冲压模设计的准备工作

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1、1 冲压模设计的准备工作根据课程设计目的，设计课题由指导教师用“设计任务书”的形式下达，课题难度以轻度复杂如冲孔落料复合模为宜。设计工作量根据课程设计时间安排情况，由指导教师酌定。1.1 研究设计任务学生应充分研究设计任务书，了解产品用途，并进行冲压件的工艺性及尺寸公差等级分析，对于一些冲压件结构不合理或工艺性不好的，必须征询指导教师的意见后进行改进。在初步明确设计要求的基础上，可按以下步骤进行冲压总体方案的论证。第一步，酝酿冲压工序安排的初步方案，并画出各步的冲压工序草图；第二步，通过工序安排计算及冷冲压模具结构图册等技术资料，验证各步的冲压成型方案是否可行，构画该道工序的模具结构草图。第三

2、步，构画其它模具的结构草图，进一步推敲上述冲压工序安排方案是否合理可行。第四步，冲压工序安排方案经指导教师过目后，即可正式绘制各步的冲压工序图，并着手按照“设计任务书”上的要求进行课程设计。1.2 资料及工具准备课程设计开始前必须预先准备好冷冲模国家标准、模具设计与制造简明手册、冷冲压模具结构图册等技术资料，及图板、图纸、绘图仪器等工具。也可将课程设计全部或部分工作安排在计算机上用Auto CAD等软件来完成，相应地需事前调试设备及软件、准备好打印用纸及墨盒等材料。1.3 设计步骤冲压模课程设计按以下几个步骤进行。(1)拟定冲压工序安排方案、画出冲压工序图、画出待设计模具的排样图(阶段考核比例

3、为15%)(2)计算冲裁力、确定模具压力中心、计算凹模周界、确定待设计模具的有关结构要素、选用模具典型组合等，初选压力机吨位(25%)；(3)确定压力机吨位(5%)；(4)设计及绘制模具装配图(25%)；(5)设计及绘制模具零件图(25%)；(6)按规定格式编制设计说明书(5%)；(7)课程设计面批后或答辩(建议对总成绩在10%的范围内适度调整)。1.4 明确考核要求根据以上6个阶段应该形成的阶段设计成果实施各阶段的质量及考核，从而形成各阶段的考核成绩。其中课程设计面批或答辩不仅有助与当面指出学生的各类设计错例，也是课程设计考核的重要手段。最终的考核成绩在6个阶段考核成绩的基础上，由指导教师结

4、合考勤记录及面批或答辩记录对总成绩在10%左右的范围内适度调整。2 冲裁模结构设计示范2.1 排样论证的基本思路排样论证的目的是为了画出正确的模具排样图。一个较佳的排样方案必须兼顾冲压件的公差等级、冲压件的生产批量、模具结构和材料利用率等方面的因素。1) 保证冲压件的尺寸精度图1所示冲压件，材料为10钢板，料厚1mm，其未注公差尺寸精度等级为IT12，属一般冲裁模能达到的公差等级，不需采用精冲或整修等特殊冲裁方式。从该冲压件的形状来看，完全可以实现少、无废料排样法。但该冲压件的尺度精度等级决定了应采用有废料排样法。图1 冲压件及排样图2) 考虑冲压件的生产批量该冲压件的月生产批量为3000件，

5、属于中等批量的生产类型，因此不考虑多排、或一模多件的方案(该方案较适宜大批量生产，约几十万件以上)；也不考虑采用简易冲裁模常用的单、直排方案，根据成批生产的特点，再结合该冲压的形状特点，以单斜排、一模一件、级进排样方案为宜。3) 提高原材料利用率在绘制排样图的过程中，应注意提高冲压原材料的利用率。但提高原材料的利用率，不能以大幅提高冲裁模结构的复杂程度为代价。图2所示是垫圈冲压件及其冲裁排样图。如果单纯为了提高原材料的利用率而采用三排或三排以上、一模多件的冲载方案，虽然确实有助于提高原材料的利用率，但模具制造成本却随之大幅提高，其结果往往得不偿失。排样图上搭边值设计是否合理，直接影响到原材料的

6、利用率和模具制造的难易程度。总是采用最小许用搭边值amin、a1min往往人为地提高了模具的制造难度，而在通常情况下却并不能提高原材料的利用率。以一条长1000mm的料条为例，若对图2所示的垫圈冲压件以amin=0.8mm进行排样，可排(1000-0.8)/(34+0.8)=28.7个，实际为28个；若以a=1.5mm进行排样，则可排(1000-1.5)/(34+1.5)=28.1个。可见每个步距上省下0.7mm长的料，最终整张条料上并不能多排一个工件，两者的利用率是完全相同的。除使用卷料进行冲压外，一般搭边值均应在amin的基础上圆整(料宽尺寸也须圆整)，以降低模具制造难度。图2 垫圈冲压件

7、及冲裁排样图4) 模具结构论证在保证产品尺寸公差等级的前提下，应尽量简化模具结构复杂程度，降低模具制造费用，这是设计模具的铁则。图2所示的垫圈冲压件，因外形比较简单，且壁厚较大，所以采用复合模冲裁排样方案就比采用级进模冲裁的方案好。倒装复合模的结构比顺装复合模简单，所以应优先考虑采用倒装复合模。最终能否采用复合模冲裁方案以及采用何种复合模结构的关键是验算冲压件的最小壁厚。经验算垫圈冲压件的最小壁厚，可用倒装复合模冲裁方案。2.2 选择压力机及确定压力中心示范根据图2复合模冲裁排样图，经计算模具工艺总力P=10.32(tf)，可初步选择J23-16F压力机。记录有关技术参数供今后校核用。最大封闭

8、高度：205mm；封闭高度调节量：45mm；工作台尺寸前后：300mm、左右：450mm；垫板尺寸厚度：40mm；孔径：210mm；模柄孔尺寸直径：40mm；模柄孔深度：60mm。计算压力中心的方法教材上已有详尽的介绍。要计算出压力中心的精确位置既繁锁又无必要。除了少数几种情况，例如：精密冲裁模具、多工位自动级进模和一些造价昂贵的模具为保险起见需要精确计算外，一般情况下，可以根据对称原理把压力中心大致定在条料宽向的中心线和送料方向上最远的两个凸模(有侧刃时，侧刃也算作凸模)距离的中线的交合点”O”上，只要这个0点与实际压力中心之间的偏距小于模柄半径(已知模柄直径为40mm)，就能达到模具平稳工

9、作要求；而一旦0点与实际压力中心之间的偏距超出模柄半径的范围，就要调整各凹模洞口在凹模板上的位置，使实际压力中心进入模柄半径范围内。2.3 冷冲模国家标准的使用根据图2复合模冲裁排样图，结合模具制造工艺，圆形模板比矩形模板加工简便，因此本模具就采用圆形模板。首先要计算圆形凹模板的轮廓尺寸：厚度H=Kb1=0.438=15.2mm；直径D=L1+2l1=34+222=78mm。查阅GB2858.4-81，根据”就近就高”的原则初定凹模周界：HD=1680。1. 确定模具的主要结构要素根据垫圈产品图排样方案论证结果，已确定本模具采用倒装式复合模结构。在此基础上，尚须确定如下结构要素。(1) 确定送

10、料方式模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式，还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如L(送料方向的凹模长度)B(垂直于送料方向的凹模宽度)时，采用纵向送料方式；LB时，则采用横向送料方式；L=B时，纵向或横向均可。就本例的圆形凹模板而言，其送料方式应采用纵向送料。另外采用何种送料方式，还得考虑压力机本身是开式还是闭式而定。(2) 确定卸料形式模具是采用弹压卸料板，还是采用固定卸料板，取决于卸料力的大小，其中材料料厚是主要考虑因素。由于弹压卸料模具操作时比固定卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动作，且弹压卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，

11、因此实际设计中尽量采弹压卸料板，而只有在弹压卸料板卸料力不足时，才改用固定卸料板。随着模具用弹性元件弹力的增强(如采用矩形弹簧)，弹压卸料板的卸料力大大增强。根据目前情况，当材料料厚约在2mm以下时采用弹压卸料板，大于2mm时采用固定卸料板较为贴近实际。本模具所冲材料的料厚为1mm，因此可采用弹压卸料板。(3) 模架形式如采用纵向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架(对角导柱导套模架也可)；横向送料适宜采用对角导柱导套模架：而后侧导柱导套模架有利于送料(纵横向均可且送料较顺畅)，但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须

12、采用滚珠导柱导套。本模具采用中间导柱导套模架，一是对纵向送料方式较适宜，二是中间导柱导套模架工作时受力比较均衡、对称。2. 典型组合选择示范计算凹模周界及确定模具的主要结构是为了选用合适的模具结构典型组合。根据本模具采用纵向送料方式、弹压卸料板、倒装复合模、中间导柱导套模架及凹模周界为HD=1680，可从冷冲模国家标准查到复合模圆形厚凹模典型组合(GB2873.3-81)。各模具零件的标准外形尺寸HD如下：(1)上垫板(GB2858.6-81) 480 1块；(2)固定板(GB2858.5-81) 1280 1块；(3)凹模(GB2858.4-81) (2280)调整至1880 1块；(4)卸

13、料板(GB2858.5-81) 1080 1块；(5)固定板(GB2858.5-81) 1480 1块；(6)下垫板(GB2858.6-81) 480 1块；本典型组合推荐使用3只M8的紧固螺钉、2只8的圆柱销、3只杆部直径为8的台肩式卸料螺钉、凸凹模的推荐长度为42mm、配用模架闭合高度在140165mm之间。有了模具结构的典型图，模具设计就大为简化。只要根据排样图中凸模或凸凹模的位置，分别把各个凸模或凸凹模画入典型组合可，并相应地在凹模板或凸凹模上开制相应的凹模洞口及在其它零件上画出漏料孔、打料系统等，就可得到一张完整又正确的装配图。3. 非标准模具的对照设计有些矩形凹模板根据计算结果会很

14、难选到一个合适的标准凹模板。例如某狭长冲压件，其凹模周界的计算值：HLB=2060125， 与之最为接近的标准凹模板尺寸为：HLB=20125125，仍相差悬殊。解决的办法是根据HLB=20125125的标准凹模板找到模具的典型组合，同样根据该典型组合构画装配图，只是把模具内的所有模板的L尺寸全部换成非标准尺寸60mm，而尺寸H及B保持不变，进行必要的有限非标准设计。2.4 绘制模具装配图示范有了模具结构典型组合图，就可以着手绘制模具装配图。我们一般应根据模具结构典型组合图绘制模具结构草图，这样无论在布置图面、还是考虑结构细节等问题上都将带来许多便利之处。1. 图面布置规范为了绘制一张美观、正

15、确的模具装配图，必须掌握模具装配图面的布置规范。图3所示是模具装配图的图面布置示意图，可参考使用。图纸的左上角1处是档案编号。如果这份图纸将来要归档，就在该处编上档案号(且档案号是倒写的)，以便存档。不能随意在此处填写其它内容。图3 图面布置示意图1-档案编号处 2-布置主视图 3-布置俯视图 4-布置产品图 5-布置排样图6-技术要求说明处 7-明细表 8标题栏2处通常布置模具结构主视图。在画主视图前，应先估算整个主视图大致的长与宽，然后选用合适的比例作图。主视图画好后其四周一般与其它图或外框线之间应保持有约5060mm的空白，不要画得“顶天立地”，也不要画得“缩成一团”，这就需要选择一合适

16、的比例。推荐尽量采用1:1的比例，如不合适，再考虑选用其它机械制图国家标准上推荐的比例。3处布置模具结构俯视图。应画拿走上模部分后的结构形状，其重点是为了反映下模部分所安装的工作零件的情况。俯视图与边框、主视图、标题栏或明细表之间也应保持约5060mm的空白。4处布置冲压产品图。并在冲压产品图的右方或下方标注冲压件的名称、材料及料厚等参数。对于不能在一道工序内完成的产品，装配图上应将该道工序图画出，并且还要标注本道工序有关的尺寸。5处布置排样图。排样图上的送料方向与模具结构图上的送料方向必须一致，以使其他读图人员一目了然。6处主要技术要求。如模具的闭合高度、标准模架及代号及装配要求和所用的冲压

17、设备型号等。7处布置明细表及标题栏。结合图4标题栏及明细表填写示例，应注意的要点如下。(1)明细表至少应有序号、图号、零件名称、数量、材料、标准代号和备注等栏目；(2)在填写零件名称一栏时，应使名称的首尾两字对齐，中间的字则均匀插入；(3)在填写图号一栏时，应给出所有零件图的图号。数字序号一般应与序号一样以主视图画面为中心依顺时针旋转的方向为序依次编定。由于模具装配图一般算作图号00，因此明细表中的零件图号应从01开始计数。没有零件图的零件则没有图号。(4)备注一栏主要标标准件规格、热处理、外购或外加工等说明。一般不另注其它内容。图4 标题栏及明细表填写示例8处布置标题栏。作为课程设计，标题栏

18、主要填写的内容有模具名称、作图比例及签名等内容。其余内容可不填。图5 倒装复合模1下模座 2、3导柱 4卸料螺钉 5下垫板 6凹模固定板 7凸凹模8弹压橡皮 9卸料板 10挡料顶 11推块 12、27冲孔凸模 13冲孔凸模固定板14开制三叉通孔的垫板 15、25、33圆柱销 16上模座 17、18导套 19模柄20防转销 21打杆 22三叉打板 23上垫板 24顶杆 26凹模 28内六角螺钉29活动挡料销 30半圆头螺钉 31扭簧 32内六角螺钉2. 装配图的绘制要求图5所示是垫圈冲孔落料复合模的装配图，在绘制模具装配图时，初学者的主要问题是图面紊乱无条理、结构表达不清、剖面选择不合理等，还有

19、作图质量差如引出线”重叠交叉”、螺销钉作图比例失真，漏线条等错误屡见不鲜。上述问题除平时练习过少外，更主要的是缺乏作图技巧所致。一旦掌握了必要的技巧，这些错误是可以避免的。结合范例，下面简要地叙述绘制模具装配图的具体要求。要说清这个问题，先要了解为什么要绘制模具装配图。绘制模具装配图最主要的是要反映模具的基本构造，表达零件之间的相互装配关系。从这个目的出发，一张模具装配图所必须达到的最起码要求一是模具装配图中各个零件(或部件)不能遗漏。不论哪个模具零件，装配图中均应有所表达；二是模具装配图中各个零件位置及与其它零件间的装配关系应明确。下面简要叙述装配图的作图技巧。(1)装配图的作图状态冲裁模装

20、配图可以画成敞开状态，上模部分和下模部分敞开1015mm，具有读图直观的优点。对于初学者则建议画合模的工作状态，这有助于校核各模具零件之间的相关关系。(2)剖面的选择图5所示模具的上模部分剖面的选择应重点所映凸模的固定，凹模洞口的形状、各模板之间的装配关系(即螺钉、销钉的安装情况)，模柄与上模座间的安装关系及由打杆、打板、顶杆和推块等组成的打料系统的装配关系等。上述需重点突出的地方应尽可能地采用全剖或半剖，而除此之外的一些装配关系则可不剖而用虚线画出或省去不画，在其它图上(如俯视图)另作表达即可。模具下模部分剖面的选择应重点反映凸凹模的安装关系、凸凹模的洞口形状、各模板间的安装关系(即螺钉、销

21、钉如何安装)、漏料孔的形状等，这些地方应尽可能考虑全剖，其它一些非重点之处则尽量简化。图5中上模部分全剖了凸模的固定，凹模洞口形状及螺销钉的安装情况(并在左面布置销钉、右面布置紧固螺钉及另一销钉显得错落有致)，对于模柄与上模座的联接情况进行了局部剖(并顺便画出防转销钉显得构图极为巧妙)，而对打料系统的装配关系也尽量全剖，使其他读图者一目了然。下模部分对凸凹模的固定，凸凹模洞口及漏料孔的形状，卸料板与卸料螺钉的联接情况，紧固螺钉与圆柱销的结构情况都进行了全剖。而对活动挡料钉的安装情况则采取了用虚线表达的方式。这样的布置需要设计者经过一番精心的运筹后才能获得。(3)序号引出线的画法在画序号引出线前

22、应先数出模具中零件的个数，然后再作统筹安排。在图5的模具装配图中，在画序号引出线前，数出整副模具中有33个零件，因此设计者考虑左方布置18个序号，右方再布置15个序号。根据上述布置，然后用相等间距画出33个短横线，最后从模具内引画零件到短横线之间的序号引出线。按照“数出零件数目布置序号位置画短横线引画序号引出线”的作图步骤，可使所有序号引出线布置整齐、间距相等，避免了初学者画序号引出线常出现的”重叠交叉”现象。第一步工作：对所设计模具之产品进行可行性分析，以电脑机箱为例，首先将各组件产品图纸利用设计软件进行组立分析，即我们工作中所说的套图，确保在模具设计之前各产品图纸的正确性，另一方面可以熟悉

23、各组件在整个机箱中的重要性，以确定重点尺寸，这样在模具设计中很有好处的，具体的套图方法这里就不做详细的介绍了。第二步：在产品分析之后所要进行的工作，对产品进行分析采用什么样的模具结构，并对产品进行排工序，确定各工序冲工内容，并利用设计软件进行产品展开，在产品展开时一般从后续工程向前展开，例如一产品需要量五个工序，冲压完成则在产品展开时从产品图纸开始到四工程、三工程、二工程、一工程，并展开一个图形后复制一份再进行前一工程的展开工作，即完成了五工程的产品展开工作，然后进行细致的工作，注意，这一步很重要，同时需特别细心，这一步完成的好的话，在绘制模具图中将节省很多时间，对每一工程所冲压的内容确定好后

24、，包括在成型模中，产品材料厚度的内外线保留，以确定凸凹模尺寸时使用，对于产品展开的方法在这里不再说明，将在产品展开方法中具体介绍。第三步：备料，依产品展开图进行备料，在图纸中确定模板尺寸，包括各固定板、卸料板、凸凹模、镶件等，注意直接在产品展开图中进行备料，这样对画模具图是有很大好处的，我所见到有很多模具设计人员直接对产品展开图进行手工计算来备料，这种方法效率太低，直接在图纸上画出模板规格尺寸，以组立图的形式表述，一方面可以完成备料，另一方面在模具各配件的工作中省去很多工作，因为在绘制各组件的工作中只需在备料图纸中加入定位、销钉、导柱、螺丝孔即可。第四步：在备料完成后即可全面进入模具图的绘制，

25、在备料图纸中再制一份出来，进行各组件的绘制，如加入螺丝孔，导柱孔，定位孔等孔位，并且在冲孔模中各种孔需线切割的穿丝孔，在成型模中，上下模的成型间隙，一定不能忘记，所以这些工作完成后一个产品的模具图差不多已完成了80%，另外在绘制模具图的过程中需注意：各工序，指制作，如钳工划线，线切割等到不同的加工工序都有完整制作好图层，这样对线切割及图纸管理有很大的好处，如颜色的区分等，尺寸的标注也是一个非常重要的工作，同时也是一件最麻烦的工作，因为太浪费时间了。第五步：在以上图纸完成之后，其实还不能发行图纸，还需对模具图纸进行校对，将所有配件组立，对每一块不同的模具板制作不同的图层，并以同一基准如导柱孔等到进行模具组立分析，并将各工序产品展开图套入组立图中，确保各模板孔位一致以及折弯位置的上下模间隙配合是否正确。经过以上的工作，一个产品的模具图纸才算正式完成，以上是对模具设计中的方向，步骤进行大致的介绍，同时每一位模具设计人员有其自已的方法，不管怎样，圆满完成设计工作这外，工作效率也是非常重要的，这里不再多讲。