电池壳的冲压模具设计

1、目 录引言. 5摘要 . 6Abstract .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湘潭大学兴湘学院 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 学 号： 2006183915 姓名： 谢丰林 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师：

2、 周里群 老师 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

3、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.20074. 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

4、. 冲压模具设计与制造. 北京：化学工业出版社, 2003 27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

5、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

6、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附录：图纸情况（如需全套CAD图纸，请联系店家扣扣九七一九二零八零零）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1-1A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

7、）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dt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d1.5td1.3tdtd0.9td1.2tdtd0.8td0.7td1.35td1.2td0.9td0.8td1.1td0.9td0.7td0.6t零件冲裁孔与边缘的间距d=21-（292）=

8、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29m

9、m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/0×F/× ，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11.1 ， 硬铝11.2故有： a=2.5 (mm) a1=2.2 (mm)（2）确定条料宽度

10、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：材料利用率； 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=33

11、61.40F0=A*B=74.2×78=5787.6材料利用率：/0×F/×=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： FPtL 材料抗剪强度： =（1.2×t/d+0.6）*b 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=L1t=91.06 ×150× 3=40977 N落料力 ： F2= L2t=305.02

12、 ×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 材料抗剪强度 ，见附表 (MPa)；     L冲裁周边总长(mm)；     t材料厚度(mm)b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

13、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F F= 推料力F1n 1 F 顶件力 F F 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）KK1K2钢0.10.1 0.50.5 2.52.5 6.56.50.1 0.0630.0550.

14、0450.0250.140.080.060.050.030.0650.0750.0450.0550.04 0.050.030.040.020.03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

15、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, y)，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=66.2Y0=(Y1+Y2+Y3+Y4+Y5)/5 =51.4P冲裁力(N)； K卸料力系数，其值为0.020.06(薄料取大值， 厚料取小值)； K推料力系数，其值为0.030.07(薄料取大值， 厚料取小值)； K2 顶件力系数，其值为0.040.08(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(nh/t); h直刃口部分的高(mm)；t材料厚度(mm)

16、。计算及说明备注第五章 初选设备（1）计算压力机的表承压力冲裁时，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 FFF2=178436.7+8029.65+7137.47=246873.92 N247 KN 根据标称压力等参数查表1-7，可初选压力机为：JH23-25压力机型号J23-3.15J23-6.3J23-10J23-16FJH23-25JH23-40标称压力/KN31.563100160250400滑块行程/mm253545707580滑块行程2001701451208055最大封闭高度12015

17、0180205260330封闭高度调节量253535455565立柱间距/mm120150180220270340喉深/mm90110130160200250工作台前后尺寸/mm160200240300370460工作台左右尺寸/mm250310370450560700垫板厚度/mm303035405065垫板孔径/mm100140170210260320模柄孔直径/mm253030404050模柄孔深度/mm405555606070最大倾斜角454535353030电动机功率/kw0.550.751.11.52.25.5表1-7第六章 凸、凹模刃口尺寸的确定已知冲裁件材料为Q235A钢厚度t

18、=3mm,冲裁件精度IT12，查公差表1-8公差表1-8查的各尺寸如下图1-6所示：FP总冲裁各工艺力的总和dd冲孔凹模基本尺寸(mm)；dp冲孔凸模基本尺寸(mm)； dmin冲孔件孔的最小极限尺寸(mm)；制件公差 (mm)；x系数计算及说明备注冲裁模刃口尺寸计算的基本原则：落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。冲裁件内圆孔由冲孔制成，外形为非圆形落料而成，（a）冲孔凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式如下：   dp （ dminx)pdd=（dp+Z

19、min）+p通过查下冲裁件处始双面间隙表1-9，表1-9 冲裁件处始双面间隙材料厚度mm软铝含碳（0.080.2）%的钢ZminZmaxZminZmaxZminZmax10.040.060.050.070.060.081.20.050.0840.0720.0960.0840.1081.50.0750.1050.090.120.1050.1351.80.090.1260.1080.1440.1260.16220.10.140.120.160.140.182.20.130.1760.1540.1980.1760.222.50.150.20.1750.2250.20.252.80.1680.2240

20、.1960.2520.2240.2830.180.240.210.270.240.33.50.2450.3150.280.350.3150.38540.280.360.320.40.360.444.50.3150.4050.360.450.4050.49p凸模下偏差，d凹模上偏差计算及说明备注 得到：Zmax=0.27mm Zmin=0.21mm Zmax-Zmin=0.06 mm冲孔部分冲裁凸模，凹模的制作公差，可查表1-10表110基本尺寸、mm凸模偏差p/mm凹模偏差d/mm基本尺寸、mm凸模偏差p/mm凹模偏差d/mm180.020.02>180 2600.030.04518 3

21、00.020.25>260 3600.0350.05>30 800.020.03>360 5000.040.06>80 1200.0250.035>5000.050.07>120 1800.30.04 查的： p=0.02 mm d=0.025 mm 有： p+d=0.045 mmZmax-Zminx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 当制件公差为 IT11IT13，取x0.75当制件公差为 IT14以下时，取x0.5。 表 1-11 系数x材料

22、厚度t()非 圆 形 圆 形 10.750.50.750.5工件公差 < 11224> 4 0.160.200.240.30 0.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.60 <0.16<0.20<0.24<0.300.160.200.240.30 计算及说明备注 查的x0.75 ，=0.24故得：dp （ dminx)+p=（29+0.75×0.21）+0.02=29.16+0.02dd=（dp+Zmin）-p=*（29.16+0.27）-0.025=29.43-0.025（b）落料落料时以落料凹模

23、设计为基准的刃口尺寸计算如下表表1-11 以落料凹模设计为基准的刃口尺寸计算工序性质 凹模刃口尺寸磨损情况 基准件凹模的尺寸图2.3.3 (b)配制凸模的尺寸 落料 磨损后增大的尺寸 Aj（Amaxx)0.25 按凹模实际尺寸配制，保证双面合理间隙2cmin 2cmax磨损后减小的尺寸 Bj（Bminx)0.25 磨损后不变的尺寸 Cj=(Cmin0.5)±0.125  注：Aj、Bj、Cj为基准件凹模刃口尺寸；Amax、Bmin、Cmin为落料件的极限尺寸。计算凹模各尺寸：查上表1-11的，尺寸42，52，55对应的x=0.75，尺寸18对应x=1磨损后增大的尺寸的：Aj

24、（Amaxx)0.2542mm的 ：A1= （42-0.75×0.25）+0.25/4=41.81+0.0652mm的： A2= （52-0.75×0.30）+0.30/4=51.81+0.0618mm的： A3= （18-1×0.18）+0.18/4=17.82+0.05圆弧R9，R21的尺寸为了保证分别与18mm，42mm相切，不用计算直接取其A3,A1值的一半。磨损后不变的尺寸：Cj=(Cmin0.5)±0.12544mm的 C1=（55+0.75×0.3）±0.125 ×0.3=54.78±0.04凸模的尺

25、寸按上述凹模相关尺寸配制，保证双面间隙ZminZmax=0.210.27mm（前面以由表1-11查的）（C）模具间隙模具间隙即模具凸模与凹模之间的间隙，其对冲裁件的质量，冲裁力，模具寿命都有较大的影响。因此选择合理的间隙，非常重要，确定合理间隙的方法如下：计算及说明备注 1. 理论确定法 如图1-7，中的三角形ABC可确定合理的间隙，图1-7 C = （t-h0）×t ×tg=t（1- h0/t）×tg 查下表1- 12 的 ：h0/t=0.2 ，=4°表1-12 h0/t与的值材料h0/t退火硬化退火硬化软钢 紫铜 软黄铜0.50.356°5

26、°中硬钢 硬黄铜0.30.25°4°硬钢 硬青铜0.20.14°4°解得： C =3×（1-0.2）×tg4° =3×0.8×0.07 =0.168 mm Z=2c=0.336 mm2. 经验法 材料为硬材料： t3mm Z=（8%10%）tt=13mm Z=（11% 17%）tt=35mm Z=（17% 25%）t 已知材料厚度为：t=3mm 解得： Z= 0.33 0.51 mm式中， h 凸 模切入深度；最大剪应力方向与垂线方向的夹角计算及说明备注第7章 模具的总体结构设计（1） 模具的类

27、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

28、-9计算及说明备注（c）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。第八章 工作零件的设计与计算（1）凸模（a）凸凹模和凸模的结构形式由于冲裁件的落料件为非圆形的，可选择直通式凸凹模，直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。 1-10 整体式凸模 而冲孔凸模则选择用台阶式凸模，如下图1-11 图1-11 标准圆形凸模计算及说明备注（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：Lh1h2h3（1520）mm 图1-12（c）材料和其他要求冲裁件的形

29、状复杂，可选择Cr12，热处理为淬火；工作部份的粗糙度为：Ra0.80.4 um固定部分粗糙度为：Ra1.60.8 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

30、径向尺寸略有增大 (如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。1520mm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、后角和洞口高度 h，均随制件材料厚度的增加而增大，一般取1530、2°°、h410mm。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 °、h10mm。表1-13 洞口的主要参数板料厚度t/mmah/mm0.50152°40.5

31、1152°512.5152° 62.5303°82. 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 HKb（15mm) 凹模壁厚 c(1.5)H (30mm)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 5050 100100 200 2000.5

32、12330.30.20.150.10.350.220.180.120.420.280.20.150.50.350.240.180.60.420.30.22t=3mmb=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： HKb= 0.5×73=36.5mm （ 15mm) 凹模壁厚 ：c(1.52)H =（54.75 73）mm (3040mm)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

33、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HRC4050。图1-16（3） 顶件杆如图1-17，为顶件杆，取直径510mm，其与凹模内壁的间隙不宜过大，一般取0.10.2mm，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

34、（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 FFF2=178436.7+8029.65+7137.47=246873.92 N247 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