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级进模设计说明书

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XXXX学院

毕业设计（论文）说明书

题目冲压模具设计

学生

系别机电工程系

专业班级材料成型及控制工程

学号

指导教师

冲压模具毕业设计

1.绪论

1.1冲压的概念、特点及应用

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。

冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。

冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。

冲压所使用的模具称为冲压模具，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。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。

主要表现如下。

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。

这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。

所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。

1.2冲压的基本工序及模具

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。

概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

冲压件图如下图所示:

由冲件图可知C1=7.72>1X1.5=1.5。

由以上可知孔与孔之间距离C1满足工艺性要求,初步采用复合模来实现，但链板孔的光洁度不理想，影响链板的使用寿命，且复合模生产效率低，分析后决定采用级进模生产。

由于链板零件的落料力不大，且形状为锯齿形，因此可以考虑采用双排交错排列的方案，按一个方向送料，但考虑到模具结构相对复杂，而且模具整体也大很多，模具的材料和生产成本增加，因此建议不采用双排交错排列的方案。

根据零件的结构及尺寸要求，采用冲孔，挤孔，落料等工序成型，具体排样图如下：

链条在使用过程中，链板孔是链条失效的薄弱环节，容易产生疲劳破坏，而链板冲孔后在孔内壁留下的划痕为链板的疲劳源，为减少链板孔内壁划痕，现采用挤孔工艺将划痕挤掉，以提高链条的使用寿命。

冲孔尺寸可以冲φ4.93的孔。

2.2冲裁件的精度与粗糙度

冲裁件的经济公差等级不高于IT12级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级,由工件图尺寸可查得落料公差,冲孔公差分别为0.40,0.08.而冲件落料公差,最高精度冲孔公差分别为0.5,0.15，孔中心距公差±0.15而冲件孔中心距最高精度公差为±0.25,因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求.

由于冲裁件没有断面粗糙度的要求,我们不必考虑.

2.3冲裁件的材料

由材料方面的资料得,65Mn是优质碳素钢的一种。

标准：

GB/T711-8813702104496

用途

65Mn钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高，具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。

退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。

受中等载荷的板弹簧，直径达7-20mm的螺旋弹簧及弹簧垫圈.弹簧环。

高耐磨性零件，如磨床主轴、弹簧卡头、精密机床丝杆、切刀、螺旋辊子轴承上的套环、铁道钢轨等。

化学成份

　　碳C：

0.62～0.70

　　硅Si：

0.17～0.37

　　锰Mn：

0.90～1.20

　　硫S：

≤0.035

　　磷P：

≤0.035

　　铬Cr：

≤0.25

　　镍Ni：

≤0.30

铜Cu：

≤0.25

力学性能

　　抗剪强度σb（MPa）：

≥700（100）

抗拉强度σb（MPa）：

≥980（100）

　　屈服强度σs（MPa）：

≥784（80）

　　伸长率δ10（％）：

≥8

　　断面收缩率ψ（％）：

≥30

　硬度：

热轧,≤302HB;冷拉+热处理，≤321HB。

2.4确定工艺方案.

该冲裁件包括落料和冲孔，挤孔三个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产,因此采用单工序须要模具数量较多,生产率低,所用费用也高,不合理;若采用复合冲,可以得出冲件的精度和平直度较好,生产率较高,但因零件的孔边距太小,模具强度不能保证;用用级进模冲裁时,生产率高,操作方便,通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题,根据以上分析,该零件采用级进冲裁工艺方案.

3.冲压模具总体结构设计

3.1模具类型

根据零件的冲裁工艺方案,采用级进冲裁模.

3.2操作与定位方式

零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸较小，厚度较小，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，定位销导正。

3．3卸料与出件方式

考虑零件尺寸较小，厚度较薄，采用弹压卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

3．4模架类型及精度

由于零件材料较薄，尺寸较小，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用内导柱导向，考虑零件精度要求不是很高，材料厚度为1.5，冲裁间隙较不小，因此采用采用后侧两导柱。

4．冲压模具工艺与设计计算

4．1排样设计与计算

该冲裁件材料厚度较薄，尺寸小，因此可采用以下排样比较合理,具体见上面视图。

搭边值要合理确定，值过大，材料利用率低；值过小，搭边的强度与刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。

因此，搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，一般可取等于材料的厚度。

搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。

搭边值一般由经验确定，根据所给材料厚度δ=1.5m，确定搭边工作间a1为2mm,a为2.0mm。

因此根据式3-13，条料的宽度为

B

=（Dmax+2a+z）

=14.83+2×2=18.83mm

进距为:

s=24+a1=24+2.0=26mm

根据3-14，导板间距为：

B0=B+Z=Dmax+2a+z=18.83+1.5=20.33mm

由零件图在CAD用计算机算得一个零件的面积为250.45mm

一个进距内的坯料面积:

BXS=20.33X26=528.58mm

因此材料利用率为:

η=（A/BS）X100%

=（250.45/528.58）X100%

=47.4%

4.2设计冲压力与压力中心,初选压力机.

（1）.冲裁力根据零件图,用CAD可计算出冲一次零件内外周边之和L=76.1mm（首次冲裁除外）,又因为τ=700Mpa,t=1.5mm,取K=1.3,则根据式3-18,F=KLtτ=1.3X76.1X1.5X700=103.87KN，冲孔力的大小：

F=KLtτ=1.3X（3.14×4.93）X1.5X700=21.13KN，挤孔力相当于冲孔的大小：

F=KLtτ=1.3X（3.14×4.98）X1.5X700=21.34KN，切侧切侧刃力的大小：

F=KLtτ=1.3X27.5X1.5X700=37.54KN，总的力为103.87+21.13+21.34+37.54=183.88KN，

卸料力:

取Kx=0.06,则

Fx=KxF=0.06X183.88=11KN

推件力:

根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h≥3mm,为了修模时能保证模具仍具有足够的强度,所以直壁高度取h=3mm,

由式3-23应选取的压力机公称压力为:

P0≥（1.1～1.3）F∑=（1.1～1.3）X（183.88+11）=253.34KN

因此可选压力机型号为J23-40.

型号为J23—40压力机的基本参数如：

（表一）

公称压力/KN

400

垫板尺寸/mm

滑块行程/mm

200

厚度80

滑块行程次数/（次/min）

80

模柄孔尺寸/mm

直径40

深度70

最小封闭高度/mm

120

滑块底面积尺寸/mm

封闭高度调节量

80

滑块中心线至床身距离/mm

床身最大可倾角

30°

立柱距离/mm

工作台尺寸/mm

前后420

左右630

工作台孔尺寸

（2）压力中心

根据排样,我们可以在CAD里使用查询便能得出冲孔的压力中心,

F1——冲侧刃力F1=Ltσb，得F1=37.54KN

F2——冲孔力φ4.93F2=Ltσb，得F2=10.56KN

F3——冲孔力φ4.93F3=Ltσb，得F3=10.56KN

F4——挤孔力φ4.98F4=Ltσb,得F4=10.67KN

F5——挤孔力φ4.98F5=Ltσb,得F5=10.67KN

F6——落料力F6=Ltσb,得F6=103.87KN

Y1——F1到X轴的力臂Y1=8.35

X1——F1到Y轴的力臂X1=52

Y2——F2到X轴的力臂Y2=0

X2——F2到Y轴的力臂X2=32.35

Y3——F3到X轴的力臂Y3=0

X3——F3到Y轴的力臂X3=19.65

Y4——F4到X轴的力臂Y4=0

X4——F4到Y轴的力臂X4=-19.65

Y5——F5到X轴的力臂Y5=0

X5——F5到Y轴的力臂X5=-32.35

Y6——F6到X轴的力臂Y6=0

X6——F6到Y轴的力臂X6=-52

根据合力距定理：

YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3…）/（F1+F2+F3…）

XG=（X1F1+X2F2+X3F3…）/（F1+F2+F3…）

XG——F冲压力到X轴的力臂；XG=-18.78

YG——F冲压力到Y轴的力臂；YG=1.7

所以由以上可以算得压力中心为G（1.7,-18.78）

（3）.计算凸凹模刃口尺寸及公差

由于材料较薄,模具间隙较小,模具的间隙由配作保证,工艺比较简单,并且还可以放大基准件的制造公差,（一般可取冲件公差的1/4）,使制造容易,因此采用配作加工为宜.

由落料尺寸得,凹模会变小,所以得以凹模为基准,配作凸模.

由冲孔尺寸得,凸模尺寸变小,所以以凸模为基准,配作凹模.

由材料厚度可得Zmin=0.03mm,Zmax=0.05mm.

由落料,凹模磨损后变大,磨损系数X1=0.50,X2=0.04所以:

Ad1=（A1max-x△）

=（24-0.5X0.04）

=23.98

Ad2=（A2max-x△）

=（14.83-0.5X0.04）

=14.81

Ad3=（A3max-x△）

=（5-0.5X0.04）

=4.98

Ad4=（A4max-x△）

=（1.4-0.5X0.04）

=1.38

Ad5=（A5max-x△）

=（3-0.5X0.04）

=2.98

由于Ad1,为落料尺寸,故以凹模为基准,配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配作，保证双面间隙值为0.06～0.10mm.

落料凸模尺寸：

Ah1=（Ad1-2Z）+Δ

=24-2X0.05=23.9+0.02;

Ah2=（Aj2-2Z）+Δ

=14.83-2X0.04=14.73+0.02;

Ah3=（Aj3-Z）+Δ

=5-0.05=4.95+0.02;

Ah4=（Aj4-Z）+Δ

=1.4-0.05=1.35+0.02;

Ah5=（Aj5-Z）+Δ

=3-0.05=2.95+0.02;

（2）.由冲孔尺寸凸模磨损后变小有:

b1=φ6,b2=φ12,b3=φ16,磨损系数X1=X20.5,故bp6不需采用刃口尺寸公式计算,而直接取bp6=2bp5.所以:

bp1=（b1min+X1△1）

=（4.93+0.5X0.04）

=4.95

冲孔凹模尺寸，

Hp1=（b1min+X1△1）

=（4.93+2X0.05）

=5.03

（3）.凸,凹模磨损后不变的尺寸Cp1=12.7，角度120，150，未注公差为IT9,得:

Cp=（Cmin+0.5△）

所以:

Cp1=（Cmin+0.5△）

=12.7

0.01

Cp2=（Cmin+0.5△）

=150

0.01

Cp3=（Cmin+0.5△）

=120

0.01

5.模具的总装图与零件图

5.1根据前面的设计与分析,我们可以得出如级进模具的总张图

如图5-1所示:

图5-1级进模总装图

1.下模板;2.凹模；3、落料凸模；4、卸料板；5、卸料螺钉；6、树脂，7、挤压冲头；8固定板；9、上垫板，10、上模板，11、模柄;12.防转销;13.冲孔冲头;14钢丝，15、切侧刃凸模，16、圆柱销，17.内六角螺钉，18.内导柱;19、内六角螺钉20.导料板;21.定位销;22.圆柱销，23、内六角螺钉。

5.2冲压模具的零件图

（1）.凹模设计

凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉,圆柱销与下模座固定的固定方式，凹模刃口采用直筒形刃口壁结构,刃口高度根据前面“4.2”计算冲裁力时所取h=3mm,漏料部分刃口轮廓适当扩大，可以扩大0.5～1mm,取1mm,（为便于加工,落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓的简化形状,如图所示）,凹模轮廓尺寸计算如下:

凹模轮廓尺寸的确定，凹模轮廓轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LXB（长X宽）及厚度尺寸H.从凹模外边缘的最短距离称为凹模壁厚C.对于简单对称形状刃口凹模,由于压力中心即对称中心,所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁厚来确定,所以:

L=l+2C=20.33+2X40=100

C值可根据资料查得.

整体式凹模板的厚度可按如下经验公式估算:

H=K1K2

=15mm,K1取1,K2根据资料取2.5.

由以上算得凹模轮廓尺寸LXBXH=100X200X33,查有关国家标准,并无厚度合适,因此我选LXB为标准尺寸,得LXBXH=100X200X30.

凹模材料的选用:

材料选用YG15钢，孔与孔的校核:

校核最小A值为6,最小B值为35，以上都能达到要求,因此得以校核.凹模刃口尺寸及其它具体见零件图5-21.或后面所附的零件图.设计中,因为压力中心与凹模板的几何中心相差不太,由压力机根据模柄孔尺寸为φ40,压力中心仍在模柄投影面积,可设他们在同轴线上.

图5-2凹模

（2）.凸模设计

落料凸模刃口部分为异形,又在它里面开孔,装配导正销,为便于凸模和固定板的加工,可通这设计成铆接方式与固定板固定.冲孔凸模采用阶梯结构,设计成铆接方式.凸模的尺寸根据导料板尺寸、卸料板尺寸和安装固定要求尺寸h，取h15~20，因为这里的凹模刃口尺寸为3mm,在范围之内取18mm所以凸模的尺寸为L=25+18+20+2=65mm.

凸模材料：

参照冲压模具设计与制造选用LD钢

考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模φ4.93进行强度和钢度校核：

根据表3-26可得：

L≤90d

/

=（90X4.93X4.93）/

=8.3mm.

L为凸模的允许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为

65＞8.3,所以钢度不需要校核。

具体零件图如后面所附零件图为准，

零件成型属于薄板冲压，但冲裁量大，冲孔凸模和挤压凸模及凹模在模具冲压过程中容易磨损，因此材料需要选耐磨强度高的材料，冲孔凸模和挤压凸模都选用LD钢，凹模选用YG15，挤压凸模的刃口高度为1毫米，在一个行程内挤孔凸模刃口有两次通过已冲过的孔，有效的提高孔的光洁度，结构图如下：

（3）.选择坚固件及定位零件

螺钉规格的选用:

由凹模板的厚度可选用M8,在根据实际要求,查标准选用GB70-85M8X50,这里要6个,卸料板的螺钉选用GB70-85M8X60,这里要4个。

销钉规格的选用:

销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格,因此根据标准选用GB119-86φ8X60,选取材料为45钢.根据定位方式及坯料的形状与尺寸,选用合适的标准定位零件.

导料板:

根据凹模LXB=200X100,查标准GB2865.5-81,选规格为:

长度L=200,宽度B=100,厚度H=8,材料为45#的导料板,即导料板:

200X50X8

如图5-10所示:

（4）.设计和选用卸料与出件零件

卸料以卸料板卸料,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.5~1倍,所以卸料板的LXBXH=200X100X/0.5X45=200X100X23,卸料板在此仅起卸料作用,凸模与卸料板间的双边间隙一般取0.05~0.1mm,这里取0.1mm,材料为Cr12.由以上根据凸模和凹模可设计出卸料板如图5-13.

（5）.选择模架及其它模具零件

选择模架:

根据GB/T2851.5-90,由凹模周界200X100,及安装要求,选取凹模周界:

LXB=200X100,闭合高度:

H=159~179,上模座:

260X170X30，下模座:

260X170X40,导柱:

28X160,导套:

42X70.

由以上可得模架及其零件如图5-14所示.

模柄:

由压力机的型号J23-40.可查得模柄孔的直径为40,深度为70,由装配要求,模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转,模柄长度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用弹压卸料，上模座回程时受力较大，因此选用压入式模柄较合理。

垫板:

垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力,以防止模座被挤压损伤,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板.垫板的外形尺寸与凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,这里设计时,由于压力较大,根据GB2865.2-81选取规格为LXBXH=200X100X10.

凸模固定板:

凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致,厚度为凹模的0.4~0.6h,h为凹模的厚度,这里取0.4h,即0.4X45=18mm,根据核准选取板的规格为LXBXH=200X100X18;凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,4个螺钉与上模座连接固定,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致,顶部与凸模铆接,因此必须倒角,由以上可得凸模固定板的零件图如图5-16所示:

5.3压力机的校核

（1）.公称压力根据公称压力的选取压力机型号为J23-40,它的压力为400>188.38,所以压力不需要校核;

（2）.滑块行程滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出.这里只是材料的厚度t=1.5,导料板的厚度H=8及凸模冲入凹模的最大深度2,即S1=1.5+8+2=11.5

（3）.行程次数行程次数为80/min.因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能太快.

（4）工作台面的尺寸根据下模座LXB=260X170,且每边留出60~100,即L1XB1=460X370,而压力机的工作台面L2XB2=630X420,冲压件和废料从下模漏出,而压力机的孔尺寸为φ120,故符合要求;

（5）滑块模柄孔尺寸滑块上模柄孔的直径为40,模柄孔深度为70,而所选的模柄夹持部分直径为40,长度为60故符合要求,得以校核;

（6）.闭合高度由压力机型号知Hmax=380M=90H1=120

Hmin=Hmax–M=380-90=290

（M为闭合高度调节量/mm,H1为垫板厚度/mm）

由式（1-24）:

（Hmax–H1）-5≥H≥（Hmin–H1）+10,得

（380–120）-5≥194≥（290–120）+10

即275≥173.5≥180,所以所选压力机，在调试模具时，模具下面需要加上等高铁.

6.冲压模具零件加工工艺的编制6.1凹模加工工艺过程如表6-1所示

表6-1凹模加工工艺过程

工序号

工序名称

工序内容

设备

1

备料

将毛坯锻成210mm×110mm×35mm

2

热处理

退火

3

铣

铣六面,厚度留单边磨量0.2~0.3mm

铣床

4

平磨

磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直

平面磨床

5

钳工

划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线

6

钳工

加工好凸模,配作冲孔凹模达要求

7

铣

铣漏料孔达要求

铣床

8

钳工

钻铰2×φ10

钻攻6XM8

钻床

9

热处理

淬火,回火,保证HRC60~62

10

平磨

磨厚度及基面达到要求

平面磨床

11

线切割

按图切割各型孔,留0.005~0.01单边研量

线切割机床

12

钳工

研光各型孔达要求

13

检验

6.2凸模加工工艺过程如表6-2-1,6-2--2,6-2-3所示

表6-2-1落料凸模加工工艺过程

工序号

工序名称

工序内容

设备

1

备料

将毛坯锻成30mmX30mmX70mm

2

热处理

退火

3

铣

铣六面,厚度留单边磨量0.