止动件冲压工艺与模具设计复习课程.docx
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止动件冲压工艺与模具设计复习课程
沈阳工程学院
课程设计
设计题目：
止动件冲压模具设计
系别机械学院班级机制B151
学生姓名厉新栋学号2015542121
指导教师谭越尹晓伟职称讲师副教授
起止日期：
2016年7月11日起—至2016年7月15日止
沈阳工程学院
止动件冲压模具设计课程设计成绩评定表
系（部）：
机械学院班级：
机制B151学生姓名：
厉新栋
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计
评阅教师签名：
年月日
课程设计总评成绩
分
第一章设计任务书
组别：
3
一.设计（论文）的原始资料及依据
零件名称：
止动件
生产批量：
大批量
材料：
Q235
厚度：
t=2mm
二.设计（论文）主要内容及要求
设计具有典型结构的级进模具，要求学生独立完成模具装配图一张，全套工作零件，零件加工工艺过程卡片一张，设计计算说明书一份。
三.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求
（一）撰写课程设计说明书1份，字数不少于5000字。
内容：
1.封面、目录
2.任务书及产品图
3.制件的工艺性分析
4.冲压工艺方案的制定
5.模具结构形式的论证及确定
6.排样图设计及材料利用率的计算
7.模具工作零件刃口尺寸及公差的计算
8.工序压力计算及压力中心确定
9.冲压设备的选择及校核
10．模具零件的选用、设计及必要的计算
11.其它需要说明的问题和发展方向等
12.设计心得
13.附主要参考资料（文献）。
14.附零件工艺卡片1张。
（二）设计冲压模具装配图1张，凸、凹模零件图2张。
四.时间进度安排；
顺序
阶段日期（天）
计划完成内容
备注
1
1
分析冲压零件工艺性，确定冲压工艺方案。
2
2
确定毛坯形状、尺寸和下料方式。
确定冲压模具类型及结构形式。
进行工艺计算。
3
3
绘制模具总装图及零件图。
4
4
编写设计说明书
5
5
答辩
第二章产品零件图
如下图1-1所示，利用CAD，根据止动件尺寸及技术要求所绘制的工件图。
图2-1止动件平面图
图2-2止动件三维图
第三章冲压工艺分析
3.1材料分析
此工件既有冲孔，又有落料两个工序。
材料为Q235，t=2mm，具有良好的可冲压性能。
3.2止动件形状分析
材料厚度2mm，止动件结构简单工、序数目少，模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单。
有一个直径为φ10mm的圆孔，一个φ22mm与8×4的长方形组合形外形满足冲压的条件。
故可以利用冲裁加工获得这种止动件。
3.3止动件尺寸精度
零件图中尺寸均未标注尺寸精度和位置精度，冲裁件的经济公差等级不高于IT14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，普通冲压的冲孔精度一般在IT11~IT12级以下，所以精度能够保证，可用一般精度的冲裁，工件的尺寸落料按IT11级，冲孔按IT10级计算。
尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求由于工件的粗糙度没有特殊要求，故选择一般的粗糙度Ra=3.2μm。
第四章冲压方案的确定
4.1冲压方案
有以下三种工序方案选择：
方案一：
先落料，后冲孔，采用两套单工序模生产。
方案二：
落料—冲孔同时在一个工序上完成，采用复合模生产
方案三：
落料—冲孔同时在多个工位上完成，采用级进模生产。
4.2冲压方案的选择
方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，生产效率较低难以保证该零件的年产量要求。
方案二只需要一副模具冲压件的行为精度和尺寸精度难以保证，且生产效率也很高，尽管模具结构方案较一复杂，但由于零件的形状简单对称，模具制造并不困难。
方案三也只需要一副模具，生产效率很高但零件的冲压精度稍差。
欲保证冲压件的行为精度，需要在模具上设置导正销导正，故其模具制造安装较复合模复杂
方案二只需要一副模具冲压件的行为精度和尺寸精度难以保证，且生产效率也很高，尽管模具结构方案较一复杂，但由于零件的形状简单对称，模具制造并不困难。
方案三也只需要一副模具，生产效率很高但零件的冲压精度稍差。
欲保证冲压件的行为精度，需要在模具上设置导正销导正，故其模具制造安装较复合模复杂。
通过对三种方案的分析和对比可以确定方案二为最佳方案。
第五章模具结构设计
5.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，模具类型为复合模，能在同一副模具的相同位置，同时完成两道或两道以上不同冲压工序。
倒装式复合模具结构相对正装简单，加工更容易，制作成本相对低，故选择倒装式复合模具。
5.2卸料、出料方式的选择
卸料装置分为刚性卸料装置、弹性卸料装置。
刚性卸料装置卸料力大，工作可靠，常用于材料较硬、厚度较厚、精度要求不是很高的工件。
但在卸料时，由于板料没有受到压料力的作用，导致冲裁带孔部分有明显的翘曲现象。
弹性卸料装置主要由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡皮）等构成；主要用于材料较薄（小于或等于2mm）、硬度较小、精度要求高的冲裁；冲裁时弹性元件对板料有预紧作用力，故冲压件的平整度比较高。
弹性元件提供的卸料力比较小。
止动件厚度2mm，相对较薄，尺寸较小，制件重量较轻，卸料力要求不大；垫片的平整度要求也不能过低；故采用弹性卸料。
在倒装式复合模具中，弹性卸料装置安装在下模。
5.3推件装置的选择
推件装置分为刚推件料装置和弹性推件装置。
刚性推件装置适用于对推件力要求大的制件；要使弹性推料装置就要选择好一点的弹性元件，这样增大了模具的制作成本。
为了推件平稳可靠，成本低，选用刚性推件装置。
第六章排样方式
6.1排样方式的选择
冲裁件的板料，带料或条料上的布置方法称为排样，合理的排样能降低成本和保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施。
排样应考虑如下原则：
1.提高材料的利用率。
2.合理的排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。
3.模具结构简单寿命长。
4.保证冲裁件质量和冲裁件对板料纤维方向的要求。
排样方法的确定，根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。
经过多次排样计算决定采用直对排法。
6.2确定搭边值和料宽
搭边和料宽：
搭边：
排样中相邻两个零件之间的余料
确定搭边值。
查表2-15
a1=1.5a=1.8
6.3排样方式图
如下图6-1所示：
6.4送料步距的计算
经过查表计算得步距：
23.5mm
6.5材料利用率的计算
材料利用率是衡量材料是否合理利用的重要指标，在保证制件质量的前提下，也决定板料的冲裁是横向还是纵向。
一块板料的材料利用率为
η=SI/S总=（32+121π）×2/23.5×55.6×100%=63.08%
结构废料有工件的形状决定，无法避免，材料的利用率满足要求，故排样方式合理。
第七章模具刃口尺寸计算
7.1冲裁间隙计算
冲裁间隙是模具设计中的一个相当重要的参数，它对冲件的断面质量、模具寿命、卸料力、推件力以及冲裁件的尺寸精度等都有影响。
在不同场合，冲裁间隙的概念定义也不同。
在设计过程中所考虑的一般是凸、凹模刃口部分的尺寸之差。
冲裁间隙过大、过小都是不合理的，只有选择合适的冲裁间隙才能进行正常的冲裁生产。
而不断地冲裁又会使得凸、凹模磨损，凸模尺寸减小，凹模尺寸增大，冲裁间隙也就增大。
根据材料力学性质、制件的表面粗糙度和尺寸精度，按照经验数据来确定。
得：
Zmin=0.246Zmax=0.360
7.2刃口尺寸计算
凸、凹制造公差的计算采用配做法，先判断模具各个尺寸在模具磨损后的变化情况，分三种情况：
第一种尺寸（增大）22
第二种尺寸（不变）30
第三种尺寸（减小）10
a.按入体原则查表2-3确定冲裁件内形与内形尺寸公差，工作零件刃口尺寸计算见表
第一类
第二类
第三类
结果：
第一类：
10元以下□10～50元□50～100元□100元以上□第二类：
第三类：
（2）缺乏经营经验
培养动手能力□学一门手艺□打发时间□兴趣爱好□第八章冲裁力的计算
8.1冲裁力计算
附件
（二）：
调查问卷设计冲裁工序力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力等，其中，最主要的是冲裁力的确定。
冲裁时，凸模给材料施加压力，材料对凸模产生反作用力，通常这种反作用力被称为抗力，材料对凸模的最大抗力就是冲裁力。
只有知道冲裁力才能保证正确的压力机和合理设计模具。
这里有营业员们向顾客们示范着制作各种风格炯异的饰品，许多顾客也是学得不亦乐乎。
据介绍，经常光顾“碧芝”的都是些希望得到世界上“独一无二”饰品的年轻人，他们在琳琅满目的货架上挑选，然后亲手串连，他们就是偏爱这种ＤＩＹ的方式，完全自助在现场，有上班族在里面精挑细选成品，有细心的小女孩在仔细盘算着用料和价钱，准备自己制作的原料。
可以想见，用本来稀奇的原料，加上别具匠心的制作，每一款成品都必是独一无二的。
而这也许正是自己制造所能带来最大的快乐吧。
为了使结构简单，选择一般平刃冲裁，平刃冲裁时的冲裁力：
（一）大学生的消费购买能力分析F≈Ltσb（5-3）
3．www。
oh/ov。
com/teach/student/shougong/式中：
6、你购买DIY手工艺制品的目的有那些？
t—材料厚度；
1、你一个月的零用钱大约是多少？
tσ—查表9-1取材料Q235的抗拉强度420MPa
情感性手工艺品。
不少人把自制的手机挂坠作为礼物送给亲人朋友，不仅特别，还很有心思。
每逢情人节、母亲节等节假日，顾客特别多。
L—冲剪断面的周长。
L=（2πR+2πr）×2+8×2=217.06mm
F=217.06×2×420=182.33KN
8.2卸料力、推件力的计算
在冲裁结束后，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，使冲落部分的材料卡在凹模内，而余下的材料则紧箍在凸模上，为使冲压工作能继续进行，必须将卡在凹模内的这些材料推出，将紧箍在凸模上的材料卸下。
卸下包在凸模上的材料所需的力叫卸料力；顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力一般叫推件力。
卸料力的计算公式：
（5-4）
推件力的计算公式：
（5-5）
式中：
K1、K2—分别为卸料力、推件力
n—同时卡在凹模的冲裁件（或废料）的个数，
K1、K2的取值可从表5-3中选取
表5-3钢板卸料力、推件力的系数
材料厚度t/mm
K1
K2
≤0.1
0.065~0.075
0.1
0.1~0.5
0.045~0.055
0.063
0.5~2.5
0.04~0.05
0.055
2.5~6.5
0.03~0.04
0.045
＞
0.02~0.03
0.03
根据冲裁的性质和厚度得：
K1=0.045、K2=0.055。
根据公式（5-4）、（5-5）得：
卸料力F=K1F=0.045×182.33KN=8.2KN
推料力F=nK2F=2×0.055×182.33≈20KN
顶件力FD
FD=KDF=0.06×182.33≈11KNKD=0.06
第九章压力机的选择
9.1压力中心的确定
本压力机公称压力的确定
本模具采用刚性卸料装置和下出料方式，所以，FZ=F+FT≈203KN根据以上计算结果，冲压设备拟选J23-25.
9.2压力中心的确定
模具压力中心是指模具在工作时，被冲压材料对冲模的反作用力合力的作用点，即冲模所受合力的作用点位置。
为了模具正常的工作，模具的压力中心必须与模柄的中心线重合，否则冲压时便会产生偏力矩，使模具的导柱或冲床的滑块单面受力，引起模具和导轨的过早损坏，加速刀口变钝的速度，同时也会使冲模及压力机滑块歪斜，引起凸、凹模的间隙不均，使导向零件加速磨损，降低模具的寿命，有甚者引起压力机导轨磨损加重，损坏压力机。
止动件为轴对称形，外形简单，可按照确定简单形状制件的压力中心的原则来确定止动件的压力中心。
简单形状制件的压力中心确定原则：
（1）冲裁直线段时，压力中心位于该线段的重点。
（2）冲裁简单对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心（即重心）。
（3）形状和尺寸相同的多个凸模对称分布时，压力中心与多个凸模的对称中心相重合。
（4）形状复杂的零件、多孔冲模或级进模的压力中心，可以用以下解析计算法
（5-6）
（5-7）
求出。
根据以上原则可以确定该模具的压力中心在该制件的质心，则压力中心对称轴上，
本模具将压力中心矩形的中心处。
第十章模具零件设计
10.1模具的设计
卸料装置的设计。
采用图7-7所示的卸料装置，已知冲裁板厚t=2mm，冲裁卸料力Fx=8.2KN.根据模具安装位置拟选4个弹簧的预压力为F0≥Fx/n=8.2KN/4=2.05KN
查第9章表9-32.圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧规格为D=30mm，d=4mm，h0=85mm，t=8.0mm，hj=33.9mm，f=3.32mm，Fj=480KN，n=10.1。
其中，d为材料直径，D为弹簧大经，Fj为工作极限负荷，h0为自由高度，hj为工作极限负荷下变形量，n为有效圈数，t为节距。
弹簧的总压缩量为△H=Fx/Fj×hj/n=8.2/0.48×33.9/10.1=57.3mm
10.2模具的总体结构设计
①模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以本套模具类型为复合模。
②定位方式的选择
因为冷模具采用的是系料，控制系料的进送方法采用导料销；控制系料的运送步距采用弹簧弹顶的活动挡料销来定步距而第一件的冲压位置因为条料有一定余量，可以靠操作人员目测来确定。
③出件方式的选择
根据模具冲裁的运动特性，冷模具采用刚性出件方式比较方便，因为工件厚为2mm弹力要求很高，不宜使用。
而采用推件块，利用模具的开模力推出工件，继安全又可靠。
故采用刚性装置取出工件。
④导柱，导套位置的确定，为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装，调整，维修模具，该复合模采用中间导柱模架
10.3零部件的设计
①工作零部件的结构设计
a．落料凸模
凸模采用整体凹模，轮廓全部采用数控线切割机床即可一次成形，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心的数据，尽量保证压力中心与模柄中心重合。
查表2-22得k=0.28
凹模厚度H=kb=0.28×52=14.56mm
凹模壁厚c=（1.5~2）H=21.84~29.12mm
取凹模厚度H=40mm，壁厚c取30mm
凹模宽度B=b+2c=22+25×2=72mm（送料方向）
凹模长度L=52+2×25=102mm
根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模长度为110mm，宽度取80mm，所以凹模轮廓尺寸为110×80×30mm。
10.4其他模具零件结构
根据凹模零件尺寸，结合倒装式复合模结构特点，查GB/T2855.5-1990选用四导柱模架方式，查JB/T2885.1-94，确定其他模具结构零件，如下表6-1：
表6-1模具零件结构
序号
名称
规格
材料
数量
1
垫板
130×110×10
45
1
2
凸模固定板
125×100×20
45
1
3
卸料板
125×100×20
45
1
4
凸凹模固定板
125×100×20
45
1
5
上模座
245×110×30
45
1
6
下模座
245×110×30
45
1
7
导柱
27×99
45
2
8
导套
27×55×30
45
2
根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，取凹模长度为110mm，宽度取80mm，所以凹模轮廓尺寸为110mmx80mmx30mm
b．冲孔凸模根据图样，工件中有两个孔，大小相同，因此只需设计1个凸模，为了方便固定，采用阶梯式，长度为L=凹模+固定板+t=30+20+2.5=52.5mm
c．凸凹模。
当采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下
HTA=h1+h2+t+h=20+30+2+10=62mm
式中，h1为卸料板厚度，h2为凹凸模固定板厚度，t为材料的厚度，h为卸料板与固定板之间的安全高度。
因凸凹模为磨具设计中的配作件，所以应保证与冲孔凸模和落料凹模的双边合理间隙Zmm
（2）.定位零件的设计
结合本套模具的具体结构，设置一个直径为6mm的活动挡料销（起定距的作用）和两个直径为8的活动导料销。
挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧。
在开模时，弹簧恢复弹力吧挡料销顶起，使它处于工作状态，旁边的导料销也一起工作。
卸料板设计卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为20mm，材料为45钢，淬火硬度为40~15HRC。
卸料螺钉选用
卸料板采用四个m8的螺钉固定，长度L=h1+h2+a=44+8+15=67mm
（其中h2位弹簧的安装高度；h2位卸料板工作行程；a为凸凹模固定板厚度）
（3）.模架及其他零部件的设计
该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
以凹模周界尺寸为依据，查第9章表9-48选择模具规格如下：
导柱：
d（mm）xL（mm）分别为ø22x110，ø25x110GB/T2861.6
导套：
d（mm）xL（mm）分别为ø22x70x28，ø25x70x28GB/T2861.6
上模座厚度H上取30mm，下模座厚度H下取35mm，上垫板厚度H垫取10mm，则模具的闭合高度H闭=H上+H下+H垫+H-h=30+35+10+30+62-2.5=164.5mm
式中L—凸模高度
H—凸凹模高度
h—凸模冲裁后进入凸凹模的深度
可见该模具的闭合高度小于所选压力机23-25的最大装模高度，因此该压力机可以满足使用要求。
9.模具总览图
通过以上设计，可得到模具的总装图，
重复以上动作来完成所需工件的冲裁。
10.冲压设备的选取
通过校核，选择开式可倾压力机j23-25能满足使用要求。
其主要技术参数如下：
主电机功率2.2KW滑块形成：
70mm行程次数:
60（次/min）
工作台尺寸：
330x510mm动力类型：
电动控制形式：
人工
公称压力：
250KN布局形式：
立式保修：
三年
11.模具零件加工的关键在工作零件，固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单，表11-1所列为ø10圆孔凸模的加工工艺，表11-2所列为落料凹模的加工工艺
第十一章个人总结
为期一周的冲压模具课程设计结束了，在这一周里我们收获了许许多多。
这次设计主要以《冲压工艺及冲模设计》课程的理论为依据，同时结合《机械设计》、《机械制图》、《互换性与技术测量》、《机械制造技术基础》等相关课程的知识，首先根据课程考查任务书的要求，利用AutoCAD软件完成了连接板零件图的绘制，然后进行冲压工艺分析并确定合理的冲压工艺方案，选择排样方式与模具类型，并进行具体工艺计算和校核，选择定位和卸料方式，选择冲压设备，而且对如何保证冲压件精度要求，提高冲压生产效率，保证模具可靠工作，降低模具制造成本也进行了充分的考虑，最后利用AutoCAD软件完成了连接板冲压模具装配图的设计和凸、凹模零件图的绘制。
课程考查过程中，在收获知识的同时，也增强独立动手的能力。
在设计的过程中，让我知道了很多时候对于工科学生解决问题的时候，要有高度的责任心，可以将其当成工程问题的对待，而这也可以成为日后最实用的，让我受益匪浅。
这次模具课程设计对于我的将来可能也有很大的帮助。
以后，我对待公司派来的任务或者是其他工程问题，我都可以很好的对待以及正确的态度去处理。
这次课程考查锻炼了我的动手能力与解决问题的能力，让原本零基础模具设计的我有了很深刻的认知，还让我在模具设计方面有了不少的了解与提升。
第十二章参考文献
《冲压工艺与模具设计》（第三版）主编成虹高等教育出版
《冲压模具课程设计指导与范例》主编林承全化学工业出版社
《互换性与测量技术基础》（第四版）主编王伯平机械工业出版社
第十三章零件加工工艺流程表
冲压模具工艺流程表
产品名称
落料凹模
产品型号
CM1501-03
零件图号
XG1501-01
工序号
工序名称
工序内容
操作员
检验结果
检验时间
备注
1
下料
备Φ20X30圆棒料
2
热处理
退火
3
粗车
粗车圆柱面
4
热处理
调质处理58-62HRC
5
精磨
按图纸标注达到要求
6
钳工精修
全面达到图纸要求
7
8
9
规定完成周期
最终检验结果
最终检验员
最终检验时间
工艺员签名
工艺制定日期
2天
厉新栋
2016年7月14日
升级会员 