支架的冲孔落料级进模模具设计专业课程设计样本.doc

序言

改革开放以来，伴随国民经济高速发展，市场对模具需求量不停增加。多年来，模具工业一直以15%左右增加速度快速发展，模具工业企业全部制成份也发生了巨大改变，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。多年很多模具企业加大了用于技术进步投资力度，将技术进步视为企业发展关键动力。部分中国模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件。即使中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目标发展，但很多方面和工业发达国家相比仍有较大差距。比如，精密加工设备在模具加工设备中比重比较低；CAD/CAE/CAM技术普及率不高；很多优异模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依靠进口。
导柱式冲裁模导向比导板模正确可靠,并能确保冲裁间隙均匀,冲裁工件精度较高、模具使用寿命长，而且在冲床上安装使用方便，所以导柱式冲裁模是应用最广泛一个冲模,适合大批量生产。尤其是在中国加入WTO以后，在全球化经济竞争市场环境下，为生产符合“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”等要求服务模具产品，研究、开发、改善模具生产设备和模具设计方法更含有深远现实意义和紧迫性。

目录
一. 序言……………………………………1
二. 任务书…………………………………3
三. 工艺分析………………………………4
四. 工艺方案确实定………………………4
五. 冲孔落料工作部分
工艺设计
1.计算毛坯尺寸………………………5
2.画排样图……………………………6
3.计算冲压力…………………………8
4.计算中心压力………………………9
5.凸凹模刃口尺寸计算……………9
6.压力机选择………………………11
7.落料冲孔级进模部分尺寸校核……12
六.弯曲模工作部分
工艺计算
1.弯曲工件毛坯尺寸计算…………14
2.弯曲力计算…………………………15
3.凸模和凹模圆角半径……………15
4.弯曲模凸凹模间隙…………………17
5.凸、凹模工作尺寸…………………18
6.冲压设备选择……………………19
7.模具总体结构……………………20
8.关键零部件设计及选择…………21
9.模具制造装配关键点…………………23
八.心得和体会……………………………24
九.参考文件………………………………26

任务书

一、课题名称：支架冲孔落料级进模设计
二、工件图：

三、设计要求：
1．绘制该工件制作所需模具总装图。（A1图纸）
2．绘制该模具凸模、凹模零件图一套。
3．编写完整设计说明书。
4．将说明书装订成册，各图纸折成A4大小。
5．将以上全部资料装于档案袋里，并在封面写上班级、名字和学号。

四、 设计期限：6月25日 至6月29日

工艺分析
该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，通常批量，属于一般冲压件，应注意以下几点：
1）2XΦ4.5mm两孔壁距及周围距仅2.25~2.5mm，在设计模具时应加以注意
2）制件为对称弯曲，控制回弹是关键
3）制件较小，从安全上考虑，要采取合适取件方法
4）有一定批量，应该重视模具材料和结构选择，确保一定模具寿命

工艺方案确实定
依据制件工艺性分析，其基础工序有落料、冲孔和弯曲三种。按其前后次序组合，可得以下方案
1. 冲孔—落料—弯曲 级进模完成冲孔落料，单工序模完成弯曲
2. 落料—冲孔—弯曲 单工序模分别完成落料，冲孔，弯曲
方案2）属于单工序冲压。因为此制件生产批量较大，尺寸较小，这种方案生产率低，操作不安全，故不宜采取。
方案1）冲裁件内外所能达成经济精度为IT14．将以上精度和零件简图中所标注尺寸公差相比较，可认为该零件精度要求能够在冲裁加工中得到确保．其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁工艺要求，故决定采取利用导板或导柱导套进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方法落料冲孔级进模进行加工.

工艺设计

1） 计算毛坯尺寸
相对弯曲半径为
R/t=1/0.8=1.25>0.5
式中 R——弯曲半径（mm）
T——料厚（mm）
可见，制件属于圆角半径较大弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径p（mm）。由文件[2]中性层位置计算公式
P=R+Xt
式中 X——由试验测定应变中性层位移系数。
由文件[2]表4-4应变中性层位移系数X值，查出X=0.34
P=（1+0.34×0.8）=1.272mm
由文件[3]圆角半径较大（r>0.5t）弯曲件毛坯长度计算公式
L=l1+l2+πα/180*（r+xt）
式中 L——毛坯展开总长度
α——弯曲中心角（）
x——中心层位移系数，见表4-7
由图1可知
L=2（l1+l2）+l3+4πα/180*（r+xt）
查表4-5，当r/t=1.25时，x=0.34，可得
L=4+2×（7.95+4.4）+4×π90/180×（1+0.34×0.8）
=28.7+7.998=36.688≈37（mm） 图1

2）画排样图
（1）冲裁件面积
分析零件形状特点及精度要求，考虑采取采取直排有废料排样方法, 图2所表示.

图2 冲裁件
计算冲裁件面积A
A=36.688×9-2π r≈-（9×9-πR²）
=36.688×9-2×3.14×2.25²-（9×9-3.14×4.5²）
=330.192-31.7925-17.415
=280.9845mm²

（2） 搭边值、切口宽和条料宽度确实定
由文件[3]表3-17条料宽度公差△、表3-18侧刃裁切条料切口宽F，得
F=0.5mm △=0.15
由文件[3]表3-16搭边值确实定，得
a1=0.8 a=1.0
本设计中采取侧刃定距模具，故按下式计算：
条料宽度 B0-△=(Dmax+2a+nb1)0-△
导料板间距离 A=B+Z=Dmax+2a+nb1+Z
其中查表3-1703-18得: 确保间隙Z=0.55mm,条料宽度单向负偏差△=0.15mm。
条料宽度：B10-△=(Dmax+2a)0-△=（36.688+2*1+2*1.5）0-0.15=410-0.15
步距：S=9+0.8=9.8
导料板间距离：A1=B+Z=Dmax+2a+Z=36.688+2*1+2*1.5+0.55=41.55mm

图3排样图
查文件[1]表4-1，选板材规格为1200mmX600mmX0.8mm，每块可剪600mmX41mm，材料剪裁利用率达99.9%
3） 材料利用率计算
由文件[2]材料利用率通用计算公式：
ŋ=A。/AX100%
式中 A。——得到制件总面积（mm²）
A——一个步距条料面积（LXB）（mm²）
得 ŋ=280.9845/（9.6*41.55）X100%=70.44%

3）计算冲压力
（1）冲裁力F冲
F冲=Lt бb或F冲=KLtτ。
式中 K——系数，K=1.3
L——冲裁周围长度（mm）
τ。——材料抗剪强度（MPa）
бb——材料抗拉强度（MPa）
得 бb=295~430（MPa）（为方便计算，取400（MPa））
F冲=400*0.8*（2*4.5*3.14+9*3.14+2*28+2*9+5）N
=43.3KN
（2）卸料力

依据《冷冲压模具设计和制造》（北京航空航天大学出版社，王秀凤主编）提供表2.10得

F卸=0.05*43300N=2165N
(3)顶出力

依据《冷冲压模具设计和制造》（北京航空航天大学出版社，王秀凤主编）提供表2.10得
F顶=0.08*43300N=3464N

(4) 选择冲床时总冲压力:
F总=F冲+F卸+F顶=43300+2160+3464=48924N
初选压力机 查文件[2]表1-8开式双柱可倾压力机参数，型号规格为J23-25

4）计算压力中心
因冲裁件尺寸较小，冲裁力不大，且选择了双柱导柱式模架，估量压力中心是在模架中心，不会超出模柄端面之外，所以无须具体计算压力中心位置

5）计算凸、凹模尺寸：
本制件形状简单，可按配作法加工计算刃口尺寸。
因为零件是由冲孔、落料两道工序完成，所以落料以凹模为基准尺寸，冲孔以凸模为基准尺寸，计算以下：
1） 凹模磨损后变大尺寸（IT14）
A1（27），A2（9）A3（R4.5）
计算公式为：

查表3-8得x1=x2=x3=0.5
图4

2） 凸模磨损后变小尺寸
B凸1=Φ4.5 计算公式为

由文件[3]表3-4冲裁模初始双面间隙Z得到Zmin=0.072 Zmax=0.104，落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，冲孔凹模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作，确保双面间隙值0.072mm~0.104mm。
3） 侧刃尺寸：
侧刃为标准件，依据送料步距和修边值查侧刃表，按标准取侧刃小尺寸。
由文件[4]表5-32侧面切口值尺寸得
侧刃宽度B=6mm， L=50mm
间隙取在凹模上，故侧刃孔尺寸为：
B=6.12 （mm） L=50.12（mm）

压力机选择
依据压力机选择标准：
l 在中小型冲压件生产中，关键选择开式压力机
l 对于冲孔，落料等施力行程很小冲压工序，可直接选择公称压力大于或等于冲压所需工艺力总合压力机。
首先冲床公称压力应大于计算出总压力；最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm；工作台台面尺寸应能满足模具正确安装。按上述要求，结合工厂实际，可称用J23-15开式双柱可倾压力机。并需在工作台面上配置垫块，垫块实际尺寸可配制。
双柱可倾压力机J23-25参数：
公称压力：250KN
滑块行程：65mm
最大闭合高度：270mm
连杆调整量：55mm
工作台尺寸（前后×左右）：370×560
垫板尺寸（厚度）：50mm
模柄尺寸（直径×深度）：Φ40×60
最大倾斜角度：

冲孔落料级进模部分尺寸校核
1.冲孔落料级进模模总图

图5装配图
2凸模外形尺寸确实定
1.凸模结构基础类型 冲裁中小型零件使用凸模，通常全部设计成整体式，本凸模采取阶梯式，固定部分采取凸缘式，固定方法采取固定板固定。
2.凸模长度 采取固定卸料板，故凸模长度应按下式计算：
L=h+h+h+h
式中 h——凸模固定板厚度，取50mm。
h——固定卸料板厚度，取20mm。
h——导料板厚度，取8mm

h ——增加厚度，取30mm。
则，凸模长度 L=50+20+8+30=108mm
3其它关键零部件结构
凸模固定板100×90×45mm；
下模卸料板100×90×18mm；
4闭合高度计算
H=50+90+20+30-5=185mm, 90mm为凸模长度,-5mm是考虑

弯曲模具工作部分
工艺计算
1.弯曲工件毛坯尺寸计算
依据原始数据可得
t =0.8 r =1
所以r/t =1/0.8 = 1.25 >0.5
所以 依据《冷冲压工艺及模具设计》4-4 得
L= l直1 + 2(l直2 +l直3)+4l弯
L直1=6-2=4mm
L直2=9.75-1-0.8=7.95mm
L直3=8-2×0.8-2×1=4.4mm
L弯 =лα(r+xt)/180=л90(1+0.34×0.8)=1.997
所以L=4+2(7.95+4.4)4×1.997=36.688mm

式中
L直1 l直2 l直3 —直边区长度
L弯—弯曲部分长度
r—零件内弯曲半径
α—弯曲中心角
k— 中性层内移系数值。取0.34
《冷冲压工艺及模具设计》表4-7
t—弯曲件厚

2.弯曲力计算
弯曲力受材料力学性能，零件形状和尺寸，弯曲方法，模具结构形状和尺寸等多个原因影响，极难用理论分析方法进行正确计算。所以，在生产中均采取经验公式估算弯曲力。
F校= AP
= 9×25.5×80MPa
=18.36KN
式中：F校—校正弯曲力
A—校正部分投影面积
P—单位面积校正力
依据《冷冲压工艺及模具设计》表4-7 取0.34

3.凸模和凹模圆角半径
（1）凸模圆角半径
弯曲件相对弯曲半径r/t较小时，凸模角半径rp可取弯曲件内弯曲半径r，但不能小于许可最小弯曲半径。假如r/t值小于最小相对弯曲半径，应先弯成较大圆角半径，然后再用整形工序达成要求圆角半径。当弯曲件相对弯曲半径r/t较大且精度要求较高时凸模圆角半径应依据回弹值进行修正。
因为影响rmin/t原因很多，rmin/t值理论计算公式并不实用。所以在生产中关键参考经验数据来确定rmin/t值。由《冲压工艺和模具设计》表4-1可查得：10钢最小相对弯曲半径rmin/t=0.8
（2）凹模圆角半径
凹模圆角半径rd 不能过小，以免增加弯曲力，擦伤工件表面。对称压弯时两边凹模圆角半径rd应一致，不然毛坯会产生偏移
rd值通常按材料厚度t来选择
t=0.8mm < 2mm 时rd=（3～6）t
取rd=4
（3）凹模深度
凹模工件深度将决定板料进模深度，对于常见弯曲件，弯曲时不需全部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时，才使直边全部进入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具消耗，而且将增加压力机工作进程，使最大弯曲力提前出现。中小型弯曲件通常全部使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出现，对压力机是很不利。凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其精度。所以，凹模深度要合适。由《冲压工艺和模具设计》表4-12可得
L0=15

4.弯曲模凸凹模间隙
弯曲形时，必需选择合适凸凹模间隙。间隙过大,会造成U形件两边不半径,上宽下窄,降底工件尺寸精度, 间隙过小,使弯曲力增大,直边壁厚变薄,轻易擦伤工作表面,加速凹模磨损,降低凹模使用寿命,弯曲凸、凹模间隙是指单边间隙。为了能顺利地进行弯曲，间隙值应梢大于板料厚度。同时应考虑下列原因影响，弯曲件宽度较大时，受模具制造和装配误差影响，将加大间隙不均匀程度，所以间隙值应取大些。宽度较小时间隙值能够取小些，硬材料则应取大些，弯曲件相对弯曲半径r/t较小时能够取大些。另外还应考虑弯曲件尺寸精度和板料厚度偏差影响
总而言之，对于尺寸精度高要求通常弯曲件板料为黑色金属时，单边Z可按下式计算：
Z= tmax +Ct
=0.87+0.05×0.8
=0.91
取单边间隙为0.92mm
式中：tmax——板料最大厚度
C——间隙系数，见表4-14
t板厚公称值

5.凸、凹模工作尺寸
弯曲凸、凹模工作尺寸计算和工件尺寸标注形成相关。通常标准是：当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上，当工件标注内行尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上，并来用配作法制模。

总而言之：
Lp =（L+0.75△）0-δp
=(6+0.75×0.62)0-0.018
=6.4650-0.018（mm）
式中 Lp凸模宽度基础尺寸
L工件横向基础尺寸
△ 工件横向尺寸公差
δd凸模制造偏差，通常取IT7~9级，或取工件公差1/3、~1/4。

6.冲压设备选择
因工件是大批量生产，精度要求不高冲裁力较小则选择通用压力机，通用机身又分开式和闭式两种，开式机身钢性教弱，适用中小型冲压加工，而闭式机身适适用于大中型冲压加工。选择开式双柱可倾压力机JA23—10
其参数以下：
公称压力 100KN
滑块行程 45mm
行程次数 145/min
最大封闭高度 180mm
封闭高度调整量高度 35mm
工作台尺寸 360×240mm
垫板厚度 35mm
电动机功率 1.10KW
模柄孔尺寸 φ30×55

7.模具总体结构
模具采取中间导柱模架，模具由上模板、凸模固定板组成。卸料方法才用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导板垫板等组成。
模具结构以下图所表示

1.橡胶块 2.销钉 3.导板 4.凹模 5.定位板 6.凸模固定板 7.垫板 8.螺钉 9.模柄 10.上模座 11.导套 12.凸模 13.顶件块 14.导套 15.下模座

8.关键零部件设计及选择
（1）凸模固定方法
凸摸在上模正确固定应该是既确保凸摸工作可靠和良好稳定性，还要使凸摸在更换或修理时，拆装方便。该凸摸固定方法选择以下图所表示固定方法。

（用螺钉固定落料凸模）
（2）定位板设计
定位板侧壁设计成平直。定位板内侧和条料接触，外侧和凹模平齐，这么就确定了定位板宽度。条料宽度为9mm，凹模宽度是70mm。则定位板宽度为：
B＝9.4mm

定位板厚度：2㎜

（3）凸模固定板
凸模固定板外形尺寸和凹模板相同厚度为凹模板厚度0.8～1倍，则凸模固定板厚度为：
H1 ＝H0×﹙0.6～0.8﹚
＝20×﹙0.6～0.8﹚
＝12～16㎜
取凸模固定板厚度为14㎜，直径按H7加工精度。

（4）模柄选择
模柄有多个型式，要依据模具结点选择模柄形式。模柄直径依据所选择压力机模柄孔径确定。本模选择模柄跟上模座为一整体结构形式。以下图所表示：

（5）连接螺钉选择开槽盘头螺钉用45钢制造并淬火硬度HRC35～40，定位销钉采取一般圆柱销。

9.模具制造装配关键点
凹模板、导尺均是需要淬硬零件。凹模加工后，在线切割和淬硬以前在模架上模板上进行装配。在凹模上画出各个形孔和圆孔线，并依据计算数据划出压力中心线，使压力中心和下模座中心线对正。钻、攻螺孔，将下模座、凹模板、导尺进行装配，校正导尺间隙后，钻铰销钉孔，将上述三板固定。钻孔并安装、挡料销，安装乘料板，然后将下模全部拆开，将凹模板和导尺热处理淬硬﹙凹、模钻穿丝孔﹚后进行线切割加工用平面磨床磨平后重新装配。固定在上模板上模部分，各凹模和凸模、垫片全部应淬硬。装配前将凸模淬硬并完成全部加工。垫片在装配前不淬火。装配时将凸模压入凸模固定板，在垫片上钻孔，将外形凸模固定在垫片上，在和卸料板穿在一起。凸、凹模间隙为0.18㎜，在凹模型孔中垫0.1㎜硬纸片，以确定间隙。将已组装为一体凸模固定板、凸模、卸料板、垫片一同，并使凸模插入凸模孔上，将上模板同过导柱、导套和下模板装在一起。透过上模板钻、攻螺孔，打入销钉，在钻、攻螺孔，使上模板、垫片、凸模固定板固定。检验无误后，钻、铰销钉孔，打入销钉，再钻、攻螺孔，安装卸料螺钉，上模全部拆开，将垫片淬硬磨平，安装橡胶板，在次装配，完成模具装配。
该模具个部分零件参数以下：
上模座 HT200 厚 20 mm
凸模固定板 45号钢 厚14㎜ 长 70㎜ 宽 70㎜
导板板 45号钢 厚 8㎜ 长70㎜ 宽 70㎜
定位板 45号钢 厚2㎜ 长17㎜ 宽9.4㎜
下模座 HT200 厚30㎜ 长70㎜ 宽70㎜
凹模 T10A0 长70㎜ 宽70㎜
热处理HRC58~60
橡胶厚度44.5㎜ 直径 30㎜
凸模 T10A0 HRC58～60
凸模修磨量为5
模具闭合高度：
H模＝108mm

心得和体会
经过为期三周模具课程设计，从选题，查阅技术文件和资料，用Proe创建模型,AutoCAD画装配图，零件工作图，到最终编写设计计算说明书，我接收到了实实在在设计实践，深入加强了独自完成项目设计能力，愈加熟练地掌握了查阅资料方法。同时，我能够系统而扎实地巩固大学三年来所学专业知识，独立研究课题方向，充足利用几年来所学多种专业知识来进行问题分析，并经过查阅多种相关文件和交流来处理问题和创新设计。这次设计是我在进入毕业设计和走上工作岗位前一次很好准备活动，是一次热身赛，它必将对我以后愈加快，愈加好适应社会工作产生主动而显著作用。
在过去大课时光里，我学习了大量基础课程，也学习了很多机械类专业课程，同时还进行了金工实习、社会实践实习两次实践课程和两次课程设计。这些课程学习，和社会实际操作全部为我这次课程设计课程做了很好准备。基础课和专业课，它们为我设计做了前提，它们是我设计理论基础和知识基点；金工实习和社会实践实习让我深入而清楚看到了在实际生产中机械产品结构和工作运转情况；而两次课程设计则是和这次模具专业课程设计最靠近，最有相同之处，它们为我这次设计顺利进行起到了很好铺垫作用。正是有了这三年半学习和老师不停教导，我才能够很好地完成此次课程设计。
在课程设计过程中，经过老师讲解和指导，和经过和同学沟通交流，我对冲裁模设计过程有了深入了解。同时对于装配图绘制过程中包含到尺寸标注、公差和配合、材料、热处理要求和其它各项技术要求，我全部进行了细致查阅，尽管如此，对于先前所学知识，因为没有立即巩固提升，所以造成了无须要设计麻烦。这点，在毕业设计期间，和走上工作岗位全部应该引发本身足够重视。在用Proe，AutuCAD绘图过程中，因为主观上没有立即备份好文件，客观上部分偶然原因，造成文件加载失败，甚至文件无故被删除掉，所以反复画图，空耗时间，增加了情绪不稳定性。这些在以后毕业设计和工作岗位上全部应该尽力去避免和克服。
经过这次课程，我不仅从技术文件和资料身上学到了知识和技能，深入了提升自己计算机辅助设计设计，更关键是，能够初步独立地处理在制订冲压工艺规程和设计冲模中问题，锻炼了自己分析问题和处理问题能力。我也感到了生活充实和学习愉快，和取得悉识满足。同时，我也初步体验到了模具设计工作中乐趣和枯燥，简练和繁杂，知识深入和广博。

参考文件
1.《冲压手册》 北京 王孝培
2.《冷冲模设计》 北京 赵孟栋
3.《冷冲压工艺和模具设计》 浙江 张海星
4.《模具设计指导》 北京 史铁梁
5.《模具标准应用手册》 北京 赵发樾
6.《冲模图册》 北京 李天佑
7.《模具材料及表面处理》 北京 陈勇