题 目 典型冲压复合模具设计
摘 要
模具工业是国民经济中重要的基础工业，模具设计与制造水平的高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志。模具在国民经济中占有很高的比重，在飞机、汽车、发动机、电机、电器、电子、仪表和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。
本文采用Solidworks三维设计软件进行顶罩的冲压工艺分析及复合模具的设计。按照冲压复合模具的设计步骤,进行工艺分析，确定冲压工序和排样图，根据 计算规则计算出毛坯尺寸、凸模、凹模尺寸及冲压力等。计算完成后，按照零件计算结果绘制模具零部件三维图、工程图及模具装配图。通过上述过程最终完成片状弹簧冲压复合模具的设计。
关键词：顶罩；冲压工艺；复合模；Solidworks
Abstract
Mold & Die Industry is an important basis for national industry, the design and manufacture of mold level is an important indicator to measure the comprehensive manufacturing capabilities of one nation. The molds has occupies an important place in the
national economy. In aircraft, automobiles, engines, motors, electrical appliances,
electronics, instrumentation and communications products, 60% ~ 80% of the parts depend on the mold to formation.
The three dimensional software Solidworks is used to design the stamping progressive die of the cover. Based on the design process of the progressive die, the stamping technique of the sheet spring has been analyzed, and the stamping step and the layout diagram has been established, then the dimension of blank, the dimension of punch
and cavity die, the stamping force have been calculated. The three dimensional model, engineering drawing of the mold components, and the assembly drawing of the progressive die have been drew based on the calculation result.
Keywords: cover; stamping process; compound die; solidworks
目录
摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ Ⅰ Abstract „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ Ⅱ 第1章 绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1 1.1 模具技术现状 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1 1.2 模具的发展趋势 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 1.3 选题背景和意义 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 第2章 顶罩工艺性分析和工艺方案的拟定 „„„„„„„„„„„„„„ 5
2.1 顶罩冲压工艺性分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.2 顶罩冲压工艺方案拟定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6
2.2.1 冲压工序的基本定义 „„„„„„„„„„„„„„„„ 6 2.2.2 冲压工序的顺序与数目 „„„„„„„„„„„„„„„ 7 2.2.3 顶罩的工艺方案确定 „„„„„„„„„„„„„„„„ 8
第3章 顶罩工艺分析计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 3.1 毛坯直径的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 3.2 排样设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.3 毛坯翻边预冲孔直径计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.4工艺力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12
3.4.1 冲孔力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 3.4.2 落料力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 3.4.3 推件力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 3.4.4 卸料力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 3.4.5 翻边力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14 3.4.6 拉深成形力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14 3.4.7 压边力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 3.4.8 总冲裁力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 3.5 冲压设备的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 第4章 顶罩复合模主要结构设计计算 „„„„„„„„„„„„„„„ 16
4.1 复合模结构部件尺寸计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 16
4.1.1 冲孔落料刃口尺寸计算 „„„„„„„„„„„„„„„ 16 4.1.2 拉深成形尺寸计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 4.1.3 固定与联接件计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 25 4.1.4 模具定位方式选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 4.1.5 模具卸料、推件方式选择 „„„„„„„„„„„„„„ 26 4.1.6 导向装置选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 26 4.2 冲压模结构特点及动作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„ 26 4.3 模具三维装配图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 27 第5章 总结与展望 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 32 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 33 附录 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 35 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 36
第1章 绪论
1.1、模具技术现状
模具工业是国民经济中重要的基础工业，模具设计与制造水平的高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志。工业发达国家对模具工业都极为重视， 在飞机、汽车、发动机、电机、电器、电子、仪表和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
模具分为塑料模具、冷冲压模具、热锻模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。其中，冷冲压模具历史悠久、用途广、技术成熟，在各种模具中所占比重最多。汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场。占整个模具市场的80%以上。例如，一种车型的轿车共需模具约4000套，价值达2亿元～3亿元；单台电冰箱需要模具生产的零件约150个，共需模具约350套，价值约400万元。其中所用模具大部分为冷冲压模具。
而我国模具工业解放后从无到有．在经历了半个多世纪的发展， 已有了较大的提高，发展速度十分迅速， 目前已初具规模。近年来，对模具技术的探索和研究取得了可喜的成绩。我国模具设计与制造技术的发展经历了手工作坊制造阶段、工业化生产阶段和现代化生产阶段。伴随着计算机技术的快速发展，数字化、信息化模具CAD／CAE／CAM技术和数控加工机床已普遍采用，模具产业正处于高速发展阶段。虽然我国模具技术水平正在逐步提高，但与工业较为先进的国家相比，仍存在较大的差距，纵观我国的模具工业。既有高速发展的良好势头．又存在模具品种少、精度低、结构欠合理、寿命短等一系列的不足，无法满足整个工业迅速发展的迫切要求。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国
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家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随着我国加入WTO。我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。
随着汽车和家电等行业的飞速发展，在工业发达国家，对发展冷冲压生产给予了高度重视。据近年来的统计，美、日等国的模具工业年产值已经超过机床工业年产值的6%～12%。 1.2 、模具的发展趋势
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广变成现实，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：
（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
（2）高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的
表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。
（3）模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同
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数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用。
（4）电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。
（5）提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。
（6）优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等 技术。
（7）模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件、外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
（8）模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 1.3 选题的背景与意义
振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60％-90％的零部件都要依靠模具成形，在枪支、子
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弹等兵器产品中占95％以上。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
基于这样的背景我选择了顶罩的冲压复合模这个课题。顶罩是用于灯的聚光和防尘用的。复合模是压力机在一次冲程中，经一次送料定位，在模具的同一部位可以同时完成几道冲裁工序的模具。如冲孔、落料、拉深、翻边复合模。复合模适用于生产批量大，精度要求高，内外形尺寸差较大的冲裁件。根据顶罩的结构特点，选择复合模具来冲裁。用复合模来制作顶罩，材料可以在复合模进行冲裁时，一次定位就可以完成冲裁件的内外形尺寸，所以制件的内外形的位置尺寸精度高，生产效率高，适合位置精度高、生产批量大的制件选用，适用于薄板料。由于像顶罩这种小零件是常用的零件，需大批量生产，而制造材料需是薄板，正好符合复合冲裁模的条件，因此我选用了冲孔、落料、拉深、翻边复合模制造顶罩。
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第2章 顶罩工艺性分析和工艺方案的拟定
2.1 顶罩工艺性分析
所需加工的工件名称：顶罩
顶罩的生产批量：大批量生产（150 万／年） 顶罩的材料：08Al—ZF，厚1.5mm
顶罩的技术要求：平面读误差不大于 0.15mm 预计顶罩的日产量约为6000 件/天。 顶罩的工件图如下图所示：
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图 2.1 工件图
工件的工艺性分析是根据工件的图样，分析冲压件的形状、尺寸、表面质量等是否符合冲压工艺要求。冲压工艺一般具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点。
顶罩错误！未找到引用源。小孔尺寸要求比较高，错误！未找到引用源。 mm大孔尺寸还要保证公差Δ=1mm，以及保证它的高度及其拉深、翻孔的圆角半径为R3mm、R1.5mm。
根据顶罩的形状特点和它的技术要求，我们可以这样认为，顶罩是属于带凸缘的圆筒形件，且相对凸缘直径，相对高度较为适宜，拉深、翻孔工艺性较好。而圆角半径R1.5mm偏小些，可在翻孔时采用较高的模具制造精度，同时保证错误！未找到引用源。 mm尺寸精度。 2.2 顶罩冲压工艺方案拟定
工艺方案确定是在对冲压件的工艺性分析之后应进行的重要环节。确定工艺方案主要是确定各次冲压加工的工序性质、工序数量、工序顺序、工序的组合方式等。冲压工艺方案的确定要考虑多方面的因素，有时还要进行必要的工艺计算，因此实际中通常提出几种可能的方案，进行分析比较后确定最佳方案。 2.2.1 冲压工序的基本定义
冲压基本工序的选择主要是根据冲压件的形状、尺寸、公差及生产批量等因素。冲压基本工序主要有：
冲裁：冲裁是利用模具使板料产生分离的一种冲压工序。一般来说，冲裁主要是指落料和冲孔工序。在冲压工艺中，冲裁的用途最为广泛，它既可以直接冲出所需形状的成品工件，又可以为其它成形工序如拉伸、弯曲、成形等制备毛坯。
弯曲：弯曲是将金属材料弯曲成一定的角度、曲率和形状工件的冲压工艺方法。弯曲成形的应用相当广泛，在冲压生产中占有很大的比重。弯曲所用的材料有板料、棒料、管材和型材。弯曲可以在压力机上使用弯曲模压弯，也可在弯板机、弯管机、滚弯机和拉弯机上进行。各种弯曲方法虽然使用的设备及工具不同，但其变形过程及特点都有些共同的规律。
拉深：拉深是利用专用模具将平板毛坯制成空心件的一种冲压工艺方法。拉深又称拉延、压延、引伸等。用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形和其它不规则形状的薄壁零件，如果和其它冲压成形工艺配合，还可以制造形状极
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为复杂的工件。用拉深方法来制造薄壁空心件生产效率高，材料消耗小，零件的强度和刚度高，而且工件的精度也较高。 2.2.2、冲压工序的顺序与数目
冲压工序的顺序主要是根据零件的形状而确定的。确定其顺序的一般原则为：
对于有孔或有切口的平板零件，当采用单工序模冲裁时，一般应先落料，后冲孔（或切口）；当采用连续模冲裁时，则应先冲孔（或切口），后落料。
对于多角弯曲件，当采用简单弯曲模分次弯曲成形时，应先弯外角，后弯内角。对于孔位于变形区（或靠近变形区）或孔与基准面有较高的要求时，必须先弯曲，后冲孔。否则，都应先冲孔后弯曲。这样安排工序可使模具结构简化。
对于旋转体复杂拉深件，一般是由大到小的顺序进行拉深，或先拉深大尺寸的外形，后拉深小尺寸的内形；对于非旋转体复杂拉深件，则应先拉深小尺寸的内形，后拉深大尺寸的外形。
对于有孔或缺口的拉深件，一般应先拉深，后冲孔（或缺口）。对于带底孔的拉深件，有时为了减少拉深次数，当孔径要求不高时，可先冲孔，后拉深。当底孔要求较高时，一般应先拉深后冲孔，也可先冲孔，后拉深，再冲切底孔边缘达到要求。
对于校平、整形、切边工序。应分别安排在冲裁、弯曲（或拉深）、冷挤（或拉深）之后进行。
冲压工序的数目主要是根据零件的形状与公差要求、工序合并情况、板料极限变形参数（如拉深系数、翻边系数、凸肚系数、缩口系数、伸长率、断面收缩率等）来确定的。其中工序合并的必要性主要取决与生产批量。一般在大批量生产中，应尽可能把冲压基本工序合并起来，采用复合模或连续模冲压，以提高生产率，减少劳动量，降低成本；反之，以采用单工序模分散冲压为宜。但是，有时为了保证零件的精度要求，保障安全生产，批量虽小，也需要把工序作适当的集中，用复合模或连续模冲压。工序合并的可能性主要取决于零件尺寸的大小，冲压设备的能力和模具制造的可能性与使用的可靠性。
在确定冲压工序顺序与数目的同时，还要确定各中间工序半成品的形状和尺寸。
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2.2.3 顶罩的工艺方案确定
（1）、工件错误！未找到引用源。 mm孔冲制方案
此工件虽然是一般带凸缘拉深件，但加工底部孔可以有多种方案： 拉深成阶梯形，然后车去底部； 拉深成阶梯形，再冲去底部； 冲孔后翻边成形等。
在上述三种加工方案中，采用第一种方案，工件的质量较高，但生产率低，而且费料。在工件底部质量要求不高的情况下，不宜采用。第二种方案在工件冲底部前，要求底部圆角半径愈小愈好，接近于零，折旧需要为此增加整形工序，而且质量不易保证。采用第三种方案，生产效率高，而且省料，但其端部质量不如前两种好。另外，按工件使用情况，翻边工艺完全可以保证工件技术要求，所以采用冲孔后翻边成形方案是比较合理的。 （2）、工件错误！未找到引用源。 mm孔冲制方案 拉深成阶梯形，然后车去底部； 拉深成阶梯形，然后落料； 先落料后拉深成形。
第一、二种方案情况同（1）一样，不宜采用；第三种方案则可以满足工件的技术要求，达到实际的使用情况。
综合以上（1）、（2）方案，该工件可采用冲孔—落料—拉深成形—翻边工序，先对底部进行预冲孔，然后翻边成形；外形等落料后再拉深成形。这样安排的加工工序可以采用一个复合模加工完成，加工效率高，而且也可以达到工件的加工精度，节省材料，提高材料的利用率。
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第3章 顶罩工艺性计算
3.1 毛坯直径的计算
毛坯尺寸主要根据等面积法来确定。工件虽然在冲裁过程中毛坯的厚度发生了变化，但平均厚度与原来毛坯的厚度差别不是很大。根据金属塑性变形体积不变条件，可以按毛坯面积等于拉伸件的中性层面积的原则来确定毛坯的尺寸，即
错误！未找到引用源。 （3—1）
式中 F −拉深件的中性面面积（mm2）； D毛坯 −拉深件的毛坯直径（mm） ；
Fi −拉深件各组成部分的中性面面积（mm2）。
将工件分解成五个简单几何形状，如图3.1 所示，分别按[5]表4-5 所列公 式求出各个部分的面积并相加，即可得工件的面积。
图 3.1 分解图
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根据（3-1）可得：
因h /d =14/70=0.2较小，工件拉深较浅不考虑修边余量；故取 D毛坯=77mm。 3.2 排样设计
冲裁件在条料或板料上的布置方式称作排样；排料时在冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间设置的工艺余料称为搭边。由表4-10查得： a=2，a1=1.5
料宽：B=D毛坯+2a=77+2x2=81mm 步距：A=D毛坯+a1=77+1.5=78.5mm
根据材料的利用率、模具的寿命和生产的效率，工件的排样为有搭边的直排，如图3.2 所示。
图 3.2 排样图
3.3 毛坯翻边预冲孔直径计算
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图3.3 尺寸图
工件在翻边过程中，材料主要受切向力使厚度边薄，而径向变形不大。因此，可以用简单弯曲的方法，近似进行尺寸的计算。 预冲孔直径按下式计算：
式中 D −翻孔后孔的中径（mm）；
d −翻孔前预冲孔的直径（mm）； r −圆角半径（mm）； h1 −翻孔后直边的高度（mm）。
根据预冲孔直径与材料厚度比值的大小校核翻孔后的极限高度：
查[1]表6-4，采用圆形凸模的翻边方法，且用冲孔模冲孔的孔的加工方法。 根据d/t的比值，取极限翻边系数：K0 = 0.52。
孔的变形程度，与翻孔前后孔径有关，常用翻孔前后直径之比表示翻孔变形程度，由[1]中式：
式中 d –翻边前预孔直径（mm）；
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D −翻孔后的平均直径（mm）。
式中 D1 −翻孔后孔的中径（mm）；
H −翻孔后零件的高度（mm）； d −翻孔前预冲孔的直径（mm）； r −圆角半径（mm）； t −材料厚度（mm）。 将D1=D+2r+t，K0=0.52代入上式，得：
符合翻边要求。 3.4 工艺力计算
工艺力主要包括冲裁力、卸料力、推件力、顶出力、翻边力等。
冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料相分离所需要的力。从凸模上将工件或废料取下来所需的力称为卸料力。从凹模内将工件或废料顺着冲裁方向推出的力称推件力。从凹模内将工件或废料逆着冲裁方向顶出的力称顶件力。 3.4.1 冲孔力计算
由于顶罩的材料强度不高，厚度和周长不大，故可采用平刃冲裁，查[1]式2-7：
式中 F −冲裁力（N）；
L −冲裁件的周长（mm）；
t −材料的厚度（mm）；
错误！未找到引用源。 -材料剪切强度（MPa）
K –系数，一般取K=1.3
查[4]表1-1 可知错误！未找到引用源。
则错误！未找到引用源。
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3.4.2 落料力计算
落料力公式
式中 F −冲裁力（N）；
L −冲裁件的周长（mm）；
t −材料的厚度（mm）；
错误！未找到引用源。 -材料剪切强度（MPa）
K –系数，一般取K=1.3 查[4]表1-1 可知错误！未找到引用源。
则错误！未找到引用源。 3.4.3 推件力计算
推件力公式
式中 F −冲裁力（N）；
错误！未找到引用源。推件力（N）；
错误！未找到引用源。 –推件力系数；
n –同时梗塞在凹模内的工件（或废料数）；n=h/t h –凹模型口高度（mm）。
查[1]表2-9 错误！未找到引用源。 ；n取3 。 则错误！未找到引用源。 3.4.4 卸料力计算
卸料力公式
式中 F −冲裁力（N）；
错误！未找到引用源。卸件力（N）；
错误！未找到引用源。 –卸件力系数；
查[1]表2-9 错误！未找到引用源。 。
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则错误！未找到引用源。 3.4.5 翻边力计算
用圆柱形凸模翻孔所需的压力，可按[1]式计算：
式中 F −翻边力（N）；
错误！未找到引用源。 −材料的屈服点（MPa） ； D −翻孔直径（mm）； d −毛坯预制孔直径（mm）； t −毛坯厚度（mm）。
查[4]表1-1， 错误！未找到引用源。 ；D = 30.5mm，d = 15.87mm，t = 1.5mm。 则错误！未找到引用源。 3.4.6 拉深成形力计算
（1）、压边是防止起皱的有效方法。是否需要加压边圈可由毛坯相对厚度来判断。
毛坯相对厚度： 错误！未找到引用源。 查[4]87 页附表可知工件拉深时用压边圈。 （2）、核算总的拉深因数
根据[1]式可得：错误！未找到引用源。
查[1]表5-2 可知错误！未找到引用源。为0.48 ~ 0.50，因此错误！未找到引用源。> 错误！未找到引用源。，由此可以判断该拉深可一次 成形。
（3）、采用压边圈的圆桶形件，查[1]式可计算其压边力：
式中 F −拉深力（N）；
K −修正因数；
d −拉深件直径（mm）； t −材料厚度（mm）；
错误！未找到引用源。−材料的强度极限（MPa） 。
查[1]表5-6可知修正系数K = 0.40；d = 30.5mm，t = 1.5mm， 错误！未找到引
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用源。 = 382 MPa 。 则错误！未找到引用源。 3.4.7 压边力计算
首次拉深一般采用平面压边装置，压边力过大，工件就会被拉断；压边力过小，工件凸缘会起皱。查[1]式，根据拉深情况，圆筒件第一次拉深（用平板毛坯）公式：
式中 F1 −各次拉伸的压边力（KN）；
p −单位压边力（MPa）； d0 −平板毛坯直径（mm）； d1 −第1次的拉深直径（mm）；
错误！未找到引用源。 −拉深凹模圆角半径（mm） 。
查[1]表5-8，取p = 2.7MPa；d0= 77mm，d1= 68.5mm， 错误！未找到引用源。= 3mm。
则错误！未找到引用源。 3.4.8 总冲裁力计算
总冲裁力为错误！未找到引用源。
3.5 冲压设备的选择
冲压设备的选择是冲压工艺及模具设计中一项重要内容，它直接关系到冲压设备的安全使用、冲压工艺能否顺利实现和模具寿命、产品质量、生产效率、成本高低等重要问题。冲压设备的选用包括选择设备类型和确定设备规格两项内容。
根据顶罩模具结构的特点，考虑冲裁过程中的安全问题，选择压力机的吨位时，总冲裁力F一般不超过压力机额定吨位的80 %，所以选用以下压力机： 型号 公称压力滑块行程行程次数最大闭合15
工作台尺寸 模柄尺寸 电动机功率/kW /kN /mm /min-1 高度/mm 80 300 前后 左右 直径 深度 150 300 50 70 4 JG23-40 400 100 16
第4章 顶罩复合模主要结构设计计算
4.1 复合模结构部件尺寸计算 4.1.1 冲孔落料刃口尺寸计算
冲裁件质量是指冲裁断面质量、尺寸精度和形状精神。冲裁断面应平直，光亮带应占有一定的比例，毛刺较小。影响冲裁件质量的因数很多，其中主要有凸、凹模间隙大小及其分布的均匀性、材料性质、刃口锋利程度、模具制造精度和冲裁条件等。其中冲裁模的凸、凹模之间的间隙对冲裁件的影响最大。
（1）、尺寸计算原则
确定和计算凸、凹模刃口尺寸及其公差必须遵循以下原则：
根据冲孔和落料的特点：落料件的尺寸决定于凹模尺寸，故落料模以凹模为设计基准，先确定凹模的刃口尺寸，再按间隙值确定凸模的刃口尺寸；冲孔时孔径的尺寸决定于凸模尺寸，故冲孔模以凸模为设计基准，先决定凸模的刃口尺寸，再按间隙值确定凹模的刃口尺寸。
考虑凸、凹模的磨损：凸、凹模在冲裁过程中有磨损，凸模刃口尺寸磨损使冲孔尺寸减小，凹模刃口尺寸磨损则使落料尺寸增大。为了保证冲裁件的尺寸精度要求，并尽可能提高模具的使用寿命，设计落料模时，凹模刃口的基本尺寸应取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模刃口的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
刃口制造精度与工件精度的关系：凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具的一定使用寿命。对于圆形凸、凹模，由于制造容易，精度易保证，制造公差可按IT6～IT7级选取。
（2）、尺寸计算方法
根据凸、凹模的加工工艺和测量方法的不同，可将其刃口部分尺寸的计算方法与制造公差的标注方式分为两种类型：
1）、凸模与凹模分别加工：这种加工工艺适用于圆形及矩形等规则形状刃口的制造。在图样上分别标注凸模和凹模的刃口尺寸和制造公差，为了保证间隙值，应满足下列关系式。
错误！未找到引用源。 （4-1）
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式中 错误！未找到引用源。 −凸模制造公差；
错误！未找到引用源。 −凹模制造公差。 下面分别介绍冲孔和落料两种情况的尺寸计算方法。
1 、冲孔 设工件的尺寸为错误！未找到引用源。，根据刃口尺寸的计算○
原则，冲孔时应首先确定凸模的刃口尺寸在磨损后会减少，因此应使凸模的基本尺寸接近工件空的最大尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙错误！未找到引用源。。凸模的制造取负偏差，凹模取正偏差，其计算如下式所示：
错误！未找到引用源。 （4-2）
式中 错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。 −冲孔凸、凹模尺寸（mm ）； Δ −工件制造公差（mm）； x −因数。
2、落料 设工件尺寸为错误！未找到引用源。，根据刃口尺寸的计算原则，○
落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减少凸模尺寸以保证最小合理间隙值错误！未找到引用源。，仍然是凸模取负偏差，凹模取正偏差。其计算如下式所示：
错误！未找到引用源。 （4-3）
式中 错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。 −落料凹模基本尺寸（mm）。
2）、凸模与凹模配合加工：对于形状复杂、尺寸较多的冲裁件，为了保证凸凹模的间隙值，必须采用配合加工，此方法是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件。使它们保持一定的间隙。这种方法的特点是：
模具间隙是用配置的方法保证的，省去了公差计算，也容易加工。 尺寸标注简单，只需在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅标注基本尺寸和配制所留间隙。
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（3）工件冲孔落料尺寸公差采用IT11，工件冲孔落料后的尺寸标注为：
图4.1 冲孔落料图
1、冲孔模刃口尺寸计算 ○
查[4]表3-11，错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。 查[4]表3-17，错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。 根据式（4-1）， 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
因为错误！未找到引用源。 ，故不符合凸模与凹模分开加工的条件，因此凸模与凹模应采用配合加工。
查[2]标准公差数值表1-8，可得φ15.87mm的IT11的极限偏差Δ = 0.11mm； 由表3-12查磨损因数x = 0.75；根据式（4-2）可计算凸模刃口尺寸。
凹模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保证其双间隙为0.15～0.19mm。如图4.2 所示。
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图4.2 凸模和凹模镶块
2落料模刃口尺寸计算 ○
根据式（4-1）， 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
因为错误！未找到引用源。 ，故不符合凸模与凹模分开加工的条件，因此凸模与凹模应采用配合加工， 错误！未找到引用源。，根据式（4-3）可计算凹模刃口尺寸。
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凸模刃口尺寸按凸模尺寸配制，保证其双间隙为0.15～0.19mm。如图4.3所示。
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图4.3 凸凹模和凹模
4.1.2 拉深成形尺寸计算
拉深模的间隙，是指凸、凹模横向尺寸之差值。它影响拉深件的质量、拉深力的大小以及模具的寿命。
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确定间隙大小的一般原则是：既要考虑板料公差的影响，又要考虑拉深件口部增厚现象，因此，间隙值一般比毛坯厚度略大一些。
一般圆筒形拉深件最后一道工序的间隙，尺寸标注在外径上的圆筒形拉深件上，应当以凹模为基准，间隙取在凸模上，即减小凸模尺寸取得间隙。尺寸标注在内径上的圆筒形拉深件，应以凸模为基准，增大凹模尺寸取得间隙。
（1）、当尺寸标注在外形，并以凹模为设计基准；
错误！未找到引用源。 （4-4 ）
（2）、当尺寸标注在内形，并以凸模为设计基准；
错误！未找到引用源。 （4-5）
上面（1）、（2）中，
错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。 −圆筒形件最大、最小直径，
非圆筒形件则应按标注形式确定每个部位的最大、最小尺寸；
Δ −拉深件公差，拉深件尺寸标注不符合式中的基本形式时，可变换成基本形式；
错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。 −凸、凹模制造偏差，一般
按IT9～10级取值。
拉深成形未注公差按IT11 级计算，其极限偏差值查[2]标准公差数值表，凸、凹模制造偏差按IT10 级取值。
根据[1]式 可知拉深成形模的双边间隙：
（1）、工件尺寸错误！未找到引用源。，设计基准采用凹模，查[2]标准公差数值表1-8，错误！未找到引用源。，根据式（4-4）可计算凸、凹模刃口尺寸。
凸模刃口尺寸：错误！未找到引用源。
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凹模刃口尺寸： 错误！未找到引用源。
（2）、工件尺寸错误！未找到引用源。，变换为基本形式错误！未找到引用源。，设计基准采用凹模，查[2]标准公差数值表1-8，错误！未找到引用源。，根据式（4-5）可计算凸、凹模刃口尺寸。
凸模刃口尺寸：错误！未找到引用源。
凹模刃口尺寸：错误！未找到引用源。
（3）、工件尺寸错误！未找到引用源。孔变换为基本形式错误！未找到引用源。，翻边后竖边边薄，故凸、凹模间隙可小于材料厚度，一般单边间隙Z按[4]式（6-12）Z = 0.85t计算；也可查[4]表6-6 得Z=1.3mm。 凸模刃口尺寸：错误！未找到引用源。 凹模刃口尺寸：错误！未找到引用源。 具体尺寸如图4.4 所示。
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图 4.4 凹模和凸模
4.1.3 固定与联接件计算
导柱d mm× L mm为φ 44× 200；
导套d mm× L mm× Dmm分别为φ 44×105×φ 50； 上模座厚度取60mm； 上模垫板厚度取10mm； 固定卸料板厚度13mm； 压边圈厚度取30mm； 下模座厚度取70mm；
螺钉与销钉通常选用相同的直径。具体选用参考[1]表3-6。
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模柄选用凸缘式模柄,凸缘与上模座安装窝孔采用H7/js6 过渡配合。 4.1.4 模具定位方式选择
在冲压模具中，定位方式有很多。坯料的定位或导向的作用是保证条料的正确送进及对工件零件处于正确的位置。导向是冲裁时，条料紧靠导料板或导料销的一侧导向送进，以限定条料的正确送进方向。定位是使条料在送料方向上定好位置，以保证送料的步距。
根据模具和顶罩的结构情况，我在模具中选用固定定位销和固定导料销。 4.1.5 模具卸料、推（顶）件方式选择
冲模上使用的卸料装置有固定卸料板、弹压卸料装置及废料切刀。根据我设计的复合模具，我选择使用弹压卸料装置。因为弹压卸料装置卸料力较小，但可在冲裁前将板料压平，可以防止冲裁件翘曲，一般用于板料厚度t<1.5mm的冲裁从凸模（或凸凹模）上卸料。弹压卸料装置一般由卸料板、弹性元件（弹簧或橡皮）和卸料螺钉组成。
推件装置是从上模的凹模型孔内向下推出使用的装置；顶件装置是将冲出的工件或废料从下模的凹模型孔内向上顶出使用的装置。在我设计的复合模具当中我使用推杆和顶杆来实现这二个功能。 4.1.6 导向装置
导向装置用于冲裁模上、下模之间的定位连接和运动导向。导向零件可以消除压力机滑块运动误差对模具运动精度的影响，保证凸、凹模间隙分布均匀，便于模具安装和调整，因而提高模具的使用寿命和冲裁件精度。常用的导向装置有导板式、导柱导套式、滚珠导向式。在我设计的复合模具上我使用的是导柱导套式。导柱导套式有很多优点，如装配简单，稳定性好，精度高。我设计的导柱、导套之间采用间隙配合，其配合精度为H6 / h5； 4.2 冲模结构特点及动作原理
我设计的顶罩零件冲压模具采用复合摸的结构，复合模的特点就是具有复合形式的凸凹模，它既是落料凸模，又是冲孔凹模。根据工件的结构特点我采用顺装式的复合模，就是将凸凹模放在上模座上。它的特点就是凸凹模孔内不积存废料。
模具的运动原理：如附录中的装配图所示，我设计的复合模具主要完成落料、
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冲孔、拉深、翻边四个工序。模具的动作过程是：工作时，将毛坯条料送进，由支架上的导料销导向，并由挡料销35定位，上模在压力机的带动下下行，冲孔凸模12和凹模镶块30完成冲孔过程，凸凹模21和凹模37完成落料过程。上模继续向下行，翻边成形凹模11和凹模镶块30完成翻边成形；凸凹模21和凸模31完成工件的拉深。滑块运行到下死点时，对工件进行整形。上模在上行时，推杆17和推料块9作用将工件从凸凹模21中推出；顶杆28和压边圈34将工件从凸模31中顶出，冲孔废料由凹模镶块30依次向下排出。 4.3 模具三维装配图
根据以上设计，用solidworks画出如下所示顶罩零件冲压模具的三维装配图。 （1）、顶罩零件图：
（a） (b)
(c) (d)
图4.5 顶罩零件图
（2）、顶罩零件冲压模具三维装配图
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（a）
(b)
29
(c)
30
(d)
(e)
31
(f)
(g)
图4.6顶罩零件冲压模具三维装配图
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第5章 总结与展望
毕业设计是我在大学学习的最后一个阶段，是对所学的基础知识和专业知识的一种综合应用，是一次综合的再学习，再提高的过程，通过这一过程培养了我的学习能力和独立的工作能力。
我所选的毕业设计题目是顶罩的冲压模具设计，刚好我所应聘上的工作岗位也是有关模具的，所以这一次设计对于我来说是一次很好的练兵机会。通过对顶罩的冲孔、落料、拉深、翻边复合模的设计，让我对模具的设计和制作过程有了一定的了解。当然对一些制图软件如SolidWorks，AutoCAD也有了更深的了解。在设计时，辅导老师就着重讲了模具设计的一些步骤，我也按部就班的计算和绘画着。当然中间也出现了很多的问题，不过在我的努力和辅导老师的帮助下都迎刃而解，现在即将完成这一项目。我觉得自己的自我学习和独立工作能力得到了空前的提高。
通过本次毕业设计，我感到自己应用基础知识及专业知识解决问题的能力有了很大的提高，并且这次毕业设计的选题，是一个实际的模具设计，因此，它是我在即将工作之前一次重要演练。我想，通过这次毕业设计，到了工作单位后，我将能够更快的适应工作岗位和工作要求。我对自己充满信心。总而言之，这次毕业设计对我而言是受益匪浅的。
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