机制毕业设计

毕业设计
垫片模具复合设计
学生姓名：曲艺
指导教师：
专业名称：机械设计与制造所在院系：机械工程系
2014年6月
目录
摘要 (I)
第一章工件的工艺性分析 (1)
1.1冲压件的工艺性分析 (1)
1.2冲裁工艺方案的确定 (1)
第二章主要数据的计算 (3)
2.1 排样方案的确定及计算 (3)
2.2冲压力的计算 (6)
2.3模具压力中心的确定 (9)
第三章模具结构及模具零件的设计 (9)
3.1模具类型的选择 (9)
3.2定位方式的选择 (10)
3.3卸料装置与推件装置的选取 (10)
第四章闭模高度的计算 (12)
第五章模具总装图 (14)
第六章模具材料的选用 (15)
结论 (16)
致谢 (17)
参考文献 (18)
摘要
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。

当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。

因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。

我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。

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。

在这次设计中根据所给题目的要求，我首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择了冲孔落料的方案。

根据对零件的综合分析，在本人这次设计中我设计的模具是倒装冲孔落料复合模，主要介绍的是模具的冲孔落料，冲压生产中应用最广泛的工序之一。

由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法为：采用复合工序冲孔落料模进行加工。

关键词：紫铜垫片，冲孔，落料，复合模
第一章工件的工艺性分析
零件简图：如图1.1所示
工件名称：紫铜垫片
生产批量：大批量
材料：紫铜
厚度：0.5mm
图1.1零件图
1.1冲压件的工艺性分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。

在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。

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

此工件只有冲孔和落料两个基本工序，材料为紫铜，紫铜有较好的塑性，很容易进行冷热加工，适合冲裁。

工件结构比较复杂，尺寸全部为自由尺寸，作为普通冲裁，其经济精度一般在IT12～IT14级，取落料精度为IT14级，冲孔精度为IT13级。

1.2冲裁工艺方案的确定
该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种方案：
方案一：先落料，后冲孔，需要两套模具，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，需要一套模具；
方案三：冲孔—落料级进模，需要一套模具。

三种方案比较见表1.1
表1.1三种方案的比较
由于这样一个工件按单工序模具来加工，则需两个工序，即需要两套模具，两台设备，模具制造费用大，生产效率低，且不容易保证尺寸精度，操作不便，也不够安全。

所以方案一不合理。

若采用模具级进则模具制造难度加大，工件的尺寸也不容易保证。

生产效率也不高，所以方案三也不合理。

而采用复合模制冲件时，由于这个工件的结构不太复杂而且轴对称，复合模的成本不是太高，制造的难度也不大，容易保证尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生产效率高。

所以综合考虑，对以上三种模具特点的比较后，方案二比较合理。

所以采用方案二的复合模。

第二章主要数据的计算
2.1 排样方案的确定及计算
在冲压生产中，节约和减少废料具有重要的意义，在模具设计中，排样设计是一项极为重要的、技术性很强的设计工作，排样的合理与否直接影响到材料的利用率、制件质量、生产率与成本以及模具寿命等，所以排样工作的好坏是左右冲裁经济效益的重要因素之一。

冲裁所产生的废料分为两种，一是工件的各种内孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称为设计废料；二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料，它取决于冲压方式和排样方式，称为工艺废料。

提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小，另外在满足工件使用要求的前提下，适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。

排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。

搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。

搭边值的大小与下列因素有关：
①材料的力学性能。

硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。

②工件的形状与尺寸。

尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。

③材料厚度。

薄材料的搭边值应取的大一些。

④送料方式及挡料方式。

用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。

常用的排样方法有三种：
①有废料排样：指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高。

②少废料排样：指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁，只有局部搭边的存在。

③无废料排样：指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。

少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。

并且工件须具有一定的形状才能采用少、无废料排样。

上述三类排样方法，按工件的外形特征主要分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排等形式。

总上所述排样如图2.1所示。

表2.1 搭边值表
由表2.1 确定搭边值表
根据零件形状两式件间按矩形取搭边值a =1.5mm ，侧边取搭边值1a =1.2mm 。

条料的送料步距按下式：
1a d h += (2－1)
式中 h ——送料步距（mm ）; 1a ——最小搭边值（mm ）;
则步距：h =63.79+1.5≈65mm
条料宽度按下式：
()0
2∆=∆=++=C a D b
﹙2-2﹚
其中D 为冲裁件宽度方向的最大尺寸；
C 为导料板与最宽条料之间的间隙查表取0.5C =。

表2.2导料板与最宽条料之间的间
隙表
导料板间的距离为44mm 。

`
图2.1 排样图
()mm
b 04.00
4.05.435.05.1240--∆-=+⨯+=
2.2.1 落料力
材料的抗2.2冲压力的计算
剪强度 τ=240Mpa
﹙2-3﹚
N
4.33680240
5.09.2153.1=⨯⨯⨯=
其中 F ——冲裁力 L ——冲裁周边长度 t ——材料厚度 τ——材料抗剪强度 K ——系数 2.2.2 冲孔力
中心孔：
1.380.80.5240
12604.8N
=⨯⨯⨯=
2个小孔：
N 8.97962405.04.313.1=⨯⨯⨯=
2.2.3 冲裁时的推件力和卸料力及压力机的选择
表2.3卸料力、推件力及顶件力系数
查表2.3 ,03.0=推K 02.0=卸K 序号1的凹模刃口形式，mm h 5=，则 105
.05
===
t h n 个
故
落推推落F K n F ⨯= （2-4）
()0.03109796.81260.83317.28N =⨯⨯+=
4.3368002.0⨯=推F
=673.608N
为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，且考虑到凸模相距很近时避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断故把三冲孔凸模设计成阶梯凸模如图2.2。

图2.2阶梯凸模
其凸模间的高度差H 与板料厚度t 有关即t ＞3mm H =t , t ＞3mm 时H =0.5t .因此
高度差H =0.5mm 。

则最大冲压力：
KN
N
F F F F F F 07288.6088.6007228.3317608.6738.126048.97964.3368021==+++++++=＝＋推
卸冲冲落总 ﹙2-5﹚
查表选取国产63KN 开式压力机
其最大装模高度为170mm
最小装模高度为130mm
模柄孔尺寸为直径30mm ，深度为50mm
工作台尺寸左右为315mm 、前后200mm ，厚度40mm
工作台孔尺寸：左右150mm 、前后70mm 、直径110mm
立柱间距离：150mm
倾斜角30
2.3模具压力中心的确定
对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。

模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。

一切对称冲裁件的压力中心，均位于其轮廓图形的几何中心点上。

对于该工件，由工件形状可知压力中心位于圆心上。

如上图1.1根据图形分析，因为工件图形对称，所以该工件的压力中心为该工件的中心。

第三章模具结构及模具零件的设计
3.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知采用复合冲压，但复合模又可分为倒装复合模和正装复合模，其各自的特点如下表
表3.1正装复合模与倒装复合模的比较
该冲件属于普通冲裁，精度要求不高又属于大批量生产，采用倒装比正装操作方便简单，生产效率较高，因此选用倒装复合模。

3.2定位方式的选择
定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。

①属于送料导向的定位零件又导料销，导料板、侧压板等。

导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。

导料销则多用于复合模和单工序模中。

因此选导料销做为导向且位于条料的同侧，从右向左送料时导料销装在后侧。

②属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。

挡料销则多用于复合模和单工序模中。

选取挡料销做定距定位零件。

在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式弹顶挡料销。

其挡料销的高度h查表得h=3mm
表3.2挡料销高度h
3.3卸料装置与推件装置的选取
常见的卸料零件又固定卸料板和弹压卸料板。

前者式刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于0.8mm的模具，后者是柔性结构，兼有压料和卸料两个作用。

其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。

主要用于冲制薄料和要求制件平整的充模中，长用在倒装复合模中，因此选取弹压卸料板。

弹压卸料板与凸模配合间隙值查表的C=0.1mm
表3.3弹压卸料板与凸模配合间隙值
在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.3～0.5mm 。

卸料板的厚度查表3.4。

表3.4卸料板的厚度
查上表得卸料板厚度mm HO 8=
卸料弹簧选取4个圆钢丝弹簧，其规格为外径mm D 14=, 截面mm d 2=,自由高度
mm h 12=,工作高度mm H 3.4=,节距mm t 5.4=。

该弹簧的材料为65Mn ，淬硬HRC 43～
48.它的安装结构是套在卸料螺钉外面，卸料螺钉的直径按公式（3-1）
-=Di B ﹙2～3﹚ （3-1）
其中Di 为弹簧的内径
图3.1卸料螺钉
计算得mm B 8=。

其卸料螺钉的结构形式如图3.1
推件装置选取刚性推件装置，它有打杆、推板、连接推杆和推件块组成。

第四章 闭模高度的计算
为了保证模具和压力机相适应，冲模的闭合高度H 应介于压力机的最大装模高度max
H 和最小装模高度min H 之间，其关系式为（4－1）：
mm H H H mm H H 5101max 1min --≤≤+-
（4-1）
式中 H ——冲模的闭模高度;
max H ——最大闭模高度;
min H ——最小闭模高度;
1H ——垫板高度；
max 1H H -——最大装模高度；
min 1H H -——最小装模高度。

则 ;14010130101min mm mm mm mm H H =+=+-
mm mm mm mm H H 165517051max =-=--
凸凹模凸模垫板上模座下模座H H H H H H ++++=
=40mm +34mm +10+mm 38mm +37mm -15mm =144mm
有上数可知max min H H H <<,则所选则的压力机符合要求。

第五章模具总装图
图5.1总装图
1.下模座
2.内六角螺钉
3.导柱
4.弹簧
5.卸料板
6.活动挡料销
7. 内六角螺钉
8.导套
9.上模座 10.凸模固定板 11.顶件块 12.顶杆 13.推板 14.打杆 15.模柄16. 内六角螺钉 17.冲大孔凸模 18.垫板 19.小孔凸模 20.凹模 21.凸凹模 22.固定板 23.圆柱销 24.活动挡料销25.卸料螺钉26.弹簧 27.凸模镶块
工作原理：该模具为倒装复合摸，冲压时可自动送料，板料由卸料板5上的活动挡料销6挡料送进。

工作时上模下行，由凸凹模（21）、落料凹模（20）、冲孔凸模（17、19）完成落料冲孔，使工件成型，工作完成后上模上行，当滑块碰到上死点时，打杆和推板开始工作，将工件从凹模内推出落下，冲孔废料从工作台孔内直接落下。

第六章 模具材料的选用
利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。

是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。

而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。

冷冲模材料应具有的性能：
冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。

冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。

模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。

因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。

1. 应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。

其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。

工作零件热处理后的硬度在60HRC 强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。

2. 应具有较高的断裂抗主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。

其基体中碳含量越高冲击韧性越高。

故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性。

3. 应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物 相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等
4. 应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。

总上所述：凸、凹模采用工作部分局部淬火()
，硬度HRC 6258--材料也用淬火变形小的n r W M C 模具钢。

结论
这次的毕业设计是大学三年中的最后一个环节，是对三年的学习生活中所学的知识一个汇总和概括，使我们每个人都能总合运用所学的知识。

在校期间，开设有《机械制图及AUTOCAD》、《机械设计》、《机械制造》、《液压传动》、《数控机床及编程》、《PLC》等课程，这些课程有电子的，有专业课程设计的，对我们搞好这次毕业设计有很大的帮助，综合运用好这些课程，对我这次有巨大的帮助。

即将毕业的我，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦，如机器损坏或零件老化等一系列问题时，这时就要靠自己以前所学的知识和积累的经验去解决它。

随着科学技术的高度发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格低廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。

因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养；增加设计方面的知识而努力。

综合运用好这些课程，加之我们平时的知识积累和老师的极大的帮助和指导，为这次课程设计提供了非常有利的保障。

因水平有限，设计中必然有许多不足之处，还望老师批评指正。

致谢
三年的学习生活一眨眼就过了，在外求学经历的坎坷使我慢慢成熟，对三年以来帮助的人们我满怀感激，时刻没有忘记。

所经历的一切将让我倍加珍惜未来的生活。

通过此次毕业设计，使我学到了许多知识，比如说模具整体的设计过程和设计模具的实用性，你所设计的模具的最终目的是用模具来生产出合格的产品，其中还包括许多课本上学不到的知识。

当然，在设计过程中出现的一些难题。

比如说怎样提高产品的加工精度，以及小型工件的加紧这些问题，都通过我们去翻阅相关的书籍和经过王老师的悉心指教和帮助最终才得以解决，通过本次毕业设计，也使得我们这组成员更加齐心协力、努力创新，自始至终，都抱着一颗坚定的信念,即如何做能使其工件更加美观、精度更高、工作效率最高的心态即将毕业的我们，在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦。

随着科学技术的高度的发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。

因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养，树立知识经济意识；善于利用各种信息资源，扩展知识面和能力；培养严谨、科学、创新与创业、艰苦奋斗的企业精神，加强环境保护意识，做到清洁生产和文明生产，以最大限度的获得企业效益和社会效益
在此，感谢我们的指导老师在百忙之中给予我们作品的悉心指点与帮助。

感谢他为我们指点迷律、出谋划策。

同时，也感谢我们的这组的成员在这次设计中给予我的帮助！
王文斌
2012年5月
参考文献
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