毕业设计说明书之设计题目为“垫片冲孔落料冲压模具设计及制造”，所属院系为机械工程学院，专业为机械设计制造及其自动化。学生姓名与学号未提及，指导教师为高级实验师。毕业设计（论文）完成时间为2014年5月。目录中包括冲压件零件图、冲压工艺性分析、冲压工艺方案的确定、主要设计计算、冲压设备的选择、模具结构选择、主要零部件的设计、模具总装图等内容。其中，设计计算部分涉及排样方式的确定及其计算、冲压力的计算、压力中心的确定及其相关计算、工件零件刃口尺寸的计算等。模具结构选择部分包括模具类型的选择、定位方式的选择、卸料、出件的方式选择、导向方式的选择等。主要零部件的设计部分涉及工作零件的设计，包括落料凹模设计、冲孔凸模设计、凹凸模设计等。力学性能校核部分包括弯曲应力校核、压应力校核。模具总装图展示了模具的整体结构。此外，还包括模具工作过程、参考文献和附录等内容。本文对垫片冲孔落料复合模模具的设计进行了详细介绍，实现了冲孔、落料两道工序的完成。模具设计初期需对零件进行工艺性剖析，进而明确工艺流程，并执行相关工艺运算，挑选恰当的冲压机械。随后，着手模具的具体设计。运用AUTOCAD软件绘制模具的整体装配图及零部件图，以此实现模具设计的全面完成。该模具采用倒装式结构，通过打杆将冲压件顶出，并利用弹簧驱动的卸料板来移除材料。排样设计为单排形式，通过活动挡料销和导料销进行定位和导料操作。该模架采用中间导柱圆形结构，配备压入式模柄。主要涉及冲孔、落料等工艺，属于模具设计领域。具体为复合模1，冲压件零件图设计。所用材料为65Mn，厚度为1mm，适用于小批量生产。工件简图可参考图1-1，零件简图2。此外，对冲压工艺性进行了分析，其中2.1节针对冲压件结构进行了详细分析。该工件仅包含落料和冲孔两个工序。材料65Mn，厚度t=1mm，具备优良的冲裁性能。该结构设计简洁，孔径对称，左右两侧各为10毫米，形成同心圆弧，半径同样为10毫米。在冲压件尺寸精度分析及确定方面，零件的具体尺寸精度并未提供公差范围，因此被视为自由尺寸。其位置精度介于IT6至IT8之间。根据表格查询，R10毫米为该零件的外形尺寸（非圆形），故公差精度选取IT14，经查表后，确定公差值为毫米。至于孔径10毫米，公差精度则选取IT11，同样通过查表确定其公差值为毫米。补上公差后的零件图纸如图3-1所示。图2-13展示了冲压工艺方案的选定。该零件的生产过程涉及落料和冲孔两个步骤，并提供了以下三种不同的工艺选择。第一种方案是先进行冲孔，随后进行落料，并使用单工序模具进行生产。第二种方案是落料与冲孔合并进行复合冲压，此方案需采用复合模具。第三种方案是冲孔与落料连续进行，使用级进模具进行生产。方案一的模具设计较为简便，然而却需经过两个步骤，使用两套模具，导致成本上升且生产速度较慢，无法满足中等规模批量生产的需求。相比之下，方案二仅需一套模具，不仅生产效率显著提升，而且模具的坚固性良好，制造过程亦较为简便。在冲压作业中，卸料板能够紧压板料，确保了零件的平直度，使得工件能够稳固地留在模具中，便于手动取出。方案三同样仅需一套模具，其生产速度较快，且操作过程简便易行。然而，在级进模的送料过程中，难以确保工件的位置精度，难以满足对零件较高位置精度的需求。经过对上述三种方案的详细分析和对比，我们得出结论，该零件的冲压生产应选用方案二，采用倒装式复合模设计，能够有效保障工件的位置精度。在进行主要设计计算时，首先需确定排样方式及其计算。针对该工件的具体情况，为了提升材料利用率，建议采用直排法。接着，依据材料的性能、厚度以及手工送料情况，通过查表确定搭边值。具体来说，工件边缘搭边为0.8，两工件间的搭边为1条料宽度，按照相应的公计算得：其中，B代表条料宽度，D代表工件长度，条料公差值和侧边搭边值也需考虑在内。根据数据，尺寸等于0.4毫米。参照图5-1的排样图，采用正向推进的方式。两个零件之间的移动间距S设定为21毫米。在图4-1中可以看到排样图，而在4.2节中，我们将对冲压力进行计算。这一计算的主要目的是为了挑选合适的压力机、设计模具并测试模具的承压能力。所选压力机的吨位应当超过计算出的冲裁力，以确保满足冲裁作业的需求。在计算落料力时，（查表所得），指的是周长。2）对于冲孔力与卸料力，需选取0.05的数值（可参照表格）。4）在推废料力方面，取值为0.055，同时注意高度h应设定为4毫米。5）总冲压力为4.3，确定压力中心位置及其相关计算是关键。模具压力中心，即在冲压过程中，所有冲压力的合力作用点所在的位置。为确保压力机和模具能够正常运行，必须使冲模的压力中心与压力机滑块的中心对齐。针对配备模柄的冲压模具，其压力中心应沿模柄的轴线定位。若不如此操作，会导致冲模与压力机滑块承受不均匀的载荷，进而加剧滑块与导轨之间的磨损，加快模具导向部件的损耗，并缩短模具及压力机的整体使用寿命。参照图5-2所示，构建x-y坐标系，该工件呈现对称形状，其几何中心即为压力中心所在。换言之，该零件的压力中心正位于坐标原点A（0,0）。图4-24.4中，工件零件刃口尺寸的计算经过分析，发现该零件的形状相对简单。在加工过程中，为了保证所需的精度，落料凸模与凹模采用了线切割配合法。落料部分是以落料凹模作为基准进行计算，而落料凸模则是按照间隙进行配制。至于冲孔部分，其计算基准是冲孔凸模，冲孔凹模同样按照间隙进行配制。简而言之，这里的基准是落料凹模和冲孔凸模，而凸凹模的配制则是基于间隙原则。依据工件的具体需求，选择实施小间隙的冲裁工艺。通过查阅表格，结合材料的特性及其厚度，我们可以确定。首先，孔的冲裁刃口尺寸计算需参照孔径、材料厚度以及公差，从表中获取凸凹模的偏差数据；其次，通过表格查询，我们得到相应的数值。校核过程中，我们发现在上式课中得出的凸、凹模公差不满足要求的条件，尽管差距并不大，我们可以对其进行如下调整：0.4（）等于0.4乘以0.036，结果为0.0144（）。依据表中的公式，我们将调整后的公差值代入计算，得到凹凸模刃口尺寸。接下来，我们查看落料凹模尺寸，并从表中获取凸凹模偏差值。校核过程中，我们发现依据该公式计算得出的凸模与凹模公差虽未满足预定要求，但差距并不显著，因此可作如下调整：将落料凸模的尺寸依照凹模尺寸进行配置，在线切割时保留双边间隙，具体数值为0.09毫米（每边0.045毫米）。至于冲压设备的选择，依据先前计算得到的冲压力，我们决定选用型号为J11-250的单柱固定台压力机。公称压力为250KN，滑块行程达70mm，每分钟行程次数为80次，最大封闭高度为310mm。模柄孔尺寸为直径x深，工作台尺寸为320x530mm，工作台孔尺寸为6。在模具结构选择方面，根据冲压工艺分析，我们决定采用复合模冲裁，将凸凹模安装在模具下方，因此该模具属于倒装式复合模。6.2 在选择定位方式时，鉴于该模具所使用的材料特性，故决定采用导料销来控制材料的送进方向，同时未设置侧压装置。此外，通过活动挡料销来精确控制材料的送进距离。6.3 在考虑卸料和出件方式时，由于加工的工件材料厚度仅为1mm，较为轻薄，因此在冲裁后，凸凹模上的工艺废料将通过弹压卸料板进行卸除。至于工件，则采用上出件方式，即工件被压入凹模后，利用上模的打料机构将其推出。模具的定位精度要求并不严格，因此选择了中间导柱模架进行导向。该模具的上部主要由模柄、上模座、垫板、凸模固定板、凸模、凹模等部件构成。而模具的下部则由下模座、凸凹模、卸料板等部件组成。在卸料方面，采用的是弹性卸料方式，弹性元件为弹簧。冲孔过程中产生的废料通过漏料空漏出。完成冲孔后，成品件需手动取出。主要零部件的设计涉及多个方面，其中7.1节是关于工作零件的设计。在7.1.1节中，特别提到了落料凹模的设计。由于需要在落料凹模内部设置推件块，因此选择了直刃口结构。根据零件的料厚，通过查表得知直刃口的高度应为6mm。进一步地，根据凹模的高度和壁厚的计算公式，可以计算出凹模的高度。在这个公式中，k代表凹模厚度系数，通过查表得到k的值为0.35。同时，工件的最大宽度为20mm。因此，在计算时，我们选择了相应的参数值。凹模的壁厚以及总长度，均需依照国家相关标准来确定。对于凹模的总宽度，其尺寸的标准化同样需遵循统一的标准。在凹模板上，需精确确定螺钉与销钉的数量及分布。依据模板的具体尺寸，通过查阅相关表格，可以得知所需的螺钉和销钉数量，以确保凹模与其它零件之间连接的稳固性。具体的设计简图可参考图7-1。图7-1所示的凹模7.1.2冲孔凸模，从冲压零件图中可以观察到，仅有一个圆形凸模，该凸模为B型圆凸模，并已固定在凸模固定板上。在冲模中，不论凸模的断面形状如何，其基本构造都包含安装部分和工作部分两大组成部分。此外，还需考虑凸模的修磨量以及固定模与卸料板之间的安全距离等因素。凸模与凹模固定板的间隙标准统一，针对倒装式复合模具，圆孔凸模的结构尺寸按照公式计算，其中凸模固定板的厚度等于卸料版厚度加上附加长度，此长度涵盖了凸模的修正量等因素。通常情况下，凸模的尺寸可参照图7-2进行确定。图7-2展示了凸模的尺寸。在凹凸模中，内形刃口起到冲孔凹模的作用，而外形刃口则执行落料凸模的功能，均按照各自的设计要求进行。刃口尺寸的计算已经完成。此模具为倒装式复合模具，其凸凹模通过固定板固定在底座上。在7.2节中，对工作零件的力学性能进行校核，这主要涉及小凸模端面的接触应力以及凸模在失稳前的最大长度。在7.2.1节中，进行弯曲应力校核时，需考虑允许的凸模最大自由长度、凸模的最小直径以及冲裁力等因素，从而确保刚度符合要求。在压应力校核过程中，依据公式，考虑到凸模的最小直径，因此设计是恰当的。在7.3节中，对于固定零件的凸模垫板和固定板，其圆形凸模承压面的压应力需按照特定公式进行计算，其中涉及到凸模固定板。通过查阅表格，得知凸模固定板的厚度为14毫米。鉴于此，有必要增加凸模垫板。进一步查阅表格，发现垫板的厚度为6毫米。在模具结构设计时，需在卸料板的送料方向上配置两个导料销以实现侧向定位，导料销的高度应参照表格选取3，并在卸料板压紧动作之前完成其导正操作。鉴于材料厚度及装配后卸料板下方超出凹凸模端面1毫米，因此需在凹模平面相应位置钻出导正销头部的沉孔。此外，挡料销应选用活动式挡料销。料件进入过程中，依靠卸料板上安装的两个导料销进行侧面定位，确保板料的垂直度在送入过程中得到维持。板料的一端装有可动挡料销，在非工作状态时，挡料销因弹簧作用而抬起，便于进行定位；而在工作状态时，挡料销被压缩，其上端面与板料保持平行。7.5节关于卸料零件的设计，其中7.5.1节专门讨论卸料板的设计。卸料板的周界尺寸与落料凹模的周界尺寸保持一致，通过查阅相关表格，我们得知卸料板的厚度应为12毫米。此外，卸料板是用45号钢材料制成的，并且经过淬火处理，其硬度与凹模相当。7.5.2 选择卸料弹簧时，需注意以下两点：首先，卸料弹簧所应具备的卸力，已通过前述计算得出；其次，卸料弹簧的高度需考虑多个因素，包括预压缩量取6mm，工件材料厚度为1mm，冲裁时凸模进入凹凸模的深度为1mm，模具维修时的刃模量取2mm，以及模具开启时卸料高出凹凸模1mm。综合这些因素，弹簧的最大压缩量可计算得出。在工作状态下，弹簧的压缩量按最大压缩量的30%进行计算，据此可确定弹簧的自由高度。在凸模对板材进行切割之前，弹簧已经完成了4次的压缩，这相当于其自由高度的12.5%，满足设计标准。因此，我们选择了圆柱形的螺旋压缩弹簧来使用。7.6 模架及相关组件采用滑动导向设计，具体包括中间导柱模架（依据GB/T 2851.5-1990标准），上模座（参照GB/T 2855.2标准）及下模座（同样遵循GB/T 2855.2标准），凸模固定板，凹模尺寸规格，凹凸模，导柱（按照GB/T 2861.1标准），导套（依照GB/T 2861.3标准），卸料板等。此外，还需注意模具的闭合高度。模具总装图展示，模具工作过程如下：在冲床上安装模具后，首先启动机床进行试运行，确保模具和机床运行正常，方可进行冲压作业。随后，人工将条料送入模具正面，条料侧面紧贴导料销7，前段紧靠活动挡料销23，以此进行第一个零件的冲裁。接着，利用落料后的条料侧边，再次紧靠活动挡料销23，进行下一个零件的冲裁。在冲裁作业中，冲压出的零件会被固定在凹模内，随后通过刚性推件装置将其移出。每次冲压后，工件都会落在卸料板上，此时需要人工使用夹钳（磁性钳）将其取出。在此过程中，还需留意废料是否顺利滑落，并迅速清理掉落废料，以免堵塞废料底孔，引发模具故障。武先民、刘厚才、蒋海波合著的《冲压模具设计指导》一书，由国防工业出版社出版于2010年；王树勋等人编写的《模具实用技术设计手册》（第二版），则是由华南理工大学出版社在2003年发行的；此外，赵伟阁也撰写了关于模具设计的著作。西安，由西安电子科技大学出版社出版，2006年4月，作者胡凤兰所著的《互换性与技术测量基础》第二版；北京，高等教育出版社出版，2010年5月，大连理工大学工程图学教研室编写的《机械制图》第六版；北京，高等教育出版社，2007年6月，模具标准汇编编委会编纂的《模具标准汇编》；中国标准出版社，2011年7月，徐灏所著的《机械设计手册》及其附录。
