冷冲压工艺及模具设计课程设计

冷冲压工艺及模具设计课程设计

目录

任务书 (2)

摘要 (4)

1.零件加工方案 (5)

2.零件制造步骤 (5)

2.1零件的工艺分析 (5)

2.2冲压工艺力的计算及压力机的选择 (5)

2.3压力中心的计算 (7)

2.4凹模和凸模的设计 (7)

2.5定位零件的设计 (10)

2.6卸料零件的设计 (10)

2.7固定、导向和连接零件 (10)

2.8模具总装图 (14)

3.模具装配 (14)

3.1上模装配 (14)

3.2下模装配 (15)

4.结束语 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

《冷冲压工艺及模具设计》课程设计任务书

----定位板冲压模设计

一、设计课题

某厂生产的定位板零件如图所示，中批量生产，试确定其冲压工艺方案，画出模具结构装配图，并绘出除模架和紧固件等以外的所有零件图。

图见图

二、设计内容

设计内容包括冲压工艺性分析，工艺方案制定，排样图的设计，总的冲压力计算及压力中心计算，刃口尺寸计算，弹簧、橡皮的计算，凸模、凹模结构设计以及其它冲模零件的结构设计，绘制模具装配图和工作零件图，编写设计说明书，填写冲压工艺卡等。

三、设计工作量（仅供参考）

冲模装配图1张（A1或A2纸）

工作零件图所有非标准件（A3或A4纸）

设计说明书1份（约15页）（A4纸）

四、冷冲模课程设计的要求

1．冷冲模装配图

用以说明冲模结构、工作原理、组成冲模的全部零件及其相互位置和装配关系。一般情况下，冷冲模装配图用主视图和俯视图表示，若还不能表达清楚时，再增加其它视图。

图上应标注必要的尺寸，如模具闭合尺寸、模架外形尺寸、模柄直径等，不标注配合尺寸、形位公差。

按机械制图国家标准填写好标题栏和零件明细表，包括件号、名称、数量、材料、热处理、标准零件代号及规格、备注等内容。模具图中的所有零件都应详细填写在明细表中。

装配图中的技术要求内容包括：凸、凹模间隙、模具闭合高度、模具的特殊要求、其它等。

2．冲模零件图

要求绘制除模架和紧固件以外的所有零件图，零件图的绘制和标注应符合机械制图国家标准的规定，要注明全部尺寸、公差配合、形位公差、表面粗糙度、材料、热处理要求及其它技术要求。

3．设计说明书

设计者除了用工艺文件和图样表达自己的设计结果外，还必须编写设计说明书，用以阐明自己的设计观点、方案的优劣、依据和过程。其主要内容有：

目录；

摘要

1.零件加工方案

2.零件制造步骤

2.1零件的工艺分析

2.2冲压工艺力的计算及压力机的选择

2.3压力中心的计算

2.4凹模和凸模的设计

2.5定位零件的设计

2.6卸料零件的设计

2.7固定、导向和连接零件

2.8模具总装图

3.模具装配

3.1上模装配

3.2下模装配

4.结束语

致谢

参考文献

说明书中应附必要的简图，所选参数及所用公式应注明出处，并说明式中各符号的意义和单位。说明书最后应附有参考文献目录，包括书刊名称、作者、出版社、出版年份。在说明书中引用所列参考资料时，只需在方括号里注明其序号及页数，如：见文献[8]P118。

5．图纸CAD绘制，CAD绘制者必须交纸质图及电子文稿。

摘要

冲裁工艺在工业生产中应用广泛，冲压模具设计与制造技术是一项技术性和经验性都很强的工作。本次课程设计根据课程设计任务书提供的零件图纸要求,用Auto CAD进行设计分析。根据分析结果选择合理的冲压工艺和合理的模具结构，在此基础上优化零件结构和选择合适的零件材料。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工所需的模具类型，选择所需设计的模具类型。

本文首先叙述了冲压模具的发展状况，模具在现代工业中的作用，和在整个国民经济中的地位。说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是简单说明了模具设计的基本概念和模具设计的一般步骤、模具的分类、模具零件的分类、模具的结构形式、冲压的基本概念、冲压工艺基础理论、塑性力学基础理论。然后对冲压件进行工艺分析，完成了工艺方案的确定，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，为选择冲压设备提供依据。其次对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次模具零件图的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。

本次设计阐述了冲压单工序模的结构设计及工作过程。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。

关键字：冲裁；落料；单工序模；模具结构

零件如图所示：

图1

1、零件加工方案

该零件为简单零件，可直接采用落料的方法来完成。

2、零件的制造步骤 2.1、零件的工艺分析

零件如图1所示，其材料是Q235，厚度为1mm ，查表得抗拉强度σb =375～460MPa ，屈服极限σs =235MPa ，弹性模数伸长率δ=26～31%，抗剪强度τ=303～372MPa 。 （1）材料

Q235属于普通碳素钢，具有良好的冲压性能，查表得σb =400MPa （2）结构形状

该工序件的结构简单，属于对称结构，比较规则适合落料加工 （3）确定工艺方案与模具形式 工件属于大批生产，为提高生产效率并保证加工精度，由于工序件结构简单，用单工序模可直接加工。 （4）尺寸精度

由于标注公差的尺寸精度都很低，所以未标注公差的尺寸都按IT12级由查

表的各尺寸的公差为：026.0128-，020.064-，020.035-，0

23.096-。

结论：工艺性较好，可以落料

2.2、冲压工艺力的计算及压力机的选择

冲压工艺力是冲裁时压力机应具有的最小压力，是完成分离所必须的力和其他的附加力（卸料力，推料力，顶出力等）的总和。它是选择冲床吨位的依据，也是设计冲裁模所必不可少的依据。 （1）排样方式的确定

设计单工序模，首先要设计条料排样图，零件的形状近似于矩形，适合直排，可

以减少废料，如图2所示的排样方式。

图2零件排样图 （2）搭边值得确定

经查表，取工件间a 1=1.5mm ，侧面a=1.8mm （3）条料宽度和步距的确定 条料宽度B=128+2×1.8=131.6mm 步距S=96+1.5=97.5mm （4）材料利用率

冲裁件面积A=128×96-4×32×30.5=12288-3904=8384mm 2

一个步距内的材料利用率η=%1005

.975.13183841%100???=?BS nA =65.34% （5）冲裁的计算：

使板料发生分离的力称冲裁力。直接影响冲裁力的主要因素有抗剪强度，材料厚度和冲裁轮廓周长。同时，冲裁间隙，刃口锋利程度，冲裁速度，润滑情况等都对冲裁力有影响。 （6）冲裁件的工艺性

冲裁件的工艺性，就是冲裁件对冲压工艺的适应性能，即冲裁件结构形状，尺寸大小，工件精度等在冲裁时的难易程度。好的冲裁工艺性能保证材料消耗少，工序数目少，产品质量稳定且效率高，模具结构简单且寿命长等要求。 完成该工序件所需的冲压力由冲裁力、弯曲力及拉深力组成。

冲裁力：F 1=Lt σ b

式中：L-------冲裁周边长度（mm ）； t--------冲裁件的厚度（mm ）；

σb ----- 冲裁件材料的抗拉强度（MPa ） 冲裁力：F 1=Lt σb =（128+96）×2×1×400=179200N

卸料力：从凸模上将废料（或工件）卸下来的力。

F T=nF1K T

式中F T ----推件力（N）；

K T ----推件力系数，查表得K T =0.055

n——卡在凹模洞口内的工件数，取洞口直壁高度h=5mm，n=h/t=5

卸料力：F T=nF1K T=4×179200×0.055=44800N

即F T=44.8KN

根据压力机的总冲压力选择压力机的型号，选J23-6.3的压力机。主要性能参数：

公称压力为63KN；滑块的行程为35MM；最大封闭高度为150MM；模柄孔尺寸为Ф30х55。

2.3 压力中心的计算

本工序件只需一步，即可加工出零件，形状如图3：

图3

冲裁力合力作用点称为压力中心。压力中心应与冲床滑块中心线重合，以保证冲裁模具正确，平稳地工作，防止模具歪斜，造成凸，凹模间隙不均匀，产生偏心载荷等现象，从而加剧模具的磨损，影响模具的受命。所以在设计模具时，要使模具的压力中心通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心和冲床滑块中心重合。

冲裁件的压力中心与冲裁件的重心不同，压力中心是冲裁合力的中心，与冲裁力大小和作用位置有关。而重心则取决于工件形状和质量分布，只有当工件具有中心对称形状时，压力中心才和中心重合

2.4 凹模和凸模的设计

凸模

因为本套模具属于单工序模具，属于非圆形凸模，所以其刃口形状取决于工件，但其属于非圆形类，所以其固定部分做成距形。凸模的材料用T10A，刃口部分经热处理后材料的硬度为58-62HRC。尾部回火至40-50HRC。

固定方式：采用凸模固定板固定，凸模和凸模固定板之间的配合采用H7/m6的过度配合。

凹模

凹模结构设计：凹模结构设计包括，确定凹模的外形尺寸和凹模板的厚度，选择凹模形孔侧壁的形状，布置凹模板上形孔、螺孔和销孔的位置以及标注尺寸。周界尺寸计算，因制件形状简单，只有一个工位，选用整体式距形凹模。

凹模的计算

落料：026.0128-mm ，020.064-mm ，020.035-mm ，0

23.096-mm

（a ）工件 （b ）凹模刃口变化轮廓

图4落料凹模刃口磨损变化的情况

落料：图4（a ）为工件图，图4（b ）为冲裁该工件所用落料凹模刃口的轮廓图， 图中虚线表示凹模刃口磨损后尺寸的变化情况。落料时应以凹模为基准件来配作凸模。从图4（b ）可看出，凹模磨损后刃口尺寸只变小，故凹模刃口尺寸计算如下：

凹模磨损后变小的尺寸（A 1、A 2、A 3、A 4），按一般冲孔凸模公式计算，因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸，即

0min )(A x A A A δ-?+=

式中A A ——相应的凸模刃口尺寸; A min ——工件的最小极限尺寸 △ ——工件公差

δA ——凹模制造偏差，通常δA =△/4 表2-24得x=0.5

A 1A =(128+0.5×0.26)0-1/4×0.26mm=128.130-0.06mm A 2A =(64+0.5×0.20)0-1/4×0.20mm=64.100-0.05mm A 3A =(35+0.5×0.20)0-1/4×0.20mm=35.100-0.05mm A 4A =（96+0.5×0.23）0-1/4×0.23mm=96.120-0.06mm

落料用的凸模刃口尺寸，按凹模的实际尺寸配制并保证最小间隙Z min 。 查表得

Z max =0.140mm Z min =0.100mm 凸模的基本尺寸

a 1A =128.01mm 、a !A =63.98mm 、a 1A =34.98mm 、a 1A =96.00mm 凹模厚度的计算

H=kb （≥15mm ）采用凸模刃口大尺寸b=128mm 查表得：k=0.4

则H=0.4×128=51.2mm ≈52mm

凹模的壁厚C=（1.5-2）H=78-104mm 取C=80mm

凹模的结构及外形尺寸如下图5所示

图5 凹模

凹模的材料采用T10A ，热处理硬度为HRC58-62。表面粗糙度为1.8 凸模固定板的厚度

根据经验值：h 1=（0.6-0.8）H （H 为凹模的厚度） =31.2-41.6mm 取40mm 凸模的长度 L=h 1+h 2+h 3+h

（h 1是凸模固定板的厚度，h 2是卸料板的厚度，h 3导料板厚度，h 是附加长度包括：凸模伸入凹模的深度（0.5-1mm ），总修模量6-12mm ，闭合状态凸模固定板到卸料板之间的安全距离10-20mm 。）

L=h 1+h 2+h 3+h=40+40+2+1+10+15=108mm 凸模的结构形式和尺寸如图6

图 6 凸模

凸模材料采用T10A 钢，经过淬火处理在HRC 58-62。

凸模强度校核

由于凸模不是细长型，冲裁厚度不大，所以可不进行凸模的强度和刚度分析。2.5定位零件的设计

定位零件主要有导料装置和挡料、导正装置,定位装置组成,作用是保证材料的正确送进及在冲压中的正确位置。在本套模具中，定位零件分别采用：导料板、活动挡料销来保证进料方向和定位。

图7导料板

2.6 卸料零件的设计

在此套模具当中采用固定卸料方式。

卸料板卸料板的作用是：把条料从凸模上卸下，为凸模导向，压料。有刚性和弹性卸料板两种。在本套模具中采用刚性卸料板，其卸料安全可靠、卸料力大。其外形尺寸和凸模固定板一样，其结构形式和其它尺寸如图8所示：

图8 卸料板

2.7 固定、导向和连接零件

冲模的固定连接零件有模柄、上下模板、凸凹模固定板、垫板、螺钉和销钉等。导向零件有导柱和导套。

（一）模座

（1）下模座

下模座的结构形式及尺寸如图9所示

图9 下模座

(2)上模座

上模座的结构形式及尺寸如图10所示：

模座的材料均采用45钢

（二）导向零件

导向零件可保证冲压时上、下模有精确的位置关系。因为零件的公差等级没有要求所以在本套模具中采用滑动导柱导套式。

在本套模具中采用两个导柱导套，分别分布在下模座左右两侧受力较均匀，并且是导柱在下模座上。其材料为20钢。其结构形式和尺寸如下图所示

（1）导柱

导柱长度L=60+40+20+15=135mm

导柱的结构形式及尺寸如图11所示：

图11 导柱

（2）导套

导套的结构形式及尺寸如图12

图12 导套

（3）凸模固定板

凸模通常用固定板固定在凸模上,凸模固定板的外形尺寸主要根据冲压工件的大小而定,其平面尺寸除保证能安装凸模外,还要考虑螺钉和销钉孔的位置,凸

模固定板的外形尺寸与凹模外形尺寸相同，其厚度H

1=（0.6~0.8）H，则H

1

=40 mm。

凸模固定板与凸模采用过渡配合（H7/m6），压装后将凸模尾端与固定板一起平磨，并与形孔中心线平行，其材料为A3钢。

凸模固定板的外形尺寸及其结构形式如图13所示：

图13 凸模固定板

（4）模柄

中小型的冲模一般通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。模柄的形式有很多种，因此套模具有刚性推件装置所以这里采用凸缘模柄结构。材料为45钢。模

柄采用凸缘模柄结构，其结构形式及尺寸如图14所示：

图14 模柄

（三）垫板

垫板的作用是直接承受和分散凸模传来的压力、以降低模板单位面积上的压

力，防止模板被凸模端面压陷。垫板的形状和凸模固定板一致。垫板的材料用

45钢。，淬火后硬度HRC48-52，淬火后垫板两平面磨平。

（四）螺钉和销钉

螺钉用于紧固模具零件，主要承受拉应力。螺钉采用圆柱头内六角螺钉（这种螺钉紧固牢靠，且螺钉头埋在凹模内，模具结构紧外形美观），对称布置使其受力均匀。

2.8 模具总装图

通过以上设计，可得到如图所示模具的总装图。模具上模部分主要由上模座、垫板、落料凸模﹑固定板等组成。下模由卸料板、导料板﹑凹模﹑下模座等组成。卸料是在开模时，凸模向上移动，卸料板阻挡板料向上移动，从而使板料卸下。在这中间冲出的工件由凹模孔直接落下。条料送进时利用固定挡料销定步距，操作时完成第一步后，把条料向上抬起向前移动，移到刚冲过的料口里，重复以上动作来完成所需工件的冲裁。见图15

图15 装配图

3.上模装配

根据落料模的特点，先装上模，再装下模较为合理，并调整间隙，试冲，返修。具体过程如下。

3.1上模装配

（1）仔细检查每个将要装配零件是否符合图纸要求，并作好划线、定位等准备工作。

（2）先将凸模与凸模固定板装配，再与凹模板装配，并调整间隙。

（3）把已装配好的凸模及凹模与上模座连接，并再次检查间隙是否合理后，打入销钉及拧入螺丝。

3.2下模装配

（1）仔细检查将要装配的各零件是否符合图纸要求，并作好划线、定位等准备工作。

(2) 先将凹模放在下模座上，接着依次按顺序装入销钉、固定挡料销，检查

间隙合理后拧入紧固螺钉，并再次检查调整。

(3) 将经调整后的上下模按导柱、导套配合进行组装，检查间隙及其他装配

合理后进行试冲。并根据试冲结果作出相应调整，直到生产出合格制件。4．结束语

通过对连接板零件冲孔落料级进模的设计，更深一层地了解冲裁模的设计流程，包括冲裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总装图及零件图的绘制。在设计过程中，有些数据、尺寸是一点也马虎不得，只要一个数据有误，就得全部改动，使设计难度大大增加。条料送进时利用固定挡料销定步距。操作时完成第一步后，把条料向上抬起向前移动，移到刚冲过的料口里，再利用导料销继续下一个工件的冲裁。重复以上动作来完成所需工件的冲裁。

致谢

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计的难题。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。

参考资料

[1] 朱超.互换性与技术测量.机械工业出版社 2008.

[2] 韩森和.冷冲压工艺及模具设计与制造．高等教育出版社 2006

[3] 高军.冲压模具标准件选用与设计指南. 化学工业出版社 2007