冲压模具设计论文

1、.目录摘要1 绪论1.1 模具行业的发展现状及市场前景2第 1 章 冲裁件的工艺分析31.1 工件材料31.2 工件结构形状3第 2 章 冲裁工艺方案的确定5第 3 章 模具结构形式的确定6第 4 章 模具总体设计64.1 模具类型的选择64.2 操作方式74.3 卸料、出件方式74.4 确定送料方式74.5 确定导向方式8第 5 章 模具设计计算85.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率85.2 冲压力的计算95.3 压力中心的确定155.4 模具刃口尺寸的计算165.4.1 冲孔模中凸模的尺寸及制造精度16第 6 章 主要零部件设计1 76.1 工作零部件的结构设计1 7第 7 章

2、 校核模具闭合高度及压力机有关参数1 97.1 校核模具闭合高度197.2 冲压设备的选定20第 8 章 模具的安装调试2 08.1 模具的安装调试2 1设计总结2 2;.参考文献2 31绪论1.1模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在 600亿至 650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计， 2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近 200个亿的出口），到 2005年模具产值预计为 600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年 900

3、0多万美元增长到 2005年的 2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副， 价值上亿元， 而当汽车更换车型时约有 80%的模具需要更换。 2003年我国汽车产销量均突破 400万辆，预计 2004年产销量各突破 500万辆，轿车产量将达到 260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大， 在发达国家往往占到模具市场总量的 20%之多。目前，中国 17000多个模具生产厂点，从业人数约 50多万。1999年中国模具工业总产值已达 245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约

4、占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11%。冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件 ( 冲压件 ) 的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工 ( 或称压力加工 ) ，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有 6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他

5、方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完;.成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。第1 章冲裁件的工艺分析本次设计冲压工件如下图，材料为黄铜，厚度为0.7mm。图 1-1 工件图;.1.1工件材料由图 1-1

6、分析知：此工件材料采用黄铜， 生产批量为大批量， 需要用模具进行生产。该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、深谈淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa，伸长率 24%。20 钢特性与 15 钢基本相仿，但强度稍高。用途：适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力

7、6N/平方，温度 450的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。20F钢力学性能：抗拉强度 410MPa屈服强度 245MPa伸长率 >=25%断面收缩率 >=55%硬度 <=HB156弹性模量 206000MPa泊松比 0.3由于该零件简单，用单工序模具就能很快得到零件，因此没有必要对凸模进行强度校验。从材质上看，冲裁材料母线为20 号钢，属低强度、高延伸性、高延伸率、塑性及流动性好的软材料，有利于成型，总体来说，该零件冲压工艺性较好。1.2工件结构形状工件结构形状相对简单，结构对称，用一次冲压就能解决。;.第 2 章

8、冲裁工艺方案的确定方案一：直接落料。单工序模生产。方案二：冲孔 - 落料级进冲压。级进模生产。表 2-1各类模具结构及特点比较单工序模模具种类（无导向）（有导级进模比较项目向）零件公差等级低一般可达 IT13 IT10 级尺寸不中小型小零件厚度 0.2 6mm受限制零件特点尺寸厚可加工复杂零件， 如宽厚度不度较厚度极小的异形件受限制零件平面度低一般中小型件不平直， 高质量制件需较平工序间自动送料， 可以生产效率低较低自动排除制件， 生产效率高安全性不安全，需采取安比较安全全措施模具制造工作量低比无导向冲裁简单的零件时， 比和成本的稍高复合模低料厚精度要求低大批量小型冲压件的适用场合的小批量冲件

9、的生产生产;.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，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比较高。适合大批量生产。通过对上述两种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案一最佳。第 3 章 模具结构形式的确定单工序模是指在条料的送料方向上，具有一个工位。冲压模的定距方式有两种：挡料销定距和侧刃定距。本模具采用挡料销定距。 挡料销代替了侧刃控制条料送进距离（步距），可以节约原料，使模具加工简单。第 4 章 模具总体设计4.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用单工序模方式冲压。;.4.2 操作方式零件的生产批

10、量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，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卸料、出件方式4.3.1卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（ 0.2 0.5 ） t 。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作

11、用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（ 0.1 0.2 ）t, 若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。4.3.2出件方式因采用单工序模生产，故采用向下落料出件。4.4确定送料方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 故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。;.4.5确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在

12、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或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该单工序模采用对角导柱模架的导

13、向方式，即方案一最佳。第 5 章 模具设计计算5.1排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率5.1.1排样方式的选择方案一：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计算条料宽度搭边的作用

14、是补偿定位误差， 保持条料有一定的刚度， 以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值通常由表4 所列搭边值和侧搭边值确定。根据零件形状， 查表 4，并考虑到工件的切边， 工件之间搭边值 a=2mm, 工件与侧边之间搭边值取 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00公式（ 5-1）B =（Dmax a12b1） 式中Dmax 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a- 冲裁件之间的搭边值；a1- 工件与侧边之间搭边值取。板料剪裁下的

15、偏差； （其值查表 5）可得 =0.4mm。B0 =522×1.5 2×1.5=570-0.50 mm故条料宽度为57mm。表 5-1搭边值和侧边值的数值材料厚度圆件及类似圆形制件矩形或类似矩形制件矩形或类似矩形制件长度长度 5050t （ mm)工件间 a侧边 a工件间 a侧边 a工件间 a侧边 a1110.251.01.21.21.51.52.51.82.60.25 0.81.01.01.21.22.21.52.50.50.5 0.81.01.01.21.52.51.82.61.011.51.01.31.21.51.82.82.23.2;. 1.5 1.21.51.51

16、.82.03.02.43.42.0 2.0 1.51.91.82.22.23.22.73.72.5表 5-2普通剪床用带料宽度偏差（ mm）条料厚度 t(mm)条料宽度 b(mm)5050 100 1002002000.40.50.60.7 20.50.60.70.8230.70.80.91.0350.91.01.11.25.1.3确定步距送料步距 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。进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板

17、之间送进条料，并有一定的间隙。单工序模送料步距SS=Dmax+a1公式（ 5-2）Dmax零件横向最大尺寸， a1 搭边;.S521.553.5mm排样图如图 5-1 所示。图 5-1排样图;.5.1.4计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率 /BS×100%公式（ 5-2）式中A 一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距；由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的

18、形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则：1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。2) 、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。3) 、 模具结构简单、寿命高。4) 、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积，运用CAD软件，工具 - 查询 - 面积：2A=243.6mm所以一个步距内的材料利用率= BS× 100%公式（ 5-2）=243.657×

19、; 53.5 × 100%=54.5%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达54.5%，满足要求。;.5.2冲压力的计算5.2.1冲裁力的计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算：F=KLt b公式（ 5-4）式中F冲裁力；L 冲裁周边长度；t 材料厚度； b材料抗剪强度；系数；运用 CAD软件，工具 - 查询 - 长度：L=132mm系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3

20、 。 b 的值查表 2 为 b=245Mpa所以P1 = 1.3KLt =1.3× 132×0.8 ×245/1000=33.63（KN）P2=1.3 ×12.87 ×0.8 ×245/1000=3.3(KN)计算总冲压力PZ：PZ=P1+P2 =33.63+3.3=36.93(KN)根据计算，模具冲裁力为36.93KN。;.5.2.2卸料力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗

21、塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算：卸料力F X =KXF公式（ 5-5）FX=KXF=0.055× 36.93KN=2.03KN（KX 、 KD为卸料力系数，其值查表7 可得）所以总冲压力FZ=F+FX+FD=36.93N+2.663KN+2.03N=41.623KN压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为J23 10。表 5-4卸料力、推件力和顶件力系数料厚 t/mmK XK TK D 0.10.060.0750.10.14 0.10.50.0450.0550.0630.08钢 0.52.50.040.050.0500.

22、06 2.56.50.030.040.0450.05 6.50.020.030.0250.03;.铝、铝合金0.0250.080.030.07纯铜，黄铜0.020.060.030.095.3压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：1） . 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。2） . 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压

23、力中心与零件的对称中心相重合。3） . 形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。X =（L x L x L x ）/(LL L )公式（ 5-7）01 12 2n n12nY 0=（ L1 y1L2y2 Ln yn ）/ （L1 L2 Ln）公式（ 5-8）由于该工件在Y 方向上高度对称，所以代入数据计算得：压力中心为（21.6 ，11）。5.4模具刃口尺寸的计算5.4.1冲孔模中凸模的尺寸及制造精度凸、凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困难、相应

24、地会增加加工成本。凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。按配做法制模的加工顺序，落料时先加工凹模，配做凸模；冲孔时先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。这说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。由于现在凹模基本上都采用线切割方法加工，精度可达±0.01 0.02mm，而凸模因结构形式不同有多种加工方法。在;.+0.02+0.02.留出不小于 0.02mm研磨量的情况下，凹模型孔一般都能采用线切割方法一次加工出来。因此，对于

25、常用的冲裁模，选择凹模为配做件，加工比较方便5 。选择凹模为配做件，对于冲孔，按前述方法计算的刃口尺寸仍可以直接在凸模和凹模工作图上进行标注。而对于落料，则需要将计算的凹模刃口尺寸换算为凸模刃口尺寸后，再进行标注，由先制凹模改为先制凸模。凸、凹模间隙：查冲压工艺及模具设计中表2.3, 知zmin =0.120mm,=0.050mm，则zmax =zmin +=0.170mm凹模按照冲孔凸模、落料凸模的实际尺寸进行配做，双边最小间隙为0.120mm，最大间隙不得超过0.170mm。取中间值 Z=0.15mm。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 IT11IT

26、13,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 0.5.420-0.1520-0.1D A=( D max x)DT=( D AZmin)D A=( D max x)0+0.020=41.92+0.020=(42 0.16 ×0.5)0=(41.92 0.15)0=41.770-0.02-0.02-0.020+0.020=51.94+0.020=(52 0.12 ×0.5)DT=( D AZmin) 0 -0.02 =(51.94 0.15)0 -0.02 =51.79 0 -0.02;.第 6 章 主要零

27、部件设计6.1工作零部件的结构设计6.1.1.凹模洞的类形图 6-1其中图 a、 b、 c 为直筒式刃的凹模，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（或制件的聚集而增大了推件力和凹模的胀裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。一般复合模上出件的冲裁模用图 a、 c 型，下出件的冲裁模用图 b 或图 a 型，图 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 300 时，刃磨 0.1mm时，其尺寸增大0.0017mm凹模锥角，后角和洞高度 h，均随制件材料厚度增加而增大

28、，一般取 1530 20 30 h=4-10mm综上所述及其对工件孔分析，选择 a 型凹模洞口，取 h=7mm，周边为 0.5mm。;.6.1.2 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凹模有足够的强度，刚度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的如图 7 所示凹模的厚度为 :1+ kb (15)凹模壁厚度为c=(1.5 2)H ( 3040mm)式中 b 为冲裁件的最大外形尺寸； K 为系数 , 是考虑板料厚度影响的系数可以冲压工艺与模具设计表 282 中查得代入数据可得冲孔凹模落料凹模：H=0.45×38.26=1

29、7.217mm取 H=18mm凹模板的选择;.凸模固定板第 7 章 校核模具闭合高度及压力机有关参数7.1校核模具闭合高度模具闭合高度 H 应该满足Hmin H110 H Hmax H1 5公式（ 7-1 ）式中 Hmax压力机最大闭合高度；Hmin 压力机最小闭合高度；H 1垫板厚度。根据拟选压力机J2310，查开式压力机参数表得：Hmax225mm, Hmin 135mm,H45mm.将以上数据带入公式7-1 ，得 105 H 175经计算该模具闭合高度H=153mm，在 105mm 175mm内，且开式压力机J2310;.最大装模高度 215mm,大于模具闭合高度153mm ,可以使用。

30、7.2冲压设备的选定按上述要求可选用开式可倾压力机, 需要在工作台面上加设垫板。型号为JB23-10,主要技术参数为：公称压力： 100kN滑块行程： 45mm行程次数： 145 次 /min最大封闭高度： 180mm连杆调节长度： 35mm工作台板厚度： 35mm工作台尺寸： 480710mm电动机功率： 5.5KW模柄尺寸： 30 ×55第 8 章 模具的安装调试8.1模具的安装调试8.1.1确定装配方法和装配顺序采用直接装配法。先分组装配后总装配。分组装配的有凸模和模柄装配。选择凹模为基准件，先装配下模、再装配上模，最后装配卸料板等辅助零件。148.1.2 装配要点1 按装配图

31、标题栏准备模具零部件。2 装配模柄，将模柄压入到上模座的型孔中，然后用止转销钉用来定位，使其止转。3 装配凸模，凸模固定板组件将冲孔凸模安装在凸模固定板相应孔内，并打上防转销将落料凸模安装在凸模固定板相应孔内，并铆接;.端面磨平4 按装配、调整要领，将导料板，卸料板在凹模上安装合适后，固紧螺钉、钻、铰销孔，装入定位圆销。 155 将凹模组件与下模座安装合适后，固紧螺钉、钻、铰销孔，装入定位圆销。6 将上模座与凸模固定板，垫块安装合适后，固紧螺钉、钻、铰销孔，装入定位圆销7 装配后的冲裁凸模、凹模的工件端面应磨平，保证粗糙度Ra0.8。8 试切9 装配其他零件（导柱，导套）及标准件。10 试冲将装配好的模具安装在指定的压力机上，试冲合格后交付生产使用。试冲时重点检查各型孔