冲压模具设计与工艺 .doc

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1、冲压模具设计与制造工艺课程设计说明书班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 设计时间： 目 录1.绪论01（1）模具行业发展前景分析02（2）发展趋势分析032.分析冲压零件的工艺性04（1）弯曲件的结构工艺性05（2）弯曲件的精度05（3）弯曲件的材料063.确定冲压工艺方案074.确定模具总体结构方案08（1）模具类型09（2）操作与定位方式09（3）卸料与出件方式09（4）模架类型及精度105.冲压工艺与设计计算11（1）排样设计与计算11（2）计算冲压力，初选压力机11（3）排样设计及材料利用率分析11（4）冲压工艺过程卡12（5）计算凸，凹模刃口尺寸及公差126.设计选用模具零，部

2、件，绘图模具总装图13（1）凹模设计13（2）落料凸模设计14（3）卸料板的设计14（4）凸模固定板板14（5）垫板设计15（6）橡胶零件15 （7）模柄设计16（8）模具总装草图177. 紧固件选着与校核压力机的强度18（1）紧固件的选择19（2）校核压力机强度20（3）装配技术条件要求211绪论（1）模具行业发展前景分析模具作为产品制造的基础工艺装备，又是集精密制造、计算机技术、智能控制和绿色制造等高新技术为一体的高新技术产品，以及在制造业中的重要地位和作用，在全国人大通过的国民经济和社会发展第十二五个五年规划纲要的第三篇“转型升级提高产业核心竞争力”中明确“提升模具等基础零部件水平”作为

3、制造业发展重点方向。在我国，重工业发展是经济发展的一大组成部分，其中，模具产业又是重工业中的重中之重，因此，模具产业的发展对我国经济的发展有这非凡的意义。由于各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具等。我国工业的迅速发展，特别是汽车制造业和IT制造业的发展，拉动了我国模具行业的迅速壮大，模具档次的提高，精良的模具制造装备为我国模具行业的技术水平提升提供了保障.近年来，我国模具企业加工水平得到很大提高，出口创汇能力大大增强，既在国内市场抵抗住境外厂商的挤压，又在国际市场上表现出较强的竞争力。但与此同时，国内模具企业在发展过程中也曝露

4、出一些问题，一是规模偏小，二是技术偏低，三是涉及领域狭窄，四是对相关行业影响带动能力不大。综合以上因素，国内模具制造业总体效益还没有发挥出最好水平，其在国名经济中的基础性作用尚不明显。为了扭转以上情况，国内模具制造也要想在国际市场发挥更大影响，必须加强.专家分析，从1997年开始，随着汽车、装备制造业、家用电器的高速增长，中国国内模具市场的需求开始显著增长。虽然到2006年中国模具工业总产值已达516亿元，但属“大路货”的冲压模具、压铸模具等约占总量的80。已经进入中国的少量外资模具企业开始生产各种高精大多功能模具，但目前仍供不应求。 目前中国汽车模具潜在市场十分巨大。质量好的冲压模具在汽车整

5、车等行业供不应求；压铸模具在汽车零部件、装备制造业等行业需求激增；注塑模具在家用电器等行业发展潜力也很大。另外，特种模具也有较大的发展前景。（2）发展趋势分析随着新兴学科的出现及材料加工学科与相关学科的交叉，必将促进板材成形技术更快的发展，对于板材，其总的发展趋势如下6。1节能节省能源已是新时期经济发展的一个重要课题，也是板材成形的发展方向。其主要途径一个是在传统能源利用中，通过减低拘束系数、降低流动应力和减少接触面积等方法减少成形力；另一个途径就是新能源的开发利用。2精密“近净成形”技术可有效地减少后续加工，节省原材料，降低生产成本，已成为材料加工中的重点发展方向。3柔性为了满足未来社会产品

6、多样化的需求和不确定的市场环境，柔性化成形技术将是一个重要的发展方向。柔性成形技术对产品变化有很强的适应性，可高效、低耗地满足多种产品的需求。4绿色随着制造业的发展，绿色环保将是材料成形技术面临的重要课题。减少和消除成形过程中对环境的污染是绿色制造的主要内容之一。5信息化、智能化现代计算机技术、信息技术不但促进传统成形技术的发展，而且不断产生新的特种成形技术。计算机模拟仿真技术、CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM 技术在成形技术中的大量应用已经使工艺设计、模具设计与制造更加科学化、自动化。变形预测、组织预测已经成为可能。成形技术已从“经验型”逐渐走向科学化、信息化和智能化。网上相关报道较

7、少，由于影响板料弯曲的因素多而复杂，因素之间还存在耦合关系，再加之产品品种繁多，因此理论解析十分困难，长期依靠设计者的经验和反复试制。对板料弯曲的计算机辅助设计尚处于初级阶段，大多仅仅是经验公式计算机化的工作，可靠性低。而将有限元法这种解决工程技术问题的可靠工具引入板料弯曲的研究，可以高效且准确的分析成型过程、检验工模具、设计结果，大大降低工模具设计成本和风险。因此，采用有限元法模拟板料弯曲成形过程，并与计算机辅助工艺相结合构筑基于理论、经验和数值模拟的稳健计算机辅助专家系统是板料弯曲研究发展的趋势。2弯曲件的工艺性分析（1）弯曲件的结构工艺性最小圆角半径。为保证弯曲时外层材料不致弯裂，必须控

8、制弯曲的变形程度，即要求弯曲件的相对弯曲半径不小于某一极限值，这一极限值称为最小相对弯曲半径，用rmin表示。最小相对弯曲半径的值可查课本表3.1或表3.2确定。当r/t大于表中数值时可直接弯曲形成，当r/t小于表中数值时，可采用下列措施。即：1.加热弯曲工艺2.使弯曲线与材料纤维方向平行3.将留有毛刺的一面放置于弯曲变形区的内层，或将毛坯断面滚光。 图2-1 零件图（2）精度的精度弯曲成形时，弯曲件能够达到的精度受许多因素的影响，如材料的力学性能和料厚，模具的结构和精度，弯曲工序的多少和工序的先后顺序，弯曲模的安装于调整情况，弯曲件本身的形状，尺寸等。因此，弯曲的精度要求应合理。弯曲件线型尺

9、寸A能够达到的精度见表3.3，弯曲中心角a能够达到的精度见表3.4.（3）弯曲件的材料冲裁件的材料为H62，黄铜，抗剪强度在，具有良好的机械性能,热态下塑性良好，冷态下塑性尚可，可切削性好，易纤焊和焊接，耐蚀，比较适宜冲裁和弯曲加工。结论：该零件弯曲工艺性良好，可以弯曲加工。3确定冲压工艺方案该零件是个包括有冲孔、弯曲、翻孔、和落料工序。存在工序的组合和工序顺序的安排，属于中批量生产，可采用复合模和级进模冲裁。它操作简便，有保证平直度要求。如表 3-1 两种冲裁模的比较关系：模具种类比较项目单工序模无导向的有导向的冲件精度低一般冲件平整度差一般冲件最大尺寸和材料厚度尺寸和厚度无受限制中小型尺寸

10、，厚度较大生产率低较低使用高速压力机的可能性不能使用可以使用多排冲压发的应用不采用很少采用模具制造的工作量和成本低比无导向的稍高适应冲裁批量小批量中小批量安全性不安全，需采用安全措施根据以上分析，该零件采用有导向级进工艺方案。4确定模具总体结构方案（1）模具类型根据零件的弯曲工艺方案，采用选有导向级进模。（2）操作与定位方式虽然零件中批量生产，但合理安排生产可用自动送料方式能达到要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑零件的尺寸厚度较厚，为了方便操作和保证零件的精度，宜采用两川销导料，挡料销和始用挡料销定位方式。（3）卸料与出件方式考虑零件厚度较厚，采用刚性卸料方式。为了便于操作，提

11、高生产率，零件由凹模板底落出，废料也直接从凹模孔下出。（4）模架类型及精度 由于零件厚度较厚，条料又宽，为了送料方便，所以采用导向平稳的后侧导柱模架，考虑模具精度要求不是很高，因此采用II模架精度。 5冲压工艺与设计计算（1）排样设计与计算1.排样方法 根据弯曲件的精度要求较高，采用有废料排样。2.排样方式 设计两种排样方式，根据材料的利用率与模具安装难度分析从中选一个比较合理的排样方式作为冲裁件的排样。（查冲模课本表可得，最小搭边值a=3mm，b=2mm）直排 图5-1 直排条料宽度B=82mm， 一个制件有效面积，一个步距的材料利用率为。一个步距的材料利用率为（2）斜排图5-2 斜排一个步

12、距的材料利用率为两种排样方式的利用率直排：斜排：由上计算得可知直排的材料利用率最高，斜排的材料利用率最低。分别对以上两种排样方式进行分析（设计，加工，安装的难易程度和材料的利用率） 直排的模具设计比较简易，容易加工，模具的安装较为容易而且材料的利用率也较高；斜排在模具设计上稍微复杂，比较难加工，模具的安装较为容易，而材料的利用率太低只达到34.24%；直排在模具设计上较难，也比较难加工，模具的安装较为复杂，但利用率较高达到59.96%。经以上分析和考虑操作方便、冲裁件属于中批量生产与模具结构尺寸等因素采用直排作为黄铜片零件的排样方式。（2）计算冲压力，初选压力机采用固定卸料装置和下出料方式的冲

13、裁模，冲压力为冲裁力、卸料力和推件力的总和。冲裁力根据冲裁力的计算公式：查表取根据零件图可算得零件周边之和，得 推件力推件力的计算公式：根据材料的厚度查冲压课本表，取 ,且凹模洞口直刃高度取，得卸料力卸料力的计算公式： 根据冲压课本表，取,得总冲压力总冲压力的计算公式： 初选压力机根据总冲压力选择压力机的标称压力,所以初选JB31-315型号压力机，最大闭合高度220mm，滑块行程为55mm，压力机模柄孔尺寸为。（3）排样设计及材料利用率分析排样方法。有废料排样，因为零件为复杂图形且尺寸较大，并考虑操作方便与模具结构尺寸等因素，采用直排。搭边值。查冲压课本表，得，。送料步距S。 条料宽度。条料

14、规格。选用条料长度。每条条料可冲裁的零件数。一条条料的材料利用率。 (4)填写冲压工艺过程卡按分析计算的结果填写冲压工艺过程表。冲压工艺过程卡（厂名）冷冲压工艺卡片产品型号零(部)件名称硅钢片共 页产品名称零(部)件型号第 页材料牌号及规格材料技术要求条料尺寸每条条料可制件数毛柸重量辅助 材料条料1250工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备工序0下料50000 821冲孔冲孔2除料除料3翻边翻边4折弯折弯5落料落料6检验按产品零件图检验编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文号签字日期标记处数更改文号签字日期错误！未找到引用源。（5）计算凸、凹模刃口尺寸及公差由于模具间隙小，为

15、了保证凸模与凹模间一定的间隙值宜采用配合加工，又根据排样图可知，凹模与凸模外型一致且该冲裁件属落料件，因此，选用凹模为制造基准件，采用配合加工。只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸根据凹模实际尺寸按间隙要求配作。由冲压课本表查得，双面间隙，。由公差表查得冲裁件各尺寸的公差等级，然后确定，对于尺寸，公差等级都是级，选；尺寸选。落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸 第二类尺寸：磨损后减小的尺寸 第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是，模实刃口尺寸与落料凹模配做，保证小双面合理间隙值，落料凹模、凸模的刃口尺寸如下图。 6设计选用模具零

16、部件，绘图模具总装图（1）凹模设计确定凹模的外形结构。凹模的外形结构采用整体式凹模板，在其上面开设所需要的凹模孔口，用螺钉和销钉直接固定在模座上，凹模板轮廓尺寸已经标准化，它与标准固定板，垫板和模座等配合使用，设计时可根据算得的凹模轮廓尺寸选用。凹模采用螺钉和销钉固定时，要保证螺孔间，螺孔与销孔间及螺孔或销孔与凹模刃口间的距离不能太近，否则会影响凹模强度。一般螺孔与销孔间，螺孔或销孔与凹模刃口间的距离取大于两倍孔直径，其最小许用值可参照冲压课本表1-25。查冲压课本表1-27，得，则：凹模厚 凹模宽度 凹模长度 将计算的尺寸查国家标准由于尺寸太大没有其固定模板，参照国标来定做，根据计算的尺寸，

17、最终确定其外形尺寸为。判断送料方向。由排样图知平行送料方向凹模型孔尺寸大于横向尺寸，所以为横向送料。凹模刃口的形式。根据冲裁件的形状简单及尺寸精度，为了减小孔壁磨损、减小型孔内工件聚集的数量，并使模具制造容易，凹模刃口采用台阶形。根据冲裁件的厚度查冲压课本表1-26取刃口高度。材料及技术要求。材料选用,热处理硬度（材料及热处理选用参考国标GB-T14662-93），各表面的粗糙度如图 6-1所示。图6-1 凹模（2）落料凸模设计 凸模校核。凸模截面尺寸较大，可以不进行强度刚度校核。凸模的结构形式。从排样图上被冲切的位置获得采用直通式。凸模的固定方法采用销钉。凸模工作部分尺寸。由凸模刃口尺寸计算

18、获得，落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是，模实刃口尺寸与落料凹模配做，保证小双面合理间隙值。计算凸模长度。凸模长度计算：参考GB2872.1-81得，固定板固定卸料板，导料板，取，得凸膜长度材料及技术要求材料选用Cr12，热处理硬度5862HRC。各表面的粗糙度如图6-2所示。凸模零件图图6-2 凸模（3）卸料板的设计因材料厚度较大，故选用固定卸料方式。卸料板与凸模的间隙取双边0.5mm。卸固定卸料板的外形尺可参考典型组合标准，固定板厚度取22mm，则固定卸料板外形尺寸为。材料选用45号钢，淬火硬度4348HRC，粗糙度根据冷冲模矩形模板GB2858.1-81查出。卸料板的螺孔过孔、销孔的孔

19、径、孔距可参考典型组合结构标准。其中沉孔尺寸可根据内六角圆柱头螺钉国标GB70-85来定。卸料板零件图图6-3 卸料板（4）凸模固定板设计 固定板的型孔位置与凸膜刃口配做，与凸模为H7/n6配合。 凸模固定板外形尺寸通常与凹模一致，0.60.8倍，则固定板厚度取51mm，因此固定板的外形尺寸为。 固定板的螺纹孔、销孔的孔径、孔距均可以参考典型组合标准。固定板的材料选用Q235,不淬火。 固定板零件图6-4 凸模固定板（5）垫板的设计垫板的校核。由公式，得，凸模头部端面对模座的单位面积压力在上模座的许用应力范围内，可不用垫板，但其值比较接近上模座的许用应力，为了防止模座受过大的压力而损坏，在固定

20、板上加一块垫板。垫板的螺钉、销钉过孔的直径比螺钉、销钉的直径大1mm左右，孔距与固定板上的相同。垫板的材料选用45号钢，淬火硬度4348HRC。垫板的外形尺寸与凸模固定板相同，厚度参考国标GB2858.3-81冷冲模矩形垫板可取12mm，外形尺寸为。垫板零件图图6-5 垫板（6）下垫板图（7）零件图图6-8 （8）模具总装草图 图6-14 总装图7 紧固件选着与校核压力机的强度（1）紧固件的选择同一组合中，螺钉的数量一般不少于3个，矩形一般是48个，并尽量远距离错开布置，以保证定位可靠。螺钉规格可以查冲压课本表1-34选用，螺钉之间，螺钉与销钉之间的距离，螺钉，销钉距凹模刃口外边缘的距离均不能

21、过小，可参照冲压课本表1-25，销钉与销孔之间采用H7/m6或H7/n6配合。上模销钉规格 830 GB 119-76 下模销钉规格 830 GB 119-76螺钉的规格 M830 GB 70-60 M870 GB 70-60（2）校核压力机强度计算的模具的闭合高度为332mm，选着压力机时，必须使模具介于最大的安装高度与最小的安装高度之间，一般应满足，初选压力机.符合要求，为最大闭合高度，为最小闭合高度，查冲压课本表1-7知 mm， 所以选着的压力机符合要求。（3）装配技术条件要求装配时应保证凸，凹模之间的间隙均匀一致，配合间隙符合设计要求，不允许采用使凸，凹模变形的方法来修正间隙。推料，卸

22、料机构必须灵活，卸料板或推件器在冲模开启状态时，一般应突出凸凹模表面0.51.0mm。当采用机械方法联接硬质合金零件时，连接表面的表面粗糙度参数值为0.8um。各接合面保证密合。落料，冲孔的凹模刃口高度，按设计要求制造，其漏料孔应保证畅通，一般应比刃口大0.22mm。冲模所有活动部分的移动应平稳灵活，无滞止现象，滑块，楔块在固定滑动面上移动时，其最小接触面积不少于其面积的四分之三。各紧固用的螺钉，销钉不得松动，并保证螺钉和销钉的端面不突出上下模座平面。各卸料螺钉沉孔深度应保持一致。各卸料螺钉，顶杆的长度应保持一致。凸模的垂直度必须在凸凹模间隙值的允许范围内，推荐采用表3的数据。间隙值mm垂直度公差等级单凸模多凸模薄料，无间隙（0.02）560.020.06670.0678冲模的装配必须复合模具装配图，明细表及技术条件的规定。凸模，凸凹模等与凸模固定板的配合一般按H7/m6，H7/N6保证工作稳定可靠。在保证可靠的使用前提下，凸模，凹模，导柱，导套等零件的固定可采用性能良好并稳定的粘结材料浇注固定。