花孔垫圈冲压工艺及模具设计说明书

1、摘 要随着工业化与机械加工技术的发展，社会对冲压件以及冲压模具设计的要求越来越高，研究设计符合实际生产要求的模具尤为重要。本课题设计了一款花孔垫圈的冲压模具，通过冲裁件工艺性分析即材料分析和结构形状分析确定了冲压模具设计方案，是包含落料和冲孔两个工序的复合模。设计过程中分别对送料方式、定位方式、卸料方式、导向方式做了详细的阐述。另外，对排样方式、冲压力做了详细的分析和计算，最终确定了冲压设备的型号。在冲压模具结构设计方面，送料采用自动送料机构，能够实现工件的自动化生产，提高了生产效率的同时节约了人工成本。在工艺参数的分析计算方面，首先确定了排样方式为直对排样方式，保证工件尺寸和形状位置精度要求

2、的同时，提高了材料的利用率。然后计算了搭边值、步距、条料宽度、材料利用率。另外，分析计算了冲裁力、卸料力、推件力和总冲压力，最终选定冲压设备。在此基础上，对冲压结构的总体布局和主要零部件进行了二维AutoCAD制图和3D造型设计。该结构方案结构简单、成本低、操作简单，易于实现机械化和自动化，满足模具结构设计要求，比较符合实际大批量生产。关键词: 花孔垫圈；冲压；模具设计；CAD制图AbstractWith the development of industrialization and machining technology, the society has higher and highe

3、r requirements for stamping parts and stamping die design. This subject has designed a punching die for the gasket with a flower hole. Through the process analysis of blanking pieces, namely material analysis and structure shape analysis, the design scheme of the punching die is determined. It is a

4、compound die with two processes of blanking and punching. In the design process, the feeding mode, positioning mode, unloading mode and guiding mode are described in detail. In addition, the layout mode, the impact pressure to do a detailed analysis and calculation, and finally determine the stampin

5、g equipment model. In the aspect of stamping die structure design, the automatic feeding mechanism can realize the automatic production of the workpiece, improve the production efficiency and save the labor cost at the same time. In terms of the analysis and calculation of process parameters, first

6、of all, it is determined that the layout mode is in-line layout mode to ensure the accuracy of workpiece size and shape position and improve the utilization rate of materials. Then the edge value, step distance, strip width and material utilization rate are calculated. In addition, the blanking forc

7、e, unloading force, pushing force and total punching pressure are analyzed and calculated. On this basis, the general layout of the stamping structure and the main parts of the two-dimensional AutoCAD drawings and 3D modeling design. The structure scheme is simple in structure, low in cost, simple i

8、n operation, easy to realize mechanization and automation, and meets the requirements of mold structure design.Key words:flower hole washer; stampingt; mould design; CAD cartography;3D目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc1290 1 绪论 页3 冲裁方案的确定通过第二章对花孔垫圈的工艺分析，获知工件具有落料、冲孔两个主要工序，所以我们制定了以下两个设计生产方案。方案一：采用单工

9、序模加工，两个工序分开制作，首先进行落料工序，然后进行冲孔工序，需要两个模具完成。方案二：采用复合模加工，工件中的冲孔和落料两个工序合并为一个工序。方案对比：方案一：单工序模在一次冲压行程中，只能完成一个冲压工序，所以工件要经过两个两个工序的加工才得以完成。虽然这两副模具设计简单、制作简单、维修方便，适合形状简单的工件，尺寸不受限制，但是模具结构数量有多个，来回更换模具不但操作困难，使用不便，而且导致工件的精度难以保证，适合低精度IT14级以下的工件加工。产品的报废率相应增加，生产过程中费力费时，增加时间成本和人工成本。方案二：复合冲裁模在一次行程中，在冲模的同一工位上同时完成内孔和外形两种工

10、序，适合中高级精度IT8-10级的工件加工。虽然复合模比单工序模模具零部件加工较困难，成本稍高，但是相对于其他冷冲压模具来说，工件的同轴度较好，尺寸精度较高，对称度位置精度高，表面平直。生产效率大大提高，且不受板材外形尺寸的精度限制。此花孔垫圈只需落料冲孔两个工序，为落料、冲孔复合膜。生产批量越大，提高生产率就显得尤为重要，复合模可以成倍的提高生产率，完全能满足大批量生产要求。综上所述，使用复合模具的方案比较合理，不但可以满足产品精度要求和实际大批量生产的需要，同时可以提高生产效率，节约时间成本和人工成本，所以选定第二套方案进行冲压模具设计。4 模具总体结构的设计4.1 模具类型的选择通过第三

11、章对工件的工艺分析详细阐述，以及各个设计方案的对比，决定采用冲孔落料复合模作为模具的总体结构。并遵循以下原则：在保证能冲裁出符合质量要求零件的前提下，力求使模具结构简单，成本低，寿命长，并且操作方便、安全可靠。4.2 送料方式的选择在本次设计中，采用自动送料机构。自动送料机构能够按规定要求和既定程序进行自动运作，人们只需确定控制的程序，不需要直接操作与干预，即可把条料从一位置输送到另一位置，从而配合冲床自动化生产。自动送料机构操作简单，精度较高。自动送料装置不但能够满足工件的自动化生产，还可以大大减轻操作者的劳动强度、提高生产效率。4.3 定位方式的选择本课题用作冲压生产的原料术语带状板料，带

12、状板料的送进是靠导料板来完成，在料带还没进入模具之前先将料带导正，使条料与模具平行，并依靠自动送料机构将板料压紧。4.4 卸料、出件方式的选择因为工件料厚为1mm，材料厚度一般，卸料力比较小，所以我们使用弹性卸料板，当冲头冲剪完成后，借由卸料橡胶提供的力将冲头与冲压材料分离。平稳的卸料力有助于卸料的正常进行，不但弹簧或是橡胶的失效和损坏会影响工件的质量和模具寿命，卸料板的不平稳运动也会影响卸料速度，加速凸模的损坏速度，可以应用轴套来对弹性卸料板导向。应用导向元件对卸料板导向能够有效保证卸料板在卸料时平稳运行，不但提高工件质量、提高生产效率，而且降低了凸模的磨损程度，提高了模具使用寿命。4.5

13、导向方式的选择导向方式一：采用对角导柱模架。此导向方式有两个导柱作为导向，且两个导柱成中心对称，在对角线的两个角上。其前后左右都可以送料，而且导向平稳不歪斜，常用在落料模、复合模以及级进模中，工作速度较快的压力机常选用对角导柱模架，如图4.1所示。图4.1 对角导柱模架示意图 导向方式二：采用中间导柱模架。此导向方式有两个导柱进行导向，两个导柱在对称线上呈左右对称，为了避免装配模具时位置装反，所以两个导柱的长度和直径都不相同，如图4.2所示。图4.2 中间导柱模架示意图 导向方式三：采用四导柱模架。此导向方式有四个导柱作为导向，四个导柱分别安装在模具四个角的位置，呈中心对称。其导向精度比较高，

14、适用于生产尺寸比较大、批量较大的工件，如图4.3所示。图4.3 四导柱模架示意图 导向方式对比：对角导柱模架不如其他两种模架的导向精度高；中间导柱模架的导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。此导向方式省料，导向精度较高，虽不能左右进料，但操作比较方便；四导柱模架导向精度高，前后左右都可以进料，取放工件不够方便。这种模架的刚度好，导向精准而且平稳但价格高。首先分析工件，由于工件尺寸较小，精度要求比较高，并且生产具有较高的要求，我们选择四角导柱，不但能保证工件的正常生产，同时也能保证精度，综上所述选择四角导柱模架最佳。5 工艺参数计算5.1 排样方式的选择排样方式是指冲压件在板料或者条料上的布

15、置方式，合理的布置方式能够节约板料或条料，从而节约生产成本。冲压生产中的制品多种多样，排样方式也多种多样，在选择和设计排样方式时，也不能一味追求节省材料，还要考虑工件的加工精度，把握好生产成本与加工精度的关系，选择符合生产需求的排样方式。若排样紧凑，废料极少，但是工件的尺寸精度却很低，不符合生产工件精度需求，应适当增加工件与工件之间的距离；若工件尺寸精度要求不高，而排样时工件之间的距离却很大，就会造成材料的浪费，从而增加生产成本。常用的工件的排样的样式一般分为三种，第一种是有废料的排样，沿冲件全部外形冲裁，在冲件周边都留有搭边，因此材料利用率低，但冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命

16、长，生产中绝大多数冲裁件都采用有废料排样；第二种少废料排样，沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，工件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙会影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单；最后一种是无废料排样，沿直线或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边，冲件的质量和模具寿命更差一些。根据冲裁件在板料上的布置方式，排样形式有直排、单行排、多行排、斜排、对头直排和对头斜排等多种排列方式。因为工件精度要求不低，根据实际的需要可以采用少废料的排样方式。如图5.1所示。图5.1 排样示意图5.1.1 排样及搭边值的计算冲裁模排样中相邻两工件之间

17、的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。此次设计采用的是弹性卸料装置，根据查表确定工件的最小搭边值为1.5mm、1.8mm。5.1.2 步距的计算步距是在冲压生产过程中，工件或条料每次进给的距离，是生产完一个工件后进行下一个冲压生产时向前移动的距离。从排样上，首先在工件上选取一点，然后再其相邻的工件的同一位置选取另一点，两点之间的距离就是步距。送料方向上工件轮廓尺寸的最大值与搭边值之和就是步距的大小值。可见，步距是由工件尺寸的大小和搭边值的大小来决定的。步距可定义

18、为：S=L+b (5.1)式中 S冲裁步距；L在送料方向上毛坯尺寸的最大值；b沿送进方向的搭边值。在和送料相同的方向上，工件板料的外形的最大距离约为L=60毫米, 有上节可知，送料方向的搭边最小为2mm，所以我们确定步距为：S=L+b =625.1.3 条料宽度的确定条料的宽度为制件的最大宽度与两侧搭边值之和。为保证送料顺利，不因料带过宽而发生卡死现象，料带的下料公差规定为负偏差。宽度计算公式如下： (5.2)式中 BL形板弯曲件所需条料的宽度；D工件在宽度方向的尺寸；a侧搭边最小值；宽度偏差。条料的宽度确定公式如下：5.1.4 材料利用率的计算材料利用率是冲压模具中常见计算，也是模具设计的重

19、要参数之一，所谓材料利用率是指冲压工件的面积与冲压所需材料的面积比值（%）。材料利用率定义为：=A/BS100% (5.3)式中 材料利用率A一个步距内工件的实际面积（mm2）；B条料宽度（mm）；S冲裁步距（mm）。=A/BS100%按此排样方式材料利用率较高，为91%。图5.2零件直排排样示意图5.2 冲压力的计算5.2.1 冲裁力的计算通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计冲压模具的重要依据之一。冲裁力公式： 或 (5.4)式中 花孔垫圈周边长度（mm）； 材料厚度（mm）; 材料抗减强度（）； 系数。在一般设计的过程中我们取=1.3。 材料的抗拉强度（），材料的，取。计

20、算得：5.2.2 卸料力与推件力的计算冲裁时，工件或废料从凸模上卸下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力。卸料力和推料力可以依据以下公式5.5和5.6来计算： (5.5) (5.6)式中冲裁力（）；、分别为卸料力、推件力、顶件力系数，其值可参考文献4第52页表2-2。该模具采用的是弹性卸料板，废料通过下方的漏料孔落下.带入数据进行计算得： (5.7)通过查表得 通过计算得出卸料力和退料力： 5.2.3 总冲压力的计算模具总冲压力为模具各个工步的冲压力总和。5.3 压力机吨位选择本模具在冲裁过程中总的冲压力，初步我们开始选择压力机型号为J23-10压力机，具体参数如

21、下。表5.1 开式压力机规格及参数9型号J23-10J23-16J23-25J23-35J23-63公称压力/KN100160250350630滑块行程/mm455565100120最大闭合高度/mm240280310350380闭合高度调节/mm3545556070滑块中心线至床身距离/mm130160200200300滑块底面尺寸/mm前后150180220220300左右170200250250260模柄孔尺寸/mm直径3040404050深度35606060806 刃口尺寸计算模具的凸模，又称上模、阳模、冲头等，是冲压模具最主要的工作部件之一。凸模以外形为工作表面的零件，用于成型工件的

22、圆孔、方孔或是其他复杂形状的内表面。由于工件板料的强度、刚度比较大或是废屑的堆积容易导致凸模严重磨损，甚至断裂，由于操作不当亦会导致凸模的磨损及断裂。不断的磨损致使凸模的尺寸越来越小，更换模具必然会增加生产成本，而且部分模具制作周期长、制作过程复杂，所以有效降低模具的磨损是进行模具设计必须考虑的因素。而制作合理尺寸的模具可以减小模具在冲压生产过程中的磨损，所以需要对模具进行刃口尺寸的分析和计算。模具的凹模，又称下模、阴模、型腔等，也是冲压模具最主要的工作部件之一。同凸模相对应，是以内表面为工作面，成形工件的特定外部轮廓。伴随着不断的冲压生产加工，凹模不断的磨损，凹模的尺寸也越来越大，久而久之，

23、凹模内便堆积许多废屑，间接加速凹模的损坏。对凹模进行刃口尺寸计算很重要，合理设计凹模的结构形式也同样重要，内壁形状一般要做成锥形而不是直形，可以有效减缓凹模的损坏。凸凹模是冲压模具的复合模，在冲孔与落料仅用一个工序完成的情况下，冲孔时起凹模作用，落料时起凸模作用，所以称为凸凹模。无论是凸模、凹模还是凸凹模，模具的磨损使模具的尺寸不断变小或变大，使工件的加工精度不断降低，严重的模具磨损还需要进行模具维修，耗时耗力，甚至导致模具失效需更换模具增加成本，以下将对花孔垫圈冲压模进行刃口尺寸计算，以获得合理的凸凹模、凸模尺寸，适当延长模具使用寿命。6.1 刃口尺寸的计算及法则 模具的刃口是指冷冲模具用来

24、冲孔或落料的凸模和凹模的刀口，它就像剪刀用来剪东西的两个刀口，一个是凸模的刀口，另一个是凹模的刀口。凸模与凹模之间的间隙成为刃口间隙，板料或材料的厚度不同则刃口间隙值也不同，应当合理选择刃口间隙值。太小的刃口间隙值会由于冲压力或是工件的胀力导致凹模胀裂，另外，刃口间隙也不能过大，对于刃口复杂的模具可以适当增大刃口间隙。根据生产经验，刃口间隙一般在0.30-0.50mm之间。10合理的刃口间隙值与合理的凸模、凹模刃口尺寸公差，有利于提高模具生产加工精度和工件的质量。模具的刃口计算需要有相应的依据和法则，根据凸模和凹模在冲压生产加工过程中的变化获得相应规律，辅助模具刃口的计算，主要体现在以下几个方

25、面：(1)冲裁断面都有锥度，落料件的光亮带处于大端尺寸且等于凹模尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸且等于凸模尺寸；(2)凸模在磨损过程中尺寸越来越小，凹模在磨损过程中尺寸越来越大，导致凸凹模之间的间隙越来越大；根据冲压模在生产过程中的磨损规律，在计算刃口尺寸时应遵循以下原则：(3)对于落料模，先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙值取在凸模上，即凸模刃口尺寸=凹模刃口尺寸-最小合理间隙值。对于冲孔模，先确定凸模尺寸，以凸模为基准，间隙值取在凹模上，即凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+最小合理间隙值；(4)冲压模具设计的间隙值一般选用最小的合理间隙值；(5)合理的模具刃口间隙值能提高模具的精度，但也要考

26、虑工件的加工精度，不能只一味提高模具的加工精度而使工件加工精度降低，(6)磨损后大小无变化的尺寸标注双向公差，其他工件或模具的尺寸公差标单向公差。模具刃口尺寸有两种计算方式，其中一种计算方式是分别加工凸模与凹模图样的计算方法。此种方法的优点是具有互换性、制造周期短，缺点是不易保证模具的最小合理间隙值，需提高加工精度，进而增加了制造难度；另一种方式是凸模与凹模配合加工的计算方法，先计算出其中一个凸模或者凹模的尺寸，然后通过最小合理间隙配合加工另一个模具的尺寸。第二种算法的凸凹模间隙由配合来保证，虽然没有互换性、制造周期相对较长，但是其最小合理间隙值容易保证，加工工艺比较简单，降低模具的生产成本，

27、所以采用凸凹模配合加工的方法。1112（1）凸凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断增大第一类尺寸AAj=(Amax-x)（2）凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断减少第一类尺寸BBj=(Bmin+x)（3）凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不变化第一类尺寸C Cj=(Cmin+)其中，x为磨损系数。查表得：工件精度IT10级以上 x=1工件精度 IT1-IT13 x=0.75工件精度 IT14 x=0.5因为本工件尺寸精度为0.2，所以取x=0.5即可。在所有的尺寸中，A类尺寸：120B类尺寸：、58表6.1 工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸A120B 587 冲压设备的

28、校核与选定7.1 冲压设备的校核模具的闭合高度是指冲压模在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。模具闭合高度可以通过图纸，将各个板的厚度或者高度相加求得。该模具闭合高度： H闭=H上+H下+H垫+L+H-h （6.1） 式中：L-冲孔凸模长度； H-凹模厚度； h-冲孔凸模冲裁后进入凹模的深度h=1mm。根据公式（8-1）得模具的闭合高度为：H闭=H上+H下+H垫+L+H-h =225(mm）通过以上计算，花孔垫圈冲压模的闭合高度为225mm,通过表5-1压力机规格及参数表查询到J23-10型号的压力机最大闭合高度为240mm，闭合高度调节为35mm，该模具的闭合高度在所选压力

29、机闭合高度之间，符合模具设计要求。7.2 冲压设备的选用根据冲压设备的类型和工作特点，结合复合模的结构形式和尺寸大小、工件的尺寸大小、冲裁力大小、复合模闭合高度、生产批量和生产成本，J23-10型号的机械压力机可以满足各项生产要求。19第八章 总结与展望本次毕业设计的我完成的主要任务是花孔垫圈复合模的设计。在模具设计的过程当中，首先对模具的整体结构设计，然后进行零部件的设计，并运用绘制了工程图和模具三维，整个研究课题我完成了以下几个内容：第一，花孔垫圈冲压工艺分析，包括工件的材料分析和结构分析，同时结合以上内容设计了本课题的技术路线，制定了复合模冲裁方案。第二，设计了花孔垫圈冲压模具的总体结构

30、，包括送料方式、定位方式、卸料出件方式和导向方式等，在此过程中充分考虑到加工精度、加工成本和加工效率，设计出了符合大批量生产的总体结构。第三，排样图的设计，本次设计中我们采用了少废料的直排排料方式，确定了搭边值、步距、条料宽度和材料利用率，材料利用率高达91%；第三，模具冲压力的计算和压力设备的选择。选择合适的压力机是加工精度和加工效率的关键，本课题选用的J23-10号压力机符合生产加工需求；第四，模具的刃口工艺尺寸计算。第五，运用二维软件绘制模具总装图和零件图，运用三维软件绘制模具三维造型。花孔垫圈冲压模具设计过程中借鉴参考了模具设计手册中的设计优点，在原有的基础上加以创新和改进，本设计的优

31、点是利用复合模，自动送料的生产方式，提高了模具的生产效率，同时提高了材料的利用率大大节省了成本。虽然已经成功的完成了本次课题花孔垫圈冲压模具的设计，但是还存在部分缺点和不足之处值得继续探讨和研究，具体有以下几个方面：(1)如何确定导柱的尺寸问题，即如何确定导柱的长度和直径，同一副模具的导柱长度不一，直径大小不同，导柱长度需根据模具具体结构确定，模板尺寸越大导柱直径越大。虽然通过查询技术手册获得参数，但是没有详细的分析之间的关系，值得后期详细阐述；(2)虽然已经设计出模具整体结构以及各个零部件，但是往往实际生产时会遇到各类不可预知的问题导致模具生产效率低、产品质量差，甚至模具不可用的情况，修改模

32、具或是报废模具会花费大量成本，并且费时费力。致谢在花孔垫圈冲压模具设计中，我收获颇多，虽然在整个设计过程中遇到许多困难，但是通过自己不懈的努力和他人的热心帮助，顺利完成了课题的研究与设计。在此，我想能够帮助我顺利完成学业的人们表示衷心的感谢！其次，要感谢一直对本课题指导和修改的老师。春风育桃李，秋果谢恩情，教诲如春风，师恩似海深。在设计中，我偶尔会遇到问题从而导致课题停滞不前，通过不断的向各位老师请教，通过老师不断的耐心讲解，终于打开了思路，明确了方向，掌握了方法，得到了解答。通过老师对自己的绘图指导，我的AutoCAD绘图技术有明显提高。百年树人，不忘初心，感谢老师的传道、授业与解惑，从老师

33、那里不仅学到了更多的专业知识，还学到了分析问题的思路和方法，明白了万变不离其宗，并且找到了自己喜欢的专业与发展方向。懂得了做人做事的道理，变通、踏实、无畏、一丝不苟、认认真真。天涯海角有尽处，只有恩师无穷期，感谢您，老师！最后，要感谢我的家人、朋友和同学。特别感谢父母对我的关爱和照顾，他们是我完成学习研究和设计的坚强后盾。学习与研究的道路上缺少不了朋友的陪伴，当我对理论和公式有不理解之处，通过与朋友一起讨论，总是能够想到求解方法和求解思路，使我对花孔垫圈模具设计有了很好的出发点。在图形设计与论文格式方面也得到了许多启发和帮助。另外，同学在设计过程中更是给我很大帮助，能够发现我的错误并且能够悉心给我讲解错误的原因并指导正确的方法和思路。在我遇到设计困难的时候都能够及时的帮我分析，设计中我们讨论模具的设计方法，使我对花孔垫圈冲压模的设计有了新的认识，理论知识达到了新的高度！同学之间互相提供一些参考资料、书籍、成功人士的设计成果、重要数据等供设计选用，使研究课题节省了大量