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垫片

垫片冲压模具设计

机械系05级模具设计与制造（冷冲模）：钱兴

指导老师：林桂

霞

摘要 (1)

ABSTRACT (1)

第一章绪论与概述 (2)

1.1国内外模具发展现状及前景 (2)

1.2模具工艺发展过程及发展方向 (3)

第二章冲裁理论与主要计算 (4)

2.1冷冲压概念 (4)

2.2模具方案论证 (5)

2.2.1工艺计算 (6)

2.2.2凸模和凹模工作部分尺寸的计算 (8)

2.2.3凹模的外形尺寸确定 (10)

2.2.4 凸模固定板的确定 (11)

2.2.5凸模的外形尺寸确定 (11)

2.2.6 导料板的确定 (12)

2.2.7卸料装置的确定 (12)

2.2.8 模柄的选用 (12)

2.2.9冲模闭合高度计算 (12)

2.2.10压力机的选择 (12)

第三章模具设计 (12)

3.1凹模结构 (12)

3.2凸模结构—................................. .. (13)

3.3凸模固定板结构 (13)

3.3.1卸料板的结构 (14)

3.3.2导料板的结构 (14)

3.3.3垫板的结构 (14)

3.3.4模架 (16)

3.3.5模柄的结构 (19)

3.3.6卸料螺钉的结构 (19)

3.3.7固定挡料销的结构 (19)

3.3.8 圆柱销的结 (20)

3.3.9 弹簧结构 (20)

第四章模具的加工 (21)

4.1 凸模的加工 (22)

4.2 凹模的加工 (22)

4.3 垫板、凸模固定板、卸料板 (22)

设计总结

致谢

参考资料

垫片冲裁

摘要此次设计为简单的单工序模，工序只有一道，落料。是冲压模具的基本形式。设计选用最普通的压力机，使用简单的定位件，尽量选用标准件。模具零件材料则大多取用常用材料，以减少成本。该模具易于制造，可在普通冲床上使用，适合在生产中推广应用。

第一章绪论与概述

1.1国内外模具发展现状及前景

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率

中国模具行业发展现状：目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值

中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，

CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。

中国模具行业发展前景：巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。

1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了1000万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的

推动作用。近年来，中国模具市场对精密、大型、复杂型、长寿命模具的需求量有所增长，预计到2010年，国内模具市场需求量将在1，200亿元人民币左右。综合媒体2008年6月4日报道，中国模具协会企业年报显示：近年来，中国模具市场对精密、大型、复杂型、长寿命模具的需求量有所增长，预计到2010年，国内模具市场需求量将在1，200亿元人民币左右。专家分析，从1997

年开始，随着汽车、装备制造业、家用电器的高速增长，中国国内模具市场的需求开始显著增长。虽然到2006年中国模具工业总产值已达516亿元，但属“大路货”的冲压模具、压铸模具等约占总量的80％。已经进入中国的少量外资模具企业开始生产各种高精大多功能模具，但目前仍供不应求。

1.2模具工艺发展过程及发展方向

我国模具标准化工作起步较晚，模具标准生产、销售、推广和应用工作也比较落后

因此，模具标准件品种规格少、供应不及时、配件性等问题长期存在。从模具标准件使用覆盖率一直较低。近年来虽然由于外资企业的介入，比例已有较大提高，但总的来说还很低。据初步估计，目前这一比例大致为40%--产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备，模具已发展成为一门产业。20世纪80年代以来，中国模具工业的发展十分迅速。近20年来，产值以每年15%左右的迅速增长。2000年我国模具工业总产值已达280亿元人民币。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。

在冷冲模具方面，代表当代模具技术水平的汽车覆盖件模具，我国东风汽车公司模具厂、第一汽车厂模具中心等都能制造。他们在CAD/CAM/CAE冲压件质量及模具性能方面，均以达到或接近国际先进水平，多工位连续模和多功能模具是我国重点发展的精密、高校模具品种。目前，国内以可制造具有自动冲切、叠呀、计数、分组、转子铁心扭斜和安全保等功能的铁心精密自动叠压多功能模具。生产电动机定、转子双回转叠片的硬质合金连续模的步距精度可的2微米。寿命达到1亿次以上。用于生产集成电路引线匡架20—30工位生产电子枪零件的硬质合金连续模和生产空调器散热片的连续模也已经达到较高水平。

模具工业发展的几个阶段

模具工业是随着改革开放，在快速发展的经济浪潮推动下得以发展壮大的20世纪80年代初至今，模具工业整整走过20个年头。在这期间模具工业的发展大体可以分为三个阶段：

1 、从20世纪的年代初期到中期，北京模具工业处于封闭或半封闭状态模具生产力比较低，技术水平也比较落后。

2、从20世纪80年代中期到90年代中期，模具工业处于改革开发机制转变的大好时期，随着改革开放不断深入，模具工业也发生了巨大变化。

我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，６０％－８０％的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。

专家认为，我国模具行业日趋大型化，而且精度将越来越高。１０年前，精密模具的精度一般为５μｍ，现在已达２－３μｍ。不久，１μｍ精度的模具将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在１μｍ以下，这就要求发展超精加工。

专家认为，我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。这种模具缩短了产品的生产周期，今后在不同领域将得到发展和应用。45%之间。而国际上一般在70%以上，其中中小模具在80%以上。由于我国模具企业的性质和所在的地区不同，模具标准件使用覆盖率存在很大差异。三资企业要比其他企业高，南方企业要比北方的企业高。这在广东表现得最明显。广东集中了大量的三资企业。他们带动了其他企业观念的转变和市场的发展，因而广东模具企业的模具标准件使用覆盖率要原远高于其他地区。

国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越到高的要求，促使模具技术迅速发展，作为生

随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，这项技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。国内热流道模具也已经生产，有些企业已达３０％左右，但总的来看，比例太低，亟待发展。随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型工艺的模具将随之发展。

有关专家认为，模具标准件的应用将日渐广泛，模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。同时，快速经济模具的前景十分广阔。由于人们要求模具的生产周期越短越好，因此开发快速经济模具越来越引起人们的重视。例如研制各种超塑性材料来制作模具；用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物制作简易模具。这类模具制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。还可用水泥塑料制作汽车覆盖件模具。中、低熔点合金模具，喷涂成型模具，电铸模，精铸模，层叠模，陶瓷吸塑模及光造型和使用热硬化橡胶快速制造低成本模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。

专家认为，模具行业中压铸模的比例将不断提高。随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，对压铸模的数量、寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高，塑料模的比例将不断提高，其精度和复杂程度也将随着相应提高。

国内相当多的模具企业普及了计算机绘图，应用各种CAD软件进行模具设计。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家。在模具CAD/CAE/CAM 技术、冷冲模和精冲模CAD软件、模具的电加工和数控加工技术、快速成型技形（RP）和快速制模技术、新型模具材料等方面都取得了长足的进步和显著的成果。

第二章冲裁理论与主要设计计算

2.1冷冲压概念

冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而或得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。他是压力加工方法的一种，是机械制造中先进的加工方法之一。在冷冲压加工中，冷冲模就是冲压加工所用的工艺装备。没有先进的冷冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

2.2模具方案论证

冲模设计的基本内容主要包括

1．冲压工艺分析

2．工艺方案的制定

3．排样图的设计

4．总的冲压力计算与压力中心的计算

5. 刃口尺寸的计算、弹簧、塑胶件的计算和选用

6. 凸模或凹模结构设计以及其他冲模零件的结构设计

7. 绘制模具装配图和零件工件图

8. 编制设计说明书

9. 填写冲压工艺和工件零件机械加工工艺过程卡

工件零件图，材料：镀锡带钢；厚度：0.6MM

2.2.1 工序性质的确定

2.2.2 工序数目的确定

2.2.3 工序顺序的安排

2.2.4 半成品形状与尺寸的确定

工艺分析：该零件为一垫片，厚度为0.6mm,无表面要求，且工件精度要求不高，尺寸无公差要求按IT14计算，属薄料，可以用冷冲压加工成形，批量不大，属

于小批量生产，模具应力求简单易制。

确定工艺方案：根据其形状及材料性质，该工件所需的基本工序为落料。

确定工序模：根据冲压方案只需要落料单工序模，材料为Q195镀锡，一次就可

成形，模具数量为一。

对于该冲裁件，形状比较简单，而且对称，由圆弧和直线组成。冲裁件内外形所要求达到的精度为IT14，零件简图中未标注的尺寸公差相比较，可认为该

零件的精度能够在冲裁加工中得到保证。

2.2.1工艺计算

(1) 毛坯尺寸计算如下图

∑L=75-1-1+4.71×2＋3.2×2＋1.57×2＋3×2＋1.57×2＋1.1×2＋1.57×2＋

6.5×2＋2.35×2＋12.87×2＋9.83×2＋24×2＋1.62×4＋53=270.84mm

（2）排样和材料利用率

坯料形状为矩形，根据起形状采用直排最适宜。取搭边a=1.5,a1=1.2;料条宽度

取118整下料，料条规格为0.6×118×400为 B=（D+2a1+△）0 –△=117.90

-0.5

采用直排时：

每条制件数n=（400-1.5）÷25.4=15件，余料0.68mm

η=s1/s0×100㎜℅=85.4℅

由于材料镀锡带钢塑性较好，故采用纵向直排排样，以降低成本，提高经济性。

（3）冲压工艺力

【1】冲裁力的计算

冲裁力的选择压力机的主要依据，也是设计模具的必须的数据。

对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：

F=KLtτ

式中：F—冲裁力(N)

L—冲裁件周长(mm)

T—板料厚度(mm)

τ—材料的抗剪强度(Mpa)

【2】卸料力,推件力和顶件力

冲裁时材料在分离前存在着弹性变形。在一般冲裁条件下，冲裁后材料的弹性恢复使落料或冲孔废料梗塞在凹模内，而板料则紧箍在凸模上，为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的板料卸下。将梗塞在凹模内的工件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上卸下板料所需的力称卸料力F卸；从凹模内向下推出工件或废料所需的力称为推件力F推；从凹模内向上顶出

工件或废料所需的力称为顶件力F顶。

F卸，F顶，F推和冲件轮廓的形状，冲裁间隙，材料种类和厚度，润滑情况，凹模洞口形状等因素有关。在实际生产中常用以下经验公式计算：

F卸=K卸F

F顶=K顶F

F推=nK推F

式中：F—冲裁力

K卸—卸料力系数

K推—推件力系数

标称压力：400KN

滑块行程：80mm

行程次数：80次/min

最大装模高度：330mm

连杆调节长度：70mm

工作台尺寸前后*左右：496×700mm

模柄孔尺寸直径*深度：υ50×70mm

电动机功率：5.5KW

第三章模具设计

3.1凹模结构

凹模的外形一般有圆形和矩形两种，本模具采用矩形。凹模的外

形尺寸应保

证有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料

的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的，考虑到模具寿命，所以采用刃口强度较高的凹模，故选用CrWMn为凹模材料。

凹模洞口的类型

常用凹模洞口类型如图所示型为直筒式刃口凹模。因为其制造方后工作

部分尺寸不变。本模具即使用此类型。

凹模制造方便，刃口强度高，便于刃磨

3.2凸模结构

凸模有两种基本类型。一种是直通式凸模，其工作部分的形状与尺寸作成一样；另一种是阶梯式凸模工作部分与固定部分的形状与尺寸不同。本模具采用前者，可以采用成型磨削、线切割等方法加工，这种凸模的工作应进行淬火，长度约为1/3h。另一端处于软状态，便于与固定板铆接。

凸模：

3.3凸模固定板结构

凸凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本一致，厚度取（0.6～0.8）。材料可选用Q235或45钢，本此选45钢。垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力,防止过大的冲压力在上、下模板上压出凹坑,影响模具正常工作。

凸模固定板：

3.3.1卸料板的结构

设计的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，保证下次冲压正常进行。常用的卸料方式有：刚性卸料和弹压卸料板。材料选择为

45钢，热处理硬度为32～42HRC。

卸料板的结构：

3.3.2导料板的结构

为保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确位置，冲裁出外形完整的合格零件，模具设计时必须考虑条料或毛坯的定位。正确位置是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构的不同，所以定位零件的总类很多。设计时应根据毛坯形式、模具结构、零件公差大小、生产效率等进行选择。定位包含控制送料步距的挡料和垂直方向的导料等。本模具依靠导料板保证条料的正确送进。

其材料为45钢，热处理硬度在36～40HRC。

3.3.3垫板的结构

垫板装在固定板与上模座或下模座之间，它的作用是防止冲裁时凸

模压坏上模座。垫板的尺寸可在标准中查得。垫板的材料一般可选

45钢，本模具也选择此材料。

如下所示：

3.3.4模具装配

下图所示为本零件的模具装配图，此模具为单工序模，工序：落料

3.3.4模架

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、下模座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。一般模架均已列入标准，设

计模具时，应加以正确选用。

本模具选择后侧导柱模架，因其送料方便，且此冲裁件对模具刚度、硬度要

求不高。

①、模座材料一般选用HT200、HT250，也可选用Q235、Q255结构钢，对于

大型精密模具的模座选用铸钢ZG35、ZG45。

导向装置采用导柱导套光滑的圆柱导向型式

导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。模具中应用最

广泛的是导柱和导套。

导柱、导套与模座的装配方式及要求按标准规定。但要注意，在选定导向装置及零件标准之后，根据所设计模具的实际闭合高度导柱和导套一般采用过盈配合H7/r6分别压入下模座和上模座的安装孔中。导柱、导套之间采用间隙配合，其配合尺寸必须小于冲裁间隙。

导柱、导套一般选用20钢制造。为了增加表面硬度和耐磨性，应进行

表面渗碳处理，渗碳后的淬火硬度为。

模架

图示如下：

本此选取模架L×B为250×160，闭合高度H=170～210mm,上模座250×160×45GB/T2855.5；下模座250×160×50 GB/T2855.6 导柱 32×160 GB/T 2681.1 ；

导套GB/T 2861.6

导柱、导套示意图：

配合：

3.3.5模柄的结构

如图所示：

3.3.6卸料螺钉的结构

卸料螺钉的结构：GB/T7650.5-1994

3.3.7固定挡料销的结构

为控制条料的纵向进距，采用此结构，如下：

可查表得，GB/T7649.10-1994

3.3.8 圆柱销的结构

为了模板间的定位需要，往往需要此结构来保证。

可查表的，销GB/T119.1

3.3.9 弹簧

本模具选用4根E18弹簧，GB/T2089-80

第四章模具加工

4.1 凸模的加工

模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有高的硬度与适当的韧性。热处理硬度要达到38～42HRC。采用磨销加工。

4.2 凹模的加工

凹模的加工，采用线切割比较合理，因为工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。热处理硬度要稍高于凸模，达到60～64HRC

左右。

4.3 垫板、凸模固定板、卸料板

垫板、凸模固定板、卸料板这些零件的结构比较简单，加工比较简单，而且材料要求不是很高，因此采用45号钢，热处理需要达到HRC38-42，在加工方面，只要采用机械加工就可以生产出来，同时，在复杂的地方机械加工与线切割加工同时用上，一般以方便为主。

设计总结

毕业设计是我三年大学生活的总结。此次设计要综合运用到我大学三年里所学到的理论知识和专业知识，并为即将踏入社会的我奠定了坚实的基础。以下是我对这次的毕业设计的一些体会和心得：【1】在今次的设计过程中，有很多的问题需要独立思考，在用常规的方法解决不了问题时，还要从反向去思考。从而使我的思维能力得到了很大的提高。设计中所涉及到一定的创新设计，给我提供了一个很好的提高应变能力的训练机会。【2】设计时，经过不断的到校图书馆认真地查找和借阅相关的参考资料，不但提高了个人查阅资料的能力，还扩阔了我的知识视野。

【3】本模具采用autoCAD、UG设计，在毕业设计其间对软件的理解与熟练程

度得到了很好的提升。

在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，没有实践条件，不能根据实际的情况来作合适、客观地修改，加上我自己的实践经验又不多，这样做出来的设计，难免有不足之处，希望老师能够本谅。

致谢

在大学三年的努力和学习，在老师的指导下，我完成了大学期间最具规模的一次作业——毕业设计。以前，我们在校模具车间进行了实训和在校外的企业进

行实习，为后来的模具设计打下了坚实的基础。尽管如此，我在设计的过程中仍然遇到了一系列问题例如模具材料的选择、弹性材料的选择、定位距离，孔距等等的问题。幸好在老师的指导和帮助下，才能把上述的问题都基本解决，顺利的完成了毕业设计。通过这次毕业设计，它让我知道了一种做事的章程，知道了一项计划实现的规划与过程。更重要的与是它让我学会了如何查阅资料，如何将理论实际相结合。

在这里，我再次感谢所有教过我、帮助过我的老师和同学！在大学的三年里，我得到了一种做事的风格，得到了学习的方法，得到了你们传授的知识。

祝愿你们在以后的日子里，生活美满，事业顺心。

此致

敬礼

钱兴 2008.5.25参考资料：

【1】丁松聚主编.冷冲模设计.北京：机械工业出版社，2001.10【2】魏春雷主编.冲压工艺与模具设计.北京：北京理工大学出版社，2007.8【3】夏巨谌主著.中国模具设计大典.中国机械工程学会，2003.5【4】薛启翔主编.冷冲模具设计结构图册.北京：化学工业出版社，2005.4

【5】王芳主编.冷冲压模具设计指导。北京：机械工业出版社，1990.10【6】薛启翔编。冲压模具设计结构图册。北京：化学工业出版社，2005.4