齿轮螺栓垫片冲压模具设计说明书

编号

淮安信息职业技术学院

毕业论文

题 目

齿轮螺栓垫片冲压模具设计 学生姓名 学 号 院 系 专 业 班 级 指导教师 顾问教师

孙坚 24012112 机电工程系 模具设计与制造

240121 王海平 王海平

二〇一四年十月

摘 要

摘 要

我的毕业设计是落料冲孔复合模的设计，冲压模具主要是将板料分离或成形而得到制件的加工方法。因为模具的生产主要是大批量的生产，而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量，模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足工件的工艺性设计，能否加工出合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理等。在本次设计中，不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求，还要保证它的使用寿命。

其次设计中还要考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务，采用倒装复合模，凸凹模的外形和内型孔、凹模型孔采用数控线切割机床加工，在设计中我要考虑到很多关于我所设计模具的知识，包括它的使用场合、外观要求等，从这里可以知道模具设计是一项很复杂的工作，所以在设计要不断的改进直到符合要求。

关键词：落料；工艺性；凸凹模；复合模；

I

Abstract

Abstract

My graduation project is the blanking piercing die, stamping die mainly to isolated or forming the sheet metal processing methods are workpiece. Because molds are mainly high volume production, and stamping die products can ensure the dimensional accuracy and quality, mold design and manufacture of primary consideration to the mold design can meet the design process the workpiece, can process a qualified parts, and, later, maintenance and storage is reasonable. In this design, not only to consider making the parts to make to meet the job requirements, but also to ensure its service life.

Second, the design should also take into account the actual work environment and must complete the design task, using inverse compound die, the shape of main punch the holes, die hole model used CNC Cutting Machine, I have to take into account in the design a lot on my knowledge of mold design, including its use of occasions, appearance requirements, from here you can know that mold is a very complex task, so to continuous improvement in the design until it meets the requirements.

Keyword: blanking; Technological efficiency;main punch;compound die;

II

目 录

目 录

摘 要 ............................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................. II 第一章 绪论 .................................................................................................................. 1 第二章 冲压件工艺分析 .............................................................................................. 2 2.1 材料分析 ............................................................................................................. 2 2.2 零件结构 ............................................................................................................. 2 2.3 尺寸精度 ............................................................................................................. 2 第三章 冲裁方案的确定 .............................................................................................. 4 3.1 冲裁工艺方案的确定 ......................................................................................... 4 3.2 冲裁工艺方法的选择 ......................................................................................... 4 3.3 冲裁结构的选取 ................................................................................................. 4 第四章 模具总体结构的确定 ...................................................................................... 6 4.1 模具类型的选择 ................................................................................................. 6 4.2 送料方式的选择 ................................................................................................. 6 4.3 定位方式的选择 ................................................................................................. 6 4.4 卸料、出件方式的选择 ..................................................................................... 6 4.5 导向方式的选择 ................................................................................................. 6 第五章 工艺参数计算 .................................................................................................. 8 5.1 排样方式的选择 ................................................................................................. 8

5.1.1 搭边值的确定 ............................................................................................... 8 5.1.2 材料利用率的计算 ..................................................................................... 10 5.2 冲压力的计算 ................................................................................................... 11 5.2.1 总冲裁力的计算 ......................................................................................... 12 5.2.2 卸料力、推件力的计算 ............................................................................. 12 5.2.3 总冲压力的计算 ......................................................................................... 13 5.2.4 初选压力机 ................................................................................................. 13 第六章 刃口尺寸计算 ................................................................................................ 15 6.1 冲裁间隙的确定 ............................................................................................... 15 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 ....................................................................... 16 第七章 主要零部件设计 ............................................................................................ 19 7.1 凹模设计 ........................................................................................................... 19

7.1.1 凹模外形的确定 ......................................................................................... 19 7.1.2 凹模刃口结构形式的选择 ......................................................................... 21 7.1.3 凹模精度与材料的确定 ............................................................................. 21 7.2 凸模的设计 ....................................................................................................... 21 7.2.1 凸模结构的确定 ......................................................................................... 21

III

第三章 冲裁方案的确定

种，两种的优点、缺点及适用范围见表3-2：

表3-2 正装式复合模、倒装式复合模的优点、缺点及适用范围

比较项目 结构 优点 缺点 正装（顺装）式复合模 凸凹模装在上模，落料凹模和冲孔凸模装在下模 冲出的冲件平直度较高 结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作 倒装式复合模 凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模 结构较简单 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件 不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，冲制材质较软或板料较薄的平直适用范围 度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件 但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛 通过对正装式复合模和倒装式复合模两种优点、缺点及适用范围的分析比较，正装式复合模适合于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式复合模不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式冷冲模结构简单，可以直接利用压力机打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。综上所述，该制件结构形状简单，精度要求较低，孔边距较大，宜采用倒装式复合模。

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第四章 模具总体结构的确定

4.1 模具类型的选择

由以上冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，模具类型为倒装式复合模。

4.2 送料方式的选择

由于零件的生产批量是大批量及模具类型的确定，合理安排生产可采用前后自动送料方式。

4.3 定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进布局采用挡料销定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。

4.4 卸料、出件方式的选择

刚性卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。

弹性卸料具有卸料与压料的双重作用，主要用在冲料厚在2mm及以下厚度的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压装置。

因为工件料厚为1mm，卸料力一般，可采用弹性卸料装置。又因为是倒装式复合模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。

4.5 导向方式的选择

方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。但是不能使用浮动模柄。

方案三：采用四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：采用中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。只能一个方向送料。

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第四章 模具总体结构的确定

（a） （b） （c） （d）

图4-1 导柱模架

（a）下模座 （b）导柱 （c）导套 （d）上模座

根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用后侧导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。由于前面和左、右不受限制，能满足工件成型的要求。即方案二最佳。

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第五章 工艺参数计算

5.1 排样方式的选择

冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。

排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排 ，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。因此有下列三种方案：

方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，故应采用方案一。

分析零件形状，应采用单直排的排样方式，零件的排样方式如图5-1所示。

图5-1 排样图

5.1.1 搭边值的确定

排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验和查表来确定的，该制件的搭边值采用查表取得。

如表5-1所示：根据此表和工件外形可知L≥50mm，可确定搭边值a和a1，a取

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第五章 工艺参数计算

1.8mm，a1取1.5mm，较为合理。

表5-1 搭边a和a1数值（低碳钢） mm

材料厚度t 0.25以下 0.25~0.5 0.5~0.8 0.8~1.2 1.2~1.6 1.6~2.0 2.0~2.5 2.5~3.0 矩形件边长L≥50mm或圆角r≤2t的工件 工件间a1 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 沿边a 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 宽度的确定： 根据模具的结构不同，可分为有侧压装置的模具和无侧压装置的模具，侧压装置的作用是用于压紧送进模具的条料（从料带侧面压紧），使条料不至于侧向窜动，以利于稳定地加工生产。本套模具无导料板为无侧压装置。

故按下式计算：

0 0

B-△=（Dmax+2a+C）-△ (5-1)

式中: B-条料宽度；

Dmax-条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a-侧搭边值，可参考表5-1；

△-条料宽度的单向（负向）偏差，见表5-2； C-导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表5-3。

表5-2 剪料公差及条料与导料板之间隙 mm

条料宽度 B/mm ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 0~1 0.4 0.5 0.7 0.8 材料厚度t/mm 1~2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 2~3 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 3~5 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3

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表5-3 有侧压装置和无侧压装置对照表 mm

材料厚度t（mm） 0~0.5 0.5~1 1~2 2~3 3~4 4~5 <100 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 ≥100~200 0.5 0.5 1 1 1 1 无侧压装置 有侧压装置 条料宽度B（mm） ≥200~300 1 1 1 1 1 1 <100 5 5 5 5 5 5 ≥100 8 8 8 8 8 8 所以根据以上理论数据由公式（5-1）得出： 条料宽度 B-△=（Dmax+2a+C）-△=72+3.6+0.5=76.1-00.5 5.1.2 材料利用率的计算

冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。关于材料利用率，可用下式表示：

η=A/BS×100% (5-2)

式中: A-一个步距内冲裁件的实际面； B-条料宽度； S-步距。

由图5-1和图5-2；公式（5-2）得（工件面积利用cad测量）：

A=1281.5(mm2)

η=A/BS×100%

=[1281.5÷(28.5×76.1)]×100% ≈59.1(％) 根据厚度选择板料尺寸：

t?1mm?800mm?1500mm

0

0

1. 采用横裁法： 条料数量

m?A/b?1500/76.1?19条

每条零件数

n?(B?a)/S?(800?1.8)/28.5?28个

每张板料可冲零件数

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第五章 工艺参数计算

N?n?m?19?28?532个 每件有效面积

S?1281.5mm2

材料利用率

NS532?1281.5???100%??100%?56.8%

A?B1500?8002. 采用纵裁法： 条料数量

m?B/b?800/76.1?10条

每条零件数

n?(A?a)/s?（1500?1.8）/28.5?52个

每张板料可冲零件数

N?n?m?10?52?520个

由此可见，横裁比纵裁材料利用率高，且考虑到零件加工操作的方便性，则采用横裁效果好，故采用横裁。

5.2 冲压力的计算

计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：

Fp=KptLτ (5-3)

式中:τ-材料抗剪强度，见表5-3(MPa)； L-冲裁周边总长(mm)； t-材料厚度(mm);

系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1～3。当查不到抗剪强度τ时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1.3的近似计算法计算。

由于Q235的力学性能查表5-1可得：抗剪强度τ取350MPa。

τ的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册中查找，本设计τ取值的通过查下表确定，材料厚度t=1mm，取τ=350MPa。

表5-4 部分材料抗简强度 τ/MPa

材料名称 碳素结构钢 牌号 10 材料状态 已退火 抗剪强度τ/MPa 260~340 11

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15 20 Q235 270~380 280~400 310~380 5.2.1 总冲裁力的计算 由于冲裁模具采用弹性卸料装置和自然落料方式。

F冲= F1+F2 (5-4)

式中: F冲-总冲裁力； F1-落料时的冲裁力； F2-冲孔时的冲裁力。 冲裁周边的总长(mm)，落料周长为：

L1=185.33(mm)

冲孔周长为：

L2=69.11(mm) 落料冲裁力由公式(5-3)得：

F1=KptL1τ

=1.3×1×185.33×350 =84325(N) 冲孔冲裁力由公式(5-3)得：

F2=KptL2τ

=1.3×1×69.11×350 =31445(N) 5.2.2 卸料力、推件力的计算

当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮

模具采用弹性卸料装置和推件结构，凹模型口直壁高度h=6mm，所需卸料力F卸和推件力F推分别为：

推件力、卸料力计算公式如下：

F推=nK推F冲 (5-5) F卸= K卸 F落 (5-6)

式中：F推-推件力； F卸-卸料力； F冲-冲裁力；

K卸-卸料力系数，见表5-5；

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下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。

第五章 工艺参数计算

K推-推件力系数，见表5-5； n-卡在凹模里的工件个数，n=h/t。

表5-5 卸料力、推件力和顶件力系数 mm

料厚/mm K卸 ≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5 铝及铝合金 紫铜、黄铜 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.02 0.025~0.08 0.02~0.06 K推 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.03~0.07 0.03~0.09 K顶 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 钢 注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 K推-推件力系数通过查表5-5确定，推件力系数取K推＝0.055； 由公式(5-5)得： 推件力 F推=nK推F冲 =6/1×0.055×31445 =10377（N）

K卸—卸料力系数通过查表5-4确定，卸料力系数取K卸＝0.045； 由公式(5-6)得： 卸料力 F卸= K卸 F落

=0.045×84325

=3378（N） 5.2.3 总冲压力的计算

F= F冲+F落+F卸+F推

=31445+84325+3794+10377

=129941（N） 5.2.4 初选压力机

压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母C，其机身前端及左右均敞开，操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000KW。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高。考虑到经济性能、加工要求和操作方便在此选开式压力机。根据以上计算数值，查下表5-6初选压力机为J23-16型压力机。

表5-6 开式压力机规格及参数

型号 公称压力/KN J23-10 100 J23-16 160 J23-25 250 J23-35 350 J23-40 400 13

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滑块行程/mm 最大闭合高度/mm 闭合高度调节/mm 滑块中心线至床身 距离/mm 滑块底面尺寸/mm 前后 左右 45 180 35 130 55 220 45 160 65 270 55 200 100 290 60 200 100 330 65 250 150 170 35 30 35 180 200 40 40 60 220 250 50 40 60 220 250 290 40 60 260 300 65 50 70 工作台板厚度/mm 模柄孔尺寸/mm 直径 深度 14

第六章 刃口尺寸计算

第六章 刃口尺寸计算

冲裁件的尺寸精度主要决定于模具的刃口尺寸精度，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。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。

6.1 冲裁间隙的确定

冲裁间隙是影响冲裁工序最重要的工艺参数，其定义为冲裁凸模与凹模之间的空隙尺寸，如图6-1所示。设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高。冲裁过程中模具的失效形式一般有磨损、变形、崩刀和凹模刃口胀裂四种。间隙大小主要对模具磨损及胀裂产生影响,间隙增大可以使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小。但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具寿命。一般间隙为（10%～15%）t时的磨损最小，模具寿命较高。

图6-1 冲裁间隙图

由于冲裁间隙对断面质量、工件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳、尺寸精度最高、模具寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。所以在实际生产中，其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪切断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命达到最长。目前在生产中，广泛采用经验法和查表法来确定合理的间隙植。本套模具采用查表法予以确定其间隙植。

根据实用间隙表 6-1查得材料Q235的最小双面间隙Zmin=0.10mm，最大双面间隙Zmax=0.140mm。

表6-1 冲裁模初始双边间隙值 mm

材料 厚度

08、10、35、 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax 15

Zmin Zmax Zmin Zmax 淮安信息职业技术学院毕业设计论文

小于0.5 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.75 2.0 2.1 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 6.5 8.0 0.040 0.048 0.064 0.072 0.092 0.100 0.126 0.132 0.220 0.246 0.260 0.260 0.400 0.460 0.540 0.610 0.720 0.940 1.080 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.360 0.380 0.500 0.560 0.640 0.740 0.880 1.000 1.280 1.440 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.680 0.780 0.840 0.940 1.200 极小间隙（或无间隙） 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 0.960 1.100 1.200 1.300 1.680 0.040 0.048 0.064 0.072 0.090 0.100 0.132 0.170 0.220 0.260 0.280 0.380 0.420 0.480 0.580 0.680 0.780 0.980 1.140 0.060 0.072 0.092 0.104 0.126 0.140 0.180 0.240 0.320 0.380 0.400 0.540 0.600 0.660 0.780 0.920 1.040 1.320 1.500 0.040 0.048 0.064 0.064 0.090 0.090 0.060 0.072 0.092 0.092 0.126 0.126 6.2 刃口尺寸的计算及依据与法则 在确定冲模凸模和凹模刃口尺寸时，必须遵循以下原则：

（1）根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，故冲孔以凹模为基准件，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。

（2）根据凸、凹模刃口的磨损规律，凹模刃口磨损后使落料件尺寸变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模刃口磨损后使冲孔件孔径减小，故应使刃口尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸。

（3）凸模和凹模之间应保证有合理的间隙。

（4）凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。 制造模具时常用以下两种方法来保证合理间隙：

①分别加工法。分别规定凸模与凹模的尺寸和公差的尺寸及制造公差来保证间隙要求。凸模与凹模分别加工，成批制造，可以互换。这种加工方法必须把模

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第六章 刃口尺寸计算

具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方法主要用于冲裁形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。

②单配加工法。用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。先加工基准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。通常落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。这种方法多用于冲裁件的形状复杂、间隙较小的模具。

凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模具设计中的一项重要工作。

凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。

该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用，故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。

（1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸---第一类尺寸A

Aj=(Amax-x△)04

（2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸---第一类尺寸B

Bj=(Bmin+x△)

01?△4?1△

（3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸---第一类尺寸C

Cj=(Cmin+△)?△

其中，x为磨损系数。 查表得：

工件精度IT10级以上 x=1 工件精度 IT1-IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5

因为本工件尺寸均为基本尺寸，故按IT14级精度，x=0.5。 在所有的尺寸中，

0000属于A类尺寸的有：720、、517?0.3、R10?0.43、R1?0.25 ?0.74?0.43?0.25?0.25?0.24属于B类尺寸的有： R2.50、R1.50、?100

1218属于C类尺寸的有：40?0.08

注：①凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸——第一类尺寸A。

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②凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸——第二类尺寸B。 ③凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸——第三类尺寸C。 其中，x为磨损系数，查表得磨损系数为1。 具体计算如表4.2。

表 4-2 工作零件刃口尺寸计算

尺寸类型 公称尺寸 公式 计算后尺寸 ?0.18 71.630?0.11 16.780备注 720?0.74 170?0.43 50?0.3 落料 ?(1/4)? Aj?(Amax?x?)0?0.08 4.850?0.11 R9.780R100?0.43 R10?0.25 R2.5?0.25 0凸模配作，保证?0.06 R0.880双边间隙为0.10-0.14。 R2.62Bj?(Bmin?x?)0?(1/4)? 0?0.06 ?0.25 R1.50R1.620?0.06 冲孔 中心距

?0.24 ?100Bj?(Bmin?x?)0?(1/4)? Cj=(Cmin+0.5Δ)±?10.120?0.06 40?0.02 40?0.08 1Δ 8

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第七章 主要零部件设计

第七章 主要零部件设计

虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度不同，但组成模具的零件种类是基本相同的，根据它们在模具中的功用和特点，可以分为工艺零件和结构零件两类。

设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总体装配方法，本套模具主要采用螺钉固定模具零件，销钉起零件的定位作用，采用挡料销送进定距和导料销送进定位，无侧压装置。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。

7.1 凹模设计

7.1.1 凹模外形的确定

凹模的外形一般有矩形和圆形两种。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，如图7-1所示。

凹模各尺寸计算公式如下：

凹模边壁厚 H=Kb1 （7-1） 凹模边壁厚 c=(1.5～2)H （7-2） 凹模板边长 L=b1+2c （7-3） 凹模板边宽 B=b2+2c （7-4） 式中：b1-冲裁件的横向最大外形尺寸； b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸；

K-系数，考虑板料厚度的影响，查表7-1。

表7-1 系数K值

材料料宽s/mm ≤50 >50～100 >100～200 >200 材料厚度t/mm ≤1 0.30～0.40 0.20～0.30 0.15～0.20 0.10～0.15 >1～3 0.35～0.50 0.22～0.35 0.18～0.22 0.12～0.18 >3～6 0.45～0.60 0.30～0.45 0.22～0.30 0.15～0.22 19

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图7-1 凹模外形尺寸的确定

查表7-1得：K=0.3。

根据公式（7-1）可计算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度：

H=Kb2 =0.3×72 =21.6（mm）

根据公式（7-2）可计算凹模边壁厚：

c=(1.5～2)H

=1.5×21.6～2×21.6

=32.4～43.2（mm） 取凹模边壁厚为40mm。

根据凹模厚度和边壁厚可确定凹模板的长、宽的尺寸。 取凹模尺寸为160mm×140mm×25mm。 凹模图如图7-2所示：

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第七章 主要零部件设计

图7-2 凹模

7.1.2 凹模刃口结构形式的选择

冲裁凹模刃口形式有直筒式和锥形两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，所以采用刃口为直通式，该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变。 7.1.3 凹模精度与材料的确定

根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为IT11级，内型腔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um，上下平面的平行度为0.02，材料选Cr12。

7.2 凸模的设计

7.2.1 凸模结构的确定

凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该制件形状不复杂，所以将落料模设计成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。 7.2.2 凸模高度的确定

因为该制件形状不是很复杂，所以将冲孔模设计成台阶式凸模。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模与附加长度的总和，如图7-3所示。

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图7-3 凸模高度尺寸

凸模高度为：

L=h1+h2+（1～2） (7-5) 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=12mm； h2-凹模厚度，可得：h2=24mm； 1～2-附加长度。

附加长度包括凸模的修磨量，凸模进入凸凹模的深度。（附加长度取1mm） 由公式(7-5)得： L=12+24+1=37(mm) 由以上可得凸模如图7-4所示：

图7-4 凸模

7.2.3 凸模材料的确定

该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以凸模的材料应选Cr12，热处理58～62HRC。 7.2.4 凸模精度的确定

根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。

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第七章 主要零部件设计

7.3 凸凹模设计

7.3.1 凸凹模外形尺寸的确定

凸凹模的外形由本套模具所设计的零件图样外形确定。凸凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量，一般根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，与落料凹模配合确定，其内孔尺寸与冲孔凸模配合确定。 7.3.2 凸凹模壁厚的确定

凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小值限制。凸凹模的最小壁厚与模具结构有关：当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒型刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大一些。

凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据确定，倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表7-2。正装复合模的凸凹模最小壁厚可比倒装的小一些。

表7-2 凸凹模的最小壁厚

材料厚度t/mm 最小壁厚mm 材料厚t/mm 最小壁厚mm 0.4 1.4 2.8 6.4 0.6 1.8 3.0 6.7 0.8 2.3 3.2 7.1 1.0 2.7 3.5 7.6 1.2 3.2 3.8 8.1 1.4 3.6 4.0 8.5 1.6 4.0 4.2 8.8 1.8 4.4 4.4 9.1 2.0 4.9 4.6 9.4 2.2 5.2 4.8 9.7 2.5 5.8 5.0 10 凸凹模内外刃口间壁厚校核：根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为2.7mm，该壁厚为2.7mm即可，本设计中凸凹模的壁厚为4.5mm，故该凸凹模的侧壁强度要求足够。 7.3.3 凸凹模洞口类型的选取

本设计采用的是倒装式复合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要设计凸凹模洞口类型，排出积存废料。

凸凹模洞口的类型如图7-5所示，其中a、b、c型为直筒式刃口凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料的聚集而增大了推件力和凸凹模的涨裂力，给凸、凸凹模的强度都带来了不利影响。一般复合模和上出件的冲裁模用a、c型，下出件用b、d型其中d型是锥筒式刃口，在凸凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大。

综上所述，本设计选用a型洞口。

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(a) (b) (c) (d) (e)

图7-5 凸凹模洞口的类型

(a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)锥筒式 (e)锥形式

综上所述，结合总体设计中对零件图样的设计，最终确定凸凹模如图7-6所示：

图7-6 凸凹模

7.3.5 凸凹模材料的选取

由于冲模为复合模，所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性、热处理工艺性等。Cr12刚具有较好的淬透性，很高的耐磨性，有较高的冲击韧度和承载强度，且淬火变形小。为满足以上要求，在该模具中凸凹模材料选用Cr钢。 7.3.6 凸凹模精度的确定

零件精度：由于该零件为工作零件，起主要成型的作用，对精度要求较高，外形精度公差为IT7。

7.4 卸料板的设计

7.4.1 卸料板外型设计

在冲压工艺分析中已经选择了弹性卸料装置，采用卸料板进行卸料。卸料板

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第七章 主要零部件设计

不仅有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的间隙值由表7-4确定，取0.15mm。

卸料板的厚度查表7-3，卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸160mm×140mm×25mm，从而可以确定卸料板的尺寸。卸料板的厚度为10mm。

表7-3 卸料板与凸凹模间隙值

材料厚度t/mm 单边间隙Z/mm ＜0.5 0.05 0.5～1 0.1 ＞1 0.15 卸料板如图7-7所示：

图7-7 卸料板

7.4.2 卸料板材料的选择

卸料板主要是起卸料的作用，对它的强度和硬度要求较高，所以材料选择是45钢。45钢是优质碳素结构钢，它的质量较好，含碳量（0.45%）波动小，性能较稳定。经过热处理（调质）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。 7.4.3 卸料板的结构设计

卸料板与凸凹模应该是间隙配合，要保证单边间隙为0.15mm。

本套模具采用了一个挡料销和两个导料销进行条料的定位和导料。根据条料的宽（84.4mm）和搭边值（2mm）确定挡料销和导料销的位置，两个导料销之间的距离为39mm。

模具采用的是弹压卸料板、弹簧和卸料螺钉进行卸料。四个卸料螺钉对称分布，使每个卸料螺钉受力均匀。

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7.4.4 卸料板整体精度的确定

卸料板外轮廓的精度要求不高，所以选取IT14级，粗糙度为Ra3.2；而内轮廓的精度要求比外轮廓的要求稍高，所以选取IT11级，粗糙度为Ra1.6；两个螺纹孔和挡料销、导料销有定位的作用，所以精度要求要高一些为IT7级，粗糙度为Ra3.2。

7.5 固定板的设计

7.5.1 凸模固定板的设计

凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。

凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍。 则凸模固定板的厚度：

H凸固=（0.6～0.8）H凹 （7-7）

式中：H凸固-凸模固定板厚度； H凹-凹模厚度。

根据公式（7-7）得凸模固定板厚度为：

H凸固=（0.6～0.8）H凹 =（0.6～0.8）H凹 =（0.6～0.8）×25

=15～20（mm）

凸模固定板厚度取15mm。凸模固定板简图如图7-8所示：

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第七章 主要零部件设计

图7-8 凸模固定板简图

7.6 卸料橡胶的设计

表7-4 卸料橡胶的设计计算

项目 公式 结果 备注 h1为凸凹模进卸料板的高度1mm。 卸料板工作行程 ΔHˊ=h1+h2+t 4 h2为凸模冲裁后进入凹模的深度1m。 橡胶工作行程 H工=ΔHˊ+h修 橡胶自由高度 H自= L工+h修 0.25~0.38 h修为凸模修模量，取4m。 L工—冲模的工作行程32 mm，对冲裁模而言，L工=t+1 h修磨—预留的修磨量。根据模具设计寿命一般取 27

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4~6mm。 橡胶预压缩量 L预=（0.1~0.15）H自 4mm L预—橡胶的预压缩量 每个橡胶承受的载荷 F1=F卸/4 1260N 选4圆筒形橡胶 橡胶的横截面积 A? Fq取2520mm2，直径取30mm F：每个所需的弹压力 q：约为0.26-0.5Mpa。 校核橡胶自由高度 橡胶的安装高度 0.5≤H自由/D 满足 H装=H自-L预 28 7.7 推件块、垫板的设计 7.7.1 推件块的设计

推件的目的是将制件从凹模中推出。 推件块结构形式分为：

（1）弹性推件装置：一般装在下模，具有压料作用，冲裁件质量好；但推件力较小。常用于正装式复合模或冲裁薄板料的落料模中。

（2）刚性推件装置：一般装在上模，利用压力机的力推件，因此推件力大，推件可靠；但不具有压料作用。常用于倒装式复合模中。

根据本副模具要求，所以采用刚性推件装置。

确定推件块的材料为45钢，冲孔凸模与推件块的单边间隙确定为0.5mm，保证冲孔凸模能正常运动。 7.7.2 垫板的设计

它的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，如果凸模的端部对材料的压力超过材料的许用压力，需在凸模端部与上模座之间加上垫板防止模具损坏。

垫板外形尺寸可与凸模固定板相同，其厚度一般取3～10mm，查参考文献中冲压模具设计与制造 22.5-17JB/T7643.3-1994，可得垫板尺寸为160mm×140 mm×8 mm。

7.8 挡料销、导料销的选用

设计挡料销时，应注意以下几点：

（1）工件外形简单时，应以外形定位，外形复杂时以内孔定位。 （2）定位要可靠，放置毛坯和取出工件要方便，确保操作安全。

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第七章 主要零部件设计

（3）若工件需要经过几道工序完成时，各套冲模应尽可能利用工件上同一位基准，避免累积误差。

在此选用机械行业标准GB2866.11-1981中的A型挡料销，作为该模具中的挡料销和导料销。

选取该模具的挡料销和导料销的直径d＝8mm的A型固定挡料销。

7.9 上下模座、模柄、打杆的选用

7.9.1 上下模座的选用

本模具采用后侧导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。后侧导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离25mm。而下模座底面与导柱底面的距离为15mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用H7/r6的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用H7/r6的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/r6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳深度0.8～1.2mm，淬硬58～62HRC。

导柱的直径、长度，按标准选取。 导柱：A28h6×160 GB/T2861.1 导套：A42H6×80 GB/T2861.6

模座的的尺寸L/mm×B/mm＝160mm×160mm,上模座的厚度与下模座厚度查标准分别为35mm、40mm。 7.9.2 模柄的选用

模柄的作用是将上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有： （1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。

（2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。

（3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，拧入防转螺钉紧固，垂直度较差，主要用于小型模具。

（4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与较大是模具。

（5）浮动式模柄，它由模柄、球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过球面垫块消除冲床导轨位差对冲模导向精度的影响，适用于滚珠导柱、导套导向的紧密冲裁。

根据本模具结构，采用压入式模柄。在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。

综合以上，本模具模柄选用：A40 JB/T7646.3-1994。

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7.9.3 打杆的选用

打杆是连接在模柄上，与压力机接触，带动推板和推杆使推件块推料。选取标准GB2876.1-81，尺寸为Φ10×110mm。

7.10 螺钉、销钉的选用

螺钉、销钉都是标准件，螺钉用于固定模具零件，销钉则起定位作用。根据上模座、垫板、凸模固定板和凹模采用4个M8×70mm的螺钉固定，模柄与上模座采用4个M10×25mm的螺钉固定，螺钉分布对称，使紧固零件受力均匀。冲模上的螺钉常用圆柱头内六角螺钉（GB/T70-1985）。

销钉起定位作用，防止零件之间发生错移，其本身承受切应力。销钉采用两个，多用圆柱销（GB/T119-2000）与零件上的销孔采用过渡配合，上模座、凸模固定板、垫板和凹模采用Φ8×60mm的定位销钉，凹模与下模座采用Φ8×60mm的定位销钉。

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第八章 冲压设备的校核与选定

第八章 冲压设备的校核与选定

8.1 冲压设备的校核

该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。 该模具闭合高度：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h （8-1） 式中：L-冲孔凸模长度； H-凸凹模厚度；

h-冲孔凸模冲裁后进入凸凹模的深度h=2mm。 根据公式（8-1）得模具的闭合高度为：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h

=169（mm）

可见该模具的闭合高度在所选模具闭合高度之间，则该模架可以使用，该模具的闭合高度小于所选压力机型号为J23-16的最大闭合高度为180mm，可以使用。

8.2 冲压设备的选用

根据模具闭合高度、冲裁力等，压力机型号为J23-16，能满足各项要求，因此选取J23-16号压力机。

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第九章 模具结构简述

该制件的模具为复合模。通过以上的设计，可得到模具装配图。模具的上模部分由上模座、垫板、凸模固定板、凸模及落料凹模等组成。上模座、垫板、落料凹模及凸模固定板用4个M8×60mm的圆柱头内六角螺钉和2个Φ8×50mm的圆柱销定位。

螺钉选取：M8×60mm的标准件，采用45钢。 圆柱销选取：Φ8×50mm的标准件，采用45钢。

下模部分由下模座、卸料板、橡胶及凸凹模固定板等组成。卸料方式是采用的弹性卸料。

螺钉选取：M8×60mm的标准件，采用45钢。 圆柱销选取：Φ8×50mm的标准件，采用45钢。 冲孔废料由漏料孔漏出。

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结论

结论

毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整、全面的给模具进行设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决机械问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。

虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，

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参考文献

参考文献

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