冲压模具设计课程设计
姓 名： 分院、系： 专 业： 年 级：
学 号： 指导教师：
2016年 5月26日
目录
第1章 绪论
1.1 冲压模具现状与发展趋势
1.1.1我国模具技术的现状—————————————————————4
第2章 冲压成型工艺和方案工艺性的确定
2.1设计任务
2.2 工件的工艺性分析——————————————————————-5
2.2.1工艺分析——————————————————————5-6 2.2.2工艺方案的确定————————————————————5-6
第3章 落料冲孔模工艺计算及模具结构设计
3.1 排样设计与计算————————————————————————7 3.1.1 排样方法的选择———————————————————————7 3.1.2 计算冲裁件面积——————————————————————7 3.1.3步距和条料宽度的计算————————————————————7 3.1.4材料利用率的计算——————————————————————7 3.1.5排样图———————————————————————————7 3.2 冲裁力计算——————————————————————————8 3.3 压力机选择——————————————————————————8-9 3.3.1冲压设备的选择原则————————————————————9 3.3.2选择压力机与压力机参数———————————————————9 3.4 确定模具压力中心————————————————————————9 3.5凹、凸模刃口尺寸计算————————————————————9-10 3.5.1 刃口尺寸计算的一般原则————————————————10-11 3.6确定凹模外形尺寸，选择标准—————————————————11-12 3.7模具结构型式分析——————————————————————13
第4章 冲压模具工件的机械加工
4.1冲压工作零件的技术要求————————————————————14 4.2冲模工作零件机械加工工艺过程—————————————————14 4.2.1 凸模加工工艺过程————————————————————14 4.2.2 凹模加工工艺过程————————————————————14
第5章 模具装配
5.1 冲模装配————————————————————————15 5.2 冲模的安装————————————————————————16
学习总结————————————————————————————17 参考文献————————————————————————————18
第一章 绪论
1.1冲压模具的现状与发展趋势
1.1.1我国模具技术的现状
随着汽车制造业的发展与塑料产品的需求不断增强，模具设计与制造行业的发展日新月异。新的设计理念，新的制造技术不断得到应用。有限元分析应用在模具的优化设计中，使模具设计更合理。特种加工的技术使模具制造空间更大。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视与关注。模具设计是工生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%~80%的零部件都依靠模具成型。因此中国模具产业除了要继续提高模具生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。
我国冲压模具工业的发展趋势模具技术的发展应该适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：
1.全面推广CAD/CAM/CAE技术； 2.高速铣削加工； 3.模具扫描及数字化系统； 4.电火花铣削加工； 5.提高模具标准化程度； 6.优质材料及先进表面处理技术； 7.模具研磨抛光将自动化、智能化； 8.模具自动加工系统的发展。
第二章 冲压成型工艺性和工艺方案的确定
2.1设计任务
零件简图：如图所示 材料：Q235
材料厚度：1.0mm
制件的尺寸精度：IT14级
2.2工件的工艺性分析
2.2.1对工艺分析包括技术和经济方面两个方面内容。
在技术方面，根据工件图，主要分析该冲压件的形状特点。尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺要求；在经济方面，主要根据冲压件生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此，冲压件的工艺性分析，主要讨论在不影响零件使用的前提下，是否能以最简单最经济的方法冲压出来。能够做到，表示该冲压件的工艺性好；反之，工艺性差。
该制件形状比较简单，都是由圆弧组成的，尺寸一般，厚度适中，属于普通冲压件，但应注意几点：首先，由于零件上有16个小孔和一个大孔，落料的同时要保证所冲16个小孔的位置精度。其次，由于是大批量生产，应注重模具材料与结构的选择，保证一定的寿命。 2.2.2工艺方案的确定 根据制件的工艺性分析，该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的以下三种方案：
1.第一步落料，第二部冲孔，采用单工序模生产。 2.第一步落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。 3.第一步冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。
（1）方案1
：模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件加工，
生产效率较低，难以满足零件大批量生产要求。由于零件结构相对简单，为提高生产率，主要应采用复合模冲压和级进模冲压。 由于采用级进或多工位自动送料装置，生产率高，模具结构复杂，制造周期长，成本高，故采用复合模生产。
2.3模具结构方案的确定
设计落料-冲孔复合模，因制件材料是Q235, 是一种普通的碳素钢结构钢材料。许用剪切强度一般是0.6~0.8的屈服强度，所以说其抗剪切强度是141~188MPa。采用打料杆与卸料板接触，由卸料板卸料的结构，又由制件尺寸可知，凹凸模壁厚大于最小壁厚，所以复合模采用倒装复合模及打料杆接触卸料板的卸料方式和定位方式。
第三章 落料冲孔模工艺计算及模具结构设计
3.1排样设计与计算
冲裁件在条料上的布置称为排样。排样设计包括排样方法，确定搭边值，计算条料宽度与送料步距，计算材料利用率，画排样图。I
3.1.1排样方法的选择
根据对所给零件的分析，采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度有利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。 3.1.2计算冲裁件面积：
. 86mm 2 由软件可求出冲裁件面积A =πR 2=10201
查表2-10【1】得到，工件间a =1. 5mm , 搭边a 1=1. 5mm 3.1.3步距和条料宽度的计算
步距H =114+1. 5=115. 5mm
条料宽度B =114+2⨯1. 5-0. 6=116. 4mm
3.1.4材料利用率的计算
一个步距的材料利用率：
η=（nA /BH ) ⨯100%
=(1⨯10201. 86÷116. 4⨯115. 5) ⨯100% =76%
3.1.5排样图如图
3.2冲裁力计算
平刃冲模冲裁时，冲裁力F 0=Lt τ, 但考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料机械性能变化和材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力必须增大30%，即：F =1. 3F 0=Lt σb , 查表2-5，σb =300~400MPa 1. 落料：
落料力：F 落=Lt σb , 得34. 65⨯103N 卸料力:F 卸=kF 落 得2. 4255⨯103N 2. 冲制件中间大孔：
查表2-3，k 卸=0. 07，k 推=0. 10，k 顶=0. 14 由经验选取n=3
冲孔力：F 冲=Lt σb 得：9⨯103N 卸料力：F 卸=k 卸F 冲 得：540N 推件力：F 推=nk 推F 冲 得:2700N 3. 冲制件16个孔 由经验选取n=3
查表2-3，k 卸=0. 07，k 推=0. 10，k 顶=0. 14 冲孔力：F 冲=Lt σb ，得3900N 卸料力：F 卸=k 卸F 冲, 得273N 推件力：F 推=nk 推F 冲, 得1170N
F 0=F 落+F 冲+F 卸+F 推=134. 8035⨯103N F =1. 3F 0=175. 24⨯103N 4. 选择冲床的总压力 落料-冲孔
F =1. 3F 0=175. 24⨯103N
3.3压力机选择
3.3.1冲压设备的选择原则
冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质，生产批量大小，冲压件的几何形状，
尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选择冲压设备时要考虑下述因素：
1.冲压设备的类型和工作方式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；
2.冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要； 3.冲压设备的装模高度，工作台面尺寸，行程等是否适合应完成工序所用的模具；
4.冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。 3.3.2选择压力机与压力机参数
3.4确定模具压力中心
该制件形状简单，左右对称，其压力中心就在其几何中心上，压力中心如图
3.5凹、凸模刃口尺寸计算
3.5.1刃口尺寸计算的一般原则 1.刃口尺寸应保证冲出合格零件
2.由于落料件的实际尺寸基本与凹模刃口尺寸一致，所以落料时应先计算凹模刃口尺寸，以获得合理的冲裁间隙值。而冲孔时孔的实际尺寸基本与凸模刃口尺寸一致，因此先计算凸模刃口尺寸，合理冲裁间隙值依靠改变凹模刃口尺寸获得。 3.刃口磨损一些仍能冲出合格工件 4.随着冲裁件数量的增加，凸模与凹模的刃口在不断磨损，并不断改变刃口尺寸，只要磨损量不超过一定范围，模具仍能冲出合格工件。 5.设计时应取最小合理冲裁间隙
6.随着凸模与凹模刃口磨损量的不断增大，冲裁间隙也将不断增大。所以设计模具时，冲裁间隙应取其允许的最小值Z min
7.应注意到，凸模与凹模刃口尺寸的制造公差影响冲裁间隙的大小。所以刃口尺寸的计算与处理既要保证冲出合格的工件，又要保证合理的冲裁间隙值。 3.5.2落料-冲孔模刃口尺寸的计算
查表2-4【1】，材料是其Q235，料厚1mm 的初始双面间隙为：
Z min =0. 10mm ， Z max =0. 14mm
对于精度为IT14的工件，磨损系数为χ=0. 75 1. 对落料φ114我们采用凸、凹模分开加工的方法来计算
δ凸=-0. 025mm
查表2-7【1】得凸凹模的制造公差：
δ凹=+0. 035mm
查表2-6【1】得工件公差∆=0. 2mm 校核：Z max -Z min =0. 14-0. 10=0. 03mm
δ凸+δ凹=0. 025+0. 035=0. 06mm >0. 03mm
不满足分开加工法的原则。故采用单配法加：
a 凹=(a max -χ∆) ±0. 1=(114. 1-0. 75⨯0. 2) ±0. 1=113. 95±0. 1mm 2. 对冲孔φ60，也采用单配法加工
δ凸=-0. 025mm 查表2-7【1】得凸凹模的制造公差：
δ凹=+0. 035mm
查表2-6【1】得工件公差∆=0. 2mm
由于冲孔是冲孔件因此按照凸模计算
0. 10. 1b 凸=(b min +χ∆)-δ凸=（60+0. 75⨯0. 2）0=60. 150mm 0
3. 对工件上的孔，同样采用单配加工的方法
δ凸=-0. 025mm 查表2-7【1】得凸凹模的制造公差： δ凹=+0. 035mm
查表2-6【1】得工件公差∆=0. 2mm
由于冲孔是冲孔件因此按照凸模计算
c 凸=(c min +χ∆)-δ凸=(13. 1+0. 75⨯0. 2)±0. 1=13. 25±0. 1mm 0
3.6确定凹模外形尺寸，选择标准
凹模的轮廓尺寸，因其结构形式不一，受力状态各不相同，目前还不能用理论计算方法确定，在生产中，通常根据冲裁件尺寸和板料厚度，凭经验略加以计算。
2. 根据凹模周界尺寸，L=300mm,B=300mm.查表选取四导柱模架，确定模架的标准尺寸。上模座：400⨯315⨯60
下模座：400⨯315⨯75
导柱：45⨯260
导套：45⨯150⨯58
3. 其他零件也从标准件中选取。
3.7模具结构型式分析
根据工件可选用落料和冲孔复合模具。复合模是在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道或两道以上的冲压工序的模具，是一种多工序 冲压模具。复合模与单工序模相比，主要优点是生产效率和冲压件精度高；其缺点是模具结构复杂，不易制造。它适合精度要求较高的软材料或薄板件冲压件。
3.7.1模具主要零部件的结构和设计
1.圆形凸模
中间大孔为圆形，选用圆形 凸模。凸模做成阶梯形，用以增加强度。凸模用凸模固定板和凸模垫块模座连接在一起，凸模垫板，凸模固定板用内六角螺钉与上模座连接在一起。
2.孔形凸模
由于工件上孔位比较多，为保证冲裁精度，采用直通式凸模。凸模用铆接形式固定在凸模固定板上，凸模垫板，凸模固定板用内六角螺钉与上模座连接在一起。
3.凹模
凹模由内六角螺钉和圆柱销固定在上模座。刃口选用直筒形，刃口强度较高，
刃口磨损后工作部分尺寸不变。为保证工件的平整性，在凹模内安装护板，有利于提高冲压质量，适合冲压形状复杂的工件。最大缺点是没错冲压结束后，工件或废料在凹模内，会增加孔壁磨损。
4.凸凹模
凹模由内六角螺钉和圆柱销固定在下模座上。
5.卸料板部件设计
(1)弹性卸料板有一定厚度，用螺栓和销钉固定在下模座上，能承受的卸料力比较大。固定卸料板和凸模的单边间隙，一般取0.1~0.5mm，但不小于0.05mm 。固定卸料板厚度与冲裁力大小，卸料尺寸等有关，一般取5~10mm.
(2)卸料橡胶计算
采用橡胶块作为弹性元件。具有承受载荷比弹簧大，安全与安装调整方便等优点。橡胶块的选用包括决定其品种，高度及截面尺寸等等。
1）橡胶块品种的选择
考虑到模具结构，选用四个圆筒形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为：F y =F 卸料力/4=24. 255⨯103N /4=6. 06⨯103N
2)确定橡胶的横截面积A ，取h y =10%h 0=0. 1h 0，查表3-35【2】，得到P =1. 1MPa ，则A =F y /P =6. 06375⨯103/1. 1=5. 5125⨯10mm 2 3()
3）橡胶块截面尺寸的计算
选用直径为12mm 的卸料螺钉，取橡胶上螺钉过孔的直径为d=16mm,则橡胶外径D =d ⨯d +4A /3. 14=+4⨯5512. 5/3. 14mm =85mm
4）计算并校核橡胶块高度
3+10(mm )=52(mm ) h 0=0. 35-0. 10
因为h 0/D =52/85=0. 61，故所选橡胶符合要求。橡胶的安装高度
h a =h 0-h y =52-52⨯0. 1=46. 8mm
（3）卸料螺钉及其装置
1）螺纹长度虽短但与光杆段有台阶，可保证旋入弹性压力板后不易松动
2）螺钉长度是指光杆段长度且有公差要求，便于保证弹性卸料板工作平面与模面平行。
3）螺钉材料为45号钢且要求热处理硬度为35~40HRC，以便保证螺钉有足够的强度，能够承受卸料过程中反复作用的拉应力。
4）卸料螺钉的长度的确定
卸料螺钉A:L =43mm +22mm =60mm
卸料螺钉B: L =43mm +22mm =60mm
5）模座沉孔深度计算
h =20+3+10+15=48mm
（4） 导柱导套
1）导柱和导套都是圆柱形，加工方便，容易装配，是模具行业应用最广泛的导向装置。导柱的直径一般在16~60mm之间，长度L 在90~320mm之间，下部长度与下模板导柱孔采用过盈配合，配合时，孔径会收缩，所以导套过盈配合部分的孔径应比导套和导柱间隙配合孔径增大1mm.
2)导柱和导套为间隙配合，要求配合表面坚硬和耐磨，具有一定的强韧性，常用20号钢制作，表面经过渗碳淬火处理，硬度为HRC58~62，渗碳层深度0.8~1.2mm.
第四章 冲压模具工件的机械加工
4.1冲压工作零件的技术要求
1.保证凸凹模尺寸精度与凸凹模之间的间隙均匀。
2.保证凸凹模表面形状和位置精度。
3.表面光洁，刃口锋利，刃口部分的表面粗糙度为Ra0.4mm, 配合表面粗糙度为Ra0.8~1.6m,其余为Ra6.3mm
4.凸凹模工作部分要求是具有较高的硬度，耐磨性及良好的韧性，凹模工作部分的要求是硬度为60~62HRC，凸模为58~62HRC。铆式凸模采用高碳钢制造，配合部分不要求淬硬，工作部分采用局部淬火。
冲模工作零件的毛坯通常采用退火，正火热处理。目的是消除内应力，减低硬度以改善切削加工性能。冲模工作零件在精加工前要进行淬火和回火热处理。以提高其硬度和耐磨性。
4.2冲模工作零件机械加工工艺过程
4.2.1凸模加工工艺过程
圆形凸模加工比较简单，热处理前毛坯经车削加工，配合面留适当磨削余量；热处理后，经外圆磨削而可以达到其技术要求。在加工中，可采用一次装夹或采用一定位基准安装加工的工艺措施来保证。
其加工过程为：
下料→锻造→退火→粗加工→粗磨基准面→工作面半精加工 →淬火→回火→磨削→修研
4.2.2凹模加工工艺过程
圆形凹模加工
凹模加工属于孔系加工，除保证孔的尺寸和形状精度外，还要保证各型孔间的位置精度，可采用高精度坐标镗床加工。
第五章 模具装配
5.1冲模装配
冲压模具的装配是按照设计要求，结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，将模具零件连接或固定起来，达到一定的装配技术要求，以保证加工出合格冲压件的过程。对于冲裁模，即要保证零件的加工精度，也要保证装配技术要求，若装配不能保证均匀的冲裁间隙，会影响冲压件的质量及模具的使用，维修和寿命。
在模具进行装配之前，要仔细研究设计图样，按照模具的结构和技术要求，确定合理的装配顺序及装配方法，选择合理的检测方法和测量工具。
冲压模在使用时，上模座部分通过模柄安装在压力机的滑块上，是模具的活动部分。下模座部分被固定在压力机的工作台上，是模具的固定部分。
模具工作时，活动部分和固定部分上的工作零件必须保证正确的相对位置，才能使模具正常工作。模具装配时，为了方便地将上、下两部分的工作零件调整到正确位置，并使凸模凹模具有均匀的间隙，应正确安排上、下模的装配顺序。 装配有模架的模具时，一般是先装配模架，再进行模具工作零件和其他结构零件的装配。上、下模的装配顺序应根据上模和下模上所安装的模具零件在装配和调整过程中所受限制的情况来决定。如果上模部分的模具零件在装配和调整时所受限制最大，则应先装上模部分，并以它为基准调整下模部分的零件，保证凸。凹模配合间隙均匀。反之，则应先安装模具的下模部分，并以它为基准调整上模部分的零件。
上、下模的装配顺序应根据模具的结构来决定。对于无导柱的模具，凸凹模的配合间隙是在模具安装到压力机上时才进行调整，上、下模的配合可以分别进行。 模具安装过程:
1. 组件装配
将模柄装配于上模座内并磨平端面，将拉深凸模装入凸模固定板内，作为凸模 组件。
2. 确定装配基准件
落料拉深复合模应以拉深凸模为装配基准件，装配时首先确定拉深凸模在模架中的位置。
安装凸模组件时，确定凸模组件在下模座上的位置，然后用平行夹板将凸模组件、垫板和下模座夹紧。
安装固定凸模组件时，将凸模组件在下模座重新找正定位，用平行夹板夹紧。钻、铰销孔和螺孔，装入定位销和螺钉。
3. 安装上模部分
检查上模各个零件尺寸是否能满足装配技术条件，检查各零件尺寸是否合适、动作是否灵活等。
安装上模和调整落料间隙时，将上模部分各零件分别装于上模座和模柄的孔内，用平行 夹板将凸凹模，凸模组件，垫板和上模座轻轻夹紧，然后调整间隙时可用采用垫片法调整，并对纸片进行手动试冲，直至外形冲裁间隙均匀，再用平行夹板将各板夹紧。
钻铰上模部分销孔和螺孔时，上模部分可通过平行夹板夹紧，在钻床上以垫板上的销孔和螺孔作为引钻孔，钻铰销钉孔和螺纹孔。然后安装定位销和螺钉，拆掉平行夹板。
5.2冲模的安装
1.擦清压力机滑块底面、工作台已经冲模上、下模座的顶面和底面。
2.将冲模置于压力机工作台上，移至近似工作位置。
3.观察废料或零件能否落下。
4.用手搬动飞轮或利用压力机的存动装置，使压力机滑块逐渐降至下级点。在滑块下降过程中移动冲模，以便模柄进入滑块中的模柄孔内。
5.调节压力机至近似闭合高度。
6.安装固定下模的压板、垫块和螺栓，但不拧紧。
7.紧固上模，确保上模座顶面与滑块底面紧贴无隙。
8.紧固下模，逐次交替拧紧。
9.调整闭合高度，使凸模进凹模。
10.回升滑块，在各滑动部分加润滑剂。确保导套上部分出气畅通。
11.以纸片试冲，观察毛刺以判断间隙是否均匀。滑块寸动或由手搬飞轮移动。
12.刃口加油，用规定材料试冲若干件，检查冲件质量。
13.安装、调试送料和出料装置。
14.再次试冲。
15.安装全套。
设计总结
通过对模具课程设计，让我更深入的了解了冲压冲裁件的制作，使我在模具设计方面以及机械设计方面的知识水平有了很大的提高。理论联系实际，通过设计能更直接地接触到整个知识体系。设计过程中，需要不停的翻阅资料和查找标准件的数据，因此对我查阅资料的能力得到了锻炼和提高。对今后的学习和工作提供了宝贵的经验。但是由于本人能力水平有限，设计还存在很大的问题，可能会影响零部件在工作过程中的强度。但，综合考虑整个设计过程，这是一次非常值得回味的过程。期间，还要感谢同学的帮助以及老师的指导。希望下次可以做出更好的设计。
参考文献
【1】《模具设计与制造》曾斌 张文琼 电子工业出版社2015.2.1
【2】《冷冲模设计手册》编写组，冷冲模设计手册[M]，北京：机械工业出版社，2002.8
【3】《机械制造工艺学》王季琨主编，天津：天津大学出版社，1998.9
【4】《模具设计指导》史铁梁主编，机械工业出版社，江苏科学技术出版社，2003.5
【5】《模具实用手册》骆志斌主编，江苏科学技术出版社，2005.4
【6】《互换性与测量技术》廖念钊主编，机械工业出版社，1991
【7】《机械设计课程设计》李育锡主编，高等教育出版社2014.6.1
冲压模具设计课程设计
姓 名： 分院、系： 专 业： 年 级：
学 号： 指导教师：
2016年 5月26日
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第1章 绪论
1.1 冲压模具现状与发展趋势
1.1.1我国模具技术的现状—————————————————————4
第2章 冲压成型工艺和方案工艺性的确定
2.1设计任务
2.2 工件的工艺性分析——————————————————————-5
2.2.1工艺分析——————————————————————5-6 2.2.2工艺方案的确定————————————————————5-6
第3章 落料冲孔模工艺计算及模具结构设计
3.1 排样设计与计算————————————————————————7 3.1.1 排样方法的选择———————————————————————7 3.1.2 计算冲裁件面积——————————————————————7 3.1.3步距和条料宽度的计算————————————————————7 3.1.4材料利用率的计算——————————————————————7 3.1.5排样图———————————————————————————7 3.2 冲裁力计算——————————————————————————8 3.3 压力机选择——————————————————————————8-9 3.3.1冲压设备的选择原则————————————————————9 3.3.2选择压力机与压力机参数———————————————————9 3.4 确定模具压力中心————————————————————————9 3.5凹、凸模刃口尺寸计算————————————————————9-10 3.5.1 刃口尺寸计算的一般原则————————————————10-11 3.6确定凹模外形尺寸，选择标准—————————————————11-12 3.7模具结构型式分析——————————————————————13
第4章 冲压模具工件的机械加工
4.1冲压工作零件的技术要求————————————————————14 4.2冲模工作零件机械加工工艺过程—————————————————14 4.2.1 凸模加工工艺过程————————————————————14 4.2.2 凹模加工工艺过程————————————————————14
第5章 模具装配
5.1 冲模装配————————————————————————15 5.2 冲模的安装————————————————————————16
学习总结————————————————————————————17 参考文献————————————————————————————18
第一章 绪论
1.1冲压模具的现状与发展趋势
1.1.1我国模具技术的现状
随着汽车制造业的发展与塑料产品的需求不断增强，模具设计与制造行业的发展日新月异。新的设计理念，新的制造技术不断得到应用。有限元分析应用在模具的优化设计中，使模具设计更合理。特种加工的技术使模具制造空间更大。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视与关注。模具设计是工生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%~80%的零部件都依靠模具成型。因此中国模具产业除了要继续提高模具生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。
我国冲压模具工业的发展趋势模具技术的发展应该适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：
1.全面推广CAD/CAM/CAE技术； 2.高速铣削加工； 3.模具扫描及数字化系统； 4.电火花铣削加工； 5.提高模具标准化程度； 6.优质材料及先进表面处理技术； 7.模具研磨抛光将自动化、智能化； 8.模具自动加工系统的发展。
第二章 冲压成型工艺性和工艺方案的确定
2.1设计任务
零件简图：如图所示 材料：Q235
材料厚度：1.0mm
制件的尺寸精度：IT14级
2.2工件的工艺性分析
2.2.1对工艺分析包括技术和经济方面两个方面内容。
在技术方面，根据工件图，主要分析该冲压件的形状特点。尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺要求；在经济方面，主要根据冲压件生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此，冲压件的工艺性分析，主要讨论在不影响零件使用的前提下，是否能以最简单最经济的方法冲压出来。能够做到，表示该冲压件的工艺性好；反之，工艺性差。
该制件形状比较简单，都是由圆弧组成的，尺寸一般，厚度适中，属于普通冲压件，但应注意几点：首先，由于零件上有16个小孔和一个大孔，落料的同时要保证所冲16个小孔的位置精度。其次，由于是大批量生产，应注重模具材料与结构的选择，保证一定的寿命。 2.2.2工艺方案的确定 根据制件的工艺性分析，该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的以下三种方案：
1.第一步落料，第二部冲孔，采用单工序模生产。 2.第一步落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。 3.第一步冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。
（1）方案1
：模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件加工，
生产效率较低，难以满足零件大批量生产要求。由于零件结构相对简单，为提高生产率，主要应采用复合模冲压和级进模冲压。 由于采用级进或多工位自动送料装置，生产率高，模具结构复杂，制造周期长，成本高，故采用复合模生产。
2.3模具结构方案的确定
设计落料-冲孔复合模，因制件材料是Q235, 是一种普通的碳素钢结构钢材料。许用剪切强度一般是0.6~0.8的屈服强度，所以说其抗剪切强度是141~188MPa。采用打料杆与卸料板接触，由卸料板卸料的结构，又由制件尺寸可知，凹凸模壁厚大于最小壁厚，所以复合模采用倒装复合模及打料杆接触卸料板的卸料方式和定位方式。
第三章 落料冲孔模工艺计算及模具结构设计
3.1排样设计与计算
冲裁件在条料上的布置称为排样。排样设计包括排样方法，确定搭边值，计算条料宽度与送料步距，计算材料利用率，画排样图。I
3.1.1排样方法的选择
根据对所给零件的分析，采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度有利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。 3.1.2计算冲裁件面积：
. 86mm 2 由软件可求出冲裁件面积A =πR 2=10201
查表2-10【1】得到，工件间a =1. 5mm , 搭边a 1=1. 5mm 3.1.3步距和条料宽度的计算
步距H =114+1. 5=115. 5mm
条料宽度B =114+2⨯1. 5-0. 6=116. 4mm
3.1.4材料利用率的计算
一个步距的材料利用率：
η=（nA /BH ) ⨯100%
=(1⨯10201. 86÷116. 4⨯115. 5) ⨯100% =76%
3.1.5排样图如图
3.2冲裁力计算
平刃冲模冲裁时，冲裁力F 0=Lt τ, 但考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料机械性能变化和材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力必须增大30%，即：F =1. 3F 0=Lt σb , 查表2-5，σb =300~400MPa 1. 落料：
落料力：F 落=Lt σb , 得34. 65⨯103N 卸料力:F 卸=kF 落 得2. 4255⨯103N 2. 冲制件中间大孔：
查表2-3，k 卸=0. 07，k 推=0. 10，k 顶=0. 14 由经验选取n=3
冲孔力：F 冲=Lt σb 得：9⨯103N 卸料力：F 卸=k 卸F 冲 得：540N 推件力：F 推=nk 推F 冲 得:2700N 3. 冲制件16个孔 由经验选取n=3
查表2-3，k 卸=0. 07，k 推=0. 10，k 顶=0. 14 冲孔力：F 冲=Lt σb ，得3900N 卸料力：F 卸=k 卸F 冲, 得273N 推件力：F 推=nk 推F 冲, 得1170N
F 0=F 落+F 冲+F 卸+F 推=134. 8035⨯103N F =1. 3F 0=175. 24⨯103N 4. 选择冲床的总压力 落料-冲孔
F =1. 3F 0=175. 24⨯103N
3.3压力机选择
3.3.1冲压设备的选择原则
冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质，生产批量大小，冲压件的几何形状，
尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选择冲压设备时要考虑下述因素：
1.冲压设备的类型和工作方式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；
2.冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要； 3.冲压设备的装模高度，工作台面尺寸，行程等是否适合应完成工序所用的模具；
4.冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。 3.3.2选择压力机与压力机参数
3.4确定模具压力中心
该制件形状简单，左右对称，其压力中心就在其几何中心上，压力中心如图
3.5凹、凸模刃口尺寸计算
3.5.1刃口尺寸计算的一般原则 1.刃口尺寸应保证冲出合格零件
2.由于落料件的实际尺寸基本与凹模刃口尺寸一致，所以落料时应先计算凹模刃口尺寸，以获得合理的冲裁间隙值。而冲孔时孔的实际尺寸基本与凸模刃口尺寸一致，因此先计算凸模刃口尺寸，合理冲裁间隙值依靠改变凹模刃口尺寸获得。 3.刃口磨损一些仍能冲出合格工件 4.随着冲裁件数量的增加，凸模与凹模的刃口在不断磨损，并不断改变刃口尺寸，只要磨损量不超过一定范围，模具仍能冲出合格工件。 5.设计时应取最小合理冲裁间隙
6.随着凸模与凹模刃口磨损量的不断增大，冲裁间隙也将不断增大。所以设计模具时，冲裁间隙应取其允许的最小值Z min
7.应注意到，凸模与凹模刃口尺寸的制造公差影响冲裁间隙的大小。所以刃口尺寸的计算与处理既要保证冲出合格的工件，又要保证合理的冲裁间隙值。 3.5.2落料-冲孔模刃口尺寸的计算
查表2-4【1】，材料是其Q235，料厚1mm 的初始双面间隙为：
Z min =0. 10mm ， Z max =0. 14mm
对于精度为IT14的工件，磨损系数为χ=0. 75 1. 对落料φ114我们采用凸、凹模分开加工的方法来计算
δ凸=-0. 025mm
查表2-7【1】得凸凹模的制造公差：
δ凹=+0. 035mm
查表2-6【1】得工件公差∆=0. 2mm 校核：Z max -Z min =0. 14-0. 10=0. 03mm
δ凸+δ凹=0. 025+0. 035=0. 06mm >0. 03mm
不满足分开加工法的原则。故采用单配法加：
a 凹=(a max -χ∆) ±0. 1=(114. 1-0. 75⨯0. 2) ±0. 1=113. 95±0. 1mm 2. 对冲孔φ60，也采用单配法加工
δ凸=-0. 025mm 查表2-7【1】得凸凹模的制造公差：
δ凹=+0. 035mm
查表2-6【1】得工件公差∆=0. 2mm
由于冲孔是冲孔件因此按照凸模计算
0. 10. 1b 凸=(b min +χ∆)-δ凸=（60+0. 75⨯0. 2）0=60. 150mm 0
3. 对工件上的孔，同样采用单配加工的方法
δ凸=-0. 025mm 查表2-7【1】得凸凹模的制造公差： δ凹=+0. 035mm
查表2-6【1】得工件公差∆=0. 2mm
由于冲孔是冲孔件因此按照凸模计算
c 凸=(c min +χ∆)-δ凸=(13. 1+0. 75⨯0. 2)±0. 1=13. 25±0. 1mm 0
3.6确定凹模外形尺寸，选择标准
凹模的轮廓尺寸，因其结构形式不一，受力状态各不相同，目前还不能用理论计算方法确定，在生产中，通常根据冲裁件尺寸和板料厚度，凭经验略加以计算。
2. 根据凹模周界尺寸，L=300mm,B=300mm.查表选取四导柱模架，确定模架的标准尺寸。上模座：400⨯315⨯60
下模座：400⨯315⨯75
导柱：45⨯260
导套：45⨯150⨯58
3. 其他零件也从标准件中选取。
3.7模具结构型式分析
根据工件可选用落料和冲孔复合模具。复合模是在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道或两道以上的冲压工序的模具，是一种多工序 冲压模具。复合模与单工序模相比，主要优点是生产效率和冲压件精度高；其缺点是模具结构复杂，不易制造。它适合精度要求较高的软材料或薄板件冲压件。
3.7.1模具主要零部件的结构和设计
1.圆形凸模
中间大孔为圆形，选用圆形 凸模。凸模做成阶梯形，用以增加强度。凸模用凸模固定板和凸模垫块模座连接在一起，凸模垫板，凸模固定板用内六角螺钉与上模座连接在一起。
2.孔形凸模
由于工件上孔位比较多，为保证冲裁精度，采用直通式凸模。凸模用铆接形式固定在凸模固定板上，凸模垫板，凸模固定板用内六角螺钉与上模座连接在一起。
3.凹模
凹模由内六角螺钉和圆柱销固定在上模座。刃口选用直筒形，刃口强度较高，
刃口磨损后工作部分尺寸不变。为保证工件的平整性，在凹模内安装护板，有利于提高冲压质量，适合冲压形状复杂的工件。最大缺点是没错冲压结束后，工件或废料在凹模内，会增加孔壁磨损。
4.凸凹模
凹模由内六角螺钉和圆柱销固定在下模座上。
5.卸料板部件设计
(1)弹性卸料板有一定厚度，用螺栓和销钉固定在下模座上，能承受的卸料力比较大。固定卸料板和凸模的单边间隙，一般取0.1~0.5mm，但不小于0.05mm 。固定卸料板厚度与冲裁力大小，卸料尺寸等有关，一般取5~10mm.
(2)卸料橡胶计算
采用橡胶块作为弹性元件。具有承受载荷比弹簧大，安全与安装调整方便等优点。橡胶块的选用包括决定其品种，高度及截面尺寸等等。
1）橡胶块品种的选择
考虑到模具结构，选用四个圆筒形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为：F y =F 卸料力/4=24. 255⨯103N /4=6. 06⨯103N
2)确定橡胶的横截面积A ，取h y =10%h 0=0. 1h 0，查表3-35【2】，得到P =1. 1MPa ，则A =F y /P =6. 06375⨯103/1. 1=5. 5125⨯10mm 2 3()
3）橡胶块截面尺寸的计算
选用直径为12mm 的卸料螺钉，取橡胶上螺钉过孔的直径为d=16mm,则橡胶外径D =d ⨯d +4A /3. 14=+4⨯5512. 5/3. 14mm =85mm
4）计算并校核橡胶块高度
3+10(mm )=52(mm ) h 0=0. 35-0. 10
因为h 0/D =52/85=0. 61，故所选橡胶符合要求。橡胶的安装高度
h a =h 0-h y =52-52⨯0. 1=46. 8mm
（3）卸料螺钉及其装置
1）螺纹长度虽短但与光杆段有台阶，可保证旋入弹性压力板后不易松动
2）螺钉长度是指光杆段长度且有公差要求，便于保证弹性卸料板工作平面与模面平行。
3）螺钉材料为45号钢且要求热处理硬度为35~40HRC，以便保证螺钉有足够的强度，能够承受卸料过程中反复作用的拉应力。
4）卸料螺钉的长度的确定
卸料螺钉A:L =43mm +22mm =60mm
卸料螺钉B: L =43mm +22mm =60mm
5）模座沉孔深度计算
h =20+3+10+15=48mm
（4） 导柱导套
1）导柱和导套都是圆柱形，加工方便，容易装配，是模具行业应用最广泛的导向装置。导柱的直径一般在16~60mm之间，长度L 在90~320mm之间，下部长度与下模板导柱孔采用过盈配合，配合时，孔径会收缩，所以导套过盈配合部分的孔径应比导套和导柱间隙配合孔径增大1mm.
2)导柱和导套为间隙配合，要求配合表面坚硬和耐磨，具有一定的强韧性，常用20号钢制作，表面经过渗碳淬火处理，硬度为HRC58~62，渗碳层深度0.8~1.2mm.
第四章 冲压模具工件的机械加工
4.1冲压工作零件的技术要求
1.保证凸凹模尺寸精度与凸凹模之间的间隙均匀。
2.保证凸凹模表面形状和位置精度。
3.表面光洁，刃口锋利，刃口部分的表面粗糙度为Ra0.4mm, 配合表面粗糙度为Ra0.8~1.6m,其余为Ra6.3mm
4.凸凹模工作部分要求是具有较高的硬度，耐磨性及良好的韧性，凹模工作部分的要求是硬度为60~62HRC，凸模为58~62HRC。铆式凸模采用高碳钢制造，配合部分不要求淬硬，工作部分采用局部淬火。
冲模工作零件的毛坯通常采用退火，正火热处理。目的是消除内应力，减低硬度以改善切削加工性能。冲模工作零件在精加工前要进行淬火和回火热处理。以提高其硬度和耐磨性。
4.2冲模工作零件机械加工工艺过程
4.2.1凸模加工工艺过程
圆形凸模加工比较简单，热处理前毛坯经车削加工，配合面留适当磨削余量；热处理后，经外圆磨削而可以达到其技术要求。在加工中，可采用一次装夹或采用一定位基准安装加工的工艺措施来保证。
其加工过程为：
下料→锻造→退火→粗加工→粗磨基准面→工作面半精加工 →淬火→回火→磨削→修研
4.2.2凹模加工工艺过程
圆形凹模加工
凹模加工属于孔系加工，除保证孔的尺寸和形状精度外，还要保证各型孔间的位置精度，可采用高精度坐标镗床加工。
第五章 模具装配
5.1冲模装配
冲压模具的装配是按照设计要求，结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，将模具零件连接或固定起来，达到一定的装配技术要求，以保证加工出合格冲压件的过程。对于冲裁模，即要保证零件的加工精度，也要保证装配技术要求，若装配不能保证均匀的冲裁间隙，会影响冲压件的质量及模具的使用，维修和寿命。
在模具进行装配之前，要仔细研究设计图样，按照模具的结构和技术要求，确定合理的装配顺序及装配方法，选择合理的检测方法和测量工具。
冲压模在使用时，上模座部分通过模柄安装在压力机的滑块上，是模具的活动部分。下模座部分被固定在压力机的工作台上，是模具的固定部分。
模具工作时，活动部分和固定部分上的工作零件必须保证正确的相对位置，才能使模具正常工作。模具装配时，为了方便地将上、下两部分的工作零件调整到正确位置，并使凸模凹模具有均匀的间隙，应正确安排上、下模的装配顺序。 装配有模架的模具时，一般是先装配模架，再进行模具工作零件和其他结构零件的装配。上、下模的装配顺序应根据上模和下模上所安装的模具零件在装配和调整过程中所受限制的情况来决定。如果上模部分的模具零件在装配和调整时所受限制最大，则应先装上模部分，并以它为基准调整下模部分的零件，保证凸。凹模配合间隙均匀。反之，则应先安装模具的下模部分，并以它为基准调整上模部分的零件。
上、下模的装配顺序应根据模具的结构来决定。对于无导柱的模具，凸凹模的配合间隙是在模具安装到压力机上时才进行调整，上、下模的配合可以分别进行。 模具安装过程:
1. 组件装配
将模柄装配于上模座内并磨平端面，将拉深凸模装入凸模固定板内，作为凸模 组件。
2. 确定装配基准件
落料拉深复合模应以拉深凸模为装配基准件，装配时首先确定拉深凸模在模架中的位置。
安装凸模组件时，确定凸模组件在下模座上的位置，然后用平行夹板将凸模组件、垫板和下模座夹紧。
安装固定凸模组件时，将凸模组件在下模座重新找正定位，用平行夹板夹紧。钻、铰销孔和螺孔，装入定位销和螺钉。
3. 安装上模部分
检查上模各个零件尺寸是否能满足装配技术条件，检查各零件尺寸是否合适、动作是否灵活等。
安装上模和调整落料间隙时，将上模部分各零件分别装于上模座和模柄的孔内，用平行 夹板将凸凹模，凸模组件，垫板和上模座轻轻夹紧，然后调整间隙时可用采用垫片法调整，并对纸片进行手动试冲，直至外形冲裁间隙均匀，再用平行夹板将各板夹紧。
钻铰上模部分销孔和螺孔时，上模部分可通过平行夹板夹紧，在钻床上以垫板上的销孔和螺孔作为引钻孔，钻铰销钉孔和螺纹孔。然后安装定位销和螺钉，拆掉平行夹板。
5.2冲模的安装
1.擦清压力机滑块底面、工作台已经冲模上、下模座的顶面和底面。
2.将冲模置于压力机工作台上，移至近似工作位置。
3.观察废料或零件能否落下。
4.用手搬动飞轮或利用压力机的存动装置，使压力机滑块逐渐降至下级点。在滑块下降过程中移动冲模，以便模柄进入滑块中的模柄孔内。
5.调节压力机至近似闭合高度。
6.安装固定下模的压板、垫块和螺栓，但不拧紧。
7.紧固上模，确保上模座顶面与滑块底面紧贴无隙。
8.紧固下模，逐次交替拧紧。
9.调整闭合高度，使凸模进凹模。
10.回升滑块，在各滑动部分加润滑剂。确保导套上部分出气畅通。
11.以纸片试冲，观察毛刺以判断间隙是否均匀。滑块寸动或由手搬飞轮移动。
12.刃口加油，用规定材料试冲若干件，检查冲件质量。
13.安装、调试送料和出料装置。
14.再次试冲。
15.安装全套。
设计总结
通过对模具课程设计，让我更深入的了解了冲压冲裁件的制作，使我在模具设计方面以及机械设计方面的知识水平有了很大的提高。理论联系实际，通过设计能更直接地接触到整个知识体系。设计过程中，需要不停的翻阅资料和查找标准件的数据，因此对我查阅资料的能力得到了锻炼和提高。对今后的学习和工作提供了宝贵的经验。但是由于本人能力水平有限，设计还存在很大的问题，可能会影响零部件在工作过程中的强度。但，综合考虑整个设计过程，这是一次非常值得回味的过程。期间，还要感谢同学的帮助以及老师的指导。希望下次可以做出更好的设计。
参考文献
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【4】《模具设计指导》史铁梁主编，机械工业出版社，江苏科学技术出版社，2003.5
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【6】《互换性与测量技术》廖念钊主编，机械工业出版社，1991
【7】《机械设计课程设计》李育锡主编，高等教育出版社2014.6.1