冲压模具设计及其工艺分析
第一章零件设计任务 (1)
第二章冲裁件的工艺分析 (2)
2.1工件材料 (2)
2.2工件结构形状 (2)
2.3工件尺寸精度 (2)
第三章冲裁工艺方案 (3)
第四章模具结构形式的选择 (5)
4.1模具的类型的选择 (5)
4.2卸料装置 (5)
4.2.1．条料的卸除 (5)
4.2.2卸料方式 (5)
4.3定位装置 (5)
4.3.1．送料形式 (5)
4.3.2．定位零件： (5)
4.4.模架类型及精度 (6)
4.4.1．模架 (6)
4.4.2.精度 (6)
第五章冲压工艺计算： (7)
5.1．排样 (7)
5.1.1．排样方案分析 (7)
5.1．2．计算条料宽度 (7)
5.1.3．确定布距： (8)
5.1.4．计算材料利用率 (8)
5．2．冲压力计算 (9)
5.2.1．冲裁力计算 (9)
5.2.2．卸料力、顶件力的计算 (10)
5.3．压力中心的计算 (11)
5.4．模具工作部分尺寸及公差 (12)
5.4.1．落料尺寸大小为 (12)
5.4.2．冲孔尺寸大小为 (13)
第六章主要零部件设计 (14)
6.1．凹模的设计 (14)
6.1.1.落料凹模 (14)
6.1.2．冲孔凹模的设计 (16)
6.2．凸模的设计 (17)
6.2.1.冲孔圆形凸模： (17)
6.2.2．腰孔的设计 (18)
6.2.3.落料凸模 (18)
6.2.4．凸模的校核： (19)
6.3．卸料板的设计 (20)
6.4．固定板的设计 (21)
6.4.1. 凹模固定板: (21)
6.4.2.凸模固定板: (22)
6.5．模架以及其他零部件的选用 (23)
第7章校核模具闭合高度及压力机有关参数 (24)
7.1 校核模具闭合高度 (24)
7.2 冲压设备的选定 (24)
第8章设计并绘制模具总装图及选取标准件 (25)
第9章结论 (26)
参考文献 (27)
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—落料级进冲压；
3.方案三：复合模生产。冲孔—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
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。
4.2.2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 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a 1=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—△
011max 0
)22(???+?+=b a D B 公式（5-1）
式中：
Dmax —条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a 1---冲裁件之间的搭边值；
b 1---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△=0.6mm 。
B 0△=75＋2×1.5＋2×2.0 =82.00-0.60mm
故条料宽度为82.0mm 。
5.1.3．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S
1max a D S += 公式（5-2） D max 零件横向最大尺寸，a 1搭边
S ＝75＋1.5＝76.5mm
排样图如图2所示。
5.1.4．计算材料利用率
一个步距内的材料利用率
η＝Ａ/BS ×100% 公式（5-3） 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=π×37.52-π×13.52-3×π×3.752-3(π×302×34/360-π×26.252×
34/360)
= 3807.73539mm 2
所以一个步距内的材料利用率
Η=Ａ／BS ×100%
= 3807.73539／（76.5×82）×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η
总
为
η
总
= nA 1／LB ×100% 公式（5-4）
式中 n —一张板料上冲裁件的总数目；A 1—一个冲裁件的实际面积； L —板料长度；B —板料宽度。
查板材标准，宜选用850mm ×1700mm 的钢板，每张钢板可剪裁为11张条料（82mm ×1700mm ）,每张条料可以冲25个工件，所以每张钢板的材料利用率
η
总
= nA 1/LB ×100%
=25×3807.73539/82×1700×100% =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
用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：
b KLt F τ= 公式（5-5）
式中：F —冲裁力；
L —冲裁周边长度； t —材料厚度；
τb —材料抗剪强度；10钢τ
b
的值查《《冲压成型工艺与模具设计》》附
录表2为255-333Ｍpa,取τb =300Mpa
Ｋ—系数；一般取Ｋ=1.3。
1、冲孔力计算
冲孔周长：
L=π×27+3π×3.75×2+3π（26.25+33.75）×34/360+2×76.5+2×12 =764.98mm 所以冲孔力
F=KLt τb =1.3×764.98×2×300
=596.69kN
2．落料力的计算
落料周长75?=?=ππd L
落料冲裁力F2= KLt τb =1.3×π×75×2×300=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
kN
F K F X x 35.778.18304.0 (2)
=?=?= 公式（5-6）
顶件力
kN
kN F F K F d D 83.46.....)78.18369.596(06.0.....)
(2=+?=+= 公式（5-7）
（d X K K 为卸料力系数，其值查表5-1可得）
所以总冲压力
kN
F F F F F D
X Z 65.834.....83.4635.778.18369.596.....2=+++=+++= 公式（5-8）
表5-1 卸料力、推件力和顶件力系数
由
Z
F P >-0%)60%50(,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Z
F P ?=8.10,则公称压力kN
F P Z 37.15028.10=?=. 初选压力机
的公称压力为1600Kn,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 0=（L 1x 1＋L 2x 2＋…L n x n ）/(L 1＋L 2＋…L n ) 公式（5-9） Y 0=（L 1y 1＋L 2y 2＋……L n y n ）/（L 1＋L 2＋…＋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L 1~L 5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。
图5-3
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IT11~IT13,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：Z max =0.360，Z min =0.246。 Φ750-0.62 查《冲压成型工艺与模具设计》P45表3-5知：
δp =0.04mm ，δd =0.06mm
06
.00
06
.000
max 69.74.....)5.062.075(.....)(+++=?-=?-=d
x D D d δ
公式（5-10）
004
.0004.00min 44.74.....)246.069.74(.....)(---=-=-=p
Z D D d p δ 公式（5-11）
5.4.2．冲孔尺寸大小为
1、圆形孔凸、凹模基本尺寸的计算
004
.0004.00min 32.27......)5.062.027(.....)(---=?+=?+=d
p
x d d p δ 公式（5-12） 06
.00
06
.000
min 56.27.....)246.032.27(.....)(+++=+=+=d Z d d p d δ 公式（5-13）
2、腰孔凸、凹模基本尺寸的计算：
004
.0004.00min 81.7......)62.05.05.7(.....)(---=?+=?+=d
p
x d d p δ 公式（5-14）
06
.00
06
.000
min 06.8.....)246.081.7(.....)(+++=+=+=d Z d d p d δ 公式（5-15）
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6-1
1、凹模厚度H的计算：
查表得K取1.25
31.0F
H=公式（6-1）
K
33
25
.1?
=
?
?
1.0
183
78
10
.
=32.66mm, 取H=33mm 图 6-1
2、模长度和宽度
W>=1.2×H 公式（6-2）=1.2×33=39.6mm
L=B=D+2W 公式（6-3）
=74.69+2×39.6=153.89
取L=B=154mm
3、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：
图6-2
6.1.2．冲孔凹模的设计
设计同落料凹模
零件图6-3如下
图6-3
6.2．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h1、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Cr12
2、冲孔凸模零件图6-5如下
图6-5
6.2.2．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Cr12
3、腰孔零件图6-6如下图：
6.2.3.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Cr12
3、落料凸模零件图6-7如
图6-6