冲压工艺及模具设计说明书

1、课程设计说明书 冲压工艺及模具设计目录：第1章 冲压工艺性分析3第2章 确定模具的工艺方案4第3章 确定各工序模具结构形式4第4章 工艺计算5第5章 冲裁模工作部分结构参数的确定13第6章 拉深模工作部分结构参数的确定14第7章 模具主要零部件设计16第8章 绘制总装模具图、模具图21第9章 冲模的安装和安全技术21第10章 设计心得22参考文献2329第1章 冲压工艺性分析1.零件图（三角定位片）必须包含的冲压工序：拉深2. 工艺分析 冲压件的工艺性要求是指冲压件对冲压工艺的适应性。对冲压件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、行位公差及技术要求等。冲压件合理的工艺性能满足材料较省、工

2、序较少、模具加工较易、寿命较长、操作方便及产品质量稳定等要求。此工件只有落料、冲孔、拉深三个工序。材料为08钢，为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能。 结构对称、简单。有一个三角异形孔，工件的尺寸全部为自由公差，可为IT14级，尺寸精度底，普通冲裁就能满足要求。（尺寸有表可查得，尺寸精度为IT14）。第2章 确定模具的工艺方案该工件包括落料、冲孔 、拉深三个个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先冲孔，后落料再拉深，采用单工序模；方案二：冲孔、落料、拉深级进冲压，采用级进模；方案三：采用拉深-冲孔-落料复合模。各方案优缺点的比较如下

3、方案一：模具结构简单，制造比较方便，不过由于工序较多，需要多副模具，成本相对来说较高，生产效率比较低。而且由于几道工序顺次进行，误差必定会增大，工件质量必定打折。方案二：级进模是一种多工位的，高效率的加工方法。一般适用于大批量的小型冲压件。由于工序较多，构造会较为复杂，但是加工过程简单易操作，由于同一条生产线连续加工，所以会产生一定的累积误差，但是能满足设计要求。方案三：拉深、冲孔，落料采用复合模一次性加工，只要一套模具，这样工序不会太复杂，但是拉深过程中会出现材料的位移，会使冲孔和落料的尺寸产生较大误差。故不采用此方案。方案确定：，考虑到尺寸精度的要求不高，综上所述，采用，冲孔、落料拉深单工

4、序加工。（冲孔落料复合模）第3章 确定各工序模具结构形式单工序模（又称简单模）时至压力机在一次行程中完成一道工序的模具。单工序模的结构简单，重量较轻，尺寸较小，模具制造简单，成本低廉。第一步使用冲孔落料复合模，最后使用拉深模。由于年产量10万件但精度要求不高，可以采用导板式冲裁模。拉深模采用无压边装置的简单拉深模。第4章 工艺计算t=2mm，下面均按中线计算1. 确定修边余量h 有课本表6-2查的：=0.1324 ， 取h=1.0mm2. 计算毛坯直径D 由公式D= = =84.31mm3. 确定拉深次数 先判断能否一次拉出。零件所要求的拉深系数（即总拉深系数）=0.8065毛坯的相对厚度t/

5、D=0.0237由课本表6-6，取=0.63可见，=0.8065=0.63判断，一次就可以拉出工件的最后形状。4. 确定拉伸系数 由3可知，拉深次数为1.5. 确定拉深成品的尺寸（1） 直径:因为拉深次数为1次，所以可直接取拉深系数=0.8065。已知D=84.31mm所以=xD=68mm。（2） 成品的高度计算因为拉深次数为1次，所以高度即为最总工件的实际高度.=10mm6. 画出工序图7. 拉深力与压边力的计算根据毛坯的相对厚度t/D=0.0237，查课本表6-12可知，不需要用压边圈.由表2-3可查得，08钢的b=324441MP,可取b=440MP所以： F=1.25（D-）t b=1

6、.25x3.14x（84.31-68）x2x440 =56.334KNt料厚；d1第一次拉伸成品直径；b抗拉强度因为不需要压边圈，所以，压边力忽略。8. 拉深时压力机的吨位选择采用单动压力机拉伸时，压边力与拉深力是同时产生的，所以计算总拉深力=F+=F=56.334KN 在选择压力机的吨位时应该注意：当拉深行程较大，特别是采用落料复合模时，不能简单的将落料力与拉深力迭加去选择压力机吨位。因为压力机的公称压力是指滑块在接近下止点时的压力，所以要注意压力机的吨位的压力曲线。如果不注意压力曲线，很可能由于过早地出现最大冲压力而使压力机超载损坏。 所以，选取压力机的吨位时，可取吨位为100KN的压力机

7、。9. 拉深功与功率计算由于拉深工作行程较长，消耗功较多，因此对拉深工作还需要验证压力机的电动机功率。拉深功W=hX=ChX=800J式中 ：最大拉深力（N）； ：平均拉深力（N）； h：拉深深度（mm）；C：一般取0.60.8拉深功率p（kw）按下式计算： P=2kw压力机的电动机所需要的功率（kw） =3.16kw式中k:不平衡常数，k=1.21.4； ：压力机效率 电动机效率 n：压力机每分钟的行程次数。综上而言，查表1-3，可选压力机的型号为JC23-40其相关参数为标称压力400kN，滑块行程90mm，行程次数65/次min，最大装模高度210mm，连杆调节长度60mm，模柄孔尺寸5

8、0x70，电动机功率4kw/h.10. 排样分析1） 排样方法的确定 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。 根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法不可能做到，但是能采用有废料和少废

9、料的排样方法。经过多次计算分析，画出排样图如下：条料排样图2）确定搭边值 搭边的作用是补偿定位误差，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。或影响送料工作。查表，取适当搭边值：工件间，侧面。考虑到工件冲裁是须在两边设置压边值，所以取，3）确定条料步距：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，是决定挡料销位置的依据。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

10、大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。步距：87.31mm；宽度：90.31mm4）条料的利用率=70.77%模具的闭合高度模具的闭合高度（）是指模具在最低工作位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压力机的装模高度是指滑块在下止点时，滑块底平面与压力机工作台上的垫板上平面之间的高度。 模具的闭合高度应介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，否则就不能保证正常的安装与工作。其关系为： -5mm根据压力机的参数可得150mm11.计算冲压力1) 冲裁力的计算用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算：F=KLt ( 公式

11、3-15)式中F冲裁力； L冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗剪强度； K系数，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。查表2-3取=350Mpa所以3.14*84.31+17*3+1/3*3.14*2*5*3=347.13mmF=KLt=1.3*347.13*2*350=315888.3（N）=315.89（KN）2)卸料力、推料力的计算卸料力FX F卸=K卸F （公式3-18）推料力FT F推 =nK推F （公式3-19）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

12、(mm)F卸=K卸F=0.045*315.89=14.22KN （K卸、K推为卸料力、推件力系数，其值查表可得）F推=nK推F =0.05315.89 =15.79KN所以总冲压力F总=F+F卸+F推=315.89+14.22+15.79=345.90KN12.计算模具的压力中心模具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。 由零件的对称行易知Xo=0，Yo=0，所以，压力中心为（0

13、，0）13.冲裁时压力机的吨位选择根据冲压力计算结果拟选压力机规格为J2140。压力机的参数为标称压力400KN，滑块行程80mm，行程次数80，最大装模高度330mm，连杆调节高度70mm，模柄孔尺寸50x70，电动机功率5.5kw/h.14. 模具的闭合高度模具的闭合高度（）是指模具在最低工作位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压力机的装模高度是指滑块在下止点时，滑块底平面与压力机工作台上的垫板上平面之间的高度。 模具的闭合高度应介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，否则就不能保证正常的安装与工作。其关系为： -5mm根据压力机

14、的参数可得270mm第5章 冲裁模工作部分结构参数的确定1.间隙值的确定由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制

15、造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。按表3-3所查得，=0.246mm，=0.360mm.2.落料凹、凸模刃口尺寸计算1） 凹模刃口尺寸计算由表3-3得：Z=0.246mm，Z=0.360mm，由表3-5查得X=0.5。校核：TA=0.060mmZmaxZmin，满足TAZmaxZm

16、in的条件。D=（84.31-0.5X0.87）= 83.875D= 3.冲孔凸模、凹模尺寸计算dT=(dminx) 0-T （式3-6） dA=( dTZmin)A0 查表3-6得：A=-0.025mm T=+0.035mm 因为工件公差为IT14，故取x=0.5查表3-3有Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm校核：TA=0.060mmZmaxZmin，满足TAZmaxZmin的条件。 直线边：d =（17-0.87+0.5*0.87）=15.69 d=（17+0.246）=17.246圆弧： d=（5-0.3+0.5*0.5）=4.95 d=（4.95+0.246）=4.19

17、6第6章 拉深模工作部分结构参数的确定一、拉深凹模和凸模的圆角半径1. 凹模圆角半径一般来说，可以降低极限拉深系数，而且还可以提高拉深件的质量。但太大会削弱压边圈的作用，可能引起起皱现象，因此的大小要适当。筒形件首次拉深时的凹模圆角半径可由下式确定： =式中考虑板厚与拉深系数的系数，见课本表由课本表查得所以=.凸模圆角半径对拉深工件的影响不像那么显著。但是过小的会降低筒壁传力区危险断面的有效抗拉强度。凸模圆角半径最后一次应取与零件底部圆角半径相等的数值。这里，因为只需要一次拉深，所以。在实际设计工作中，拉深凸凹模的圆角半径先选取比计算值略小一些的数值，这样便于在试模调整时再逐渐加大，直到拉出合

18、格的零件时为止。二、拉深模的间隙Z 拉深模的间隙是指单边间隙，即Z=.间隙过小增加摩擦阻力，使拉深件容易断裂，且易擦伤零件表面，降低模具寿命；间隙过大，则拉深时对毛坯的校直作用小，影响零件尺寸精度。因此确定间隙的原则是既要考虑板厚度的公差，又要考虑筒形件口部的增厚现象，根据拉深时是否采用压边圈和零件的尺寸精度要求合理确定。筒形件拉深时，间隙Z可按下列方法确定：不用压边圈时，考虑起皱的可能性，其间隙取：Z=（1-1.1）式中 Z单边间隙值 材料厚度的上限值因为尺寸精度等级为IT14，可取标准公差数值为0.25mm。所以Z=2.25mm。三、拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差对于最后一道工序

19、的拉深模，其凸模和凹模尺寸及其公差应该按工件的要求确定。由零件图可知，工件要求外形尺寸，所以要以凹模尺寸为基准进行计算。凹模尺寸：=凸模尺寸：=查课本表6-16 可得=0.08mm，=0.05mm。所以=mm =mm第7章 模具主要零部件设计总体设计：（1）模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用单工序冲压，所以模具类型为单工序模模。（2）定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置可由活动挡料销定距。 （3）卸料，出件方式的选择 因为工件料厚2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性

20、卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。 （4）导向方式选择 为了提高模具寿命和工件治疗，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。1. 凸模长度与凹模深度的设计a.拉深凸模 结合工件外形并考虑加工，将拉深凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。总长L可按公式计算： H=+h=45+10+2+45=102mm式中：为凸模固定板的厚度 为垫板的厚度 h为附加长度 t为材料的厚度b.拉深凹模凹模洞口的形式是指凹模型孔的轴剖面形状。凹模的深度根据工件的高度来确定，因为工件的高度h为10mm，凹模的深度至少大于工件

21、的高度h，可选凹模的深度为45mm。凸模、凹模装配的简图1. 定位装置的设计1）定位件定位板厚度或定位销头部高度h查表得h=0.5mm，2）导料板主要是指导料板和测压板，它对条料或带料送料时起导正作用。我们采用螺钉紧固导料块起导料作用。3）挡料件给予条料或带料送料时以确定进距。只要有固定挡料板，活动挡料板，自动挡料销，始用挡料销和定距侧刀等。这里我们采用定距侧刃作为挡料件，以切去少量条料旁侧少量材料而达到挡料目的。定距侧刃一般做成矩形，制造简单，但当侧刃尖角磨钝后，条料边缘会出现少量毛刺，影响送料。2. 垫板垫板的作用是直接承受和分散凸模传来的压力，以降低模板单位面积上的压力。在凸模固定板与上

22、模之间加一块淬硬的垫板，可避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击压力而出现凹陷，致使凸模松动，垫板的形状与尺寸应与固定板相同，其厚度一般取610。3. 固定板的选择凸模通常用固定板固定在模板上。凸模固定板有圆形和矩形两种，其平面尺寸除保证能安装凸模外，还要考虑到螺钉和销钉孔的设置。其外形与尺寸通常与凹模板相同，厚度一般取等于凹模厚度的0.81倍。固定板与凸模采用过渡配合（H7/m6），压入后将凸模尾端与固定板一起磨平。4. 紧固件的选择 冲模上的紧固件包括连接螺钉和定位销钉。受力较大的连接螺钉一般采用内六角螺钉，其特点是用45号钢制造，并淬火3540HRC，因此可承受较大的拉应力，而且这种螺

23、钉紧固牢靠，且螺钉头埋在凹模内，使结构紧凑，外形美观。螺钉的位置尽可能对称，以使零件受力均匀。销钉起定位作用，防止零件之间发生错移，其本身受剪应力。销钉一般用两个，多采用圆柱销钉，与零件上的销孔采用过渡配合，若零件受到的错移力大的时候则选用较大的销钉。当零件采用窝座定位的时候，则不用销钉。5.模架 模架选用中间导柱模架，这种模架的导柱分布在模座的中间，两个导柱的直径相同。该模架滑动平稳、导向准确牢靠，可保证均匀的冲裁间隙，提高模具的刃磨寿命，并使模具的调试简单化。此类模架只适用于纵向送料，其优点是工作面开敞，适于大件边缘冲裁和冲孔。模架的选用参照标准模架选购。6.导向零件 该工件生产批量大、公

24、差要求较高，为保证模具有较高的精度和寿命，故采用导向零件对上、下模进行导向，以保证上模相对与下模的正确运动。常用的导向零件有导柱、导套和导板，这里选用导柱和导套，其配合精度为，材料选用20号钢，淬火硬度为。导柱下部长度与下模板导柱孔采用过盈配合，上部长度与导套孔径间隙配合。导套孔径有油槽，用以存油润滑，外径与上模板采用过盈配合，配合使导套孔径会收缩，所以导套过盈配合部分的孔径应比导套和导柱间隙配合部分导套孔径增大。选择导柱长度时，应考虑模具闭合时导柱上端面和上模板平面的距离不小于，导套的上端面与上模板上平面的距离应大于，用以排气和出油。本模具采用的导柱与导套的结构形式初定为滑动导向式，如下图所

25、示。并且左右两边的导柱导套尺寸不同，用以避免上模与下模错装而发生啃模事故。 7.模座 模座的尺寸规格根据模架类型、凹模周界尺寸和安装要求确定。对于矩形模座，其长度应比凹模长度大，宽度等于或略大于凹模宽度，深度取凹模板厚度的倍。考虑受力情况，上模座厚度可比下模座小。 8.模柄的选择中小型模具一般都用模柄将上模与压力机滑块相连接，模柄工作段的直径应与所选的压力机滑块孔的直径相一致。且两者的下平面垂直度要好。如果垂直度不好，则就不可能得到凸模和凹模正确的相关运动，因而会使模具破损或产生其他的事故。设计模具时，选择模柄的类型要考虑到模具结构的特点和使用要求，本模具选用的是压入式模柄，固定段与上模座孔采

26、用H7/m6过渡配合。9.紧固件的选择 冲模上的紧固件包括连接螺钉和定位销钉。受力较大的连接螺钉一般采用内六角螺钉，其特点是用45号钢制造，并淬火3540HRC，因此可承受较大的拉应力，而且这种螺钉紧固牢靠，且螺钉头埋在凹模内，使结构紧凑，外形美观。螺钉的位置尽可能对称，以使零件受力均匀。销钉起定位作用，防止零件之间发生错移，其本身受剪应力。销钉一般用两个，多采用圆柱销钉，与零件上的销孔采用过渡配合，若零件受到的错移力大的时候则选用较大的销钉。当零件采用窝座定位的时候，则不用销钉。综上分析，确定本模具的主要零部件的尺寸规格为： 上模座 L/mmB/mmH/mm = 20018045 下模座 L

27、/mmB/mmH/mm = 20018055 下模垫板 L/mmB/mmH/mm = 2001808 凸模固定板 L/mmB/mmH/mm = 20018020 凹模 L/mm/mmH/mm = 15015045 凸模 L/mm/mmH/mm = 65.5565.55102 模具闭合高度： H=45+55+8+20+45=173mm 符合150mm的要求第8章 绘制模具总装图、模具图按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准件。绘制模具装配图，见附图。根据已确定的零件结构及参数，按照制图标准绘制非标准件零件图，见附图。第9章 冲模的安装和安全技术冲模的使用寿命、工作安全和冲件质量等与冲模

28、的正确安装有着极密切的关系。冲模在压力机上的安装程序是首先上模固定在压力机滑块上，根据上模位置固定下模。冲模安全技术包括人身安全技术和装备安全技术两个方面。前者主要是保障操作者的人身、特别是双手的安全，也包括降低冲压噪声，后者主要是防止装备事故，保证模具或压力机不受意外损伤。压力机所采用的安全措施主要有以下几种：a) 装设固定防护罩，不使操作者接近危险区。在踏脚板上装防护罩，以免重物坠落冲击踏脚板而意外开机，从而造成滑快下降而引起工伤事故。b) 使操作者因进行操作等必要动作而离开危险区。如采用双手操作装置，装设互锁操作系统等各种安全装置。对于双手操作装置，只能是双手同时按下按钮时，才能使离合器工作。这样，当模具进行动作时，双手必然离开危险区。c) 采用机械和电器的方法使压力遇到危及人身安全时实