导板式落料模设计-材料成型课程设计

导板式落料模设计-材料成型课程设计

课程设计说明书

题目：

班级：材料成型及控制工程

学号：

姓名：指导老师：时间：

序言

首先，冷冲模课程设计是模具专业，在学习过程中是一个重要的实践性学习环节，其目的是：

1.应用本专业所学知识和实训技能，进行一次冲压设计工作的实际能力，在提高独立分析和解决实际问题的能力。

2.通过查设计资料手册熟悉设计标准和技术规定，通过方案认证设计与计算，计算机辅助绘图，数据处理与综合分析编写与设计说明书等环节，进行工程师的基础训练，培养从科研工作的初步能力。

3.培养勤奋求实，团结互助，勇于创新的优良品质。

其次，冲裁模具的基本结构及工作原理如下

冲裁模具按工序组合程度可分为：简单冲裁模、连续冲裁模、复合冲裁模。

（一）简单冲裁模即敞开模

1、定义：它是指在一次冲裁中只完成冲孔或落料的一个工序。

2、简单冲裁模按其导向方式可分为：

（1）无导向单工序模它的特点是结构简单,重量轻、尺寸较小、模具制造容易、成本低廉。但冲模使用安装时麻烦,模具寿命低,冲栽件精度差,操作也不安全。无导向简单冲模适用于精度要求不高、形状简单、批景小或试制的冲裁件。

（2）导板式简单冲裁模模精度高、寿命长、使用安装帧、操作安全,.但制造比较复杂。一般适用于形状较简单、尺寸不大的工件。

（3）导柱式简单冲裁模由于这模具准确可靠,能保证冲裁间隙的均匀,冲裁的工件精度较高、模具使用寿命长而且在冲床上安装使用方便，因此导柱式冲裁模是应用最广泛的一种冲模,适合大批量生产。

（二）连续冲裁模

1、连续冲裁模的定义：按一定的先后程序，在冲床的滑块的一次到和中，在模具的不同位置上，完成冲孔，落料导两个的上的冲后工序的冲裁模，又称及进模或跳步模。

2、连续冲裁模的定位原理可分为：导正销定位原理、侧刃定距原理

（三）复合冲裁模

1、复合冲裁模的定义：在部床滑块的一次行程中，在冲模的同一工位上同时完成内孔和外形两种的上工序的冲裁模。

2、复合冲裁模按结构可分为：正装式复合模、倒装式复合模

最后，希望通过本次冷冲模课程设计，能进一步巩固课程，扩大所学到的知识，

加深对知识的理解。

2019-01-13

目录

序言............................................................................ . (1)

目录............................................................................ . (3)

设计任务书及产品图............................................................................ (5)

第一章冲裁工艺设计............................................................................ . (6)

1-1对尺寸、精度的分

析 ........................................................................... .. (6)

1-2 零件的数目与冲压模具结构分

析 (6)

1-3零件的材料分

析 ........................................................................... . (6)

1-4排样设

计 ........................................................................... . (7)

第二章模具基本结构的拟定............................................................................ .. (8)

2-1确定基本结

构 ........................................................................... .. (8)

2-2 确定导向和定位方

式 ........................................................................... . (9)

2-2-1确定定位方

式 ........................................................................... . (9)

2-2-2 确定导向方

式 ........................................................................... (9)

第三章压力机的选择............................................................................ .. (10)

3-1计算工艺总

力 ........................................................................... (10)

3-2计算压力中

心 ........................................................................... (11)

3-3压力机的选

择 ........................................................................... (13)

第四章模具零件的设计............................................................................ . (14)

4-1成形零件的设

计 ........................................................................... .. (14)

4-1-1凸凹模刃口尺寸的计

算 (14)

4-2工作零件结构设

计 ........................................................................... . (16)

4-2-1凹模外形尺寸设计与形状选

择 (16)

4-2-2凸模外形尺寸设计与形状选

择 (17)

4-3固定零件设

计 ........................................................................... (17)

4-3-1模

柄 ........................................................................... (17)

4-3-2上下模

板 ........................................................................... . (17)

4-3-3 凸模固定

板 ........................................................................... .. (17)

4-3-4垫

板 ........................................................................... (18)

4-4 定位零

件 ........................................................................... . (18)

4-4-1导料

板 ........................................................................... .. (18)

4-4-2定距侧

刃 ........................................................................... . (18)

4-5 导向零

件 ........................................................................... . (19)

4-6螺钉和圆柱

销 ........................................................................... (19)

小结............................................................................ .. (20)

参考文献............................................................................ (21)

设计任务书及产品图

基本要求及设计步骤建议：

冲裁工艺设计：对制件的结构、尺寸、精度、数量、材质等要素进行分析，初步确定制件的冲裁工艺，计算搭边尺寸、毛坯尺寸，确定排样图；

模具结构方案设计；根据冲裁工艺方案，初步确定模具结构方案和坯料导向、定位方式；

计算冲裁力，初步选择冲压设备；了解其行程、吨位、容模尺寸等有关技术参数；

计算并确定冲裁间隙继而确定凸模、凹模等主要工作零件的尺寸、结构形式；选择凸模、凹模

协调模具各零件的结构、尺寸，完善导料、定位等辅助功能件结构；绘制模具总装

配图：

1)、按装配图要求标注尺寸及配合性质、技术要求等；

2)、零件标号无遗漏；明细表内容详实、规范；

3)、制图遵照国家标准；排样图按习惯绘在总装图的右上角或适当位置。绘制凸模、凹模零件图，尺寸、粗糙度标注齐全；

编写设计说明书一份，要求内容详实，措词准确，具有较好的可读性；

10、其它详见《“模具设计”课程设计指导书》。

第一章冲裁工艺设计

1-1对尺寸、精度的分析

由于零件没有做尺寸的上下偏差要求，同时也是非圆形件，公差等级取IT7级。所以

落料模精度取IT5级。

1-2 零件的数目与冲压模具结构分析

冲裁件的数目确定属于大批量的生产，且结构简单，所以，采用单工序落料模即可。

1-3零件的材料分析

零件的材料是20钢，属于优质碳素结构钢，σb=420MPa, τ=320 MPa可以看到，材

料的剪切强度比较大，而且，综合零件的厚度比较小，所以在后面设计

卸料的时候，在用弹性卸料的方式不可以满足要求的前提下，应该考虑采用刚性卸料

装置卸料。

1-4排样设计

该零件基本是三角形的零件，所以直接采用有废料的直对排方式就可以了，根据零件

的厚度0.8mm，查教材表2-13可以知道侧搭边a =1.2mm，工件间距离a1 =1.0mm,根据零

件的尺寸和a1和a的值，就可以计算条料的宽度。由于:

B=（D+2a+nC)0?△, （1-1）

从教材表2-16可以知道，侧刃冲切的料边宽度C=1.5mm，所以

B=21+2×4.5+1×1.5=31.5mm, （1-2）

同时，可以知道步距的大小为

S=(19.3+0.8)/2×3≈32 （1-3）

经过取整数，所以条料的宽度是B=32mm。排样图如下图1-1所示：

图1-1 排样图

第二章模具基本结构的拟定

2-1确定基本结构

上部分由模柄、上模座、凸模、定距侧刃、凸模固定板、垫板以及各自紧固件组成。

下部分主要由导板、导料板、落料凹模、下模座、挡块、承料板以及其相应的紧固件组成。出件方式为下出件。其结构简图如下图2-1。

图2-1 设计草图

2-2 确定导向和定位方式

2-2-1确定定位方式

由于是单工序落料模，可以采用单侧刃控制送料进距，从而进行定位，导料板在垂直

板材进给方向起作用。

2-2-2 确定导向方式

下面是常应用的几中导向方式和其各自的特点：

1.无导向简单冲裁模

特点：结构简单，尺寸较小，重量较轻，模具制造简单，成本低，但冲裁件精度差，

模具寿命低。

2.导板式简单冲裁模

导板模比无导向简单冲裁模的精度高一些，模具寿命也较长，使用安装比较方便，操

作较容易、安全；缺点是：模具结构较复杂，故一般适用于形状简单，尺寸不大的冲裁件。

3.导柱式简单冲裁模

特点：导向精度高，冲裁件尺寸稳定，互换性更好，使用安装方便，操作安全，模具

寿命高，但制造工艺复杂，模具成本高。

考虑到零件的数量要达到大批量生产,再考虑工艺复杂性、模具成本入手，选择导板

式简单冲裁模。

第三章压力机的选择

3-1计算工艺总力

冲裁力计算：

根据课本公式（2-1） F=KLt b （3-1）

F—冲裁力 L—冲裁件周边长度（mm） t—材料厚度（mm）

τ—材料的抗剪强度（Mpa） K—系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。

查表得20号钢的抗剪强度为τ=320MPa，在冲裁的时候，K的值通常是取1.3，查冲压手册得τb，L=52.43（mm）。由上式知道各力的大小为：

冲裁力：F冲=KLtτb=1.3×52.43×0.8×320=17.61（kN） (3-2）推件力：F推=nK 推 F冲=5×0.055×17.61kN=4.843（kN） (3-3) 式中查表3-4.得：K推=0.055mm, n=h-1/t=5-1/0.8=5该落料模采用是单侧刃,导正结构及刚性卸料和下出件（冲孔废料）方式.则总冲压力F:

F= F推+ F冲 =17.61kN+4.843kN=22.453（kN）

又因为该模具一次冲两件，所以总的冲压力为F总=F×2=44.906(KN)

3-2计算压力中心

根据压力中心的计算公式是

F1x1+F2x2+?+Fnxn n1Fixi

X0== (3-4)

i=1FiF1+F2+?Fn

n

F1y1+F2y2++?+Fnyn i=1FiyiY0== (3-5)

F+F+?+FF

1

2

n

i=1i

建立如下图所示3-1所示的坐标，并且求出单个工件的压力中心相应的压力中心的值

如表3-1所示。

图3-1 坐标系的建立

表3-1 压力中心的求解

又因为工件相对于x轴对称，所以压力中心y坐标为0 所以，

x=((9.425×（-0.6））×2+8×5.66×

2+11.3*(-4))/(9.425+8+6.283+8+9.425+11.3)

=0.6494

所以，单个工件的压力中心为（0.6494,0）对于一次冲两件的冲裁方法，建立坐标

系如图：

图3-2 总坐标系的建立

则两工件各自压力中心相对于新坐标系的坐标分别为(-16,-0.8506)、(16.-0.8506)。

则单次冲裁的压力中心坐标为X=（L1×(-16)+L2×16）/（L1+L2）=0 Y=(L1×(-

0.8506)+L2×0.8506)/( L1+L2)=0 即总压力中心坐标为（0,0）

3-3压力机的选择

根据总力的大小和压力中心及滑块行程，初步选择压力机的要求技术参数如下表：

表3-2 压力机的主要参数值

HP-40

第四章模具零件的设计

4-1成形零件的设计

4-1-1凸凹模刃口尺寸的计算

图4-1 零件尺寸图

.利用配合加工的方法来加工凸模和凹模，以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁

间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。具体如下：

查教材表2-6得 Zmin=0.040 Zmax=0.056

?=Zmax-Zmin=0.056-0.040=0.016 (4-1) 凹模磨损后，所有尺寸增大

根据公差为IT7，L1~L6的尺寸偏差依次为：

0.012mm,0.015mm,0.012mm,0.015mm,0.012mm,0.021mm。查表2-11得

x1=x2=x3=x4=x5=x6=1.0。有公式（2-11）得

+(1/4)*0.012

A1d=(4-1.0×0.012)0

+0.003=3.9880

(4-2)

+(1/4)*0.015

A2d=(8-1.0×0.015)0+0.004=7.9850 (4-3)

+0.003

+(1/4)*0.012

A3d=(4-1.0×0.012)0

=3.9880

(4-4)

+(1/4)*0.015

A4d=(8-1.0×0.015)0+0.004=7.9850 (4-5)

+0.003=3.9880

(4-6)

+(1/4)*0.012

A5d=(4-1.0×0.012)0

+(1/4)*0.021

A6d=(11.3-1.0×0.021)0+0.005=11.2790 (4-7)

该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配置，保证双面间隙 Zmin~Zmax=0.040~0.056mm。凹模尺寸标注见下图

图4-2 凹模尺寸

4-2工作零件结构设计

4-2-1凹模外形尺寸设计与形状选择

采用直筒形刃口，刃口高度h=5mm 凹模厚度：

H=kb（≥15mm） (4-7) H=0.33×21＜15mm 取H=25mm 查表8-1得其中 K 0.33

图4-3 凹模刃口

凹模壁厚： C=（1.5~2）H=2×25=50mm (4-8) 凹模外形尺寸 L=b+2Ｃ

=21+100=121mm B=L+2C=81+100=181mm

注：B为与送料方向平行的零件最大外形尺寸，L为垂直与送料方向的零件最大外形

尺寸 C为凹模壁厚 H为凹模高度

由于直臂式刃口强度较高，修刃后尺寸不变，选用直臂式刃口凹模。本制件采用单

工序模，依据模架类型按国标圆整得： B=240 L=155mm H=25mm 尺寸比较大，可以优先采

用整体式凹模。

4-2-2凸模外形尺寸设计与形状选择

本模具为非圆形凸模，采用直通式结构。用N7/m6铆接固定。

凸模固定板厚度:H1=(0.6-0.8)H=0.8H=12mm (4-9) 凸模长度 L：

L=H+H1+H2+H3=20+12+15+8=55mm

(4-10)

H1----固定板的厚度（mm） H2----固定卸料板的厚度（mm） H3----导尺（导板）或

坯料的厚度（mm） H4----附加长度（mm）多取15~20mm

4-3固定零件设计

4-3-1模柄

选用旋入式模柄，通过螺纹与模座连接，用小螺钉防松，用于中小型模具，装卸方便。选用A32×78,国标2862-81.Q235 4-3-2上下模板

冲模的全部零部件，均安装在上、下模板上，从而构成模具的整体并传递压力机的压力，来完成冲制工作。模板应该具备足够的强度和刚度。如果模板刚度不足，则冲模工作

时模板会产生严重的弹性变形，导致模具零件迅速磨损或损坏.下模座厚度H下=40mm，上

模座厚度取H上=30mm

则模具闭合后的高度H=30+10+55-3.5+25+40=156.5mm

可见该模具的闭合高度小于所选压力机的封闭高度，因此该压力机满足使用要求。

4-3-3 凸模固定板

固定板主要用于将中小型模具固定在模座上，其平面轮廓尺寸除应保证凸模

安装孔外，还应考虑螺钉和销钉孔的位置，厚度为凹模厚度的60%~80%。此处取12mm。固定板孔与凸模采用过渡配合（H7/m6），压入后端面磨平，以保证冲模垂直度。材料取

45钢。 4-3-4垫板

垫板厚度：4~12㎜，视要求可适当加厚。此处取10mm。外形尺寸按照固定板形状决定。材料选用45钢。

4-4 定位零件

4-4-1导料板

选择导料板与导尺制成整体式的形式。为了使条料顺利通过，导料板间的距离应该等

于条料的最大宽度加上一间隙值（一般不大于0.5mm），此处取导料板宽度B为35mm，厚

度H取6~8mm，此处取8mm,导料板间距离取35mm。

图4-4 导料板

为了保证条料靠近导料板一侧顺利送料，此处采用挡块控制 4-4-2定距侧刃

选用的侧刃形状为矩形，侧刃凸模的断面长度S为：

S=A+(0.05~1.0)=33mm

式中 A=送料步距的基本尺寸。侧刃的制造公差一般为h6。

侧刃凸模的断面宽度B为6~10mm，取8mm。侧刃制造公差取负值，一般为0.02mm

图4-5 侧刃

侧刃凹模按照侧刃凸模配做，留单边间隙Cmin~Cmax=0.020~0.028mm 侧刃的固定方式选用用侧刃的凸缘固定。

4-5 导向零件

此处的导向零件与卸料零件为同一部件，即导板。导板的厚度H2=(0.8~1.0) H1( H1为凹模厚度) =1×15=15mm 外形尺寸按凹模尺寸确定。导板与凸模按h5/H6配合

4-6螺钉和圆柱销

根据凹模厚度选取凹模紧固螺钉尺寸为M6，材料选用Q235，需用承载能力为2300N，即M6×60，四个。圆柱销取M6×80，四个。

小结

本人在郝老师的指导下，经历了两周的时间完成了此课程设计，在此过程中，本人受益颇深，对冲裁模有了更进一步的了解。特别是单工序落料模，对其结构及设计要点有了更进一步的掌握，在此，我谨向郝老师和与我一起探讨的同学表示感谢。

因本人的知识水平和社会经历有限，设计当中难免有不当和错误之处，恳请老师给予批评及更正。

参考文献

[1] 何铭心钱可强主编，《机械制图（第五版）》，高等教育出版社出版，2019

[2] 姜奎华主编，《冲压工艺与模具设计》，机械工业出版社，1998

[3] 林承全胡绍平主编，《冲压模具课程设计指导与范例》，化学工业出版社，2019

[4] 杨玉英主编，《实用冲压工艺与模具设计手册》，机械工业出版社，2019

[5] 梁炳文主编，《冷冲压工艺手册》，北京航空航天大学出版社，1999

[6] 许发樾主编，《实用模具设计与制造手册》，机械工业出版社，2019

[7] 王荣主编，《模具识图与制图》，机械工业出版社，2019

[8] 杨月英张琳主编，《中文版AtuoCAD2019机械绘图》,机械工业出版社，2019

[9] 陈于萍周兆元主编，《互换性与测量技术基础》，机械工业出版社，2019

[10] 肖祥芷王孝培主编，《中国模具设计大典》，江西科学技术出版社，2019

[11] 李德群唐志玉，《中国模具工程大典》，电子工业出版社，2019

[12] 韩泰荣主编，《模具设计与制造简明手册》，上海科学技术出版社，1985

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