瓶起子冲压工艺设计

瓶起子模具设计说明书系别机电工程系专业材料成型及控制专业前言模具工业作为一种新兴工业，它有节约原材料、节约能源、较高的生产效率，以及保证较高的加工精度等特点，在国民经济中越来越重要。模具技术成为衡量一个国家制造水平的重要依据之一，其中冲裁模具在模具工业中举足轻重的地位。冲裁是运用安装在冲裁设备（重要是压力机）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（俗称冲裁或冲裁件）的一种压力加工方法。冲裁通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且重要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲裁或板料冲裁。冲裁是材料压力加工或塑性加工的重要方法之一，从属于材料成型工程。冲裁所使用的模具称为冲裁模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金

属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲裁中至关重要，没有符合规定的冲模，批量冲裁生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲裁工艺就无法实现。冲裁工艺与模具、冲裁设备和冲裁材料构成冲裁加工的三要素，只有它

们互相结合才干得出冲裁件。本次设计是参考了众多参考文献及专业资料的规范规定编写而成。该设计重要涉及材料工艺分析和成形性能、冲裁工序特点和工艺计算、模具总体结构设计、模具重要零件结构设计及工艺性分析等。任务量相对较小。查阅了大量资料，对工件进行了综合的工艺分析后，拟定了工艺路线，各种工艺参数，以及生产设备的选用，从而着手整套模具的设计。在本次课程设计中，通过冲裁模的工艺分析、工艺方案的拟定、模具总体结构的选择、工艺与设计计算、零件图总装图尺寸计算及绘制。通过以上这几个项目的学习，掌握冷冲裁工艺与与模具设计方面的基本知识和基本技能，强化学生的工程意识。由于水平有限，以及设计时间仓促，书中难免会有不妥甚至出现错误，恳请老师及时批评指正以便调整和改正。

目录第一章课程设计任务书 1第二章冲裁工艺分析 22.1工件材料分析 22.2工件结构工艺分析 22.3冲裁件的尺寸精度与断面粗糙度 3第三章冲裁工艺计算 43.1排样方式的确定 43.2冲裁工艺方案 43.2冲裁工艺力的计算 53.3压力机公称压力和冲裁功的计算 63.4冲模的压力中心 73.5凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 7第四章模具总体设计 9第五章模具工艺构件设计 115.1凹模结构设计及强度校核 115.2凸模结构设计及强度校核 135.3模具定位零件结构设计目的 165.4模具卸料零件结构设计 16第六章模具辅助构件设计 176.1模架及其导向零件设计 176.2紧固零件结构设计 17第七章压力机的选取与装配图 187.1压力机的选取与核算 187.2模具总装配图 19第八章编制工艺卡片 20个人总结 21致谢 22参考文献 23第一章课程设计任务书（一）设计题目瓶起子冲裁模具图1-1图1-1（二）技术规定材料：65Mn带钢料厚：4mm未标注尺寸按IT14级解决。批量：大批量生产（三）设计内容及规定1、绘制冲裁制件图及编排冲裁工艺方案对冲裁件进行工艺分析，对不合理之处提出改善意见，画出对的合理的制件图，并编排冲裁工艺（指导老师拟定）。2、绘制模具装配图一张规定模具结构合理，设备匹配，制图符合国家标准，图面整洁。3、画出除标准件外的所有零件图规定画法符合制图标准，标注完全、对的，工艺性合理，零件尺寸协调。4、课程设计说明书一份

第二章冲裁工艺分析图2-1冲裁件如图2-1所图2-12.1工件材料分析工件所用材料为65Mn带钢，已退火，其屈强比小，延伸率小，材料抗剪强度=600MPa，抗拉强度=450MPa，由于强度高,不合用于制造受力不大的冲裁件,但有助于冲裁成形和制件质量的提高,具有较好的冲裁成形性能,即有良好的抗破裂性,所以也具有较好的冲裁性能。2.2工件结构工艺分析①几何尺寸瓶起子是一个轴对称的简朴落料冲孔件，工件内、外多为圆或圆弧，无尖角。②最小圆角半径工件材料为65Mn带钢，属于硬质合金。则该工件落料工序最小圆角半径R=7mm，连接角度<90°，规定R≥0.7t，7＞0.7*4=3.2，符合规定；冲孔工序最小圆角半径R＝2mm，连接角度≥90°,规定R≥0.45t，2＞0.45*4=1.8，符合规定。③冲孔最小尺寸材料为硬钢，规定其精密导向凸模冲孔R≥0.5t。该工件最小冲孔半径R=2，符合规定。④最小孔间距、孔边距冲孔边沿与工件边沿平行，其距离规定Δ≥t,该工件（7－3）=4，符合规定。⑤无悬臂和窄槽。2.3冲裁件的尺寸精度与断面粗糙度由于产品图纸上未注公差的尺寸，通常按GB1800—1979，IT14级。然后两孔中心距离公差可查表，得20±0.15，60±0.25，22±0.15,17±0.15。其断面表图2-3-1面粗糙度查表得Ra=25µm。冲裁件的尺寸标注如图2-3-1图2-3-1为了便于后续的说明，现将瓶起子分为三个部分，其相应凸模（凹模）分别命名为相应号数的凸模（凹模）。如图2-3-2瓶起子一号部分瓶起子一号部分瓶起子二号部分图2-3-2瓶起子一号部分瓶起子一号部分瓶起子二号部分图2-3-2第三章冲裁工艺计算3.1排样方式的拟定由于冲裁件在外轮廓大体呈梯形，且材料厚度为4mm，在3至4mm之间，属于往复送料，所以冲裁件与边沿之间的最小距离为3mm，工件与工件之间最小距离为2.5mm。故采用如下直对排方式排样：图3.1工件排样图图3.1工件排样图由AutoCAD计算可知，调料宽度为141.33mm（有侧压装置：B=(D+2a）0-△）。送料步距为39mm。其中△等于1.1mm。根据调料的步距及带宽可从钢材标准中选取900×1800规格的冷轧薄钢板。所以材料运用率η总为：η总=n式中n总=[1500÷141.33]×[500÷41.87×2]即η总=262×1541.7739500×3.2冲裁工艺方案根据该零件的形状特性，需要进行落料、冲孔、两道工序。根据落料、冲孔各工序两道基本工序，可以对它们作不同的组合，排出顺序，即得出工艺方案，具体可排出以下两种合理方案：方案一：先落料，再冲孔，采用两副单工序模生产。方案二：冲孔、落料复合冲裁，采用复合模生产。方案三：冲孔、落料级进冲裁，采用级进模生产。方案一中，模具结构较简朴，制造周期较短，但是生产效率低，不能满足大批量生产的规定。方案二中，工件的精度及生产率都较高，但模具比较复杂，制造难度大，并且操作不方便，特别对于料比较厚的工件，凸凹模的强度难以达成规定。方案三中，采用级进模，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足规定。根据零件的精度规定，结合现有条件和技术水平，产量及经济方面考虑，选择方案三，使用级进模。3.2冲裁工艺力的计算采用平刃冲裁的冲裁力F、卸料力F卸、推件力F=1.3τLtF卸=KF推=nKF为冲裁力；τ为材料的抗剪强度；L冲裁周边总长；t为材料厚度。查得65Mn钢的力学性能是：τ=600MPa，由查表可知K卸=0.0375，K推图2-3-2图2-3-2瓶起子一号部分如图3-2-1，瓶起子第一部分冲裁力为F1、推件力F推瓶起子一号部分图2-3-2图3.1工件排样图图3-2-1L1=233.1304图3-2-1L1=233.1304F1=1.3×600×233.1304×F推1=104×图3.1工件排样图图3.1工件排样图如图，瓶起子第二部分冲裁力为F2、推件力图3-2-2瓶起子二号部分L2图3-2-2瓶起子二号部分L2=81.4214F2=1.3×600×81.4214×F推2=104×L3=21.9911mmF3=1.3×600L3=21.9911F3=1.3×600×21.9911×F推3=104×瓶起子三号部分故总冲裁力：F总=F1+F2总卸料力：F卸=K卸（F1+F2+F=0.0375×（727366.848+254034.768+68612.232）N=39375.5193N3.3压力机公称压力和冲裁功的计算图2-3-2图2-3-2图2-3-2图2-3-2冲裁时压力机的公称压力必须大于或等于各工艺力的总和FΣFΣ=F+即FΣ=F1+F2+F3+F推平刃口冲裁所需功为：Wk=XW是平刃冲裁功；F是冲裁力；t是材料厚度；x是平均冲裁力与最大冲裁力的比值，由材料的种类及厚度决定，查表得x=0.35。即A=0.35×1168140.404×4/1000=1635.40J3.4冲模的压力中心①计算单段圆弧压力中心根据单段圆弧公式X0=式中R是圆弧半径；α是圆弧角度。②计算总体压力中心根据任意形状冲裁件压力中心计算公式x图3-4-1因该冲裁件上下对称，所以压力中心位于对称轴上，只需计算轴向位置。计算结果如下图3-4-1所示：图3-4-13.5凸、凹模刃口尺寸及公差的计算在拟定工作零件刃口尺寸计算方法之前，一方面要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合模具结构及工件生产批量，模具制造宜采用配合加工落料凸模、凹模、卸料板，使制导致本减少，装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算按配合加工的方法来计算，具体计算见如下：未注公差按IT14级，查公差表得工件尺寸及公差：R8-0.360、R150-10、R7-0.360、R30-0.520、R30+0.25、R230+0.52、R20+0.025根据冲裁模具设计手册可查得采用配合加工法凸、凹模的尺寸及公差的拟定公式得出尺寸。表3-5-1则本设计刃口表3-5-1瓶起子工件尺寸与相应凸凹模刃口尺寸一览表工件尺寸凹模刃口尺寸一号凸模刃口尺寸二号凸模刃口尺寸三号凸模刃口尺寸R8R7.826.96××R150R150.5151.36××R7R6.825.96××R30R29.7428.88××R34.0475×R3.1875×R2321.88×R×R23.0475×R2.1875×R108.96×R×Φ78.04××Φ7.18备注：1.符号“×”表达此处无相应尺寸2.相应孔圆心间距的公差为60±0.25、20±0.15、22±0.15、17±0.153.表中单位均为:mm(毫米)上述尺寸具体表达如下图3-5-1和图3-5-2图3-5-1凹模刃口尺寸图图3-5-1凹模刃口尺寸图凸模刃口尺寸图凸模刃口尺寸图图3-5-2图3-5-2第四章模具总体设计﹙1﹚模具结构形式的选择由冲裁工艺分析及工件规定可知，采用级进模。﹙2﹚定位方式的选择由于该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导正销，自动送料，按有侧压装置计算。控制条料的进给步距由送料机直接控制。﹙3﹚卸料、出件方式的选择由于工件料厚为4mm65Mn钢板，材料非常硬，卸料力也很大，故可采用刚性卸料。采用正装级进模，所以采用下出件。﹙4﹚导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。（5）送进方式的选择根据工件厚度、排样方法，着眼于模具的经济价值、实用性、可靠性，结合冲裁工艺方案，该级进模采用自动式直送发送进。（6）空位的选择为了提高模具强度、避免干扰、保证模具的寿命和产品质量，便于在模具中设计导正装置，该级进模设立一个空位。（7）工序顺序的选择由于工件孔间距足够，所有孔的形状和位置均不受后续工序的影响，因此，该级进模采用先冲孔、后落料的工作顺序，以便于定位和简化冲孔工序的模具结构。

第五章模具工艺构件设计5.1凹模结构设计及强度校核工件精度规定虽然不高，但是板料厚、强度高，结构较为复杂，规定大批量生产。为了简化模具结构，保证模具使用寿命，本次设计使用整体式直筒型刃口，刃口高度h为8mm，安排凹模在模架上的位置时，将凹模压力中心与模柄中心重合（1）凹模厚度及壁厚按经验公式厚度为：H=kb(≥15mm)壁厚为：c=(1.5～2)H（≥30～40mm）其中，b为凹模刃口最多尺寸，k为凹模厚度系。表5—1系数值Ks/mm材料厚度t/mm<1>1~3>3~6<50>50~100>100~200>2000.30~0.400.20~0.300.15~0.200.10~0.150.35~0.500.22~0.350.18~0.220.12~0.180.45~0.600.30~0.450.22~0.300.15~0.22本设计中，b=97.80mm,k=0.35，壁厚系数取1.5，则H=0.35×97.80=34.32mm，c=1.5×34.32=51.48mm查国家板标准得:矩形凹模板为250×200×36其螺钉为M12结合刃口尺寸，凹模结构如图5-1-1所示图5-1-1图5-1-1（2）凹模的强度计算由于板料厚度是4mm，大于3mm，且大批量生产，所以材料选用Cr12MoV，热解决规定是62HRC。

5.2凸模结构设计及强度校核凸模的长度可用下列公式计算：L=l式中l1是凸模固定板厚度，ll1=36mm，l2=14mm，l3（1）三号凸模设计及其校核①结构设计由于属于圆形凸模，可直接采用国家标准。经查国家标准GB2863.2—81。孔凸模结构如图5-2-1图5-2-1图5-2-1②性能校核Ⅰ凸模承压能力的校核σ=2τ/（1-0.5td）式中σ是凸模最小断面的压应力，τ是冲材材料抗剪强度，t是冲裁材料厚度，d是凸模或冲孔直径，[σ]是凸模材料的需用压应力。即σ=2×600÷（1-0.5×4÷7.18）=1663.32MPaⅡ抗纵向弯曲应力的校核Lmax=式中Lmax是凸模不发生纵向失稳弯曲的极限长度，E是弹性模量，则Lmax=π8×300000×本设计三号凸模L=71mm，小于84.46，即其长度满足规定。(2)二号凸模设计及其校核①结构设计为了便于制造，在保证能冲出所需形状的内孔时，将固定阶梯部分及中间部分做成矩形形式，只有在工作部分做成孔的形状，其形状及尺寸如下图5-2-2：图5-2-2图5-2-2②二号凸模性能校核Ⅰ凸模承压能力的校核σ=LtτFk≤[式中σ是凸模最小断面的压应力，L是冲件轮廓周长，Fk是接触面积，τ是冲材材料抗剪强度，t是冲裁材料厚度，[σ故σ=81.4214×4×600÷（4÷2）÷81.4214=1200MPaⅡ抗纵向弯曲应力的校核Lmax≤425式中是允许的凸模最大自由长度，F是冲裁力，I是凸模最小截面的惯性矩。(3)一号凸模设计及其校核①结构设计过程同二号凸模，结构如图5-2-3图5-2-3②性能校核图5-2-3Ⅰ凸模承压能力的校核σ=LtτFk≤[式中σ是凸模最小断面的压应力，L是冲件轮廓周长，Fk是接触面积，τ是冲材材料抗剪强度，t是冲裁材料厚度，[σ故σ=233.1304×4×600÷（4÷2）÷233.1304=1200MPaⅡ抗纵向弯曲应力的校核Lmax≤425式中是允许的凸模3最大自由长度，F是冲裁力，I是凸模最小截面的惯性矩。5.3模具定位零件结构设计本设计为级进模，又采用空位设立，因此必须选择恰当的定位装置，以保证在冲裁过程中材料和毛坯的对的送进及对的的将工件安放到模具上，以完毕下一步冲裁工序。根据模具及工件特点，本设计定位零件重要涉及：冲模挡料装置、导正销（1）冲模挡料装置的设计由于料为4mm，比较厚，故采用始用挡料装置71×6GB2866.1—81。（2）导正销的设计导正销用“B型导正销8×7.1×80JB/T7647.2-2023”运用模具空位进行导正定位，在凹模空位的三号工件部分位置加工出Ø8.04的。5.4模具卸料零件结构设计由于材料厚为4mm，比较厚，故卸料装置采用固定卸料板，经查表，根据料厚和条料宽度可以定出卸料板的厚度为14mm，其长宽和凹模的外轮廓尺寸保持一致。紧固螺钉可与凹模相同，选M12的，且使卸料板具有凸模导向作用，所以凸模与卸料板孔的配合为H7/h6，规定工作时，凸模与卸料板不得脱离。与其组合的导料板根据调料宽度可选择宽为55mm和60mm，长为200mm的标准导料板

第六章模具辅助构件设计6.1模架及其导向零件设计可以让导柱安装在模座的对称线上，这样滑动平稳，导向精确，故采用中间导柱模架。再根据凹模板的外形及模具的闭合高度为依据可拟定选择中间导柱矩形模架，导柱d×L分别为Φ32mm×210mm，Φ35mm×210mm；导套d×L×D分别为Φ32mm×115mm×48mm，Φ35mm×115mm×48mm。上模座厚度H取50mm，上凸模固定板厚度H取30mm，上模垫板厚度H取12mm，下模座厚度H模取60mm，下模垫板厚度H取12mm。6.2紧固零件结构设计上模座上的紧固件选择内六角螺栓M12×60GB/T5782—2023，定位销选择销B10×75GB119—1986。下模座上的紧固件选择内六角螺栓M12×55GB/T5782—2023，定位销选择销B10×70GB119—1986。卸料板上的紧固件选择内六角螺栓M12×20GB/T5782—2023，定位销选择销B10×35GB119—1986。模柄上的选择内六角螺栓M10×12GB/T5782—2023。

第七章压力机的选取与装配图7.1压力机的选取与核算（1）根据冲裁工艺性质、大批量生产、冲裁件结构形状简朴、尺寸精度规定不高，故选用开式双柱可倾压力机。（2）各工艺力的总和FΣ（3）由于冲模的闭合高度H模与压力机的最大闭合高度Hmax和最小闭合高度Hmin必须满足以下关系：（Hmin-H1）+5≤H模≤（Hmax-H1）-10，式中H1是垫板的高度，且H模=253mm，故Hmin≤248+H1且H

7.2模具总装配图图7-2图7-2-1第八章编制工艺卡片瓶起子的冲裁工艺卡片如下表所示：（厂名）冲裁工艺卡产品型号零部件名称瓶起子共页产品名称零部件型号第页材料牌号及规格材料技术规定坯料尺寸每个坯料可制零件数毛坯重量辅助材料65Mn，4×900×150条料4×134×95045件工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备工时0下料剪板140×9501冲孔落料冲孔和落料连续落料冲孔连续模2检查按零件图样检查绘制日期审核日期会签日期记处数更改文献号签字日期标记处数更改文献号签字日期2023·6个人总结课程设计，是徘徊于理论与实践之间的一段路程，是回望在课堂与课下之间的一丝脆铃，是升华间不懂与朦胧之间的一抹阳光。通过这次课程设计，纸张上文字不再晦涩难懂，一个个的文字拼凑起来的丰满的线条，充满在金属块的表面，再配上喜悦的心情，冲出一个又一个瓶起子，旅途的风景再多么地糟糕，心情还是愉悦的。通过这次课程设计，想到了上课时一次有一次问过老师的问题今天不再是浮云，想到了课本上许许多多未曾出现的新知识，今天我却发现了，想到了今天可以和同学坐在一起翻着同样的书、讨论着千奇百态的问题，那未来又算得了什么。我不敢拟定我的能力提高了多少，但我能拟定的是我比以前懂得了不少。我不知道我尚有多少专业知识不够了解甚至不曾了解，但我知道我今天每一点的努力都是靠近知识尽头的一步。局限性两个礼拜，或许时间不多，却足足可以抵掉慵懒的一个学期。综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，巩固与扩充了模具制造等课程所学的内容，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用，突出自己劳动成果的喜悦心情。等等这些益处，不再是空话。你喝着淡淡的开水，托着的水杯，它离不开模具；你正在奋笔疾书，五指握紧的笔，它离不开模具；你开怀大笑，看着播放喜剧的电脑，它更是离不开模具。我只能说，今天的你，当然也离不开模具。模具的重