课程设计冲裁模具说明书.docx
《课程设计冲裁模具说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计冲裁模具说明书.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
课程设计冲裁模具说明书
vv大学
课程设计说明书
题目：
金属垫片冲裁正装复合模设计
姓名：
xxx
专业：
材料成型及控制工程
班级：
指导老师：
2014年1月15日
vv大学机械与能源工程学院
专业课程设计任务书
——材料成型及控制工程专业——
设计题目：
金属垫片冲裁正装复合模设计
设计任务：
设计一简单冲压零件，并根据该零件设计一副冲压模具。
制件年产量：
50万件
完成的任务：
1.冲压工艺过程卡一份；
2.产品零件图一份；
3.冲压模具装配及模具成形零件工程图各一份；
4.设计说明书一份。
时间安排：
1.借资料、产品的结构设计及绘制零件图；（1.5天）
2.确定零件冲压工艺方案，填写冲压工艺过程卡；（1天）
3.零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定；毛坯排样方案设计及材料利用率计算；冲裁力及压力中心计算；选择压力设备；模具总体结构设计，包括送料方式、卸料和出件方式、凹模板外形尺寸的计算、其它模板尺寸的确定和模架的选择；凸、凹模零件设计，包括刃口尺寸计算、凸模结构及凹模型腔结构设计；卸料和顶件装置设计；模具结构三维设计。
（4天）
4.绘制模具结构装配图、模具成型零件工程图；（2.5天）
5.编写设计说明书；（2天）
6.答辩。
（1天）
参考书目：
[1]翁其金.冲压工艺及冲模设计[M].北京：
机械工业出版社，2004
[2]黄毅宏.模具制造工艺[M].北京：
机械工业出版社，2004
[3]王新华.冲模结构图册[M].北京：
机械工业出版社，2004
[4]陈锡栋.实用模具设计简明手册[M].北京：
机械工业出版社，2001
[5]郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术[M].北京：
机械工业出版社，2005
[6]杨玉英.实用冲压工艺模具设计手册[M].北京：
机械工业出版社，2005
指导教师：
2014年1月6日
材料成型及控制工程v级vv班
学生：
学号：
v
2014年1月6日
金属垫片冲裁正装复合模设计
[摘要]本课题主要是针对金属垫片的模具设计，该垫片采用的材料为含碳量0.1%的钢材，是工业中常用的一种金属材料。
通过对冲裁件进行工艺的分析和比较，最终设计出一副冲裁模。
本课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的模架选择、冲裁装置、顶件装置、导向装置、卸料装置、冲压机的选择及有关参数的校核进行详细的设计，并简单的编制了模具的加工工艺。
通过整个设计过程表明该模具能够达到此冲裁件所要求的加工工艺。
根据题目设计的主要任务是金属垫片冲裁模的设计，也就是设计一副冲裁模来生产冲裁件产品，以实现自动化提高产量。
针对冲裁件的具体结构，该模具是冲裁复合模。
[关键词]冲裁件；模具；装置；工艺
引言………………………………………………………………………………1
1零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定…………………………………2
1.1零件工艺性分析…………………………………………………………2
1.2冲压工艺方案……………………………………………………………2
2毛坯排样方案设计及材料利用率计算……………………………………4
2.1毛坯排样方案设计………………………………………………………4
2.2搭边值的确定……………………………………………………………4
2.3条料宽度的确定…………………………………………………………4
2.4材料利用率的计算………………………………………………………5
3冲裁力及压力中心计算……………………………………………………6
3.1冲裁力计算………………………………………………………………6
3.2压力中心确定……………………………………………………………6
4选择压力设备………………………………………………………………7
5模具总体结构设计…………………………………………………………8
5.1出料方式…………………………………………………………………8
5.2卸料和出件方式………………………………………………………8
5.3凹模板尺寸计算…………………………………………………………8
5.4其他模板尺寸的确定……………………………………………………9
5.5模架的选择………………………………………………………………10
6凸、凹模零件设计…………………………………………………………11
6.1刃口尺寸计算……………………………………………………………11
6.2凸模结构设计……………………………………………………………15
6.3凸凹模结构设计…………………………………………………………16
6.4凹模结构设计……………………………………………………………16
7卸料装置和顶料装置设计…………………………………………………17
7.1卸料装置的选择………………………………………………………17
7.2顶料装置的设计…………………………………………………………17
8模具结构三维设计…………………………………………………………18
结束语……………………………………………………………………………19
致谢语……………………………………………………………………………20
参考文献…………………………………………………………………………21
附录：
冲压成形工艺卡…………………………………………………………22
引言
在现在工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造，锻造，冲压，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生活生产行业中得到广泛应用。
由于采用模具能提高生产效率、节约材料、降低成本，并且可以保证一定的加工质量要求，所以，汽车，飞机、拖拉机电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具加工。
随着工业科学技术的，工业产品的品种和数量不断增加，产品的改性换代加快，对产品质量、外观不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来越高。
，如果模具设计及制造水平落后，产品质量低劣，制造周期长，必将影响产品的更新换代，使产品失去竞争能力，阻碍生产和经济的发展。
因此，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是显而易见的。
冲压是在室温下，利用安装在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，从而获得所需的零件的一种压力加工方法。
冷冲压在工业生产中应用十分广泛，其加工效率高，且操作方便，易于实现自动化；冲压时模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，一般不破坏冲压件的表面质量，而且寿命比较长，所以冲压件质量稳定，互换性好具有“一模一样”的特征；可以加工出尺寸范围比较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料冷变形硬化效应，冲压件强度和刚度均较高；冲压没有切屑废料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的热设备，也是一种省料的加工方法；冲压件陈本较低；但是冲压一般使用的模具具有专用型，有时一个复杂的零件需要数套模具才能加工成型，且模具精度较高，技术要求高，是技术密集型产业，所以只有在冲压件生产批量较大杜锋情况下才能充分的体现从而获得较好的经济效益。
1零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定
制件结构图如图1-1所示：
图1-1制件结构图
1.1零件工艺性分析
（1）材料分析
该制件材料为含碳量为0.1%的钢，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛,可用于冲裁工艺。
（2）结构分析
该零件形状，应力对称。
没有突出的悬臂和凹槽，但零件相对简单，无棱角，对称分布四个小孔。
孔距边界之间的最小孔边距很足够，且远大于一个板厚。
存在的最小孔（直径3mm）大于1倍的板厚，因此可以冲裁。
（3）精度分析
图示零件尺寸公差要求约为IT12。
1.2冲压工艺方案
该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案[1]：
方案一：
先落料，后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二：
冲孔—落料级进冲压。
采用级进模生产。
方案三：
冲孔—落料复合冲压。
采用复合模生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序两套模具，成本高而生产效率低，精度低，难以满足大批量、高精度的生产要求。
方案二只需要一副模具，生产效率高，但结构复杂，制造困难，成本高，且必须保证条料或带料的准确定位才可能保证冲压件的质量。
方案三也只需一套模具，工作精度及生产效率都比较高，模具制造相对简单，制件精度高，采用倒装复合模能够有效的清理模具上的冲孔废料，操作不方便。
所以经过比较，采用方案三最为合适。
2毛坯排样方案设计及材料利用率计算
2.1毛坯排样方案设计
毛坯最大尺寸60mm，不算太小，为保证冲裁件的质量、模具寿命和操作方便，采用有搭边，单排排样，根据卸料方式、制件长度和厚度，取条料中制件间距为1.5~2.5mm之间，所以选2.0[2]。
如图2-1所示：
图2-1排样
2.2搭边值的确定
排样时冲裁件之间，以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料称为搭边。
搭边有两个作用：
一是补偿了定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件，二是可以增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率[1]。
根据卸料方式、制件长度和厚度，取条料的搭边值为1.8~2.6mm之间，所以选2.5mm[1]。
2.3条料宽度的确定
常用的条料宽度确定方法分为：
有侧压装置、无侧压装置、有侧刃定距三种，此次采用无侧压装置确定条料宽度[1]，所以
条料宽度：
（2-1）
式中
——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸
——侧搭边值
所以
2.4材料利用率计算
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比称为材料利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标[1]。
一个步距内的材料利用率
可用下式表示：
（2-2）
式中A——为一个步距内冲裁件的实际面积（mm2）
B——为条料宽度（mm）
S——为步距（mm）
若考虑到料头、料尾和边余料的消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率
为
（2-3）
式中n——为一张板料（或带料、条料）上的冲裁件总数目
A1——为一个冲裁件的实际面积（mm2）
B——为板料（或带料、条料）宽度（mm）
L——为板料（或带料、条料）长度（mm）
所以
3冲裁力及压力中心计算
3.1冲裁力的计算
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一[1]。
平刃口冲裁模的冲裁力F一般按下式计算：
（3-1）
式中F——为冲裁力（N）
L——为冲裁周边长度（mm）
T——为材料厚度（mm）
——为材料抗剪强度（MPa）
K——为系数
系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3
查手册[2]得材料的抗剪强度为250Mpa。
根据制件尺寸可计算得：
3.2压力中心的确定
冲压力合力的作用点称为模具的压力中心，模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。
对于有模柄的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线，否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命，甚至损坏模具[1]。
冲裁形状对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。
此次的制件为对称形状，所以其压力中心在其几何中心。
4选择压力设备
压力机的公称压力必须大于等于冲压力。
此次采用的冲裁模为倒装的复合模，所以总冲压力FZ包括冲裁力F、弹性卸料装置的卸料力FX和下出料方式的推件力FT，其中
卸料力为
（4-1）
推件力为
，（4-2）
其中
为卸料力系数、推件力系数，根据手册[1]表3-9取
取0.045，
取0.055，所以
卸料力为
推件力为
所以
根据手册[2]表A—8取压力机型号为JC31—160.
5模具总体结构设计
5.1出料方式
此次采用的模具结构为正装复合模，其冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶料装置，结构简单，操作方便。
5.2卸料和出件方式
通常，卸料是指把冲件或废料从凸模上卸下了。
卸料装置可分为固定卸料装置、弹压卸料装置、废料切刀装置，此次的模具结构采用弹压卸料装置，其基本零件包括卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等。
弹压卸料装置的卸料力较小，但它既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平面度较高。
因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁（<1.5mm）宜采用弹压卸料装置[1]。
此次采用的弹压装置。
由于此次采用的是正装复合模，所以卡在凹模中的冲件由打杆、推板、推杆和推件板组成的刚性推件装置推出。
5.3凹模板尺寸的计算
凹模类型很多，凹模的外形有圆形和矩形；结构有整体式和镶拼式；人口有平刃和斜刃。
此次的结构采用矩形整体平刃式凹模[1]。
凹模厚度的确定：
（5-1）
式中s——垂直送料方向为凹模刃口的最大尺寸（
）
——为系数，考虑板料厚度的影响，其值查表3-13[1]
根据制件测得s=50mm，查表3-13选取系数
=0.4，所以H=20mm
垂直于送料方向的凹模宽度：
（5-2）
所以
B的范围为100到130，根据标准取125mm。
送料方向的凹模长度：
L=
+2
（5-3）
式中
——为送料方向的凹模刃口的最大尺寸（
）
——为送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离（mm）
值可查表3-12得出
根据材料宽度和厚度查表3-12得s2=60mm，其中s1=45mm
所以
考虑到推件板的厚度及模架的标准，取凹模为
5.4其他模板尺寸的确定
5.4.1模柄
中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上，常用的模柄的形式有旋入式模柄、压入式模柄、凸缘模柄、浮动模柄、通用模柄、槽型模柄，此次采用的是凸缘模柄，这种模柄的优点在于凸缘的厚度一般不到模座厚度的一半，凸缘模柄以下的模座部分仍可加工出型孔，以便容纳推件装置的推板[1]。
5.4.2凸模及凸凹模固定板
标准凸模固定板有圆形、矩形和单凸模固定板等多种形式。
选用时，根据凸模固定和紧固件合理布置的需要确定其轮廓尺寸，其厚度一般为凹模厚度的60%~80%，凸凹模固定板的厚度根据凸凹模的厚度、卸料装置的厚度确定。
固定板与凸模、固定板与凸凹模为过渡配合（H7/n6或H7/m6）,压装后将凸模端面与固定板一起磨平，对于弹压导板等模具，浮动凸模与固定板采用间隙配合[1]。
5.4.3垫板
在凸模固定板与上模座之间加一块淬硬的垫板，可避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷，致使凸模松动，拼块凹模与下模座之间也加垫板。
垫板的平面形状尺寸与固定板相同，其厚度一般取6~10mm，如果结构需要，如在用螺钉吊装凸模时，为在垫板上加工吊装螺钉的沉孔，可适当增大垫板的厚度，如果模座是用钢板制造的，当凸模截面面积较大时，可以省去垫板。
此次的垫板采用10mm[1]。
5.5模架的选择
按导柱位置的不同，导柱模模架可分为中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架和四导柱模架。
此次采用中间导柱模架，导柱分布在矩形凹模的对称中心线上，两个导柱的直径不同，可避免上模与下模装错而发生啃模事故[1]。
其上下模座依次如图5-3所示：
图5-3上模座与下模座
6凸、凹模零件设计
落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的，故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下[1]：
（1）落料落料件光面尺寸与凹模尺寸相等（或基本一致），故应以凹模尺寸为基准。
又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证在凹模磨损到一定程度时仍能冲出合格零件，故落料凹模的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
而落料凸模的基本尺寸，则按凹模的基本尺寸减最小初始间隙。
（2）冲孔工件光面的孔径与凸模尺寸相等（或基本一致），故应以凸模尺寸为基准。
又因冲孔的尺寸会随凸模的磨损而减小，故冲孔凸模的基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模的基本尺寸加最小初始间隙。
（3）孔心距当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。
由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称偏差标注。
（4）冲裁刃口制造公差凸、凹模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证模具具有一定的使用寿命。
6.1刃口尺寸计算
根据凸、凹模加工方法的不同，人口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为分别加工法和配合加工法，此次采用分别加工法计算[1]。
落料：
（6-1）
（6-2）
冲孔：
（6-3）
（6-4）
孔心距：
（6-5）
式中
——为落料凹、凸模尺寸；
——为冲孔凸、凹模尺寸；
——为凹模孔心距的尺寸；
——为工件孔心距的下极限尺寸；
——为落料件的上极限尺寸；
——为冲孔件孔的下极限尺寸；
——为冲裁件制造公差；
——为最小初始双面间隙；
——为凸、凹模的制造公差；
X——为系数
表6-1规则形状凸、凹模的制造偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
～18
18～30
30～80
0.020
0.020
0.025
0.030
120～180
180～160
0.030
0.040
0.045
80～120
0.025
0.035
160～360
1360～500
500～30
0.035
0.040
0.050
0.050
0.060
0.070
根据手册[1]表3-3可以查得Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm
落料：
基本尺寸60mm公差0.22mm
=0.020mm
=0.030mm
校核间隙：
说明所取凸、凹模公差不能满足
的条件，作调整如下
基本尺寸50mm公差0.16mm
=0.020mm
=0.20mm
校核间隙：
说明所取凸、凹模公差不能满足
的条件，作调整如下
冲孔
基本尺寸10mm公差0.050mm
=0.020mm
=0.20mm
校核间隙：
说明所取凸、凹模公差能满足
的条件
凹模孔心距尺寸
基本尺寸30mm公差0.10mm
6.2凸模结构设计
凸模的结构类型分为标准圆凸模、凸缘式凸模、直通式凸模。
凸模的固定形式有：
采用凸模固定板固定、与上模板直接固定、采用低溶点合金或环氧树脂浇注固定三种，由于本工件是大批量的生产，且内孔有一定的精度要求，模具采用的是复合模，所以采用凸模固定板固定[1]。
6.3凸凹模结构设计
凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。
凸、凹模的结构大到分为整体式和镶拼式的两种，镶拼式结构适合于大，中型和形状复杂，局部容易损坏的整体凸模式或凹模，而此处所需的凸凹模形状较简单，所以选用整体式来加工凸凹模。
在复合冲裁模中，由于内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的孔边距，所以当冲裁件孔边距较小时必须考虑凸凹模强度。
为保证凸凹模强度，其壁厚不应小于允许的最小值。
倒装复合模的冲孔废料容易积存在凸凹模型孔内，所受胀力大，凸凹模最小壁厚要大些。
正装复合模的冲孔废料由装在上模的打料装置推出，凸凹模型孔内不积存废料，胀力小，最小壁厚可小于倒装复合模的凸凹模最小壁厚值[1]。
凸凹模结构如图6-2所示：
6-2凸凹模结构图
6.4凹模结构设计
凹模类型很多，凹模的外形有圆形和矩形；结构有整体式和镶拼式；刃口有平刃和斜刃。
凹模的刃口形式选用直筒式刃口。
该凹模的厚度的全部为有效刃口高度，刃壁无斜度，刃磨后刃口尺寸不变，适用于制件或废料逆冲压方向推出的冲裁模如复合模、薄料落料模[1]。
7卸料和顶件装置设计
7.1卸料装置的选择
常见的卸料零件有固定卸料板和弹压卸料板。
前者是刚性结构主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于0.8的模具，后者是柔性结构，兼有压料和卸料两个作用。
其卸料力的大小决定与所选用的弹性元件。
主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中，因此选取弹压卸料板。
在自由状态下的弹压卸料板应高出凸模刃口0.1～0.3。
卸料板的厚度取h=15mm。
7.2顶件装置的设计
主要有刚性推件装置和弹性推件装置两种，一般刚性用的较多，它由打杆、推板、连接杆和推件块组成。
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，撞击上模内的打杆与推件板，将凹模内的工件推出，其推件力大，工作可靠。
8模具结构三维设计。
金属垫片冲压正装复合模的装配图如图8-1所示：
8-1正装复合模装配图
正装复合模工作原理如下：
凸凹模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在下模。
模具工作时，条料沿两个导料销送至挡料销处定位。
冲裁时，上模向下运动，因弹压卸料板与安装在凹模型孔内的推件板分别高出凸凹模和落料凹模的工作面约0.5mm，故首先将条料压紧。
上模继续向下，同时完成冲孔和落料。
冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便。
卡在凹模中的冲件由弹性推件装置推出。
结束语
冲压工业是当今世界上最快的工业门类之一，对于我国而言，它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。
我们大学生对于冲压工业的认识还是很肤浅的，但是通过这次冲压模具课程设计，让我们更多的了解有关冲压模具设计的基本知识，更进一步掌握了一些关于冲压模具设计的步骤和方法，对冲压模有了一个更高的认识。
这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助，也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。
冲压制件成形及模具的设计还是个很专业性、实践性很强的技术，而它的主要内容都是在今后的生产实践中逐步积累和丰富起来的。
因此，我们要学好这项技术光靠书本上的点点知识还是不够的，我们更多的还应该将理论与实际结合起来，这还需要我们到工厂里去实践。
我相信在未来的我一定能走到最前头。
致谢语
转眼之间，两周的冲压模具设计已经临近尾声。
时间上不是很充裕，而且对于一个没有工作经验、相关知识匮乏的大学生，难免会有很多问题考虑不周全。
所幸在四位老师的殷切指导及纠正下，我们顺利完成了冲压模具设计，在这里我要衷心感谢四位老师，感谢他们为我们课程设计所付出的辛劳，同时也感谢他们悉心的指导，为我们及时纠正课程设计中出现的错误。
其次还要感谢大学三年来所有的老师，为我打下模具专业知识的基础；也要感谢所有我的同学们，正是因为有了你们的支持和帮助，本次课程设计才会顺利完成。
最后感谢母校三年来的大力栽培。
参考文献
[1]翁其金《冲压工艺及冲模设计》[M].北京：
机械工业出版社，2012.1
[2]郑家贤
升级会员 