条形冲孔件100X30落料冲孔复合模冲压模具设计课程说明书CAD图纸毕业
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目 录1 序 言32 零件冲压工艺分析42.1 工艺分析42.1.1 制件的总体分析42.1.2 制件的外形分析52.2 冲压工艺方案的确定52.3必要的工艺计算52.3.1 排样设计与计算52.3.2确定搭边与搭肩值52.3.3确定零件的排样方案52.3.4计算条料的宽62.3.5计算材料的利用率62.4 计算冲压力和初选压力机72.4.1计算凸、凹模刃口尺寸72.4.2计算冲压力及压力中心的确定82.4.3初选压力机92.5模具的总体设计92.5.1模具的类型选择92.5.2 定位方式的选择102.5.3 导向方式的选择102.6.模具主要零部件的结构设计112.6.1凸模、凹模、凸凹模的结构设计112.6.2模架的设计（图2-9）142.7上、下模座的装固方法163 模具附图的绘制183.1 冲孔落料正装复合模及其工作原理184 模具的装配19小 结20参 考 文 献22附录A 卸料弹簧23附录B 螺钉和销钉24条形冲孔件及其冲压模具设计1 序 言目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我过模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂大型、精密，更新换代速度快等变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中1-3。 模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济中的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也不断提高。本次设计就是以创新和优化为目的，对目前较为流行的级进冲裁模具进行了设计，包括工艺和结构方面的优化，达到性能提升的同时降低成本，设计过程本身对于我们模具专业的学生来说就是一种挑战，是一种创新，对我们的设计能力和经验的积累也是有利的，我们应该注意在这个过程中的学习。 在为期的一个月设计过程中我主要从以下方面来开展设计工作的。第一，根据工件的要求和尺寸绘制了零件的零件图，包括二维和三维图。第二，对零件进行冲压工艺性能分析。第三，确定冲裁方案。第四，排样设计。第五，工艺计算，包括冲裁力和凸凹模刃口尺寸的计算等。第六，根据冲裁力选用压力设备。第七，模具的结构方案设计，包括设计一些典型零件和附件，并绘制其零件图。第八，模具典型零件的固定方法的研究。第九，模具的安装与装配方法介绍。第十，模具的工作过程介绍和绘制模具装配图。第十一，对典型零件确定加工方案，拟定零件的加工工艺路线。另外，在整个过程中对CAD等软件在模具设计中的应用也做了更加深入的认识。2 零件冲压工艺分析零件名称：条形冲孔件生产批量：大批量生产材料：Q235厚度：0.8mm零件图：如图2-1所示图2-1 零件图2.1 工艺分析 该零件形状简单，对称，是有圆和直线组成的。冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT1114.将以上精度与零件的精度要求相比较，可认为该零件的精度要求IT13能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注、生产批量等情况也均符合冲裁的要求，故决定采用冲压方式可以得到冲孔落料件。本工件中的尺寸公差为未注公差，在处理这类零件公差的等级时均按IT13级要求。2.1.1 制件的总体分析图2-1零件材料为Q235，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。由工件图可知：该工件有冲孔落料，但工件上的的孔是对称的，总的来说加工起来是容易的。由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。2.1.2 制件的外形分析 制件形状简单对称，有利于冲压加工。2.2 冲压工艺方案的确定 该零件包括冲孔落料两个基本工序，可以有三种工艺方案。 方案一：先冲孔，后落料，采用四道工序模进行生产。 方案二：冲孔-落料，采用复合模具进行生产。 方案三：冲孔-落料级进冲压成形，采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足生产批量要求。方案二只需一副模具。工件的精度及生产效率都高，易于批量生产，模具强度较好制造难度小，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时，操作较方便。方案三只需要一副模具，生产效率高，但操作不方便，送料速度较快，通过对上述三种方案的分析比较，该件选择第二种方案较为合适。冲压生产采用该方案为最佳。2.3必要的工艺计算2.3.1 排样设计与计算设计复合模时，首先要设计条料排样图。根据工件的形状选择有废料排样，且为直排的形式，虽然材料的利用率低于少废料和无废料排样，但工件的精度高，且易于保证工件外形的圆角。2.3.2确定搭边与搭肩值为了确保冲裁件质量，排样中各工件与料边之间、工件与工件之间留下的余量，称为搭边。在此处的搭边值是根据课本表2.9取得工件间a=3mm，a2=3mm。2.3.3确定零件的排样方案 设计冲孔、落料复合模，首先要设计条件排样图。冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样。合理的排样应是在保证制件质量、有利于简化模具结构的前提下，以最少的材料消耗，冲出最多数量的合格工件。底座的形状简单，由于零件外形尺寸为自由尺寸对精度要求不高，为了提高材料的利用率减少冲裁力，虽然这时会使零件外形尺寸公差等级降低但是经过等筹兼顾，全面考虑。这里我们采用有废料排样。如图2-2所示：图2-2 排样图2.3.4计算条料的宽模具采用无侧压装置的导料方式，条料宽度其中 B条料的宽度 Lmax冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸 a侧搭边的最小值 C导料板与最宽条料之间的单面最小间隙故 2.3.5计算材料的利用率式中 S1一个布距内零件的实际面积,S1=1280-95=1158mm2； B一送料步距； A一条料宽度代入已知数据，可得一个步距的材料利用率：图2-3 CAD计算数据2.4 计算冲压力和初选压力机2.4.1计算凸、凹模刃口尺寸（1）冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算冲尺寸为12mm，82mm的孔对应凸、凹模刃口尺寸的计算：查表2.5得间隙值Zmin=0.028mm，Zmax=0.085mm。由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸、凹模分开加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模人口尺寸的计算如下：查表2.10得凸、凹模制造公差：凸=0.020mm，凹=0.020mm校核：Zmax-Zmin=0.057mm，而凸+凹=0.040mm满足凸+凹Zmax-Zmin，故而采用分别法制造模具刃口。工件图中未标注公差值，查相关文献可得尺寸为11mm的工件公差值为=0.18mm。查表2.11得IT13级时的磨损系数x=0.75所以可得：（2）外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算 对于冲裁件外轮廓的落料，其形状相应也比较简单，当以凹模为基准件时凹模磨损后，刃口部分尺寸都变大，因此属于A类尺寸。对于外形尺寸分别为100mm,30mm，所以通过查相关文献可查得其对应公差分别为：0.63mm按公所以式： 可求得： 凸模落料的基本尺寸与凹模相同，分别是99.53mm,29.53mm，不必标注公差，但要在技术要求中注明：凸模刃口实际尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.028mm。2.4.2计算冲压力及压力中心的确定（1）冲压力的计算 该制件首先是采用冲孔落料正装复合模，拟选用弹性卸料上出料。冲压力的相关计算如下：冲裁力 式中： F冲裁力（KN）； L冲裁周边长度（mm）； t冲裁件材料厚度（mm）； 被冲材料的抗剪强度（MPa）； K系数，一般取1.3。一般情况下，材料的抗拉强度=1.3，为方便计算，也可按下式进行估算冲裁力:式中 被冲裁材料抗拉强度（MPa）查得Q235的为441Mpa。所以，由于此处采用的是弹性卸料装置和上出料的冲孔、落料正装复合模，所以其冲裁工序总力的计算公式为：查表2.2取K卸=0.05 K顶=0.06所以（2）压力中心的确定 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。模具的压力中心必须使模柄轴线与压力机滑块的中心线重合，否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至破坏模具，因该零件对称，所以零件中心为模具压力中心。2.4.3初选压力机 有上述已知计算可知，选择型号为J36250B型的闭式双点单动压力机能满足要求。其主要技术参数如下表所示J36250B型压力机主要技术参数公称压力/KN 250滑块行程/mm 80滑块行程次数/（次/min） 70最大封闭高度/mm 250封闭高度调节量/mm 250导轨间距离/mm 380工作台尺寸/mm（前后左右） 450322.5模具的总体设计2.5.1模具的类型选择由上述分析，本零件的第一套模具包括冲孔和落料两道工序，结合制件结构，可采用正装复合模。其上模部分由上模座、推板、垫板、落料凹模、冲孔凸模等零件组成，下模部分由凸凹模、弹性卸料板、下模座等组成。其优点为：采用弹性的顶件装置、卸料装置对工件和条料起到压平的作用，适用于冲制材质较软、板料较薄、平直度要求较高的冲裁件，冲裁件的精度较高。冲裁完成后回程时，上模部分的弹性卸料装置将卡在凸凹模外的条料废料卸下，而冲孔废料由上模部分的弹性推件装置卸出模外，工件由下模部分弹性顶件装置顶出，每冲裁一次，顶出一次，模内不会积聚工件，有利于减小凸凹模的最小壁厚，不易将凸凹模胀裂。但是由于此结构的冲孔废料从上模引出，而此工件上孔又较多，冲孔废料易落入下模部分，造成模具清理麻烦。2.5.2 定位方式的选择在设计中，采用固定挡料销。固定挡料销分圆形和钩形两种。圆形挡料销（如图2-3所示）结构简单，制造容易，但销孔离凹模刃口较近，会削弱凹模强度。为防止不对称的钩头转动，需加定向销，因此增加了制造的工作量。从经济性原则考虑，采用圆形固定销相关数据如查表6固定挡料销（表2-12）。表2-12 固定挡料销d(h11)d1(m6)HL基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差100-0.0756+0.008+0.00238图2-3 固定挡料销2.5.3 导向方式的选择导柱导套的结构形式分为光滑圆柱导向装置和滚珠导向装置（图2-4）。滚珠导向装置是一种无间隙导向的结构。其精度比光滑圆柱导向装置的高，且其寿命也长。在每分钟200次以上的高速冲裁中时，以及对精密冲裁模和其它各种精密模具中都已较为广泛地得到采用。导柱的上端面与上模座顶面的距离不小于1015mm,而下模座底面与导柱底面的距离不小于5mm。导柱和导套目前都已标准化（GB/T2861-1990),在使用时可根据需要选取。图2-4 导向装置导柱导套的装配方式有以下几种（图2-5）：1)最常用的装配方式是将导柱装在下模座，导套则装在上模座上，分别采用过盈配合H7/r6。2)为模具工作部门刃磨方便起见，可以将中心一侧的导柱装在下模座上，而将另一侧的导柱装在下模座上。3)在采用弹压卸料板的结构形式时，可以采用将导柱装在上模座上，而将导套安装在下模座上。图2-5 导柱导套的装配方式本文中为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。又根据制件尺寸及精度要求等采用中间导柱模架（表2-13）。表2-13导柱相关数据零件件号，名称及标准编号1234上模座GBT2855.7下模座GBT2855.8导柱GBT2861.1导套GBT2861.6数量1144规格2518048120512.6.模具主要零部件的结构设计2.6.1凸模、凹模、凸凹模的结构设计（1)落料凸、凹模(图2-6）的结构设计 在落料凹模内部由于要设置推件块，所以凹模刃口应采用直通型刃口，并查表2.1取得刃口高度h=5mm。该凹模结构简单宜采用整体式。整体凹模的厚度H可以按冲裁力的大小来尽心估算。其经验公式为： 式中 H凹模厚度（mm）；P冲裁力（N）；K1冲裁轮廓长度修正系数，其值见表2-14；K2凹模材料修正系数，其值见表2-15表2-14 凹模冲裁轮廓长度修正系数K1表2-15凹模材料修正系数K2因此 取 H=40mm凹模壁厚 参照标准，在此取凹模外形尺寸为：190mm100mm40mm图2-6 落料凹模(2)尺寸为11mm孔的凸模设计（图2-7）因为该制件内孔圆形，凸模固定板厚度取15mm，凸模长度根据结构上的需要来确定。故其长度计算如下：L=h凸模固定板+h落料凹模=15mm+40mm=85mm图2-7 冲孔凸模 由于此凸模尺寸适中，且长度较短，刚强度足够，所以不需对其进行校核。冲裁时注意进入凹模刃口1mm。（3)凸凹模的结构设计 本模具为复合冲裁模，除了冲孔凸模和落料凹模以外还有一个凸凹模。由于凸凹模是复合冲裁中的一个特殊零件，其内形刃口起冲孔凹模的作用，按凹模设计，其外形刃口起落料凸模作用，按凸模设计。内外缘之间的壁厚由冲裁件形状和尺寸决定，从强度考虑，壁厚受最小壁厚限制。而对于此冲孔落料正装复合模来说，凸凹模装于上模部分，内孔不会积聚废料，胀力小，最小壁厚可以小些。根据模具的整体结构设计要求，凸凹模的结构简图应如图2-8所示。另外，在确定凸凹模安排在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。图2-8 凸凹模2.6.2模架的设计（图2-9）目前，我国的模座已实现标准化（GB/T28552857-1990）。在设计模具时，可根据之间的几何形状及冲件的工艺特点来进行选择。在选用圆形的模座时，应使模座的直径比凹模的直径大3070mm，在选用条形冲孔件模座时，模座的长度尺寸应比凹模的长度大4070mm，其宽度可以与凹模相同。选用模座时，还应使下模座的尺寸比压力机漏料孔的尺寸每边大4050以上。上模座：280mm160mm40mm下模座：280mm160mm50mm卸料板：190mm100mm10mm凸模固定板：190mm100mm10mm模具闭合高度：H闭=H上模+H凸凹模+H凹模+H凸模固定板+H下模座=224mm图2-9 标准模架2.7上、下模座的装固方法上、下模座的装固方法见表2-15和2-16所表2-15 上模座的装固方法 表2-16 下模座的装固方法3 模具附图的绘制3.1 冲孔落料倒装复合模及其工作原理所设计冲孔落料复合模如图3-1所示。图3-1冲孔落料倒装复合模具图其工作原理为：该模具由导料销和挡料销控制条料的送进方向和步距。上模下行，进行冲裁，导柱、导套对上、下模的运动起到可靠的导向作用。冲裁过程中，弹性卸料板对板料起着压平作用，冲才出的工件精度高。冲裁完毕，上模回程，上模部分的弹性卸料装置将卡在凸凹模外的废料卸下，冲孔废料由上模部分的弹性推件装置卸出模外，工件由下模部分的弹性顶件装置顶出，每冲裁一次，顶出一次，模内不积聚工件，不易将凸凹模胀裂，但是冲孔废料落在下模面上，清除废料麻烦，弹性卸料板上需开设挡料销、导料销的让为孔。4 模具的装配 （1）组成模具的各零件的材料、尺寸公差、表面粗糙度和热处理等均符合相应图样的要求。（2）模架的三项技术指标：上模座上平面对下模座下平面的平行度，导柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座上平面的垂直度均应达到规定的精度等级要求。 （3）模架的上模沿导柱上、下移动应平稳，无阻滞现象。（4）装配好的模具，其封闭高度应符合图样规定要求。（5）模柄的轴心线对上模座上平面的垂直度公差在全长范围内不大于0.05mm。（6）凸模和凹模之间的配合间隙应符合图样要求，周围的间隙应均匀一致。（7）定位装置要保证定位准确可靠。（8）顶料装置活动灵活、正确，出料孔畅通无阻，保证制件及废料不卡在冲模中。小 结就我个人而言，通过这次课程设计，使我学习到了许多知识，对模具的设计与制造有了极为深刻的认识，是一次由理论向实践的飞跃，回顾二个多月的设计生活，让我感慨颇深，主要体会有以下几点：(1)扎实的基础课，专业课是模具设计的基础由于以前所学的课程难免有些理解不深，遗忘等，而本次设计又或多或少的用到了这些知识，从而迫使我认真扎实的学习了以前的课程，并加深了对这些课程的理解、真正有一种温故而知新的感觉，如机械制图中的各种线型的特点应用，材料力学中的应力校核，热处理中各种材料与热处理性能，公差配合与测量技术中公差的正确选用，模具的加工与制造技术。塑料模具的设计与制造步骤，模具材料的正确选用等。(2)理论与实践相结合的重要性以前的学习中，基本上是纯理论的学习，虽然有金工实习、课程实习等实践的体味，但却停留在表面上，没有进行过真正的设计，从而使理论与实践严重脱节，而现在我们是在经历了金工实习、课程实习后的一次真正的练兵。我认真回顾了以前所见所学的塑料模知识，在脑海里反复了思考了塑料模的步骤，然后开始到图书馆查资料作设计。在作设计的过程中，我才真正感觉到眼高手低的含义，同时也“窥一斑而知全豹”，自己的学习中的不足和薄弱环节暴露无遗，但是在老师们的帮助下以及自己的努力下，我终于克服了重重困难，使设计得以顺利的进行。通过向老师们请教，我了解到设计要面向企业，面向市场的原则，课程设计正是对实践能力的一次强有力的训练，是我们独立工作的前凑，将对我们以后的工作产生深远的影响。(3)对模具设计中的安全性，经济性加深了认识在设计工作中，要不断对安全性进行分析，从操作者的角度进行设计，在设计中，需要考虑到模具的成本问题，经济效益是工业生产的前提，成本的高直接决定了产品的竞争力，故在设计中尽可能的选用标准件。(4)电脑成为设计中重要的辅助工具由于工件形状复杂，在设计中计算塑件的体积出现了很大的难度，后经程老师指点迷津，通过Pro/E绘图和计算才得以解决。另外在绘零件和装配图时采用电脑也更方便快捷。采用电脑处理，精度高，方便快捷，在本次设计时，要求机械绘图，电子文档文本，从而对AUTOCAD的学习有了很大的进展，对WORD，WPS等各种文字处理工具有了更为熟练的操作，而模具CAD技术已成为该行业的发展趋势，电脑终将成为设计的必备工具，这对提高学生的综合素质着极为重要的现在意义。(5)设计态度直接决定着设计质量课程设计一般时间都足够，但足够的时间不一定都能设计出优秀的模具。这就除了能力水平的问题外，极为重要的一点便是态度问题，作为学生必须要态度谦虚、工作认真、勤学好问、实事求是，才能正确对待设计，才有可能取得设计的圆满成功。参 考 文 献1 姜奎华.冲压工艺与模具设计.机械工业出版社，1998.52 冯炳尧、韩泰荣、将文森.模具设计与制造简明手册(第二版).上海科学教育出版社，1998.73 虞莲莲、曾正明.实用钢铁材料手册.机械工业出版社，2002.54 王效培.冲压手册(第二版).机械工业出版社，2001.25 李云程.模具制造工艺学.北京:机械工业出版社，1997.6 郑家贤.冲压模具设计手册实用手册.北京：机械工业出版社，2007.7 肖祥芷.模具工程大典.第四卷.北京：电子工业出版社，2007.8 史铁梁.模具设计指导.北京：机械工业出版社，2003.89 王树勋、吴裕农、朱亚林、江维健、梅伶.典型模具结构图册.广州：华南理工大出版社，2005.410王芳.冷冲压模具设计指导.北京：机械工业出版社，2
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