冷冲压模具毕业设计

山西机电职业技术学
院
毕业设计〔论
文〕
2021级模具设计与制造
题目：支架板冲压模具设计与制造
毕业时间：2021 -07
学生姓名：朱强
指导教师：董海涛
班级：模具1019
2021年3月22日
摘要
模具属于精密机械产品，它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件、导向零件、支承零件、定位零件及送料机构、抽芯机构、推出机构等。

模具与相应的成形设备〔如冲床、塑料注射机、压铸机等〕配套使用时，可直接改变金属或非金属材料的形状、尺寸、相对位置和性能，使之成形为合格的制件。

模具设计是模具制造的根底，合理正确的设计是正确制造模具的保证；模具制造技术的开展对提高模具质量、精度以及缩短制造模具的周期具有重要的意义；模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率在很大程度上取决于制造模具的材料及热处理工艺；模具本钱直接关系到制件的本钱以及模具生产企业的经济效益；模具工作零件的精度决定制件的精度；模具的寿命又与模具材料及热处理、模具结构以及所加工制作材料等诸多因素有关；模具的安装与使用直接关系到模具的使用性能及平安；而模具的标准化是模具设计与制造的根底，对大规模、专业化生产模具具有极重要的作用，模具标准化程度的上下是模具工业开展水平的标志。

本次设计绘图采用CAD进行，CAD为计算机辅助制图工具，是一款专业机械平面制图软件，具有很强的图象处理功能。

关键词：模具设计，排样，冷冲模
ABSTRACT
The mold belongs to the precision machinery product, it mainly is composed by the machine parts and the organization, like the formed work components, the guidance components, the supporting components, the localization components and the feed mechanism, pull out when the core organization, promotes the organization and so on the mold and the corresponding complete installation (for example punch press, plastic injection machine, compression casting machine and so on) the necessary use, may directly change the metal or the nonmetallic material shape, the size, the relative position and the performance, causes it forming for the qualified work-piece .
mold design is the foundation which the mold makes, the reasonable correct design is correctly makes the mold the guarantee; The mold manufacture technology development to improves the mold quality, the precision as well as reduces makes mold the cycle to have the vital significance; The mold quality, the service life, the manufacture precision and the qualified rate are decided in the very great degree to makes the mold the material and the heat treatment craft; The mold cost directly relates the
work-piece the cost as well as the mold production enterprise's economic efficiency; The mold work components precision decides the work-piece the precision; The mold life with the mold material and the heat treatment, the mold structure as well as processes the manufacture material related and so on many factors; The mold installment and the use directly relates the mold the operational performance and the security; But the mold standardization is the mold design and the manufacture foundation, to large-scale, the specialized production mold has the extremely vital role, the mold standardization degree height is the mold industrial development level symbol
This design cartography uses CAD to carry on, CAD is the computer auxiliary charting tool, is section specialty mechanical plane charting software, has the very strong imagery processing function
KEY WORD: The mold design, Row of type，Cold ramming
目录
前言 (5)
冷冲压的概述 (12)
冲压工艺的特点及应用 (12)
模具设计的主要内容 (13)
§1.1 零件简图 (15)
§ (15)
§冲压工艺方案确实定 (16)
§主要设计计算 (17)
§模具的主要零部件的结构与尺寸 (29)
§1.6 模具总体设计 (34)
总结 (38)
致谢 (39)
参考文献 (40)
前言
当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争剧烈。

在这种情况下，用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。

因此，模具工业的开展的趋势是非常明显的。

一、模具产品开展将大型化精密化
模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已到达一模几百腔)使模具日趋大型化。

随着零件微型化，以及模具结构开展的要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5μm提高到2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下，这就要求开展超精加工。

二、多功能复合模具将进一步开展
新型多功能复合具是在多工位级进模根底上开发出来的。

一套多功能模具除了冲压成形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。

通过这种多劝能模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件。

如触头与支座的组件，各种小型电机、电器及仪表的铁芯组件等。

三、热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高
由于采用热流道技术的模具可提高制作的生产率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。

国外热流道模具已有一半用上了热流道技术，有的厂甚至已达80%以上，效果十清楚显。

国内近几年已开始推广
应用，但总体还达不到10%，个别企业已到达20%～30%。

制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是开展热流道模具的关键。

四、气体辅助注射模具和适应高压注射成形等工艺的模具将积极开展
辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、外表好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低本钱，国外，已经较成熟。

国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。

气体辅助注射成形包括塑料熔体注射和气体(一般均采用氮气)注射成形两面部份，比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且气体辅助注射常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。

为了确保塑料件精度，将继续研究开展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具。

在注射成形中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可强制树脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。

模具要求刚性好、耐高压。

特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模具能准确控制。

注射压缩成型技术，是在模具预先半开模状态或者在锁模力保持中压或低压，模具在设定的翻开量下，注射溶融树脂，然后以最大的锁模力进行压缩成型，其效果是：(1)成型件局部内应力小；(2)可得到缩孔少的厚壁成型件；
(3)对于塑件狭窄的部件也可注入树脂；(4)用小注射力能得到优良制品。

该类模具的理想结构是：(1) 注射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔；(2)充填完后能立即遮断浇口部；(3)压缩作用应仅限于型腔部。

五、快速经济模具的前景十分广阔
现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。

一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的把戏变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。

因此，开发快速经济具越来越引起人们的重视。

例如，研制各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具：中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步开展。

快换模架、快换冲头等也将日益开展。

另外，采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到开展和提高。

六、模具标准件的应用将日渐广泛
使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造本钱。

因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低本钱；再次是要进一步增加标准件规格品种，开展和完善联销网，保证供货迅速。

七、模具使用优质材料及应用先进的外表处理技术将进一步受重视
在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%之间，因此选用优质钢材和应用的外表处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。

对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提高钢的纯洁度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。

如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。

粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。

其碳化物微细，组织均匀，没有材料方向性，
因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、常年使用尺寸稳定等特点，是一种很有开展前途的钢材。

特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。

这种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、形芯、浇口等主要部件。

另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间亦是重要方向。

模具热处理和外表处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。

模具热处理的开展方向是采用真空热处理。

模具外表处理除完善普及常用外表处理方法，即扩渗如：渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应开展设备昴贵、工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。

八、在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术开展的一个重要里程碑。

实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的开展方向。

现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已根本成熟。

由于模具 CAD/CAM 技术已开展成为一项比拟成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广阔模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条伯。

随着微机软件的开展和进步，技术培训工作也日趋简化。

在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。

加大技术培训和技术效劳的力度。

应时一步扩大CAE技术的应用范围。

对于已普及了模具CAD/CAM技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP,PDMCIMS,VR，逐步深化和提高。

九、快速原型制造(RPM)技术得到更好的开展
快速原型制造(RPM)技术是美国首先推出的。

它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的开展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/堆积(即材料累加) 成形思想，根据零件CAD模型、快速自动完成复杂的三维实体(原型)制造。

RPM 技术是集精密机械制造、计算机、NC技术、激光成形技术和材料科学最新开展的高科技技术，被公认为是继NC技术之后的一次技术革命。

RPM技术可直接或间接用于模具制造。

首先是通过立体光固化(SLA)叠层实体制造(LOM) 激光选区烧结(SLS)、三维打印(3D-P)熔融沉积成形(FDM)等不同方法得到制件原型。

然后通过一些传统的快速制模方法，获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具。

主要有精密铸造、粉末冶金、电铸和熔射(热喷涂)等方法。

这种方法制模，具有技术先进、本钱较低、设计制造周期短、精度适中等特点。

从模具的概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间的1/3和本钱的1/4左右。

因此，快速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速制模技术，进一步深入开展的方向。

RPM技术还可以解决石墨电极压力振动(研磨)成形法中母模(电极研具)制造困难问题，使该法获得新生。

青岛海尔模具还构建了基于RE(逆向工程技术)/RPM的模具并行开发系统，具有开发质量高、开发本钱低及开发周期短等优点。

十、高速铣削加工将得到更广泛的应用
国外近年来开展的高速铣削加工，主轴转速可到达40000～100000r/min,快速进给速度可到达30～40m/min，换刀时间可提高到1～3S。

这样就大幅度提高了加工效率，如在加工压铸模时，可
提高7～8倍，并可获得Ra≤10um的加工外表粗糙度。

形状精度可达10um。

另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。

因此，高速铣削加工技术的开展，促进了模具加工的开展，特别是对汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。

十一、模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用
英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国200多家模具厂点得到应用，取得良好效果。

该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能，大大缩短的研制制造周期。

如RENSCAN200快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集，控制核心是雷尼绍TRACECUT软件，可自动生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的CAD数据。

用于模具制造业的“逆向工程〞。

该公司又推出了CYCLON高速扫描机，这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占用加工机床的工作时间。

其扫描速度最高可达3m/min，大大缩短了模具制造周期，另外，其数据采集速度比RENSCAN200快，定时探针接触力小，因此可以用非常细的探针，用来扫描细小的模具和细微的特征外表，扩大模具生产的品种范围。

由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五〞期间将发挥更大作用。

十二、模具研磨抛光将向自动化、智能化方向开展
模具外表的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。

模具外表的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低(约占整个模具
制造周期的1/3)，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次开展。

因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的开展趋势。

日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、智能化是重要的开展趋势。

日本已研制了数控研磨机，可实现三给曲面模具研磨抛光的自动化。

另外，由于模具型腔形状复杂，任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。

应注意开展特种研磨与抛光、如挤压衍磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具外表质量。

十三、模具自动加工系统的研制和开展
随着各种新技术的迅速开展，国外已出现了模具自动加工系统。

这也是我国长远开展的目标。

模具自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

本说明书主要介绍了冲孔、落料符合模具的设计。

对于冲压变形的概念也作了介绍，其内容包括：标准件的选择，凸凹模尺寸的计算等。

本说明书尽量做到简洁明了，增加了可读性与实用性。

支架板冷冲模设计
一、冷冲压的概述：
冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生别离或变形，从而获得一定形状，尺寸和性能的零件加工方法。

它是压力加工方法的一种，是机械制造中先进的加工方法之一。

在冷冲压加工中，冷冲模就是冲压加工所用的工艺设备，没有先进的冷冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冷冲压工序的分类：
由于冷冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等不同，其冲压方法可分为别离工序和变形
工序两大类。

冷冲压可分为5个根本工序：
（1）冲裁使板料实现别离的冲压工序。

（2）弯曲将金属材料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的冲压工序。

（3）拉伸将平面板料变成各种开口空心件，或者把空心件的尺寸作进一步改变的冲压工序。

（4）成形用各种步同性质的局部变形来改变毛坯或冲压
件形状的冲压工序。

（5）立体压制将金属材料体积重新分布的冲压工序。

二、冲压工艺的特点及应用
冷冲压工艺与其他加工方法相比，有以下特点：
（1）用冷冲压加工方法可以得到形状复杂，用其他加工方法难以加工的工件。

冷冲压的尺寸精度是由模具保证
的，因此，尺寸稳定，互换性好。

（2）材料利用率高，工件质量轻，刚性好，强度高，冲压过程耗能少，因此工件本钱较低。

（3）操作简单，劳动强度低，易于实现自动化，生产率高。

（4）冷冲压加工中所需的模具结构一般比拟复杂，生产周期较长，本钱较高，因此多用于成批，大量生产。

由于冷冲压有许多突出优点，因此在各个行业都有广泛应用。

三、模具设计的主要内容：
1.熟悉相关设计资料及文献。

2.对冲裁件进行工艺性分析。

3.确定合理的冲裁的工艺方案。

4.选择模具的结构形式。

5.进行必要的工艺计算，主要包括：
1)排样的设计与计算：选择排样方法，确定搭边值，计
算送料步距与条料宽度，计算材料利用率，画出排样
圆等。

2)计算冲压力：包括冲裁力，卸料力，推件力或顶件力。

3)计算模具的压力中心。

4)计算凸凹模工作局部尺寸并确定其制造公差。

5)弹性元件的选用。

6．选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸。

7．绘制装配图与零件图。

8．编写设计说明书。

§1.1 零件简图
名称：支架板，如图1-1所示
图1-1冲压零件
材料：45钢
材料厚度：3mm
§1.2 冲压件工艺性分析
该零件结构简单，是由圆弧和直线组成的。

此工件只有落料和冲孔两个工序。

材料为45钢，具有良好的冲压性能，适
合冲裁。

工件结构相对简单，有一个φ45mm的孔和φ68mm的孔；
有表附1和表2查出，冲裁件内外形所能到达的经济精度为IT12～IT13，孔中心与边缘距离尺寸公差为±0.7，两孔中心距为±0.125。

将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比拟，可以认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。

其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲孔落料复合冲裁模进行加工，且一次冲压成形。

§1.3 冲压工艺方案确实定
该工件包括落料、冲孔两个根本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：先落料，后冲孔。

采用单工序模生产。

方案二：落料-冲孔复合冲压。

采用复合模生产。

方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，本钱高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。

方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，且使用倒装复合模。

倒装复合膜主要优点是废料能直接从压力机台面落下，而冲裁件从上模推下，比拟容易引出去，因此操作方便平安。

由于倒转复合膜易于安装送料装置，生产效率高，所以倒装复合模应用比拟广泛。

§1.4 主要设计计算
(一)排样方式确实定及其计算
排样：冲裁件在条料上布置的方法称为排样。

排样的原那么如下：
1)提高材料的利用率。

对于冲裁件来说由于产量大，冲压的
生产率高，所以材料费用常会占冲裁总本钱的60％以上。

材料的利用率是一项很重要的指标。

要提高材料利用率，就必须要减少废料面积。

冲裁过程中所产生的废料可分结构废料与工艺废料两种。

结构废料是由工件形状决定的。

而工艺废料那么是由冲压方式与排样方式决定的。

因此要提高材料利用率主要应从减小工艺废料着手，设计出合理的排样方案。

2)使工人操作方便，平安，减少工人的劳动强度。

条料在冲
裁过程中翻动要少。

在材料利用率相同或相近时，应尽可能选条料宽，进距小的排样方法，它还可减少板料裁切次数，节省剪裁备料的时间。

3)使模具结构简单，寿命较高。

4)排样应保证冲裁件的质量。

排样方法：
根据材料经济利用原那么，排样方法可分为：
a)有废料排样法
有废料排样是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间，都有工艺余料〔称搭边〕的存在。

冲裁是沿着冲裁件的封闭轮廓进行，所以冲裁件质量较好。

模具的寿命较长，但材料的利用率较低。

b)少废料排样法
少废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料侧边之间留有搭边，而在冲裁件与条料侧边或冲裁件与冲裁件之间无搭边存在。

这种排样方法的冲裁只沿着冲裁件的局部外轮廓进行，材料的利用率可达70％～90％。

c)无废料排样法
无废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与侧边之间均无搭边存在。

这种排样方法的冲裁件实际上是直接由切断条料获得。

所以材料的利用率可达85％～95％。

由于加工的支架板零件的竞速要求，所以只能选择第一种排样方法：有废料排样法。

设计倒装复合模。

首先要设计条料排样图。

我们采用直排的排样方案。

材料的利用率高，如图1-2所示
图1-2排样
搭边
排样时将冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。

1)搭边的作用:
A.起补偿条料的裁剪误差、送料步距误差以及补偿由于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪料误差的作用。

假设没有搭边那么可能发生工件缺角、缺边或尺寸超差等废品。

B.使凸凹刃口双边受力。

由于搭边的存在，使凸凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，受力平衡、合理间隙不易破坏。

模具寿命与工作断面质量都能提高。

C.对于利用搭边拉条料的自殴打那个送料模具，搭边使条料有一定的刚度以保证条料的连续送进。

2)搭边的数值
搭边过大，浪费材料。

搭边过小，起不到上述应有作用。

过小的搭边还可能呗拉入凸模和凹模的间隙，使模具容易磨损，甚至损坏模具刃口。

搭边的合理数值就是保证冲裁件质量，保证模具较长寿命，保证自动送料时不被拉弯拉断下允许的最小值。

搭边的合理数值，主要决定于冲裁件质量、材料厚度、材料种类、仲裁件的大小及冲裁件的轮廓形状等。

查表得到的最小搭边值：
工件间a= 取a=3mm
侧面a1= 取a1=3mm
〔二〕送料步距与条料宽度的计算
①送料步距A
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。

每一个步距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件，送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁间的对应点之间的距离。

每次只冲一个零件的步距A的计算公式为：
A = D + a
式中D－平行于送料方向的冲裁件宽度
a － 冲裁件之间的搭边值
∴ 步距 A ＝ 145 + 3 ＝ 148 mm
② 条料宽度 B
条料是由板料裁剪下料而得，为了保证送料顺利，裁剪时的公差带分布规定上偏差为零，下偏差为负值〔- △〕条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料板导向而又无侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。

条料宽度B 的计算应保证在这二种误差的影响下，仍然保证在冲裁件与条料侧边之间有一定的搭边值a 。

条料宽B ＝〔 D + 2a 1 + △ 〕∆
-0 式中D －冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；
a 1－冲裁件与条料侧边的搭边；
△ －板料剪裁时的下偏差。

查表得 △
∴ B =〔 210 + 2 × 3 + 〕∆-0= 217 ∆
-0mm ③材料利用率η的计算：
材料的利用率通常是以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示:。