模具设计与制造专业大作业

模

具

设

计

与

制

造

专

业

大

作

业

JM1005

颜辉

工件简图a

生产批量:大批量

材料:20F

料厚:0.8mm

一.冲裁件的工艺分析

1.冲裁件材料的分析

工件选用20F材料,该材料属于优质碳素结构钢,抗拉强度。b=333〜471MPa,屈服强度

。s=225MPa,伸长率810=26%,塑性好,屈服强度适中，有较好的力学性能,适宜冲裁.

2.冲裁件结构工艺性的分析

a.该工件形状规则，结构简单,上下对称,排样废料少,有利于材料的合理利用

b.该工件内形及外形的转角处应尽量避免尖角，因无特殊要求,可采用圆弧代替，

以便于模具加工,减少冲裁时工件尖角处的影响.

c.冲裁件上的悬臂和凹槽应尽量避免过长的悬臂和窄槽,该工件上凸出的悬臂和凹槽满

足设计要求,通过计算知道,最小宽度b》l.5t,最大长度hW5b

d.为保证模具强度和避免工件变形,孔边距和孔间距不能过小,否则会产生孔间材料的

扭曲或使孔边材料变形.通过计算知该工件孔间距为8.75,满足设计要求,cel.5t;孔边距

为0.75,不满足设计要求（c'2t）,因此可适当更改图纸尺寸，使其符合孔边距的设计要

求.

3.冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度分析

如工件简图所示,该工件对尺寸精度无特别要求,所以统一选择IT14级作为冲裁标准；

另外根据工件材料厚度为0.8mm,查表2.6.7［课本）知冲裁件断面的表面粗糙度为Ra=3.2um,

查表2.6.8（课本）知生产时允许的毛刺高度WO.10mm,因此该工件属于普通冲裁,精度要求，

表面粗糙度,毛刺高度要求不高.

4.冲裁件的尺寸标注

该工件尺寸基准都选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上,与定位基准重合,故

该工件尺寸标注没有问题,符合尺设计要求.所以,考虑冲裁件的尺寸基准时应尽可能考虑制

造模具及模具的使用定位基准重合,以避免产生基准不重合造成的误差.

确定工艺方案

该工件属于大批量生产,工艺性较好,符合冲压工艺要求.但不宜采用复合模,因为最窄

处（孔边距）的距离为0.75mm,而复合模的凸凹模最小壁厚需要2.3mm（见设计指导书表2-27）,

所以不能采用复合模.如果采用单工序模应先落料以后再冲孔,则生产效率太低满足不了工

件大批量生产的要求,而且工件尺寸较小,安全性不高,生产需要采取措施,费时费力，因此不

予选择.由于该工件生产批量为大批量生产，因此在提高工件生产效率和保证生产安全性和

工件尺寸精度的情况下，确定工件的工艺方案为冲孔一落料级进模.

三.确定模具的主要结构形式

该工件生产批量为大批量,为保证和提高生产效率,故采用横向自动送料方式,落件和废

料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式;考虑工件尺寸较小,厚度仅为0.8mm,所以采

用弹压卸料装置，以保证冲裁件的平整和正常卸料;为保证孔与外形的相对位置尺寸要求和

孔的精度要求,故采用始用挡料销定位,导正销导正.

四.排样设计

1.材料的经济利用

据材料厚度0.8mm,查表2.5.2(课本)知工件间长度ai=l.5mm,沿边长度a=l.8mm,再根

据工件简图求出步距〔相邻两个制件对应点的距离)A=4.5mm,条料宽度B=3mm.工件面积S=58

平方毫米,则一个步距的材料利用率

19=(S/AB)100%=(58/13.5)X100%=43%

2.排样

该工件材料厚度不高,尺寸较小,近似长方条形,通过计算,因此采用横排比较合理,符合

要求.排样如下图所示

五.确定冲压力和压力中心

1.冲压力的计算

因为材料厚度t=o.8mm,。b=333〜471MPa,抗拉强度在范围内故取中间为

。b=400MPa,k=L3,则根据式(2-4),

FP=KLtr=l,3X52.42X0.8X400N«21807N

查表2-20,K=0.05故

F0=K卸Fp=0.05X21453N=1073N

查表2-20,得K=0.05故

F推=21453X0.05X(8/0.8)N=10727N

所以F总=Fp+F卸+F推

=(21807+1073+10727)N=33607N

2.压力中心的计算

图一

图二

采用压力中心简化方法,引入负线段L1和L2,组成一个长方形,更方便计算它的压力

中心，这样该工件就被分为三部分，再分别求它们的周长和压力中心.左边部分周长

La=19.71,压力中心Ya=5.78;中间部分周长Lb=12,压力中心Yb=2;右边部分周长

Lc=18.ll,Yc=ll.05

对于负线段:Ll=-4,Yl=lL2=-4,Y2=l

则》Li=19.71+12+18.11=49.82

SLiYi=19.71X5.78+12X2+18.11X11.05=338.0391

SY<iYi/Li=338.0391/49.82=6.785

六.计算各主要零件的尺寸

1.凹模厚度

按式2-19(设计指导书)，其中b=23.5mm,K按表2-24查得,K=0.35故H=Kb=O.35X

23.5nnn=8.225mm但该件上需要进行冲孔和落料,且均需在同一凹模上进行,所以凹模的厚度

应适应增加，同时凹模厚度应该符合其设计标准,故凹模厚度H=25nun

按式2-20,凹模壁厚C=[1.5〜2)H^50mm,根据工件尺寸和材料合理搭配即可估算出

凹模的外形尺寸:长度X宽度为125mmX100mm

2.凸模固定板的厚度

Hl=0.7H=0.7X25mm=17.5mm,取整数为20mm,故凸模固定板厚度在凹模厚度的0.6倍

到0.8倍之间,符合设计要求.

3.垫板的采用与厚度：是否采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算，冲小孔的凸

模承压面的尺寸如图所示,按式2-10(设计指导书)，其承压应力

6=F/A=(8.355X1.3X0.8X400)/(I.5X3)MPa

七772MPa

查表2-39得铸铁模板的[6p]为90MPa〜140MPa,故6>[6p],因此须采用垫板,垫板厚

度取8mm.

4.卸料橡皮的自由高度:根据工件材料的厚度为0.8mm,冲裁时凸模进入凹模深度取

1mm,考虑模具维修时刃磨留量为2mm,再考虑到开启时卸料板高出凸模1mm,则总的工作行程

h工件=4.8mm,根据式(8-5),橡皮的自由高度h自由=h工件/(0.25-0.3)=16-19.2mm.

取h自由二19mm

模具在组装时橡皮的预压量为

h预二10%〜15%Xh自由=1.90〜2.85mm

取h预二2mm

由此可以计算出模具中安装橡皮的空间高度尺寸为17mm

5.计算凸、凹模工作部分尺寸：

由表2.2.4（课本）查得2Cmin=0.1mm,2Cmax=0.13mm.

（1）冲孔凸模I工件孔尺寸:宽1.5mm,长2.25mm,长3nlm（见工作简图a）

由表2-12（设计指导书）查得:尺寸为1.5mm时，6P=0.02mm

尺寸为2.25mm时，6p=0.02mm

尺寸为3mm时，5p=0.02mm

查表2-13（设计指导书），乂=0.5

0

根据表2-14（设计指导书），Bp=（B+XA）,sp,根据表2-16（设计指导书），尺寸

1.5,2.25,3的公差分别为△1=0.25mm,A2=0.25mm,A3=0.3mm,

贝ijBpi=（1.5+0.5X0.25）.00.02

0

=1.625_002mm

Bp2=（2.25+0.5X0.25）,0,02

0

=2.375_o02

Bp3=（3+0.5X0.3）.o02

o

=3.15_QQ2mm

（2）冲孔凸模II工件孔尺寸:宽1.5mm,长1.5mm,长3mm（见工作简图a）

由表2-12（设计指导书）查得:尺寸为1.5mm时，6p=0.02mm

尺寸为3mm时，8p=0.02mm

查表2-13（设计指导书），X=0.5

根据表2-16（设计指导书），尺寸1.5,3的公差分别为△1=0.25mm,A2=0.3mm根据表2-14

公式得：

Bpi=Bp2=（l.5+0.5X0.25）.002

o

—1.625_o.o2mm

Bp3=（3+0.5X0.3）.002

0

=3.15.0.02mm

(3)落料凹模选择凹模为设计基准件，图b中虚线为凹模轮廓磨损后的变化,按配制

加工方法,只需计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模的实际尺寸按间隙

要求配制.

<1>根据b图，凹模磨损后变大的尺寸有Adi(R1.5)Ad2(RO.75)Ad3(RO.75)Ad4(R0.75)

刃口尺寸计算公式:Aj=(Amax—XA)+°'2QA

由表2-16(设计指导书)查得,尺寸1.5,0.75的公差均为△=0.25mm.

由表2.3.1(课本)查得:对于以上要计算的尺寸,其磨损系数均为0.5

,,,+0.25X0.25

Adl=(l.75一10.5X0.25)0

+0.0625

=1.6250mm

*/、+0.25X0.25

Ad2二(1一■0.5X0.25)o

+0.0625

=0.875°mm

A/、+0.25X0.25

Ad3二(1—10.5X0.25)o

+0.0625

=0.875onim

a/\+0.25X0.25

Ad4二(1一■0.5X0.25)o

+0.0625

=0.875°mm

<2>根据b图，凹模磨损后变小的尺寸有Bdl(4)Bd2(4).

刃口尺寸计算公式:Bj=(Bmin—XA)°o25A

由表2-16(设计指导书)查得,尺寸4的公差均为A=0.3mm

由表2.3.1(课本)查得:对于以上要计算的尺寸,其磨损系数均为0.5

Bdl=⑶7+0.5X0.3)-0.25X0.3

o

=3.85-0.075111111

c/、0

Bd2=⑶7+0.5X0.3)-0.25X0.3

=3.85-o.075111nl

<3〉根据b图，凹模磨损后不变的尺寸有Cdl（6）Cd2（6）Cd3（0.5）Cd4（0.5）Cd5（0.5）

Cd6（0.5）

刃口尺寸计算公式：Cj=(Cmin—0.5△)±0.125△

由表2-16(设计指导书)查得,尺寸6,0.5的公差分别为A1=0.36mmA2=0.25mm

Cdl=(5.64~10.5X0.36)mm±0.125X0.36mm

=5.46mm±0.045mm

Cd2二(5.64一■0.5X0.36)nuni0.125X0.36mm

=5.46mm±0.045mm

Cd3-(0.25—0.5X0.25)mm±0.125X0.25mm

=0.125mm±0.031mm

Cd4=(0.25—0.5X0.25)mm±0.125X0.25mm

=0.125mm±0.031mm

Cd5=(0.25—0.5X0.25)mm±0.125X0.25mm

=0.125mm±0.031mm

Cd6二(0.25—0.5X0.25)mm±0.125X0.25mm

二0.125mm±0.03mm

图b

<4>凸模刃口尺寸确定,查表2.2.4(课本)，冲裁合理间隙2Cmin=0.1mm,2Cmax=0.13mm,故:

凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为2cmin=0.1mm.

7.模具总体设计

有了上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案,便可以对模具进行总体设计并画出

草图,如下图所示.

从结构图初算出闭合高度：

H模=(35+8+50+23.5+40-1)mm

=155.5mm

根据凹模的外形尺寸,确定下模板的外形尺寸为160mmX125mm

8.模具主要零部件的设计

本模具是采用自动送料的级进模,落料凸模面积较大可直接用螺钉与圆柱销固定,冲

孔凸模则须用固定板固定，凹模可直接用螺钉与圆柱销固定.横向的定位采用始用挡料销定

位,导料销导正.卸料装置采用弹性的,导向装置采用导柱导套.

9.选定设备该模具的总冲压力：

F总=33607N

闭合高度：H模=155.5mm

外廓尺寸：160mmX125mm

根据压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时该模具的总冲压力,查表8-10（设计指导

书）知,须采用100KN压力机,该压力机的主要技术规格为:

最大冲压力：100KN

滑块行程:45mm

滑块行程次数：145/min

最大封闭高度：180mm

封闭高度调节量:35mm

滑块中心线至床身距离：130mm

立柱距离:180mm

工作台尺寸:240mmX370mm

因此根据冲压力，闭合高度,外廓尺寸等数据,选定该设备是合适的.

10.绘制模具总图总图如1T所示，图中零件说明见表1-L

表1-L零件明细表

序号代号名称数量材料热处理

1GB/T2855.1上模座1HT200

2GB/T2861.1导套25(H6)X85220钢渗碳淬火56~60HRC

3GB/T2861.6导柱25(h5)X130220钢法碳淬火56~60HRC

4GB/T70-85内六角螺钉M8X40245钢淬火40~45HRC

5落料凸模1T8A56-60HRC

6GB/T119-86圆柱销A8X63235钢28-38HRC

7GB70-85内六角螺钉M8X45445钢

8GB2862.1-81模柄1Q235

9GB2867.5-81卸料螺钉Ml0X55145钢淬火40~45HRC

10垫板145钢淬火40~45HRC

11凸模固定板145钢淬火40~45HRC

12卸料橡皮1橡胶

13卸料板1Q235

14凹模1T8A

15GB/T119-86圆柱销A8X70435钢28-38HRC

16GB/T2855.2下模座1HT200

17冲孔凸模1T8A56—60HRC

18冲孔凸模1T8A56-60HRC

19导正销