冲孔模说明书.doc

课 程 设 计 报 告

题目：____ 冲压模具设计 ___
专业： 08材料成型及控制工程一班
姓名：______ 赵旭东 __________________
导师：____ 周伟_ _________________
时间：____ 2010年6月25日___________

冲压模具设计

已知：
材料 08钢
厚度 1.5
生产批量 大批量
冲裁件精度：IT12
冲模制造精度：IT9（表2.2）

一、零件的工艺分析
1) .材料
08钢 抗拉强度330～450MPa，壁厚为1.5mm。08 钢是优质碳素结构刚，易于拉伸成形，具有良好的冲压性能
2) .结构
该零件形状为筒形件，结构对称，底部以R2.5的圆角过渡，材料是低碳钢，拉深性能好，所以该零件有较好的成型工艺性。
3）.冲孔
零件冲孔2×Φ9mm，查表1-1，已知材料08钢屈服点大小200Mpa，选d≥t为最小孔，满足要求。

表 1-1自由凸模冲孔的最小尺寸(mm)
材料
圆孔
方形孔
矩形孔
长圆孔
钢>700Mpa
钢=400-700Mpa
钢<400Mpa
铜 黄铜
d≥1.5t
d≥1.3t
d≥t
d≥0.9t
d≥1.2t
d≥t
d≥0.8t
d≥0.7t
d≥1.35t
d≥1.2t
d≥0.9t
d≥0.8t
d≥1.1t
d≥0.9t
d≥0.7t
d≥0.6t

4） .冲裁精度
2.6.7 冲裁断面的表面粗糙度表　　　　　2.6.8 冲裁件允许毛刺的高度

通过查上表2.6.7的冲裁断面的表面粗糙度表Ra=6.3 ；查表2.6.8 冲裁件允许毛刺的高度：新建试模时≤0.04mm，生产时≤0.13mm。

二、工艺方案的确定
由已知可知采用落料，拉深复合模，再用单工序冲孔模加工方案比较合适。本设计主要分析冲孔部分加工工序。
采用弹性卸料装置和上出料方式
三、初选设备
1）、冲孔模的冲裁力
由下表1-5查的K=0.045 K1=0.05 K2=0.04
材料
厚度/（mm）
KT
KD
KX

钢
≤0.1
0.1～ 0.5
0.5 ～ 2.5
2.5～ 6.5
6.5
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04 ～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03

1. 冲孔力
F=Ltσb=2×3.14×4.5×1.5×350=14.8365kN
2. 卸料力
FX=FKX=14.8365×0.04=0.59346kN
3.顶件力
FD=FKD=14.8365×0.06=0.89019kN

总的冲裁力
FZ=F+FX+FD=14.8365+0.59346+0.89019=16.32015kN
2）、压力中心

冲模的压力中心，可按下述原则来确定：

（a）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

（b）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
（c）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。

由工件主视图可知工件左右对称，故冲裁时压力中心在工件几何中心，如下图所示。

3）、设备初选

根据标称压力等参数查表1-7，
可初选压力机为：J23-6.3型开式双柱可倾压力机

压力机型号
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16F
JH23-25
JH23-40
标称压力/KN
31.5
63
100
160
250
400
滑块行程/mm
25
35
45
70
75
80
滑块行程
200
170
145
120
80
55
最大封闭高度
120
150
180
205
260
330
封闭高度调节量
25
35
35
45
55
65
立柱间距/mm
120
150
180
220
270
340
喉深/mm
90
110
130
160
200
250
工作台前后尺寸/mm
160
200
240
300
370
460
工作台左右尺寸/mm
250
310
370
450
560
700
垫板厚度/mm
30
30
35
40
50
65
垫板孔径/mm
100
140
170
210
260
320
模柄孔直径/mm
25
30
30
40
40
50
模柄孔深度/mm
40
55
55
60
60
70
最大倾斜角
45
45
35
35
30
30
电动机功率/kw
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
5.5
表1-7

四、凸，凹模刃口尺寸的确定
由表确定双面间隙Zmax、Zmin值

查表可得Zmax=0.240，Zmin=0.132
Zmax-Zmin=0.240-0.132=0.108mm

冲孔部分冲裁凸模，凹模的制作公差，可查表1-10
表1—10
基本尺寸、mm
凸模偏差δp/mm
凹模偏差δd/mm
基本尺寸、mm
凸模偏差δp/mm
凹模偏差δd/mm
≤18
0.02
0.02
>180 ～260
0.03
0.045
＞18 ～30
0.02
0.25
>260 ～360
0.035
0.05
>30 ～80
0.02
0.03
>360 ～500
0.04
0.06
>80 ～120
0.025
0.035
>500
0.05
0.07
>120 ～180
0.3
0.04

查得：
δp=0.02 mm δd=0.02 mm
有： δp+δd=0.04 mm＜Zmax-Zmin
满足间隙公差条件
x—系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表1-11：
当制件公差为 IT10以上，取x＝１
 当制件公差为 IT11～IT13，取x＝0.75
当制件公差为 IT14以下时，取x＝0.5。

表 1-11 系数x
材料厚度t(㎜)
非 圆 形
圆 形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差Δ
< 1
1~2
2~4
> 4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.44
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30

查表可知系数x=0.75，工件公差△=0.20
设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造
故得：＝ ==(mm)
===（mm）

孔心距尺寸Ld=L±△/8=45±2×0.2/8=45±0.05(mm)

凸模长度应根据模具结构的需要来确定。采用弹性卸料时，图1-12所示，凸模的长度应该为：

=20+18+1.5+20.5
=60（mm）
式中 L—冲裁凸模长度；
—凸模固定板厚度；
—卸料板厚度；
t—材料厚度
—附加长度。（15～20）
凸模强度校核：
弯曲应力校核：露出凸模固定板部分长度
F=14836.5N d=9mm L=40mm
代入式中 符合要求

压应力校核公式：

校核后满足使用要求
（c）材料和其他要求
可选择Cr12，热处理为淬火；
工作部份的粗糙度为：Ra0.8～0.4 um固定部分粗糙度为：Ra1.6～0.8 um

凹模

 1. 凹模洞口的类型
　　常用凹模洞口类型如图1-14所示，其中a)、b)、c)型为直筒式刃口凹模。其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。但因废料或制件在洞壁内的聚集而增大了推件力和凹模的涨裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模和上出件的冲裁模用 a)、c)型，下出件的用b)或a)型。d)、e)型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大 (如α＝30`时，刃磨0.1mm，其尺寸增大0.0017mm)。设计的为复合模和上出件的冲裁模用 a)型，洞口的主要参数可查下表1-13，
表1-13 洞口的主要参数
板料厚度t/mm
a
β
h/mm
≤0.50
15`
2°
≥4
0.5～1
15`
2°
≥5
1～2.5
15`
2°
≥6
≥2.5
30`
3°
≥8
洞口形状选b)型
得到：a=15` β＝2°、h＝6mm。

2. 凹模的外形尺寸
　　凹模的外形一般有矩形与圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲压材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定

凹模厚度 H＝Kb（≥15mm)
凹模壁厚 c＝(1.5～２)H (≥30～４０mm)
式中b为冲裁件的最大外形尺寸；K是考虑板料厚度的影响系数。查表1-15
　　根据凹模壁厚即可算出其相应凹模外形尺寸的长和宽，然后可在冷冲模国家标准手册中选取标准值。

表 1-15 系数K值
b
材料厚度t

≤ 50
50～ 100
100～ 200
＞ 200
0.5
1
2
3
＞3
0.3
0.2
0.15
0.1
0.35
0.22
0.18
0.12
0.42
0.28
0.2
0.15
0.5
0.35
0.24
0.18
0.6
0.42
0.3
0.22
查得： K = 0.19
凹模厚度： H＝Kb= 0.19×189=35.91mm 取36mm （ ≥15mm)
凹模壁厚 ：c＝(1.5～2)H =（54.～72）mm (≥30～40mm)

五、模具的总体结构设计

1）、模具的类型选择
根据冲裁件的结构特点，而且要进大批量的生产，综合上述，可选择正装式单工序模进行生产，其结构图如
图1-7.。

2）、模架的选择

模架由上下模座，模柄及导向装置（导柱，导套）组成。

查表可知：
L=200
B=160
D0=200
最大行程S=100
最小闭合高度H=200
上模座200×160×45
下模座200×160×55
导柱28×195
导套28×100×38

3）、导柱和导套
导柱和导套的结构与尺寸都可以直接从标准中选取，选滑动导向的导柱导套，安装尺寸示意图如图1-9.

图1-9

4）、模柄的选择
所作设计为大型，模具都通过模柄固定在压力机滑块上的，可使用螺钉固定

凸模固定板结构
凸凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本一致，厚度取（0.6～0.8） 。 材料可选用Q235或45钢，本此选45钢。垫板的作用是承受凸模或凹模的轴向压力,防止过大的冲压力在上、下模板上压出凹坑,影响模具正常工作。
凸模固定板：

5）、卸料板的结构

设计的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，保证下次冲压正常进行。常用的卸料方式有：刚性卸料和弹压卸料板。材料选择为45钢，热处理硬度为32～42HRC。
卸料板的结构：

6）、垫板的结构
垫板装在固定板与上模座或下模座之间，它的作用是防止冲裁时凸
模压坏上模座。垫板的尺寸可在标准中查得。垫板的材料一般可选
45钢，本模具也选择此材料。
如下所示：

六、模具装配和技术要求
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、下模座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。一般模架均已列入标准，设计模具时，应加以正确选用。
本模具选择四导柱模架，因其送料方便，且此冲裁件对模具刚度、硬度要求不高。
     模座材料一般选用HT200、HT250，也可选用Q235、Q255结构钢，对于大型精密模具的模座选用铸钢ZG35、ZG45。
导向装置采用导柱导套光滑的圆柱导向型式
 导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。模具中应用最广泛的是导柱和导套。
导柱、导套与模座的装配方式及要求按标准规定。但要注意，在选定导向装置及零件标准之后，根据所设计模具的实际闭合高度
导柱和导套一般采用过盈配合H7/r6分别压入下模座和上模座的安装孔中。导柱、导套之间采用间隙配合，其配合尺寸必须小于冲裁间隙。
导柱、导套一般选用20钢制造。为了增加表面硬度和耐磨性，应进行表面渗碳处理

七、 模具安装顺序

清洗压力机滑块底面，工作台和垫片平面及上下模座的顶面和底面。
降冲模置于压力机工作台或垫片上，移至近似工作位置。
观察工件或废料能否落下。
用手搬动飞轮或压力机的寸装置，是压力机滑块逐渐降至下极点。在滑块下降过程中移动冲模，以便模柄进入滑块中的模柄孔内。
调节压力机至近似的闭合高度。
安装固定下模的压板，垫块和螺栓，但不拧紧。
紧固上模，确保上模顶部与滑块底面贴近无缝隙。
紧固下模，逐次交替拧紧。
调整闭模高度，使凸模进入凹模。
回升滑块，在个滑动部分加润滑剂，确保导套上部出气槽畅通。
以纸试冲，观察毛刺以判断间隙是否均匀。滑块寸动或手搬使飞轮移动。
刃口加油，用规定材料试冲若干件，检查冲件质量。
安装，调试送料和出料装置。
再次试冲。
安装安全装置。

八、常见的试冲缺陷和调整方法
试冲的缺陷
生产原因
调整方法
送料不畅或料被卡死
1.两导料板件的尺寸过小或有斜度
2.凸模与卸料板之间间隙过大，是搭边翻扭
3.用侧刃定距的的冲裁模导料板的工作面和侧刃不平行形成毛刺
1.根据情况修整或重装卸料板
2.减小凸模和卸料板的间隙
3.重装导料板
卸料不正常，退不下料
1.装配不正确，卸料机构不能移动
2.凹模和下模座的漏料孔没对正
3.顶出杆过短或卸料板行程不够
1.修整卸料板
2.修整漏料孔，修整凹模
3.顶出器的顶出部分加长或加深卸料螺钉沉孔的深度
凸，凹模刃口相碰
1.上模架，下模架，固定板，凹模，垫片等零件不平行
2.凸，凹模错位
3.导杆和导套配合间隙过大使导向不准
1.修整有关零件，重装上模或下模
2.重新安装凸，凹模是对正
3.更换导柱或导套
凸模折断
1.冲裁时产生侧向力未抵消
2.卸料板倾斜
1.在模具上设置靠块来抵消侧向力
2.修整卸料板或在凸模加导向装置
凹模被胀裂

凹模口有倒锥现象
修磨凹模口
冲裁件的形状和尺寸不正确
凹模与凸模的刃口形状及尺寸不正确
修整凸模和凹模的尺寸
落料位置和冲孔位置不正确，成偏位现象
1.挡料钉位置不正
2.导料板和凹模送料中心不平行
1.修整导料钉
2.修整导料板
冲压件不平
1落料凹模有上口大，下口小的倒锥，冲裁件从中通过会被压弯
2.冲孔结构不当，落料是没有压料装置
1.修磨凹模口，去倒锥现象
2.加压料装置
冲压件毛刺较大
1.刃口不锋利或淬火硬度低
2.凸，凹模配合间隙过大或间隙不均匀
1.修磨工作刃口
2.重新调整凸，凹模间隙，使其均匀

九、感谢
由于本人水平有限，本设计仍存在众多失误与缺陷，望不吝赐教。在此，特别感谢指导老师周伟老师，在整个设计过程中答疑解惑，给与很多帮助和提示。

参考文献
【1】李名望主编，冲压模具设计与制造技术指南。北京：化学工业出版社，2008
【2】贾俐俐主编，冲压工艺与模具设计。北京：人民邮电出版社，2008
【3】宛强主编，冲压模具设计及实例精解。北京：化学工业出版社，2008
【4】欧阳波仪主编，现代冷冲模设计应用实例。北京：化学工业出版社，2008
【5】薛啟翔主编，冲压模具设计结构图册。北京：化学工业出版社，2005
【6】杨占尧主编，冲压模具典型结构图例。化学工业出版社，2008
【7】李小平主编，简明冲模图册。化学工业出版社，2009