毕业设计
题目铝型材冲孔模设计与制造系别机电系
专业模具设计与制造
班级模具
姓名
学号
指导教师
日期
设计任务书
设计题目：
铝型材冲孔模设计与制造
设计要求：
（1）模具结构必需满足精冲工艺要求，并能在工作状态下形成压应力体系；（2）模具具有较高的强度和刚度，功能可靠，导向精度好；
（3）认真考虑模具的润滑、排气，并能可靠清除冲出的零件及废料；
（4）合理选用精冲模具材料、热处理方法和模具零件的加工工艺性；
（5）模具结构简单、维修方便，具有良好的经济性。
设计进度：
11月27日—12月2日查阅、收集资料；
12月2日--12月9日方案论证；
12月9日—12月16日整体设计及计算；
12月16日—12月22日校核、修改并提交论文；
12月26日—12月31日论文答辩。
指导老师（签名）_______________
目录
摘要 (1)
前言 (2)
1 冲压件工艺性分析 (2)
1.1导板导向冲孔模 (2)
1.2 确定方案 (2)
2 主要设计计算 (4)
2.1 排样方案的确定及计算 (4)
2.2 压力中心的确定及相关计算 (7)
2.3 凸模与凹模刃口尺寸的计算 (9)
3 模具总体设计 (11)
3.1 模具类型的选择 (11)
3.2 模架的选取 (11)
3.3 定位、卸料﹑出件、导向方式的选择 (12)
4 主要零部件的结构设计 (13)
4.1 定位零件 (13)
4.2卸料与推件零件 (13)
4.3落料凸模的设计 (15)
4.4 凹模的设计 (16)
5 模具材料的选用及其他零部件的设计 (18)
5.1 模具材料的选用 (18)
5.2 料板、卸料部件的设计 (19)
5.3 模具总体设计和主要零、部件设计 (20)
6 模具零件加工工艺 (23)
结束语 (26)
致谢 (27)
摘要
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，如我们使用的电脑、手机、汽车等产品都要依靠模具。模具种类繁多，加工模具的方法也是多种多样的。有锻造模、热锻模、冷锻模力铸造模、低压铸造模、失蜡铸造模、翻金属模、粉末冶金模、冲模等.
我本次设计的零件为带凸缘圆筒形件,采用的材料08钢及mm
5.1厚度保证了足够的强度和刚度,零件外形简单对称, 利于合理排样、减小废料，直线、曲线的连接处为圆角过渡。材料为一般用钢,采用冲压加工经济性良好。
通过对零件的工艺性分析，根据生产批量的大小选择级进冲裁作为该副模具工艺生产方案，经过计算分析完成该模具的主要设计计算；选出符合该模具的定位方式、卸料出件方式、导向方式；设计模具的工作部分即凸、凹模的设计，选择模具的材料；最后，装配模具试冲通过试冲可以发现模具设计和制造的不足，并找出原因给与纠正，并能够对模具进行适当的调整和修理，直到模具正常工作。
关键词：冲裁力落料搭边值分开加工模具
前言
模具，是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60％—80％的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
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。
我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，已能生产部分新型轿车的覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面，已从电机、电器铁芯片模具，扩展到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具。在精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。我国模具设计与制造能力状况。
虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。
济源职业技术学院毕业设计
1 冲压件工艺性分析
1.1导板导向冲孔模
零件简图如图1所示。
生产批量：中批
材料：铝型材
冲材厚度：6mm
图1零件图
该冲压件是在铝型材上进形简单的冲孔加工，由于冲孔尺寸及工件外形尺寸均较小，且为中批生产，为缩短模具制造周期，降低模具成本，而采用导板模进行加工。
导板模与无导向模相比，具有精度高、使用寿命相对较长、安装调整方便、操作安全等优点。并且导板又可兼作卸料板，还能对凸模起保护作用。模具成本较低。但导板的导向零件磨损较快，影响凸模寿命和导向精度。毛坯的定位不可见，操作不方便。一般适用于形状简单，尺寸不大的冲裁件。
该工件包括落料、冲孔两个基本工序：
1.2 确定方案
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：先落料后冲孔复合冲压。采用复合模生产。
方案三：冲孔—落料级进冲压。采用级进模生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本较高而生产效率低，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，但工件最小壁厚3.5mm接近凸、凹模许用最小壁厚3.2mm模具强度较差，制造难大，并且冲压后成品保留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作方便。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。
2 主要设计计算
2.1 排样方案的确定及计算
1．排样原则
（1）提高材料利用率n，对冲裁件来说，由于产量大，冲压的生产率高，所以材料费用常会占冲件总成本的60%以上，材料利用率是一项很重要的经济指标。要提高材料利用率，就必须减少废料面积。冲裁过程中所产生的废料可分为结构废料与工艺废料两种。结构废料是工件的形状决定的，而工艺废料则是由冲压方式或与排样方式所决定的。因此要提高材料利用率主要应从减少工艺废料着手，设计出合理的排样方案，有时在不影响冲件使用性能的情况下,也可适当改变冲裁件的形状。
（2）为了使工人操作方便、安全、减轻工人的劳动强度。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。它还可减小板料切次数,节省剪裁备料时间。
（3）使模具结构简单、模具寿命较长。
（4）排样应保证冲裁件的质量、对于弯曲件的落料,在排料时还应考虑板料的纤维方向。
2．排样和板材方式的经济性分析
（1）排样:排样是指冲件在条料，带料或板料上布置的方法。排样方法可分为有废料排样法和少，无废料排样法。
（2）根据零件的外形与尺寸来看，本零件最适合的排样方法为有废料排样发中的直排。
（3）排样时,冲件之间以及冲件与条料册边之间留下的余料叫搭边，它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度,便于送材。搭边数字取决与以下因素：
1）材料的硬度和厚度；
2）排样的形式；
3）条料的送料方法(是否由于侧压板)；
4）挡料装置的形式(包括挡料销,导料销和定距侧刃等形式)。
设计级进模，首先要设计条料的排样图。直排样时材料利用率低，应采用直队排样，设计成隔位冲压，可显著地减少废料。隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转1800，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隙中冲裁出第二部分工件。搭边值取2.5mm 和3.5mm ，条料宽度为135mm 步距为53mm ，一个步距的材料利用率为78%。查板材标准，宜选950mmX1500mm 的钢板，每张钢板板可剪裁为7个条料（135mmX1500mm ）,每张条料可冲56个工件，故每张钢板的材料利用率为76%。
表1 最小搭边值a
① 冲裁力：
()N Lt F b δ=
式中： F ――――冲裁力（N ） L ――――冲裁件是周长（mm
t ――――－材料厚度（mm ）
b δ―――――材料抗剪强度（MPa ）见模具实用丛书39页
其中： mm mm L 95.397212arcsin 2360180712=???
??
???? ???-??+=π
MPa
b 160=δ
N F 3104.38?=
② 推件力：
F nK F 推推＝
取图2的刃口形式
n=1
查表2得：
05.0＝推K
N N F 3
109.1104.3805.013?=???＝推
选择冲床时的总冲压力：
图2 压力中心
KN F F F 3.40＝推+=
表2 卸料力、顶件力、推件力系数
2.2 压力中心的确定及相关计算
1． 确定模具压力中心，按比例画出工件形状，选定坐标系xOy 如图2所示。
因冲压件对称于x 轴，所以y c =0。
mm l 121= m m m m 6.321272
2
1-=??
?
??--=X
mm l 95.272= (
)
mm mm 42.3180
22292229sin
7
02=?=X
mm l l l l c 31.12
12
211=+X +X =
X
2． 计算凸凹模的刃口尺寸
冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之间，如无特殊说明，冲裁间隙一般是指双边间隙。冲裁间隙对冲裁过程有很大的影响，对模具寿命也有较大影响。
合理间隙值有一个相当大的变动范围，约为（5%~25%）t 左右。取较小的间隙有利于提高冲件的质量,取较大的间隙有利于提高模具的寿命。因此，在保证冲件质量的前提下，应采用较大间隙。
冲裁间隙的合理数值应在设计凸模与凹模工作部分尺寸时给予保证，同时在模具装配时必须保证间隙，沿封闭轮廓线的分布均匀，这样才能保证取得满意的效果。 查表3 得
表3初始双面间隙Z max 、Z min
间隙值：53.0min =Z 63.0max =Z 查下表4得凸凹模的制造公差：
mm 02.0=凸δ mm 02.0=凹δ
满足凹凸＋δδ≥-min max Z Z 条件。
表4 规则形状（圆形、方形件）冲裁件时凸、凹模的制造公差
在确定工件零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对比较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法计算。这种方法适用于圆形或简单形状的工件，保证间隙值。
2.3 凸模与凹模刃口尺寸的计算
冲裁件尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。所以正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的。 冲裁件刃口尺寸计算的基本原则：
1．由于凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
2．在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。
3．冲裁时，凸模、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果间隙越来越大。 查表4 得因数5.0＝X
凸凹模刃口尺寸根据下表6计算公式计算：
()0
凸凸＝δ-X?+d d
()mm mm 002.00
02.022.1443.05.01414--=?+Φ＝凸
()凹
凸凹＋＝δ+0
min Z d d
()mm mm 02
.0002
.00
57.1453.022.1414++=+Φ＝凹
式中: d 凸、d 凹－――――――冲孔凸、凹模基本尺寸 （mm ）
△ ―――――――工件制造工差 （mm ）
X ―――――――因数，其值可查表5
表5 因数
表6 配合加工时，凸凹模尺寸的计算公式
3 模具总体设计
3．1 模具类型的选择
常见的模具类型分为三种分别是：单工序模、复合模和级进模。确定模具形式，应以冲裁工件的要求、生产批量、模具加工条件等为主要依据。
单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模切口模等。
复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两到以上不同冲裁工序的模具。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几个具有双重作工作零件——凸凹模，如落料冲孔复合模中有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。
级近模是指压力机在一次行程过程中，依次在模具几个不同位置上同时完成多道冲压工序的冲模。
由冲压工艺分析可知采用复合模。
3.2 模架的选取
模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）组成。 模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。后侧导柱模架送料方便，可以纵向、横向送料。所以本模具选取I 级精度的后侧导柱模架。 所以：
后侧导柱模架:()903.2851/)190~160(125160—T GB I mm mm mm mm ??
上模座：mm mm mm 35125160?? HT300 下模座：mm mm mm 40125160?? HT300 导 柱：mm 15025? 20钢 导 套：mm mm 338525?? 20钢
落料凹模、凸凹模的材料可采用Cr12，热处理硬度为HRC 64~60。
凸凹模固定板、卸料板、推件块等的材料选用45钢。
3．3 定位、卸料﹑出件、导向方式的选择
定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。
定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。
因为该模具采用是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作项目测定。
卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。
卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置﹑弹性卸料装置和废料切刀三种。 固定卸料装置 ：固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时，可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件。
综合考虑该模具的结构和使用方便，该模具采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取(0.2-0.5)t.当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时，卸料板与凸模的配合间隙应小于冲裁间隙。
该模具的特点是结构简单，质量轻、尺寸小，模具制造简单成本低廉。但是凸、凹模的间隙配合由压力机的导向精度决定。使用时调整麻烦，模具寿命低，冲裁件精度差。模具适用于精度要求不高，形状简单，批量小的冲裁件。所以采用无导向的方式。
4 主要零部件的结构设计
4.1 定位零件
1．条料方向的控制
条料的送料方向一般都是靠着导料板或导料销一侧导向送料，以免送偏。用导料销控制送料方向时，一般要用两个。由于本冲压模具采用手工送料，为此，可以省去侧压装置。手工直接送料进入凸模刃口。
2．挡料销的选择
固定挡料销分为圆形与钩形两种。一般装在凹模上，活动挡料销，其常用于倒装复合模中，装于卸料板上可以伸缩。由于本模具装置要求简单，所以可以采用圆形挡料销，因为其结构简单，制造加工方便。
4．2卸料与推件零件
1．弹性卸料装置
弹性卸料装置一般由卸料板、弹性元件（弹簧或橡皮）和卸料螺钉组成。常用于冲裁厚度小于1.5mm的板料，由于有压料作用，冲裁件平整。广泛用于复合模中。卸料板与凸模之间的单边间隙取（0.1~0.2）t。
2．刚性推件装置
常用于倒装复合模中的推件装置，装于上模部分。将冲出的工件或落料从上模的凹模型孔内向下推出使用的装置称为推件装置。刚性推料装置推件力大，工件可靠，便于维修。
3．弹簧的选用
在选用时必须同时满足冲裁工艺（包括力和行程）和冲模结构的要求，圆柱螺旋压缩弹簧已经标准化了，每个型号弹簧的主要技术参数是能承受的工作极限负荷
j
F 与其相对应的工作极限符合下的变形量
j
L 。设计模具时，根据所需的卸料力
或推件力以及所需的最大压缩行程O L 来计算j
F 与
j
L ，然后在标准中选用相应规
格的弹簧。 选用步骤如下：
（1）根据模具结构与尺寸，确定可装置弹簧的数目n ，本模具安装A 个弹簧。
（2） 计算每个弹簧的卸料或顶件载荷n
F F 卸‘卸=
。’
卸F 也就是卸料或顶料装置中
每个弹簧所受的预压力。则本模具中弹簧的卸料载荷 N N
F 5858
4680==’
卸
（3） 计算卸料或顶件时所需的最大压缩行程o L
321h h t h L O +++=
式中： ---1h 卸料板高出凸模端面的高度，一般为1mm
---2h 凸模进入凹暮的深度，一般为0.5~1mm
---3h 凸模的总修磨量，一般为4~10mm
---t 冲裁件厚度mm
所以本模具卸料时所需的最大压缩行程o L 为： 321h h t h L O +++=
mm
mm
mm mm mm 1075.05.11=+++=
1） 计算所需弹簧的工作极限负荷下的变形量j L
由虎克定律：
j
j Q
L F L
F =
'
'
j O L L L ≤+'
令KL L ='，一般取K 为60%左右，对于冲裁模，K 可取大些，对于拉深或
弯曲模，K 要取小些。
则：
j
j j
L F KL F =
'卸
于是 K
F F j ‘卸
=
由 O j O j L KL L L L +=+='
于是 K
L L O
j -=
1 由上述两式和已知'
Q F 与O L ，求出j F 与j L 。
则本模具为：N N
F j 9756.0585==
mm mm L j 256
.0110=-=
2） 根据求出j F 与j L 从标准中选择弹簧型号。
4.3落料凸模的设计
由于冲件的形状和尺寸不同，生产过程中使用的凸模结构形式很多：按整体结构分，有整体式（包括阶梯式和直通式）、护套式和镶拼式；按截面积形状分，圆形和非圆形；按刃口形状分，有平刃口和斜刃口等。但不管凸模的结构形状如何，其基本结构均由两部分组成：一是工作部分，用以成行冲件；二是安装部分，用来使凸模正确的固定在模座上。综合考虑并结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，才用线切割机床加工，2个M7螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。
图3 落料凸模
其总长L 可按公式计算： h t t h h L +++=21
()mm 8.282.11420+++=mm 64=
式中：---L 凸模的长度()m m
---1h 凸模固定板的厚度()mm
---2h 卸料弹性元件的安装高度()mm
---h 附加长度()m m ，它包括凸模的凸模的修模量、凸模进入凹模
的深度、凸模固定板与斜料板之间的安全距离等。
---t 材料厚度()mm 为1.2mm
4.4 凹模的设计
凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安装凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式计算 凹模厚度:H
kb H = mm 127.02?= mm 4.25=
式中：K ————有b 和材料厚度t 决定的凹模厚度系数查表7
b ————垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离
表7 凹模厚度系数