冲压模具设计及其工艺分析模板.doc

第一章 零件设计任务 1
第二章 冲裁件工艺分析 2
2.1工件材料 2
2.2工件结构形状 2
2.3工件尺寸精度 2
第三章 冲裁工艺方案 3
第四章 模具结构形式选择 5
4.1模具类型选择 5
4.2卸料装置 5
4.2.1．条料卸除 5
4.2.2卸料方法 5
4.3定位装置 5
4.3.1．送料形式 5
4.3.2．定位零件： 5
4.4.模架类型及精度 6
4.4.1．模架 6
4.4.2.精度 6
第五章 冲压工艺计算： 7
5.1．排样 7
5.1.1．排样方案分析 7
5.1．2．计算条料宽度 7
5.1.3．确定布距： 8
5.1.4．计算材料利用率 8
5．2．冲压力计算 9
5.2.1．冲裁力计算 9
5.2.2．卸料力、顶件力计算 10
5.3．压力中心计算 11
5.4．模具工作部分尺寸及公差 12
5.4.1．落料尺寸大小为 12
5.4.2．冲孔尺寸大小为 13
第六章 关键零部件设计 14
6.1．凹模设计 14
6.1.1.落料凹模 14
6.1.2．冲孔凹模设计 16
6.2．凸模设计 17
6.2.1.冲孔圆形凸模： 17
6.2.2．腰孔设计 18
6.2.3.落料凸模 18
6.2.4．凸模校核： 19
6.3．卸料板设计 20
6.4．固定板设计 21
6.4.1. 凹模固定板: 21
6.4.2.凸模固定板: 22
6.5．模架和其它零部件选择 23
第7章 校核模具闭合高度及压力机相关参数 24
7.1 校核模具闭合高度 24
7.2 冲压设备选定 24
第8章 设计并绘制模具总装图及选择标准件 25
第9章 结论 26
参考文件 27

第一章 零件设计任务
零件简图：图1-1 所表示
材料：10号钢
材料厚度：2mm
未标注尺寸根据IT10级处理.

第二章 冲裁件工艺分析
2.1工件材料
由图1-1分析知：10#钢为优质碳素结构钢，含有良好塑性性、焊接性和压力加工性，关键用于制作冲击件、紧固件，如垫片、垫圈等。适合冲裁加工。
2.2工件结构形状
工件结构形状相对简单，有四个圆孔，孔和边缘之间距离满足要求，料厚为2mm满足许用壁厚要求（孔和孔之间、孔和边缘之间壁厚），能够冲裁加工。
2.3工件尺寸精度
依据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采取IT14级精度，一般冲裁完全能够满足要求。
依据以上分析：该零件冲裁工艺性很好，综合评选适宜冲裁加工。

第三章 冲裁工艺方案
完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工工艺方案分为以下3种：
1.方案一：单工序模生产。先冲孔，后落料；
2.方案二：级进模生产。冲孔—落料级进冲压；
3.方案三：复合模生产。冲孔—落料复合冲压。
各模具结构特点及比较以下表3-1：

表 3-1 各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
（无导向）（有导向）
级进模
复合模
零件公差等级
低
通常
可达IT13～IT10级
可达IT10～IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小异形件
形状和尺寸受模具结构和强度限制，尺寸能够较大，厚度可达3mm
生产效率
低
较低
工序间自动送料，能够自动排除制件，生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上，必需手动或机械排除，生产效率较低
安全性
不安全，需采取安全方法
比较安全
不安全，需采取安全方法
模具制造工作量和成本
低
比无导向稍高
冲裁简单零件时，比复合模低
冲裁较复杂零件时，比级进模低
适用场所
料厚精度要求低小批量冲件生产
大批量小型冲压件生产
形状复杂，精度要求较高，平直度要求高中小型制件大批量生产
依据分析结合表分析：
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要求。
方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单零件时比复合模低。
方案三只需一副模具，制件精度和生产效率全部较高，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。冲裁件内孔和边缘相对位置精度较高，板料定位精度比方案二低，模具轮廓尺寸较小。
综上对上述三种方案分析比较，该工件冲压生产采取方案二为佳。

第四章 模具结构形式选择
4.1模具类型选择
由冲压工艺分析可知，采取级进模方法冲压，所以模具类型为级进模。
4.2卸料装置
4.2.1．条料卸除
因采取级进模生产，故采取向下落料出件。
4.2.2卸料方法
考虑零件尺寸较大，厚度较高，采取固定卸料方法，为了便于操作，提升生产率。
4.3定位装置
4.3.1．送料形式
因选择冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向凹模宽度B小于送料方向凹模长度L故采取横向手动送料方法，即由右向左（或由左向右）送料既能满足生产要求，又能够降低生产成本，提升经济效益。

4.3.2．定位零件：
零件尺寸较大，厚度较高，确保孔精度及很好定位，宜采取导料板导向，导正销导正，为了提升材料利用率采取始用挡料销和固定挡料销。

4.4.模架类型及精度
4.4.1．模架
1．若采取中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，但只能一方送料;
2. 若采取对角导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料;
3. 若采取后侧导柱导柱模架，可三方送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。
综上，结合本冲孔、落料级进模特点，决定采取后侧导柱模架。

4.4.2.精度
因为零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模所以采取导向平稳中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，所以采取Ⅰ级模架精度。

第五章 冲压工艺计算：
5.1．排样
5.1.1．排样方案分析
方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周围全部留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来确保，所以冲件精度高，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 冲件质量和模具寿命更低部分，但材料利用率最高。
经过上述三种方案分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件排样方法选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样具体形式选择直排最好。
5.1．2．计算条料宽度
依据零件形状，查<<冲压模具设计手册>>工件之间搭边值a=1.2mm, 工件和侧边之间搭边值a1=1.5mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为确保送料顺利，要求其上偏差为零，下偏差为负值—△
公式（5-1）
式中：
Dmax—条料宽度方向冲裁件最大尺寸；
a1---冲裁件之间搭边值；
b1---侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表6）可得△=2.0mm。
△—板料剪裁下偏差；（其值查表5）可得△=0.6mm。
B0△=75＋2×1.5＋2×2.0
=82.00-0.60mm
故条料宽度为82.0mm。
5.1.3．确定布距：
送料步距S：条料在模具上每次送进距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距和排样方法相关，是决定侧刃长度依据。条料宽度确实定和模具结构相关。
级进模送料步距S
公式（5-2）
Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边
S＝75＋1.5＝76.5mm
排样图图2所表示。

5.1.4．计算材料利用率
一个步距内材料利用率
η＝Ａ/BS×100% 公式（5-3）
式中　 A—一个步距内冲裁件实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
一个步距内冲裁件实际面积
A=π×37.52-π×13.52-3×π×3.752-3(π×302×34/360-π×26.252×34/360)
= 3807.73539mm2
所以一个步距内材料利用率
Η=Ａ／BS×100%
= 3807.73539／（76.5×82）×100%
=60.7%
考虑料头 、尾料和边角余料消耗，一张板材上总利用率η总为
η总= nA1／LB×100% 公式（5-4）
式中 n—一张板料上冲裁件总数目；A1—一个冲裁件实际面积；
L—板料长度；B—板料宽度。
查板材标准，宜选择850mm×1700mm钢板，每张钢板可剪裁为11张条料（82mm×1700mm）,每张条料能够冲25个工件，所以每张钢板材料利用率
η总 = nA1/LB×100%
=25×3807.73539/82×1700×100%
=68.3%
依据计算结果知道选择直排材料利用率可达68.3%，满足要求。
5．2．冲压力计算
5.2.1．冲裁力计算
用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ通常按下式计算：
公式（5-5）
式中：F—冲裁力；
L—冲裁周围长度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪强度；10钢τb值查《《冲压成型工艺和模具设计》》附录表2为255-333Ｍpa,取τb=300Mpa
Ｋ—系数；通常取Ｋ=1.3。
1、冲孔力计算
冲孔周长：
L=π×27+3π×3.75×2+3π（26.25+33.75）×34/360+2×76.5+2×12
=764.98mm
所以冲孔力
F=KLtτb=1.3×764.98×2×300
=596.69kN
2．落料力计算
落料周长
落料冲裁力F2= KLtτb =1.3×π×75×2×300=183.78kN。
5.2.2．卸料力、顶件力计算
通常按以下公式计算：
卸料力
公式（5-6）
顶件力
公式（5-7）

（为卸料力系数，其值查表5-1可得）
所以总冲压力
公式（5-8）
表5-1 卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
KX
KT
KD
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.06~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.050
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09

由 ,即冲压时工艺力总和不能大于压力机公称压力50%-60%，取,则公称压力. 初选压力机公称压力为1600Kn,即JA21-160型压力机。
5.3．压力中心计算
用解析计算法求出冲模压力中心。
X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln) 公式（5-9）
Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln）
用解析法计算压力中心时，先画出凹模形口图，图5-3所表示。在图中将XOY坐标系建立在建立在图示对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1~L5共 3组基础线段 (注：因为图中3个圆弧形孔均以一个点为圆心等分列阵排列，所以其几何图形为一组) ，用解析法求得该模具压力中心坐标。由以上计算结果能够看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具加工和装配，模具压力中心仍然选在坐标原点。

图5-3
5.4．模具工作部分尺寸及公差
5.4.1．落料尺寸大小为
为确保冲出合格冲件。冲裁件精度IT10以上，X取1. 冲裁件精度IT11~IT13,X取0.75. 冲裁件精度IT14，X取0.5。因为本产品采取IT14级精度，所以X取0.5.查表知：Zmax =0.360，Zmin =0.246。
Φ750-0.62 查《冲压成型工艺和模具设计》P45表3-5知：

δp=0.04mm，δd=0.06mm

公式（5-10）

公式（5-11）

5.4.2．冲孔尺寸大小为
1、圆形孔凸、凹模基础尺寸计算
公式（5-12）
公式（5-13）

2、腰孔凸、凹模基础尺寸计算：
公式（5-14）

公式（5-15）

第六章 关键零部件设计
6.1．凹模设计
6.1.1.落料凹模
落料凹模图6-1
1、凹模厚度H计算：
查表得K取1.25
公式（6-1）

=32.66mm, 取H=33mm 图 6-1
2、模长度和宽度
W>=1.2×H 公式（6-2）
=1.2×33=39.6mm
L=B=D+2W 公式（6-3）
=74.69+2×39.6=153.89
取L=B=154mm
3、凹材料选择:依据表8-3,材料选择45钢。
4、凹模固定方法
下图是带肩圆形凹模，直接装入凹模固定板中，采取过渡配合（H7/m6）。零件图6-2以下：

图6-2

6.1.2．冲孔凹模设计
设计同落料凹模
零件图6-3以下

图6-3

6.2．凸模设计
6.2.1.冲孔圆形凸模：
1、冲孔圆形凸模：
冲孔圆形凸模结构图6-4以下：

图6-4
长度：
冲孔凸模在凹模里面开孔，为便于凸模和固定板加工,可经过这设计成铆接方法和固定板固定.冲孔凸模因为相隔很近,不宜采取阶梯结构,设计成铆接方法.凸模尺寸依据凸模固定板尺寸h1、卸料板尺寸h2、材料厚度h3和h，h通常取22mm。所以凸模尺寸为
L=30+16+2+22=70mm. 公式（6-4）
凸模材料：参考《冲压模具设计和制造简明手册》选择Cr12

2、冲孔凸模零件图6-5以下

图6-5
6.2.2．腰孔设计
1、长度：相关计算同冲孔凸模
2、材料：参考《冲压模具设计和制造简明手册》选择Cr12
3、腰孔零件图6-6以下图：
6.2.3.落料凸模
1、长度：相关计算同冲孔凸模；
2、材料：参考《冲压模具设计和制造简明手册》选择Cr12
3、落料凸模零件图6-7如

图6-6

图6-7
6.2.4．凸模校核：
考虑冲孔凸模直径很小，故需对最小凸模8.06进行强度和刚度校核：
1、刚度校核：
依据凸模校核公式：L≤90d/ 公式（6-5）
可得：
L
≤90d/= L：为凸模许可最大工作尺寸，而设计中，凸模工作尺寸为
22＜28.28,所以钢度得以校核.

2、强度校核:
凸模最小直径d应满足:
公式（6-6）
所以8.06＞2.6,凸模强度得以校核.
参考ISO 8020-1986 B型圆形冲孔凸模。
6.3．卸料板设计
卸料板采取Q235制造，卸料板轮廓尺寸和凹模固定板轮廓尺寸相同，厚度依据JB/T 8066.2-1995要求，选择315mm×250mm×14-17组模具参考，取其厚度为16mm。查《模具设计简明手册》P298经典卸料横向送料组合得对应组合零件尺寸:
两圆柱销销孔之间距离S1=175mm,
两内六角螺钉之间横向距离S=279mm,
两内六角螺钉之间横向距离S2=214mm.
零件图6-8以下
6.4．固定板设计
6.4.1. 凹模固定板:
1、凹模固定板厚度:其厚度和凹模厚度尺寸一致，取33mm；
2、凹模固定板外形尺寸：和卸料板外形尺寸一致，依据核准选择板规格为。
3、材料：选择Q235钢
4、配合及连接件：
凹模和凹模固定板配合为H7/n6,装配可经过2个销钉定位,6个螺钉和下模座连接固定,各形孔位置尺寸和凹模保持一致,顶部和模铆接,所以必需倒角。 由以上可得凹模固定板零件图图6-9所表示:
图6-9
6.4.2.凸模固定板:
1、凸模固定板厚度：其厚度和凸模厚度尺寸一致，取30mm；
2、凸模固定板外形尺寸：和卸料板外形尺寸一致，依据核准选择板规格为。
3、材料：选择 Q235钢；
4、配合及连接件：凸模和凸模固定板配合为H7/n6,装配可经过2个销钉定位,6个螺钉和上模座连接固定,各形孔位置尺寸和凸模保持一致,顶部和凸模铆接,所以必需倒角,由以上可得凸模固定板零件图图6-10所表示:

6.5．模架和其它零部件选择
该模具采取后侧导柱模架。因为导柱安装在模具压力中心对称对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常见于横向送料级进模送。以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。
上模座按GB/T 2855.2-1990要求，厚度取45mm,垫板厚度取10mm,固定板厚度取30mm,卸料板厚度取16mm,下模座按GB/T 2855.2-1990要求，厚度取50mm，固定板厚度取33mm。依据上下模座选择导柱为Φ32h5mm×170mm×45mm,导套为Φ40H6 mm×140 mm×48mm。模具闭合高度H
公式（6-7）
上模座高度为45mm，垫板高度为10mm，凸模长度为70mm，凹模固定板高度为33mm，下模座高度为50mm，h1指凸模进入凹模深度，这里取1mm。

第7章 校核模具闭合高度及压力机相关参数
7.1 校核模具闭合高度
公式（7-1）
式中 压力机最大闭合高度；
压力机最小闭合高度；
垫板厚度。
依据前面初选压力机JA21—160，查《模具设计和制造简明手册》P49表1-81得：
，，
将以上数据带入公式7-1，得200<H<315.
经计算该模具闭合高度H=210mm，在200mm～315mm内，且开式压力机JA21-160最大装模高度300mm,大于模具闭合高度210mm , 能够使用。
7.2 冲压设备选定
经过较核，选择开式双柱可倾式压力机J21-160能满足使用要求。其关键技术参数以下：
公称压力：1600KN
滑块行程：160mm
最大闭合高度：450mm
最大装模高度：300mm
工作台尺寸（前后×左右）：710mm×1120mm
模柄孔尺寸：60mm×80mm

第8章 设计并绘制模具总装图及选择标准件
按已确定模具形式及参数，从冷冲模标准中选择标准件。绘制模具装配图，见图8-1。

2-下模座，3-固定板，4、8-螺栓，5落料凹模，6-自动挡料销，7-卸料板，9-拉簧，10-导套，11-上模座，12-圆柱销，13-落料凸模，14-导正销，15-螺钉，16-模柄，17-内六角螺钉，18、20-冲孔凸模，19-垫板，23-凸模固定板，24-导柱，25-冲孔凹模。

第9章 结论
此次设计是在导师赵茂俞教授悉心指导下完成。导师渊博专业知识，严谨治学态度，精益求精工作作风，诲人不倦高尚师德，严以律己、宽以待人高尚风范，朴实无华、平易近人人格魅力对我影响深远。不仅使我树了远大学术目标、掌握了基础研究方法，还使我明白了很多待人接物和为人处世道理。本论文从选题到完成，每一步全部是在导师指导下完成，倾注了导师大量心血。在此，谨向导师表示高尚敬意和衷心感谢！

学生；吴翱翔
6月于合肥学院

参考文件
[1]冯炳尧，韩泰荣，蒋文森，丁战生. 模具设计和制造建明手册. 上海：上海科学技术出版社. 1998.
[2]周玲. 冲模设计实例. 北京：化学工业出版社. .
[3]甘永立. 几何量公差和检测. 上海:上海科学技术出版社..
[4]侯洪生. 机械工程图学. 北京:科学出版社. .
[5]李奇涵. 冲压成型工艺和模具设计. 北京:科学出版社. .
[6]姜伯军. 级进冲模设计和模具结构实例 北京:机械工业出版社. .