1、冷冲压模具设计课程设计说明书冷冲压模具设计课程设计说明书 前言课程设计的性质与目的 课程设计的性质 冷冲压模具课程设计是冷冲压模具设计课程的一个重要环节，是运用所学基础和专业知识的一次综合练习。 课程设计的目的本课程设计是在学生学完冷冲压模具设计理论课并进行了生产实习之后进行的一个重要实践教学环节。通过本次设计要达到以下目的：（1）巩固与扩充模具制造工艺学课程所学的知识，加深对模具零部件制造基本方法与模具装配技术的理解，掌握制订模具制造工艺规程的方法。（2）综合运用本专业所学课程的知识，解决生产中实际问题，从而全面提高学生从事工程技术工作的能力。包括设计能力、绘图能力、技术分析与决策的能力、文
2、献检索能力以及撰写技术论文能力等等。（3）养成严肃、认真、细微地从事技术工作的优良作风。课程设计的任务 （1）拟定冲裁件的工艺过程，并填写工艺过程卡 1 份 ；（2）设计指定的冲裁模，并绘制装配图，零件图的成套图纸 1 套 ；（3） 编写设计说明书 1 份 。设计原则 (1) 保证能够冲制出合格的工件 ；(2) 模具结构简单，寿命长，成本低且与生产批量相适应； (3) 操作方便，安全。一 冲模课程设计的一般步骤及方法 11 分析冲压件的工艺性 冲裁件的工艺性主要从冲裁件的形状，尺寸（最小孔边距，孔径，材料厚度，最大外形）精度，表面粗糙度，材料性能等逐项分析，确定冲压工序图，若有不符者，应与设计
3、部门协商更改或采取相应的措施。 1. 保证冲压件的尺寸精度 冲压件，材料为10钢板，料厚mm，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。2.零件件的材料性：10钢特性屈服点205MPa抗拉强度335MPa延伸率31材料抗剪强度（MPa）260板材规格板料：1000 x 1200板材规格如下表格：12 确定合理工艺方案 （1）确定基本冲压工序的性质：落料（2）根据基本工序的性质，数量，结合工件的形状尺寸，公差要求，材料性能，生产批量，冲压设备，模具加工条件等因素，考虑模具类型的同时确定工序组合和先后顺序，在满足冲件质量要求的前提下，选择一个
4、经济合理的工艺方案，填写工艺过程卡片。 工艺过程卡片：序号工序名称工序内容设备简图备注1毛坯2板材排样将板料分为165宽1000长的条料7份画线笔3板材裁剪按画线裁剪板料4落料排样在条料上合理排样使其达到省料目的画线笔5落料通过模具及其机器是零件成型冲压机和落料模具6卸料将冲裁好的零件收集装箱冲压机和箱子13 确定模具总体结构 （1）模具类型的确定：落料模具（2）导向方式的确定； 一般根据冲件形状，尺寸，精度及生产批量来选择。 1 单工序模 2 冲件形状简单且精度低时，可不用导向，采用敞开模 ；（3）滑动式模架选择 无导向和用固定导板导向的模具及用导柱、导套导向和弹压导板导向的模具，一般都有标
5、准模架。（4） 压、卸料方式的确定 冲件平整度要求较高或料较薄时，用弹压卸料板，它既可压料，又可卸料，因卸料板随上模上下运动，送料直观性强，操作方便，这是生产中常用的一种卸料方式。 （5）定距方式的确定 对单工序模具且单排排样，一般用挡料钉定位即可（6）确定搭边值搭边排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。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。搭边的最小宽度应大于塑性变形区的宽度，一般取为材料的厚度1-1.5倍。所以： a1.5 x 2.5 = 取4mm（7）送料步距和条料宽度1送料步距条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。每个小距可
6、以冲出一个零件，也可以冲出多个零件。送料步距的大小应为条料上两个对应冲件的对应点之间的距离。每次只冲一个零件的步距的计算公式为：A = D0 + a式中：D0平行于送料方向的冲件宽度（mm）；a冲件之间的搭边值（mm）。有公式得： D0 =160mm a = 4mmA = D0 + a=164mm2条料宽度条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。在根据不同情况，参考冲压设计资料进行计算。所以 ：条料宽度为： L=160 + 2.5 x 2 = 165mm14根据模具类型画排样图，并计算材料
7、利用率 （1）考虑冲压件的形状，精度从该冲压件的形状及尺度精度等级看决定应采用有废料排样法。（2）考虑冲压件的生产批量高产量，最高产量：采用高效率高寿命模具，多为连续模中等产量：尽量采用典型模具结构，减少设计和制造工时低产量：采用简单模具，如组合冲模、钢片模、聚氨脂橡胶冲模等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。 落料排样图（2）材料利用率在冲压件大批量生产的成本中，原材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用
8、原材料。衡量排样的经济性、合理性的指标是材料利用率。其计算公式如下。一个步距的材料利用率为：公式： = n F/BA 100%式中：F一个步距内冲裁件的面积（包括冲出的小孔在内）（mm）；n一个步距内冲裁件的个数；B条料宽度（mm）；A步距（mm）。求得： =6 x x 80 x 80 /( 165 x 4 )=74%一张板料总的材料利用率0为：公式： 0 = NF/BL 100%式中：N一张板料上冲裁件的总数目；L板料长度（mm）。求得：0 =12 x 6 x x 80 x 80/( 165 x 2000)=73%15 计算压力中心从排样图上找出冲切条料的线段（即模具的受力部分），压力中心为
9、零件圆心1.冲压力在冲裁模设计过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶出力的总称。它是冲裁时选择压力机、进行模具设计、校核模具强度和刚度的重要依据。1冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料的压力。它随凸模行程的变化而变化，通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。对冲裁力有直接影响的因素主要是板料的力学性能、厚度与冲裁件的轮廓周长。但冲裁间隙、刃口锐利情况、冲裁速度、润滑情况等也对冲裁力有较大影响。综合考虑上述因素，平刃口冲裁力可按下工计算： F = KL式中：F冲裁力（N）；K系数，通常取K=1.3；L冲裁件周边长度（mm）；材料厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）。由公式得： 已知 K= =
10、 =260Mpa F = F = KL=424528N 2卸料力、推件力和顶出力的计算从凸模上卸下紧箍的冲裁件所需的力称为卸料力，用表示F卸。将梗塞在凹模内的冲裁件顺冲裁方向推出所需的力称为推料力，用表示F推。逆冲裁方向将冲裁件从凹模内顶出的力称为顶出力，用F顶表示。卸料力、推件力和顶出力是由压力机和模具的卸料、推件和顶出装置传递的。所以在选择压力机的公称压力和设计以上机构时，都需要对这三种力进行计算。影响这些力的因素很多，主要有材料的机械性能和板料厚度；冲件形状和尺寸大小；凸、凹模间隙大小；排样搭边值大小及润滑情况等。生产中常用下列经验公式计算。F卸 = K卸FF推 =n K推FF顶 = F
11、顶F式中：F冲裁力（N）；K卸、K推、K顶分别为卸料系数、推件系数和顶件系数，n塞在凹模孔口内的冲件数。有反推装置时，n=1；锥形孔口时，n=0；直刃口且模下方出件时，n=l/，其中：l是直刃口部分的高度（mm），是材料厚度（mm）。表3-3 卸料力、推件力和顶出力的系数材 料料厚（mm）F卸F推F顶钢0.05铝、铝合金纯铜、黄铜3压力机公称压力的确定因模具结构采用弹压卸料装置和下出件方式F总= F + F卸 + F推 F卸= K卸F =21226.4N F推= n K推F =F总= F + F卸 + F推=16 计算凹模轮廓尺寸，确定送料方向因为是落料模具，所以凹模轮廓尺寸为落料尺寸160（
12、上偏差=0.2 下偏差0）。17 校核压力机的规格计算冲、推 、卸料力，初选压力机类型及规格，再按典型组合的有关尺寸校核所选定压力机的规格。开式压力机的工程压力量值（10kN：40,6.3,10,16,25）由于F总=25（10kN）的压力机名称量值名称量值公称压力（10kn）25标准型滑块中心到机体距离/mm190发生公称压力时滑块离下极点距离/mm6工作台尺寸/mm左右560前后300滑块行程固定行程/mm80工作台孔尺寸/mm左右260前后130调节行程/mm10直径180标准行程次数（不小于）/(次/min)100立柱间距（不小于）/mm260快速型发生公称压力时滑块离下极点距离/mm
13、2活动台压力机滑块中心到机身紧固工作台平面距离/mm180滑块行程/mm40模柄孔尺寸（直径x深度）/mm 50x70行程次数（不小于）/(次/min)200工作台板厚度/mm70最大闭合高度/mm固定台和可倾/mm250倾斜角（度）30闭合高度调节量/mm70（由冲模设计手册查的）校核内容主要包括： （1）模具与压力机闭合高度是否适应 活动台压力机滑块中心到机身紧固工作台平面距180mm（2）压力机漏料孔是否能漏下工件和废料，对有弹顶装置的模具，还应使漏料孔大于弹顶器外形尺寸。即工作台漏料孔要大于凹模工作洞口最大壁间距和弹压器的最大外形尺寸。工作台孔尺寸：180 落料件尺寸：160 可以落下
14、（3）模具下模座外形尺寸与压力机工作台面尺寸是否相符，即下模座外形尺寸 +2 x （ 5070 ） 压力机工作台面尺寸，若其中一项不符，则应重选压力机，一般是类型不变，增大压力机规格下模座外形尺寸 +2 x （ 5070 ） 压力机工作台面尺寸下模座外形尺寸 压力机工作台面尺寸 - 2 x （ 5070 ）下模座外形尺寸（左右） 560 2 x 50 = 460 mm下模座外形尺寸 (前后) 300 2 x 50 = 200 mm1.6 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值。双面间隙用Z表示，单面间隙为Z/2。间隙对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大影响，是冲裁工艺与冲裁模
15、设计中的一个非常重要的工艺参数。1冲裁间隙对冲裁精度的影响当冲裁间隙适当时，在冲裁过程中，板料的变形区在比较纯的剪切作用下被分离，使落料件的尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的尺寸等于凸模尺寸。如冲裁间隙过大，板料在冲裁过程中除受剪切外还产生较大的拉伸与弯曲变形，冲裁后因材料弹性恢复，将使冲裁件尺寸向实际方向收缩。对于落料件，其尺寸将小于凹模尺寸；对于冲孔件，其尺寸将大于凸模尺寸。如冲裁间隙过小，则板料的冲裁过程中除受剪切外还受到较大的挤压作用。冲裁后，材料的弹性恢复使冲裁件向实际方向胀大。对于落料件，其尺寸将大于凹模尺寸；对于冲孔件，其尺寸将小于凸模尺寸。2冲裁间隙对冲裁件断面质量的影响冲裁时，断裂面
16、上下裂纹是否重合，与凸、凹模间隙值的大小有关。当凸、凹模间隙合适时，凸、凹模刃口附近沿最大切应力方向产生的裂纹在冲裁过程中会准确会合，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑，毛刺较小，冲裁件的断面质量较好。当冲裁间隙增大时，材料内的拉应力增大，使得拉伸断裂发生过早，于是断裂带变宽，光亮带变窄，弯曲变形增大，因而塌角和拱弯也增大。当冲裁间隙减小时，变形区内弯矩小，压应力成分大。由凹模刃口附近产生的裂纹进入凸模下面的压应力区而停止发展；由凸模刃口附近产生的裂纹进入凹模上表面的压应力区也停止发展；上、下裂纹不重合，在两条裂纹之间发生第二次剪切。当上裂纹压入凹模时，受到凹模壁的挤压，生第三
17、光亮带，同时部分材料被挤出，在表面形成薄而高的毛刺。当冲裁间隙过小时，虽然塌角小、拱弯小，但断面质量是不理想的。在断面中部出现夹层，两头呈光亮带，在端面有挤长的毛刺。当冲裁间隙过大时，因这弯矩大，拉应力成分大，材料在凸、凹模刃口附近产生的裂纹也不重合。第二次拉裂产生的断裂层的斜度增大，冲裁件的断面出现两个斜角，断面质量也不理想。而且，由于塌角大、拱弯大、光亮带小、毛刺又高又厚，冲裁件质量下降。3冲裁间隙对模具寿命的影响模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。刃磨寿命是用两次刃磨之间的合格冲件数表示；总寿命是用模具失效为止的总的合格冲件数表示。模具失效形式一般有磨损、变形、崩刃、折断和涨裂等。冲裁间隙
18、小时，会使摩擦距离增长，摩擦发热严重，模具磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象。小间隙还会使刃口横向作用力增大，产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等异常损坏。当然，影响模具寿命的因素很多，有润滑条件、模具制造材料和精度、表面粗糙度、被加工零件的材料特性、冲裁件轮廓形状等。为了提高模具寿命，一般需要选用较大的冲裁间隙。若采用小间隙，就必须提高模具硬度，减小模具刃口的表面粗糙度，提供良好的润滑，以减小磨损。4间隙值的确定（1）经验确定法根据目前生产中的经验表明，一般情况下冲裁间隙取料厚的10%左右比较合适。如果材料硬度较大，则间隙取大一些；如果材料硬度较小，则间隙取小一些。但当材料脆
19、性大时，要注意间隙也应取小一些为好。（2）查表确定法考虑到凸、凹模在冲压生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应尽量使其间隙接近最小合理间隙值（Zmin），见表3-1。 表3-1 冲裁模凸、凹初始双面间隙值 （单位：mm）板料厚度08、20、35、09Mn、Q23516Mn40、50Mn65MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax无 间 隙注：冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢板料厚度的25%。凸、凹模刃口尺寸的计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。1凸模和凹模分开加工这种方法主要适用于圆形或简单刃口。设计时需在图样上
20、分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。由于凸模尺寸属于外形尺寸，凹模尺寸属于内孔尺寸，对于制造和修模来说，外形尺寸远比内孔尺寸容易加工，且易于保证精度，故应将凸模公差取小些，凹模公差取大些。又因为凸、凹模公差还用于保证刃口间隙的公差值，故凸、凹模刃口公差的各不得大于刃口间隙的公差。即保证冲模的制造公差与冲裁间隙之间应满足下列条件：d +p Zmax - Zmind = 0.6 (Zmax - Zmin)p = 0.4 (Zmax - Zmin)凸模和凹模刃口尺寸的计算公式如下：（1）落料设冲件外圆尺寸为D-，则 Dd =（Dmax-x）+dDp=（Dd-Zmin）-p=（Dmax-x-Zmin
21、）-p式中：Dd、Dp分别为落料凹模和凸模刃口的公称尺寸（mm）；dp 、dd分别为冲孔凸模和凹模刃口的公称尺寸（mm）；Dmax落料件的最大极尺寸（mm）；dmin冲孔件的最小极限尺寸（mm）；L、Ld分别为冲孔件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸（mm）；d、p分别为凹模和凸模刃口尺寸制造公差（mm）；x磨损系数；工件制造公差（mm）。所以： Dd =（Dmax-x）+dDp=（Dd-Zmin）-p=（Dmax-x-Zmin）-p落料：查表得：Zmin=，Zmax=，则Zmax-Zmin=0.36-0.246=Dd1=(Dmax-x) =(0.52)=+mmDp1=(Dmax-x- Zmin) =(0.52-0.246)=mm校核：p+d = 0.033+0.033 = 0.066 mm 10-2525-6363-160160-400400-10001000-2500f100040130020015010006M130100045030020015010C、v200130100045030020015表3 未注公差成形尺寸的极限偏差基本尺寸材料厚度公差等级大于至大于至fMcv3-11436-1144-630-1144-30120-114
