冲压模具课程设计

冲压模具课程设计冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或者塑性变形，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（金属或者非金属）加工成零件（或者半成品）的一种特殊工艺装备，称之冷冲压模具（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、生产效率与生产成本等，与模具设计与制造有直接关系。

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、效益与新产品的开发能力。

我国的冲压模具设计制造能力与市场需要与国际先进水平相比仍有较大差距。

这些要紧表现在飞行器钣金件、高档轿车与大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，不管在设计还是加工工艺与能力方面，都有较大差距。

覆盖件模具，具有设计与制造难度大，质量与精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。

尽管在设计制造方法与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与多功能模具，是我国重点进展的精密模具品种。

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《飞机钣金成形原理与工艺》等模具有关基础课程后，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，则用通常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432～549Mpa，抗拉强度为540～685Mpa，伸长率为16%。

适合冲压成形。

综合以上分析，得到最终结论:该制件能够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2mm，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，应重视模具材料与结构的选择，保证一定的模具寿命。

二、工艺方案的确定由零件图可知，该制件需落料与冲孔两种冲压工艺，设计模具时可有下列三种方案：方案一：先落料，再冲孔，使用单工序模生产。

方案二：冲孔、落料连续冲压，使用级进模生产。

方案三：落料与冲孔复合冲压，使用复合模生产。

方案一使用单工序模生产，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，生产效率较低，难以满足零件年产20万件的需求，而且要考虑第二套模具中工序件的定位问题，操作不便。

方案二使用级进模生产，可有效地提高生产效率，但连续模制造与设计难度大，费用高，用于生产该制件达不到经济性要求。

方案三使用复合模生产，亦有很高的生产效率，复合模能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔两道工序，所冲压的工件精度较高，不受送料误差影响，能较好的满足该制件内孔与外形同心的要求。

通过对比，故使用方案三，比较适合该零件。

三、模具结构形式的确定（一）模具类型及卸料方式分析因制件材料较薄，为了保证制件的平整度，因此使用正装式复合模，即凸凹模安装在上模，这样，从模柄中穿入导杆能够直接把嵌在凸凹模里的废料从刃口中打下，卡在凸凹模凸模刃口上的材料能够用弹性卸料板卸料；冲孔凸模与落料凹模安装于下模，用顶件器带动卸料板顶出制件。

（二）模具定位方式分析在模具设计中，抛弃了传统的销钉定位，而是把凸凹模与凹模分别在上、下模座定位，上、下模座的定位沉台在制造时是与导柱、导套固定在一起加工完成的，这样保证了上、下模工作零件的同轴度，从而达到保证零件尺寸精度的目的。

同时没有使用销钉，也使模具的维修方便了很多，即使多次拆卸也能保证零件的精度不变。

四、工艺设计与计算（一）制件排样与材料利用率计算使用单排直排有废料排样，如图2所示。

=1mm,则送料由文献【1】表3-17查得制件间搭边值a=0.8mm，侧搭边值a1步距L=19+0.8=19.8；条料宽度B=22+1+1=24；经计算制件面积S=284.73mm2，一个步距的材料利用率为：η=S/(BL) ×100%=284.73/(24 ×19.8) ×100%=59.92%图2 排样图由文献【2】表4-1冷轧钢板的尺寸，选板料规格为1200mm×600mm×1mm，剪裁条料时使用横裁法，因此条料尺寸为24mm×600mm。

每板条料数n1=1200/24=50(条)；每条制件数n2=(600-0.8×2)/19.8=30(件)；每块板制件数n3= n1×n2=50×30=1500(件)材料总利用率η，=1500×284.73/（1200×600）=59.3﹪（二）冲压力的计算冲裁力可按下列公式[1]计算：F=KLtτkp式中：t—材料厚度（mm）； L—冲裁件周长（mm）；τkp--材料抗剪强度（Mpa）。

已知K=1.3, t=1 mm；查文献【2】表4-12得τkp =432～549，取τkp=500；经计算得外形周长L1=67.57mm，内孔周长L2=30.85mm。

因此落料冲裁力 F1= KL1tτkp=1.3×67.57×500×1=43.92kN冲孔冲裁力 F2= KL2tτkp=1.3×30.85×500×1=20.05 kN推件力与卸料力可用下列经验公式[ 1]进行估算：F推件=nK推FF卸料=K卸F式中：F—冲裁力；n为同时卡塞在凹模内的零件数，通常为3～5；K推—推件力系数；K卸—卸料力系数。

查文献【1】表3-15得，K推=0.055，K卸=0.04～0.05，因此F卸料=K卸F1=0.04×43.92=1.7568 kNF推件=nK推F2=5×0.055×20.05=5.51 kN由于该制件模具使用弹性卸料装置，因此总冲压力的计算公式为：F总= F1+F2+F卸料+F推件=43.92+20.05+1.7568+5.51=71.24 kN(三)初选压力机根据总压力71.24 kN,查文献【2】表4-33开式压力机的要紧技术参数，初选压力机型号规格为J23-10，其要紧参数如下：公称压力：100 kN滑块行程：45mm最大闭合高度：180mm最大装模高度：145mm工作台尺寸：370mm×240mm模柄孔尺寸：∅30mm×55mm(四）计算压力中心该制件图形较规则，上下对称，故使用解析法求压力中心较为方便。

建立如下图所示坐标系。

设压力中心为（x0,y0）,由于上下对称，因此y0=0，只需求x0，又由于内孔为轴对称图形，因此只需考虑外形。

经计算得L1=15.1mm,L2=52.47mm,x2=3.165,x1=-8。

根据合力矩定理得x 0=L1x1+L 2x 2L 1+L 2=15.1×(−8)+52.47×3.16515.1+52.47=0.72因此，压力中心为（0.72，0）。

（五）计算凸凹模刃口尺寸本制件形状简单，可按分别加工方法制造凸、凹模，凸、凹模的制造公差 δp 与δp 务必满足不等式[ 1]：δp +δd ≤Z max -Z min 。

根据制件的材料与厚度,由文献【3】表2-14 汽车、拖拉机等行业冲裁模初始双边间隙值，查得 ：Z max =0.140mm,Z min =0.100mm ；根据制件的基本尺寸与厚度，由文献【3】表2-19 汽车、拖拉机等行业简单形状制件凸、凹模的制造偏差，查得：落料部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020 冲孔部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020 验证制造偏差是否合格：δp +δd =0.02+0.02=0.04 Z max -Z min =0.140-0.100=0.04因此，δp +δd =Z max -Z min =0.04，合格，能够使用该公差值。

由于零件图未注公差，为了降低工作难度，因此在实际生产中按照IT14等级确定制件各尺寸公差，查文献【3】附录一 标准公差数值与表2-17 磨损系数x 得：落料部分：尺寸R11，公差为0.43mm ，取x=0.5；尺寸19，公差为0.52mm ，取x=0.5；冲孔部分：尺寸R3 ,公差为0.25mm ，取x=0.5；尺寸6，公差为0.3mm ，取x=0.75。

1）落料 尺寸R 11−0.215+0.215 D d =(D max -x Δ)0+δd=(11.215-0.5×0.43)0+0.020=110+0.020D p =(D d - Z min )−δp0=(11-0.100)−0.020=10.9−0.020尺寸19−0.26+0.26 D d =(D max -x Δ)0+δd=(19.26-0.5×0.52)0+0.020= 190+0.020D p =(D d - Z min )−δp0=(19-0.100)−0.020=18.9−0.0202)冲孔 尺寸R 3−0.125+0.125 d p =(d min +x Δ)−δp 0=(2.875+0.5×0.25)−0.020=3−0.020d d =(d p + Z min )0+δd=(3+0.100 )0+0.020= 3.10+0.020 尺寸6−0.15+0.15 d p =(d min +x Δ)−δp 0=(5.85+0.75×0.3)−0.020=6.075−0.020d d =(d p + Z min )0+δd=(6.075+0.100 )0+0.020= 6.1750+0.020五、模具结构设计 （一）凹模设计因制件形状简单，轮廓近似圆形，且总体尺寸不大，选用整体式圆形凹模较为合理。

因制件精度较低，厚度较小，由文献【2】表3-5 冷冲模工作零件的材料及热处理要求，选用9Mn2V 为凹模材料。

1)确定凹模厚度H 值:由凹模厚度经验公式[4]估算：H=K 1K 2√0.1F 3式中，F —冲裁力，N ；K 1—凹模材料修正系数，合金钢取1，碳素钢取1.3；K 2—凹模刃口周边长度修正系数。

本例中冲裁力F=43.92kN ；凹模材料为合金钢，故K 1取1；凹模刃口周边长度为67.57mm ，查文献【4】表3-34凹模刃口周边长度修正系数，得K 2=1.12，因此H=K 1K 2√0.1F 3=1×1.12×√0.1×439203=19.06mm2)确定凹模周界尺寸D ：根据条料宽度B=24mm,材料厚度t=1mm,由文献【4】表3-33，查得凹模孔壁厚c=22mm 。