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冲模课程设计指导书
冲压模具课程设计指导书
一、实习目的和要求
帮助学生具体运用和巩固《冲压工艺及模具设计》课程及相关课程的理论知识,了解设计冲模的一般程序。
使学生能够熟练地运用有关技术资料,如《冲压模具国家标准》、《模具设计与制造简明手册》、《冲压模具结构图册》及其它有关规范等。
训练学生初步设计冲压模具的能力,为以后的工作打下初步的基础。
二、实习任务
每个学生完成以下工作:
1.模具装配图一张;
2.非标准零件图一套;
3.设计说明书一份;
4.实习报告一份。
三、时间分配表
四、实习内容
根据课程设计目的,设计课题以“设计任务书”的形式下达。
冲压模具课程设计的选题通常为:
典型零件的落料-冲孔复合模;落料-拉深复合模;中等复杂程度的弯曲模以及简单的连续模为宜。
设计工作量根据课程设计时间安排情况,由指导教师酌定。
冲压模具的课程设计是以产品零件图的冲压工艺性分析开始,拟定工艺方案和模具结构,最后以图纸表达设计结果。
冲压模具设计步骤如下:
1.零件的冲压工艺性分析
仔细研究设计任务书,明确设计要求,条件内容和时间安排,认真阅读产品图纸,并了解其使用要求,而后从零件公差、结构、材料性能三方面为主进行零件的冲压工艺性分析。
分析时,根据工件采用何种冲压工序,查阅资料。
（1冲裁件的工艺性分析
（2弯曲件的工艺性分析
（3拉深件的工艺性分析
P。
以上三种可查资料[A]
~1
10
若工件工艺性不好时,则应在不影响产品零件的使用性能的前提下,提出改进意见,经指导教师同意后,（若为工厂搞现场设计时,则应与厂方协商同意后,对零件图纸作出适合冲压工艺性的修改。
2.毛坯尺寸、形状及排样方式的确定（1毛坯的尺寸、形状的确定:
○
1带有弯曲的制件,应先计算出弯曲件展开尺寸;○
2带有拉深的制件,应先计算出拉深件的毛坯尺寸。
（2排样方式的确定:
冲件的排样方案很多,表1仅供参考。
应当注意:
少、无废料的排样,虽然能提高材料利用率,但是模具寿命及制件的尺寸精度会受到影响,因此,选择排样方案时,应当综合考虑各方面因素,选择最佳方案。
表1排样形式分类
利用率:
×100%FAB
η=
式中A——送料方向排样图中相邻两个零件对应点之间的距离;mm
B——条件宽度;mm
F——一个步距内零件的实际面积。
mm23.拟定冲压工艺方案
根据冲裁件工艺性分析结果以及生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面因素进行分析,比较其综合经济技术效果,拟定冲压工艺方案,主要内容有选择冲压基本工序、确定冲压工序的顺序、数目及工序组合方式。
4.必要的设计计算
（1凹模的轮廓尺寸计算
凹模厚度H=kb（≥15mm凹模壁厚c=（1.5~2H（≥30~40mm式中b——凹模刃口的最大尺寸（见图1;mm
k——系数,考虑板料厚度的影响,见表2。
图1凹模外形尺寸确定表2凹模厚度系数k值
因为凹模的轮廓尺寸已经标准化,根据计算出来的L×B,查资料[A]145~192,选择已经标准化的凹模板尺寸L×B。
（2计算冲裁力及压力中心○
1冲裁力的计算F冲=KLtτ或F冲=Ltσb
式中F冲——冲裁力;N
K——系数;考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙波动（数值的变化或分布
不均、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数,一般取1.3。
L——冲裁周边总长;mmt——材料厚度;mm
τ——材料抗剪强度;MPa（查资料[A]P66~70σb——材料的抗拉强度。
MPa（查资料[A]P66~70○
2卸料力、推件力和顶件力的计算卸料力F卸=K卸F冲推件力F推=nK推F冲顶件力F顶=K顶F冲式中F冲——冲裁力;N
K卸——卸料力系数;（查资料[A]P78
K推——推件力系数;（查资料[A]P79K顶——顶件力系数;（查资料[A]P79
n——梗塞在凹模内的制件或废料数量（n=h/t;h为直刃口部分的高;t为材料
厚度。
○
3弯曲力计算（查资料[A]P65○
4拉深力计算（查资料[A]P65○
5压力中心计算:
应用下面公式或补充推荐方法1求压力中心。
ii
11122nn
012n
i
1
n
in
iLx
LxLxLxxLLLL
==++⋅⋅⋅+==
++⋅⋅⋅∑∑（1
ii
11122nn
012n
i
1
n
in
iLy
LyLyLyyLLLL
==++⋅⋅⋅+==
++⋅⋅⋅∑∑（2
推荐方法:
运用AutoCAD2004辅助求压力中心
具体步骤:
绘制凸模轮廓图→将轮廓生成面域（绘图菜单→面域→选择封闭轮廓线→求面域/质量特性（工具菜单→查询→面域/质量特性→在面域轮廓上点一下,在AutoCAD2004文本窗口弹出相关信息,其中质心显示的坐标值就是该封闭图形的压力中心坐标。
（3冲压模成型部分尺寸确定
○
1冲裁模刃口尺寸计算凸、凹模刃口尺寸,计算查资料[A]P61。
○
2弯曲模成型部分尺寸计算,见资料[A]P63○
3拉深模成型部分尺寸计算,见资料[A]P63○
4凸模强度刚度校核查资料[A]P805.选择冲压设备,模具总体结构设计（1确定模具结构并画出草图
根据冲压工艺方案,参考图册以及有关资料,确定模具结构,主要有以下内容:
○
1毛坯的定位方式○
2凸、凹模的结构形式及固定方式○
3送料与卸料方式综合考虑以上内容,1:
1绘出结构草图,交指导教师初审。
根据冲压工序的性质以及所需的冲压工艺力和模具尺寸选定冲压设备的类型、技术参数和规格等。
6.模具装配图的设计（1准备工作
将审过的草图,选好比例（尽量用1:
1绘制。
一般冲压模具课程设计的装配图用两个视图表达,按照模具的轮廓尺寸,并考虑标题栏、明细表,零部件序号,技术要求等的位置,布置图面位置,尽量使图面美观。
可按图2所示布置。
（2绘图方法
○1主视图常取模具闭合状态,主视图可充分反映模具各部分零部件形状和某些设计要求。
○
2俯视图一般是将模具的上模部分拿掉,反映下模的可见部分。
画复合模时,可先画主视图,按投影关系,画俯视图;画连续模时,可先画俯视图。
按投影关系画主视图,当然这两种方法,并不是绝对的,画图时,依具体情况,可穿插、交替进行。
（3尺寸标注
冲压模具的装配图应标注出模具外形的长、宽以及模具的闭合高度。
装配图上的工件图的名称、比例、尺寸必须完整标注出来。
装配图上的排样图应标注出比例、料宽、步距、搭边等尺寸。
（4编写技术要求
○1装配成套的冲模以及各零件应符合总图、零件图技术条件规定。
○2凸模对上模座上平面的垂直度不超过0.05:
100。
○3凸、凹模刃口必须锐利、无倒钝、裂纹、黑斑及缺口等现象。
○4凸、凹模配合间隙应符合图纸要求,且应均匀一致。
○5推料卸料机构必须灵活,无卡住现象,卸料板或顶板应超出凸模或凹模端面0.2~0.5mm。
○6标注出所选用的冲压设备的型号。
图2模具总装图、标题栏及明细栏布置情况
7.零件工作图设计
零件工作图是零件制造、检验的基本技术文件,它既要反映出设计意图,又要考虑制造的可能性和合理性,主要包括以下内容:
图形、尺寸及其公差、形位公差、对材料热处理的说明以及其它技术要求,标题栏等。
应注意以下几个问题:
（1每个零件必须单独绘制在一个标准图幅中,尽量采用1:
1比例,用各种视图把零件各部分结构形状及尺寸表达清楚,对于细部结构以及尺寸不好标注的,可用放大比例表示或局部移出放大。
（2标注尺寸时要选好基准面,（凹模及板类零件一般选择相互垂直的两面或中心对称面为基准面,凸模选择回转轴线,要便于零件加工,又能保证精度要求,大多数尺寸最好集中标注在最能反映零件特征的视图上。
（3零件图上要提出必要的技术要求,如凸、凹模的配合间隙,热处理要求,表面处理等。
8.校核
模具图纸设计完毕,总图和零件图都要编号,并必须进行校核,这一步很重要,不可缺少。
校核的内容很多,以下供参考。
（1总图
○1视图是否正确,件号有没有遗漏。
○2毛坯图、制件图及制件材料等有关说明是否有遗漏。
○3冲压力、模具闭合高度、模具标记、相关工具等有关事项是否已写上。
○4定位装置、卸料装置是否选用合理。
○5漏料是否畅通、是否会堵死。
○6细长小凸模有无采取保护措施。
○7修理刃磨是否方便。
（2零件图
○1该画的零件图是否全画了。
○2视图表达是否正确、齐全、有无需要放大表示的。
○3尺寸标注的基准面、基准线、基准孔是否选择得合理,是否适合于实际作业和检查。
○4凸、凹模工作部分尺寸是否合适,凸、凹模强度是否足够。
○5检查相关零件的相关尺寸,如组件、部件、凹模、卸料板、固定板的位置相关尺寸及配合尺寸。
○6形位公差,表面粗糙度标注是否适当。
○7选材是否合理、经济。
○8零件是否需要热处理,有没有需要电镀、涂漆等表面处理的。
9.编写设计说明书
课程设计说明书主要是设计过程及设计计算的整理和总结,是图纸设计的理论依据,而且是审核、设计的技术文件之一。
（1内容
○1零件的冲压工艺性分析。
○2毛坯尺寸计算、排样图设计、材料利用率计算。
○3冲压工艺方案拟定。
○4凹模轮廓尺寸计算、标准模架、标准模板的选定;冲压工艺力、压力中心的计算、凸、凹模成型尺寸计算;细小凸模强度、刚度校核。
○5总体结构的考虑方案及冲压设备的选择。
○6所引用的参考资料,注明引用的计算公式和数据来源、参考资料编号和页次。
○7设计小结（包括对本次设计的体会以及还需要对设计结构等进行必要的说明。
必须指出,在冲压模具设计中,以上各步骤是起相互联系的,很多工作都是交叉进行或同时进行的,因此,不要生搬硬套,要依具体情况而定。
附参考资料
○1[A]《模具设计与制造简明手册》冯炳尧等编上海科学技术出版社
○2教材
设计示例
☻例1如图1-1所示的冲件为大批量生产,材料Q235,材料厚度为1.5mm,设计冲裁模。
设计过程如下:
1.冲压件工艺性分析
（1材料Q235普通碳素钢,抗剪强度τ=304~373MPa、抗拉强度σb=432~461MPa、屈服极限σs=253MPa、伸长率δ10=21%~25%。
具有良好的冲压性能,适合冲裁加工。
（2结构与尺寸工件结构相对简单,有一个10mm的孔;孔与边缘最小壁厚为
5.5mm,大于倒装复合模的凸凹模最小壁厚3.4mm（见资料[A]P98;凹槽宽度满足b≥2t即
6>2×1.5=3mm,凹槽深度满足l≤5b即5<5×6=30mm见资料[A]P4。
均适宜于冲裁加工。
（3精度工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁
完全能满足要求。
2.冲裁工艺方案的确定
该工件包括落料和冲孔两个基本工序,可采用以下三种工艺方案:
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,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产要求。
方案二只需一副模具,工件的精度高,但工件最小壁厚5.5mm较接近凸凹模许用最小壁厚3.8mm,模具强度较差,制造难度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的废料时会影响冲压速度,操作不方便。
方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产宜采用方案三。
3.选择模具总体结构形式。
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。
（1确定模架类型及导向方式
该模具采用对角导柱模架,这种模架的导柱在模具对角位置,冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
导柱导向可以提高模具寿命和工件质量,方便安装调整。
（2定位方式的选择
该冲件采用的坯料是条料,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侧刃粗定距,导正销精定距。
采用手工操作。
（3卸料、出件方式的选择
因为该工件料厚1.5mm,尺寸较小,所以卸料力也较小,拟选择弹性卸料、下出件方式。
4.必要的工艺计算
（1排样设计与计算
该冲件外形大致为矩形,采用直排时材料利用率最高,如图1-2为排样方法。
搭边值取a1=1.5mm和a'=0.75a=0.75×1.8≈1.4mm,条料宽度为40.7mm,步距离为A=29.5mm,一个步距的材料利用率约为69%。
（计算详见表1-1
图1-1零件图图1-2零件排样图
（2计算冲压力
该模具采用级进模,拟选择弹性卸料、下出件结构。
根据计算结果,冲压设备拟选J23-25。
（冲压力的相关计算详见表1-2
（3计算模具压力中心
计算压力中心时,先画出凸模刃口图,如图1-3所示。
在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成1~6共6组基本图形,用解析法求得该模具的压力中心O点的坐标（26.5,2.8。
（相关计算详见表1-3
图1-3凸模刃口图表1-3压力中心数据表
代入公式（1、（2得:
96.803229.525.644.329.557.931.4591.572.7
26.596.83225.629.531.41.5
x⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
=+++++
96.8032025.6029.519.431.401.520.1
2.896.83225.629.531.41.5
y⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=
=+++++
（4计算凸、凹模工作部分尺寸并确定其制造公差
由于凸、凹模的形状相对较简单且材料较厚,冲裁间隙较大,故凸、凹模可采用分开加工法确定凸、凹模刃口尺寸及公差。
适宜采用线切割机床加工凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度,使装配工作简化。
因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算,具体计算见表1-4所示。
表1-4工作零件刃口尺寸计算
（5卸料橡胶的设计
卸料橡胶的设计计算见表1-5。
选用的四块橡胶板的厚度务必一致,不然会造成受力不均匀,运动产生歪斜,影响模具的正常工作。
表1-5卸料橡胶的设计与计算
5.选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸。
（1工作零件的结构设计
○
1凹模凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模
架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心线重合。
其轮廓尺寸计算:
凹模厚度H=kb=0.3×86.7=26mm（查教材,K=0.3
凹模壁厚c=（1.5~2H=39mm~52mm取凹模厚度H=30mm,凹模壁厚c=45mm
凹模长度B=b+2c=（86.7+2×45mm=176.7mm（送料方向凹模宽度L=（40.7+2×45mm=130.7mm（垂直送料方向凹模轮廓尺寸为176.7mm×130.7mm×30mm,取标准化值200mm×140mm×30mm,结构尺寸如图1-4所示。
A
A-A
型孔制造公差为±0.01,表面粗糙度;Cr12;
4.热处理淬硬60~62HRC。
其余
6.3
0.4
图1-4凹模
补充:
因模具典型组合和主要零部件设计已经标准化,所以可以通过查询《模具设计与制造简明手册》（冯炳尧等编上海科学技术出版社得到模具整体结构尺寸。
查资料[A]P166可得以下尺寸:
凸模长度:
56mm
配用模架闭合高度:
160mm~200mm孔距（见资料[A]P163图1-68:
s=170mm;s1=90mm;s2=110mm;s3=60mm垫板厚度:
8mm
固定板厚度:
20mm卸料板厚度:
18mm导料板长度:
260mm凹模厚度:
20mm
螺钉、销钉、卸料螺钉公称直径及长度、使用数量等。
说明:
以上数据并非一成不变,此标准化结构及尺寸是象征着该套模具结构的合理性和使用的安全性,根据模具具体结构和使用情况的不同这些尺寸可以做适当调整。
考虑到具体计算结果和备料方便,本示例部分零件取如下尺寸:
垫板:
200mm×140mm×8mm
固定板:
200mm×140mm×20mm
卸料板:
200mm×140mm×20mm
导料板长度:
200mm
凹模厚度:
200mm×140mm×30mm
○2落料凸模和冲孔凸模结合工件外形并考虑加工,将凸模设计成直通式,采用线切割机床加工,用2个4
φ的圆柱销吊装在固定板上,与凸模固定板的配合按H7/m6。
其总长L可参考教材“凸模长度计算”并考虑橡胶安装高度进行计算:
L=20+20+28.8-0.5=68.3mm取68.5mm
具体结构尺寸可参见图1-5所示。
R3.650
7
.
8
技术要求:
1.尾部与凸模固定板按H6/m5配合。
2.材料Cr12。
3.热处理淬硬58~62HRC。
4.保持刃口锋利。
a落料凸模b冲孔凸模和侧刃
图1-5凸模图1-6导正销
（2定位零件的设计
○1导料销落料凸模下部设置一个导正销,借用工件上10
φmm孔作导正孔。
导正销的结构如图1-6所示。
导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考虑料厚t=1.5mm和装配后卸料板下平面超出凸模端面0.5mm,所以导正销高出凸模端面直线部分的长度为2mm。
导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面,导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。
○2导料板的设计导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模平齐,导料板与条料之间的间隙取0.6mm（见教材“搭边和条料宽度的确定”部分内容计算,这样就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度按教材“定位零件”部分设计查表选择。
导料板采用45钢制作,热处理硬度为40~45HRC,用螺钉和销钉固定在凹模上。
导料板结构尺寸如图1-7所示。
图1-7卸料板
（3卸料零件的设计
○1卸料板的设计卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为20mm。
卸料板采用45钢制造,淬火硬度为40~45HRC。
采用线切割机床加工,保持与凸模单边间隙0.15mm。
○2卸料螺钉的选用卸料板上设置6个卸料螺钉,公称直径为12mm,螺纹部分为M10×15mm。
卸料钉尾部应留有足够的行程空间。
卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸模端面0.5mm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
（4模架及其它零部件设计
该模具采用对角导柱模架。
以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。
（查资料[A]P231得到上模座厚度40mm,下模座厚度45mm,闭合高度范围160mm~200mm。
该模具的闭合高度:
H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-h2=40+8+68.3+30+45-1=190mm
式中L——凸模长度;mm
H——凹模厚度;mm
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度,h2=1mm。
6.选择压力机型号。
通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。
其主要技术参数如下:
公称压力:
250kN
滑块行程:
65mm
最大闭合高度:
270mm
最大装模高度:
220mm
工作台尺寸（前后×左右:
370mm×560mm
垫板尺寸（厚度×孔径:
50mm×200mm模柄孔尺寸:
φ40mm×60mm
7.绘制模具总装图及非标准零件零件图。
通过以上设计,可得到如图1-8所示的模具总装图。
模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（6个、凸模固定板及卸料板等组成。
卸料方式采用弹性卸料,以橡胶为弹性元件。
下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。
冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采用侧刃作为粗定距,在落料凸模上安装一个导正销,利用条料上10φmm的孔作为导正销孔进行导正,以此作为条料送进的精确定距。
操作时完成第一步冲压后,把条料抬起向前移动,顶在侧刃挡块上,冲压时凸模上的导正销再作精确定距。
侧刃比步距长0.1mm。
当用导正销作精确定位时,由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.1mm而完成精确定距。
零件图略。
131********56432
1
图1-8装配图
1-下模座2、15-圆柱销3-导柱4-导料板5-导套
6、12-内六角螺钉7-导正销8-落料凸模9-上模座10-卸料螺钉11-横销13-模柄14-防转销
16、17、21-冲孔凸模18-垫板19-侧刃20-凸模固定板22-卸料橡胶23-卸料板24-凹模25-侧刃挡块
26-圆柱销
☻例2手柄零件如图2-1所示,中批量生产,材料为Q235-A钢,材料厚度t=1.2mm。
设计冲裁模。
1.冲压件工艺性分析
此工件只有落料和冲孔两个工序。
材料为Q235-A钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。
工件结构相对简单,有一个φ8mm的孔和5个φ5mm的孔;孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为3.5mm（大端4个φ5mm的孔与φ8mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚。
工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,普通冲裁完全能满足要求。
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,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足中批量生产要求。
方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm,模具强度较差,制造难度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会影响冲压速度,操作不方便。
方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。
3.主要设计计算
（1排样方式的确定及其计算
设计级进模,首先要设计条料排样图。
手柄的形状具有一头大一头小的特点,直排时材料利用率低,应采用直对排,如图2-2排样方法,设计成隔位冲压,可显著地减少废料。
隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°,再冲第二遍,在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。
搭边值取2.5mm和3.5mm,条料宽度为135mm,步距离为53mm,一个步距的材料利用率为78%（计算见表2-1。
查轧制薄钢板的尺寸规格标准（GB708-1988,宜选用950mm×1500mm的钢板,每张钢板可剪裁为7条条料（135mm×1500mm,每条条料可冲56个工件,故每张钢板的材料利用率为76%。
图2-1手柄工件图2-2手柄排样图
（2冲压力的计算
该模具采用级进模,拟选择弹性卸料、下出件。
根据计算结果,冲压设备拟选J23-25。
冲压力的相关计算见表2-1。
计算压力中心时,先画出凹模型口图,如图2-3所示。
在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1~L6共6组基本线段,用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（13.57,11.64。
有关计算如表2-2所示。
图2-3凹模型口图
便于模具的加工和装配,模具中心仍选在坐标原点O。
若选用J23-25冲床,C点仍在压力机模柄孔投影面
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