硅钢片冲压模具设计.docx

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硅钢片冲压模具设计

硅钢片冲压模具设计

硅钢片冲压模具设计

Siliconsteelsheetstampingdiedesign

班级：

学生姓名：

学号：

8

指导教师：

职称：

导师单位：

论文提交日期：

课题名称：

硅钢片冲压模具设计

课题性质：

设计，来源于生产实践

系名称：

机械工程系

专　　业：

班　　级：

指导教师：

学生姓名：

毕业设计任务书

一、课题名称：

硅钢片冲压模具设计

二、毕业论文（设计）主要内容：

1、冲压工艺方案确定（冲压工艺性分析、工艺方案的确定）

2、模具设计有关计算（冲裁力、压力中心、刃口尺寸）；

3、模具结构设计（凸凹模结构、标准模架、固定零部件、卸料零部件等）；

4、绘制模具装配图和非标准件的零件图（逐步完善和确定各零件的结构和尺寸、尽量选用标准组合结构和标准件）；

5、编写设计说明书；

三、计划进度：

第8周查阅资料，做好准备工作，冲压工艺方案确定

第9周模具设计有关计算

第10周模具结构设计；

第11周选择标准模架，确定各个模板的尺寸；

第12周绘制装配图、零件图，编写设计说明书；

第13周论文答辩。

四、毕业论文（设计）结束应提交的材料：

1、设计说明书（毕业论文）1份（5000字以上）；

2、装配图一份，非标准件的零件图2-3张。

指导教师教研室主任

年月日年月日

题目：

冲压模具设计

如下图所示，大批量生产，材料为DR510，t=1mm，工件精度为IT9。

摘要

在本次毕业设计中我的任务是硅钢片冲压模具设计，通过对零件的分析可知，该零件所用的材料是DR510，且为大批量生产，经过方案比较分析，选择复合冲压模具进行生产加工，既提高生产效率又经济实惠，而且模具设计和制造也相对于简单。

首先根据工件图算工件的展开尺寸，再根据展开尺寸算该零件的压力中心，材料利用率，画排样图，当所有的参数计算完后，对模具的装配方案，对主要零件的设计和装配要求都要进行分析。

在设计过程中除了设计说明书外，还包括模具的装配图，非标准件的零件图等等。

关键词：

硅钢片；复合模；

Abstract

Inthegraduationdesigninmychoiceofsiliconsteel,stampingmoulddesignisbasedontheanalysisofthecomponents,itisknownthatthepartsusedmaterialsisDR510,andformassproduction,afterschemecomparisonandanalysischoosecompoundstampingmouldtoprocess,whichcanimprovetheproductionefficiencyandeconomicbenefit,andmolddesignandmanufacturingalsorelativetothesimple.Firstofall,accordingtotheworkpiecefigurecalculatetheworkpieceexpandeddimensions,andthenbasedonthepartofdevelopmentsizecalculatepressurecenter,materialutilizationandpaintedstriplayoutdiagram,whenalltheparametersarecalculatedtodieafterassemblyscheme,themainpartsofthedesignandassemblyrequirementsareanalyzed.Inthedesignprocessinadditiontothedesignspecificationoutside,stillincludemoldassemblydrawings,non-standardpartsgraph,etc.

Keywords:

Siliconsteel;Compositemodulus;

第一章绪论

目前，冲压技术广泛应用于金属制品个行业中，如汽车，仪表，家用电器等工业中，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在制造行业中占有重要的地位。

随着经济的快速发展，模具制造业在工业中所占的地位越来越重要。

冲模技术的水平直接和生产率、产品质量（尺寸公差和表面粗糙度等）、一次刃磨的寿命以及设计和制造模具的周期紧密相关。

提高冲模技术水平有利于获得优质、高效、低耗、廉价的产品，技术经济效果显著，深受制造行业的重视。

冲压工艺是塑性成型加工的基本方法之一。

它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。

冲压不仅可以加工金属材料，而且也可以加工非金属板料。

冷冲压的加工方式具有生产效率高，产品一致性好，使用于大批量生产等特点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。

因此，冲压技术对发展生产，增强效益，更新产品等方面具有重要作用。

改革开放以来，通过技术引进和合资经营，我国的冲模技术有了长足的进步，在冲模技术领域采用了CAD、CAM、CAE技术和先进制造技术，显著的缩短了冲模技术和制造周期，提高了冲模质量，实现了冲模工作零件的互换，但是大多数企业仍然沿用传统的冲模技术和制造方法，有些冲模特别是汽车覆盖件冲模仍然依靠进口，严重地影响了我国机电产品自主开发的能力和改型更新的速度。

我国正处模具设计制造水平提升关键期，中国正在成为全球制造业中心，板料成型加工是先进制造业的重要组成部分。

目前，我国设计制造的精密多工位级进模和多功能模具，与国外同类模具水平相比，从模具结构、制造精度、制造周期、使用寿命等指标来衡量，水平相当或接近，完全可以替代进口。

提高冲模技术可以从两方面入手，一方面是提高冲模所体现的冲压工艺水平，开发冲压新工艺；另一方面是通过采用计算机技术（冲模CAD、CAM、CAE技术）和先进制造技术（数控多轴联动加工中心，CNC高精度电火花和线切割加工，CNC点位坐标镗、坐标磨和连续轨迹坐标磨等），提高冲模设计和制造的水平。

冷冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。

相当多的工业部分越来越多的采用冷冲压加工产品零部件，如机械制造、车辆生产、航空航天、电子、电器、轻工、仪表及日用品等行业。

在这些部门中，冲压件所占的比重都相当大，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻、刚度好的冲压件所代替。

通过冲压加工，大大提高了生产率，降低了成本。

第二章冲压件工艺设计

冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性分析和冲裁工艺方案确定。

良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数和工时，使得模具结构简单且寿命长，能稳定地获得合格冲件，因而可以减小劳动量和冲件成本。

劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。

本课题为硅钢片（如下图）尺寸设计其模具，并编制模具主要零件的加工工艺规程。

题目：

硅钢片冲压模具设计

原始数据

如下图所示，大批量生产，材料为DR510，t=1mm，工件精度为IT9。

此工件既有冲孔，又有落料两个工序。

材料为DR510、t=1mm，具有良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构简单，只有φ2mm的圆孔。

此工件满足冲裁的加工要求，孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚为4mm，工件的尺寸落料冲孔都是按IT9。

尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求。

2..1冲裁工艺方案的确定

①方案种类该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有一下三种方案。

方案一：

先冲孔，后落料、采用单工序模生产。

方案二：

冲孔-落料级进冲压。

采用级进模生产。

方案三：

采用落料-冲孔同时进行的复合模生产。

②方案的比较个方案的特点及比较如下。

方案一：

模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需要求，难以满足生产需要。

故而不选此方案。

方案二：

级进模是一种多工位、效率高的加工方法。

但是级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，一般适用大批量，小型冲压件。

而本工件尺寸轮廓较大，采用此方案，势必会增大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。

方案三：

只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小、模具的制造成本不高。

故本方案采用小冲孔后落料的方法。

模具特点

模具种类

比较项目

单工序模

复合模

级进模

冲裁精度

较低

高

一般

生产效率

较低

较高

高

生产批量

适合大中小批量

适合大批量

适合大批量

模具复杂程度

较易

较复杂

复杂

模具成本

较低

较高

高

模具制造周期

较快

较长

长

模具制造精度

较低

较高

高

模具外形尺寸

较小

中等

较大

冲压设备能力

较小

中等

较大

工作条件

一般

较好

好

③方案的确定综合上面的比较，本套模具采用冲孔-落料复合模。

2.2模具结构形式的确定

倒、顺装复合模的比较

比较项目

倒装复合模

顺装复合模

出件方式

采用顶杆，顶杆自上模内推出，下落到模具工作面上

采用弹顶器自下模（凹模）内顶出到模具工作面上

冲裁件的平整度

较差

较好

废料排除

落料凸模内积聚到一定程度后便从下模漏料孔或排出槽排除

废料不在凸凹模积聚，压力机回程时从凸凹模内推出

凸凹模的强度和寿命

凸凹模承受的涨力太大，凸凹模的最小壁厚应严格控制，否则会涨力

受力情况比倒装复合模好，但凸凹模的内形尺寸易磨损，壁厚可以比倒装的薄

适应性

冲裁件平整度要求不高，凸凹模强度足够时采用

适用于薄料生产，平整度要求高以及壁厚较小，强度差的凸凹模

复合模有两种结构形式，正装复合模和倒装复合模。

分析该工件成形后脱模方便性，正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取件不方便。

倒装式复合模成形后工件留在工件留在上模，只需在上模装装一副推出件装置，综合分析可得采用倒装式复合模。

第三章冲压工艺计算

3.1排样设计

排样方法的选择原则：

（1）冲裁小工件或某中工件需要窄条（带）料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。

（2）冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料扎制方向。

（3）冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作方便与安全等。

（4）条料宽度选择与在板料上的排样应优先选用条料宽度较大而步距较小的方案，以便经济地裁切板料，并减少冲压时间。

按冲裁工艺方法和材料的合理利用，条料排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。

根据冲裁件在条料上的不同布置形式分类，有直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、冲裁搭边等。

由于受冲裁件外型的限制，该工件的排样只能采用有废料的排样形式，为了使模具设计简单并且能达到最大的材料利用率，采用直排的形式即可

初画排样图如下图所示：

排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。

搭边的主要作用有：

（1）补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。

（2）还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。

搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。

但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。

一般来说，搭边值是由经验确定的。

搭边的设计主要考虑几方面的因素：

①材料的力学性能。

塑性好的材料，搭边值要大—些，硬度高与强度大的材料，搭边值小一些。

②材料的厚度。

材料越厚，搭边值也越大。

③工件的形状和尺寸。

工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值也越大

④排样的形式。

 对排的搭边值大于直排的搭边。

如下图所示：

根据上面所得则：

查表可得，去最小搭边值：

工件间a1=1.2,侧面a=1.5。

步距：

26.2mm宽度：

53mm

η=S／S0×100％=S／（A×B）×100％

η=S／S0=1388.6-240-12.56／1388.6

≈82％

其中η―材料利用率

S―工件的实际面积

S0―所用材料面积包括工件面积与废料面积

A―步距（相邻两个制件对应点的距离）

B-条料宽度

3.2冲裁力的计算

冲裁力是选择和确定冲压设备、及模具强度较核的重要依据，在冲裁模设计中必须进行计算，同时，应掌握影响冲裁力大小的因素及降低冲裁力的方法。

冲裁力包括落料力、冲孔力、卸料力和顶件力。

当冲裁工作完成后，从板料上冲裁下来的工件（或废料）由于径向发生弹性变形而扩张。

会卡在凹模模腔内；同时，在板料上冲裁出的孔径则沿着径向发生弹性收缩，会紧箍在凸模上。

为了将紧箍在凸模上的板料卸下来所需要的力称为卸料力，以

表示；将卡在凹模中的板料推出或顶出所需的力分别称为推件力与顶件力，以

与

表示。

卸料力、推件力与顶件力是由压机和模具的卸料、顶件装置获得的。

在选择压机吨位和设计模具时，要根据模具结构来考虑卸料力、推件力与顶件力的大小，并作必要的计算。

影响这些力的因素较多，主要有:

材料的机械性能和厚度，工件形状和尺一寸大小，凸、凹模间隙，排样的搭边大小及润滑情况。

生产中，常用下列经验公式计算：

用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：

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；硅钢片DR510τb的值查表取τb=300Mpa

Ｋ—系数；一般取Ｋ=1.3。

FP=1.3×1×（50×2+25×2+30+

×2×4）×300

=83.90KN

a．卸料力的计算：

FQ=KFP

=0.05×83.90

=4.195KN

（卸料力系数在0.02-0.06之间，取0.05）

b．推料力的计算：

FQ=nkFP

=10×0.05×83.90

=41.95KN

（推料力系数在0.03-0.07之间，取0.05，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，mm；t材料厚度，mm）

因为模具是采用弹压卸料装置和下出件的模具所以：

F总=FP+FQ+FQ1

=83.90+4.195+41.95

=130.045KN

3.3冲压设备的初步选择

由于复合模的特点，为防止设备超载，可按公称压力F≧（1.6―1.8）F总选择压力机。

查表课选择压力机的型号为：

J23―25相关参数为：

公称压力：

250KN

滑块行程：

65mm

最大闭合高度：

270mm

闭合高度调节量：

55mm

工作台孔径：

370mm×560mm

模柄孔尺寸：

40mm×60mm

3.4冲裁压力中心的确定

冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。

为了保证冲裁和压力机正常和平稳地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而与压力机滑块的中心重合。

如果压力中心不在模柄轴线上，滑块会承受偏心载荷，冲压时会使冲模与压力机滑块产生歪斜，从而至滑块导轨和模具导向装置的不正常磨损。

同时引起凸、凹模间隙不均匀，使刃口迅速变钝，甚至造成刃口损坏，降低模具使用寿命。

由于工件Y方向对称，

故压力中心X0=0mm

Y0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/（L1＋L2＋…Ln）

=（12.5×25+10×25+20×10+12×15+20×10+·····+Lnxn）∕2×50+25×2+40+π×2×4

≈12.72

则压力中心坐标点为（0,12.72）

3.5计算凸、凹模的刃口尺寸

查表可得：

2Cmin=0.13，2Cmax=0.16mm;

有公差表查得

+0.025为IT9级取X=0.75

δp=0.012mm，δd=0.018mm

根据以上公式可以计算出凸模的刃口尺寸有:

冲孔（φ20+0.025）

2凸P=2.020-0.0122凹d=2.150+0.018

落料可采用配作法制模刃口尺寸计算：

该件外形只为落料，只需计算凹模刃口尺寸，各类尺寸分别按照公式

Ld=（Lmin+Δ／2）＋Δ／8

式中Ld----------凹模型孔中心距（mm）。

Lmin--------工件孔中心距最小尺寸（mm）。

A类尺寸：

----------A=（amax－ΧΔ）0+Δ／4

B类尺寸：

----------B=（bmin+ΧΔ）0-Δ／4

C类尺寸：

----------C=（Cmin+Δ／2）+Δ／8

式中

amax--------------与A类尺寸对应的工件尺寸允许的最大值（mm）；

bmin---------------与B类尺寸对应的工件尺寸允许的最大值（mm）；

Cmin----------------与C类尺寸对应的工件尺寸允许的最大值（mm）；

50凹=（50-0.75×0.062）0+0.062／4

≈49.950+0.016

50凸=（50+0.75×0.062）0-0.062／4

≈50.050-0.016

25凹=（25-0.75×0.062）0+0.062／4

≈24.960+0.015

25凸=（25+0.75×0.062）0-0.062／4

≈25.040-0.015

6凹=（6-0.75×0.030）0+0.030／4

≈5.980+0.007

6凸=（6+0.75×0.030）0-0.030／4

≈6.020-0.007

10凹=（10-0.75×0.036）0+0.036／4

≈9.970+0.009

10凸=（10+0.75×0.036）0-0.036／4

≈10.030-0.009

12凹=（12-0.75×0.043）0+0.043／4

≈11.970+0.011

12凸=（12+0.75×0.043）0-0.043／4

≈12.0320-0.011

10凸=（10+0.75×0.036）＋0.036／8

=（10.027＋0.0045）

第四章主要零部件的设计

4.1工作零部件的机构设计

凹模采用整体式凹模，依据压力中心的数据，尽量保证压力中心与模柄中心重合。

凹模厚度：

H=kb=0.35×50≈18mm

凹模壁厚：

由于落料凹模不是很规则的图形所以不能用公式计算根据查表可得C=30mm

凹模长度：

B=b+2c=50+30×2=110mm

凹模宽度：

L=25+30×2=85mm（送料方向）

根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模宽度取85mm，长度为110mm，所以轮廓尺寸为110mm×85mm×18mm。

根据图样工件有四个孔并且四个都是大小相等的，因此只要设计一支凸模。

为了方便，采用整体式，长度为L=凸模固定板+凹模+板料的厚度=14+18+1=33mm。

①假设考虑模具结构，选用一个圆筒形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为：

FY=FX/n=4200/1=4200N

②确定橡胶的横截面积A。

取hy=10％h0=0.1h0，查表可得p=1.1MP，则

A=4200/1.1=3818.2mm2

③确定橡胶的截面积。

假设选用直径为10mm的螺钉，取橡胶上螺钉过孔的直径d=12mm,则橡胶外径D根据

（D2-d2）/1=A

求得

D=

=78.5mm

④计算并校核橡胶的自由高度h0。

h0=（hx+hm）／0.25=40mm

因为h0/D=40/78.5=0.51＞0.5，故所选橡胶符合要求.橡胶的安装高度ha=h0-hy=40-0.1×40=36mm。

故所选橡胶的安装高度为36mm。

采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下:

H凸凹=h1+h2+h=10+14+36=60mm

式中，h1为卸料板厚度，取10mm；h2为凸凹模固定板厚度，取14mm，h为橡胶的高度，取36mm。

4.2定位零件的设计

卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为10mm，材料为45钢，淬火硬度为40-45HRC。

螺钉采用上模的4个螺钉，直径为10mm，长度为60mm的圆柱内六角螺钉：

螺钉M10×60GB70-76材料为35钢，淬火硬度28~38HRC，表面发黑处理。

卸料螺钉直径d=10mm,长度L=80mm的圆柱内六角螺钉：

圆柱内六角螺钉M10×80，JB/T7650.6材料为45钢；热处理后硬度43～48HRC。

销钉直径为8mm，长度为60mm的圆柱销：

销8×60GB119-86材料为45钢，热处理后硬度35~40HRC。

该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。

以凹模周界尺寸为依据，查表可选则模架规格如下：

导柱：

d（mm）×L（mm）分别为28mm×150mm和32mm×150mm

国标号为：

GB/T2861.1

导套：

d（mm）×L（mm）×D（mm）分别为

28mm×150mm×38mm和32mm×150mm×38mm

国标号为：

GB/T2861.6

上模座厚度H（上）取40mm，下模座厚度H（下）取45mm，上垫板厚度为H（垫）6mm。

国标分别为GB/T2855.1GB/T2855.2

结合本套模具的的具体结构，考虑工件的形状，设置一个活动挡料销。

防止料在定位时到达不了指定的位子。

第五章校核模具闭合高度及压力机

冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品质量、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关。

冲压设备的选择只要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。

冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备时主要应考虑下述因素：

（1）冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；

（2）冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的要求；

（3）冲压设备的装模高度、工作台面尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具；

（4）冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。

根据总冲压力F总＝130（KN），模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结合现有设备,选用J23-25开式双柱可倾压力机（一般冲裁时压力不应超过压力机公称压力的80％）。

其主要工艺参数如下:

公称压力：

250KN

滑块行程：

65mm

最大闭合高度：

270mm

闭合高度调节量：

55mm

工作台孔径：

370mm×560mm

模柄孔尺寸：

40mm×60mm

校核模具的闭合高度H=185mm﹤270mm

所以该压力机能满足使用要求。

第六章绘制模具装配图及零件图

装配图如下图所示：

零件图如下图所示：

冲孔