冲压模具设计说明书.docx
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冲压模具设计说明书
第一章零件设计任务1
第二章冲裁件的工艺分析2
2.1工件材料2
2.2工件结构形状2
2.3工件尺寸精度2
第三章冲裁工艺方案3
第四章模具结构形式的选择5
4.1模具的类型的选择5
4.2卸料装置5
4.2.1．条料的卸除5
4.2.2卸料方式5
4.3定位装置5
4.3.1．送料形式5
4.3.2．定位零件：
5
4.4.模架类型及精度6
4.4.1．模架6
4.4.2.精度6
第五章冲压工艺计算：
7
5.1．排样7
5.1.1．排样方案分析7
5.1．2．计算条料宽度7
5.1.3．确定布距：
8
5.1.4．计算材料利用率8
5．2．冲压力计算9
5.2.1．冲裁力计算9
5.2.2．卸料力、顶件力的计算10
5.3．压力中心的计算11
5.4．模具工作部分尺寸及公差12
5.4.1．落料尺寸大小为12
5.4.2．冲孔尺寸大小为13
第六章主要零部件设计14
6.1．凹模的设计14
6.1.1.落料凹模14
6.1.2．冲孔凹模的设计16
6.2．凸模的设计17
6.2.1.冲孔圆形凸模：
17
6.2.2．腰孔的设计18
6.2.3.落料凸模18
6.2.4．凸模的校核：
19
6.3．卸料板的设计20
6.4．固定板的设计21
6.4.1.凹模固定板:
21
6.4.2.凸模固定板:
22
6.5．模架以及其他零部件的选用23
第7章校核模具闭合高度及压力机有关参数24
7.1校核模具闭合高度24
7.2冲压设备的选定24
第8章设计并绘制模具总装图及选取标准件25
第9章结论26
参考文献27
第一章零件设计任务
零件简图：
如图1-1所示
材料：
10号钢
材料厚度：
2mm
未标注尺寸按照IT10级处理.
第二章冲裁件的工艺分析
2.1工件材料
由图1-1分析知：
10#钢为优质碳素结构钢，具有良好的塑性性、焊接性以及压力加工性，主要用于制作冲击件、紧固件，如垫片、垫圈等。
适合冲裁加工。
2.2工件结构形状
工件结构形状相对简单，有四个圆孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为2mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。
2.3工件尺寸精度
根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。
第三章冲裁工艺方案
完成此工件需要冲孔、落料两道工序。
其加工工艺方案分为以下3种：
1.方案一：
单工序模生产。
先冲孔，后落料；
2.方案二：
级进模生产。
冲孔—落料级进冲压；
3.方案三：
复合模生产。
冲孔—落料复合冲压。
各模具结构特点及比较如下表3-1：
表3-1各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
（无导向）（有导向）
级进模
复合模
零件公差等级
低
一般
可达IT13～IT10级
可达IT10～IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm
生产效率
低
较低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低
安全性
不安全，需采取安全措施
比较安全
不安全，需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时，比复合模低
冲裁较复杂零件时，比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产
根据分析结合表分析：
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。
方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案二低，模具轮廓尺寸较小。
综上对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。
第四章模具结构形式的选择
4.1模具的类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。
4.2卸料装置
4.2.1．条料的卸除
因采用级进模生产，故采用向下落料出件。
4.2.2卸料方式
考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生产率。
4.3定位装置
4.3.1．送料形式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向手动送料方式，即由右向左（或由左向右）送料既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。
4.3.2．定位零件：
零件尺寸较大，厚度较高，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正销导正，为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。
4.4.模架类型及精度
4.4.1．模架
1．若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，但只能一方送料;
2.若采用对角导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料;
3.若采用后侧导柱导柱模架，可三方送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑的，但模具受力不平衡，滑动不平稳。
综上，结合本冲孔、落料级进模的特点，决定采用后侧导柱模架。
4.4.2.精度
由于零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。
第五章冲压工艺计算：
5.1．排样
5.1.1．排样方案分析
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
5.1．2．计算条料宽度
根据零件形状，查<<冲压模具设计手册>>工件之间搭边值a=1.2mm,工件与侧边之间搭边值a1=1.5mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值—△
公式（5-1）
式中：
Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a1---冲裁件之间的搭边值；
b1---侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表6）可得△=2.0mm。
△—板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得△=0.6mm。
B0△=75＋2×1.5＋2×2.0
=82.00-0.60mm
故条料宽度为82.0mm。
5.1.3．确定布距：
送料步距S：
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
级进模送料步距S
公式（5-2）
Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边
S＝75＋1.5＝76.5mm
排样图如图2所示。
5.1.4．计算材料利用率
一个步距内的材料利用率
η＝Ａ/BS×100%公式（5-3）
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
一个步距内冲裁件的实际面积
A=π×37.52-π×13.52-3×π×3.752-3（π×302×34/360-π×26.252×34/360）
=3807.73539mm2
所以一个步距内的材料利用率
Η=Ａ／BS×100%
=3807.73539／（76.5×82）×100%
=60.7%
考虑料头、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率η总为
η总=nA1／LB×100%公式（5-4）
式中n—一张板料上冲裁件的总数目；A1—一个冲裁件的实际面积；
L—板料长度；B—板料宽度。
查板材标准，宜选用850mm×1700mm的钢板，每张钢板可剪裁为11张条料（82mm×1700mm）,每张条料可以冲25个工件，所以每张钢板的材料利用率
η总=nA1/LB×100%
=25×3807.73539/82×1700×100%
=68.3%
根据计算结果知道选用直排材料利用率可达68.3%，满足要求。
5．2．冲压力计算
5.2.1．冲裁力计算
用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：
公式（5-5）
式中：
F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪强度；10钢τb的值查《《冲压成型工艺与模具设计》》附录表2为255-333Ｍpa,取τb=300Mpa
Ｋ—系数；一般取Ｋ=1.3。
1、冲孔力计算
冲孔周长：
L=π×27+3π×3.75×2+3π（26.25+33.75）×34/360+2×76.5+2×12
=764.98mm
所以冲孔力
F=KLtτb=1.3×764.98×2×300
=596.69kN
2．落料力的计算
落料周长
落料冲裁力F2=KLtτb=1.3×π×75×2×300=183.78kN。
5.2.2．卸料力、顶件力的计算
一般按以下公式计算：
卸料力
公式（5-6）
顶件力
公式（5-7）
（
为卸料力系数，其值查表5-1可得）
所以总冲压力
公式（5-8）
表5-1卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
KX
KT
KD
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
由
即冲压时工艺力的总和不能大于压力机公称压力的50%-60%，取
则公称压力
.初选压力机的公称压力为1600Kn,即JA21-160型压力机。
5.3．压力中心的计算
用解析计算法求出冲模压力中心。
X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/（L1＋L2＋…Ln）公式（5-9）
Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn）/（L1＋L2＋…＋Ln）
用解析法计算压力中心时，先画出凹模形口图，如图5-3所示。
在图中将XOY坐标系建立在建立在图示对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1~L5共3组基本线段（注：
由于图中3个圆弧形孔均以一个点为圆心的等分列阵排列，所以其几何图形为一组），用解析法求得该模具压力中心的坐标。
由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具压力中心依然选在坐标原点。
图5-3
5.4．模具工作部分尺寸及公差
5.4.1．落料尺寸大小为
为保证冲出合格冲件。
冲裁件精度IT10以上，X取1.冲裁件精度IT11~IT13,X取0.75.冲裁件精度IT14，X取0.5。
由于本产品采用IT14级精度，所以X取0.5.查表知：
Zmax=0.360，Zmin=0.246。
Φ750-0.62查《冲压成型工艺与模具设计》P45表3-5知：
δp=0.04mm，δd=0.06mm
公式（5-10）
公式（5-11）
5.4.2．冲孔尺寸大小为
1、圆形孔凸、凹模基本尺寸的计算
公式（5-12）
公式（5-13）
2、腰孔凸、凹模基本尺寸的计算：
公式（5-14）
公式（5-15）
第六章主要零部件设计
6.1．凹模的设计
6.1.1.落料凹模
落料凹模如图6-1
1、凹模厚度H的计算：
查表得K取1.25
公式（6-1）
=32.66mm,取H=33mm图6-1
2、模长度和宽度
W>=1.2×H公式（6-2）
=1.2×33=39.6mm
L=B=D+2W公式（6-3）
=74.69+2×39.6=153.89
取L=B=154mm
3、凹材料的选用:
根据表8-3,材料选用45钢。
4、凹模的固定方法
下图是带肩圆形凹模，直接装入凹模固定板中，采用过渡配合（H7/m6）。
零件图6-2如下：
图6-2
6.1.2．冲孔凹模的设计
设计同落料凹模
零件图6-3如下
图6-3
6.2．凸模的设计
6.2.1.冲孔圆形凸模：
1、冲孔圆形凸模：
冲孔圆形凸模的结构图6-4如下：
图6-4
长度：
冲孔凸模在凹模里面开孔，为便于凸模和固定板的加工,可通过这设计成铆接方式与固定板固定.冲孔凸模由于相隔很近,不宜采用阶梯结构,设计成铆接方式.凸模的尺寸根据凸模固定板尺寸h1、卸料板尺寸h2、材料厚度h3和h，h一般取22mm。
所以凸模的尺寸为
L=30+16+2+22=70mm.公式（6-4）
凸模材料：
参照《冲压模具设计与制造简明手册》选用Cr12
2、冲孔凸模零件图6-5如下
图6-5
6.2.2．腰孔的设计
1、长度：
有关计算同冲孔凸模
2、材料：
参照《冲压模具设计与制造简明手册》选用Cr12
3、腰孔零件图6-6如下图：
6.2.3.落料凸模
1、长度：
有关计算同冲孔凸模；
2、材料：
参照《冲压模具设计与制造简明手册》选用Cr12
3、落料凸模零件图6-7如
图6-6
图6-7
6.2.4．凸模的校核：
考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模8.06进行强度和刚度校核：
1、刚度的校核：
根据凸模校核公式：
L≤90d
/
公式（6-5）
可得：
L
≤90d
/
=
L：
为凸模的允许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为
22＜28.28,所以钢度得以校核.
2、强度校核:
凸模的最小直径d应满足:
公式（6-6）
所以8.06＞2.6,凸模强度得以校核.
参照ISO8020-1986B型圆形冲孔凸模。
6.3．卸料板的设计
卸料板采用Q235制造，卸料板轮廓尺寸与凹模固定板轮廓尺寸相同，厚度根据JB/T8066.2-1995规定，选用315mm×250mm×14-17组模具参考，取其厚度为16mm。
查《模具设计简明手册》P298典型卸料横向送料组合得相应组合的零件尺寸:
两圆柱销销孔之间的距离S1=175mm,
两内六角螺钉之间的横向距离S=279mm,
两内六角螺钉之间的横向距离S2=214mm.
零件图6-8如下
6.4．固定板的设计
6.4.1.凹模固定板:
1、凹模固定板的厚度:
其厚度与凹模的厚度尺寸一致，取33mm；
2、凹模固定板的外形尺寸：
与卸料板的外形尺寸一致，根据核准选取板的规格为
。
3、材料：
选用Q235钢
4、配合及连接件：
凹模与凹模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与下模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致,顶部与模铆接,因此必须倒角。
由以上可得凹模固定板的零件图如图6-9所示:
图6-9
6.4.2.凸模固定板:
1、凸模固定板的厚度：
其厚度与凸模的厚度尺寸一致，取30mm；
2、凸模固定板的外形尺寸：
与卸料板的外形尺寸一致，根据核准选取板的规格为
。
3、材料：
选用Q235钢；
4、配合及连接件：
凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凸模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角,由以上可得凸模固定板的零件图如图6-10所示:
6.5．模架以及其他零部件的选用
该模具采用后侧导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模送。
以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。
上模座按GB/T2855.2-1990规定，厚度取45mm,垫板厚度取10mm,固定板厚度取30mm,卸料板厚度取16mm,下模座按GB/T2855.2-1990规定，厚度取50mm，固定板厚度取33mm。
根据上下模座选取导柱为Φ32h5mm×170mm×45mm,导套为Φ40H6mm×140mm×48mm。
模具闭合高度H
公式（6-7）
上模座高度为45mm，垫板高度为10mm，凸模长度为70mm，凹模固定板高度为33mm，下模座高度为50mm，h1指凸模进入凹模的深度，这里取1mm。
第7章校核模具闭合高度及压力机有关参数
7.1校核模具闭合高度
公式（7-1）
式中
压力机最大闭合高度；
压力机最小闭合高度；
垫板厚度。
根据前面初选压力机JA21—160，查《模具设计与制造简明手册》P49表1-81得：
，
，
将以上数据带入公式7-1，得200经计算该模具闭合高度H=210mm，在200mm～315mm内，且开式压力机JA21-160最大装模高度300mm,大于模具闭合高度210mm, 可以使用。
7.2冲压设备的选定
通过较核，选择开式双柱可倾式压力机J21-160能满足使用要求。
其主要技术参数如下：
公称压力：
1600KN
滑块行程：
160mm
最大闭合高度：
450mm
最大装模高度：
300mm
工作台尺寸（前后×左右）：
710mm×1120mm
模柄孔尺寸：
60mm×80mm
第8章设计并绘制模具总装图及选取标准件
按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准件。
绘制模具装配图，见图8-1。
2-下模座，3-固定板，4、8-螺栓，5落料凹模，6-自动挡料销，7-卸料板，9-拉簧，10-导套，11-上模座，12-圆柱销，13-落料凸模，14-导正销，15-螺钉，16-模柄，17-内六角螺钉，18、20-冲孔凸模，19-垫板，23-凸模固定板，24-导柱，25-冲孔凹模。
第9章结论
本次设计是在导师赵茂俞教授的悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。
在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
学生；吴飞翔
2010年6月于合肥学院
参考文献
[1]冯炳尧，韩泰荣，蒋文森，丁战生.模具设计与制造建明手册.上海：
上海科学技术出版社.1998.
[2]周玲.冲模设计实例.北京：
化学工业出版社.2007.
[3]甘永立.几何量公差与检测.上海:
上海科学技术出版社.2008.
[4]侯洪生.机械工程图学.北京:
科学出版社.2007.
[5]李奇涵.冲压成型工艺与模具设计.北京:
科学出版社.2009.
[6]姜伯军.级进冲模设计与模具结构实例北京:
机械工业出版社.2008.
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