1、摘 要隨著工業化與機械加工技術的發展，社會對沖壓件以及沖壓模具設計的要求越來越高，研究設計符合實際生產要求的模具尤為重要。本課題設計了一款花孔墊圈的沖壓模具，通過沖裁件工藝性分析即材料分析和結構形狀分析確定了沖壓模具設計方案，是包含落料和沖孔兩個工序的復合模。設計過程中分別對送料方式、定位方式、卸料方式、導向方式做了詳細的闡述。另外，對排樣方式、沖壓力做了詳細的分析和計算，最終確定了沖壓設備的型號。在沖壓模具結構設計方面，送料采用自動送料機構，能夠實現工件的自動化生產，提高了生產效率的同時節約了人工成本。在工藝參數的分析計算方面，首先確定了排樣方式為直對排樣方式，保證工件尺寸和形狀位置精度要求

2、的同時，提高了材料的利用率。然后計算了搭邊值、步距、條料寬度、材料利用率。另外，分析計算了沖裁力、卸料力、推件力和總沖壓力，最終選定沖壓設備。在此基礎上，對沖壓結構的總體布局和主要零部件進行了二維AutoCAD制圖和3D造型設計。該結構方案結構簡單、成本低、操作簡單，易于實現機械化和自動化，滿足模具結構設計要求，比較符合實際大批量生產。關鍵詞: 花孔墊圈；沖壓；模具設計；CAD制圖AbstractWith the development of industrialization and machining technology, the society has higher and highe

3、r requirements for stamping parts and stamping die design. This subject has designed a punching die for the gasket with a flower hole. Through the process analysis of blanking pieces, namely material analysis and structure shape analysis, the design scheme of the punching die is determined. It is a

4、compound die with two processes of blanking and punching. In the design process, the feeding mode, positioning mode, unloading mode and guiding mode are described in detail. In addition, the layout mode, the impact pressure to do a detailed analysis and calculation, and finally determine the stampin

5、g equipment model. In the aspect of stamping die structure design, the automatic feeding mechanism can realize the automatic production of the workpiece, improve the production efficiency and save the labor cost at the same time. In terms of the analysis and calculation of process parameters, first

6、of all, it is determined that the layout mode is in-line layout mode to ensure the accuracy of workpiece size and shape position and improve the utilization rate of materials. Then the edge value, step distance, strip width and material utilization rate are calculated. In addition, the blanking forc

7、e, unloading force, pushing force and total punching pressure are analyzed and calculated. On this basis, the general layout of the stamping structure and the main parts of the two-dimensional AutoCAD drawings and 3D modeling design. The structure scheme is simple in structure, low in cost, simple i

8、n operation, easy to realize mechanization and automation, and meets the requirements of mold structure design.Key words:flower hole washer; stampingt; mould design; CAD cartography;3D目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc1290 1 緒論 頁3 沖裁方案的確定通過第二章對花孔墊圈的工藝分析，獲知工件具有落料、沖孔兩個主要工序，所以我們制定了以下兩個設計生產方案。方案一：采用單工

9、序模加工，兩個工序分開制作，首先進行落料工序，然后進行沖孔工序，需要兩個模具完成。方案二：采用復合模加工，工件中的沖孔和落料兩個工序合并為一個工序。方案對比：方案一：單工序模在一次沖壓行程中，只能完成一個沖壓工序，所以工件要經過兩個兩個工序的加工才得以完成。雖然這兩副模具設計簡單、制作簡單、維修方便，適合形狀簡單的工件，尺寸不受限制，但是模具結構數量有多個，來回更換模具不但操作困難，使用不便，而且導致工件的精度難以保證，適合低精度IT14級以下的工件加工。產品的報廢率相應增加，生產過程中費力費時，增加時間成本和人工成本。方案二：復合沖裁模在一次行程中，在沖模的同一工位上同時完成內孔和外形兩種工

10、序，適合中高級精度IT8-10級的工件加工。雖然復合模比單工序模模具零部件加工較困難，成本稍高，但是相對于其他冷沖壓模具來說，工件的同軸度較好，尺寸精度較高，對稱度位置精度高，表面平直。生產效率大大提高，且不受板材外形尺寸的精度限制。此花孔墊圈只需落料沖孔兩個工序，為落料、沖孔復合膜。生產批量越大，提高生產率就顯得尤為重要，復合模可以成倍的提高生產率，完全能滿足大批量生產要求。綜上所述，使用復合模具的方案比較合理，不但可以滿足產品精度要求和實際大批量生產的需要，同時可以提高生產效率，節約時間成本和人工成本，所以選定第二套方案進行沖壓模具設計。4 模具總體結構的設計4.1 模具類型的選擇通過第三

11、章對工件的工藝分析詳細闡述，以及各個設計方案的對比，決定采用沖孔落料復合模作為模具的總體結構。并遵循以下原則：在保證能沖裁出符合質量要求零件的前提下，力求使模具結構簡單，成本低，壽命長，并且操作方便、安全可靠。4.2 送料方式的選擇在本次設計中，采用自動送料機構。自動送料機構能夠按規定要求和既定程序進行自動運作，人們只需確定控制的程序，不需要直接操作與干預，即可把條料從一位置輸送到另一位置，從而配合沖床自動化生產。自動送料機構操作簡單，精度較高。自動送料裝置不但能夠滿足工件的自動化生產，還可以大大減輕操作者的勞動強度、提高生產效率。4.3 定位方式的選擇本課題用作沖壓生產的原料術語帶狀板料，帶

12、狀板料的送進是靠導料板來完成，在料帶還沒進入模具之前先將料帶導正，使條料與模具平行，并依靠自動送料機構將板料壓緊。4.4 卸料、出件方式的選擇因為工件料厚為1mm，材料厚度一般，卸料力比較小，所以我們使用彈性卸料板，當沖頭沖剪完成后，借由卸料橡膠提供的力將沖頭與沖壓材料分離。平穩的卸料力有助于卸料的正常進行，不但彈簧或是橡膠的失效和損壞會影響工件的質量和模具壽命，卸料板的不平穩運動也會影響卸料速度，加速凸模的損壞速度，可以應用軸套來對彈性卸料板導向。應用導向元件對卸料板導向能夠有效保證卸料板在卸料時平穩運行，不但提高工件質量、提高生產效率，而且降低了凸模的磨損程度，提高了模具使用壽命。4.5

13、導向方式的選擇導向方式一：采用對角導柱模架。此導向方式有兩個導柱作為導向，且兩個導柱成中心對稱，在對角線的兩個角上。其前后左右都可以送料，而且導向平穩不歪斜，常用在落料模、復合模以及級進模中，工作速度較快的壓力機常選用對角導柱模架，如圖4.1所示。圖4.1 對角導柱模架示意圖 導向方式二：采用中間導柱模架。此導向方式有兩個導柱進行導向，兩個導柱在對稱線上呈左右對稱，為了避免裝配模具時位置裝反，所以兩個導柱的長度和直徑都不相同，如圖4.2所示。圖4.2 中間導柱模架示意圖 導向方式三：采用四導柱模架。此導向方式有四個導柱作為導向，四個導柱分別安裝在模具四個角的位置，呈中心對稱。其導向精度比較高，

14、適用于生產尺寸比較大、批量較大的工件，如圖4.3所示。圖4.3 四導柱模架示意圖 導向方式對比：對角導柱模架不如其他兩種模架的導向精度高；中間導柱模架的導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩、準確。此導向方式省料，導向精度較高，雖不能左右進料，但操作比較方便；四導柱模架導向精度高，前后左右都可以進料，取放工件不夠方便。這種模架的剛度好，導向精準而且平穩但價格高。首先分析工件，由于工件尺寸較小，精度要求比較高，并且生產具有較高的要求，我們選擇四角導柱，不但能保證工件的正常生產，同時也能保證精度，綜上所述選擇四角導柱模架最佳。5 工藝參數計算5.1 排樣方式的選擇排樣方式是指沖壓件在板料或者條料上的布

15、置方式，合理的布置方式能夠節約板料或條料，從而節約生產成本。沖壓生產中的制品多種多樣，排樣方式也多種多樣，在選擇和設計排樣方式時，也不能一味追求節省材料，還要考慮工件的加工精度，把握好生產成本與加工精度的關系，選擇符合生產需求的排樣方式。若排樣緊湊，廢料極少，但是工件的尺寸精度卻很低，不符合生產工件精度需求，應適當增加工件與工件之間的距離；若工件尺寸精度要求不高，而排樣時工件之間的距離卻很大，就會造成材料的浪費，從而增加生產成本。常用的工件的排樣的樣式一般分為三種，第一種是有廢料的排樣，沿沖件全部外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊，因此材料利用率低，但沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命

16、長，生產中絕大多數沖裁件都采用有廢料排樣；第二種少廢料排樣，沿沖件部分外形切斷或沖裁，只在沖件之間或沖件與條料側邊之間留有搭邊，因受剪裁條料質量和定位誤差的影響，工件質量稍差，同時邊緣毛刺被凸模帶入間隙會影響模具壽命，但材料利用率高，沖模結構簡單；最后一種是無廢料排樣，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件，無任何搭邊，沖件的質量和模具壽命更差一些。根據沖裁件在板料上的布置方式，排樣形式有直排、單行排、多行排、斜排、對頭直排和對頭斜排等多種排列方式。因為工件精度要求不低，根據實際的需要可以采用少廢料的排樣方式。如圖5.1所示。圖5.1 排樣示意圖5.1.1 排樣及搭邊值的計算沖裁模排樣中相鄰兩工件之間

17、的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊是廢料，從節省材料出發，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質量。此次設計采用的是彈性卸料裝置，根據查表確定工件的最小搭邊值為1.5mm、1.8mm。5.1.2 步距的計算步距是在沖壓生產過程中，工件或條料每次進給的距離，是生產完一個工件后進行下一個沖壓生產時向前移動的距離。從排樣上，首先在工件上選取一點，然后再其相鄰的工件的同一位置選取另一點，兩點之間的距離就是步距。送料方向上工件輪廓尺寸的最大值與搭邊值之和就是步距的大小值。可見，步距是由工件尺寸的大小和搭邊值的大小來決定的。步距可定義

18、為：S=L+b (5.1)式中 S沖裁步距；L在送料方向上毛坯尺寸的最大值；b沿送進方向的搭邊值。在和送料相同的方向上，工件板料的外形的最大距離約為L=60毫米, 有上節可知，送料方向的搭邊最小為2mm，所以我們確定步距為：S=L+b =625.1.3 條料寬度的確定條料的寬度為制件的最大寬度與兩側搭邊值之和。為保證送料順利，不因料帶過寬而發生卡死現象，料帶的下料公差規定為負偏差。寬度計算公式如下： (5.2)式中 BL形板彎曲件所需條料的寬度；D工件在寬度方向的尺寸；a側搭邊最小值；寬度偏差。條料的寬度確定公式如下：5.1.4 材料利用率的計算材料利用率是沖壓模具中常見計算，也是模具設計的重

19、要參數之一，所謂材料利用率是指沖壓工件的面積與沖壓所需材料的面積比值（%）。材料利用率定義為：=A/BS100% (5.3)式中 材料利用率A一個步距內工件的實際面積（mm2）；B條料寬度（mm）；S沖裁步距（mm）。=A/BS100%按此排樣方式材料利用率較高，為91%。圖5.2零件直排排樣示意圖5.2 沖壓力的計算5.2.1 沖裁力的計算通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計沖壓模具的重要依據之一。沖裁力公式： 或 (5.4)式中 花孔墊圈周邊長度（mm）； 材料厚度（mm）; 材料抗減強度（）； 系數。在一般設計的過程中我們取=1.3。 材料的抗拉強度（），材料的，取。計

20、算得：5.2.2 卸料力與推件力的計算沖裁時，工件或廢料從凸模上卸下來的力叫卸料力，從凹模內將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫推件力。卸料力和推料力可以依據以下公式5.5和5.6來計算： (5.5) (5.6)式中沖裁力（）；、分別為卸料力、推件力、頂件力系數，其值可參考文獻4第52頁表2-2。該模具采用的是彈性卸料板，廢料通過下方的漏料孔落下.帶入數據進行計算得： (5.7)通過查表得 通過計算得出卸料力和退料力： 5.2.3 總沖壓力的計算模具總沖壓力為模具各個工步的沖壓力總和。5.3 壓力機噸位選擇本模具在沖裁過程中總的沖壓力，初步我們開始選擇壓力機型號為J23-10壓力機，具體參數如

21、下。表5.1 開式壓力機規格及參數9型號J23-10J23-16J23-25J23-35J23-63公稱壓力/KN100160250350630滑塊行程/mm455565100120最大閉合高度/mm240280310350380閉合高度調節/mm3545556070滑塊中心線至床身距離/mm130160200200300滑塊底面尺寸/mm前后150180220220300左右170200250250260模柄孔尺寸/mm直徑3040404050深度35606060806 刃口尺寸計算模具的凸模，又稱上模、陽模、沖頭等，是沖壓模具最主要的工作部件之一。凸模以外形為工作表面的零件，用于成型工件的

22、圓孔、方孔或是其他復雜形狀的內表面。由于工件板料的強度、剛度比較大或是廢屑的堆積容易導致凸模嚴重磨損，甚至斷裂，由于操作不當亦會導致凸模的磨損及斷裂。不斷的磨損致使凸模的尺寸越來越小，更換模具必然會增加生產成本，而且部分模具制作周期長、制作過程復雜，所以有效降低模具的磨損是進行模具設計必須考慮的因素。而制作合理尺寸的模具可以減小模具在沖壓生產過程中的磨損，所以需要對模具進行刃口尺寸的分析和計算。模具的凹模，又稱下模、陰模、型腔等，也是沖壓模具最主要的工作部件之一。同凸模相對應，是以內表面為工作面，成形工件的特定外部輪廓。伴隨著不斷的沖壓生產加工，凹模不斷的磨損，凹模的尺寸也越來越大，久而久之，

23、凹模內便堆積許多廢屑，間接加速凹模的損壞。對凹模進行刃口尺寸計算很重要，合理設計凹模的結構形式也同樣重要，內壁形狀一般要做成錐形而不是直形，可以有效減緩凹模的損壞。凸凹模是沖壓模具的復合模，在沖孔與落料僅用一個工序完成的情況下，沖孔時起凹模作用，落料時起凸模作用，所以稱為凸凹模。無論是凸模、凹模還是凸凹模，模具的磨損使模具的尺寸不斷變小或變大，使工件的加工精度不斷降低，嚴重的模具磨損還需要進行模具維修，耗時耗力，甚至導致模具失效需更換模具增加成本，以下將對花孔墊圈沖壓模進行刃口尺寸計算，以獲得合理的凸凹模、凸模尺寸，適當延長模具使用壽命。6.1 刃口尺寸的計算及法則 模具的刃口是指冷沖模具用來

24、沖孔或落料的凸模和凹模的刀口，它就像剪刀用來剪東西的兩個刀口，一個是凸模的刀口，另一個是凹模的刀口。凸模與凹模之間的間隙成為刃口間隙，板料或材料的厚度不同則刃口間隙值也不同，應當合理選擇刃口間隙值。太小的刃口間隙值會由于沖壓力或是工件的脹力導致凹模脹裂，另外，刃口間隙也不能過大，對于刃口復雜的模具可以適當增大刃口間隙。根據生產經驗，刃口間隙一般在0.30-0.50mm之間。10合理的刃口間隙值與合理的凸模、凹模刃口尺寸公差，有利于提高模具生產加工精度和工件的質量。模具的刃口計算需要有相應的依據和法則，根據凸模和凹模在沖壓生產加工過程中的變化獲得相應規律，輔助模具刃口的計算，主要體現在以下幾個方

25、面：(1)沖裁斷面都有錐度，落料件的光亮帶處于大端尺寸且等于凹模尺寸，沖孔件的光亮帶處于小端尺寸且等于凸模尺寸；(2)凸模在磨損過程中尺寸越來越小，凹模在磨損過程中尺寸越來越大，導致凸凹模之間的間隙越來越大；根據沖壓模在生產過程中的磨損規律，在計算刃口尺寸時應遵循以下原則：(3)對于落料模，先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準，間隙值取在凸模上，即凸模刃口尺寸=凹模刃口尺寸-最小合理間隙值。對于沖孔模，先確定凸模尺寸，以凸模為基準，間隙值取在凹模上，即凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+最小合理間隙值；(4)沖壓模具設計的間隙值一般選用最小的合理間隙值；(5)合理的模具刃口間隙值能提高模具的精度，但也要考

26、慮工件的加工精度，不能只一味提高模具的加工精度而使工件加工精度降低，(6)磨損后大小無變化的尺寸標注雙向公差，其他工件或模具的尺寸公差標單向公差。模具刃口尺寸有兩種計算方式，其中一種計算方式是分別加工凸模與凹模圖樣的計算方法。此種方法的優點是具有互換性、制造周期短，缺點是不易保證模具的最小合理間隙值，需提高加工精度，進而增加了制造難度；另一種方式是凸模與凹模配合加工的計算方法，先計算出其中一個凸模或者凹模的尺寸，然后通過最小合理間隙配合加工另一個模具的尺寸。第二種算法的凸凹模間隙由配合來保證，雖然沒有互換性、制造周期相對較長，但是其最小合理間隙值容易保證，加工工藝比較簡單，降低模具的生產成本，

27、所以采用凸凹模配合加工的方法。1112（1）凸凹模或者凸模在模具工作過程中尺寸會不斷增大第一類尺寸AAj=(Amax-x)（2）凹模或者凸模在模具工作過程中尺寸會不斷減少第一類尺寸BBj=(Bmin+x)（3）凹模或者凸模在模具工作過程中尺寸會不變化第一類尺寸C Cj=(Cmin+)其中，x為磨損系數。查表得：工件精度IT10級以上 x=1工件精度 IT1-IT13 x=0.75工件精度 IT14 x=0.5因為本工件尺寸精度為0.2，所以取x=0.5即可。在所有的尺寸中，A類尺寸：120B類尺寸：、58表6.1 工作零件刃口尺寸計算尺寸類型公稱尺寸公式計算后尺寸A120B 587 沖壓設備的

28、校核與選定7.1 沖壓設備的校核模具的閉合高度是指沖壓模在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。模具閉合高度可以通過圖紙，將各個板的厚度或者高度相加求得。該模具閉合高度： H閉=H上+H下+H墊+L+H-h （6.1） 式中：L-沖孔凸模長度； H-凹模厚度； h-沖孔凸模沖裁后進入凹模的深度h=1mm。根據公式（8-1）得模具的閉合高度為：H閉=H上+H下+H墊+L+H-h =225(mm）通過以上計算，花孔墊圈沖壓模的閉合高度為225mm,通過表5-1壓力機規格及參數表查詢到J23-10型號的壓力機最大閉合高度為240mm，閉合高度調節為35mm，該模具的閉合高度在所選壓力

29、機閉合高度之間，符合模具設計要求。7.2 沖壓設備的選用根據沖壓設備的類型和工作特點，結合復合模的結構形式和尺寸大小、工件的尺寸大小、沖裁力大小、復合模閉合高度、生產批量和生產成本，J23-10型號的機械壓力機可以滿足各項生產要求。19第八章 總結與展望本次畢業設計的我完成的主要任務是花孔墊圈復合模的設計。在模具設計的過程當中，首先對模具的整體結構設計，然后進行零部件的設計，并運用繪制了工程圖和模具三維，整個研究課題我完成了以下幾個內容：第一，花孔墊圈沖壓工藝分析，包括工件的材料分析和結構分析，同時結合以上內容設計了本課題的技術路線，制定了復合模沖裁方案。第二，設計了花孔墊圈沖壓模具的總體結構

30、，包括送料方式、定位方式、卸料出件方式和導向方式等，在此過程中充分考慮到加工精度、加工成本和加工效率，設計出了符合大批量生產的總體結構。第三，排樣圖的設計，本次設計中我們采用了少廢料的直排排料方式，確定了搭邊值、步距、條料寬度和材料利用率，材料利用率高達91%；第三，模具沖壓力的計算和壓力設備的選擇。選擇合適的壓力機是加工精度和加工效率的關鍵，本課題選用的J23-10號壓力機符合生產加工需求；第四，模具的刃口工藝尺寸計算。第五，運用二維軟件繪制模具總裝圖和零件圖，運用三維軟件繪制模具三維造型。花孔墊圈沖壓模具設計過程中借鑒參考了模具設計手冊中的設計優點，在原有的基礎上加以創新和改進，本設計的優

31、點是利用復合模，自動送料的生產方式，提高了模具的生產效率，同時提高了材料的利用率大大節省了成本。雖然已經成功的完成了本次課題花孔墊圈沖壓模具的設計，但是還存在部分缺點和不足之處值得繼續探討和研究，具體有以下幾個方面：(1)如何確定導柱的尺寸問題，即如何確定導柱的長度和直徑，同一副模具的導柱長度不一，直徑大小不同，導柱長度需根據模具具體結構確定，模板尺寸越大導柱直徑越大。雖然通過查詢技術手冊獲得參數，但是沒有詳細的分析之間的關系，值得后期詳細闡述；(2)雖然已經設計出模具整體結構以及各個零部件，但是往往實際生產時會遇到各類不可預知的問題導致模具生產效率低、產品質量差，甚至模具不可用的情況，修改模

32、具或是報廢模具會花費大量成本，并且費時費力。致謝在花孔墊圈沖壓模具設計中，我收獲頗多，雖然在整個設計過程中遇到許多困難，但是通過自己不懈的努力和他人的熱心幫助，順利完成了課題的研究與設計。在此，我想能夠幫助我順利完成學業的人們表示衷心的感謝！其次，要感謝一直對本課題指導和修改的老師。春風育桃李，秋果謝恩情，教誨如春風，師恩似海深。在設計中，我偶爾會遇到問題從而導致課題停滯不前，通過不斷的向各位老師請教，通過老師不斷的耐心講解，終于打開了思路，明確了方向，掌握了方法，得到了解答。通過老師對自己的繪圖指導，我的AutoCAD繪圖技術有明顯提高。百年樹人，不忘初心，感謝老師的傳道、授業與解惑，從老師

33、那里不僅學到了更多的專業知識，還學到了分析問題的思路和方法，明白了萬變不離其宗，并且找到了自己喜歡的專業與發展方向。懂得了做人做事的道理，變通、踏實、無畏、一絲不茍、認認真真。天涯海角有盡處，只有恩師無窮期，感謝您，老師！最后，要感謝我的家人、朋友和同學。特別感謝父母對我的關愛和照顧，他們是我完成學習研究和設計的堅強后盾。學習與研究的道路上缺少不了朋友的陪伴，當我對理論和公式有不理解之處，通過與朋友一起討論，總是能夠想到求解方法和求解思路，使我對花孔墊圈模具設計有了很好的出發點。在圖形設計與論文格式方面也得到了許多啟發和幫助。另外，同學在設計過程中更是給我很大幫助，能夠發現我的錯誤并且能夠悉心給我講解錯誤的原因并指導正確的方法和思路。在我遇到設計困難的時候都能夠及時的幫我分析，設計中我們討論模具的設計方法，使我對花孔墊圈沖壓模的設計有了新的認識，理論知識達到了新的高度！同學之間互相提供一些參考資料、書籍、成功人士的設計成果、重要數據等供設計選用，使研究課題節省了大量