本科畢業(yè)論文（設計）題目32雙耳止動墊圈沖孔落料級進模具設計本科畢業(yè)設計（論文） 32 雙耳止動墊圈沖孔落料級進模具設計摘要：本次模具設計是從零件的工藝分析開始的，根據工藝要求來確定整個 制件的沖壓工藝方案。其開始是確定該模具類型為沖孔-落料級進模，計算制件 毛坯尺寸，確定沖裁次數，作工藝計算，計算出沖裁時的沖裁力、卸料力、推件 力。確定模具的壓力中心，選擇壓力機和確定沖模的閉合高度，設計出卸料板、 導柱和導套、凹模結構設計、凸模結構設計、定位零件、彈性卸料裝置、彈簧的 選用、模柄與模架等模具的主要零部件，從而完成整個模具的設計工作。利用 CAXA 軟件對模具的裝配圖和零件圖的繪制。 關鍵詞: 沖壓模具；沖壓成型；模具設計 1IDesign of piercing blanking progressive die for 32 double ear washersABSTRACT：Mold design starts from the process analysis of the parts, and determines the stamping process plan of the whole piece according to the process requirements. Firstly determined the type of die for punching - blanking progressive die, then calculate the size of the blank parts, determine the number of blanking, and the process is calculated to acquire the blanking force, stripping force and pushing force. Determine the pressure center of the die, select the press and determine the closing height, design the stripper plate, guide column and guide sleeve, die structure, punch structure, positioning part, elastic tripper, die handle and die frame and other main parts, so as to complete the design work of the whole die. Use CAXA software to draw the assembly drawing and part drawing of the die.Key words： Stamping die ,Punch forming , Mold design目 錄I1II1 緒 論11.1 本課題研究的目的意義11.2 國內外模具發(fā)展的現狀11.2.2 國外發(fā)展現狀11.3 本課題研究的內容12 沖壓件工藝分析32.1 沖壓件工藝分析32.2 沖壓工藝方案的確定33 模具結構設計54 設計計算74.1 排樣方式的確定及計算74.2 搭邊的作用及搭邊值的確定74.3 排樣圖及材料利用率84.3.1 排樣圖8對排、橫排、縱排三種排樣圖如下圖 4-2 所示排樣所示。84.3.2 排料利用率94.4 沖裁力、卸料力、頂件力及推件力的計算104.4.1 沖裁力的計算104.4.2 卸料力、頂件力及推件力104.5 壓力機所需總壓力計算114.6 沖裁壓力中心的計算114.7 壓力機的選擇135 模具零件設計155.1 凸、凹模設計155.1.1 沖裁間隙155.1.2 凸、凹模刃口尺寸的計算155.1.3 凸、凹模的設計原則175.1.4 凸、凹模強度計算185.2 輔助零件設計與選用205.2.1 導正銷的設計205.2.2 卸料裝置225.2.3 頂料裝置225.2.4 限位裝置235.2.5 模柄的選用245.2.6 螺釘與銷釘的選用245.2.7 彈簧的選用255.2.8 導柱、導套的選用255.2.9 標準模架的選用266 其他說明296.1 材料選擇296.2 公差與配合297 設計總結317.1 論文主要工作317.2 下一步工作及展望31致 謝33參考文獻35附錄 A37本科畢業(yè)設計（論文）1 緒 論1.1 本課題研究的目的意義沖壓模具在實際工業(yè)生產中應用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產中，工人生產的勞動強 度大、勞動量大，嚴重影響生產效率的提高。隨著當今科技的發(fā)展，工業(yè)生產中模具 的使用已經越來越引起人們的重視，而被大量應用到工業(yè)生產中來。沖壓模具的自動 送料技術也投入到實際的生產中，沖壓模具可以大大的提高勞動生產效率，減輕工人 負擔，具有重要的技術進步意義和經濟價值1。 研究和發(fā)展模具技術，對于促進國民經濟的發(fā)展具有特別重要的意義，模具技術 已成為衡量一個國家產品制造技術的重要標志之一，隨著工業(yè)生產的迅速發(fā)展，模具 工業(yè)在國民經濟中的地位日益提高，并在國民經濟發(fā)展過程中發(fā)揮越來越大的作用。 1.2 國內外模具發(fā)展的現狀1.2.1 國內發(fā)展現狀（1） 沖壓工序比較單一，多數以沖裁級進模為主，少部分為沖裁拉深級進模， 模具結構比較簡單、功能性不強。（2） 模具模板幅面尺寸比較小，一般在 1200600mm 內，一次沖制的產品數量 也在十幾件以內，屬中小型級進模。 （3） 模具精度不高，沖裁間隙誤差在 0.015mm 以上，制件產品容易產生毛刺。 （4） 模具使用壽命相對較短，一般一次刃磨在 50 萬次以內，模具材料主要以普 通模具鋼為主或采用硬質合金2。 1.2.2 國外發(fā)展現狀（1） 在國外 CAD/CAE/CAM 已成為普遍應用的技術。在 CAD 的應用方面，已 經超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段，目前 3D 設計已達到了 70-89%，UG,PRO/E CIMATRON 等軟件的應用很普遍3。（2） 設計上采用了先進的設計理念。如為了便于模具設計與計算，各道工序均 以一個統(tǒng)一的基準點為中心，以坐標尺寸的方式標注尺寸。（3） 各模具生產企業(yè)根據自身的生產能力、經驗等，制定了自己的標準。它包 括設計的標準化，模具零件和模具結構的標準化。1.3 本課題研究的內容（1） 首先零件工藝性分析，并確定出最佳的沖壓工藝方案，根據選用的工藝方 案設計出模具的結構。47（2） 設計出最佳的排樣方式并計算材料利用率。 （3） 計算沖裁力、卸料力、頂件力、以及壓力機所需的總沖壓力等。 （4） 根據總沖壓力來選擇壓力機，并確定出該壓力機的主要參數。 （5） 根據雙耳止動片的形狀、外形尺寸設計出凹模、凸模等零件。 （6） 設計卸料裝置、頂件裝置、推件裝置、限位裝置、導套、導柱。 （7） 模架、模柄、彈簧、螺釘與銷釘的選用。 2 沖壓件工藝分析2.1 沖壓件工藝分析沖壓件是雙耳止動墊圈，此雙耳止動片級進模只有沖孔和落料兩個工序。材料為 Q235-A 鋼，抗剪強度 310380MPa，抗拉強度 380470MPa,屈服強度 240MPa，厚度 為 1.5mm，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件結構相對簡單，可看作 IT13 級，尺 寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。根據模具精度比沖裁件的精度（IT13）高 35 級精度要求，需要采用 IT10 以上的精度才能滿足要求。本設計采用 IT9 級精度。退火 后，未經表面處理，工件精度為 IT13，具體尺寸要求如下圖 2-1 所示。 圖 2-1 零件圖及尺寸要求 2.2 沖壓工藝方案的確定根據雙耳止動片沖壓件所需要的沖壓工序的種類，雙耳止動片分離沖孔、落料、 切邊等工序，工序性質的確定取決于沖壓件的結構形狀、尺寸精度、還要考慮工件變 形性質和具有的生產條件，制定三種沖壓方案。方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產。 方案二：沖孔落料復合沖壓。復合模生產。 方案三：沖孔落料級進沖壓。級進模生產。 方案一：模具結構相對簡單，至少需要兩副模具來完成沖壓裁剪，成本高而生產效率低，沖裁出的零件精度也比較低，僅能滿足小批量生產的要求。 方案二：只需一副模具，制件尺寸精度和生產效率比方案一都高，工件同軸度較好，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強度也能滿足要求。 方案三：為級進模，需一副模具，生產效率及精度較高，壽命長，級進模結構相對簡單，操作方便且安全，易于實現自動化生產。對于特別復雜或孔邊距較小的沖壓 工件，用單工序?；蛘邚秃夏るy以進行沖壓時，可以使用多工位級進模逐步沖出。但 是由于級進模輪廓尺寸較大，使得制造成本相對較高，所以多工位級進模一般適用于 小型沖壓件的大批量生產4。通過對上述三種方案的分析比較，雙耳止動墊圈工件的沖壓生產，要大批量生產 則采用方案三為佳。3 模具結構設計零件總體尺寸不大，厚度較薄，采用彈性卸料方式，下落式出沖孔落料出件。設 計采用內導料板和外導料板組合使用。為了保證導料的準確和順利進行，自動送料的 級進模。帶料（條料）經過每個工位不斷的沖切、成形過程中，為保證帶料或條料的 順利進行，采用套式頂料桿，可以防止防止帶料位移、變形，有保護了導正銷。為了 在連續(xù)沖裁過程中的準確定位，采用導正銷與側刃或自動送料機構混合使用，采用側 刃或自動送料機構作為粗基準，導正銷作為精基準5。模架分為鑄鐵模架和鋼鐵模架倆大類。因為模架是模具的主體結構，模具是連接 模具所有零件的重要部件，模具上下模之間相對位置通過模架的導向裝置穩(wěn)定保持其 精度。模架材料我們采用鋼板6。級進模結構特點：（1）為了保證上下模的對準精度，我們采用四導柱滑動導柱、導套模架制造。（2）為了能減少材料，提高材料利用率，我們最終采用對排方式。模具采用雙排， 一次就可以沖出倆個零件。（3）采用內、外導料板能保證送料順利的進行，精度也大大提高，導料銷進行進 一步保證精度。（4）該模具采用自動送料，沖裁后的制件和廢料均有模具的底孔漏出，大大的提 高了效率，減少了人力、物力。模具結構零件如下所示。1-四導柱上模座 2-凸模固定板墊板 3-導正銷孔凸模 4-圓柱壓縮彈簧 5-凸模固定板 6-沖孔凸模 7-模柄 8-內六角圓柱頭螺釘 M10 9-落料凸模 10-卸料螺釘 11- 導套 12-導柱 13-卸料板墊板 14-卸料板 15-料板 16-凹模板 17-凹模板墊板 18-四導柱下模座 19-落料凹模 20-導正銷 21-套式頂料桿 22-彈簧 23- 擋塊24-沖孔凹模 25-導正銷凹模 26-承料板墊板 27-承料板 28-外導料板 1 29-內導料板 3 30-側刃凹模 31- 側刃凸模 32-內導料板 2 33-內導料板 1 34-上限位柱 35-下限位柱 雙耳止動墊圈多工位級進模結構如圖 3-1 所示。圖 3-1 雙耳止動墊圈沖孔落料級進模結構 4 設計計算根據制件圖的工藝分析和尺寸公差對制件進行工藝計算，計算材料的利用率，計 算沖壓力，計算壓力中心，選擇合適的壓力機，計算模具主要零件的外形尺寸等。4.1 排樣方式的確定及計算方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件四周都有搭邊。由沖模來保證沖 件尺寸，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低常沖裁一些形狀比較復雜、 尺寸精度要求較高的沖件。方案二：少廢料排樣 材料利用率稍高于方案一，可以簡化凹模型孔，模具制造 簡單，因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質量差，模具壽命較方案一低。方案三：無廢料排樣 材料利用率最高,沖件的斷面質量和沖裁件精度最低。 比較三種方案，考慮模具壽命和沖件質量，選擇方案一的排樣方式最佳。4.2 搭邊的作用及搭邊值的確定排樣時制件與制件之間及制件與條料側邊之間留下的工藝廢料稱為搭邊和側搭邊。 雖然為廢料，但它補償了條料的裁剪誤差、送料步距誤差、定位誤差，確保沖出合格 的制件。搭邊還可以增加條料的剛性，以保證送料順利進行。搭邊值的大小取決于材料厚度、材料種類、沖件形狀和尺寸以及卸料方法。搭邊 值的大小通常用經驗確定7。查多工位級進模設計手冊表 3-5 得搭邊和側搭邊如下圖 4-1 和表 4-1 所示。圖 a 表示圓形或類圓形搭邊及側搭邊值圖 b 表示矩形或類矩形搭邊及側搭邊值 圖 4-1 圓形與矩形搭邊及側搭邊 表 4-1 搭邊與側搭邊的選取 材料厚度 t 圓 形 或 類似圓形制 件見圖 a 矩 形 或 類 似 矩 形 制 件 長度 L 50 矩 形 或 類 似矩形制件長度 L>50 見圖 b 材 料 厚度 t 圓 形 或 類 似圓形制件見圖 a 矩 形 或 類 似矩形制件長 度見圖 b a a1 a a1 a a1 0.025 >0.250.5 1.0 0.8 1.2 1.0 1.2 1.0 1.5 1.2 1.52.5 1.22.2 1.82.6 1.22.5 >0.51 0.8 1.0 1.0 1.2 1.52.5 1.82.6 >11.5 1.0 1.3 1.2 1.5 1.82.8 2.23.2 材料厚度 1.5mm，零件外形類圓形，取 a=1.0mm；a1=1.3mm， 對排取 a=2mm，a1=2.5mm，計算送料步距 S；S=90mm， 計算料條直排寬度 B： B=D+2a1=75+21.3=77.6mm， 計算料條對排寬度 B： B=D+2a1=75+22.5=80.0mm。 4.3 排樣圖及材料利用率4.3.1 排樣圖對排、橫排、縱排三種排樣圖如下圖 4-2 所示排樣所示。圖 a 對排 圖 c 縱排 圖 b 橫排 圖 4-2 排樣圖 4.3.2 排料利用率 排料方式及材料利用率，它是衡量合理利用材料的經濟性指標。 材料利用率：沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比。 一個步距內的材料利用率，查沖壓工藝與模具設計手冊如公式 4-1 所示。 = / 100%（4-1）式中：A一個步距內制件的實際面積（mm2）B條料寬度（mm） N是一張板料（帶料、條料）上沖裁件的總數目（個） L板料的長度（mm）（1）直排材料利用率 = （2）縱排材料利用率 = （3）對排材料利用率 = 100%=3828.228=43.66%。 8768.8100%=3828.228=43.66%。8768.8100%=3828.228=49.83%。 7682.4通過上述方案可對比，在提高材料利用率的同時還要考慮條料在沖裁過程中要減 少翻動，盡可能的選擇條料寬、進距小的排樣方式。這樣能可以減少板材裁剪次數和 剪裁備料的時間。在保證沖件質量的情況下，還要保證模具的使用壽命，綜合因素下 我們選用對排排料方式。4.4 沖裁力、卸料力、頂件力及推件力的計算4.4.1 沖裁力的計算指沖壓時材料對凸模的最大抵抗力。也就是說沖裁時所需要的壓力。影響沖裁力 大小的因素有很多，但主要與材料的力學性能、材料的厚度、沖裁件的輪廓周長、沖 裁間隙、刃口的銳利程度、沖裁速度和潤滑情況等8。查沖壓工藝與模具設計手冊 如公式 4-2 所示。F=KLt （4-2）式中：K修正系數 F沖裁力； L沖裁件周邊長度； t材料厚度； 材料抗剪切強度 經計算和查表得：L=233.35mm；t=1.5mm；=380MPa；K=1.3。 沖裁力計算：F=KLt =1.3233.351.5380=172912.35N。 4.4.2 卸料力、頂件力及推件力（1） 卸料力 將箍在凸模上的材料卸下所需的力。查沖壓工藝與模具設計手冊如公式 4-3 所示。卸 = 卸 F（4-3） 卸料力計算：卸 = 卸 F=0.04172912.35=6916.49N。（2） 推料力 將落料件順著沖裁方向從凹?？淄瞥鏊璧牧Α２闆_壓工藝與模具設計手冊如公式 4-4 所示。 推 = 推 （4-4） 推料力的計算：推 = 推=50.055172912.35=47550.89N。 （3） 頂料力 將落料件逆著沖裁方向從凹?？淄瞥鏊璧牧?。查沖壓工藝與模具設計手冊如公式 4-5 所示。 頂=頂F（4-5） 頂料力計算：頂=頂F=0.06172912.35=10374.74N卸料力、頂料力、推料力系數可查沖壓模具設計實用手冊表 4-35，具體數值 見下表 4-2 所示。表 4-2 卸料力、頂料力、推料力系數 料厚/mm(鋼) K 卸 K 推 K 頂 0.01 0.0650.075 0.1 0.14 >0.10.5 0.0450.055 0.063 0.08 >0.52.5 0.040.05 0.055 0.06 >2.56.5 >6.5 鋁、鋁合金 純銅、黃銅 0.030.04 0.020.03 0.0250.08 0.020.06 0.045 0.025 0.030.07 0.030.09 0.05 0.03 0.030.07 0.030.09 4.5 壓力機所需總壓力計算沖裁工藝力包括卸料力、頂料力、推料力、沖裁力的總和，即總= + 卸 + 推 +頂，這時壓力機的噸位需大于總的 30%。一般我們把凸模做成不同高度，按階梯分布， 可以使各凸模沖裁力的最大值不同時出現，從而降低沖裁力和減少壓力機的震動。總= + 卸 + 推 + 頂=237754.47N。4.6 沖裁壓力中心的計算沖壓力合力的作用點稱為沖模的壓力中心。沖模的壓力中心必須通過模柄軸線而 與壓力機滑塊的中心線重合。否則，沖壓時滑塊就會受到偏心載荷，導致滑塊導軌和 模具導向部分的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而降低沖裁件的質量和模具的 壽命，甚至會損壞沖模9。具體計算如下圖 4-3 和表 4-3 所示。圖 4-3 坐標位置 表 4-3 坐標點 序號 L X Y 1 77.89 23 23 2 31.506 10 49.25 3 26 23 55 4 5 6 7 8 9 31.506 5.636 11.5 26 11.506 100.53 36 23 59.25 75 59.25 23 49.25 23 36 23 10 23 建立坐標系，標注如圖所示，利用 AtuoCAD 軟件，直接求出各線段的壓力中心坐 標，測量得到如上結果。簡單幾何圖形壓力中心的位置：（1）對稱件裁剪的壓力中心，都位于沖裁件輪廓圖形的幾何中心上。（2）沖裁直線段時，其壓力中心位于直線段的中心位置。（3）沖裁圓線段時，壓力中心位置可通過計算得出。計算公式查沖壓工藝與模具設計如公式 4-6 得y=180=（4-6）式中：b弧長，mm； 半角，弧度； 復雜零件模具壓力中心的確定：（1）在任意位置畫出坐標軸，（2）分別計算出每一個凸模刃口輪廓壓力中心及坐標位置，1、2 和1 、2。 （3）將刃口輪廓線按基本要素劃分為若干線段1、2，并計算出各段的長度。 根據力學定理，合力對每軸的力矩等于各分立對同軸力矩的代數和，則可得到壓力中心坐標（0，0）。查沖模設計手冊如公式 4-7、4-811+22+ =10 = + += （4-7）12=1 11+22+ =10 =1+2+=1（4-8）帶入公式進行計算0 =29.788；0=30.179。4.7 壓力機的選擇根 據 總 沖 壓 力 F總 =237754N ， 壓 力 機 公 稱 壓 力P= （ 1.11.3 ） 總=1.2237754N=285KN，考慮閉合高度、最大行程等綜合因素。查多工位級進模 設計實用手冊 表 9-3 JFC21 系列開式告訴高精密壓力機，技術參數見下表 4-4 所示。 表 4-4 壓力機參數 名稱系列公稱壓力（KN） 450滑塊行程（mm） 50行程次數（次/min） 120200最大裝模高度（mm） 裝模高度調節(jié)（mm） 滑塊中心至床身距離（mm） 立柱間距離（mm） 工作臺尺寸（前后左右） 機身工作臺尺寸（前后左右） 工作臺板厚度 模柄孔尺寸(直徑深度) 3005030054057080030030010040605 模具零件設計5.1 凸、凹模設計5.1.1 沖裁間隙指沖裁凸模和凹模之間的間隙，不僅對沖裁件的質量有極重要的影響，而且還影 響模具壽命、沖裁力、卸料力和推件力等，間隙過大是凸模刃口處的比合理間隙時向 內錯開一段距離。當間隙過小時凸模刃口處的裂紋比合理間隙時向外錯開一段距離。 通過查表法確定間隙值的大小。凸凹模刃口尺寸計算沖裁件材料為 Q235，料厚 S=1.5mm，查多工位級進模設計 適用手冊表 4-6 沖裁模初始雙面間隙（汽車、拖拉機行業(yè)） =0.132mm； =0.240mm。5.1.2 凸、凹模刃口尺寸的計算凸、凹模刃口尺寸計算原則：（1） 落料時，制件的尺寸取決于凹模刃口尺寸，而沖孔時，制件的尺寸取決于 于凸模尺寸，故料帶設計落料時，應以凹模為基準，間隙去在凸模上，否則相反。在 使用中，凸模會越磨越小，凹模會越磨越大10。（2） 由于在沖裁中凸凹模的磨損，在設計落料時，凹模公稱尺寸應取制件尺寸 公差范圍內較小尺寸，設計沖孔時，凸模公稱尺寸應取制件尺寸公差范圍內較大的值， 這樣在凸凹模磨損不嚴重情況下沖出仍然是合格品。（3） 凹、凸模的制造公差主要與沖裁件的精度和形狀有關，一般比沖裁件的精 度高 23 級。 （4） 沖裁件刃口尺寸均按“入體”原則標注，即凹模刃口尺寸偏差標注正值， 凸模刃口尺寸偏差標注負值；而對于孔心距，以及不隨刃口磨損而變得尺寸，擇取向 雙偏差。沖裁凸模與凹模分開加工時刃口尺寸計算 這種方法適用于圓形或簡單規(guī)則形狀 的沖裁件。為了保證合理的間隙值，其制造公差（凸模制造公差p，凹模制造公差） 必須滿足下列關系式： |+| （5-1） 其取值方法有以下幾種方法： （1） 按表 4-9 查?。?） 規(guī)則形狀一般可按凸模 IT6、凹模 IT7 精度查標準公差表選?。?） 按下式取值，如公式 5-2 所示。 = 0.4( )， = 0.6（ ）（5-2） 查多工位級進模設計使用手冊表 4-9 查取，具體公差見下表 5-1 所示。表 5-1 規(guī)則形狀（圓形、方形）沖裁時凸、凹模制造公差 公稱尺寸凸模公差凹模公差180.0200.020>18300.0200.025>30800.0200.030>801200.0250.0351.沖孔 = ( + )0+（5-3）2.落料 = ( + )0= ( + + )0+（5-4） = ( )00（5-5）0 = ( ) =( )式中：、落料凹模與凸模刃口尺寸（mm）、沖孔凹模與凸模刃口尺寸（mm） 落料件最大極限尺寸（mm）沖孔件最小極限尺寸（mm）沖裁件公差、凹模上極限偏差與凸模上極限偏差（mm）凸凹模最小初始雙面間隙（mm）（5-6）X磨損系數，與制造精度有關，可查多工位級進模設計手冊表 4-10 選取，具體見下表 5-2 所示或按下列關系選取。 當裁件精度 IT10 以上時取 x=1， 當沖裁件精度 IT11IT13 時取 x=0.75， 當沖裁件精度 IT14 以下時取 x=0.5。沖孔部分，dIT7, p按 IT6 查標準公差表,得=-0.016mmd=+0.025mm查多工位級進模設計實用手冊表 4-6 得： =0.240 mm=0.132mm；|+| |=0.0410< -查表 5-2 得沖孔部分 x=0.75，沖孔部分刃口尺寸為000 = ( + ) =（32 + 0.75 0.24）0.016mm = 32.180.016 = ( + )+0=(32.18 + 0.132)+0.025= 32.312+0.02500落料部分，按 IT7、按 IT6 查表公差表，得：d=+0.025mm ,=-0.016mm|+|=0.041< 查表 4-10 得落料部分 x=0.5，落料部分刃口尺寸為：0 = ( )+=(46 0.5 0.34)+0.025mm = 45.83+0.025000=(45.83 0.132)0mm = 45.6980 = ( )制件公差選取見表 5-2 所示。0.0160.016表 5-2 制件公差 材料厚度 t/mm 非圓形制件公差 1 0.75 0.5 圓形制件公差 0.75 0.5 1 0.160.170.35 0.36 <0.16 0.16 12 0.200.210.41 0.42 <0.20 0.20 24 0.240.250.49 0.50 <0.24 0.24 >4 0.300.310.59 0.60 <0.30 0.30 5.1.3 凸、凹模的設計原則（1） 凸、凹模必須有足夠的強度、剛度和硬度特別是在中、大型建構比較復雜 而型孔較多的多工位級進模，它在工作過程中受力比較復雜，具有不均勻、不垂直、 不對稱、偏裁等特點，所以凸、凹模很容易受到損壞。（2） 凸、凹模結構要簡單可靠，制造、測量和安裝方便一般情況下，復雜的結 構或其結構薄弱的位置，最容易損壞，損壞后就得修理或更換新的。如果凸、凹模結 構設計的比較復雜，必然制造和測量困難，加工周期長，不僅直接增加工具成本，還 會延誤生產，凸、凹模結構簡單，制造和維修方便也是衡量模具結構好壞的一個重要 內容。（3） 便于調整、維修和保養(yǎng)多工位級進模再沖壓過程中的凸凹模工作部分磨損， 細小的容易折斷等現象是不可避免的，這就需要及時得到調整、維修和保養(yǎng)。凸凹模 設計要便于拆裝，更換方便，固定可靠。沖孔落料凸模如圖 5-1 所示。a.落料凸模 b.沖孔凸模 圖 5-1 凸模 5.1.4 凸、凹模強度計算（1） 圓形凸模 查多工位級進模設計手冊如公式 5-7、5-8 所示。 當 d>t 時，凸模強度按下式核算 =2 （5-7）10.5當 dt 式，凸模強度按下式核算 = 4 ( ) （5-8）式中：t制件材料厚度（mm）；d凸?；驔_孔直徑（mm）；制件材料抗剪強度（MPa）；k凸模刃口接觸應力（MPa）；凸模平均壓力（MPa） 凸模材料許用壓力應力，對于常用合金模具鋼，可取 18002200MPaQ235 鋼材料厚度為 1.5mm，抗剪切強度為 310380MPa =21 0.5 2 350=1 0.5 1.530= 718.95MPA 則滿足強度要求。（2） 凹模強度計算 多工位級進模沖裁時，凹模下面的模板或墊板上的孔口要比凹模的孔口大，使凹模工作時受彎曲。若凹模厚度不夠，會產生彎曲變形，故需校核凹模的抗彎強度，一 般只核算其受彎曲應力時的最小厚壁。圓心凹模其強度可按多工位級進模設計手冊公式 5-9、5-10 所示公式計算01.5F2d抗彎能力（彎曲應力） 彎 =H2 (1 3d ) 彎（5-9）1.5F2d彎凹模板最小厚度 =*（1 +3d0）（5-10）式中：F沖裁力（N） 彎=300500MPa凹模最小厚度，d、0凹模刃口與支承口直徑彎凹模材料的許用彎曲應力（MPa），淬火鋼為未淬火鋼的 1.53 倍，T10A，Cr12MoV、GCr15 等工具鋼淬火硬度為 5862HRC。1.52d彎=*（1 +3d0）=24.0mm（3） 凹模壁厚計算凹模壁厚是凹模刃口與外援的距離，查多工位級進模手冊表 6-85，見表 5-3 所示。表 5-3 凹模壁厚取值表 模具件厚度 t/mm 零件料厚 0.8 制件料厚 >0.81.5 制件料厚 >1.53 制件料厚 >35 40 2025 2228 2432 2836 >4050 2228 2432 2836 3040 >5070 2836 3040 3242 3545 >7090 >90120 >120150 3242 3545 4052 3545 4042 4254 3848 4254 4558 4052 4558 4862 沖孔落料凹模如圖 5-2 所示。a.沖孔凹模b.落料凹模圖 5-2 沖孔落料凹模 5.2 輔助零件設計與選用帶料（條料）定位時，是通過裝在上模座上的導正銷插入帶料上的圓孔來校正帶 料或制件位置達到精確定位，被插入的圓孔或其他形狀的孔，一般是在帶料的載體上 沖出工藝孔，專供導正使用。 5.2.1 導正銷的設計（1） 在帶料上的載體、工藝廢料或結構廢料上設置導正孔，既要保證帶料的定 位精度，又要保證保證導正銷順利的插入導正銷孔。若導正銷與導正銷孔的配合間隙 過大，則定位精度低，反之，配合間隙過小，導致帶料上的銷孔變形，從而影響定位 的精度。一般的導正銷直徑 d 與導正銷孔和正銷孔之間的間隙應符合以下規(guī)定。 當帶料的厚度 t 0.5mm 時，且對工位步距精度無嚴格要求時 d1=d-t0.035 當帶料的厚度 t0.5mm 時，且對工位步距精度要求較高時 d1=d-t0.025 當帶料的厚度 t 0.7mm 時，且對工位步距精度嚴格要求時 d1=d-t0.020 式中：d導正銷直徑d1導正銷孔凸模直徑 t帶料的厚度。 （2） 導正銷工作長度的確定 導正銷工作部分長度也就是導正銷工作部分直徑伸出卸料板地平面的有效定位長 度 h,長度 h 帶料的厚度 t 與料的軟硬有關，材料越硬，導正銷孔的剪切面越小，因此 h 可適當的減小，一般取 h=(0.81.5)t。（3） 導正銷孔直徑的確定 導正銷孔的直徑大小與導正銷導正能力的大小有關。導正銷孔直徑太小時，導正銷容易彎曲變形，從而導致導正銷精度很差。反而，導正銷孔直徑過大時，材料的利 用率降低，載體的強度也有所降低。導正銷孔的經驗值見表 5-4 所示。 表 5-4 導正銷孔直徑的確定 帶料（條料）厚度 t 導正銷孔直徑 d 帶料（條料）厚度 t 導正銷孔直徑 d <0.5 1.52.0 1.53.0 4.010.0 0.51.5 2.04.0 >3.0 10.015.0 （4）導正銷直徑與導正銷孔避讓孔之間的關系 導正銷孔工作時，首先要經過帶料，還要伸出較長的長度，對應凹?；蛱资巾斄蠗U或帶導料銷避讓孔的異形浮導料銷等的避讓孔需加工成通孔。避讓孔直徑 ds 與導正 銷孔直徑 d 直徑要保留足夠的間隙，當帶料的厚度 t1mm 時，一般取 c=（0.050.1）t，即 =d+2(0.050.1)t 當帶料的厚度 t>1mm 時，一般取 c=（0.21）t，即 =d+2（0.21）t 據體設計的零件圖如 5-3 所示。圖 5-3 導正銷 5.2.2 卸料裝置在多工位級進模結構中卸料裝置是一個很重要的組成部分，我們在模具設計中常 用的卸料裝置主要有固定卸料裝置和彈壓卸料裝置，固定卸料裝置通常只起到卸料作 用，彈壓卸料裝置不只是卸料裝置，在沖壓開始前還可以起到壓料作用，防止沖壓過 程中材料發(fā)生滑移或扭曲等現象，彈壓卸料裝置對各小凸模還起到導向和保護的作用。此設計采用彈壓卸料裝置，通過卸料螺釘和彈性元件等安裝在卸料板上。彈性卸 料裝置的結構形式采用三板式鑲拼結構彈壓卸料板，卸料板可制成局部的小件鑲拼在 卸料板基體上，從而保證了型孔精度、孔距精度、配合間隙、型孔表面粗糙度，也便 于熱處理11。我們采用彈壓卸料裝置中采用卸料螺釘卸料具體形狀及尺寸如下圖 5-4 所示。圖 5-4 卸料螺釘 5.2.3 頂料裝置在多工位級進模中頂出裝置主要是對制件或廢料具有頂料力，在模具中一般的頂 出裝置有橡皮頂料裝置和彈性頂料裝置倆種。這倆種結構所占空間大，頂出力也大， 彈頂部分一般都裝在模座的下面，使用時要考慮壓力機工作臺大小的位置。采用彈簧 頂料裝置。采用套式頂料裝置頂料，具體零件圖如圖 5-5 所示。圖 5-5 套式頂料桿 5.2.4 限位裝置用于控制上下模合模后相對精確位置的結構，稱為限位裝置，普通限位裝置，主 要有限位柱和緊固螺釘組成，它結構簡單，應用廣泛，一旦模具的工作零件刃部變短， 限位柱要相應的修磨，另一種帶限位套的限位裝置，它有限位柱、緊固螺釘和限位套 組成，常用于較大型精密磨具，相比較我們采用普通限位裝置。而該模具設計采用限 位柱和緊固螺釘組成的。具體尺寸見圖 5-6 所示。圖 a 下限位柱 圖 b 上限位柱 圖 5-6 限位柱 5.2.5 模柄的選用在中、小型多工位級進模的模具中，模柄是一個重要的零件，通過它可以快速的 找正位置，直接與壓力機滑塊連接固定在一起，以實現正常沖壓工作。模柄的直徑、 長度應和壓力機滑塊上的模柄孔匹配。常用的模柄有壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣 式模柄及浮動模柄。采用壓入式模柄，此結構能就較好的保證模柄垂直度要求，長期 使用此模柄穩(wěn)定可靠，不會松動12。模柄選取如圖 5-7 所示。 圖 5-7 模柄 5.2.6 螺釘與銷釘的選用螺釘主要承受拉應力，用來連接固定零件，在多工位級進模中廣泛應用的是內六 角圓柱頭螺釘，采用標準的 M6 內六角圓柱頭螺釘。銷釘有圓柱銷和圓錐銷，在多工位級進模中主要起定位作用，同時也承受一定的 側向力，銷釘通常作為定位模具零件并與緊固件配合使用，采用 8 和 10 的圓柱銷 作定位實用。我們采用內六方螺釘來連接各部分，具體尺寸及形狀如下圖 5-8 所示。圖 5-8 螺柱 5.2.7 彈簧的選用在沖裁模卸料和頂件裝置中，最常用的是倆端圈并緊磨平的圓鋼絲圓柱螺旋壓縮 彈簧，其彈簧選取基本步驟如下：（1） 根據沖模機構與尺寸大小，確定可裝彈簧數量、頂壓縮后彈簧長度、彈簧 壓縮后的最小長度以及彈簧外徑最大尺寸。1（2） 計算每個彈簧的頂壓力公式 = 。式中：1彈簧頂壓狀態(tài)下的壓力（N）n彈簧數量 卸料力（N）K安全系數，取 1.52。（3） 根據頂壓力大小，選取標準彈簧。5.2.8 導柱、導套的選用導向導柱材料用 20Cr，20C 滲碳深度 0.81.2mm,硬度 5862HRC，查多工位級進 模設計實用手冊表 6-50 滑動導向導柱A 型（摘自 GB/T2861.12008）如下圖 5-9 所 示。圖 5-9 導柱 滑動導向導柱B 型（摘自 GB/T2861.32008）導套材料選用 20Cr 滲碳深度0.81.2mm，硬度 5862HRC；具體尺寸如下圖 5-10 所示 圖 5-10 導套 5.2.9 標準模架的選用標準模架包括上模座、下模座、導柱、導套等四部分組成。有根據上、下模座的 材料不同，有可以把模架分為鑄鐵模架和鋼鐵模架倆大類。因為模架是模具的主體結 構，模具是連接模具所有零件的重要部件，模具上下模之間相對位置通過模架的導向 裝置穩(wěn)定保持其精度。模架材料我們采用鋼板。每類模架中又可由導柱的安裝位置及導柱數量的不同分為對角柱模架、后側導柱 模架、中間導柱模架、四導柱模架。（1）對角導柱模架導柱安裝在凹模面的對角線上，受力平衡，上模座在導柱上 運動平穩(wěn)，適用于縱向或橫向送料。 （2）后側導柱模架倆導柱、導套分別裝在上、下模座后側，送料及操作方便， 可縱、橫向送料。主要適用一般精度要求的多工位級進模，不適用于大型的多工位級 進模。（3）中間導柱模架僅適用于縱向送料，具有導向精度高，上模座在到導柱上運 動平穩(wěn)的特點。（4）四導柱模架受力平穩(wěn)，導向精度高，適用于大型制件、精度要求高的多工 位級進模。通過相對比，制件精度要求不高，我們采用四角導柱模架，上下模座有鋼板制造 而成，模架的導向裝置為滑動導向裝置。 查國標 GB/T 23566.4-2009 冷沖壓滑動導向模架 四角導柱模架模架表 6-17 所得其凹模尺寸等，具體數值見表 5-5 所示。 表 5-5 四角導柱模架 零件件號規(guī)格上模座 GB/T 23564.2-200940028032 下模座 GB/T 23562.2-200925028040 導柱 GB/T 2861.2-200825160 導套 GB/T 2861.4-2008彈簧 GB/T 2861.6螺釘 GB/T 70.1-2008最小閉合高度 H 最大行程 S 外形尺寸L1、B1凹模周界 L、B2510030 23787 M616 165 90 400280 40080 具體模架我們選用標準模架（GB/T 23564.2-2009、GB/T 23562.2-2009、GB/T 2861.2-2008）具體尺寸見下圖 5-11 所示。 1-下模座 2-上模座 3 導套 4-導柱 圖 5-11 模架 6 其他說明6.1 材料選擇選擇具體材料及熱處理情況見表 6-1 所示。表 6-1 材料選擇及熱處理情況 零件名稱 材料選用 熱處理 硬度（HRC） 上、下模座 45調質 2428凸、凹模固定板 45 4348導正銷、定位銷 45淬火 4348螺釘 側刃擋板 導柱、導套 銷釘 模柄 托料板 墊板 導料板 彈簧 卸料板 推桿、頂桿 定距側刃廢料切刀 定位板 45T8A T10A 45 Q235A 45454565Mn4565Mn Cr12WMnV 45頭部淬火 淬火 滲碳淬火 淬火 淬火 淬火 淬火 淬火 淬火 淬火 4348545858624348 434843484448 5256586243486.2 公差與配合所有的銷孔均采用 H7/r6（過盈配合）、凸模與固定板采用 H7/m6(過渡配合)、固定 擋料銷與凹模采用 H7/n6（過盈配合）。導柱與導套 H7/h6、其余間隙的配合采用 H7/k6(過渡配合)。7 設計總結7.1 論文主要工作（1）搜集模具相關資料及前期準備工作,掌握沖壓工藝原理；（2）進行模具工藝參數設計，模具基本類型與工作部分零件尺寸計算；（3）進行模具結構設計及計算，模具整體設計和繪制裝配圖；（4）掌握模具的選材以及制造工藝的要求，繪制模具主要零件圖；（5）撰寫設計論文及設計說明書（不少于 8000 字）；（6）完成總裝圖及零部件圖的三維圖、二維圖紙；（7）圖紙的工作量合計不少于 2 張 A1 圖；（8）手工繪 A3 圖一張；（9）制作答辯 PPT。7.2 下一步工作及展望在以后中我還繼續(xù)學習和研究有關模具，了解模具，學習模具，到精通模具，改 善我們現在模具的現狀：（1）沖壓工序比較單一，多數以沖裁級進模為主，少部分為沖裁拉深級進模，模 具結構比較簡單、功能性不強。（2）模具模板幅面尺寸比較小，一般在 1200600mm 內，一次沖制的產品數量也 在十幾件以內，屬中小型級進模。 （3）模具精度不高，沖裁間隙誤差在 0.015mm 以上，制件產品容易產生毛刺。 （4）模具使用壽命相對較短。 將繼續(xù)從事研究模具，改變現狀，不斷發(fā)展，模具集成制造單元與技術的普及;商業(yè)互聯網向模具及其產業(yè)鏈延伸;3D 打印在模具制造中的廣泛應用;模具的智能化;輕 量化新材料與大型塑料模具的出現與優(yōu)化;大型級進沖模技術的成熟;具標準件精細化 等方向發(fā)展。 致 謝畢業(yè)設計是我作為學生的最后一次作業(yè)，在完成這次設計過程中，最應該感謝地 是畢業(yè)設計的指導老師。任務書下發(fā)，開題報告指導，中期檢查以及最終論文的審查。 在整個畢業(yè)設計過程中，耐心的指導，給我們上傳了很多資料和教學視頻。參考文獻1徐永禮. 基于 Pro/E 的沖壓復合模具設計探析J. 中國高新技術企業(yè),2013 2周本凱.冷沖壓模具制造技術M. 北京：化學工業(yè)出版社.2011 3閻兵.冷沖壓模具結構與設計實例M.北京：機械工業(yè)出版社.2012 4湯酞則.冷沖壓模具課程設計與畢業(yè)設計指導M. 北京：機械工業(yè)出版社.2015 5孫傳.冷沖壓工藝與模具設計M. 杭州：浙江大學出版社.2015 6于位靈.冷沖壓模具設計及典型案例M. 上海：上海科學技術出版社.2016 7劉洪賢.冷沖壓工藝與模具設計M. 北京：北京大學出版社 2012 8袁地軍.冷沖壓工藝與模具結構M. 北京：人