冲孔落料件冷冲模具设计《张剑雄》

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1、冲孔落料件冷冲模具设计目 录摘 要I引 言II1. 冲压件工艺性分析2. 冲压工艺方案的确定2.1 工序性质的确定3. 主要设计计算3.1 排样方案的确定及计算3.2 冲压力的计算3.3 压力中心的确定及相关计算3.5 卸料橡胶的设计4. 模具总体设计4.1 模具类型的选择4.2 卸料，出件方式的选择4.3定位导向方式选择5. 主要零部件设计 5.1 落料凸模的设计5.2 冲孔凸模的设计5.3 凹模的设计6冲压模具零件加工工艺的编制 .7 模具总装图及设备的选定7.1模具的总装图7.2 设备的选定9. 模具的装配主要参考文献设计小结摘要我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已

2、有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。因而只有培养模具人才才能缩小我国同发达国家之间的距离。这次毕业设计我设计的是手柄冲裁模，利用的是级进模生产的。级进模，又称为多工位级进模、连续模、跳步模，它是在一副模具内，按所加工的工作分为若干等距离的工位，在每个工位设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工作某部分的加工。被加工材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送进方法，每次送进一个步距。经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压工件。在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉

3、深、成形等工序。一般来说，无论冲压零件形状怎么复杂，冲压工序怎样多，均可用一副级进模冲成完成。 本设计重点是在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，主要介绍冲裁件的工艺性分析、确定冲裁工艺方案、选择模具的结构形式、进行必要的工艺计算、选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸、校核模具闭合高度及压力机有关参数、绘制模具总装图及零件图都是这次设计的主要内容。用于级进模的材料，都是长条状的板材。材料较厚、生产批量较少时，可剪成条料；生产批量大时，应选择卷料。卷料可以自动送料，自动收料，可使用高速冲床自动冲压。级进模对材料的厚度和宽度都有严格的要求。宽度过大，条料不能进入模具的导料板或通行不畅；

4、宽度过小则影响定位精度，还容易损坏侧刃、凸模等零件。本次设计不仅让我熟悉了课本所学的知识，而且我做了把所学到的知识运用到实践当中，更让我了解了级进模设计的全过程和加工实践的各种要点。关键词：设计要求：1.确定合理的冲裁工艺及方案。2.正确计算有关零件的尺寸及公差。3.完成加工工艺及装配方案。引言模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，6080的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。 ,模具生产的工艺水平及科技含量的

5、高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。 我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，已能生产部分新型轿车的覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面，已从电机、电器铁芯片模具，扩展到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具。在精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。其

6、他类型的模具，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了

7、一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上仍存在一定差距。此工件只有冲孔和落料两个工序。材料为紫铜，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结果简单，有2个直径26mm的孔；孔与孔，孔与边缘之间的距离满足要求，工件的尺寸全部为自由公差，可看着IT14级，尺寸精度底，普通冲裁就能满足要求 2.冲压工艺方案的确定1 工序性质的确定工序性质是指冲压件所需的工

8、序种类。如分离工序中的冲孔、落料、切边，成形工序中的弯曲、翻边、拉深等。工序性质的确定主要取决于冲压件的结构形状、尺寸精度，同时需考虑工件的变形性质和具体的生产条件。在一般情况下，可以从工件图上直观地确定出冲压工序的性质。如平板状零件的冲压加工，通常采用冲孔、落料等冲裁工序。弯曲件的冲压加工，常采用落料、弯曲工序。拉深件的冲压加工，常采用落料、拉深、切边等工序。在该题目给的条件和情况下，通过对工件图的初步观察，该工件是落料冲孔就可以完成图样的要求，初步确定工件是通过落料和冲孔工序得到的最后效果。2工序数量的确定 工序数量是指冲压件加工整个过程中所需要的工序数目（包括辅助工序数目）的总和。冲压工

9、序的数量主要根据工件几何形状的复杂程度、尺寸精度和材料性质确定，在具体情况下还应考虑生产批量、实际制造模具的能力、冲压设备条件以及工艺稳定性等多种因素的影响。在保证冲压件质量的前提下，为提高经济效益和生产效率，工序数量应尽可能少些。工序数量的确定，应遵循以下原则：（1）. 冲裁形状简单的工件，采用单工序模具完成。冲裁形状复杂的工件，由于模具的结构或强度受到限制，其内外轮廓应分成几部分冲裁，需采用多道冲压工序。必要时，可选用连续模。对于平面度要求较高的工件，可在冲裁工序后再增加一道校平工序。（2）. 弯曲件的工序数量主要取决于其结构形状的复杂程度，根据弯曲角的数目、相对位置和弯曲方向而定。当弯曲

10、件的弯曲半径小于允许值时，则在弯曲后增加一道整形工序。（3）. 拉深件的工序数量与材料性质、拉深高度、拉深阶梯数以及拉深直径、材料厚度等条件有关，需经拉深工艺计算才能确定。当拉深件圆角半径较小或尺寸精度要求较高时，则需在拉深后增加一道整形工序。（4）. 当工件的断面质量和尺寸精度要求较高时，可以考虑在冲裁工序后再增加修整工序或者直接采用精密冲裁工序。（5）. 工序数量的确定还应符合企业现有制模能力和冲压设备的状况。制模能力应能保证模具加工、装配精度相应提高的要求。否则只能增加工序数目。（6）. 为了提高冲压工艺的稳定性有时需要增加工序数目，以保证冲压件的质量。例如弯曲件的附加定位工艺孔冲制、成

11、形工艺中的增加变形减轻孔冲裁以转移变形区等等。 由图纸给的外形和尺寸可以看出，该工件包含两个工序：落料和冲孔，而外形尺寸并不的高精度要求，固虽然可以用单工序模完成要求，三考虑到大批量生产、成本和效率问题，还是可以用复合模一次完成两道工序 3工序顺序的安排 工序顺序是指冲压加工过程中各道工序进行的先后次序。冲压工序的顺序应根据工件的形状、尺寸精度要求、工序的性质以及材料变形的规律进行安排。一般遵循以下原则：（1）. 对于带孔或有缺口的冲压件，选用单工序模时，通常先落料再冲孔或缺口。选用连续模时，则落料安排为最后工序。（2）. 如果工件上存在位置靠近、大小不一的两个孔，则应先冲大孔后冲小孔，以免大

12、孔冲裁时的材料变形引起小孔的形变。（3）. 对于带孔的弯曲件，在一般情况下，可以先冲孔后弯曲，以简化模具结构。当孔位于弯曲变形区或接近变形区，以及孔与基准面有较要求时，则应先弯曲后冲孔。（4）. 对于带孔的拉深件，一般先拉深后冲孔。当孔的位置在工件底部、且孔的尺寸精度要求不高时，可以先冲孔再拉深。（5）. 多角弯曲件应从材料变形影响和弯曲时材料的偏移趋势安排弯曲的顺序，一般应先弯外角后弯内角。（6）. 对于复杂的旋转体拉深件，一般先拉深大尺寸的外形，后拉深小尺寸的内形。对于复杂的非旋转体拉深尺寸的应先拉深小尺寸的内形，后拉深大尺寸的外部形状。（7）. 整形工序、校平工序、切边工序，应安排在基本

13、成形以后。 而给出的工件只有落料和冲孔，按一般思路可以下次先冲孔然后再落料，但要保证外观和孔的配对防止孔冲完后可能落料时对充好的孔造成轻微的变形，多以复合模冲压时，我们先考虑落料再冲孔。4工序定位基准和定位方式的选择在进行冲压工艺设计时，必须考虑各种冲压工序的定位问题。所谓工序的定位，就是使胚料或工序件在各自工序的模具中占有确定的位置。合理的定位可以保障冲压的顺利进行和完成尺寸精度，也对稳定的冲压工艺过程，安全生产有直接的影响。 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

14、。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，但制造难度大，并且冲压成品件留在模具上，清理模具上的物料影响冲压速度，操作不方便。方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，设计简单，由于工件精度要求不高，完全能满足工件技术要求。所以经过比较，采用方案三最为合适。（1）排样方式的确定以及计算 设计级进模，先要设计条料排样图。工件图可视为一矩形中间两个孔，直排材料利用率最高。如图一所示的排样方法，可减少废料。第一次冲裁使用活动挡料销，然后第二次可用固定挡料销。搭边值取mm，壁厚取mm，条料

15、宽度为mm，步距为mm，一个步距的材料利用率为 （2）冲压力的计算 该模具采用级进模，选择弹性卸料，下出件。冲压力的相关计算见表1根据计算结果，冲压设备拟选择。 表一 条料及冲压力的相关计算 项目分类项目公式结果备注排样冲裁件面积AA=4020+10-24条料宽度BB=60+264mm=1mm,=步距SS=20+121mm一个步距的材料利用率100% = 100%76%冲压力冲裁力FF=KL116019252NL=卸料力=19252770N查表得=推件力=F=8192529241N取8冲压工艺总力=F+=19252+770+924129263N弹性卸料下出件 （3）压力中心的确定及相关计算画出

16、凹模型口图如下；通过软件得出压力中心点（）。（4）工作零件刃口尺寸计算 在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作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，凸模固定板，卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算见表二所示。表二 工作零件刃口尺寸的计算尺寸及分类尺寸转换计算公式结果备注落料R10R10R查表得冲裁双面间隙= mm=0.05 mm磨损系数X=0.5，模具按IT14级制造。校核满足R冲孔88孔心距4040=40（5）卸料橡胶

17、的设计 卸料橡胶的设计计算见表三。选用的4快橡胶板的厚度无比一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。 表三 卸料橡胶的设计计算项目公式结果备注卸料板工作行程4 mm为凸模具凹进卸料板的高度1mm，为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm，为凸模修磨量取5mm,取为的25%，选用4个圆筒形橡胶橡胶工作行程9 mm橡胶自由高度36 mm橡胶的预压缩量5.4 mm每个橡胶承受的载荷橡胶的外径D46 mm校核橡胶自由高度满足要求橡胶的安装高度30.6 mm4. 模具总体设计 （1）模具类型的选择 冲裁模主要分为单工序模，复合模和级进模。在冲裁件的工艺性分析我采用了第3种冲裁方案，即冲孔落

18、料级进冲压，级进冲裁模。由于级进模工位数多，因而级进模冲制零件，必须解决条料或带料的准确定位问题，才有可能保证冲压的质量。通过对模具总体结构的构思，来确定冲裁的卸料，出料形式。（2）卸料，出件方式的选择 根据冲件材料的性质，工件的尺寸和形状特点确定卸料和出料的结构类型。而在确定卸料，出料的形式时一般要考虑到3个方面的问题：（1）（2） 冲件要求平整时应选用弹压卸料和顶料的形式（3） 多工位级进模冲裁时宜选用弹压卸料形式该零件结构简单，大量生产，冲孔落料工序 ，材料厚度在1.5mm 。应对送料方式采用自动送料，弹压卸料方式。 （3）定位导向方式选择 ，以便导正销导入导正孔时使条料略向后退。当采用

19、自动送料机构送料时，可不用侧刃，条料的准确定位由导正销来实现。 选择坚固件及定位零件：（1） 螺钉规格的选用：根据查表，由凹模板厚度可选用M12，根据实际要求，查表可选用GB 70-85M12X70，需要4个。（2） 销钉规格选用：销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格，因此根据标准选用（3） 导正销：使用导正销的目的是消除送料时用挡料销和导料板等定位零件作粗定位时的误差，保证冲件在不同工位上冲出的内形与外形之间的相对位置公差要求。导正销主要用于级进模，也可用于单工序模。导正销通过常设在落料凸模上，与挡料销配合使用，因此，我们采用导正销，其中采用用于导正d=12-20mm的孔，安装配合为

20、H7/n6。5. 主要零部件设计 （1）主要零件的结构设计 结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。总长L可按公式计算： L=+h=14.4+14+1+20.6=50mm落料凸模结构如下图所示 b.冲孔凸模 因为所冲的孔均为圆形，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，加工简单，便于装备与更换。冲孔凸模结构如下图所示。 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，安排凹模具在模架上的位置时。要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄范围内。其轮廓尺寸可按公式计算： 凹模厚度H=kb

21、=0.3x60=18，为了方便橡胶安装，取H=25 凹模壁厚c=（1.5-2）H=27-36m，取c=40 凹模宽度 B=b+2c=60+2x40=140 取B=150 凹模长度 L取130mm（送料方向） 凹模轮廓尺寸为13015025mm，凹模结构如图所示 凹模（2）定位零件的设计 落料凸模下部设置两个导正销，借用工件直径8mm的的两个孔作为导正孔。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/r6配合。（3）导料板的设计 导料板内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板厚度取4mm，采用45钢制作，热处理硬度

22、为40-45HRC，用螺钉固定在凹模上。导料板上有活动挡料销凹槽。（4）卸料板部件设计 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为8mm。采用45钢制造，淬火硬度为40-45HRC。 b. 卸料螺钉的选用 卸料板上设置4个螺钉，公称直径为8mm，螺纹部分为M64。 （5）模架及其他零部件设计 该模具采用对角式导柱模架，导柱分别为28100,导套分别为2842x95。上模座厚度取40mm，上垫板厚度取10mm，固定板厚度取15mm，下模座厚度取45mm，那么该模具的闭合高度： =40+10+50+25+45-2=168mm式中：h2为凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mmL凸模长度，L=50m

23、m H凹模厚度，H=25mm可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度（220 mm），可以使用。6冲压模具零件加工工艺的编制表6-1 凹模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成135mm110mm30mm2热处理退火3铣铣床4平磨磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直平面磨床5钳工划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线6钳工加工好凸模,配作冲孔凹模达要求7铣铣漏料孔达要求铣床8钳工钻铰610,钻攻4XM12钻床9热处理淬火,回火,保证HRC606210平磨磨厚度及基面达到要求平面磨床11线切割线切割机床12钳工研光各型孔达要求13检验6.2凸模加工工艺过程 如表

24、6-2-1,6-2-2,6-2-3所示表6-2-1 落料凸模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成110mmX100mmX35mm2热处理退火3铣铣床4平磨磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直平面磨床5钳工划刃口轮廓尺寸及孔位置尺寸6钳工加工好凹模,配作落料凸模达要求7钳工钻10.5, 钻铰,钻铰9钻床8热处理淬火,回火,保证HRC60649钳工磨各配合面达要求10检验表6-2-2 冲孔凸模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料备料12mmX105mm2热处理退火3车外圆车外圆达配合尺寸车床4车工作尺寸车工作尺寸达要求车床5倒角倒角达要求车床6钳工抛光达表面要求7热处理

25、淬火,回火,保证HRC58628钳工磨平上下表面达要求9检验说明:凸模,都按表9-2-2加工.表6-2-3 冲孔凸模加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料备料35mmX20mmX105mm2热处理退火3线切割线切割机床4铣铣床5钳工倒角达要求6钳工抛光达表面要求7热处理淬火,回火,保证HRC58628钳工磨平上下表面达要求9检验说明:余下三个冲孔凸模按表9-2-3同理加工过程 如表6-3所示表6-3 卸料板加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成205mmX165mmX48mm2热处理退火3铣铣床4平磨磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直平面磨床5钳工划各型孔,螺孔,销孔

26、位置划漏孔轮廓线6线切割线切割机床7钳工钻铰2X10,钻沉孔钻床8平磨磨厚度及基面见光平面磨床9钳工研光各型孔达要求10检验凸模固定板加工工艺过程 如表6-4所示表6-4 凸模固定板加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料将毛坯锻成205mmX165mmX35mm2热处理退火3铣铣床4平磨磨厚度到上限尺寸,磨侧基面保证互相垂直平面磨床5钳工划各型孔,螺孔,销孔位置划漏孔轮廓线6线切割按图切割各型孔,保证配合尺寸线切割机床7钳工钻铰2X10,钻攻4XM12钻床8钳工铆接处倒角9平磨磨厚度及基面见光平面磨床10钳工研光各型孔达要求11检验上模座加工工艺过程 如表6-5所示表6-5 上模座加工工

27、艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料取标准上模座2热处理退火4平磨平磨上下平面达要求平面磨床5钳工划螺孔,销孔位置划模柄孔轮廓线6线切割按图切割各型孔,保证配合尺寸线切割机床7钳工钻铰2X10,钻攻4XM12,配钻模柄防转孔钻床8钳工研光各型孔达要求9检验下模座加工工艺过程 如表6-6所示表6-6 下模座加工工艺过程工序号工序名称工序内容设备1备料取标准上模座2热处理退火4平磨平磨上下平面达要求平面磨床5钳工划螺孔,销孔位置划模柄孔轮廓线6线切割按图切割各型孔 线切割机床7钳工钻铰2X10,钻沉孔钻床8钳工研光各型孔达要求9检验导料板加工工艺过程 如表6-7所示表6-7 导料板加工工艺过程工

28、序号工序名称工序内容设备1备料取标准导料板2热处理退火3钳工划螺孔,销孔位置4钳工钻铰4X10,钻攻4XM12,2XM5钻床5钳工按图加工与始用挡料销的配合处达要求6检验7模具总装图冲压设备的选定模具总装图冲通过以上设计，可得如图所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（3个）、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件/下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。条料送进时采用活动挡料销21作为粗定距，在落料凸模上安装2个导正销，利用条料上的孔作为导正销孔导正，以此作为条料送进的精确定距。冲压设备的选定通过校核，选择开式双柱可倾

29、压力机J23-25能满足要求。起主要参数如下：公称压力：250kN滑块行程：65mm最大闭合高度：270mm最大装模高度：220mm连杆调节长度:55mm工作台尺寸（前后x左右）：370x560 mm垫板尺寸（厚度x直径）：50x200 mm模柄孔尺寸：40x60 mm最大倾斜角度：30度 8.模具零件的加工工艺 本副冲裁模，模具零件加工的关键在于工作零件、固定板以及卸料板。若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。表四所示为落料凸模的加工工艺过程。 表四工序号工序名称工序内容工序简图1备料将毛坯锻成长方体704060mm2热处理退火3粗刨刨六面,互成直角，留单边余量4热处理调质5磨

30、平磨六面，互成直角6钳工划线划出各孔位置线、型孔轮廓线7加工螺钉孔、销孔及穿丝孔按位置加工螺钉孔、销孔及穿丝孔8热处理按热处理工艺，淬火，回火达到6064HRC9磨平面精磨上下平面10线切割按图切割型孔达到尺寸要求11钳工精修全面达到设计要求12检验9. 模具的装配参考和引用文献1 韩永杰.冲压模具设计M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.2 M.北京：机械工业出版社，2006.3 M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.4 M.北京：化学工业出版社，2004.5 M.北京：化学工业出版社，2005.6 M.北京：清华大学出版社，2006.7 M.北京：电子工业出版社，2004.8 M.北京：机械工业出版社，2001.9 M.北京：机械工业出版社，2002.