冲压模具设计与制造

1、西安交通大学机械学院模具方向冲压模具设计与制造工艺课程设计说明书班 级： 10模具设计与制造2班 学 号： 姓 名： 席赵洋 指导老师： 设计时间： 2015、12、25 目 录1.绪论1（1）模具行业发展前景分析1（2）发展趋势分析22.分析冲压零件的工艺性3（1）冲裁件的结构工艺性3（2）冲裁件的精度与断面粗糙度3（3）冲裁件的材料43.确定冲压工艺方案54.确定模具总体结构方案5（1）模具类型5（2）操作与定位方式5（3）卸料与出件方式5（4）模架类型及精度55.冲压工艺与设计计算6（1）排样设计与计算6（2）计算冲压力，初选压力机8（3）排样设计及材料利用率分析9（4）冲压工艺过程卡1

2、0（5）计算凸，凹模刃口尺寸及公差116.设计选用模具零，部件，绘图模具总装图11（2）落料凸模设计11（3）卸料板的设计12（4）凸模固定板板12（5）垫板设计13（8）模具总装草图137. 紧固件选着与校核压力机的强度15（1）紧固件的选择15（2）校核压力机强度15（3）装配技术条件要求161绪论（1）模具行业发展前景分析模具作为产品制造的基础工艺装备，又是集精密制造、计算机技术、智能控制和绿色制造等高新技术为一体的高新技术产品，以及在制造业中的重要地位和作用，在全国人大通过的国民经济和社会发展第十二五个五年规划纲要的第三篇“转型升级提高产业核心竞争力”中明确“提升模具等基础零部件水平”

3、作为制造业发展重点方向。在我国，重工业发展是经济发展的一大组成部分，其中，模具产业又是重工业中的重中之重，因此，模具产业的发展对我国经济的发展有这非凡的意义。由于各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具等。我国工业的迅速发展，特别是汽车制造业和IT制造业的发展，拉动了我国模具行业的迅速壮大，模具档次的提高，精良的模具制造装备为我国模具行业的技术水平提升提供了保障.近年来，我国模具企业加工水平得到很大提高，出口创汇能力大大增强，既在国内市场抵抗住境外厂商的挤压，又在国际市场上表现出较强的竞争力。但与此同时，国内模具企业在发展过程中也

4、曝露出一些问题，一是规模偏小，二是技术偏低，三是涉及领域狭窄，四是对相关行业影响带动能力不大。综合以上因素，国内模具制造业总体效益还没有发挥出最好水平，其在国名经济中的基础性作用尚不明显。为了扭转以上情况，国内模具制造也要想在国际市场发挥更大影响，必须加强.专家分析，从1997年开始，随着汽车、装备制造业、家用电器的高速增长，中国国内模具市场的需求开始显著增长。虽然到2006年中国模具工业总产值已达516亿元，但属“大路货”的冲压模具、压铸模具等约占总量的80。已经进入中国的少量外资模具企业开始生产各种高精大多功能模具，但目前仍供不应求。 目前中国汽车模具潜在市场十分巨大。质量好的冲压模具在汽

5、车整车等行业供不应求；压铸模具在汽车零部件、装备制造业等行业需求激增；注塑模具在家用电器等行业发展潜力也很大。另外，特种模具也有较大的发展前景。（2）发展趋势分析随着新兴学科的出现及材料加工学科与相关学科的交叉，必将促进板材成形技术更快的发展，对于板材，其总的发展趋势如下6。1节能节省能源已是新时期经济发展的一个重要课题，也是板材成形的发展方向。其主要途径一个是在传统能源利用中，通过减低拘束系数、降低流动应力和减少接触面积等方法减少成形力；另一个途径就是新能源的开发利用。2精密“近净成形”技术可有效地减少后续加工，节省原材料，降低生产成本，已成为材料加工中的重点发展方向。3柔性为了满足未来社会

6、产品多样化的需求和不确定的市场环境，柔性化成形技术将是一个重要的发展方向。柔性成形技术对产品变化有很强的适应性，可高效、低耗地满足多种产品的需求。4绿色随着制造业的发展，绿色环保将是材料成形技术面临的重要课题。减少和消除成形过程中对环境的污染是绿色制造的主要内容之一。5信息化、智能化现代计算机技术、信息技术不但促进传统成形技术的发展，而且不断产生新的特种成形技术。计算机模拟仿真技术、CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM 技术在成形技术中的大量应用已经使工艺设计、模具设计与制造更加科学化、自动化。变形预测、组织预测已经成为可能。成形技术已从“经验型”逐渐走向科学化、信息化和智能化。网上相关报

7、道较少，由于影响板料弯曲的因素多而复杂，因素之间还存在耦合关系，再加之产品品种繁多，因此理论解析十分困难，长期依靠设计者的经验和反复试制。对板料弯曲的计算机辅助设计尚处于初级阶段，大多仅仅是经验公式计算机化的工作，可靠性低。而将有限元法这种解决工程技术问题的可靠工具引入板料弯曲的研究，可以高效且准确的分析成型过程、检验工模具、设计结果，大大降低工模具设计成本和风险。因此，采用有限元法模拟板料弯曲成形过程，并与计算机辅助工艺相结合构筑基于理论、经验和数值模拟的稳健计算机辅助专家系统是板料弯曲研究发展的趋势。2冲裁件的工艺性分析（1）冲裁件的结构工艺性最小圆角半径。冲裁件的内、外形转角处要尽量避免

8、尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。冲裁件的最小半径参照冲压课本表1-9选取，本设计取80x80x2mm。 图2-1 零件图冲裁件上的悬臂和凹槽。冲裁件上有悬臂和凹槽，应尽量避免过长，悬臂和凹槽宽度也不宜过小，否则会降低模具寿命和冲裁质量。根据材料查冲压课本表1-10可知该零件的悬臂和凹槽的宽度,悬臂和凹槽的深度 ,符合工艺要求，适合冲裁加工。（2）冲裁件的精度与断面粗糙度查公差与配合表1-12可知，该冲裁件的尺寸精度要求都是在级之间。冲裁件的经济公差等级一般不高于级，最高可达级，所以一般冲裁可满足其尺寸精度要求。查冲压冲模课本表1-14可知，

9、冲裁件的的断面粗糙度。普通冲裁方式其断面粗糙度一般为，最高可达，故一般冲裁能满足其冲裁件的工艺要求。（3）冲裁件的材料冲裁件的材料为Q235，抗剪强度在，具有良好的机械性能,热态下塑性良好，冷态下塑性尚可，可切削性好，易纤焊和焊接，耐蚀，比较适宜冲裁加工。结论：该零件冲裁工艺性良好，可以冲裁加工。3确定冲压工艺方案该零件是个落料件，只有落料一道基本工序。不存在工序的组合和工序顺序的安排，属于中批量生产，可采用单工序模和级进模冲裁。它操作简便，有保证平直度要求。如表 3-1 两种冲裁模的比较关系：模具种类比较项目单工序模无导向的有导向的冲件精度低一般冲件平整度差一般冲件最大尺寸和材料厚度尺寸和厚

10、度无受限制中小型尺寸，厚度较大生产率低较低使用高速压力机的可能性不能使用可以使用多排冲压发的应用不采用很少采用模具制造的工作量和成本低比无导向的稍高适应冲裁批量小批量中小批量安全性不安全，需采用安全措施根据以上分析，该零件采用有导向级进工艺方案。4确定模具总体结构方案（1）模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用选有导向级进落料模。（2）操作与定位方式虽然零件中批量生产，但合理安排生产可用手工送料方式能达到要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑零件的尺寸厚度较厚，为了方便操作和保证零件的精度，宜采用导料板导料，挡料销和始用挡料销定位方式。（3）卸料与出件方式考虑零件厚度较厚，采用刚性卸

11、料方式。为了便于操作，提高生产率，零件由凹模板底落出，废料也直接从凹模孔下出。（4）模架类型及精度 由于零件厚度较厚，条料又宽，为了送料方便，所以采用导向平稳的后侧导柱模架，考虑模具精度要求不是很高，因此采用II模架精度。5冲压工艺与设计计算（1）排样设计与计算1.排样方法 根据冲裁件的精度要求较高，采用有废料排样。2.排样方式 设计三种排样方式，根据材料的利用率与模具安装难度分析从中选一个比较合理的排样方式作为冲裁件的排样。（查冲模课本表可得，最小搭边值a=2.5mm，b=2.2mm）直排 图5-1 直排条料宽度B=85mm， 一个制件有效面积，一个步距的材料利用率为。一个步距的材料利用率为

12、（2）直对排图5-2 直对排一个步距的材料利用率为三种排样方式的利用率直排：斜排：直对排：由上计算得可知直对排的材料利用率最高，其次是直排，斜排的材料利用率最低。分别对以上三种排样方式进行分析（设计，加工，安装的难易程度和材料的利用率） 直排的模具设计比较简易，容易加工，模具的安装较为容易而且材料的利用率也较高；斜排在模具设计上稍微复杂，比较难加工，模具的安装较为容易，而材料的利用率太低只达到36.41%；直对排在模具设计上较难，也比较难加工，模具的安装较为复杂，但利用率较高达到70.32%。但因为凸缘尺寸为7.75及凹壁尺寸为8.5两尺寸过于接近而造成加工余量不足.。经以上分析和考虑操作方便

13、、冲裁件属于中批量生产与模具结构尺寸等因素采用直对排作为黄铜片零件的排样方式。（2）计算冲压力，初选压力机工艺计算 1.排样设计与计算。 （1）少废料排样。因为零件为简单的矩形且尺寸较小，并考虑操作方便与模具结构尺寸等因素，采用直对排。 （2）确定搭边值。因为T=2.0 查冲压课本表2.13，得工件间a1=2.2 侧面a=2.5 (3)计算送料步距与条料宽度。采用无侧边装置。 送料步距S。S= L+a=80+2.2=82.2mm 条料宽度B。B（0/-）=（D+2a+C）0/-=（80+2.5+2.5）0/-0.15=82.2（0/-0.15）mm 查冲压表2.15得=0.15、 表2.16得

14、C=0.5 （4）板料规格。选用2000mmX85mmX2mm (4)材料利用率。 （5）排样图。如图2. 2.计算冲压力. (1)冲裁力F。 F=Ltb=2000X2X400=1600000N 式中材料抗拉强度MPa查表可得，Q235抗拉强度ab=375460MPa,取ab=400MPa。 (2)卸料力Fx。 Fx=KxF=0.041600000=64000N 查冲压书本表2.18得Kx=0.040.05，取Kx=0.04 (3)推料力Ft. Ft=nKtF=200.551600000=17600000N 查冲压书本表2.18得Kt=0.55 同时n取20. (4)顶件力Kd. Kd=KdF

15、=0.061600000=96000N 查冲压书本表2.18得Kd=0.06 （5）压力机公称压力的确定。即吨位计算。 采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模 Fz=F+Fx+Ft=1600000+64000+17600000=19264000N=19264KN 初选压力机根据总冲压力选择压力机的标称压力19264KN,所以初选JB23-16型号压力机，最大闭合高度220mm，滑块行程为55mm，压力机模柄孔尺寸为。（3）排样设计及材料利用率分析排样方法。有废料排样，因为零件为简单的矩形且尺寸较大，并考虑操作方便与模具结构尺寸等因素，采用直对排。搭边值。查冲压课本表，得，。送料步距S。82.2m

16、m条料宽度。85mm板料规格。选用80x80x2mm条料长度。2000mm每张板料可裁剪的条料数。（条），余。每条条料可冲裁的零件数。每张板料可冲裁的零件数。一条条料的材料利用率。 (4)填写冲压工艺过程卡按分析计算的结果填写冲压工艺过程表。冲压工艺过程卡（厂名）冷冲压工艺卡片产品型号零(部)件名称硅钢片共 页产品名称零(部)件型号第 页材料牌号及规格材料技术要求条料尺寸每条条料可制件数毛柸重量辅助 材料条料13工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备工序0下料剪床剪料Q11-42000剪切板1落料落料J21Z-160冲床落料模2检验按产品零件图检验编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处

17、数更改文号签字日期标记处数更改文号签字日期（5）计算凸、凹模刃口尺寸及公差由于模具间隙小，为了保证凸模与凹模间一定的间隙值宜采用配合加工，又根据排样图可知，凹模与凸模外型一致且该冲裁件属落料件，因此，选用凹模为制造基准件，采用配合加工。只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸根据凹模实际尺寸按间隙要求配作。由冲压课本表查得，双面间隙，。由公差表查得冲裁件各尺寸的公差等级，然后确定，对于尺寸，公差等级都是级，选；尺寸选。尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大落料凹模的基本的尺寸 第二类尺寸：磨损后减小的尺寸 第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸 (a) (b)6设计选用模具零部件，绘图模具总

18、装图（2）落料凸模设计 凸模校核。凸模截面尺寸较大，可以不进行强度刚度校核。凸模的结构形式。从排样图上被冲切的位置获得采用直通式。凸模的固定方法采用销钉。凸模工作部分尺寸。由凸模刃口尺寸计算获得，落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是，模实刃口尺寸与落料凹模配做，保证小双面合理间隙值。计算凸模长度。凸模长度计算：参考GB2872.1-81得，固定板固定卸料板，导料板，取，得凸膜长度材料及技术要求材料选用Cr12，热处理硬度5862HRC。各表面的粗糙度如图6-2所示。凸模零件图图6-2 凸模（3）卸料板的设计因材料厚度较大，故选用固定卸料方式。卸料板与凸模的间隙取双边0.5mm。卸固定卸料板的外

19、形尺可参考典型组合标准，固定板厚度取22mm，则固定卸料板外形尺寸为。材料选用45号钢，淬火硬度4348HRC，粗糙度根据冷冲模矩形模板GB2858.1-81查出。卸料板的螺孔过孔、销孔的孔径、孔距可参考典型组合结构标准。其中沉孔尺寸可根据内六角圆柱头螺钉国标GB70-85来定。卸料板零件图图6-3 卸料板（4）凸模固定板设计 固定板的型孔位置与凸膜刃口配做，与凸模为H7/n6配合。 凸模固定板外形尺寸通常与凹模一致，0.60.8倍，则固定板厚度取51mm，因此固定板的外形尺寸为。 固定板的螺纹孔、销孔的孔径、孔距均可以参考典型组合标准。固定板的材料选用Q235,不淬火。 固定板零件图6-4

20、凸模固定板（5）垫板的设计垫板的校核。由公式，得，凸模头部端面对模座的单位面积压力在上模座的许用应力范围内，可不用垫板，但其值比较接近上模座的许用应力，为了防止模座受过大的压力而损坏，在固定板上加一块垫板。垫板的螺钉、销钉过孔的直径比螺钉、销钉的直径大1mm左右，孔距与固定板上的相同。垫板的材料选用45号钢，淬火硬度4348HRC。垫板的外形尺寸与凸模固定板相同，厚度参考国标GB2858.3-81冷冲模矩形垫板可取12mm，外形尺寸为。垫板零件图图6-5 垫板（8）模具总装草图 1-下模座；2-螺钉；3-凹模；4-固定挡料销；5-螺钉；6-凸模固定板；7-垫板；8-螺钉；9-上模座；10-模柄；11-止动销；12-销钉；13-销钉；14-导套；15-凸模；16-卸料板；17-导柱；18-导板；19-托料板；20-螺钉；21-销钉；22-销钉；23-始用挡料销。 图6-14 总装图7 紧固件选着与校核压力机的强度（1）紧固件的选择同一组合中，螺钉的数量一般不少于3个，矩形一般是48个，并尽量远距离错开布置，以保证定位可靠。螺钉规格可以查冲压课本表1-34选用，螺钉之间，螺钉与销钉之间的距离，螺钉，销钉距凹模刃口外边缘的距离均不能过小，可参照冲压课本表1-25，销钉与销孔之间采用H7/m6或H7/n6配合。上模销钉规格 830 GB 119-76 下模销钉规格 830