摘要
本文主要通过罩壳冲压件的设计计算，设计出该冲压件的模具。在整个模具设计过程中，涉及到了冲压件的结构设计、压力机和模架的选择以及一些重要参数的校核，并详细叙述了模具设计中的凸凹模设计、卸料装置的设计和推件装置设计。
在整个模具设计过程中，采用了Pro/E、AutoCAD等著名的设计分析软件，通过这些软件进行设计分析，优化了设计参数，缩短了设计时间，并大大提高了设计效率。
关键词：冲压模具；凸凹模；Pro/E；设计计算；校核。
Abstract
This paper mainly design the stamping mold through the trim calculation in the design of stamping parts. In the whole mold design process, involving the stamping parts of the structure design, press, and the selection of die set and some important parameters of checking, and mold design are described in detail in the intensive design, discharging device design and ejecting device design. In the entire mold design process, using Pro/E, AutoCAD etc famous design analysis software, through these analysis software to design, optimize the design parameters, shorten the design time, and greatly improve the design efficiency.
Key words: Stamping die; Intensive; Pro/E;Design and calculation;Check.
目录
摘要........................................................................................................................ I Abstract................................................................................................................... I I 目录.. (3)
Contents (5)
第1章绪论 (2)
1.1 冷冲压模具在工业生产中的地位 (2)
1.2 冷冲压模具的历史发展与现状 (2)
1.3 此次选题的目的和意义 (4)
第2章工艺分析与方案确定 (5)
2.1 设计任务 (5)
2.2 冲压件的工艺分析 (6)
2.2.1 冲压件的材料选择分析 (6)
2.2.2 冲压件的结构和尺寸精度分析 (6)
2.3 毛坯尺寸计算 (6)
2.4 确定拉深次数 (7)
2.5 排样及材料利用率 (7)
2.5.1 排样方法 (7)
2.5.2 搭边和料宽 (8)
2.5.3 材料利用率 (9)
2.6 制定冲压工艺方案 (10)
2.6.1工序性质和数量 (10)
2.6.2 工序顺序和组合 (11)
2.6.3冲压工艺方案 (11)
第3章模具设计中的必要工艺计算 (13)
3.1计算冲裁工艺力 (13)
3.2 确定模具压力中心 (14)
3.3初选压力机 (16)
3.4冲裁间隙 (17)
3.5冲裁模刃口尺寸 (17)
3
3.6凸、凹模间隙及工作部分尺寸 (18)
3.6.1落料凸凹模刃口尺寸 (18)
3.6.2 拉深凸凹模的刃口尺寸 (18)
3.6.3 冲孔凸凹模的刃口尺寸 (19)
3.7凸模和凹模的结构设计 (20)
3.7.1凸模 (20)
3.7.2 凸凹模 (21)
第4章模具主要零部件的结构设计 (25)
4.1定位零件 (25)
4.2卸料、推件装置 (25)
4.2.1 卸料装置 (25)
4.2.2 推件装置 (26)
4.3导向零件 (28)
4.4紧固零部件 (30)
4.5固定与支撑零件 (30)
4.5.1 上、下模座 (30)
4.5.2 模柄的设计 (32)
4.5.3 凸模固定板的设计 (33)
4.6模具的总体设计 (34)
4.7压力机的校核 (36)
4.8模具的装配 (37)
4.8.1 模架装配的内容和目的 (37)
4.8.2 模具装配的精度要求 (37)
4.8.3 冷冲压模具的装配的技术要求 (37)
4.8.4 模具的装配 (38)
4.8.5 复合模的装配 (38)
结束语............................................................................. 错误！未定义书签。致谢 (41)
参考文献 (42)
4
Contents Abstract.................................................................................... 错误！未定义书签。Contents ................................................................................... 错误！未定义书签。Chapter 1 Introduction........................................................ 错误！未定义书签。
1.1The status of cold stamping die in the industrial production错误！未定义书签。
1.2Historical development and current situation of the cold stamping die错误！未定义
1.3Purpose and significance of the topic ................................ 错误！未定义书签。Chapter2 Determine the process analysis and solution .......... 错误！未定义书签。
2.1Design task ................................................................ 错误！未定义书签。
2.2Stamping process analysis ......................................... 错误！未定义书签。
2.2.1Materials selection analysis of stamping parts 错误！未定义书签。
2.2.2Stamping parts of the structure and dimension accuracy analysis错误！未定义
2.3 Blank size calculation ............................................... 错误！未定义书签。
2.4Determine the drawing number ................................. 错误！未定义书签。
2.5Layout and material utilization ................................. 错误！未定义书签。
2.5.1Layout method ................................................ 错误！未定义书签。
2.5.2On and the material width ............................... 错误！未定义书签。
2.5.3Material utilization .......................................... 错误！未定义书签。
2.6Stamping process program ........................................ 错误！未定义书签。
2.6.1Nature and quantity ......................................... 错误！未定义书签。
2.6.2Process sequence and combination ................. 错误！未定义书签。
2.6.3Stamping process program........................................ 错误！未定义书签。Chapter3 Necessary process calculation of the die design..... 错误！未定义书签。
3.1Force calculation of blanking process ....................... 错误！未定义书签。
3.2Determine the mould pressure center ........................ 错误！未定义书签。
3.3Primary press ............................................................. 错误！未定义书签。
3.4Blanking gap ............................................................. 错误！未定义书签。
3.5Die cutting edge dimension ....................................... 错误！未定义书签。
3.6Dimensions of convex and concave die clearance and work错误！未定义书签。
5
3.6.1Blanking intensive blade size .......................... 错误！未定义书签。
3.6.2In deep drawing intensive blade size .............. 错误！未定义书签。
3.6.3Punching and die cutting edge size ................. 错误！未定义书签。
3.7The structure design of convex die and concave die .错误！未定义书签。
3.7.1 Punch ............................................................... 错误！未定义书签。
3.7.2Intensive .......................................................... 错误！未定义书签。Chapter4 The mold structure design of main components错误！未定义书签。
4.1Positioning parts ........................................................ 错误！未定义书签。
4.2Unloading, pushing a device ..................................... 错误！未定义书签。
4.2.1Discharging device .......................................... 错误！未定义书签。
4.2.2Ejecting device ................................................ 错误！未定义书签。
4.3Guiding parts ............................................................. 错误！未定义书签。
4.4Fastening parts .......................................................... 错误！未定义书签。
4.5Fixed and supporting parts ........................................ 错误！未定义书签。
4.5.1Upper and lower mold base ............................. 错误！未定义书签。
4.5.2 The design of the mould shank ....................... 错误！未定义书签。
4.5.3Punch fixed plate design ................................. 错误！未定义书签。
4.6The overall design of a mould ................................... 错误！未定义书签。
4.7Press the check .......................................................... 错误！未定义书签。
4.8Mold assembly .......................................................... 错误！未定义书签。
4.8.1The content of the die set assembly and purpose错误！未定义书签。
4.8.2Mold assembly precision requirements........................... 错误！未定义书签。
4.8.3Technical requirements of cold stamping die assembly . 错误！未定义书签。
4.8.4Mold assembly ................................................ 错误！未定义书签。
4.8.5 Compound die assembly ................................. 错误！未定义书签。Conclusion................................................................................ 错误！未定义书签。Thanks...................................................................................... 错误！未定义书签。References ................................................................................ 错误！未定义书签。
6
第1章绪论
1.1 冷冲压模具在工业生产中的地位
模具是大批生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业史国民经济的基础工业。
模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。
目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普遍压力机设备每分钟可生产零件几件到几十件，高速压力机的生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品，有60%左右的零件时用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工产品，有90%左右的零件是用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识[5]。
1.2 冷冲压模具的历史发展与现状
模具的出现可以追溯到几千年前的陶器烧制和青铜器铸造，但其大规模应用却是随着现代工业的崛起而发展起来的。19世纪，随着军火工业、钟表工业、无线电工业的发展，模具开始得到广泛使用。第二次世界大战后，随着世界经济的飞速发展，它又成了大量生产家用电器、汽车、电子仪器、照相机、钟表等零件的最佳方式。从世界范围看，当时美国的冲压技术走在最前列，而瑞士的精冲、德国的冷挤压技术，苏联对塑性加工的研究也处于世界先进行列。20世纪50年代中期以前，模具设计多凭经验，参考已有图纸和感性认识，根据用户的要求，制作能满足产品要求的模具，但对所设计模具零件的机械性能
2
缺乏了解。从1955年到1965年，人们通过对模具主要零件的机械性能和受力状况进行数学分析，对金属塑性加工工艺及原理进行深入探讨，使得冲压技术得到迅猛发展。在此期间归纳出的模具设计原则，使得压力机械、冲压材料、加工方法、模具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进。进入20世纪70年代，不断涌现出各种高效率、高精度、高寿命的多功能自动模具。其代表是五十多个工位的级进模和十几个工位的多工位传递模。字啊此期间，日本以“模具加工精度进入微米级”而站到了世界工业的最先列。从20世纪70年代中期至今，计算机逐渐进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域；辅助进行零件图输入、毛坯展开、条料排样、确定模座尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造周期不断缩短。当前国际上计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺（CAE）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：继续发展几何图形系统，以满足复杂零件和模具的要求；在CAD 和CAM的基础上建立生产集成系统（CIMS）；开展塑性成形模拟技术CAE 的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，发展专家系统和智能CAD等。
中国模具工业是19世纪末20世纪初随着军火和钟表业引进的压力机发展起来的。从那时到20世纪50年代初，模具多采用作坊式生产，凭工人经验，用简单的加工手段进行制造。在以后的几十年中，随着国民经济的大规模发展，模具业进步很快。当时中国大量引进苏联的图纸、设备和先进经验，其水平不低于当时工业发达的国家。此后直到20世纪70年代末，由于错过了世界经济发展的大浪潮，中国的模具业没有跟上世界发展的步伐。20世纪80年代末，伴随家电、轻工、汽车生产线模具的大量进口和模具国产化的呼声日益高涨，中国先后引进了一批现代化的模具加工机床。在此基础上，参照已有的进口模具，中国成功地复制了一批替代品，如汽车覆盖件模具等。模具的国产化虽然使中国模具制造水平逐渐赶上了国际先进水平，但计算机应用方面仍然存在很大差距。
中国模具CAD/CAM技术从20世纪80年代起步，长期处于低水平重复开发阶段，所用软件多为进口的图形软件、数据库软件、NC软件等，自主开发的软件缺乏通用性，商品化价值不高，对许多引进的CAD/CAM系统缺乏二次开发，经济效益不显著。针对上述情况，国家有关部门在“九五”期间制定了相关政策和措施。到90年代后期，中国CAD软件产业从无到有，发展出一批具有自主知识产权的三维CAD软件，如清华英泰、北航CAXA、武汉
3
开目等打破了国外产品一统天下的局面。目前，中国模具工业发展迅速，模具行业产业结构有了很大改善，模具商业化水平大幅度提高，中高档模具占模具总量的比例也明显提高，模具进出口比例逐步趋向合理。
三维CAD技术的出现，极大地推动了模具工业的发展，使零件设计及模具结构设计在非常直观的三维环境下进行，模具设计完成后，可根据投影关系自动生成工程图。模具属于标准化程度较高的工艺装备，模具设计中使用的模架及各种标准件可以直接从CAD系统中建立的标准库中直接调用，大大提高了模具设计的质量和效率。同时，三维CAD系统中设计生成的三维模型可直接用于有限元模拟零件的成形过程及数控加工编程等的后续应用，适应现代化生产，满足了CAD/CAM集成技术的要求。目前，三维CAD技术已广泛应用于模具的设计，缩短了新产品的开发周期和产品的更新期，使得开发的新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能[5]。
1.3 此次选题的目的和意义
冲压模具设计是否正确合理、先进和适用, 对于冲压生产中冲压件合格率的高低, 作业循环的快慢, 模具的制造难易程度及模具的使用寿命等都具有重要的影响。本课题正是考虑到以上的因素，选择了冲压模具设计。这也正是符合当前研究的热点和市场的需求。不论在科研还是实际生产中都有着深刻的现实意义。
4
第2章工艺分析与方案确定
2.1 设计任务
设计题目：罩壳复合模设计
设计内容：
生产批量：大批量
材料：08钢
材料厚度：2mm
图2-1 制件图
5
6
2.2 冲压件的工艺分析
2.2.1 冲压件的材料选择分析
08钢是优质碳素结构刚，易于拉伸成形，具有良好的冲压性能。
2.2.2 冲压件的结构和尺寸精度分析
由工件简图可见，该工件的加工涉及到落料、拉深、冲孔三种工序内容。根据变形特点，对于带孔的拉深件，尤其是?5mm 孔到直壁的距离较近，一般应先拉深后冲孔。
对于所冲小孔?5mm ，按文献[5]表2.1查得，一般冲孔模对该种材料可以冲压的最小孔径为d≥t ，t=2mm ，因而5mm 孔符合工艺要求。
对于孔心距(35±0.2)mm ，按文献[5]表2.4查得，一般精度模具可达到的两孔中心距离公差为±0.12~±0.15mm ，因而符合尺寸精度工艺要求。
由文献[5]图2.2可知，最小孔边距为：C≥1.5t=3mm,C′≥t=2mm 。而零件上各孔的孔边距均大于最小孔边距。以上各项分析，均符合冲裁工艺要求，故可采用多孔冲裁模进行加工。
2.3 毛坯尺寸计算
1.本件为无凸缘件，所以毛坯直径为： 2256.07
2.1)(4r rd H d d D --++=δ
225.156.0775.172.1)4.132(77477?-??-+?+=
= 126.6 mm
其中δ取1.4；
故取D 为126.6mm 。
2.确定是否需要压边圈
7
坯料相对厚度：
t/D×100=2/126.6×100=1.579
式中 t ——坯料厚度，mm ；
D ——毛坯直径，mm ；
3.工件的拉深系数：
D d m ==6
.12677=0.61 根据文献[5]中公式(4.25)可知
)1(03.0m D
t -≥ 故不需要压边圈。
2.4 确定拉深次数
由于拉深件的高度与其直径的比值不同，有的拉深件可以用一次拉深制成，而有的高度大的拉深件，则需要多次拉深才能制成。所以根据工件的相对高度(H/D)和坯料的相对厚度(t/D×100)的大小确定拉深次数 。
由文献[5]查表4.10可知，由于工件相对高度0.257远远小于一次拉深时的相对高度0.45~0.52，所以工件可以一次拉深成形。
2.5 排样及材料利用率
2.5.1 排样方法
排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的拍一盒选择适当的搭边值，是降低成本、保证工件质量及延长模具寿命的有效措施。应考虑以下原则：
1.提高材料得利用率；
2.合理排样可使操作方便，劳动强度低；
3.模具结构简单，使用寿命长；
4.保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。
排样的方式有多种多样，其中有：
(1) 有废料排样(2) 少废料排样(3) 无废料排样
根据零件图可选用有废料排样，模具沿工件全部外形进行冲裁，工件周边都留有搭边。这种排样能保证冲裁件的质量，冲模寿命较长。
排样的形式分为直排式、斜排式、直对排、斜对排、混合排等。
根据零件的形状和排样方法确定为直排排样。如图2-2所示
图2-2搭边和排样
2.5.2 搭边和料宽
1.搭边
排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件；保持条料有一定的刚度，便于送料。搭边值的大小与下列因素有关。
(1)材料的力学性能；
(2)工件的形状与尺寸；
(3)材料厚度；
(4)手工送料、有侧压装置的模具，搭边值要小一些。
搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤
8
9
进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是有经验确定的，文献[5]表2.8列出了冲裁时常用的最小搭边值。
由料厚和送料方式查表可知搭边值a=2，a 1=1.5。
2.送料步距和条料宽度的确定
(1)送料步距
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距）其大
小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。
(2)条料宽度
条料宽度的确定原则：最小条料宽度要保证冲裁件零件周边有足够的搭边值。最大条料宽度要能在冲裁时顺利在导料板之间送行并与导料板之间有一定的间隙。
送料进距：1.1285.16.1261=+=+=a D h mm ；
条料宽度：6.130226.1262=?+=+=a D B mm ；
式中D —垂直送料方向的零件尺寸，mm 。
3.裁板方法
板料规格选用2mm×800 mm×3000 mm
每张钢板裁板条数n 1:为了操作方便，采用横裁，即
226
.13030001==n 余0.97mm 每条裁板上的工件数n 2
61
.1285.1800112=-=-=s a B n 个 式中B 1—钢板宽度
每张钢板上的工件总数：132622n 21=?=?=n n 总个。
2.5.3 材料利用率
材料的利用率是衡量材料的经济利用率的指标
10
%100)4/()(2???=B L D n πη总
=%100)80030004/()6.12614.3132(2?????
=69.2%
2.6 制定冲压工艺方案
2.6.1 工序性质和数量
1.工序性质的确定
在冲压加工中，工序性质是指冲压件所需的工序种类，剪裁，落料，冲孔，切边等使材料产生分离的工序。弯曲拉深局部成形等使材料产生变形的工序。
冲压工序性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。同时还应考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。通常在确定工序性质时应当考虑以下几方面：
(1)从零件图上直观的确定工序性质，平板件冲压加工时常采用剪裁，落料，冲孔等冲裁工序。当平面度要求较高时采用较平的工序进行精压，当零件的断面质量尺寸精度要求较高时，需增加修整工序或采用精密冲裁工艺进行加工。
(2)对零件图进行计算分析，比较后确定工序性质。
(3)为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序。预冲工序工艺切口达到改善冲压变形条件，提高成型质量母的。
根据零件图分析冲压加工时须用落料、冲孔、拉深工序。
2.工序数量的确定
确定工序数量的基本原则是：在保证工件质量，生产率和经济性要求的前提下，工序数量应尽可能地减少。
该零件精度要求较高，故采用复合模。