电机端盖设计论文

本科毕业设计（论文）

题目：学

专学院：业：机械设计制造及自动化号：学生姓名：

指导教师：职称：

二O 一二年五月二七日

摘要

在现代工业生产中，70%～90%的工业产品需要模具加工，模具工业已经成为工业发展的基础，模具在机械制造业中是有着深远影响的重要工艺装备,具有成本低、生产效率高、材料利用率高、产品质量好、互换性好、易于实现自动化等优点,被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。因此模具是工业生产的重要设备，是国民经济的基础工业。本设计的题目是电机端盖冲压工艺及模具设计，此设计主要介绍冲压工艺和注意要点，拉深工艺的一般步骤和注意事项，特别是拉深凸模的设计、凹模的设计、以及拉深和冲裁强度计算校核等。本设计论文有详细的文字说明，图片介绍，详细的介绍了端盖零件的加工过程。

关键字：拉深；凸模；凹模

Abstract

In modern industry, 70%to 90%of the industrial products need to mold machining, mould industry has become the basis of industrial development, mould in mechanical manufacturing is a far-reaching impact on the important process equipment, with lower cost and high production efficiency, material utilization ratio, high product quality, good compatibility and easy to realize automation etc, and is widely used in automobiles, energy, machinery, information, aerospace, national defense industry and everyday life in the production. In mechanical, mathematics, absorb the metal material science, mechanical science and control, computer technology, knowledge, has already formed the basic theory of the discipline of stamping forming. To stamping products, led by mold as the center, combining modern the application of the advanced technology, in the huge market demand stimulus and promotion, stamping technology in national economic development, realize the modernization and improve the people's living standards are playing a more and more important role. So die is the important industrial production equipment, is the foundation of the national economy industry.

This design topic is motor stamping process and cover the mould design, this design mainly introduce the stamping process and key points of attention, deep drawing technology general steps and attention, especially the punch of deep drawing design, concave die design, and deep drawing and cutting strength calculation check. This paper has a detailed design of the text, picture is introduced, and introduced the cover parts processing process.

Keywords ：deep drawing; The punch; Concave die

目录

前言............................................................................................................................................... 1

1、产品的工艺分析....................................................................................................................... 3

1.1课题以及制件图............................................................................................................... 3

1.2零件图的绘制................................................................................................................... 3

1.3工艺分析........................................................................................................................... 4

1.4工艺方案的确定............................................................................................................... 4

2、排样图的设计........................................................................................................................... 5

2.1排样的概念....................................................................................................................... 5

2.2排样图的设计原则........................................................................................................... 5

2.3制件的排样图设计........................................................................................................... 6

2.3.1制件的毛坯尺寸计算............................................................................................ 6

2.3.2零件在条料上的排列与连接................................................................................ 7

2.3.3条料的送进与定位................................................................................................ 7

2.3.4工件拉深次数的确定............................................................................................ 8

2.3.5工步设计................................................................................................................ 8

2.3.5搭边值的确定........................................................................................................ 9

2.3.6制件排样图的确定.............................................................................................. 10

3、工艺计算................................................................................................................................. 10

3.1作用力计算..................................................................................................................... 10

3.1.1冲裁工艺力的计算............................................................................................. 10

3.1.2拉深力的计算...................................................................................................... 11

3.2冲压设备的选择............................................................................................................. 12

3.3计算压力中心................................................................................................................. 12

3.4模具间隙的确定............................................................................................................. 14

3.4.1冲裁间隙的确定.................................................................................................. 14

3.4.2拉深间隙的确定.................................................................................................. 15

4、拉深模零部件设计................................................................................................................. 16

4.1侧刃设计......................................................................................................................... 16

4.2凸模凹模结构设计......................................................................................................... 17

4.2.1凸模凹模设计原则.............................................................................................. 17

4.2.2凸模的结构设计.................................................................................................. 17

4.2.3凹模的结构设计.................................................................................................. 17

4.3冲导正销孔凸模凹模设计............................................................................................. 18

4.4冲双层圆形切口凸凹模设计......................................................................................... 19

4.5拉深凸凹模设计............................................................................................................. 20

4.6胀形凹凸模的设计......................................................................................................... 22

4.7切断凹凸模的设计......................................................................................................... 23

4.8模架的选择与设计......................................................................................................... 23

4.8.1模架总体结构的确定.......................................................................................... 23

4.8.2模柄的设计与选用.............................................................................................. 24

4.8.3上模座的设计...................................................................................................... 24

4.8.4垫板设计.............................................................................................................. 25

4.8.5下模座设计.......................................................................................................... 25

4.8.6凸模固定板设计.................................................................................................. 25

4.8.7凹模固定板设计.................................................................................................. 26

4.8.8卸料板设计......................................................................................................... 27

4.8.9导柱导套的设计.................................................................................................. 27

4.8.10卸料螺钉的选用................................................................................................ 28

4.9导料、托料装置的确定................................................................................................. 28

4.9.1导料装置.............................................................................................................. 28

4.9.2浮动托料机构设计.............................................................................................. 29

4.10螺钉与销钉的选择....................................................................................................... 29

4.11弹簧的选用................................................................................................................... 30

5、总结......................................................................................................................................... 31

致谢............................................................................................................................................... 32

参考文献....................................................................................................................................... 33

前言

随着模具工业的迅猛发展，模具设计与制造已成为一个行业，越来越引起人们的重视。多工位级进模是当代冲压模具中生产效率最高、最适合大量生产应用，已经越来越多的被广大用户认识并使用的一种高效、高速、高质、长寿命的实用模具。冲裁工艺、弯曲工艺、拉深工艺都在级进模中一一体现。特别是拉深工艺也起到必不可少的工艺。也是本论文所研究讨论的对象。

拉深是利用拉深模将板料冲压成各种空心件的一种加工方法，是冲压生产中应用最广泛的工序之一，用拉深工艺制造的冲压零件很多。拉深成形时主要考虑的问题是，位于凸缘部分的材料因切向压缩极易起皱；处于凸模圆角区的材料因受到径向强烈拉伸而严重变薄，甚至断裂。材料的种类、零件的结构形状、模具结构及工作部分的表面质量对拉深成形能否顺利进行都有重要的影响。

拉深模的应用，反映在模具结构设计以及材料应用方面，它代表着对板料拉深工艺和变形规律的全面认识和重视，以及对实践经验的综合应用。在模具大批量生产制造方面，集中体现了当代最先进的精密模具加工技术的发展和实践。

从20世纪70年代中期至今，模具CAD/CAE/CAM在近40年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。逐渐进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域；模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。美国UGS 公司与我国华中科技大学合作在UG-II（现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件能辅助进行零件图输入、毛坯展开、工艺预定义、毛坯排样、压力计算、确定模座尺寸和标准、绘制装配图和零件图等模块，具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色。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。

展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的模具方面科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参

数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。用不了多长时间新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是和当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点主要表现在模具的专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。

1、产品的工艺分析

1.1课题以及制件图

如图是某电机端盖零件,料厚为1.5mm,材料为08F 冷轧钢板。根据零件的技术要求可知，尺寸Ф90mm的公差值为0.14mm,表面粗糙度Ra =3.2μm ,属尺寸精度和表面质量要求较高的部位。尺寸SR 10mm 和Ф90mm具有较高的同轴要求,同轴度公差为Ф0.04mm。同时,

端盖所有表面要求平滑,不得有影响外观质量的划伤、擦痕等缺陷。

图1-1零件图

1.2零件图的绘制

图1-2零件图

1.3工艺分析

该制件形状简单，尺寸中等。初步看来挺简单，但是腰部的突出一段给模具设计与制造都带来了不便。应该用几次拉深才能加工这样。该制件的技术要求如下：

1.尺寸Ф90mm的公差值为0.14mm

2.表面粗糙度Ra =3.2μm

3.尺寸SR 10mm 和Ф90mm同轴度公差为Ф0.04mm

4.端盖所有表面要求平滑,不得有影响外观质量的划伤、擦痕等缺陷

1.4工艺方案的确定

该制件所需要的主要工序为拉深、冲孔、落料。一般可采用：

方案一、单工序模：生产率低，积累误差大、生产不够安全、模具简单、制造容易。方案二、级进模：生产率高、误差小、生产安全、模具较复杂、自动化程度高、制造稍难。方案三、复合模：生产率高、误差小、生产不够安全、模具复杂、制造困难。

考虑到制件尺寸不大尺寸精度要求不高，生产的安全性不容忽视，要求大批量生产，并从方便制造考虑，拟采用方案（二）采用级进模冲裁的方案。

级进模设计要点

（1）定距方式：定位钉定距、导正销定距、侧刃定距

（2）导正尽量利用冲件上的孔兼作导正销。导正销应设置在与冲孔凸模相邻近的下一个工步上。以便导正精度。

（3）工步安排在级进模中，冲件精度要求较高的部分应尽量安排在邻近的工步内实现。为减少送进误差应减少空步。

（4）步距和侧刃数在少、无废料的级进模中，冲裁间隙对步距的影响：当采用侧刃定距时步距的公称尺寸应比侧刃小0.05～0.1mm 。工步较少，步距较小时，采用单侧刃，反之用双侧刃定距。

2、排样图的设计

2.1排样的概念

排样是模具设计的核心部分，排样的方式决定了模具结构，凹模的分布等方面内容。所谓排样，就是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当的搭边值，是降低成本，保证工件质量及延长模具寿命的有效措施。

排样的方式有多种多样，常见的有以下几种：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值，这种排样能保证冲裁件的质量，模具寿命较长，但材料利用率低；少废料排样和无废料排样，这两种方式对节省材料具有重要的意义，并适用于一次冲裁多个工件，故可以提高生产效率，同时因冲裁周边减少，可简化冲模结构，降低冲裁力，但由于条料导向与定位误差，使工件的质量和精度较低。另外由于采用单边冲裁，也会影响断面质量，还会缩短模具寿命。

2.2排样图的设计原则

多工位级进模的排样，除了遵守普通冲模的排样原则外，还应考虑如下几点：

（1）先制作冲压件毛坯样板（3～5个），在图面上反复试排，待初步方案确定后，在排样图的开始端安排冲孔、切口、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排工件和载体分离。在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模受力不均而折断。

（2）第一工位一般安排侧刃冲裁。第二工位设置侧刃挡块，也可每隔2~3个工位设置导正销。第三工位可根据冲压条料的定位精度，设置送料步距的误差检测装置。

（3）成形方向的选择（向上或向下）要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。若成形方向与冲压方向不同，可采用斜滑块、杠杆和摆块等机构来转换成形方向。

（4）对弯曲和拉深成形件，每一工位的变形程度不宜过大，变形程度较大的冲压件可分几次成形。这样既有利于质量的保证，又有利于模具的调试修整。对精度要求较高的成形件，应设置整形工位。

（5）在级进拉深排样中，可应用拉深前切口，切槽等技术，以便材料的流动。

（6）当局部有压筋时，一般应安排在冲孔前，防止由于压筋造成孔的变形。突包时，若突包的中央有孔，为有利于材料的流动，可先冲一小孔，压突后再冲到要求的孔径。

（7）当级进成形工位数不是很多，工件的精度要求较高时，可采用“复位”技术，即

在成形工位前，先将工件毛坯沿其规定的轮廓进行冲切，但不与带料分离，当凸模切入材料的20%~35%后，模具中的复位机构将作用反向力使被切工件压回条料内，再送到后续加工工位进行成形。

2.3制件的排样图设计

2.3.1制件的毛坯尺寸计算

如图可知,该零件属有凸缘带中心局部凸起的回转体拉伸件。首先选取修边余量,再将端盖零件分解成几段简单的回转体,并分别求出各回转体表面中性层的面积。根据拉伸前后零件面积相等的原则计算：

由书《冷冲压模具设计与制造》表4.41、A =

取修边余量r=2.75mm如图1-2

π2π22

d −d 1=(120+3. 82)−902=5676. 6444ππ

2、A =r (πd −4r )=×2. 75(π⋅93−4×2. 75)=1213. 30

223、A =πdh =π×91. 5×9. 5=2729. 454、A =

()[]

ππ

r (πd +4r )=×2. 75(π×89. 5+4×2. 75)=1260. 8422ππ

r (πd +4r )=×2. 75(π×84+4×2. 75)=377. 8022

5、A =πdh =π×89. 5×21=5901. 636、A =

πd 2π

7、A ==×85. 52=5738. 55

44

A 总=πR 2=5676.64+1213.30+2729.45+1260.84+5901.63+377.80+5738.55

=22898.21

R =7292. 42=85.4mm D =2R =170.8mm

图2-1展开图

制件的毛坯尺寸为D=170.8mm

厚1.5mm 的圆薄片。

2.3.2零件在条料上的排列与连接

（1）排列方式

零件在条料上的排列与连接可采用零件的纵向、横向、斜向排列与纵向、横向连接的任意组合形式。根据材料零件图与展开图，确定连接方式为横向排列，可以保证工作过程中条料不受零件成形的影响而一直处于正确位置上。（2）连接方式

零件与条料的连接可采用压合连接或实体连接。由于零件展开图为圆薄片，因此选择实体连接。所谓实体连接是指零件通过外围整体或通过连接桥与条料的载体相连。具体设计为拉深前先冲双层圆形切口的排样，可提高材料的利用率，而且拉深过程中其条料的宽度几乎不变，所以能稳定地送料。（3）载体类型及设计

根据制件的形状、变形性质和材料厚度等不同情况，选用的载体基本类型为等双侧载体。双侧载体又称双载体，是在条料的边缘两侧设计的载体。可使工件到最后一个工位前条料的两侧仍保持有完整的外形，这对于条料的送进、定位和导正都十分有利。

2.3.3条料的送进与定位

条料的送进可以采用自动送料或手动送料。一般选用于高速冲床是，自动送料适用于

高速冲床或一般冲床。采用自动送料时需有开卷机、校平机及自动送料机构。

在排样图上，侧刃一般都安排在条料的第一工步，一般只设置单侧侧刃。为了尺寸精度要求，以及保证大工件的定位这时采用双侧侧刃可以较好的调整条料的宽度。为了不影响条料的送进，降低零件的加工误差，选用成形侧刃。

通常级进模设计中，将导正销和侧刃配合使用，侧刃作定距和初定位。导正销作为精定位。导正销一般都在第一个工步冲出，其位置应处于条料的基准平面上，否则将起不到定位孔的作用，导正销孔一般选在条料载体上。这样既起到减少废料的作用，又不影响工件的质量和美观。

2.3.4工件拉深次数的确定

由零件可知，直径φ88与φ90mm 之间阶梯较小∴零件总的拉伸系数m 总为：毛坯的相对厚度

t 1. 5×100=×100=0. 877D 171

d p 120

==1. 34d 189. 5

查书（冷冲压模具设计与制造第2版）表4.12用插值法计算得m 总=0.53查书（冷冲压模具设计与制造第2版）表4.11得m 1=0.586～0.499∵08F 钢小于10钢

∴m 1值偏小

查手册得08F 钢首次拉深m 1=0.51～0.50∵m 总〉m 1

∴圆筒主体可以一次拉深成功。

2.3.5工步设计

当零件在条料上的排列与连接及用于定位的工艺缺口确定以后，要对零件所需要的工步数目，加工尺寸，进行计算确定。

遵循级进模排样图中各工序的安排的规律，结合零件图和展开图及材料等各方面因素

后，确定了工序的顺序和加工尺寸:第1工位：切侧刃。

第2工位：冲φ1.5mm 导正销孔第3工位：冲φ187mm 圆形切口第4工位：冲φ187mm 圆形切口第5工位：冲φ171mm 圆形切口第6工位：冲φ171mm 圆形切口

第7工位：胀形法，加工出球头半径为SR 10mm 第8工位：冲φ10mm 圆孔

第9工位：一次拉深，拉出上端90mm，下端88mm，中间有台阶的形状。第10工位：冲4个按阵列排列的φ12mm 的圆孔第11工位：切断工件第12工位：切另一边侧刃第13工位：切除废料

2.3.5搭边值的确定

排样时制件与制件之间以及制件与侧边之间留下的工艺材料，叫做搭边。其作用是补偿定位误差，保证条料强度，以保证在冲裁过程中带料的送料顺畅。搭边应选择适当，过大会造成材料的浪费，过小不利于制件的成形，或者冲裁不出合格的制件。搭边值的大小通常是由经验所确定的。

设计中搭边值查表：取工件间a 1=1.0mm，沿边a=1.2mm 。条料的宽度为224mm，条料的步距为199.9mm。

2.3.6制件排样图的确定

图2-2排样图

3、工艺计算

3.1作用力计算

3.1.1冲裁工艺力的计算

冲裁模设计时，为了合理地设计模具及选用压力机，必须计算冲裁力。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。

冲裁力的计算公式为：F 0=Lt τ式中L—冲裁件周长(mm)

t—材料厚度（mm）

τ—材料的抗剪强度（MPa）

选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能会增大，所以应取：F =1. 3F 0=1. 3Lt τ≈Lt σb

式中F—最大可能冲裁力

σb —材料的抗拉强度（MPa）

材料为08F 冷轧钢板取τ=260MPa，材料厚度t=1.5mm

1）冲侧刃

F=409.7×1.5×260=159783N 2）冲导正销

F=3.14×16×260×1.5=19593.6N

一次冲2个孔F=2×19593.6=39188N

3）冲φ187mm 圆形切口分2次冲，每一次的冲裁力为：F=567.18×260×1.5=221200.2N

4）冲φ171mm 圆形切口分2次冲，每一次的冲裁力为：F=516.94×260×1.5=201606.6N 5）冲φ10mm 的圆孔

F=10×3.14×260×1.5=12246N 6）冲φ6mm 的圆孔

F=6×3.14×260×1.5=7347.6N7）胀形

F=ARt 2=314×200×1.5×1.5=141300N8)切断工件

F=7×1.5×260=2730N7）切断废料

F=42×260×1.5=1260N

3.1.2拉深力的计算

拉深力的计算公式（适用于宽凸缘的筒形零件）为：F L =πd 1t σb k

F L —拉深力

d 1—筒形件第一次拉深的的直径t—材料厚度

σb —材料的抗拉强度（MPa）k—系数

查表得σb =329MPa t=1.5mm查书（冷冲压模具设计与制造第2版）表4.18得系数k=1.1则拉深力为F L =3. 14×88×1. 5×329×1. 1=150000. 312N

3.2冲压设备的选择

压力机选用的根据，主要是冲裁工艺的性质、生产批量大小、模具的外形尺寸以及工厂现有设备等情况。压力机的选用主要包括压力机类型和确定压力机规格两项内容。

1）压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。

2）根据模具结构选择压力机类型和行程次数，如复合模工件需从模具中间出件，最好选用可傾式压力机。

3）压力机的冲裁力要留有充分的余地，磨具的闭合高度和压力机的闭合高度要匹配。4）压力机冲压次数应符合生产率和材料变形速度的要求。5）压力机应该使用方便和安全。

根据以上计算结果查书《冲压模具设计师手册》表4-18选择Z81-125冲床。

3.3计算压力中心

压力中心，在凸模和凹模刃口附近所受到的力是相当的复杂，此时，在整个轮廓曲线上所受到冲裁里合力的作用点或多工序冲裁力的合理作用点称为压力中心，冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具以及压力机的寿命。为使模具能平衡工作，在设计和加工时，必须根据冲压件的技术及冲压件的形状尺寸分析冲裁中的受力状态及其对模具的作用和影响，选取相适应的模具压力中心，并使之与压力机滑块中心和模具导向部分的对称中心相重合。

冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓的重心。具体算法如下：

1）按比例画出冲裁轮廓线，建立x-y

坐标，如图：

图3-1压力中心坐标图

2）把图形的轮廓线分为几个部分，计算个部分受力L 1、L 2、L 3、…、L n ，并求出各部位中心位置的坐标（x 1，y 1）、（x 2，y 2）、…、（x n ，y n ）；

工序号[***********]415

各工步受力[***********][***********][***********][***********]97831260

X 坐标（mm）[***********][***********][***********]0

[**************]

Y 坐标(mm)

-1150

3）根据公式，求冲模压力中心的坐标值（x 0，y 0）；

x 0=

l 1x 1+l 2x 2+... +l 15x 15

l 1+l 2+... +l 15l 1y 1+l 2y 2+... +l 15y 15

l 1+l 2+... +l 15

y 0=

求出x 0=1306.2，y 0=0

所以模具压力中心坐标为（1306，0）

3.4模具间隙的确定

3.4.1冲裁间隙的确定

设计模具时一定要选择合理的间隙，才能使冲裁断面质量较好，因为凸、凹模间隙对冲裁件段面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙就是指冲裁凸模和凹模刃口部分尺寸之差，也就是凸模工作部分和凹模工作部分之间的距离。

冲裁间隙有两种含义：一种是指凹模与凸模间每侧空隙值，称为单面间隙；另外一种指凹模和凸模间两侧间隙之和，称为双面间隙；习惯上常说的间隙是指双面间隙，用符号C 表示，单面间隙用Z/2表示。

生产实践中凸模和凹模之间的大小可以分为三种基本情况，即间隙合理，间隙过大，间隙过小三种情况。

冲裁间隙合理时，材料在分离时，凹模和凸模刃口处裂纹重合，冲裁间隙不是一个绝对值，而是一个数值范围，冲裁间隙在此范围内都可以得到冲裁断面较好的制件

间隙过大，凸模和凹模刃口处的裂纹不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里边，材料受很大的拉伸，光亮带小，毛刺、塌角及斜度都比较大。

间隙过小，裂纹也不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边，两条剪裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压，在断面上形成第二次光亮带，并在中间出现夹层和毛刺。

冲裁间隙方向的确定原则，冲裁时由于凸模和凹模之间存在间隙，因此落下的废料或者冲出的孔均带有锥度，制件的大端尺寸基本等于凹模尺寸，制件的小端尺寸基本等于凸模尺寸。测量时也是按冲孔的小端和落料的大端作为基准尺寸。

在生产中，凸模和凹模都要与冲件产生摩擦，凸模会越变越小，凹模会越来越大，基于此，确定冲裁间隙的原则为：落料时因为制件尺寸随凹模尺寸而定，故间隙应该在减小凸模尺寸发方向取得；冲孔时由于孔的尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应该在增大凹模尺寸的方向上取得。考虑到凸模和凹模的磨损，在设计和制造新模具时，取最小合理间隙。

因为材料厚度为1.5mm

查书《冷冲压模具设计指导》表2-9得08F 钢的最小双边间隙z min =0.132mm、

z max =0.240mm取间隙为0.2mm

3.4.2拉深间隙的确定

拉深模的间隙对工件的质量起到重要的作用，实践中一般分为间隙过小，间隙过大。间隙过小，工件质量较好，但拉深力大，工件易拉断，模具磨损严重，寿命低。间隙过大，拉深力小，模具寿命虽然提高了，但工件易起皱、变厚，侧壁不直，口部边线不齐，有回弹，质量不能保证。

因此，确定间隙的原则是：既要考虑板料和制件公差的影响，又要考虑毛坯拉深中口部增厚的现象，故间隙值一般应比毛坯厚度略大一些

有压边圈的拉深时的单边间隙，因为只需要一次拉深。所以单边间隙z/2=1～1.1t=1.5～1.65mm

4、拉深模零部件设计

4.1侧刃设计

侧刃断面长度应该等于步距。在设计时侧刃的公称尺寸等于步距的公称尺寸，其偏差值一般为0.05～0.1mm。工件较少、步距较小时，采用单侧刃定距，反之用双侧刃定距。

结合零件尺寸，工件较大，选择双侧刃定距，能有效的保证工件的精度。

图4-1侧刃

L=200+（0.05～0.1）mm宽度为30mm，因为选用成形侧刃,如上图所示。

由于侧刃形状特殊，设计侧刃凹模是内形加工，增加加工难度，因此将侧刃凹模设计为侧刃镶块，是内形加工变为外形加工，降低加工难度，有助于尺寸精度的保持，镶

块如下图所示：

图4-2侧刃镶块

图中蓝色部位为冲裁孔。

4.2凸模凹模结构设计

4.2.1凸模凹模设计原则

1）凸模和凹模要有足够的刚度和强度。

2）凸模和凹模安装稳定可靠，且便于更换。

3）废料排除要方便及时，以防止损坏模具。

4）凸、凹模应具有良好的结构工艺性，以便于制造、热处理、检测及安装。

4.2.2凸模的结构设计

凸模一般分为两部分，一部分为冲裁的刃口部分，一部分为联接的固定部分。凸模工作部分的截面形状与相对应的凹模型孔一致，刃口尺寸可按公式计算，也可按凹模实际尺寸配制。

1）凸模的结构形式：按工作部分与固定部分是否相同分为两种：直通式：其工作部分与固定部分的形状和尺寸完全相同。阶梯式：一般用作凸模截面较小强度不好的凸模，若工作部分为圆形，其固定部分也为圆形，只是直径由刃口到固定端的直径逐渐加大。

2）凸模的固定方法：凸模固定到固定板中的配合或间隙对不要求常拆换的凸模用H7/m6或H7/r6（双边0.02mm 过盈），需要经常更换的凸模一般用H7/h6（双边0.01mm 的间隙）。

3）凸模长度的确定：确定凸模长度尺寸时，应按以下几项原则考虑：

（1）根据模具实际结构要要确定凸模长度

（2）同一副模具中，各凸模绝对高度不一样时，应确定某一基准凸模高度。

（3）凸模应有一定的使用高度和足够的刃磨高度。

（4）注意一个模架中所有凸模加工的同步性。

4.2.3凹模的结构设计

在实际生产中，绝大多数是采用复合模结构。复合模的特点是有一个凸凹模。凹凸模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。为保证凹凸模的强度，凸凹模应有一定的最小壁厚，凹模有直接在凹模固定板上的，但是这种方法笨重不方便，所以我们可以选取镶套式凹模，既轻便也可防止模具裂开，提高模具寿命，并可节省昂贵的模

具材料，镶套式凹模与固定用的凹模固定板一般采用过渡配合。对于大型的镶块凹模还需要采用螺钉来紧固。

4.3冲导正销孔凸模凹模设计

1、凸模设计：

1）由于导向孔的直径不能小于材料厚度的四倍，所以导向孔的直径d ≥4×t=4×

1.5mm=6.0mm,选取d=16mm。由模具设计手册可知，冲孔凸模采用压入式结构形式，与固定板的配合采用H7/m6过渡配合，顶端用台肩，便于固定，并保证在工作时不被拉出。

根据《模具设计与加工速查手册》根据冲孔直径为16mm,查表2-201，选用b 形凸模。由于该零件易损坏，同时该模具属于大型模具，所以该凸模采用快换式结构。用于大批量生产，冲头材料可以选用9Mn2V、Cr12、Cr12MoV，硬度在HRC 58～62。

2）凸模的外形尺寸：凸模具体尺寸可以根据《模具设计大典》表22.8-5，因

P（刃口直径）=16mm,查表得D（中台阶直径）=20mm，H（台肩宽）=24mm,

B(刃口长度)=40mm,根据实际模具得

L=375mm。

图4-3导正销凸模

2、凹凸模刃口尺寸的确定

由于导正销精度十分高，所以采用配合的方法加工凸凹模。以冲孔凸模设计为基准的刃口尺寸计算公式为：

+0. 25∆A p =(A −x ∆) 0

B p =(B +x ∆) 0

−0. 25∆

C p =(C +0. 5∆) ±0. 125∆

d d =(d +x ∆+z min )0+δd

由于零件的精度要求不高，所以根据《冷冲压模具设计指导》表8-14，8-18取工件

精度为IT12，查的△=0.08取X=0.75

取模具精度为中级，凸模为IT7，凹模为IT7，按《冷冲压模具设计指导》表2-12查的δp=0.02，δd=0.02。

+0. 25×0. 08+0. 02=15. 940+0. 25∆A p =(A −x ∆) 0=(16-0. 75×0. 08)0

B p =(B +x ∆) 016+0. 75×0. 08)-0. 25×0. 08=16. 060

−0. 25∆=(-0. 020

根据书《冷冲压模具设计指导》表2-9查的

所以凹模刃口尺寸为：z min =0.132

d d =(d +x ∆+z min )0+δd +0. 02+0. 02=（16+0. 75×0. 08+0. 132）=16. 200

3、凹模设计

根据冲孔孔径为16mm ，查手册得D=30，H=25，h=8。画出如图的凹模镶块。镶块材料选用

Cr12

图4—4凹模镶块

4.4冲双层圆形切口凸凹模设计

冲双层圆形切口，由于工件尺寸不是很小。所以采用4个工步进行加工双层切口，因为只是切出刃口，而不将板料切除，切口样式采用如下图的样式：

图4-5刃口样式

因为不是切除材料，所以设计时并不能像普通刀具那样设计。所以根据切断刀的样式

进行改造设计，设计了如下图的凸模工作部分。

图4-6冲裁凸模

4.5拉深凸凹模设计

工件为有凸缘拉深，由于拉深件有阶梯，经过计算可以一次拉深成功。拉深中径为90mm，圆角半径为2mm，拉深深度为38mm

1、凸模设计

由于凸模尺寸较大。选用活动式凸模。方便更换和装卸。

得其外形尺寸根据《模具设计大典》表22.8—84查的L=100，B=19mm，D=25mm,H=28mm。联系拉深条件确定具体数值，设计如图所示：

图4-7拉深凸模

2、拉深凹模设计

根据工件尺寸要求，计算凹模的尺寸。

（1）凹模的圆角半径r d 的计算公式为：

r d =0. 8D −d t

r d =0. 8170. 8−901. 5≈8. 8mm

（2）凸模圆角半径r p =(0. 6～1. 0)r d =5. 28～8. 8取r p =6

（3）凸凹模间隙

总拉深次数为1。所以凹凸模单边间隙1～1.1t=1.5～1.65

（4）凸凹模工作部分尺寸计算

尺寸由拉深件的尺寸标注方法决定，因为尺寸的尺寸标注在内形中，所以应以凸模为基准件。

凸模计算公式为：d p =(d +0. 4∆)−δp 0取C=1.6

∵t=1.5mm拉深件直径D=90mm查书《冷冲压模具设计指导》表4-34

得δp =0. 03；δd =0. 05，

∴d p =(90+0. 4×0. 14)−0. 030

凹模计算公式为：d d =(d +0. 4∆+2c )0d =(90+0. 4×0. 14+2×1. 6)0δ+0. 05

（5）凹模表面粗糙度要求为R a =1.6µm ，凹模圆角处表面粗糙度要求为R a =0.2µm

凸模要求较低，粗糙度为R a =0.8～1.6µm 。

画如下图所示的零件图：

图4-8拉深凹模

4.6胀形凹凸模的设计

1、胀形是指利用模具强迫板料厚度减薄而表面积增大，以获得零件几何形状的冲压加工方法。根据胀形区域的面积，并根据书《冲压模具设计师手册》表17-30，选用SHSR

型胀形凸模。画出如下图的凸模。

图4-9胀形凸模

2、凹模设计如图：

图4-10拉深凹模

4.7切断凹凸模的设计

由于设计的模具自动化程度要求较高，所以该模具一定要加装切除废料工步，同时切除废料工序必须放于整个工序的最后一步。由于自动化程度越来越高，模具也变的越来越复杂。

4.8模架的选择与设计

模架是模具的主体框架结构，既是支撑作用，它又是连接级进模所有零件的重要部件，模具的全部凸模零件都固定在凸模固定板上面。凹模上装有凹模镶块。模具之间相对位置是通过模架的导柱导向装置稳定保持其精度，并引导凸模正确运动，保证了冲压过程中凸、凹模之间的间隙均匀。

4.8.1模架总体结构的确定

模架的总类很多，每一种模架，都有其特殊的作用，用来完成产品的特定功能。模架大致可分为：对角导柱模架，后侧导柱模架，后侧导柱窄形模架，中间导柱模架，中间导柱圆形模架，四导柱模架。根据零件的形状尺寸，再根据总工序和行程总长，以及综合性能的需要，我们选用四导柱模架，再由具体尺寸查书《冷冲压模具设计指导》表2-48来确定模架数据：

上模座厚度为：110mm

下模座厚度为：110mm

4.8.2模柄的设计与选用

中小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上，通常的模柄形式有：压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄、浮动模柄四种。模柄的选择根据压力机的型号，模具需要承受的压力，选取压入式模柄，根据书《冲压模具设计师手册》表4-18可查得模柄孔的直径为Φ40×110（直径×深度）,根据标准件的装配要求,模柄与上模座孔配合为

H7/m6。

图4-11模柄

4.8.3上模座的设计

根据工步，零件尺寸，由受的力强度以及模柄的孔径与配合。以及模柄中心在压力心，如

下图：

图4-12上模座

4.8.4垫板设计

垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递压力，以降低模座所受的单位压力，保护模座以免被凸模断面压陷。冲裁凸模是否加垫板，应该根据模座承压的大小进行判断。垫板需要经过淬硬磨平，垫板厚度一般取4～12mm

设计如下图所示：

图4-13垫板

4.8.5下模座设计

图4-14下模座

4.8.6凸模固定板设计

凸模固定板不仅安装许多凸模，还要安装一些其他零件，如侧刃、导正销等，凸模和凸模固定板采用过渡配合。因此对于多工位级进模的固定板的刚性和强度方面要求更要高

些。

所以凸模固定板高度H=（0.6～0.8）凹模厚度, 材料为45号钢，硬度为43～48HRC 。

剖面图：

俯视图：

图4-15凸模固定板

4.8.7凹模固定板设计

前面凹模镶块的确定表明凹模镶块与凹模固定板采用过渡配合，因此综合最大模具的高度选取凹模固定板高度H=75mm。

凹模固定板与下模座的固定方式，选用螺钉、销钉直接固定在下模座表面上，此固定方式为最实用和最基本的一种。材料采用45号钢,调质43~48HRC。

设计如下图所示：

图4-16凹模固定板

4.8.8卸料板设计

该模具采用弹性卸料板，根据板料厚度以及总工步长度查表，选取厚度取H=50mm，卸料板镶块h=20mm

材料为45号钢，硬度为

43～48HRC。

图4-17卸料板

压料采用卸料板镶块，卸料板镶块与卸料板用螺钉连接。

4.8.9导柱导套的设计

模具的上模座和下模座之间的相对位置需要严格的定位精度，否则制件的质量尺寸将难以得到保证。要使上模座和下模座之间的相对位置变得精确，必须在模具的上下座上添加导向机构。外导柱是在模具上、下模座上起到粗导向作用的机构。在模具内部内导柱起到精导向作用。

外导柱的尺寸需要在模具的最大高度和最小闭合高度确定的条件下设计出来。根据各上模座、下模座、垫板、凸模固定板、凹模固定板、卸料板厚度、还有上模座的最大行程可最终确定外导柱的高度。

为了方便模具的制造和结构的轻巧，外导柱选用滑动导柱。如下图：

图4-18导柱导套

4.8.10卸料螺钉的选用

初步确定在卸料板上装4个卸料螺钉，对称安装。卸料螺钉的安装方式如下图，因为

这种方法结构简单、紧凑，使用方便。便于装卸，在普通级进模中经常被使用。

图4-19卸料螺钉

4.9导料、托料装置的确定

在该多工位级进模中，不仅有多道冲裁工序的平面加工，还有拉深等多道工序的立体加工。其特点是工位数多，带料的工作区间长。因此为了条料必须沿着正确方向顺利直线运动，虽然已经有了侧刃，导正销。设计导料装置必不可少；另外，为了使拉深件完全脱离凹模洞口，必须将带料托起，高于凹模平面，使各工位能连续准确、稳定地工作。相应的设置托料装置。

4.9.1导料装置

在条料进入第一工步侧刃前，在凹模上平面两侧安装导尺，并适当的突出凹模平面，在突出部分下部连接一块承料板，承料板与凹模固定板用加强筋固定，方便条料进入模具。

具体设计入下。

4-20导料装置

4.9.2浮动托料机构设计

浮动托料杆不仅能将成型的条料托起及工件离开凹模平面，还能起到导料作用。托料杆为圆柱形，顶出后突出凹模固定板的高度H 一般是制件最低部位高出凹模模面1.5～2mm。

如下图，图中红色为板料：导料宽度A=条料宽度B+0.1mm=222+0.1=222.1mm导料槽宽

h=t+(0.6～1)mm=3.5mm。

图4-21浮动托料机构

4.10螺钉与销钉的选择

根据模具的实际情况选取螺钉，销钉

一、螺钉的选择

选择固定上模座与垫板及凸模固定板的螺钉（4个）

由俯视图上的尺寸，查《机械设计手册》由GB 70—88

选择内六角圆柱头螺钉，此螺钉标注为：M20×50

选择固定下模座与垫板及凹模固定板的螺钉（4个）

由俯视图上的尺寸，查《机械设计手册》由GB 70—88

选择内六角圆柱头螺钉，此螺钉标注为：M20×50

托料板与凹模固定板连接（4个）

由装配图可知，并查《机械设计手册》

选择开槽圆柱体螺钉，此螺钉尺寸为：M6×20

二、销钉的选用

模具中销钉主要起定位作用，常作为定位模具的零件并与紧固螺钉配合使用。选择固定上模座与垫板，凸模固定板的销钉（2个）

由俯视图上的尺寸，查《机械设计手册》由GB 117—86

选择普通圆柱销B 型，此销尺寸为M35×150

选择固定下模座与凹模之间的销（2个）

由俯视图上的尺寸，查《机械设计手册》由GB 117—86

选择普通圆柱销B 型，此销尺寸为M35×150

4.11弹簧的选用

冲模中常用的圆柱螺旋压缩弹簧是用60Si2MnA 、60Si2Mn 或者碳素弹簧钢丝卷制而成的，热处理硬度为43～48HRC

，弹簧两端并紧并磨平。

图4-22弹簧

5、总结

经过了3个月的学习和奋斗，在老师和同学们的大力帮助下，我完成了这次毕业设计，虽然在设计过程中遇到了很多困难，但是同时当我克服难题的时候，我又学到了许多，让自己的专业知识更加充实了。

通过这次毕业设计让我把大学期间所学的专业知识做了一次彻底的鉴定与调用，尤其是模具部分。从而使我熟练掌握了模具及其各零部件的设计与计算。此次设计无论是从课题的设计方案，还是在课题的研究开发到说明书的撰写和修改的各个阶段中，为了解决问题，我仔细翻阅专业课本和设计手册，进行了大量的设计工作，不停的修改和完善，使设计方案达到最优化，可以说经过这次毕业设计，我的专业水平无论是从理论还是实践来讲都有了显著的提高，尤其是模具的设计方面，这为我以后走上工作岗位无论从事什么职业都打下了坚实的基础。

在整个设计过程中，由于我设计的是拉深模，涉及拉深、冲压、等多种模具加工方法，可以说全面的让我重新复习巩固了模具知识。使我掌握了模具的组成及原理、模具的工作特点、模具的结构设计、模具的主要零件的材料和技术要求、凸凹模的设计与计算、其它辅助元件的选择等一系列模具设计方面的专业知识，这将使我走上机械设计岗位后更好的去适应工作。

毕业设计是整个大学活动中最后一次也是最系统的一次实践的学习，它能很全面的检验我们大学期间所学的专业知识，因此对于我们毕业生来讲，不能有丝毫松懈，要用心设计，努力钻研，用一份优秀的毕业设计使自己知识充实，也为自己的大学生活画上完美的句号。

致谢

在此我要向我的导师李老师表示最诚挚的感谢。从设计的开始，李老师就和我们共同奋斗、努力。从课题的设计方案确定、排样图的完成到装配图零件图的定稿，都得到了导师的认真指导、严格要求。

当遇到一些不怎么好解决的问题，老师都耐心的讲解。提出各种方案，方法来开导思路，直到我们明白老师讲解的内容。

大学四年期间的最后总体检测—毕业设计结束了，在整个课题的研究和设计过程中，我的学识有了长进，能力有了提高。在此我要感谢所有教导过我的老师们，他们谆谆教诲、以身作责，不仅教我们知识，还教我们做人。我也要感谢其他同学的帮助和支持，在有困难的时候，大家都会献计献策，一起克服了一个又一个难题，大家建立了深厚的友谊。得以使毕业设计能顺利圆满的完成。

回顾大学生活，酸甜苦辣各般滋味皆有，从大一的青涩到大四的成熟，我们经历了太多。班级是个整体，在这个大家庭中我体会老师同学的真情，在以后的人生旅途上,将永远牢记这些。大学里老师和同学是我最大的财富，我要再一次感谢你们！谢谢你们给我的帮助，支持！

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