模具课程设计限位板冲裁模具设计.docx

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模具课程设计限位板冲裁模具设计

一、设计课题_________限位板冲裁模具设计_____________

二、设计工作自_2016年7月_14_日起至_2016_年7月_18_日

三、设计进行地点：

___CAD/CAM机房______________

四、课程设计的内容要求：

1.对教师指定的冲压件进行工艺设计，包括工艺分析及方案选择、工艺计算、模具结构形式的确定、压力机的选定；

2.完成一套冲模的设计，包括确定模具结构尺寸、绘制该冲模的总装配图和主要零件图；

3.编写冲压工艺卡；

4.编写设计计算说明书（20～25页）。

现代制造工程系模具教研室

2016.7.18

设计任务

课程设计的目的和要求

一、目的

1.具体应用和巩固本课程及有关先修课的基础理论和专业知识，了解冲压工艺及模具的设计方法和步骤，培养学生的初步设计能力，为毕业设计打基础。

2.独立地解决在制定冲压工艺规程和设计冲模中的问题，会查阅技术文献和资料，全面考虑设计内容及过程，培养学生分析问题和解决问题的能力。

课程设计是教学过程中的一个重要环节，必须认真对待。

二、要求

在课程设计中要求学生注意培养认真负责，踏实细致的工作作风和保质保量，按时完成任务的习惯。

在设计过程中必须做到：

1.及时了解有关资料，作好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性；

2.要求计算正确，结构合理，图面整洁，图样及标注符合国家标准；

3.设计计算说明书要求文字通顺，排版整齐，其中的图表等不准徒手画；

4.按计划循序进行，时间为1周（5个工作日），具体时间、地点安排见下表：

时间

内容

周一：

1、23、4节

设计指导、布置题目、收集资料

周二：

1、23、4节

工艺计算、结构草图

周三：

1、23、47、8节

绘制装配图

周四：

1、25、67、8节

绘制零件图

周五：

1、23、45、67、8节

编写设计说明书

地点：

数控中心CAD/CAM机房周五6点半之前必须交课程设计说明书

三、设计前的有关事宜和注意事项

1.设计前必须预先准备好设计资料，手册，图册，计算器等；

2.设计前应对课程设计的原始资料进行详细了解和分析研究，明确设计要求和内容后再进行设计工作。

原始资料包括：

零件图，生产纲领，原材料牌号与规格，现有冲压设备的型号与规格等；

3.按时到规定的教室设计，不得在寝室或其他地方设计；

4.画出的模具结构草图经指导教师认可后方能绘制正式装配图及零件图；

5.设计图纸和设计计算说明书呈交指导教师。

1、设计任务书及产品图

2、目录

3、序言

4、设计计算说明书

（1）零件的工艺性分析

（2）冲压零件工艺方案的拟定

（3）排样形式和裁板方法，材料利用率计算

（4）工序压力计算，压力中心的确定，压力机的选择

（5）模具类型及结构形式的选择

（6）模具零件的选用、设计以及必要的计算

（7）模具工作零件刃口尺寸及公差的计算

（8）对本设计在技术上和经济上的分析

5、其它需要说明的内容

6、总结（致谢）

7、参考资料

序言

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、机械工程材料专业基础课之间的联系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，非常感谢苏新义，顾豪老师的指导，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。

课程设计计算说明书

设计

计算内容

计算及说明

结果

（1）零件工艺性分析

1.材料分析

2.结构分析

3.精度分析

4.结论

工件为如图所示的落料冲孔件，材料为Q235，料厚t=6mm生产批量为大批量。

工艺性分析内容如下：

Q235普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。

从零件图可知，零件结构简单左右对称，无尖角，对冲裁加工较为有利。

零件中有一孔，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为6.88mm，满足冲裁件最小孔边距lmin≥1.5t=2.25mm的要求。

所以，该零件的结构满足冲裁的要求。

零件上尺寸未标注公差要求，对于未标注公差尺寸按IT14精度等级查补。

外形尺寸R220-0.52R40-0,3180-0.43

内形尺寸￠300+0.52孔高尺寸530-0.74

外形尺寸

R220-0.52R40-0,3180-0.43

内形尺寸

￠300+0.52孔高尺寸530-0.74

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设计

计算内容

计算及说明

结果

（2）冲压零件工艺方案的拟定

由以上分析可知，该零件可以用连续冲裁的加工方法制得。

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

2）提出可能方案冲裁该零件，所需工序有：

（a）落料（b）冲直径30mm的孔

根据以上工序，可以有如下方案

方案一：

采用两套单工序模生产。

采用单工序模生产方式先落料，后冲孔。

该方案模具结构简单，需要两道工序，两幅模具才能才能完成零件的加工，生产效率低，生产过程由于零件较小，操作也很不方便。

方案二：

落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。

该只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。

尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状较简单，模具制造并不困难。

方案三：

冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。

也只需一副模具，生产效率也很高，但与

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设计

计算内容

计算及说明

结果

（3）排样形式和裁板方法，材料利用率计算

方案二相比为保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。

通过对上述三种方案的综合比较，选用方案二为该工件的冲压生产方案。

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。

搭边值a和a1的数值查表计算.

a=4.2（mm）a1=3.6（mm）

a=4.2mma1=3.6mm

课程设计计算说明书

设计

计算内容

计算及说明

结果

（4）工序压力计算，压力中心的确定，压力机的选择

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=74.2mm

条料宽度：

B=D+2a=（18+56）+2×4.2=82.4mm

（3）计算利用率

选择的排样方式如图所示：

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=58.08％

材料利用率：

η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％=58.08％

普通平刃冲裁模，其冲裁力P一般可按下式计

A=74.2mm

B=82.4mm

工件的实际面积：

F=3361.40

F0=6114

材料利用率：

η＝58.08％

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设计

计算内容

计算及说明

结果

算：

FP＝tLτ

材料抗剪强度：

由表查出τ=304～373MPa，取τ=345MPa。

冲孔边缘:

L1=π×30=94.2mm

落料边缘：

L2=π×22+2×（53-18-4）+π×4+π×18+2×（22+4）=252.16mm

冲孔力：

F1=KL1tτ=1.3×94.2×6×345=253.5kN

落料力:

F2=KL2tτ=1.3×252.16×6×345=678.6kN

冲裁力：

F0=F1+F2=678.6+253.5=932.1kN

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=1211.73kN

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刮下，

冲孔边缘:

L1=94.2mm

落料边缘：

L2=252.16mm

冲孔力：

F1=253.5kN

落料力F2=678.6kN

冲裁力：

F0=932.1kN

F=1211.73kN

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设计

计算内容

计算及说明

结果

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。

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：

卸料力FＱ＝ＫFＰ

推料力FＱ1＝nＫ1FＰ

顶件力FＱ２＝Ｋ２FＰ

推件力：

系数K推=0.05，n=h/t=6/6=1

FQ1=nKF=1×0.05×1211.73=60.6kN

卸料力：

系数K卸=0.045，

FQ=KF=0.045×1211.73=54.5kN

顶件力：

系数K顶=0.04

FQ2=0.04×1211.73=48.5kN

计算压力中心，应先画出凹模型口图，如图所示。

在图中将xOy坐标系建立在如图所示的位置上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1～L9基本线，

FQ1=60.6kN

FQ=54.5kN

FQ2=48.5Kn

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设计

计算内容

计算及说明

结果

每条线都要计算出线总长度、力的作用点到x轴的距离及到y轴的距离。

L1、L3、L4、L6、L7是圆弧，其力在x方向的作用点可从有关手册中查出，位于距圆心RS/b处,其中R为半径，S为弦长，b为弧长；L2、L5、L9是直线，力的作用点位于直线中间；L9由1个￠30mm的圆组成，力的作用点位于￠30mm的圆心。

有关数据计算结果列于下表中。

代入压力中心计算公式求得该模具的压力中心点（X0，Y0）的坐标

X落=（L1x1+L2x2+…+L10x10）/（L1+L2+…+L10）=0mm

Y落=（L1y1+L2y2+…+L10y10）/（L1+L2+…+L10）=21.51mmY冲=91.6mmX冲=44mm

X落=0mm

Y落

=21.51mm

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结果

X0=F冲Y冲/（F冲+F落）=24.91mm

Y0=（F落Y落+F冲Y冲）/（F冲+F落）=27.63mm

落料压力中心数据表

基本要素长度L/mm

各基本要素压力中心的坐标值

X

Y

L1=69.08

0

58.01

L2=31

22

28.5

L3=6.28

23.71

9.4

L4=28.26

31.73

0

L5=52

0

-9

L6=28.26

-31.73

0

L7=6.28

-23.71

9.4

L8=31

-22

28.5

合计252.16

0

21.51

冲孔压力中心数据表

L9=94.2

91.6

44

合计94.2

91.6

44

模具总压力中心数据表

合计346.36

24.91

27.63

X0=

24.91mm

Y0=

27.63mm

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结果

（5）模具类型及结构形式的选择

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=932.1kN+54.5+48.5kN=1035.1kN

根据标称压力等参数查表得，可初选压力机为：

JH23-125其闭模高度最大为480mm，又由落料凸凹模标准查得，高度为101mm，符合要求，如下图

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

Fp总＝

1035.1kN

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结果

（1）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

（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

模架的形式选择后侧导柱模架

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结果

（6）模具零件的选用、设计以及必要的计算

（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。

1.定位零件

模具上的定位零件的作用是将毛坯和半成品在模具上能够正确的定位，根据毛坯的形状，尺寸，模具的结构形式可选以下定位零件：

导料板：

用于条形料的送料，条料靠在一侧的导料板，沿着设计的方向送料。

定位销：

为上下模座定位，保证冲裁精度。

2.卸料和压料零件

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计算及说明

结果

（1）卸料板

如图，为固定卸料板，适用于设计冲裁件卸料，作用为当凸凹模完成一次回程时，阻挡余料，使其脱落，卸料班为45钢，热处理为淬火硬度HRC40～50。

（2）顶件杆

顶件杆取直径5～10mm，其与凹模内壁的间隙不宜过大，一般取0.1～0.2mm，但不小于0.05mm，顶件板的材料为45钢。

3.紧固零件

（1）沉头螺钉：

装配图中17，用于固定导料板。

（2）螺钉：

装配图中的8，11，20用于固定模具固定板，从而固定凸凹模和凹模，保证冲裁精度。

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结果

（7）模具工作零件刃口尺寸及公差的计算

（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。

而冲孔凸模则选择用台阶式凸模如下图：

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结果

（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，如图所示，凹模长度应该为：

L＝h1＋h2＋h3＋（15～20）mm

（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

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计算及说明

结果

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）。

设计的为复合模和上出件的冲裁模用a）型，洞口的主要参数可查下表，

得到：

a=30`β＝３°、h＝10mm。

表1-13

洞口的主要参数

板料厚度t/mm

a

β

h/mm

≤0.50

15`

2°

≥4

0.5～1

15`

2°

≥5

1～2.5

15`

2°

≥6

≥2.5

30`

3°

≥8

a=30`

β＝３°

h＝10mm

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计算内容

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结果

2.凹模的外形尺寸

凹模的外形一般有矩形与圆形两种。

凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。

凹模的外形尺寸一般是根据被冲压材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定如图所示凹模厚度H＝Kb（≥15mm）

凹模壁厚c＝（1.5～２）H（≥30～４0mm）

式中b为冲裁件的最大外形尺寸；K是考虑板料厚度的影响系数。

查下表，根据凹模壁厚即可算出其相应凹模外形尺寸的长和宽，然后可在冷冲模国家标准手册中选取标准值。

查的：

K=0.5

凹模厚度：

H＝Kb=0.5×73=36.5mm（≥15mm）

凹模壁厚：

c＝（1.5～2）H=（54.75～73）mm（≥30～40mm）

凹模厚度：

H＝36.5mm

凹模壁厚：

c＝（

54.75～73）mm

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计算内容

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结果

其它需要说明的内容

b

材料厚度t

≤50

50～100

100～200

＞200

0.5

1

2

3

＞3

0.3

0.2

0.15

0.1

0.35

0.22

0.18

0.12

0.42

0.28

0.2

0.15

0.5

0.35

0.24

0.18

0.6

0.42

0.3

0.22

1.清洗压力机滑块底面，工作台和垫片平面及上下模座的顶面和底面。

2.降冲模置于压力机工作台或垫片上，移至近似工作位置。

3.观察工件或废料能否落下。

4.用手搬动飞轮或压力机的寸装置，是压力机滑块逐渐降至下极点。

在滑块下降过程中移动冲模，以便模柄进入滑块中的模柄孔内。

5.调节压力机至近似的闭合高度。

6.安装固定下模的压板，垫块和螺栓，但不拧紧。

7.紧固上模，确保上模顶部与滑块底面贴近无缝隙。

8.紧固下模，逐次交替拧紧。

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计算内容

计算及说明

结果

9.调整闭模高度，使凸模进入凹模。

10.块，在个滑动部分加润滑剂，确保导套上部出气槽畅通。

11.冲，观察毛刺以判断间隙是否均匀。

滑块寸动或手搬使飞轮移动。

12.油，用规定材料试冲若干件，检查冲件质量。

13.调试送料和出料装置。

14.再次试冲

15．安装安全装置

模具设计小结

本次的课程设计是正如老师所说的那样，是毕业设计前的一个热身练习。

此次的设计不说是很难很累什么的，因为在《冷冲压工艺与模具设计》课本中有冲压模具设计的一般步骤、模具零件加工工艺规程的制定、模具的设计实例和在我校图书馆借阅的有关冲压模具的设计实例，可以为我们的设计提供一步步的导向作用，这次是摸着拐杖过河。

相比以往的机械设计课程设计、模具制造技术的课程设计我觉得此次的课程设计较以往的有很大的不同；首先，在设计的前期你必须要对你所要进行的设计的零件进行全方位的分析如：

零件的材料、零件的厚度、零件的尺寸精度、生产的批量要求等分析；其次，还要对零件有一些基本的认识。

再者，在绘制模具总装图时应清楚地表达出各个零件之间的装配关系以及固定连接的方式。

在画图无论是零件图还是装配图时我们都力争以最少的图来最清楚的表现各自的要求。

通过模具课程设计，我进一步巩固了模具理论知识识。

并且也加深了相关理论知识的认识。

同时熟练掌握了专业工具书的使用方法。

在整个过程中，增强了自己的动手能力及独立思考解决问题的能力。

当然，由于我能力有限及缺乏生产实际经验，该设计难免存在不足之处。

希望老师对此提出批评意见，万分的感谢。

参考资料：

1.杨关全，匡余华，《冷冲压工艺与模具设计》，《冷冲模资料与指导》（第二版）。

大连，大连理工大学出版社

2.陶春生，《模具设计与制造》，长沙，国防科技大学出版社

3.史铁梁，《模具设计与指导》，北京，机械工业出版社

4.邓明，《实用模具设计简明手册》北京，机械工业出版社