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湖南大学冷冲模设计课程设计说明书 课 题：拨块的模具设计 学 院：材料科学与工程学院 专 业：材料成型及控制工程 姓 名： 学 号： 指导老师：1.设计任务说明 1.1零件图 1.2任务说明 完成所给工件的冲压工艺设计与模具设计任务。提交模具的全套图纸（总装图与非标零件图）和相应的模具设计说明书。2.工艺分析与工艺方案确定2.1零件工艺分析 冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等环境因素的影响。 2.1.1结构尺寸从设计说明书看出零件形状结构不复杂，只有一个12mm的凹模部分；尺寸也较小，厚度中等，内外形连接线处无尖角。 2.1.2精度设计说明书中并没有给出零件的具体精度要求，所以按照缺省状态查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P42 ）表31选取IT12精度级。 2.1.3材料零件材料为45钢，具有较好的可冲压性能。 2.1.4其余设计说明书中对于零件的表面质量、表面粗糙度、尺寸公差均未有具体要求，所以一律按照缺省状态处理。下文将会根据具体使用要求给出相应查表所得数据。2.2工艺方案确定设计说明书中明确给出工序要求：落料；再结合上文对于零件的结构尺寸、精度、材料等分析，采用以下冲压工艺：落料，单工序落料模。该工艺只需要落料一道工序，直接冲裁出所需零件。而且单工序落料模制造简单，经济成本较低，操作方便可靠，经济实用，完全满足要求。3.模具类型初选 确定冲压工艺方案后，应通过分析比较，选择合理的模具结构型式，使其尽量满足以下要求：（1）能冲出符合技术要求的工件；（2）能提高生产率；（3）模具制造和维修方便；（4）模具有足够的寿命；（5）模具易于安装调整，且操作方便、安全。3.1冲压模具类型选取由冲压工艺分析可知，在确定采用单工序模后，便要考虑采用开式、导板式还是导柱式单工序模。查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P66）得：无导向的开式简单冲裁模优点：结构简单，尺寸较小，模具制造简单，成本低廉；缺点：使用时安装调整麻烦，模具寿命低，冲裁件精度差，操作不够安全；适用于精度要求不高，形状简单，批量小或者试制用的冲裁件。导板式落料模优点：精度较高，寿命长，使用安装容易，操作安全；缺点：模具制造比较麻烦；适用于形状简单，尺寸不大的冲裁件。导柱式落料模优点：比导板导向可靠，精度高，寿命长，使用安装方便；缺点：成本较高。适用于成批大量生产中。综合以上三种单工序冲裁模的优缺点，本设计选择导板式落料模。3.2 定位装置选择为了使条料送料时有准确的位置,保证冲出合格的制件,要对送料方向以及送料步距进行控制。因为板料厚度t=4mm,属于中等厚度的板材,且制件尺寸不大,固采用侧面四个固定送料销定位导向,在送料方向由于受凸模和凹模的影响,为了不至于削弱模具的强度,在送给方向采用一个弹簧挡料装置的活动挡料销。3.3 推件、卸料装置选择 3.3.1推件装置在导板式单工序落料模中，冲裁后工件嵌在落料凹模内，需要刚性或弹性推件装置推出。刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。由于刚性推件装置已能保证工件所有尺寸精度，又考虑到刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故本设计采用刚性推件装置。 3.3.2 卸料装置在选用卸料装置的形式时，需考虑出料方式是上出料，还是下出料。卸料装置根据冲件平整度要求或料的厚薄来确定，对于冲件平整度要求高，且料薄的宜用弹压卸料板。这样既可压料又可卸料，且卸料板随上模上下运动，直观性强，操作方便，是生产中常用的一种卸料方式。当板料较厚时，用弹压卸料板难以卸料时，选用固定卸料装置卸料，一般在零件形状简单、要求不高时，采用固定卸料方式，它可简化模具结构，但是因为工作部位封闭，送料只能靠手感，操作不便，安全性差。 由于零件厚度为4mm，属于中厚料，所以采用刚性卸料装置，以简化模具结构，降低成本。3.4 模架模架式整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。模架的上模座通过模柄与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力机工作台上。导板式模架由上、下模座、模柄组成。 3.4.1上模座 3.4.2下模座 3.4.3模柄3.5 模具草图4.主要工艺计算4.1排样设计 4.1.1排样方式 排样原则有直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排、裁搭边等排法；排样方法按照材料利用程度有无废料排样法、少废料排样法、有废料排样法。本设计综合以上几种形式最终选用有废料直排法。排样图如下：排样图 4.1.2搭边查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P61） 表310得侧面搭边值a1=2.88mm，取3mm；工件间搭边值a=2.52mm，取3mm。 4.1.3送料步距送料步距：条料在模具上每次送进的距离。公式： D1：平行于送料方向的冲裁件宽度。根据零件可知D1=20mm。a：工件间的搭边值。由上文知a=3mm。综上：A=D1+a=20+3=23mm。 4.1.4 条料宽度条料宽度：D2：垂直于送料方向的冲裁件的最大尺寸。根据零件可知D2 =40mm。a1 ：零件与条料侧边之间的搭边值。友尚文可知a1=3mm。：工件公差。查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P49）表 35，取0.30。综上：mm。 4.1.5 材料利用率 不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济的指标是材料的利用率，可以通过公式： 计算。式中： 材料利用率； 工件的使用面积； 所用材料面积，包括工件面积与废料面积； 步距（23mm）（相邻两个制件对应点的距离）； 条料宽度（46mm）； 综上：。4.2冲压力计算 4.2.1冲裁力冲裁力是选择压力机的主要依据，也是涉及模具所必须的依据。普通平刃口的冲裁可根据以下式进行计算。公式：式中：冲裁力（N）； 系数。通常取K=1.3； 冲裁件周长（mm）；由冲裁件图计算得L=133.28mm。 板料厚度（mm）； 板料抗剪强度（MPa），查冷冲模设计（机械设计出版社， 丁松聚主编，P38）表23，得取500。在一般情况下，材料的抗拉强度，为计算方便，可用下式计算冲裁力：。：查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P38）表23得取600。综上：。 4.2.2 推件力冲裁时材料在分离前存在着弹性变形，在一般冲裁条件下，冲裁后材料的弹性恢复，使落件或冲孔废料梗在凹模内，而板料紧箍在凸模上，为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的板料卸下，将梗在凹模内的废料或工件向下推出或者向上顶出。由上文知本设计采用刚性卸料，所以只需计算出即可。可根据如下公式计算。公式：式中：梗塞在凹模的冲件数（）； 推荐系数； 冲裁力；由下文凹模结构分析可得，由冲件图可得板厚，所以；由上文可得；查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P57）表38得。综上：。 4.2.3 压力机所需总压力计算采用刚性卸料装置和下出件模具时压力机总压力，式中：冲裁力； 推件力：综上：。4.3 模具压力中心计算冲压力合力作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心重合。否则滑块就会受到偏心载荷而导致滑块导轨和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。简单形状冲裁件的压力中心即为他们的重心或者对称中心。对于复杂形状冲裁件的压力中心可根据合理对某轴之力矩等于各合力对同轴的力之矩之和的力学原理求得。查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P117）,得具体计算方式如下：根据压力中心坐标的计算公式是： 式中：各段轮廓的长度； 各段轮廓压力中心到轴的距离； 各段轮廓压力中心到轴的距离；综上，计算该模具的压力中心如下： 详情见下图： 4.4凹凸模刃口尺寸计算凹模和凸模工作部分尺寸直接决定了冲裁件的尺寸和间隙大小，是模具上最重要的尺寸。落料模中尺寸计算需要遵循以下几个原则：（1） 落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料凹模未设计基准；（2） 凹凸模应考虑磨损规律；（3） 凹凸模之间应保证有合理的间隙；（4） 凹凸模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应。 模具制造时常使用分别加工法和单配加工法来保证合理间隙，本设计采用分别加工法。分别加工法的尺寸计算按照以下方式进行。 4.4.1冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之差。公式： 查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编，P46） 表33得，。 4.4.2凹凸模刃口尺寸 凹凸模工作部分尺寸如下： ； ；式中：落料件的最大极限尺寸； 磨损系数，查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编， P49） 表35得取； 冲裁件公差，查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主编， P49） 表35得取； 凸模制造偏差，查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主 编，P49）表36取； 凸模制造偏差，查冷冲模设计（机械设计出版社，丁松聚主 编，P49）表36取； 综上，。5.模具主要零部件的结构与尺寸的分析5.1凸模组件及其结构设计一般凸模组件包括凸模、凸模固定板、垫板和防转销等。本设计中的模具的凸模组件有凸模、涂抹固定板和垫板。下面对组件进行详细介绍。 5.1.1凸模（1）凸模形式凸模有两种形式：直通式和台阶式。直通式常用于非圆形断面的凸模，而台阶式多用于圆形断面的凸模。本设计中的模具明显为非圆形断面，所以采用直通式。由于非圆形断面安装不方便，难度较大，为方便安装将凸模分为两部分，非工作部分，圆形断面和工作部分非圆形断面。下文将会有更加详细描述。（2）凸模长度计算公式：;式中：凸模固定板厚度，查实用冲模结构设计手册（张正修主编，化学工业 出版社，P183），取； 导板厚度，查实用冲模结构设计手册（张正修主编，化学工业出版 社P183），取； 导料板厚度，查实用冲模结构设计手册（张正修主编，化学工业出 版社P183），取； 附加长度，包括凸模刃口的修磨量，凸模进入凹模的深度和凸模 固定板与导板之间的安全距离，查实用冲模结构设计手册（张正 修主编，化学工业出版社，P183）表2.82，取， ；所以 ；综上，凸模长度，按标准取72mm。（3）凸模的材料模具刃口要求有较高的耐磨性，并能受总裁时的冲击力。因此要有高有硬度与适当的韧性，形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用T8、T10A等材料；形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选Cr12、Cr12MoV、CrWMn等制造，硬度取60；要求高寿命、高耐磨性的凸模，可选硬质合金材料。根据上文说明和计算，本设计中的模具材料选用CrWMn。（4）表面粗糙度凸模工作部分表面粗糙度m，取0.6m，固定部分为m，取1.2m。 上文提到工作部分为非圆形断面，断面图如下，长20mm；非工作部分为圆形断面，长50mm。凸模详情见下图： 5.1.2凸模固定板凸模固定板用于固定凸模。固定板的外形尺寸一般与凹模大小一致，可由标准中查得。凸模固定板内凸模的固定方法通常是江凸模压入固定板内，其配合用，直通式凸模用、。对于大尺寸凸模也可直接用螺钉、销钉固定到模座上而不用固定板。对于小凸模还可以采用粘结固定。本设计中凸模和固定板是采用配合的方式，配合采用。如下图： 5.1.3垫板垫板装在固定板和上模座或下模座之间。它的作用是防止冲裁时凸模压坏上模座。点半的尺寸可在标准中可查得。本设计中，垫板放在固定板和上模座之间。垫板材料选用45钢，热处理硬度选取45，厚度选择8。外形尺寸与固定板一致。5.2凹模设计 5.2.1凹模洞口选择凹模洞口有直壁式、斜壁式、凸台式。直壁式孔壁垂直于顶面，刃口尺寸不随修磨刃口增大。故冲裁精度较高，刃口强度也较好。直壁式刃口冲裁时磨损较大，洞口磨损后会形成倒锥状，因此每次修磨的刃磨量较大，总寿命低。冲裁时，工件易在孔内积聚，严重时使凹模膨胀。斜壁式特点与直壁式相反，在一般的工件或废料向下落的模具中应用广泛。凸台式主要用于冲裁板料厚度在0.3mm以下的小间隙、无间隙模具。本设计中的模具采用向下落料，且要求寿命较高，所以应选斜壁式。如下图： 5.2.2凹模的外形尺寸凹模的外形尺寸一般有圆形和矩形两种。凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强的和刚度。凹模的厚度还应考虑修磨量。凹模的外星一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。凹模厚度：；凹模壁厚：；式中：冲裁件最大外形尺寸，由 前文知； 系数，查冷冲模设计 （机械设计出版社，丁松 聚主编，P101）表43 得。综上：，取 ；。5.2.3凹模固定法凹模一般采用螺钉和销钉固定在下模座上。螺钉与销钉的数目、规格和位置都可在标准中查得。也要根据具体情况做适当调整。本设计中的凹模与下模座的固定方法可见设计说明最后部分的总装配图。5.2.4凹模的主要技术要求凹模的孔型轴线与顶面应保持垂直，凹模的地面与顶面应保持平行。（1） 表面粗糙度 为了提高模具寿命和冲裁件精度，凹模的底面与型孔的孔壁应光滑，表面粗糙度为m，取0.6m，底面与销孔的粗糙度为m，取1.2m。（2） 材料 凹模的材料与凸模一样，其热处理硬度应略高于凸模，达到62。5.3定位零件本设计中采用侧面四个固定导料销来控制送料方向，采用活动挡料销来控制送料步距。详见本设计3.2定位零件的选择。导料销和挡料销结构相似，就不做多余图示，此处仅给出挡料销结构图示：5.4导料板、承料板5.4.1导料板（1）主要技术参数材料：；热处理硬度：调质。（2） 外形尺寸：见下图。 5.4.2承料板 承料板的主要技术参数与导料板一样，其结构简图也和导料板类似。5.5卸料、推件装置本设计中的模具采用刚性卸料装置，刚性推件下出模具装置，详见本设计说明的3.3。在此就不做赘述。5.6模架对模架的要求如下：（1） 足够的强度和刚度；（2） 足够的精度；（3） 上下模之间的导向要精确。 本设计中采用刚性导板式落料模，没有导柱，所以模架只有上下模座和模柄构成。 5.6.1上模座（1） 主要技术参数 材料：；热处理硬度：调质。（2） 外形尺寸上模座的外形尺寸与凸模一致，详情可参考凸模外形尺寸或者参见下文的总装配示意图。 5.6.2下模座下模座的技术参数和上模座一样，外形尺寸和凹模一致，可参见凹模外形尺寸或者总装配示意图。 5.6.3模柄模柄采用普通刚性模柄，主要技术参数和模座一样。其外形尺寸可参见下文中的总装配示意图。6.冲压设备的选用 6.1模具总闭合高度 查实用冲模结构设计手册（张正修主编 化学工业出版社 P183）表2.83取模具标准闭合高度，所以。 6.2压力机的选取根据前文可知压力机，且，查实用冲压工艺技术参考（张玉英主编 机械工业出版社 P873）表1311选择压力机参数如下：开式固定台式压力机 J2160参数名称技术参数公称压力/KN600公称压力行程/mm4滑块行程/mm140最大闭合高度/mm300闭合高度调节量/mm70工作台尺寸左右/mm870前后/mm520工作台尺寸/mm150模柄孔尺寸直径/mm50深度/mm60电动机功率/KW5.57.模具装配图参考文献1 丁松聚主编冷冲模设计，机械工业出版社，20012 杨玉英主编，实用冲压工艺与模具设计手册，机械工业出版社，20043 张正修主编，实用冲模结构设计手册，化学工业出版社，20094 林乘全主编，典型冲压工艺及模具设计，化学工业出版社，20145 何铭心 钱可强主编，机械制图（第五版），高等教育出版社出版，20046 杨月英 张琳主编，中文版AtuoCAD2008机械绘图,机械工业出版社，2008
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