水管金属垫片冲压模具

宜宾职业技术学院 毕业设计 题目：水管金属垫片冲压模具 总体设计 系 部 现代制造工程系 专 业 名 称 模具设计与制造 班 级 模 具 1104 姓 名 陈 玉 明 指 导 教 师 刘 勇 2012 年 11 月 1 日 宜宾职业技术学院 毕业设计选题报告 姓名 陈玉明 性别 男 学号 201012905 系部 现代制造 工程系 专业 模具设计 与制造 设计 题目 水管金属垫片冲压模具总体设计 课题来源 生产 课题类别 设计 选做本课题的原因及条件分析： 原因：随着社会生产力的发展，机械制造业在我国的发展非常迅速，机械与我们的日常 生活紧紧相连。正因为如此，常用于机械中的垫片就相应的运用得非常广泛，这就给我们的 制造业带来了很大的市场，所以我选择此项目。 条件分析：我具备基本的专业知识，会运用 CAD/CAM 等辅助制造软件，以及查阅相关的 资料和借助网络资源。同时在指导老师的指导下，我相信我一定能完成我所负责的工作。 因此，我们申请此课题，望指导老师及系领导批准！ 内容和要求 内容：材料的选择及技术要求的制定，零件的工艺分析，工艺参数设计与计算， 冲裁工艺方案的确定，相关参数的计算，设计说明书的拟定等。 要求：1、设计出一套完整的模具 2、按国家标准绘制相关的零件简图。3、按要 求撰写毕业设计说明书 4、按照毕业论文的要求完成毕业设计的各项工作，如理论与 实践的结合，毕业设计理念的改变，做到在文档上的各项要求，一切满足毕业设计的 条件，认真、独立完成此次毕业设计。 指导 教师 意见 （签章） 年 月 日 系部毕业论文（设计）领导小组意见： （签章） 年 月 日 附表 2 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）指导教师成绩评定表 学生 姓名 陈玉明 学生 学号 201012905 班级 模具 1104 班 题目 水管金属垫片冲压模具总体设计 评价内容 具 体 要 求 分 值 评 分 调查论证 能独立查阅文献和从事其他调研；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。 10 分析及实践 能力 理论分析与计算正确，有较强的实际动手能力、分析能 力和计算机应用能力。 20 基础理论与 专业知识 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能对课 题进行理论分析，得出有价值的结论。 20 论文（设计） 写作质量 立论正确，论述充分，结论严谨合理；分析处理科学； 文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写 工整规范，图表完备、整洁、正确；论文有应用价值、 设计结果达到要求。 30 学习态度与 工作质量 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工 作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。 10 创 新 有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 总分 指导 教师 评语 是否可以提交答辩 是 否 指导教师签字 年 月 日 附表 3 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）评阅教师成绩评定表 学生姓名 陈玉明 学生学号 201012905 班级 模具 1104班 题目 水管金属垫片冲压模具总体设计 评价内容 具 体 要 求 分值 评分 文献综述 综述简练完整，有见解；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。 10 论文（设计） 写作质量 立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处 理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全， 书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用 价值、设计结果达到要求。 70 工作量及 难度 工作量饱满，难度较大。 10 创 新 有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 总分 评阅 教师 评语 是否可以提交答辩 是 否 评阅教师签字 年 月 日 附表 4 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）答辩记录表 学生姓名 陈玉明 学生学号 201012905 班级 模具 1104 题 目 水管金属垫片冲压模具总体设计 答辩小组成员 姓 名 职称 工作单位 备注 曾欣 讲师 宜宾职业技术学院 唐永艳 副教授 宜宾职业技术学院 刘咸超 助教 宜宾职业技术学院 董树森 高级技师 812 机械厂 刘宗义 工程师 普什模具 答辩中提出的主要问题及学生回答问题的简要情况： 答辩小组代表签字： 年 月 日 附表 5 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）答辩成绩评定表 学生姓名 陈玉明 学生学号 201012905 班级 模具 1104 班 题 目 水管金属垫片冲压模具总体设计 姓名 曾欣 唐永艳 刘咸超 董树森 刘宗义答辩小组 成员 职称 讲师 副教授 助教 高级技师 工程师 评价内容 具 体 要 求 分值 评分 报告内容 思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科 学，分析归纳合理；结论严谨；论文（设计）结果有应用价值。 40 答 辩 回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度。 30 创 新 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 10 综合素质 能合理运用挂图、幻灯、投影或计算机多媒体等辅助手段，用普通话答辩。 10 报告时间 报告时间控制在要求的时间范围之内。 10 答辩成绩 答辩小组代表签字： 年 月 日 附表 6 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计）综合成绩评定表 学生姓名 陈玉明 学生学号 201012905 班级 模具 1104 班 题 目 水管金属垫片冲压模具总体设计 成绩 权重 得 分 指导教师评定成绩 30% 评阅教师评定成绩 30% 答辩成绩 40% 毕业论文（设计）综合成绩 （百分制） 毕业论文（设计） 答辩委员会 审定意见 主任签字 年 月 日 学院意见 年 月 日 注：综合成绩=指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩成绩40% 水管金属垫片冲压模具 摘 要 本设计是关于水管金属垫片倒装复合模的设计与加工。主要包括模具制件 的总体设计与分析。按技术要求完成制件的工艺分析以及对冲压件进行了冲压 成型工艺性分析；完成模具的零件设计，利用 CAD 来绘制零件图。 关键词：水管金属垫片；冲压模具；制件分析；制造；总体设计 I 目 录 1 绪论.1 2 制件分析.2 2.1 制件分析.2 2.2 制件的工艺性.2 3 冲 压 工 艺 方 案 分 析 .4 3.1 冲 压 工 艺 方 案 分 析 .4 3.2 冲 压 工 艺 方 案 的 确 定 .4 4 冲压模总体结构.5 4.1 模具类型的选择.5 4.2 定位方式的选择.5 4.3 卸料方式的选择.5 4.4 导向方式的选择.6 5 冲压工艺计算.7 5.1 排样.7 5.1.1 初排样.7 5.1.3 条料宽度的确定.7 5.1.4 材料的利用率.9 5.2 冲压力的计算.10 5.2.1 普通平刃口冲裁力计算.10 5.2.2 普通平刃口卸料力的计算.11 5.2.3 普通平刃口推件力的计算.12 5.2.4 总冲压力的计算.12 5.3 初选压力机.12 5.4 压力中心的确定.13 5.5 刃口尺寸计算.13 5.5.1 冲裁间隙的确定.14 5.5.2 配作加工刃口尺寸的计算方法.14 5.5.3 落料时的刃口尺寸计算.16 II 6 主要零部件的设计.18 6.1 落料凹模.18 6.2 冲孔凸模的设计.18 6.3 凸凹模.19 6.4 凸模垫板.19 6.5 凸凹模固定板.20 6.6 凸模固定板.20 7 卸料零件的设计.21 7.1 卸料板的设计.21 7.2 卸料橡胶的尺寸计算.21 7.3 卸料橡胶的承压面积的估算.21 7.4 卸料螺钉的选用.22 7.5 推件块的设计.22 7.6 推杆.22 7.7 推板.22 7.8 打杆.22 8 模具装配.23 9 各零部件的 UG 造型 .24 结 论.25 致 谢.26 参考文献.27 附表.28 附表 A.28 附表 B.29 附表 C.30 附表 D.36 附表 E .37 附表 F .38 1 1 绪论 模具是现代工业生产上重要的工艺装备，被称为“工业之母”。由于用模 具加工成形零部件，具有生产高效、质量好、节约原材料和能源、成本低等一 系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。应用数控加工进 行模具的制造可以大幅提高加工精度，减少人工操作，提高加工效率，缩短模 具制造周期。 随着我国工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求的同 时，变的越来越复杂，而产品的制造离不开模具，利用计算机辅助软件进行模 具设计不但提高模具的制造精度而且还缩短了设计及加工的时间。伴随冲压成 形的计算机仿真技术日渐成熟，并在冲压工艺与模具设计中发挥出越来越大的 作用，成熟的仿真技术可以减少试模次数，在一定条件下还可使模具和工艺设 计一次合格从而避免修模。这就可以大大缩短新产品开发周期，降低开发成本， 提高产品质量和市场竞争力。随着与国际步伐的接轨，中国制造行业还需要更 大的发展空间，而作为制造业的领先者的模具更应该与世界先进水平接轨，来 提升自己的性能，发展自己的有点，弥补本身的不足。冲压模具共有 7 小类， 并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。 本设计为水管金属垫片，设计来源于实际生活，具有较好的实用价值、学 习价值以及经济利用价值。设计主要运用所学的专业知识，如冲压模具设计 与制造、机械设计基础等方面的知识。在模具设计时要综合考虑，既要 保证零件设计要求，又要保证零件的经济适用性。 通过本次设计，除了使自己专业知识能系统全面的综合使用，还能巩固和 扩展自己所学的基本理论知识，培养自己分析和解决实际问题的能力，进一 步培养和训练自己在方案设计、资料查询、文字表达等方面的能力和技巧；能 够进一步深入掌握冲压模具设计与制造。 由于设计的水平有限、经验不足，设计中会存在错误和不足，恳请各位老 师批评指正，以达到本次设计与加工的目的。 2 2 制件分析 2.1 制件分析 图 2-1 水管金属垫片 本次制件为水管金属垫片如图 2-1，广泛用于家庭用水管道。 从 加 工 工 艺 和 材 料 的 综 合 性 能 分 析 ， 我 们 选 取 08 钢 作 为 冲 压 材 料 ， 中 批 量 生 产 。 2.2 制件的工艺性 此 制 件 为 水 管 金 属 垫 片 ， 材 料 为 08 钢 ， 料 厚 为 1mm,中 等 批 量 生 产 , 制 件 的 形 状 简 单 ， 为 圆 形 ， 是 规 则 的 几 何 形 状 。 冲裁件孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，如图 2-2 所示，其许 可值见表 2-1（冲裁件的最小边距）。 图 2-2 孔边距示意图 根据此制件（材料为 08 钢，厚度 t=1mm）,查表得： 冲裁件的最小孔边距： b=0.5t+0.1(l/t10)； 3 b=1.41.5（mm）； 根据零件图的几何关系得： 孔与孔边缘之间的距离：a 0a 孔与孔之间的距离：b 0b 即示意图 2-1 所有的孔边距都大于最小孔边距，该制件满足冲压条件。 结论：根据综上所述可知此制件冲压工艺性较好，特别适合少废料冲裁加 工，满足冲压工艺。 4 3 冲 压 工 艺 方 案 分 析 3.1 冲 压 工 艺 方 案 分 析 由 零 件 冲 压 工 艺 分 析 可 知 ， 冲 压 基 本 工 序 为 冲 孔 （ 冲 7mm 的 孔 和 冲 10mm 的 孔 ） ， 落 料 ， 无 弯 曲 和 翻 边 。 根 据 零 件 特 点 及 工 艺 要 求 ， 可 以 有 以 下 冲 压 工 艺 方 案 ： 方案一：同时冲 3 7mm 的孔和 10mm 的孔落料单工序； 方案二：先冲 3 7mm 的孔再冲 10mm 的孔落料级进冲压； 方案三：先冲 10mm 的孔再冲 3 7mm 的孔落料级进冲压； 方案四：冲 3 7mm 的孔和 10mm 的孔落料复合。 3.2 冲 压 工 艺 方 案 的 确 定 方 案 一 ： 需 要 两 套 模 具 ， 操 作 也 不 方 便 ， 效 率 低 而 且 不 安 全 ； 方 案 二 ： 级 进 冲 压 ， 模 具 结 构 复 杂 ， 先 冲 3 7mm 的 孔 ， 再 冲 10mm 的 孔 会 导 致 定 位 不 准 确 ； 方 案 三 ： 虽 然 避 免 了 方 案 二 的 问 题 ， 但 是 级 进 模 冲 孔 精 度 不 如 复 合 模 ， 所 以 不 考 虑 此 方 案 ； 方 案 四 ： 复 合 模 结 构 相 对 简 单 ， 冲 压 时 零 件 的 孔 位 精 度 也 能 保 证 。 结 论 ： 所 以 综 合 零 件 在 本 套 模 具 中 使 用 的 要 求 考 虑 ， 及 生 产 成 本 和 时 间 ， 以 及 在 实 际 操 作 和 经 济 效 益 ， 在 设 备 和 技 术 等 因 素 下 ， 故 确 定 使 用 方 案 四 来 设 计 和 制 造 模 具 。 5 4 冲压模总体结构 4.1 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，该零件内孔与外缘的相对位置精度要求较高适合采 用复合冲裁模。复合模又分为正装复合模和倒装复合模，正装复合模与倒装复 合模完成的工序一样，凸凹模在上模，卸料方式为弹性卸料板卸料。倒装复合 模冲孔废料有下模漏出，工件落在下模表面，需要及时清理。安全性相对较低。 但精度要求较高，同轴度、对称度及位置度误差较小，生产效率高，对材料要 求不严，可用边角料。正装复合模冲孔废料和工件都落在下模表面，安全性相 对倒装复合模更差。倒装式复合模因其结构简单、便于操作且适合于生产批量 大、精度要求高的薄板材料的冲压。结合本套模具设计采用倒装复合模较为合 适。 4.2 定位方式的选择 为保证冲裁出合格的零件，毛坯在模具中应该有正确的位置，正确位置是 依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构不同，所以定位零件的种类 很多，设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选 择。 因为该模具采用的是条料，为了准确而简单的定位，因此在控制条料的送 进方向的侧面采用固定导料销。为了送料的安全和方便，控制条料的送进步距 采用送料机控制。 4.3 卸料方式的选择 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用在冲裁料厚在 1.5mm 以下 的板料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件(弹簧或橡 皮)、卸料螺钉组成弹压卸料装置。卸料板与凸模之间单边间隙选择 （0.10.2）t，若弹压卸料板还需对凸模起导向作用时，二者的配合间隙应小 于冲裁间隙。弹性元件的选择，应满足卸料力和冲模结构的要求。为使卸料可 靠，卸料板应高出模具刃口工作面 0.30.5mm，材料采用 45 钢，热处理淬火 硬度 4348HRC 。 6 因为工件料厚 1mm，相对较薄，卸料力不大，由此可知卸料、出件方式的 选择可采用弹性卸料装置卸料。 4.4 导向方式的选择 模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在上面，并承受冲压过程 的全部载荷。上下模间的精确位置，由导柱、导套的导向实现。模架的选用方 案有如下三种： 方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线 上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料 模、复合模。 方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比 较方便。因为导柱安装在后侧，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。但 是不能使用浮动模柄。 方案三：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。 只能一个方向送料。 结论：根据以上方案比较并结合本套模具结构，在模具结构设计和送料机 送料的方式上，以及在实际生产中更加的方便操作和修复模具，为提高模具寿 命和工件质量，故采用后侧导柱模架，这样能够使操作者可以看见条料在模具 中的送进动作。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便，并能满足 工件成型的要求。故采用方案二为佳。 7 5 冲压工艺计算 5.1 排样 在冲压生产中，冲裁件在板、条料等材料上的布置方法称为排样，排样是 否合理直接影响到材料的经济利用。合理的排样应该保证材料利用率高、模具 结构简单、工件质量好、操作方便、生产率高。排样又分为有废料、少废料和 无废料排样三种，按工件的外形特征又可以分为直排、斜排、直对排、斜对排、 混合排、多行排及裁搭边等形式。 5.1.1 初排样 冲裁件在条料或者带料上的排列方式就叫做排样方法。对该零件只有如图 的一种排样方法,而且节省材料。 图 5-1 排 样图 5.1.2 搭边 排样时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。搭边过大浪费材料，搭边太小起不到应有的作用。搭边的合理数值主 要决定于材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般来说，板料 愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值 a 与 a1 也就越大。 因为制件尺寸精度按 IT12 考虑采用搭边值，搭边值的选取见附表 A。 8 5.1.3 条料宽度的确定 排样方案和搭边值确定后，即可确定条料或带料的宽度。在计算时必须考 虑到模具的结构是采用有侧压装置还是无侧压装置。确定其装置的原则是：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。根据制件结构和要求， 本组模具采用无侧压装置。 当条料在无侧压装置的导料板之间送料时，条料宽度按下式计算： 条料宽度： B =(Dmax+2a ) (5-1)00 导料间距： A =B+C (5-2） 1 式中：D冲裁件垂直于送料方向的尺寸； a侧搭边的最小值； 条料宽度的单向（负向）偏差； C导料板与条料之间的最小间隙。 表 5-1 条料宽度偏差（mm） 材料厚度 t条料宽度 B -0.5 0.51 12 20 -0.05 -0.08 -0.10 2030 -0.08 -0.10 -0.15 3050 -0.10 -0.15 -0.20 表 5-2 导料板与条料之间的最小间 Cmin（mm） 无侧压装置时 c1有侧压装置时 c1 100 以下 100200 200300 100 以下 100 以上 0.51 0.5 0.5 1 5 8 12 0.5 1 1 5 8 23 0.5 1 1 5 8 34 0.5 1 1 5 8 方 式 条 料 宽 度 b材 料 厚 度 t 9 45 0.5 1 1 5 8 查附表 B 得： a=1 查表 5-1 得： =-0.15 查表 5-2 得： c =0.51 代入公式得： B =(38+2)0015. =40 mm.0 A =40.5mm1 5.1.4 材料的利用率 在冲压生产中，冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样，排样是否 合理直接影响到材料的经济利用。冲压生产的成本中，毛坯材料费用占 60%以 上，排样的目的就是在于合理利用材料。评价排样经济性、合理性的指标是材 料的利用率。其计算公式如下： 一个步距内的材料利用率为： (= 100% ) (5-3）BSAn1 式中： A一个步距内冲裁件的面积（mm）； B条料宽度； S送料步距； n 个步距内冲件数。1 冲裁件的面积为：S= r =3.14192=1133.54mm ,一个步距内的冲件数为：2 2 1 个。 步距的计算公式： S=D+a (5-4）1 =38+0.8 =38.8 mm 式中： D零件直径； a 搭边值。 1 10 所以材料的利用率为： = %1048.35 =72.08% 5.2 冲压力的计算 根据总体结构可知，冲压力包括冲裁力和卸料力、推件力。冲裁力是选择 设备吨位和设计、检验模具强度的一个重要依据。 5.2.1 普通平刃口冲裁力计算 冲裁力又包括冲孔与落料，冲裁力的常用公式： F=KLt （5-5） 式中：F冲裁力； L冲裁周边长度； t材料厚度； 材料抗剪强度； K系数。 系数 K 是安全系数。考虑到实际生产中，为了设备安全起见，所取的常数 值 K=1.3。故所选设备的公称压力应大于或等于计算出来的 F 设 值。冲裁力也可 以采用剪切应力 =0.8 来计算， 为材料的抗拉强度，故 F=0.8KLt 。bb b 所以设计时为计算简便，也可以按下式估算冲裁力： ( 为材料的抗拉强度)b F 设 =1.3Lt Lt b 根据制件工件简图算出： L= D +3 D (D = 10mm , D = 7mm)1212 L= D +3 D (D = 10mm , D = 7mm) =3.1410+33.147 =97.34（mm ） 11 落料周长： L= D (D= 38mm) =3.1438119.32（mm） 查附表 B 可取： =300Nmmb 由公式 F 设 =1.3Lt 可得： 冲孔力： F 冲 =1.3Lt Lt b =97.341330 =32123（N ） 落料力： F 落 =1.3Lt Lt b =119.321330 =38386（N ） 5.2.2 普通平刃口卸料力的计算 卸料力计算公式： F 卸 =K 卸 F 冲 （5-6） 式中： F卸料力； K 卸 卸料力系数； F 冲 冲裁力。 表 5-3 卸料力，推件力和顶件力系数 料厚/mm K 卸 K 推 K 顶 钢 0.1 0.10.5 0.52.5 2.56.5 6.5 0.0650.075 0.0450.055 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 12 铝及铝合金 紫铜、08 钢 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 注：卸料力系数 K 卸 在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 查表 5-3 取 K 卸 =0.04 代入公式 F 卸 =K 卸 F 冲 可得： F 卸 =0.0432123 =1285（N） 5.2.3 普通平刃口推件力的计算 推件力计算公式： F 推 =nK 推 F 冲 （5-7） 式中： F 推 推件力； K 推 推件力系数； n卡在凹模里的工件个数； F 冲 冲裁力； 查表 5-3 得： K 推 =0.055 代入公式（5-7）可得： F 推 =50.05532123 F 推 =50.05532123 =8838（ N） 5.2.4 总冲压力的计算 根据以上公式得总冲压力： F 总 =F 冲 +F 卸 +F 推 （5-8） 由公式（5-8 ）可得： F 总 =32123N+1285N+8834N =42242N 5.3 初选压力机 13 根据总冲压力=38386N ,模具闭合高度、冲床工作台面尺寸等，并结合现有 设备，再根据开式双柱可倾压力机参数查附表 C 得，所选压力机型号为 J23- 6.3。其主要工艺参数如下： 标称压力：63KN； 滑块行程：35mm； 最大闭合高度：150mm； 连杆调节长度：30mm； 工作台尺寸（前后左右，单位为 mm）：310200； 模柄尺寸（直径深度，单位为 mm）： 2055。 详细见附表 C 所示 5.4 压力中心的确定 冲裁时冲裁力的合力作用点称为压力中心。在设计模具时，要求模具的模 柄中心（一般情况也是凹模几何中心）与压力中心重合。对要求不高或冲裁力 较小或间隙较大的模具，压力中心也不允许超出模柄投影面积范围。模具的中 心与冲裁力的中心重合时，可延长模具的寿命，又不至于损坏压力机，因此有 必要计算出冲裁力的中心，应尽可能的使它与压力机的滑块中心一致，否则会 产生一个附加力矩，使模具产生偏斜，间歇不均匀，并使压力机和模具的导向 机构产生不均匀磨损，刃口迅速变钝。我们的制件简图如图 5-4 所示： 图 5-2 压力中心图 结论：根据制件的工艺分析，冲裁件是内外周边形状对称的工件，则图形 的几何中心就是其压力中心,其坐标值为(0,0) 。 14 5.5 刃口尺寸计算 凸凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁件生产的技术经济效果，是 冲裁模设计的重要环节，须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的合 理性综合考虑。根据制件分析中，其尺寸精度要求较高，以及学校加工设备的 精密性等因素方面考虑，该模具采用单配加工方法。 5.5.1 冲裁间隙的确定 单配加工方法，用凸摸和凹摸相互单配的方法来保证合理的间隙。先加工 基准件，然后非基准件按基准件配做，加工后的凸模和凹模不能互换。通常， 落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。这种方法多用于冲裁件 的间隙较小的模具。冲裁模初始双边间隙值见表 5-4。 表 5-4 冲 裁 模 初 始 双 边 间 隙 值 z（ mm） 软钢 紫钢、08 钢、含 碳 0.080.2 的软钢 杜拉铝、含碳 0.30.4的中 等硬钢 硬钢含碳 0.50.6 厚度 材料 Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 0.9 0.036 0.054 0.045 0.063 0.054 0.072 0.063 0.081 1.0 0.040 0.060 0.050 0.070 0.060 0.080 0.070 0.090 1.2 0.050 0.084 0.072 0.096 0.084 0.108 0.096 0.120 根据此制件材料为 08 钢，厚度为 1mm，查表 5-4 得此冲裁模的初始双边 间隙值： 最小双边间隙值 zmin=0.050mm 最大双边间隙值 zmax=0.070mm 即在配合加工时，要保证合理间隙值在 0.050mm0.070 mm 之间。 5.5.2 配作加工刃口尺寸的计算方法 配合加工的方法是先做凸模或凹模中的一件，然后根据制作好的凸摸或凹 摸的实际尺寸，配做另一件，使它们之间达到最小合理间隙值。落料时，先做 凹模，并以它作为基准配制凸模，保证最小合理间隙；冲孔时，先做凸模，并 以它作为基准配做凹模，保证最小合理间隙。因此，只需在基准件上标注尺寸 和公差，另一件只标注基本尺寸，并注明“凸模尺寸按凹模实际尺寸配制，保 15 证间隙”（落料时）；或“凹模尺寸按凸模实际尺寸配做，保证间隙”（冲孔 时）。这种方法，可放大基准件的制造公差，使其公差大小不再受凸、凹模间 隙值的限制、制造容易。对一些复杂的冲裁件，由于各部分尺寸的性质不同， 凸、凹模刃口的磨损规律也不相同，所以基准件刃口尺寸计算方法也不同。 用单配加工法制造模具常用于复杂形状及薄料的冲裁件。在计算复杂形状 的凸模和凹模工作部分的尺寸时，往往可以发现在一个凸模或凹模上会同时存 在着三类不同性质的尺寸需要区别对待。 第一类：凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸； 第二类：凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸； 第三类：凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸； 对于落料凹模或冲孔凸模在磨损后将会增大的第一类尺寸，相当于简单形 状的落料凹模尺寸，所以： 第一类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸- x ）)4/1(0 对于冲孔凸模或落料凹模在磨损后将会减小到第二类尺寸，相当于简单形 状的冲孔凸模尺寸，所以： 第二类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸+ x ）0)4/1( 对于凹模或凸模在磨损后基本不变的第三类尺寸不须考虑磨损的影响，凹 模或凸模的基本尺寸为冲裁件的中间尺寸，其公差取正负对称分布，所以： 第三类尺寸=冲裁件上该尺寸的中间尺寸 （1/8） 综上所述得附表 D 公式。 表 5-5 简单形状（方形、圆形）冲裁时凸、凹模的制造偏差 公称尺寸 凸模偏差 凸凹模偏差 凹 18 1830 3080 80120 120180 180260 260360 360500 -0.020 -0.020 -0.020 -0.025 -0.030 -0.030 -0.035 -0.040 +0.020 +0.025 +0.030 +0.035 +0.040 +0.045 +0.050 +0.060 16 表 5-6 圆形凸凹模制造偏差 基本尺寸 10 1050 50100 100150材料厚 度 t 凹凸 凹凸 凹凸 凹凸 +0.006 +0.004 +0.006 +0.004 - - - - +0.006 -0.004 +0.006 -0.004 +0.008 -0.005 - - +0.006 -0.004 +0.008 -0.005 +0.008 -0.005 +0.010 -0.00 +0.007 -0.005 +0.008 -0.006 +0.010 -0.007 +0.012 -0.008 +0.008 -0.006 +0.010 -0.007 +0.012 -0.008 +0.015 -0.010 +0.010 -0.007 +0.012 -0.008 +0.015 -0.010 +0.017 -0.012 +0.012 -0.008 +0.015 -0.010 +0.017 -0.012 +0.020 -0.014 +0.015 -0.010 +0.017 -0.012 +0.020 -0.014 +0.025 -0.017 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 +0.017 -0.012 +0.020 -0.014 +0.025 -0.017 +0.029 -0.019 表 5-7 磨损系数 材料厚度 工件公差 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 非圆形 x 值 圆形 x 值磨损系数 1 0.75 0.5 0.75 0.5 5.5.3 落料时的刃口尺寸计算 由图可知,该零件属于无特殊要求的一般冲孔,落料。外形 8mm 由落料获 得,3 个 7mm 的孔和一个 10mm 的孔由冲孔获得,查表 Zmin=0.10mm Zmax=0.140mm 则 Zmax-Zmin=0.04mm。 由已知该零件图的所有尺寸公差都 为 IT14 级,则 X=0.75mm。 设凹，凸模分别按 IT14 加工制造。 冲孔 7mm 的孔： =( +x )小Tdmin小 0T =(7+0.750.3) =7.2225 mm016.016. =( +Zmin)小A小TA =(7.225+0.1) =7.325 mm024.024. 17 10mm 的孔： =( +x ) =10.3225 mm大Tdmin大 0T016. =( + Zmin) =10.4225 mm大A大 A024.0 校核： + Zmax- ZminT 0.016+0.024=0.04(满足间隙公关条件) 孔距尺寸小孔与小孔之间： = =20 0.015mm1dL81 小孔与大孔之间： = =12 0.015mm2d81 落料： =( - x )ADmaA0 =(8-0.465) =7.535 mm24. 024. =( - Zmin )TA0T =( - Zmin )D =(7.535-0.1) =7.435 mm016.016. 对应凹模刃口尺寸按其冲孔凸模刃口尺寸配做，其对应凹模刃口基本 尺寸分别为 7、 10、 38,保证间隙值（0.050mm0.070mm）之间。 18 6 主要零部件的设计 设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总体装配方 法，本套模具主要采用螺钉固定模具零件，销钉起零件的定位作用，采用挡料 销送进定距和导料销送进定位，无侧压装置。 下面就分别介绍各个零部件的设计方法： 6.1 落料凹模 凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为 IT11 级，内型腔精度为 IT7 级，表面粗糙度为 Ra3.2um，上下平面的平行度为 0.02，材料选 Cr12。 在落料凹模内部，由于要设置推件块，所以凹模采用直刃口结构，为保证 凹模强度，直刃壁高度取 10mm。为满足推件块顶件与压缩时不受影响，所以 该凹模高度取 25mm。工件的最大宽度为 40mm，为满足紧固螺钉的距离要求， 因此凹模的总长 L=140mm，凹模的总宽 B=80mm。 凹模整体尺寸标准化，取 140mm80 mm25mm。 确定凹模板上螺钉，销钉数量和布局。根据模板大小，查附表 E 可知， 4M10 紧固螺钉和 2 10 销钉，就可满足凹模与其他零件的连接强度。销钉 取 8。 6.2 冲孔凸模的设计 该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以 19 凸模的材料应选 Cr12，有和 10 和 7 二种圆孔凸模，两种都采用圆柱头直杆 圆凸模，固定在凸模固定板上。根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所 以选用 IT7 级，表面粗糙度为 Ra1.6um。 凸模与凹模固定板的配合间隙均为 H7/m6。对于倒装式复合模，圆孔凸模结构尺寸为： L 凸= h1+h2+h (6-1) 式中： h1凸模固定板一般为凹模厚度的 60%90%，在此确定为 14mm； h2凹模板厚度 25mm； h增加长度 1mm,作为首次刃磨量为。 计算得出 L 凸 为 40mm。 6.3 凸凹模 该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以 凸模的材料应选 Cr12。 凸凹模内形刃口起冲孔凹模作用，按凹模设计，其外形刃口起落料凸模作 用，按凸模设计。该模具是倒装式复合模，凸凹模的尺寸比较大，外形比较简 单，凸凹模上有销钉的定位，用凸凹模固定板在下模座上，凸凹模固定板上有 螺钉，能起到紧固作用，所以能满足紧固和定位。 工作零件力学性能校核 小孔凸模的承压力： = = =241(MPa) （6-2AFT23.5197 ） 式中： F=1.3LTt=1.373.141300=7255(N) FT=NKTF=50.0557255(N) 对小直径有导向的凸模，上式值在许用范围内，故合格。 凸凹模高度尺寸如计算公式如下： L=h+h1+h2+h3 （6- 20 3） 式中：h增加长度（包括凸模进入凸凹模深度，弹性元件安装高度等）； h1弹性卸料板厚度； h2橡胶； h3凸凹模固定板厚度； 根据公式（6-3）凸凹模高度为 45mm。 根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用 IT7 级，表面粗糙度 为 Ra1.6um，同轴度为 0.02。 6.4 凸模垫板 查附表 E，取凸模垫板 6mm,但考虑到该复合模垫板要承受凸模的冲击力， 所以 6mm 不够，而且表面硬度要足够高，所以材料选用 45 钢，表面硬度为 4348HRC,厚度取 10mm。 6.5 凸凹模固定板 凸凹模固定板主要是固定凸凹模，保证凸凹模有足够的强度，使凸凹模与 卸料版，下模座，垫板更好的定位。表面硬度要足够高，所以材料选用 45 钢， 凸凹模与凸凹模固定板的配合按 H7/m6。 附表 E，凸凹模固定板厚度为 15mm。 6.6 凸模固定板 凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与卸料版， 下模座，垫板更好的定位。表面硬度要足够高，所以材料选用 45 钢，凸模与凸 模固定板的配合按 H7/m6。 查附表 E，凸模固定板厚度为 15mm 21 7 卸料零件的设计 7.1 卸料板的设计 卸料板不仅有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护作用，卸 料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相等。 卸料板与凸凹模的间隙值由表确定，取 0.15mm。卸料板的周界尺寸与落料 凹模周界尺寸相同，查附表得卸料板厚度为 10mm，从而可以确定卸料板的尺 寸。 卸料板采用 45 钢制造，淬火硬度 4348HRC。选用 4 个卸料螺钉，公称直 径为 10mm，螺纹为 M1011mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺 钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面 1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间 安装垫片来调整。 卸料板的长度因为条料是直对排，采用隔位冲裁，所以条料第一次冲裁与 第二次冲裁定位是不一样的，卸料板的长度尺寸用挡料销定位尺寸见装配图。 7.2 卸料橡胶的尺寸计算 卸料橡胶应具有的卸料力为 1920N 卸料橡胶块的高度。卸料橡胶的预压缩量取 2mm，根据工件材料厚度为 22 1mm，冲裁时凸模进入凹模深度取 5mm，模具开启时卸料板高出凸凹模 1mm，则橡胶的最大压缩量 H 橡胶8mm 自由高度为：h 自由 =h 橡胶 /0.3=25mm 这样在凸模切入板料之前卸料橡胶已压缩了 4mm，相当于自由高度的 16%，符合要求。 7.3 卸料橡胶的承压面积的估算 暂取预压缩量为 0.16H，按直径为 32mm、高度为 25mm、圆柱形弹力来初 步估算，根据 0.1H=686N,0.2H=1686N,取 0.16H1265N，这样求得的圆柱个数 为： n=fx/f=1920/1265=1.5 每个圆柱的承压面积为： Ai= D 2/4=322 /4=804mm2， 而这种纯冲裁的模具卸料板比较大，一般都会布置长条形，根据卸料板的 面布置 1 个环形橡胶，内圆半径为 22mm，外圆半径为 28mm 的聚胺酯橡胶块， 总承压面积为 900mm2，约大于单个圆柱面积的 2 倍，应该满足要求。 7.4 卸料螺钉的选用 卸料板上设置 4 个卸料螺钉，选取螺钉 6 其公称直径为 6 ，螺纹部分m 为 M68 。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。m 7.5 推件块的设计 根据本模具要求采用刚性推件装置。 确定推件块的材料为 45 钢，冲孔凸模与推件块的单边间隙确定为 0.5mm， 保证冲孔凸模能正常运动，推件块见装配图。 7.6 推杆 推杆根据设计选用材料为 Q235，尺寸为 d=8mm， L=38mm，技术要求：按 附表 B（JB/T7653-2008）的规定，见图装配图。 7.7 推板 23 推板选用材料为 Q235，尺寸为 =46mm，厚度为 5mm 见图装配图。 7.8 打杆 冲裁后卡在凹凸模上的工艺肥料用打杆打落，打杆长度根据模具结构来设 计，具体长度上端比上平面高（1520）mm，详见装配图。 8 模具装配 模具装配是模具制造工艺全过程的最后工艺阶段，包括装配、调整、检验 和试模等工艺内容。 按照模具规定的技术要求，将加工完成、符合设计要求的零件和购配的标 准件设计的工艺进行相互配合、定位与安装、连接与固定成为模具的过程就是 模具装配。模具装配按其工艺顺序进行初装、检验、初试模、调整与试模成功 的全过程，称为模具装配工艺过程。 在模具装配之后，应按设计图样对模具进行检验，以便及时发现问题，进 行修理，减少不必要的重复安装和拆卸。模具总装配示意图如图 8-1 所示。 24 8-1 模具示意图示 9 各零部件的 UG 造型 9.6 UG 总装图 运用 UG 软件可以更加形象直观的将模具的工作零件和结构零件的实体图 表现出来。本次运用的软件为 UG4 教学软件。图 9-1 为 UG 总装配图 25 图 9-1 UG 总装配图 26 结 论 综上所述，水管金属垫片冲压模具的总体设计主要是通过对制件的形状结 构进行工艺性、结构性的分析以及模具的形状结构进行分析的一个过程，并确 定模具的结构形式，确定冲压工序的种类，冲压工序的数量和冲压工序的顺序， 并最终完成模具的整体设计。通过本次冷冲模设计，使我对于冲裁模具有了更 加的认识、理解，也为日后工作积累了不少实战性经验，养成严谨科学态度和 认真负责，一丝不苟的工作作风。 27 致 谢 回首过去，展望未来。快乐而充实的大学三年让我受益匪浅，学校的培养， 老师的教诲，同学的帮助，使我对今后的人生更加充满了信心。 这次毕业设计说明书及其模具制造的完成，首先要感谢我的指导老师刘勇 老师，感谢他在我毕业设计过程中，给予了精心的指导，和在制造过程中提出 了宝贵的意见。还要感谢郭蓉、曾欣、刘咸超、刘存平、宋宁、刘光虎、郭晟 等其他所有课程老师，在这几年中你们辛勤的付出和学习上的指导。在模具设 计和制造过程中，是他们的精心指导和耐心的讲解才使我的毕业设计能够按期 完成，同学的无私帮助也给了我很大的动力。同时要感谢百忙之中参加毕业答 辩的评审老师们，对论文的不足之处敬请批评指正。 28 参考文献 1 张鼎承.冲模设计手册.北京：机械工业出版社，1999： 1021 2 阎其凤.模具设计与制造.北京：机械工业出版社，1995： 100106 3 李正风.机械设计基础.上海：上海交通大学出版社，2005： 2042 4 刘力.机械制图.北京：高等教育出版社.第二版，2004： 230 5 徐茂功.公差配合与技术测量.北京：机械工业出版社，2008： 4-25 6 张荣清.模具制造工艺.北京：高等教育出版社，2006： 90120 7 李志刚.模具 CAD/CAM.北京：机械工业出版社，1999： 429 8 刘建超.冲压模具设计与制造.北京：高等教育出版社，2004： 5672 29 附表 附表 A： 最小搭边值 圆角或圆角 r2t 的工件 矩形件边长50mm 矩形件边长 L50mm 或圆角 R2t 材料 厚度 材料厚度 t 工件间 侧面 工件间 侧面 工件间 侧面 0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.250.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.50.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.80.12 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.21.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 1.62.0 1.2 1.5 1.8 2.5 2.0 2.2 2.02.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.2 2.5 2.53.0 1.8 2.2 2.2 2.5 2.5 2.8 3.03.5 2.2 2.5 2.5 2.8 2.8 3.2 3.54.0 2.5 2.8 2.5 3.2 3.2 3.5 4.04.5 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 5.012 0.6t 0.7t 0.7t 0.8t 0.8t 0.9t 30 附表 B： 常用优质碳素结构钢的化学成分、性能及用途 力学性能 化学成分 /MPab/MPab s/%MM牌号 Wc/% 正火状态下不小于 用途举例 08 0.050.12 195 325 35 强度低、塑性好、常用冲压件等。 10 0.070.14 205 335 33 15 0.120.19 225 375 27 20 0.170.24 245 410 25 25 0.220.30 275 450 23 具有良好的冲压性和焊接性， 常用作受力不大，而韧性要求 较好的结构或零件，如螺钉、 螺母、轴套等。 30 0.270.35 295 490 21 35 0.320.40 315 530 20 40 0.370.45 335 570 19 45 0.420.50 355 600 16 50 0.470.55 375 630 14 55 0.520.60 380 645 13 经调质处理后，可获得良好的 综合的机械性能，主要用作齿 轮、连杆、轴等机械零件。其 中以 40 钢和 45 钢应用最广。 60 0.570.65 400 675 12 60Mn 0.570.65 420 710 11 65 0.620.70 410 695 10 65Mn 0.620.70 440 750 9 具有高的强度和良好的弹性， 经一定热处理后主要用来制造 截面尺寸较小弹性零件和易磨 损的零件，如弹簧，弹性垫圈 等。 31 附表 C： 开式双柱可倾压力机参数表 型号 技术参数 代号 单位 J23-3.15 J23- 6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-35 J23- 40 滑块公称 压力 Pe kN 31.5 63 100 160 250 350 400 滑块行程 S mm 25 35 45 55 65 100 100 封闭高度 H2 mm 120 150 180 220 270 290 330 连杆调节 量 M1 mm 25 30 35 45 55 60 65 滑块中心 线至机身 距离 C1 mm 90 110 130 160 200 200 250 左 右 a mm 100 140 170 200 250 250 300滑块地面 尺寸 前后 b mm 90 120 150 180 220 220 260 直 径 d mm 25 30 30 40 40 40 50模柄孔尺 寸 深度 l mm 40 55 55 60 60 60 70 垫块厚度 H1 mm 30 30 35 40 50 65 65 最大倾斜 角 45 45 35 35 30 30 30 左 右 a mm 250 310 370 450 560 610 700工作台尺 寸 前后 b mm 160 200 240 300 370 380 460 36 附表 D： 配合加工法凸、凹模尺寸及其公差的计算公式 工序性质 工作尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 A A 凹 =(Ax )凹 B B 凹 =（B+x ） 凹 C C 凹 =(C+ )2 1凹 C C 凹 =(C )凹 落料 C C 按凹模尺寸配制，其 双面间隙为 2cmin 2c max C 凹 =C 凹 A A 凸 =(A+x )凹 BB 凸 =（Bx ） 凹 C C 凸 =(C+ )2 1凸 CC 凸 =(C )凸 冲孔 C C C 凸 =C 凸 按凸模尺寸配制，其 双面间隙为 2cmin 2c max 注： A 凸 、B 凸 、C 凸 为凸模刃口尺寸（mm）。A 凹 、B 凹 、C 凹 为凹模刃口尺寸 （mm）。A、B、C 为工件基本尺寸（mm）。 为工件公差（ mm）。 为工件的偏差， 对称偏差时 = /2。 凸 、 凹 为凸、凹模制造公差（mm）；参见表 63 和表 64；当标注形式为+ 凹 （或 凸 ）时， 凸 = 凹 = /4，当标注形式为 凹 （或+ 凸 ）时， 凸 = 凹 = /8= /4 。 X 为磨损系数。 37 附表 E： 矩形模板及孔位参考尺寸 标记实例： （） 长度 L=125mm,宽度 B=100mm,厚度=20mm, 材料为 T10A 的矩形凹模板：凹模 板：125 100 20-T10A JB/T 7643.1 （） 长度 L=125mm, 宽度 B=100mm,厚度=20mm,材料为 45 钢的的矩形固定板 （或矩形垫板）： 固定板（或垫板）：125 100 20（或 8）45 钢 JB/T 7643.2(或 JB/T 7643.3) H(选用尺寸) 螺钉销钉间距 螺钉 销钉 L B 凹模 板 固定 板 垫板 卸 料 板 S1 S2 S3 S4 数量规 格 数量规格 63 50 47 23 34 14 4 M52 5 63 63 1012 1028 4 8 47 23 47 23 4 M5 2 6 80 63 62 36 100 63 1232 82 50 45 21 4 M6 2 6 80 80 56 28 100 80 1036 76 40 125 80 1222 1232 6 10 101 65 4 M82 8 250 80 226 6 M8 2 8 315 80 1622 1632 8，1 0 14 291 56 28 100 100 1222 6 10 76 40 125 100 1425 1240 12 101 65 4 M82 8 160 100 1628 136 70 200 100 1632 6，8 14 176 100 6 M8 2 8 315 100 1825 1640 8，1 0，1 16 291 76 40 8 M8 2 8 38 400 100 2040 2 20 376 10 M82 8 附表 F： 冲裁模试冲时出现的问题和调整方法 存在问题 生产原因 调整方法 送料不畅 通或料被 卡住 两导料板之间的尺寸过大或有斜 度。 凸模与卸料板之间间隙过大，是 搭边翻扭。 根据情况锉修或磨或重装。 减小凸模与卸料板之间间隙。 制件有毛 刺 刃口不锋利或淬火硬度低。 配合间隙过大或过小。 间隙不均匀使冲件的一边有显著 的带斜角的毛刺。 刃磨刀口，使其锋利，调整凸、凹模 之间间隙，使其均匀一致。 制件不平 凹模有倒锥度。 顶料杆和工件接触免过小。 修正凹模。 更换顶料杆，增加与工件接触面 积。 内孔与外 形位置不 正，成偏 位情况