圆形毛坯模具设计

目录

设计任务书······························································3

1落料件毛坯尺寸的计算····················································5

2冲压成型工艺分析························································6

3冲压工艺方案的确定······················································6

4主要设计计算····························································6

4.1拍样方式确定及计算···················································6

4.2冲压力计算···························································7

4.3压力中心·····························································8

4.4工件零件刃口尺寸·····················································8

4.5缓冲装置的设计计算··················································9

5模具总体设计····························································10 6主要零部件的设计······················································· 10

6.1、凸模设计···························································10

6.2、凹模设计···························································11

6.3、凸模固定板设计·····················································12

6.4、定位零件设计·······················································13

6.5、挡料销设计·························································14

6.6、卸料板设计·························································14

6.7、模架及其他零件设计·················································16

6.8、垫板设计···························································19

6.9、紧固及其他零件设计·················································20

7模具总装图·······························································20

8 冲压设备的选定···························································21 9模具主要零件加工工艺规程的编制············································22 9.1垫板的加工工艺························································22

9.2凸模固定板的加工工艺·················································22

9.3凸模加工工艺···························································22

9.4卸料板加工工艺························································23

9.5凹模加工工艺··························································23

10小结····································································24

11参考文献·································································24

一、 课题内容

了解模具结构、模具设计及其加工制造技术的基本知识；零件冲压工艺性分析与工艺方案的确定；材料利用率及冲压工艺力的计算，模具刃口尺寸的计算，弹簧或橡皮的选用与计算；排样图设计，凸模、凹模与凸凹模的结构设计，除固定件之外的其它零件的设计；绘制模具装配图及部分零件图，编写一份详细的设计说明书。

二、课题任务要求

1、通过查找与课题相关的中英文文献，了解模具的结构、模具设计及其加工制造技术的基本知识；

2、装配图上要有主视图，俯视图、制件图与排样图，右下角要安排标题栏与零件明细表，主视图按模具闭合状态，俯视图只反映下模可见部分。图上要标明必要的尺寸与技术要求，明细表的内容包括零件号、名称、数量、材料、热处理等等；

3、零件图的绘制与标准要符合国家标准，要注明全部尺寸、公差配合、形位公差、表面粗糙度、材料名称、热处理及其它技术要求；

4、设计说明书要尽量详细以表明自己的观点及全过程，其主要内容包括：

1) 目录

2) 设计任务书与产品图

3) 绪论

4) 零件的工艺分析，工艺方案的确定

5) 模具的设计计算（包括毛坯的设计计算、排样及材料利用率的计算、

冲压力的计算、压力中心的计算及刃口尺寸的计算等）

6) 模具结构设计（包括凸模、凹模及凸凹模的设计，卸料部分设计、

定距导料方式的设计，模架及其组成零件的选择，连接及固定零件的选择等）

7) 压力机安装尺寸的校核

8) 参考文献

9） 设计小结等。

三、课题完成后应提交的资料

1、设计说明书一份；

2、装配图一份，零件图两到三份（凸模、凹模、凸凹模）；

工件名称：杯形件(可做1. 毛坯落料模、2. 拉深模、3. 冲孔模)

工件简图：如图1.1

材料：Q235

材料厚度：1.2mm

图.1.1 落料件

说明：本落料件设计由三人分工设计完成，本人设计毛坯落料模。 摘要：模具是现代工业的重要工艺设备，随着科学技术的不断进步，它在国民经济中占有越来越重要的地位，发展前景十分广阔。装备制造业在2007年的迅速发展，尤其是航空航天、汽车和电子电器产品的高速增长，为模具工业的发展营造了良好的市场环境。本次圆形件落料模具，是从零件的工艺性分析到模具结构的设计再到工艺计算，一直到最后的模具装配图。

1、落料件毛坯尺寸的计算

旋转体拉深件毛坯尺寸的计算原则：①以工件最后一次拉深后的尺寸为计算基础；②按体积不变条件，对于不变薄拉深，拉深件与毛坯表面积相等；③当板厚t ≥1mm 时，按工件中线尺寸计算；当t ＜1mm 可按内形或外形尺寸计算；④计算毛坯尺寸时要加上修边余量。

⑴、根据旋转体拉深件毛坯尺寸的计算原则，按照图1.1所示，整理尺寸如下：

d=82-t/2×2=82-1.2=80.8mm

r=3+t/2=3+0.6=3.6mm

h=14.5-t/2=14.5-0.6=13.9mm

⑵、确定修边余量

根据零件的相对高度h/d=13.9/80.8≈0.172，由于工件的相对高度较小，在表中查不到，但加工时又必须有一定的修边余量，故，这里取最小值1mm 。

故H=h+δ=13.9+1=14.9mm

⑶、确定毛坯尺寸

D 0=(d -2r ) 2+4d (H -r ) +2∏r (d -2r ) +8r 2

=73. 62+4⨯80.8⨯11. 3+1663. 95+103. 68

≈104.10mm

⑷、由于本零件图上未注公差，故按IT12～IT14级

查表。查表可知，外形公差为-0.87mm ，即毛坯尺寸

104. 100

-0. 87mm 。

⑸、简图如下：

其中△h 为修边余量

图1.2

图

1.3

2、冲压件工艺分析

分析该落料件，其外形简单，精度要求不高，用一般精度的模具可达到直径公差0.1mm ，即可满足该工件的要求。为简化模具制造过程，降低生产成本，采用单工序落料模进行加工。

1) 尺寸精度

根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，普通冲裁可满足要求。

2) 粗糙度、断面质量

查《模具设计与制造速查手册》表2-31得，一般冲裁件冲材料厚度1～2mm 金属板

料时，其断面粗糙度为6.3μm ；本产品在断面粗糙度和尺寸精度上均要求不高，所以断面质量可以保证，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。

3、冲压工艺方案的确定

该工件只包括落料基本工序，可采用两种方案：

方案一、落料，采用单工序模生产。

方案二、落料级进冲压。采用级进模生产。

方案一模具机构简单，设计方便；方案二较方案一复杂，精度高，对于本工件，宜用方案一。

4、主要的设计计算

（1）排样方式确定及计算

①首先要设计条料排样图。圆形件采用单排，查《模具设计与制造速查手册》

表2-34，得搭边值取a=2.0mm和a 1=1.5mm；

②选用无侧压装置

条料宽度 B -∆=(D max +2a +Z ) -∆

B —条料宽度

00

D max —条料宽度方向冲裁件的最大尺寸

a —侧搭边值

△—条料宽度的单向偏差

Z —导料销与最宽条料之间的间隙

查《模具设计与制造速查手册》表2-36和2-38得△=0.7mm，Z=0.5mm，代入公式得：

0B -. 1+2⨯2+0. 5) 0. 60

∆=(104-0. 7=108-0. 7mm

步距：S=104.1+1.5=105.6mm

③排样图如下

:

图4.1

④一个步距的材料利用率

nA ⨯100% BS

∏1⨯⨯104. 12

=⨯100% 108. 6⨯105. 6η=

=74. 18%

（2）冲压力的计算

该模具单工序落料模，拟选择弹性卸料、下出件。冲压力的相关计算见下式。

冲裁力 F =KLt τb

卸料力 F x =K x F

推件力 F T =nK T F

其中：L —冲裁周边长度（mm ） t—材料厚度(mm)

τb —材料抗剪强度（Mpa ） K—系数，一般取1.3

n—同时梗塞在凹模内的工件数 n=h/t (h为凹模洞口的直壁高度)

K X 、K T —卸料力、推件力系数

由于本落料材料为Q235，查表取τb =310Mpa，K X =0.04，K T =0.055，n 取6

则F =1.3×3.14×104.1×1.2×310=158076.27（N ）

F X =F×0.04=6323.10（N ）

F T =6×F ×0.055=52165.20（N ）

则总冲裁力F 总=F +F X +F T =216564.57（N ）

（3）压力中心确定

计算压力中心时，先画出凹模型口图，如下图。在图中将XOY 坐标建立在图示的对

称中线上，由于零件如图2.2所示，是规则的圆形，故其压力中心和几何中心重合：

X=0;Y=0;

图 4.2 压力中心

（4）工件零件刃口尺寸

在确定工件零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工件零件的加工方法及

模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜 采用线

切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸凹模固定板以及卸料板，这种加工方法可

以保证这些零件孔的同轴度，使得装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就

按分开加工的方法来计算，具体计算见下 ：

落料刃口尺寸计算：

由于零件尺寸为104. 10

-0. 87mm ，查相关表得

Z min =0.13mm，Z max =0.16mm，δp =0.025mm，δd =0.035mm，X=0.5

校核间隙：︱δp ︳+︱δd ︳=（0.025+0.035）=0.06mm＞Z max -Z min =（0.16-0.13）=0.03mm 说明取凸凹模公差不能满足︱δp ︳+︱δd ︳＜Z max -Z min 条件，但相差不大，可调整如下： δp =0.4×（Z max -Z min ）=0.4×0.03=0.012mm

δd =0.6×（Z max -Z min ）=0.6×0.03=0.018mm

+δd +0. 018+0. 018 =（104.1-0.5×0.87) 0=103. 6650mm D d =(D -X ∆) 0

D p =(D -X ∆-Z min ) 0. 665-0. 13) 0. 5350

-0. 012mm=103-0. 012mm -δp =(103

（5）缓冲装置的设计计算

由卸料力：F X =6323.1（N ）

F X /2=3161.55（N ）

故，本设计采用聚氨酯橡胶作为卸料弹性元件，查《冲压模设计指导》，初选两

个D=32mm，d=10.5mm,H=25mm的聚氨酯橡胶。

聚氨酯橡胶 32×10.5×25mm 压缩量F=0.35H （JB/T 7650.9-1995）

5、模具总体设计

（1）模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用单工序落料模。

因为该模具毛坯采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销。

（2）卸料、出件方式的选择

因为工件厚度1.2mm ，卸料力比较小，故可采用弹性卸料，且采用下出件比较便于操作与提高生产效率。

（3）导向方式的选择

为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该单工序落料模用中间导柱的导向

方式。

6、主要零部件设计

（1）工件零件的结构设计

1. 凸模

结合工件外形并考虑加工，讲落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，

凸模采用螺钉与销钉固定，凸模与安装孔的配合按H7/m6配合形式制造（《冲压模

具工程师手册》P5-165）。其总长L 如下式：

查标准：弹压卸料横向送料典型组合（JB/T 8066.2-95）得出

凸模的长度为

L=h 1+h+H=20+13+25=58mm

式中：h 1-卸料板厚度为20mm

h-增加长度为10～20mm ，取13mm

H-聚氨酯橡胶的自然高度(本设计中H=25mm)

本设计：凸模固定板取为20mm ，长宽尺寸与凹模相同；

螺钉采用M8×40（GB/T 70.1-2000）；

销钉采用8m6×45(GB/T 119.1-2000)；

垫板厚度为8mm ，长宽尺寸与凹模相同。

一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，无须进行强度校核。但对特别细长的凸模或凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较厚时，则必须进行承压能力和抗纵弯曲能力的校核，其目的是检查其凸模的危险端面尺寸和自由长度是否满足要求，以防止凸模纵向失稳和折断。该凸模不属于细长杆，强度足够，故不必进行校核。

图6.1凸模

2. 凹模

凹模采用整体凹模冲裁的凹模孔采用线切割床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与垫圈中心重合。

凹模外形尺寸

凹模厚度H=ks

式中：s —凹模刃口最大尺寸（mm ） k —考虑板厚影响所取系数

本设计中s=103.665mm，查《冲压模具工程师手册》，取k=0.20 即H=0.20×103.665≈21mm ， 凹模壁厚c=（1.5～2）H

系数取1.5计算，得c=1.5×21=31.5mm 凹模板边长L=D+2C=103.665+2×31.5≈166.67mm

垂直于送料方向的凹模宽度B=s+（2. 5～4.0）H=103.665+（52. 5～84）mm

查标准JB/T-7643.2-1994, 取H=28mm L=200mm B=160mm 的凹模标准块。

尺寸如图6.2所示：

图6.2凹模零件图

3. 凸模固定板

凸模与凸模固定板之间采用H7/m6配合，其图如下：

图6.3凸模固定板

4. 定位零件的设计

为了保证模具正常工作并冲出合格的零件，要求在送进的平面内，毛坯相对于模具的工作零件处于正确的位置。毛坯在模具中的定位有两方面内容：一是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向；二是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。

本设计中采用6m 6×14-A1（GB/T 119.2-2000）一个. 其图如下：

图6.4挡料销

5. 导料销的设计

导料销与条料接触，导料销与条料之间的间隙取1.5mm ，导料销的高度取7，直径取2，采用45钢制作，热处理硬度40-50HRC 。

图

6.5 导料销

6. 卸料板的设计

弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄件，是工件的平面度提高。本模具采用一般弹压卸料板

1）. 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同

2）. 弹性卸料板的厚度H=15mm，（ 查《冲压模具工程师手册》卸料板的最小厚

度为14mm ，这里取15mm ）

3）. 卸料板孔与凸模的单面间隙Z 1/2（查《冲压模具工程师手册》表3-1-28） t=1.2mm，取Z 1/2=0.15mm

4）. 卸料板导向孔的高度 h=3-5mm 。

5）. 卸料板底面高出凸模底面的尺寸k=0.2-0.8mm。

卸料板采用45钢制作，淬火硬度为40-45HRC 。如图5.3：

图6.6卸料版

卸料螺钉的选用

设置2个卸料螺钉，圆柱头卸料螺钉M 8×55 JB/T 7650.5，卸料螺钉

尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，卸料板超出凸模端面0.2mm ，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

7. 模架及其他零部件的设计

该模采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压是可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格200×160×200 1 GB/T 2851.5。

导柱 d 1/mm×L/mm为Φ28×150：d 2/mm×L/mm为Φ32×170

导套 d 1/mm×L/mmxD/mm为Φ28×100×38; d2/mm×L/mmxD/mm为Φ32×100×38。

图 7.1导柱1

材料：20钢

热处理：渗碳0.8～1.2mm ，硬度58～62HRC 技术条件：按JB/T 8070-1995 的规定

图7.2导套1

材料：20钢

热处理：渗碳0.8～1.2mm ，硬度58～62HRC 技术条件：按JB/T 8070-1995 的规定

模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和产品要求确定是否采用带导柱的模座。带导柱标准模座的常用形式及导柱的排列方式有：后侧导柱、对焦导柱、中间导柱、四导柱、后导柱窄形、三导柱。

本模具采用中间导柱模座，适用于横向送料和由单个毛坯冲制的较精密的冲压件。

上模座厚度取40mm ，下模座厚度H 取45mm ，。

图7.3上模座

图7.4下模座

技术要求

1. 采用标准模架中间导柱模架，标准是GB/T2851.5-1990

2. 冲模零件不允许有裂痕，工作表面不允许有划痕，机械损伤，锈蚀等表面缺陷， 3. 冲模凹模工作孔不允许有倒锥度

4. 冲裁的凸凹模刃口及侧刃等必须锋利, 不允许有崩刃和机械损伤，

5. 零件图上未标明的倒角尺寸，除刃口外所有锐边都倒角1345度或倒圆角。

模柄

模柄主要分为：整体式、带台阶的压入式、带螺纹的压入式、凸缘式、浮动式。 本模具采用带螺纹的旋入式模柄。垂直精度较差，主要用于小型模具。选用M2431.5

8. 垫板设计

图

8.1垫板

垫板厚度一般为3～10mm ，取10mm 。垫板材料常用45钢，热处理硬度为43～48HRC 。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度R ≤0.32～0.63um 。

本设计中，由于生产批量较大，给凸模的后面加上淬过火的凸模垫板，目的是增加凸

模的强度，防止凸模的后座回缩，增加使用寿命。

9. 紧固及其他零件

螺钉与销钉是用于模具零件进行固定与定位的元件。螺钉选用内六角为宜。一般设计时应不少于3个螺钉，凝乳被连接的深度，铸铁为2d ，钢为1.5d 。销钉设计为2个，连接件的销钉孔应同时钻、铰，销钉与孔采用H7/m6过度配合，孔壁的表面粗糙度应达到R a 1.6um ，压入连接件与被连接件的深度为1.5d 和2.5d 。矩形板件的销钉应去对角布置。

7. 模具总装配图

图.7.1 总装图

1-上模座;2-卸料螺钉；3-紧固螺钉；4-模柄；5-止转销钉；6-定位销钉；7-紧固螺钉；8-垫板；9-凸模固定板；10-凸模；11-卸料板；12-导料销；13-凹模；14-定位销钉；15-下模座；16-紧固螺钉；17-导柱；18-橡胶；19-导套；20-挡料销

通过以上设计，可得到如图所示模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫

板、凸模、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以弹簧为聚氨酯橡胶。下模部分由下模座、凹模座、导料销等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。条料送进时采用固定挡料销作为粗定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在固定挡料销上，并向前推紧。

8. 冲压设备的选定

通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足要求。其主要技术参数如下： 公称压力：250KN 滑块行程：65mm 最大闭合高度：270mm 连杆调节长度:55mm 垫板尺寸：50mm 模柄孔尺寸：30mm ～55mm 工作台尺寸：370×500mm 作台孔尺寸：200×290 260mm 大倾斜角度：30°

上模座高40mm ，垫板10mm ，凸模固定板20mm ，橡胶压缩高度20.8mm ，卸料板15mm

凹模25mm ，下模座45mm ，故，闭合高度为175.8mm ，可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25最大装模高度（270mm ），可以使用。

9. 模具主要零件加工工艺规程的编制

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9.1垫板的加工工艺

9.2凸模固定板的加工工艺

9.3凸模的加工工艺 1. 备料

2. 在刨床上先刨一平面

3. 以该面为基准按图纸要求画线 4. 在数控铣床上铣出图纸上的外形 5. 在数控线切割机上加工出大致外圆 6. 按图纸要求做热处理 7. 在磨床上精修 8. 检验 9. 入库

9.4卸料板加工工艺

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9.5凹模加工工艺

10 小结

通过这次课程设计使我对模具行业的发展现状及未来的发展趋势有了更

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深刻的了解，通过整个模具设计流程并在在老师的悉心指导下，使我掌握了冲压模具的总体设计思路及在模具设计中经常出现的一些问题、及处理方法，对设计中一些常规方法了有了进一步的了解，为以后的工作打下了坚实的基础。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。通过计算机辅助手段实现了对模具零件的二维造型，同时利用软件完成了相关零部件的装配过程，实现了模具结构的总装配，同时，使用了 AutoCAD 完成了相关结构及图型。这次课程设计让我巩固了专业知识，对知识有了更深刻的认识。

11 参考文献

1欧阳波仪. 现代冷冲模设计应用实例. 北京：化学工业出版社，2008.4 2王立人 .压模设计指导[M].北京：北京理工大学出版社，2009.8 3付宏升. 模具识图与制图. 北京：化学工业出版社，2006.2

4甄瑞麟 蔡佳炜. 模具制造工艺课程设计指导与范例. 化学工业出版社，2008.7 5. 郭克希. 机械制图（第二版）. 北京：机械工业出版社，2009.7

6. 翁其金 徐新成. 冲压工艺及磨具设计. 北京：机械工业出版社，2004.7 7. 王新华 陈登. 简明冲模设计手册. 北京：机械工业出版社，2008.7 8. 杨占尧。现代模具工手册. 北京：化学工业出版社，2007.7 9. 彭建声. 模具设计与加工速查手册. 北京：机械工业出版社，2005.6

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