铁芯冲片冲压复合模设计)

编号：0417
成人高等教育
毕业设计（论文）
题目铁心冲片复合模设计学院机电工程学院
专业机械设计制造及其自动化（模具设计与制造）4班年级
姓名姚赞彬
指导教师罗方河老师
（年月）
广东工业大学继续教育学院制
模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力，因此这次我们的毕业设计要求设计一个模具以便检验自己所学模具有关方面的知识是否牢固。

由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种：冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建材用模等。

其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。

据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等产品的零件，有60%左右是用模具加工完成的；自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工业产品，有80%的零件需由模具来制造。

至于标准件中的紧固件、轴承、日用五金、餐具、塑料制品、玻璃制品、玻璃器皿、皮胶鞋等的大批量生产，完全靠模具来保证。

例如生产海鸥牌照相机，其占总数的92%的零件就需500套模具，又如解放牌汽车改型后约需400套模具，其总重量达2500t。

即使一个自动玩具的生产也需要近90套模具。

显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位越来越被人们所共认。

实践证明，只有依靠先进的科学技术，广泛地采用新技术、新工艺、新材料和新设备，加强科学管理，才能促进生产的持续发展。

而要完成上述新课题和新项目就离不开精密、复杂、大型、长寿命模具的及时工艺。

从接到设计任务到完成,短短的三个月来,从刚开始朦胧的学习模具设计与制造,到可以独立完成一套小型的模具,这是一个量的积累到质的变化.在设计方面,用CAD软件协助进行绘图,大大的提高工作效率.
设计过程是充实而又快乐的,每当一次又一次的通过查数据,攻破一个小难关,到最后完成有点小成就感,从进学校学习模具这个专业,就以模助为中心,以后要好好朝模助设计师这个目标好好努力!
这次设计能顺利完成，还得感谢罗方河等老师的精心指导。

但错误之处在所难免，望批评指正。

非常感激!
1、设计依据、原始数据 (1)
2、零件冲压加工工艺分析 (1)
2.1冲裁件结构工艺性 (1)
2.2冲裁件的精度和断面粗糙度 (2)
3、确定零件冲压工艺方案 (2)
3.1方案比较 (2)
3.2确定方案.................... .. (2)
4、排样设计 (3)
4.1计算毛坯尺寸 (3)
4.2画排样图,计算料宽 (3)
4.3材料的经济利用 (3)
5、冲裁工艺力的计算 (4)
5.1冲裁力 (4)
5.2卸料力、推件力和顶件力的计算 (5)
5.3冲压设备的选择 (6)
5.4模具压力中心的确定 (8)
6、零件冲压工艺计算 (9)
6.1 凸、凹模间隙值的确定 (9)
6.2 凸、凹模刃口尺寸的确定 (9)
7、模具结构设计 (13)
８、校核压力机安装尺寸 (13)
9、编写技术文件(见附表) (14)
参考文献 (15)
总结与致谢 (15)
附表 (16)
1、设计依据、原始数据
图a
图a心冲片零件图
铁心冲片，材料：硅钢片，厚度0.35mm，生产批量为30万件/年。

2、零件冲压加工工艺分析
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。

一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。

良好的冲裁工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。

2.1冲裁件结构工艺性
冲裁件孔的最小尺寸模具凸模的强度受冲裁件上孔的尺寸的影响，所以冲裁件上的孔不能太小，查《冷冲压模具设计指导书》表2-2，冲裁铁心冲片时，冲孔的最小尺寸为1.3t=0.50mm，该零件的孔远比0.39mm大，所以凸模的强度不受冲裁件上孔的尺寸的影响。

由于孔与壁周距边距仅2mm-3mm,在设计模具时应加以注意，制件较小，从安全考虑，要采取适当的取件方式；还有，有一定的批量，应重视模具材料的选择，保证一定的模具的寿命。

2.2冲裁件的精度和断面粗糙度
（1）精度零件图a所示铁心冲片零件其外形相对比较简单，形状规则，适合冲裁加工。

但零件尺寸公差要求较高，按IT12级选取，利用普通冲裁方式可达到图样要求。

（2）断面粗糙度，查《冲压工艺与模具设计》书，材料厚度t=0.35mm，得断面粗糙度=25m。

3、确定零件冲压工艺方案
该零件的外形简单，形状规则，材料为硅钢片，厚度t=0.35mm,ι=441MPa(为计算方便,圆整450MPa)。

由于生产批量为大批量生产。

而且成型工艺只有冲孔和落料两个工序，所以设计关键是设计模具工作零件的结构，保证模具使用寿命。

3.1方案比较
方案一：采用单工序模，对于该零件，冲模的结构简单、制造周期短，价格低，而且通用性好，比较容易在实现自动化，但是压力机一次行程内只能完成一个工序，生产效率不太高。

方案二：采用复合模，压力机一次行程内可以完成两个或者两个以上工序，生产效率高，适合大批量零件生产，冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一致性好，适宜冲薄料，但是很难实现自动化，只能实现部分自动化，而且制造复杂性和价格都比单工序模高。

方案三：采用级进模，压力机一次行程内可以完成多个工序，生产效率高，冲件精度高，适合中小型零件的大批量零件生产，容易实现自动化，较难保证内外形相对位置一致性。

模具强度高，耐磨性能要好，但模具制造精度不高.
3.2确定方案
比较以上方案，决定采用复合模冲裁该零件，由于生产批量为大批量生产，而且具有操作方便、安全制造方便，维修容易等特点，模具强度较高，寿命较长。

便于实现自动化。

该零件属于薄料冲裁小型零件，而且产量是大批量生产。

从制件的制造精度和生产批量还有模具的生产效率等方面考虑，所以决定采用复合模
冲裁该零件。

复合模缺点在于制造复杂性和价格都相对比较高,而且难以实现自动化.
4、排样设计
4.1计算毛坯尺寸
由于该制件是平整件,毛坯尺寸直接在排样图里表达出来.
4.2画排样图,计算料宽
条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一
定的间隙。

图b
排样图如上图b所示
查《冲压工艺与模具设计(第三版)》表2.5知,a=2.2,b=2.5,因此,计算可知
L=28+a=28+2.2=30.2mm
B=60+2b=60+5=65mm
式中： B为条料宽度的基本尺寸；L为一个步距的尺寸(mm)
4.3材料的经济利用
冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。

衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。

其计算公式如下：
0s s
η=⨯100% 式中0
s 为得到制件的面积(2mm )； s 为一个步距的条料面积(L ⨯B).
得: 6028166530.2
⨯-⨯12⨯2η=⨯100%=66%⨯ 5、冲裁工艺力的计算
5.1冲裁力
计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。

平刃口模具冲裁时，冲裁力F （N ）可按下式进行计算
或b F Lt =σ 式中 L —冲裁件周边长度（mm ）；
t —材料厚度（mm ）；
—材料抗剪强度（M Pa ）；
b σ—材料的抗拉强度（M Pa ）.
K —系数。

（考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3）
一般情况下，材料的，为计算方便，也可用下式计算冲裁力F（N）
式中—材料的抗拉强度（MPa）。

此制件所需的冲裁力由冲孔力、落料力两部分组成。

查《冲压工艺与模具设计》表8-1 得=450Mpa
F=⨯(60⨯2+28⨯2+16⨯4+3.14⨯4⨯4)⨯0.35⨯450M pa
1.3
=1.3⨯290.24⨯0.35⨯450M pa=59.5KN
所以此制件所需的冲裁力=59.5K
5.2卸料力、推件力和顶件力的计算
当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。

为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。

从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。

从凹模内向上顶出制件所需的力，称顶件力。

如图c 所示。

图c工艺力示意图
、、是由压力机和模具的卸料、推料、顶件装置获得的。

影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。

要准确计算这些力是困难的，实际生产中常用下列经验公式计算
=
=
=
式中----冲裁力（k N）
—系数，其值一般为0.02-0.06(薄料取大值,厚料取小值) 卸料力、推件力和顶件力系数，=0.05，=0.05；
—梗塞在凹模直壁内的制件或废料数量，n=h/t。

查表2-22，取h=9，得
=4
=0.05
=⨯59.5=3KN
=4
=⨯0.05⨯59.5=12KN
所以此制件所需的卸料力、推件力和顶件力分别为3KN,12KN,3KN.
5.3冲压设备的选择
（1）、压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。

≥
式中为所选压力机的吨位。

为冲裁时的总力。

冲压力的计算
=+++
F F F F
F
总顶
推卸
=+++=
59.5331277.5KN
查《冷冲压模具设计指导书》表8-10得，完成该制件所需的冲压力为78KN.
（2）初步选择压力机
由《模具设计指导书》表4-32得，选压力机为开式双柱可倾压力机，表4-33得,压力机的标称压力为100KN,型号为J23-10.
其参数如表1-1所示。

表1-1
型号J23-16
公称压力/kN 160
滑块行程70
滑块行程次数/（次/min）115
最大封闭高度/㎜220
封闭高度调节量/㎜60
滑块中心线至床身距离/㎜160
床身两立柱间距离/㎜180
工作台尺寸/㎜前后300
左右450
工作台孔尺寸/㎜前后110
左右220
直径160
垫板尺寸/㎜厚度
直径
模柄孔尺寸/㎜直径30
深度50
最大倾斜角度/（°）30
5.4模具压力中心的确定
冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。

为了保证压力机和冲模正常平稳的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心重合。

图d 压力中心分析图
由图d可知,由于图形上下对称,单件冲裁,帮采用解析法求压力中心(解析法计算依据是,各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴的力矩),因冲裁力与冲裁周边长度成正比,所以各冲裁力可分别用各冲裁周边长度代替,即如以下公式:
按下列公式求压力中心的坐标值（，）：
带入数据讲算可得
02290.24
416150.72512784828.961680
290.24
15.0615x ⨯13⨯16+3⨯4⨯3.14⨯4+4⨯16⨯8+2⨯28⨯14+3⨯22⨯3.14⨯4+28⨯60
=
+++++=
=≈
030y =
根据以上计算和分析,可得到制件的压力中心位于上图坐标系的坐标点(15,30)处.
6、零件冲压工艺计算
6.1 凸、凹模间隙值的确定
凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。

冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。

查《冲压工艺与模具设计》表2.2.4，该冲裁件为硅钢片，板料厚度为0.35mm ，故冲裁模初始双边间隙
=0.04mm ，
=0.06mm 。

6.2 凸、凹模刃口尺寸的确定 1、确定凸、凹模刃口尺寸的原则：
a 、落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸应比凹模小一个最小合理间隙。

b 、冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。

凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。

c 、选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。

一般冲模精度较工件精度高2～3级。

工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为零，下偏差为负。

2、凸、凹模配合加工时的工作部分尺寸
对于冲裁复杂形状冲件的模具或薄板零件的模具，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，其凸、凹模常采用配合加工方法。

凸、凹模工作部分尺寸计算：其落料件按凹模磨损后尺寸增大、减小和不变的规律三种；冲孔件按凸模磨损后尺寸增大、减小和不变的规律三种。

计算公式见《冲压工艺与模具设计》表2.3.2和表2.3.3。

第一类尺寸：落料凹模或冲孔凸模磨损后尺寸将会增大，计算公式为：
=(
-x△)
第二类尺寸：落料凹模或冲孔凸模磨损后尺寸将会减小，计算公式为：
=(
+x△)
第三类尺寸：凹模或凸模磨损后尺寸基本不变，计算公式为：
min (0.5)0.125j C C +-=+∆∆
式中 △为零件的公差(mm)；因冲裁件尺寸公差要求较高，精度按IT12选取。

X 为磨损系数，其值在0.17～0.35之间，按《冲压工艺与模具设计》表2.3.1选取。

该零件精度为IT12，故x=0.75,其中未注公差尺寸精度为IT14.
（1）设计凸模、凹模的刃口尺寸
冲裁该铁心冲片零件用复合模来完成，分两部分来计算,其一为外型刃口尺寸和孔的定位尺寸,其二为孔的刃口尺寸.
1).此制件外形尺寸形状简单,可按分别加工方法计算制件外形刃口尺寸.该冲裁件属于落料件,选凹模为设计基准件，@@图虚线部分为凹模轮廓磨损后的变化。

按配制加工方法，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模的实际尺寸按间隙要求配制。

图e
a) 根据图e ，凹模磨损后变大的尺寸有Ad1(00.3328-), Ad2(0
0.4660-),
Ad3(00.2210-), Ad4 (0
0.2714-), Ad5(0.154+-).
根据第一类计算公式=( -x△) ，由《冲压工艺与模具设计》
表2.3.1查得，根据以上的计算尺寸，其磨损系数为x=0.5或x=0.75,计算过程如下：
0.250.330.08001(280.750.33)27.75Ad +⨯+=-⨯=，
0.460.250.12002(600.50.46)59.77Ad +⨯+=-⨯=，0.460.250.12003(600.50.46)59.77Ad +⨯+=-⨯=，0.270.250.07004(140.750.27)13.8Ad +⨯+=-⨯=，
0.250.3/20.03005(4.150.750.3) 3.93Ad +⨯+=-⨯= （此尺寸为单边增加磨损尺寸，制
造偏差δ=0.25∆/2来计算。

）
b) 根据图e 凹模磨损后变小的尺寸有Bd1(0.270+13),
根据第二类计算公式=( +x△) ，由《冲压工艺与模具设计》
表2.3.1查得，根据以上的计算尺寸，其磨损系数为x=0.75,计算过程如下：
00
0.250.270.071(130.750.27)13.2Bd -⨯-=+⨯=
c) 根据图e 凹模磨损后不变的尺寸有Cd1(0.1116+-),Cd2(180.1+-)
根据第三类计算公式min (0.5)0.125j C C +-=+∆∆，由《冲压工艺与模具设计》表2.3.1查得，根据以上的计算尺寸，其磨损系数为x=0.5,计算过程如下：
0.1250.110.44161(15.780.50.44)Cd ++--⨯==+⨯,0.1250.0250.218.052(17.90.750.2)Cd ++--⨯==+⨯
d) 凸模刃口尺寸确定
查书《冲压工艺与模具设计》表2.2.3，冲裁间隙min Z =0.04,max Z =0.06，故凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙min Z =0.04。

该冲压件落料凹模和凸模的刃口尺寸标注如图f 。

图f
2）.冲孔的刃口尺寸计算（0.150+∅4），由公差表查得0.150+∅4为IT12级制造公
差，取x=0.75，且该孔的凸模、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则：
根据计算公式，可得出以下结果，
000
min 0.008()(40.750.15) 4.11p p p d d x -δ-δ-=+∆=+⨯=
0.012min 000()(40.04) 4.15d d d d d d Z +δ+δ+=+=+=
校核：max min
//0.0080.0120.060.040.02()0.02(p d Z Z δ/+/δ≤-+≤-=左边右边)(满足间隙公差条件)
7、模具结构设计
(1).凹模设计,选用整体式矩形凹模较为合理.因生产批量大,制件厚度薄,由《模具设计指导》表3-5中,查得,选用T10A 作为凹模材料.
1) 凹模外形尺寸：
凹模厚度：按公式H=Kb(≥15mm)
凹模壁厚：按公式C=（1.5～2）H(≥30mm) 式中 b 为冲裁件的最大外形尺寸；b=240mm.
K 为系数，考虑板料厚度的影响，查书《冲压工艺与模具设计》表2.8.1,K=0.1,则
b=0.1X240=24mm
但考虑到要增加凹模强度来提高模具寿命，所以凹模的厚度要适当增加，故取30mm 。

C=（1.5～2）H=45～60mm,
根据零件尺寸即可以估算凹模的外形尺寸； L=50x2+60=160mm,B=2c+28=118～148mm 。

由《模具设计指导》表5-43矩形凹模标准可查到较为靠近的凹模周界尺寸为160X125X24.把此值查表5-2,可得典型组合160X125X140～170(单位为mm)(摘
自JB/T8066.1-1995).而由此典型组合标准,即可方便地确定其他冲模零件的数量、尺寸及主要参数。

(2).选择模架及确定其他冲模零件尺寸由凹模周界尺寸及模架闭合高度在140～170mm之间，查书《模具设计指导》表5-7选用对角导柱模架，标记为160X125140～170I (GB/T 2851.1—1990),并可根据此标准画出模架图。

类似也可查出其他尺寸参数，此时即转入装配图。

８、校核压力机安装尺寸
模座外形尺寸为330×180mm,闭合高度为180mm,由表1-1,J23-16型压力机工作台尺寸为300×450mm,最大闭合高度为220 mm,封闭高度调节量为60 mm,符合该模具安装要求,即可安装完成冲裁.模柄尺寸也与本副模具所选模具尺寸相符.
9、编写技术文件(见附表)
参考文献
1 史铁梁. 模具设计指导. 北京: 机械工业出版社, 2008
2 成虹. 冲压工艺与模具设计. 第二版. 北京: 高等教育出版社, 2006
3 陈于萍. 周兆元. 互换性与测量技术基础. 第二版. 北京: 机械工业出版社, 2005
4 金大鹰. 机械制图(机械类专业). 北京: 机械工业出版社, 2006
5 编委会. 中国模具设计大典. 第3卷. 江西: 科学技术出版社出版, 2002
6 王孝培. 冲压手册. 第2版. 北京: 机械工业出版社, 2000
总结与致谢
通过这一阶段的努力，我的毕业论文《铁心冲片冲压模》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。

在大学阶段，我在学习上和思想上都得到提高，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在本论文的写作过程中，我的指导老师罗方河老师、汪立胜老师倾注了大量的时间，在此我表示衷心感谢。

同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。

毕业设计是一次再系统学习的过程，毕业设计的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。

恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！
附表01
附录02
附录03
附录04
注：部分图纸由电子文档中的〈姚赞彬复合模装配图零件图.dwg〉提供。