冲压模具设计论文

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1、目录第一章 前言- 1 -1.1模具产业现状- 1 -1.2发展前景- 1 -第二章 冲裁件工艺性分析- 1 -2.1零件结构形状- 2 -2.2尺寸精度- 2 -2.3 材料选择- 3 -第三章 冲裁工艺方案的确定- 3 -3.1预备方案- 3 -3.2方案分析- 4 -第四章 模具结构形式的确定- 4 -4.1正装式- 4 -4.2倒装式- 4 -第五章 模具总体设计- 5 -5.1模具类型的选择- 5 -5.2操作与定位方式- 5 -5.2.1操作方式- 5 -5.2.2定位方式- 5 -5.3卸料、出件方式- 6 -5.3.1卸料方式- 6 -5.3.2出件方式- 6 -5.4确定送料

2、方式- 6 -5.5确定导向方式- 7 -第六章 模具工艺参数的确定- 7 -6.1排样设计与计算- 7 -6.2搭边值的确定- 8 -6.3进距与条料宽度计算- 9 -6.3.1送料进距A- 9 -6.3.2条料宽度B计算- 9 -6.4材料利用率的计算- 10 -第七章 计算冲压力- 10 -7.1 冲压力的计算- 10 -7.2 压力机的选择- 11 -第八章 模具压力中心的确定- 12 -8.1设计分析- 12 -8.2设计计算- 12 -第九章 计算凸凹模尺寸- 13 -第十章 凸模、凹模、凸凹模的结构设计- 14 -第十一章 模具总体及主要零部件设计- 17 -11.1卸料弹簧的设

3、计计算- 17 -11.2标准模架的选用- 18 -11.3冲压设备- 18 -参考文献- 19 -第一章 前言1.1模具产业现状改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。模具做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实

4、现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。1.2发展前景随着时代的进步，现代各先进工业化的国家的在冲压生产方面都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产仍占有重要的地位。相信在以后的发展中，模具以及冲压设备等会随着科学技术的发展而不断发展。第二章 冲裁件工艺性分析工件名称：钥匙工件简图：如图1所示生产批量：大批量材 料：10钢工件厚度：2mm图1 零件简图 2.1零件结构形状

5、该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。内有一个5的孔，孔与边缘的距离也满足要求，可以冲裁。2.2尺寸精度查表可得，冲裁件内外形所能达到尺寸的精度为IT11，孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5mm。零件图上所注公差经查标准公差表为IT14，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性好，适宜冲裁加工。查公差表可得个尺寸公差为：零件外形：200-0.520 mm 210-0.520 mm 440-0.620 mm 80.360 mm R40-0.300 mm零件内形：50+0.180 mm2.3 材料选择10钢为优质碳素结构钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主

6、要用于工程结构和受力较小的机械零件。综合评比均适合冲裁加工。抗剪强度：=260340 M Pa 抗拉强度：b=300440 M Pa 伸 长 率：10=29%屈服强度：s=210 MPa该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。第三章 冲裁工艺方案的确定3.1预备方案该制件的冲裁工序包括落料和冲孔，其冲裁加工有以下三种方案：方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压。级进模生产。3.2方案分析方案一模具结构简单，投资少，且每次冲裁所需的冲裁力较小，可以解决冲压设备吨位不够的问题。其缺点在于零件的精度难于保证，并且零件比较小，在第二次冲孔

7、时，准确定位不宜，容易使人受伤，生产率低。方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚，模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。通过对上述三种方案的分析比较,采用复合模是比较合理的。第四章 模具结构形式的确定正装式复合模和倒装式结构比较：4.1正装式正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。4.2倒装式倒装式复合模不宜冲制

8、孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。由零件分析知：制件的精度要求较低，孔边距较大，平直度较高为提高经济效益，适宜采用倒装复合模生产。根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产。倒装复合模要求精度高、使用寿命长，其模具的主要工作零件常采用高强度高合金工具钢、高速钢或硬质合金等材料来制造，加工方法常采用慢走丝线电极电加工和成削磨削。复合模还必须有自动送料装置，才能实现自动冲压，提高生产率，并减少了手工送料的误差，提高经济效益。第五章 模具总体设计5.1模具类型的选择经分析，工

9、件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置的倒装复合模具结构方式。5.2操作与定位方式5.2.1操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。5.2.2定位方式因为导料销和挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。 5.3卸料、出件方式5.3.1卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与

10、凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模。 工件平直度较高，料厚为2mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进

11、动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。5.3.2出件方式因采用倒装复合模生产，故采用弹性上出件。5.4确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机，采用横向送料方式，即由右向左送料。送料误差以及能否及时地从凸模上排除工件，往往是造成复合模损坏的主要原因。因此对造价昂贵的级进模，还必须带有高精度的误差检测装置。在多工位自动倒装复合模中，由于凸模通常很精细，必须加以精确导向和保护，因而要求卸料板能对凸模提供导向和保护功能。卸料板上相应的孔必须采用高精度加工，其尺寸及相互位置必须准确无误。在冲压过程中的运动必须高度平稳，因此对卸料板还要有导向保护措施。5.5确定导向

12、方式方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和

13、工件质量，采用后侧导柱的导向方式，即方案二最佳。第六章 模具工艺参数的确定6.1排样设计与计算冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。因此有下列三种方案：方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。方案二：少废料排样 因受剪切条料和

14、定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳（如图2所示）。图2 排样图6.2搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。由于本制件手送料，非圆形，t=2mm，查表可得：制件间的的搭边值a=2.5mm；制件与条料侧边之间的搭边值b=2mm。见图2。6

15、.3进距与条料宽度计算6.3.1送料进距A条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。 A=D+ (5-1)式中 D平行于送料方向的冲裁件宽度冲裁件之间搭边值根据公式(5-1)： A= D+=20+2.5=22.5mm6.3.2条料宽度B计算排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。计算条料宽度有三种情况需要考虑：（1）有侧压装置时条料的宽度。（2）无侧压装置时条料的宽度。（3）有定距侧刃时条料的宽度。有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。本设计采用的是有侧压装置的模具。所谓条料宽度，是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。其计算公式如下：B=D+2b+

16、（5-2）查表可得=0.6所以B=44+22+2.5+21=71.50-0.66.4材料利用率的计算经计算制件的面积：AF0=597mm2 ，周长：L=20+212+12+192+4=124.6mm。材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率表示：= nAF0/A F100%=(2597/71.522.5) 100%=74.2%第七章 计算冲压力7.1 冲压力的计算计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F p可以按下式计算：= L tb （6-1）式中 b材料抗拉强度；L冲裁

17、周边总长（mm）；t材料厚度（mm）；查表和计算可知：L=124.6mm ；b= 300440 M Pa，在此取b= 300 M Pa； t=2mm。所以： 1、落料力： F1= L tb=124.62300=74.76 KN 2、冲孔力： F2= L孔 tb=523009.42 KN 3、落料时的卸料力： F卸 =K卸F1 查表后取K卸=0.04 故： F卸 =0.0474.76=2.99 KN 4、冲孔时的推件力： F推=n K推F2 查表后取K推=0.055；凹模刃口形式选择柱形刃口筒形刃口，n=3.F推=20.0559.42=1.5543 KN选择冲床时的总压力为： F总= F1 +

18、F2 + F卸+ F推=88.72 KN7.2 压力机的选择根据工艺计算和模具总体尺寸的估算值，结合现有设备条件，合理选择各道冲压工序的设备。具体要求如下：（1） 计算的总冲压力F总必须小于压力机公称压力F公的75%80%左右。（2） 压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。（3） 压力机的滑块行程必须满足冲压件的成形要求。（4） 压力机的工作台面尺寸应大于模具水平尺寸，一般每边需大5070mm，便于装模；同时，模具平面尺寸还必须大于工作台面上孔的尺寸，一般每边需大4050mm左右。于是，选J23-16（开式双柱可倾压力机）第八章 模具压力中心的确定8.1设计分析模具压力中心是指诸冲压合力

19、的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。 图3 压力中心图8.2设计计算因为零件左右对称，既x0=0。故只需计算出y0。将工件冲裁周边分成L1L6基本线段，求出各段长及各段的重心位置：L1=20 y1=0 L2=21242 y2=21210.5L3=2（104）12 y3=21L4=2（44214）38 y4=21（44421）230.5L5=412.56 y5=4048442.548L6=515.7 y6=8计算得： 17.9

20、所以：零件的压力中心为（0，17.9）第九章 计算凸凹模尺寸冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。由计算可得零件外形：200-0.520 mm 210-0.520 mm 440-0.620 mm 80.360 mm R40-0.300 mm零件内形：50+0.180 mm查表可得间隙值： Z min0.246， Z max0.360。对冲孔5mm，采用凸凹模分开的加工方法。其凸凹模刃口部分尺寸计算如下： 查表得凸凹模制造公差：p0.020 mm d0.020 mm 查表得磨损系

21、数X0.5。因为： 0.0200.020 0.360.246=0.114所以满足： pdZ maxZ min凸模的刃口尺寸为： =(dX) =（50.50.180）=5.09 凹模的刃口尺寸为： =() =（5.090.246）=5.336对零件外轮廓的落料，由于形状较为复杂，故采用配合加工的方法，其凸凹模刃口部分尺寸计算如下：因为是落料件，所以以凹模为基准来配做凹模。当以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口部分尺寸都增大，因此均属于凹模磨损后变大的尺寸。查表可得：磨损系数X为：当0.20mm时， X=1； 0.21mm 0.41mm时，X=0.75； 0.42mm时， X=0.5。d4由A a（

22、Ax）可得： 44凹（440.50.62）43.69 21凹（210.50.52）20.74 20凹（200.50.52）19.74 R4凹（40.750.30）3.775第十章 凸模、凹模、凸凹模的结构设计冲5mm孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直柱的形状，尺寸标注如图4所示。图4 凹模的刃口形式，此冲件为大批量生产，所以采用刃口强度较高的直筒形刃口凹模，凹模外形尺寸如图5。图5 本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凹模外，必然还有一个凸凹模。凸凹模的结构简图为图6。凸凹模最小壁厚m=3mm，实际最小壁厚为5.5mm。凸凹模上孔中心与边缘距离尺寸8mm的公差，应比

23、零件图所示精度高34级，取IT11级，既80.09mm。图6第十一章 模具总体及主要零部件设计11.1卸料弹簧的设计计算根据模具结构初定6根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为： F卸n=2.99 KN6498.3 N根据查表和校验选59号弹簧，其规格为：外径：D=36mm钢丝直径：d=5mm自由高度：H0=80mm装配高度：H2= H0S预801862mm11.2标准模架的选用模架选用中等精度，中小尺寸冲压件的后侧导柱模架，从右向左送料，操作方便。上模座：LmmBmmHmm12510030下模座：LmmBmmHmm12510035导柱：dmmLmm22130导套：dmmLmmDmm228028凸凹模

24、固定板厚度：h10.6H凹0.61810.8mm 取11mm凸模固定板厚度取：H10.8H凹0.81814.4mm 取14mm凹模的厚度一定为：18mm卸料板的厚度取：10mm11.3冲压设备选J23-16（开式双柱可倾压力机）公称压力：160KN 工作台尺寸（前后左右mm）：300450滑块行程：55mm 垫板尺寸（厚度孔径mm）：40210最大闭合高度：220mm 模柄孔尺寸（直径深度mm）：40210连杆调节量：45mm 最大倾斜角度：35在设计的过程中，主要是对落料、冲孔等一些方面的分析。通过查阅各种资料，得到一些相关的数据。同时在设计中还有大量的各种力的计算，不但了解了一些新的理论知

25、识，而且还巩固和加深我已学过的理论知识，提高综合分析和解决工程实际问题的能力。参考文献1朱旭霞. 冲压工艺及模具设计. 北京：机械工业出版社，2008.2模具实用技术丛书编委会. 冲模设计应用实例. 北京：机械工业出版社，1999.3崔振铎，刘华山. 金属材料及热处理. 长沙：中南大学出版社，2010.4刘鸿文. 材料力学. 北京：高等教育出版社，2011.5李永堂，付建华，黎俊初. 塑性成型设备. 北京：机械工业出版社，2011.6刘力. 机械制图. 北京：高等教育出版社出版，2004.4许发樾. 模具标准应用手册. 北京：机械工业出版社.1987.6阎其凤. 模具设计与制造. 北京：机械工业出版社出版.2000.7邓明. 实用模具设计简明手册. 北京：机械工业出版社.2006.