冲压工艺及模具设计课程设计
课程设计说明书
目录
摘要…………………………………………………………………………………………1引言…………………………………………………………………………………………2
1.冲压工艺方案制定定……………………………………………………………………3
1.1冲压件图测绘………………………………………………………………………3
1.2工件工艺性分析……………………………………………………………………3
1.3确定冲压方案………………………………………………………………………3
2.零件工艺计算……………………………………………………………………………4
2.1排样方式的计算和确定……………………………………………………………4
2.2冲压力的计算………………………………………………………………………6
2.3模具压力中心的计算………………………………………………………………6
2.4凸凹模工作部分尺寸计算…………………………………………………………7
3.主要零部件的设计和选择………………………………………………………………8
3.1落料凹模外形尺寸的计算…………………………………………………………8
3.2模架的确定和选择…………………………………………………………………9
3.3模柄的确定和选择…………………………………………………………………9
3.4冲孔凸模的外形尺寸计算…………………………………………………………10
3.5弹性卸料装置的计算和选择………………………………………………………11
3.6凸凹模的外形尺寸计算……………………………………………………………11
3.7固定板的尺寸确定和选择…………………………………………………………12
3.8垫板的尺寸确定和选择……………………………………………………………12
3.9卸料板的尺寸确定和选择………………………………………………………13
3.10螺钉与销钉的尺寸确定和选择……………………………………………………13
3.11打杆与推板、推杆的尺寸确定和选择……………………………………………14
3.12挡料销和导料销的尺寸确定和选择………………………………………………14
4.复合模总体结构设计……………………………………………………………………15
4.1模具结构与其运动过程…………………………………………………………………15
4.2模具总安装方式及位置…………………………………………………………………17
课程设计说明书
总结与体会……………………………………………………………………………………17致谢…………………………………………………………………………………………18参考文献……………………………………………………………………………………18
课程设计说明书
摘要
本设计为落料冲孔的冲压工艺及模具设计。在设计中，对此工件进行了工艺分析，其外形、尺寸、材料等均符合冲压模具的工艺要求。通过工艺计算，确定落料—冲孔的冲压工序。拟订了工艺方案，分析比较后确定的方案为：利用落料、冲孔倒装复合模完成以上工序。在模具结构设计过程中进行了必要的尺寸计算，选择了模具类型及结构，选择和设计了模具零件。最后用计算机绘制了所有模具的装配总图和工件图，并编写了设计说明书。
关键词：冲孔落料、倒装复合模、排样、冲压力、压力中心、主要零部件
引言
国民经济的高速发展对模具工业提出了愈来愈高的要求，促使模具技术迅速发展，作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备，模具已发展成为一门产业。20世纪80年代以来，中国模具工业的发展十分迅速。其中由于冲压有许多突出的优点，因此，在机械制造、电子、电器等各行业中，都得到了广泛的应用。大到汽车的覆盖件，小到钟表及仪器、仪表元件，大多都是由冲压方法制成的。目前，采用冲压工艺所获得的冲压制品，在现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表及各种电子产品和人们日常生活中，都占有十分重要的地位。人们日常生活中用的金属制品，冲压件所占的比例更大。在许多先进的工业国家里，冲压生产和模具工业得到高度的重视，例如美国和日本，模具工业的产值已超过机床工业，模具工业成为重要的产业部门,而冲压生产则成为生产优质先进机电产品的重要手段。
冲压模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、技术基础课和专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是：
（1）综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。
（2）巩固与扩充“冲压工艺及模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。
（3）掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。
1.冲压工艺方案制定
1.1
冲压工件图测绘
图1工件图
1.2工件工艺性分析
工件图1为所示的落料冲孔件，材料为硬铝，材料厚度为1mm。
1.材料分析
材料为硬铝，具有良好的冲压性能，适合冲裁。
2.结构分析
此工件只有冲孔和落料两个工序。工件结构简单，有1个直径13mm的孔；孔与孔，孔与边缘之间的距离满足要求，冲裁件最小孔边距8.5mm＞凹凸模最小壁厚2.7mm，所以，该零件满足冲裁结构要求。
3.精度分析
工件的尺寸精度等级全部取IT14级，尺寸精度底，普通冲裁就能满足要求。
从工件的材料、壁厚、形状、生产数量、精度等分析，该工件符合冲压的工艺要求，所以可以采用冲压工艺进行加工。
1.3确定冲压方案
该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。
方案二：落料—冲孔复合冲压。采用复合模生产。
方案三：冲孔—落料级进冲压。采用级进模生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序两套模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。
方案二只需一套模具，工作精度及生产效率都比较高，而且生产效率高，尽管模具结构较方案一复杂，但零件几何形状较简单，模具制造不困难，倒装复合模可以使废料直接从压力机台面落下，比较方便。
方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，设计简单，但工件孔定位有误差，较方案二精度稍低，欲保证冲压件的形状位置精度，需在模具上设置导正销进行导正，模具制造、配合较方案二复杂。
所以经过比较，采用方案二最为合适。对复合模中的凸凹模壁厚进行校核，材料厚度为1mm，可查得凸凹模最小壁厚σ为2.7mm,现在零件上的最小孔边距为8.5mm，可以采用复合模生产，所以采用方案二。
2.零件工艺计算
2.1排样方式的计算及确定
设计倒装复合模，先要设计条料排样图。
查表可知：
搭边值a=1.5mm
侧搭边值a₁=1.8mm
图2所示为排样方法1
条料宽度的单向偏差Δ=±0.6mm
条料与导板间的最小间隙Z=0.5mm
步距A=D₁+a=48+1.5=49.5mm
00条料宽度B=[D₂+2(a₁+Δ)+Z]-0Δ=[142+2×（1.8+0.6）+0.5]-0.6=147.3-0.6mm
0mm导板间距离C=B+Z=147.8-0.6
一个步距内零件的实际面积S₁=4486.4mm²
材料利用率η=S₁/S×100％=S₁/A*B×100μ％=61.53％
图2零件排样图
图3所示为排样方式2
条料宽度的单向偏差Δ=±0.6mm
条料与导板间的最小间隙Z=0.5mm
步距A=150.85mm
条料宽度B=87.58mm
一个步距内零件的实际面积S₁=4486.4×2=8972.8mm²
材料利用率η=S₁/S×100％=S₁/A*B×100μ％=67.92％
排样方式2较排样方式1材料利用率高，但也高不了多少，而且排样方式2的模具安排不方便，要安装两个对称的冲孔凸模和两个对称的冲孔落料凸凹模，
落料凹模也形状复杂，综合比较，还是选用排样方式1排样。
图3零件排样图2
2.2冲压力的计算
零件外周长L₁=364.27mm；零件内孔周长L₂=40.84mm；材料的抗剪强τ=160MPa;卸料力系数取K卸=0.04；推件力系数取K推=0.04；凹模直壁洞口的高度取h=6
梗塞在凹模内的冲件数n=h/t=6/1=6
冲裁力：落料力F₁=K*t*L₁*Z=1.3×1×364.27×160=75.77KN
冲孔力F₂=K*t*L₂*Z=1.3×1×40.84×160=8.495KN
卸料力F卸=K卸*F₁=0.04×75.77=3.03KN
推件力F推=n*K推*F₂=6×0.04×8.495=2.04KN
压力机所需总冲压力F总=F₁+F₂+F卸+F推=89.335KN
依据所算出来的压力机所需要的冲压力和模具的总体高度选择压力机，综合考虑选择的压力机型号为J23-25。
开式压力机J23-25的主要参数：
标称压力250KN
滑块行程80mm
行程次数100次/min
封闭高度调节60mm
最大闭合高度250mm
工作台尺寸前后：360mm左右：560mm
模柄孔尺寸φ50×70mm
电动机功率2.2kW
2.3模具压力中心的计算
设定零件坐标如图，X₁=(l₁*X₁+l₂*X₂+···+ln*Xn)/(l₁+l₂+···+ln）=0
Y₁=(l₁*Y₁+l₂*Y₂+···+ln*Yn）/(l₁+l₂+···+ln）
=[(46.19×18.21＋35.8×23.97＋21.45×19.28＋10.27×4.54＋8×12.57＋7×11＋11×8＋15×4.71）×2＋48×51.21＋18×61＋33×132.73]÷[﹙18.21＋23.97＋
19.28＋4.54＋12.57＋11＋8＋4.71﹚×2＋51.21＋61＋132.73]
=24.8mm
求得零件压力中心（0，24.8），位置如图3
所示。
图4零件压力中心坐标
2.4凸、凹模工作部分尺寸的计算
查表可得：Zmin=0.06mm，Zmax=0.08mm
Zmax-Zmin=(0.08-0.06)mm=0.02mm
落料部分：查表得：δ凹=+0.25mm，δ凸=-0.25mm
｜δ凹｜+｜δ凸｜=0.5mm＞0.02mm
不满足分别加工的条件，所以用单配加工法制造凹模和凸模。
该冲裁件属于落料件，只要计算落料凹模尺寸及制造公差，凸模由凹模的实际尺寸按间隙要求配作。凸模不用标注公差，以0.10～0.14间隙与落料凹模配制。落料件尺寸代号如图4所示。
+0.25+0.25a凹=（142-0.5×1）0=141.50mm
+0.15+0.15b凹=（48-0.5×0.62）0=47.690mm
+0.185+0.185c凹=（51.21-0.5×0.74）0=50.840mm
0d凹=（67+0.5×0.74）0-0.185=67.37-0.185mm
+0.15+0.15e凹=（37.5-0.5×0.74）0=37.190mm
f凹=18±0.11mm
+0.11+0.11g凹=(12.54-0.5×0.43)0=12.3150mm
.15.15h凹=（42.64-0.5×0.62）0=42.330mm00
图5零件尺寸
冲孔部分：查表得：δ凹=+0.01mm，δ凸=-0.007mm
｜δ凹｜+｜δ凸｜=0.017mm＜0.02mm
而且冲孔部分形状简单，所以可以凸模和凹模分别加工。
00d凸=（dmin+xΔ）0-δ凸=（13+0.5×0.43）-0.007=13.215-0.007mm
+δ凹+0.01+0.01d凹=（d凸+Zmin）0=（13.215+0.06）0=13.2750mm
3.主要零部件的设计和选择
3.1落料凹模外形尺寸计算
考虑板料厚度的影响的系数K=0.18
凹模厚度H凹=Kb=142×0.18=26.64mm
凹模壁厚c=（1.5～2）H=1.5×28=42mm
凹模外形尺寸L=b+2c=226mm，B=a+2c=132mm凹模的外形尺寸如图5所示。取28mm
图6凹模外形尺寸
3.2模架尺寸的确定和选择
模架包括上、下模座、导柱、导套。
模座的外形尺寸，决定了整个模具的长度和宽度。这次所选用的模具是精度要求不高的中小型模具，所以选用后置导柱式模架。
根据前面算到的凹模的外形尺寸226mm×132mm
可以确定模架的规格型号250×160×170～210IGB2851.3，
再根据模架规格,可以查到：
上模座的规格型号250×160×45GB/T2855.5，
下模座的规格型号250×160×50GB/T2855.6。
上下模座选择的材料为：HT200GB9439
技术条件：按GB/T12446的规定。
还可以查到：
导柱的规格型号导柱A32h5×160GB/T2861.1，
导套的规格型号导套A32H6×105×43GB/T2861.6。
导柱和导套选择的材料为：20钢GB699
热处理：渗碳深度0.8~1.2mm，硬度HRC58~62
技术条件：按GB/T12446的规定。
3.3模柄的尺寸确定和选择
因为是中小型模具，而且要设置打杆，所以选择凸缘式模柄。
前面依据所算出来的压力机所需要的冲压力选择的压力机型号为J23-10，
查表可得：
模柄尺寸φ50×70，
再查得：
模柄的规格型号C50×100GB2862.3－81·A3。
模柄选择的材料为：
图7模柄形状尺寸
3.4冲孔凸模的外形尺寸计算
凸模固定板的厚度H₁=0.4H凸，落料凹模的厚度H凹=28mm
凸模长度H凸=H₁+H凹+1=0.4H凸+H凹+1H凸=48.33mm
冲孔凸模的详细尺寸如图6
所示。
取48mm
图8冲孔凸模尺寸
3.5弹性卸料装置的计算和选择
弹性卸料装置中的弹性元件选用橡胶，橡胶的类型选用聚氨酯橡胶。
橡胶的横截面积A=226×132－144×50=22632mm²
橡胶板的单位压力q=2Mpa
橡胶的工作压力P=A*q=22632×2=45264N
零件卸料力F卸=3.03KN
因为P＞F卸，所以橡胶能提供足够的卸料力。
取橡胶的厚度H弹=32mm
橡胶的形状尺寸如图7
所示。
图9橡胶形状尺寸图
3.6凸凹模的外形尺寸计算
凸凹模的最小壁厚a=2.7mm
零件最小孔边间隙l=8.5mm＞a
H凹=H2+H弹+H卸=30+32+10mm
=72mm
凸凹模分为三段式，最上段为凸凹模，中段为一长方体，便于机械加工出来，最后一段为加退刀槽的凸台，用于安装固定凸凹模。
凸凹模洞口设计为直壁式，冲裁精度较高，刃口强度也好。虽然冲裁磨损很大，模具总寿命低，但是这种直壁式的凹凸模适用于冲件形状简单、材料较薄的复合模。所以选用直壁式的凸凹模。
凸凹模的形状尺寸如图8
所示。
图10凸凹模的外形尺寸
3.7固定板的尺寸确定和选择
固定板的厚度H：凸模固定板H₁=0.4H凸=19.2mm
凸凹模固定板H₂=30mm
固定板的外形尺寸大小必须与模具总体结构匹配，凸模固定板的外形尺寸与凹模一致。凸模、凹模、凸凹模与固定板之间按H7/m6或H7/n6过度配合，因此，固定板中的配合孔尺寸，公差大小必须满足配合要求。固定板用Q235或Q275制造，配合面粗糙度Ra1.6~0.8μm。
3.8垫板的尺寸确定和选择
根据需要设置，当凸模端面强度大于100MPa时，需设置垫板。
冲孔凸模冲压时受力F3=F2+F推=8.495+2.04KN=10.535KN冲孔力F2=8.495KN
推件力F推=2.04KN
冲孔凸模端面面积A1=π*D²/4=415.48mm²
冲孔凸模端面受压强P1=F3/A1=10.535÷415.48=25.36Mpa＜100Mpa
但还是选择在冲孔凸模端面加一垫板，用于保护上模座。
垫板的外形尺寸和凸模的外形尺寸一致。
垫板厚度取6mm。45钢制造，淬火处理，43~48HRC。
凸凹模端面受力F4=F1+F2+F推=75.77+8.495+2.04KN=86.305KN落料力F1=75.77
推件力F推=2.04KN
凸凹模端面面积A2=L*M=55.19×149mm=8223.31mm²
凸凹模端面受压强P2=F4/A2=10.5Mpa＜100Mpa
所以凸凹模端面不用加垫板。
3.9卸料板的尺寸确定和选择
因为零件是1mm的硬铝，材料较软，厚度不大，所以选择弹性卸料板。安装在下模上，卸料板厚度一般为6~20mm，这里取10mm的卸料板；与凸模双面间隙为0.1~0.3mm。
3.10螺钉与销钉的尺寸确定和选择
螺钉用于紧固，销钉用于定位。
螺钉尺寸关系如图9。
上模座安装了8个固定螺钉，螺钉规格选用GB/T5782M10×76
下模座安装了6个固定螺钉，螺钉规格选用GB/T5782M10×55
进入被连结件深度：钢1.5d，铸铁2d。
销钉的直径选用10mm的，上下模座各安装2个，按对称分布安装，但不能安装在同一水平线和垂直线上，具体安装位置见总组装图。销钉按H7/m6过度配合。压入连接件深度1.5d，压入被连接件深度2.5d。
卸料螺钉安装在下模座上，安装了4个，分别位于四个角。具体安装位置见总组装图。选用卸料螺钉规格为卸料螺钉10×62GB2867.5－81。
螺钉和销钉选用材料：45号钢GB699－65
热处理：硬度HRC35～40
技术条件：按GB/T89－76
的规定《螺钉技术条件》
图11螺钉尺寸关系
3.11打杆与推板、推杆的尺寸确定和选择
打杆规格选择推杆A16×110GB2867.1－81
打杆尺寸如图10
所示
图12打杆尺寸
推板规格选择顶板B80GB2867.4－81
推板的尺寸及与模柄螺钉之间的位置关系如图11
所示
图13推板尺寸及与模柄上螺钉之间的位置关系
推杆的规格选择顶杆6×46GB2867.3－81
打杆和推板、推杆选择的材料：45号钢GB699—65
热处理：硬度HRC43～48
3.12挡料销和导料销的尺寸确定和选择
因为挡料销的位置距离冲裁模具很远，所以选择圆形固定挡料销，这种挡料销结构简单，制造容易。
固定挡料销的规格为挡料销A6×3×2GB2866.11－81
又因为导料销距离冲裁模具很近，如果设置成固定导料销的形式，将会大大削弱冲裁模具的刚度，所以这里选用橡胶弹性导料销。
橡胶弹性挡料销的规格为导料销6×12GB2866.7－81
挡料销和导料销安装在下模的卸料板上，挡料销和导料销的具体安装位置见模具总组装图。
挡料销和导料销选择的材料:45号钢
热处理：硬度HRC43～48
4.复合模总体结构设计
4.1模具结构与其运动过程
落料和冲孔两个个工序复合在一起，落料和冲孔倒装。落料凹模安装在上模，冲孔凸模安装在上模，凸凹模安装在下模的倒装复合模。总装简图如图12
所示。
（a）开模状态
（b）闭模状态
图14落料、冲孔复合模结构简图
落料凹模19和冲孔凸模15通过冲孔凸模固定板18、垫板17用螺钉与定位销与上模座7固定在一起。装载下模部分的凸凹模21是通过凸凹模固定板22与下模座固定在一起。
上、下模采用导柱导套导向，导柱布置在模座后面。为了防止使用时模具装反，可以把两个导柱的直径大小做成不一样。
在冲裁后，为了完成推件与卸料，在上模部分还装有打杆112、推板11、推杆10与推件板9组成的刚性推件系统，而在下模部分则装有卸料板20、卸料螺钉2与橡皮组成的弹性卸料系统。
冲裁时，条料在模具上定位是采用布置在左侧的两个活动导料销6控制送料方向，中间的一个固定挡料销控制送料步距。
冲裁时，弹性卸料板先压住条料起较平作用。继续下行时，落料凹模将弹性卸料板压下，套入落料凸模中，冲孔凸模也进入凹模孔中，于是同时完成冲孔与落料。当上模回程时，弹性卸料板在橡皮作用下将条料从凸凹模上卸下，而打杆12受到压力机横杆的推动，通过推板11、推杆10与推件板9将冲件从落料凹模中自上而下推出，冲孔废料则直接由
凸凹模孔中漏到压力机台面下。
4.2模具总安装方式及位置
上下模座的固定方式及安装位置如图15所示，图15还可以知道条料的进送情况及
挡料销、导料销的安装位置。
图15模具安装方式及位置简图
总结与体会
本人在冲压工艺及模具设计中，将理论联系于实际，巩固了冲压工艺的基础知识，较熟练的掌握了零件工艺方案的分析，及工艺方案的确定，并学会了根据毛坯的形状尺寸确定其排样方式，深刻理解了模具中工作部分，顶出装置，推出装置等部分的结构设计方法，了解了怎样确定卸料方式，固定方式，以及怎样选用模架，模柄等模具其它零部件的方法，以及这些零件的安装方式及安装位置排布，并学会了总组装图的绘制。巩固与扩充“冲压工艺及模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冲压模具设计工作的实际训练，提高我们的独立工作的能力。掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。
随着这次课程设计的进行，很多问题就浮现出来了，比如书本知识掌握不够系统化，很难将理论结合实际，去解决课程设计中遇到的问题。但是通过老师的帮助，这些问题得到了解决。
这次课程设计不光是学到了怎样做课程设计，而且学到了遇到设计实际问题时，我们
应该怎样去寻找解决途径。
总之，通过这次课程设计，我学到了很多。
致谢词
在查老师的精心指导下，我深刻的理解和系统化了原有的基础知识,而且懂得将理论知识结合实际，去解决实际设计中出现的问题。在此，感谢查老师的悉心指导和谆谆教诲，为我们不厌其烦的帮我们修改和优化设计。
【参考文献】
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[7]王卫卫.材料成形设备.北京：机械工业出版社,2004