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课程设计说明书
西北工业大学
课程设计
班级：
05010903
姓名：
焦健
指导教师：
康永刚蒋建军
完成日期：
2012.9
设计任务书
一、设计内容
1、模具的图样设计
1）了解制品的工艺性
2）了解制品的生产批量
3）了解制品所选用的冲压设备
2、确定模具设计方案
2）确定模具设计的基本结构
3）确定模具所选用的标准件类型
4）确定模具中凸凹模的尺寸
5）完成模具图样的设计
三、进度安排
1、第一周：
熟悉任务，消化图纸，收集相关资料，做好前期准备
2、第二周：
对零件进行工艺性分析，拟定设计方案
3、第三周：
设计模具，绘制图纸
4、第四周：
编写说明书，做好答辩准备
摘要
模具设计是上学年课程《飞机钣金成形工艺与原理》的应用延伸。
设计过程从零件的工艺分析开始的，根据工艺要求来确定设计的大体思路。
其开始是确定该模具类型为落料-拉深复合模，计算毛坯尺寸，确定拉深次数，作工艺计算，计算出冲裁时的冲压力、卸料力、推件力，以及拉深时的拉深力和压边力，确定模具的压力中心，选择压力机和确定冲模的闭合高度，最后根据前面所计算出的内容确定模具的凸、凹模尺寸和形状。
设计出挡料销、卸料板、推件装置、弹簧、导柱、导套和模柄等模具的主要零部件，从而完成整个模具的设计工作。
其中模具主要零部件结构设计是这次设计的主要内容，其内容包含了凹模结构设计、凸模结构设计、凸凹模结构设计、定位零件、弹性卸料装置、钢性推件装置、弹簧的选用、导柱与导套、模柄与模架的选取等重要零部件的设计加工方法和加工注意要点。
这样更有利于加工人员的一线操作，使其通俗易懂加工方便。
本次设计不仅让我熟悉了课本所学的知识，而且让我做到所学的运用到实践当中，更让我了解了冲压模具设计的全过程和加工实践中应注意的要点。
在此次真正的感受到去设计一个模具的整个过程中，去体会知识与实际、理论与实际的结合，获益良多。
关键词：
落料拉深冲压力冲模闭合高度拉深力
1冷冲压工艺规程的编制
1.1工艺分析
该零件为旋转体零件。
属于大批量生产，是一个不带凸缘的圆筒形零件，且其形状简单、对称，有利于合理排样、减小废料，直线、曲线的连接处为圆角过渡。
其主要的形状、尺寸可以由冲裁和拉深工序获得。
且工件精度要求不高，不需要校形，作为拉深成形尺寸，其厚度、高度相对值t/d、h/d都比较合适，拉深工艺性较好，因此，该零件可以用冷冲压加工成形。
其零件如图1.1:
图1.1零件图
1・2确定工艺方案
冲压该零件所需的基本工序为落料和拉深，及切边。
其拉深工艺方案如下
采用落料与拉深复合模进行加工，然后再进行切边修复。
冲压生产率高，适合于大批量生产，缺点是冲模面积较小，制造
复杂，价格较高
2零件成形方案的确定
2.1修边余量的确定
一般拉深件，在拉深成形后，工件口周边不齐，必须进行修边以达到工件的要求。
因此，在按照工件图样计算毛坯尺寸时，必须加上修边余量后再计算，查表可得：
△=1。
表2.1无凸缘圆筒形拉伸的修边余量S
工件高度
h
工件的相对高度h/H
附
图
>0.2~0.8
>0.8~1.6
>1.6~2.5
>2.5~4
>2~10
1.0
1.2
1.5
2
i
>10~20
1.2
1.6
2
2.5
11
1fl
>20~50
2
2.5
3.3
4
>50~100
3
3.8
5
6
II
h1
1
i
>100~150
4
5
6.5
8
r1i
i
ij
>150~200
5
6.3
8
10
>200~250
6
7.5
9
11
>250
7
8.5
10
12
2.2毛坯尺寸的计算
毛坯尺寸计算公式:
式中：
D=-d24dH-1.72rd-0.56r2
=、2924296.5-1.721.529-0.561.52=39.20mm
D为毛坯直径
H=h+△
d,h如表2.1图所示
2.3计算毛坯相对厚度及是否使用压边圈
相对厚度：
-—
D39.0
（t/D）%=（1/39）%:
2.6
所以查表2.2可知不用压边圈拉深。
表2.2采用或不采用压边圈的条件
拉深方法
第一次拉深
以后各次拉深
（t/D）/%
m
（t/D）/%
mn
用压边圈
<1.5
<0.60
<1
<0.80
可用可不
用
1.5~2.0
0.60
1~1.5
0.80
不用压边
圈
>2.0
>0.60
>1.5
>0.80
2.4拉深次数及系数确定
计算零件的相对高度有
h/d=6/30=0.2
查表有：
当h/dv0.6时，拉深次数n=1
d29—
m0.74
D39
3工艺计算
3.1凸、凹模间隙值的确定
3.1.1冲裁间隙的确定
冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之间，一般是指双边间隙。
合理间隙值有一个相当大的范围，约为（5%~25%）to取小间隙利于提高冲件质量，大间隙有利于提高模具的寿命。
冲裁间隙的合理数值应在设计凸模与凹模工作部分尺寸时给予保证，同时在模具装配时必须保证间隙，沿封闭轮廓线的分布均匀，这样才能保证取得满意的效果。
表3.1冲裁模初始双边间隙
材料
厚度
mm
08、10、35、
09Mn、Q235
HPb5g
40、50
65Mn
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
>0.5
极小间隙（或无间隙）
0.9
0.072
0.104
0.090
0.126
0.072
0.104
1.0
0.090
0.126
0.100
0.130
0.090
0.126
1.2
0.100
0.140
0.132
0.180
0.100
0.140
故Zmin-0.1
3.1.2拉深间隙的确定
D凹-D凸
拉深模的间隙是指单边间隙，即z_2—。
确定间隙的原则是既要考虑板料厚度的公差，又要考虑筒形件口部的增厚现象，根据拉深时是否采用压边圈和零件尺寸精度要求合理确定。
筒形件拉深时，间隙z可按间隙为（1—1.1）t确定。
本模具单边间隙值为1.1mmo
3.2凸、凹模工作部分的尺寸
3.2.1总裁模凸、凹模配合加工时工作部分的尺寸
冲裁模确定凸凹模加工尺寸的原则：
落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模先决定凹模尺寸，用减小
凸模尺寸来保证合理间隙
刃口磨损后冲件尺寸减小，取接近或等于冲件的最大极限尺寸。
在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。
一般冲模精度较冲件精度高2~3级。
此处取IT8
表3.2配合加工时，凸凹模尺寸的计算公式
工
序性质
制件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
落
料
AZ
按凹模尺寸配制，其
双面间隙为
Zmin~Zmax
Ad=（A-x汀心
Bd=（B+X心）_0.25也
C
c帕Co
Cd=（C+O.M肚0.125A
Cl
Cd=（C-0皿）±0.125i
C±△'
Cd=C±0.125i
冲
孔
Al
Ap=（A-xAf25凸
按凸模尺寸配制，其双面间隙为
Zmin~Zmax
Bo^
亠0
Bp=（B+X也）_0.25也
C
Co
Cp=（C+0.5A）±0.125也
cl
Cp=（C-0.5也）±0.125占
C士A
Cp=C±0.125也
凹模磨损后落料件尺寸增大，由表3.2得：
A=（A—x：
）75：
式中Ad---凹模刃口尺寸，单位为mm
A工件基本尺寸，单位为mm
<——工件的公差，本工件公差为0.03mm
--磨损系数。
此处x=0.75
所以凹模的尺寸为：
A^（A-x）0.25
凸模尺寸为:
-39.1610'018
Ap=代-Z
39.161-0.1
=39.O61Oo.oi2
3.2.2拉深模凸、凹模工作部分的尺寸
拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差，当工件要求外形尺寸时以凹模尺寸为基准进行计算，即:
出自文献[1]式[3.1]
凹模尺寸：
Dd=（Dmax—0.75丫
凸模尺寸：
Dp=（Dmax—0.75；-Z0）p
Dmax工件外径，单位mm，本工件为30mm
故Dd=（30—0.750.039）。
°.0=729.970n0m0
Dp=（30—0.75X0.039—1.1x2）；04=27.77；04mm
3.3拉深模凸、凹模圆角半径
一般来说，rd尽可能大些，大的rd可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量。
筒形件首次拉深时的凹模圆角半径可由下式确定：
rd=0.8D-d）=2m5m
因本工件为一次拉深成形，所以凸模圆角半径与零件底部圆角半径的数值相等。
即：
Rp=1mm。
3.3.1排样和裁板方式的经济性分析
排样：
排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。
据零件外形与尺寸,本零件的排样方法为直排。
3.3.2搭边
排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边
用以补偿定位误差，保证冲出合格的冲件,保证条料刚度,便于送料
表3.3最小工艺搭边值
材料厚度
t
手工送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
ai
a
a
a
a1
a
a1
a
<1
1.5
1.5
1.5
2
2
3
>1~2
1.5
2
2
2.5
2.5
3.5
2
3
>2~3
2
2.5
2.5
3
3.5
4
>3~4
2.5
3
3
3.5
4
5
3
4
故工件间距a=1.5mm，侧边距a=1.5mm
3.3.3条料宽度计算
条料宽度B（mm），当导料板之间（或两个单边导料销）时，条料宽度计算按下式计算：
B=D2ia
即：
B=39+2X1.5=42mm
进距h=D+a=39+1.5=40.5mm
3.3.4裁板方式的确定
条料大多由板料剪裁而得，条料宽度一经决定，就可以裁板。
板料一般都是长方形的，所以就有纵裁（沿长边裁，也就是沿展制纤维方向裁）和横裁（沿短边裁）两种方法。
因为纵裁裁板次数少，冲压时调换条料次数少，工人操作方便，生产率高，所以在通常情况下应尽可能纵裁。
3.3.5排样方式设计
排样图是排样设计最终的表达形式，排样图是编制冲压工艺与设计模具的重要工艺文件。
一张完整的模具装配图，在其右上角应画出冲裁件图及其公差，送料步距及搭边a,a1值。
15
1.5
图3.1排样图
3.4冲裁工艺力的计算
3.4.1冲裁力的计算
在冲压过程中，压力机除了要克服冲裁力外，往往还需要克服卸
料力、推件力、顶件力等压力。
普通平刃的冲裁模，其冲裁力一般按下式计算：
式[3.4]
F冲二KLt
式中：
F冲——冲裁力，单位为N
K---系数要考虑到刃口钝化，间隙不均匀，材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。
常取K=1.3。
L冲裁件周长，单位为mm
t板料厚度，单位为mm
匸板料的抗剪强度，单位为Mpa本工件为
350MPao
则本零件的冲裁力为:
F冲=KLt
=1.33.14391350=55719.3（N）
3.4.2卸料力、推件力和顶件力的计算
卸料力F卸、推件力F推、顶件力F顶，在实际生产中常用以下经验公式计算：
卩卸=K卸F冲卩推=nK推F冲卩顶=K顶F冲
式中F卸、F推、F顶——分别为卸料力、推件力、顶件力系数
（0.048、0.05、0.06）其值查表3.4:
表3.4卸料力、推件力及顶件力系数
冲裁材料
K卸
K推
K顶
纯铜、黄铜
0.02~0.06
0.03~0.09
铝、铝合金
0.025~0.08
0.03~0.07
钢
材料
厚度
mm
~0.1
0.06~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0.055
0.065
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.050
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.040
0.05
>6.5
0.02~0.03
0.025
0.03
（h为凹模直壁洞口的高度，t为厚度）
F卸和F推是选择卸料装置和顶件装置的弹性元件的依据在计算冲裁所需要的总冲压力时，应考虑F卸、F推的影响,
则：
F卸二K卸店£.055571N9.3N
F顶二K顶冲F£.05557U9.3N
3.4.3总冲压力的计算
F总冲二F冲•F顶•F卸
-55719.3N2786.0N2786.0N
=6129M.3
3.5拉深力和压边力的计算
计算拉深力的目的是为了合理的选用压力机和设计拉深模具。
总的冲压力为拉深力与压边力之和。
3.5.1拉深力的计算
Fl-dt；「bk
式中F^---拉深力（N）
d---筒形件的工序直径，根据料厚中线计算，单位
为mm
t材料厚度，单位为mm
二b——材料抗拉强度，本工件为350MPa
k——系数，此处取1.25
由上式可算出该零件的拉深力：
F|_二dt-1bk
3.5.2压边力的计算
由2.3知，无需压边圈，故无需计算压边力
3.6计算压力中心
一切对称冲裁件的压力中心，均位于其轮廓图形的几何中心点上。
对于该零件，由图形可知压力中心位于圆心上。
3.7选择压力机
首先以冲裁所需的总冲压力初步选择压力机，压力机的公称压力
必须大于所计算的总冲压力。
在确定了模具结构及尺寸以后，还需对所选的压力机的其它技术参数进行校核，最后才能确定所需的压力机。
表3.5开式双柱可倾压力机技术规格
型号
J23-
3.15
J23-
6.3
J23-
10
J23-
16
J23-
16B
J23-
25
JC23
-25
公称压力/KN
31.5
63
100
160
160
250
350
滑块行程/mm
25
35
45
55
70
65
80
滑块行程次数（次/mm）
200
170
145
120
120
55
50
最大封闭高度/mm
120
150
180
220
220
270
280
封闭高度调节量/mm
25
35
35
45
60
55
60
滑块中心线至床身距
离/mm
90
110
130
160
160
200
205
立柱距离/mm
120
150
180
220
220
270
300
工作台尺寸
/mm
刖
后
160
200
240
300
300
370
380
左
右
250
310
370
450
450
560
610
工作台孔尺寸
/mm
刖
后
90
110
130
160
110
200
200
左
右
120
160
200
240
210
290
290
直
径
110
140
170
210
160
260
260
垫板尺寸/mm
厚
度
30
30
35
40
60
50
60
直
径
150
模柄孔尺寸
/mm
直
径
25
30
30
40
40
40
50
深
度
40
55
55
60
60
60
70
滑块底面尺寸
/mm
刖
后
90
180
190
左
右
100
200
210
床身最大可倾角
45o
45o
35o
35o
35o
_.o
30
_.o
20
考虑到闭合高度的问题，由表3.5可得，选择压力机的型号为
J23-16。
3.8冲模的闭合高度
冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。
压力机连杆调
至最短时为压力机的最大装模高度Hmax，调至最长时为最小值Hmin。
冲模的闭合高度H应介于压力机Hmin和Hmax间，其大小关系为：
Hmax-5mm_H_Hmin+10mm
当冲模闭合高度大于压力机的Hma时，冲模不能在该压力机上使用。
反之，小于压力机HmirW，可加减经过磨平的垫板。
冲模的结构尺寸也必须和压力机相适应，如模具外形轮廓平面尺寸与压力机垫板、滑块底面尺寸，模柄与模柄孔尺寸，下模缓冲器平面尺寸与压力机正整板孔尺寸等都必须相适应，以便模具能正确安装和正常使用。
所以加工该零件的模具闭合高度应为：
220mm-5mm_H_160mm10mm
则H值为：
215mm亠H-170mm所以H取175mm。
4模具主要零部件的结构设计
4.1凹模的结构设计
4.1.1凹模洞口形状的选择
直壁式的孔壁垂直于顶面，刃口尺寸不随修磨刃口增大。
故冲件精度较高，刃口强度较高，刃口强度也较好。
直壁式刃口冲裁时磨损大，洞口磨损后会形成倒锥形，因此修磨的刃磨量大，总寿命低。
图4.1凹模形状
如图4.1所示的洞口形状适用于冲件形状简单，材料较薄的复合模，所以本模具选用此形状的洞口形状。
4.1.2凹模的外形尺寸
凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度和刚度。
凹模的厚度还应考虑修磨量。
凹模的外形尺寸一般是根据冲件材料的厚度和冲裁的最大外形尺寸来确定的。
凹模的厚度：
H=Kb_15mm
凹模的壁厚：
c二1.5~2H_30~40mm
式中
b冲裁件的最大外形尺寸
k「「「系数，考虑板料厚度的影响，本模具的系
数取k=0.35
则凹模厚度
H=Kb=0.3540=14
则取
H=15mm
所以c=40mm
凹模外形尺寸的长与宽可根据凹模壁厚由图4.2可算出：
T;
图4.2
则凹模的外形尺寸的长与宽为:
L=b2c=39240=119mm
取标准值L=125，B取100.
4.1.3凹模的主要技术要求
凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直。
凹模底面与顶面应平行。
为了提高模具寿命与冲裁件精度，凹模的底面和型孔的孔壁光
滑，表面粗糙度为Ra=0.8~0.4」m,底面与销孔的为Ra=1.6~0.8」m。
凹模的材料与凸模一样，硬度应略高于凸模，达到60〜64HRC。
4.2凸模和凸凹模的结构设计
根据凸凹模的工作要求，拉深凸模和凸凹模的实际尺寸如下图：
Ldi：
：
oh
图4.3拉深凸模
图4.4凸凹模
4.3定位零件
4.3.1条料方向的控制
条料的送料方向一般都是靠着导料板或导料销一侧导向送料，以
免送偏。
用导料销控制送料方向时，一般要用两个。
由于本冲压模具
采用手工送料，为此，不可以省去侧压装置。
手工直接送料进入凸模
刃口。
4.3.2挡料销的选择
固定挡料销分为圆形与钩形两种。
一般装在凹模上，活动挡料销，其常用于倒装复合模中，装于卸料板上可以伸缩。
由于本模具装置要求简单，所以可以采用圆形挡料销，因为其结构简单，制造加工方便。
4.4弹性卸料装置
弹性卸料装置一般由卸料板、弹性元件（弹簧或橡皮）和卸料螺钉组成。
常用于冲裁厚度小于1.5mm的板料，由于有压料作用，冲裁件平整。
广泛用于复合模中。
卸料板与凸模之间的单边间隙取（0.1~0.2）t。
4.5刚性推件装置
常用于倒装复合模中的推件装置，装于上模部分。
将冲出的工件或落料从上模的凹模型孔内向下推出使用的装置称为推件装置。
刚性推料装置推件力大，工件可靠，便于维修。
4.6导柱与导套
在选用时应注意导柱的长度，应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10~15mm。
而下模座底面与导柱底面的距离应为0.5~1mm。
导柱与导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。
当冲裁板厚在0.8mm以下的模具时，选用H6/h5配合的I级精度模架，当冲裁板厚为0.8mm~4mm时，选用H7/h6配合的U级精度模架。
4.7模柄
中小型模具都是通过模柄固定在压力机滑块上的，对于大型模具则可用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。
刚性模柄是指模柄与上模座是刚性连接，不能发生相对运动。
本模具采用刚性模柄中的带凸缘模柄。
4.8模架的选取及装配图外形
模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）组成。
模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。
模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台面上。
上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。
后侧导柱模架送料方便，可以纵向、横向送料。
所以本模具选取后侧导柱模架。
所以：
凹模周
界
L*B:
125"00
闭合咼
度
H/mm:
170~215
凸凹模长度
50
上模座
125x100x35
导柱
20Q40
下模座
125X00x40
凹模厚度
32
螺钉
M10x70/85
卸料板厚度
16
导套
20乂70x32
圆柱销
8x70/60
卸料螺
钉
12^50
设计体会
在老师的精心指导下，此次课程设计顺利地完成了。
通过课程设计我们再次把所学的专业知识用于实践当中，可以说这次设计就是对我们所学知识的一次大检阅，也是一个查漏补缺的过程；同时让我们初步地掌握了冷冲模设计的基本流程，懂得了如何把计算机知识用于我们的专业，懂得了如何查阅和运用技术资料。
当然，在这个过程中，我们遇到的困难和挫折也是不少的，主要来源于我们的专业知识还不够,实践经验还不足等等。
但是我们可以把此次设计作为我们新的起点，加强专业的学习，加强实践，不断地去丰富经验。
因此，尽管这次设计不能算作是成功之
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