无凸缘筒形件模具设计.docx
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无凸缘筒形件模具设计
目录
引言…………………………………………………………………………………….…….5
摘要…………………………………………………………………………………….…….6
Abstract…………………………………………………………………………………….….6
第一章零件的工艺性分析…………………………………………………..….…6
第二章工艺方案的选择与确定…………………………………………….….…7
第三章搭边与排样…………………………………………………………….……8
第四章计算冲压力与压力中心……………………………………………….…9
第五章初选设备…………………………………………………………………….12
第六章凸、凹模刃口尺寸的确定……………………………………………..13
第七章模具的总体结构设计……………………………………...…………….18
第八章工作零件的设计与计算…………………………………………………21
第九章其他工艺结构零件的设计与选用…………………………………….24
第十章校核设备……………………………………………………………………25
第十一章模具的装配与试模……………………………………………………….26
参考文献…………………………………………………………………………………...27
附录………………………………………………………………………………………....27
引言
本次设计，是我的一次较全面的设计能力训练，通过这次训练，我对模具基础知识及工程力学、互换性与测量技术、机械制图、金属工艺学、工程材料等专业课的综合运用有了一个较为系统全面的认识，同时也加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现为具体化.这次课程设计初步掊养了我理论联系实际的设计思想，锻练了我综合运用模具设计和相关课程的理论，结合和生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关机械设计方面的知识。
通过制订设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握模具零件、机械传动装置和简单模具的设计过程和方法，对如计算、绘图、熟练和运用设计资料（包括手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据等方面的能力进行了一次全面的训练。
因为本课程的主要目标是培养我们具有基本冲裁模设计能力的技术基础课，因此通过设计的实践，使我了解到模具设计的基本要求、基本内容和一般程序，掌握了机械零件常用的设计准则。
针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在模具工业方面的兴趣及实际动手能力，对将来我在模具方面的发展起了一个重要的作用。
本次课程设计是我对所学知识运用的一次尝试，是我在机械知识学习方面的一次有意义的实践。
本次设计,我完全自己动手做,独立完成自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。
在设计中，通过非常感谢李应明老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了良好的训练。
等专业课的综合运用有了
一已知条件
（1）如下图（1-1）所属为冲裁零件限位板
零件名称：
限位板
零件材料：
Q235A
生产要求：
大批量生产
图1-1
A—表示Wc碳的含量在0.14%~0.22%的低硬钢
计算及说明
备注
第一章零件的工艺分析
（1）冲孔
如图（1-1）所示零件尺寸，宽带b=42mm,厚度t=3mm,满足设计要求d>2t,且冲裁件外形由直线和圆弧组成，没有尖角，且圆角半径r>0.5t
有利用模具寿命。
零件冲孔d=29mm,查表1-1，已知材料Q235A屈服点大小235Mpa，选d≥t为最小孔，满足要求。
表1-1自由凸模冲孔的最小尺寸（mm）
材料
圆孔
方形孔
矩形孔
长圆孔
钢>700Mpa
钢=400-700Mpa
钢<400Mpa
铜黄铜
d≥1.5t
d≥1.3t
d≥t
d≥0.9t
d≥1.2t
d≥t
d≥0.8t
d≥0.7t
d≥1.35t
d≥1.2t
d≥0.9t
d≥0.8t
d≥1.1t
d≥0.9t
d≥0.7t
d≥0.6t
零件冲裁孔与边缘的间距d=21-（29\2）=6.5mm，d>t满足设计要求。
（2）冲裁精度
2.6.7冲裁断面的表面粗糙度表 2.6.8冲裁件允许毛刺的高度
通过查上表2.6.7的冲裁断面的表面粗糙度表Ra=12.5；查表2.6.8冲裁件允许毛刺的高度：
新建试模时≤0.05mm，生产时≤0.15mm。
d为孔直径
t为材料厚度
计算及说明
备注
第2章工艺方案的选择与确定
（1）根据冲裁件的形状，分为冲孔和落料两道工序，且为大批量生产，故选择复合模。
（2）提出可能方案
冲裁该零件，所需工序有：
（a）落料
（b）冲直径29mm的孔
根据以上工序，可以有如下方案
方案一：
先落料
再冲直径29mm的孔；
方案二：
在同一模具上同时完成冲直径29mm的孔和落料
比较以上两种方案，第二种方案易实现自动化生产，且生产率高操作安全，适合大批量生产，所以选方案二。
（3）冲模的生产过程简图如图1-2
图1-2
计算及说明
备注
第三章搭边与排样
（1）确定合理的排样形式
根据材料的经济应用原则，材料利用率η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％，利用率越过越经济，同时还要考虑冲裁件的精度要求，精度要求高的要留搭边。
搭边a和a1的数值查表1-4
表1-4搭边a和a1数值（低碳钢）
注：
对于其他材料，应将表中数值乘以下系数：
中等硬度钢0.9，硬钢0.8硬黄铜1~1.1，硬铝1~1.2
故有：
a=2.5（mm）a1=2.2（mm）
（2）确定条料宽度和步距
每次只冲一个零件的步距A的计算式为：
A=D1+2a1=（51+21）+2*2.2=74.2（mm）
条料宽度：
B=（D+2a）=（18+55）+2*2.5=78（mm）
（3）计算利用率
选择的排样方式如图1-3所示：
η——材料利用率；
Ｆ——工件的实际面积；
F0——所用材料面积，包括工件面积与废料面积；
A——送料进距（相邻两个制件对应点的距离）；
B——条料宽度。
D1—平行于送料方向的宽带
D—垂直于平行于送料方向的宽带
计算及说明
备注
图1-3
工件的实际面积：
F=52×55+3.14*9*9-2*（4*30）-3.14*4*4/2+0.5*3.14*21*21-3.14*（29×29）/4=3361.40
F0=A*B=74.2×78=5787.6
材料利用率：
η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％=58.08％
第四章计算冲压力与压力中心
（1）冲裁力的计算
普通平刃冲裁模，其冲裁力P一般可按下式计算：
FP＝tLτ
材料抗剪强度：
τ=（1.2×t/d+0.6）*σb
≈150（MPa）
冲孔边缘:
L1=29×3.14=91.06（mm）
落料边缘：
L2=21×3.14+2*（30+2*3.14+9*3.14+55）=3.5.02（mm）
冲孔力：
F1=L1τt=91.06×150×3=40977N
落料力：
F2=L2τt=305.02×150×3=137259N
冲裁力：
F0=F1+F2=178236N
考虑到模具刃口的磨损和凸凹模间隙的波动，材料的机械性能的变化，材料厚度偏差的，实际所需的冲裁力还要增加30％，即：
F=1.3×F0=231706.8N
τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）；
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）
σb—抗拉强度为235（MPa）
d---材料最大宽度
计算及说明
备注
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紧箍在凸模上。
为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下,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需的力，称为顶件力（图1-5）。
影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。
在实际生产中常采用经验公式计算：
卸料力FＱ＝ＫFＰ=
推料力FＱ1＝nＫ1FＰ
顶件力FＱ２＝Ｋ２FＰ
图1-4工艺力示意图
由下表1-5查的K=0.045K1=0.05K2=0.04
材料
厚度/（mm）
K
K1
K2
钢
≤0.1
0.1～0.5
0.5～2.5
2.5～6.5
6.5
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
解得：
FQ=0.045×178436.7=8029.65N
FQ1=0.05×178436.7=8921.84N
FQ2=0.04×178436.7=7137.47N
（2）冲裁中心
冲模的压力中心，可按下述原则来确定：
（a）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。
（b）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。
（c）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。
解析法的计算依据是：
各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴力矩。
求出合力作用点的座标位置O0（x0,y０），即为所求模具的压力中心如图1-5
图1-5
其中：
X0=（X1+X2+X3+X4+X5）/5=66.2
Y0=（Y1+Y2+Y3+Y4+Y5）/5=51.4
P——冲裁力（N）；
K——卸料力系数，其值为0.02～0.06（薄料取大值，厚料取小值）；
K１——推料力系数，其值为0.03～0.07（薄料取大值，厚料取小值）；
K2——顶件力系数，其值为0.04～0.08（薄料取大值，厚料取小值）；
n——梗塞在凹模内的制件或废料数量（n＝h/t）;
h——直刃口部分的高（mm）；t——材料厚度（mm）。
计算及说明
备注
第五章初选设备
（1）计算压力机的表承压力
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
采用弹压卸料装置和上出件的模具时：
FP总＝FＰ＋FＱ＋FＱ2
=178436.7+8029.65+7137.47
=246873.92N≈247KN
根据标称压力等参数查表1-7，可初选压力机为：
JH23-25
压力机型号
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16F
JH23-25
JH23-40
标称压力/KN
31.5
63
100
160
250
400
滑块行程/mm
25
35
45
70
75
80
滑块行程
200
170
145
120
80
55
最大封闭高度
120
150
180
205
260
330
封闭高度调节量
25
35
35
45
55
65
立柱间距/mm
120
150
180
220
270
340
喉深/mm
90
110
130
160
200
250
工作台前后尺寸/mm
160
200
240
300
370
460
工作台左右尺寸/mm
250
310
370
450
560
700
垫板厚度/mm
30
30
35
40
50
65
垫板孔径/mm
100
140
170
210
260
320
模柄孔直径/mm
25
30
30
40
40
50
模柄孔深度/mm
40
55
55
60
60
70
最大倾斜角
45
45
35
35
30
30
电动机功率/kw
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
5.5
表1-7
第六章凸、凹模刃口尺寸的确定
已知冲裁件材料为Q235A钢厚度t=3mm,冲裁件精度IT12，查公差表1-8
公差表1-8
查的各尺寸如下图1-6所示：
FP总－冲裁各工艺力的总和
dd—冲孔凹模基本尺寸（mm）；
dp—冲孔凸模基本尺寸（mm）；
dmin—冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；
△—制件公差（mm）；
x—系数
计算及说明
备注
冲裁模刃口尺寸计算的基本原则：
落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
冲裁件内圆孔由冲孔制成，外形为非圆形落料而成，
（a）冲孔
凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。
其计算公式如下：
dp＝（dmin＋x△）－δp
dd=（dp+Zmin）+δp
通过查下冲裁件处始双面间隙表1-9，
表1-9冲裁件处始双面间隙
材料厚度mm
软铝
含碳（0.08~0.2）%的钢
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
1
0.04
0.06
0.05
0.07
0.06
0.08
1.2
0.05
0.084
0.072
0.096
0.084
0.108
1.5
0.075
0.105
0.09
0.12
0.105
0.135
1.8
0.09
0.126
0.108
0.144
0.126
0.162
2
0.1
0.14
0.12
0.16
0.14
0.18
2.2
0.13
0.176
0.154
0.198
0.176
0.22
2.5
0.15
0.2
0.175
0.225
0.2
0.25
2.8
0.168
0.224
0.196
0.252
0.224
0.28
3
0.18
0.24
0.21
0.27
0.24
0.3
3.5
0.245
0.315
0.28
0.35
0.315
0.385
4
0.28
0.36
0.32
0.4
0.36
0.44
4.5
0.315
0.405
0.36
0.45
0.405
0.49
δp—凸模下偏差，
δd—凹模上偏差
计算及说明
备注
得到：
Zmax=0.27mmZmin=0.21mm
Zmax-Zmin=0.06mm
冲孔部分冲裁凸模，凹模的制作公差，可查表1-10
表1—10
基本尺寸、mm
凸模偏差δp/mm
凹模偏差δd/mm
基本尺寸、mm
凸模偏差δp/mm
凹模偏差δd/mm
≤18
0.02
0.02
>180～260
0.03
0.045
＞18～30
0.02
0.25
>260～360
0.035
0.05
>30～80
0.02
0.03
>360～500
0.04
0.06
>80～120
0.025
0.035
>500
0.05
0.07
>120～180
0.3
0.04
查的：
δp=0.02mmδd=0.025mm
有：
δp+δd=0.045mm＜Zmax-Zmin
x—系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表1-11：
当制件公差为IT10以上，取x＝１
当制件公差为IT11～IT13，取x＝0.75
当制件公差为IT14以下时，取x＝0.5。
表1-11系数x
材料厚度t（㎜）
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差Δ
<1
1~2
2~4
>4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.44
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
计算及说明
备注
查的x＝0.75，Δ=0.24
故得：
dp＝（dmin＋x△）+δp=（（29+0.75×0.21）+0.02
=29.16+0.02
dd=（dp+Zmin）-δp=*（29.16+0.27）-0.025
=29.43-0.025
（b）落料
落料时以落料凹模设计为基准的刃口尺寸计算如下表
表1-11以落料凹模设计为基准的刃口尺寸计算
工序性质
凹模刃口尺寸磨损情况
基准件凹模的尺寸图2.3.3（b）
配制凸模的尺寸
落料
磨损后增大的尺寸
Aj＝（Amax－x△）＋0.25△
按凹模实际尺寸配制，保证双面合理间隙2cmin~2cmax
磨损后减小的尺寸
Bj＝（Bmin＋x△）－0.25△
磨损后不变的尺寸
Cj=（Cmin＋0.5△）±0.125△
注：
Aj、Bj、Cj为基准件凹模刃口尺寸；Amax、Bmin、Cmin为落料件的极限尺寸。
计算凹模各尺寸：
查上表1-11的，尺寸42，52，55对应的x=0.75，尺寸18对应x=1
磨损后增大的尺寸的：
Aj＝（Amax－x△）＋0.25△
42mm的：
A1=（42-0.75×0.25）+0.25/4=41.81+0.06
52mm的：
A2=（52-0.75×0.30）+0.30/4=51.81+0.06
18mm的：
A3=（18-1×0.18）+0.18/4=17.82+0.05
圆弧R9，R21的尺寸为了保证分别与18mm，42mm相切，不用计算直接取其
A3,A1值的一半。
磨损后不变的尺寸：
Cj=（Cmin＋0.5△）±0.125△
44mm的C1=（55+0.75×0.3）±0.125×0.3=54.78±0.04
凸模的尺寸按上述凹模相关尺寸配制，保证双面间隙Zmin～Zmax=0.21～0.27mm（前面以由表1-11查的）
（C）模具间隙
模具间隙即模具凸模与凹模之间的间隙，其对冲裁件的质量，冲裁力，模具寿命都有较大的影响。
因此选择合理的间隙，非常重要，确定合理间隙的方法如下：
计算及说明
备注
1.理论确定法
如图1-7，中的三角形ABC可确定合理的间隙，
图1-7
C=（t-h0）×t×tgβ=t（1-h0/t）×tgβ
查下表1-12的：
h0/t=0.2，β=4°
表1-12h0/t与β的值
材料
h0/t
β
退火
硬化
退火
硬化
软钢紫铜软黄铜
0.5
0.35
6°
5°
中硬钢硬黄铜
0.3
0.2
5°
4°
硬钢硬青铜
0.2
0.1
4°
4°
解得：
C=3×（1-0.2）×tg4°
=3×0.8×0.07
=0.168mm
Z=2c=0.336mm
2.经验法
材料为硬材料：
t＜3mmZ=（8%～10%）t
t=1～3mmZ=（11%～17%）t
t=3～5mmZ=（17%～25%）t
已知材料厚度为：
t=3mm
解得：
Z=0.33～0.51mm
式中，h０——凸模切入深度；
β——最大剪应力方向与垂线方向的夹角
计算及说明
备注
第7章模具的总体结构设计
（1）模具的类型选择
根据冲裁件的结构特点，需冲孔和落料两道工序方能完成零件成型，而且要进大批量的生产，综合上述，课选择正装式复合模进行生产，其结构图如
图1-7.。
图1-7
在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。
计算及说明
备注
模具各部分名称和代号等参数如下表1-12
表1-12
（2）模架的选择
模架由上下模座，模柄及导向装置（导柱，导套）组成。
（a）模架的形式
模架的形式选择后侧导柱模架，可纵横送料，送料方便。
其模架的形式结构如下图1-8
计算及说明
备注
图1-8
（b）导柱和导套
导柱和导套的结构与尺寸都可以直接从标准中选取，选滑动导向的导柱导套，安装尺寸示意图如图1-9.
图1-9
计算及说明
备注
（c）模柄的选择
所作设计为大型，模具都通过模柄固定在压力机滑块上的，可使用螺钉固定。
第八章工作零件的设计与计算
（1）凸模
（a）凸凹模和凸模的结构形式
由于冲裁件的落料件为非圆形的，可选择直通式凸凹模，直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。
1-10整体式凸模
而冲孔凸模则选择用台阶式凸模，如下图1-11
图1-11标准圆形凸模
计算及说明
备注
（b）长度计算
凸模长度应根据模具结构的需要来确定。
采用固定卸料板和导料板结构时，图1-12所示，凸模的长度应该为：
L＝h1＋h2＋h3＋（15～20）mm
图1-12
（c）材料和其他要求
冲裁件的形状复杂，可选择Cr12，热处理为淬火；
工作部份的粗糙度为：
Ra0.8～0.4um固定部分粗糙度为：
Ra1.6～0.8um
（2）凹模
（一）凹模洞口的类型
1.凹模洞口的类型
常用凹模洞口类型如图1-14所示，其中a）、b）、c）型为直筒式刃口凹模。
其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。
广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。
但因废料或制件在洞壁内的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。
一般复合模和上出件的冲裁模用a）、c）型，下出件的用b）或a）型。
d）、e）型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。
但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大（如α＝30`时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm）。
图1-14凹模洞口的类型
h1、h2、h3、t分别为凸模固定板、卸料板、导料板、材料的厚度。
15～20mm为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板
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