本科毕业论文---体重秤下底座冲压工艺与模具设计.doc

1 前言
1.1 课题提出背景
近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。
汽车工业、航空航天工业等支柱产业长足发展。我国的冲压行业既充满发展的机遇，又面临进一步以高新技术改造传统技术的严峻挑战。国民经济和国防建设事业向冲压成形技术的发展提出了更高的要求[1]-[5]。
1.2 体重秤简介
体重秤是衡器的一个分类（分为机械式和电子式），物美价廉，可以帮助人们有效的监视自己的体重变化，新产品还可以检测自己的脂肪含量，而且还有一些人性化的附属功能。能够准确的称量人体的体重，并且通过每日的体重变化，反应某段时间的体重控制情况，体重控制是健康管理的基础。分为电子体重秤和机械体重秤。
随着电子技术的发展，电子式体重秤早已为人们熟知，但是机械式体重秤以其抗干扰能力强，以及结构简单等优点也一直被人们所使用。机械式体重秤主要由上、下面板，支架，连杆，刻度盘，指针等几部分组成。我的毕业设计就是体重秤下底座成型设计，在体重秤中作用主要是支撑，用冲压成型，大批量生产，生产效率高而且比机械加工成本低。而板材冲压是金属板材在压力机的模具上冲压成各种零件的金属塑性加工方法，广泛用于汽车、机械、电器、仪表、航空等行业。故选用冲压成型
1.3 设计内容研究
本次设计的产品对象是体重秤下底座，属于五金零件，具体的设计内容如下：
(1) 零件图设计：根据产品样品进行测绘，设计符合国家标准的产品零件图。
(2) 冲压工艺设计：分析零件的冲压工艺性，设计多套冲压工艺方案，从中确定出最优的工艺方案。
(3) 装配图设计：设计全部模具的装配图。
(4) 零件图设计：选择1～2套模具，设计该模具包含的全部冲模零件。
(5) 主要的计算内容：毛坯形状、排样、落料力、冲孔力、拉深力、精压力、冲头强度、压力中心等。
(6) 设计依据：体重秤下底座产品样品；大批量生产；压力机的种类、型号等不受限制。
1.4 设计目的与意义
本次设计的零件为体重秤下底座，主要作用为支撑。零件形状规则，无尖角和形状突变。经过方案论证选出最佳设计方案，通过本次设计：
⑴掌握了加强筋的标注方法，和做零件图过程中须注意的问题。
⑵学会正式提交材料的书写格式，还有找出自己的不足。
⑶理解模具设计过程，及设计要点，总结不同模具设计差别，和对模具整体把握。
⑷通过设计模具零件，了解各个部分之间的配合关系，对各个零件的作用了解更加深入。
⑸学会制图软件的使用。

2 工艺方案的确定
2.1 对冲压件的工艺分析
该零件为体重秤下底座，板材很薄，主要作用为支撑。零件形状规则，无尖角和形状突变。零件外形无尺寸公差要求角部圆角半径R5，底部圆角半径r2，外形用拉深成型。底部圆孔主要作用为安装脚用，位置、尺寸精度要求不高。筋的作用主要保证外形不变。无公差要求。
通过上述工艺分析，可见该零件为普通拉伸件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成型问题，又属大批量生产，因此可用冲压方法生产。
2.2 确定工艺方案
2.2.1 冲压工序性质和工序次数
冲压该零件，基本的工序有：
（1）落料（获得毛坯）；
（2）拉深（获得外型）；
（3）胀形（压筋和突起的部分）；
（4）冲孔（冲板底部孔和定位用的方孔）；
（5）冲侧孔；
（6）压凸起。
2.2.2 选择最优方案
（1）根据以上工序，可以作出以下组合方案：
方案一：（a）落料
（b）拉深
（c）胀形和压凸起
（d）冲孔（仅为底部圆孔孔及方形）
（e）冲侧孔
方案二：（a）落料
（b）冲孔
（c）拉深
（d）胀形、压凸起及冲侧孔
方案三：（a）落料、冲孔
（b）拉深
（c）胀形、压凸起及冲侧孔
方案四：（a）落料
（b）拉深
（c）胀形和压凸起
（d）冲孔（仅为底部圆孔孔及方形）及冲侧孔
（2）对以上五种方案进行比较，可以看出：
方案一，冲孔工序安排在胀形压凸起后，可以保证孔的精度，但多凸起冲孔模容易磨损，模具寿命低，且五套模具先对较多，生产成本高。
方案二，落料后冲孔保证模具寿命，且模具简单操作方便。底部孔的尺寸、位置精度要求也不是很高，保证使用要求即可。落料和冲孔分开，模具比较简单，容易操作，但模具仍较多。
方案三，落料冲孔组合冲压，优点是节省了设备和工序，可以提高生产率，模具数量也较少，且也有法案二的优点方案二缺点是模具结构复杂。
方案四，与方案一有相似的缺点，只是相对一少了一套模具。
通过上述分析，可知在大批量生条件下，方案三比较合理。
（3）选定的工艺方案：
（a）落料、冲孔
（b）拉深
（c）胀形、压凸起及冲侧孔
（4） 加工工序图[9]-[12]如下：

图2.1 工序图3 落料冲孔复合模设计
复合模是指压力机再一次行程中，板料在一个位置上，能同时完成落料与冲孔或弯曲等多个工序的冲压模具。是冷冲模中多工序冲模的一种结构形式。有倒装式复合模和正装式复合模两种结构形式。
3.1 毛坯尺寸计算
3.1.1 毛坯长宽计算
该零件的毛坯长宽可按公式(文献[6][7])(1)计算。即
（3.1）
式中 h-矩形盒高度；
-矩形盒底部圆角半径。
式中h=18mm =2mm代入（1）知l=18+0.57×2=19.1mm得
毛坯长L1=2×19.1+250=288.2mm毛坯宽为L2=2×19.1+230=268.2mm
圆角部分按¼圆筒拉深计算，得
（3.2）
式中r=10mm，h=18mm，rp=2mm知毛坯圆角半径：

3.1.2 选材
体重秤底座主要作用是支撑，没有特殊的作用，采用普通金属板材即可，故选用Q235。[13]
3.1.3 排样
一种冲压件可以采用多种排样方法。但为了使排样达到节约材料、提高工件尺寸精度、简化模具结构及方便生产的目的，应采用一种合理的排样方案。搭边即制品在排样时，制品与制品之间或孔与孔之间的距离。在冲压生产中，搭边大小对制品质量和模具寿命的影响很大。查阅资料，初步定搭边为2mm。[8]
毛坯形状近方形，可选用单排冲压，机器自动送料。原材料选用宽为300mm的钢卷料，排样如下：

图3.1 排样图
材料利用率为：
(3.3)

式中 η--材料利用率；
A0--工件实际面积，mm2
A--所用面积，包括工件面积与废料面积。

即材料利用率为93%

得到冲裁件如下：

图3.2 工序一
3.2 模具具体结构确定
3.2.1 冲模的压力中心
冲模压力中心是指模具在工作时，被冲压材料对冲模的诸反力作用点，即冲模所受合力作用点位置。
设计冲模时，其压力中心的正确确定对冲压生产有很大实际意义。为了确保压力机与模具的正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心重合，否则会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸凹模间隙不均匀，使导向零件加速磨损，降低模具寿命等。本次设计加工工件为矩形，压力中心即几何中心。
3.2.2 冲模间隙
冲模间隙即冲裁凸模与冲裁凹模人口刃口的缝隙距离。用符号z表示，无特殊说明情况下z都是指双面间隙。
冲模间隙是冲裁的一个重要工艺参数。间隙大小除对冲裁件断面的断面质量和尺寸精度有重要影响外，还对冲裁力大小和模具寿命有影响。冲裁间隙大小和许多因素有关，但主要与材料力学性能和材料厚度有关。
查《模具技术问答》P34表2-4知冲模间隙为：
Zmin=0.1mm Zmax=0.14mm
3.2.3 凸凹模工作部分尺寸和公差
冲裁时，冲裁件的尺寸精度主要取决于凸模、凹模工作部分尺寸，合理的冲裁间隙也是由凸凹模工作部分尺寸保证的。故，正确确定其尺寸是设计制造凸凹模基础，也是保证冲裁件质量的关键。
（1）计算冲模凸凹模尺寸应分为两种情况：落料、冲孔。原则如下：
①落料时，先确定凹模尺寸。凹模尺寸近似等于冲裁件最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格冲裁件。凸模尺寸在凹模尺寸基础上减去一个最小间隙。
②冲孔时，先确定凸模尺寸。凸模尺寸近似等于冲裁件最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内也能冲出合格冲裁件。凹模尺寸在凸模尺寸基础上加上一个最小间隙。
③凸凹模制造工差主要与冲裁件的精度和形状有关，一般比冲裁件精度等级高2-3级。
（2）落料尺寸计算：
查文献[6]P18表2-6凸凹模制造公差为：
δ凹=0.045mm
δ凸=0.030mm
零件按成型后精度为IT10级来计算，查文献[16]标准公差数值表知工件尺寸为：
L1Δ=288.2mm L2Δ=268.2mm
落料零件制造公差Δ=0.21mm
凹模尺寸：
L凹=（L-xΔ）+δ凹； （3.4）
凸模尺寸：
L凸=（L凹-Zmin）-δ凸； （3.5）
式中 L凹—落料凹模刃口尺寸（mm）；L凸—落料凸模刃口尺寸（mm）； L—落料零件基本尺寸（mm）；δ凹—凹模制造工差（mm）；δ凸—凸模制造工差（mm）；x—修正系数，查表取0.75；Δ—落料零件制造公差（mm）。
成形L1Δ=288.2mm边，凸凹模尺寸：
L凹=（L-xΔ）+δ凹=（288.2-0.75×0.21）+0.045=288.0425mm
L凸=（L凹-Zmin）-δ凸=（288.0425-0.1）-0.03=287.9425mm
成形L2Δ=268.2mm边，凸凹模尺寸：
L凹=（L-xΔ）+δ凹=（268.2-0.75×0.21）+0.045=268.0425mm
L凸=（L凹-Zmin）-δ凸=（268.0425-0.1）-0.03=267.9425mm
表 1 落料凸凹模尺寸：

工件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
L1=288.2
287.9425
288.0425
L2=268.2
267.9425
268.0425

（3）冲孔尺寸计算：
①冲孔工序的凸凹模尺寸确定：
凸模尺寸：
L凸=（L+xΔ）-δ凸 （3.6）
凹模尺寸：
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹 （3.7）
式中 L凸—冲孔凸模尺寸（mm）；L凹—冲孔凹模尺寸（mm）； L—冲孔件尺寸（mm）； x—修正系数，查表取0.75：Δ—冲孔零件制造工差（mm）；δ凹—凹模制造工差（mm）；δ凸—凸模制造工差（mm）。
②成形半径为2mm的圆孔时，
零件按成型后精度为IT10级来计算，查《互换性与技术测量》标准公差数值表知工件尺寸为：R=2mm；Δ=0.04mm
冲模间隙为：Zmin=0.1mm ；Zmax=0.14mm
查《冲压工艺学》P18表2-6凸凹模制造公差为：δ凹=0.020mm ；δ凸=0.020mm
L凸=（L+xΔ）-δ凸=（2+0.75×0.04）-0.02=2.03mm
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹=（2.03+0.1）+0.02=2.13mm
③成形边长为6mm的定位正方形时：
零件按成型后精度为IT10级来计算，查文献[16]标准公差数值表知工件尺寸为：L1=6mm；Δ=0.048mm
冲模间隙为：Zmin=0.1mm ；Zmax=0.14mm
查《冲压工艺学》P18表2-6凸凹模制造公差为：δ凹=0.020mm ；δ凸=0.020mm
L凸=（L+xΔ）-δ凸=（6+0.75×0.048）-0.02=6.036mm
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹=（6.036+0.1）+0.02=6.136mm
④成形长为7.4mm；宽为6mm的定位正方形时：
零件按成型后精度为IT10级来计算，查文献[16]标准公差数值表知工件尺寸为：L2 =7.4mm；Δ=0.058mm
冲模间隙为：Zmin=0.1mm ；Zmax=0.14mm
查《冲压工艺学》P18表2-6凸凹模制造公差为：δ凹=0.020mm ；δ凸=0.020mm
L凸=（L+xΔ）-δ凸=（7.4+0.75×0.058）-0.02=7.4435mm
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹=（7.4435+0.1）+0.02=7.5435mm
冲宽6mm边凸凹模尺寸上步已知。
⑤成形长为10mm；宽为6mm的定位正方形时：
零件按成型后精度为IT10级来计算，查文献[16]标准公差数值表知工件尺寸为：L3 =10mm；Δ=0.058mm
冲模间隙为：Zmin=0.1mm ；Zmax=0.14mm
查《冲压工艺学》P18表2-6凸凹模制造公差为：δ凹=0.020mm ；δ凸=0.020mm
L凸=（L+xΔ）-δ凸=（10+0.75×0.058）-0.02=10.0435mm
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹=（10.0435+0.1）+0.02=10.1435mm
冲宽6mm边凸凹模尺寸上步已知
⑥成形长为9mm；宽为5mm的定位正方形时：
长9mm成形：
零件按成型后精度为IT10级来计算，查文献[16]标准公差数值表知工件尺寸为：L4 =9mm；Δ=0.058mm
冲模间隙为：Zmin=0.1mm ；Zmax=0.14mm
查《冲压工艺学》P18表2-6凸凹模制造公差为：δ凹=0.020mm ；δ凸=0.020mm
L凸=（L+xΔ）-δ凸=（9+0.75×0.058）-0.02=9.0435mm
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹=（9.0435+0.1）+0.02=9.1435mm
宽5mm成形：
零件按成型后精度为IT10级来计算，查文献[16]标准公差数值表知工件尺寸为：L5=5mm；Δ=0.048mm
冲模间隙为：Zmin=0.1mm ；Zmax=0.14mm
查《冲压工艺学》P18表2-6凸凹模制造公差为：δ凹=0.020mm ；δ凸=0.020mm
L凸=（L+xΔ）-δ凸=（5+0.75×0.048）-0.02=5.036mm
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹=（5.036+0.1）+0.02=5.136mm
⑦成形长为17mm；宽为5mm的定位正方形时：
长9mm成形：
零件按成型后精度为IT10级来计算，查文献[16]标准公差数值表知工件尺寸为：L6=17mm；Δ=0.07mm
冲模间隙为：Zmin=0.1mm ；Zmax=0.14mm
查文献[6]P18表2-6凸凹模制造公差为：δ凹=0.020mm ；δ凸=0.020mm
L凸=（L+xΔ）-δ凸=（17+0.75×0.07）-0.02=17.0525mm
L凹=（L凸+Zmin）+δ凹=（17.0525+0.1）+0.02=17.1525mm
宽5mm成形上步已知。

表 2 冲孔凸凹模尺寸：

工件名称
凸模尺寸
凹模尺寸
R=2
2.03
2.13
L1=6
6.036
6.136
L2 =7.4
7.4435
7.5435
L3 =100-0.058
10.0435
10.1435
L4 =9
9.0435
9.1435
L5=5
5.036
5.136
L6=17
17.0525
17.1525

3.2.4 冲裁力的计算
冲裁时，从凸模上将零件或废料卸下来需要得力称卸料力；从凹模内顺着冲裁方向把废料或零件从凹模顶出的力称推件力。
①平刃口模具冲裁时，落料时冲裁力按下式计算[6]：
(3.8)
式中 L为冲裁周长[L]为mm；
t为材料厚度[t]为mm；
σb为材料抗拉强度[σb]为Mpa
t=1mm σb为375-500取400MPa
L=（268.3-42）×2+（288.3-42）×2+2×π×21=1077mm
得F=1077×400=430800N
落料需力
F0=F+F2+F3=F+K2F+K3F=（1+0.06+0.04）×430800N=473880N=474KN
②冲R2孔需要的冲裁力为：
F=Ltσb=2r.tσb=2×3.14×2×1×400=5024N
冲边长为6mm的正方形需要的冲裁力为：
F=Ltσb =3×6×1×400=7200N
冲长为7.4宽为6的长方形需要的冲裁力为:
F=Ltσb =(2×6+7.4)×1×400=7760N
冲长为10mm宽为6mm的长方形需要的冲裁力：
F=Ltσb =（2×6+10）×1×400=8800N
冲长为9mm宽为5mm的长方形的冲裁力：
F=Ltσb =（2×5+9）×1×400=7600N
冲长为17宽为5的方形的冲裁力：
F=Ltσb =（2×5+17）×1×400=10800N
③冲裁力和为：
=10×5024+4×7200+2×7760+2×8800+7600+10800=130560N
④冲裁总力为：
=+=473880+130560=604440N=604KN
3.2.5 压力机的选用及模具的闭合高度
⑴压力机的选用
选用压力机时应注意：压力机的冲压力要留有充分的余地，一般取冲裁力为压力机额定能力的70%-80%；选用的压力机要操作方便，安全可靠。压力机中心要与模具设计压力中心重合。
由上计算知冲裁需要的总力为604KN，故选用公称力为800KN的压力机；可选用JZ21-80压力机，滑块行程为140mm，工作台尺寸（前后×左右）580×1000。
⑵模具的闭合高度
模具的闭合高度指模具在最后工作位置时，上下模板之间的距离。为保证模具在压力机上能正常工作，模具闭合高度必须与压力机的闭合高度适应，应介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间，一般由下式确定：
h最大-5≥h模≥h最小+10 （3.9）

即 345≥h模≥110；
取模具闭合高度224mm。
3.2.6 凹模设计
⑴凹模厚度确定
凹模厚度可按下式计算：

H凹=Kb≥15mm （3.10）

式中 H凹--凹模厚度；
K--修正系数；
b--最大孔口尺寸。
K查《模具技术问答》P26知，K=0.12；b落料最长边长288.2mm。
故
H凹=Kb=0.12×288.2=34.584mm
凹模厚度取35mm
⑵凹模周边尺寸确定
凹模周边尺寸即凹模刃口到边缘尺寸，可按下式计算

C=（1.5-2）H凹 （3.11）

式中 C--凹模刃口到边缘尺寸；
H凹--凹模厚度。
故
C=1.5×35=52.5mm
C取53mm。
⑶凹模刃口外形和落料件外形一致，尺寸已在3.2.5算出。
3.2.7 凸模设计
凸模包含两部分，工作部分和安装部分。凸模结构形状要根据冲孔件外形确定。
⑴凸模长度确定
凸模长度一般根据模具结构形式确定，本模具带有压边圈，设计时应考虑在内。初定凸模长度L=45mm。
⑵由于本次设计需加工工件孔之间距离较近，故将冲头设计为组合在一起的形式，便于定位和安装。冲头定位需精确，故凸模与固定板配合采用H/n类配合，初步定为H7/n6配合。
3.2.8 凸凹模设计
凸凹模，顾名思义，起到凸模和凹模两种作用，凸模即落料时起凸模作用；凹模即冲孔时起凹模作用。冲裁模凹模主要有直筒式、锥形、及凸台式三种，落料冲孔模采用了前两种形式。
⑴凸凹模上凸模和凹模尺寸已在3.2.3中计算得具体如下：
表3 凸凹模尺寸

工件名称
凹模尺寸
工件尺寸
凸模尺寸
R=2
2.13
L1=288.2
287.9425
L1=6
6.136
L2=268.2
267.9425
L2 =7.4
7.5435

L3 =100-0.058
10.1435

L4 =9
9.1435

L5=5
5.136

L6=17
17.1525

⑵凹模刃口

图3.3 直筒式凹模尺寸示意图

所用材料厚度为1mm，h取6-8mm，下部采用锥度的，a取2°-3°。
凸凹模厚度初定为60mm。
3.2.9 定位机构设计
坯料在模具内冲压，保证零件成型的位置、形状、尺寸正确，都需要正确的定位。本模具采用前后送料，则在左右侧设置定位钉，前侧设置挡料销。
挡料销用45号钢制造，本次设计所用材料厚度为1mm，查手册取挡料销高度为3mm；定位钉也采用45号钢制造，本次设计所用材料厚度为1mm，查手册取挡料销高度为t+2=3mm；距离工件间隙为0.1mm。
3.2.10 卸料机构设计
卸料机构，用于对条料、坯料、废料进行推、卸定出模具的装置。以便于下次冲压。
卸料机构分为刚性卸料装置和弹性卸料装置。
刚性卸料装置，材料在无压料的情况下工作，故冲压件有明显翘曲现象，常用在板料较厚、较硬，对冲裁件要求不高的模具中。
弹性卸料装置，借助橡皮、弹簧的压力推动卸料板卸料，适用于小型制件，且得到的制品平整。多用于复合模。
故本模具采用弹性卸料装置。弹性装置采用橡胶，卸料板卸料孔形状基本与凹模孔一致。卸料板安装表面粗糙度取1.60-0.4，其余非安装表面取3.2以下。卸料机构还起压边作用
3.2.11 其余零件设计
⑴上、下模板
本次设计零件为矩形件，故凹模也为矩形，则上下模座长度[1]：

L1=L+（40-100） （3.12）

式中 L1--模座长度（mm）；
L--凹模长度（mm）。
宽度比凹模稍大即可。
初步定上下模板长为610mm，宽为400mm。
⑵垫板材料可选T7、T8、45。淬火后对T7、T8硬度为52-56HRC，对45硬度为40-45HRC，在凸凹模和模座间加垫板。
⑶固定板，凸模通过固定板固定在模座上。一般选用Q235-A制作，也选用45。
⑷模柄大小结合压力机模柄孔尺寸制作，压力机模柄孔尺寸（直径×深度）φ50×80mm。
3.3 模具材料选用
模具材料选用要根据冲模使用条件进行合理的选用，要综合考虑材料性能，又要考虑冲模的成本。结合冲压手册和其它资料推荐的材料知：
凸模、凹模、凸凹模均采用Cr12MoV；
挡料销、定位销、固定板采用45；
卸料板、顶件板采用Q235;
上下模座采用HT250；
导柱导套采用20。
3.4 落料冲孔复合模具图

图3.4 落料冲孔复合模
1 上模座 2 导套 3导柱 4螺钉M20 5 螺钉M5 6 垫板 7 组合冲头 8 凸模固定板 9螺钉M10 10 垫板 11 组合冲头 12 凸模固定板 13 弹性压边圈 14 凹模 15 卸料板 16 顶件板 17定位钉 18 弹簧 19 螺钉M20 20 凸凹模 21 下模垫板 22 螺钉M20 23 弹簧垫圈 24 销 25 下模座 26 弹簧垫圈
落料冲孔模具图特点：
(1)采用倒装式复合模，凸凹模装在下模座上，冲孔凸模和凹模装在上模座
上。可以使冲孔废料向下出料，操作安全，有利于保护模架和刃口。
(2)上模采用弹性压件装置，对工件起压边作用，还可以起到推件作用。
(3)下模采用弹性卸料装置。弹簧的压力通过卸料板使废料从凸凹模上脱
出。同时此时卸料板也起到压边作用。
(4)采用四导柱模架导向
4 拉深模具设计
拉深工序即利用冲模对板材或坯件施加一定压力使其变形压制成各种形状的开口空心零件的加工方法，其使用的模具即为拉深模
4.1 进行工艺分析，确定拉深次数
本次设计，拉深为矩形盒拉伸，所需拉深次数与它的相对高度H/B和相对圆角半径r/B有关。其相对高度计算值小于或等于一定值（可查表知）时可以一次拉深成型，否则需多次拉深成型
r-圆角半径为10；B-短边宽度为230；H-为拉深成型后件的高度为18mm；A-长边长度为250mm；板厚t=1mm
则r/B=10/230=0.4；t/B=1/230=0.004；H/B=0.078；
查表3-21（模具技术问答）知需要比较的值为0.91，而H/B=0.078小于0.91故：
可以一次拉深成型。
4.2 凸凹模工作部分尺寸和间隙
本次设计拉深属浅矩形盒零件拉深，可一次拉深成型，其凸、凹模工作部分尺寸、形状等于零件尺寸、形状。
⑴凹模圆角半径Rd
矩形盒件拉深凹模圆角半径可取

Rd=（4-10）t=4-10mm （4.1）

设计时取小值，以便在调模时修磨加大。
⑵凸模圆角半径
由于是一次成形故凸模圆角半径大小与工件圆角半径大小一致取2mm。
⑶凸、凹模间隙确定
精度较高时，间隙Z=（0.9-1.05）t；精度较低时，间隙Z=（1.1-1.3）t。故间隙可取1mm。
4.3 拉深力计算
方形件拉深力可按下式计算：

（4.2）

式中--拉深力，N；
L--拉深件横断面周长，mm；
t--料厚，mm；
--材料抗拉强度，MPa。
t=1mm，=400MPa，L=288.3×2+2×1=578.6mm，系数取0.6
故拉深需要的力为：
=0.6×578.6×1×400=138864N=138KN

图4.1 拉深件
4.4 压力机选择
选用压力机时，从两个方面考虑，一是根据冲压工序及冲模类型进行冲压设备选择，即选用什么样的压力机比较合适。二是冲压设备规格的选择。
选用原则有：
中小型冲裁模、拉深模、弯曲模应选用单柱开式压力机；
压力机公称压力应大于计算压力的1.2-1.3倍；
压力机的装模高度应大于模具闭合高度；
压力机工作台尺寸应满足模具的正确安装；
压力机应保证使用方便、安全。
4.5 模具其它部件设计
⑴压扁圈，仍采用弹性压边圈
⑵垫板材料可选T7、T8、45。淬火后对T7、T8硬度为52-56HRC，对45硬度为40-45HRC，在凸凹模和模座间加垫板。
⑶固定板，凸模通过固定板固定在模座上。一般选用Q235-A制作，也选用45。
⑷模柄大小结合压力机模柄孔尺寸制作
⑸定位机构采用定位板
4.6 模具材料选择
模具材料选用要根据冲模使用条件进行合理的选用，要综合考虑材料性能，又要考虑冲模的成本。结合冲压手册和其它资料推荐的材料知：
凸模、凹模、凸凹模均采用Cr12MoV；
定位板、固定板、垫板、模柄采用45；
压边圈采用Q235;
上下模座采用HT250；
导柱导套采用20。

4.7 拉伸模具图

图4.2 拉伸模具图
1、上模座 2、导柱3、导套4、卸料螺钉5、垫板6、弹簧7、模柄8、凸模9、弹簧垫圈10、螺钉11、凸模固定板12、压边圈13、定位板14、螺钉15、弹簧垫圈16凹模17、下模座18、螺钉
拉深模特点：
(1).采用倒装式，凸模装在上模座，凹模装在下模座上。这样可以使冲孔废料向下出料，有利于安全操作，有利于保护模架刃口。
(2).上模采用弹性压件装置，使上模向上、向下行程时，对工件起压边作用，
还可以起到卸料作用。
(3).采用四导柱模架导向。
5 胀形模具设计
胀形：利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法。本次设计主要是压加强筋，即起伏成形，对厚度较小的板料可采用橡皮模或液压胀形装置成形。
5.1 压加强筋部分设计
5.1.1 冲压加强筋的成形力计算
本次设计压加强筋有梯形筋和半圆形筋。
①起伏胀形所需的压力，通常以实验数据为基础，一般可以用下式计算近似压力：
薄材料起伏成形[6]:
（4.1）
式中，P--起伏成形压力（N）；
F--起伏成形面积（mm2）；
K--系数，钢：K=300-400（N/mm2）；
T--材料厚度（mm）。
压除筋外凸起压力K取350
=（95×48+45×15）×350×1=1832250N
②冲压加强筋的变形力按下式计算
（4.2）
式中 F--变形力，[F]为N；
K--系数，等于0.7-1，加强筋形状窄而深时，取较大值，宽而浅 时，取较小值；
L--加强筋周长，[L]为mm；
T--料厚，[t]为mm；
σb--材料强度极限，[σb]为MPa
筋的宽度为均10mm；σb为400MPa；梯形筋K取0.7，半圆形筋K取1
压长200.5mm（两条）的筋需压力K取1

=1×200.5×2×1×400=160400N
压有梯形筋和半圆形筋长为200.5mm的筋需压力（梯形筋K取0.7，半圆形筋K取1）

=1×（35+30+10）×2×1×400+0.7×（40+45+40）×2×1×400=130000N 压长155mm的筋需压力：

=1×（35+35）×2×1×400+0.7×（45+40）×2×1×400=124000N
压长105mm（两条）的筋需压力：

=1×105×2×1×400=84000N
竖着的筋长为240mm压筋需力为：

=1×240×2×1×400=192000N
③胀形需总压力为：
F=160400×2+130000+124000+84000+19200×2=697200N=697KN
④压板R2孔和R5孔之间凸起(两个)：
P=Fq (4.3)

式中P--胀形力，N；
F--胀形面积，mm2；
q--单位胀形力，MPa；
σb --材料抗拉强度，MPa；
t--材料厚度，mm；
dmax--胀形最大直径。
F约为10，σb =400MPa，dmax=8mm
冲该凸起需力为：

=10×2.3×400×1/8=1150N
5.1.2 压筋模设计
模具采用镶块式，以节省材料，损坏时也较容易更换.凸凹模形状和加强筋形状相同。

5.2 侧孔冲压设计
5.2.1 冲压侧孔的成形力计算
冲侧孔需力可按下式计算：
（4.4）
式中 L为冲裁周长[L]为mm；
t为材料厚度[t]为mm；
σb为材料抗拉强度[σb]为Mpa。
其中t=1mm σb为375-500取400MPa

=（5.3×2+4×2+（360-79）×3.14/180×3）×1×400=33.3×400=13320N
5.2.2 冲压侧孔的结构设计
冲侧孔。采用楔形结构将垂直运动转化为水平运动，楔形结构底部采用燕尾槽导轨，起到导向和防止楔形块被上模座带起。并设有斜导柱导向，冲小孔冲头采用镶块式节省材料，破损时容易更换。
5.3 压力机选择
选用压力机时，从两个方面考虑，一是根据冲压工序及冲模类型进行冲压设备选择，即选用什么样的压力机比较合适。二是冲压设备规格的选择。
选用原则有：
中小型冲裁模、拉深模、弯曲模应选用单柱开式压力机；
压力机公称压力应大于计算压力的1.2-1.3倍；
压力机的装模高度应大于模具闭合高度；
压力机工作台尺寸应满足模具的正确安装；
压力机应保证使用方便、安全。
综上选用JF21-110型压力机，工作台尺寸（前后×左右）680×1150mm，做大装模高度350mm。
5.4 最终成形零件图

图4.1 零件图
5.5 胀形模具图

图4.2 胀形模具主视图

图4.3 胀形模具左视图（斜楔机构）
1上模座 2导柱 3导套 4螺钉 5弹簧垫圈 6垫板 7垫块 8螺钉 9凸模镶块1 10凹模镶块1 11凸模 12模柄 13凸模镶块2 14凹模镶块2 15弹簧 16螺钉 17弹簧垫圈 18凸模镶块3 19凹模镶块 20凸模镶块4 21凹模镶块4 22凸模固定板 23斜导柱 24锁紧楔 25螺钉 26弹簧垫圈 27侧孔冲头 28销 29滑块 30下模座 31螺钉 32弹簧垫圈 33凹模 34压边圈

胀形模具特点
(1). 将胀形和冲侧孔操作组合在这套模具上，以减少模具数量。
(2). 胀形凸凹模均采用镶块式，节省材料，损坏时也便于更换。
(3). 采用四导柱模架导向。
6 结 论
通过对体重秤下底座成形的模具设计，使我对冲压工艺及模具设计有了更加深入的了解，同时也巩固了以前所学的理论知识，是对以前学习的知识的总结。通过
这次毕业设计，我学会了：
(1) 模具设计的一般过程：分析所要加工的工件的外形和尺寸要求，制定合理的工艺方案，结合所设计的工艺方案设计各个工序用到的模具，设计各套模具、校核、等。
(2) 在制定工艺方案时，要考虑各方面因素，比如：技术上是否可行，能不能满足零件的尺寸技术要求，经济上是否合理，还要结合生产实际设计出最佳方案。
(3) 本次设计，涉及了落料、冲孔、拉深、胀形的设计，我发现各种模具设计大体相似但也有不同点，设计时要注意。
(4) 在设计模具时，给我最深的感触是自己设计时往往忽略实际生产中一些零件的加工，比如在设计最后一套模具时，就设计出一个在生产中很难加工出的结构，幸好王老师及时指出改正。
(5) 设计最后，设计模具零件时遇到了一个难点，就是模具尺寸标注，主要是技术要求，形位公差，粗糙度等数值的确定。标注时要考虑该零件的加工方法，定位、配合要求，在模具中作用，以确定形位公差、粗糙度大小，学到了很多以前不是很清晰的知识。
(6) 通过毕业设计，以前所学的专业基础课：制图、互换性、机械制造、机械工程材料都得到回顾。使我受益匪浅。

参 考 文 献
[1] 彭建声，秦晓刚.模具技术问答[M].北京.机械工业出版社，2003.
[2] Jian Cao, Brad L. Kinsey, Hong Yao, Vikram Viswanathan, Nan Song.N