1、模具课程设计说明书姓名：刘元学号：070609115专业：材料成型及控制工程指导老师：程俊伟时间：2010-12-18一、工艺性分析1 、分析零件图（图 1 所示为棘块）：图 1 棘块冲压工序：只有落料、冲孔；材料：该零件材料选用的是 20 钢，为碳素钢，具有良好的可塑性，具有良好的冲压性能，适合冲裁；结构：相对简单，棘块厚度为 4mm，有 12mm 和 6mm 的两个孔。右下方突出的狭小部分头部宽度只有 4mm，与料厚相同，限于工件的用途，此部分不能加宽，但用冲压加工的方法仍然可以成型；精度：全部为自由公差，尺寸精度要求不高可看作 IT13 级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。该工件可
2、以用冷冲压加工成型。2、选择冲压基本工序对于棘块而言，所需的工序有冲 12mm 孔，冲 6mm 孔，落料。3、确定冲压次数和冲压顺序（1）冲压次数就棘块来说，由于只有冲孔和落料两种性质的工序，属于平板件，故而冲 12mm孔次数为一次，冲 6mm 孔的次数为一次，落料的次数为一次。（2）冲压顺序冲压顺序的安排应该有利于发挥材料的塑性以减少工序数量。主要是根据工序的变形特点和质量要求来安排。对于有孔或有缺口的平板件，若选用简单模时，一般先落料，再冲孔或切口；若使用连续模时，则应先冲孔或切口。4、冲压工序安排方案对于如图 1 所示的棘块，先拟订以下三种工序组合方式：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序
3、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，采用级进模生产。三种类型模具优缺点比较如下：单工序模 复合模 级进模结构 简单 较复杂 复杂成本、周期 小、短 小、短 高、长制造精度 低 较高 高材料利用率 高 高 低生产效率 低 低 高维修 不方便 不方便 方便产品精度 高 高 低品质 低 低 高安全性 不安全 不安全 安全自动化 易于自动化冲床性能要求 低 低 高应用小批量生产大中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中小零件冲压分析：方案一模具结构简单，即落料，冲 12mm 孔，冲 6mm 孔，各需要一套模具，使得成本高而生产效率低，不能达到
4、大批量生产。方案二工件的精度及生产效率都较高，查文献知凸凹模的最小壁厚为 a=8.5mm，若采用复合冲裁模壁厚实际 a=3mm，显然 aa，则采用复合模生产不妥。方案三可以完成复杂零件的冲裁，虽然工位数量增加但是不影响生产效率。 （1）操作安全简单，不必将手伸入模具的危险区域，对于棘块大批量生产采用自动挡料机构。(2)模具寿命长，工序分散在若干个工位，在工序集中的区域还可以设置空位，从而避免了凸、凹模壁厚过小的问题，改变了凸、凹模的受力状态，提高了模具强度。(3)产品质量高，级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位带来的操作不变和累积误差。(4)生产成本较低，级进模由
5、于结构比较复杂，所以制造费用较高，同时材料利用率较低，单由于级进模生产率高、压力机占有数少、需要的操作工人数和车间面积少，减少了产品的储存和运输，因而产品零件的综合生产成本并不高。(5)设计和制造难度大，对经验的依赖性强，级进模结构复杂，技术含量高，设计灵活性大、难度大；设计和制造中的经验、推断和目测工作量多，人才培养时间长，个人之间的差异大；同一产品零件可有多种不同德设计方案，设计的灵活性大；设计和制造周期长，费用高，适用大批量生产。级进模还受产品零件尺寸限制，产品尺寸不宜太大。 （6）按订单生产，而不是按计划生产，订货市场影响大，交货期要求短。结论：采用方案三为佳。 5、排样图设计一般而言
6、，排样原则有：1.提高材料利用率 。对冲压件来说，由于产量大，冲压生产效率高，原材料费用常会占到冲件总成本的 60%以上，所以材料利用率是 是一项很重要的经济指标；2.使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度，保证有较高的生产效率。应尽量选条料宽、进距小的排样方法；3.使模具结构简单，模具寿命较高；4.排样应保证冲压件的质量。由于棘块的外形比较复杂，为了节约材料要通过多次作图分析来确定工件在条料上的方位。通常来说，对于这种形状较复杂的冲裁件，要用计算的方法选择一个合理的排样方式是比较困难的。可用厚纸片剪 3-5 个样件，在摆出各种可能的排样方案后，从中选择一个比较合理的方案作为排样图。1、排样
7、 1（如图 2）图 2 排样 1查得搭边 a 和 a1 的值分别为：a=3.2mm，a1=3.5mm （1） 条料宽度确定采用有侧压装置查得条料宽度公差 。按如下公式求得条料宽度：m9.0（2） 进距 A 确定按公式 aB2.1.38则一个步距内的材料利用率为：=S/(AB)100%=251/（21.240.9）100%=28.95%2、 排样 2（图 3）图 3 排样 2查得搭边 a 和 a1 的值分别为：a=3.2mm，a1=3.5mm （1） 条料宽度确定采用有侧压装置查得条料宽度公差 。按如下公式求得条料宽度：m9.0（2） 进距 A 确定按公式 maB18.36则一个步距内的材料利用
8、率为：D459209001 D452920900 1=S/(AB)100%=（2512）/（40.936.18）100%=34%3、排样 3（图 4）图 4 排样 3采用这种排样搭边值分两种情况，查得搭边 a 和 a1 的值分别为： a=2.8mm 或 a=2.5mm，a1=2.8mm （1） 条料宽度确定采用有侧压装置查得条料宽度公差 。按如下公式求得条料宽度：m9.0（2） 进距 A 确定由 autocad 软件测定 。 A8.2则一个步距内的材料利用率为：=S/(AB)100%=（251）/（29.528.8）100%=29.5%aDB56.09.001234、 排样 4（图 5）图 5
9、 排样 4（1） 条料宽度确定采用有侧压装置查得条料宽度公差 。按如下公式求得条料宽度：m9.0（2） 进距 A 确定由 autocad 软件测定 A34.2则一个步距内的材料利用率为：=S/(AB)100%=（251）/（36.724.34）100%=28.1%确定排样方案：由材料利用率可知 ，即采用排样 2 方式材料利用率要高一些。但是冲孔凸模之间距离太短，凹模上孔之间距离太短凹模强度不够，并且冲裁时板料还要调转 180，操作不方便，板料会翘曲冲裁精度会大大降低，排样 2 不宜采用，排样 1、4 和 3 能达到凹模强度要求，从材料利用率考虑选择排样 3 要合理些。采用 GB/T 708-1
10、988 规格为 15001800mm 的板料来裁剪条料，纵横剪裁对比如下：若用纵裁:裁板条数 N: N=B/b=1500/29.5=50 条余 25mm每条个数 n: n=(1800-2.8)/28.8=62 个余 12mm每板总个数 : =N n=50 62=3100 个n总 总 材料利用率 0: 2314aDB768.09.0013 %82.10815230LBSn若用横裁:裁板条数 N: N=1800/b=1800/29.5=61 条余 0.5mm每条个数 n: n=(1500-2.8)/28.8=52 个余 0.1mm每板总个数 : =N n=61 52=3172 个n总 总 材料利用
11、率 : 0综上两种裁板方案,可见横裁有较高的材料利用率,且工件没有纤维性的考虑,因此决定采用横裁,总的材料利用率为 29.5%。如图 6图 6 板材裁剪样图二、计算冲压力及确定压力中心1、冲裁力的计算冲裁力按公式 进行计算tKLF式中 L冲裁件周边长度，用 autocad 软件查询得 L=146.9458mmt材料厚度，t=4mm材料抗剪强度，查得 20 钢的抗剪强度 =300 MPa%49.2108152370LBSnK系数，考虑到刃口钝化、间隙不均匀、材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。一般常取 K=1.3。所以， 230KN4958.163.t LF2、推件力的计算按经验公式
12、进行计算，但实际生产时，凹模孔口中会同时卡有好几个工件，所以计算推件力时应该考虑工件的数目，式中 F冲裁力，F=230KN；n工件数目，查得，根据材料厚度取凹模刃口直壁高度 h8mm，为了修模时能保证模具仍有足够的强度，必须留有一定的富余量，所以取直壁高度h=8+4=12 mm,故留在凹模内的冲件数： n=h/t=12/4=3系数，取所以 ，3、总冲压力及模具闭合高度确定因采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模，所以总压力为因此可以初步选定压力机的吨位为 400KN(指导书 P108),查表得模具闭合高度为300mm,冲压设备选择 400KN 开式压力机。4、确定压力中心对于图 1 所示零件，由
13、于其形状比较复杂，要根据合力对某轴之力矩之和的力学原理求得。如图 7 所示。图 7 压力中心推推 045.推K推KKNnF.312.推推 05.261.320推冲总（1）先选定坐标轴 x 和 y（2）将工件周边分成若干段简单的直线和圆弧段，求出各段压力中心的坐标尺寸。=31 =20.06 =-24.28l1x1 y1=9 =6.06 =-16.2522 2=27.6252 =16.67 =-10.09l33 3=37.6991 =73.55 =-144x4 y4=18.8494 =54.22 =-21.45l55 5=11.4886 =28.76 =-18.49 66 6=5 =33.64 =
14、-23.46l7x7 y7=6.2832 =36.42 =-26.1988 8（3）计算压力中心 A 的坐标位置：计算出 C 点的坐标如图 7 表示。三、模具刃口尺寸计算对于图 1 所示零件，因料较厚，形状较复杂，采用单配加工的方法制造，工艺比较简单，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲件公差的 1/4）使制造容易。1、 确定制件尺寸公差通常冲裁件的精度不是很高一般情况 IT12、IT13、IT14 或者更低精度，由于制件没有标注尺寸公差确定为 IT13 级，查得尺寸公差表示如图 8：51.394.16758210 llx 72.5.028210 llyy 图 8 制件公差2、计算落料凸
15、凹模刃口尺寸通常冲裁件都不是规则的圆柱直壁，基本上时呈锥台形状，在制造凸、凹模是通常看零件时落料件还是冲孔件来确定模具制造的基准件，然后保证一个合理间隙配做另一模具。制造时按冲裁件向实体方向收缩原则，落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，所以落料件应以凹模为基准件，然后配做凸模。使用过程中凹模磨损后刃口尺寸的大小有增大、减小、不变三种情况。如图 8 不加括号尺寸 A1-A5 是凹模磨损后变大尺寸，C1-C2 是凹模磨损后尺寸不变尺寸。（1）磨损后尺寸变大查得下表 1表 1 系数 x非圆形 圆形1 0.75 0.5 0.75 0.5材料厚度 )(mt工件公差 )(m16.035.01716.016.02
16、24422244. 9 .4.4.30501603030查得： 查得下表 2表 2 规则形状冲裁时凸模、凹模的制造公差基本尺寸 凸模偏差 p凹模偏差 d基本尺寸 凸模偏差 p凹模偏差 d180.020 0.020 260180.030 0.045300.020 0.025 30.035 0.0500.020 0.030 50.040 0.0601280.025 0.035 00.050 0.07000.030 0.040查得制造公差 02.,.0dp查得 mZ864.axmin7.,.,7.,15431 xx由上面查得数据满足如下条件 Zdpminax由公式 计算凹模刃口尺寸如下（2）磨损后尺
17、寸不变由公式 计算凹模刃口尺寸如下2/ddC01.5.0.1m2d（3）凸模尺寸由公式 计算凸模尺寸如下3、计算冲孔凸凹模刃口尺寸制造时按冲裁件向实体方向收缩原则，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸，所以冲孔应以凸模为基准件，然后配做凹模。使用过程中凸模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况，如图 8 加括号尺寸 A1,A2 是凸模磨损后变小尺寸。（1）凸模尺寸查得制造公差 ，02.,.0dp mZ80.,640.axmin由上面查得数据满足如下条件查得 Ad0d 78.2.1902 3402md 4502.02.3 6d.02.02.55.,7.21xZDPpin0mA.8/64.870
18、2.2.1 p 53.0.27102.2.3 p/.5.0.4m02.2. mCp01.12Zdpinax由公式 得（2）凹模尺寸由公式 计算凹模尺寸如下4、棘块凸凹模尺寸公差标注如图 9 和 10图 9 凸模刃口尺寸公差图 10 凹模刃口尺寸公差xAPp0m14.68.75602.2.1 p .0.Zddin0d 022.1 mA816402四、模具总体设计1、 模具类型根据前面对零件的冲压工艺性分析，模具的类型采用级进冲裁模(见工艺分析)。2、 操作与定位方式零件虽属于大批量生产，但在此安排手工送料方式能够达到批量生产，且能够降低模具的成本。初次送料时为了便于顺利将板材推进模具中安装一个承
19、料板，承料板是用于接长凹模上平面。由于零件轮廓复杂，厚度较高，为保证两孔的中心距，宜采用导尺导向，由自动挡料销进行初定位，导正销进行精确定位。3、卸料与出件方式考虑到零件结构较复杂，厚度较高等因素，在此采用刚性卸料装置。另外为了安装采用自动挡料销安装刚性卸料装置是必要的，卸料板与各凸模没有配合的要求，卸料板上穿过凸模的孔一般制成与凸模仿形的，可有明显的间隙。由于是大批量生产，为了便于操作，提高生产效率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推出的下出件方式。4、 模架类型及精度模架主要有以下几种用途和功能如下：类型 用途和功能对角导柱模架在凹模面积的对角中心线上，装有前、后导柱，其有效区在毛坯进给方
20、向的导套间。 。受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用于纵向或横向送料，使用面宽，常用于级进模或复合模。其凹模周界范围为 。mm505063后侧导柱模架两导柱，导套分别装在上、下模座后侧，凹模面积是导套前的有效区域。可用于冲压较宽条料，且可用边角料。送料及操作方便，可纵向、横向送料。主要适用于一般精度要求的冲模，不宜勇于大型模具，因有弯曲力矩，上模座在导柱上运动不平稳。其凹模周界范围 。mm25045063后侧导柱窄形模架主要用于窄形零件盒特殊冲压工工艺的冲模。 ，起凹模周界范围为 8250中间导柱圆形模架常用于电机行业冲模，或用于冲压圆形制件的冲模。其凹模周界范围为 。306163中间导柱模架其凹模面积是导套间的有效区域，仅适用于横向送料，常用于弯曲模或复合模。具有导向精度高、上模座在导柱上，运动平稳的特点。其凹模周界范围为 mm505063四导柱模架模架受力平衡，导向精度高。适用于大型制件，精度很高的冲模，以及大批量生产地自动冲压生产线上的冲模。其凹模周界范围为 m406325016因制件很小可以采用后侧滑动导柱模架，送料方向由右至左。 其凹模周界范围。m25045063
