复合冲裁模课程设计说明书

《模具设计与制造》课程设计说明书

设计题目：复合冲裁模具设计

姓 名：

专 业： 机械设计制造及其自动化

班 级： 学 号： 指导老师： 提交日期：

目 录

目 录 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------I 序 言 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 设计任务书 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1 零件工艺性分析 ------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2 确定冲裁工艺方案 ---------------------------------------------------------------------------------------- 3 3 工艺和设计计算 ------------------------------------------------------------------------------------------- 4

3.1 排样图设计与计算 ----------------------------------------------------------------------------------- 4

3.1.1 确定搭边值 ------------------------------------------------------------------------------------- 4

3.1.2 确定条料步距与宽度 ------------------------------------------------------------------------- 4

3.1.3 条料的利用率 ---------------------------------------------------------------------------------- 4

3.1.4 画出排样图 ------------------------------------------------------------------------------------- 5

3.2 压力中心与冲裁工序力的计算 -------------------------------------------------------------------- 5

3.2.1 计算压力中心 ---------------------------------------------------------------------------------- 5

3.2.2 计算工序力 ------------------------------------------------------------------------------------- 5

3.2.3 初选压力机 ------------------------------------------------------------------------------------- 6 4 模具零部件的选用、设计和计算 ---------------------------------------------------------------------- 7

4.1 计算凸、凹模刃口的尺寸 -------------------------------------------------------------------------- 7

4.1.1 冲裁间隙的确定 ------------------------------------------------------------------------------- 7

4.1.2 计算落料部分刃口尺寸 ---------------------------------------------------------------------- 7

4.1.3 计算冲孔部分刃口尺寸 ---------------------------------------------------------------------- 7

4.1.4 计算C类尺寸 ---------------------------------------------------------------------------------- 8

4.2 初定各主要零件外形尺寸 -------------------------------------------------------------------------- 8

4.2.1 落料凹模外形尺寸的设计 ------------------------------------------------------------------- 8

4.2.2 凸凹模的设计 ---------------------------------------------------------------------------------- 9

4.2.3 冲孔凸模的设计 ------------------------------------------------------------------------------- 9

4.2.4 上、下模座的计算 -------------------------------------------------------------------------- 10

4.2.5 标准模架的选取 ----------------------------------------------------------------------------- 10 附：参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 11

序 言

冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。

随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldf随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、

Pro/Engineer等国际通用软件。模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。

设计任务书

设计任务书

1 零件工艺性分析

①材料分析：零件材料为Q235钢，是普通碳素结构钢，具有良好的冲压性能。

②结构分析：形状简单，左右对称，没有复杂的曲线，比较容易加工。零件的孔与孔之间的距离c’≥1.5t=1.5mm,孔与边缘之间的距离c≥t=1mm。查表2-2[1]可知,孔直径需d≥1.0t=1.0mm，均符合冲裁条件；

②精度分析：零件并没有尺寸精度和表面粗糙度要求，查表2-4[1]可知冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT11；查表2-7[1]可知加工后断面的表面粗糙度为Ra3.2；

结论：该零件冲裁工艺良好，可以冲裁加工。

2 确定冲裁工艺方案

该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：

方案一：先冲孔，后落料，采用单工序生产；

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以后，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，达不到所需要求，难以满足生产需要。

方案二：冲孔—落料级进冲压，采用级进模生产；

级进模是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模制造复杂，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平整度要求较高，采用此方案，势必会增大模具尺寸，工件还需平整加工，使加工难度提高。

方案三：采用冲孔—落料同时进行的复合模生产。

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。

结论：综上所述，比较三种方案之后，决定采用冲孔—落料复合模。

3 工艺和设计计算

3.1 排样图设计与计算

根据工件的形状，采用无废料排样的方法是不可能做到的，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样设计决定采用直排法，初画排样图如图1所示：

图1

3.1.1 确定搭边值

查表2-10[1]最小工艺搭边值为：工件间a11.5mm,

侧 边a1.8mm。

3.1.2 确定条料步距与宽度

步距：ADa1351.536.5mm 采用手动保持条料紧贴单侧导料板送料，查表2-11[1]，取0.5mm，b00.1mm。则由式2-4[1]计算得宽度为：

 BL2a1.8551.80.558.60

0.5mm00

3.1.3 条料的利用率

工件实际面积：F553520201022521682.08

所用材料面积：F0AB36.558.62138.9mm2 

材料利用率：F

F100%1682.08100%78.64%

02138.9

3.1.4 画出排样图

根据以上数据画出排样图，如图2所示：

图2

3.2 压力中心与冲裁工序力的计算

3.2.1 计算压力中心

由于该零件是对称的，当采用复合模生产时，模具的压力中心为零件的几何中心。

3.2.2 计算工序力

查表1-3[1]知，Q235钢的抗剪强度b310~380MPa，

K取值1.3，由式2-16[1]计算冲孔力为：

F冲KL冲tb1.325135014294.25N

由式2-16[1]计算外形落料力为：

F落KL落tb1.315352210135074088.49N

总冲裁力为：

Fc2F冲F落214294.2574088.49102686.99N

查表2-15[1]知Kx=0.04~0.05，由式2-18[1]计算卸料力为：

FxKxFc0.05102686.995134.35N

查表2-15[1]知Kd=0.06，由式2-18[1]计算顶件力为：

FdKdFc0.06102686.996161.22N

本套模具采用弹性卸料和上出件，有式2-23[1]计算冲裁工序力为： FFcFxFd102686.995134.356161.22113982.56N

3.2.3 初选压力机

压力机的公称压力应大于冲裁工序力，即Fp1.2F136779.07N，查表1-5[1],初选开式双柱可倾式压力机，型号为J23-16。

设备的相关参数如下：

公称压力：160kN；

滑块行程：70mm；

工作台尺寸：450mm300m;

模柄孔尺寸：50mm70mm。

4 模具零部件的选用、设计和计算

4.1 计算凸、凹模刃口的尺寸

4.1.1 冲裁间隙的确定

查表2-12[1]，确定冲裁间隙为Zmin0.10mm，Zmax0.13mm。

4.1.2 计算落料部分刃口尺寸

采用配合加工法，刃口尺寸以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸进行配制，保证最小冲裁间隙为0.10mm。

未注尺寸公差等级取经济等级精度IT14，查标准公差数值表（GB/T1800.1--2009）,

000

得到A、、R10mm55mm350.36A20.74A30.62mm。 1

查表2-14[1]，由于工件四角均倒有圆弧，因此按圆形工件，取尺寸的磨损系数均为x0.5。落料刃口尺寸均为A类尺寸，取

[1]

，由式2-13计算得： Δ/4d

0.36/4

0.09

mm 9.820

0.19

mm 54.630

A1xΔ1(100.5×0.36)

Δ

0.74)AA2xΔ2(550.5×0.62)AA3xΔ3(350.5×

Am1

m2

0

Δ1/4

2

00.74/4

/4

00

/40.62/4

m3

00

0.16

mm 34.690

4.1.3 计算冲孔部分刃口尺寸

采用互换加工，即凸、凹模分开的加工方法，以凸模为基准件。

未标注尺寸公差等级取经济精度IT14，查标准公差数值表GB/T1800.1--2009），冲

0.36

裁件尺寸d1100mm。一般圆形件刃口尺寸制造公差等级可取IT6~IT7，因孔的制造

精度比轴低一级，故凸模的制造公差等级为IT6，凹模的公差等级为IT7。查标准公差数值表（GB/T1800.1--2009），得凸模制造公差p0.009mm，凹模制造公差



d

。 0.015mm

因pd0.024，满足pdZ

max

Zmin0.03

故选取的凸、凹模制造公差能够保证冲裁间隙位于0.10~0.13mm范围内。 查表2-14[1]，取磨损系数均为x0.75，由式2-7[1]、式2-8[1]计算得：

dd

p



p

dx(100.75×0.36)10.27mm dxZ(100.75×0.360.10)10.37min

p

0.009

0.009

d

0.015

0.0150

mm

4.1.4 计算C类尺寸

由于零件公差等级取IT14，故'0.52mm。在冲裁过程中，不随磨损变化的尺寸，由式2-15[1]计算得：

CC'/4300.52/4300.13mm

4.2 初定各主要零件外形尺寸

4.2.1 落料凹模外形尺寸的设计

查表2-17[1]，根据凹模刃口周长尺寸L落162.5mm，取K1.37。计算凹模厚度： 落料冲裁力：F落KL落tb1.315352210135074088.49N 落料凹模厚度：HaK0.1F落1.37.174088.4927mm

由式2-32[1]计算，凹模横向厚度：纵向厚度： c11.2Ha32.4mm；c21.2Ha32.4mm。凹模宽度B的确定：

mm B=工件宽+2c2=55+232.4=119.8

凹模长度L的确定：

mm L=工件长+送料步距2c1=35+36.5232.4=136.3

查冲模矩形凹模模板标准（JB/T7643.1-2008）,确定凹模外形尺寸为

160mm160mm28mm

4.2.2 凸凹模的设计

本模具为倒装式复合模，下半模采用弹性卸料装置。弹性元件采用橡胶。 冲裁的工作行程：Lct23mm 由式3-14[1]计算得： 橡胶自有高度为H0

LcH''310

52mm Ky10.25

式中Ky1——系数，一般在0.25~0.30之间选取； H''——凸模刃模量和调整量，一般取5~10mm。 由式3-15[1]计算得：

橡胶的安装高度为H'Ky2H00.855244.2mm

式中Ky2——橡胶安装时的预压缩比，一般在0.85~0.90之间选取. 由式2-37[1]计算得：

固定板厚度为hg0.8~0.9Ha0.8~0.92721.6~24.3mm 取hg23mm

卸料板外形尺寸与凹模的外形尺寸一致，即卸料板宽度B160mm，查表2-19[1]，弹性卸料板厚度hx16mm。 由式2-30[1]计算得：

凸凹模长度为Lp1hgH'hx0.5~12344.2160.5~182.7~82.2mm 取Lp182.5mm

4.2.3 冲孔凸模的设计

本模具为倒装式复合模，上半模采用刚性卸料。

采用手动保持条料紧贴单侧导料板送料，活动挡料销钉。导料板的厚度要大于挡料销顶端高度与条料厚度之和，并有2~8mm的空隙。导料板大致外形160mm50mm，查冲模导料板标准（JB/T7648.5--2008），取hdl10mm。

依据凹模外形尺寸，查矩形垫板标准（JB/T7643.3--2008），取hdb10mm。 自由尺寸A15mm 由式2-29[1]计算得：

凸模长度为Lp2hghxhdlA2316101564mm

4.2.4 上、下模座的计算

由式2-35[1]计算得：

下模座厚度为Hx1.0~1.5Ha1.0~1.52727~40.5mm，取Hx40mm。 由式2-36[1]计算得：

上模座厚度为HsHx540535mm。

4.2.5 标准模架的选取

依据已经算出来的各板厚度，估算模具闭合高度值为：

H闭合HxHahdlhxAhghdbHs4027101615231035176mm 由于该冲裁件的冲裁力较小，且几何形状对称，故选用后侧导柱模架。

根据落料凹模的平面轮廓尺寸160mm160mm及初算闭合高度H闭合，查冲模滑动导向后侧导柱模架标准（GB/T 2851--2008），,选取模架规格为；

后侧导柱上模座16016040 GB/T2855.1-2008 后侧导柱下模座16016045 GB/T2855.2-2008

导柱A28h6160 GB/T2861.1-2008 导套A28H710038 GB/T2861.3-2008

附：参考文献

[1]田光辉，林红旗.模具设计与制造（第2版）[M].北京：北京大学出版社，2015. [2]郑展.冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]匡和碧，孙卫和.冲压模具设计使用教程[M].北京：化学工业出版社，2014. [4]宛强.冲压模具设计及实例精选[M].北京：化学工业出版社，2013.

[5]王伯平.互换性与测量技术基础（第4版）[M].北京：机械工业出版社，2013.