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冲压模具设计

淮安信息职业技术学院

综合毕业实践任务书

2009学年

机电系模具设计与制造专业

综合毕业实践题目：

镁合金手机饰板的冲压模具设计

学生姓名：

栾海隆班级：

240610学号：

开始及完成日期：

2009年1月~2009年5月

实践地点：

常州西电帕威尔电器有限公司

指导老师：

徐善状

顾问老师：

王迪

教研室主任：

徐善状

系主任：

盛定高

2009年5月20日

一、题目及专题：

1、题目　　冲压模具设计

2、专题　镁合金手机饰板的冲压模具设计

二、课题来源及选题依据

课题来源：

企业开发研制产品需要。

选题依据：

根据学生所学专业及教学大纲要求，结合相关企业实

际生产需要及设计模式，促使学生将所学专业基础知识及专业知

识具体应用到实践中，培养其理论联系实际的能力。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

1．根据零件的使用条件、技术要求、形状和尺寸，确定该零件的冷冲压工艺方案（包括排样图）；

2．选择各工序冲压设备，填写冲压工艺过程卡；

3．设计本工序的工装设备（模具）；

4．绘制全套模具图（工序图、排样图、装配图和零件图）；

5．撰写设计计算说明书一份，字数约10000字符。

摘要

本文阐述了CAD/CAE技术的发展历程，以及在模具结构设计和分析过程中的一般应用形式，阐述了CAD/CAE技术的应用中的发展趋势。

论述了用镁合金板材冲压手机饰板的模具设计和制造工艺，坯料温度、生产条件等工艺因素对镁合金手机饰板冲压的质量影响。

手机饰板是和其他多种小零部件相互配合，有严格装配关系的零件，考虑到实际使用时的互换性，在设计中要对模具的型腔尺寸精度严格要求。

镁合金独特的性能是密度低，是实际利用中最轻的金属材料，具有比强度和比刚度高，电磁屏蔽效果好，抗震减震加工成型和易于回收再利用等优点。

关键词：

模具设计，CAD；CAE，镁合金（MB8），手机饰板，冲压与落料

第一章手机饰板冲裁复合模具设计计算过程-5-

1．1总述-5-

1.2冲压工艺-6-

1.2.1零件冲裁工艺性分析-6-

1.2.2工艺方案及模具结构类型-6-

1.2.3模具结构的确定-7-

1.2.4冲裁间隙的确定-7-

1．3排样设计与计算-8-

1．3．1选择排样方法：

-8-

1．3．2搭边值的确定：

-8-

1．3．3送料步距：

-8-

1．3．4条料宽度：

-9-

1．3．5材料利用率：

-9-

1．4计算冲压力、选用压力机吨位-9-

1．4．1冲裁力-9-

1．4．2卸料力Fx-9-

1．4．3推件力FT-9-

1．4．4顶件力FD-10-

1．4、5压力机选择-10-

1．5计算模具压力中心-10-

1．6凹凸模工作部分尺寸-11-

1．6．1冲孔主要部件尺寸计算-11-

1．6．2落料部分主要尺寸计算-12-

1．6．3中心距尺寸计算Ld＝L±1/8△-12-

1．7弹性元件的选用-12-

1.8其他零件设计选取-13-

1.8.1垫板的选择-13-

1.8.2推件装置设计-13-

1.8.3模架的确定-13-

第二章模具制造-14-

2．1主要模具零件加工工艺过程：

-14-

2．1．1落料凹模加工工艺过程-14-

2．1．2冲孔凸模加工工艺过程-15-

2．1．3凸凹模加工工艺过程-15-

2．1．4凸模固定板加工工艺过程-16-

2．1．5凸凹模固定板加工工艺过程-16-

2．1．6卸料板加工工艺过程-17-

2．1．7上垫板加工工艺过程-17-

2．1．8下垫板加工工艺过程-18-

2．1．9空心垫板加工工艺过程-18-

2．1．10上模座加工工艺过程-19-

2．1．11下模座加工工艺过程-19-

2．1．12推件块加工工艺过程-20-

第三章模具的装配-20-

3．1模具装配特点-20-

3．2装配技术要求-21-

3．3冲模装配的工艺要点-21-

3．4冲模装配顺序-22-

谢辞-23-

参考文献-24-

附录-25-

第一章手机饰板冲裁复合模具设计计算过程

1．1总述

手机饰板（镁合金MB8，厚0.8mm）冲裁复合模具在设计过程中主要应用裁剪和冲孔两部分，工作过程简单，冲孔凸模的设计尺寸及安装位置是本次设计的主要注意点，主要参考资料如下：

1、《机械设计手册》ISBN　7—111-01754-4/TN·299

2、《冲压模具设计与制造》ISBN　7—04-014675-4

3、《工程材料手册-有色金属材料卷》ISBN　7—200-04084-3/TN

4、《弹簧设计与制造工艺新技术及质量监控实用手册》HD-12639

1.2冲压工艺

1.2.1零件冲裁工艺性分析

1）材料：

该冲裁件的材料08F钢板，具有较好的冲压性能.

2）零件结构:

，该冲裁件结构简单比较适合冲裁.

3）尺寸精度:

（查《极限测量》P27表3.1）零件中：

45.00-0。

10，90.00-0。

10均属于IT10级。

Φ16.000+0.05属于IT9级；其于尺寸属于IT10级。

结论：

通上以上分析，该零件可能通过冲裁成形。

1.2.2工艺方案及模具结构类型

该零件包括落料、冲孔两个基本工序可以采用以下三种工艺方案

（1）方案一先落料再冲孔，采用单工序模生产。

（2）方案二采用复合冲压生产。

（3）方案三冲孔----落料连续冲压，采用级进模生产。

冲裁方案选择:

由于冲压车间提出，为了提高效率，模具结构需采用复合模生产。

故选择方案二：

落料-冲孔复合冲压，

1.2.3模具结构的确定

复合模的结构可分为倒装式与正装式复合模两个，在选择模具结构时要根据冲压件质量、生产批量、精度要求、方便操作等方面来确定。

正装式结构与倒装式结构比较：

正装式结构较适用于冲制材质比较软的或板料比较薄的平直度要求度较高的冲裁件，还可以冲裁孔边距离较小的冲裁件，便由于冲裁过程中冲片废料落在模具下模的表面，每次冲裁工人必需先清理废料操作不便，而且正装式结构需要三套卸料、顶料装置，制造装配不便。

倒装式不宜冲裁孔边距离娇小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，冲裁过程中的废料直接从模具下面被推出，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，故应用十分广泛。

本设计初步确定选择倒装式结构，这种结构操作、维修较方便。

1.2.4冲裁间隙的确定

凸、凹模具之间的冲裁间隙是冲裁过程的重要工艺参数。

它对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等都有较大的影响，因此确定冲裁间隙非常重要，但严格说来，不存在一个同时满足所有理想要求的合理间隙值。

一般冲裁间隙选取根据经验值来选用。

电子、电器行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高，一般选用较小间隙值。

查表《冲压工艺也模具设计》P36表2.2.4得（板厚0.8MM）

Zmax=0.075mm，Zmin=0.045mm

设计时初步选定间隙值为0.045mm

1．3排样设计与计算

1．3．1选择排样方法：

手机饰板零件外形比较简单所以采用直排样法见图

1．3．2搭边值的确定：

零件矩形边长大于50mm，材料厚度t＝0.8mm，根据《冲压模具设计与工艺》表2.5.2，选定工件间隙a1＝1.8mm，侧面间隙a＝2mm。

1．3．3送料步距：

S步＝L零件+a1＝45+1.8＝46.8mm。

式中D为平行于送料方向上的宽度

步距为：

46.8mm

1．3．4条料宽度：

＝（Dmax+2a）

＝（90+2*2）

＝94

，（△值根据《冲压模具设计与制造》表2.5.4选取）。

1．3．5材料利用率：

落料使用率：

η落料＝[45*90-（10*10-5*5*3.14）]/46.8*94

＝4028.5/4399.2＝91.6%

实际使用率：

η实用＝｛4028.5-[39*30-（4*4-2*2*3.14）]-8*8

*3.14-[9*13-（7*7-3.5*3.5*3.14）]*9/4399.2＝39%

因此这种排样方法比较合理，冲孔的废料利用率较高，可考虑废料利用。

1．4计算冲压力、选用压力机吨位

1．4．1冲裁力

根据《工程材料手册-有色金属材料卷》P123面表2-74，镁合金MB8的抗剪强度为δb＝130Mpa。

F39*30＝Ltδb＝[（39+30）*2-2*8+4*3.14]*0.8*130＝13.99KN

FΦ16＝Ltδb＝16*3.14*0.8*130＝5.2KN

F9*13＝Ltδb＝[（9+13）*2-3.5*8+7*3.14]*0.8*130＝44.44KN

F落料＝Ltδb＝[（15+90）*2-5*8+10*3.14]*0.8*130＝33.98KN

∑F总＝97.63KN

1．4．2卸料力Fx

根据《冲压模具设计与制造》公式2.4.2选取，根据零件厚度0.8mm，

Kx＝0.04-0.05，取Kx＝0.045；取KT＝0.55；取KD＝0.06

Fx＝KxF=0.045*97.63＝4.39KN

Kx—卸料力系数,其值为0.02--0.06薄料取大值,厚料取小值

1．4．3推件力FT

FT＝nKTF＝0.55*97.63＝53.7KN

KT----推料力系数,其值为0.03--0.07薄料取大值,厚料取小值

1．4．4顶件力FD

FD＝KDF＝0.06*97.63＝5.82KN

KD----顶料力系数,其值为0.04--0.08薄料取大值,厚料取小值

1．4、5压力机选择

采用弹性卸料和上出料形式冲载模，所以压力机吨位FI如下：

FI＝F+Fx+FD＝97.63+4.39+5.82＝107.84KN

所以选择压力机的主要参数

公称压力：

125KN：

滑块行程20-100mm：

滑块每分钟行程数65次/分；转速：

750转/分

1．5计算模具压力中心

设如图X0，Y0，Xi，Yi，根据图示计算如下：

1．6凹凸模工作部分尺寸

根据《冲压模具设计与制造》表2.2.2选取，凸、凹模精度等级IT7，IT8；根据《冲压模具设计与制造》表2.3.2选取，Zmin＝0.048、Zmax＝0.064、Zmax-Zmin＝0.064-0.048＝0.016。

1．6．1冲孔主要部件尺寸计算

主要尺寸：

39-0.1　　　精度等级：

IT10　　　选取：

x＝1

主要尺寸：

30-0.1　　　精度等级：

IT11　　　选取：

x＝0.75

主要尺寸：

Φ16+0.05　　精度等级：

IT11　　　选取：

x＝0.75

主要尺寸：

9+0.05　　　精度等级：

IT10　　　选取：

x＝1

主要尺寸：

13+0.05　　　精度等级：

IT9　　　选取：

x＝1

主要尺寸：

45-0.1　　　精度等级：

IT10　　　选取：

x＝1

主要尺寸：

90-0.1　　　精度等级：

IT9　　　选取：

x＝1

根据《冲压模具设计与制造》P38页2.3.3公式

dT39＝（dmin+x△）

＝（39-0.1*1）-0.025＝38.9-0.025

dA39＝（dT+Zmin）

＝（38.9+0.048）+0.039＝38.95+0.039

因为0.025+0.039≥0.016，不满足间隙公差

因此可取：

38.9-0.016＝38.9-0.006

　　　　　38.95+0.016＝38.95+0.01

同理可得：

dT30＝（30-0.1*0.75）-0.021＝29.92-0.021

dA30＝（29.92+0.048）+0.01＝29.97+0.01

因为0.021+0.01≥0.016，不满足间隙公差

因此可取：

29.92-0.016

　　　　　29.97+0.016

dT16＝（16+0.05*0.75）-0.013＝16.04-0.013

dA16＝（16.04+0.048）+0.027＝16.09+0.027

因为0.013+0.027≥0.016，不满足间隙公差

因此可取：

16.04-0.016

　　　16.09+0.016

同理计算出：

dT9＝9.05-0.006

dA9＝9.1+0.01

dT13＝13.05-0.006

dA13＝13.1+0.01

1．6．2落料部分主要尺寸计算

根据《冲压模具设计与制造》P39页2.3.4公式

DA45＝（Dmax－x△）

＝（45-0.1*1）+0.039＝44.9+0.039

DT45＝（DA－Zmin）

＝（44.9－0.048）-0.025＝44.85-0.025

因为0.025+0.039≥0.016，不满足间隙公差

因此可取：

44.9+0.016＝44.9+0.01

　　　　　44.85-0.016

同理可得：

DA90＝89.9+0.01

DT90＝89.85-0.016

1．6．3中心距尺寸计算Ld＝L±1/8△

有双面尺寸要求的尺寸计算：

Ld10.5＝10.5±（0.05*0.125*2）＝10.5±0.013

Ld14.5＝14.5±（0.05*0.125*2）＝14.5±0.013

Ld27＝27±（0.1*0.125*2）＝14.5±0.025

Ld18＝18±（0.05*0.125*2）＝18±0.013

有单面尺寸要求的尺寸计算：

Ld22.5＝22.5±（0.05*0.125）＝22.5±0.006

Ld45＝45±（0.05*0.125）＝45±0.006

1．7弹性元件的选用

模具用4个弹簧，卸料力为Fx＝4.39KN；

F0≥Fx/n＝4.39/4＝1.1KN

查《弹簧设计与制造工艺新技术及质量监控实用手册》，初选弹簧规格为：

18mm*2mm*45mm，其具体数是：

D＝18mm、d＝2mm、t＝6.4mm、F2＝1800N、△H2＝20mm、H0＝45mm、n＝7、f＝1.92mm。

计算△H0＝F0/F2*△H2＝1100/1800*20＝12.2mm.

因为零件厚度为0.8，所以取△H‘＝2mm、△H“＝5mm；

△H＝△H0+△H‘+△H“＝12.2+2+5＝19.2

由于20＞19.2，即△H2＞△H，所以选用的弹簧符合使用要求。

由于零件较溥，冲剪性能比较好，所以对刀具的强度影响不大，故不作强度验算。

1.8其他零件设计选取

1.8.1垫板的选择

垫板的作用是直接承受凸模的压力，以降低模座所承受的单位压力，防止模座被局部压陷从而影响凸模的正常工作，是否需要用垫板可按下式校核：

P=FZ/A=4444N/9*13*3.14=13N

P---凸模头部端面对模座单位压力（N）

FZ---凸模承受总压力（N）

A---凸模头部端面支承面积（mm2）

查《冲压模具设计与制造》P129页表2.9.13，如果头部端面上的单位压力p大于模座材料的许用压力时，就需要加垫板；反之则不需要加垫板，本设计中，由于是冲裁凸模是小凸模，故选取垫板厚度15mm，材料45钢

1.8.2推件装置设计

推件装置主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种。

一般刚性的用得较多，它由打杆、推板连接推杆和推件块组成。

本套模具设计采用刚性推件装置。

由于本套模具结构模具中间没有凸模，因此设计时，不需要设计推板连接推杆。

其工作原理是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的打料杆，直撞击上模推件板，将凹模内的工件推出，其推出力大，工作可靠。

推件块设计：

推件块外径设计以落料凹模内孔尺寸为准，高度取值也略小于落料凹模。

推件块与冲孔小凸模的配合间隙以H7/h6配合，起到稳定小凸模的作用。

1.8.3模架的确定

根据标准规定，模架主要有两大类：

一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板、下模座、导柱导套组成的导板模模架。

导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。

滑动导向模架的精密等级分为I级和II级。

按导柱的位置不同，又分为对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架等结构。

根据本付模具的设计精度要求及冲裁方案的设计，该模具采用滑动模架中的对角模架，精度选择为I级，这样可以更好保护小凸模的寿命，提高模具寿命。

查GB/T2851.1-90选取滑动导向对角导柱200*120*190标准模架一副。

第二章模具制造

2．1主要模具零件加工工艺过程：

2．1．1落料凹模加工工艺过程

材料:

20CrMo:

56～660HRC

序号

工序名

工序内容

备料

锻件（退火状态）：

粗铣

铣六面,注意两大平面与两相邻侧面用标准尺测量达基本垂直

平面磨

磨光两大平面，并磨两相邻侧面达四面垂直，垂直度0.02mm/100mm

钳

⑴划线划出各孔径中心线并划出凹模洞口轮廓尺寸

⑵钻孔钻螺纹底孔，销钉底孔，凹模洞口穿线孔

⑶铰孔铰销钉孔到要求

⑷攻丝攻罗纹丝到要求

热处理

淬火使硬度达56～60HRC

平面磨

磨光两大平面，

线切割

割凹模洞口，并留0.01～0.02研余量

钳

⑴研磨洞口内壁侧面达0.8um

⑵配推件块到要求

钳

用垫片层保护凸凹模与凹模间隙均匀后，凹模与上模座配作销钉孔

平磨

磨凹模板上平面厚度达要求

钳

总装配

2．1．2冲孔凸模加工工艺过程

材料：

20CrMo硬度：

56～60HRC

序号

工序名称

工序内容

备料

锻件（退火状态）

热处理

退火，硬度达180～220HB

车

⑴车一端面，打顶尖孔，车外圆；掉头车另一端面，长度，打顶尖孔。

⑵双顶尖顶，车外圆尺寸至要求;车尺寸至要求。

检验

热处理

淬火，硬度至56～60HRC。

磨削

磨削外圆至要求。

线切割

切除工作端面顶尖孔，长度尺寸至要求。

磨削

磨削端面至Ra0.8um

检验

钳工

装配（钳修并装配）

2．1．3凸凹模加工工艺过程

材料:

20CrMo硬度:

56～60HRC

序号

工序名

工序内容

备料

锻件（退火状态）：

粗铣

铣六面见光

平磨

磨高度两平面到尺寸51mm

钳

⑴划线在长度方一侧留线切割夹位6mm后，分中划凸模轮廓线并划两凹模洞口中心线

⑵钻孔按凹模洞口中心钻线切割穿丝孔

⑶锪扩凹模落料沉孔到要求，钻螺纹底孔并攻丝到要求

热处理

淬火硬度达60～64HRC

平磨

磨高度到

线切割

割凸模及两凹模，并单边留0.01～0.02mm

钳

⑴研配研凸凹模并配入凸模固定板

⑵研各侧壁到0.8um

平磨

磨高度到要求

钳

总装配

2．1．4凸模固定板加工工艺过程

材料:

45#硬度:

24～28HRC

序号

工序名

工序内容

备料

气割下料

热处理

调质硬度24～28HRC

粗铣

铣六面并使两大平面和相邻两侧面相互基本垂直

平磨

磨光两大平面并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02mm/100mm

钳

⑴划线凸模固定孔中心线，销钉孔中心线，螺纹过孔中心线，销钉过孔中心线

⑵钻孔凸模固定孔穿丝线，螺纹过孔和销钉过孔到要求

线切割

割凸模安装固定孔单边留0.01～0.02mm研余量

铣

铣凸模固定孔背面沉孔到要求

钳

研配凸模

平磨

磨模厚度到要求

钳

总装配用透光层使凸模，凹模间隙均匀后，马上模座板配作销孔

2．1．5凸凹模固定板加工工艺过程

材料:

45#硬度:

24～28HRC

序号

工序名

工序内容

备料

气割下料

热处理

调质硬度24～28HRC

粗铣

铣六面，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直

平磨

磨光两大平面，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02mm/100mm

钳

⑴划线螺纹孔中心线，螺纹过孔中心线，销钉孔中心线，凸凹模固定孔轮廓线

⑵钻孔螺纹底孔，螺纹过孔到要求，凸凹模固定孔线切割穿线孔

⑶攻丝攻螺纹底丝到要求

线切割

割凸凹模安装固定孔，单边留研余量0.01～0.02mm

钳

研配将凸凹模配入安装固定孔

平磨

磨厚度到要求

钳

装配与下模座配作销钉孔

2．1．6卸料板加工工艺过程

材料:

45#硬度:

24～28HRC

序号

工序名

工序内容

备料

气割下料

热处理

调质硬度24～28HRC

粗铣

铣六面，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直

平磨

磨光两大平面；并磨两相邻侧面使四面垂直垂直度0.02mm/100mm

钳

⑴划线螺纹孔中心线，定位钉孔中心线及中间型孔轮廓线

⑵钻孔螺纹底孔，定位钉底孔型孔穿线孔

⑶铰孔，攻丝铰定位钉底孔到要求，螺纹孔攻丝到要求

线切割

割型孔到要求

钳

⑴型孔与凸凹模装配

⑵定位钉与定位钉装配

⑶螺纹孔与螺钉装配

平磨

磨厚度到要求

钳

总装配

2．1．7上垫板加工工艺过程

材料:

45#硬度:

54～58HRC

序号

工序名

工序内容

备料

锻件（退火状态）：

粗铣

铣六面达，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直

平磨

磨光两大平面，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02mm/100mm

钳

⑴划线螺纹过孔中心线，销钉过孔中心线

⑵钻孔钻螺纹过孔，销钉过孔到要求

热处理

淬火硬度：

54-58HRC

平磨

磨两大平面厚度达要求

钳

总装配

2．1．8下垫板加工工艺过程

材料:

45#硬度:

54～58HRC

序号

工序名

工序内容

备料

锻件（退火状态）

粗铣

铣六面，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直

平磨

磨光两大平面，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02mm/100mm

钳

⑴划线紧固螺钉过孔中心线，卸料螺钉过孔中心线，销钉孔中心线，落废料孔中心线，凸凹模紧固螺钉过孔中心线

⑵钻孔钻上述各孔到要求

热处理

淬火硬度：

54-58HRC

平磨

磨两大平面厚度达要求

钳

总装配

2．1．9空心垫板加工工艺过程

材料:

45#硬度:

24～28HRC

序号

工序名

工序内容

备料

气割下料

热处理

调质硬度24～28HRC

粗铣

铣六面达，并使两大平面和相邻两侧面基本垂直

平磨

磨光两大平面，并磨两相邻侧面使四面垂直，垂直度0.02mm/100mm

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