冲压件模具设计

1、报告（论文）题目: 作者所在系部： 作者所在专业： 作者所在班级： 作者组别：. 作者学号：.指导教师姓名： 完成时间：课程设计报告（论文）冲压模具设计材料工程系材料成型与控制工程B10811第6组201040811:34.35.37.201040811:38.39.40.张晗2012年10月北华航天工业学院教务处制i冲压模具在实际工业生产中应用广泛。 通过对给定冲压件进行工艺分析，确 定冲裁工艺方案，并经过分析、计算和查阅有关数据设计冲压模具， 最后再进行 论证分析，进行必要的校核，从而完成整套冲压模具的设计流程。关键字：冲压模具 工艺分析 设计摘 要I1. 绪论-1-1.1冲压的特点-1-

2、1.2冲压的基本工序及模具 -1-2. 零件的工艺性分析-2-2.1冲裁件的结构分析 -2-2.2冲裁件的材料分析-2-2.3冲裁件的精度与粗糙度 -2-2.4确定工艺方案 -3-2.4.1确定排样方式和材料利用率 -3-2.4.2 确定工艺方案 -4-3. 冲压模具工艺与设计计算 -5-3.1 计算毛坯尺寸 -5-3.2排样设计与计算 -5-3.3凸凹模刃口尺寸计算 -6-3.3.1冲孔凸凹模刃口尺寸 -6-3.3.2落料凸凹模刃口尺寸 -7-3.4计算压力中心-8-3.5初选压力机-9-3.5.1计算冲裁力-9-3.5.2 初选压力机 -9-4. 冲压模具整体结构设计 -10-4.1凸凹模

3、结构设计 -10-4.1.1凹模设计-10-4.1.2导料与卸料零件的设计 -11-4.1.3凸模设计-12-4.2 操作与定位方式 -12-4.3模架的选取-13-4.4冲压模具的装配图 -13-5. 模具的校核-14-5.1卸料弹簧的校核 -14-5.2压力机的校核 -14-5.3凸模的强度校验-15-参考文献-17 -III冲压模具课程设计1. 绪论1.1 冲压的特点冲压是利用安装在冲压设备 （主要是压力机） 上的模具对材料施加压力， 使 其产生分离或塑性变形， 从而获得所需零件 （俗称冲压或冲压件） 的一种压力加 工方法。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一， 隶属于材料成型工程

4、 术。与机械加工及塑性加工的其它方法相比， 冲压加工无论在技术方面还是经济 方面都具有许多独特的优点。主要表现如下 :（1） 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化； （2）冲压件的表面质量好 ,模具的寿命较长 ,冲压的质量稳定 , 互换性好； （ 3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，加上冲压时材料的冷 变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高；（ 4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备， 因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工 业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部

5、件，如汽车、农机、仪器、仪表、电 子、航空、航天、家电及轻工等行业。1.2 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多， 各类零件的形状、 尺寸和精度要求又各不相 同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。 概括起来， 可分为分离工 序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形 状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破 裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序， 按基本变形方式不同又可分为冲裁、 弯曲、 拉深和成形四种 基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中， 当冲压件的生产批量较大

6、、 尺寸较少而公差要求较小时， 若 用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。 这时在工艺上多采用把两 种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成， 组合的方法不同， 又可将其分 为复合、级进和复合 - 级进三种组合方式。2. 零件的工艺性分析设计该零件的冲裁模，冲压件图如下图所示 材料：Q235，t =0.6mm。20Iu11 I*25tt2.1冲裁件的结构分析该件材料较薄，零件外形对称，结构较为简单，无凹陷或其它形状突变，系 典型的板料冲裁件，因此可以用冲裁方法生产。2.2冲裁件的材料分析该件的材料为Q235是普通的碳素结构钢，料厚为0.6mm具有良好的可冲 压性。2.3冲裁件的精度

7、与粗糙度冲裁件的经济公差等级不高于IT14级,一般落料公差等级最好低于IT10级, 冲孔件公差等级最好低于IT9级，由于此冲裁件并没有特殊的尺寸精度要求，因 此可用一般精度的冲裁，普通冲裁可以达到要求。又该冲裁件没有断面粗糙度的 要求,可以不必考虑。2.4确定工艺方案由于此工件采用单工序模会明显增加工艺成本，故不予考虑单工序模的冲裁 方法，以下仅从复合模和级进模的角度进行分析，从而确定最佳工艺方案。2.4.1确定排样方式和材料利用率考虑到无废料排样和少废料排样均会对冲件质量产生较大的影响， 经初步分 析，确定有三种排样方式，如下图所示。查表得：条料横搭边值ai=1.8mm工件间纵搭边值a2=1

8、.5mm因此三种排样方式的材料利用率A1 100%由公式 A可知，计算一个步距的利用率，分别为62% 61% 62%材料利用率62%材料利用率61%L«材料利用率62%其中，第一种和第三种排样方式利用率相同，第二种和第三种排样都为复 合模排样，现在只需对第一种和第三种的排样方式进行比较。现对其分析如下：级进模：优点：级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较 高，便于操作和实现生产自动化。缺点：级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。适用：生产批量大、精度要求较高、需要多工序冲裁的小零件，大批量小型 冲压件。复合模：优点：生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度

9、高， 板料的定位精度 要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。缺点：结构复杂，制造精度要求高，成本高。适用：生产批量大、精度要求高的冲裁件。通过上述的分析可知，我们初步选择级进模，即选择第一种排样方式。2.4.2确定工艺方案该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁方案有单工序冲裁， 复合模冲裁和级进模冲裁。采用单工序须要模具数量较多，生产率低,所用费用也 高,不合理；若采用复合冲，可以得出冲件的精度和平直度较好，生产率较高，但因 零件的精度无特殊要求，且复合模加工难度较高，故可不采用复合模；用级进模冲裁时,生产率高,操作方便,通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具 强度不够的问题，根

10、据以上分析，该零件采用级进模冲裁工艺方案3. 冲压模具工艺与设计计算根据零件的冲裁工艺方案，采用级进冲裁模.3.1计算毛坯尺寸由图及计算可知，L= (l 2-2R1) X 2+ (l 1-2R1) X 2+2 二 R2+2-：尺=(25-3 X 2) X 2+( 35-3 X 2)X 2+5X 3.14 X 2+3X 3.14 X 2=146.27mm3.2排样设计与计算前面已确定了排样方案，现对其进行必要的计算。Tnjr图3-2 (直排)对图3-2有：查表 3-18，表 3-19，表 3-20 : a=1.8mm,ai=1.5mm =0.52mm Zmax=0.072mm Zmin=0.04

11、8mm由式3-13，条料的宽度：B= (Dmax+2a 二=(35+2 x 1.8)=38.6 匕駁步距:s=25+a 1 =25+1.5mm=26.5mm由零件图计算一个冲裁件的面积为 633.01mmi，一个步距内的坯料面积：B S=38.6 26.5=1022.9 mm2因此材料利用率n :n =(A/BS)100%=(633.01/1022.9)100%=62%3.3凸凹模刃口尺寸计算由于材料较薄，模具间隙较小，模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，并且 还可以放大基准件的制造公差,(一般可取冲件公差的1/4),使制造容易，因此冲 孔采用凸凹模分别加工，落料采用配作加工为宜。3.3.1冲

12、孔凸凹模刃口尺寸由于该孔为圆形，结构简单，可采用凸凹模分别加工法。计算如下：查表得：Zmax=0.072mm Zmin=0.048mm Z=Zmax-Zmin=0.024mm x=0.5mmS a=0.02mn, S t=0.02mm,由于 S a+S t=0.04 Z 贝U:S t=0.4 x Z=0.096mn, S a=0.6 x Z=0.0144mm 冲孔凸模：dt=(dmin+x *) ： = (5+0.5*0.3 ) =5.15 ,096 mm 冲孔凹模：da=(dt+Zmin) 0 A 偏差=(5.15+0.048)=5.198 00.0144 mm3.3.2落料凸凹模刃口尺寸落

13、料时应以凹模为基准件来配作凸模。计算如下：查表得： 1=0.52, 2=0.3, 3=0.02, 4=0.36, 5 =0.43, 6=0.52， x=0.5,S A = /4,A=(Amax-x ) 0 A，则:A1= (25-0.50.52 ) 0 "=24.74 00.13 mmA2= (5-0.50.3 ) 0 "=4.85 00075 mmA3= (35-0.50.62 ) /4 =34.69 00155 mmA4 = (6.5-0.50.36 ) 0 "=6.32 畀9 mmA5= (12-0.50.43) 74 =1 1.79 00.1075 mmA

14、6= (20-0.50.52 ) 0 "=19.74 00.13 00.09mm而 C=(c+0.5* ) _0.5 S A，贝U:C= (25+0.5 0.52 ) - 0.5 0.52/4=25.26 _ 0.026mmC25落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，并保证最小间隙Zmin,故在凸模上 只标注基本尺寸，不标注偏差，如下图所示:353.4计算压力中心根据排样,我们可以计算得出冲孔的压力中心，如图5-2所示先取原点在 0 处,则它们各自的压力中心分别为 A(12.5,39)，B(39,5)，C(39,30)。经过计算A，B，C的周长分别为 114.84mm 15.7mm 1

15、5.7mm 由式 3-31 得：X0 =(114.8412.5+15.739+15.7 39)/(114.84+15.7+15.7) =18丫。=(114.8417.5+15.75+15.7 30)/(114.84+15.7+15.7)=17.5故该冲裁件的压力中心为 D(18,17.5)，如下图3-4所示：图3-4压力中心3.5初选压力机3.5.1计算冲裁力根据零件图,可计算出冲裁一次时零件内外周边之和 L=146.27mm首次冲裁 除外），料厚t=0.6mm （ <0.8mm）采用弹压卸料方式。又因查表知：t =350Mpa,t=0.6mm, K=1.3,则由式 3-18 得：F=K

16、Lt t =1.3 146.27 0.6 350=39.93 KN卸料力：查表3-22,取Kx= 0.045,贝UFx=KxF=0.045 39.93=1.8 KN推件力：由表3-28根据材料厚度取凹模刃口直壁高度 h=4mm,故n=h/t=4/0.6=6.67 查表 3-22，取 Kt =0.055 则Ft=nKTF=6.67 0.055 39.93=14.65 KN由于采用弹压卸料和下出件方式，所以Fz=F+Fx+Ft=39.93+1.8+14.65=56.38KN3.5.2初选压力机由式3-23应选取的压力机公称压力为：F> （1.6 1.8）Fz=（1.6 1.8）56.38=9

17、5.8KN因此可选压力机型号为JA23-10 （开式双柱可倾式压力机），其规格如下：公称压力：100KN滑块行程：045mm最大封闭高度：180mm圭寸闭高度调节量：35mm滑块中心线至床身距离：130mm立柱距离：180mm工作台尺寸：240mm（前后）370mm左右）垫板厚度：35mm模柄尺寸：30mm 55mm4. 冲压模具整体结构设计4.1凸凹模结构设计4.1.1凹模设计凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉，销针与下模座固定的固定方式。考 虑凹模的磨损和保证冲件的质量。凹模刃口采用阶梯形刃口壁结构。由 t _1mm,h=4-5; t>1mm,h=6-8,取凹模刃口高度：h=4mm凹

18、模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸L B（长宽）及厚度尺寸H。又凹模总厚度H=ks,k取0.35 , s=35mm其范围为1520mm则H=0.35X 35=12.25，取 H=16mm凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄的中心重合。 从凹模外边缘的最短距离称为凹模壁厚C。对于简单对称形状刃口凹模，由于压力中心即对称中心，所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁 厚来确定,经过分析计算，本实验的凹模板规格为 100mX 100mm如下图所示：凹材料的选用：凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为58

19、62HRC4.1.2导料与卸料零件的设计当冲裁板料厚度不大(于小0.8mm)时，为保证冲裁件的平直度，一般采用 弹压卸料方式。该冲裁件厚度为0.6mm故采用弹压卸料板卸料。为了便于操作， 提高生产率，冲件和废料均采用顺出的出件方式。(1) 承料板： 根据 GB2865.6-81,选取规格为 LX BX H=100X 40X 4。(2) 导料板：根据凹模LX B=100X 100,查表知：有侧压装置时导料板与最宽 条料间隙Z=&由式3-14，导料板间距：A=B刃 +Z=Dmax+2a+z=35+3.6+5=43.6mm则导料板单边宽度：B1= ( B凹-A) /2=28.2mm其长度：L

20、=100+25mm=125mm故其规格为：长度L=125,宽度B1 =28.2。查表知：厚度H=4mm选用材料为A3,热处理HRC232，即导料板:125 X 28.2 X 4。(3) 设计和选用卸料与出件零件该模具采用正装式弹压卸料装置卸料，出件是以凸模往下推出即可，因此不 用设计出件装置。1) 弹压卸料板：弹压卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同，其厚度可由 经验公式知，H=0.6H凹=0.6汉16=9.6mm 取10mm卸料板的规格为：LX BX H=100X 100X 102) 卸料弹簧：此处与卸料板配合使用的弹性元件选择弹簧，数量为 6,则单个弹簧的预压力：F0=Fx/n=1.8KN

21、/6=3OON查JB 425-62弹簧规格，选取弹簧规格：25 4 55。卸料板在此起卸料和导向作用,按H7/h6配合制造，材料为Q2354.1.3凸模设计落料凸模和冲孔凸模均采用尾部带台阶的固定方法。尾部台阶直径分别为 42mm 11mm与固定板接触的中部直径为 38mm 8mm冲孔凸模因直径较小易损 坏，故按常拆结构设计。与固定板的配合分别采用H7/m6, H6/m6凸模的尺寸根据导料板尺寸、卸料板尺寸和安装固定要求尺寸以及式3-33的h，取h1520，在这里凸模固定板厚度为12 mm卸料板厚度为10mm导料板 厚度为4mm进入刃口深度1mm考虑到磨损后的修模，取修模量为 5mm故凸模的长

22、度尺寸：L=20+12+10+4+5+仁52mm.凸模材料：落料凸模对卸料板起导向作用。凸模与卸料板的间隙为0.025mm 凸模材料选用Cr12MoV4.2操作与定位方式零件中批量生产，安排生产可采用手工送料方式，且能降低模具成本，因此采 用手工送料方式。为了保证孔的精度及较好的定位， 我们采用导料板导向，为了 提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销配合使用。(1) 始用挡料销：根据导料板间距及凹模宽度，可计算导料板宽度为 28.2mm在 根据表3-32,由t=0.6mm,可得导料板厚度为4mm根据GB2866.1-81选取始用挡 料销规格长L=50mm厚度H=8m的始用挡料销装置,规格为：

23、始用挡料销规格:挡料块一50X 8 GB2866.1-81弹簧一1.0 X 10X 20 GB2089-81弹簧芯柱一6X 16 GB2866.2-81材料：块一根据表8-3,选取材料为45钢，弹簧芯柱一根据GB700-79为A3。 热处理：块一硬度HRC448。(2) 挡料销： 采用固定挡料销，由表3-32知,挡料销总高度H=13m，挡料高 度h=5mm挡料直径D=10mm固定端直径d=4mm选取材料为45钢，热处理：43 48HRC数量为1,可见标准GB2866.11-81。(3) 凸模垫板：垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力，以防止模座被挤压 损伤，因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨

24、平的垫板.垫板的外形尺寸与凸 模固定板相同,厚度可取310mm这里设计时,由于压力较大,根据GB2865.2-81 选取规格为 LX BX H=100X 100X 10。(4) 凸模固定板 : 凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致 , 厚度为凹模 的0.60.8h,h为凹模的厚度,这里取h=12mm根据核准选取板的规格为LX BXH=100X 100X 12;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,4 个螺钉与上模座连接固定 ,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致。(5) 螺钉规格的选用：根据表3-36,由凹模板的厚度可选用 M12,在根据实际要 求,查标准选用 GB 7

25、0-85 M12X70, 这里要 12个, 承料板的螺钉选用 GB 70-85 M5X 20, 这里要 2 个. 根据表 8-3, 选取材料为 45钢。(6) 销钉规格的选用 ： 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格 , 因此 根据标准选用 GB119-86 A10X70, 根据表 8-3, 选取材料为 45钢. 根据定位方式 及坯料的形状与尺寸 , 选用合适的标准定位零件。4.3 模架的选取经分析比较， 该模具采用对角式模架。 对角导柱模架既可以横向送料， 又可 以纵向送料，适于各种冲裁模，特别是级进模。由于零件材料较厚，冲裁间隙较 小，又是级进模因此采用导向较平稳的对角导柱模架，

26、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。选择模架 ：根据GB/T 2851.5-90,由凹模周界100X 100,及安装要求，选取模架规格为：凹模周界 ：LXB=100X100闭合高度 ：H=155175上模座:180 X 160X 25下模座:180 X 160X 30导柱:20 X 100,22 X 100导套:20 X 65 X 23,22 X 65 X 23.模柄：由压力机的型号JA23-10。可查得模柄孔的直径为30mm深度为55mm由 装配要求，模柄与模柄孔配合为 H7/m6并加销钉防转，模柄长度比模柄孔深度小510m m由于采用固定卸料，上模座回程时受力较

27、大，因此选用压入式模柄较合 理。4.4 冲压模具的装配图19 so.4:盘 r :丄-:5. 模具的校核5.1卸料弹簧的校核由选取的卸料弹簧规格为：25 4 55。查表可知其具体参数：D=25mmd=4mm,t=6.4mm F2 =533N,也H2=14.7mm,H)=55mm,n=7.7,f=1.92mm。弹簧预压缩量 Ho=(:战/F 2)F°=(14.7/533)300mm=7.37mm取也 H =t+1mm=1.6mm, H =5m m 由 AH"H0+AH +也 H =13.97mm< H2,故合适。5.2压力机的校核JA23-10,它的压力为(1) 公称压

28、力根据公称压力的选取压力机型号为100>93.5,所以压力得以校核；(2) 滑块行程滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出。这里只是材料的厚度t=0.6,固定卸料版的厚度H=10,导料板的厚度H=4 及凸模冲入凹模的最大深度1,即S! =0.6+10+4+1=15.6<S=45,所以得以校核；(3) 行和次数 行程次数为45/min.因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能 太快,因此是得以校核；(4) 工作台面的尺寸 根据下模座 LX B=180X 160,且每边留出60100mm,而 压力机的工作台面 L2 x B2 =370X 240,冲压件和废料从下模

29、漏出,漏料尺寸<35 X 25,而压力机的孔尺寸为200X 130,故符合要求，得以校核；(5) 滑块模柄孔尺寸滑块上模柄孔的直径为60,模柄孔深度为80,而所选的模柄夹持部分直径为60,长度为70故符合要求，得以校核； 闭合高度由压力机型号知Hmax=180 , M=35 比=35Hmin=Hma- H| =180-35=145(M为闭合高度调节量/mm,H1为垫板厚度/mm)由式 1-24 得:(Hmax - H1 )-5 > H>( Hmin - H1)+10,得(180 35)-5 > 262 > (145 35)+10即：140> 127120 ,

30、所以所选压力机合适，即压力机得以校核。5.3凸模的强度校验在一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，没有必要进行校核。但当凸模 的截面很小且细长时须进行必要的校核。本设计只须校核两冲孔凸模即可。I1) 压应力的校核虫_人Amin-凸模最小截面压应力F'z 凸模纵向所承受的压力，包括冲裁力和推件力Amin 凸模最小截面积%凸模材料的许用抗压强度由Amin=;4 x 52 mrn=19.625 mm2，凸模纵向所承受的压力包括冲裁力和推件力，故 Fz=F 冲+F推=39.93+14.65KN=54.58KN(T =54.58/(2 X 19.625)= 1.39 X 103MPa对T8A T10A Cr12MoV GCr5等工具钢，淬火硬度为 5862HRC时，可取人=(1.0