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冲压模具设计课程设计

模具课题设计

班级：

姓名：

学号：

日期：

材料科学与工程学院

College of Materials Science and Engineering

1 / 16

引言

在工业产品中，板材件占据了一个大比例。

许许多多的机械零件，产品覆

盖件都是用板料加工而成的，因此，研究板料的成形方法对产品的设计与加工

有着重要的意义。

现在的板材成形方法有许许多多种，其中冷冲压占据很大的一部分。

冷冲

压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，

从而获得所需要的零件的一种压力加工方法。

冷冲压可以分为两大类，即分离

工序和成形工序。

分离工序是指使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状，

尺寸和切断面质量的冲压件的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产

生塑性变形而获得一定形状和尺寸冲压件的工序。

冷冲压过程主要依靠冲模和压力设备完成加工的，便于实现自动化生产，

生产率很高，操作简单 。

而且产品壁薄、质量轻、刚度好、可以加工成形复杂

的零件，小到钟表的秒针，大到汽车纵梁，覆盖件等。

冷冲压与其他加工方法相比具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在

大批量生产中应用十分广泛。

本课程即将结束之时，为了了解冲压工艺的基本原理，掌握冲压工艺的编

制和模具的设计，我将选择了一个垫片零件。

通过设计冲裁模实现零件的大规

模的生产与制造。

I / 16

I

引言 ...............................................................................................................................................

一 零件的工艺性分析 ........................................................................................................... 1

1.1 零件要求 .................................................................................................................... 1

1.2 冲裁件的工艺性分析 ............................................................................................. 1

1.3 冲裁工艺方案的设定 ............................................................................................. 2

二 冲模设计相关计算 ........................................................................................................... 2

2.1 排样的相关设计与计算........................................................................................ 2

2.2 冲裁力的计算 ........................................................................................................... 3

2.3 冲裁压力中心的计算 ............................................................................................. 4

2.4 冲裁模刃口尺寸及公差的计算 .......................................................................... 4

2.5 主要零件的尺寸计算.............................................................................................. 5

三 定位装置的设计................................................................................................................ 7

3.1 横向送料定位装置设计........................................................................................ 7

3.2 纵向送料定位装置的设计 .................................................................................... 7

四 标准件的选用 ..................................................................................................................... 9

4.1 模座选用 .................................................................................................................... 9

4.2 压力机选用.............................................................................................................10

4.3 紧固件选择.............................................................................................................10

五 模具加工工艺 ..................................................................................................................11

5.1 凸模加工工艺 ........................................................................................................11

5.2 凹模加工工艺 ........................................................................................................11

六 总结 ....................................................................................................................................12

参考资料：

..............................................................................................................................12

七 图纸（附录） ..................................................................................................................13

6.1 零件明细表 ..............................................................................................................13

6.2 装配图（见附图） ................................................................................................13

6.3 零件图（见附图） ................................................................................................13

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一 零件的工艺性分析

1.1 零件要求

1.材料：

10F

2.零件无公差要求，取 IT14 级

3.生产批量：

大批量

4.零件表面无污渍，平整光滑，无裂纹等缺陷

5.表面去毛刺，要求平整度小于 0.12

差要求设计。

按孔轴的公差尺寸，查表得各尺寸为：

∅8 0.36  、∅22 0.52  、

1.2 冲裁件的工艺性分析

1.零件的材料分析：

10F 钢，碳含量 0.07%~0.13%，是优质的碳素钢，这种钢

强度不大，而塑性和韧性甚高，有良好的冲压、拉伸和弯曲性能，可作塑

性须好的零件。

2.零件的结构分析：

工件所有结构均采用圆弧过渡，最小壁厚为 4mm，而冲

裁临界加工壁厚为 1.5t，即 2.25mm。

因此，满足冲裁件的最小壁厚要求。

工件上最小冲孔为φ8，满足最小冲孔要求。

3.尺寸精度分析：

工件未注明尺寸公差要求，因此所有的尺寸按照 IT14 级公

00

0.36   、460.31

∅40 00.62 、𝑅8

0

0.31

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1.3 冲裁工艺方案的设定

冲裁模按组合程度有单工序模，复合模，级进模。

单工序模结构简单，成本低，但是生产率低，精度不高，平整度较差，只

适合生产批量小，形状简单，批量小的工件。

级进模生产率最高，虽然模具制造复杂，但是可以大批量生产精度较高的

制件。

复合模精度最高，产品质量好，生产率也比较高。

但是模具制造复杂，制

造精度高，成本高，比较适合生产批量较大精度要求高的工件。

综合工件的工艺性分析，该工件适合冲裁。

由于工件精度要求不高，但是

生产批量大，且零件尺寸不大，质量要求不高，因此，该制件需要生产率较高

的冲模，综合各种冲模的特点，采用级进模加工。

为了尽量满足制件的质量，

采用有导柱，弹性卸料，导正销的模具。

二 冲模设计相关计算

2.1 排样的相关设计与计算

1.排样方案和搭边值得确定

根据板材厚度为 1.5mm，查设计手册，确定 a=1.8mm，工件之间的搭边值

取 b=1.5mm

确定排样步距 s=40+1.5=41.5mm

2 / 16

2.条料宽度计算：

按有侧压装置计算公式：

条料宽度：

𝐵∆ =（𝐷𝑚𝑎𝑥 + 2𝑎）0∆

查表得∆=0.5，Z=0.2

因此条料宽度为：

B=（62 + 2𝑥1.8）00.5 =65.6 0.5（mm）

导料板之间的间距：

A=B+Z=65.8mm

2.2 冲裁力的计算

冲裁力有冲孔压力和落料压力，由：

F=KLt𝜏𝑏

对 10F 钢，取𝜏𝑏 =300Mpa，K=1.3，t=1.5mm

计算得：

 L1 =π（22+8+8）=119mm， L2 =155.4mm

因此得：

1

2

冲孔力：

 F =1.3x119x1.5x300=69.6KN

落料力：

 F =1.3x155.4x1.5x300=90.91KN

采用下出料方式与钢性卸料装置，得：

推件力：

F = n K F

TT

取 n=4、查表 KT = 0.055

得：

 FT = 5x0.055x4=35.31KN

总冲裁力：

3 / 16

排样如图所示

F

12

= F + F

T

所以：

FZ = F + F = 35.31+90.91+69.6=195.82KN

2.3 冲裁压力中心的计算

对落料工序，该工件是对称图形，因此落料压力中心在𝑂1位置。

对冲孔工

序，压力中心落在𝑂2位置

因此，合力中心一定在竖直轴线上。

设𝑂1，𝑂2的中心为 O，且冲裁合力中

心与 O 的距离为 x

所以：

 x0 =

L O + L O

1 1 2

L + L

1 2

冲裁压力中心示意图

2.4 冲裁模刃口尺寸及公差的计算

凸模与凹模有分别加工和配合加工两种方法。

其中配合加工工艺简单，可

以适当放大基准件的公差，制造容易，成本低。

该工件精度要求低，因此采用

配合加工方法。

凸、凹模刃口计算原则：

落料以凹模为基准，冲孔以凸模为基准，孔心距

的尺寸精度由凹模保证。

4 / 16

1.落料模刃口尺寸计算

落料凹模磨损后外形如图所示：

从图可知：

其中𝑅1，∅2，∅3 尺寸变大，C 不变

由落料凹模尺寸计算公式，得：

𝐴𝑑 = （𝐴𝑚𝑎𝑥 − 𝑥∆） ∆/4

查表得：

𝑅1 = 𝑅（8 − 0.5 × 0.36）0.09 = 𝑅7.820.09

∅2 = ∅（40 − 0.5 × 0.62）0.115 = ∅39.690.115

𝐶 = 𝐶 ∆/4 = 46 0.0775

−∆/4−0.0775

凸模采用配做加工方法，查表双面间隙值𝑍𝑚𝑖𝑛 = 0.132𝑚𝑚，𝑍𝑚𝑎𝑥 =

0.240𝑚𝑚

凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值为 0.132~0.240mm

2.冲孔模刃口计算

冲孔时以凸模为基准计算刃口尺寸

如图所示，凸模磨损尺寸变化情况，其中φ3，φ4 均变小

由公式得：

∅3 = （80.5 × 0.36）0−0.09 = ∅8.18−0.09

∅4 = （220.5 × 0.52）0−0.13 = 22.26−0.13

2.5 主要零件的尺寸计算

1. 凹模相关尺寸的计算

5 / 16

凹模的刃壁形式有直刃壁和斜刃壁。

斜刃壁在刃口磨损后修磨会使模具尺

寸增大。

因此为了落料方便同时修模又不影响精度，采用上方直刃壁，下面为

锥形的刃壁。

由公式，得凹模高度 H：

H=ks（≥8）

其中：

S：

垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离

K：

系数，查表取 k=0.3

代入数据得：

H=0.3×62=20mm

垂直送料方向的凹模宽度 B：

B=S+（2.5~4.0）H

得：

B=123mm

送料方向上凹模长度 L：

L = 𝑆1 + 2𝑆2

其中：

𝑆1：

送料方向上的凹模刃壁间的最大距离

𝑆2 ：

送料方向上的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离

代入得：

L=73+2×30=133mm

查表取凹模尺寸标准尺寸，得：

LxB=160mm×125mm

2. 凸模的长度计算

6 / 16

凸模长度 L：

L = h + h + h + h

123

其中：

ℎ1：

凸模固定板厚度，取 0.8 倍凹模厚度，的 H1=16mm

h2：

固定卸料板厚度，取 H2=0.8H（凹模厚度），H2=16mm

h3：

导料板厚度，查表取 H3=6mm

h：

增加长度，包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，以及凸模固定板

与卸料板之间的安全距离：

取 H=20mm

代入得：

L=16+16+6+20mm=58mm

查表取凸模长度为标准尺寸：

L=60mm

凸模尺寸图

三 定位装置的设计

3.1 横向送料定位装置设计

在级进模中，横向定位装置通常有导料板，导料销，以及侧压装置。

本方案

选用导料板导料，查表，取导料板厚度为 6mm。

3.2 纵向送料定位装置的设计

纵向定位装置通常有固定挡料销，活动挡料销，以及始用挡料销，侧刃与侧

7 / 16

刃挡块，导正销定位等等。

其中固定挡料销，和导正销组合定位方便，且易于设计，是大多数级进模的

定位选择。

所以，本方案采用落料凸模上导正销，与凹模上挡料销进行组合定位。

1. 导正销的设计计算

凸模上导正销直径：

d = 𝑑1 − 2𝑐

d：

导正销圆柱段部分直径

𝑑1：

冲孔凸模直径

2c：

导正销与导正孔之间双面间隙

查表得：

2c=0.1mm

D=8.08mm

2. 挡料销选择

查表，选择挡料销选择 d=10mm

挡料销材料选择 45 钢，淬火硬度 43HRC~48HRC

3. 挡料销与导正销位置的确定

导正销与导料销配合使用时，导正销与挡料销位置关系如图所示

其中：

8 / 16

𝐷𝑑

e=+ 𝑎 ++∆

22

代入数值得：

e=27mm

四 标准件的选用

4.1 模座选用

模座宽度与凹模尺寸相同，长度可略大于凹模尺寸。

模架可以分为钢制模

架和铸铁模架，本方案选用铸铁标准模架。

常用铸铁模架为 HT200。

由于冲件

不大，常用中间导柱式模架比较合适。

因此查表，取标准模座：

L×B=160mm×160mm

其中：

9 / 16

上模座尺寸：

160×160×40

下模座尺寸：

160×160×45

导柱尺寸：

∅28×150 和∅32×150

导套尺寸：

28×100×38 和 32×100×38

4.2 压力机选用

冲裁所需最大冲裁力为 195.82KN，因此，选用压力机型号为：

JE21-25D

压力机公称力为 250KN，满足使用要求。

其中：

模柄尺寸为：

∅40mm × 70mm

4.3 紧固件选择

1. 凹模与下模座的销钉选择2 × ∅8 × 30mm

2. 凹模与下模座的固定，采用 6×M8× 50mm 螺钉

3. 凸模与上模座的固定，选择6 × M8 × 60mm

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五 模具加工工艺

5.1 凸模加工工艺

1. 下料：

锯床下圆棒料。

2. 粗车：

粗车台阶外圆。

3. 精车：

两顶尖精车台阶外圆。

4. 热处理：

保证硬度 60~64HRC。

5. 磨外圆：

磨两外圆至尺寸。

6. 修整：

全面达到设计要求。

7. 检验。

5.2 凹模加工工艺

1. 下料：

锯床或剪床下料。

2. 锻造：

将毛坯锻成毛坯形状。

3. 热处理：

退火，降低硬度便于加工。

4. 粗加工，精加工：

加工凹模内孔和外形。

5. 钻孔，攻丝：

定位后，钻孔，攻螺纹。

6. 热处理：

保证硬度 60~64HRC。

7. 精加工：

磨上下平面至尺寸要求。

8. 精整：

全面达到设计要求。

9. 检验

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六 总结

1. 冲裁模是整个冷冲压模具中最简单的模具，它只包括冲孔与落料工艺，不涉

及弯曲，拉深等其他工序。

冲裁模工件基本上都是在平面上进行冲裁，因此

冲裁模比其它冲模更加容易保证精度。

2. 工件冲裁精度要求的高低和批量的大小是影响冲裁模设计方案的主要因素。

根据精度的要求和批量的大小，可以选择单工序模、级进模、复合模中合适

的冲裁方案。

合理选择冲裁方案对提高生产效率，生产出合格的产品，提高

经济效益都有非常重要的意义。

3. 冲裁模的凹、凸模、定位装置是冲裁精度的主要保证。

所以，在设计冲裁模

是，凹、凸模，定位装置的计算非常重要。

冲模的凸凹模的刃口精度和加工

方案，以及定位装置的合理选择和设计对产品的质量非常关键。

参考资料：

[1] 洪慎章.实用冲模设计与制造[M].北京：

机械工业出版社，2016

[2] 翁其金，徐新成.冲裁工艺与模具设计[M].北京：

机械工业出版社，2012

[3] 陈炎嗣.冲压模具设计手册[M].北京：

化学工业出版社，2013

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七 图纸（附录）

6.1 零件明细表

模具装配明细表

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

名称

上模座

导柱

导套

螺栓 M10×60

垫板

落料凸模

模柄

防转销∅6 × 15

冲孔凸模

螺栓 M8× 60

凸模固定板

弹簧

卸料板

导料板

凹模

导正销

下模座

螺栓 M8× 50

固定挡料销

销∅6 × 70

承料板

数量

1

2

2

4

1

1

1

1

1

6

1

2

1

1

1

1

1

6

1

2

1

材料

HT200

20

20

45

45

T10A

Q235

45

T10A

45

45

65Mn

Q235

45

T10A

T8

HT200

45

45

45

Q235

热处理硬度

（HRC）

58~62

58~62

43~48

58~62

58~62

40~48

43~48

62~64

52~56

43~48

45

标准件代号

GB/T 2855.9

GB/T 2861.1

GB/T 2861.6

GB/T 119.1-2000

GB/T 2588.10

GB/T 117-2000

备注

渗碳淬火

渗碳淬火

淬火

淬火

淬火

淬火

淬火

淬火

淬火

淬火

6.2 装配图（见附图）

6.3 零件图（见附图）

包含零件图四张（凸模，凹模，卸料板，凸模固定板，和一张总装配图（dwg 格式）。

如

有需要请联系邮箱：

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