近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲
压成形技术取得了前所未有的进展。
本论文应用所学专业理论课程和生产实际知识进行了冷冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容。通过本次设计，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，同时对相关的课程进行了全面的复习。本设计采用落料冲孔复合模，模具设计制造简便易行。
考虑到冲压技术在当今制造业的地位及发展前景，因此，值得进一步学习和研究。
关键词：先进制造 冲压 模具 设计
一、
零件的工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1、 零件的工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2、冲裁件的精度及粗糙度„„„„„„„„„„„„
3、冲裁件材料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 二、工艺方案的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 三、冲压模具总体结构设计 1、模具类型 2、操作与定位方式 3、卸料与出件方式 4、模架类型及精度 四、主要设计计算
1、排样方式的确定及计算
2、设计冲压力与压力中心，初选压力机 五、模具总体设计 1、凹模设计及计算 2、凸模设计及计算 3、选择坚固件及定位零件 4、设计和初选卸料与出件零件 5、选择标准模架及其它模具零件 6、压力机的校核 六、模具总装图 结束语 谢辞 参考文献
冲裁模设计步骤
一 .零件的工艺性分析.
1 零件的工艺性分析
该零件材料为H62(黄铜) ，强度较高，适合冲裁。该零件形状结构简单, 冲裁
凸出的部分B=12≥1.5 t=2.25(t为材料厚度) 。冲孔时因受凸模强度的限制, 孔的尺寸不应太小. 冲孔的最小尺寸取决于材料性能, 凸模的强度和模具结构等。根据[2]表1-16可查得圆形孔最小值得
d=0.9t=0.9×1.5=1.35mm
冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离C 受模具的强度和冲裁件质量的制约, 其值不应过小, 当孔边缘与制件外形边缘不平行时C ≥t, 平行时C ≥1.5t 所以由冲件图可知
φ9和φ9的孔间距：C1=75-9/2-9/2=66>1×1.5=1.5,
φ4.8和φ9的孔间距：C2=2 182-9/2-4.8/2=6.5>1×1.5=1.5, 长孔的孔与边缘间距：C3=6-4.8/2=3.6>1×1.5=1.5,
由以上可知孔与孔之间距离C1、C2满足工艺性要求, 而孔到边缘的距离C3也能满足工艺性要求, 故该冲件的形状和尺寸能满足工艺性要求。
2 冲裁件的精度与粗糙度
冲裁件的经济公差等级不高于IT14级, 一般落料公差等级最好低于IT10级, 冲孔件公差等级最好低于IT9级, 查得落料公差, 冲孔公差分别为0.20,0.08. 而该冲件落料公差, 最高精度冲孔公差分别为0.3,0.25由[2]中表1-5可查得孔中心距公差 ±0.15而该冲件孔中心距最高精度公差为±0.43, 因此可用于一般精度的冲裁, 普通冲裁可以达到要求. 由于冲裁件没有断面粗糙度的要求, 我们不必考虑.
3. 冲裁件的材料
由表1-3可得,H62(黄铜), 抗剪强度τ=260Mpa,断后伸长率35%,此材料具有良好的塑性及较高的弹性和强度, 冲裁性较好, 可以冲裁加工.
二 工艺方案的确定
该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序, 可有以下三种方案： 方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产； 方案二：落料-冲孔，采用复合模生产； 方案三：冲孔-落料，采用级进模生产。
零件属于中批量生产, 因此采用单工序须要模具数量较多, 生产率低, 所用费用也高, 不合理; 若采用复合冲, 可以得出冲件的精度和平直度较好, 生产率较高, 但因零件的孔边距太小, 模具强度不能保证; 用用级进模冲裁时, 生产率高, 操作方便, 通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题, 根据以上分析, 该零件采用级进冲裁工艺方案.
三、冲压模具总体结构设计
1、模具类型
根据零件的冲裁工艺方案, 采用级进冲裁模.
2、操作与定位方式
零件中批量生产, 安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产, 且能降低模具成本, 因此采用手工送料方式. 零件尺寸较大，为了保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正，为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。
3、卸料与出件方式
考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生
产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。
4、 模架类型及精度
由于该冲裁零件的尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。
四、主要设计计算
1、排样方式的确定及计算
该冲裁件尺寸大，且有12mm 凸缘，首先可考虑斜排或交错排，但是因为是手工送料，所以带料不可能做得很长，斜排时材料的利用率大打折扣。若采用交错排，经计算材料的利用率和下面的单个排相差不远，且凹模两型孔间的壁厚强度不易保证。综上所述可采用直排和横排比较合理, 如图4-1，4-2所示。对图4-2有：
查[3]中的表2-34，可取a=2×1.2=2.4mm,a1=1.5×1.2=1.8mm, (其中1.2为材料相对应的系数) 。查[3]中的表2-36及表2-38分别得△=0.7mm Z=0.5mm. 因此根据[3]中表2-35的式子确定条料的宽度为:
B 0=（Dma ×+2a+z）=(105+2⨯2. 4+0. 5) 0. 7=110. 30. 7 mm -∆-∆
00
进距为:S=(18+12+6)+a1=36+1.8 =37.8mm 导板间距为：A=B+Z= Dma×+2a+2z=110.8mm
由零件图在CAD 中可算得一个零件的面积为2513.41mm 2
图 4—1 直排 图 4—2 横排
一个进距内的坯料面积:
B ×S=110.3×37.8=4169.34mm2, 因此材料利用率为:
η=(A/BS)×100%
=(2513.41/4169.34)×100% =60.3%
同理可算得图4-1的材料利用率为57.3%
由利用率可知, 图4-2的排样合理.
2、设计冲压力与压力中心, 初选压力机.
(1).冲裁力 根据零件图, 用CAD 可计算出冲一次零件内周长为71.63mm, 外周长为263.97(首次冲裁除外), 由[2]中的表7-2查得 τ=260Mpa,t=1.5mm,取K=1.3 冲裁力的计算:由[4]书中的公式3-10有 F
冲孔
=1.3Ltτ=1.3×71.63×1.5×260=36316 N
F 落料1.3Lt τ=1.3×263.97×1.5×260=133833 N F 冲裁= F冲孔+F落料=166.9 KN
卸料力的计算:查[4]中的表3-12, 取K 卸料=0.06,则 F 卸料= K卸料×F 落料=0.06×133833=8030 N
推件力的计算:查[4]中的表3-12, 取K 推=0.09,根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h ≥2t=3,为了修模时能保证模具仍具有足够的强度, 所以直壁高度取h=3+6=9mm,故n=h/t=9/1.5=6则有
K 推=n ×F 推件×F 冲孔=6×0.09×36316=19611 N
总冲裁力的计算: 由于是采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模, 所以由[4]中的式3-19得
F 总=F冲裁+F推件=(36316+133833)+19611=181.7N 冲裁力的计算: 查[4]中的表3-19得
F 总=F冲裁+F卸料+F推件=(36316+133833)+19611=190 kN 所以应选取的压力机公称压力为:
P0≥(1.1～1.3)F 总=(1.1～1.3) ×190=228KN 因此可选压力机型号为JH23-25. (2)压力中心
根据排样, 我们可以在CAD 里使用查询便能得出冲孔的压力中心, 如图4-3所示先取原点在O 处, 则查询得它的压力中心为 (48.17,54.78), 具体如下图4-3所示:
图4-3压力中心
(3).工作零件刃口尺寸计算
由于材料较厚, 模具间隙较小, 模具的间隙由配作保证, 工艺比较简单, 并且还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制造容易, 因此采用配作加工为宜。由落料尺寸得, 凹模尺寸会变大, 所以以凹模为基准, 配作凸模. 由冲孔尺寸得, 凸模尺寸变小, 所以以凸模为基准, 配作凹模. 根据[4]中表3-3, 由材料厚度可得Zmin=0.09mm, Zmax=0.12mm. 由落料, 凹模磨损后变大:
A1=105,A2=36,A3=24,A4=12,A5=6,A6=3, A7=18全为自由尺寸, 其公差按IT14查取，查GB/T1800.3-1998得△1=0.87,△2=0.62,△3=0.52,△4=0.43,△5=0.3, △6=0.25, △7=0.43。查[4]中表3-6可得磨损系数X1=X2=X3=X4=X5=X6=0.5, 由[4]中表3-10的公式有：
+∆/4+0. 87/4+0. 218
A1凹=(A1max-X1△1) 0=(105-0.5×0.87) 0=104.570 +∆/4+0. 62/4+0. 155A2凹=(A2max-X2△2) 0=(36-0.5×0.62) 0=35.690 +∆/4+0. 43/4+0. 108A4凹=(A4max-X4△4) 0=(12-0.5×0.43) 0=11.790 +∆/4+0. 3/4+0. 075A5凹=(A5max-X5△5) 0=(6-0.5×0.3) 0=5.850 +∆/4+0. 25/4+0. 063A6凹=(A6max-X6△6) 0=(3-0.5×0.25) 0=2.880
+∆/4+0. 43/4+0. 108
A7凹=(A7max-X7△7) 0=(18-0.5×0.43) 0=17.790
+0. 215A3凹=2A4凹=23.570(因圆弧R12与尺寸A3=24相切, 故A3不需采用刃口尺寸
公式计算, 而直接取A3=2A4凹) 凹模磨损后变小的有:
B1凹=3按IT14查GB/T1800.3-1998得△1=0.25,由[4]中的表3-6可查得磨损系数为×1=0.5，则有
B1凹=(B1min+X1△) 0=(3+0.5×0.25) 0=3.130 -∆/4-0. 25/4-0. 063
因为A1凹～A6凹及B1凹为落料尺寸, 故以凹模为基准, 配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值为0.09～0.12mm.
五 模具总体设计
1. 凹模设计 1.1 凹模刃口形状
凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉, 销针与下模座固定的固定方式. 考虑凹模的磨损和保证冲件的质量根据[4]中的表3-32, 凹模刃口采用直筒形刃口壁结构, 刃口高度根据前面步骤“四、2”计算冲裁力时所取h=9mm,漏料部分刃口轮廓可以适当扩大0.5～1mm, 取1mm,(为便于加工, 落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓的简化形状), 凹模轮廓尺寸计算如下:
1.2 凹模轮廓尺寸的确定
凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L ×B(长×宽) 及厚度尺寸H 。从凹模外边缘到凹模刃口的最短距离称为凹模壁厚C 。该凹模刃口形状简单基本对称可认为压力中心与对称中心同属一点, 所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁厚来确定, 由[4]中的式3-45有:
L=l+2C=105+2×40=185 B=b+2C=2×36+2×40=152 其中C 值可根据[4]中的表3-33查得。
整体式凹模板的厚度可由[5]中的式2-19如下经验公式估算:
H=Kb=0.2×105=21
其中K 可由[5]中的表2-24查取为0.2。
由以上算得凹模轮廓尺寸L ×B ×H=185×152×21, 查有关国家标准, 并无厚度合适, 因此，选L ×B 为标准尺寸, 得L ×B ×H=250×200×22.
1.3 凹模材料的选用:
根据[2]中的表7-22、7-13, 材料选用6W6mo5Cr4V 。
孔与孔的校核:由表3-27校核最小A 值为16, 最小B 值为19, 最小C 值为5, 最小D 值为12, 以上都能达到要求, 因此得以校核.
凹模刃口尺寸及其它具体见后面所附的零件图。设计中, 因为压力中心与凹模板的几何中心相差不远, 由压力机根据模柄孔尺寸为φ50, 压力中心仍在模柄投影面积, 可认不它们在同一轴线上。
2. 凸模设计
落料凸模刃口部分近似方形, 又在它里面开孔, 装配导正销, 为便于凸模和固定板的加工, 可设计成铆接方式与固定板固定。冲孔凸模由于相隔很近, 不宜采用阶梯结构, 设计成铆接方式。凸模的长度尺寸根据[2]中的5.2.4取固定板尺寸H 1=20、卸料板尺寸H 2=18、导料板尺寸H 3=6、附加长度H 4=26 所以凸模的尺寸为：L= H1+H2+H3+H4=20+18+6+26=70mm.
凸模材料：参照[2]中的表7-22、7-13, 材料选用CrWMn.
考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模φ4.8进行强度和钢度校核：根据[2]中的5.2.5可得：
L ≤90d 2/F =(90×4.95×4.95)/. 3X 3. 14X 4. 95X 1. 5X 260=24.84 mm. L 为凸模的允许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为 10＜24.84, 所以钢度得以校核。
强度校核:根据[2]中的5.2.5凸模的最小直径d 应满足:
d ≥4t τ/[бc]=4×1.5×260/1200=1.3mm, 4.95＞1.3, 所以凸模强度得以校核。
3. 选择坚固件及定位零件
螺钉规格的选用: 根据[1]中的表1-229, 由凹模板的周界可选用M12, 再根据实
际要求, 查标准选用GB 70-85 M12×60, M12×80这里要各4个, 承料板的螺钉选用GB 70-85 M4×10, 这里要2个，选取材料为45钢。
销钉规格的选用: 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格, 因此根据标准选用GB 119-86 A10×70及A10×40, 选取材料为45钢。根据定位方式及坯料的形状与尺寸, 选用合适的标准定位零件。
挡料销:
固定挡料销 ：由[2]中的表5-18知, 挡料销高度h=3，选取材料为45钢, 数量为2, 查标准GB2866.11-81。
始用挡料销: 根据导料板间距A=110.8及凹模L=200,可得导料板宽度=(200-110.8)/2=44.6mm,再根据[4]中的表3-36, 由t=1.5mm及条料的宽度可得导料板厚度为6mm 。参照[1]中的表1-232查GB2866.1-81选取始用挡料销规格长L=65mm,厚度H=6如图5-6, 所以有始用挡料销装置规格为:
始用挡料销：65×6 GB2866.1-81选取材料为45钢，热处理:硬度HRC43~48. 弹簧：1.0×10×20 GB2089-81
弹簧芯柱：8×18 GB2866.2-81选取材料为Q235。
导料板: 根据凹模L ×B=200×160, 查[1]中的表1-242, 选规格为:长度L=180,宽度B=45,厚度H=6,材料为45钢的导料板, 即导料板:180×45×6 热处理HRC28~32.
导正销: 使用导正销的目的是消除送料时用挡料销和导料板等定位零件作粗定位时的误差, 保证冲件在不同工位上冲出的内形与外形之间的相对位置公差要求. 导正销主要用于级进模, 也可用于单工序模。导正销通常设在落料凸模上, 与挡料销配合使用, 因此我们采用导正销, 其中A 型用于导正d=2~12mm的孔, 安装处按H7/n6配合查[1]中的表1-233参照GB 2864.1-81A 型导正销可得出导正销,
4. 设计和选用卸料与出件零件
卸料以固定板卸料, 出件是以凸模往下冲即可, 因此不用设计出件零件. 固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同, 其厚度可取凹模厚度的0.8~1倍, 经计算得H=18，所以卸料板的L ×B ×H=200×160×18, 卸料板在此仅起卸料作用, 凸
模与卸料板间的双边间隙一般取0.2~0.5mm,这里取0.5mm, 根据[2]中的表7-20, 选用材料为Q235. 由以上根据凸模和凹模可设计出卸料板
5. 选择标准模架及其它模具零件
模架的选择:
由凹模周界200×160, 及安装要求, 选取
上模座:310×230×45 （GB/T2855.11-1900）
下模座:310×230×50 （GB/T2855.12-1900）
由以上可得模架及其零件如图所示.
具体零件参阅《模具标准汇编(一) 》
导柱:A28h5× 160,A32h5×160 (GB/T2861.1)
导套:A28H6×80×42,A32H6×80×45 (GB/T2861.6)
模柄: 由压力机的型号JH23-25. 可查得模柄孔的直径为50, 深度为70, 由装配要求, 模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转, 模柄夹持长度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用固定卸料，上模座回程时受力较大，因此选用压入式模柄较合理，查[1]中的表1-265参照GB2862.1-81
垫板: 垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力, 以防止模座被挤压损伤, 因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板. 垫板的外形尺寸与凸模固定板相同, 厚度可取3~10mm,这里设计时, 由于压力较大, 查[1]中的1-299根据GB2871.3-81选取规格为L ×B ×H=200×160×8.
承料板: 查[1]中的1-299根据GB2865.6-81,
选取规格为L ×B ×H=200×20×3
凸模固定板:
凸模固定板的厚度由材料厚t ≥1.5~2.5 取H=20~50,这里由前面已取H=20,所以凸模固定板的规格为L ×B ×H=200×160×20; 凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,4个螺钉与上模座连接固定, 各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致, 顶部与凸模铆接, 因此必须倒角, 由以上可得凸模固定板。
6、压力机的校核
(1).公称压力 根据公称压力的选取压力机型号为JH23-25, 它的压力为250>228, 所以压力得以校核。
(2).滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出。这里只是材料的厚度t=1.5,导料板的厚度H=6及凸模冲入凹模的最大深度9, 即S1=1.5+6+14=21.5
(3).行程次数 行程次数为80r/min.因为生产批量为中批量, 又是手工送料, 不能太快, 因此是得以校核。
(4)工作台面的尺寸 根据下模座L ×B=310×230, 且每边留出60~100,即L1×B1=410×330, 而压力机的工作台面L2×B2=560×360, 冲压件和废料从下模漏出, 漏料尺寸为107 × 38,而压力机的孔尺寸为260×130, 故符合要求, 得以校核。
(5) 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔的直径为50, 模柄孔深度为70, 而所选的模柄夹持部分直径为50, 长度为60故符合要求, 得以校核。
(6).闭合高度 由压力机型号知Hma ×=260 M=55 H1=50
Hmin=Hma×–M=260-55=205
(其中M 为闭合高度调节量/mm,H1为垫板厚度/mm)
由式式子:( Hma×–H1)-5≥H ≥( Hmin–H1)+10得
(260–50)-5≥194≥(205–500)+10
205≥194≥165
所以所选压力机合适, 即压力机得以校核。
六、模具的总装图
根据前面的设计与分析, 我们可以得出如级进模具的总装图。
级进模总装图
1、18——导柱；2——凹模；3、9、12、24——销钉；4——导料板凸模；5、16——导套；6——卸料板；7——凸模固定板；8——垫板；10、11——冲孔凸模；13——模柄；14、17、25——螺钉；15——上模座；19——下模座；20——固定挡料销；21——始用挡料销；22——弹簧；23——芯柱；26——承料板。
结 束 语
通过这次毕业设计，我从中学到了许多东西，受益匪浅。我从中掌握了许多重要的知识，在老师的指导下，懂得了模具设计的一些基本工艺。自己的各方面能力也得以了很大的提高，即提高了自己的计算能力及动手能力，也提高了自己利用计算机绘图能力。在查找资料过程中，让我对以前所学到的东西有了更深入的了解。为我日后步入社会参加工作打下扎实的基础。我在设计时除了认真思考外, 还参考了大量相关模具设计及指导资料，在此过程中我们非常注重每一个设计的细节环节。在遇到难以解决的问题时同学们都能互相讨论与学习，还得到了老师的细心指导，在此向他表示衷心的感谢。
在这一个多月的设计过程，虽然辛苦，花了我不少的时间，但总算劳有所获，让我加深了对专业知识的强化和理解。为了不断充实和发展、完善自我，我下定决心继续努力提高自己的专业知识，在今后的日子里继续努力学习，期待更大的进步！
谢 辞
本论文是在指导老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神的和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。在此次毕业设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识，对其现状和未来发展趋势有了很大的了解。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在学习、实践中所培养的思维方式、动手实践能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长
在此真挚地感谢各位老师和同学们的帮助。
参考文献
[1] 冯炳尧、韩泰荣、蒋文森. 模具设计与制造简明手册. 上海:上海科学技术出版社. 第二版,2008
[2] 郑家贤. 冲压模具设计实用手册. 北京:机械工业出版社. 第一版,2007
[3] 杨关全、匡余华. 冷冲压工艺与模具设计. 大连理工大学出版社. 第二版，
2009
[4] 康俊远、姬裕江、徐勇军. 冷冲压工艺与模具设计. 北京: 北京理工大
学出版社. 第一版,2007
[5] 王芳. 冷冲压模具设计指导. 北京: 机械工业出版社. 第一版,2005
近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲
压成形技术取得了前所未有的进展。
本论文应用所学专业理论课程和生产实际知识进行了冷冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容。通过本次设计，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，同时对相关的课程进行了全面的复习。本设计采用落料冲孔复合模，模具设计制造简便易行。
考虑到冲压技术在当今制造业的地位及发展前景，因此，值得进一步学习和研究。
关键词：先进制造 冲压 模具 设计
一、
零件的工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1、 零件的工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2、冲裁件的精度及粗糙度„„„„„„„„„„„„
3、冲裁件材料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 二、工艺方案的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 三、冲压模具总体结构设计 1、模具类型 2、操作与定位方式 3、卸料与出件方式 4、模架类型及精度 四、主要设计计算
1、排样方式的确定及计算
2、设计冲压力与压力中心，初选压力机 五、模具总体设计 1、凹模设计及计算 2、凸模设计及计算 3、选择坚固件及定位零件 4、设计和初选卸料与出件零件 5、选择标准模架及其它模具零件 6、压力机的校核 六、模具总装图 结束语 谢辞 参考文献
冲裁模设计步骤
一 .零件的工艺性分析.
1 零件的工艺性分析
该零件材料为H62(黄铜) ，强度较高，适合冲裁。该零件形状结构简单, 冲裁
凸出的部分B=12≥1.5 t=2.25(t为材料厚度) 。冲孔时因受凸模强度的限制, 孔的尺寸不应太小. 冲孔的最小尺寸取决于材料性能, 凸模的强度和模具结构等。根据[2]表1-16可查得圆形孔最小值得
d=0.9t=0.9×1.5=1.35mm
冲裁件孔与孔之间:孔与边缘之间的距离C 受模具的强度和冲裁件质量的制约, 其值不应过小, 当孔边缘与制件外形边缘不平行时C ≥t, 平行时C ≥1.5t 所以由冲件图可知
φ9和φ9的孔间距：C1=75-9/2-9/2=66>1×1.5=1.5,
φ4.8和φ9的孔间距：C2=2 182-9/2-4.8/2=6.5>1×1.5=1.5, 长孔的孔与边缘间距：C3=6-4.8/2=3.6>1×1.5=1.5,
由以上可知孔与孔之间距离C1、C2满足工艺性要求, 而孔到边缘的距离C3也能满足工艺性要求, 故该冲件的形状和尺寸能满足工艺性要求。
2 冲裁件的精度与粗糙度
冲裁件的经济公差等级不高于IT14级, 一般落料公差等级最好低于IT10级, 冲孔件公差等级最好低于IT9级, 查得落料公差, 冲孔公差分别为0.20,0.08. 而该冲件落料公差, 最高精度冲孔公差分别为0.3,0.25由[2]中表1-5可查得孔中心距公差 ±0.15而该冲件孔中心距最高精度公差为±0.43, 因此可用于一般精度的冲裁, 普通冲裁可以达到要求. 由于冲裁件没有断面粗糙度的要求, 我们不必考虑.
3. 冲裁件的材料
由表1-3可得,H62(黄铜), 抗剪强度τ=260Mpa,断后伸长率35%,此材料具有良好的塑性及较高的弹性和强度, 冲裁性较好, 可以冲裁加工.
二 工艺方案的确定
该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序, 可有以下三种方案： 方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产； 方案二：落料-冲孔，采用复合模生产； 方案三：冲孔-落料，采用级进模生产。
零件属于中批量生产, 因此采用单工序须要模具数量较多, 生产率低, 所用费用也高, 不合理; 若采用复合冲, 可以得出冲件的精度和平直度较好, 生产率较高, 但因零件的孔边距太小, 模具强度不能保证; 用用级进模冲裁时, 生产率高, 操作方便, 通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题, 根据以上分析, 该零件采用级进冲裁工艺方案.
三、冲压模具总体结构设计
1、模具类型
根据零件的冲裁工艺方案, 采用级进冲裁模.
2、操作与定位方式
零件中批量生产, 安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产, 且能降低模具成本, 因此采用手工送料方式. 零件尺寸较大，为了保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正，为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。
3、卸料与出件方式
考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生
产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。
4、 模架类型及精度
由于该冲裁零件的尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。
四、主要设计计算
1、排样方式的确定及计算
该冲裁件尺寸大，且有12mm 凸缘，首先可考虑斜排或交错排，但是因为是手工送料，所以带料不可能做得很长，斜排时材料的利用率大打折扣。若采用交错排，经计算材料的利用率和下面的单个排相差不远，且凹模两型孔间的壁厚强度不易保证。综上所述可采用直排和横排比较合理, 如图4-1，4-2所示。对图4-2有：
查[3]中的表2-34，可取a=2×1.2=2.4mm,a1=1.5×1.2=1.8mm, (其中1.2为材料相对应的系数) 。查[3]中的表2-36及表2-38分别得△=0.7mm Z=0.5mm. 因此根据[3]中表2-35的式子确定条料的宽度为:
B 0=（Dma ×+2a+z）=(105+2⨯2. 4+0. 5) 0. 7=110. 30. 7 mm -∆-∆
00
进距为:S=(18+12+6)+a1=36+1.8 =37.8mm 导板间距为：A=B+Z= Dma×+2a+2z=110.8mm
由零件图在CAD 中可算得一个零件的面积为2513.41mm 2
图 4—1 直排 图 4—2 横排
一个进距内的坯料面积:
B ×S=110.3×37.8=4169.34mm2, 因此材料利用率为:
η=(A/BS)×100%
=(2513.41/4169.34)×100% =60.3%
同理可算得图4-1的材料利用率为57.3%
由利用率可知, 图4-2的排样合理.
2、设计冲压力与压力中心, 初选压力机.
(1).冲裁力 根据零件图, 用CAD 可计算出冲一次零件内周长为71.63mm, 外周长为263.97(首次冲裁除外), 由[2]中的表7-2查得 τ=260Mpa,t=1.5mm,取K=1.3 冲裁力的计算:由[4]书中的公式3-10有 F
冲孔
=1.3Ltτ=1.3×71.63×1.5×260=36316 N
F 落料1.3Lt τ=1.3×263.97×1.5×260=133833 N F 冲裁= F冲孔+F落料=166.9 KN
卸料力的计算:查[4]中的表3-12, 取K 卸料=0.06,则 F 卸料= K卸料×F 落料=0.06×133833=8030 N
推件力的计算:查[4]中的表3-12, 取K 推=0.09,根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h ≥2t=3,为了修模时能保证模具仍具有足够的强度, 所以直壁高度取h=3+6=9mm,故n=h/t=9/1.5=6则有
K 推=n ×F 推件×F 冲孔=6×0.09×36316=19611 N
总冲裁力的计算: 由于是采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模, 所以由[4]中的式3-19得
F 总=F冲裁+F推件=(36316+133833)+19611=181.7N 冲裁力的计算: 查[4]中的表3-19得
F 总=F冲裁+F卸料+F推件=(36316+133833)+19611=190 kN 所以应选取的压力机公称压力为:
P0≥(1.1～1.3)F 总=(1.1～1.3) ×190=228KN 因此可选压力机型号为JH23-25. (2)压力中心
根据排样, 我们可以在CAD 里使用查询便能得出冲孔的压力中心, 如图4-3所示先取原点在O 处, 则查询得它的压力中心为 (48.17,54.78), 具体如下图4-3所示:
图4-3压力中心
(3).工作零件刃口尺寸计算
由于材料较厚, 模具间隙较小, 模具的间隙由配作保证, 工艺比较简单, 并且还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制造容易, 因此采用配作加工为宜。由落料尺寸得, 凹模尺寸会变大, 所以以凹模为基准, 配作凸模. 由冲孔尺寸得, 凸模尺寸变小, 所以以凸模为基准, 配作凹模. 根据[4]中表3-3, 由材料厚度可得Zmin=0.09mm, Zmax=0.12mm. 由落料, 凹模磨损后变大:
A1=105,A2=36,A3=24,A4=12,A5=6,A6=3, A7=18全为自由尺寸, 其公差按IT14查取，查GB/T1800.3-1998得△1=0.87,△2=0.62,△3=0.52,△4=0.43,△5=0.3, △6=0.25, △7=0.43。查[4]中表3-6可得磨损系数X1=X2=X3=X4=X5=X6=0.5, 由[4]中表3-10的公式有：
+∆/4+0. 87/4+0. 218
A1凹=(A1max-X1△1) 0=(105-0.5×0.87) 0=104.570 +∆/4+0. 62/4+0. 155A2凹=(A2max-X2△2) 0=(36-0.5×0.62) 0=35.690 +∆/4+0. 43/4+0. 108A4凹=(A4max-X4△4) 0=(12-0.5×0.43) 0=11.790 +∆/4+0. 3/4+0. 075A5凹=(A5max-X5△5) 0=(6-0.5×0.3) 0=5.850 +∆/4+0. 25/4+0. 063A6凹=(A6max-X6△6) 0=(3-0.5×0.25) 0=2.880
+∆/4+0. 43/4+0. 108
A7凹=(A7max-X7△7) 0=(18-0.5×0.43) 0=17.790
+0. 215A3凹=2A4凹=23.570(因圆弧R12与尺寸A3=24相切, 故A3不需采用刃口尺寸
公式计算, 而直接取A3=2A4凹) 凹模磨损后变小的有:
B1凹=3按IT14查GB/T1800.3-1998得△1=0.25,由[4]中的表3-6可查得磨损系数为×1=0.5，则有
B1凹=(B1min+X1△) 0=(3+0.5×0.25) 0=3.130 -∆/4-0. 25/4-0. 063
因为A1凹～A6凹及B1凹为落料尺寸, 故以凹模为基准, 配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值为0.09～0.12mm.
五 模具总体设计
1. 凹模设计 1.1 凹模刃口形状
凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉, 销针与下模座固定的固定方式. 考虑凹模的磨损和保证冲件的质量根据[4]中的表3-32, 凹模刃口采用直筒形刃口壁结构, 刃口高度根据前面步骤“四、2”计算冲裁力时所取h=9mm,漏料部分刃口轮廓可以适当扩大0.5～1mm, 取1mm,(为便于加工, 落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓的简化形状), 凹模轮廓尺寸计算如下:
1.2 凹模轮廓尺寸的确定
凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L ×B(长×宽) 及厚度尺寸H 。从凹模外边缘到凹模刃口的最短距离称为凹模壁厚C 。该凹模刃口形状简单基本对称可认为压力中心与对称中心同属一点, 所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁厚来确定, 由[4]中的式3-45有:
L=l+2C=105+2×40=185 B=b+2C=2×36+2×40=152 其中C 值可根据[4]中的表3-33查得。
整体式凹模板的厚度可由[5]中的式2-19如下经验公式估算:
H=Kb=0.2×105=21
其中K 可由[5]中的表2-24查取为0.2。
由以上算得凹模轮廓尺寸L ×B ×H=185×152×21, 查有关国家标准, 并无厚度合适, 因此，选L ×B 为标准尺寸, 得L ×B ×H=250×200×22.
1.3 凹模材料的选用:
根据[2]中的表7-22、7-13, 材料选用6W6mo5Cr4V 。
孔与孔的校核:由表3-27校核最小A 值为16, 最小B 值为19, 最小C 值为5, 最小D 值为12, 以上都能达到要求, 因此得以校核.
凹模刃口尺寸及其它具体见后面所附的零件图。设计中, 因为压力中心与凹模板的几何中心相差不远, 由压力机根据模柄孔尺寸为φ50, 压力中心仍在模柄投影面积, 可认不它们在同一轴线上。
2. 凸模设计
落料凸模刃口部分近似方形, 又在它里面开孔, 装配导正销, 为便于凸模和固定板的加工, 可设计成铆接方式与固定板固定。冲孔凸模由于相隔很近, 不宜采用阶梯结构, 设计成铆接方式。凸模的长度尺寸根据[2]中的5.2.4取固定板尺寸H 1=20、卸料板尺寸H 2=18、导料板尺寸H 3=6、附加长度H 4=26 所以凸模的尺寸为：L= H1+H2+H3+H4=20+18+6+26=70mm.
凸模材料：参照[2]中的表7-22、7-13, 材料选用CrWMn.
考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模φ4.8进行强度和钢度校核：根据[2]中的5.2.5可得：
L ≤90d 2/F =(90×4.95×4.95)/. 3X 3. 14X 4. 95X 1. 5X 260=24.84 mm. L 为凸模的允许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为 10＜24.84, 所以钢度得以校核。
强度校核:根据[2]中的5.2.5凸模的最小直径d 应满足:
d ≥4t τ/[бc]=4×1.5×260/1200=1.3mm, 4.95＞1.3, 所以凸模强度得以校核。
3. 选择坚固件及定位零件
螺钉规格的选用: 根据[1]中的表1-229, 由凹模板的周界可选用M12, 再根据实
际要求, 查标准选用GB 70-85 M12×60, M12×80这里要各4个, 承料板的螺钉选用GB 70-85 M4×10, 这里要2个，选取材料为45钢。
销钉规格的选用: 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格, 因此根据标准选用GB 119-86 A10×70及A10×40, 选取材料为45钢。根据定位方式及坯料的形状与尺寸, 选用合适的标准定位零件。
挡料销:
固定挡料销 ：由[2]中的表5-18知, 挡料销高度h=3，选取材料为45钢, 数量为2, 查标准GB2866.11-81。
始用挡料销: 根据导料板间距A=110.8及凹模L=200,可得导料板宽度=(200-110.8)/2=44.6mm,再根据[4]中的表3-36, 由t=1.5mm及条料的宽度可得导料板厚度为6mm 。参照[1]中的表1-232查GB2866.1-81选取始用挡料销规格长L=65mm,厚度H=6如图5-6, 所以有始用挡料销装置规格为:
始用挡料销：65×6 GB2866.1-81选取材料为45钢，热处理:硬度HRC43~48. 弹簧：1.0×10×20 GB2089-81
弹簧芯柱：8×18 GB2866.2-81选取材料为Q235。
导料板: 根据凹模L ×B=200×160, 查[1]中的表1-242, 选规格为:长度L=180,宽度B=45,厚度H=6,材料为45钢的导料板, 即导料板:180×45×6 热处理HRC28~32.
导正销: 使用导正销的目的是消除送料时用挡料销和导料板等定位零件作粗定位时的误差, 保证冲件在不同工位上冲出的内形与外形之间的相对位置公差要求. 导正销主要用于级进模, 也可用于单工序模。导正销通常设在落料凸模上, 与挡料销配合使用, 因此我们采用导正销, 其中A 型用于导正d=2~12mm的孔, 安装处按H7/n6配合查[1]中的表1-233参照GB 2864.1-81A 型导正销可得出导正销,
4. 设计和选用卸料与出件零件
卸料以固定板卸料, 出件是以凸模往下冲即可, 因此不用设计出件零件. 固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同, 其厚度可取凹模厚度的0.8~1倍, 经计算得H=18，所以卸料板的L ×B ×H=200×160×18, 卸料板在此仅起卸料作用, 凸
模与卸料板间的双边间隙一般取0.2~0.5mm,这里取0.5mm, 根据[2]中的表7-20, 选用材料为Q235. 由以上根据凸模和凹模可设计出卸料板
5. 选择标准模架及其它模具零件
模架的选择:
由凹模周界200×160, 及安装要求, 选取
上模座:310×230×45 （GB/T2855.11-1900）
下模座:310×230×50 （GB/T2855.12-1900）
由以上可得模架及其零件如图所示.
具体零件参阅《模具标准汇编(一) 》
导柱:A28h5× 160,A32h5×160 (GB/T2861.1)
导套:A28H6×80×42,A32H6×80×45 (GB/T2861.6)
模柄: 由压力机的型号JH23-25. 可查得模柄孔的直径为50, 深度为70, 由装配要求, 模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转, 模柄夹持长度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用固定卸料，上模座回程时受力较大，因此选用压入式模柄较合理，查[1]中的表1-265参照GB2862.1-81
垫板: 垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力, 以防止模座被挤压损伤, 因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板. 垫板的外形尺寸与凸模固定板相同, 厚度可取3~10mm,这里设计时, 由于压力较大, 查[1]中的1-299根据GB2871.3-81选取规格为L ×B ×H=200×160×8.
承料板: 查[1]中的1-299根据GB2865.6-81,
选取规格为L ×B ×H=200×20×3
凸模固定板:
凸模固定板的厚度由材料厚t ≥1.5~2.5 取H=20~50,这里由前面已取H=20,所以凸模固定板的规格为L ×B ×H=200×160×20; 凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,4个螺钉与上模座连接固定, 各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致, 顶部与凸模铆接, 因此必须倒角, 由以上可得凸模固定板。
6、压力机的校核
(1).公称压力 根据公称压力的选取压力机型号为JH23-25, 它的压力为250>228, 所以压力得以校核。
(2).滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出。这里只是材料的厚度t=1.5,导料板的厚度H=6及凸模冲入凹模的最大深度9, 即S1=1.5+6+14=21.5
(3).行程次数 行程次数为80r/min.因为生产批量为中批量, 又是手工送料, 不能太快, 因此是得以校核。
(4)工作台面的尺寸 根据下模座L ×B=310×230, 且每边留出60~100,即L1×B1=410×330, 而压力机的工作台面L2×B2=560×360, 冲压件和废料从下模漏出, 漏料尺寸为107 × 38,而压力机的孔尺寸为260×130, 故符合要求, 得以校核。
(5) 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔的直径为50, 模柄孔深度为70, 而所选的模柄夹持部分直径为50, 长度为60故符合要求, 得以校核。
(6).闭合高度 由压力机型号知Hma ×=260 M=55 H1=50
Hmin=Hma×–M=260-55=205
(其中M 为闭合高度调节量/mm,H1为垫板厚度/mm)
由式式子:( Hma×–H1)-5≥H ≥( Hmin–H1)+10得
(260–50)-5≥194≥(205–500)+10
205≥194≥165
所以所选压力机合适, 即压力机得以校核。
六、模具的总装图
根据前面的设计与分析, 我们可以得出如级进模具的总装图。
级进模总装图
1、18——导柱；2——凹模；3、9、12、24——销钉；4——导料板凸模；5、16——导套；6——卸料板；7——凸模固定板；8——垫板；10、11——冲孔凸模；13——模柄；14、17、25——螺钉；15——上模座；19——下模座；20——固定挡料销；21——始用挡料销；22——弹簧；23——芯柱；26——承料板。
结 束 语
通过这次毕业设计，我从中学到了许多东西，受益匪浅。我从中掌握了许多重要的知识，在老师的指导下，懂得了模具设计的一些基本工艺。自己的各方面能力也得以了很大的提高，即提高了自己的计算能力及动手能力，也提高了自己利用计算机绘图能力。在查找资料过程中，让我对以前所学到的东西有了更深入的了解。为我日后步入社会参加工作打下扎实的基础。我在设计时除了认真思考外, 还参考了大量相关模具设计及指导资料，在此过程中我们非常注重每一个设计的细节环节。在遇到难以解决的问题时同学们都能互相讨论与学习，还得到了老师的细心指导，在此向他表示衷心的感谢。
在这一个多月的设计过程，虽然辛苦，花了我不少的时间，但总算劳有所获，让我加深了对专业知识的强化和理解。为了不断充实和发展、完善自我，我下定决心继续努力提高自己的专业知识，在今后的日子里继续努力学习，期待更大的进步！
谢 辞
本论文是在指导老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神的和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。在此次毕业设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识，对其现状和未来发展趋势有了很大的了解。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在学习、实践中所培养的思维方式、动手实践能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长
在此真挚地感谢各位老师和同学们的帮助。
参考文献
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[2] 郑家贤. 冲压模具设计实用手册. 北京:机械工业出版社. 第一版,2007
[3] 杨关全、匡余华. 冷冲压工艺与模具设计. 大连理工大学出版社. 第二版，
2009
[4] 康俊远、姬裕江、徐勇军. 冷冲压工艺与模具设计. 北京: 北京理工大
学出版社. 第一版,2007
[5] 王芳. 冷冲压模具设计指导. 北京: 机械工业出版社. 第一版,2005