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毕业设计说明书设计题目垫片冲孔落料冲压模具设计及制造院系机械工程学院专年业级机械设计制造及其自动化学生姓名学生学号指导教师职称 高级试验师完成毕业设计论文时间 2023年 5月 垫片冲孔落料冲压模具设计与制造目录1 冲压件零件图22 冲压工艺性分析22.1 冲压件构造分析22.2 冲压件尺寸精度分析及确定23 冲压工艺方案确实定24 主要设计计算24.1 排样方式确实定及其计算24.2 冲压力的计算34.3 压力中心确实定及其相关计算34.4 工件零件刃口尺寸的计算45 冲压设备的选择66 模具构造选择66.1 模具类型的选择66.2 定位方式的选择66.3 卸料、出件的方式选择66.4 导向方式的选择67 主要零部件的设计67.1 工作零件的设计67.1.1 落料凹模设计77.1.2 冲孔凸模设计77.1.3 凹凸模设计87.2 工作零件力学性能校核87.2.1 弯曲应力校核87.2.2 压应力校核87.3 固定零件97.4 定位零件97.5 卸料零件的设计97.5.1 卸料板的设计97.5.2 卸料弹簧的选择107.6 模架及其他部件107.7 模具闭合高度校核108 模具总装图119 模具工作过程11参考文献11附录11I 2023 届机械设计制造及自动化毕业设计说明书垫片冲孔落料冲压模具设计与制造摘要 本文介绍了垫片冲孔落料复合模模具的设计，完成冲孔、落料两道工序。冲裁模具的设计首先要通过对零件的工艺分析，确定工艺方案并通过必要的工艺计算，选择适宜的冲 压设备，然后再进展模具的设计。使用 AUTOCAD 绘制模具总转图和零件图，从而完成整套模具的设计。模具为倒装式构造，由打杆顶出冲压件，承受弹簧驱动的卸料板卸除条料。排样方式为单排，由活动挡料销和导料销定位、导料。模架为中间导柱圆形模架，压入式模 柄。关键词 冲孔 落料 模具设计 复合模II 垫片冲孔落料冲压模具设计与制造1 冲压件零件图材料：65Mn 厚度为 1 mm ，小批量生产。工件简图：图 1-1 零件简图2 冲压工艺性分析2.1 冲压件构造分析此工件只有落料和冲孔两道工序。材料为65Mn，料厚t=1mm，具有良好的冲裁性能。构造简洁，左右分别对称 10mm 孔，同心圆弧R10mm。2.2 冲压件尺寸精度分析及确定零件的尺寸精度均未给出公差，属于自由尺寸，位置精度均在 IT6IT8 之间，查表1-1- 61 得，34.6 ± 0.1mm ,R10mm 为外形尺寸非圆形，公差精度取IT14，查表确定公差值为 R100-0.36mm,孔 10mm，公差精度取IT11，查表1-1- 51 确定公差值为f 10+0.05 mm 。0补标公差后的零件图如图 3-1 所示。图 2-11 2023 届机械设计制造及自动化毕业设计说明书3 冲压工艺方案确实定该零件包括落料和冲孔两道工序，可以承受以下三种工艺方案。方案一：先冲孔，再落料，承受单工序模生产。方案二：落料-冲孔复合冲压，承受复合模生产。方案三：冲孔落料连续冲压，承受级进模生产。方案一模具构造简洁，但需要两道工序两具模具，本钱高而且生产效率低，不能满足中 批量生产要求。方案二只需一副模具，生产效率高，模具强度好，制造简洁，并且冲压时， 卸料板在冲裁时压紧板料，零件的平直度较好工件留在模具上，手动取出零件。方案三也只 需一副模具，生产效率高，操作简洁便利，但级进模在送料是很难保证工件的位置精度，无法到达零件较高的位置精度要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产承受方 案二为佳，设计成倒装式复合模可以很好地保证工件的位置精度。4 主要设计计算4.1 排样方式确实定及其计算依据该工件的实际状况，提高材料的利用率，应承受直排法，依据材料的性能、厚度和手工送料，查表1-1-141 可确定搭边值：工件也边缘搭边a = 0.8 mm两工件间的搭边a1= 1 mm条料宽度按相应的公计算：B = (D + 2a)0-D式中 B条料宽度；D工件长度；D 条料公差值；a 侧边搭边值。查7 - 31 表得D =0.4mm。2 垫片冲孔落料冲压模具设计与制造B = (54.6 + 2´ 0.8)0-0.4= 56.20mm-0.4排样图如图 5-1 所示，承受正面送进方式。两个工件的步进距离S 为 21mm。4.2 冲压力的计算图 4-1 排样图计算冲裁力的目的是为了选用适宜的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必需大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。1） 落料力F= 1.3L tt = 1.3´132´1´ 588´10-3 = 100.9(KN )落料1其中t = 588MPa 查表1- 6 -11 ， L1= 132mm 为周长。2） 冲孔力F冲孔3） 卸料力= 1.3L2tt = 1.3´10p ´ 2´1´ 588´10-3 = 48.03(KN )F= KFXX落料= 0.05´100.9 = 5.045KNK取 0.05查表1-1- 251 。X4) 推废料力F= nK FTT冲孔= 2´ 0.055´ 48.03 = 5.28KNK取 0.055， n = h / t = 2 /1 = 2 (高度h 取 4mm)。T5总冲压力F= F总落料+ F+ F+ F冲孔XT= 100.9 + 48.03 + 5.045 + 5.28 = 159.255(KN )4.3 压力中心确实定及其相关计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。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3 2023 届机械设计制造及自动化毕业设计说明书通过模柄的轴心线。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。如图 5-2 建立x-y 坐标系，该工件为对称外形冲裁件，几何中心为其压力中心。即该零件的压力中心位于A0,0。4.4 工件零件刃口尺寸的计算图 4-2经分析，该零件的外形简洁。落料凸模与凹模为了保证所要求的精度，承受线切割协作 法来加工。落料局部以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙配制；冲孔局部以冲孔凸模为 基准计算，冲孔凹模按间隙配制，即以落料凹模，冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙配制。根据工件的要求确定承受小间隙冲裁。依据材料性能和厚度查表 1-1- 261Z= 0.09mm ， Z= 0.126mm 。minmax1） f 10+0.05 mm 孔的冲裁刃口尺寸计算0可确定依据孔径、料厚和公差查表1-1- 321 得凸凹模偏差：d= -0.02mm ， d= +0.02mm 。凸凹由表1-1- 341 查得： x = 0.5 。校核间隙： d+ d凸凹= 0.04 > Zmax- Zmin= 0.036从上式课得出凸、凹模公差不能满足d凸+ d£ Z凹max- Zmin的条件，但相差不大，可调整如下：d=0.4 Z凸max- Zmin=0.4×0.036=0.0144()d= 0.6(Z凹max- Zmin) = 0.6 ´ 0.036 = 0.0216(mm)依据表1-1- 351 中公式，将调整后的公差值代入，得凹凸模刃口尺寸：d=d + xD0=10 + 0.5´ 0.050= 10.0250mmD + Zdd凸 =d + x-d凸+ 凹-0.0144=10.025 + 0.09+0.0216-0.0144= 10.115+0.0216mm凹2） 落料凹模尺寸f 200min000mm 。-0.16查表1-1- 321 得凸凹模偏差：d凸= -0.02mm ， d凹= +0.025mm 。校核间隙： d+ d凸凹= 0.045 > Zmax- Zmin= 0.036mm从上式课得出凸、凹模公差不能满足d+ d凸凹£ Zmax- Zmin的条件，但相差不大，可调整如下：d凹= 0.6(Zmax- Zmin) = 0.6 ´(0.126 - 0.09) = 0.0216(mm)D= (D - xD)+d凹凹0= (20 - 0.5´ 0.16)+0.02160= 19.92+0.0216 mm04 垫片冲孔落料冲压模具设计与制造落料凸模尺寸按凹模尺寸配制，线切割留双边间隙0.09mm(单边 0.045mm)。5 冲压设备的选择依据上述冲压力的计算，选择型号为J11-250，单柱固定台压力机。公称压力 250KN滑块行程 70mm滑块行程次数 80 次/分最大封闭高度 310mm模柄孔尺寸直径x 深f 40 ´ 60mm工作台尺寸 320x530mm 工作台孔尺寸f 130mm6 模具构造选择6.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，承受复合模冲裁，凸凹模装在模具的下方，故该模具为倒装式复合模。6.2 定位方式的选择由于该模具承受的条料，所以掌握条料的送进方向承受导料销，无侧压装置。掌握条料的送进步距承受活动挡料销定距。6.3 卸料、出件的方式选择加工工件料厚为 1mm，相对较薄，冲裁后箍在凸凹模上的工艺废料用弹压卸料板卸料。工件承受上出件方式，即压入凹模内的工件利用上模的打料机构打出。6.4 导向方式的选择模具位置精度要求较不高，故承受中间导柱模架。模具的上模局部主要由模柄、上模座、 垫板、凸模固定板、凸模、凹模、等组成。下模局部由下模座、凸凹模、卸料板等组成。卸料方式承受弹性卸料，以弹簧为弹性元件。冲孔废料由漏料空漏出。成品件手动取出。7 主要零部件的设计7.1 工作零件的设计7.1.1 落料凹模设计在落料凹模内部，由于要设置推件块，所以凹模承受直刃口构造，依据零件的料厚查表得其直刃口高度为 6mm.依据凹模高度和壁厚的计算公式可得凹模高度H = kb = 0.35 ´ 20 = 7mm5 2023 届机械设计制造及自动化毕业设计说明书式中，k-凹模厚度系数，查表得k=0.35 b-工件最大宽度为 20mm由于 H ³ 15mm ，所以取 H = 15mm 。凹模壁厚凹模的总长C = (1.5 2)H = 2 ´15 = 30mmL = (b + 2C) = 54.6 + 2 ´ 30 = 114.6mm依据国家标准，取L = 125mm 。凹模的总宽B = 20 + 2 ´ 30 = 80mm凹模整体尺寸标准化取125mm ´ 80mm ´ 30mm 。确定凹模板上的螺钉和销钉数量和布局。依据模板的大小，查表5.1- 42 可知，4 ´ M 8 螺钉和2 ´f 8 销钉，就可满足凹模与其他零件的连接强度。其简图如图7-1 所示。图 7-1 凹模7.1.2 冲孔凸模从冲压零件图可以看出，只有一种圆孔凸模f 10mm，承受B 型圆凸模，固定在凸模固定板上。冲模中的凸模不管其断面外形如何，其根本构造均由安装局部和工作局部两大局部组成。同时还要考虑凸模的修磨量及固定模与卸料板的安全距离等因素。凸模与凹模固定板H 7的协作间隙均为 m6 ，对于倒装式复合模，圆孔凸模构造尺寸为h = h + h12+ t + h = 14 +12 +1+15 = 42mm6 垫片冲孔落料冲压模具设计与制造式中， h1h2- - 凸模固定板的厚度- -卸料版厚度h - - 附加长度，包括凸模的修正量等，一般取h = 15 20mm凸模的尺寸如图 7-2 所示。图 7-2 凸模7.1.3 凹凸模凹凸模内形刃口起冲孔凹模作用，按凹模设计，其外形刃口起落料凸模作用，按凸模设 计。刃口尺寸的设计计算上述。该模具是倒装式复合模，凸凹模用固定板固定在下模座上。7.2 工作零件力学性能校核冲模力学性能校核主要是小凸模的端面接触面应力s和凸模失稳前的最大长度L。kmax7.2.1 弯曲应力校核Lmaxd 2P£ 90= 90 ´102= 66.22mm > 42mm1´10 ´ 588´p式中， L- -允许的凸模最大自由长度；maxd - - 凸模的最小直径；P - - 冲裁力， P = tdtp , N因此，刚度满足要求。7.2.1 压应力校核依据公式d³ 4tt = 4 ´1´ 588 = 3.2mmmins压736式中， d- - 凸模最小直径min7 2023 届机械设计制造及自动化毕业设计说明书t - -料厚，mmt - -抗剪强度，MPas- -凸模材料的许用应力，MPa压而 d = 10mm > 3.2mm，故设计合理。7.3 固定零件凸模垫板和固定板圆形凸模承压面的压应力s=PP按下式计算压pps=压FD25880p´162= 91.88mm > s压= 90MPa44式中F - -承压面积，mm2D - -承压面的直径，mms- -许用应力，MPa，模座材料选用铸铁HT 25 47，s= 90MPa压压凸模固定板。查表5.1- 42凸模固定板厚度为 14 mm 。因此，需要加凸模垫板。查表5.1- 42垫板的厚度为 6 mm 。7.4 定位零件依据模具的构造形式，需要在卸料板沿送料方向设置两个导料销做侧面定位，导料销的 高度查表2 - 223取 3 mm ，在卸料板压紧之前完成导正。考虑到料厚和装配后卸料板下面超出凹凸模端面 1 mm ，所以在凹模平面相应位置锪出导正销头部的沉孔。挡料销承受活动挡料销。条料送进时靠安装在卸料板上的两个导料销作侧定位，在板料送进时保证板料的垂 直度。板料端面承受活动挡料销，非工作行程时，挡料销由弹簧顶起，可供定位；工作时， 挡料销被压下，上端面与板料相平。7.5 卸料零件的设计7.5.1 卸料板的设计卸料板的周界尺寸与落料凹模的周界尺寸一样，查表5.1- 42 得卸料板的厚度为12 mm ，卸料板承受 45 钢制造，淬火硬度为(40 45)HRC ,周界尺寸与凹模一样。7.5.2 卸料弹簧的选择1） 卸料弹簧应具有的卸料力，由前述计算得F= KFXX落料= 0.05´ 93.87 = 4.69KN= 4690N2） 卸料弹簧的高度8 垫片冲孔落料冲压模具设计与制造卸料弹簧的预压缩量取 6 mm ，依据工件材料厚度为 1 mm ，冲裁时凸模进入凹凸模深度取 1 mm ，考虑模具修理时刃模量取 2 mm ，模具开启时卸料高出凹凸模 1 mm ，弹簧的最大压缩量为h= 6 +1+1+ 2 = 10mm弹簧工作时按最大压缩量的 30%来计算，因此弹簧的自由高度为hh= 弹簧自由30%= 100.3= 33.3mm取 h = 35mm 。这样在凸模切入板料之前弹簧已压缩了 4 mm ，相当于自由高度的 12.5%， 符合要求。所以选用圆柱螺旋压缩弹簧：YA1´12 ´ 35GB / T 2089 。7.6 模架及其他部件模架选用滑动导向，中间导柱模架(GB/T 2851.5-1990),查表34和表5.7 - 7 2 得上模座(GB/T 2855.2) 240 ´120 ´18mm下模座GB/T 2855.2 240 ´120 ´18mm凸模固定板125 ´ 80 ´18mm 凹模尺寸规格125 ´ 80 ´18mm 凹凸模 36mm导柱(GB/T 2861.1) 20 ´100mm ，22 ´100mm导套(GB/T 2861.3) 20 ´ 65 ´ 23mm ，22 ´ 65 ´ 23mm卸料板 125 ´ 80 ´12mm模具的闭合高度： H= 18 +18 +18 +18 + 36 + 6 = 114mm 。max8 模具总装图9 2023 届机械设计制造及自动化毕业设计说明书9 模具工作过程模具在冲床上安装后，先开动机床进展试运行，确认模具及机床正常后即可进展冲压。将条料从模具正面手动送入，条料侧面靠着导料销 7，前段抵紧活动挡料销 23，进展第一个零件的冲裁，然后用落料后的侧边靠紧活动挡料销23 进展下一个零件的冲裁。在冲裁过程中，冲压件将卡在凹模中，利用刚性推件装置推出，并且每冲一次工件都落在卸料板上，需手工用夹钳磁性钳取下，同时要留意废料落下是否流畅，并准时去除落下的废料，以防堵塞废料底孔，造成模具事故。参考文献1武先民，刘厚才，蒋海波.冲压模具设计指导,.北京;国防工业出版社，2023. 2王树勋等.模具有用技术设计手册，其次版.华南理工大学出版社，2023. 3赵伟阁.模具设计。西安：西安电子科技大学出版社，2023.4 胡凤兰.互换性与技术测量根底，其次版.北京:高等教育出版社，2023.5 大连理工大学工程图学教研室.机械制图，第六版.北京：高等教育出版社，2023. 6模具标准汇编编委会.模具标准汇编.中国标准出版社，2023.7徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2023.附录10