冷冲压模具设计课程设计说明书.docx
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冷冲压模具设计课程设计说明书
《冷冲压模具设计》
课程设计说明书
前言
课程设计的性质与目的
课程设计的性质
冷冲压模具课程设计是冷冲压模具设计课程的一个重要环节，是运用所学基础和专业知识的一次综合练习。
课程设计的目的
本课程设计是在学生学完冷冲压模具设计理论课并进行了生产实习之后进行的一个重要实践教学环节。
通过本次设计要达到以下目的：
（1）巩固与扩充模具制造工艺学课程所学的知识，加深对模具零部件制造基本方法与模具装配技术的理解，掌握制订模具制造工艺规程的方法。
（2）综合运用本专业所学课程的知识，解决生产中实际问题，从而全面提高学生从事工程技术工作的能力。
包括设计能力、绘图能力、技术分析与决策的能力、文献检索能力以及撰写技术论文能力等等。
（3）养成严肃、认真、细微地从事技术工作的优良作风。
课程设计的任务
（1）拟定冲裁件的工艺过程，并填写工艺过程卡1份；
（2）设计指定的冲裁模，并绘制装配图，零件图的成套图纸1套；
（3）编写设计说明书1份。
设计原则
（1）保证能够冲制出合格的工件；
（2）模具结构简单，寿命长，成本低且与生产批量相适应；
（3）操作方便，安全。
一冲模课程设计的一般步骤及方法
1．1分析冲压件的工艺性
冲裁件的工艺性主要从冲裁件的形状，尺寸（最小孔边距，孔径，材料厚度，最大外形）精度，表面粗糙度，材料性能等逐项分析，确定冲压工序图，若有不符者，应与设计部门协商更改或采取相应的措施。
1.保证冲压件的尺寸精度
冲压件，材料为10钢板，料厚mm，其未注公差尺寸精度等级为IT12，属一般冲裁模能达到的公差等级，不需采用精冲或整修等特殊冲裁方式。
2.零件件的材料性：
10钢特性
屈服点
205MPa
抗拉强度
335MPa
延伸率
31％
材料抗剪强度（MPa）
260
板材规格
板料：
1000x1200
板材规格如下表格：
1．2确定合理工艺方案
（1）确定基本冲压工序的性质：
落料
（2）根据基本工序的性质，数量，结合工件的形状尺寸，公差要求，材料性能，生产批量，冲压设备，模具加工条件等因素，考虑模具类型的同时确定工序组合和先后顺序，在满足冲件质量要求的前提下，选择一个经济合理的工艺方案，填写工艺过程卡片。
工艺过程卡片：
序号
工序名称
工序内容
设备
简图
备注
1
毛坯
2
板材排样
将板料分为165宽1000长的条料7份
画线笔
3
板材裁剪
按画线裁剪板料
4
落料排样
在条料上合理排样使其达到省料目的
画线笔
5
落料
通过模具及其机器是零件成型
冲压机和落料模具
6
卸料
将冲裁好的零件收集装箱
冲压机和箱子
1．3确定模具总体结构
（1）模具类型的确定：
落料模具
（2）导向方式的确定；
一般根据冲件形状，尺寸，精度及生产批量来选择。
1单工序模
2冲件形状简单且精度低时，可不用导向，采用敞开模；
（3）滑动式模架选择
无导向和用固定导板导向的模具及用导柱、导套导向和弹压导板导向的模具，一般都有标准模架。
（4）压、卸料方式的确定
冲件平整度要求较高或料较薄时，用弹压卸料板，它既可压料，又可卸料，因卸料板随上模上下运动，送料直观性强，操作方便，这是生产中常用的一种卸料方式。
（5）定距方式的确定
对单工序模具且单排排样，一般用挡料钉定位即可
（6）确定搭边值
搭边排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边的最小宽度应大于塑性变形区的宽度，一般取为材料的厚度1-1.5倍。
所以：
a≥1.5x2.5=取4mm
（7）送料步距和条料宽度
1．送料步距
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。
每个小距可以冲出一个零件，也可以冲出多个零件。
送料步距的大小应为条料上两个对应冲件的对应点之间的距离。
每次只冲一个零件的步距的计算公式为：
A=D0+a
式中：
D0——平行于送料方向的冲件宽度（mm）；
a——冲件之间的搭边值（mm）。
有公式得：
D0=160mma=4mm
A=D0+a=164mm
2．条料宽度
条料宽度的确定原则是：
最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。
在根据不同情况，参考冲压设计资料进行计算。
所以：
条料宽度为：
L=160+2.5x2=165mm
1．4根据模具类型画排样图，并计算材料利用率
（1）考虑冲压件的形状，精度
从该冲压件的形状及尺度精度等级看决定应采用有废料排样法。
（2）考虑冲压件的生产批量
高产量，最高产量：
采用高效率高寿命模具，多为连续模
中等产量：
尽量采用典型模具结构，减少设计和制造工时
低产量：
采用简单模具，如组合冲模、钢片模、聚氨脂橡胶冲模等
中等批量的生产类型，因此不考虑多排、或一模多件的方案（该方案较适宜大批量生产，约几十万件以上）；也不考虑采用简易冲裁模常用的单、直排方案，根据成批生产的特点，再结合该冲压的形状特点，以单斜排、一模一件、级进排样方案为宜。
落料排样图
（2）材料利用率
在冲压件大批量生产的成本中，原材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。
衡量排样的经济性、合理性的指标是材料利用率。
其计算公式如下。
一个步距的材料利用率η为：
公式：
η=nF/BA×100%
式中：
F——一个步距内冲裁件的面积（包括冲出的小孔在内）（mm）；
n——一个步距内冲裁件的个数；
B——条料宽度（mm）；
A——步距（mm）。
求得：
η==6xπx80x80/（165x4）==74%
一张板料总的材料利用率η0为：
公式：
η0=NF/BL×100%
式中：
N——一张板料上冲裁件的总数目；
L——板料长度（mm）。
求得：
η0==12x6xπx80x80/（165x2000）==73%
1．5计算压力中心
从排样图上找出冲切条料的线段（即模具的受力部分），压力中心为零件圆心
1.冲压力
在冲裁模设计过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶出力的总称。
它是冲裁时选择压力机、进行模具设计、校核模具强度和刚度的重要依据。
1．冲裁力的计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对板料的压力。
它随凸模行程的变化而变化，通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。
对冲裁力有直接影响的因素主要是板料的力学性能、厚度与冲裁件的轮廓周长。
但冲裁间隙、刃口锐利情况、冲裁速度、润滑情况等也对冲裁力有较大影响。
综合考虑上述因素，平刃口冲裁力可按下工计算：
F=KLδτ
式中：
F——冲裁力（N）；
K——系数，通常取K=1.3；
L——冲裁件周边长度（mm）；
δ——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪强度（MPa）。
由公式得：
已知K=δ=τ=260Mpa
F=F=KLδτ=424528N
2．卸料力、推件力和顶出力的计算
从凸模上卸下紧箍的冲裁件所需的力称为卸料力，用表示F卸。
将梗塞在凹模内的冲裁件顺冲裁方向推出所需的力称为推料力，用表示F推。
逆冲裁方向将冲裁件从凹模内顶出的力称为顶出力，用F顶表示。
卸料力、推件力和顶出力是由压力机和模具的卸料、推件和顶出装置传递的。
所以在选择压力机的公称压力和设计以上机构时，都需要对这三种力进行计算。
影响这些力的因素很多，主要有材料的机械性能和板料厚度；冲件形状和尺寸大小；凸、凹模间隙大小；排样搭边值大小及润滑情况等。
生产中常用下列经验公式计算。
F卸=K卸F
F推=nK推F
F顶=F顶F
式中：
F——冲裁力（N）；
K卸、K推、K顶——分别为卸料系数、推件系数和顶件系数，n——塞在凹模孔口内的冲件数。
有反推装置时，n=1；锥形孔口时，n=0；直刃口且模下方出件时，n=l/δ，其中：
l是直刃口部分的高度（mm），δ是材料厚度（mm）。
表3-3卸料力、推件力和顶出力的系数
材料
料厚δ（mm）
F卸
F推
F顶
钢
≤
～
～
～
～
～
～0.05
～
～
铝、铝合金
纯铜、黄铜
～
～
～
～
3．压力机公称压力的确定
因模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式
F总=F+F卸+F推
F卸=K卸F==21226.4NF推=nK推F==
F总=F+F卸+F推==
1．6计算凹模轮廓尺寸，确定送料方向
因为是落料模具，所以凹模轮廓尺寸为落料尺寸ø160（上偏差=0.2下偏差0）。
1．7校核压力机的规格
计算冲、推、卸料力，初选压力机类型及规格，再按典型组合的有关尺寸校核所选定压力机的规格。
开式压力机的工程压力量值（10kN：
40,6.3,10,16,25…）
由于F总=25（10kN）的压力机
名称
量值
名称
量值
公称压力（10kn）
25
标
准
型
滑块中心到机体距离/mm
190
发生公称压力时滑块离下极点距离/mm
6
工作台尺寸/mm
左右
560
前后
300
滑块行程
固定行程/mm
80
工作台孔尺寸/mm
左右
260
前后
130
调节行程/mm
10
直径
180
标准行程次数（不小于）/（次/min）
100
立柱间距（不小于）/mm
260
快速型
发生公称压力时滑块离下极点距离/mm
2
活动台压力机滑块中心到机身紧固工作台平面距离/mm
180
滑块行程/mm
40
模柄孔尺寸（直径x深度）/mm
ø50x70
行程次数（不小于）/（次/min）
200
工作台板厚度/mm
70
最大闭合高度/mm
固定台和可倾/mm
250
倾斜角（度）
30
闭合高度调节量/mm
70
（由冲模设计手册查的）
校核内容主要包括：
（1）模具与压力机闭合高度是否适应
活动台压力机滑块中心到机身紧固工作台平面距180mm
（2）压力机漏料孔是否能漏下工件和废料，对有弹顶装置的模具，还应使漏料孔大于弹顶器外形尺寸。
即工作台漏料孔要大于凹模工作洞口最大壁间距和弹压器的最大外形尺寸。
工作台孔尺寸：
180落料件尺寸：
160可以落下
（3）模具下模座外形尺寸与压力机工作台面尺寸是否相符，即下模座外形尺寸+2x（50~70）≦压力机工作台面尺寸，若其中一项不符，则应重选压力机，一般是类型不变，增大压力机规格
下模座外形尺寸+2x（50~70）≦压力机工作台面尺寸
下模座外形尺寸≦压力机工作台面尺寸-2x（50~70）
下模座外形尺寸（左右）≦560–2x50=460mm
下模座外形尺寸（前后）≦300–2x50=200mm
1.6冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值。
双面间隙用Z表示，单面间隙为Z/2。
间隙对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大影响，是冲裁工艺与冲裁模设计中的一个非常重要的工艺参数。
1．冲裁间隙对冲裁精度的影响
当冲裁间隙适当时，在冲裁过程中，板料的变形区在比较纯的剪切作用下被分离，使落料件的尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的尺寸等于凸模尺寸。
如冲裁间隙过大，板料在冲裁过程中除受剪切外还产生较大的拉伸与弯曲变形，冲裁后因材料弹性恢复，将使冲裁件尺寸向实际方向收缩。
对于落料件，其尺寸将小于凹模尺寸；对于冲孔件，其尺寸将大于凸模尺寸。
如冲裁间隙过小，则板料的冲裁过程中除受剪切外还受到较大的挤压作用。
冲裁后，材料的弹性恢复使冲裁件向实际方向胀大。
对于落料件，其尺寸将大于凹模尺寸；对于冲孔件，其尺寸将小于凸模尺寸。
2．冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响
冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合，与凸、凹模间隙值的大小有关。
当凸、凹模间隙合适时，凸、凹模刃口附近沿最大切应力方向产生的裂纹在冲裁过程中会准确会合，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑，毛刺较小，冲裁件的断面质量较好。
当冲裁间隙增大时，材料内的拉应力增大，使得拉伸断裂发生过早，于是断裂带变宽，光亮带变窄，弯曲变形增大，因而塌角和拱弯也增大。
当冲裁间隙减小时，变形区内弯矩小，压应力成分大。
由凹模刃口附近产生的裂纹进入凸模下面的压应力区而停止发展；由凸模刃口附近产生的裂纹进入凹模上表面的压应力区也停止发展；上、下裂纹不重合，在两条裂纹之间发生第二次剪切。
当上裂纹压入凹模时，受到凹模壁的挤压，生第三光亮带，同时部分材料被挤出，在表面形成薄而高的毛刺。
当冲裁间隙过小时，虽然塌角小、拱弯小，但断面质量是不理想的。
在断面中部出现夹层，两头呈光亮带，在端面有挤长的毛刺。
当冲裁间隙过大时，因这弯矩大，拉应力成分大，材料在凸、凹模刃口附近产生的裂纹也不重合。
第二次拉裂产生的断裂层的斜度增大，冲裁件的断面出现两个斜角，断面质量也不理想。
而且，由于塌角大、拱弯大、光亮带小、毛刺又高又厚，冲裁件质量下降。
3．冲裁间隙对模具寿命的影响
模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。
刃磨寿命是用两次刃磨之间的合格冲件数表示；总寿命是用模具失效为止的总的合格冲件数表示。
模具失效形式一般有磨损、变形、崩刃、折断和涨裂等。
冲裁间隙小时，会使摩擦距离增长，摩擦发热严重，模具磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象。
小间隙还会使刃口横向作用力增大，产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等异常损坏。
当然，影响模具寿命的因素很多，有润滑条件、模具制造材料和精度、表面粗糙度、被加工零件的材料特性、冲裁件轮廓形状等。
为了提高模具寿命，一般需要选用较大的冲裁间隙。
若采用小间隙，就必须提高模具硬度，减小模具刃口的表面粗糙度，提供良好的润滑，以减小磨损。
4．间隙值的确定
（1）经验确定法
根据目前生产中的经验表明，一般情况下冲裁间隙取料厚的10%左右比较合适。
如果材料硬度较大，则间隙取大一些；如果材料硬度较小，则间隙取小一些。
但当材料脆性大时，要注意间隙也应取小一些为好。
（2）查表确定法
考虑到凸、凹模在冲压生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应尽量使其间隙接近最小合理间隙值（Zmin），见表3-1。
表3-1冲裁模凸、凹初始双面间隙值（单位：
mm）
板料
厚度
08、20、35、09Mn、Q235
16Mn
40、50Mn
65Mn
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
无间隙
注：
冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢板料厚度的25%。
凸、凹模刃口尺寸的计算方法
模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。
1．凸模和凹模分开加工
这种方法主要适用于圆形或简单刃口。
设计时需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。
由于凸模尺寸属于外形尺寸，凹模尺寸属于内孔尺寸，对于制造和修模来说，外形尺寸远比内孔尺寸容易加工，且易于保证精度，故应将凸模公差取小些，凹模公差取大些。
又因为凸、凹模公差还用于保证刃口间隙的公差值，故凸、凹模刃口公差的各不得大于刃口间隙的公差。
即保证冲模的制造公差与冲裁间隙之间应满足下列条件：
δd+δp≤Zmax-Zmin
δd=0.6（Zmax-Zmin）
δp=0.4（Zmax-Zmin）
凸模和凹模刃口尺寸的计算公式如下：
（1）落料
设冲件外圆尺寸为D-△，则
Dd=（Dmax-x△）+δd
Dp=（Dd-Zmin）-δp=（Dmax-x△-Zmin）-δp
式中：
Dd、Dp——分别为落料凹模和凸模刃口的公称尺寸（mm）；
dp、dd——分别为冲孔凸模和凹模刃口的公称尺寸（mm）；
Dmax——落料件的最大极尺寸（mm）；
dmin——冲孔件的最小极限尺寸（mm）；
L、Ld——分别为冲孔件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸（mm）；
δd、δp——分别为凹模和凸模刃口尺寸制造公差（mm）；
x——磨损系数；
△——工件制造公差（mm）。
所以：
Dd=（Dmax-x△）+δd
Dp=（Dd-Zmin）-δp=（Dmax-x△-Zmin）-δp
落料：
查表得：
Zmin=，Zmax=，则
Zmax-Zmin=0.36-0.246=
Dd1=（Dmax-x△）
=（х0.52）
=+mm
Dp1=（Dmax-x△-Zmin）
=（х0.52-0.246）
=mm
校核：
δp+δd=0.033+0.033=0.066mm证明所取和是合适的。
考虑零件要求和模具制造情况，可适当放大制造公差为:
δpх0.114=
δdх0.114=
故Dd=+0.068mm
Dp=-0.046mm
凸、凹模分开加工可使自身具有互换性，便于模具成批制造，但需要较高的公差等级才能保证合理间隙。
模具制造困难，加工成本高，适合拥有较先进设备的工厂使用。
二画模具装配草图，同时进行有关零部件的设计和计算
装配图：
（1）模柄
（2）凸模固定板
（3）凸模
（4）卸料板
（5）凹模
（6）下模座
模柄设计
模柄的作用
2．传递冲压机的力于上模体
模柄模柄限位于凸模体上
2．通过销的连接将其与凸模体固定
模柄的材料为：
45#
凸模固定板
凸模固定板的作用：
连接模柄与凸模的零件
凸模固定板的固定方法：
用M12的螺钉固定凸模固定板于凸模
凸模固定板的材料：
45#
凸模
凸模的组成：
（1）
工作部分：
与冲压成形有直接关系的部分。
工作部分应包括形状，尺寸及长度。
形状根据具体成形要求而定，尺寸在用于冲孔或成形内形时应满足冲件的形成或工艺要求，其余则应该根据凹模的长度并保证凸模有足够合适的活动空间，修磨量和相应的工作强度。
（2）固定部分：
用于和模具相关零件（如固定板，模板，冲头把）连接固定，确保凸模在模具中的方向，位置正确，工作时稳定不变。
固定部分的主体形状除直通式凸模外，都比工作部分简单，尺寸也略大于工作部分
（3）用于将凸模的工作和固定两部分有机的连接在一起。
这部分的形状除直通式凸模和工作部分一致且尺寸也相同外，大部分与加粗的固定部分相同。
凸模的固定方式：
M12螺钉固定
凸模的材料：
工具钢（T8A）
凸模的的润滑：
在凸模与凹模配合落料时，两者为基轴连接，所以应该润滑，在凸模上设置有油槽
卸料板
卸料板的作用：
1.在落料过程中凸模在冲掉零件后，会与板料出现过盈配合，为方便送料的连续性，设置卸料板，在凸模向上运动时，板料被卸料板挡住，脱离凸模具
2.两侧的突起可以限制送料时左右的自由度，方便送料
卸料板的材料：
45#
凹模
凹模的组成：
冷冲压模具的凹模绝大多数都是要与模具中相关零件连接固定，以便确定在模具中正确，稳定，可靠的位置，完成合模对正和上机安装固定。
所以必须有相应用于连接固定的孔。
凹模工作部分的结构形式
冲裁用刀口的结构形式：
直刀口
特点及应用：
直刀口加工制作简单，尤其适合线切割凸，凹模套裁。
刀口部分有充足的备用修磨量，强度好，适用于带推料装置的模具，推板的配合长度大运动稳定，导向性能好。
凹模的固定方式：
M12螺钉固定
凹模的材料：
工具钢（T8A）
下模座
下模座
下模座的材料：
45#
下模座的固定方法：
用螺栓固定在工作台上或者用卡具卡紧在工作台上进行限位
三尺寸公差的基本要求：
·所有的配合尺寸和精度要求较高的尺寸都应该标注公差（包括形位公差）。
未注公差按照IT14级制造。
模具刃口尺寸按照计算值标注。
·模具零件在装配过程中的加工尺寸应注明“配作”、“装配后加工”等字样或者在技术要求中说明。
·所有的加工表面都应该注明表面粗糙度等级。
可根据各个表面的工作要求和精度等级来决定，具体可参考相关设计资料。
表1未注公差冲裁尺寸的极限偏差
基本尺寸
材料厚度
公差等级
大于
至
大于
至
f
M
c
v
3
-
1
1
3
3
6
-
1
1
4
4
-
6
30
-
1
1
4
4
-
30
120
-
1
1
4
4
-
120
400
-
1
1
4
4
-
400
1000
-
1
1
4
4
-
1000
2000
-
1
1
4
4
-
2000
4000
-
1
1
4
4
-
注：
对于及以下的尺寸应标注公差。
表2未注公差冲裁模角度的极限偏差
公差
等级
短边长度（mm）
≤10
>10-25
>25-63
>63-160
>160-400
>400-1000
>1000-2500
f
±1°00′
±0°40′
±1°30′
±0°20′
±0°15′
±0°10′
±0°06′
M
±1°30′
±1°00′
±0°45′
±0°30′
±0°20′
±0°15′
±0°10′
C、v
±2°00′
±1°30′
±1°00′
±0°45′
±0°30′
±0°20′
±0°15′
表3未注公差成形尺寸的极限偏差
基本尺寸
材料厚度
公差等级
大于
至
大于
至
f
M
c
v
3
-
1
1
4
3
6
-
1
1
4
4
-
6
30
-
1
1
4
4
-
30
120
-
1
1
4
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