毕业设计-说明书

导电刷冲压模具设计

摘 要：本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，

首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。

关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模；

Abstract: The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project.

Key words: mold; stamping parts; punch; die; punch and die;

1 前言

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压

生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。

(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。 （2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分

组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。

第二章：分析零件的工艺性和确定冲压方案

一.零件工艺性分析

工件如下图所示，材料为QSn65-0.4，材料厚度0.6mm，生产批量为大批量。工艺性分析内容如下：

1.材料分析

Q235为青铜合金，具有较好的冲裁成形性能。

2. 结构分析

零件中部有一孔，孔的直径尺寸为2.2mm，满足冲裁最小孔径dmin≥0.9t0.54mm的要求。另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为0.9mm，满足冲裁件最小孔边距lmin≥1.2t0.72mm的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。

3. 精度分析：

零件上有4个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属IT14，IT15，所以普通冲裁可以达到零件的精度要求。对于未注公差尺寸按IT14精度等级查补。

由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。 二.冲裁工艺方案的确定

零件为一落料冲孔件，另需成型弯曲，可提出的加工方案如下： 方案一：先落料，后冲孔，弯曲，成型采用四套单工序模生产。 方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模，弯曲模及成型模生产。 方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模，弯曲模及成型模生产。

方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。

所以，比较三个方案欲采用方案二生产。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核，当材料厚度为0.6mm时，可查得凸凹模最小壁厚为2mm，现零件上的最小孔边距为0.9mm，所以可以采用复合模生产，即采用方案二。

三.落料—冲孔复合模设计

1.零件工艺计算 1.1 搭边值计算

查资料可知：当t=0.6mm时，a=1.5mm b=1.5mm

2.排样

2.1毛坯尺寸计算

该零件有两圆角r=0.2,r=0.5。 查资料：r=0.2mm时，x=0.23

ρ1=r+xt=0.2+0.23*0.6=0.338mm l1=πρ1α/180=3.14*0.338*65/180=0.38mm ρ2=r+xt=0.5+0.3*0.6=0.68mm

l2=πρ2α/180=3.14*0.68*120/180=1.42mm

故l=l1+l2+l3+l4+l5=0.38+1.42+5.37+24.38+5.19=36.74mm

条料宽度B，如上图所示取50mm。

3材料利用率Z

Z=（n*A）/[B*26]*100%

=(4*108)/[50*26]*100%=31.95%

4冲裁力的计算

4.1落料冲裁力

P落 =L落tδ L落=4*86=344mm

δ=355MPa

所以P落=1.3*300*0.6*350=81900N=81.9kN 4.2 冲孔冲裁力

P冲=nL孔 tδ

L孔=πd=3.14*2.2=6.9mm

所以P冲=4*6.9*0.6*355=5879N=5.9kN

冲裁力公式为P

P落P冲

=81.9+5.9=87.8kN

4.3推件力，顶件力和卸料力的计算 推件力P推=nK1P=4*0.1*87.8=35.12kN 顶件力P顶=nK2P=4*0.14*87.8=49.17kN 卸料力P卸=nK3P=4*0.07*87.8=24.58kN

4.4总冲裁力的计算

采用弹性卸料和下出件方式，总冲裁力为：

P总P+P推+P卸=87.8+35.12+24.58=147.5kN

5凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计算

5.1.刃口尺寸计算

查资料知：t=0.6mm，凸、凹模最小间隙Zmin=0.018mm，最大间隙Zmax=0.024mm，

（1）落料件尺寸的基本计算公式为

DA(DmaxXΔ)0

A

DT(DAZmin)T(DmaxXΔZmin)T

尺寸φ4mm，凸模制造公差T0.02mm，凹模制造公差A0.02mm。将以上各值代入|T||A|≤ZmaxZmin校验是否成立，经校验，不等式成立，所以可按下式计算工作零件刃口尺寸。

0.020.02

（40.75*0）mm40mm 即 DA10

DT1（40.018）mm3.9820.02

0.02

mm

（2）冲孔基本公式为

dT(dminXΔ)T

dA(dminXΔZmin)0

A

尺寸φ2.2mm，查得其凸模制造公差T0.02mm，凹模制造公差A0.02mm。经验算，满足不等式|T||A|≤ZmaxZmin，得

dT1(2.20.750)0mm2.20.02mm 0.02

dA1(2.20.018)0

0.02

mm2.218

0.02

mm

（3）中心距： 尺寸16.50mm 0.43

L=16.50=16.50mm 0.43/20.21

5.2外形尺寸计算

5.2.1凹模的外形尺寸 凹模厚度为：

H=Kb（H≥15mm） K取0.30

H=0.3*48.4=14.52mm，取15mm

凹模壁厚为：

C=（1.5～2）H

=1.75*15=26.25mm,取27mm

所以凹模总长为：

L=48.4+2*27=102.4mm，取125mm 凹模的宽度为：

B=24.5+2*27=78.5mm，取80mm。

模具采用中间导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座200mm×140mm×30mm，下模座200mm×140mm×40mm，导柱22mm×130mm，导套22mm×70mm×28mm。

5.2.2冲孔凸模与凹凸模尺寸计算

5.2.2.1冲孔凸模长度L 查资料知：d=2.2，D=5,D1=8 L=20mm

5.2.2.2凸模强度校核 校核公式为

A=π*d/2=3.8mm2

2

P冲/A≤δ

压

δ凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV，查资料知：

（1000~1600）MPa。

因为 P冲/A=5900/3.8=1553 MPa＜1600 MPa

所以凸模强度校核符合要求。

δ

压

压

=

6. 压力中心的计算

为了保证压力机和模具正常的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。本冲裁件外形基本对称，可认为压力中心在几何中心。

7、冲压设备的选用

可初选J23-16的压力机。当模具结构尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度。模具安装尺寸进行校核。

8.标准模架的选择

模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座160mm×125mm×35mm，下模座160mm×125mm×40mm，导柱25mm×150mm，导套25mm×85mm×33mm。

9.卸料装置中弹性元件的计算

模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下：

（1）确定橡胶的自由高度H0

H0（3.5~4）H工

H工h工作h修磨

t1(5~10)(0.615)mm6.6mm

由以上两个公式，取H023mm。

（2）确定橡胶的横截面积A

AFX/p

查得矩形橡胶在预压量为10%~15%时的单位压力为0.5MPa，所以

A

24580N0.6MPa

40966mm

2

（3）确定橡胶的平面尺寸

根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有矩形孔以避让凸模。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为82 mm×25mm，外形暂定一边长为160mm，则另一边长b为

b1608225Ab

164178225

160

mm115mm

（4）校核橡胶的自由高度H0

为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为80mm，所以

H0D

4080

0.5

橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×40 mm =34mm。

10.其他零部件结构

凸模由凸模固定板固定，两者采用过渡配合关系。模柄采用旋入式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格A50×100的模柄。

11.模具装配图

模具装配图如图4所示。

12.模具零件图

三.成型模设计

1.凹模的外形尺寸 凹模厚度为：

H=Kb（H≥15mm）

K取0.30

H=0.3*36.74=11.022mm，取15mm

凹模壁厚为：

C=（1.5～2）H =1.5*15=22.5mm

所以凹模总长为：

L=36.74+2*22.5=81.74mm，取80mm 凹模的宽度为：

B=11.88+2*22.5=56.88mm，取63mm。

凸模尺寸

3.模架的选择

模具采用后导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为上模座156mm×110mm×25mm，下模座156mm×110mm×20mm，导柱10mm×90mm，导套16mm×35mm×20mm。

四.弯曲模设计

零件简图:如右图所示 生产批量:大批量

材料:QSn65-0.4

材料厚度

:0.6mm

1. 冲压件工艺分析

该工件只有弯曲一个工序,材料QSn65-0.4为软材料,在弯曲时应有一定的凸凹模间隙.工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,普通弯曲就能满足要求.

2. 冲压方案的确定

3. 主要设计计算

3.1凸模圆角半径： r1=0.5mm

工作相对弯曲半径r/t较小，故凸模圆角半径rT等于工件的弯曲半径,即rT= r1。

3.2 凹模圆角半径： r2=0.2mm t=0.6mm＜2mm，rA=(3～６)t＝2.5mm

3.3凸，凹模间隙：

可取Z=t=0.6mm

3.4凹模深度：

t=0.6mm，L＞25～50mm,凹模h0=15mm，h=22mm

3.5横向尺寸及公差：

活动凸模：L1=240+0.84-1.5-0.250 =22.50+1.09mm 凹模：L2 = L1 +0.6=23.10+1.09mm

3.6弯曲力的计算

2

弯曲力：F自=0.6KBtσb/r+t=230N σb=355MPa 顶件力或压料力： FD=0.5 F自=115 N 压力机公称压力： F压= FD + F自=345N

4. 主要零部件设计

4.1活动凸模：

结合工件并考虑加工，将弯曲凸模设计成活动的。用M8螺钉固定在凸模托板上。，与凸模托板配合按H6/M5，其长度为60mm。如下图所示：

4.2凸模

由于要先切断在弯曲，故在凸模上嵌入镶块，并采用黏结剂固定。这样可以节约材料，以免全部采用较好材料。镶块尺寸为2*5mm。 凸模与上模座采用螺钉固定。选用M6螺钉。，与上模按H6/M5配合。其总长L=150mm.如下图所示。

① 凹模

凹模与模座用螺钉固定固定。安装凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心和模柄中心重合。其轮廓尺寸如下图所示：

② 顶件块

由于要先弯曲右侧部分，其采用顶件装置。故在凹模内装配顶板。具体尺寸如下图所示：

（1） 模架及其他零部件的选用

模具选用后侧导柱标准模架，可承受较大的冲压力。为了提高模具 寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用后侧导柱的导向方式。

导柱为10mm×105mm，导套为16mm×40mm×15mm 上模座厚度取15mm，即H上模=15； 凸模托板厚度取10mm，即H托板=10； 下模座厚度取20mm，即H下模=20；

模具闭合高度H闭=105

可见该模具闭合高度小于所选压力机JH21-25的最大装模高度，可以使用。

5. 模具总装图

模具工作过程：在冲压前活动凸模在橡皮的作用下与凸模端面齐平。冲压时，右侧弹簧将坯料压紧。凸模和活动凸模一起往下，凸模将坯料切断。继续往下，由于橡皮产生的的弹压力大于顶板下方缓冲器产生的弹顶力，推动顶板下移，使坯料左端弯曲，当顶板接触下模座后，橡皮压缩，则凸模相对于活动凸模下移，将坯料右端弯曲成形，当压块与上模座相碰时，整个工件得以校正。当上模回程时，顶件块将工件顶出，并手工将工件取走，然后将条料送进，进行下一个工件的生产。

模具装配图如下图所示：

7．冲压设备的选定

通过校核，选择开式固定台压力机J23-16能满足要求。其主要参数如下： 标称压力：250KN 标称行程：2.8mm 滑块行程：80mm

行程次数：100次/min 最大闭合高度：250mm

封闭高度调节：50mm

滑块中心到机身距离：210mm 工作台尺寸（前后×左右）：440mm×700mm 工作台孔尺寸：150mm 模柄孔尺寸：40mm×65mm 电动机功率：2.2kw

8．模具的装配

本模具的装配先凸，凹模为基准件，先装上模，再装下模。装配应保证间隙均匀。

然后装机试冲，并根据试冲结果做相应的调整。

参考文献

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