模具设计实例

1、山西农业大学工学院山西农业大学工学院张 静山西农业大学工学院山西农业大学工学院材料：材料：OCr18Ni9不锈钢不锈钢材料厚度：材料厚度：2mm生产批量：大批量生产批量：大批量山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要应采用由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。为了更好地保证此尺寸的精度，复合冲裁或级进冲裁方式。为了更好地保证此尺寸的精度，最后确定用复合冲裁方式进行生产。最后确定用复合冲裁方式进行生产。 依据零件的尺寸要求，为便于操作，所以复合模结构依据零件的尺寸要求，为便于操作，所以复合模

2、结构采用倒装复合模。采用倒装复合模。山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院bhnA5 .22255 .105 .1014. 31山西农业大学工学院山西农业大学工学院36259004 .445 .221000%100bLNA%1001000255 .105 .1014. 344山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院1、25推杆推杆 2模柄模柄 3、15内六角螺钉内六角螺钉 4推板推板 5

3、上模座上模座 6、18垫板垫板7凸模固定板凸模固定板 8落料落料凹模凹模 9推件板推件板 10导导套套 11卸料板卸料板 12橡橡胶胶 13导柱导柱 14卸料螺卸料螺钉钉 16下模座下模座 17、26圆柱销圆柱销 19凸凹模凸凹模固定板固定板 20弹簧弹簧 21定位销定位销 22凸凹模凸凹模 23挡料销挡料销 24冲孔凸模冲孔凸模 （参见（参见87） 山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院d00p025. 00025. 000p0020. 00020. 0山西农业大学工学院山西农业大学工学院0pd00p0020. 00020. 0d0020. 00020. 0

4、0山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 （1 1） （2 2） （3 3） 一模多件零件图和三维模型一模多件零件图和三维模型任务要求任务要求 材料：材料：Q235Q235； 生产批量：大批生产；生产批量：大批生产； 材料厚度：材料厚度：0.5mm0.5mm；针对该零件，请做如下分析：针对该零件，请做如下分析：（1）排样分析：排样方式及）排样分析：排样方式及排样图、材料利用率的计算排样图、材料利用率的计算 （2）确定工艺方案）确定工艺方案 （3）冲裁力的计算）冲裁力的计算 （4）压力机公称压力的确定）压力机公称压力的确定 （

5、5）模具工作部分尺寸计算）模具工作部分尺寸计算 冲裁模初始双面间隙冲裁模初始双面间隙(mm)(mm)材料名称材料名称4545、T7T7、T8T8（退火）、（退火）、6565钢钢1010、1515、2020、冷轧钢带、冷轧钢带、3030钢板钢板Q215Q215、Q235Q235钢板钢板厚度厚度t t（mmmm） ZminZminZmaxZmaxZminZminZmaxZmaxZminZminZmaxZmax0.30.30.040.040.060.060.030.030.050.050.020.020.040.040.50.50.080.080.100.100.060.060.080.080.04

6、0.040.060.06山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院020. 000020. 00020. 0020. 00山西农业大学工学院山西农业大学工学院 （1 1） （2 2） （3 3） 一模多件零件图和三维模型一模多件零件图和三维模型任务要求任务要求 材料：材料：Q235Q235； 生产批量：大批生产；生产批量：大批生产； 材料厚度：材料厚度：0.5mm0.5mm；针对该零件，请做如下分析：针对该零件，请做如下分析：（1）排样分析：排样方式及）排样分析：排样方式及排样图、材料利用率的计算排样图、材料利用率的计算 （2）确定工艺方案）确定工艺方案 （3）冲

7、裁力的计算）冲裁力的计算 （4）压力机公称压力的确定）压力机公称压力的确定 （5）模具工作部分尺寸计算）模具工作部分尺寸计算 冲裁模初始双面间隙冲裁模初始双面间隙(mm)(mm)材料名称材料名称4545、T7T7、T8T8（退火）、（退火）、6565钢钢1010、1515、2020、冷轧钢带、冷轧钢带、3030钢板钢板Q215Q215、Q235Q235钢板钢板厚度厚度t t（mmmm） ZminZminZmaxZmaxZminZminZmaxZmaxZminZminZmaxZmax0.30.30.040.040.060.060.030.030.050.050.020.020.040.040.5

8、0.50.080.080.100.100.060.060.080.080.040.040.060.06山西农业大学工学院山西农业大学工学院由排样图的几何关系，可以近似算出两排中心距为由排样图的几何关系，可以近似算出两排中心距为41mm。 123100%42.4 41AAA 420.54527.52279.70100%42.4 41 70.6% 其中 A1=(r12-r22)=420.54mm2,r1=20mm,r2=17mm,零件一的表面积; A2=(r22-R32)=527.52mm2,r3=11mm,零件二的表面积; A3=(r32-R42)=279.70mm2,r4=5.65mm,零件三

9、的表面积。 （1）排样分析）排样分析山西农业大学工学院山西农业大学工学院工步一工步一 工步二工步二 工步三工步三冲孔落料冲孔落料 冲孔落料冲孔落料 冲孔落料冲孔落料方案一：采用三套单工序模具进行冲裁：方案一：采用三套单工序模具进行冲裁： 工序工序 l先用复合模冲出零件一；先用复合模冲出零件一； 工序工序2然后用复合模冲出零件二；然后用复合模冲出零件二； 工序工序3最后用复合模冲出零件三。最后用复合模冲出零件三。方案二：用一套复合模进行冲压，如图所示。方案二：用一套复合模进行冲压，如图所示。工步工步1先用复合模冲出零件一，工步先用复合模冲出零件一，工步2然后复合模冲出零件二；然后复合模冲出零件二

10、；工步工步3最后复合模冲出零件三，压力机一次行程生产三个不同的环形转冲片零件。最后复合模冲出零件三，压力机一次行程生产三个不同的环形转冲片零件。（2）确定工艺方案）确定工艺方案山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院模具总体结构的确定模具总体结构的确定 1、上凸凹模；、上凸凹模；2、上凸凹模；、上凸凹模；3、打料板；、打料板；4、连接销；、连接销；5、衬套；、衬套；6、冲孔凸模；、冲孔凸模；7、下固定板；、下固定板；8、顶杆；、顶杆；9、下垫板；、下垫板；10、挡料销；、挡料销；11、下凸凹模；、下凸凹模；12、内顶件器；、内顶件器；13、外顶件器；、外顶件器；

11、14、中间垫板；、中间垫板；15、凹模；凹模；16、打杆；、打杆；17、卸料板；、卸料板；18、上固定板；、上固定板；19、上垫板；、上垫板；20、打杆；、打杆；21、打板。、打板。模具装配图模具装配图 采用了复合模一次将冲采用了复合模一次将冲孔、落料以及外形冲出，模孔、落料以及外形冲出，模具结构型式采用倒装式复合具结构型式采用倒装式复合模。推件装置采用典型的打模。推件装置采用典型的打杆打料板式的刚性推件装置，杆打料板式的刚性推件装置，卸料装置采用弹性卸料板。卸料装置采用弹性卸料板。选用四导柱高精度模架选用四导柱高精度模架 山西农业大学工学院山西农业大学工学院（3）冲裁力的计算）冲裁力的计算3

12、.2.13.2.1 冲裁力的计算冲裁力的计算 冲裁力的计算公式 1.3FLt冲 式中 L冲裁总周长； 1L零件一的外圆周长为 149.6mm； 2L零件二外圆周长为 106.76mm； L3零件三外圆周长为 69.08mm； L4内孔周长为 35.482mm。 L=1L+2L+3L+ L4=149.6mm106.76mm69.08mm+35.482mm361.992mm 抗剪强度，按文献可知取为 310MPa； t材料厚度为 0.5mm。 代入数据计算可得： F冲1.3361.992mm0.5mm310MPa729272N72.93KN 山西农业大学工学院山西农业大学工学院3.2.23.2.2

13、 卸料力的计算卸料力的计算 在此复合模中，卸料板卸的是外圈的废料。 卸料力公式： 22FK F冲 式中： 2K卸料力系数，2K0.05 代入数据计算可得： 2F0.0572.933.65KN 3.2.33.2.3 推件力的计算推件力的计算 查文献可得推件力公式： F推=nK推F冲 式中：F推推件力系数，3K0.063,冲孔凹模刃口直壁高度 h=10mm, 则 n= 205 . 010mmmm F推=100.06372.93KN=45.95KN 3.2.43.2.4 顶件力的计算顶件力的计算 查文献可得顶件力公式： 33FK F冲 式中： 3K顶件力系数，3K0.08 代入数据可得： 3F0.0

14、872.935.83KN 总压力如下式： FFFF总冲23+ F推72.93+3.65+45.95+5.83=128.36KN; 山西农业大学工学院山西农业大学工学院型号型号技术参数技术参数J23-6.3J23-6.3J23-10J23-10J23-16J23-16J23-25J23-25J23-35J23-35公称压力公称压力/KN/KN6363100100160160250250350350滑块行程滑块行程/mm/mm35354545555565658080最大高度最大高度/mm/mm150150180180220220270270280280滑块行程次数滑块行程次/p>

15、512012055555050闭合高度调节闭合高度调节/mm/mm35353535454545456060工作台尺工作台尺寸寸/mm/mm前后前后200200240240310310320320380380左右左右300300370370450450500500610610128.36/（70%80%）=160.45183.37（kN） （4）压力机公称压力的确定）压力机公称压力的确定根据表查得压力机型号为根据表查得压力机型号为J23-25型开式压力机型开式压力机,该压力机与模具设计的有该压力机与模具设计的有关参数为可由表查得。关参数为可由表查得。山西农业大学工学院山西农业大学工学院模具压力中

16、心的确定模具压力中心的确定 此三个零件都是轴对称零件，其压力中心就此三个零件都是轴对称零件，其压力中心就是零件的对称中心。凹模的中心，下模座的中心和是零件的对称中心。凹模的中心，下模座的中心和浮动模柄的中心应在一条直线上。浮动模柄的中心应在一条直线上。山西农业大学工学院山西农业大学工学院（5）模具工作部分尺寸计算）模具工作部分尺寸计算材料名称材料名称4545、T7T7、T8T8（退（退火）、火）、6565钢钢1010、1515、2020、冷轧钢带、冷轧钢带、3030钢板钢板Q215Q215、Q235Q235钢板钢板厚度厚度t t（mmmm）ZminZminZmaxZmaxZminZminZma

17、xZmaxZminZminZmaxZmax0.30.30.040.040.060.060.030.030.050.050.020.020.040.040.50.50.080.080.100.100.060.060.080.080.040.040.060.06冲裁模初始双面间隙冲裁模初始双面间隙Zmin=0.04mm, Zmax=0.06mm. x=0.75mm,=0.15 mm 工件尺寸工件尺寸凸模尺寸凸模尺寸D D凸凸=(D-x=(D-x-Zmin)0-凸凸凹模尺寸凹模尺寸D D凹凹=(D-x=(D-x)+ 凹凹0D1=40D1=40D2=34D2=34D3=22D3=2239.847539

18、.84750-0.0233.847533.84750-0.0221.847521.84750-0.0239.887539.8875+ +0 00.030.0333.887533.8875+ +0 00.030.0321.887521.8875+ +0 00.0250.025注: 工件制造公差,x磨损系数,凹凹模的制造公差, 凸凸模的制造公差 凸凹模刃口尺寸凸凹模刃口尺寸 (mm)山西农业大学工学院山西农业大学工学院对于 11.3 刃口孔冲裁凸模、凹模的制造公差由文献查得, 凸=0.02 mm , 凹=0.02 mm,则 d凸=(d+ x) 0- 凸= (11.3+0.750.15) 0-0.0

19、2 mm=11.41250-0.02 mm; d凹= (d+ x+ Zmin) + 凹0= (11.3+0.750.15+0.04) +00.02=11.4525+00.02 冲孔刃口尺寸计算冲孔刃口尺寸计算 山西农业大学工学院山西农业大学工学院材料：材料：OCr18Ni9不锈钢不锈钢材料厚度：材料厚度：2mm生产批量：大批量生产批量：大批量山西农业大学工学院山西农业大学工学院零件的选择零件的选择 山西农业大学工学院山西农业大学工学院 圆形凹模圆形凹模山西农业大学工学院山西农业大学工学院销孔销孔内六角螺钉内六角螺钉孔孔 山西农业大学工学院山西农业大学工学院 型凸模型凸模山西农业大学工学院山西农

20、业大学工学院 型凸模型凸模6山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 圆形固定板圆形固定板山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 山西农业大学工学院山西农业大学工学院 16.5山西农业大学工学院山西农业大学工学院 山西农业大学工学院山西农业大学工学院 01（0.250.30）5/

21、0.2520选择选择 橡胶橡胶 2516.5201107.6421107.6410-621.81061993.75221993.752山西农业大学工学院山西农业大学工学院 弹簧的参数：弹簧的参数：丝径丝径中径中径自由自由长度长度山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 模架的选择模架的选择山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 1打杆打杆 2推板推板 3连接推杆连接推杆 4推件块推件块 山西农业大学工学院山西农业大学工学

22、院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院模具实体装配图模具实体装配图 山西农业大学工学院山西农业大学工学院校核校核凸凹模：长度凸凹模：长度40 其要与卸料板的上端面平齐其要与卸料板的上端面平齐 卸料板卸料板10橡胶橡胶20凸凹模固定板凸凹模固定板1040凸模：长度凸模：长度40 凹模凹模30凸模固定板凸模固定板 1040山西农业大学工学院山西农业大学工学院压力机的闭合高度压力机的闭合高度：压力机的装模高度压力机的装模高度：模具的闭合高度模具的闭合高度：理论上为理论上为：实用上为实用上为：模

23、具闭合高度与装模高度的关系模具闭合高度与装模高度的关系 指滑块在下止点时，滑块底面到工作指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上平面（即垫板下平面）之间的距离。台上平面（即垫板下平面）之间的距离。 指压力机的闭合高度减去垫板厚度的指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值。差值。 指冲模在最低工作位置时，上模座上平指冲模在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。面至下模座下平面之间的距离。 H Hminmin-H-H1 1HHHHmaxmaxH H1 1 H Hminmin-H-H10HH10HHmaxmax-H-H5 5 山西农业大学工学院山西农业大学工学院模具闭合高度：模具闭合高度：1

24、44该压力机与模具设计有关系的参数为：该压力机与模具设计有关系的参数为：公称压力：公称压力：250KN滑块行程：滑块行程：80最大闭合高度：最大闭合高度：250闭合高度调节量：闭合高度调节量：50工作台尺寸：工作台尺寸：700400工作台板厚度：工作台板厚度：85模柄孔尺寸：模柄孔尺寸：4060（直径与模柄过盈配合）（直径与模柄过盈配合）工作台孔尺寸：工作台孔尺寸：100HminH1250808585HmaxH125085165 满足满足 H Hminmin-H-H10HH10HHmaxmax-H-H5 5 山西农业大学工学院山西农业大学工学院塑件名称：胶卷盒塑件名称：胶卷盒材料：材料：HDP

25、E 高密度聚乙烯高密度聚乙烯产量：中等批量生产产量：中等批量生产 山西农业大学工学院山西农业大学工学院33224333223217396.3225295.242315023123214. 38596. 91098125. 03214. 3385.7541) 231(14. 32 .3825. 031114. 3mmVmmVmmVmmVmmV总3/94. 0cmggvm032. 310 7396.322594. 03山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院gG7废废件公利GGGK公G件G废GgGG76.6374032. 33 . 0公公山西农业大学工学院山西农业大

26、学工学院山西农业大学工学院山西农业大学工学院 山西农业大学工学院山西农业大学工学院) 12(mppcPrtpmPmmtc9315. 2) 11002700700(16山西农业大学工学院山西农业大学工学院mmrPtpmh652. 6700161001 . 11 . 122（3）模架的选择）模架的选择 由前面对型腔的最小壁厚和底部厚度可以估算得型由前面对型腔的最小壁厚和底部厚度可以估算得型腔的最小外形尺寸：腔的最小外形尺寸：最小宽度为：最小宽度为：32+22.9315=37.863最小厚度为：最小厚度为：50+6.652=56.652山西农业大学工学院山西农业大学工学院 定模座板 动模座板 山西农

27、业大学工学院山西农业大学工学院zzxlsLsm00)1 (24. 03z24. 00018.3272. 04332)25. 21 (zmL山西农业大学工学院山西农业大学工学院腔腔 型腔结构图型腔结构图 山西农业大学工学院山西农业大学工学院zSzmxHsH001mHsHsz3/sm型腔深度尺寸型腔深度尺寸 塑件高度其本尺寸塑件高度其本尺寸塑件公差塑件公差塑料平均收缩率，取塑料平均收缩率，取2.25%2.25%x x综合修正系数，取综合修正系数，取x=0.5x=0.50.750.75模具成型尺寸设计公差模具成型尺寸设计公差8 . 0267. 03z267. 00525.50mH查表得查表得 所以：

28、所以：山西农业大学工学院山西农业大学工学院001zzxlssl型芯的外径计算型芯的外径计算 0zlslsz3/sm72. 024. 03z024. 00215.31zsl式中：式中：型芯外形尺寸型芯外形尺寸 塑件内径基本尺寸塑件内径基本尺寸 塑件的公差塑件的公差 塑料平均收缩率塑料平均收缩率2.25%2.25%x x 综合修正系数，取综合修正系数，取x=0.50.75x=0.50.75模具成型尺寸设计公差，取模具成型尺寸设计公差，取 查表得：查表得： 山西农业大学工学院山西农业大学工学院001zzxhshsm0zmhshsz3/sm8 . 0267. 03z0267. 007025.50zmh

29、型芯的高度计算型芯的高度计算 式中：式中：凸模高度尺寸凸模高度尺寸 塑件内形深度基本尺寸塑件内形深度基本尺寸 塑件公差塑件公差 塑料平均收缩率塑料平均收缩率2.25%2.25% x x 综合修正系数，取综合修正系数，取x=0.50.75x=0.50.75 模具成型尺寸设计公差，模具成型尺寸设计公差， 查表得：查表得： 所以：所以： 山西农业大学工学院山西农业大学工学院 浇注系统浇注系统 一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。成。 浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、

30、整修应方便、防止制品变形和应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。减少塑料的消耗。 根据塑件的形状采用推板推出。由于本塑件是圆筒根据塑件的形状采用推板推出。由于本塑件是圆筒状制品所以尽可能采取中心进料，所以选择点浇口，双分状制品所以尽可能采取中心进料，所以选择点浇口，双分型面，分流道采用半圆形截面，分流道开设在定模板上，型面，分流道采用半圆形截面，分流道开设在定模板上，在浇道板上采用浇口套在浇道板上采用浇口套, 不设置冷料穴和拉料杆。不设置冷料穴和拉料杆。山西农业大学工

31、学院山西农业大学工学院 山西农业大学工学院山西农业大学工学院 浇口套浇口套 定位圈定位圈 山西农业大学工学院山西农业大学工学院 中间板中间板山西农业大学工学院山西农业大学工学院 推出机构的组成推出机构的组成 NBKutgftLEQ101cos21（1）脱模力的计算）脱模力的计算 因为塑件壁厚与其内孔直径之比因为塑件壁厚与其内孔直径之比0.020.02小于小于0.050.05，所以本塑件属于薄壁壳体，所以本塑件属于薄壁壳体塑件，其脱模力计算公式为：塑件，其脱模力计算公式为： E E塑料的拉伸模量（塑料的拉伸模量（MPaMPa），由表），由表3-293-29查找；查找；塑料成型平均收缩率（塑料成型

32、平均收缩率（% %），由表），由表3-293-29查找；查找；t t塑件的平均壁厚（塑件的平均壁厚（mmmm）L L塑件包容型芯的长度（塑件包容型芯的长度（mmmm）u u塑件的泊松比，由表塑件的泊松比，由表3-293-29查找；查找；脱模斜度（塑件侧面与脱模方向之夹角）；脱模斜度（塑件侧面与脱模方向之夹角）；f f塑料与钢材之间摩擦系数，由表塑料与钢材之间摩擦系数，由表3-293-29查找；查找；r r型芯大小端平均半径（型芯大小端平均半径（mmmm）；）；B B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mmmm2 2) )当塑件底部当塑件底部上有通孔时

33、，上有通孔时，B项应视为零；项应视为零；K K1 1由由f f和和决定的无因次数，可由表决定的无因次数，可由表3-303-30选取；选取；经过计算得经过计算得Q=11912.59NQ=11912.59N山西农业大学工学院山西农业大学工学院 脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出斜度的增加而减小。由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等，因此要考虑到所有因素的影响较力及成型工艺条件的波动等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。困难，而且也只能是个近似值。 用推件板推出机构中，为了减少推件板与型芯的摩擦，在用推件板推出机构中，为了减少推件板与型芯的摩擦，在推件板与