毕业设计——垫片冲孔落料复合模具设计

系 部： 精密制造工程系 学生姓名： 周 大 鹏 专业班级： 模 具 11C2 班

垫片冲孔落料复合模具设计

学 号： 111031240 指导教师： 李 有 智

2014年4月24日

声 明

本人所呈交的 垫片冲孔落料复合模具设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名： 日 期： 2014

周大鹏

年4月24日

【摘要】

此次我选择的是冷冲压，所选的零件为垫片。垫片是一种常见而且结构非常简单的零件，我们生活中随处可见的一种零件。因为垫片使用比较广泛，所以制作过程中就要控制好垫片的成本，这样才能使企业在市场中占据绝对的优势。论文中设计的垫片冲设计，选材，模具制造，压力机选择都是在市场竞争中占据优势的。

关键词：冲孔落料零件 复合模具 凸模 凹模 计算机协助设计

目录

一、零件的工艺分析（冲孔落料件） ............................................................................ 3

（一）零件图 ............................................................................................................ 3 （二）零件图的工艺分析 ........................................................................................ 3 二、冲裁力、卸料力、顶出力的计算 ............................................................................ 3

（一）冲裁力的计算 ................................................................................................ 3 （二）卸料力的计算 ................................................................................................ 4 （三）顶件力的计算 ................................................................................................ 4 （四）计算冲裁该垫片所需要总冲裁力 ................................................................ 4 三、初选压力机 ................................................................................................................ 5 四、凸模的结构设计 ........................................................................................................ 5

（一）凸模选取原则 ................................................................................................ 5 （二）有关凸模的结构设计 .................................................................................... 5 （三）凸模长度 ........................................................................................................ 6 （四）凸模强度的校核 ............................................................................................ 6 五、凹模的结构设计 ........................................................................................................ 6

（一）凹模结构 ........................................................................................................ 6 （二）凹模厚度 ........................................................................................................ 7 六、刃口的尺寸计算 ........................................................................................................ 7 七、压力中心的计算 ........................................................................................................ 8 八、卸料装置的设计 ........................................................................................................ 8

（一）卸料板的选用 ................................................................................................ 8 （二）弹性元件 ........................................................................................................ 8 （三）卸料螺钉的选取 .......................................................................................... 10 九、顶料装置的设计 ...................................................................................................... 10 十、冲模的导向选用 ...................................................................................................... 10 十一、整个模具的动作分析 .......................................................................................... 10 总 结 ................................................................................................................................ 12 参考文献 .......................................................................................................................... 12 致 谢 ............................................................................................................................ 13

引言

1

改革开放以后，我国工业迅猛发展，其它行业也是与时俱进，华夏儿女更是朝着实现中华民族的伟大复兴路而拼搏奋斗，激励着一代代中华儿女。国家领导非常重视工业的发展，他们一直认识工业是强国之路，只要工业发展领先世界中华民族的复兴之路也就不在遥远。

伴随着工业的迅猛发展，模具行业也在时代的召唤下蓬勃发展，各类模具也应运而生。冷冲压和注塑模具在模具行业中起着主导作用，不管是生活还是军事以及国防。航空等到处都有他们的身影。时代在发展，模具行业也在不断的更新换代，那些不适合市场需求或者市场竞争比较小的也被逐步淘汰，在工业时代的浪潮中消失殆尽。

2

一、零件的工艺分析（冲孔落料件）

（一）零件图

图1-1 冲孔落料件零件图 （二）零件图的工艺分析

材料对于冲压来说过非常重要，冲压的工艺性是冲压的难以程度。 结合实际图纸我们得出如下分析：

1、材料：20钢是结构碳素钢，具有很好的冲压性能。

2、工件的结构：该垫片的结构简单冲压方便。孔变距比凸、凹模所允许的最小壁厚大的很多，所以要采用复合冲压。

3、尺寸精度： 零件图上的孔心距12±0.25mm和31.5±0.25mm属于IT14级的公差等级，还有一些尺寸是自由尺寸，由此可以判定 IT14级就可以作为该垫片公差等级，一般的压力机的冲压都能满足该垫片的公差等级要求。 4、 结论：可以冲裁。

5、该垫片采用的是冲压，落料复合冲压，所以采用复合模生产。 二、冲裁力、卸料力、顶出力的计算

（一）冲裁力的计算

FLtb

式中： L———— 冲裁轮廓的总长度（mm）

t————板料的厚度（mm）

b————板料的抗拉强度（MPa）

该垫片所选用的冲裁件为Q235的碳素结构钢，易于冲压

3

抗拉强度b=353-500（MPa）取b=400（MPa） 结论： （二）卸料力的计算

一般情况下，板料被凸模冲压后会发生形变或收缩，这样就会导致板料紧紧的缠绕在凸模上不易取下来。

然而将板料从凸模上取下来所需要的力称为卸料力。

卸料力受到很多因素的影响，主要的因素有模具间隙、材料力学性能、零件的形状尺寸、材料的厚度、以及润滑情况等都是影响卸料力的主要因素。

这些力是没有固定的值用来计算的，一般用下列经验公式计算： 《冲压模具设计与制造》会给我提供很多经验值，采用经验公式：

F88.91.540

5334N0()FQ1K1F

式中：

FQ1———— 卸料力

K1———— 卸料系数，其他查表得K1=0.04

那么： FQ1=0.0 (此卸料力为单孔卸料力) 453340=2N1 3 3.6()（三）顶件力的计算

由书本《冲压模具设计与制造》可以查阅很多，采用经验公式： FQ3K 3F

式中： FQ3————为顶件力

K3————为顶件力系数，由表可知K3=0.6 F———— 为冲裁力 那么： FQ3=0.0653340 =3200.4(N) （四）计算冲裁该垫片所需要总冲裁力

由课本《冲压工艺与模具设计》一书可知，可采用总得冲压力的计算公式：

11 F0F1+FQ+FQ3 1式中： F1————总冲裁力

F1=F 360(4=533404=2N131 FQ————总卸料力

)1 FQ=FQ14=2133.64=8534.4(N) 11 FQ————总顶件力 31 FQ=FQ34=3200.44=12801.6(N) 3 4

那么： F0213360+8534.4+12801.6 234696(N)三、初选压力机

一般情况下，压力机的选择是根据总的冲压力来决定的，所选取的压力机必须大于需要的总的冲裁力。模具装在压力机上后必须让压力机和模具之间合理配合，这样可使延长模具的使用寿命，提高产品的生产效率和质量。

我们查手册（《冲模设计手册》）P23-80 选用开式压力机开式冲压机的重压参数如下： 吨位： 800KN 行程： 280mm

5模柄孔： 353mm

四、凸模的结构设计

（一）凸模选取原则 1、精确定位

凸模安装到压力机上以后，他的轴线在工作过程中绝对不允许发生偏移。如果偏移的话将会给模具带来损害，影响冲裁质量，严重的还会导致啃模。

2、防止拔出

回程时，由于材料的收缩性加在板料上的卸料力将会对凸模产生拉伸作用。所以在设计凸模时要防止凸模从凸模固定板上被来出来，影响模具的使用寿命。

3、防止转动

例如半圆形、长圆形、矩形、、、时一些截面比较简单的凸模，简化圆形。 （二）有关凸模的结构设计

图4-1 凸模零件图

5

（三）凸模长度 冲压工艺与模具设计：

L= h1h2m2h30.m式中： h1————凸模固定板的厚度（mm） h2————弹压卸料板的厚度（mm） h3————预压状态下橡胶的高度（mm） 凸模前端缩进板料的值取0.2 那么： L=30+25+20-0.2 =74.8（mm）

（四）凸模强度的校核 1、凸模抗压能力的校核：

为了凸模能够正常的工作，它最小截面承受的压应力必须小于凸模材料允许的压应力

即 F A式中： ———— 凸模的最小截面压应力 F————冲裁力

A————凸模最小截面积mm2

————凸模材料许用应力

533402512 =3000MPa 则： 23.142、进行凸模的抗弯能力的校核（纵向）

（凸模）不发生失稳弯曲的最小长度Lmax为：

Lmax2EJ4nF 式中： E：弹性模量 ————可取E=2.2105MPa。 J：最小截面惯性矩 ————最小截面惯性矩 mm4 N ：弯曲的安全系数————淬火钢 N=2~3 F：冲裁力 ————N 则： Lmax3.1425641596.33mm 74.8Lmax

4353340 结论：合格 五、凹模的结构设计

（一）凹模结构

6

根据零件图，凹模结构如图5-1所示

图5-1凹模零件图 （二）凹模厚度

HK1K20.1F(mm) 式中： F:冲裁力

K1:凹模材料的修正系数K1=1.3

K2:凹模刃口周边长度的修正系数 K2=1.0

H= 1.3130.153340mm

六、刃口的尺寸计算

由书本《冲压工艺与模具设计》一书可知，需要使用B类尺寸用于圆形冲孔作为凸模刃口尺寸计算公式： 冲孔：

0dt(dminx)（5.2TAdA(dTZmin).30(500.750.0150)8.mm0.0120.00mm)040mm50..0308

0.0125mm340.效核： TAZmaxZmin0.00mm80.0mm20.mm0120.mm02mm0.06mm0.04 7

落料：

A0.0250.025DA(Dmaxx)0(88.90.50.52)0mm88.640mm00DT(DAZmin)0t(88.640.04)0.016mm88.60.016mm

校核：0.016mm0.025mm0.04mm0.02mm （由校核得出结论不能满足公差间隙条件）

所以，只有缩小T、A才能提高制造精度、才能满足间隙在误差之内。

故取：

T0.4Z(maxZmin)0.40m.m02m0m.08

A0.6Z(maxZmin)0.60.mm020.m m0120.012DA88.6mm04 0DT88.60.00m8m七、压力中心的计算

垫片进行冲裁是为了保证模具和压力机能够平稳安全的使用，必须要保证冲模的压力中心要和压力机滑块的压力中心线重合。如果出现误差会导致压力机导轨磨损，影响冲压精度，更有可能导致模具损坏导致冲压事故。

在实际生产中。有一些冲压件比较特殊，会导致冲压中心和压力机滑块中心线不重合，这种情况下可以使压力中心偏移但一定要在一定的允许范围之内。

本次垫片冲裁设计的模具一次冲裁，受力均匀，所以压力中心可以取在对称线上，不需要在计算压力中心偏移值。 八、卸料装置的设计

（一）卸料板的选用 （二）弹性元件 1、 弹性元件选取

弹性元件可以选取圆柱橡胶块，因为它安装方便,卸料力小。 2、橡胶参数

用每块承受力维53340N的聚氨酯橡胶进行卸料。 则： Fy53340N

聚氨酯橡胶块的工作压缩量是很大的，可以取预算压缩量单位压力Fq1.1MPa 按公式： AFyFq

式中： A------------橡胶块的截面积（mm） Fy————橡胶块所受的压力（N）

Fq————聚氨酯橡胶块受到压时的单位压力（MPa）,查表得

8

弹性卸料板有卸料力小、卸料均匀、工件平整。

Fq1.1MPa

那么： A=533401.148490.91mm2

卸料螺钉的直径可以选用D=16MM的卸料螺钉，选取D=20MM的弹体穿卸料螺钉 则弹性体的外径D可以按一下公式计算：

(D2d2)4A

D4Ad241096.153.1420243.6mm

为了使工件更加平整，我们需要更大的卸料力，加大压料力D=45mm 计算预压力：

FyAFq

4(4520）1.11360N22

求橡胶块的高度：

Hhgjy

式中： hg————为工作行程 这里的取 j30%

y————表示橡胶块的压缩率（%），聚氨酯橡胶块y10%

1.51642.5mm 取H=45mm 那么： H=

30%10% 橡胶块的校核： 0.5HD1.5

0.545451.5 经校核合格。

求极限压缩量hj： hjjH

则：hj30%mm 预压缩量： hyyH

则：hy10%454.5mm 橡胶块极限工作状态下的压缩量：

hHhj

h4513.531.5mm橡胶块预压下的高度：

hHhy

h454.540.mm5 9

工作行程的校核：

hghjhy 经校核合格。 （三）卸料螺钉的选取

D=16mm的卸料螺钉由表螺钉M12L的头高度h=16mm。 模座沉孔深度的计算： h3hhxhm(3~5)m m式中： h————螺钉头部的高度（mm）

8.513.54.5hX——表示卸料板的工作行程 单位：mm，一般情况下取hX=t+1，t表示板

料的厚度；

hm——表示凸模的预计总刃磨量hm=410mm板料的厚度较大时取值。

则： h1=10+2.5+6=18.5mm 剩余高度为 h2=50-18.5=31.5mm

L=h3+h4+h2+H0（mm）

式中： h3——固定板厚度（mm）

h4——垫板厚度（mm）

h2——螺钉在上模板内的高度。 H0——预压后弹性元件的高度（mm）

则 ：L=30+10+25.5+31.5=97mm 九、顶料装置的设计

由于预压力Fy=3200.4，可以估算极限工作状态时的压力：Fy=（1.52）Fy 则： Fy=3200.41.8=5760.72 因而选取圆柱弹簧作为顶料装置

十、冲模的导向选用

为了使工件方便取出，所以选用普通型的后侧导柱导向机构。

H7上模座的公差配合为：D()

r6H7导套与导柱的公差配合为：d（）

r6H7导柱与下模座的公差配合为：d（）

r6十一、整个模具的动作分析

此模具的总装配图如图11-1所示：

10

图11-1 冲模装配图

模具开始冲压时，先把调料放在卸料板上，然后由定位销进行导向定位。然后压力机继续施加压力开始冲裁，凹模先接触条料，在凸凹模的共同作用下最后冲出垫片的外形。冲裁完成后，滑块回升时在打杆力的作用下将推件快打下，并且把工件推出模具。最后在聚氨酯橡胶弹力的作用下将条料从凸凹模上卸下。这就是整个零件的冲裁过程。

11

总 结

通过对塑料防护罩模具的设计，我深深的体会到模具这一技术的高深。对于我们看似简单的一个普通零件或是一个很普通的生活用品，期加工生产过程是多么的复杂是我们无法想象的。

一个简单的产品在其设计到产品出来，中间的道道过程的复杂性我们无法用言语来表达。光光是一个单项的绘图操作就会面临着各种各样的困难，更何况是产品的加工。对于模具产品来说，其首要的绘出图纸，再根据图纸设计出相对应的模具。一副模具的制造要花费多少人力物力。对于产品的选材又有各种各样的要求，可想而知这样浩大的一项工程所经历的重重阻挠将如何应对。

然而，我需要做的紧紧是一个毕业设计而已。如果我没有在学校的学习、没有老师的悉心照料、没有同学的班助，今天也完成不了这样的一项毕业设计。所以我感谢帮助我的每一位老师，每一位同学。

模具对我们的生活影响重大。模具无处不在，模具的前景也是非常可观。以后我会好好在这条道路上发展下去。

参考文献

[1] 刘越 刘兴国 公差配合与技术测量 化学工艺出版社 2004 [2] 刘建超 冲压模具设计与制造 高等教育出版社 2002 [3] 赵忠 丁仁亮 金属材料及热处理 机械工业出版社 2000 [4] 黄志辉 魏正平 模具设计与制造基础 电子工业出版社. [5] 郑家贤 冲压模具设计实用手册 机械工业出版社 1996

12

[6] 梅伶.模具课程设计指导 机械工业出版社，2006.49-54

[7] 屈华昌 塑料成型工艺与模具设计 机械工业出版社，2001.45-198 [8] 肖祥芷 王孝培 中国模具设计大典 江西科学工业出版社，2003.456-486

致 谢

从实习到现在，转眼间已经过去将近一年的时间。在这一年之内我也学到了了很多。以前对于毕业设计这四个字都不知道如何理解更何况去做出一份毕业设计。现在对它不是那么陌生了，至少说不会像以前一样一问三不知了。

13

从学校走出来之后与学校的老师很少联系，除了返校期间可以谈谈毕业设计的事情，其他时间都放在了工作生面。然而我在外面上班期间，我的指导老师还是帮助了我很多，李有智老师她会定期的向我通知毕业所需要的各项材料以及毕业设计要入去做。在此，我真诚的感谢我的指导老师，谢谢您一直以来对我的照顾。此外，我的班级同学也给了我很大的帮助，如果没有他们的照料我现在可能连简单的图纸都忘了怎么画了。在企业上班期间，企业的指导老师也对我照料有佳。

然而，此次毕业设计对我帮助最大的莫过于在校期间给我授课的各位老师。因为是他们教会了我各种各样的专业知识，还有各种软件的操作知识，没有这些我绝对完成不了这样的一项毕业设计。所以我感谢大学期间为我授课的每一位敬爱的老师，是你们让我可以成功的踏出学校的校门，成功的毕业走上企业迈上新的里程。

14