模具设计及计算
3 模具设计及计算
3.1模具设计的基本原则
3.1.1模具设计的基本作用
模具作为生产用精密、高效的工艺装备，本身也是一种精密的机械产品。该机械产品能否满足对其使用性能和成形精度的要求、必须解决好模具设计与制造、精度与寿命等各方面与模具相关的问题。
同时模具作为中心议题，可以细分成模具设计、制造、材料、成本、精度、寿命、安装、使用，以及标准化等各方面问题。
①模具设计是模具制造的基础，合理正确的设计是正确制造模具的保证；
②模具制造技术的发展对提高模具质量、精度以及缩短制造模具的周期具有重要意义；
③模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率在很大程度上取决于制造模具的材料及热处理工艺；
④模具成本直接关系到制件的成本以及模具生产企业的经济效益；
⑤模具工作零件的精度决定制件的精度；
⑥模具的寿命又与模具材料及热处理、模具结构以及所加工制作材料等诸多因素有关；
⑦模具的安装与使用直接关系到模具的使用性能及安全；
而模具的标准化是模具设计与制造的基础，对大规模、专业化生产模具具有重要的作用，模具标准化程度的高低是模具工业发展水平的标志。
3.1.2模具设计的基本内容
模具结构设计主要包括：
①分析零件的结构工艺性及材料。
②选择成形的工艺方案和制定工艺卡片。
③确定坯料的尺寸、重量及备料方法等。
④计算并确定的各项工艺参数，如压力机等。
⑤进行各模具的总体结构设计与校对。
3.2模具的结构形式
冲模的结构形式多种多样，按工序的性质分类，可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合程度分类，可分为单工序模、复合模、级进模等。各种冲模的构成大体相同，主要由工作零件、定位零件、卸料与推料零件、导向
零件、联接与固定零件等组成。
本制件经工艺分析由剪板—落料与拉深成形复合（只成形浅球形部分）—冲孔与切边复合—外缘翻边与内缘翻边复合（同时成形Φ75mm的开口和Φ20mm的底孔）四道工序组成，采用复合模生产。
3.3模具零部件设计原则
3.3.1凸凹模
复合模中，至少有一个凸凹模。凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。从强度考虑，壁厚受最小值限制。凸凹模的最小壁厚受冲模结构影响。对于正装复合膜，最小壁厚可小些；对于倒装复合模，因内孔积存废料最小壁厚要大些。
3.3.2定位零件
定位零件的作用是使毛坯（条料或块料）送料时有准确的位置，控制送料的进距，保证冲出合格的制件，不至冲缺而造成浪费。选择定位方式及定位零件时应根据坯料形式、模具结构、冲件精度和生产率的要求等来确定。
①定位件
主要是定位板或定位销，一般用于对单个毛坯的定位。
②导料件
主要是导料板和测压板，它对条料或带料送料时起导正作用。
③挡料件
其作用是给予条料或带料送料时以确定进距。主要有固定挡料销、活动挡料销、自动挡料销、始用挡料销和定距侧刀等。
3.3.3卸料与推件装置
①卸料装置
卸料装置分固定卸料装置、弹压卸料装置和废料切刀等几种。
卸料板用于卸掉卡箍在凸模上或凸凹模上的冲裁件或废料。固定卸料装置适用于冲制材料厚度大于和等于0.8mm的带料或条料。弹压卸料装置主要用于冲制薄件和要求平整的冲件。
②顶件装置
顶件装置一般是弹性的。其基本组成有顶杆、顶件块和装在下模底下的弹顶器，弹顶器可以做成通用的，其弹性元件是橡胶或弹簧，这种结构的顶件力容易调节，工件可靠，冲件平直度较高。
3.4落料成形复合模具设计
已知：工件材料：紫铜
材料厚度：0.3mm
查手册，得到紫铜的抗拉强度
b
σ=200Mpa，抗剪强度τ=160Mpa,
屈服强度
s
σ=7Mpa，伸长率δ=30%。
材料本身较软。
3.4.1拉深系数和拉深次数的确定
查手册，得紫铜的首次拉深系数m
1
=0.5—0.55,
以后各次拉深系数m
n
=0.72—0.80。
由于球形件的拉深系数对任何直接均为定值m=0.71，属于本制件材料的拉深系数范围。
由公式d
1=m
1
D=0.71×93=66.03mm,故可以一次拉深成形。
该制件的拉深次数为1次。
3.4.2是否采用压边圈
由公式t/D×100=0.3/93×100=0.32,查手册，需采用压边圈。
3.4.3力的计算
①拉深力P=K Lt
b
σ
式中：K—系数，取0.5—0.8；取K=0.6；
L—拉深件横截面周长，mm；（使用ug算出L=263.3×2=526.6mm） t—材料厚度，mm；
b
σ—抗拉强度。
P=0.6×526.6×0.3×200=18957.6N。
②压边力Q=F
N
q/1000
查手册，得q=1.2—1.8Mpa,取q=1.8Mpa。
式中：F
N —压边面积mm2，F
N
=72.22mm2；
q—单位压边力。
Q=72.22×1.8/10000=0.013KN=13 N ③拉深总工艺力P
总
=P+Q
P
总
=18957.6+13=18970.6N。
④冲裁力P
=Ltτ
式中 L—冲裁的周长
P
=3.14×93×0.3×160=14016.96N
⑤卸料力P
1=K
1
P
式中K
1—推出系数，查手册，得K
1
的取值范围为0.02—0.06,取K
1
=0.05。
P
1
=0.05×14016.96=700.85N
⑥推件力P
2=nk
2
P
式中 n—同时卡在凹模中的工件（或废料）数目，n=h/t,h为凹模腔口高度，mm，t为材料厚度，mm；在这里取n=1；
K
2—推出系数，查手册，得k
2
的取值范围为0.03-0.09，取k
2
=0.05；
P
2
=1×0.05×14016.96=700.8N。
⑦顶件力P
3=K
3
P
式中K
3—顶出系数，查手册，得k
3
的取值范围为0.03-0.09，取k
3
=0.05；
P
3
=0.05×14016.96=700.8N。
3.4.4压力机的选择
由于该制件在成形过程中主要是拉深变形，故在选择压力机时主要以拉深力的大小来确定。而拉深总工艺力是选择拉深设备的主要依据，但不能简单地按拉深所需的总工艺去选择拉深设备，而应结合拉深设备的特点合理地选用，拉深工艺特别是落料—拉深复合工艺时的工作行程较大。
一般情况下，拉深总工艺力与拉深设备标称压力的关系可按下式进行概略计算：
P
总≤（0.7—0.8）P
压
得：P
压
≥27107—23713N
查手册，得该制件的拉深速度为：v=53.3—61m.min-1。
根据以上计算，可选公称压力为250KN的开式压力机（JB21-25）。其技术参数为：
公称压力： 250KN
滑块行程： 80mm
行程次数： 100次/min
最大封闭高度： 250mm
封闭高度调节量： 50mm
立柱间距离： 340mm
工作台尺寸（前后×左右）： 700×440mm
模柄孔尺寸（直径×深度）：Φ40×65mm
3.4.5模具压力中心的确定
由于本件是对称件，所以模具压力中心在制件的几何中心。如图3.1所示。
图3.1 压力中心示意图
3.4.6模具总体结构设计与分析
落料成形复合模结构设计应在选定制件工艺方案的基础上进行，为了保证达到工件的要求，在进行落料成形复合模的结构设计时，必须注意以下几点：
①坯料放置在模具上应保证可靠的定位；
②设计落料拉深复合膜时，由于落料凹模的磨损比拉深凸模的磨损快，所以落料凹模上应预先加大磨损余量，普通落料凹模应高出拉深凸模约2-6mm。
③为了减少回弹，在冲程结束时应使工件在模具中得到校正；
④压边圈与毛坯接触的一面要平整，不应有孔或槽，否则拉深时毛坯起皱会陷到孔或槽里，引起拉裂；
⑤毛坯放入到模具上和拉深成形后从模具中取出工件要方便。
经分析、验证最终所得落料成形复合模结构图如图3.2所示。
1－下模座 2-导柱 3、18-固定板 4、12、15、22、27-内六角螺钉 5、11、21、25-圆柱销 6-落料凹模 7-固定挡料销 8-卸料板 9-导套 10-上模座 13-模柄 14-打杆 16-卸料螺钉 17、34-垫板 19、30-橡胶 20-凸凹模 23-衬板 24-压边圈 26-成形凸模 28-顶杆 29-板
31-双头螺杆 32-螺母 33-推件板
图3.2 落料成形复合模
本落料成形复合模成形的工件表面平整，为了防止销孔离凹模刃壁较近，削弱凹模强度，模具采用自制的固定挡料销来对坯料进行定位；整套模具均采用销钉定位，内六角沉头螺钉连接，因制件本身材料较软，所以用弹性卸料装制卸出废料。
将坯料放置在下模上，合模时，随着压力机滑块的下行，成形凸模26与凸凹模20、推件板33之间的板料被压紧。滑块继续下行相继完成落料、拉深成形工序。当下行至下止点时，即完成成形工序。开模是，压力机滑块上形，下模利用橡胶30的弹力推动推杆，同时推动压边圈24来推出工件；而上模利用顶件块33的自重来顶出工件，从而很好的完成了制件的上下脱模。
本复合模的顶件装置除了起把工件从凸凹模中顶出的作用，还起着成形制件底部和压紧的作用。推件装置采用弹性推件装置，起弹性元件为橡胶，推件块借用压边圈，这种结构的推件力容易调节，工作可靠，制件的平直度较高。该模具成形的工件质量较高，模具寿命长，使用安装方便，适用于大批量生产。
3.4.7凸凹模工作部分的尺寸计算
①拉深模单边间隙
查手册，得该制件拉深模的单边间隙Z=（1.3—1.4）t=0.39—0.42mm ， 取Z=0.4mm 。 ②拉深凸模工作部分的尺寸dp )
4.0(0?+-=d p
p d δ
拉深凹模工作部分的尺寸D d
)
24.0(0
z d d d D +?++=δ
式中 ?—拉深件尺寸公差，mm ； Z —拉深时凸、凹模单面间隙，mm ；
查手册，得 凸模制造公差p δ=0.03mm ；凹模制造公差d δ=0.015mm 。 700
03.0=-p d mm ， 8.70015
.00
+=d D mm 。
③拉深凸模圆角半径r p =(3—5)t=0.9—1.5mm ，取r p =1.5mm ；
拉深凹模圆角半径r d =（5—10）t=1.5—3mm ，取r d =1.8mm 。 ④落料模单边间隙Z
查手册，得该制件落料模的单边间隙Z=0.01mm; ⑤落料凸模刃口部分的尺寸Dp )
(0
?-+=x D d P D δ
落料凹模刃口部分的尺寸D d
)2(min 0
Z
x D p
d D -?--=δ
式中 D —落料的尺寸，mm ；
?—工件公差，mm ；取?=0.014（IT8）
Z min —双面间隙，mm ； X —磨损系数，取x=0.75；
p δ—凸模制造公差,p δ=?/4=0.0035;
d δ—凹模制造公差, d δ=?/4=0.0035; 得：)
014.075.093(0035.00
?-=+P D =99.920035
.00
+mm ，
)
01.022014.075.093(00035
.0??-?--=d D =95.920
0035.0-mm 。
成形凸模、凸凹模、落料凹模的二维图如图3.3（a ）、（b ）、（c ）所示。
（a ） 成形凸模
工件在拉深时，由于空气压力的作用或润滑油的黏性等因素，使工件很容易粘附在凸模上，故在设计凸模时，应有通气孔，查手册，取凸模上通气孔的直径为d ＝8mm 。
（b）凸凹模
(c) 落料凹模
图3.3
由于在冲裁时，凹模承受冲裁力和侧向挤压力的作用，由于凹模结构形式及固定方法不同，受力情况又比较复杂，只能按经验公式来确定其轮廓尺寸。
凹模厚度 H＝kb (≥15mm)
凹模壁厚 C＝（1.5—2）H (≥30—40mm)
式中 b—凹模刃口的最大尺寸，mm；
K—系数，考虑板材厚度的影响；查手册，得k=0.2。
得：H=0.2×93=18.6mm,取H=20mm ；
C ＝（1.5—2）×20＝30—40mm ，结合模具的选择，取C=33.5mm 。
由于凸模、凹模外形复杂，故将其按照制件的数字模型用数控铣床进行数字加工。同时为了保证零件的表面美观，在零件加工时要求其精度为IT8，表面粗糙度0.8。
3.4.8 模架的选择
根据制件以及模具外形尺寸，结合压力机工作台板的尺寸选用中间导柱圆形模架，再按其标准选择具体结构尺寸。 模架具体参数如下： 名称 尺寸 材料 代号 上模座 160mm ?45mm HT200 GB/T2855.11 下模座 160mm ?55mm HT200 GB/T2855.12 导柱 28mm ?200mm HT200 GB/T2861.1 导套
28mm ?110mm ?43mm
HT200
GB/T2861.6
3.4.9橡胶的选用
橡胶的自由高度H
1
2100εε-=
L
H
对于普通橡胶，可取1ε=10%-15%，2ε≤45%。对于聚氨酯橡胶，1ε=5%-10%，
2ε=10%-35%。硬度越高，1ε和2ε都应减小。
本模具采用聚氨酯橡胶，取1ε=5%，2ε=35%，L=18mm （考虑修模最后的卸料或压边的工作行程）得：
≈-?=
5
3518
100H 60mm
故该落料成形复合模中橡胶参数为：60mm ×16.5mm ×60mm 。
3.4.10模具的三维造型图
该模具三维造型图如图3.4所示。
图3.4
3.5切边冲孔复合模设计
根据工艺方案，本工序中的冲孔是为下一工序——翻边做准备的，故需要先确定冲孔的大小。
预冲孔直径 d=D-2(h+0.43r-0.72t)
式中： r——翻边与工件平面的圆角半径，mm;
t——工件厚度，mm；
h——翻边的高度，mm；根据对零件的分析，可的h=3.23mm
D——翻孔后孔中径，mm。
得：d=19.7-2×（3,23+0.43×1-0.72×0.3）=12.812mm
取d=13mm。
3.5.1冲裁力的计算
冲裁力的大小主要与材料力学性能,厚度以及与冲裁件分离的轮廓线有关.对于平刃口的模具冲裁时,冲裁力可以按照以下公式计算:
τ
KLt
F=
切边
式中L——冲裁件周边长度(mm)；
t ——材料厚度(mm)； τ——材料抗剪强度(MPa)； K ——系数，一般取3.1=K 。
一般情况下，材料τσ3.1=b ，为计算方便，也可用下式计算 b Lt F σ=切边
故 N 2.17521N 2003.09314.3=???==b Lt F σ切边 2003.013???==πσπb Dt F 冲孔=2449.4N 冲F =切边F +冲孔F =17521.2+2449.2=19970.4N
3.5.2卸料力、推件力和顶件力的计算
对于卸料力、推件力和顶件力可根据经验公式计算： 冲卸F K F 1=； 冲推F nK F 2=；
冲顶F K F 3=；
式中 K 1、K 2—推出系数，K 3—顶出系数，查手册，得：
K 1的取值范围为0.02—0.06,取K 1=0.05 ； k 2的取值范围为0.03-0.09，取k 2=0.05； k 3的取值范为0.03-0.09，取k 3=0.05；n=1;
代入公式得：
卸料力：冲卸F K F 1==0.05?19970N=998.5N 推件力 ：冲推F nK F 2==1?0.05?19970N=998.5N 顶件力 : 冲顶F K F 3==0.05?19970N=998.5N
3.5.3压力机的选择
由于本模具是采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模,故
总F =冲F +卸K +推K ，得：
总F =冲F +卸K +推K =3?998.5=2995.5N 。
故选择公称压力为160KN 的开式双柱可倾式压力机（J23-16）。其技术参数为：
公称压力： 160KN 滑块行程： 55mm
行程次数： 120次/min 最大封闭高度： 220mm
封闭高度调节量： 45mm
立柱间距离： 220mm
工作台尺寸（前后×左右）： 300×450mm
模柄孔尺寸（直径×深度）：Φ40×60mm
3.5.4模具总体结构设计与分析
经分析、验证最终所得切边冲孔模结构图如下图3.5所示。
1－下模座 2-卸料板 3-切边凹模 4-导柱 5-导套 6-上模座
7、15、20-圆柱销 8、9、12、22-内六角沉头螺钉 10-模柄 11、18-垫板13-凸模固定板 14-冲孔凸模 16-卸料板 17-冲孔凹模 19-切边凸模21、23-弹簧 24-卸料螺钉
图3.5 冲孔切边复合模
该冲孔切边复合模是落料拉深工序之后的冲孔、切边工序的复合模，本模具
可完成冲Φ13孔和外边缘的切边工序。合模前，工件倒扣在切边凸模19和冲孔凹
模17组成的凸凹模上，实现工件的定位；合模时，随着压力机滑块的下行，卸料
板16与工件接触，在弹簧力的作用下，夹紧工件，从而防止了工件在冲孔力和切
边力的作用下左右晃动；压力机滑块继续下行，卸料板16因接触工件而慢慢的上行，此时冲孔凸模14会慢慢的伸出来完成冲孔的工序，与此同时切边凹模3也完
成了切边的工序。开模时，卸料板16在弹簧21的作用下顶出制件；冲孔的废料
从下模的底复合孔漏出，切边的废料则由卸料板2在弹簧23的作用下向上顶出。
此复合模具中只采用了螺钉紧固和圆柱销定位。
3.5.5 冲孔凸模与凹模的设计
①冲孔凸模设计
根据零件的使用特性、相关配合零件的配合要求，最终确定冲孔凸模的相关参数。冲孔凸模如图3.6所示。
图3.6 冲孔凸模
为了保证零件的精度要求，采用压入后再对底部磨平。 ②凸模强度校核及最大允许长度计算：
冲裁时凸模所受的应力，有平均压应力σ和刃口的接触应力K σ两种。孔径大于冲件材料厚度时，接触应力K σ大于平均压应力σ，因而强度核算的条件是接触应力K σ小于或等于凸模材料的许用应力[σ]。孔径小于或等于冲件材料厚度时，强度核算条件可以是平均压应力σ小于或等于凸模材料的许用应力[σ]。 因d>t ，故凸模强度按下式核算：
[]στσ≤-=
d
t k 5
.012
式中 t —冲件材料厚度（mm ）；
d —凸模或冲孔直径（mm ）；
τ—冲件材料抗剪强度（MPa ）；
K σ—凸模刃口接触应力（MPa ）；
σ—凸模刃口平均压应力（MPa ）
； [σ]—凸模材料许用压应力，对于有特殊导向的凸模，可取2000—3000MPa 。
[]στσ≤=?
-?=
-=
MPa d
t k 89.32313
3
.05.01160
25
.012 凸模在中心轴向压力的作用下，保持稳定（不产生弯曲）的最大长度与导向方式有关。
冲孔凸模的，最大允许长度max l 按以下计算：
max l ≤270d 2
/F
max l —凸模最大允许长度（mm ）； F —冲模力，N ；
d —凸模最小截面的直径，mm 。
max l ≤270×132/5.2995=833.7mm 。
故该凸模强度校核及长度满足要求。
③ 冲孔凹模采用标准件，凹模的孔型，选用垂直于冲孔凸模平面的刃壁。只是该所选用的凹模的工作表面需与制件的内表面配做。
3.5.6切边凸模与凹模的设计
①切边凸模的设计
切边凸模的刃口与刃口之间的距离，其最小值和冲件材料的强度与厚度有关，一般可参照复合模中关于最小壁厚的数据。 切边凸模的二维图如图3.7所示：
切边凸模 图3.7 冲孔切边凸凹模
②切边凹模的设计
切边凹模外形尺寸，一般按经验方法确定，一种是查表确定凹模外形尺寸，一种是一经验公式计算确定凹模外形尺寸。而本模具设计按经验方法确定，根据切边凸模的外形尺寸，可得出切边凹模的外形尺寸，如图3.8所示。
图3.8 切边凹模
本复合模的冲孔凹模与切边凸模配合，从结构上说与凸凹模一样。
3.5.7 模架的选择
根据制件以及模具外形尺寸，结合压力机工作台板的尺寸选用中间导柱圆形模架，在按其标准选择具体结构尺寸。
模架具体参数如下：
名称尺寸材料代号
上模座160mm ?40mm HT200 GB/T2855.11
下模座160mm ?45mm HT200 GB/T2855.12
导柱28mm?170mm HT200 GB/T2861.1
导套28mm?100mm?38mm HT200 GB/T2861.6
3.5.8弹簧的选用
①弹簧的顶压力Py=Pz/N
式中 Py—弹簧的顶压力，N；
Pz—弹簧承担的工艺力，如卸料力，或推件力等，N;
N—弹簧的个数，一般取2—6个。取N＝4。
1）弹簧21
承担的是推件力，但同时也有卸料的作用，取Pz＝998.5N；
得：Py=998.5/4＝249.6N。
2）弹簧23
承担卸料力，取 Pz＝998.5N；
得：Py=998.5/4＝249.6N。
②选弹簧，确定弹簧最大工作极限负荷P2
因为弹簧21和23所承受的顶压力一样，故可选择同一型号的弹簧。
选：弹簧2.5×16×45 GB2089—80，且根据模具安装的位置,拟选用8个
2.5×16×45的弹簧
③计算弹簧总压缩量Hc
Hc=Hy+Hg+Hx
式中 Hy——弹簧预压缩量，Hy＝H
2 Py/P
2
P
2
——弹簧最大工作极限负荷，N;
Hg——弹簧的工作行程，冲裁中Hg＝t+1(t为料厚，mm)。 Hx——凸模总修磨量，一般取4—10mm,取Hx＝5mm。
得：Hc＝11.4 ×249.6/700+0.4+5=9.5mm＜Hy＝11.4mm。
故选用的弹簧合适。
3.5.9模具的三维造型图
该模具三维造型图如图3.9所示。
图3.9
3.6内缘外缘翻边复合模
3.6.1翻边力
①圆孔的翻边力F 1 F 1=1.1∏(D-d)t s σ
式中 D —翻孔后中径，mm ；d —翻孔前冲孔直径，mm ； s σ—材料的屈服强度，s σ=7Mpa;
得：F 1=1.1×3.14×（19.7-13）×0.3×7=48.6N 。 ②外缘翻边的翻边力F 2 F 2=1.25Lt b σk
式中 L —弯曲线长度，mm ；b σ—抗拉强度，b σ=200Mpa; k —系数，近似为0.2—0.3；取k=0.3。 得：F 2=1.25×3.14×82×0.3×200×0.3=5793.3N 。
3.6.2 压力机的选择
根据以上计算，可选公称压力为250KN 的开式压力机（JB21-25）。其技术参数为：
公称压力： 250KN 滑块行程： 80mm
行程次数： 100次/min 最大封闭高度： 250mm 封闭高度调节量： 50mm 立柱间距离： 340mm
工作台尺寸（前后×左右）： 700×440mm 模柄孔尺寸（前后×左右）： Φ40×65mm
3.6.3模具总体结构设计与分析
经分析验证最后所得的内缘外缘翻边模如图3.10所示。
1－下模座 2-导柱 3-外缘翻边凹模 4-孔翻边凹模 5-导套
6-上模座 7、28-垫板 8、16、20-圆柱销 9、11、13、27-内六角沉头螺钉10-模柄 12、21-弹簧 14-凸模固定板 15-挡板 17-活动凸模18-孔翻边凸模 19-凸台 22-顶杆 23-橡胶 24-螺母 25-双头螺杆26-板
图3.10 内缘外缘翻边复合模
该翻边复合模的结构分析：
①该复合模的所有零部件都采用销钉定位，内六角沉头螺钉连接，分别按照GB/T119.1和GB70-76选取。
②孔翻边凹模的圆角半径对材料变形影响不大，故取工件的圆角半径。
③孔翻边凸模为锥形，这样孔缘会被圆滑地胀开，变形条件比平底凸模优越。
④孔翻边凹模4为活动的，由顶杆22在橡胶23的弹力作用下带动其向上运动，制件放在凹模4内，并由它定位；孔翻边凸模18由凸模固定板14固定，当压力机滑块行程至下止点时，把顶件块19压到了最低点，孔翻边结束后压力机滑块回程，顶件块19在弹簧21的作用下将制件从孔翻边凹模4从中顶起。
⑤外缘翻边凸模17为活动的，在自生的重力和弹簧12的弹力作用下对制件起夹紧作用，防止在翻边的时候，制件左右晃动，影响加工精度；合模时与外缘翻边凹模3接触，从而对外缘进行翻边，开模时，在弹簧12的作用下，外缘翻边
凸模17又起了卸料的作用。
3.6.4 翻边模工作部分设计
①孔翻边模工作部分设计
1）查手册，得孔翻边时凸凹模之间的间隙 Z/2=0.25mm。
2）翻边凸模尺寸 D
T =(D
+△)0
T
δ-
翻边凹模尺寸 D
A =(D
T
+2Z)Aδ+
-0
式中 D
T 、D
A
—凸、凹模直径；
T
δ、
A
δ—凸、凹模公差；
D
—圆孔最小内径，△—圆孔内径公差。
分析零件图，没有对该内孔有精度要求，故得：
D
T =19.4mm D
A
=19.4+2×0.25=19.9mm。
②外缘翻边模工作部分设计
1）查手册，得外缘翻边时凸凹模之间的间隙 Z/2=0.25mm。
2）翻边凸模尺寸 D
T =(D
+△)0
T
δ-
翻边凹模尺寸 D
A =(D
T
+2Z)Aδ+
-0
式中 D
T 、D
A
—凸、凹模直径；
T
δ、
A
δ—凸、凹模公差；
D
—圆孔最小内径；△—圆孔内径公差；△=0.3。
得： D
T =74.7mm D
A
=74.7+2×0.25=75.2mm。
孔翻边凸模、凹模，外缘翻边凸模、凹模的外形尺寸如图3.11所示：
凸模凹模
（a）孔翻边凸模、凹
凸模 凹模
（b ） 外缘翻边凸模、凹模
图3.11
3.6.5 模架的选择
根据制件以及模具外形尺寸，结合压力机工作台板的尺寸选用中间导柱圆形 模架，在按其标准选择具体结构尺寸。 模架具体参数如下：
名称 尺寸 材料 代号 上模座 160mm ?40mm HT200 GB/T2855.11 下模座 160mm ?45mm HT200 GB/T2855.12 导柱 28mm ?170mm HT200 GB/T2861.1 导套
28mm ?100mm ?38mm
HT200
GB/T2861.6
3.6.6橡胶的选用
橡胶的自由高度H
1
2100εε-=
L
H
对于普通橡胶，可取1ε=10%-15%，2ε≤45%。对于聚氨酯橡胶，1ε=5%-10%，
2ε=10%-35%。硬度越高，1ε和2ε都应减小。
本模具采用聚氨酯橡胶，取1ε=5%，2ε=35%，L=10mm （考虑修模最后的卸料或压边的工作行程）得：
冲压模具设计书
冲压模具设计书班级
学号 同心圆垫片冲压模具设计 目录 一．冲压件 1.1.冲压件零件图 二．零件的工艺性分析 2.1.零件的工艺性分析 2.2.冲裁件的精度和粗糙度 2.3.确定工艺方案 三．冲压模具总体结构设计 2.1.模具类型 2.2.操作及定位方式 2.3.卸料及出料方式 2.4.模架类型及精度 四．冲压模具工艺及计算
4.1.排样设计及条料宽度计算 4.2.设计冲裁压力及压力中心，初选压力机五．冲裁模间隙的分析及确定 5.1.冲裁模间隙的分析 5.2.冲裁模间隙的确定 六．凸凹模刃口尺寸的计算 6.1.刃口尺寸的计算的基本原则 6.2.刃口尺寸的计算 6.2.1凸凹模的刃口尺寸计算 七．主要零部件的设计 7.1.工作零件设计及计算 7.2.模架及其与它零件的设计
一．冲压件 二．零件工艺性分析 2.1.零件工艺性分析 该零件只有冲孔落料两个工序，材料为15钢，强度极限为450MPa，具有良好的冲压性能，适合普通冲裁。该零件冲孔及落料的尺寸均满足冲裁要求
2.2.冲裁件的精度和粗糙度 按零件的尺寸公差查公差表得零件的冲裁精度不超过IT11，故冲孔的精度为IT11,落料的精度为IT12，均满足普通冲裁要求。 2.3.确定工艺方案 以上分析可得，有冲孔落料两道工序，结构简单，可采用两工位连续冲裁，可选择级进模或复合模。 三．冲压模具总体结构设计 2.1.模具类型 复合模和级进模均只需要一副模具，但是复合模结构相对复杂，设计难度较大，而级进模的结构简单，更容易设计和制作，故选级进模。 2.2.操作及定位方式 该级进模可同时两工位连续冲裁，为提高工作效率，可选用自动送料。采用固定定位销和导料板定位 2.3.卸料及出料方式 为了实现快速卸料，采用弹性卸料，并采用下出料方式。在落料的同时，将零件顶出。 2.4.模架类型及精度 综合比较无导向模架，导板式模架，导柱式模架，该级进模更适合导柱式模架。该模架在模具冲孔落料时，有定位的作用，提高零件的精度，且导柱和导套也容易加工到较高精度。故选用导柱式模架，模架的尺寸根据凹模的尺寸选择标准的模架。 四．冲压模具工艺及计算
《冲压模具课程设计》范例
【范例】 (1)题目：东风EQ-1090汽车储气简支架 (2)原始数据 数据如图7—1所示。大批量生产，材料为Q215，t=3mm。 图7-1零件图 (3)工艺分析 此工件既有冲孔，又有落料两个工序。材料为Q235、t=3mm的碳素钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构中等复杂，有一个直径φ44mm的圆孔，一个60mm×26mm、圆角半径为R6mm的长方形孔和两个直径13mm的椭圆孔。此工件满足冲裁的加工要求，孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚大于8mm。工件的尺寸落料按ITll级，冲孔按IT10级计算。尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求。 (4)冲裁工艺方案的确定 ①方案种类该工件包括落料、冲孑L两个基本工序，可有以下三种工艺方案。 方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。 方案二：冲孔一落料级进冲压。采用级进模生产。 方案三：采用落料一冲孔同时进行的复合模生产。 ②方案的比较各方案的特点及比较如下。 方案一：模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需要。故而不选此方案。
方案二：级进模是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，一般适用于大批量、小型冲压件。而本工件尺寸轮廓较大，采用此方案，势必会增大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。 方案三：只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小、模具的制造成本不高。故本方案用先冲孔后落料的方法。 ③方案的确定综上所述，本套模具采用冲孔一落料复合模。 (5)模具结构形式的确定 复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式复合模。分析该工件成形后脱模方便性，正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取件不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模，只需在上模装一副推件装置，故采用倒装式复合模。 图7 2粗画排样图 (6)工艺尺寸计算 ①排样设计 a ．排样方法的确定根据工件的形状。确定采用无废料排样的方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用直对排法，初画排样图如图7 2所示。 b ．确定搭边值查表，取最小搭边值：工件间a l =2.8，侧面a=3.2。 考虑到工件的尺寸比较大，在冲压过程中须在两边设置压边值，则应取。a=5；为了方便计算取a l =3。 c. 确定条料步距步距：257.5mm ，宽度：250+5+5=260mm ． d ．条料的利用率 21752052.35%257.5260 η?==? e ．画出排样图根据以上资料画出排样图，如图7-3所示。
冲压模具设计
设计题目： 零件图：
前 言 从几何形状特点看，矩形盒状零件可划分成 2 个长度为 (A-2r) 和 2 个长度为 (B-2r) 的直边加上 4 个半径为 r 的 1/4 圆筒部分。若将圆角部分和直边部分分开考虑，则圆角部分的变形相当于直径为 2r 、高为 h 的圆筒件的拉深，直边部分的变形相当于弯曲。但实际上圆角部分和直边部分是联系在一起的整体，因此盒形件的拉深又不完全等同于简单的弯曲和拉深，有其特有的变形特点，这可通过网格试验进行验证。 拉深前，在毛坯的直边部分画出相互垂直的等距平行线网格，在毛坯的圆角部分，画出等角度的径向放射线与等距离的同心圆弧组成的网格。变形前直边处的横向尺寸是等距的，即321L L L ?=?=?，纵向尺寸也是等距的，拉深后零件表面的网格发生了明显的变化(如图1所示) 。这些变化主要表现在： 图 1 ⑴直边部位的变形 直边部位的横向尺寸变形后间距逐渐缩小，愈向直边中间部位缩小愈少，纵向尺寸变形后，间距逐渐增大，愈靠近盒形件口部增大愈多，可见，此处的变形不同于纯粹的弯曲。 (2) 圆角部位的变形 拉深后径向放射线变成上部距离宽，下部距离窄的斜线，而并非与底面垂直的等距平行线。同心圆弧的间距不再相等，而是变大，越
向口部越大，且同心圆弧不位于同一水平面内。因此该处的变形不同于纯粹的拉深。 盒形件拉深有以下变形特点： σ的分布是不均匀的。在圆角部分最大，直 (1) 凸缘变形区内径向拉应力 1 σ也远小于相应的圆筒形件的拉应力。边部分最小。即使在角部，平均拉应力 1 因此，就危险断面处载荷来说，矩形盒拉深时要小得多；对于相同材料，矩形盒拉深的最大成形相对高度要大于相同半径的圆筒形零件拉深时的最大成形相对高度。 (2) 由于直边和圆角变形区内材料受力情况不同，直边处材料向凹模流动的阻力要远小于圆角处，并且，直边处材料的径向伸长变形小而圆角处材料的径向变形大，使变形区内两处材料的变形量不同，直边处大于圆角处。由此引起两处位移速度差，因而必然诱发出切应力（图2），以协调直边与圆角处的变形。 图2 盒形件拉深时的应力分布 σ的分布也是不均匀的。从角部到中间直 (3)在毛坯外周边上，切向压应力 3 σ的数值逐渐减小。通常情况下，起皱都发生在角部，但是起边部位，压应力 3 皱的趋势要小于拉深相应圆筒形件时的情况。 常用相对圆角半径r/B表示矩形盒的几何形状特征，0 冲压工艺及模具设计模具课题设计 班级： 姓名： 学号： 日期： 材料科学与工程学院 College of Materials Science and Engineering 引言 在工业产品中，板材件占据了一个大比例。许许多多的机械零件，产品覆盖件都是用板料加工而成的，因此，研究板料的成形方法对产品的设计与加工有着重要的意义。 现在的板材成形方法有许许多多种，其中冷冲压占据很大的一部分。冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要的零件的一种压力加工方法。冷冲压可以分为两大类，即分离工序和成形工序。分离工序是指使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状，尺寸和切断面质量的冲压件的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸冲压件的工序。 冷冲压过程主要依靠冲模和压力设备完成加工的，便于实现自动化生产，生产率很高，操作简单。而且产品壁薄、质量轻、刚度好、可以加工成形复杂的零件，小到钟表的秒针，大到汽车纵梁，覆盖件等。 冷冲压与其他加工方法相比具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。 本课程即将结束之时，为了了解冲压工艺的基本原理，掌握冲压工艺的编制和模具的设计，我将选择了一个垫片零件。通过设计冲裁模实现零件的大规模的生产与制造。 目录 引言 .............................................................................................................. I 一零件的工艺性分析.. (1) 1.1 零件要求 (1) 1.2 冲裁件的工艺性分析 (1) 1.3 冲裁工艺方案的设定 (2) 二冲模设计相关计算 (2) 2.1 排样的相关设计与计算 (2) 2.2 冲裁力的计算 (3) 2.3 冲裁压力中心的计算 (4) 2.4 冲裁模刃口尺寸及公差的计算 (4) 2.5主要零件的尺寸计算 (5) 三定位装置的设计 (7) 3.1 横向送料定位装置设计 (7) 3.2 纵向送料定位装置的设计 (8) 四标准件的选用 (9) 4.1 模座选用 (9) 4.2 压力机选用 (10) 4.3 紧固件选择 (10) 五模具加工工艺 (11) 5.1 凸模加工工艺 (11) 5.2 凹模加工工艺 (11) 冷冲压模具设计步骤 冷冲模设计的一般步骤如下： 1 ．搜集必要的资料 设计冷冲模时，需搜集的资料包括产品图、样品、设计任务书和参考图等，并相应了解如下问题： l ）了解提供的产品视图是否完备，技术要求是否明确，有无特殊要求的地方。 2 ）了解制件的生产性质是试制还是批量或大量生产，以确定模具的结构性质。 3 ）了解制件的材料性质（软、硬还是半硬）、尺寸和供应方式（如条料、卷料还是废料利用等），以便确定冲裁的合理间隙及冲压的送料方法。 4 ）了解适用的压力机情况和有关技术规格，根据所选用的设备确定与之相适应的模具及有关参数，如模架大小、模柄尺寸、模具闭合高度和送料机构等。 5 ）了解模具制造的技术力量、设备条件和加工技巧，为确定模具结构提供依据。 6 ）了解最大限度采用标准件的可能性，以缩短模具制造周期。 2 ．冲压工艺性分析 冲压工艺性是指零件冲压加工的难易程度。在技术方面，主要分析该零件的形状特点、尺寸大小（最小孔边距、孔径、材料厚度、最大外形）、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。如果发现冲压工艺性差，则需要对冲压件产品提出修改意见，经产品设计者同意后方可修改。 3 ．确定合理的冲压工艺方案 确定方法如下： l ）根据工件的形状、尺寸精度、表面质量要求进行工艺分析，确定基本工序的性质，即落 料、冲孔、弯曲等基本工序。一般情况下可以由图样要求直接确定。 2 ）根据工艺计算，确定工序数目，如拉深次数等。 3 ）根据各工序的变形特点、尺寸要求确定工序排列的顺序，例如，是先冲孔后弯曲还是先弯曲后冲孔等。 4 ) 根据生产批量和条件，确定工序的组合，如复合冲压工序、连续冲压工序等。 5 ) 最后从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度、模具寿命、工艺成本、操作方便和安全程度等方面进行综合分析、比较，在满足冲件质量要求的前提下，确定适合具体生产条件的最经济合理的冲压工艺方案，并填写冲压工艺过程卡片（内容包括工序名称、工序数目、工序草图（半成品形状和尺寸）、所用模具、所选设备、工序检验要求、板料规格和性能、毛坯形状和尺寸等）: ; 4 确定模具结构形式 确定工序的性质、顺序及工序的组合后，即确定了冲压工艺方案也就决定了各工序模具的结构形式。冲模的种类很多，必须根据冲件的生产批量、尺寸、精度、形状复杂程度和生产条件等多方面因素选择，其选原则如下： l ）根据制件的生产批量确定采用简易模还是复合模结构。一般来说简易模寿命低，成本低；而复合模寿命长，成本高。 2 ）根据制件的尺寸要求确定冲模类型。 若制件的尺寸精度及断面质量要求较高，应采用精密冲模结构；对于一般精度要求的制件,可采用普通冲模。复合模冲出的制件精度高于级进模，而级进模又高于单工序模。 3 ）根据设备类型确定冲模结构。 拉深加工时有双动压力机的情况下，选用双动冲模结构比选用单动冲模结构好很多 第二章冲压工艺设计与冲压力得计算 2、1冲压件(链轮)简介 链轮三维图如图2、1,材料为Q235,工件厚度3mm,模具精度:IT13为一般精度。 图2、1零件三维图 图2、2零件二维图 零件图如图2、2,从零件图分析,该冲压件采用3mm得Q235钢板冲压而成,可保证足够得刚度与强度。并可瞧出该零件得成形工序有落料、冲孔、拉深、翻边,其难点为该成形件得拉深与翻边。该零件形状对称,无尖角与其它形状突变,为典型得板料冲压件。 通过计算此零件可按圆筒件拉深成形,因其尺寸精度要求不高,大批量生产,因此可以用冲压方法生产,并可一次最终成形,节约成本,降低劳动。 2、2确定冲压工艺方案 经过对冲压件得工艺分析后,结合产品图进行必要得工艺计算,并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序与工序组合方式得基础上,提出各种可能得冲压分析方案。 1)冲压得几种方案 (1)落料、冲孔、拉深、翻边单工序模具生产。 (2)落料、冲孔复合模,拉深、翻边复合模生产。 (3)落料、冲孔连续进行采用级进模生产,拉深、翻边复合模生产。 (4)落料、冲孔、拉深、翻边复合模生产。 方案一:结构简单,需要四道工序,四套模具才能完成工件得加工,成本高。 方案二:加工工序减少,节省加工时间,制造精度高,成本相应减少,提高了劳动生产率。 方案三:在方案二得基础上加大了制造成本,既不经济又不实惠。 方案四:在方案二得基础上又减少了加工工序,又节省加工时间,制造精度高,成本相应减少,又提高了劳动生产率。 一个工件往往需要经过多道工序才能完成,编制工序方案时必须考虑两种情况:单工序模分散冲压或工序组合采用复合模连续冲压,这主要取决于冲压件得生产批量,尺寸大小与精度等因素。通过产品质量、生产率、设备条件、模具制造与寿命、操作安全以及经济效益等方面得综合分析,比较决定采用方案四。 即:落料、冲孔、拉深、翻边→成品。 2)各加工工序次数得确定 根据工件得形状与尺寸及极限变形程度可进行以下决定:落料、冲孔、拉深、翻边各一次。 3)加工顺序决定得原则 (1)所有得孔,只要其形状与尺寸不受后续工序得影响,都应该在平板毛坯上冲出,因为在成型后冲孔模具结构复杂,定位困难,操作也不便,冲出得孔有时不能作为后续工序得定位孔使用。 (2)凡就是在位置会受到以后某工作变形影响得孔(拉深件得底部孔径要求不高与变形减轻孔除外)都应在有关得成型工序后再冲出。 (3)两孔靠近或者孔距边缘很小时,如果模具强度足够,最好同时冲出,否则应先冲大孔与一般情况孔,后冲小孔与高精度孔,或者先落料后冲孔,力求把可能产生得畸变限制在最小范围内。 (4)整形或较平工序,应在冲压件基本成型后进行。 4)成型过程 模具设计标准规范 1、目的： 确保模具设计规范化，统一化.能将设计意图正确的传达给制造部门?避免或减少失误。 2、范围： 工程部设计组接收工程部产品组转交的图文件、样品等资料到图纸发行为止之阶段均属之。 3、权责： 3.1工程部设计组：负责模具开发设计及设计变更、2D/3D产品图面设计、3D建模、设计模 具的组立图、3D拆模与拆电极、绘制零件图. 3.2现场加工各组：加工各组的组长，在加工前需先审视加工图，若发现与原先检讨的不符合或有误，甚至不合理，需立即反应工程部检讨查核后，方可继续加工。 4、名词释义： 无 5、作图环境标准： 5.1文字标准 5.1.1字体。数字及英文使用“ Arial ”字体,中文使用“标楷体”。 5.1.2文字大小。为了使整套图面文字视觉效果一致,在标准图框（即1:1图框，A4为297*210）中,设定字高为3.0,宽0.85。 5.2图面标准 5.2.1图框：为了便于查阅,装订，保存,图框统一标准如下： A0图框：841*1189 横印（附件 一） A1图框：594*841 横印（附件 二） A2图框：420*594 横印（附件 三） A3图框：420*297 横印（附件 四） A4图框：297*210 直印（附件 五） 5.2.2 图面要求 5.2.2.1零件图面按照其在模具当中的位置分类摆放，以便于查找。 5.2.2.2尺寸标注方式。除了圆以外，所有模板、模仁之尺寸均采用坐标标注方式 5.2.2.3 视图投影关系：第三视角法。 5.2.3图档版本 版本编号采用大写字母“ A”加上一位数字序号，数字序号按照图文件完成的时间先后顺序进行排列。例如A1、A2、A3等。 524图层与线型：为了便于图形与尺寸的识别，图层与线型统一标准如下： 前言 冲压是在室温下,利用安装在压力机上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法.冲压模具在冷冲压加工中,将材料(金属或非金属)加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备,称为冷冲压模具(俗称冷冲模).冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备,是技术密集型产品.冲压件的质量、生产效率以及生产成本等,与模具设计和制造有直接关系.模具设计与制造技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力. 我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距.这些主要表现在飞行器钣金件、高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距.覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平.虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在模具国产化进程中前进了一大步,但在制造质量、精度、制造周期等方面,与国外相比还存在一定的差距.标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种.有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平. 因此我们在学习完《飞机钣金成形原理和工艺》等模具相关基础课程后,安排了模具设计课程设计,以帮助我们掌握模具设计的过程,为以后参加工作打下基础. 设计内容 一、零件的工艺性分析 图1 零件图 1）零件的尺寸精度分析如图1所示零件图,该零件外形尺寸为R11,19;内孔尺寸为R3,6,均未标注公差,公差等级选用IT14级,则用一般精度的模具即可满足制件的精度要求. 2）零件结构工艺性分析零件形状简单,适合冲裁成形. 3）制件材料分析制件材料为45钢,抗剪强度为432～549米pa,抗拉强度为540～685米pa,伸长率为16%.适合冲压成形. 综合以上分析,得到最终结论:该制件可以用冲压生产的方式进行生产.但有几点应注意: 1）孔与零件左边缘最近处仅为2米米,在设计模具是应加以注意. 2）制件较小,从安全方面考虑,要采取适当的取件方式. 3）有一定批量,应重视模具材料和结构的选择,保证一定的模具寿命. 二、工艺方案的确定 由零件图可知,该制件需落料和冲孔两种冲压工艺,设计模具时可有以下三种方案: 方案一:先落料,再冲孔,采用单工序模生产. 方案二:冲孔、落料连续冲压,采用级进模生产. 方案三:落料和冲孔复合冲压,采用复合模生产. 冲压模具设计素材(1)(doc 6) 冲压模具设计素材 一、制件图的分析 深→修边→冲孔。考虑到实验的特殊情况，只需设计制造三套冲压模具，即：落料模具、拉深模具、冲孔模具，修边工序采用手工方式进行。 3、此制件是和其它多种小零部件相互配合、有严格装配关系的零件，虽然图纸上的尺寸精度没要求那么高，但考虑到使用时的互换性，在进行模具设计时仍然要对模具的型腔尺寸精度要求高些。 二、模具结构的选取 1、此次制做的冲压模具是用来做实验的，为简化冲压模具的结构复杂程度、缩短模 隙。 2）冲裁间隙（单边）C min =0.015mm 3)凸、凹模刃口尺寸计算公式 设制件尺寸为0?-D 则： a X D D a δ+?-=0)( min )2(t C D D a t δ--= 式中： t a D D 、――分别为落料模具凹模、凸模的刃口尺寸 t a δδ、――分别为落料模具凹模、凸模的制造公差 ?――制件的制造公差 C――单边最小冲裁间隙 min X――磨损系数（取X＝1） 4）凸、凹模刃口尺寸（略） 3、为降低模具制造成本，没有进行排样设计，而是在凹模的相应部位设计了定位销（采用手工送料方式），以解决用小块板料落料生产时的定位问题。 4、因镁板的壁厚只有0.6mm，落料时包紧力不大，故采用弹性卸料装置。卸料板和凸模之间的间隙取0.1mm。 5、压力中心和冲裁力的计算（略） 6、凹模采用柱孔口直筒形结构，既便于制造又解决了向下漏料的问题。 四、拉深模具设计 1、拉深的总高度比较小，只有5mm，设计时采用了一次拉深成形工艺。 2、拉深模具凸、凹模尺寸的确定 1）此制件是要求外形尺寸零件（便于装配），设计时应以凹模为基准件，间隙通过减小凸模尺寸获得。 2）拉深间隙 拉深间隙值C的大小对拉深力、制件质量、模具寿命等影响很大。间隙过大，制件易起皱，有锥度、精度差；间隙过小，则有害摩 擦加大，制件变薄严重，甚至破裂。因此，确定合适的拉深间隙值C 是很重要的。 考虑到镁板的拉深性能差（需把拉深模具和坯料加热到合适的温度才能进行拉深生产）、制件精度要求较高等诸方面的因素，拉深间隙取值如下： （1）直边部分拉深间隙值C=1t=0.6mm （2）转角部分拉深间隙值C=1.1t=0.66mm 3）凸、凹模园角半径 r＝1mm （制件尺寸决定） t r＝2mm （便于拉深） a A冷冲压模具设计实例 工件名称：手柄 工件简图： 生产批量：中批量 材料：Q235-A钢 材料厚度：1.2mm 1、冲压件工艺性分析 此工件只有落料和冲孔两个工序。材料为Q235-A钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有一个φ8mm的孔和5个φ5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为3.5mm(大端4个φ5mm的孔与φ8mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚)。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。 2、冲压工艺方案的确定 该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。 方案二：落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三：冲孔—落料级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但工件最小壁厚 3.5mm 接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。 3、主要设计计算 （1）排样方式的确定及其计算 设计级进模，首先要设计条料排样图。手柄的形状具有一头大一头小的特点，直排时材料利用率低，应采用直对排，如图8.2.2手柄排样图所示的排样方法，设计成隔位冲压，可显著地减少废料。隔位冲压就是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。搭边值取 2.5mm和 3.5mm，条料宽度为 给个实例。由于无法上图，只有文字，见谅。 抽引连续模设计步骤及要点, [摘要] 文章在对抽引加工工艺作了简单的概述後,著重总结了抽引连续模设计步骤及要点,并列举了较实用之模具结构形式. 关键词抽引连续模冲压冲模排样 1. 概述 抽引加工工艺在连接器五金件制造中应用极为广泛. 它是一种将平片毛坯抽制成立体空心件的冲压加工方法,在工业及生活用品的制造中应用极为广泛. 诸如汽车覆盖件,连接器中的D型铁壳,生活用品中的易拉罐等都离不开抽引加工工艺.抽引加工一般分为旋转件抽引(如Audio Jack Shell),盒形件抽引(如D-SUB Shell) 及复杂曲面抽引(汽车覆盖件)等. 抽引加工的成形机理是材料内部产生塑性流动,平片毛坯向径向流动逐步转移到筒壁的过程,如图一所示: （图一） 由此可见,抽引加工必然存在以下特点: a. 材料内部塑性流动, 必然产生加工硬化; b. 材料从外围向径向流动时,在切向相互间产生挤压应力,由此导致材料失稳起皱,甚至抽裂. 签于抽引成形机理是材料整体流动,变数太多,故模具设计时光靠理论计算往往不够,需在实际试模中加以修正.在抽引连续模设计时,由於连续模之结构特点以及料带之送料顺畅要求,使得模具设计时有更多的考量要点.以下就抽引连续模设计步骤及要点作些许总结. 2. 抽引件工艺性评估及成形工序确定 在抽引连续模设计之前,首先应对抽引件图面进行工艺性审查评估,评估内容主要包括以下几部分: a. 抽引件之精度要求:一般而言抽引件在圆筒侧壁之材料厚度无法做到等料厚t, 故产品尺寸标注时不能同时对圆筒内外同时有尺寸要求, 只能满足其中一项, 其精度要求可达±0.05mm.在高度方向也可控制到±0.05mm, 其标注方式最好以抽引件底部为基准； b. 抽引件之外观要求: 材料在抽引流动时与模仁摩擦剧烈,外观无法做到车制零件那麼光滑,筒侧壁可能会有内凹或弧形； c. 零件之抽引工艺性: 由於抽引连续模之模具结构特点决定,抽引过程中无法加退火工序,故必须对制件之连续抽引进行工艺评估.如果其总抽引系数小於材料所允许之最小总抽引系数,那麼就不具备连续抽引工艺; d. 如果抽引件深度太高,无法连续抽引完成时,可考虑先抽引後翻底工艺,看能否达到目的,此时产品侧壁外观不平整.另外当总抽引系数太小时, 可考虑用胀形工艺完成; e. 产品形状尽量简单对称,有利於材料均匀流动; f. 产品之圆角半径不宜过小,一般底部圆角r和口部圆角R都应大於 (0.1~0.3)t; 模具设计计算公式 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)而变化的，如图2.2.3所示。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的重要依据之一。 用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算： 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K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K＝1.3。 为计算简便，也可按下式估算冲裁力： (2.6.2) 式中——材料的抗拉强度。 在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复）及摩擦的存在，将使冲落部分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，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力，如图2.6.1所示。 卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递 的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。影响这些力 的因素较多，主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结 构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要准确地计算这些力是 困难的，生产中常用下列经验公式计算： 卸料力(2.6.3) 图2.6.1 推件力(2.6.4) 顶件力(2.6.5) 式中F——冲裁力；图2.6.1 卸料力推件力和顶件力 ——卸料力、推件力、顶件力系数，见表2.6.1； n——同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。 式中h——凹模洞口的直刃壁高度； t——板料厚度。 注：卸料力系数Kx，在冲多孔、大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。 压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz。Fz的计算应根据不同的模具结构分别对待，即 采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 (2.6.6) 采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时 (2.6.7) 采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 (2.6.8) 《冲压工艺与模具设计》课程标准 一、课程基本信息 1．课程名称 《冲压工艺与模具设计》 2．课程类别 职业核心课 3．学时学分 64学时，4学分 4．适用专业 计算机辅助设计与制造专业 二、课程定位 《冲压工艺与模具设计》的前导课程为《机械制图》、《机械设计基础》、《金属材料与热处理》、《互换性与检测技术》和《机械制造技术》。是计算机辅助设计与制造专业的专业核心课程。培养学生编制冲压加工工艺，设计冲压模具的能力，为后续学习《塑料模具设计与制造》打下坚实基础。 三、课程目标 《冲压工艺与模具设计》将冲压工艺与冲压模具紧密结合，理论联系实际，具有极强的实践性。引用大量实例，突出应用能力。实现培养具备综合运用知识、技术设计冲压模具和加工工艺的模具人才。 （一）总体目标 通过对本课程的学习，学生能掌握设计冲裁模具、弯曲模具、拉伸模具及其他冲压成型工艺模具的专业知识。同时培养学生具有诚实、守信、爱岗、敬业，善于与人沟通和合作的职业素养，具有分析问题和解决问题的能力，具有良好的职业道德。 （二）具体目标 专业能力目标社会能力目标方法能力目标 （1）系统掌握冲压模具设计与制造专业知识。； （2）具备设计中等编制复杂冲压件的成形工艺和冲模的能力； （3）具备编制冲模加工工艺及加工程序的能力; （4）掌握冲模具装配与调整的技能；（5）初步具备试模和冲压件质量分析的能力。（1）养成诚信、敬业、科学、 严谨的工作态度； （2）具有团队合作工作能力； （3）具有较强的法律法规、 安全、质量、效率、保密及环 保意识； （4）具有择业、就业、转岗 和自主创业的能力。 （1）收集和处理信息的能力 （2）独立学习新知识、新技 术，具有终身学习的能力 （3）制定工作计划并进行实 施的能力 （4）能独立进行调查、对比、 分析、决策的能力 四、学习情境设计 （一）设计思路 以培养学生岗位职业能力为核心，培养“掌握现代制造技术，具有扎实的冲压模具设计与制造专业知识和熟练的操作技能，从事冲压模具设计、制造和维修的高级应用型、技能型人才”为目标。尽可能在实验室或实训场所组织教学，采用课堂讲授与现场实训一体化的教学方法，突出职业行动能力和可持续发展能力培养，使人才培养质量得到稳步提高。在课程内容上，以真实的、典型的冲压件为案例，采用任务驱动式的教学过程，以这些典型案例为载体来串接教学内容，在教学中，采取教师讲解+学生讨论+教师评价+实际操作的教学过程，教、学、做相结合，强化学生能力培养，充分体现学中做、做中学的教学思想，以“做”促“学”，提高学生解决实际工程问题的能力。 本课程依托泰安地区机械加工企业，根据企业调研结果确定职业能力，与行业、企业人员共同确定与职业需求相吻合的课程标准。以工作过程为导向，典型任务驱动设计教学项目，组织课程内容。进行基于模具设计实务工作过程的课程开发设计，在课程定位、课程目标、教学内容、教学方法、考核方式、资源建设、教学队伍建设、教学条件等方面，紧紧围绕职业能力培养这一核心理念，课程内容安排以典型任务为中心，突出对学生职业能力的训练；理论知识选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行，同时又要充分考虑高等职业教育对理论知识学习的需要，并融合相关职业资格证书对知识、技 冲压模具设计的方法与步骤 1、冲压零件的冲压工艺性分析冲压零件必须具有良好的冲压工艺性，才能 以最简单、最经济的方法制造出合格的冲压零件，可以按照以下的方法完成冲压件的工艺性分析： a.读懂零件图；除零件形状尺寸外，重点要了解零件精度和表面粗糙度的要求。 b.分析零件的结构和形状是否适合冲压加工。 c.分析零件的基准选择及尺寸标注是否合理，尺寸、位置和形状精度是否适合冲压加工。 d.冲裁件断面的表面粗糙度要求是否过高。 e.是否有足够大的生产批量。 如果零件的工艺性太差，应与设计人员协商，提出修改设计的方案。如果生产批量太小，应考虑采用其它的生产方法进行加工。 2、冲压工艺方案设计及最佳工艺规程设计： a.根据冲压零件的形状尺寸，初步确定冲压工序的性质，如：冲裁、弯曲、拉深、胀形、扩孔。 b.核算各冲压成形方法的变形程度，若变形成度超过极限变形程度，应计算该工序的冲压次数。 c.根据各工序的变形特点和质量要求，安排合理的冲压顺序。要注意确保每道工序的变形区都是弱区，已经成形的部分（含已经冲制出的孔或外形）在以后的工序中不得再参与变形，多角弯曲件要先弯外后弯内，要安排必要的辅助工序和整形、校平、热处理等工序。 d.在保证制件精度的前提下，根据生产批量和毛坯定位与出料要求。确定合理的工序组合方式。 e.要设计两个以上的工艺方案，并从质量、成本、生产率、模具的刃磨与维修、模具寿命及操作安全性等各个方面进行比较，从中选定一个最佳的工艺方案。 f.初步确定各个工序的冲压设备。 3、冲压零件毛坯设计及排样图设计： a.按冲压件性质尺寸，计算毛坯尺寸，绘制毛坯图。 b.按毛坯性质尺寸，设计排样图，进行材料利用率计算。要设计多种排样方案，经过比较选择其中的最佳方案。 4、冲压模具设计： a.确定冲压加工各工序的模具结构形式，并绘制模具简图。 b.对指定的1—2个工序的模具进行详细的结构设计，并绘制模具工作图。设计方法如下： ※ 确定模具的种类：简单模、连续模还是复合模。 ※ 模具工作零件设计：计算凸、凹模刃口尺寸和凸、凹模长度，确定凸、凹模结构形式和连接固定方式。 ※ 确定毛坯的定位和定距方式，并对相应的定位、定距零件进行设计。 ※ 确定压料、卸料、顶件及推件方式，并对相应的压料板、卸料板、推件块等进行设计。 ※ 模架设计：包括上下模座及导向方式的设计，也可以选用标准模架。 ※ 在完成以上工作的基础上，按比例绘制模具工作图。先用双点划线绘制毛坯，再绘制工作零件，然后绘制定位和定距零件，用连接零件把以上各部分连接起来，最后在适当的位置绘制压料和卸料零件。根据模具的具体情况，以上顺序也可作适当调整。 ※ 工作图上应该标注模具的外轮廓尺寸、模具闭合高度、配合尺寸及配合型式。工作图上要标注模具的制造精度和技术条件的要求。工作图要按国家制图标准绘制，有标准的标题栏和名细表。如果是落料模，要在工作图的左上角上绘制排样图。 ※计算模具压力中心，检查压力中心与模柄中心线是否重合。如果不重合，对模具结果作相应的修改。 ※计算冲压力，最后选定冲压设备，进行模具与冲压设备相关尺寸的校核（闭合高度、工作台面、模柄安装尺寸等）。 5、测绘模具的大部分零件图（要求完成图纸工作量折合为A0图三张以上），零 件图要求按国家制图标准绘制，标注完整的尺寸、公差、表面粗糙度和技术要求。 6、填写冲压加工工艺规程卡片。 第一节冲压工艺与模具设计的内容 及步骤 冲压工艺与模具设计是进行冲压生产的重要技术准备工作。冲压工艺与模具设计应结合工厂的设备、人员 等实际情况，从零件的质量、生产效率、生产成本、劳 动强度、环境的保护以及生产的安全性各个方面综合考 虑，选择和设计出技术先进、经济上合理、使用安全可 靠的工艺方案和模具结构，以使冲压件的生产在保证达 到设计图样上所提出的各项技术要求的基础上，尽可能 降低冲压的工艺成本和保证安全生产。一般来讲，设计 的主要内容及步骤包括： ⒈工艺设计 (1) 零件及其冲压工艺性分析根据冲压件产品 图，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求、原 材料尺寸规格和力学性能，并结合可供选用的冲压设备 规格以及模具制造条件、生产批量等因素，分析零件的 冲压工艺性。良好的冲压工艺性应保证材料消耗少、工 序数目少、占用设备数量少、模具结构简单而寿命高、 产品质量稳定、操作简单。 (2) 确定工艺方案，主要工艺参数计算在冲压工 艺性分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括 工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式等。有时同 一种冲压零件也可能存在多个可行的冲压工艺方案，通 常每种方案各有优缺点，应从产品质量、生产效率、设 备占用情况、模具制造的难易程度和寿命高低、生产成 本、操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较， 确定出适合于现有生产条件的最佳方案。 此外，了解零件的作用及使用要求对零件冲压工艺与模具设计是有帮助的。 工艺参数指制定工艺方案所依据的数据，如各种成形系数（拉深系数、胀形系数等）、零件展开尺寸以及冲裁力、成形力等。计算有两种情况，第一种是工艺参数可以计算得比较准确，如零件排样的材料利用率、冲裁压力中心、工件面积等；第二种是工艺参数只能作近似计算，如一般弯曲或拉深成形力、复杂零件坯料展开尺寸等，确定这类工艺参数一般是根据经验公式或图表进行粗略计算，有些需通过试验调整；有时甚至没有经验公式可以应用，或者因计算太繁杂以致于无法进行，如复杂模具零件的刚性或强度校核、复杂冲压零件成形力计算等，这种情况下一般只能凭经验进行估计。 (3) 选择冲压设备根据要完成的冲压工序性质和各种冲压设备的力能特点，考虑冲压加工所需的变形力、变形功及模具闭合高度和轮廓尺寸的大小等主要因素，结合工厂现有设备情况来合理选定设备类型和吨位。 常用冲压设备有曲柄压力机、液压机等，其中曲柄压力机应用最广。冲裁类冲压工序多在曲柄压力机上进行，一般不用液压机；而成形类冲压工序可在曲柄压力机或液压机上进行。 ⒉模具设计 模具设计包括模具结构形式的选择与设计、模具结构参数计算、模具图绘制等内容。 型材挤压工艺 型材挤压工艺，包括确定挤压工艺参数、选择合适的润滑条件、挤压比的确定及合理锭坯尺寸的计算。它们与合金种类、制品规格和设备能力有关。 一、挤压工艺参数的确定 确定工艺参数时，应综合考虑金属与合金加工时的可挤压性和对制品质量的要求（尺寸与形状的允许偏差，表面质量，组织与性能等），以满足提高成品率与生产率的需要。热挤压过程的基本参数是挤压温度和挤压速度（或金属出口速度），两者构成了对挤压过程控制十分重要的温度-速度条件。 （一）挤压过程中的温度变化 挤压变形使坯料具有优越的三向压应力状态，但由于变形不均匀性导致金属沿锭坯断面的流速差，会发生大的纵向拉应力，甚至引起制品产生周期性表面裂纹。为了保持挤压制品的整体性，挤压塑性变形区的温度必须与金属塑形最好的温度范围相匹配。 塑性变形区温度取决于坯料和工具的加热温度、变形热以及被周围介质所吸收的热量。挤压速度越大，被周围介质吸收的热量就越小，则塑性变形区的温度就越高；反之亦然。在一定的变形程度下，要么选择合适的预热温度，要么选择合适的变形速度，都可以使塑性变形区的温度保持在规定的范围内。当变形速度较小时，必须提高预热温度；而变形速度较大时，则必须降低预热温度。 在挤压铝合金时，挤压温度较低（400-500℃），挤压速度较慢，而 且铝合金的导热性很高，所以在计算塑变区的温度场时必须考虑由于挤压金属的热传导和金属与挤压工具之间的热交换而引起的温度变化。 （二）挤压时的温度条件 确定挤压的温度制度时，应考虑以下一些因素： 1）分析合金的塑性图与状态图，了解合金最佳塑性温度范围和相变情况，避免在多相和相变温度下变形。 2）挤压过程温度条件的特点、影响温度条件变化的因素和调节方法以及温升情况。 3）尽可能地降低变形抗力以减小挤压力和作用在工具上的载荷。4）保证最大的金属流出速度。 5）保证温度不超过该合金的临界温度，以免塑性降低产生裂纹。6）保证挤压时金属不粘结工具，恶化制品表面质量。 7）保证挤压制品的温度分布均匀、尺寸精度高、组织均匀和力学性能最佳。 在确定挤压时的最佳温度时，还应该考虑铸锭的冶金学特点：如结晶组织的特点、合金化学成分的波动、金属间化合物的特点，以及坯料的疏松程度、气体和其他的非金属与金属杂志的含量等。 常用铝合金挤压时锭坯的加热温度（表所示），可供制定工艺和设计模具时参考。 （三）挤压时的速度条件 挤压时的速度有三种：挤压速度 v，表示挤压机柱塞、挤压杆和 j 【范例】 (1）题目：东风ＥQ－1０90汽车储气简支架 (2）原始数据 数据如图7—１所示。大批量生产，材料为Q２15，t=３mm。 图7-1零件图 (３)工艺分析 此工件既有冲孔,又有落料两个工序。材料为Q23５、ｔ=３mm的碳素钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁,工件结构中等复杂,有一个直径φ44mm的圆孔,一个６0mm×26ｍｍ、圆角半径为R6mｍ的长方形孔和两个直径13ｍm的椭圆孔。此工件满足冲裁的加工要求,孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚大于８mm。工件的尺寸落料按ＩTll级，冲孔按IＴ10级计算。尺寸精度一般,普通冲裁完全能满足要求。 (4)冲裁工艺方案的确定 ①方案种类该工件包括落料、冲孑L两个基本工序,可有以下三种工艺方案。 方案一:先冲孔，后落料。采用单工序模生产。 方案二：冲孔一落料级进冲压。采用级进模生产。 方案三：采用落料一冲孔同时进行的复合模生产。 ②方案的比较各方案的特点及比较如下。 方案一：模具结构简单,制造方便,但需要两道工序，两副模具,成本相对较高，生产效率低,且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产需 要。故而不选此方案。 方案二:级进模是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂,成本较高,一般适用于大批量、小型冲压件。而本工件尺寸轮廓较大，采用此方案,势必会增大模具尺寸，使加工难度提高,因而也排除此方案。 方案三：只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足,模具轮廓尺寸较小、模具的制造成本不高。故本方案用先冲孔后落料的方法。 ③方案的确定综上所述,本套模具采用冲孔一落料复合模。 (５)模具结构形式的确定 复合模有两种结构形式，正装式复合模和倒装式复合模。分析该工件成形后脱模方便性,正装式复合模成形后工件留在下模,需向上推出工件,取件不方便。倒装式复合模成形后工件留在上模,只需在上模装一副推件装置,故采用倒装式复合模。 图7 2粗画排样图 (6)工艺尺寸计算 ①排样设计 ａ.排样方法的确定根据工件的形状。确定采用无废料排样的方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用直对排法，初画排样图如图7 ２所示。 b.确定搭边值查表,取最小搭边值:工件间a l =2.8，侧面a=3.2。 考虑到工件的尺寸比较大，在冲压过程中须在两边设置压边值，则应取。a=５；为了方便计算取ａl ＝3。 c. 确定条料步距步距:２５7.5mm,宽度：250+5+5=260mm ． ｄ.条料的利用率 21752052.35%257.5260 η?==? e.画出排样图根据以上资料画出排样图，如图7-３所示。冲压模具设计课程设计
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