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冲压毕业设计说明书

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2020年4月19日
文档仅供参考
1 绪论
大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着中国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。
随着工业的发展，工业产品的品种和数量不断增加。换型不断加快。使模具的需要补断增加。而对模具的质量要求越来越高。模具技术在国民经济中的作用越来越显得更为重要。
模具是制造业的重要工艺基础，在中国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不但国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。中国模具产业除了要继续提高生产能力，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。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。当前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。
在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、洛阳中国一拖的生产实习，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。

设计者：盛双
4月17号

第一章 零件工艺性分析

1.1 冲压件的结构工艺性

本冲压件为铜垫片，工件只有落料和冲孔两个基本工序，适合冲裁。从工件的形状来看零件相对较简单，结构也基本对称。虽然在大圆上有一个凹槽，且无圆角过度，但材料相对教薄，只有0.2。外边最小圆角为R10，冲孔最小尺寸为8，其圆角半径也都均符合冲裁件最小圆角半径的要求。本工件的最小宽度为6（8孔与外边沿之间的距离），大于冲裁件的最小宽度尺寸。此工件中有两个8的圆孔和大圆上一个2为凹槽，此处也符合冲孔的最小尺寸要求。两孔间距为10，远大于最小间距值，故符合冲裁要求。

1.2 冲压件的尺寸精度和表面粗糙度

从零件图的尺寸精度来看，工件的尺寸全部为自由公差，尺寸精度较低，因此冲压完全能够满足要求。至于表面精度，在零件图中没有明确给出特别的要求，因此只要所冲工件无毛刺，表面无明显伤痕即可。

图1.1 工件图

1.3 冲压件的材料分析

冲压件的材料费用往往要占冲压件成本的60﹪——80﹪，冲压件材料的质量直接影响到冲压工艺设计和冲压件的质量、使用寿命与成本。因此，除了提高冲压件的工艺性、改进冲压变形条件、降低对材质的要求外，还要努力提高冲压件材料的质量，使其适应冲压工艺的要求，生产出优良的冲压件。
本工件的材料选用为T2，是一种比较软的铜料，强度不高，工件为垫片，为受压零件，因此选材合适。

第二章 拟订冲裁件的工艺方案

首先根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。该零件有两个孔，故需要冲孔。又因得到该零件的整体需要落料。其中冲孔决定了孔的大小尺寸及公差，而落料则决定了零件的总体形状和尺寸。此工件形状较简单，只需落料、冲孔两个基本工序，能够有以下三种工艺方案：
方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模具生产。
方案二：落料——冲孔复合冲压。采用复合模具生产。
方案三：冲孔——落料级进冲压。采用级进模具生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序两道模具，生产成本高而且生产效率底，难以满足生产批量的要求。方案二只需一副模具即可完成零件的加工，工件的精度以及生产效率都较高，模具结构复杂，制造精度要求高，成本高。当采用倒装时能够直接利用压力机的打杆装置进行推料，卸件可靠，便于操作，并能够实现机械化。方案三只需一副模具，工件即可加工完成，但级进模工位数较多，因而用级进模冲制零件，必须解决条料或带料的准确定位问题，才可能保证冲压件的质量。
综合分析上述三种方案，该工件的冲压生产采用方案二为佳——采用倒装的复合模具生产。

第三章 主要设计计算

3.1 排样方式的确定及其计算

设计模具时，首先要设计条料排样图。本工件的形状外形较简单，两端对称，且有两端小中间大的特点，直排时材料利用率低，应采用斜排，如图3.1所示的排样方法，可显著地减少废料。

图3.1 工件排样图

在此排样图中，搭边值查表可得, ，那么条料的宽度为53，步距为60.81，一个步距的材料利用率为。
表3.1 条料计算
项目分类
项目
公式
结果
备注

排样

排样

冲裁件面积A

查课本表得最小搭边值,,采用无侧压的装置，导料板与条料之间的最小间隙

条料宽度B

步距S

一个步距的材料利用率
％

3.2 冲压力计算

该模具采用复合模具，拟选择弹性卸料和刚性推件装置，冲压力的相关计算见下表所示。
表3.2 冲压力的计算

项目分类
项目
公式
结果
备注
冲
压
力
冲裁力

14602 N

卸料力

584.1 N
查表得

推件力

8761.2 N
冲压工艺总力

23947.3 N

3.3 压力中心的确定及相关计算

冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。或则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。
冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，因此，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体方法如下：
1.按比例画出冲裁轮廓线，在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上。
2.把图形的轮廓线按几何图形分解成几部分，计算各部分长度…，并求出各部分重心位置的坐标…；
3.按冲裁轮廓线下列公式求冲模压力中心的坐标值；

图3.2 凹模型口图

用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（0，0），，有关计算详细过程如下表所示。
表3.3 压力中心的计算

基本要素长度
各基本要素压力中心的坐标值

43.26
0
0
53.06
0
0
46.9
0
0
53.06
0
0
50.24
0
0
93.22
1.08
2.26
2
－8.66
－14.6
7.16
－5.59
－16.68
2
－1.87
—16.87
合计350.9
0.38
0.27

由以上计算结果能够看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点0，若选用J23—25的压力机冲床，点仍在压力机模柄孔的投影面积范围内，故满足要求。

3.4 模具工作零件刃口尺寸的计算

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床加工成型凸凹模内孔、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法能够保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化，且各半形孔的形位精度高。大大提高了模具的质量，也给模具的装配工作带来了方便。因此工作零件刃口尺寸计算就按分别制造法加工，保证各自基本尺寸，使模具的制造公差控制在间隙的变化范围内。在以后的生产过程中方便使用。具体的计算数值见下表所示。

表3.4 工作零件刃口尺寸的计算

尺寸及分类
尺寸转换
计算公式
结果
备注

落料
R10
R

查有关手册得冲裁双面间隙：

磨损系数 x=0.5,模具按IT8级制造。校核满足

R24
R

冲孔

孔心距
30
30±0.10

60
60±0.15

3.5料装置设计

本模具由于所冲工件只有0.2，因此工作所需要的卸料力不大，因采用弹性卸料装置，卸料板与卸料螺钉将在后面设计中详细叙述，在此只对弹性元件做一设计。
由于本模具的工作所需的卸料力不大，因此采用弹簧做为弹性卸料元件。
1．此模具所冲制件的尺寸较小，故模具的总体尺寸也较小，考虑到弹簧的安装空间，初选弹簧数为2，每个弹簧的预压力：
。
2．查有关弹簧规格，初选弹簧规格为。
具体参数：，，。，，，，
3．计算： 。
4．校核：设，，

=
由以上计算可知 ：，因此。
即所选弹簧是合适的。

第四章 模具总体设计

4.1 模具类型的选择

由冲压的工艺分析能够知道，此工件采用复合模生产，因此模具的类型为复合模具。

4.2 定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，故需要条料送进。控制条料的送进方向采用侧向活动导料销，控制条料的送进步距采用挡料销定距，在第一次送进时的冲压位置只要略大于工件的宽度加上工件的搭边值即可，可由操作工目测来定。

4.3 卸料、出件方式的选择

因为此工件的料厚为0.2，相对较薄，卸料力也比较小，可采用弹性卸料。又因为模具结构为复合模，当采用倒装结构时冲孔的废料可直接从压力机中心孔漏出，条料则由弹性卸料装置卸下。工件则采用上出件的方式由打杆推出。

4.4 导向方式的选择

由于冲裁力较小，为方便安装调试，该模具采用后侧导柱的导向方式，此导向方式可便与冲裁时的送料和出件。

第五章 主要零部件设计

5.1 工作零件的结构设计

1. 冲小孔凸模设计

因为所冲的小孔为圆形，而且也不属于需要特别保护的小凸模，因此冲小孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。加工时可采用普通车床和外圆磨床进行加工。小凸模结构如图5.1所示。

图５.１　冲孔凸模

2. 冲大孔凸模设计

此冲大孔凸模结构比较简单，但有高度为2的凸起。为节省材料和更换，故可做成组合式凸模，具体结构如图5.2所示。

图5.2落料凸模

与凸模固定板装配时，利用尾部的凸缘，配合为H6/m5。

3. 凹模设计

凹模采用整体式结构，凹模孔采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心计算的数据，将压力中心与模柄中心重合。具体结构如图5.3所示。

图5.3 落料凹模

4. 凸凹模的设计

凸凹模采用整体式凸凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，冲孔凸模采用成型磨削的方法加工。凸凹模采用压板定位的方式，即采用凸凹模压板和螺钉、销钉把其固定在下模座上。其结构如图5.4所示。

图5.4 凸凹模

5.2 定位零件的设计

控制条料的送进方向采用侧向活动导料销，控制条料的送进步距采用挡料销定距，在第一次送进时的冲压位置只要略大于工件的宽度加上工件的搭边值即可，可由操作工目测来定。

5.3 卸料部件的设计

1. 卸料板的设计

卸料板的周界尺寸形状与凸凹模的凸模口形状相同，厚度选为12，卸料板与凸凹模的凸模口单边间隙值为0.05。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为43～48HRC。

2.推件装置的设计
此模具采用上出件的方式，工件由推杆、推板和打杆推出，模具回程，当打杆遇到压力机的上横梁时停止运动，然后推动推杆和推板把工件推出。

5.4模柄的设计

本套模具的冲裁力一般，模具结构较小，且有导柱，故能够选用凸缘模柄，此模柄是经过螺钉与上模座连接，拆卸方便。具体结构见下图所示。

图5.5 模柄

5.5模架及其它零部件设计

由于冲压力较小，因此该模具采用后侧导柱模架，以凹模周界尺寸为依据，选择模架的规格如下：
导柱：为 22120；
导套：为229540
上模座厚度：取为36
下模座厚度：取为37
垫板厚度：取为4
固定板：19
那么，该模具的闭合高度：

=（36 + 4 + 43 + 40 + 372）=158
式中： 凸模长度，43；
凹模厚度，；
凸模冲裁后进入凹模的深度，。
可见该模具闭和高度小于所选压力机J23—25的最大装模高度（220），能够使用。

第六章 模具总装图及工作原理

经过以上设计，可得到如下图所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模座、垫板、凸模、凸模固定板、落料凹模、模柄以及推件块等组成。下模部分主要由下模座、凸凹模、凸凹模固定板、弹性卸料板以及活动导料销等组成。卸料方式采用弹性卸料和刚性打料的方式，以弹簧为弹性元件。冲孔废料由漏料孔漏出。
条料送进时采用活动挡料销进行定位，在下模上装有两个活动导料销，可进行侧面定位。操作时完成第一次冲裁后，把条料抬起向前移动，当活动挡料销6进入已落完料的孔时，把条料放平并向前推紧，进行第二次冲压，每冲裁一次，条料向前移动一个步距。

图6.1铜垫片倒装复合模装配图

1——下模座；2——螺钉；3——导柱；4——弹簧；5——卸料板；6——活动挡料销；
7——螺钉；8——导套；9——上模座；10——凸模固定板；11——推件块；12——推杆；
13——推板；14——打杆；15——模柄；16——螺钉；17——冲大孔凸模；18——垫板；
19——冲小孔凸模；20——凹模；21——凸凹模；22——固定板；23——圆柱销；
24——活动导料销；25——卸料螺钉；26——弹簧；27——凸模镶块

冲模工作原理：
上模部分经过模柄安装在压力机滑块上，下模部分经过螺栓、压板安装在压力机工作台面上，导尺槽固定在下模部分，下模部分还设有定位装置，一般有定位销、挡料销和导料销等，精确定位的还有导正销。条料沿着导尺槽（导料销）送进，由定位装置控制其送料步距。压力机行程一次，冲压一次。冲裁完毕，压力机滑块回程，带动上模部分上行，卡在凸模外的料由卸料板卸下（分为钢性卸料板和弹压卸料板等），卡在凹模上的条料由弹性卸料装置卸下，上模内的废料或工件由刚性打料装置打出，完成一次冲压。

第七章 冲压设备的选定

经过校核，选择开式双柱可倾压力机.J23—25够满足使用要求。其主要技术参数如下：
l 公称压力：250kN
l 滑快行程：65
l 最大闭合高度：270
l 最大装模高度：220
l 连杆调节长度：55
l 工作台尺寸（前后左右）：370560
l 垫板尺寸：（厚度孔径）：50200
l 模柄孔尺寸：4060
l 最大倾斜角度：

第八章 模具零件加工工艺

本副冲裁模，模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术加工，这些零件的加工就变得相对简单。
图5.4所示凸凹模的加工工艺过程如表8.1所示。

表8.1凸凹模加工工艺过程

工序号
工序名称
工序内容
设备
1
备料
将毛坯锻成平行四边形

2
热处理
退火，消除内应力

3
刨
刨六个面，并留一定余量
牛头刨床
4
铣削
铣外形，留单边余量0.5
数控铣床
5
磨平面
磨上下平面及外形面
平面磨床
6
磨外形
磨外形面
成型磨床
7
钳工划线
划出各孔位置线

8
钻孔
按位置加工出穿丝孔
钻床
9
热处理
淬火回火达到58～62HRC

10
磨削
精磨上下平面及外形面
坐标磨床
11
线切割
按图线切割，轮廓达到尺寸要求
电火花线割机
12
钳工精修
全面达到设计要求

13
检验

图5.1所示凸凹模的加工工艺过程如表8.2所示。

表 8.2 冲孔凸模加工工艺过程

工序号
工序名称
工序内容
设备
1
备料
用轧制的圆棒料在锯床上锯断
锯床
2
锻造
将棒料锻成圆形毛坯

3
热处理
退火，消除内应力

4
车床加工
车外圆，留磨余量
普通车床
5
热处理
淬火回火达到58～62HRC

6
磨外圆
在外圆磨床上磨外圆至要求尺寸
外圆磨床
7
钳工精修
全面达到设计要求

8
检验

第九章 模具的装配

根据复合模具装配要点，先装下模，再装上模，并调整间隙、试冲、返修。具体装配见表9.1。
表9.1 铜垫片倒装复合模具的装配

序号
工序
工艺说明
1
凸凹模预配
①装配前仔细检查各凸模形状及尺寸以及凹模行孔，是否符合图纸要求尺寸精度、形状。
②将各凸模分别与相应的凹模相配，检查其间隙是否加工均匀。不合适者应重新修磨或更换。
2
凸模装配
以凸模孔定位，将各凸模分别压入凸模固定板的形孔中，并拧紧牢固
3
装配下模
①在下模座1上划中心线，按中心线预装凹模，导料销等；
②在下模座上用已加工好的的凸凹模和凸凹模固定板分别确定其螺钉孔位置，并分别钻孔，攻丝；
③将下模座、凸凹模、凸凹模固定板、卸料板、弹簧和挡料销等装在一起，并用螺钉紧固，打入销钉。
4
装配上模
①在已装好的下模上放等高垫铁，再在凸凹模中放入的纸片，然后将凸模、凸模固定板与推件块组合装入凸凹模；
②预装上模座，划出与凸模固定板相应的螺孔、销孔位置并钻铰螺孔、销孔；
③用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起，但不要拧紧；
④将卸料板套装在已装入固定板的凸模上，装上弹簧和卸料螺钉，并调节弹簧高度，是卸料板高出凸模下端面大约；
⑤复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉；
⑥装入推杆、推板、打杆和模柄并用螺钉拧紧；
⑦切纸检查，合适打入销钉。
5
试冲与调整
装机试冲并根据试冲结果作相应调整

设计总结

经过大学三年的学习，使我对模具这个专业从一无所知到现在熟练掌握专业知识，深入了解模具行业在工业生产的重要位置，使我更加增强了今后在工作和学习中的信心。
三年的学习中，我修读了冲压成形原理、冲压成形工艺、模具设计与制造工艺、塑料注塑模结构与设计及与本专业相关的专业基础课，使我对模具技术的认识更加深入。经过学习，我能从事简单的冲压工艺规程编制、冲模设计及冲模制造工艺的编制，并在工作中有所应用。
本设计的内容为铜垫片倒装复合模具的设计，经过对模具的设计，基本掌握了对冷冲模设计的方法及步骤，对冷冲模有了更进一步的了解和认识，对模具的制造方法和制造过程更加熟悉，为今后的工作积累了丰富宝贵的经验。
经过这次设计，我更加深入地学习了冷冲压技术工作设计的内容。冷冲压技术工作设计的内容包括冷冲压工艺设计、模具设计及冲模制造三方面内容，尽管三者的工作内容不同，但三者之间存在着相互渗透、相互补充、相互依存的关系。
冷冲压工艺设计是针对给定的产品图样，根据其生产批量的大小、冲压设备的类型规格、模具制造能力及工人技术水平等具体生产条件，从对产品零件图的冲压工艺性分析入手经过必要的工艺计算，制定出合理的工艺方案，最后编写冲压工艺卡的一个综合分析、计算、设计过程。冲压工艺方案的确定包括工序性质、数量的确定，工序顺序的安排，工序组合方式及工序定位方式的确定等内容。
冲压模具设计则是依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛坯的定位、出件、废料排出诸问题以及模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素后，设计计算并构思出与冲压设备想适应的模具总体结构，然后绘制出模具总装图和所有非标准零件图的整个设计绘图过程。
冲模制造是根据模具结构、模具材料、尺寸精度、形位精度、工作特性和使用寿命等项要求，综合考虑各方面的特点，并充分发挥现有设备的一切特长，正确选择加工方法和装配方法，选出最佳加工方案，制定出合理的冲模加工工艺规程的过程。
经过这次设计，我也更认识到了模具设计是一项实践性非常强的学科，不但要有深厚的理论做基础，吸取她人的设计经验和劳动成果也是非常重要的。

致 谢

经过一段时间的紧张工作，此次的毕业设计终于顺利地完成了。这次毕业设计能按期按质完成，这与学校三年的培养和最近一段在工厂的生产实践是分不开的。在这里，我要忠心地感谢那些在我的设计工作中给予我帮助的同学和老师们。
首先：感谢我的指导老师杨占尧老师，感谢杨老师在我做设计期间对我的指导和帮助，特别是我在深圳富士康工作期间，杨老师给予我的鼓励和关心。还有翟老师、原老师的关心和帮助。
其次：感谢的是我的同学们，在设计过程中遇到了很多的技术问题，经过她们的帮助和与她们的商讨，一并查阅资料，每个问题都一一攻破难关，助我顺利地完成了设计。还要感谢学校给我们创造的学习环境，感谢图书馆的工作人员和老师们。
最后：还要感谢在深圳富士康工厂里的师傅们，在进行毕业设计期间，在与她们相处的日子里，她们不顾工作的紧张和劳苦，给予我以模具制造与设计方面上的经验指导。 使我顺利地完成了此次的毕业设计。

参 考 文 献

【1】 杨占尧主编．冲压模具图册．北京：高等教育出版社，
【2】 翟德梅主编．模具制造技术．河南机电高等专科学校，
【3】 许发樾主编．实用模具设计与制造手册．北京：机械工业出版社，
【4】 刘建超、张宝忠等编． 冲压模具设计与制造．北京：高等教育出版社，
【5】 陈锡栋、周小玉等编． 实用模具技术手册．北京：机械工业出版社，
【6】 王孝培主编．冲压手册．北京：机械工业出版社，1990
【7】 翁其金主编．冷冲压技术．北京：机械工业出版社，
【8】 李硕本主编．冲压工艺学． 北京：机械工业出版社，1982
【9】 薛彦成主编．公差配合与技术测量．北京：机械工业出版社，1992