模具设计说明书.docx

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模具设计说明书

0前言

0.1课程设计目的

通过《模具设计》课程设计，掌握零件的工艺性分析，工艺方案论证和工艺计算，锻炼学生查阅资料、国际手册的能力，培养创新能力，提高模具设计能力、动手能力和初步的科学研究能力，学会绘制符合要求的模具零件图，能标注必要的技术条件，为以后的毕业设计和工作奠定基础

0.2课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术参数，条件和设计要求等）

零件材料，尺寸、精度及技术要求见附图。

设计内容：

1.完成冲压件的工艺设计（工艺分析、工艺方案的确定等）；

2.完成冲压模具的结构设计和计算（主要零部件的结构设计、模具结构设计及模具工作工作部分尺寸计算等）；

3.完成零件总装配图和模具主要零件图。

4.编写计算说明书及进行课程答辩。

1、冲裁件工艺性分析

工件名称：

典型冲压件

工件简图：

如图1-1所示

生产批量：

年产量10万件/年，为一般批量

材料：

Q235

材料厚度：

2mm

图1零件图

1.1冲压件材料分析

查冲压手册知：

Q235为普通碳素结构钢，强度一般，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件，可以冲裁。

1.2工件结构形状

工件结构形状相对简单，尺寸不大，成中心对称，内外形无尖角，孔与边缘之间的距离也满足要求，适合冲裁加工。

冲裁件除有一个φ20的大孔外，还有4个M3的螺纹，考虑到螺纹孔的孔径较小且数量多，从模具设计制造和操作安全等方面出发，4个螺纹孔可先不冲出，待制件完成冲裁后通过机加完成。

生产纲领为10万件/年，属一般批量，应重视模具材料的选择和结构的选择，保证一定的模具寿命。

1.3尺寸精度

零件图上未注公差为IT13级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。

根据以上分析：

该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。

2、冲裁工艺方案的确定

本制件所需的冲压工序为落料和冲孔两个基本工序，可以有一下三种工艺方案：

方案一：

先冲孔，后落料；单工序模生产。

方案二：

冲孔—落料复合冲压；复合模生产。

方案三：

冲孔—落料级进冲压；级进模生产。

结合所学模具设计知识分析知：

方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。

方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。

方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。

冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。

通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。

3、工艺计算

3.1计算冲压力

采用弹性卸料装置和倒装式的复合冲裁模，冲压力为冲裁力、卸料力、以及推料力的总和。

1.冲裁力的计算

用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：

P=KLtτb

式中　　F—冲裁力；

L—冲裁周边长度；

　　　　t—材料厚度；

　　　　τb—材料抗剪强度；　　　

K—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，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3

（1）计算冲裁件轮廓周长L

L=4b+ΠD式中b—冲裁件边长,D—零件内孔直径

L=4b+ΠD=4×35+Π×20=202.8（mm）

查表得：

取τb=450Mpa

所以P=KLtτb=1.3×202.8×2×450=237276（N）≈237.3（KN）

（2）卸料力、推料力的计算

卸料力P卸P卸=K卸P

推料力P推　　P推=nK推P

顶料力P顶　P顶=K顶P

n—梗塞在凹模内的制件或废料数量（n=h/t）；

h—直刃口部分的高（mm）；

t—材料厚度（mm）

该模具采用弹性卸料方式出零件，故P总=P+P推+P推

查表3—15可得各系数：

K卸=0.05，K推=0.055

取h=10mm。

则n=h/t=10/2=5

故P卸=0.05×237.3=11.9（KN）

P推=5×0.055×237.3=65.3（KN）

所以总冲压力P总=P+P卸+P推=237.3+65.3+11.9=314.5（KN）

3.2初选压力机

根据冲压力计算结果拟选压力机规格为J92K—25型压力机。

3.3排样设计及材料的利用率分析

1.排样方式的选择

方案一：

有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。

冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：

少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：

无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。

通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。

考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。

2.计算条料宽度

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。

搭边过大，浪费材料。

搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。

或影响送料工作。

根据零件形状，查表3—17可得，工件之间搭边值a=1.5mm,工件与侧边之间搭边值a1=2.0mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值—△

因为送料装置中无侧压装置故B=（Dmax＋2a+2△+b0）-0△

查表3—18可得，△=0.5mm，b0=0.2mm

故B=（Dmax＋2a+2△+b0）-0△=（35.1+2×1.5+2×0.5+0.2）0-0.5

=39.30-0.5（mm）

所以条料宽度在38.8mm～39.3mm

3.计算送料步距

送料步距S：

条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。

进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。

条料宽度的确定与模具的结构有关。

进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。

送料步距S

S=35+1.5=36.5（mm）

故排样图如右图2所示。

图2排样图

4.计算材料利用率

冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。

板料的选择。

选择板料的规格为2200mm×1500mm×2mm

条料的长度为2200mm

每张板料可裁剪的条料数为1500/39.3=38条余6.6mm

每条条料可冲裁的零件个数为2200/36.5=60个余10mm

每块板料可裁剪的零件总个数为n1=38×60=2280个

每个零件的面积S=352-52×4+1/4×Π×5×4=1.2×103（mm2）

每块板料的总面积S1=2200×1500=3.3×106（mm2）

材料利用率η＝n1×S/S1×100%=1.2×103×2280/（3.3×106）×100%=82.9%

3.4模具压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

该零件为中心对称图形，其几何中心即为压力中心。

4、模具结构形式的确定

正装式复合模和倒装式结构比较：

正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。

倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，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，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。

根据零件分析，制件的精度要求较低，孔边距较大，为提高经济效益和简化模具结构，适宜采用倒装复合模生产。

根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产

5、模具总体设

5.1模具类型的选择

经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置，自然漏料的倒装复合结构方式。

5.2操作与定位方式

1.操作方式

零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。

2.定位方式

因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。

且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距，采用固定式导料销5.3卸料、出件方式

1.卸料方式

弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。

卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1—0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。

常用作落料模、冲孔模。

工件平直度较高，料厚为2mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。

2.出件方式

因采用倒装复合模生产，故采用下出件为佳。

5.4确定送料方式

因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送料。

5.5确定导向方式

方案一：

采用对角导柱模架。

由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。

常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

但有一边的操纵空间小，阻碍工作人员的工作。

方案二：

采用后侧导柱模架。

由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。

因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。

方案三：

四导柱模架。

具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。

常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：

中间导柱模架。

导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。

且操纵空间大，不会阻碍工作人员的操纵

根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用中间导柱的导向方式，即方案四最佳。

6、模具刃口尺寸计算

6.1落料凹、凸模刃口尺寸计算

该制件外形为一正方形，相对简单，适合采用分别加工制作。

分别加工发的特点是需较核是否满足（δd＋δp）≤Zmax—Zmin的条件。

对于落料凹、凸模刃口尺寸计算，是以凹模尺寸为基准，然后以此基准件为标准加工凸模，使两者保持一定的间隙。

落料凹模刃口磨损后，刃口尺寸只有一种变化，全部变大。

其刃口尺寸一般按如下式计算。

Ad=（Amax-x△）0+δd

凸模是按凹模为标准件加工的，其刃口尺寸一般按如下式计算

Bp=（Ad－Zmin）0-δp

式中Amax—垂直于送料方向的凹模刃口间的最大距离；

x—凸凹模磨损系数；

△—刃口制造公差；

凸凹模刃口尺寸计算

基本尺寸35-0.1+0.1，R5按IT13级将其转化为R50-0.22。

查表3—14得x1=1；x2=0.75　；

查《冷冲模具设计与应用实例》可知Zmin=0.26；Zmax=0.40

试取δp１＝δd１＝△1/4=0.05；　δp2＝δd２＝△2/4=0.055

校核：

0.4（Zmax—Zmin）=0.056＞δp１（δp２）

0.6（Zmax—Zmin）=0.084＞δd１（δd２）

（δd1＋δp1）〈Zmax—Zmin

符合要求，故δp１＝δd１＝△1/4=0.05；　δp2＝δd２＝△2/4=0.055

1-----35-0.1+0.1

Ad１=（35.1－0.2×1）0δd１

=34.90+0.05（mm）

Bp１=（34.9－0.26×2）-δp１0

=34.380-0.050（mm）

2------R50-0.22

Ad2=（5－0.75×0.22）0δd１

=4.8350+0.055（mm）

Bp2=（4.835—0.26）-δp１0

=4.575-0.0550（mm）

6.2冲孔凸凹模刃口尺寸计算

对于冲孔凹、凸模刃口尺寸计算，是以凸模尺寸为基准，然后以此基准件为标准加工凹模，使两者保持一定的间隙。

制件精度不高，为IT13级，孔径的基本尺寸为Φ200-0.033，确定刃口间隙时主要考虑模具寿命，故应该取较大间隙。

查表得：

Zmax=0.40mmZmin=0.26mm

试取δp＝δd＝△/4=0.0825

校核：

0.4（Zmax—Zmin）=0.056＞δp

0.6（Zmax—Zmin）=0.084＜δd

不符合要求，故δp＝0.4（Zmax—Zmin）=0.056；

δd＝0.6（Zmax—Zmin）=0.084。

冲孔凸模刃口尺寸dP=（Bmin+x△）-δp0

查表3—14可知x=0.5

则dP=（19.67+0.5×0.33）-0.0560

　　　　　　　　　＝19.835-0.0560（mm）

冲孔凹模刃口尺寸dd=（dP＋2×Zmin）０δd

　　　　　　　则dd＝（19.835+0.26×2）

=20.35500.084（mm）

7、模具主要零部件的设计与选用

7.1落料凹模

1.确定凹模外形尺寸

落料凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。

其外形尺寸按相关公式计算：

凹模厚度H=Kl查表可知K取0.4

则H=0.4×35=14（mm）

取凹模厚度H=15mm

凹模壁厚c=（1.5～2）H

=（22.5～30）mm

取凹模壁厚c=25mm

凹模宽度B=l＋2c

=35＋25×2

=85（mm）

取凹模宽度B=85mm

凹模长度L=l＋2c

=35＋25×2=85（mm）图3凹模轮廓尺寸图

取凹模长度L=85mm

凹模整体轮廓尺寸L×B×H=85mm85mm×15mm

2.选择典型组合

凸模外形尺寸为85mm×85mm×15mm，故选典型组合为：

85x85x80～100（GB2873.2-81）

7.2凹模具体设计

1.型孔位置。

从排样图上被冲切的位置获得；

2.型孔尺寸。

由刃口尺寸计算获得；

3.刃口形式。

采用直筒式，反面扩孔，直壁高度查表1-26取10mm；

4.螺孔、销孔。

各螺孔、销孔的大小、数量、位置均可从典型标准组合GB2873.2中查得；

5.材料及技术要求。

材料选用CrWMn，热处理60~64HRC

7.3冲孔凸模设计

1.凸模校核。

凸模截面尺寸较大，可不进行强度、刚度校核；

2.凸模的结构形式。

圆形界面的凸模采用阶梯式，查标准GB2873.2，采用固定板压入式固定；

3.凸模工作部分尺寸。

由刃口尺寸计算获得；

4.凸模长度的计算。

查标准GB2873.2，得凸模固定板h1=14mm，空心垫板h2=10mm，凸模厚度计算得h3=15mm，则L=h1+h2+h3=14+10+15-1=38（mm）；

5.材料及技术要求。

材料选用CrWMn，热处理硬度58~62HRC；

7.4凸凹模的设计

1.凸凹模的壁厚。

凸凹模壁厚最小值（35-20）/2=7.5mm,满足倒装式复合模的最小壁厚要求；

2.凸凹模的结构形式。

采用直通式，形状从排样图上被冲切的位置获得。

固定方法：

采用固定板固定法；

3.凸凹模工作部分尺寸。

由刃口尺寸计算获得；

4.凸凹模长度的计算。

参考标准典型组合GB2873.2得固定板配合段h1=14mm，卸料板h2=8mm，弹性体元件安装高度t=20mm，卸料板高出凸凹模1mm,得凸凹模长度L=h1+h2+t=14+8+20-1=41（mm）；

5.材料及技术要求。

材料选用CrWMn,热处理硬度58~62HRC。

7.5卸料部件的设计

1.卸料板的设计

卸料板采用45钢制造，淬火硬度40～45HRC，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度为15mm。

2.卸料螺钉的选用

卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为8mm,螺纹部分为M8×60mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料螺板超出凹模端面1mm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

7.6模架及其他零部件的选用

以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。

选一大一小两组导套、导柱。

上模座厚度H1取45mm,垫板厚度取5mm,空心垫板取10mm,固定板厚度取14mm,卸料板厚度取8mm,凹模厚15mm,凸凹模厚41mm，下模座固定板14mm,下模坐厚度取50mm。

模具闭合高度H

H＝45＋5＋14＋10＋15＋8+20+14+5+50－5=186（mm）

故导柱，导套选择为

导柱d/mm×L/mm为Φ32mm×180mm；

导套d/mm×L/mm×D/mm为Φ32mm×100mm×42mm；

8、校核模具闭合高度及压力机有关参数

8.1校核模具闭合高度

模具闭合高度H应该满足

Hmin－H1＋10≤H≤Hmax－H1－5

式中Hmax—压力机最大闭合高度；

Hmin—压力机最小闭合高度；

H1—垫板厚度。

根据拟选压力机J29K—25，查开式压力机参数表得：

Hmax=300mm,Hmin=180mm,H1=50mm

将以上数据带入公式7-1，得

186＜H＜290

经计算该模具闭合高度H=186mm，在185mm—290mm内，开式压力机J29K—25，满足要求。

8.2冲压设备的选定

通过校核，选择开式双柱可倾式压力机J23—63能满足使用要求。

其主要技术参数如下：

公称压力：

400KN；

滑块行程：

100mm；

最大闭合高度：

330mm；

最大装模高度：

265mm；

工作台尺寸（前后×左右）：

460mm×700mm；

垫板尺寸（厚度×直径）：

65mm×225mm；

模柄孔尺寸：

50mm×70mm；

最大倾斜角度：

30；

总结

通过对典型件冲压模具的设计，更深一层地了解冲裁模的设计流程，包括冲裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总装图及零件图的绘制。

在设计过程中，要考虑周全，否则一个数据有误，就得全部改动，使设计难度大大增加。

条料送进时利用固定挡料销定步距。

通过这一次的课程设计，使我对冲压知识有着更深的理解，为将来的毕业论文设计和未来的工作奠定了坚实的基础，让我收获很多。

参考文献

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北京工业出版社，2000

[2]翟平.飞机钣金成形原理与工艺.西安：

西北工业大学出版社，1995；

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机械工业出版社，2012；

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[6]史铁梁.模具设计指导.北京：

机械工业出版社，2006；