铰链冲压⼯艺分析及模具设计
摘要
模具作为⾼效率的⽣产⼯具的⼀种，是⼯业⽣产中⾮常重要的⼯艺装备。随着我国⼯业和⾼科技产业的快速发展，冲压模具的设计与制造变得越来越重要。
根据设计铰链的尺⼨、材料等要求，⾸先分析铰链的⼯艺性，确定冲裁⼯艺⽅案及模具结构⽅案，即该铰链需要落料-冲孔复合模和弯曲模完成。然后通过⼯艺设计计算，确定排样⽅式。计算冲裁⼒和压⼒中⼼，初选压⼒机，计算刃⼝尺⼨和公差，最后设计和选⽤零部件。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与顶件装置、冲压设备、模架、紧固件等进⾏了设计或选择。绘制模具总装图及零件图，最终完成模具设计。 关键词：铰链，模具设计，落料-冲孔，复合模
HINGE STAMPING PROCESS ANALYSIS
AND MOULD DESIGN
ABSTRAC
As a kind of efficient production tool, mould is a very important craft equipment in industrial production. With the rapid development of our country industry and high-tech industry, stamping mould design and manufacturing becomes more and more important.
According to the size, materials of the product, the first part is to analysis the process of the hinge, so the program of blanking process and mould structure has been confirmed. As a result, blanking-punching compound mould and bending mould are used to produce the hinge. Then based on the process design calculations, the stock layout design can be ensured. It is needed to carry on the blanking force and the center of pressure computation, according to which the press can be selected. Calculating the cutting edge size and tolerance, then design and choose the parts of mould. During the structure design, it is mainly about the design of the punch, die, punch and die, positioning parts, unloading and ejecting devices, mold, pressing equipment, fasteners and so on. Then draw the drawings and assembly drawings of parts, finally the design has been completed.
KEY WORDS: Hinge，mould design，blanking-punching，compound die
⽬录
前⾔ (1)
第1章加⼯零件的⼯艺分析 (2)
1.1 零件分析 (2)
1.1.1 零件简图 (2)
1.1.2 冲压件的⼯艺分析 (2)
1.1.3 分析⽐较和确定⼯艺⽅案 (2)
第2章落料冲孔复合模 (4)
2.1 ⼯件展开图的尺⼨计算 (4)
2.2 冲压模具⼯艺与设计计算 (5)
2.2.1 排样设计 (5)
2.2.2 排样计算 (6)
2.3 确定模具压⼒中⼼ (6)
2.4⼯作⼒的计算 (8)
2.5 计算凸、凹模刃⼝尺⼨ (9)
2.5.1 落料部分凸凹模尺⼨计算 (9)
2.5.2 冲孔部分凸凹模尺⼨计算 (11)
第3章模具结构设计 (12)
3.1落料冲孔复合模结构形式 (12)
3.2 落料凹模的结构设计 (12)
3.3冲孔凸模的结构设计 (13)
3.4 凸凹模的结构设计 (14)
3.5 定位装置的选择 (15)
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3.6 顶件及卸料装置的选择 (15)
3.7 模架的选择 (17)
3.8模柄选择 (18)
3.9 打板的设计 (19)
3.10螺钉和销的选⽤ (19)
3.11退料板设计 (19)
3.12固定板设计 (20)
3.11垫板设计 (22)
第4章总装配图及压⼒机的选取 (24)
美国哥伦比亚大学世界排名4.1 总装配图 (24)
4.2 压⼒机的选取 (24)
第5章模具的技术条件 (26)
5.1 表⾯粗糙度及标准 (26)
5.2 加⼯精度 (26)
5.2.1 形位公差 (26)
5.2.2 配合要求 (26)
结论 (27)
谢辞 (28)
参考⽂献 (29)
外⽂资料翻译 (31)
前⾔
随着⼯业⾼新技术的不断发展，冲压模的地位⽇益重要模具作为提⾼⽣产率，减少材料和消耗，降低
产品成本，提⾼产品质量和市场竞争⼒的重要⼿段，已越来越受到各⼯业部门的重视。随着⼯业技术不断向前发展，要求模具在更苛刻、更⾼速度的⼯作条件下，对模具的精度越来越⾼，使⽤寿命越来越长。为了满⾜这些要求，国内外都在模具材料的研究和开发上作了巨⼤的努⼒，也在这⽅⾯取得了不少成果。近⼏年来，随着⼯业和⾼科技产业的飞速发展，我国冲压模具的设计与制造能⼒已达到较⾼⽔平。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能⼒与市场需要和国际先进⽔平相⽐仍有较⼤差距。这些主要表现在⾼档轿车和⼤中型汽车覆盖件模具及⾼精度冲模⽅⾯，⽆论在设计还是加⼯⼯艺和能⼒⽅⾯，都存在较⼤差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度⼤，质量和精度要求⾼的特点，可代表覆盖件模具的⽔平。虽然在设计制造⽅法和⼿段⽅⾯已基本达到了国际⽔平，模具结构功能⽅⾯也接近国际⽔平，在轿车模具国产化进程中前进了⼀⼤步，但在制造质量、精度、制造周期等⽅⾯，与国外相⽐还存在⼀定的差距。
随着我国与国际市场接轨，市场竞争的越来越激烈。模具制造是整个发展中基础的要素之⼀。许多模具企业加⼤了⽤于技术的
投资⼒度，很多国内模具企业已普及CAD，并且陆续开始使⽤Pro/Engineer和UG等国际通⽤先进软件，个别有能⼒的⼚家还引进了DYNAFORM、C-Flow和MAGMASOFT等CAE软件，成功应⽤于冲压模设计之中。
通过本课题的研究要掌握落料冲孔复合模的⼯作原理和结构特点，掌握复合模的设计步骤和⼯作计算⽅法，掌握模具装配图的设计⽅法及主要模具零件的机械加⼯特点。
此次毕业设计的⽬的在于通过对铰链冲压⼯艺分析及模具设计，得到设计构思、⽅案的分析、结构⼯艺性、机械制图、零件计算编写技术⽂件和查阅资料等⽅⾯的综合训练，树⽴正确的设计思想，掌握基本的设计⽅法，培养基本的设计⽅法，并培养了⾃⼰具有初步的结构分析、结构设计和计算能⼒。
第1章加⼯零件的⼯艺分析
1.1 零件分析
1.1.1 零件简图
如图1-1所⽰：
图1-1零件图
1.1.2 冲压件的⼯艺分析
铰链为Q215碳素结构钢，具有⾼的塑性、韧性和焊接性能，以及良好的压⼒加⼯性能，强度低。主要⽤于⼯程结构和受⼒较⼩的机械零件。⼯件形状⽐较简单，是典型的冲裁件，其特点是⼯件尺⼨不⼤，且左右对称，材料强度不⾼，由于⼯件尺⼨没有明显⾓标注，故属于⼀般冲裁件。故可以考虑采⽤复合冲压⼯序。零件图上未注公差，属于⾃由公差，按IT14级确定⼯件尺⼨的公差，⼀般冲压均能满⾜其尺⼨精度要求。根据零件的结构特点需有落料、冲孔、弯曲的过程完成冲裁。
1.1.3 分析⽐较和确定⼯艺⽅案
从零件的结构特点以及冲压变形特点来看，该零件冲压⼯序性质有冲孔、落料、弯曲三种其中弯曲需⽤两个单⼯序模具才能完成。根据⼯序性
质可能的组合情况，该零件可能的冲压⽅案有：
⽅案⼀：先落料，后冲孔，再弯曲。分开逐步进⾏。
⽅案⼆：落料-冲孔复合冲压，后弯曲。采⽤落料冲孔复合模和两个弯曲单⼯序模⽣产。
⽅案⼀模具结构简单，但是需要三道⼯序四副模具，成本⾼并且⽣产效率很低，不能满⾜⼤批量的⽣产要求。
⽅案⼆只需三副模具，将冲孔和落料⼯序合并在⼀起既保证了落
料与冲孔的同轴度，⼜提⾼了⼯件的精度及⽣产效率。
通过对上述两种⽅案的分析⽐较，选择⽅案⼆。
第2章落料冲孔复合模
本次设计的是铰链的落料冲孔的过程，采⽤落料冲孔复合模。文旅部跨省旅游最新消息
2.1 ⼯件展开图的尺⼨计算
⼯件为铰链，有弯曲的部分，所以必须将其展开。
1. 中性层计算
计算中性层公式p=r+x ?t [1] （2-1）对于R2处中性层曲率半径r1=2mm ，t=4mm ， r1/t=0.5，查表x1=0.25[1]得
p1=2+0.25x4=3mm
对于Φ13处中性层曲率半径r2=6.5mm ，t=4mm ，r2/t=1.625，查表得x2=0.364[1]，得p2=6.5+0.364x4+7.956mm
2. 长度计算
弧长公式L=?
3602πρ?[1] （2-2） R2处的长度L1=?36012πρ1?=?
3603x 2πx ?60=3.14mm Φ13处的长度L2=
36022πρ2?=?360.9567x 2πx ?225=31.2mm 倾⾓?135处的长度L3=10.5mm
下⾯竖直处L4=29.5mm
故铰链展开总长度 L=L1+L2+L3+L4
=3.14+31.2+10.5+29.5
=74.34mm
展开铰链具体尺⼨如下图
图2-1制件图
2.2 冲压模具⼯艺与设计计算
2.2.1 排样设计
根据材料经济利⽤的程度，排样⽅法分为有废料排样、少废料排样和⽆废料排样。根据铰链的结构特点，采⽤少废料排样。这样材料的利⽤率⾼，不但有利于⼀个模具获得多个冲裁件，⽽且可以简化模具结构、降低冲裁⼒。
⽆论是采⽤有废料活少、⽆废料的排样，根据冲裁件在条料上的不同布置⽅法，排样⽅法⼜有直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等多种排列⽅式。有废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间或冲裁件与条料侧边之间都有搭边的存在。冲裁沿着冲裁件的封闭轮廓进⾏，所以冲裁件的质量好，寿命长。少废料排样是只有在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料侧边之间留有搭边，⽽在冲裁件与条料侧边或冲裁件之间⽆搭边存在。这种排样⽅法的冲裁只是沿着冲裁件的部分外轮廓进⾏。⽆废料排样是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间均⽆搭边存在。这种冲裁⽅式实际上是直接由切断条料获得，材料利⽤率很⾼。
根据铰链展开图的特点选取有废料的排样⽅式。并且是直排排样⽅案。查表取搭边a=3.5，a1=3.2[1]。具体排样⽅式如图2-2所⽰：
图2-2排样图
2.2.2 排样计算
1.送料步距:
A=D+a [1] （2-3）根据排样图及查得搭边值
A=D+a =74.34+3.2=77.54mm
2.送料宽度:
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当条料在⽆侧压装置的料板之间送料时，条料宽度按下式计算：
00-D
B=(D+2a1+2D+b )[1] （2-4） B=（114.4+2?3.5+2?1.5+1）1500-mm =125.4150
0-mm 3.条料利⽤率:
LB n s
=η[1] （2-5）
LB n s
=η?100%2mm =
54.774.125608.61851??x100%=63.6% 2.3 确定模具压⼒中⼼
为了保证压⼒机和模具正常⼯作，在设计模具时，要求模具的模柄中⼼与压⼒中⼼重合，对于要求不⾼或冲裁⼒较⼩间隙较⼤的模具，压⼒中⼼不允许超出模柄投影⾯积范围，否则在冲压时会使冲模与压⼒机滑块倾斜，引起凸凹模间隙不均或导向零件加速磨损，造成刃⼝和其它零件的损坏，甚⾄还会引起压⼒机导轨磨损，影响压⼒机精度。
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求解压⼒中⼼的⽅法选⽤解析法按⽐例画出排样图，选定坐标系。如图2-3所⽰：
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图2-3压⼒中⼼计算图
将⼯件分为11段，坐标轴x-x和y-y选定在L7和L9上。各段的长度为：
L1=L7=64.34 L2=L6=28.6
L3=L5=40.54 L4=57.2
L8=L10=5πL9=94.4
L11=L12=10π
由此可以求出各条线段的重⼼为：
X1=42.17 Y1=114.4 X2=74.34 Y2=100.1
X3=54.07 Y3=54.07 X4=33.8 Y4=57.2
X5=54.7 Y5=28.6 X6=74.34 Y6=14.3
X7=42.17 Y7=0 X8=10 Y8=10
X9=0 Y9=57.2 X10=10 Y10=104.4 X11=14.2 Y11=98.5 X12=14.2 Y12=15.9 于是有：
X0=
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
12
12 11
11
10
10
9
9
