冲压工艺学课程设计说明书

冲压工艺学课程设计说

明书

Revised as of 23 November 2020

冲压工艺学课程设计说明书模具类型：冲孔落料连续模

姓名：尹相雨

指导老师：鲍益东陈明和

南京航空天大学

2014年6月20日

一、设计任务-----------------------------------------------4

二、工艺分析-----------------------------------------------4

（1）公差及搭边值选定-----------------------------------4

（2）凸凹刃口尺寸与公差---------------------------------5表：工作零件刃口尺寸的计算-------------------------6（3）排样及孔心距设计-----------------------------------6

（4）材料利用率的计算-----------------------------------6

（5）冲裁力的计算---------------------------------------7

（6）压力中心的计算-------------------------------------9表：条料及冲压力的相关计算-------------------------9

三、主要模具零件的设计计算--------------------------------10

（1）冲裁方式的确定------------------------------------10

（2）凸模的设计选择------------------------------------10冲孔圆凸模-----------------------------------------11（3）导正销的选用--------------------------------------11（4）落料凹模的选用------------------------------------12（5）凸模强度校核--------------------------------------13（6）凹模的设计选择------------------------------------14

1、类型确定---------------------------------------14

2、刃口形式以及尺寸-------------------------------14

3、凹模外形尺寸的确定-----------------------------15

4、凹模定位螺孔和定位销孔-------------------------15

5、凹模板大小的确定-------------------------------15

四、其他模具主要零件的设计选择----------------------------16

（1）凸模固定板----------------------------------------16（2）模架----------------------------------------------16（3）卸料板--------------------------------------------17（4）垫板----------------------------------------------17（5）导料板--------------------------------------------18（6）初始挡料------------------------------------------18（7）挡料装置------------------------------------------19（8）侧压装置------------------------------------------19（9）模柄----------------------------------------------20五、装配--------------------------------------------------20

模具安装及维护说明-----------------------------------22

六、心得体会----------------------------------------------23

七、参考文献----------------------------------------------25一、设计任务

本次设计任务是根据给定的垫圈零件以及相应尺寸，进行工艺分析，并设计相应的冲压模具，绘制出模具的装配图和重要元件的零件图2～3个，最后完成模具设计说明书。通过完成工艺分析，模具分析计算以及设计选择，给出模具的强度校对结果和模具装配的工艺规程，达到巩固课程知识，学会模具设计的一般方法，掌握利用资料，工程手册进行工程设计的能力以及加强工程制图和设计说明能力的目的。

二、工艺分析

（1）公差及搭边值选定

设计要求冲裁出的垫圈规格如下

根据《冲压工艺学》表2-1，因为零件图无公差标注，所以在零件厚度t=3mm的情况下，零件精度选用IT 12，并且根据表“冲裁件内外形可以达到的经济程度”可以看出在零件尺寸厚度为3mm，基本尺寸分别为和时，

IT12～13可以达到理想的经济程度，满足实际情况。此时零件的模具精度为IT8～9。查表“标准公差数值”可得落料时d=，公差为；冲孔时D= ，内形公差为。

（2）凸凹刃口尺寸与公差

所给垫圈材料30CrMnSi为中碳钢，查《冲压工艺学》表2—3得

Zmin= Zmax= Zmax-Zmin=

查《冲压工艺学》表2—6得

冲孔部分：δd=，δP=

δD+δP=

落料部分：δd= ，δP=

δD+δP=< Zmax-Zmin

由《冲压工艺学》表2—7得冲孔部分磨损系数x=，落料部分磨损系数x=。

冲孔凸模刃口尺寸：

带入公式可得：

02.0435.12-=p d ，02.00675.12+=d d 。

同理落料凸模刃口尺寸

带入公式可得

03.0935.31-=p D ，03.00

175.32+=d D 。最终整理表格如下：

表：工作零件刃口尺寸的计算

（3）排样及孔心距设计

因为外形尺寸为，查《冲压工艺学》表2—11得低碳钢时孔边距为，搭边值为，已知垫圈材料为中碳钢，所以乘以系数，最终得到落料孔孔边距，搭边。

最终排样结果如图：

（4）材料利用率的计算

由于冲裁件为圆形垫圈，所以条料在形状上被限制。根据上面的计算结果可以知道条料宽度为+*2=。

材料利用率公式：

(1) η=A0

×100%，其中A0为冲压件面积，A为每一个步距的条料面积。

可得η=A0

A ×100%=π×（16.152?6.152）

(32.3+1.98)×（32.3+1.98×2）

=56.36%

（2）η=nA0

×100%，其中n为整个板料冲压出的零件面积，A为整个板料的表面积。由于所给板料规格为2000*1000，这种情况下条料的剪切可以分为横切和竖切两种，在计算有边角料存在的情况下，两种方式冲压出来的垫片分别为55*29个和27*58个，两种方式的材料利用率分别为%，%，相差1%左右，小于5%的成本区别标准，所以在考虑剪切条料的成本效率的情况下，选用规格为*2000的条料。

（5）冲裁力的计算

查表“黑色金属力学性能”，30CrMnSi属于合金结构钢，低温退火。抗剪强度τ：440～600Mpa，这里取520Mpa为常用数值。抗拉强度σb：550～750Mpa，同样这里取650Mpa为常用数值。伸长率：16%。

由于冲裁见为厚度3mm的简单形状垫片，所以不必考虑降低冲裁力问题，采用平刃模具冲裁，刚性卸料方式。而不采用斜刃模具冲裁以及弹性卸料装置。

平刃模具冲裁时，冲裁力：F0=Ltτ，L：冲裁周长，t：材料厚度，τ：抗剪强度。考虑到刃口磨损，凸凹模的间隙波动，机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际冲裁力还要增加30%，即

冲裁力：F=1.3Ltτ

推件力：F1=nK1F

顶件力：F2=K2F

卸料力：F3=K3F

总冲裁力：F0=F1+F

查《冲压工艺学》表2-10可得t=3mm时，推件力，顶件力，卸料力系数分别为K1=，K2=，K3=～,考虑到压力机的选取，卸料力系数取。

带入垫圈零件的具体数值，可以得到

冲孔：

F=78.325KN

F1=3.525KN

F2=3.916KN

F3=3.133KN

F0=81.85KN

落料：

F=205.684KN

F1=9.256KN

F2=10.284KN

F3=8.227KN

F0=214.940KN

最终整理数据如下：

表：条料及冲压力的相关计算

总冲裁力为215KN，实际压力机的压力应该比冲裁力大。查表得压力机型号为“开式双柱可倾式压力机”，选择JC23-35，其标称压力为350KN，模柄孔直径50，深度70。

（6）压力中心的计算

如图所示，有F落X=F冲Y，且根据排样以及冲裁力计算有X+Y=，

F冲=，F落=。最终可得X=，Y=。

三、主要模具零件的设计计算

（1）冲裁方式的确定

该零件包括落料、冲孔两个基本工序，根据排样结果可以采用以下三种工艺方案：

（1）先落料，再冲孔，采用单工序模生产；

（2）落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产；

（3）冲孔—落料连续冲压，采用连续模生产。

其中方案一的模具结构简单，但生产方式落后，效率低下，并且由于冲孔落料在不同模具上进行，精度得不到保障，只能考虑采用复合模或者级进模的生产方式。在生产批量中要求50万件/年，为大批量生产。因此需要寿命长，生产效率高的模具。并且产生的垫圈没有公差尺寸要求，普通的模具都可以完成这一工作。连续模和复合模相比模具寿命长，操作安全，容易实现机器送料和自动冲压生产，生产效率更高。对于垫圈这种中小型大批量生产的零件十分适合，所以这次垫圈模具设计采用连续模的生产。

（2）凸模的设计选择

对于连续模的冲孔-落料工序，最小冲孔落料尺寸应该大于2t，垫圈冲孔落料的直径都满足这个要求。冲裁垫圈采用圆凸模，常见形式和固定方法有带台式，直通式，铆接式，叠装式，嵌键式，压块式和插入式。考虑到垫圈冲压为大批量生产的简单级进冲压，最常用的圆台是即可满足要求。查阅国标，，典型的标准圆凸模满足设计要求。

冲孔圆凸模：由上面计算可知冲孔刃口部分直径为，根据，最终凸模尺寸如下：

其中凸模长度在垫板以及凸模固定板选取以后方可确定。可用长度为42～75mm，详细处理以及尺寸和安装办法见装配图纸。

（3）导正销的选用

对于落料圆凸模，在上面计算可知落料部分刃口直径为935

31mm，由

于是连续模的落料，所以在凸模上必须安装导正销。之前冲孔直径大于

12mm，查阅国标，在四种现有常用导正销中选用冷冲模D型导正销。根据《多工位级进模设计与制造》表5-6，导正销结构形式：与落料凸模成H7/h6配合，用螺钉连接固定。

导正销直径按下列公式计算：d=d1?2c，d1为冲孔凸模直径，2c为导正销与导正孔之间的双面间隙。查《多工位级进模设计与制造》表5-7，表5-8可得导正销与孔间双面间隙2c取，由此可得导正销的导正有效部分直径为，导正销有效导正部分的圆柱段长度h取=。查阅，最终可得导正销的尺寸如下图：

（4）落料凸模的选用：

方法与冲孔凸模的选取相同，查阅，根据落料凸模的刃口尺寸

d=935

31mm，最终可得凹模的尺寸。并且凹模和导正销的配合。

如图：

落料凹模的长度根据最终所选的垫板，凸模固定板，卸料板的厚度确定。落料凸模，冲孔凸模的长度都暂定65mm。（根据最终选择，垫板厚度8mm，凸模固定板厚度25mm，卸料板厚度16mm，导料板厚度8mm，导正销导正部分长度6mm，凹模进入深度≥1mm，凸模长度L≥8+25+

16+8+6+1=64mm，考虑到导正销和导料板的重合长度，凸模距离板料的安全长度，凸模长度定为65mm。

（5）凸模强度校核：

已知选用凸模材料为T10A，σ压=1800MPa。

压应力校核:

≤[σ压]，其中冲裁力：P=Ltτ

弯曲应力校核：

简单圆形凸模，并且无保护套和导向装置，满足公式：

L MAX≤95d2 p

冲孔：

P F =

84.98

πD24?

=715.54≤[σ压]=1800Mpa

L MAX≤D2

=95×

12.4352

√84.98

=140.125mm

落料：

P =223.17

22）4

=318.71≤[σ压]=1800Mpa

L MAX≤d2

√p

=95×

31.9352

√223.17

=2096.280mm

均满足要求，因此凸模强度可以满足冲压力所需。

（6）凹模的设计选择

1、类型确定

本次垫圈生产所用凹模为冲裁凹模。凹模常用结构有整体式凹模，嵌套式凹模，嵌件植入式凹模，拼合形孔凹模以及多段拼合凹模。在垫圈的

冲压制件过程中，工序只有冲孔落料两步，并且此垫圈结构形状简单，是小型冲压件，所需冲压力不大。根据实际情况以及加工成本，选择结构紧凑，设计和加工简单，价格低廉的整体式凹模。

2、刃口形式以及尺寸

凹模的刃口形式有直刃或者斜刃，由于有卸料板的存在，并且冲孔件的废料形式为简单圆形，为防止冲孔废料以及落料件在凹模内聚集，采用强度较高，并且刃口锋利的无圆台小角度斜刃凹模，凹模下可以开卸料孔。查《多工位级进模设计与制造》表6-6可以得到凹模尺寸。在t=3mm 时，刃口厚度h=7～12mm，斜壁角度β=3°。

3、凹模外形尺寸的确定

凹模厚度: 级进模的凹模外形都是矩形板件，由于选用的是整体凹模，所以无需选用外边固定框。矩形板件的凹模外形尺寸已经有模具标准的系列化尺寸规格，选用标准凹模后，一般不进行迁都计算。查《多工位级进模设计与制造》表6-7,根据凹模最大刃口尺寸制件料厚t=3mm，可以查出凹模厚度H=25mm，凹模壁厚c=34mm。根据经验公式H=kb，C=2H，校核可得凹模壁厚和边距满足要求。

4、凹模定位螺孔和定位销孔

螺纹孔与销孔间距与凸模刃口间距F一般情况下取F≥2d，查《多工位级进模设计与制造》表6-10知最小间距≥。d为螺纹孔，销孔直径。《多工位级进模设计与制造》表6-12，6-13，可以选用M10的螺钉以及10的销钉。

5、凹模板大小的确定

根据排样结果，凹模板的最小边距，以及螺纹孔和销钉最小距离，可以知道凹模板

最小长度L≥32.3×2+1.62+1.98×2+34×2=

最小宽度B≥32.3+1.98×2+34×2=104.24mm

查可选用凹模板规格为160×125。

最终凹模板规格如下：（详细情况见凹模零件图）。

四、其他模具主要零件的设计选择

（1）凸模固定板

原则是尽量选取大小规格和凹模板相同。查阅，得知冷冲模模板，矩形模板同样选用大小规格为160×125的钢板。厚度均为25mm。

（2）模架

冲模模架由上模座，下模座，导柱，导套组成。模架按导向方式分为滑动和滚动导向模架。滚动导向模架中导柱和导套通过滚珠滚动导向，导柱导套为过盈配合，导向精度高，对于普通垫圈冲裁成本高而且没有比要。此次垫圈冲裁选用滑动导向模架。冲模模架按导柱相对位置有对角导柱模架，后侧导柱模架，中间导柱模架，四导柱模架，这几种标准形式。对角导柱模架精度高受力平衡，适用于送料变向以及导料板会与导柱发生干涉的情况。中间导柱模架适用于人工送料并且精度不高场合。四导柱模架冲裁精度高，但制造模具精度高，成本高。冲裁件是大批量生产，送料方式单一，纵向不变，冲裁力不大，工位较少只有两步，而且选用机械送料，所以选用后侧导柱模架。根据凹凸模板的尺寸，查“冲模滑动导向模架后侧导柱模架”，最终确定模架规格为160×125，相应模座规格查阅上模座

可得上模座规格为××下模座规格为××。导柱和导套规格根据“冲模导向装置 A型导柱”以及“冲模导向装置 A型导套”最终确定导柱导套规格为

25×160，38×80×125。详细参数以及处理办法见图纸以及《中华人民共和国国标》。

（3）卸料板

根据“冷冲模模板矩形模板”，尽量选取规格和凹模大小相同的矩形模板，最终确定规格为××。详细参数以及处理办法见图纸以及《中华人民共和国国标》。

（4）垫板

根据“冷冲模模板矩形垫板”，选取原则和凹模模板以及凸模固定板的尺寸大小相同，根据条料宽度以及侧压装置的余量，确定为165×44×8。详细参数以及处理办法见图纸以及《中华人民共和国国标》。

（5）导料板

根据“冷冲模侧刃和导料装置导料板”，选取原则和卸料板相同，尽量选取规格和凹模大小相同的矩形模板，最终确定规格为165×120×8。（6）初始挡料

根据“冷冲模挡料和弹顶装置始用挡料装置”，选取的挡料装置上的挡料块厚度去～3t，t为材料厚度。最终选取挡料块规格为6×60。同时弹簧芯柱的规格为8×18，弹簧规格为0.8×8×20。如图（详细见图纸以及国标）：

（7）挡料装置

级进模对条料步距要求比较高，所以选用挡料装置或者侧刃定位。由于侧刃定位适用于高精度的薄料冲裁，此垫圈厚度t=3mm过厚，不适用侧刃，采用挡料装置。挡料装置常见的有挡料钉，活动挡料销和挡料块。其中圆形挡料钉适用于圆形之类的规则孔的挡料。查“冷冲模挡料和弹顶装置固定挡料销”，最后确定挡料钉规格小径为8，大径为12。（详细见图纸以及国标）：

（8）侧压装置

选用模具为级进模机器进料的大批量生产，侧压装置十分必要。根据“冷冲模挡料和弹顶装置弹簧侧压装置”以及“冷冲模挡料和弹顶装置弹簧芯柱”，由于导料板的宽度以及厚度限制，选定侧压装置规格为57×6。配套的螺钉为M5×35，弹簧0.8×8×20。如图（详细见图纸以及国标）：（9）模柄

模柄标准类型有旋入式，压入式，带凸缘式以及浮动式。考虑到拆装便利，垂直度要求，模具大小较小，选用旋入式模柄。由于压力机选取规格为JC23-35，其标称压力为350KN，模柄孔直径50，深度70。查“冷冲模模柄旋入式模柄”，得到模柄规格总长95mm，大径50mm，小径42mm，模柄安装压力机部分长度60mm。

圆柱销和内六角螺钉：规格分别为10和M10，长度根据实际装配选择。最终确定销上下模的长度分别为62mm和91mm，内六角螺钉螺纹长度选择第二类，上模座的内六角螺钉长度64mm，螺纹长度34mm；下模座的内六角螺钉长度92mm和32mm。

五、装配

首先确认凹凸模的强度校核，然后上下模座强度校核，最后验算闭合高度。可知最小闭合高度根据设计为175mm，最大闭合高度小于210mm，满足导柱导套的行程以及模座的闭合高度，满足要求。

（1）落料凹模和到正销的装配

（2）压力机上安装旋入式模柄，放置上模座，导柱导套，垫板，冲孔以及落料凸模，安装凸模固定板。

（3）根据安装好的导柱设置下模座的位置，用螺母螺钉将下模座固定在压力机上。

（4）在下模座上配合冲孔和落料凸模位置安装凹模垫板，凹模。

（5）在凹模上设置挡料销，初始挡料装置，侧压装置，安装导料板。（6）装配卸料板。

（7）误差检测，调试以及试运行。

装配图（主视图）（详细见图纸）：

1、模柄

2、上模座

3、垫板

4、凸模固定板

5、卸料板

6、导料板

7、凹模板

8、下模座

9、导柱 10、导套 11、落料凹模 12、冲孔凸模 13、导正销 14、开槽圆柱螺钉 15、下模座内六角圆柱头螺钉 16、下模座圆柱销17、上模座内六角圆柱头螺钉 18、上模座圆柱销 19、固定挡料销 20、初始挡料装置 21、弹簧侧压装置 22、始料挡块 23、挡块用弹簧 24、弹簧芯柱25、开槽圆柱螺钉 26、侧压用弹簧。

模具安装及维护说明

（一）模具安装

安装前，检查压力机上的上下模具安装表面的清洁干净，并检查在有无在修磨模具后遗留物防止阻碍准确安装和意外事故。

安装时，根据模具闭合高度调整压力机滑块的高度，使滑块在下止点式其底面与工作台之间规定位置，，将滑块再停于下止点，然后调节滑块的高度，使其模柄进入模柄孔，并通过滑块上的压块与螺钉将模柄固定。

安装完后，将压力机滑块上调3~5mm，开动压力机，空行程1~2次将滑块停于下止点，固定下模座，在进行试冲，逐步调整滑块所需的高度。将压力机上的卸料板调到需要的位置。

（二）模具的维护

1. 确定模具导料部分无杂物。

2. 打开压力机，空合模数次，保证正确运动和定位。

3. 模具使用时应该经常检查模具的工作台面和工作刃口，清理材料的积瘤，排除灾不正确使用过程中的废料，以免废料涨模，导致模具破裂。

4. 按设计说明书中所选的压力机安装模具在工作台面上，并正确安装模具，保证模具中心与压力机中心重合。

5. 请客户严格按照上述程序使用模具，严禁人体或异物在模具工作区间内，否则会造成人身伤害和财产损伤。

6. 存放前清洁模具，并要涂油后方可合模存放。

7. 模具应放在方木上，并保证摆放不倾斜，以保证导柱导套正确配合。

8. 建议客户每生产3000~5000件后，按以上保养方法保养模具一次，以便延长模具寿命。

9. 打开模具确认模具型面无杂物，确定导料销、挡料销的位置正确。

六、心得体会

学习了《冲压工艺学》这门课程后，我们进行了为时两周的课程设计，设计内容是：设计一个垫圈的冲裁模具。

本设计重点是在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，主要介绍冲裁件的工艺性分析、确定冲裁工艺方案、选择模具的结构形式、工艺计算、选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸、校核模具闭合高度及压力机、绘制模具总装图及零件图。

两个礼拜的课程设计，我完成了A1、A3、A4图纸各一张。通过此次课程设计，我初步学会了各种设计手册的查询以及课设过程中一些问题的处理，对所学的冲压工艺学理论知识有了更深入的认识，尤其对冲裁连续模的结构和工作原理有个进一步的理解，我相信这对我以后的工作和学习有很大的帮助。在设计过程中，运用了本学期及以前学的有关知识，逐步提高了我们的理论水平、构思能力，提高了分析问题及解决问题的能力。

本次冲压工艺课程设计得到以下结论：

一，模具设计应该尽量采用标准件以降低设计难度和加工成本；

二，对于尺寸精度要求不高且生产批量较小的弯曲件应尽量采用单工序模具加工，而当大批量生产且涉及到多道工序时要采用级进模以提高精度和缩短生产周期；

三，设计过程中遇到的计算和取值问题，尽量采用系统的数学方法计算，对于无法用数学公式计算或计算误差较大的可根据前人经验取值；

四，模具工作零件的设计和模架的选择是相辅相成的应综合考虑；