摘 要
随着人们对生活水平要求的不断提高，社会的不断进步，原有的制造方式已经不能满足于现今的生产加工要求，很多的生产都需要模具来完成。需求促成了模具行业的飞速发展。模具的发展让我们能够生产加工出更加精密的工件，满足了人们生活中的各种需求，将我们带入了一个全新的高精密度机械化时代。因此我选择设计一副模具来检验我在模具方面的知识掌握情况。
本次设计的是双孔垫片的模具设计，采用弹性卸料的正装复合模设计。此模具结构采用固定挡料销和导料销对工件进行定位、弹性卸料、上方出料方式的正装式复合冲裁模，冲孔废料由凸模顶入凸凹模中，待冲压结束时由带肩推杆推出，零件被凸凹模压入落料凹模孔内，待冲压结束时由顶件块顶出。通过对双孔垫片正装复合模的设计，巩固对模具理论的掌握，增强动手的能力，培养严谨科学态度，并且也达到理论与实际相结合的目的。
关键词:复合模；弹性卸料；冲裁；
前 言
我国模具的生产水平正在朝着世界上其他模具强国挺近。就国内市场来说，模具产业产需两旺，企业投资热情高涨，较大的技改项目和新建项目不断出现。另外，产业集群建设不断加快，在政府优惠政策的扶持下，已具有相当规模的模具城(或模具园区、集聚生产基地等)全国已有100多个，正在建设、筹建或规划建设的还有十多个。有些地方还在发展模具联合体及虚拟制造，这些也有类似于集群化生产的一些优点。
制造水平反映了机械设计和加工的水平，模具的设计已应用了当代先进的设计手段，现代加工技术的使用如高精度加工中心、特种加工技术的大量使用使模具的制造精度越来越高，加工周期越来越短。各行各业对模具的需求量不断增加，正需要大量的模具设计与制造的技术人才。与其他模具水平发达的国家相比，我国模具发展的水平在很多方面都尚有欠缺。想要赶上或超越其他模具发达的国家并不是一朝一夕能够完成的，需要几代人不懈的努力才行。要想我国模具技术迅速发展首先要将先进的技术引进来，如CAD和CAM等。然后要完善模具的标准，制定完整的模具标准体系。同时还要不断的研究和发现新的技术。制造出更优秀的原材料和更先进的加工设备。
双孔垫片是一个相对简单的零件，对于我来说，我能够通过这次设计中对双孔垫片的工艺的分析和加工制造方案的确定的过程来检验和提高我对冲压模具设计及制造的水平。这样的过程在我即将毕业时是十分重要的。从中我可以认识到自己的不足和缺点，从而对我毕业之后从事工作提供一定的经验和基础。
冲裁件的工艺性分析
图1.1为双孔垫片的零件简图。从图中不难发现该零件的形状是对称的，结构并不复杂，组成线段也基本是圆和直线。
冲裁件的精度一般的可达IT10-IT12,高的可达IT8-IT10级的精度。冲孔一般要比落料的精度约高一级。图纸中只有基本尺寸而没有公差。根据对于我国非圆形件非配合尺寸的公差数值的国家标准，未注公差按IT14来计算。因此该零件所有的尺寸都以IT14的标注计算。
本零件采用的材料为A3钢，A3钢的新钢号为Q235，它属于普通碳素结构钢的一种。它含碳量适中，强度较高，塑性较好，拥有良好稳定的综合力学性能，经济实惠，符合大批量生产加工的要求。
图1.1 零件简图
第二章 冲压工艺方案的确定
加工该工件分为两道工序，分别是冲孔和落料。可行的方法有三套。方法一采用单工序模生产，先落料后冲孔。方法二采用级进模生产，落料、冲孔连续加工。方法三采用复合模生产，落料和冲孔复合加工。
第一个方法虽然模具结构、尺寸和重量都比较简单，模具制造的成本也很低廉，但模具需要依靠压力机导轨来导向，模具安装和调整相对麻烦，上、下模具的对正很难得到保证，而且难以保证凸模与凹模之间的间隙的均匀性，模具寿命低，冲裁件精度不高。生产率较低也是硬伤，这直接导致了不适合大批量的生产。同时还需要两套完整的模具。第二个方法的级进模是能够在同一副模具上完成多道工序的多工序模具。使用第二个方法可以使模具和设备数量减小，而且容易实现自动化生产。但相对于单工序模而言，级进模的结构复杂，制造相对比较麻烦，成本也随之上升。第三个方法的复合模可以通过一次送料定位完成几个工序。它比级进模冲裁的内孔和外缘的位置精度要高，对于条料的定位精度要求下降，适合用于生产批量大、精度要求相对高的冲裁件。综合以上的分析，选择第三个方法进行加工。
排样设计
3.1排样方法
设计模具时，排样是一个相当重要的一步。这一步直接后间接的影响到模具的结构合理性和经济效益。通常情况下我们根据零件的外形，厚度和材料性能等方面分析选择合理的排样方案。常见的排样方法有直排式排样法，斜排式排样法，直对排式排样法和混合式排样法。
根据图1.1中所提供的形状和数据，我采用直排式排样法的排样方法，其如图3.1所示。
3.1.1搭边值的确定
搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小，在冲裁中达不到冲裁工艺。搭边值的大小与很多因素有关，例如材料的力学性能、零件的形状尺寸、材料厚度等。硬材料的搭边值比软材料的搭边值可小一些；零件形状复杂时，搭边值取大些，厚材料的搭边值也应取得大些；用手工送料，有侧压装置，搭边值可取小些。
目前搭边值的大小是由经验确定的。
表3.1 搭边a和a1的数值
材料厚度t\mm 圆件及圆角r>2t 矩形件边长L≤50mm 矩形边长L≥50mm或圆角r≤2t
工件间a1 沿边a 工件间a1 沿边a 工件间a1 沿边a
1.2~1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0
1.6~2.0 1.2 1.5 1.8 2.5 2.2 2.2
2.0~2.5 1.5 1.8 2.0 2.2 2.2 2.5
2.5~3.0 1.8 2.2 2.2 2.5 2.5 2.8
根据零件矩形形状最长边长为70mm，厚度为2mm,所以a1=2.2mm,沿边a=2.5mm。
3.1.2条料宽度的确定
经过了排样方式和搭边值的确定以后，条料的宽度和进距就能够通过简单的计算公式计算出来。计算条料宽度有三种情况需要考虑：
有侧压装置时条料的宽度。
无侧压装置时条料的宽度。
3、有定距侧刃时条料的宽度。
该零件采用有侧压装置的模具。
故条料宽度为：
B=(D+2a)-△
式中：B——条料宽度的基本尺寸；
D ——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a——侧搭边值。
表3-1剪料公差及条料与导料板之间隙（mm)
条料宽度
B/mm 材料厚度t/mm
~1 1~2 2~3 3~5
~50 0.4 0.5 0.7 0.9
50~100 0.5 0.6 0.8 1.0
100~150 0.6 0.7 0.9 1.1
150~220 0.7 0.8 1.0 1.2
故△取0.6mm。
B=［D+2a］-△=(70+2*2.5)-0.6=75-0.6
图3.1
3.2材料利用率
排样是为了合理利用材料，而材料利用率是衡量它经济合理的标准。
材料利用率是以一个步距内零件的面积和毛坯面积的百分率η表示：
η=(nA1/hB)×100%
式中η——材料利用率（%）；
n——冲裁件的数目；
A1——冲裁件的实际面积(mm2)；
B——板料宽度(mm)；
h——进距；
h=27+2.2=29.2mm
η=(nA1/hB)*100%=[1*1083.05/(29.2*75)]*100%=49.5%
η值的大小决定了废料的多少，材料的利用率η越高，相对的废料就会越少。排样就是为了能够尽量减少废料从而最大化经济效益。过多的废料不仅浪费材料，还严重影响生产加工的经济效应。所以我们要选用合理的排样方案，从而提高材料利用率，减少工艺废料。
第四章 冲裁力相关计算
4.1计算冲裁力公式
冲裁时，材料对凸模的最大抵抗力叫做冲裁力。可以根据它来选择冲压设备和校核模具的强度。
用平刃冲裁模冲裁时，其冲裁力的计算公式为
式中,F为冲裁力（N）；L为冲裁周边长度（mm）；t为板料的厚度(mm)；τ为材料抗剪强度（Mpa）；K为系数。
这一公式是对冲裁区的变形进行简化，认为是纯剪变形得到的。变形区的实际变形情况比较复杂，因此，采用系数加以修正，一般可取=1.3。
抗剪强度的数值，取决于材料的类型和状态，可取。
为了计算方便，也可以用下式估算冲裁力：
式中：———–材料的抗拉强度
冲模的过程中，，由于材料和模具的摩擦和变形使得板料带孔部分卡在凸模上，而被冲下的板料则落在凹模洞中。为了使一次冲裁完成之后模具能够顺利的进行第二次冲裁，必须将卡在凸模上的板料和落入凹模中的板料取下来，将卡在凸模上的板料卸下来的力叫卸料力，而将落入凹模中的板料推出来的力叫做推件力。有时需要将卡在凹模洞口内的板料逆着冲裁方向顶出，这就叫顶件，顶件所需的力叫顶件力。
卸料力、推件力和顶件力的影响因素有很多，主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、零件的形状和尺寸以及润滑情况等。通常很难准确计算出这些力的大小，生产中常用以下经验公式进行计算：
推件力
顶件力
卸料力
式中：n———同时卡在凹模洞口内的零件数
——–冲裁力（N）
、、———-推件力、顶件力和卸料力系数，其值见下表、
表4.1 推件力系数、顶件力系数和卸料力系数
料 厚 K1 K2 K3
钢 ≤0.1
>0.1~0.5
>0.5~2.5
>2.5~6.5
>6.5 0.1
0.063
0.055
0.045
0.025 0.14
0.08
0.06
0.05
0.03 0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
铝、铝合金
紫铜、黄铜 0.03~0.07
0.03~0.09 0.025~0.08
0.02~0.06
注：卸料力系数在冲多孔和轮廓复杂冲裁件时取上限。
4.2总冲裁力、卸料力、顶件力和总冲压力
经查机械设计手册得A3号钢的抗拉强度σb=500MPa。由此可以得出：
因为模具采用弹性卸料和上出料方式，故查表3.1得K2=0.06,K3=0.05
总冲压力FZ=F+F2+F3=224112+13446.72+11205.6=270.96KN
4.3压力机的选定
冲压工作是在冲压设备上进行的，目前曲柄压力机、摩擦压力机和液压机这三种冲压设备在生产生活大量的使用。曲柄压力机可用于各类冲模，其中偏心机床尤其适用于导柱、导套不脱开的模具（如导板模），摩擦压力机和液压机主要用于校正模、压铸模等，同时也适用于挤压模。这里简单介绍一下生产中最普遍适用的压力机。
曲柄压力机的基本工作机构是曲柄连杆机构。它通过曲柄连杆机构提供强大的冲压力。
偏心冲床也称开式曲柄压力机，启动后，电动机通过小齿轮和大齿轮及离合器将动力传给偏心轴，偏心轴在轴承中作回转运动。通过连杆的连接使偏心轴回转运动的力转化为滑块在直线方向上运动的力。工作时模具的上模部分跟随滑块一起运动，下模部分被固定在工作台上面。
为了控制滑块的运动和位置设有离合器和制动器。
离合器的作用是：电动机在飞轮不停的运转下，使曲柄机构开动或停止。工作时，主要踩下脚踏开关，离合器啮合，偏心轴转动，即可带动滑块作上下往复运动，进行冲压。
制动器的制动动作与离合器的脱开动作是密切配合。当离合器脱开后，制动器同时将曲柄连杆机构制动并停止在一定的位置上。
床身是所有运动部分的支承体，并将压力机的全部机构联接成一个整体。
一台曲柄压力机的工作能力和所能加工零件的尺寸范围以及生产效率的标准都能够从它的主要参数中看出来，分述如下。
（1）公称压力
公称压力是指曲柄运动到下死点前某一个角（约为30度）时，滑块所能容许的承受的最大的作用力。它是反映压力机工作能力的重要指标，生产中不容许冲压力大于公称压力。
（2）滑块行程
滑块从上死点移动到下死点所要走的距离就叫做滑块行程，滑块的行程一般为曲柄半径的两倍大小。
（3）闭合高度
闭合高度是指位置在下死点时，滑块的下表面到工作台垫板的上表面之间的距离。我们通常也称之为装模高度。
闭合高度分为最大闭合高度和最小闭合高度。滑块所在的位置决定了它的闭合高度。滑块在最上位置时为最大闭合高度；滑块在最下位置时为最小闭合高度。
结束语
作为大学四年学习和生活的结点，毕业设计是十分重要的一环。毕业设计不仅是对我们大学四年来所学知识的一次良好的检验机会，同时也是对我们所学知识的一次总结和提升。这是对我们这些个即将进入社会的“新人”的一次检阅。它为我们进入社会提供了一定的实践基础。总而言之，毕业设计不可或缺。
这次毕业设计从最开始的选择课题，到撰写开题报告、任务书，再到外文的的选择和翻译，工件的工艺性分析，模架选取，零件的设计，图纸的绘制，论文的撰写，无一不体现出毕业设计的严肃性。期间，老师的指导和同学的帮助使我在一次次的错误中反思。这一过程让我的能力在一次次错误中成长和提高。
这一次的设计的零件是双孔垫片。我要设计出一套模具能够实现大量的生产此零件。所以我选择了复合模这一种模具来实现。弹性的卸料加上复合模的一步到位使得我设计的模具更具经济效应。双孔垫片是一个相对简单的零件，对于我来说，我能够通过这次设计中对双孔垫片的工艺的分析和加工制造方案的确定的过程来检验和提高我对冲压模具设计及制造的水平。这样的过程在我即将毕业时是十分重要的。从中我可以认识到自己的不足和缺点，从而对我毕业之后从事工作提供一定的经验和基础。
设计过程中按照任务书的要求和目的，循序渐进，力求数据准确，结构合理。参考了许多文献资料。
由于本人水平有限，改革探索经验不足，组织工作还有缺陷，何况形势总在不断发展，现在未完远不能说本设计的相关内容特别完善。还需要在未来的实践中不断探索和检验，不断修改、锤炼和不断完善，已达到理想的要求。其中修改方向可以向导柱导套型、柔性化、及其它结构上的修改，已至于达到完善。
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