1、江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书0第 1 章 序言现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在 600 亿至 650 亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持 13%的年增长率（据不完全统计，2004 年国内模具进口总值达到 600 多亿，同时，有近 200 个亿的出口） ，到 2005 年模具产值预计为 600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年 9000 多万美元增长到 2005 年的 2 亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有 80%的模具需要
2、更换。2003 年我国汽车产销量均突破 400 万辆，预计 2004 年产销量各突破 500 万辆，轿车产量将达到 260 万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的 20%之多。目前，中国17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。1999 年中国模具工业总产值已达 245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占 11%。冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获
3、得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有 6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。江苏技术师范学院冲压模具
4、课程设计说明书1第 2 章 冲压件工艺性分析2.1 冲压件工艺分析2.1.1 材料分析20F 碳素结构钢，已经退火，抗剪切强度 280890（N/mm 2） ，抗拉强度340480（N/mm 2） ，延伸率 26（%） ，屈服点 230（N/mm 2） ，弹性模数 200000（N/mm 2） 。2.1.2 冲压件分析（1）材料：该冲裁件的材料 20F 钢是碳素结构钢，具有较好的可冲压性能。（2）零件结构：该冲裁件结构简单，并在转角有四处 R0.75 圆角，比较适合冲裁。（3）尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按 IT7 级确定工件尺寸的公差。图 2-1 冲裁件示意图零件名称
5、：薄片生产批量：大批量生产材料：20F材料厚度：t=0.8mm2.2 确定工艺方案2.2.1 结构分析（1）最小圆角半径 冲裁件的最小圆角半径允许值查表得，落料的最小圆角半径江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书2为 0.25mm，冲孔的最小圆角半径为 0.6mm。（2）冲裁件孔的最小尺寸 冲裁件上孔的尺寸受到凸模强度的限制，不能太小，所以查表可得，圆形部分最小尺寸为 1.04mm，矩形部分最小尺寸为 0.8mm。（3）最小孔距、孔边距 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离 a 不能太小，否则模具强度不够或使冲裁件变形，一般取 a=2t（t 为料厚） ，但不得小于 34mm，所以 a 取值
6、3mm。（4）冲裁件上的悬臂和凹模部分尺寸 根据表和已有参数选择，b=2t，所以 b 的取值为 2mm。孔边距 0.5mm 的公差为0.05，属 11 级精度。查公差表可得各尺寸公差为：零件外形：R1.5 0-0.05mm 60-0.05mm 0.50-0.05mm 40-0.05mm 7.250-0.1mm R0.750-0.05mm 3.250-0.25 mm 零件内形：R1.5 0+0.05mm 1.5+00.05mm 2.25+00.05孔心距：11.750.1mm结论：适合冲裁。2.2.2 工艺方案及模具结构类型该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：先落料，再冲
7、孔，采用单工序模生产。落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。冲孔落料连续冲压，采用连续模生产。方案（1）模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。由于孔边距尺寸 0.50-0.05mm 有公差要求，为了更好地保证此尺寸精度，最后确定用复合冲裁方式进行生产。工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以复合模结构采用倒装复合模及弹性卸料和定位钉定位方式。江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书3第三章 冲压工艺计算3.1 凸凹模刃口尺寸计算1、重要性：凸模和凹模的刃口
8、尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。 2、凸、凹模刃口尺寸计算原则生产实践发现的规律：1） 冲裁件断面都带有锥度。光亮带是测量和使用部位，落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸；且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。 2） 凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。 3、计算原则： ） 设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来
9、取得。 ） 根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。 3） 冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin） 。4） 工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。 刃口尺寸计算列于表 1 中。其中:江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书4落料部分以凹模为基准计算,落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以凸模为基准计算,冲孔凹模按间隙值配制。孔边距 0.50.05 近似按孔心距计算
10、。表 3-1 刃口尺寸计算基本尺寸及分类冲裁间隙磨损系数 计算公式制造公差计算结果Dmax0=1.50+0.05D =1.5+00.04d相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在 0.2460.36 之间D ax=60+0.05D =5.840+0.05d同上Dm=10+0.05Z =0.246inZ =0.36axZ - Zaxin=0.36-0.246=0.11mm制件精度为：IT7 级，故x=0.5D =(D -x)dmax40/4D =0.840+0.05d同上D ax=40+0.05 同上D =(D -x)dmax40/4D =3.840+0.05d相应凸模尺寸凹模尺寸配作，保证单
11、面间隙在0.1230.18 之间落料凹模R0.750+0.05同上D =(D -x)dmax40/4D =0.590+0.05d同上d min0=60-0.04同上 dp=(d +x)min04/4d =5.440-0.04p相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙在 0.2460.36 之间d min0=R1.50-0.04同上 dp=(d +x)min04/4d =0.940-0.04p同上冲孔d min=1同上 dp=(d +x)in04/4d =0.440-0.04p同上江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书5d min0=40-0.04同上 dp=(d +x)min04/4d =
12、3.440-0.04 同上pd in=7.250-0.04同上 dp=(d +x)in04/4d =6.690-0.04 同上pd min=R0.750-0.04同上 dp=(d +x)min04/4d =0.190-0.04p同上d min=2.50-0.04同上 dp=(d +x)in04/4d =1.940-0.04 同上p孔边距L 0.050+0.05同上制件精度为IT7 级，故x0.100min41)(xBj/4Lp=0.47 028.孔心距L =211.750.1同上 x0.5 Ld=(L +0.5)min8= 0.621=0.078Ld=11.750.0783.2 排样设计及计算
13、查冲压模具设计与制造表 2.5.2 确定搭边值：江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书6图 3-1 排样图两工件间的搭边：a=1.2mm；工件边缘搭边:a =1mm；1步距为: 4.2mm ； 条料宽度 B=(D+2a ) （3-1）1=(23.5+21)=25.5确定后排样图如图 2 所示。 一个步距内的材料利用率 为：（3-2）%10BSA=50.13(25.54.2)100 = 46.8 3.3 总冲压力计算其中 按非退火 20F 钢板计算.冲裁力 F 冲 =1.3Lt (3-3) 江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书7=1.344.790.8600 =2795.42Mpa.mm2其中
14、:d 为冲孔直径,L 为零件周长之和。落料力 F 落 =K 顶 F (3-4)=0.08 27954.42 =2236.35Mpa.mm2卸料力 F 卸 =K 卸 F 落 (3-5)=0.052795.42=1397.721Mpa.mm2推件力 F 推 =nK 推 F 落 (3-6)=70.0552795.42=9784.047Mpa.mm2其中 n=7 (3-7)总冲压力：F 总 =F 落 +F 冲 +F 卸 +F 推=22795.42+1397.721+9784.047+2236.35=41372.542Mpa.mm23.4 确定压力中心模具的压力中心：冲压力合力的作用点。 为了保证压力机
15、和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。 1简单几何图形压力中心的位置1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算： bRsy/sin180江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书8如图 3-2 所示：由于工件 x 方向对称,故压力中心 x =1.5mm0y = (3-8)0niiLY1=11mm其中:L1=1.77mm y1=0.75mm L2=6mm y2=4.5mmL3=0.5mm y3=7.5mm L4=4mm y4=9.5mmL5=7.25mm y5=15.1
16、25mm L6=0.44mm y6=19.125mmL7=2.5mm y7=20.75mm L8=0.44mm y8=22.375mmL9=0.44mm y9=1.125mm L10=1.5mm y10=2.25mmL11=0.44mm y11=12.875mm L12=2.25mm y12=14.375mmL13=0.75mm y13=15.5mm由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（1.5，11） 。图 3-2 压力中心图江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书9第四章 冲压模具零部件设计4.1 主要模具零件结构尺寸凹模板尺寸:凹模厚度:H=kb(15mm)H=0.353=1.05mm所以
17、H=15mm凹模边壁厚:c(1.52)H=(1.52) 15=(22.530)mm 实取 c=30mm凹模板边长:L=b+2c=3+230=63mm查标准 JB/T 6743.1-94: 凹模板宽 B=50mm江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书10故确定凹模板外形为:635014(mm)。将凹模板作成薄型形式并加空心垫板后实取为: 635010(mm)。凸凹模尺寸:凸凹模长度:L=h +h +h12=16+10+16=42(mm)其中: h 凸凹模固定板厚度1h 弹性卸料板厚度2h增加长度(包括凸模进入凹模深度,弹性元件安装高度等)此凹模内外刃口间壁厚校核:根据冲裁件结构凸凹模内外刃口最小
18、壁厚为 7mm,根据强度要求查冷冲模设计及制造表 336 知,该壁厚为 4.9mm 即可,故该凸凹模侧壁强度足够。凸模尺寸:凸模长度:L 凸=h +h +h123=22mm其中:h 凸模固定板厚 h 空心垫板厚1 2h 凹模板厚3凸模强度校核:该凸模属于细长棒,强度不够够。所以选用 GB2863.2-814.2 其它模具零件结构尺寸1、模具类型的选择经分析决定采用连续模进行生产。2 操作与定位方式（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。（2）定位方式因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书
19、11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。3、卸料及出件方式（1）卸料方式：刚性卸料；（2）出件方式因采用连续模生产，故采用下出件为佳。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。5、确定导向方式方案一：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。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，常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案三：四导柱
20、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。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用后侧导柱的导向方式，即方案一最佳。根据倒装复合模形式特点:凹模板尺寸并查标准 JB/T-6743.1-94 确定其它模具模板尺寸列于表 2:表 4-1 模具零件结构尺寸序号 名称 长宽厚(mm) 材料 数量1 上垫板 63505 T8A 12 凸模固定板 635010 45 13 空心垫板 63508 45 14
21、卸料板 635010 45 1江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书125 凸凹模固定板 635016 45 16 下垫板 63505 T8A 1根据模具零件结构尺寸,查标准 GB/T2855.5-90 选取后侧导柱 6350 标准模架一副。4.3 冲床选用4.3.1 冲压设备的选择依据（1）所选压力机的公称压力必须大于总冲压力，即 F 压F 总（2）压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁，弯曲等模具，其行程不于过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成行零件的取出
22、。（3）所选压力机的最大高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。4 压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受里条件也是不利的。4.3.2 压力机的选择根据总冲压力 F 总=41.37KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合学校现有设备,选用 J23-10 开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下：公称压力：100KN滑块行程：45mm行程次数：145 次分最大闭合高度：180mm连杆调节长度：35mm工作台尺寸（前后左
23、右）：240mm370mm4.4 模具总装配图经过上述计算与设计可得，装配图如图 4-1 所示江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书13图 4-1 装配图江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书14小结本次课程设计让我系统地巩固了大学三年的学习课程，通过课程设计使我更加了解到模具加工在实际生产中的重要地位。从 2012 年 6 月 4 号到 6 月 30 号，我们历时一个多月，系统地巩固了如：塑料模具与冲压模具 、 机械制图 、 机械制造基础 、 模具加工工艺等许多课程。从分析零件图到模具的设计与装配图的绘制，在指导老师的带领下，每一个环节都是我自己设计制作的。在这次冲压模课程设计中通过参考、查
24、阅各种有关模具方面的资料，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对冲压模具设计的整个过程，主要零件的设计，主要工艺参数的计算，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。总之，本次课程设计，是我认真的结果，也是我架起“工作”的关键一步，验了我大学三年学习的成果，文中上述所有内容主要是在讲述模具设计的整个过程，利用对零件图形的工艺性分析，设计出适合加工零件的模具，以达到生产要求，提高生产效江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书15
25、率，零件的冲裁工艺性分析、模具结构的确定是模具设计的重要内容，只要合理就可以保证其加工精度及其各项指标要求。通过这次模具设计及编制其说明书，增加了不少专业方面的知识，提高了动脑、动手的能力。只实践也理论相结合才能达到规定的各项性能指标。参考文献1王孝培.冲压手册（修订版）M.北京：机械工业出版社， 1988.2 周玲.冲模设计实例详解M.北京：化学工业出版社， 2007.3王立人，张辉.冲压模设计指导M.北京：北京理工大学出版社， 2009.4李名望.冲压模具结构设计 100 例M.北京：化学工业出版社， 2009.4k.lange.Handbook of Metal Forming, McG
26、raw Hill Book Company, 19855王伯平.互换性与测量技术基础M.北京：机械工业出版社， 2008.6王绪芳.落料拉深冲孔翻边复合模设计J.模具制造， 2005（12）：31-32.7钟翔山.冷冲模设计应知应会M.北京：机械工业出版社， 2008.8万战胜.冲压模具设计M.北京：中国铁道出版社， 1983. 9T.GBYRER et al . FORGING HANDBOOK FORGING INOUSTRY ASSOCIATION and AMERICAN SOCIETY FOR METALS,1985.10姜奎华.冲压工艺与模具设计M.北京：机械工业出版社， 1997
27、.11李开元.机械制图新标准解读及画法示例M. 北京：化学工业出版社，2006.江苏技术师范学院冲压模具课程设计说明书1612涂光祺.冲模技术M.北京：机械工业出版社， 2002.13高军.冲压模具标准件选用与设计指导M.北京：化学工业出版社， 2007.14袁国定.模具结构设计M.北京：机械工业出版社， 2004.15Ch.straburger,R.Blumel and W.Prange,Interaction Between Cold Rolled Sheel and Forming,Procees,Proceedings of the Second International Conference on Technology of Plasticity,1987,VOl.2:1253-125916 杨玉英，崔令江.实用冲压工艺及模具设计手册M.北京：机械工业出版社，2005.17冯炳尧.模具设计与制造简明手册M.第 2 版，上海：上海科学技术出版社， 1998.18郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术M.北京：机械工业出版社， 2005.
