圆片单工序落料模设计

一、设计任务

二、零件工艺性分析

2.1结构与尺寸分析

2.2材料分析

2.3精度分析

三、冲裁工艺方案的确定

四、确定模具总体结构方案

4.1模具类型

4.2操作与定位方式

4.3卸料与出件方式

4.4导向方式

4.5模架类型及精度

五、垫片冲压工艺计算

5.1排样设计与计算

5.2计算冲压力

5.3计算模具压力中心

5.4模具刃口尺寸计算

六、垫片凸模和凹模主要零件的设计计算

6.1凹模设计

6.2固定板

6.3垫板的设计

6.4卸料板的设计

6.5凸模设计

6.6凸模的校核

6.7模架设计

6.8校核模具闭合高度

6.9模柄的设计

七、总结

八、参考文献

绪论

冲压是使板料经分离或成型而得到制件的加工方法。冲压利用冲压模具对板料进行加工。常温下进行的板料冲压加工称为冷冲压。模具是大批生产的工具，是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。

模具可保证冲压的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产吕表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列的优点，是其它加工方法所不能比拟的，使用模具已成为工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代的制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。

目前，工业生产中普遍采用模具成型工艺方法，以提高警惕产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通压力机设备每分钟可生产零件几件到几十件，高速压力机生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品；有60%左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工产品，有90%左右的零件是用模具加工出来的。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位渐为人们所共识。

模具的出现可以追溯到几千年前的陶器炼制和青铜器铸造，但其大规模应用却是随着现代工业的崛起而发展起来的。20世纪模具生产得到了进一步的发展，在此期间归纳出的模具设计原则上，使得压力机械、冲压材料、加工方法、模具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进。进入20世纪70年代，不断涌现出各种高效率、高精度、高寿命的多功能自动模具。其代表是五十多个工位的级和十几个工位的多工位传递模。从20世纪70年代中期至今，计算机逐步进入精度进入模具生产的设计、制造、管理等各个领域；辅助进行零件图形输入、毛坯展开、条料排样、确定模座尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序（用于数控加工中心和线切割编程）等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造周期不断缩短。当前国际上计算机辅助设计（CAD）。计算机辅助工艺（CAE）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：继续发展几何图形系统，以满足复杂零件和模具的要求；在CAD和CAM的基础上建立生产集成系统（CIMS）；开展塑性成形模拟技术CAE（包括物理模拟和数学模拟）的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，发展专家系统和智能CAD等。

三维CAD技术的出现，极大地推动了模具工业的发展，使零件设计及模具结构设计在非常直观的三维环境下进行，模具设计完成后，可根据投影关系自动生成工程图。模具属于标准化程度较高的工艺装备，模具设计中使用的模架及各种标准件可以直接从CAD系统中建立的标准库中直接调用，大大提高了模具设计的质量和效率。同时，三维CAD系统中设计生成的三维模型可直接用于有限元模拟零件的成形过程及数控加工编程等后续应用，适应现代化生产，满足了CAD/CAM集成技术的要求。目前，三维CAD技术已广泛地应用于模具的设计，缩短了新产品的开发周期和产品的更新期，使得开发的新产品达到“高质量、低成本、上市快”的目标成为可能。

《冷冲压工件及模具设计》课程设计说明书

一、设计任务

工件为圆形片，材料为30号钢，未标注公差，精度要求取IT13，尺寸如图所示，设计一套冲压模具，大批量生产。

图1 圆形片零件图

二、零件工艺性分析

1.结构与尺寸分析

零件结构简单，形状对称，圆直径为80mm，满足冲裁最小孔径D

min ≥t=0.5mm的要求；从零件的形状，尺寸标注及批量生产等情况来看，均满足冲裁的要求。并且只需要一次落料即可，故采用单工序落料模进行加工。

2.材料分析

30为优质碳素结构钢，具有很好的冲裁成形性能。

3.精度分析

零件的精度要求为IT13，模具按精度IT11计算，普通冲裁即可满足图样要求。由以上分析可知，该零件工艺性较好，可以进行冲裁加工。

三、冲裁工艺方案的确定

零件为落料件，可采用落料模一次冲压，生产。该方案只需要一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高。

四、确定模具总体结构方案

1．模具类型

根据之前确定的零件冲裁工艺方案，采用正装式简单冲裁模。

2．操作与定位方式

为降低成本，可采用手工送料方式。板料定位靠导料销和橡皮顶的活动挡料销完成，因为该模具采用的是条料，采用导料板控制材料的送进方向。

3.卸料与出件方式

冲压完毕后，在橡胶垫的弹性力作用下，弹压卸料板将零件从凹模中推出。弓箭从凹模孔通过工作台孔落下。

4.导向方式

根据零件尺寸大小，该模具为中小型模，采用滑动导柱导套导向。

5. 模架类型及精度

考虑到零件的结构特点，采用后侧导柱模架。

五、圆形片冲压工艺计算

1．排样设计与计算

（1）分析零件形状，并考虑到定位方便，采用单行直排；

（2）搭边值确定：查《冲压模具设计手册》表2-16，确定搭边值a，b。

当t=0.5时 a=2 b=1.5

图2 排样图

（3）材料利用率计算：

该冲裁件的面积A=π×402=5024mm 2 条料宽度：b=83mm 近距：h=80+1.5=81.5

一个近距的材料利用率： η =

%3.745

.8183mm250241%100A =??=?bh n 2．计算冲压力

(1)冲裁力F

F=Lt σb

其中 L=π×D=π×80=251.2mm t=0.5mm σb =500Mpa

故 F=251.2mm ×0.5×500Mpa=62.8×103N (2)卸料力F 卸

F 卸=K 卸 ×F 查表2.10得F 卸=0.055

F 卸=0.055×62.8×103=3.454×103N (4)推料力F 推 F 推=nK 推F

由于工件形状简单，厚度较薄，精度要求低，采用图2.48（e ）阶梯形斜式凹模。

n =

t

h 取h=4mm 。故n=

个85

.04==t h

查表2.10得K

推

=0.063

故 F

推=nK

推

F=8×0.063×62.8×103=31.6512×103N

选择冲床的总冲压力：

F

总=F+F

推

+F

卸

=97.9KN

由（50%-60%）P

o ＞F

总

，即冲压时工艺力的总和不能大于压力机的公称压

力的50%-60%，取P

o =1.8F

总

=97.9KN×1.8=176.22KN。初选J23-25开式双柱

可倾压力机。

3.计算模具压力中心

由于工件形状为宜标准圆形，故其压力中心为工件圆心。

4.模具刃口尺寸计算

由于未注公差，取IT13级公差，查表2.17得磨损系数X=0.5；查表7.18得到工件极限偏差为800

-0.46

。

由于零件为形状简单的工件，采用凸、凹模分开加工。查《冲压模具设

计手册》表2-24得Z

min =0.06mm，Z

max

=0.08mm。

(1)凹模的尺寸计算根据冲裁模刃口尺寸计算原则，落料应先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上。其计算公式为：

D

d =(D

max

-X△)

+δd

D

max

：工件的最大极限尺寸。 X：磨损系数

△：工件的制造公差

所以：D

d =(D

max

-X△)

+δd=（80-0.5×0.46）

+0.03mm=79.77

+0.03mm

凸模的尺寸计算：

D

p =（D

max

-X△-Z

min

）

-σp

0=（80-0.5×0.46-0.06）

-0.02

0mm=79.71

-0.02

0mm。

为保证新冲模的间隙小于最大合理间隙（Z

max

？），凸模和凹模制造公差必须

保证：δ

p +δ

d

≤Z

max

-Z

min

又：δ

p +δ

d

=0.03+0.02=0.05mm

Z

max -Z

min

=0.08-0.06=0.02mm

可见δ

p +δ

d

＞

max

-Z

min

所以，取δ

p =0.4（Z

max

-Z

min

）=0.008mm

δ

d =0.6（Z

max

-Z

min

）=0.012mm

终上所述：D

d =79.77+0.012mm，D

p

=79.710

0.008

mm。

六、垫片凸模和凹模主要零件的设计计算

1.凹模设计

凹模外形如图 3所示。

图3凹模尺寸

在设计凹模时一般按经验公式计算。

凹模厚度为：H=Kb

1

-垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离；

其中：b

1

K-由b

和材料厚度t决定的凹模厚度系数，查表2.20得K=0.30。

1

=80×0.30mm=24mm 取25mm。

所以可以确定凹模厚度 H=Kb

1

凹模壁厚 C=（1.5-2）H=37.5mm-50mm，取50mm。

凹模直径：D=b+2C=180mm。

凹模直壁高度：h=6mm。

由以上算的凹模轮廓尺寸B×L=180mm×180mm，查有关国家标准JB/T7643.4-94，取标准尺寸B×L=180mm×180mm，凹模材料选用Cr12，热处理淬硬（59 错误！未找到引用源。63）HRC。

2.固定板

1)凸模固定板：

凸模固定板的外形尺寸与凸模的外形尺寸一致，其厚度可按经验公式计算：错误！未找到引用源。,取H=20mm，取板的规格为L×B×H=180mm×180mm ×20mm。

3.垫板的设计

垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力，以防止模座被挤压损伤，因此在与模座接触面之间加上一块强度较高的垫板。

凸模垫板的外形尺寸与凸模固定板相同，厚度取10mm，选取规格L×B ×H=180mm×180mm×10mm。

4.卸料板的设计

用卸料板卸料，卸料板的平面外形与凸凹模板相同，卸料板宽度B为180mm，查表2.19得卸料板厚度为14mm。

卸料板孔于凸模的单边间隙查表2.30得Z

1

/2=0.05mm。故卸料板尺寸为：L×B×H=180mm×180mm×14mm。

卸料板材料选用Q235钢，与凸模固定板的配合为H7/h6。装配通过2个销钉定位，4个螺钉与上模座连接固定，各型孔的位置尺寸与凸模的保持一致。

5.凸模设计

（1）凸模长度L的计算：

L=h

1+h

2

+t+h

其中，h

1

-凸模固定板厚度；

h

2

-卸料板厚度；

t-材料厚度

h-增加长度，橡胶厚度。

h 1=20mm，h

2

=14mm，t=0.5mm。

卸料橡皮的的自由高度：根据工件材料厚度为0.5mm，冲裁时凸模进入凹模深度取1mm，考虑到模具维修时刃磨量5.5mm，再考虑开启时卸料板高出凸模1mm，则总的工作行程h

工件

=8mm。

橡皮的自由高度h

自由==

-）

（

工件

30

.0

25

.0

h

27mm-32mm，取h

自由

为32mm。

模具在组装时橡皮的预压量为：

h

顶=（10%-15%）h

自由

=3.2mm-4.8mm，取h

顶

=3.5mm。

由此可算出模具中安装橡皮的空间高度尺寸为28.5mm。所以，凸模的长度尺寸为：

L=h

1+h

2

+t+h=20mm+14mm+0.5mm+28.5mm=65mm。

凸模如图4所示：

图4凸模尺寸

6.凸模的校核

（1）刚度的校核：

根据凸模刚度校核公式：L ≤90d 2/F =90×802/31028.6?=2294mm 由于L ≤2294，故凸模刚度得到校核。 （2）强度的校核： 根据

凸

模

强

度

校

核

公

式

：

d

＞

d min =

][σnK 1t 4c k ）（推τ+=mm 5.0mm 1600

063.0113805.04=?+?

??）（

又，d=80mm ＞d min 故凸模强度得到校核。

7模架设计

如图所示为本设计的模具总图。该模具为正装弹压下出单工序落料模。 条料的送进，由两个导料销控制其方向，由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹压性卸料装置，将调料从凸模上卸下。

该模具采用中间导柱模架，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移。以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格：

上模座：L/mm×B/mm×H/mm×=400×220×45 GB2855.5-81 HT200 下模座：L/mm×B/mm×H/mm×=400×220×50 GB2855.6-81 HT200 导柱：d/mm×L/mm=32×170 A32h5×170 GB2861.1-81

导套：d/mm×L/mm×D/mm=32×140×48 A32H6×140×48

模具的闭合高度：

H=H

上模座+H

垫板

+H

凸模长度

+H

凹模

+H

下模座

-h

1

=193mm。

8.校核模具闭合高度

根据前面初选压力机J23-25

公称压力：250KN

滑块行程：65mm

最大闭合高度：270mm

最大装模高度：220mm

最小闭合高度：215mm

连杆调节长度：55mm

滑块中心线至床身距离：200mm

工作台尺寸（前后×左右）=370mm×560mm

垫板尺寸（厚度×孔径）=50mm×υ200mm

模柄孔尺寸（直径×深度）=υ40mm×60mm

最大倾角：30o

正常条件下模具与压力机闭合高度间的关系应该满足如下条件：

（H

max -H

垫板

）-5mm＞H＞（H

min

-H

垫板

）+10mm

得：215mm＞H＞175mm

该模具的闭合高度H=193mm，在175mm-215mm内，且开式压力机J23-25最大装模高度为220mm，大于模具闭合高度193mm，故可以使用。

9.选择紧固件和定位零件

活动挡料销：在凹模上固定一个挡料销，用于条料送进的定位。

模柄的选用：模柄采用带台阶的压入式模柄结构，模柄与上模座的连接。采用过渡配合（H7/m6）。

10.绘制模具总图

总图如图5所示。

1-导柱；2-导套；3-上模座；4-卸料板螺钉；5-模柄；6-止动销钉；7-凸模固定板；8-垫板；9-橡胶垫；10-凸模；11-凹模；12-螺钉；13-挡料销；14-弹压卸料板；15-导料销；16-销钉；17-下模座；18-拖板；19-螺钉

七、总结

经过最近一段时间的努力我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这一学期来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

在进行设计的过程中，我还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢老师对我悉心的指导，感谢老师给我提出了许多不足。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并通过网络和学习设计辅助软件等方式，使自己学到了不少知识。为以后的毕业课程设计打下基础。

八、参考文献

1 王秀凤，张永春编著，冷冲压模具设计与制造.北京：航空航天大学出版社，2008

2马朝兴主编.冲压模具设计手册.北京：化学工业出版社，2009

3 林承全，胡绍平主编.冲压模具课程设计指导与范例.北京：化学工业出版社，2008

4彭建生主编.模具设计与加工速查手册.北京：机械工业出版社，2005

5 金铃，刘玉光，李利群主编.画法几何及机械制图.哈尔滨：黑龙江人民出版社，2003