冲压模具课程设计范例

冲压模具课程设计范例设计题目：支架零件落料-冲孔复合模设计姓名：XXX学号：XXX专业：机械设计制造及其自动化指导教师：XXX完成日期：XXXX年XX月XX日一、课程设计背景与目的1.1设计背景冲压模具是制造业中实现板材塑性成形的关键工艺装备，广泛应用于汽车、电子、家电、航空航天等领域。随着制造业向高精度、高效率、智能化方向发展，冲压模具的设计水平直接影响产品质量与生产效率。本次设计针对支架零件的批量生产需求，设计落料-冲孔复合模，实现零件的一次成形，提升生产效率并保证尺寸精度一致性。1.2设计目的巩固冲压工艺与模具设计的基本理论知识，掌握复合模设计的核心流程与方法。提升冲压件工艺性分析、模具结构设计、关键零部件参数计算的实践能力。培养运用CAD软件进行模具装配图、零件图绘制的技能，符合工程图纸规范要求。建立工程问题意识，能够综合考虑生产批量、成本控制、加工工艺等因素优化设计方案。二、设计任务书解读与冲压件分析2.1设计任务书核心要求1.冲压件名称：支架零件；材料：Q235钢；材料厚度：t=2mm。2.生产批量：中批量生产（年产5万件）。3.尺寸精度要求：零件关键尺寸公差等级为IT12，未注公差按IT14执行。4.质量要求：零件表面无裂纹、起皱、毛刺等缺陷，毛刺高度不大于0.1mm。2.2冲压件工艺性分析1.结构分析：支架零件为不规则平板类零件，外形尺寸为80mm×50mm，内部包含2个φ8mm的通孔，孔中心距为30mm，孔边缘与零件外形最小距离为12mm，大于材料厚度的2倍（4mm），避免冲压时出现孔壁撕裂缺陷，结构工艺性良好。2.材料性能分析：Q235钢为低碳钢，抗拉强度σ=375~500MPa，屈服强度σ=235MPa，延伸率δ≥26%，具有良好的冲压成形性能，适合进行落料、冲孔等分离工序。3.尺寸精度分析：零件尺寸公差等级IT12~IT14，符合冲压加工的精度范围，无需后续机械加工即可满足使用要求。三、冲压工艺方案制定3.1工艺方案对比针对支架零件的成形需求，提出两种工艺方案进行对比：方案一：单工序模成形。先采用落料模冲出零件外形，再用冲孔模加工两个通孔，需两套模具、两次冲压工序。优点：模具结构简单、设计难度低；缺点：生产效率低，两次定位易产生尺寸偏差，适合小批量生产。方案二：复合模成形。采用落料-冲孔复合模，在同一副模具、一次冲压行程中完成落料与冲孔工序。优点：生产效率高，定位精度高，零件尺寸一致性好；缺点：模具结构较复杂、设计与制造难度稍大，适合中批量及以上生产。3.2最优方案确定结合设计任务书的中批量生产要求，综合考虑生产效率、零件精度与成本因素，确定采用方案二：落料-冲孔复合模成形，模具类型选用倒装式复合模（凸模在上、凹模在下），便于废料排出与零件收集。四、冲压工艺参数计算4.1冲裁力计算冲裁力是选择压力机型号的核心依据，采用公式：F=K·L·t·τ其中：K为安全系数（取1.3）；L为冲裁轮廓总长；t为材料厚度（2mm）；τ为材料抗剪强度（Q235钢取340MPa）。落料轮廓长度L：经计算为256mm（根据零件外形尺寸拟合计算）。冲孔轮廓长度L：2个φ8mm通孔，总长度L=2×π×4=25.12mm。总冲裁力F=1.3×(256+25.12)×2×340≈101.2kN。4.2卸料力与顶料力计算1.卸料力F=K·F，其中K为卸料系数（取0.05），则F=0.05×101.2≈5.06kN。2.顶料力F=K·F，其中K为顶料系数（取0.08），则F=0.08×101.2≈8.10kN。3.压力机所需总吨位F≥F+F+F=101.2+5.06+8.10≈114.36kN，选用J23-16型开式双柱可倾压力机（公称压力160kN），满足使用要求。4.3模具间隙确定模具间隙是影响冲裁质量、模具寿命的关键参数。对于Q235钢（t=2mm），采用合理间隙值Z=10%~15%t。本次设计取Z=12%t=0.24mm，即凸模与凹模的单边间隙为0.24mm，双边间隙为0.48mm。五、模具结构设计5.1模具总体结构设计本次设计采用倒装式落料-冲孔复合模，总体结构由上模部分、下模部分、导向装置、卸料装置、顶料装置组成：上模部分：包括上模座、模柄、凸模固定板、落料凸模、冲孔凸模、垫板等。下模部分：包括下模座、凹模、卸料板、顶料杆、弹簧等。导向装置：采用导柱-导套导向，保证上、下模运动精度，避免模具啃模。卸料装置：采用刚性卸料板，通过螺栓与下模座连接，完成废料的卸料动作。顶料装置：采用弹性顶料机构，由顶料杆、弹簧、顶料板组成，将成形后的零件从凹模内顶出。5.2关键零部件设计5.2.1凸模设计落料凸模：根据零件外形尺寸设计，工作部分尺寸按“凸模尺寸=零件最大极限尺寸-0.75Δ”计算（Δ为零件尺寸公差），刃口高度取25mm，材料选用Cr12MoV，热处理硬度HRC58~62。冲孔凸模：φ8mm通孔对应的凸模尺寸按“凸模尺寸=孔最小极限尺寸+0.5Δ”计算，为保证强度，凸模采用台阶式结构，固定部分直径加大至16mm，材料选用Cr12MoV，热处理硬度HRC58~62。5.2.2凹模设计凹模为整体式结构，同时开设落料型腔与冲孔孔腔，工作部分尺寸按“凹模尺寸=凸模尺寸+2Z”计算（Z为单边间隙）。凹模刃口采用直壁式结构，刃口高度取20mm，材料选用Cr12MoV，热处理硬度HRC58~62，凹模与下模座采用螺栓与销钉固定。5.2.3导向与定位装置设计导向装置：选用φ25mm的导柱与导套，导柱长度取120mm，导套长度取80mm，材料选用20Cr，导柱经渗碳淬火处理，硬度HRC58~62，保证导向精度与耐磨性。定位装置：采用挡料销与导料板组合定位，导料板间距按材料宽度+0.5mm设计，挡料销位置根据零件孔位与外形尺寸确定，保证坯料定位准确。5.2.4卸料与顶料装置设计卸料装置：卸料板厚度取12mm，材料选用45钢，与凹模的配合间隙取0.1~0.15mm，保证卸料顺畅且不划伤零件表面。顶料装置：顶料板尺寸与零件外形匹配，厚度取8mm；选用4个φ16mm的圆柱弹簧，弹簧总压缩量为15mm，保证顶料力均匀稳定。六、模具零部件材料与热处理根据模具各零部件的工作条件与性能要求，确定材料选型与热处理工艺如下表：零部件名称材料牌号热处理工艺性能要求落料凸模、冲孔凸模Cr12MoV淬火+低温回火HRC58~62，高硬度、高耐磨性凹模Cr12MoV淬火+低温回火HRC58~62，高硬度、高耐磨性导柱、导套20Cr渗碳淬火+低温回火HRC58~62，表面耐磨、心部韧性好上模座、下模座HT200时效处理HB180~220，足够的强度与刚度卸料板、顶料板45钢调质处理HRC28~32，良好的强度与韧性七、模具装配与调试要点7.1模具装配流程下模装配：先将凹模固定于下模座，再安装导柱、导料板、挡料销、卸料板及顶料装置，调整各部件位置精度。上模装配：将凸模固定于凸模固定板，安装垫板、上模座，再装配导套与模柄，保证导套与导柱配合顺畅。总装配：将上模部分与下模部分通过导柱-导套配合组装，调整模具间隙均匀，紧固所有连接件。7.2模具调试要点间隙调试：通过在凸模与凹模之间插入厚薄规，检查间隙是否均匀，若存在偏差，通过调整凸模固定板位置修正。试冲验证：安装模具于压力机，采用废料或试冲料进行试冲，检查零件尺寸精度、毛刺高度及成形质量。问题整改：若出现零件尺寸超差，调整凸模/凹模尺寸；若出现毛刺过大，修磨刃口或调整模具间隙；若出现卸料不畅，检查卸料板与凹模配合间隙。八、CAD绘图要求装配图：采用A0图纸，按1:1比例绘制，需清晰表达模具各零部件的装配关系、总体结构尺寸，标注关键配合尺寸、模具闭合高度（本次设计闭合高度为240mm）。零件图：选取凸模、凹模、上模座、下模座4个关键零件，采用A3图纸绘制，标注完整的尺寸、公差、形位公差及技术要求，符合GB/T18229-2000《机械制图计算机绘图规则》。绘图软件：推荐使用AutoCAD或SolidWorks软件，确保图纸线条清晰、标注规范、图层分明。九、课程设计总结与展望9.1设计总结本次课程设计完成了支架零件落料-冲孔复合模的完整设计，主要成果包括：完成冲压件工艺性分析，确定落料-冲孔复合模的最优工艺方案。准确计算冲裁力、模具间隙等关键工艺参数，合理选用J23-16型压力机。完成模具总体结构设计与关键零部件设计，确定材料选型与热处理工艺。制定模具装配与调试流程，明确CAD绘图规范要求。通过本次设计，深入理解了复合模设计的核心逻辑，提升了工艺分析与结构设计能力，但在模具结构优化、参数精准计算等方面仍需进一步加强。9.2设计展望未来可从以下方面对本次设计进行优化提升：引入CAE仿真技术：采用Dynaform等软件对冲压过程进行数值模拟，预测成形缺陷，优化模具间隙与工艺参数。提升自动化水平：增加自动送料装置与零件收集装置，实现冲压过程的自动化生产，进一步提升生产效率。模具轻量化设计：采用拓扑优化方法