冲裁模具课程设计说明书.docx

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冲裁模具课程设计说明书

课程设计（说明书）

题目:

冲裁模设计

学生姓名：

学号:

完成日期：

2012年5月30日

第一章设计任务.................................................................................3

第二章确定工艺方案及模具结构形式...............................................3

2.1冲压工艺分析.............................................................................3

2.2冲压工艺方案的确定.................................................................4

第三章模具总体结构的设计..............................................................4

3.1模具类型的确定...........................................................................4

3.2定位方式的选择...........................................................................5

3.3卸料装置的选择...........................................................................5

3.4导向装置的确定...........................................................................5

第四章排样图设计..............................................................................5

4.1排样相关尺寸的计算..................................................................5

4.2绘制排样图.................................................................................5

第五章主要工艺计算..........................................................................6

5.1压力中心的计算..........................................................................6

5.2冲压力的计算.............................................................................6

5.3工作零件刃口尺寸计算..............................................................8

第六章主要零件结构尺寸的设计......................................................9

6.1凹模结构的设计.........................................................................9

6.2凸模结构的设计.........................................................................11

6.3定位零件的设计........................................................................15

6.4卸料装置的设计........................................................................15

6.5销钉和螺钉的设计......................................................................15

6.6模柄的确定................................................................................15

6.7矩形垫板的确定........................................................................15

6.8弹性卸料装置的确定.................................................................16

6.9矩形固定板的确定....................................................................16

6.10导料板的确定…………………………………………………..16

第七章模架及其它零件的设计.........................................................18

第八章冲压设备的选用......................................................................19

8.1压力机的选择.............................................................................19

8.2模具的闭合高度的计算.............................................................20

第九章固定方式的确定......................................................................20

9.1凸和凹模的固定........................................................................20

9.2确定装配基准.............................................................................20

第十章绘制模具装配图...........................................................................21

结束语………………………………………………………………………..23

参考文献…………………………………………………………………………24

第一章设计任务

冲压工艺及模具设计

材料：

Q235厚度：

3mm

图1零件图

第二章确定工艺方案及模具结构形式

2、1冲压工艺分析

该该零件材料为Q235，料厚为3mm，制件的尺寸精度为IT7级，生产批量为中批量。

其结构简单，形状对称,尺寸较小，设计该零件的冲裁模。

冲孔时有尺寸φ4.20+0.08根据课本P67页知冲孔时,因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小。

冲孔的最小尺寸取决于材料性能，凸模的强度和模具结构等。

根据表3-3可查得圆形孔最小值得d=0.9t=0.9×3=2.7mm<φ4.20+0.08所以满足工艺性要求.

2零件尺寸精度

工件结构相对简单，只有落料和冲孔两个工序。

将外形视为落料，需要冲的孔有1个，为Ф4.2mm，零件尺寸公差除Ф4.2接近于IT16级以外，其余尺寸均低于IT7级，亦无其他特殊要求。

通过查阅冲裁件尺寸公差表可知，利用普通冲裁方式可达到零件图样要求。

3材料

该零件材料为Q235，抗剪强度303~372Mpa，伸长率26%~31%，此材料具有良好的弹性和塑性，其冲裁加工性较好。

综上所述，此零件可用冷冲压加工成型。

2、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，可以有以下三种工艺方案：

1方案一：

先落料，后冲孔，采用单工序模生产。

2方案二：

落料冲孔复合，采用复合模生产。

3方案三：

先冲孔再落料，连续冲压，采用级进模生产。

进行比较：

方案一模具结构简单，但需两道工序和两副模具，成本较高，而生产效率低。

方案二只需要一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但工件最小壁厚3mm小于凸凹模许用的最小壁厚3.2mm，模具强度较差。

方案三生产效率高，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，同时考虑到加工的经济性。

该件的冲压生产采用方案三为佳。

第三章模具总体结构的设计

3、1模具类型的确定

由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，选用冲孔落料级进模。

3、2定位方式的选择

因为该模具选用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。

控制条料送进步距采用挡料销，而第一次冲压的位置因为条料长度有余量，所以可采用目测来定。

3、3卸料装置的选择

该模具采用级进模，材料厚度为3mm，由后面算出的冲裁力较大，拟选择固定卸料、下出件，采用固定卸料装置。

3、4导向装置的确定

为了提高模具的寿命和工件的质量，方便安装和调整，该级进模采用导柱来导向，同时考虑到进料的方便性，所以应采用导向平稳的对角导柱模架。

导柱采用滑动型。

第四章排样图设计

4、1排样相关尺寸的计算

排样采用如图所示的直对排方法。

搭边值a1取2.5mm，a取2.8mm，条料宽度为B=[D+2（a+δ+c]=41.2mm，步距为S=22.5mm，一个步距的材料利用率为65.95%（计算见表2）。

4、2绘制排样图

计算材料利用率η材料利用率计算的通用公式η=nA/BS×100％

式中A——冲裁件面积；

n——一个进距内冲件数目；

B——条料宽度（mm）；

S——进距（mm）。

采用直对排排样方式。

图2零件排样图

第五章主要工艺计算

（1）冲裁力根据零件图,用CAD可计算出冲一次零件内外周边之和L=114.85mm（首次冲裁除外）,又因为τ=160Mpa，t=3mm，取K=1.3，则根据式3-18，F=KLtτ=1.3×114.85×3×160=71.6664KN

卸料力:

查表3-16,取K卸=0.06,则F卸=K卸×F=0.06×71.6664=4.KN

推件力:

由表3-28,根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h≥8mm，为了修模时能保证模具仍具有足够的强度，所以直壁高度取h=8+6=14mm，故n=h/t=14/4=3.5，查表3-16，取K推=0.09,

F推=nK推F=3.5×0.09×471.99=148.68KN。

由于采用固定卸料和下出件方式，所以

F∑=F+FT=148.68+471.99=620.67KN

由式3-23应选取的压力机公称压力为:

P0≥（1.1～1.3）F∑=（1.1～1.3）×620.67=682.74KN

因此可选压力机型号为JD21-80。

5、1压力中心的计算

建立坐标系如下图。

由AutoCAD画出排样图，由软件计算可得零件的压力中心为（0，1.1275），冲孔的压力中心为（67.3866，50），（67.3866，0），（67.3866，-25）在整个级进冲裁模的压力中心为（32.93，0.2）不会超过模柄的面积之外。

5、2冲压力的计算

冲裁力F冲——由落料时的冲裁力F1和冲孔时的冲裁力F2组成。

冲裁力可由公式F=KLtτb计算

式中K——系数，K=1.3；

L——冲裁周边长度（mm）；

τb——材料的抗剪强度（Mpa）；

t——材料的厚度（mm）。

推件力FT=nKTF；

式中KT——系数，由文献[1]中表2-11可得KT=0.045；

冲压工艺总力Fz=F+FT

计算结果见下表

图3压力中心图

条料及冲压力的相关计算

项目分类

项目

公式

结果

备注

排样

冲裁件面积A

A的面积由AutoCAD计算算出

1421.8mm2

查表2-5得，最

小搭边值

a=1.8mm，a1=2.2mm

条料宽度B

B=96.4+0.5

96.9mm

步距S

S=67.39

67.39

一个步距的材料利用率η

η=nA/SB×100%

43.5%

冲压力

冲裁力F

F=KLt

b=1.3×320.67×3×337.5

N

L=320.67mm;K=1.3

b=337.5MP

推件力FT

FT=nKTF=5×0.045×

94968N

查表2-11得

KT=0.045

冲压工艺总力F

Fz=F+FT

=+94968

517KN

固定卸料，

下出件

冲压设备拟选JB23-63。

5、3工作零件刃口尺寸计算

由于材料较厚，模具间隙较小，故凸、凹模采用分开加工为宜。

表2工作零件刃口尺寸计算（单位：

mm）

项目

直径（尺寸）

凸模尺寸

凹模尺寸

校核

冲孔

符合

符合

符合

落料

符合

符合

符合

符合

符合

参考公式:

落料:

冲孔:

校核：

δ

+δ

<=Z

-Z

相关表格：

见参考文献[1]2-102-112-122-13

第六章主要零件结构尺寸的设计

6、1凹模结构的设计

1.凹模外形尺寸的确定与选择

凸模和凹模刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度，模具的合理间隙值也是靠模具的刃口尺寸和公差来保证，因此要进行刃口相关尺寸的计算。

因工件结构相对简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、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。

凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直，凹模的底面与顶面应保持平行。

为了提高模具寿命与冲裁件精度，凹模的底面和型孔的孔壁应光滑，表面粗糙度为Ra=0.8～0.4um。

底面与销孔的Ra=1.6～0.8um。

凹模采用矩形板状结构和直接用螺钉、销钉与下模座固定的方式。

因冲裁件的批量为大中型，考虑凹模的磨损和保证冲裁件的质量，凹模刃口采用直刃结构，刃壁高度取15mm，漏料部分沿刃口轮廓适当扩大。

凹模可采用整体凹模板，其轮廓尺寸可按公式2-45计算：

凹模厚度H=K1K2（0.1F）1/3=1.3×1.37×（0.1×）1/3mm=62mm式中K1取1.3，K2=1.37（查课本表2-19）但考虑到凸模和固定板的长度取H=62mm。

沿送料方向的凹模型孔壁间最大距离为l=125mm

垂直于送料方向的凹模型孔壁间最大距离为b=96.9mm

凹模壁厚c取50mm（课本表2-18）。

凹模长度L=l+2c=（125+2×50）mm=225mm取200mm。

凹模宽度B=2c+b=2×50+96.9mm=196.9mm取200mm。

查GB2858.1-81

凹模轮廓尺寸为200mm×200mm×62mm。

凹模采用Cr12MoW加工，要求淬火达到58~62HRC。

图4凹模结构图

6、2凸模结构的设计

凸模采用台阶型，一方面便于加工，另一方面又便于装备和更换。

凸模长度可根据H=H1+H2+H3+T=36+10+8+（15～20）=69～74mm尺寸与结构如下图。

凸模采用Cr12MoW加工，要求淬火达到58~62HRC。

头部回火同样达到40~50HRC。

考虑到最小凸模直径为4mm的冲孔凸模进行强度刚度校核。

（1）凸模最小直径的校核

由于d>1.3t（其中d=4,t=3），故不需校核。

（2）凸模最大自由长度校核（稳定性校核）

凸模最大自由长度L应满足

L<=90d2/（F）1/2=90×42/（1.3*3.14*4*3*337.5）1/2=11.2mm

即小冲孔凸模工作部分长度不能超过11.2mm。

取10mm。

冲孔凸模：

落料凸模：

图5凸模结构图

6、3定位零件的设计

在凹模板上设置一个固定挡料销，挡料销采用标准件A10JB/T7649.10。

材料45钢热处理43~48HRC按JB/T7653-1994的规定。

导正销选用标准件B型导正销：

25×19.88×63JB/T7647.2材料：

9Mn2V热处理硬度52-56HRC，技术条件：

按JB／T7653—1994的规定。

6、4卸料装置的设计

卸料板周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为10mm。

卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40~45HRC。

6、5销钉和螺钉的设计

为了便于安装和定位，防止下模座和凹模板和导料板的位置发生移动，所以定位采用4个销钉，销钉采用标准件GB/T117-86A8×110。

同理凸模和固定板跟上模座也采用4个销钉，销钉采用标准件GB/T119-86A8×70。

6、6模柄的确定

通过查找手册确定选用凸缘式模柄，查表5-51《冷冲压模具设计指导》[1]

模柄的尺寸如下

d=50m极限扁差+0.050,-0.050

D=61mm

材料为Q235-A·F压入式模柄的A型模柄50*120，JB/T7646.1的规定。

6、7矩形垫板的确定

矩形垫板周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为8mm。

垫板采用45钢制造，淬火硬度为40~45HRC。

垫板200×200×8-45钢JB/T7643.2。

技术条件：

按JB/T7653—1994的规定。

6、8卸料装置的确定

本例采用固定卸料板，固定卸料板装于下模，具有卸料力大、工作可靠、模具安装方便等特点；但是冲裁时卸料板压不住材料，冲出的工件平整度差。

采用45钢制造。

固定卸料板与凸模的间隙一般为0.2～0.6mm，本例间隙值取0.5mm。

固定卸料板的外形尺寸与凹模外形一致。

厚度直接查表为10mm.成形孔基本与凹模刃口的形状相同。

固定卸料板的尺寸为200×200×10，如图6所示。

6、9凸模固定板的确定

矩形固定板周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为20mm。

固定板采用45钢制造，淬火硬度为40~45HRC。

固定板200×200×20，材料45钢JB/T7643.2。

技术条件：

按JB/T7653—1994的规定。

如下图7所示。

6、10导料板的确定

导料板内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取0.5mm

导料板厚度取8mm，采用45钢制作，热处理硬度HRC40~45，用螺钉和销钉固

定在凹模上。

图6卸料板结构图

图7凸模固定板

第七章模架及其它零件的设计

一般根据凹模，定位和卸料装制的平面布置，来选择模座位的形状和尺寸。

该模对角导柱形式，查《模具制造与设计简明手册》[3]选择模架规格为200×200×220~265mm，，零件精度要求不高，采用Ⅰ级模架精度。

上模座尺寸200×200×50mmGB/T2855.1

下模座尺寸200×200×60mmGB/T2855.2

外型尺寸L=200mmB=200mm

导柱的型号为A32×210，A35×210GB/T2851.1-1990

导套的型号为32×115×48，35×115×48GB/T2851.1-1990

为了方便安装，上模垫板、凸模固定板外围尺寸应和凹模一样200×200，垫板厚度H取8mm，凸模固定板厚度H取20mm。

第八章冲压设备的选用

8、1压力机的选择

压力机对模具寿命的影响也不容被忽视。

压力机在不加载状态下的精度称为静精度，加载状态下的精度称为动精度。

当压力机的动精度不好时，就等于精度不好的压力机进行冲压加工。

由于测量动精度很困难，目前还没有压力机动精度的标准，生产厂家也只保证压力机的静精度。

因此压力机的动精度一般只能根据其静精度的好坏、框架结构形式和尺寸以及对压力机生产厂家的信任程度来推断。

根据以上原因和总的冲裁力必须小于或等于压力机的公称压力，故选压力机型号为JB23-63其技术规格如下:

公称压力630KN

滑块行程120mm

最大封闭高度360mm

最大装模高度250mm

工作台尺寸前后480mm

工作台尺寸左右710mm

8、2模具的闭合高度的计算

冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离H。

冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。

压机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上平面间的距离。

当连杆调至最短时为压机的最大装模高度Hmax；连杆调至最长时为为最小装模高度Hmin。

冲模的闭合高度H应符合关系：

Hmax-5mm≥H≥Hmin+10mm260-5>H>220+10

根据H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-H2=50+8+70+62+60-2=248mm。

式中L---凸模长度，H---凹模厚度，H2—凸模进入凹模厚度

如果冲模的闭合高度大于压力机最大装模高度时，冲模不能在该压力机上使用。

反之小于压力机最小装模高度时，可加经过磨平的垫板使用。

第九章固定方式的确定

模柄采用压入式模柄，由防转销紧固在上模座上。

9、1凸模和凹模的固定

本模具采用台阶式凸模，凸台镶嵌在凸模固定板上，而凸模固定板，垫板和卸料板用螺纹与销钉紧固在上模座上。

螺钉规格为M8×60

9、2确定装配基准

首先确定凹模在模架中的位置，安装凹模组件，确定凹组件在下模座的位置，然后用螺钉和销钉将凹模和导料板固定在下模座上。

冲裁模具材料的选取：

可查《冷冲压模具设计指导》表8-8和8-9：

凸模的材料为Cr12MoW，凹模的材料为Cr12MoW，热处理硬度为58-62HRC，垫板、凸模固定板、凸模固定板的材料的45钢，热处理硬度为HRC43-48。

冲裁模的常用配合：

①H6/h5的间隙定位配合，导柱和导套的配合。

②H7/r6的过度配合，用于较高的定位，凸模与固定板的配合，导套与模座，导套与固定板，模柄与模座的配合。

H7/m6的过度配合，能以最好的定位精度满足零件的刚性和定位要求，凸模的固定导套与模座的固定、导柱与固定板的固定。

第十章绘制模具装配图

结束语

通过几天的模具设计，综合运用所学课程理论和生产实际知识，进行了一次冷冲压模具设计工作，不但培养和提高了独立思考能力，还巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，熟悉了冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能，懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，本人在多方面都有所提高，受益匪浅。

设计过程是体现学生单独设计能力及综合运用知识的能