冲压模具设计及其工艺分析(正式版)

1、第一章零件设计任务1第二章冲裁件的工艺分析12.1工件材料12.2工件结构形状12.3工件尺寸精度2第三章冲裁工艺方案2第四章 模具结构形式的选择 34.1模具的类型的选择34.2卸料装置34.2.1 .条料的卸除34.2.2卸料方式44.3定位装置44.3.1 .送料形式44.3.2 定位零件： 44.4. 模架类型及精度44.4.1 模架44.4.2. 精度4第五章冲压工艺计算：55.1. 排样55.1.1 .排样方案分析 55.1. 2.计算条料宽度 55.1.3确定布距：65.1.4. 计算材料利用率 65. 2.冲压力计算75.2.1. 冲裁力计算75.2.2. 卸料力、顶件力的计算

2、 85.3 .压力中心的计算 95.4. 模具工作部分尺寸及公差 105.4.1 .落料尺寸大小为 105.4.2. 冲孔尺寸大小为 10第六章主要零部件设计116.1 .凹模的设计116.1.1. 落料凹模116.1.2 .冲孔凹模的设计 126.2 .凸模的设计 136.2.1. 冲孔圆形凸模： 136.2.2. 腰孔的设计156.2.3. 落料凸模 156.2.4 .凸模的校核： 166.3 .卸料板的设计 176.4 .固定板的设计 186.4.1. 凹模固定板：186.4.2. 凸模固定板:196.5 .模架以及其他零部件的选用 19第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 207.

3、1校核模具闭合高度 207.2冲压设备的选定 21第8章 设计并绘制模具总装图及选取标准件 21第9章结论22参考文献22第一章零件设计任务零件简图：如图1-1所示材料：10号钢材料厚度：2mm未标注尺寸按照IT10级处理.第二章冲裁件的工艺分析2.1工件材料由图1-1分析知：10#钢为优质碳素结构钢，具有良好的塑性性、焊接性以 及压力加工性，主要用于制作冲击件、紧固件，如垫片、垫圈等。适合冲裁加工。2.2工件结构形状工件结构形状相对简单，有四个圆孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚 为2mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。2.3工件尺寸精度根据零件图上所注尺

4、寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。第三章冲裁工艺方案完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工工艺方案分为以下3种:1. 方案一：单工序模生产。先冲孔，后落料；2. 方案二：级进模生产。冲孔一落料级进冲压；3. 方案三：复合模生产。冲孔一落料复合冲压 各模具结构特点及比较如下表3-1 :表3-1各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不 受限制 厚度不 受限制中小型尺寸厚度较厚小零件

5、厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽 度极小的异形件形状与尺寸受模具结构 与强度限制，尺寸可以 较大，厚度可达3mm生产效率低较低工序间自动送料，可以 自动排除制件，生产效 率咼冲件被顶到模具工作表 面上，必须手动或机械 排除，生产效率较低安全性不安全，需米取安 全措施比较安全不安全，需米取安全措 施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低 的小批量冲件的 生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析:方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成

6、本高而 生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制 造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸 凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。 冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度 较高，板料的定位精度比方案二低，模具轮廓尺寸较小。综上对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。第四章 模具结构形式的选择4.1模具的类型的选择由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模4.2卸料装置4.2.1 .条料的卸除因采用级进模生产，故采用向下落料出件4.2

7、.2 卸料方式考虑零件尺寸较大，厚度较高，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生 产率。4.3 定位装置4.3.1 送料形式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 B 小于送料 方向的凹模长度L故采用横向手动送料方式，即由右向左（或由左向右）送料既 能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。4.3.2 定位零件：零件尺寸较大， 厚度较高，保证孔的精度及较好的定位， 宜采用导料板导向， 导正销导正，为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。4.4.模架类型及精度4.4.1 模架1若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，但只能 一方送料 ;2. 若采用对

8、角导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料 ;3. 若采用后侧导柱导柱模架，可三方送料，操作者视线不被阻挡，结构比 较紧凑的，但模具受力不平衡，滑动不平稳。综上，结合本冲孔、落料级进模的特点，决定采用后侧导柱模架。4.4.2. 精度由于零件材料较厚，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向 平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用I 级模架精度。第五章冲压工艺计算:5.1 .排样5.1.1 .排样方案分析方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸 完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样

9、因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具 寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排 样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直 排最佳。5.1 . 2 .计算条料宽度根据零件形状，查冲压模具设计手册 工件之间搭边值a=1.2mm,工件与 侧边之间搭边值a1=1.5mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定 其上偏差为零，下偏差为负值一B（Dmax 2 31 2 bj公式（5-1）式中：Dma条料宽度方向冲裁件的

10、最大尺寸；31-冲裁件之间的搭边值； b1-侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表6）可得 =2.0mm 板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得 =0.6mmB=75+ 2X 1.5 + 2X 2.0=82.O°o.6o mm故条料宽度为82.0mm5.1.3 .确定布距:送料步距S:条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定 与模具的结构有关。级进模送料步距SS 二 Dmax - ai公式（5-2）Dwx零件横向最大尺寸，ai搭边S= 75+ 1.5 = 76.5mm排样图如图2所示。5.1.4 .计算材料

11、利用率一个步距内的材料利用率公式（5-3）n =A /BS x 100%式中 A 一个步距内冲裁件的实际面积;B条料宽度；S步距；一个步距内冲裁件的实际面积A=n X 37.52- n X 13.5 2-3 X n X 3.75 2-3( n X 302X 34/360- n X 26.25冬34/360)=3807.73539mm所以一个步距内的材料利用率H =A/BSX 100%=3807.73539/( 76.5 X 82)X 100%=60.7%考虑料头、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率n总为n 总=nAi / LBX 100%公式(5-4)式中n张板料上冲裁件的总数目；A个冲

12、裁件的实际面积；L板料长度；B板料宽度。查板材标准，宜选用850mrX 1700mn!勺钢板，每张钢板可剪裁为11张条料(82mrX 1700mm ,每张条料可以冲25个工件，所以每张钢板的材料利用率n 总=nA1/LB X 100%=25X 3807.73539/82 X 1700X 100%=68.3%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达68.3%,满足要求。5. 2 .冲压力计算5.2.1 .冲裁力计算公式(5-5)用平刃冲裁时，其冲裁力F般按下式计算:F = KLt b式中：F冲裁力;L冲裁周边长度；t 材料厚度；T b材料抗剪强度；10钢T b的值查冲压成型工艺与模具设计附录表 2

13、 为 255-333M pa,取 t b=300MpaK系数；一般取K =1.3。1、冲孔力计算冲孔周长：L=n X 27+3nX 3.75 X 2+3n (26.25+33.75 ) X 34/360+2 X 76.5+2 X 12=764.98mm所以冲孔力F=KLt t b=1.3 X 764.98 X 2X 300=596.69kN2 落料力的计算落料周长L =二d =二75落料冲裁力 F2= KLt t b =1.3 X n X 75X 2X 300=183.78kN。5.2.2 卸料力、顶件力的计算一般按以下公式计算： 卸料力公式（5-6）Fx二心吧=0.04 183.78 = 7

14、.35kN顶件力Fd =Kd(F F2).-0.06 (596.69 183.78)kN.-46.83kN （KxKd为卸料力系数，其值查表5-1可得）所以总冲压力Fz 二 F F2 Fx Fd.二 596.69 183.78 7.35 46.83公式（5-8）.二 834.65kN表5-1卸料力、推件力和顶件力系数XKTKDK1010400钢0600505>0金 合 铝同 黄 同 纯由(50%-60%)P。 Fz,即冲压时工艺力的总和不能大于压力机公称压力的50%-60% 取 Po =1.8 Fz,则公称压力 Po =1.8 Fz =1502.37kN .初选压力机 的公称压力为160

15、0Kn,即JA21-160型压力机。5.3 .压力中心的计算用解析计算法求出冲模压力中心。X)= ( L1X1 + L2X2 + LnXn) /(L 1+ L2+Ln)公式(5-9 )丫0= (L1y1 + I_2y2+Lnyn) / (L1 + L2+ Ln)用解析法计算压力中心时，先画出凹模形口图，如图5-3所示。在图中将XOY坐标系建立在建立在图示对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成 L1L5共3组基本线段(注：由于图中3个圆弧形孔均以一个点为圆心的等分列 阵排列，所以其几何图形为一组)，用解析法求得该模具压力中心的坐标。由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原

16、点O较小，为了 便于模具的加工和装配，模具压力中心依然选在坐标原点。5.4 .模具工作部分尺寸及公差5.4.1 .落料尺寸大小为为保证冲出合格冲件。冲裁件精度IT10以上，X取1.冲裁件精度IT11IT13,X取0.75.冲裁件精度IT14，X取0.5。由于本产品采用IT14级精 度，所以 X取 0.5.查表知：Zmax =0.360，Zmin =0.246。750-0.62查冲压成型工艺与模具设计P45表3-5知：S p=0.04mm S d=0.06mmDd - ( Dmax _ ) 0 d.=(75 -0.62 0.5)00.06公式(5-10)0.06. =74.69。Dp =(Dd

17、- Zmin)；p.=(74.69-0.246),04公式(5-11 ).二 74.44；.045.4.2 .冲孔尺寸大小为1、圆形孔凸、凹模基本尺寸的计算dp 二(dmin ' X.*p= (27+ 0.62 汇 0.5),04二 27.32°工.04.=(27.32 O.246)00.06.二 27.560O.062、腰孔凸、凹模基本尺寸的计算: dp =(dminX.l)0；.=(7.5 0.5 0.62)00.04=7.81.04dd =(dpZmin)o；d.=(7.81 O.246)oo.o6.二 8.O6oO.06公式（5-13）公式（5-14）公式（5-15）

18、公式（6-1 ）/-<k丿m J)B图6-1公式（6-2）第六章主要零部件设计6.1 .凹模的设计6.1.1. 落料凹模落料凹模如图6-11、凹模厚度H的计算： 查表得K取1.25H =K3_0仆= 1.25 3 0.1 183.78 103=32.66mm,取 H=33mm2、模长度和宽度W>=1.2X H=1.2 x 33=39.6mmL=B=D+2W=74.69+2 x 39.6=153.89取 L=B=154mm3、凹材料的选用：根据表8-3,材料选用45钢 4、凹模的固定方法下图是带肩圆形凹模，直接装入凹模固定板中，采用过渡配合（H7/m6。零件图6-2如下:设计同落料凹

19、模零件图6-3如下4(9110-0.02图6-3其余&技术要求1材料:45钢；2. 热处理：52-60HRC:3. 未注圆角R26.2 .凸模的设计6.2.1 冲孔圆形凸模：1、冲孔圆形凸模：冲孔圆形凸模的结构图6-4如下:图6-4长度：冲孔凸模在凹模里面开孔，为便于凸模和固定板的加工，可通过这设计成铆接 方式与固定板固定冲孔凸模由于相隔很近，不宜采用阶梯结构，设计成铆接方式. 凸模的尺寸根据凸模固定板尺寸 hl、卸料板尺寸h2、材料厚度h3和h，h 一般 取22mm。所以凸模的尺寸为L=30+16+2+22=70mm.公式（6-4）凸模材料：参照冲压模具设计与制造简明手册选用 Cr1

20、2 2、冲孔凸模零件图6-5如下Q giO,03| A图6-56.2.2 腰孔的设计1、长度：有关计算同冲孔凸模2、材料：参照冲压模具设计与制造简明手册选用 Cr123、腰孔零件图6-6如下图：623.落料凸模1、长度：有关计算同冲孔凸模；2、材料：参照冲压模具设计与制造简明手册选用 Cr12A8 +0,068.吒-0心了5RZ6.253、落料凸模零件图6-7如图6-605-0,02JNi 00,02A624 .凸模的校核:考虑冲孔凸模的直径很小，故需对最小凸模8.06进行强度和刚度校核: 1、刚度的校核：公式（6-5）根据凸模校核公式：LW 90d2 / . F可得：LW 90d2/ F =

21、907.5.= 28.28mm/ Jl.3 疋 3 疋兀（26.25 + 33.75 X 34 * 360 乂 2 乂 300L:为凸模的允许最大工作尺寸，而设计中，凸模的工作尺寸为22V 28.28所以钢度得以校核.2、强度校核：凸模的最小直径d应满足:公式（6-6）5.2 2 3001200.二 2.6mm所以8.06 > 2.6,凸模强度得以校核.参照ISO 8020-1986 B型圆形冲孔凸模6.3 .卸料板的设计卸料板采用Q235制造，卸料板轮廓尺寸与凹模固定板轮廓尺寸相同，厚度根据JB/T 8066.2-1995规定，选用315m材250mM 14-17组模具参考，取其厚度为

22、 16mm查模具设计简明手册P298典型卸料横向送料组合得相应组合的零件尺 寸：两圆柱销销孔之间的距离S1=175mm,两内六角螺钉之间的横向距离S=279mm,两内六角螺钉之间的横向距离S2=214mm.零件图6-8如下6.4 .固定板的设计6.4.1. 凹模固定板: 1、凹模固定板的厚度：其厚度与凹模的厚度尺寸一致，取 33mm2、凹模固定板的外形尺寸：与卸料板的外形尺寸一致，根据核准选取板的规格为 L B = 315mm 250mm。3、材料：选用Q235钢4、配合及连接件：凹模与凹模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6个螺钉与下 模座连接固定，各形孔的位置尺寸与凹模的保

23、持一致，顶部与模铆接，因此必须倒 角。 由以上可得凹模固定板的零件图如图 6-9所示：目卫吕图6-96.42凸模固定板: 1、凸模固定板的厚度：其厚度与凸模的厚度尺寸一致，取 30mm2、凸模固定板的外形尺寸：与卸料板的外形尺寸一致，根据核准选取板的规格 为 L B = 315mm 250mm。3、材料：选用Q235钢；4、配合及连接件：凸模与凸模固定板的配合为H7/n6,装配可通过2个销钉定位,6 个螺钉与上模座连接固定，各形孔的位置尺寸与凸模的保持一致，顶部与凸模铆 接，因此必须倒角，由以上可得凸模固定板的零件图如图6-10所示：6.5 .模架以及其他零部件的选用该模具采用后侧导柱模架。由

24、于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上, 所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模送。以凹模轮廓尺寸为依 据，选择模架规格。上模座按GB/T2855.2-1990规定，厚度取45mm垫板厚度取10mm固定板厚度 取30mm卸料板厚度取16mm下模座按GB/T2855.2-1990规定，厚度取50mm固定 板厚度取33mm根据上下模座选取导柱为 32h5mMl 70mM4 5mm导套为40H6 mm< 140 mnrK 48mm模具闭合高度HH = H上模座H垫板 H凸模长度 H凹模固定板'H下模座-hi.二 45mm 10mm 70mm 33mm 50mm-1mm207m

25、m公式（6-7）上模座高度为45mm垫板高度为10mm凸模长度为70mm凹模固定板高度为 33mm下模座高度为50mm h1指凸模进入凹模的深度，这里取1mm第7章校核模具闭合高度及压力机有关参数7.1校核模具闭合高度公式（7-1 ）（H max 一 H 垫板）- 5 H （ H 皿山 - H 垫板）T0式中 日吶-压力机最大闭合高度；Hmin -压力机最小闭合高度；H垫板一垫板厚度。根据前面初选压力机JA21160,查模具设计与制造简明手册P49表1-81 得：H max = 450mm H min = 320mm H 垫板=130mm将以上数据带入公式7-1，得200<H<315.经计算该模具闭合高度H=210mm在200mnrr 315mm内，且开式压力机JA21-160最大装模高度300mm大于模具闭合高度210mm