冲压模具设计培训.docx
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冲压模具设计培训
前言…………………………………………………………………………2
设计内容……………………………………………………………………3
一、工艺性分析……………………………………………………………3
二、工艺方案的确定………………………………………………………3
三、模具结构形式的确定…………………………………………………3
四、工艺设计………………………………………………………………4
（1）计算毛坯尺寸………………………………………………………4
（2）画排样图……………………………………………………………4
（3）计算材料利用率……………………………………………………5
（4）计算冲压力…………………………………………………………6
（5）初选压力机…………………………………………………………6
（6）计算压力中心………………………………………………………6
（7）计算凸凹模刃口尺寸………………………………………………7
五、模具结构设计…………………………………………………………7
（1）模具类型的选择……………………………………………………7
（2）定位方式的选择……………………………………………………7
（3）凹模设计……………………………………………………………7
（4）凹模刃口与边缘的距离……………………………………………7
（5）确定凹模周界尺寸…………………………………………………7
（6）选择模架及确定其他冲模零件尺寸………………………………8
六、绘制典型零件图和装配图……………………………………………10
七、结束语…………………………………………………………………11
致谢………………………………………………………………………11
参考文献…………………………………………………………………12
前言
随着经济的发展，工业产品技术也在不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。
虽然模具种类繁多，但在“十一五”期间其发展重点应该是既能满足大量需要，又具有较高的技术含量，特别是目前国内尚不能自给、需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。
又由于模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。
因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国的模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期及降低成本。
由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。
而且应该是目前已有一定基础，有条件、有可能发展起来的产品。
如：
1.大型精密塑料模具塑料模具占我国模具总量的比例正逐年上升，发展潜力巨大。
目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元。
2.主要模具标准件目前国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等。
这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展。
虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这些主要表现在飞行器钣金件、高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。
覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。
因此我们在学习完飞行器板金成形和模具相关基础课程后，老师让我们进行简单冲压件的模具设计，我们可经通过简单件的设计初步了解一下模具设计的过程。
设计内容
一、工艺性分析
此工件只有落料一个工序。
制件材料为Q235，具有良好的冲压性能，适合冲裁。
工件结构相对简单，厚度为2mm，工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求（图１），但应加以注意：
图1
（1）有一定批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。
（2）冲裁间隙，凸凹模间隙的确定应符合制件的要求。
（3）各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序动作稳妥、连贯。
二、工艺方案确定
根据制件工艺性分析，其基本工序只有落料，可得以下简单方案：
（1）直接落料，单工序冲裁。
（2）先冲孔凹形区域，后落料制件。
（3）凹形区域两次冲孔成矩形，再落料成制件。
方案
（1）为单工序冲压，制件生产过程较为简单。
方案
（2）、（3）需冲孔后落料，容易造成制件废品率高，对设备要求高等。
综合各方面因素，方案
（1）较为合理。
三、模具结构形式的确定。
因制件材料较薄，为保证制件平整，采用固定卸料装置。
为方便操作和取件可初选双立柱可倾压力机，横向送料。
采用圆柱头式挡料销。
生产效率高，材料消耗也小。
综上所述：
由《模具设计指导》[1]书表5—3，5—8选用固定卸料横向送料典型组合结构形式，后侧导柱滑动导向模架。
四、工艺设计。
（1）计算毛坯尺寸。
制件长尺寸如图一。
（2）排样方式的确定及尺寸确定。
排样方式的选择
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
因材料厚度2mm，由参考书《模具设计指导》表4-4得材料厚度允许偏差为±0.13mm,属于A级精度。
故材料为A级精度的Q235。
由参考书《飞行器钣金成形原理与工艺》[3]表3-17
表3-17搭边值和侧边值的数值
材料厚度t
圆件及r＞2t圆角
矩形边长l≤50
矩形边长l＞50或圆角r≤2
工件间a1
侧边a
工件间a
侧边a1
工件间a1
侧边a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25～0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5～0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8～1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2～1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6～2.0
1.2
1.5
1.5
2.0
2.0
2.2
选a=1.5mm,a1=2mm.由式3—24，无侧压装置有：
B0-Δ=[D+2（a1+Δ）+b0）]
其中：
B—条料板公称宽度（mm）
D—垂直于送料方向的工件尺寸（mm）
a1—侧搭边值（mm）
b0—条料与导板之间的间隙（mm）
Δ—条料宽度公差（mm）
查表3-18，有Δ＝0.6mm,b0=0.2mm
则；B=[D+2×（a1+Δ）+b0）]
=[48+2×（2+0.6）+0.2]
=53.4mm
条料步距L=70+a=（72+1.5）mm=73.5mm.
查参考书《模具设计指导》表4-8，选板料规格为冷轧钢板，尺寸为
600mm×1500mm×2mm,每块剪成60mm×1500mm×2mm的条料，可生产零件200件。
制件排样图如图：
图2
（3）计算材料利用率η。
η=
×100%
其中：
制件的总面积A0=2340mm。
一个步距的条料的面积A=3925mm。
故η=60%
（4）计算冲压力。
1）、冲裁力的计算
用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：
F=Ltτb
式中 F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪强度；
K—系数，系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3。
计算冲裁件轮廓尺寸L=272mm
由参考资料《模具设计指导》[1]表4－11得
=432～461Mpa,取
=450Mpa
由参考书《飞行器钣金成形原理与工艺》[3]表3－15
表3-15卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
K推
K顶
K卸
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
则：
F冲裁=1.3Lt
=1.3Lt（0.7～0.9）
=Lt×
=450×272×2=245KN
②F卸料=K卸F冲=0.05×245=12.25KN
总冲裁力F=245+12.25=260KN
（5）初选压力机。
由参考文献《模具设计指导》[1]表4－33选取Y23－40型精冲压力机。
（6）计算凸凹模刃口尺寸。
对于形状复杂或薄材料的冲裁件，为了保证凸凹模之间的间隙值，并使其分布均匀，必须采用配合加工，这种方法是先加工好凸模或凹模作为基准件，然后以此基准件为标准加工凹模或凸模，使二者保持一定间隙。
由《飞行器钣金成形原理与工艺》[3]表3-14，
表3-14系数X
料厚t（mm）
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
每个尺寸可取：
x＝1
1 凹模磨损后增大的尺寸，可按落料件凹模尺寸的公式计算
Aid=（Amax-x△）+δd0
Amax—垂直于送料方向的凹模刃口间的最大距离；
所以有：
A1d=（38-1×0.17）+0.17/40=37.83+0.04250mm
A2d=（70-1×0.2）+0.2/40=69.8+0.050mm
A3d=（48-1×0.2）+0.2/40=47.8+0.050mm
A4d=（20-1×0.12）+0.12/40=19.88+0.030mm
2 凹模磨损后变小的尺寸，可按冲孔凸模尺寸的公式计算
Bid=（Bmin+x△）0δd
Bmin—垂直于送料方向的凸模刃口间的最小距离；
所以有：
B1d=（30+1×0.12）0-0.12/4=30.120-0.03mm
3 凹模磨损后不变的尺寸
Cid=C±δd
所以有：
C1d=48±0.2/4=48±0.05mm
4 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是37.83mm,69.8mm,47.8mm,19.88mm,30.12mm,48.0mm。
凸模按凹模配制，配制时要保证最小合理间隙Zmin=0.160mm。
（7）计算压力中心。
由于该制件图形规则，压力中心在其几何中心上。
先画出凹模型口图,如图建立坐标系。
所以对于中心点坐标有：
（37.7,18.9）mm
五、模具结构设计：
（1）模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，压力机一次冲裁即可完成一个工序，所以模具类型单工序冲裁模。
（2）定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。
控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。
而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。
（3）凹模设计。
因制件材料简单，总体尺寸不大，选用整体式矩形凹模较为合理。
因生产批量较大，由文献《模具设计指导》[1]表3-5选用T10A为凹模材料。
凹模孔型由该文献中表2—38选出第三种孔型，且β=3°，h=5mm由该文献表2-39得凹模高度h=22mm和凹模壁厚c=30mm。
（4）凹模刃口与边缘的距离
由文献《冲压手册》表2—41得a=30mm
（5）确定凹模周界尺寸L×B
所以：
L×B=160×125
据文献《模具设计指导》表5—43得凹模尺寸160mm×125mm×22mm
其中L=160mm，B=125mm，
（6）选择模架及确定其他冲模零件尺寸。
由凹模周界尺寸及配用模架闭合高度在H=140～170mm，查《模具设计指导》[1]5-7选用滑动导向后侧导柱模架，标记为160×125×140~170（GB/T2851.3－1990）,并根据此标准画出模架图。
上模座：
160×125×40GB/T2855.5-1990材料：
HT200GB/T9436-88
下模座：
160×125×50GB/T2855.6-1990材料：
HT200GB/T9436-88
导柱：
25h5×130GB/T2861.1-1990材料:
20钢GB/T699-1999
导套：
25H6×85×33GB/T2861.6-1990材料:
20钢GB/T699-1999
六、绘制典型零件图和装配图。
a凹模
b凸模
结束语
钣金冲压成形课程设计是我在大学期间的一门重要的课程，是把理论应用到实践中的过程。
通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑；并使我巩固了自己的知识，加深了对冲压成形的理解，同时认识到自己的不足。
把以前不懂或模糊的知识上升到了深刻理解，相信对我们将来从事工作将有很大帮助。
本设计是一个小型的钣金零件成形工艺的设计。
主要包括了冲孔和冲压模具的设计计算以及主要零件和模具的CAD制图,使我学到了不少东西，
通过本次课程设计，我学到了很多新的东西，也发现了大量的问题，有些在设计过程中已经解决，有些还有待今后慢慢学习。
只要学习就会有更多的问题，更多的难点，但也会有更多的收获。
由于个人水平有限，在设计过程中不可避免地出现各种各样的问题，还请老师批评指正。
致谢
在本设计完成之际，衷心感谢指导老师和同学们对我的指导和帮助。
在我设计过程中，张春元、王菁等老师给予了极大的帮助和指导，并为我们提供了舒适的工作、学习环境，老师认真负责的工作态度、严谨的治学风格，使我深受启发，在此我要感谢几位老师对我的帮助和他们耐心的辅导；以及同学们的支持，和同学们之间的相互探讨也使我获益匪浅，也要同学们对我的关心，使我在学习中感受到了快乐。
我再次感谢老师和我的同学们，并感谢学校给予我们一个实践的平台，使我们的能力得到了极大的提升。
参考文献
【1】史铁梁.模具设计指导.北京:
机械工业出版社，2006.
【2】王孝培.冲压手册.北京：
机械工业出版社，2000.
【3】瞿平.飞机钣金成形原理与工艺.西安：
西北工业大学出版社，1995.
【4】杨玉英．实用冲压工艺及模具设计手册．北京：
机械工业出版社，2000.
【5】伍先明.塑料模具设计指导.北京：
国防工业出版社，2006.
【6】申开智.塑料成型模具.北京：
中国轻工业出版社，2002.
【7】齐晓杰.塑料成型工艺与模具设计.北京：
机械工业出版社，2006.
【8】姜奎花.冲压工艺与模具设计.北京：
机械工业出版社，2000.
【9】丁松聚.冷冲模设计.北京：
机械工业出版社，2000.
【10】许树勤.模具设计与制造.北京：
北京大学出版社，2005.
【11】涂序斌.模具制造技术.北京：
北京理工大学出版社,2007.
【12】张国志.材料成型模具设计.沈阳：
东北大学出版社，2006.
【13】徐慧民.模具制造工艺学.北京：
北京理工大学出版社2007.
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