电池壳的冲压模具设计.doc

题 目： 电池壳的冲压模具设计

学

目 录
引言…………………………………………………………………………………….……. 5
摘要 …………………………………………………………………………………….……. 6
Abstract …………………………………………………………………………………….….6
第一章 零件的工艺性分析…………………………………………………..….… 6
第二章 工艺方案的选择与确定…………………………………………….….… 7
第三章 搭边与排样…………………………………………………………….…… 8
第四章 计算冲压力与压力中心……………………………………………….… 9
第五章 初选设备…………………………………………………………………….12
第六章 凸、凹模刃口尺寸的确定…………………………………………….. 13
第七章 模具的总体结构设计……………………………………...……………. 18
第八章 工作零件的设计与计算………………………………………………… 21
第九章 其他工艺结构零件的设计与选用……………………………………. 24
第十章 校核设备…………………………………………………………………… 25
第十一章 模具的装配与试模………………………………………………………. 26
参考文献…………………………………………………………………………………... 27
附录……………………………………………………………………………………….... 27

毕业论文（设计）任务书

论文（设计）题目： 电池壳的冲压模具设计
一、主要内容及基本要求
对工件进行工艺分析。根据制件材料，形状，尺寸等要求确定合适的成型工艺选定相应的成型设备和成型工艺参数，完成成型模具的设计，基本要求如下：
1.绘制成型模具装配图 1张
2.绘制成型模具全套零件图 1套
3.编写设计说明书 1份

二、重点研究的问题
根据制件材料，形状，尺寸等要求如何确定合适的成型工艺选定相应的成型设备和成型工艺参数。了解各种不同材料的冲压工艺及成型过程，了解模具凸、凹的计算过程，了解冲压设备的各种工艺及成型过程。

三、进度安排

序号
各阶段完成的内容
完成时间
1
收集资料、查找相关的参考文献
1 周
2
确定成型工艺、选择成型设备和成型工艺参数
1 周
3
设计模具的主体结构、模具零件的设计与计算
2 周
4
绘制成型模具装配图
1 周
5
绘制全套模具零件图
3 周
6
编写设计说明书、翻译英文资料
1 周
7
毕业答辩
1 周
8

四、应收集的资料及主要参考文献
1. 肖景容、姜奎华主编. 冲压工艺学. 北京：机械工业出版社. 2000
2. 马正元、韩啓主编. 冲压工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社.2003
3. 张正修主. 冲模结构设计方法、要点及实例.北京：机械工业出版社.2007
4. 薛啓翔主编. 冲压工艺与模具设计实例分析.北京：机械工业出版社.2008
5. 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
6. 徐政坤主编. 冲压模具设计与制造. 北京：化学工业出版社, 2003

24

引言
本次设计，是我的一次较全面的设计能力训练，通过这次训练，我对模具基础知识及工程力学、互换性与测量技术、机械制图、金属工艺学、工程材料等专业课的综合运用有了一个较为系统全面的认识，同时也加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现为具体化.这次课程设计初步掊养了我理论联系实际的设计思想，锻练了我综合运用模具设计和相关课程的理论，结合和生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关机械设计方面的知识。
通过制订设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握模具零件、机械传动装置和简单模具的设计过程和方法，对如计算、绘图、熟练和运用设计资料（包括手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据等方面的能力进行了一次全面的训练。
因为本课程的主要目标是培养我们具有基本冲裁模设计能力的技术基础课，因此通过设计的实践，使我了解到模具设计的基本要求、基本内容和一般程序，掌握了机械零件常用的设计准则。针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在模具工业方面的兴趣及实际动手能力，对将来我在模具方面的发展起了一个重要的作用。本次课程设计是我对所学知识运用的一次尝试，是我在机械知识学习方面的一次有意义的实践。
本次设计,我完全自己动手做,独立完成自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。在设计中，通过非常感谢李应明老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了良好的训练。等专业课的综合运用有了

一 已知条件
（1）如下图(1-1)所属为冲裁零件限位板
零件名称：限位板
零件材料：Q235A
生产要求：大批量生产

图1-1

A—表示Wc碳的含量在 0.14%~0.22%的低硬钢
计算及说明
备注

第一章 零件的工艺分析
（1）冲孔
如图（1-1）所示零件尺寸，宽带b=42mm,厚度t=3mm,满足设计要求d>2t,且冲裁件外形由直线和圆弧组成，没有尖角，且圆角半径r>0.5t
有利用模具寿命。零件冲孔d=29mm,查表1-1，已知材料Q235A屈服点大小235Mpa，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
零件冲裁孔与边缘的间距d=21-（29\2）=6.5mm，d>t满足设计要求。
（2）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=12.5 ；查表2.6.8 冲裁件允许毛刺的高度：新建试模时≤0.05mm，生产时≤0.15mm。

d为孔直径
t为材料厚度
计算及说明
备注
第2章 工艺方案的选择与确定
（1） 根据冲裁件的形状，分为冲孔和落料两道工序，且为大批量生产，故选择复合模。
（2） 提出可能方案
冲裁该零件，所需工序有：
（a） 落料
（b） 冲直径29mm的孔
根据以上工序，可以有如下方案
方案一：先落料
再冲直径29mm的孔；
方案二：在同一模具上同时完成冲直径29mm的孔和落料
比较以上两种方案，第二种方案易实现自动化生产，且生产率高操作安全，适合大批量生产，所以选方案二。
（3）冲模的生产过程简图如图1-2

图1-2

计算及说明
备注

第三章 搭边与排样
（1）确定合理的排样形式
根据材料的经济应用原则，材料利用率η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％ ，利用率越过越经济，同时还要考虑冲裁件的精度要求，精度要求高的要留搭边。
  搭边a和a1的数值查表1-4
表 1-4搭边a和a1数值(低碳钢)

注：对于其他材料，应将表中数值乘以下系数：中等硬度钢0.9，硬钢0.8硬黄铜1~1.1 ， 硬铝1~1.2
故有：
a=2.5 (mm) a1=2.2 (mm)
（2）确定条料宽度和步距
每次只冲一个零件的步距A的计算式为：
A=D1+2a1=（51+21）+2*2.2=74.2（mm）
条料宽度： B=（D+2a）=（18+55）+2*2.5=78（mm）
（3）计算利用率
选择的排样方式如图1-3所示：

η——材料利用率；
Ｆ——工件的实际面积；
F0——所用材料面积，包括工件面积与废料面积；
A—— 送料进距 (相邻两个制件对应点的距离)；
B——条料宽度。
D1—平行于送料方向的宽带
D—垂直于平行于送料方向的宽带
计算及说明
备注

图1-3

工件的实际面积：F=52×55+3.14*9*9-2*（4*30）-3.14*4*4/2+0.5*3.14*21*21-3.14*(29×29)/4=3361.40
F0=A*B=74.2×78=5787.6
材料利用率：η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％=58.08％

第四章 计算冲压力与压力中心
（1）冲裁力的计算
普通平刃冲裁模 ，其冲裁力 P一般可按下式计算：
FP＝tLτ
材料抗剪强度： τ=（1.2×t/d+0.6）*σb
≈150(MPa)
冲孔边缘: L1=29×3.14=91.06(mm)
落料边缘： L2=21×3.14+2*(30+2*3.14+9*3.14+55)=3.5.02(mm)
冲孔力： F1=L1τt=91.06 ×150× 3=40977 N
落料力 ： F2= L2τt=305.02 ×150× 3=137259 N
冲裁力 ： F0=F1+F2= 178236 N
考虑到模具刃口的磨损和凸凹模间隙的波动，材料的机械性能的变化，材料厚度偏差的，实际所需的冲裁力还要增加30％，即：
F=1.3×F0=231706.8 N

τ—— 材料抗剪强度 ，见附表 (MPa)；
     L——冲裁周边总长(mm)；
     t——材料厚度(mm)

σb—抗拉强度为235(MPa)

d---材料最大宽度
计算及说明
备注

当上模完成 一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性 收缩而紧箍在 凸模上 。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力 ；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；从凹模内向上顶出制件需的力，称为 顶件力 (图1-5)。影响卸料力、推料力和 顶件力 的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验 公式计算：
卸料力FＱ＝Ｋ FＰ=
推料力FＱ1＝n Ｋ1 FＰ
顶件力 FＱ２＝Ｋ２ FＰ

图 1-4 工艺力示意图
由下表1-5查的K=0.045 K1=0.05 K2=0.04
材料
厚度/（mm）
K
K1
K2

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
解得：FQ=0.045×178436.7=8029.65 N
FQ1=0.05×178436.7=8921.84 N
FQ2=0.04×178436.7=7137.47 N

（2）冲裁中心
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。
解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴力矩。求出合力作用点的座标位置 O0(x0, y０)，即为所求模具的压力中心如图1-5

图1-5
其中：
X0=（X1+X2+X3+X4+X5）/5=66.2
Y0=(Y1+Y2+Y3+Y4+Y5)/5 =51.4

P——冲裁力(N)；
K——卸料力系数，其值为0.02～0.06(薄料取大值， 厚料取小值)；
K１——推料力系数，其值为0.03～0.07(薄料取大值， 厚料取小值)；
K2—— 顶件力系数，其值为0.04～0.08(薄料取大值， 厚料取小值)；
n——梗塞在凹模内的制件或废料数量(n＝h/t);
h——直刃口部分的高(mm)；t——材料厚度(mm)。
计算及说明
备注

计算及说明
备注

计算及说明
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备注

第7章 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，需冲孔和落料两道工序方能完成零件成型，而且要进大批量的生产，综合上述，课选择正装式复合模进行生产，其结构图如
图1-7.。

图1-7

在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。
计算及说明
备注

模具各部分名称和代号等参数如下表1-12

表1-12
（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。
（a）模架的形式
模架的形式选择后侧导柱模架，可纵横送料，送料方便。其模架的形式结构如下图1-8

计算及说明
备注

图1-8
（b）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

计算及说明
备注

计算及说明
备注

（b）长度计算
凸模长度应根据模具结构的需要来确定。采用固定卸料板和导料板结构时，图1-12所示，凸模的长度应该为：
　　　　　　　　　　　　L＝h1＋h2＋h3＋（15～20）mm

图1-12
（c）材料和其他要求
冲裁件的形状复杂，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

（2）凹模
(一)凹模洞口的类型
 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)。

图 1-14 凹模洞口的类型

h1、h2、h3、t分别为凸模固定板、卸料板、导料板、材料的厚度。15～20mm为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离。

凹模锥角α、后角β和洞口高度 h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取α＝15′～30′、β＝2°～３°、h＝4～10mm。

计算及说明
备注

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，
得到：a=30` β＝３°、h＝10mm。
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
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如图1-15所示。

 图1-15凹模外形尺寸
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

t=3mm

b=73mm为冲裁件的最大外形尺寸；

K是考虑板料厚度的影响系数

查的： K = 0.5
凹模厚度： H＝Kb= 0.5×73=36.5mm （ ≥15mm)
凹模壁厚 ：c＝(1.5～2)H =（54.75 ～73）mm (≥30～40mm)

第九章 其他工艺结构零件的设计与选用
1.定位零件
模具上的定位零件的作用是将毛坯和半成品在模具上能够正确的定位，根据毛坯的形状，尺寸，模具的结构形式可选以下定位零件：
导料板：用于条形料的送料，条料靠在一侧的导料板，沿着设计的方向送料。
定位销：为上下模座定位，保证冲裁精度。
2.卸料和压料零件
（1）卸料板
如图1-16，为固定卸料板，适用于设计冲裁件卸料，作用为当凸凹模完成一次回程时，阻挡余料，使其脱落，卸料班为45钢，热处理为淬火硬度HRC40～50。

图1-16
（3） 顶件杆
如图1-17，为顶件杆，取直径5～10mm，其与凹模内壁的间隙不宜过大，一般取0.1～0.2mm，但不小于0.05mm，顶件板的材料为45钢。

计算及说明
备注

3.紧固零件
（1）沉头螺钉：表1-12中17，用于固定导料板。
（2）螺钉：表1-12中的，8，11，20用于固定模具固定板，从而固定凸凹模和凹模，保证冲裁精度。

第十章 校核设备
（1）压力机和闭模高度的校核
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
    采用弹压卸料装置和上出件的模具时：
FP总 ＝FＰ＋FＱ＋FＱ2=178436.7+8029.65+7137.47=246873.92 N≈247 KN
根据标称压力等参数查表1-7，可初选压力机为：JH23-25，其闭模高度最大为260mm
又由落料凸凹模标准查得，高度为101mm，符合要求，如下图

图 1-16-2 闭模高度

计算及说明
备注

第十一章 模具的装配与试模
（1） 模具安装顺序
1. 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。
2. 降冲模置于压力机工作台或垫片上，移至近似工作位置。
3. 观察工件或废料能否落下。
4. 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。
5. 调节压力机至近似的闭合高度。
6. 安装固定下模的压板，垫块和螺栓，但不拧紧。
7. 紧固上模，确保上模顶部与滑块底面贴近无缝隙。
8. 紧固下模，逐次交替拧紧。
9. 调整闭模高度，使凸模进入凹模。
10. 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。
11. 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。
12. 刃口加油，用规定材料试冲若干件，检查冲件质量。
13. 安装，调试送料和出料装置。
14. 再次试冲。
15. 安装安全装置。
（2）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

参考文献
1. 夏巨谌、李志刚主编. 中国模具设计大典.南昌：江西科学技术出版社 , 2003
2. 郑家贤主编. 冲压工艺与模具设计实用技术.北京：机械工业出版社 ,2005
3. 周良德、朱泗芳等编. 现代工程图学 .长沙:湖南科学技术出版社 , 2000
4. 徐政坤主编. 冲压模具及设备.北京:机械工业出版社, 2005
5. 第四机械工业部标准化研究所.冷压冲模设计.第四机械工业部标准化研究所, 1979
6. 肖景容、姜奎华主编. 冲压工艺学.北京:机械工业出版社 , 1999
7. 李奇 朱江峰主编 .模具设计与制造 ， 人民邮电出版社，2008

计算及说明
备注