具测量技术显得来重要。模具应力、磁力测量技术和三维测量技术及R部位形状尺寸精度、表面粗糙度测量技术等都是模具测量技术的重点所在。面世不久的4D激光测量机可以自标定，不但能进行3D测量，而且可以得出质量指标，说明每个测量点的精确性。数控加工过程的在线激光测量，不但有助于保工件的加工质量，而且大大提高NC机床的运转安全。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多项功能，可大大缩短模具制造周期。逆向工程和并行工程将在今后的模具生产中，发挥重要的作用。

(3)模具标准化程度不断提高

正确合理地选用模具标准件和提高模具标准化程度，可以有效缩短模具制造周期、提高质量和降低成本，因此，模具标准化程度将不断提高。

计算机和信息网络的发展，使虚拟技术成为现实。虚拟技术可以形成虚拟空

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东华理工大学长江学院毕业设计 绪论

间环境，既实现企业内模具虚拟装配等工作，也可在企业之间实现虚拟合作设计、制造、合作研究开发，以致建立虚拟企业。

本次设计中我所设计的是轴承防尘盖复合模，此模具为小型大批量生产。因此对模具的寿命和精密度要求都很高，所以在设计的任务主要是模具类型的选择和工作部分零件的制造，模具制造材料的选择。该零件采用复合模大批量生产，该模具的动作过为：先落料，然后冲孔、翻边整形。模具的动作需要在同一工位完成不同的动作，所以模具的定位要正确，只有这样才能保证送进步距的精确。

本模具性能可靠，运行平稳，能够适应大批量生产要求，提高了产品质量和生产效率，降低了劳动强度和生产成本。

在此次设计中使我对中国目前的模具市场以及怎样才能更快的更好的设计出符合要求的模具有了更好的了解和领悟。这就要求我在设计模具的时候要更多的考虑到它的使用性。本套模具所生产的产品为防尘盖，主要是用于避免KZI—4.5角接触轴承粉尘污染，以保证轴承的工作环境。因为这是我设计的第一套模具，可能有很多不足的地方，还请老师不吝指正。

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东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

1 工件的分析

1.1 冲压工艺分析

1.1.1 工件技术要求分析

1. 工件工艺分析

冲压是利用冲模在压力机上对金属（或非金属）板料施加压力使其产生分离或塑性变形，从而得到一定形状，并且满足一定要求的加工方法。

冲压的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲裁件形状结构，尺寸大小，尺寸偏差，形位公差与基准等是否符合冲压工艺要求。本次设计的零件图及一些基本要求如下：

图1 工件图

工件名称：防尘盖 生产批量：大批量 材料：10钢 厚度：t=0.3mm

该工件是KZI—4.5角接触轴承的防尘盖，加工该零件需内孔翻边和浅拉深起伏，一般冲制这种工件采用冲孔和翻边成形两道工序完成，但这种加工工艺存在以下两个主要问题：①落料在翻边之前，直径为Φ98.9的凸缘容易在浅拉深后变得周边不齐；②在第二道工序中，操作这须将手放入模具内，不安全。

因为该工件是轴对称件，材料厚度仅为0.3mm，冲裁性能较好，为了减少工序数。需对该零件进行详细分析，查阅相关资料后确定可采用复合模一次压制成形。该工件特点是首先进行冲孔，再翻边成形，最后落料。采用这种方法加工的工件外观平整，毛刺小，产品质量较高，而且大大提高了生产效率，也解决了操作者将手放入模具内不安全问题。

2. 加工表面尺寸精度及尺寸基准

工件中对标有尺寸精度按照零件的精度进行设计，对其他未标尺寸精度要求

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东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

的则按一般精度设计，即按国家对非圆形工件精度等级取IT14级设计，对圆形工件等级取IT11级设计。

冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上，切不要与参加变形的部分联系起来,如图2：

图2 冲裁尺寸标注 a 不合理 b 合理

原设计尺寸标注图a对冲裁图样是不合理的，因为这样的标注尺寸L1，L2

必须考虑到模具的磨损面相应给以较宽公差，造成孔心距的不稳定，孔心距公差会随着模具磨损而增大。改图b的标注，两孔的孔心距就不会受模具磨损的影响，比较合理。本工件标注也属于图b类型标注，它的孔位尺寸基准在冲裁过程中不参加变形，因而保证了工件上两孔的孔心距不受模具磨损的影响，比较合理，满足主要加工表面的形位公差精度。

通过分析零件图，该零件的主要形位公差精度是中心凸台出中心孔的位置公差，即要保证中心孔的同轴度偏差不超过0.05mm，其他未标注公差精度按一般精度要求处理即可满足工艺要求，表面质量要求。

该工件未标有表面质量精度要求按一般要求处理即可满足工艺要求，即表面精度为Ra3.2。

1.1.2 工件材料的机械性能

由课题已知条件可知工件材料为10钢，查文献可知10钢的机械技术参数如下：

屈服强度σs （钢材厚度或直径≤16mm）为205MPa； 抗拉强度σb 为335MPa；

伸缩率ε（钢材厚度或直径≤16mm）为31%。

[1]

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东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

[2]

查文献可知板材的机械性能对冲压成形性能有如下影响：板材的强度指标越高，产生相同变形量所需的力就越大； 塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大； 刚性指标越高，成形时抗失稳的能力就越大。 对冲压成形性能的要求，即屈强比?s?b 要小，10

钢的屈强比

?s?b=205MPa?335MPa=0.612,较小，塑性指标也较高，适宜冲压成形。

综上所述：本工件采用10钢较为合理，可满足该工件生产工艺要求。 1.1.3 零件的结构工艺性分析

此工件为防尘盖，工件体积不大，全长98.9mm，料厚0.3mm，主要工序为落料、冲孔、翻边。 在进行工件冲裁时，为了保证冲裁件的精度要求，冲裁件的形状应尽可能简单对称，避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状以减少废料，矩形孔两端应用圆弧连接，以利于模具加工和避免工件应力集中。

1.2 工艺方案的确定

查文献可知常见的模具类型有单工序模、复合模和级进模。

1. 单工序模生产

单工序模结构简单，制作周期短，制作成本低廉，生产效率低，冲出的制件精度不高，且工人劳动强度大，不适合大批量的生产。

2. 复合模生产

复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。但模具结构复杂，模具制造较困难，制造成本高，制造周期长等缺点。

3. 级进模生产

在一副级进模上可对形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等工序，故生产率高，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产。由于采用条料（或带料）进行连续冲压，所以操作方便安全。级进模的主要缺点是结构复杂，制造精度高，周期较长，成本高。

在生产本工件时若采用单工序模生产，制作本工件至少需要5个单工序，也就意味着需要5副以上的模具来进行生产，而且本工件需要长年大批大量生产，采用单工序不但所需的单工序模较多而且会造成产品精度无法保证，经济效益低等缺点，故不宜采用单工序模进行生产。

若采用复合模生产，本工件因工件有带孔凸台，且为内圆翻边，若采用扩孔成形，则模具中间部分不但结构非常复杂，而且加工非常困难，装配也困难，故不采用扩孔成形加工带孔凸台，而采用先进行浅拉深再冲孔。在进行拉深时，圆

5

[2]

东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

锥部分的材料一部分是从底面流动得来的，另一部分要从主板上流动而来，而后者若为材料流动留有余量，就要增加工件排样步距，从而造成材料消耗的增加。而且模具因为本工件较小而使其制作困难，成本增加。

若采用级进模生产，则中间带孔凸台的加工，若采用先浅拉深再冲孔，也会造成材料的消耗增加。而采用先冲预孔，再进行扩孔成形，翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿圆周方向伸长，使材料变薄；而径向材料长度几乎没有变化，即材料在径向没有伸长，因而不会引起主板上的材料流动。在排样时，只要按正常冲裁搭边值即可，可节省材料。

现初拟以下三种方案：

方案一:采用落料、冲孔、翻边单工序模逐步加工

特点：相对其他类型模具来说，单工序模具工艺，结构相对简单，制造成本低，易于加工和模具的维修，适用于小批量或试制件，但是模具寿命短，若工件需多个工序完成，则需制造多套模具，在多套模具加工则需要多次装夹和定位，这样则会产生基准不重合误差，对于精度较高的冲压件，单工序模难以达到此精度要求。并且这种加工工艺中存以下两个主要问题：①落料在翻边成形之前，直径为Φ98.9mm的凸缘容易在浅拉深后变的周边不齐；②在第二道工序中，操作者须将手放入模具内，不安全。

方案二：采用复合模加工成形

在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具，称为复合冲裁模。

一般复合模的复合工序数量在四工序以下，更多的工序将导致模具结构过于复杂，同时模具的强度、刚度、可靠性也将随之下降，制造和维修更加困难。复合模可以成倍的提高生产效率，生产批量越大，提高生产率就越显得重要。当冲压工件的尺寸精度或同轴度、对称度与位置精度要求较高时，应考虑采用复合模。因此，采用复合模加工，生产率会明显提高，冲压件的质量也较高，但是对模具精度要求也高，这样就增加了制造模具的成本。

用复合模一次压制该工件成形。该工艺特点是首先进行冲孔，再翻边成形，最后落料。采用这种方法加工的工件外观平整、毛刺小、产品质量较高，而且大大提高了生产效率，也解决了操作者将手放入模具内的不安全问题。该工件是轴对称件，材料为10钢，厚度仅为0.3mm，冲裁性能较好。为了减少工序数，经对该工件进行详细分析，并查阅有关资料后，采用复合模具一次压制成形。

方案三：采用级进模加工成形 本工件要落料、冲孔和翻边三道工序，级进模则可在一副模具上完成几个工序的冲压加工，这样使得生产效率提高，依次将工序所对应的模排开，易实现自动化生产，但是这样设计出符合要求的级进模结构比较复杂，占地面积和空间也较大，级进模多个工序依次排开对工件定位不好把握，从而影响工件精度。制造模具的费用也高，从经济方面考虑有点不合理。

工件生产工序的确定 综合以上三种方案，主要从工件精度和经济要求两方面考虑，应该选复合模比较合理，既可实现大批量生产，也可以节约材料，且能够保证制件的加工精度，满足课题要求。

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东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

1.3 排样设计

同一零件可以采用不同的排样方式，材料的利用率就不同，大批量生产时，在冲裁件的成本中，材料费用一般占60%。同时排样也要考虑方便生产操作，冲裁结构简单，寿命长及原材料状况等，所以排样设计对材料利用率，冲裁件质量，生产率，生产成本和模具结构形式都有重要影响。

设计模具时，首先要考虑条料的排样图。本工件的形状是两头小中间大，直接排样时材料利用率低，应采用斜队排样示的排样方法，设计成隔位冲压，可显著地减少废料，常用的排样方法有三种：

1.有废料排样：指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高；

2.少废料排样：指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁，只有局部搭边的在； 3.无废料排样：指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。

少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。上述三类排样方法，按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形。 1.3.1 排样方法

根据材料经济利用程度，排样方法可分为有废料，少废料和无废料排样三种。根据制件在条料上的布置，排样可分为直排、斜排、混合排、多排等多种形式。

考虑到工件的批量及精度要求，查文献则选直排比较合理。 毛坯的尺寸计算：

（1）毛坯翻边预制孔直径d0由公式

d0?D?2(H-0.43r-0.72t) （1-1）

[2]

式中 D——翻边直径（按中线计）（mm）； H——翻边高度（mm），H=3.5mm；

r——竖边与凸缘的圆角半径（mm）,r=0.5mm；

t——料厚（mm），t=0.3mm

计算得： D?87.7mm?0.3mm?88mm

则 d0?88mm?2?(3.5?0.43?0.5?0.72?0.3)mm?81.55mm

（2）毛坯的直径D0

按等面积原则，用解析法求该工件的毛坯直径D0。由文献可将该工件分成圆柱、圆锥台、圆环和圆锥台四个简单几何体。

7

[3]

东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

它们的面积分别计算如下： f1??4?87.7mm?3.5mm?240.96mm2

87.7?83.4287.7?83.4)?mm2?807.33mm2 22 f2???2.12?( f3??4?(95.42?87.7)2mm2?1106.75mm2 98.9?95.498.9?95.422 ?mm?616.42mm022?sin60 f4???则毛坯的直径：

D0?4?(f1?f2?f3?f4)?d02?100.9mm

取毛坯直径D0?101mm。 1.3.2 搭边和料宽

选择合理的搭边值可以补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格的零件，方

便条料送进，提高劳动生产率，避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命，在选搭边值也要综合考虑个方面，硬材料的搭边值可以小一些，软、脆材料的搭边值要大一些，材料越厚，搭边越大等。

根据料厚级材料排样方式，查文献可知； 搭边值： a1?1.5mm a?1.5mm 查文献按公式计算； 条料宽：

00B? ??(Dmax?2a)?? （1-2）

[3]

[2]

导料板间距：

A?B?C?Dmax?2a?C （1-3）

式中 B——条料宽度（mm）；

Dmax——条料宽度方向冲裁的最大尺寸（mm）； a——侧搭边值（mm）；

?——条料的单向偏差（mm）； A——导料板简距离（mm）；

C——导料板与最宽条料之间的间隙（mm）。 所以送料步距：

8

东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

S?D0?a1 （1-4） 条料宽度：

B?D0?a （1-5）

式中 D0——毛坯直径；

a1——工件间搭边值； a——侧边搭边值。

所以 S?101mm?1.5mm?102.5mm

B?101mm?1.5mm?2?104mm

根据所确定的送料步距及料宽查文献取1000?2000规格的钢板。 由以上计算及所选板材可得条料简图如下：

[4]

图3 排样图

2000?19.2 即取19块； 1041000每块条料可以冲压的零件为 n2??9.9 即可冲裁出9个零件；

101所以可以得到板材数量 n1?以这样的方式排样冲裁零件总数为 n3?19?9?171个。 计算材料利用率，查文献； 一个步距内的材料利用率?1：

[2]

?1?A1（1-6） ?100%

B?S式中 A1——一个步距内冲裁件的实际面积(mm2)；

B——条料宽度(mm)；

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东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

S——步距(mm)。 一张板材上的总利用率为?总：

?总?nA1（1-7） ?100%

B?L式中 n——一张板材上冲裁件的总数；

L——板料长度(mm)。 由以上文献所查公式可计算：

2?Dmax[2]

一个步距内材料的利用率?1：?1?BS4?24.45%；

2n2?Dmax?22.50%； 一条料的材料利用率?2：?2?4B1L2n1n2?Dmax一张钢板的材料利用率?总：?总??22.23%。

BL1.4 主要工艺力的计算

1.4.1 冲裁力的计算 查文献按公式：

F冲?KLt?b （1-8）

[2]

式中 F冲——冲孔力（N）；

K——系数，模具间隙值的波动、刃口的磨损、板材力学性能和厚度波

动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K?1.3；

L——冲裁周边长度（mm）；

，t?0.3mm； t——材料厚度（mm） ?b——材料抗剪强度（MPa），由文献查得?b?260MPa。

L??d0?3.14?81.55mm?256.07mm

[3]

则 F冲?1.3?256.07mm?0.3mm?260MPa?25.97kN

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东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

1.4.2 推件力的计算 查文献按公式：

FT?nKTF （1-9）

式中 KT——推件力系数，由文献查得KT=0.065；

n——同时卡在凹模内冲裁件（或废料）数，n?ht（h为凹模洞口的直径刃壁高度；t为板料厚度），取n?3；

F——平刃口的冲裁力（N）。 则 FT?3?0.065?25.97kN?5.10kN 1.4.3 翻边力的计算

[3]

[2]

[2]

查文献按公式：

F翻?1.1?(D?d0)t?s （1-10）

式中 D——翻边后直径（mm），D?88mm； d0——预冲孔直径（mm），d0?81.55mm； t——板料厚度（mm），t?0.3mm；

?s——材料的屈服强度，查文献附录A1得?s?210MPa。 则 F翻?1.1?3.14?0.3mm?210MPa?(88?81.55)mm?1.4kN 1.4.4 浅拉深成形力计算 查文献按公式：

F拉?K?dt?b （1-11）

[3]

式中 d——拉深件的直径（mm），d?95.4mm； t——板料厚度（mm），t?0.3mm；

?b——材料的强度极限（MPa），查文献得?b?300MPa； K——修正系数，查文献取K?1.25；

[2]

[1]

11

东华理工大学长江学院毕业设计 工件的分析

则 F拉?1.25?3.14?0.3mm?95.4mm?300MPa?33.7kN 1.4.5 落料力的计算 查文献按公式：

F落?1.3Lt?b （1-12）

[3]

式中 L——工件外轮廓周长（mm），由于落料是再工件冲孔翻边并初步成

成形后进行，因此确定该落料件尺寸为?98.9mm，则

L?3.14?98.9mm?310.55mm；

t——材料的厚度（mm），t?0.3mm；

?b——材料抗剪强度（MPa），由文献附录A1查得?b?260MPa； 则 F落?1.3?310.55mm?0.3mm?260MPa?31.49kN 1.4.6 卸料力的计算 查文献按公式：

FX?KXF冲 （1-13）

[2]

式中 F冲——平刃口的冲裁力（N）；

KX——卸料力系数，查文献取KX?0.05； 则 FX?0.05?25.97kN?1.29kN

因此，总的冲裁力为：

F?F冲?FT?F翻?F拉?F落?FX?(25.97?5.10?1.4?33.70?31.49?1.29)kN ?98.86kN[2]

1.5 冲压设备的选择

1.5.1 压力中心的确定

冲模压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工

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作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能会出现由于冲件的形状特殊或排样特殊，从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线重合的情况，这时应该注意使压力中心的偏离不致超出所选压力机允许的范围。

从过对该工件的分析可知，此防尘盖是对称件，查阅文献[2]可知：对称冲压件的压力中心，位于该冲压件轮廓图形的几何中心上。对于该零件，压力中心位于圆心上。

1.5.2 冲压设备类型的选择

根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求来选定设备类型。

开式压力机虽然刚度差，降低了模具寿命。但是成本低，且有三个方向可以操作的优点广泛适用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。

闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适用于大型拉深件的生产。

双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的上产。

液压机没有固定的工作行程，不会因板厚超差而过载，全行程中压力恒定，但是液压机的速度低、生产效率低。适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。

考虑到以上因素，选用开式曲柄压力机比较合适。 1.5.3 冲压设备规格的选择

在冲压设备类型选定以后，应进一步根据冲压加工的中所需要的冲压力（包括卸料力、压料力等）、变形功以及模具的结构型式和闭合高度、外形轮廓尺寸等选择冲压设备的规格。

1. 公称压力

压力机的公称压力，是指压力机滑块离下止点前某一特定距离，即压力机的曲轴旋转至离下止点前某一特定角度时，滑块上所容许的最大工作压力。

一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍。在开式压力机上进行精密冲裁时，压力机的公称压力应大于总工艺力的2倍。对于拉深工序，为了选取方便，并使压力机能安全地工作，可以考虑适当的安全系数，近似的取为：

浅拉深时，最大拉深力≤（0.7-0.8）压力机公称压力； 深拉深时，最大拉深力≤（0.5-0.5）压力机公称压力； 高速拉深时，最大拉深力≤（0.1-0.15）压力机公称压力。

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2. 滑块行程

压力机的滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离。压力机的大小应能保证毛坯或半成品的放入以及成形零件的取出。一般冲裁、精压工序所需行程较小；弯曲、拉深工序则需要较大的行程。拉深件所用的压力机，其行程至少应大于或等于成品零件高度的2.5倍以上。

3． 闭合高度

压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工作台面之间的高度。调节压力机连杆的长度就可以调整闭合高度的大小。当压力机连杆调节至最上位置时，闭合高度达到最大值，称为最大闭合高度。当压力机连杆调节至最下位置时，闭合高度达到最小值，称为最小闭合高度。模具的闭合高度必须适合于压力机闭合高度范围的要求，它们之间的关系一般为：

Hmax?5mm?H0?Hmin?10mm （1-14）

式中 Hmax——最大闭合高度；

H0——模具高度； Hmin——最小闭合高度。

F总选择压力机。参照文献选取公称压力为250kN的开式压力机。与其模

[2]

具设计的有关参数为：

公称压力：250kN 滑块行程：80mm 最大闭合高度：360mm 封闭高度调节量：80mm 工作台板厚度：70mm 模柄尺寸：?50?70

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2 模具结构设计及主要零部件设计

2.1 冲裁工作部分主要尺寸的计算

2.1.1 冲裁间隙

冲裁间隙是冲裁的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙，单边间隙用C来表示，双边间隙用Z来表示。 2.1.2 间隙对冲裁件质量的影响

冲裁件的质量主要指断面质量、尺寸精度和形状误差。断面应平直、光滑；圆角小；无裂纹、撕裂、夹层和毛刺等缺陷。影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙的大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态、模具结构与制造精度，材料性能等，其中，间隙值的大小与分布均匀性是主要因素。

冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与标注尺寸的差值（?），差值越小，精度越高。这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。

冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于冲裁过程中，材料受拉深、挤压、弯曲等作用引起的变形，在加工结束后工件脱离模具时，会产生回弹现象。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模的间隙。

当间隙较大时，材料所受拉深作用增大，冲裁完毕后，因材料的回弹，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔的尺寸则大于凸模尺寸。当间隙较小时，凸模压入料板接近挤压状态，材料受凸、凹模挤压，压缩变形，冲裁完毕后，材料的回弹是落料尺寸增大，而冲孔的孔径则变小。

此外，尺寸变化量的大小还与材料力学性能、厚度、扎制方向、冲裁件形状等因素有关。材料软，弹性变形量小，冲裁后弹性恢复量也小，零件的精度也就越高。

上述讨论的是模具在制造精度一定的前提下进行的，间隙对冲裁件精度的影响比模具本身制造精度的影响要小得多，若模具刃口制造精度低，冲裁出的工件精度就无法得到保证。 2.1.3 主要工作部分尺寸计算 1. 冲孔刃口尺寸计算

查找文献得冲裁刃口双面间隙Zmin?0.02mm，Zmax?0.04mm。未注公差的尺寸按IT14级精度计算，查找文献可得?81.55mm的极限偏差??0.87mm。磨损系数查得x?0.5。

[5]

[2]

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冲孔凸、凹模的制造公差查文献得：?凸?0.025mm ，?凹?0.035mm。 校核：?凸??凹?0.06mm>Zmax?Zmin?0.02mm

因此，凸，凹模采用配作加工方法。 则凸模刃口尺寸：

00d凸?（d?x?）-?凸?81.99?0.025mm

[2]

凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保证其双间隙为0.02~0.04mm。 2． 浅拉深成形工作部分尺寸计算

拉深起伏件未注公差按IT14级计算，其极限偏差值查文献，则凸、凹模的制造公差等级按IT11级计算。

拉深成形模的单边间隙Z2?1t?0.3mm 则前拉深成形凸、凹模尺寸如下表所示：

表1 凸凹模尺寸

[5]

工件尺寸 凹模尺寸

??凹D凹?（D-0.75?） 0凸模尺寸

0D凸?（D?0.75?Z）-?凸

?87.70?0.87 ?95.40?0.87 3. 落料刃口尺寸计算

?0.1487.050 ?0.1494.750

86.450?0.14

94.150?0.14

由于工件有60?角度的要求，属于倾斜面冲裁，查文献，取落料模间隙为零间隙，于是落料凸、凹模采用配合加工方法。

落料件尺寸?98.9mm的极限偏差查文献可得??0.87mm。磨损系数为

[5]

[6]

x?0.5。

凹模的制造公差?凹??4?0.218mm 则凹模尺寸：

??凹?0.218?0.218D凹?（D?x?）?(98.9?0.5?0.87)0mm?98.470mm 0凹模尺寸按凹模尺寸配作，保证其最小间隙值为零。

查找文献设计出复合模中的主要零件翻边、成形、落料凸凹模的工作部分尺寸如下图所示：

[7]

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定形式有：台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。

对于本套模具，因前几道工序中形状比较简单，凸模、凹模采用带台阶的固定形式就可满足要求，并且这样既可减少模具的制造成本，使模具结构简单，缩短模具生产周期。但最后一道工序的冲裁凸模尺寸较大，形状相对复杂，故凸模采用螺栓联接将其固定在上模座的垫板上，采用内螺纹销钉定位，凹模采用带台阶的固定方式。 2.3.5 模柄的选择

压力机模柄孔尺寸（直径?深度）：50mm?70mm，为使模具所选用的模柄能很好的压力机配合，保证模具模具能正常工作，根据文献冲裁工艺与模具设计选A型压入式模柄，规格为A50?110 JB?T 7646.1，材料为Q235?AF。若选用凸缘模柄，会造成模柄与模具的固定螺钉干涉，故不选用。若选用其他种类的模柄，会造成模具的成本增加，模具复杂。

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东华理工大学长江学院毕业设计 模具总装配图

3 模具总装配图

模具的结构如下图所示：

图11 总装配图

1.下模座 2.销钉 3.橡胶 4.导柱 5. 定位拉料板 6. 导套 7.上模座 8.销钉 9.模柄 10.顶板 11销钉 12.打杆 13.六角螺钉 14.冲孔凸模 15.顶杆 16.卸料环

17.螺钉 18.接板 19.翻边、成形、落料凸凹模 20.落料凹模 21.成形凹模 22.冲孔翻边凸凹模 23.固定板 24.内六角螺钉 25.内六角螺钉

模具工作过程：工作时，将毛坯条料放入拉料板5中定位，上模下行，冲孔凸模14首先进行冲孔，上模继续下行时，翻边成形落料凸凹模19与冲孔翻边凸凹模22进行翻边，同时在下模橡胶3的作用下，成形凹模21与翻边成形落料凸凹模19对工件进行初步成形。当滑块下行到一定距离时，兼起落料凸模作用的零件19与落料凹模20对工件落料。滑块运行到下死点，对工件进行整形。

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东华理工大学长江学院毕业设计 结论

结论

本课题是KZI—4.5角接触式轴承防尘盖冲压模具设计，根据零件的形状及精度要求，选取了复合模，首先是对零件进行详细的工艺性分析。

第二，通过对零件工艺性分析后，初步设计出模具工作零件的外形，查阅参考文献及指导老师的指导，选取了模具的工作零件的材料、计算器尺寸、定出其公差等级，技术要求和热处理要求。

第三，是模具工作过程及模具总装配图的设计布局，本套模具在设计中遇到了一些不合理的问题，但在指导老师的精心指导和查阅参考文献下，那些问题全部得到了比较合理的解决。

第四，是图纸绘制，图纸的绘制也遇到了不少问题；例如图纸的布局合理性问题，图纸信息表达完整性问题，有些尺寸和技术要求表达不清，尤其是总装配图上的图纸信息的表达；为此，对CAD图纸的排版格式进行精心的推敲，以至达到布局合理的最佳效果。

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东华理工大学长江学院毕业设计 致谢

致 谢

历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师——XXX老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。X老师虽然工作十分繁忙，但还是给予我悉心的关怀和指导，她严格的要求，富有启发性的指导使我能够开阔思路，刻苦钻研，时刻不敢放松自己。与此同时，史老师渊博的知识，敏锐创新的思维，严谨的治学态度，精益求精的工作态度和对工作的执著精神使我受益匪浅，终身难忘。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

同时还要感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。 由于我的学到得知识有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。

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东华理工大学长江学院毕业设计 参考文献

参考文献

[1] 时戈、时惠英. 机械工程材料与加工工艺.北京：机械工业出版社,2006.8 [2] 贾俐俐.冲压工艺与模具设计.北京：人民邮电出版社,2008.9

[3] 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,1999.6 [4] 郝滨海.简明冲裁设计手册.北京：化学工业出版社,2009.4 [5] 李军.互换性与测量技术基础.武汉：华中科技大学出版社,2010.6 [6] 翁其金.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社,1999.10 [7] 郑家贤.冲压模具设计实用手册.北京：机械工业出版社,2007.7 [8] 刘朝福.冲压模具设计师速查手册.北京：化学工业出版社,2010.12 [9] 钟翔山.冲压模具设计技巧、经验及实例.北京：化学工业出版社,2011.5 [10] 薛啟翔.冲压模具设计结构图册.北京：化学工业出版社,2009.8 [11] 钟翔山.冲压模具精选88例设计分析.北京：化学工业出版社,2010.1 [12] 林胜、麦宙.模具识图与制图.北京：机械工业出版社,2011.8

[13] Lu X., Guo S. and Ruan F. The establishment and implement of die quality assurance

[14] Liu Lilan Yu Tao Shi Beizhan Shen Bin，Resource Management Framework for Manufacturing Gird,

Journal of Southeast University, 2004，20(3)，346～351

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图4 翻边成形落料凸凹模

2.2 模具结构设计

2.2.1 送料方式的确定

模具相对于模架是采用从右往左的横向送料方式，还是采用从前往后的纵向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如L（送料方向的凹模长度）B时，采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本模具而言，其送料方式应采用横向送料。 2.2.3 定位方式的选择

定位方式的选择通俗的说就是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序件进行定位的定位零件有定位销、定位板等。

定位零件基本上都已标准化，可依据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。

因为该模具采用是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送料步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料有一定余量，可以考操作者目测来确定。 2.2.4 卸料、出料方式的选择

卸料与出料装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工

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作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常把冲件或废料从模具上卸下来称为卸料。

卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置、弹性卸料装置和废料切边三种。固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上：弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成，弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧、橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。

出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把装在上模内的出件装置称为推件装置，把装在下模内的称为顶件装置。

综合考虑该模具的结构、使用方便以及工件料厚为0.3mm，较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。

因为是复合模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产率。 2.2.5 导料方式的选择

在冲压过程中，导向结构一般情况下直接与模架联系在一起，为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用中间导柱的导向方式。

常用的模架有：滑动式导柱导套模架、滚动式导柱导套模架，模架有上、下模座和导向零件组成，是正副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压全过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定，上、下模间的精度由导柱、导套的导向来实现。

2.3 模具主要零部件设计

模具的的结构，一般都是由固定和活动两部分组成。固定部分是用压铁、螺栓等紧固件固定在压力机工作台面上，称下模；活动部分一般固定在压力机的滑块上，称上模。上模随着滑块做上、下往复运动，从而进行冲压工作。

一套模具根据其复杂程度不同，一般由数个、数十个甚至更多的零件组成。但无论其复杂程度如何，或是哪种形式，根据模具零件的作用可以分为五种类型的零件。

1． 工作零件

工作零件是完成冲压工作的零件，如凸模、凹模、凸凹模等。 2． 定位零件

定位零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的步距，如挡料销、定距侧刀、导正销、定位板、导料板、侧压边等。

3． 卸料、推件零件

这些零件的作用是保证在冲压工序完成后将制件和废料排除，以保证下一次冲压工序顺利进行。如推件器、卸料板、废料切刀等。

4． 导向零件

这些零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹模有均匀的间隙，提高冲压件的的质量；如导柱、导套、导板等。

5. 安装、固定零件

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这些零件的作用是使上述四部分零件组合成整体，以保证个零件的相对位置，并使模具能安装在压力机上；如上模座、下模座、模柄、固定板、垫板、螺钉、圆柱销等。

有工作部分零件；如凸模、凹模和几个固定部分即可；而对于大批量生产，为了提高生产效率，除做成包括上述零件的冲模外，甚至还要附加自动送、退料装置等。

2.3.1 凹模刃口形式

凹模刃口形式通常有以下几种形式：

图5 凹模刃口形式

图a的特点是刃边强度较好，刃磨后工作部分尺寸不变，但洞口易积存废料或制件，推件力大且磨损大，刃磨时磨去的尺寸较多，一般刃磨后工作部分尺寸不变。一般用于形状复杂和精度较高的制件，对向下出件或出料的模具也采用此刃口形式。

图b的特点不易积存废料或制件，对洞口磨损及压力很小，但刃边强度差，且刃磨后尺寸稍有增大，不过由于它的磨损小，这种增大不会影响模具寿命。一般适用于形状

较简单、冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况。

图c、d与图b相似，图c适用于冲裁较复杂的零件；图d适用于冲裁薄料和凹模厚度较薄的情况。

图e与图a相似，适用于下出件或出料的模具。图f适用于冲裁0.5mm以下的薄料且凹模不淬火或淬火硬度不高（35~40HRC）,采用这种形式可手锤打斜面以调整间隙。

本模具采用下出料方式，但工件是常年大批量生产，采用图a所示的刃口形式，可保证经过修模后，工件尺寸不变，保证后续生产，故选用图a所示的刃口形式。

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[8]

查找文献对本模具的主要零件进行尺寸的确定：

1. 冲孔翻边凸凹模

图6 冲孔翻边凸凹模

该零件的技术要求：1、淬火后硬度达HRC60~64 2、未注公差等级按IT11级加工

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2. 冲孔凸模

图7 冲孔凸模

该零件的技术要求：1、淬火后硬度HRC60~64 2、未注公差等级按IT11级加工

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