冲孔落料级进模具说明书

冲孔落料级进模具说明书

机械11201

明 文 豪

1202281075

目 录

第一部分：模具选择及注意问题………………………………(2)

第二部分：设计任务……………………………………………………(3)

第三部分：1、主要设计计算……………………………………………(4)

2、模具总体设计……………………………………………(8)

3、主要零件设计……………………………………………(8)

4、模架及其他零件的设计………………………………(14)

5、冲压设备选定……………………………………………(14)

6、模具总装图………………………………………………(14)

第一部分

1、 冲压的基本工序分类及模具类型的选择

冲压工序基本分为以下两大类：

第一类是材料受外力后应力超过其强度极限，使材料发生剪裂或局部剪裂。

诸如：板料的剪裂、剪截、冲孔、落料、切口、整修、裁切、冲口等多种作业形

式，但均属于分离工序；第二类是材料受到外力应力超过其屈服极限，使材料经

过塑性变形后成一定的形状。诸如：弯曲、缩口、卷边、扭转、拉伸、起伏成形、

体积冲压等变形方式，但均属于变形工序。将上述两个以上的单工序连续冲压与

复合在一套模具上冲压便构成连续冲压与复合冲压工序。

上述各种冲压变形工序所用的模具，虽然结构千变万化，但仍然可按其冲压

过程的动作特征、主要结构特点以及完成的工艺作业类别，将其划分成以下几大

类：

1）单工序冲模（亦称单冲模）

这种冲模是在压力机的一次行程中只完成一个冲压工艺工序。一般均以其完

成的冲压工艺工序的名称来命名：如只进行冲孔的称之为冲孔模；只进行一次弯

曲的称为弯曲模。

2）连续模（亦称多工序连续模）

这种模具是在压力机一次行程中，在模具的不同工位上，能同时完成两个或

两个以上冲压工序。根据连续完成的冲压工序的工艺作业类别又将连续模分为：

多工位连续冲裁模、多工位连续式复合模两种。连续模只有冲裁工位的，即只进

行冲孔、切口、落料等属于冲裁作业的工位，称为多工位连续冲裁模。如果连续

模诸工位中，除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形：包括翻边、冲挤、压印

等属于冲裁式复合模。

3）复合模

该类模具仅一个工位，在压力机的一次行程中能完成两个或两个以上冲压工

步，根据这类模具完成的冲压工步的类别，可将其分为：冲裁式复合模、综合式

复合模两种。只完成冲裁作业的复合模，最常见的是冲孔—落料复合模。如果连

续模诸工位中,除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形任意一个或一个以上变

形工步的复合模，通称其为综合式复合模、多工位连续式复合模。

综合以上，此次选择级进模具合适。

2.设计注意问题

在绘制冲模总装配图时需注意解决好以下一些问题：

（1） 按冲件的冲压工艺过程卡规定使用的冲压设备及其主要技术规格，

诸如：压力机台面尺寸，压力机台面及其滑块上装模柄孔的尺寸、最小闭合高度

等参数，作为选用标准模架和模柄以及确定模座底面积、模具落料孔以及模具平

面装夹尺寸的依据。即便选用标准典型组合，也必须考虑上述参数给予衔接；

（2） 注意设计合适的凹模结构形状，并对其强度进行必要的校核；

（3） 凸模长度要进行细致的计算，对于小孔冲模，当凸模直径等于或小

于料厚或冲裁高强度材料小孔时，除在结构上采取加固措施外，对凸模的抗压强

度和抗纵弯稳定性要分别进行比要的验算；

（4） 注意拔杆卸件系统、模具带动的送料装置等直接装在模具上或与模

具联动的机构，与模具主冲压动作的协调、配合。必要时可先设计并绘出各机构

动作过程组合曲线图，防止在一个部位动作相碰撞。

3.冲模制造工艺的选择

冲模制造工艺是冲模非标准工作零件即非圆形凸、凹模的制造方法。冲模的

标准零部件，包括一些圆形凸模及圆凹模的加工工艺都已定型且这些零件大多可

在市场上随时购买。故通常所说的冲模制造工艺是指那些需要另行单独制造的非

圆凸、凹模以及其他复杂的非标准凸、凹模的制造方法。

首先应该将需要加工的凸、凹模零件表面按其用途、作用及加工工艺不同分

为：配合面与接触面两种。配合面是在冲模组装或总装时，该面与其他零部件配

合，要求有一定的尺寸与形位精度及表面粗糙度。

第二部分：设计任务

零件图

工件名称：同心圆垫片

工件简图：如上图

材 料：15钢

材料厚度：2mm

强度极限：450MPa

第三部分：设计过程

一、主要设计计算

（1）、排样方式的确定及其计算：

排样是模具设计的核心部分，是级进模设计的重要依据。条料

排样图的设计可以确定以下内容：第一，模具的工位数和各工位的工

序内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序；工件的排列方式；模

具的步距、条料的宽度和材料的利用率；导料的方式、弹顶器的设置

和导正销的安排；基本确定模具结构。排样图设计的好坏，对模具设

计影响很大，因此要设计出多种方案进行比较，以选出最合理的方案。

对于级进模具的排样的方法和特点：

1） 排样图的绘制，可以先从平面展开图开始，由右设计总裁工

位，向左设计成形工位，然后根据实际情况逐步修改。

2） 考虑增加模具强度必需的工位。连续模拉深次数较多时，在

首次拉深后加上备用空工位，以便增加拉深次数。

3） 决定工序件携带的方法。

4） 注意材料辗纹方向，辗纹方向能影响排样的经济效果，也影

响工件的性能。

5） 弯曲件的毛刺，应位于内侧。

6） 考虑要不要侧刃切边。薄料采用导正销，可以不切边。对于

厚料或重料的条料，为避免导正销折断，需要切边。

7） 合理安排导正销。

8） 考虑一出二或一出四是否合适。

9） 冲压过程中不允许有零星碎料残余在模具表面。

10） 考虑残料上冲压其它工件的可能性。

设计级进模，首先要设计条料排样图。同心圆垫片的形状具有

圆形的特点，直排时材料利用率较高，应采用直排，如图下图所示的

排样方法。条料宽度43mm，步距离为41.5mm，一个步距的材料利

用率为70%。工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结

构简单，故采用单排排样设计，采用手工送料，采用导料板导料、挡

料销挡料。由表2—5（见冲模工艺与模具设计一书）查得a=1.5，

a1 =1.8

那么：条料的宽度：B=40+2a1=43.6mm

条料的步距：S=40+a=41.5mm

导料板的导料尺寸:B1=B+C1=43+1=44.6mm(采用无侧压

装置,条料与导料板间间隙Cmin=1

冲裁单件材料的利用率计算：

η=NA/BL=50×40÷44.7×56×100％＝79.9％利用率较高。

A---冲裁件面积

B----板料宽度

N----一张板上冲件总数目

L----板料长度

排样图如下所示：

2）、冲压力的计算：

冲裁力F=KLtτ

F----冲裁力（N）

L----零件剪切周长（mm）

t-----材料厚度（mm）

τ----材料抗剪强度（Mpa）

K----系数。一般取K=1.3

卸料力F1=0.05F，顶件力F2=0.063F

总压力F总=F+F1+F2

经计算有

F=1.3×3.14×40×2×2×450=294KN

F1=14.7KN

F2=18.5KN

F总=327.2KN

（

故拟选定J-23-65开式双柱可倾压力机

（4）工作零件刃口尺寸计算:

冲孔：

dp=(d+xΔ)0-Δp+Δp dd=(dp+Zmin)0

Δp=0.4×(Zmax-Zmin)

Δd=0.6×(Zmax-Zmin)

查表有：磨损系数x=0.5；Zmax=0.42； Zmin=0.38。

Δp=0.4×0.04=0.016 ；Δd=0.6×0.04=0.024 ；

+ΔdD=(D-xΔ)0落料： d 0dp=(20+0.5×0.2)0-ΔP=20.1-0.016+Δd+0.024d=(20.1+0.38)=20.48d00 ； 。

Dp=(Dd-Zmin)0

-Δp

00+Δd+0.024D=(39.9-0.38)=39.52D=(40-0.5×0.2)=39.9-Δp-0.01600 d ；p 。

式中 dp、dd----冲孔凸、凹模刃口尺寸（mm）；

Dp、Dd---落料凸、凹模刃口尺寸（mm）；

d----零件孔径公称尺寸（mm）；

D-----落料件外径公称尺寸（mm）；

Δ-----零件公差（mm）；

二、模具总体设计:

1）模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进 模。

2）定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，

无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销

精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以

靠操作工目测来定。

3）卸料、出件方式的选择

因为工件料厚为2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采

用弹性卸料。又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操

作与提高生产效率。

4）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，该级进模采用中

间导柱的导向方式。

三、主要零部件设计：

（1）工作零件的结构设计

① 落料凸模

结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成镶拼式采用

镶拼式，其长度L=h1+h2+h3+h=20+15+5+15=55mm

L---凸模长度（mm）；

h1---凸模固定板厚度（mm）；

h2----卸料版厚度（mm）；

h3---导料板厚度（mm）；

h-----附加长度（mm）。

h-增加长度。它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5-1mm）,凸模固定板与卸料板之间的安全距离等,一般 取10-20mm。

具体结构如下：

② 冲孔凸模

因为所冲的孔为方形与圆形，而且都不属于需要特别保 护

的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另

一方面又便于装配与更换。冲φ40mm孔的凸模结构如下图：

③凹模

凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加

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，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式计算：

凹模厚度 H=kb=0.3×83mm=24.9mm（查表得k=0.3）

凹模壁厚 c=（1.5～2）H=37.35mm～49.8mm

取凹模厚度H=50mm，凹模壁厚c=45mm，

凹模宽度B=b+2c=（83+2×45）mm=173mm

凹模长度L取360 mm（送料方向）

凹模轮廓尺寸为360mm×173mm×50mm，结构如下图:

（2）定位零件的设计

落料凸模下部设置一个导正销，冲槽凸模下设置一个导正

销。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和

装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm ，所以导正销直线

部分的长度为1.8mm。导正销采用H7/r6安装在落料凸模

端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。

起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件，规格为

8×16。

（3）导料板的设计

导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条

料之间的间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导

料板的厚度按表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬

度为40～45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板

的进料端安装有承料板。

（4）卸料部件的设计

① 卸料板的设计

卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为 18mm。

卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40～45HRC。

②卸料螺钉的选用

卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺

纹

部分为M10×10mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空

间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm，

有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

（5）模架及其它零部件设计

该模具采用后导柱模架，这种模架的导柱在模具后侧

位置，冲压时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。导柱d/mm×L/mm 为φ40×230；导套d/mm×L/mm×D/mm为φ40×140×53。

分别上模座厚度H上模取55mm，上模垫板厚度H垫取

15mm，固定板厚度H取40mm，下模座厚度H下模取

65mm，那么，该模具的闭合高度：

H闭=H上模＋ H垫＋L＋ H ＋ H下模－h2 =（55＋15

＋89＋50＋70－2）mm=277mm

式中 L——凸模长度，L=74mm；

H——凹模厚度，H=50mm；

h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm。

可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-63的最大装模 高度（300mm），可以使用。

根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照

有关资料，可选取 级精度的后侧导柱模架（GB/T2851.5

—1990）.即：

上模座： 400×173×55 HT200

下模座： 400×173×70 HT200

下模座轮廓尺寸：L=400mm；

B=173mm；

S=390mm；

R=55mm；

A1=160mm；

A2=290mm；

四、模架及其他零件的设计

其中包括，弹簧、定位零件、卸料装置、模柄垫板、刚性推件、凸凹模固定板等尺寸。都需要根据实际情况来确定。使其能满足该模具的一些相应条件。

五、模具总装图：

见总装配图

六：冲压设备选定

压力机的选择

根据冲压力的计算选择压力机型号为JB23--40其部分技术规格如下：

公称压力： F=400KN；

最大封闭高度： 300mm；

工作台尺寸前后： 420mm; 左右：630mm；

工作台孔尺寸前后：150mm；左右：300mm; 直径：200mm；