冲压模具设计冲孔落料级进模设计说明书.doc

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课程编号：

XXXX大学

专业课程设计说明书

设计人：

XXX

专业班级：

XXX

学号：

XXXXX

指导教师：

XXX

日期：

X年X月X日

目录

一、序言---------------------------------------------------------------------------3

二、设计任务书及产品图------------------------------------------------------4

三、零件的工艺性分析---------------------------------------------------------5

四、冲裁零件工艺方案的确定------------------------------------------6

五、排样设计及材料利用率计算---------------------------------------------7

六、工序压力计算、压力中心的确定、压力机的选择-----------------8

七、模具工作零件刃口尺寸和公差的计算--------------------------------11

八、模具零件的选用及设计--------------------------------------------------13

九、模具部分结构件详细设计及模具结构简图--------------------------17

十、其他需要说明的内容-----------------------------------------------------20

十一、参考资料----------------------------------------------------------------21

一、序言

模具是制造业的基础工业设备，被广泛用于制造业的各个领域。

无论是工业制品，还是新产品的开发，都离不开模具。

现代工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。

许多新技术和新设备的产生与应用往往源于模具工业。

从某种意义上说，模具制造技术代表了一个国家的工业制造技术的发展水平。

近年来，随着我国经济的腾飞和产品制造业的蓬勃发展，模具制造业也相应进入了高速发展的时期。

可以预见，我国经济的高速发展将对模具提供更为大量、更为迫切的需求，特别需要发展大型、精密、复杂、长寿命的模具。

同时要求模具设计、制造和生产周期达到全新的水平。

模具是现代工业生产的主要工艺设备之一。

其中冲裁模更是占有十分重要的地位。

冲压技术应用范围十分广泛，在国民经济各个部门中，几乎都有冲压加工产品。

它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相关。

由于它具有生产效率高、生产成本低、操作简单、适合大批量生产等优点，在我国现代化建设中有着很好的发展前景。

我们这次课程设计的任务就是设计一套冲裁模具，即就老师所给的零件、生产要求以及精度要求，设计出一套符合要求的冲裁模。

由于时间紧迫、经验不足，在设计过程中走了不少弯路，犯了不少错误。

总之，在设计中难免有疏漏和不当之处，恳请谅解。

相信在今后的实践工作中能一步一步弥补以上不足。

在这次设计过程中，对冲裁模具有有了深一步的了解，获得了一定的设计经验，为将要到来的毕业设计打下了基础。

在这期间得到了XXX老师的和同学们的热心帮助，在此表示感谢。

二、设计任务书及产品图

已知：

（1）产品零件图：

（2）生产批量：

中批量。

（3）零件材料：

Q235-A钢。

（4）材料厚度：

1.2mm。

图1

求作：

（1）进行冲压工艺性分析（从材料、零件结构、尺寸精度几个方面进行）

（2）确定工艺方案及模具结构类型

（3）进行相关工艺计算，包括：

排样设计；

冲压力计算及压力中心的确定；

凸凹模刃口尺寸计算；

模具零件结构尺寸计算；

设备选择等。

（4）绘制模具总装配图

（5）绘制工作零件及主要零件的零件图

（6）编写课程设计说明书

要求：

根据所设计工件的尺寸、形状、批量等原始数据和要求，每人独立设计、绘制完成一套冲压模具。

包括：

（1）模具装配图1张（按照1：

1比例，或适当比例）；

（2）模具工作零件图2-3张（按照1：

1比例，或适当比例）；

（3）设计说明书1份；

三、零件的工艺性分析

冲压工序：

此工件只有落料和冲孔两个工序。

材料：

材料为Q235-A钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。

结构：

工件结构相对简单，有一个Φ8mm的孔和5个Φ5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为3.5mm（大端4个Φ5mm的孔与Φ8mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚）。

精度：

工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

综合以上各方面情况，可以确定零件主要冲压工序的工艺性良好，故选择冲压方法进行加工。

工件简图如图所示：

图2

生产批量：

中批量

零件材料：

Q235-A钢

材料厚度：

1.2mm

四、冲裁零件工艺方案的确定

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：

方案一：

先落料，后冲孔。

采用单工序模生产。

方案二：

落料冲孔复合冲压。

采用复合模生产。

方案三：

冲孔落料级进冲压。

采用级进模生产。

采用方案一，模具结构简单，但需要两道工序两幅模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。

采用方案二，只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但因工件孔距较小，制造难度大，模具强度较差，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。

采用方案三，只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。

通过对上述三种方案的分析比较，该冲压生产采用方案三即级进模生产为佳。

五、排样设计及材料利用率计算

设计级进模，首先要设计条料排样图。

手柄的形状具有一头大一头小的特点，如果采用单向排列，材料利用率低，用如图所示的排方法，设计成隔位冲压，可显著地减少废料。

隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。

图3

由《冲压工艺与模具设计》表2-13确定搭边值，因采用隔位冲压，为增加搭边的刚性，搭边值取2.5mm和3.5mm，采用无侧压装置，条料与导料板间间隙Cmin=1㎜。

则条料宽度：

步距：

冲裁面积：

一个步距的材料利用率：

查板材标准，宜选1500mm×1000mm的钢板，每张钢板可剪裁为11张条料（135mm×1500mm），每张条料可冲37个工件，每张钢板可冲个，故每张钢板的材料利用率为76%。

六、工序压力计算、压力中心的确定、压力机的选择

6.1计算冲压力

已知：

材料为Q235，则τ=300МPa。

式中F---------冲裁力（N）；

L---------零件剪切周长（mm），L=370mm；

t---------材料厚度（mm）；

---------材料抗剪强度（MPa）；

k---------系数，一般取k=1.3。

1）冲裁力

2）卸料力

3）推件力

查得，材料的厚度为1.2mm，则凹模刃口高度

则

为了避免各凸模冲裁力最大同时出现，且考虑到凸模相距很近时，避免小直径凸模由于承受材料流动挤压作用而产生倾斜或折断，故把凸模设计成阶梯凸模。

则最大冲裁力：

6.2确定模具压力中心

计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图4所示。

在图中将XOY坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1～L6共和制组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（13.57，11.64）。

有关数据计算结果如下表所示。

图4

基本要素长度L/mmd

各基本要素压力中心的坐标值

X

Y

L1=25.132

-52.592

26.5

L2=95.34

0

38.5

L3=95.34

0

14.5

L4=50.265

57.856

26.5

L5=15.708

-47.5

-26.5

L6=87.965

47.5

-26.5

合计369.75

13.57

11.64

由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小。

为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点O。

若选用J23-25冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。

6.3压力机的选择：

（见《冲模设计实例》末附录B3）

通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。

其主要技术参数如下：

公称压力：

250KN

滑块行程：

65㎜

最大闭合高度：

270㎜

最大装模高度：

220㎜

工作台尺寸（前后×左右）：

370㎜×560㎜

垫板尺寸（厚度×孔径）：

50㎜×200㎜

模柄孔尺寸：

Φ40㎜×60㎜

最大倾斜角度：

30°

七、模具工作零件刃口尺寸和公差的计算

在确定工作零件刃口尺寸法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。

结合模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用结切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。

因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算如下：

已知工件材料为Q235，材料厚度为1.2mm，查表得冲裁双面间隙Zmax=0.16㎜,Zmin=0.13㎜。

1）冲口：

以凸模为基准，且凸模在实际工作中磨损后减小，为使模具具有一定使用寿命，应加上一个被磨量。

工件上未标注公差，故公差按IT14级查表，得孔，孔，磨损系数X查表得X=0.5，凸凹模制造公差：

孔：

孔：

2）落料：

以凹模为基准，且凹模磨损后，尺寸增大，为使模具具有一定使用寿命，应加上一个被磨量，孔，孔，磨损系数X查表得X=0.5，凸凹模制造公差：

孔：

孔：

孔心距：

八、模具零件的选用及设计

8.1模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进模。

8.2定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。

控制条料的送进步距采用挡料销粗定距，导正销精定距。

而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。

8.3卸料、出件方式的选择

　　因为工件料厚为1.2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。

　　又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。

　8.4导向方式的选择

　　为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。

8.5主要零部件设计

1）工作零件的结构设计

①落料凸模：

结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工成直通凸模，用2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。

落料凸模的高度是凸模固定板（厚20mm）、卸料板（厚14mm）、橡胶板（厚31mm）的总和再减去凸模凹入卸料板的1mm，则凸模高度是以上四项的代数和，为64mm。

具体结构可参见图5所示。

落料凸模下部设置两个导正销，分别借用工件上φ5mm和φ8mm两个孔作导正孔。

导正销伸入定位孔时，板料应处于自由状态。

在手工送料时，板料已由挡料销粗定位，导正销将工件导正的过程是将板料向后拉回约0.2mm。

一般凸模应进入卸料板0.8-2.5mm，此值定为1mm。

应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm，所以导正销直线部分的长度为1．8mm。

导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。

②冲孔凸模：

因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。

5个φ5mm的圆形凸模与固定板的配合取H6/m5，φ8mm凸模与固定板的配合取H7/m6。

冲孔凸模结构如图6所示。

弹性卸料板应对小凸模具有保护作用，故凸模与卸料板的间隙选择应小一点，使落料凸模对卸料板起导向作用。

凸模与卸料板的间隙选为0.025mm，凸模材料选用Cr12MoV。

③凹模：

凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均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。

其轮廓尺寸计算如下：

凹模厚度（查表得k=0.2）

凹模壁厚

取凹模厚度H=30mm，凹模壁厚c=45mm，

凹模宽度

凹模长度L取195mm（送料方向）

凹模轮廓尺寸为195mm×217mm×30mm，结构如图7所示。

2）导料板的设计

导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取0.2mm，这样就可确定了导料板的宽度，条料宽度是135mm，凹模宽度是217mm，导料板宽度则为41mm。

导料板的厚度按表7-10选择，应为8mm。

导料板采用45钢制作，热处理硬度为40～45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。

导料板的进料端安装有承料板，其宽度和厚度与导料板相同，入口处设计成15°的斜角。

3）卸料橡胶的设计

本模具中橡胶板的工作行程由以下几个部分组成：

凸模修磨量5mm；凸模凹进卸料板1mm；工件厚度1.2mm；凸模冲裁后进入凹模2mm。

以上四项长度之和就是橡胶板的工作行程，

取压缩量为自由高度的0.25，则橡胶板的自由高度为：

预压缩量取15%，则

由式（2-11）计算卸料板的卸料力，即：

选用四个圆筒形橡胶，则每个橡胶承受的载荷

取橡胶内径d=13mm，p=0.5MPa，

则橡胶的外径

校核橡胶的自由高度：

可知，满足要求。

橡胶的安装高度：

4）卸料板的设计

本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有用外形凸模导向，对小凸模起保护的作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，厚度为14mm。

卸料板与各凸模的间隙已在凸模设计中确定。

卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M10×10mm。

卸料螺钉的尾部在上模座的台阶孔中定位，卸料螺钉工作时的行程为7.2mm，上模座在螺钉尾部应留有足够的行程空间。

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

卸料板工作时进入导料板压紧条料，卸料板在导料板的位置留有台阶，在凹模上没有条料的情况下，卸料板的下平面与导料板的上表面之间保留0.5mm的间隙，卸料板水平方向与两导料板之间的双边间隙为0.5mm。

橡胶板分为四块，每个卸料螺钉安装一块，中间钻孔φ13mm。

四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。

卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40～45HRC。

5）模架及其它零部件设计

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，冲压时可防止由于偏心矩而引起的模具歪斜。

以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。

导柱d/㎜×L/㎜分别为φ28×160（左），φ32×160（右）；

导套d/㎜×L/㎜×D/㎜分别为φ28×115×42（左），φ32×115×45（右）。

上模座厚度H上模取45㎜，上模垫板厚度H垫取10㎜，固定板厚度H固取20㎜，下模座厚度H下模取50㎜，那么，该模具的闭合高度：

式中L—凸模长度，L=64㎜；H—凹模长度，H=30㎜；

h—凸模冲裁后进入凹模的深度，h=2㎜。

可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度（220㎜），故可以使用。

九、模具部分结构件详细设计及模具结构简图

9.1落料凸模详细结构图

图5落料凸模零件图

9.2冲孔凸模详细结构图

图6冲孔凸模零件图

9.3凹模详细结构图

图7凹模零件图

9.3模具装配图

主视图

俯视图

图8模具装配图

1下模座2凹模3导正销4导尺5卸料板6卸料螺钉

7凸模固定板8垫板9内六角螺钉10模柄11圆柱销

12上模座13导柱14导套15弹性橡胶体16落料凸模17大孔凸模

18小孔凸模19下模座20活动挡料销21承料板

说明：

条料从前向后送入模具加工台面，送到活动挡料销时停止，上模在模柄的推动下向下运动，带动冲孔凸模和落料凸模向下运动，冲出五个φ5mm小孔和中心φ8mm大孔，废料直接经过下模的漏料孔漏出。

操作完成第一步冲压、落料后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在挡料销上，并向前推紧，再完成落料工序，同时完成后一个零件的冲孔。

在以后的每次行程中，模具都能生产出一个零件。

条料完成冲压以后，将条料水平方向旋转180°，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。

十、其他需要说明的内容

由于在结构设计时，已经确定了的零件的基本尺寸，查相关标准即可得到，所以说明书中将一些内容省略。

在现在生产中，模具广泛用于各个行业，模具生产水平已成衡量一个国家制造水平高低的重要标志，所以学校模具设计知识对我自身来说有着很重要的作用。

本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。

在此感谢指导老师以及同学们的指导和帮助。

十一、参考文献

1、姜奎华主编的《冲压工艺与模具设计》机械工业出版社

2、太原重型机械学院李天佑主编《冲模图册》机械工业出版社

3、模具实用技术丛书编委会《冲模设计应用实例》机械工业出版社

4、郑家贤编著《冲压模具设计手册》机械工业出版社

5、中国机械工程学会《中国模具设计大典3》江西科学技术出版社

6、梁炳文主编《冷冲压工艺手册》北京航空航天大学出版社

7、吴伯杰主编《冲压工艺与模具》电子工业出版社

8、江维健主编《冷冲压模具设计》华南理工大学出版社

9、华玉培主编《冷冲压机模具设计》山东科学技术出版社

10、模设计手册编写组编著《冲模设计手册》机械工业出版社

11、丁松聚主编《冷冲模设计》机械工业出版社

12、何铭新、钱可强主编《机械制图》高等教育出版社

13、郝滨海编著《冲压模具简明设计手册》化学工业出版社

14、王新华主编《冲模设计与计算手册》机械工业出版社