冲裁模 课程设计.docx
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冲裁模课程设计
冲裁模课程设计
冲压模具课程设计
材料科学与工程学院
材料成型及控制工程
班级,03班
姓名,
学号,
一（零件说明…………………………………………………………………………3二（零件工艺性分析…………………………………………………………………3三（主要工艺设计计算………………………………………………………………4
1.排样方式的设计计算…………………………………………………………4
2.压力中心的确定及计算………………………………………………………4
3.冲压力的计算…………………………………………………………………5
3.冲裁凸凹模刃口尺寸计算……………………………………………………5四（模具中各零件设计………………………………………………………………6
1.模架的选择……………………………………………………………………7
2.凹模及凹模固定板的设计……………………………………………………7
3.凸模及凸模固定板的设计……………………………………………………8
4.垫板的设计……………………………………………………………………11
5.卸料板的设计…………………………………………………………………11
6.导正销的设计…………………………………………………………………12
7.导料板的设计…………………………………………………………………12
8.压力机的选择与模柄的选用…………………………………………………12五（模具工作零件的加工工艺………………………………………………………13
六（模具装配…………………………………………………………………………13
1.模具总装图……………………………………………………………………13
2.模具工作过程…………………………………………………………………15
3.模具的装配过程………………………………………………………………15七（进一步提高冲裁件精度的其它方法……………………………………………16八（总结………………………………………………………………………………18参考文献……………………………………………………………………………19
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一、零件说明
制件如下图所示:
二、零件工艺性分析
1.零件工艺性分析
（1）材料分析
该制件材料为Q235，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛,可用于冲裁工艺。
（2）结构分析
该零件形状，应力对称。
没有突出的悬臂和凹槽，但零件复杂，棱角很多，头部有三个小孔。
孔距边界之间的最小孔边距很小，但大于一个板厚。
存在很小的孔（直径2.8mm）但大于0.35倍的板厚，因此可以冲裁。
（3）精度分析
图示零件尺寸公差要求约为IT10对尺寸精度要求较高，因此在模具设计时需要特别注意精度的要求。
2（冲压工艺方案的确定
该工件包括落料冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案:
方案一:
先落料，后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二:
落料—冲孔复合冲压。
采用复合模生产。
方案三:
冲孔—落料级进冲压。
采用级进模生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序两套模具，成本高而生产效率低，精度低，难以满足大批量、高精度的生产要求。
方案二只需一套模具，工作精度及生产效率都比较高，但是有两个孔距零件边缘的位置较近，小于凸凹最小允许壁厚，模具制造难度大且强度得不到保证。
此外冲压成品件留在模具上，清理模具上的物料影响冲压速度，操作不方便。
方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，设计简单，因为是在一套模具上完成冲裁，精度明显高于简单模。
所以经过比较，采用方案三最为合适。
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三.主要工艺设计计算
1.排样方式的确定以及计算
由于该零件有一头大一头小的特点，直排的材料利用率低，应采用直对排的排样方法，设计成隔位冲裁，可显著减少废料。
具体方法为:
将第一遍冲裁后的条料水平方向旋转180度，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。
排样方法如图所示:
条料排样图
查的搭边数值:
工件之间搭边a1>3.5mm
工件与边界之间，a>4mm
取a1=4.4mma=5.75mm
步距s=2×10.6+2×4.4=30mm
条料宽度b=103.4+5+2×5.75+29.1+1=150mm
因此条料宽度为150mm，步距为30mm，
材料利用率η=（nA/LB）×100%=（2×1429.3）/（150×30）=63.5%
2.压力中心的确定及相关计算
压力中心的确定:
模具压力中心是指冲压时各个冲压部分冲压力合力的作用点。
为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。
否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
冲模的压力中心，可按下述原则来确定:
（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。
（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
（3）冲裁形状复杂的零件或多凸模的零件时，其压力中心可以通过解析计算法求出。
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压力中心的计算:
材料的压力各边的冲裁力中心如下表所示
L/mmX/mmY/mm
L1=23-69.214
L2=12.4-40.114
L3=0.3-11.714
L4=10.334.814
L5=58.2-54.6514
L6=103.6-14.214
L7=4522.9514
L8=10.362-64.6-14
L9=17.584-51.1-41
计算结果为:
X0=-24.64，Y0=12
因此取模柄在条料正中间为原点的坐标系下的（-25,10）处
3.冲压力的计算
计算冲裁力的目的在于合理的选用压力机和设计模具。
冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抵抗力。
它是随着凸模切入材料的深度而变化的，当材料达到了剪切强度时，便产生裂纹且材料相互分离，此时的冲裁力是最大值。
选择压力机就是按冲裁力最大力计算。
冲裁后，由于板料的弹性恢复，使零件（或废料）仍梗塞在凹模洞口内，需要把零件（或废料）从凹模洞口推出或顶出。
把从凹模洞口顺冲裁方向推出的力称推件力Ft;把逆冲裁方向从凹模洞口顶出的力称顶件力F。
d
由于冲裁后板料的弹性恢复，使废料（或零件）紧卡住凸模，需要把这废料（或零件）从凸模上卸下来的力称卸料力Fx。
此处所设计的冲孔模中，通过卸料板将卡在凸模上的零件卸下来，有卸料力存在。
由于所冲完的废料或零件是直接从凹模落下，所以不需要在凹模下设置顶料装置，故不存在顶料力。
b查得Q235的抗剪强度约为=300MPa，Kx=0.04mm，Kt=0.045.
bF=KLt=1.3×4×300×（103.4×2+23×2+3.14×（3.3+2.8×2））=437.96kN
Fx=KxF=0.04×437.96=17.52KN
n=h/t=8/4=2件
Ft,nKtF,2×0.045×437.96=39.41KN
F=F，Fx，Ft,494.90KNZ
4.冲裁凸凹模刃口尺寸计算
凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。
模具的合理间隙也靠凸、凹模的刃口尺寸及其公差来保证。
在计算模具刃口尺寸及其制造公差时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下:
（1）落料落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，因此其光面尺寸与
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凹模尺寸相等，故应以凹模尺寸为基准。
又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料件凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
而落料凸模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减最小初始间隙。
2）冲孔孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的，因此其光面的孔径与凸模（
尺寸相等，故应以凸模尺寸为基准。
又因冲孔的尺寸会随着凸模的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙。
凸模凹模刃口计算
尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注
，0.035，,A0A=103.32DD,（D,X,）Anax00落料103.4,0.08103.40D,（D,Z）TAmin0,,T,0.025T=102.68D查表得冲裁双
面间隙，,AD,（D,X,），0.025Anax0Z0Amax=22.7D=0.88mm
落料2323
Zmin0=0.64mm0,0.02T=22.06DD,（D,Z）TAmin,,T磨损系数X=1，
模具按IT10级00d,0.020T=3.35d,（d，X,）制造。
校核满足tnax，0.05,,T,冲孔3.30,3.3，,A，0.020,，,,ATdd,（d，Z）0Amin=3.99AT0
0（Z,Z）0maxmindd,（d，X,）,0.020Ttnax=2.85,,T，0.05,冲孔2.80,2.8，,A，0.020dd,（d，Z）0Amin=3.49AT0
L,L,L,,/8孔心距6.26.20.05,AA=6.20.00625
四（模具中各零件设计
模具总体设计
（1）模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。
（2）定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。
控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。
（3）卸料，出件方式的选择
因为工件料厚4mm，相对较厚，卸料力也比较大，故采用刚性卸料。
又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。
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（4）导向方式选择
条料宽度较大，并且冲裁力中心与条料中心距离较远。
因此所需的模架较大，故选择四导柱模架进行导向。
1.模架的选择
在冲压过程中，在按标准选用导柱长度时，导柱最好不要脱离开导套的导向孔，还要保证模具闭合后导柱上端面与上模板上平面的距离不小于10-15mm，导柱下端面与下模板下平面的距离应大于3mm，用以排气和出油，导柱的长度必须得保证在冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。
模架:
选用四导柱形模架
根据GB/T2851.7,选择:
周界:
L=250mm，B=160mm
上模座厚度:
50mm
下模座厚度:
60mm
材料为HT250。
模架
2.凹模及凹模固定板的设计
常见凹模的结构形式有筒带式、锥孔式、阶梯式、过渡圆锥台式以及低硬度凹模等。
筒带式凹模的优点是刃口强度高，刃磨后凹模工作尺寸不增大，适合于冲裁形状复杂、尺寸精度要求比较高的冲裁件凹模选用。
锥孔式凹模的优点是凹模洞口内集料少，洞壁承受来自冲裁件或废料的胀力和摩擦力大为减小，因而卸料力大幅度减少。
然而，此种刃口强度比较低，刃磨后凹模工作尺寸略有增大，故适合于冲裁件形状简单、尺寸精度为IT10,IT12级，板料厚度较薄、生产批量不大的冲裁件的凹模选用。
阶梯式凹模刃口厚度h较大，对顶件器导向性好，适合于向上推件的凹模选用。
其缺点是工作时顶件器和冲裁件均频繁的与刃口壁摩擦，从而导致刃口尺寸增大。
过渡圆锥台阶式凹模优点是可增强刃口强度，漏料部位呈圆形又使得凹模制造方便，这种凹模结构形式主要适合于当冲裁尺寸小于5mm时的圆形冲裁件凹模使用。
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在这里选用阶梯式凹模。
采用镶拼结构。
工作部分使用模具钢，凹模固定板采用铸铁HT250。
根据JB/T7643.1-6查的标准凹模板尺寸:
200mm×160mm×32mm
凹模工作部分的边缘距刃口距离至少为5mm或者两倍的板厚（此处为8mm）
因此凹模大小为123mm×75mm×32mm
凹模刃口高度h取8mm
凹模所用材料为CrWMn，淬硬至62,64HRC。
凹模凹模固定板
凹模零件图
3.凸模及凸模固定板的设计
凸模是以外形为工作表面的零件，是冲模中直接成形冲压件的凸形工作零件。
冷冲模的凸模结构主要包含两部分，即工作部分和安装部分。
工作部分是直接完成冲压加工的部位，安装部分是通过固定板安装在模座上。
由于工件所需的冲孔直径小于板厚，冲小孔的凸模强度和刚度不容易达到要求，容易产生弯曲或者折断段，经过承压能力或者失稳弯曲校核后，此模具的冲小孔凸模需要凸模保护套。
凸模长度=固定板+导料板+卸料板+料厚+余量（含进入深度）
=20+10+21+4+19
=70mm
根据JB/T5825标准，冲孔凸模选用圆柱头直杆圆凸模
所用材料为CrWMn，淬硬至58,62HRC。
凸模杆部与凸模保护套以及凸模保护套和固定板按H7/m6配合。
8
冲孔凸模冲孔凸模保护套
冲直径为3.3mm的孔的凸模冲直径为2.8mm的孔的凸模
落料凸模
结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，通过镶块固定在凸模固定板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。
总长L=70mm。
所用材料为CrWMn，淬硬至58,62HRC。
9
凸模固定板的设计
用固定板固定凸模时，应紧固牢靠并保证平面与凸模或凹模的中心线有良好的垂直度。
固定板的上、下表面应磨平，并与凸模安装孔的轴线垂直。
依据JB/T7643.5选择200mm×160mm×20mm的凸模固定板。
材料为45钢。
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凸模固定板
4.垫板的设计
当冲压件的厚度较大时，在冲压成型过程中凸模上端面与凹模下端面对模板作用有较大的单位压力，有时可能超过模板的允许抗压应力，此时就该采用垫板。
垫板的作用是直接承受和扩散凸、凹模传递的压力，以降低模板所受的单位压力，防止模板局部破坏导致模具寿命的降低。
依据JB/T7643.3垫板选择200mm×160mm×10mm的型号，材料为45钢
垫板
5.卸料板的设计
因为零件厚度较大，所需的卸料力很大，因此采用刚性卸料板，这里选择固定式卸料板。
尺寸为200mm×160mm×21mm,采用45钢制作。
刚性卸料板
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6.导正销的设计
落料凸模下部设置两个导正销，借用工件直径2.8mm的的两个孔作为导正孔。
导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面。
材料为45钢。
7.导料板的设计
导料板内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板厚度取10mm，用螺钉固定在凹模上。
材
档料销的高度为5mm。
料为45钢。
8.压力机的选择与模柄的选用
冲压所需要的冲压工艺总力为494.90KN。
因此选择J11-50型压力机，该压力机具体参数如下:
标称压力:
500KN
最大封闭高度:
270mm
封闭高度调节量:
75mm
模柄尺寸:
直径50mm深度80mm
工作台尺寸:
710mm×480mm
该模具的闭合高度:
H，H，L，H，H,hH2垫上模下模闭==50+10+70+32+60-2=220mm
式中:
h2为凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm
L—凸模长度，L=70mm
H—凹模厚度，H=32mm
可见该模具闭合高度与所选压力机J11-50的装模高度，满足H-5mm?
max0H?
Hmin+10mm的条件。
因此模具闭合高度满足要求。
由上下模座大小可知工作台尺寸710mm×480mm大于模座尺寸430mm×380mm。
因此该压力机满足条件。
模柄的选用
模柄尺寸根据所选压力机上模柄孔的尺寸选择。
压力机模柄孔尺寸为φ50×80，故根据GB2862.3-81选择50×130的模柄。
材料为Q235钢。
模柄
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五（模具工作零件的加工工艺
本副冲裁模，模具零件加工的关键在于工作零件、固定板以及卸料板。
若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。
下表所示为落料凸模的加工工艺过程。
工序号工序名称工序内容
1备料将毛坯锻成长方体
2热处理退火
3粗刨刨六面,互成直角，留单边余量0.5mm4热处理调质
5磨平磨六面，互成直角
6钳工划线划出各孔位置线、型孔轮廓线7加工镶块孔、销孔按位置加工工镶块孔、销孔8热处理按热处理工艺，淬火，回火9磨平面精磨上下平面
10线切割按图切割型孔达到尺寸要求11钳工精修全面达到设计要求
12检验
六（模具装配
1.模具总装图
主视图
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俯视图
左视图
模具闭合效果图
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模具中的各个零件效果图
2.模具工作过程
将剪裁好的板料送入模具中，由定位销定位。
冲压时，上模降下，穿过卸料板后继续下降闭合，冲孔凸模冲出三个孔，落料凸模冲出零件，废料被冲孔凸模推出，零件由落料凸模推出;冲完后模具开启，上模上升，卸料板把板料从凸模上卸下;继续送进板料进行下一次冲压。
冲下的废料和零件落在落料槽中，隔一段时间由工人用推杆从落料槽中推出。
3.模具的装配过程
（1）导柱导套的装配
导柱导套和模座的配合都为过盈配合，一般都用压力机将导柱导套分别压入下模座和上模座。
装好后检查导柱对下模座底平面，导套对上模座上平面的垂直度,其误差应在要求的范围内。
（2）凸模的装配
凸模用固定板将其装在模座上的，凸模与固定板是采用过渡配合，装配时是在压力机上将凸模压入固定板的，检查其垂直度后,将凸模尾部与凸模上平面一起磨平并将凸模端面磨平。
凸模、固定板、垫板和上模座安装在一起，然后定位。
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（3）装配下模
先将下模座、凹模、导料板和卸料板叠加起来，然后用圆柱销定位，最后用螺钉固定。
（4）装配上模
把上模座、垫板、固定板按顺序叠加起来，用圆柱销定位。
然后再安装模柄，最后用螺钉固定
（5）试冲与调整
装机试冲并根据试冲结果进行相应调整
七（进一步提高冲裁件精度的其它方法
由于本零件的精度要求较高，如果条件允许可以采用更加精密的成型方法进行冲裁。
1.提高零件尺寸精度的方法有:
小间隙圆角刃口冲裁（又称光洁冲裁）。
如图所示，由于采用小间隙圆角刃口，
冲裁变形区的压应力显著提高，能起到抑制
裂纹的作用，改变了普通冲裁条件，因而所
得到的工件质量高于普通冲裁件，断面的表
面粗糙度可达0.4-1.6um，工件尺寸精度可达
IT8-IT11级。
具体做法为:
凸、凹模具的间隙很小，双面间隙为0.01-0.02mm。
凸模与凹模其中的一个取小圆角刃口，圆角半径约板料厚度的10%。
落料时，凹模刃口为小圆角;冲孔时，凸模刃口为小圆角。
这种方法的设备比较简单，冲裁力比普通冲裁约大50%，适用于塑性好的材料，可适用于本零件。
2.针对此零件提高零件垂直度行为公差的方法有:
采用凸模逐步切除废料，每次只切一条边。
采取直排方式，将零件条料的废料分为五块，分三次将这五块废料去除，这样能更好的保证零件的形位公差精度。
每一个工位图示每一块废料去除的步骤
16
凸模和凹模除了自身尺寸精度要求很高外，不同凸模和凹模之间的位置精度要求也很高
凸模及凸模固定板凹模镶块及凹模固定板
冲裁示意图
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八（总结
在这次模具设计的课程设计中，我进行了普通模具冲裁的零件工艺性分析，主要工艺设计的计算，模具中各零件的设计以及模具装配的设计。
此外，由于这个零件的精度要求较高，除了普通冲裁模具的设计外，我还学习思考了一些进一步提高零件冲裁精度的更精密的成型方法。
回顾起此次冲压模具的课程设计，我感慨颇多。
的确，从选题到完成设计，从理论到实践，在这段时间里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，不仅巩固的以前所学的知识，而且学到了很多在书本上没有遇到过的知识。
一领到老师的题目后，我就去图书馆借阅了大量的资料，由于资料比较分散，所以整理有用的资料就显得很重要，有些东西实在是不懂就去和其他同学讨论，通过大家的帮助，我获益良多。
这次课程设计刚开始时，由于理论知识的不足，在加上平时没有什么设计经验，有些手忙脚乱，不知从何入手。
在老师的谆谆教导，和同学的热情帮助下，我找到了信心。
现在想想其实课程设计的每一天都是很累的，其实，模具设计并不简单，每一个数据都都得仔细查找、考察，绝对不是空想能想出来的。
每当有一个问题得到解决的时候，就觉得很高兴，可是问题还是会不断的涌现出来，在整个设计的过程中，可以说是困难重重。
虽然现在，种种困难我都已经克服，但是还是难免有些疏忽和遗漏的地方，完美总是可望而不可求的。
不再同一个地方跌倒两次才是最重要的。
抱着这样的心理，我一步步走了过来，最终完成了我的任务。
这次的课程让我对冲压工艺及模具的设计有了更加深入的了解，尤其是在查阅资料的经验方面，受益尤多。
因为我们以后到了学习和工作中的时候，就没有老师在指导的情况下，必须靠自己主动的解决在工作中遇到的问题。
这就对我们自己搜集资料，通过各种渠道获取自己想要信息的能力提出了很高的要求。
而课程设计刚好锻炼了我们的这种能力。
因为在整个课程设计中，查阅到自己所需的资料可以说是一个很重要的组成部分。
他对我们搜集资料的能力的提升无疑是巨大的。
这次的课程设计我学到了很多的东西，这些东西对我以后的学习和工作都有很大的帮助。
感谢学院给我们安排了这样一次意义重大的课程设计～感谢老师在我的设计过程中对我的指导～
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参考文献
1、夏巨谌，《金属塑性成形工艺》，机械工业出版社，2008.012、常明，《画法几何及机械制图》，华中科技大学出版社，2004.093、胡兆国，《冷冲压工艺及模具设计》，北京理工大学出版社，2009.084、高军、李熹平、修大鹏，《冲压模具标准件选用与设计指南》，化学工业出版社，2007.07
5、薛啓翔，《冲压模具设计和加工计算速查手册》，化学工业出版社，20086、关明，《冲压模具工程师专业技能入门与精通》，机械工业出版社，20087、王孝培，《冲模设计手册》，机械工业出版社,2000
8、王卫卫，《材料成型设备》，北京，机械工业出版社，2010
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