止动件冷冲压模具设计(1)

XX大学

毕业设计说明书题目：止动件级进模的设计

学院：

专业：

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

摘要

本文介绍了止动件的冷冲压模具设计，文章介绍了冷冲压模具设计的全过程。对冷冲压模具的设计进行了全面的介绍和分析，并在此基础上进行了模具的设计，设计包括分析工艺性、拟定零件的工艺方案及模具结构、排样裁板、计算工具压力选取压力机及确定压力中心、确定模具结构和绘制模具总装草图，冲裁刃口尺寸及公差的计算、冲模刃口尺寸及公差的计算、确定各主要的零件结构尺寸、设计并绘制总图和选取标准件、绘制出部分非标零件图等一系列的工作。关键词:冷冲压，止动件，模具设计

Abstract

This paper describes the stop moving pieces of cold stamping mould design, this paper introduces the whole process of cold stamping mould design. On cold stamping mould design a comprehensive introduction and analysis, and on this basis the die design, the design includes analysis of the technology of technological scheme, drew up parts die structure, arrangement and cutting board, computational tool pressure pressure center and confirming the selected press mould structure and rendering, identify sketch, punching mould assembly blade dimensions and tolerances of calculation, punching the blade dimensions and tolerances of computing, confirm the main parts structure size, design and drawing layout, and select the standard parts, and draw the part of non-standard parts graph, and a series of work

Keywords: cold stamping, stop moving parts, mold design

前言

冷冲模模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、技术基础和专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是：具体应用和巩固本课程及有关修课的理论知识、生产知识，了解冲压模模具设计的一般设计方法和步骤；培养设计能力，为以后进行设计工作打下基础；结合生产和使用等条件，独立地完成模具总体结构及其零部件的设计。熟练掌握徒手测绘的能力和AutoCAD绘图软件的应用能力，熟悉和运用参考文献、设计手册、了解有关国家（部颁）标准、规范等，加强对模具设计的认识，培养独立分析问题和解决问题的能力。

由于个人设计水平有限，本设计定存在许多错误和不妥之处，请各位指导老师批评和雅正，恳请老师不吝赐教，同学提出宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢！

目录

摘要 (2)

前言 (3)

目录 (4)

第一章：引言 (5)

1.1 模具行业的状 (5)

1.2 冲压工艺介绍 (5)

1.3 冲压工艺的种类 (5)

第二章止动件的设计 (6)

2.1 设计题目设计一止动件 (7)

2.2冲压工艺分析 (7)

2.3 方案及模具结构类型 (8)

2.4 排样计算 (9)

2.5压力计算 (9)

2.6 模具压力中心计算 (10)

2.7 零件刃口尺寸计算 (11)

2.8 冲孔刃口尺寸计算 (13)

2.9 其它模具零件结构尺寸 (13)

2.10 模具的零件设计与计算 (14)

2.11 冲床选用 (18)

2.12 模具装配及零件参考图 (19)

参考文件及附表 (29)

设计总结 (35)

第一章引言

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）。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。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%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

1.2 冲压工艺介绍

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60～70%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。

1.3 冲压工艺的种类

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量

要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。

在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。

模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。

模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。

冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。

在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。

第二章止动件的设计

2.1设计题目设计一止动件，零件图如下:

图1 所示冲裁件，材料为材料为Q235A,厚度为2mm，大批量生产。试制定工件冲压工艺规程、设计其模具、编制模具零件的加工工艺规程.

零件名称:止动件

生产批量:大批

材料: Q235A

t=2mm

图1

2.2 冲压件工艺分析：

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单等。

1、材料性能：

制件成型材料是Q235A，具有良好的塑性；

2、冲裁件的形状和尺寸：

制件形状简单，结构对称。对于所冲孔φ23mm,按表 1-2 查得， 一般冲孔模可冲压的最小孔径 d ≥1.5t 。该冲裁件厚度 t=2mm ，因而φ23mm 孔符合工艺要求。

一般情况，冲裁件的外形不能有尖角，应采用 R>0.5t 的圆角过渡。本冲裁件 t=2mm ，圆角为 R2，故该冲裁件符合要求。 3、冲裁件的尺寸精度：

该止动件图上所有未注公差尺寸，属自由尺寸，可按 IT14 级精 度等级确定工件的公差。孔边距尺寸34mm 的公差为 0.21mm,属 IT12 级精度等级。 查标准公差数值表(见附表一)可得各尺寸公差为： 止动件外形：150

00

.10-mm , 60

74

.00- mm, 90

87

.00- mm,

R8074.00- mm , R2

25

.00

-mm;

止动件内形：φ23

52.0+mm

孔离中心的距离：4525.0±mm. 4、尺寸标注

分析零件的尺寸标注情况，符合要求。

综上所述：该制件适合冲裁，可以利用普通冲裁得到。

2.3 方案及模具结构类型

1、工艺方案分析

该冲裁件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下 3 种工艺 方案： 方案①、先落料，再冲孔，采用单工序模生产。

该方案模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件 的加工，冲压式存在累积送料误差，生产效率低，难以满足大批量生 产的需要。 方案②、落料－冲孔复合冲压，采用复合模生产。

该方案只要一副模具，生产精度高，但需人工卸料取件，制件结构简单，模具制造难度不大。

方案③、冲孔－落料连续冲压，采用级进模生产。

该方案也只要一副模具， 生产效率高， 但送料精度影响制件精度， 需采用导正销定位或侧刃定距，模具结构较复杂。 2、模具结构类型的选定

综上所述，由于该冲裁件结构简单，为了提高生产效率，应因采用复合冲裁或级进冲裁方式。由于孔边距尺寸34 有公差要求，为了更好地保证此尺寸精度，最后确定选用复合模冲裁方式进行生产。

2.4 排样设计

合理的排样是提高材料利用率、降低成本、保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施。

1、材料利用率

排样时，在保证制件质量的前提下，主要考虑如何提高材料的利用率（冲裁件的实际面积A=7836.59 mm?）

一个歩距的材料利用率η为：

η=A/Bs×100%=(7836.59/154×82)×100%=62.06%

查板材标准《冷轧钢板的尺寸》（见附表二），选用750×3000mm 的钢板，采用横排，每张钢板可剪裁为

2、排样方式

该冲压件的月生产批量为3000 件,属于中等批量生产类型,因此不考虑多排或一模多件的方案。排样方式采用直排。这种排样属于有废料排样，模具沿工件全部外形进行冲裁，工件周边都留有搭边。这种排样能保证冲裁件的质量，冲裁模寿命也长，但材料利用率低。

3、搭边

经查表《模具设计师（冷冲模）》（附表三）,确定冲裁金属材料的搭边值：两工件间搭边距：a=1.5mm，实际取：a=2mm；

侧面搭边距：a1=1.8mm，实际取：a1=2mm；

条料宽度：B=（D+2a1）=（150+2X2）=154mm;

歩距：S=80+2=82mm。

确定后排样图如图 2 所示：

排样图（图2）

2.5 压力计算

2.5.1、冲裁力的计算

F 冲=F 落料力+ F 冲孔力

F 落料力=1.3Fo≈Ltσb=387.11X2X450≈348.4 kN

F 冲孔力=1.3Fo≈Ltσb=π23X2X450≈65.02 kN

F 总冲孔力=2 F 冲孔力=2X65.02=130.04 kN

F 冲=F 落料力+F 总冲孔力=348.4+130.4=478.44 kN

2.5.2、卸料力和推件力的计算

①卸料力：

Fx=nKx=F落料力=0.05x348.4≈17.4 kN

②推件力：

FT=nKt F 冲孔力=24X0.55X65.02≈28.6 kN

其中，n——同时卡在凸模洞口的件数，n=h/t,h 为凹模刃口直壁高度，这里为8mm：t 为料厚。N=h/y=8/2=4

2.6 模具压力中心的计算

F 总=F 冲+Fx+Ft=478.44+17.4+28.6=524.44 kN

压力中心绘出工件形状，把冲裁周边分成基本线段，并选定坐标系xOy,如图

3 所示。

（图3）

由于冲件X 方向对称，故压力中心x0=0mm

Y0=L1y1+L2y2+L3y3+….+L8y8/L1+L2+L3+…..L8=60x30+150x0+60x30+23.5x6 0+113x73.2+23.5x60+61.55x29+61.55x29/60+150+60+23.5+113+23.5+61.55+61.55≈33mm

其中：L1=60mm, y1=30mm

L2=150mm, y2=0mm

L3=60mm, y3= 30mm

L4=23.5mm y4=60mm

L5= 113mm y5=73.2mm

L6=23.5mm y6=60mm

L7=61.55mm y7=29mm

L8=61.55mm y8=29mm

计算时，忽略边缘R2 的圆角。

由以上计算可知，冲压件中心的坐标为（0，33）

2.7 作零件刃口尺寸计算

落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制;冲孔部分明中孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。

2.7.1 刃口尺寸计算：

对于孔φ23 的凸凹模的制造公差表（附表四）查得Ｓ凹=0.025mm, Ｓ凸=0.020mm

由于Ｓ凹＋Ｓ凸＞Zmax－Zmin，故采用凸模与凹模配合加工方法。

因数由附表二公差等级查得，X＝0.5

D

5.2

凸= (d+x )0

凸

S

-

=（23+0.5×0.4）0

02

.0

-

=23.20

09

.0

-

mm

R

25

.1

凸=1/2d

5.2

凸

=5.10

09

.0

-

mm

d

5.2

凸凹=(23+0.4×0.5+0.132)02.0

+

=10.3

09

.0

mm

R

25

.1

凸凹=1/2d

5.2

凸凹

=5.1502.0

+

mm

冲孔：d

1A =（23.2+0.132）02.0

+

=23.33202.0

+

mm

落料：D

A =（125-0.2）02.0

+

=29.8702.0

+

mm

2.7.2 落料凹模板尺寸:

凹模厚度: H=Kb(≥15mm) K 值由（附表五）查得：K=0.2，则H=O. 2 ×150=30 mm ，实取32mm.

凹棋边壁厚:W1=1.2Hd=1.2×32=38.4mm , 实取45mm

凹棋板边长: L=b+2W=150+2×45=240mm

取凹模板宽B=80=2×45=170mm

故确定凹棋板外形为:240×170×32mm。

2.7.3、凸凹模尺寸:

凸凹模长度:L=hl+h2+h

=16+10+24

=50 (mm)

其中: h1:凸凹模固定板滚度

h2:一弹性卸料板厚度

h 附加长度(包括凸模进入凹棋深度，弹性元件安装高度等)

凸凹模内外刃口间壁厚校核:根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小壁厚为24-9=15mm,据强度要求查表得，该壁厚为4.9 mm 即可，故该凸凹模侧壁强度足够.

2.7.4 冲孔凸模尺寸:

凸模长度:L 凸=h1+h2+h3=14+12+14 =40mm

其中: hl——凸模固定板厚

h2——空心垫板厚

h3——凹模板厚

凸模强度校核:该凸模不属于细长杆，强度足够.

2.8 冲孔刃口尺寸计算

对于R80 的凸凹模的制造公差表（附表四）查得

Ｓ凹=0.025mm, Ｓ凸=0.020mm

由于Ｓ凹＋Ｓ凸＞Z max－Z min，故采用凸模与凹模配合加工方法。

因数由x系数表（附表六）查得，X＝0.5 则D

5.2

凸= (d+x )0

凸

S

-

=（23+0.5

×0.4）0

02

.0

-=23.20

09

.0

-

mm

凹按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.04～0.06mm. 其工作部分结构尺寸如图

图4落料刃口尺寸图5 冲孔刃口

2.9 其它模具零件结构尺寸

根据倒装复合模形式特点: 凹模板尺寸并查标准JB/T-6743.1-94，确定其它模具模板尺寸列于表1：

列表1

2.10 模具的零件设计与计算

2.10.1 凸模的外形尺寸

计算冲裁时所受的应力，有平均应力 σ 和刃口的接触应力 σk 两种因为孔径 d=30mm ，材料厚度 t=0.5mm d ＞t,

凸模强度按[1]式σk ＝

d

t 5

.012-?τ≤[σ]

式中： T —冲件材料的厚度（mm ）

t=0.5mm ； d —凸模或冲孔直径（mm ） d=30mm ； 16 τ —冲件材料抗剪强度（Mpa ） τ ＝310Mpa ； ，

σk —凸模刃口的接触应力(Mpa)；

[σk]－凸模刃口的许用接触应力（Mpa ）。

σk =

30

5

.0

5.01310

2?

-?≈625Mpa ≤1800Mpa 凸模在中心轴向心压力的作用下，保持稳定（不产生弯曲）的 最大长度与导向方式有关。

卸料板导向凸模 最大允许长度 Lmax 按下式计算：

L max =τ

πt Ed 3

81

式中： Lmax —凸模最大允许长度（mm ） ；

E —凸模材料弹性模量，对于钢材可取 E ＝21000Mpa ； 其余符号见前式：

L max ＝310

5.2210003014.3813

??=2373.9mm

图6

2.10.2 凹模尺寸结构

凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定 凹模的厚度确定见[1]式： H ＝Kb

凹模壁厚（指凹模刃口与外缘的距离）的确定式[1] (1) 冲￠30 小凹模 C ＝(1.5～2)H (2) 冲￠147 大凹模 C ＝(2～3)H

式中： b —凹模孔的最大宽度（mm ） ；

K —因数,按[1]表得：K ￠30=0.3，K ￠147=0.15 ； H —凹模厚度； C —凹模壁厚； 则

(1)￠30 凹模厚度：H＝0.3×30=9mm

壁厚：C=1.5×9=13.5mm

(2)￠14 凹模厚度：H＝0.15×147=9mm

壁厚：C=2×22.05=44.1mm

(3)凸凹模最小壁厚：m=1.5t=1.5×0.5 =0.75mm

凹模的结构形式

[1] 冲裁凹模的刃壁形式：

(1) ￠30凹模见图7，定结构形式见图8参考[1]表得：h=3～5mm a=5′～30′3-11

图7￠30凹模刃壁形式

图8￠147 凹模刃壁形式

（2）冲裁￠147 凹模见图9

图9凹模的固定结构形式

2.10.3 卸料设计与计算

卸料板结构形式采用[1]B110 图：无导向弹压卸料板,广泛应用于薄材料和零件要求平整的落料冲孔复合模，卸料效果好，操作简单。

图10卸料板

2.10.4 卸料螺钉

卸料螺钉结构形式采用标准卸料螺钉结构，凸模刃磨后须在卸

料螺钉头下加垫圈调节。

2.10.5 卸料螺钉尺寸关系

为保持装配后卸料板的平行度，同一付模具中各卸料螺钉的长度L及孔深Ｈ见如下图11，各尺寸关系如下

H=(卸料板行程)+(模具刃磨量)+h1+(5～10mm) 模具刃磨量＝5mm，h1=6 则H＝21+5+6+8＝40mm d1＝d+(0.3～0.5)mm ＝16＋0.4 ＝16.4mm e

＝0.5～1.0mm 取e＝1.0mm

图11卸料螺钉尺寸关系

1－卸料螺钉2－凸模

2.11 冲床选用

2.11.1 冲压设备的选择依据：

1、所选压力机的公称压力必须大于总冲压力，即F 压＞F 总

2、压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁，弯曲等模具，其行程不于过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成行零件的取出。

3、所选压力机最大高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。

4、压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受里条件也是不利的。

2.11.2 压力机的选择：

根据总冲压力F总=352KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等, 并结合现有设备,用J23-63开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下：

公称压力：630KN

滑块行程：130mm

行程次数：50 次∕分

根据总冲压力F总=352KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,选用J23-63 开式双分最大闭合高度：360mm

连杆调节长度：80mm

工作台尺寸（前后×左右：480mm × 710mm ：

2.12 模具装配及零件参考图：