冲裁模设计说明书.docx

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冲裁模设计说明书

目录

　第一部分：

设计任务书……………………………………………

（2）

　第二部分：

设计过程………………………………………………（3）

　　①设计依据、原始数据………………………………………（3）

　　②零件冲压加工工艺分析……………………………………（3）

　　③确定零件的冲压工艺方案…………………………………（4）

　　④排样设计……………………………………………………（5）

　　⑤绘制排样图…………………………………………………（6）

　⑥冲裁工艺力的计算………………………………………（7）

　　⑦模具压力中心的确定………………………………………（9）

　　⑧刃口尺寸计算………………………………………………（10）

⑨模具零件结构尺寸的确定………………………………（13）

⑩模具装配及固定…………………………………………（14）

11设备选择…………………………………………………（10）

第三部分：

设计总结…………………………………………………（14）第四部分：

参考资料…………………………………………………（15）

设计任务书

工件的形状和尺寸如下图所示：

工件：

垫圈材料：

A3号钢料厚：

2mm

要求设计一副模具，大量加工上述零件，内容包括：

工艺设计和模具设计两部分。

工艺设计部分包括：

对冲压件进行工艺性分析；进行必要的工艺计算。

模具设计部分包括：

根据所给课题进行冲压模具结构设计，进行必要的模具设计计算，绘制出模具的装配图、及模具非标零件的零件图；拟订模具工作零件的加工工艺

写课程设计《设计说明书》一份，详细地陈述设计过程，如模具结构的方案分析及各种设计计算过程等。

设计说明书要求内容完整，计算过程正确，条理清晰，层次清楚。

第二部分：

设计的具体过程

一、设计依据、原始数据

工件：

垫圈材料：

A3号钢料厚：

2mm

二、零件冲压加工工艺分析

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。

一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。

良好的冲裁工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。

1冲裁件工艺性分析

零件的加工涉及冲孔和落料两道工序。

冲裁件为自由公差，因此采用ＩＴ１４级符合要求

冲裁件孔的最小尺寸模具凸模的强度受冲裁件上孔的尺寸的影响，所以冲裁件上的孔不能太小，查《冲压成型工艺与模具设计》课本表3-17得有导向凸模的最小尺寸：

d≥0.35t

t为材料的厚度即2mm，则d≥0.7mm

因此该零件的最小孔的直径为14.5mm远大于凸模的最小直径，故凸模的强度不受冲裁件上的孔的尺寸的影响。

2冲裁件的精度和断面粗糙度

（1）精度

如上图的零件图所示，该零件比较简单，形状规则，适合冲裁加工，零件的精度要求不高按IT14级选取，利用普通的冲裁即可达到零件要求，查《模具设计与制造简明手册》附录表1其四个尺寸的公差可取，900-0.87500-0.62280-0.5214.50.043单位均为mm

（2）断面的粗糙度

查《冲压工艺与模具设计》课本表3-30材料的厚度为2mm得断面的粗糙度为6.3um

三、确定零件的冲压工艺方案

1、方案比较

方案一：

采用单工序模，对于该零件，冲模的结构简单、制造周期短，价格低，而且通用性好，比较容易在实现自动化，但是压力机一次行程内只能完成一个工序，生产效率不太高。

方案二：

采用复合模，压力机一次行程内可以完成两个或者两个以上工序，生产效率高，适合大批量零件生产，冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一致性好，适宜冲薄料，但是很难实现自动化，只能实现部分自动化，而且制造复杂性和价格都比单工序模高。

方案三：

采用级进模，压力机一次行程内可以完成多个工序，生产效率高，冲件精度高，适合中小型零件的大批量零件生产，容易实现自动化，较难保证内外形相对位置一致性。

模具强度高，耐磨性能要好，级进模制造复杂性和价格要比复合模低。

2、确定方案

由于生产批量为大批量生产，而且具有操作方便、安全制造方便，维修容易等特点，模具强度较高，寿命较长。

从具体的零件加工、模具的制造复杂性和价格还有生产效率等方面考虑，所以决定采用复合模冲裁该零件。

四、排样设计

排样设计主要确定排样的形式、送料步距、条料的宽度、材料的利用率和绘制排样图。

（1）排样方式的确定

依据冲裁件的结构特点，排样方式可选择为直排

（2）送料步距的确定

查《冲压工艺与模具设计》课本表3-9工件的最小工艺搭边值为1.5mm可取为a1=2mm最小工艺边距搭边值为1.8mm可取为a=2mm

送料步距确定为h=92mm

（3）条料宽度的确定

按照无侧压装置的条料宽度来计算：

B=（Dmax+2a+c）0-△

查《冲压工艺与模具设计》课本表3-103-13取C=0.5mm△=0.8

则B0-△=（90+2*2+0.5）0-△=94.50-0.8mm

（4）材料利用率的确定：

冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。

衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。

其计算公式如下：

η=A/Bh

A=π（R2-r2）

η=π（R2-r2）/Bh=（452-7.252）*3.14/94.5*92=71.24%

所以一个进距内的材料利用率为71.24%

（5）绘制排样图

根据上述数据可画出其排样图

排样图如下：

五、冲裁工艺力的计算

1、冲裁力

计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。

平刃口模具冲裁时，冲裁力F（N）可按下式进行计算

F=KLtτ

式中L—冲裁件周边长度（mm）；

t—材料厚度（mm）；

τ—材料抗剪强度（MPa）；

K—系数。

（考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3）

该模具采用弹性卸料和下方出料方式，总冲压力F0由冲裁力F、卸料力Fx、推件力Ft组成，由于采用复合冲裁模其冲裁力由落料冲裁力和冲孔冲裁力两部分组成。

（1）落料与冲孔，冲裁力的计算

A3钢的抗剪极限强度：

τ=320Mpa　　K＝1.3

F落料=KLtτ=1.3*（90π+50π+28π）*3*320

=438.9KN

F冲孔=KLtτ=1.3*14.5π*2*320

=18.94KN

则F=F落料+F冲孔=457.84KN

（2）、卸料力、推件力和顶件力的计算

当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。

为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。

从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。

从凹模内向上顶出制件所需的力，称顶件力。

FT=nKTF

Fx=KxF

由于采用弹性卸料和下出料的方式的冲模

则FZ=FT+Fx+F

式中KTKx分别为卸料力、推件力系数

n为梗塞在凹模直壁内的制件或废料数量,根据此模具的凹模的直壁刃口的尺寸和材料厚度取n=1

查《冲压工艺与模具设计》课本表3-14取KT=0.55Kx=0.05

则FT=nKTF=1*0.55*457.84=251.8KN

Fx=KxF=0.05*457.84=22.89KN

则FZ=FT+Fx+F=251.8+22.89+457.84=733KN

（3）、冲压设备的初步选择

压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。

查《模具设计与制造简明手册》表1-82可初步选取J-23-80开式双柱可倾压力机

六、模具压力中心的确定

冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。

为了保证压力机和冲模正常平稳的工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心重合。

模具的压力中心的计算可将冲裁件的轮廓分段后计算，也可按力矩平衡原理直接求解，该复合模具的压力中心受落料与冲孔共同影响，该零件为中心对称的零件故其压力中心即为零件的几何中心处，如图的坐标原点即为模具的压力中心。

图如下：

七、刃口尺寸计算

该零件比较简单且精度要求不高，因此采用分开加工的方法来加工。

确定凸、凹模刃口尺寸的原则：

a、落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸应比凹模小一个最小合理间隙。

b、冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。

凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。

c、选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。

一般冲模精度较工件精度高2～3级。

工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：

落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为零，下偏差为负。

落料时：

Dd=（Dmax-xΔ）δd0

Dp=（Dd-Zmin）0-δp

冲孔时：

dp=（dmin+xΔ）0-δp

dd=（dp+Zmin）δd0

1>冲14.5的圆孔

查《模具设计与制造》表2-10可知：

Zmin=0.22Zmax=0.26

查表2-11可得δd=0.02δp=0.014

查表2-12取磨损系数x=0.5

则Zmax-Zmin=0.04≥︱δd︳+︱δp︳=0.034

dp=（dmin+xΔ）0-δp=（14.5+0.5*0.43）0-0.014

=14.7150-0.014mm

dd=（dp+Zmin）δd0=14.9350.020mm

对φ28的垫片落料凸凹模的刃口尺寸如下：

查《模具设计与制造》表2-11凸凹模的制造公差

δd=0.02δp=0.014

则Zmax-Zmin=0.04≥︱δd︳+︱δp︳=0.034

查表2-12得磨损系数x=0.5

Dd=（Dmax-xΔ）δd0=（28-0.5*0.52）0.020

=27.740.020mm

Dp=（Dd-Zmin）0-δp=27.520-0.014mm

对φ50的垫片落料，凸凹模的刃口尺寸如下：

查《模具设计与制造》表2-11凸凹模的制造公差

δd=0.02δp=0.014

则Zmax-Zmin=0.04≥︱δd︳+︱δp︳=0.034

查《模具设计与制造》表2-12得磨损系数x=0.5

则Dd=（Dmax-xΔ）δd0=（50-0.5*0.62）0.020

=49.680.020mm

Dp=（Dd-Zmin）0-δp=（49.68-0.22）0-0.014

=49.460-0.014mm

对φ90的垫片落料凸凹模刃口尺寸如下：

查《模具设计与制造》表2-11可得

凸凹模制造公差δd=0.03-δp=-0.017

则︱δd︳+︱δp︳=0.047≥Zmax-Zmin

则应缩小δp、δd。

提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可由

δp=0.4（Zmax-Zmin）=0.4*0.04=0.016mm

δd=0.6（Zmax-Zmin）=0.6*0.04=0.024mm

则Dd=0.6（Dmax-xΔ）δd0=（90-0.5*0.87）0.0160

=89.5650.0160mm

Dp=（Dd-Zmin）0-δp=（89.565-0.22）0-0.024

=89.3450-0.024mm

八、模具零件结构尺寸的确定

凹模厚度：

按公式H=Kb（≥15mm）

凹模壁厚：

按公式C=（1.5～2）H（≥30mm）

式中b为冲裁件的最大外形尺寸，b=90mm

查《模具设计与制造》表2-15得K=0.28

则H=Kb=0.28*90=26.2mm取H=26mm

C=（1.5～2）H

但考虑到要增加凹模强度来提高模具寿命，所以凹模的厚度要适当增加，故C可取50mm

则凹模外形尺寸D0=D+2c=90+2*50=190mm，取D0=200mm

固定板的厚度：

厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍。

则固定板的厚度取22mm

卸料板的厚度：

厚度一般取凹模厚度的0.8～1.0倍。

则卸料板的厚度可取20mm

为了安全起见，因此须采用垫板，垫板厚度取8mm

有了上述各步计算所得的数据及确定方案便可以对模具进行总体设计和各凸模和凹模的尺寸，并可画出结构草图，从结构图初算出闭合高度为172mm

根据凹模的外形尺寸，和相关数据确定下模板的外形尺寸为：

250mmX200mm

其余相关尺寸参照《模具设计与制造简明手册》表1-302

九、模具装配及固定

本复合模，凸凹模用固定板镶套固定，凹模可直接用螺钉固定，卸料装置采用弹性的，导向装置采用导柱导套，定位零件用挡料销和导料销定位条料，模柄用浮动模柄。

十、设备选择

此模具的总冲压力：

=733KN

闭合高度：

172mm

外廓尺寸：

250mmX200mm

初步选定的压力机为：

J-23-80开式双柱可倾压力机

主要技术参数规格为：

最大冲压力800kN

滑块行程130mm

最大装模高度380mm

工作台尺寸540mmX800mm

因此根据冲压力、闭合高度、外廓尺寸等数据，所以选择J23-80压力机是合适的

设计总结：

经过十几天的辛苦奋斗终于完成了这次的课程设计，通过这次课程设计以前所学到的所有的模具知识在实际设计中综合的加以运用，使这些知识得到巩固和发展，为我的冷冲压模具设计独立工作打下了良好的基础，树立了正确的思路。

在这短短的十几天时间里，从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书，学到了很多原本学到却不太清楚的知识，了解了一些设计的原理和过程，如冲裁模具设计的一般步骤：

1、冲裁件工艺性分析

2、确定冲裁工艺方案

3、选择模具的机构形式

4、必要的工艺计算

5、选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸

6、选择压力机的型号或验算已选的型号

7、绘制模具总装图及零件图，

虽然这次设计中遇到过很多问题与麻烦，但通过辅导老师的细心教导和帮助，克服了这些困难，在此我向我们的辅导老师表示感谢。

在这次设计中，我感觉到要勇于尝试不要担心会失败，因为失败会促使我们更积极的去寻找成功，此外这次设计过程中还有许多不如意和不完善的地方，通过这次的经历，希望我以后能做的更好。

参考资料：

张荣清《模具设计与制造》第二版高等教育出版社2003年7月第一版

李奇涵《冲压成型工艺与模具设计》科学出版社2007年8月第一版

冯炳尧、韩泰荣、蒋文森《模具设计与制造简明手册》上海科学技术出版社1985年6月第一版

吴宗泽、罗圣国《机械设计课程设计手册》第三版高等教育出版社1992年3月第一版