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1、 14139零件的冲压模具设计与工艺分析系 院： 精 密 制 造 工 程 系 学生姓名： 专业班级： 模 具 11C3 班 学 号： 指导教师： 2014年3月20日声 明本人所呈交的 14139零件的冲压模具设计与工艺分析，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日 期： 摘要 冲压制品已在工业、农业、国防和日常生活中的方面得到广泛应用,特别是在机械业中更为突出。产品性能的提高要求高质量的冲压模具和冲压性能，
2、成型工艺和制品的设计。这个主要冲孔，落料，弯曲，拉伸等。而冲压模，占了总比例的的60以上。冷冲压冲裁模主要用于金属制品的成型，它是冲压制品生产中十分重要的工艺装置。冲压模的基本组成是：上下模座、模具垫板、下模固定板、凹模镶块、抬料钉、导料板、导柱导套、卸料板弹钉、卸料板等。本文设计介绍了模具成型零件包括凸模、凹模及其他零件，如卸料板、固定板、垫板、导柱、导套等的设计和选用过程，重要零件的工艺参数的选择与计算，冲裁机构与送料挡料以及其它结构的设计过程，并着重对模具的设计部分作了详细介绍。关键词: 冲孔；落料；冲压模具；工艺计算目录引言错误！未定义书签。一、冲裁件的简介与发展趋势错误！未定义书签。
3、（一）简介错误！未定义书签。（二）发展趋势错误！未定义书签。二、冲裁件的材料与尺寸错误！未定义书签。（一）冲裁件的材料错误！未定义书签。（二）冲裁件的尺寸错误！未定义书签。三、冲裁工艺的方案的确定与排样确定错误！未定义书签。（一）冲裁工艺方案的确定错误！未定义书签。（二)排样错误！未定义书签。(三）排样的确定错误！未定义书签。 四、冲孔冲齿落料的设计与计算错误！未定义书签。（一）冲孔冲裁间隙、冲压力、刃口尺寸的计算错误！未定义书签。 （二）冲齿冲裁间隙、冲压力、刃口尺寸 的计算 . 五、模具的设计与组装 （一）冲孔模具 （二）冲齿模具总结错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。参考文献错误！未
4、定义书签。引言模具制造工业的快速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。如模具的cad技术，模具的激光快、声波技术，模具的精密成型技术、精密加工技术等，这些几乎覆盖了我国的很多行业。模具设计水平，加工设备的,产品生产实力，模具质量等直接影响创新和更新旧货。影响着产品质量和经济效益的提高。随着人民生活水平的不断提高，由模具生产的产品在咱们的日常生活中的使用越来越普遍，模具制造业由很大的发展空间。同时，世界制造业的转移将给我国的模具制造业带来机遇和挑战，我们应该抓住机遇，学习先进技术并不断优化，使我国的模具制造技术不断提升。本次设计以冲压模具为中心，综合了成型工艺分析，模具结构设计和模具总的装配等
5、一系列模具生产制造的全部过程。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的基本步骤，如模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的各种知识综合应用到本次设计当中来，以做到活学活用，熟能生巧。一、冲裁件的简介与发展趋势 （一）简介 根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模方面的成就在世界领先。冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。根据工序的组合程度的分类（1）复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。（2）单工序模 在压
6、力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。（3）传递模 综合了单工序模和级进模的特点，利用机械手传递系统，实现产品的模内快速传递，可以大大提高产品的生产效率，减低产品的生产成本，节俭材料成本，并且质量稳定可靠。（4）级进模（也称连续模） 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。（二）发展趋势国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模的设计与制造能力已达到较高水平，包括虚拟技术和信息工程等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。冲压模共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是
7、汽车覆盖件模具，多功能、精冲模和多工位级进模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。高强度板和不等厚板的冲压模及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。二、14139冲裁件的材料与尺寸 图1 14139的零件实物图 图2 14139的零件图 （一）零件的材料如表1-1，零件的材料为20钢，又名优质碳素结构钢，标准：GB/T 699-1988，强度硬度不高。适合冲裁。从上面图可以看出这个零件结构简单，上下、左右对称，外形轮廓主要是由圆和圆弧组成的，最小的圆角为R1，
8、该零件厚度为1cm，也没有什么角操作起来也不是很复杂，因此该零件的外形比较适合冲裁模具的加工。从经济效益上看适合大批量生产。 表1-1（二）尺寸精度表1-2 经查表1-2图中零件各个外形尺寸分别为 1320.5 3600.39 100.05 R100.14 49.100.39 三、冲裁工艺的方案确定与排样确定（一）冲裁工艺的方案确定 方案一：采用先冲孔，再冲齿冲孔，最后再进行落料，加工形式为级进模生 产，需要三套模具。 方案二：采用先落料冲中间大孔孔，再冲一周小孔和中间齿形孔，加工形式为复合模加单工序模，需要两套模具 方案三：采用先落料，再冲孔，最后再冲齿冲孔，加工形式为单工序模加工，需要三套
9、模具。冲裁的种类又可分为（1）单工序是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。（2）复合冲裁是指压力机在一次行程内在模具的同一位置上完成两个或两个以上的冲压工序的冲裁模。（3）级进冲裁是指把冲压件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次形成过程中，材料在压力机的不同位置。分别完成弓箭所要求的不同加工工序。复合模具的主要特点是生产效率高，零件的中间的孔与外圆的相对位置精度比较高，板料的定位比级进模相对简单且精度要求较低，还有就是模具整体尺寸相对较小。由于零件的生产是大批量生产，零件的尺寸稍大而且结构稍复杂，制造难度有点大，所以为提高生产率，保证精度。根据上述方案进行分析、比较，决
10、定采用方案二。其中复合模又分为倒装式和倒正装式。正装式复合模的冲裁件的平整度相对较好，废料很难在凸凹模内积聚，压力机回程时，废料通过打杆从凸凹模内推出，更适合冲裁一些比较薄的板料，以及壁厚较小、强度较差的凸凹模，但结构复杂，退料过程会影响操作。倒装式复合模与正装式复合模最明显的区别是凸凹模安装在模具的下模，而落料凹模和冲孔凸模安装在模具的上模，模具整体结构比较简单，加工相对容易，缺点就是不冲孔边距离较小的冲裁件。这个零件结构比较简单，比较上述两个模具的优缺点，具体分析以后决定采用倒装复合模。操作便捷。 （二）排样排样是指冲压件在条料、带料或板料上的布置方法，排样是否合理，将直接影响到材料的利用
11、率、冲压件的质量、生产效率、冲模结构与寿命等。因此，排样是冲压工艺中一项重要的、技术性很强的工作。在批量生产中，材料费用约占冲压件成本的60%以上。因此，合理的利用材料，提高材料的利用率，是排样设计主要考虑的因素之一。毛坯可以简单的描述为一个需要进行冲孔或落料工艺的零件的外轮廓线，但毛坯件还需要拉深或者弯曲的话轮廓展开部分还需要留有自由切削区。材料的利用率是冲压件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量材料合理利用的一项重要经济指标。为了简化问题，以“无限长的条形”毛坯排样为例，材料利用率可表示为：=nA/Bs*100%其中，s是进距(冲压式条料在模具上每次送进的距离，其值为两个对应冲件间对
12、应点的距离，mm）,B是条料的宽度，A是一个进距内冲裁件的实际面积，n是一个进距内冲裁件的数目。查冲压模具及设备表4-18最小搭边值，可得：两工件之间的搭边值a1=0.8mm，侧边搭边值a=1mm。1. 材料利用率材料利用率通常以一个步距内冲件的实际面积与所用毛坯面积的百分比来表示：=(A/Bs)%100材料利用率（%）；A一个步距内冲裁件的实际面积(mm2 )；S步距；B板料宽度(mm)。 值越大，说明废料越少，材料利用率就越高。=(A/Bs)%100=（3.14662 /134.9133.5）%100763条料宽度计算条料的宽度要分以下三种情况考虑：（1） 有侧压装置时候条料的宽度（2）
13、无侧压装置时候条料的宽度（3） 有定距侧刃时条料的宽度本套模具适合（2）条料宽度计算方法：B0-=（Dmax+2a）0-Dmax条料宽度方向冲件的最大尺寸a侧搭边值 查教材冲压模具及设备表4-18条料宽度的单向偏差 查教材冲压模具及设备表4-19B=（132.5+21）0-0.7 =134.50-0.7四 冲孔落料的设计与计算 （一）冲孔冲裁间隙、冲压力、刃口尺寸的计算1.冲孔的冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的尺寸之差。单边间隙用C 表示，双边间隙用Z表示。选取合理的冲裁间隙是我们设计一套模具所必须考虑的，合理间隙值的确定-间隙的选取要使冲裁达到较好的断面质量、较高的尺寸精度，
14、较小的冲裁力，较高的模具寿命。如果只是单纯的分别从质量、冲裁力、模具寿命等各个方面计算并确定出来的合理间隙可能并不是同一个数值，它们可能只是彼此相近而已。(l)当工件的断面质量没有严格要求时，为了提高模具寿命和减小冲裁力，可以选择较大间隙值。 (2)当工件断面质量及制造公差要求较高时应选择较小间隙值。 (3)计算冲裁模刃口尺寸时，考虑到模具在使用过程中的磨损会使刃日间隙增大，应当按Zmin值来计算。确定合理间隙的方法-计算法、经验法、查表法。结合实际，因为模具在使用过程中肯定会有磨损等因素的影响，从而会造成间隙值的增大的情况，所以我们设计和制造新的模具的时候最好采用最小合理间隙Cmin。所以冲
15、裁间隙的确定是我们设计模具的核心，十分重要的参数。冲裁间隙其实就是指模具中凸、凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值。Z=DA-DT查冲压模具及设备得20钢的最小双间隙2Cmin=0.10mm 最大双间隙2Cmax=0.14mm2.冲压力的计算在冲裁过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总和。冲压力的大小是选择合适的压力机、设计冲裁模和校核模具强度的重要依据。冲压件的压力中心计算 冲裁力Fp=KLtL冲件周边长度mmT材料厚度mm材料抗剪强度MPa K考虑模具间隙的大小不一、刃口的磨损情况不同、材料的力学性能与厚度的波动等因素而引入的修正系数，一般取K=1.3
16、Fp=KLt=1.3（1323.14+363.14）1300206.345103N 卸料力 Fx=KxFp 顶件力 Fd=KdFp查教材冲压模具及设备表4-22取Kx=0.045N，Kd=0.06NFx=0.045206.345103N9.29103NFd=0.06206.345103N12.38103N所以总冲压力=冲裁力+卸料力+顶件力F总=Fp+Fx+Fd=206.345103N+9.29103N+12.38103N=228.012103N3.刃口尺寸的计算 保证冲裁件尺寸精度还有一个重要因素，就是凸、凹模刃口尺寸及公差。凸、凹模刃口尺寸及其公差也是确定模具的合理间隙值的一个重要数据。所
17、以，能否计算确定出凸、凹模刃口尺寸及其公差，在模具设计中也是一项十分重要的任务。模具的加工方法其实也分为很多种，凸模与凹模的刃口部分尺寸的计算方法与制造公差的标注也不同，一般情况下刃口尺寸的计算方法可以分为以下两种情况。 分别是凸模与凹模分开加工的方法和凸模与凹模配合加工的方法两种。就本零件来说，选用凸模与凹模配合加工方法是最合适的。在计算形状稍微复杂的凸凹模工作部分的尺寸时，我们会发现凸模和凹模磨损后，在其中一个凸模或凹模上会同时存在三种全然不同磨损结果的尺寸，这时需要区别认真对待。 在冲裁模中，落料尺寸为凹模为准。冲孔尺寸以凸模为准。凹模磨损向外扩张。凸模磨损向内收缩的特点。 零件外形轮廓
18、采用落料加工，落料时应以凹模为基准来配作凸模。图4-1图4-1为落料凹模，其刃口孔型见上图 其刃口孔型的特点是:优点是刃口强度较好,刃口尺寸不会随修磨刃口而增大,缺点是容易堆积废料,孔壁磨损和压力比较大,修磨时刃口磨去的尺寸较多，大批量生产时需要经常更换。查教材冲压模具及设备表4-14得对于尺寸为132的x=0.5落料凹模的计算尺寸如下D凹=（Dmax-x）0+/4=（132.5-0.51）0+1/4=1320+0.25 查表得Zmin=0.100 Zmax=0.140,所以落料凸模的刃口尺寸应该按照凹模实际刃口尺寸配作制作，保证双面间隙值在0.10.14mm之间。中间的圆孔采用冲孔，冲孔时应
19、以凸模为基准来配作凹模。查冲压模具及设备表4-14得对于尺寸为36的x=0.5冲孔凸模的计算尺寸如下D凸=（Dmin+x）0-/4=（36+0.50.39）0-/4=36.1950-0.0975查表得Zmin=0.100 Zmax=0.140,故冲孔凹模刃口尺寸按凸模的实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值在0.10.14mm之间。4.压力中心冲压力合力的作用点叫做压力中心，当模具的压力中心重合于压力机滑块的中心时，保证了压力机和冲裁模具正常平稳的工作。对于对称形状或形状简单的冲压件来说，它的压力中心一般在刃口轮廓图形的几何中心上。本模具为复合模，设压力中心位于制件中心。（二）冲齿冲裁间隙、冲压力、
20、刃口尺寸 的计算1.冲裁间隙其实就是指模具中凸、凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值。即 Z=DA-DT 根据上表查得20钢的最小双间隙2Cmin=0.1mm 最大双间隙2Cmax=0.14mm2.冲齿冲压力公式：Fp=KLtL冲件周边长度mm T材料厚度mm 材料抗剪强度MPa K考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取K=1.310孔周长 L=d=10=31.4mm齿形孔周长 L=d=49.1=154.174mmFp=KLt=1.3（1231.4+154.174）1300207.08103N卸料力 Fx=KxFp推件力
21、Ft=nKtFp查教材冲压模具及设备表4-22取Kx=0.045，Kt=0.055Fx=0.045207.08103N9.31103NFt=130.055207.08103N148.06103N所以总冲压力=冲裁力+卸料力+推件力F总=Fp+Fx+Ft=207.08103N+9.31103N+148.06103N=364.45103N3.冲齿刃口尺寸零件内部形状采用冲孔，冲孔时应以凸模为基准来配作凹模。查冲压模具及设备表4-14得对于尺寸为10的x=0.75冲孔凸模的计算尺寸如下D凸=（Dmin+x）0-/4=（9.95+0.750.1）0-/4=10.0250-0.025查表得Zmin=0.
22、100 Zmax=0.140,故冲孔凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值0.100.14mm中间齿形轮廓凸模按电子档割。4.压力中心本套模具所成形部分前后左右对称且结构简单，其压力中心与冲件轮廓图形的几何中心重合。五、模具的设计与组装（一）冲孔的设计与组装（1）凹模的设计图5-1材料为Cr12MoV(高碳高铬冷作模具钢)凹模的厚度H=K1K2（0.1F）13F冲裁力K1凹模材料的修 正系数，K1=1.3K2凹模刃口周边长度修正系数，查教材表4-30得K2=1.25H=K1K2（0.1F）13=38所以H取45根据实际安装需要，凹模尺寸为20020045凹模的刃口形式有两种为直筒型
23、和锥形刃口。直筒型刃口适用于冲件或废料与冲压方向相反推出的冲裁模。对于凹模上的很多小孔，我们采用倒锥形刃口，为了方便其废料的下落（2）凸凹模图5-2（3）凸模固定板如图5-2凸凹模设计图。冲孔凹模与落料凸模尺寸按冲孔凸模与落料凹模实际尺寸配作.凸凹模是复合模中主要工作零件。保证双面间隙0.5凸、凹模的结构大致分为整体式和镶拼式的两种，如果采用整体式往往给加工锻造和热处理带来困难，如果局部损坏会造成整个凹凸模报废。所以一般采用镶拼结构的凹、凸模。根据实际需要厚度取45厚度=顶料板的厚度+弹簧预压的厚度+零件的厚度+安全距它的内外圆均为刃口，凹凸模的最小壁厚目前由经验决定，对于正装复合模，材料为黑
24、色金属时最小壁厚是料厚的1.5倍，不小于0.7mm。在这里最小壁厚为1.5mm。LB=350260 最小闭合高度为220mm综上所述，总零件图5-3图5-3（二）冲齿的设计与组装1.凸模固定板凸模固定板的厚度为凹模厚度的60%到80%，所以厚度取25。固定板与凹模H7/m6配合，压装后应将凸模端面与固定板一起磨平。外形尺寸按凸模实际尺寸制作，为200200mm。图5-42.模架的选择图5-5 上模架 图5-6 下模架综上所述。如图5-7、5-8所示：图5-7 图5-8总结三年的大学生活即将宣告结束，我也将离开苏州工业职业技术学院。在此要感谢三年中教育我知识的各位老师，特别是论文指导老师，在百忙
25、之中帮助我完成这篇论文。在写这篇论文时，深刻的发现自己理论与实践方面的不足，无法把两者相结合，好在老师的不厌其烦的教导，我才能将这篇论文完成，也瞬间明白了很多东西。凡事都只要在自己刻苦钻研，一些问题都会迎刃而解，并且能学到很多知识，一种成就感油然而生。在这篇论文的设计过程中，也要多多利用身边的资源，比如学校的书本，公司的资料和身边的一些人际关系，也很好培养自己与人相处的知识。认真的去做一件事，收获真的很多。因为自己水平有限，文采不好，还望老师多多批评指导。 往往参考文献1夏华生.机械制图M.北京：高等教育出版社，2004年2徐政坤.冲压模具及设备.北京：机械工业出版社，2005第一版3钱东东.
26、实用数控编程与操作.北京：北京大学出版社，2007年4蒙晓影，王显彬.工程力学.大连：大连理工大学出版社，2010第五版5唐建生.工程材料与成形工艺.武汉：武汉理工大学出版社，2011年第二版致谢三年的大学生涯即将宣告结束，然后写了这篇论文，从开始的茫然到慢慢的找对思路，然后到最后的熟能生巧。结合图纸与文字，加上老师的不辞辛苦的帮忙，终于在此刻完成了。在此向老师表示深深地感谢的崇高的敬意。做这次论文是我终身收益，我感觉到只要认认真真，真心去做论文，是自己真正的研究过程和学习的过程，没有自己的研究就不会有学习的突破。不积跬步何以至千里，这次论文的完成，一大部分归功于导师的认真负责耐心指导，能将我所学习的知识在论文中体现。在论文设计过程中，谦虚合作团结也是我所学到的，做任何事都不能是单独的，不能闭门倒车，可以向同学老师学习请教，正所谓“知之为知之，不知为不知，是知也”。总之，在整个实验操作和论文完成的过程中，我体会到的是实验的艰辛和收获的充实，感受到的是一种坚持不懈、契而不舍的科研精神。对我以后的深造学习有重要的意义。
