冲压模具设计任务书

精密冲压模具设计与制造

课程设计题目硅钢片的冲压模设计

班级241020

学生姓名李波

学号24102018

小组成员王福兴张江刘伟薛范征

指导教师王海平

淮安信息职业技术学院

二〇一二年六月

摘要

山字形硅钢片是变压器进行能源转换的重要部件，在工业上用量巨大。硅钢片的表面精度和粗糙度大小将直接影响变压器的能源转化效率，因此，如何做到大量、高精度、高效的生产山字形硅钢片，一直以来都是机械工作者的目标。

本次设计的任务是针对要加工的零件设计一副模具来实现工件的大批量、高效生产。在设计之前，先进行相关资料的收集与查阅，为之后的设计做好充分的准备。在设计过程中，首先进行山字形硅钢片的工艺分析，由此确定冲压的工艺方案；接下来对模具进行总体结构设计，这包括模具的类型、定位方式、出件方式、卸料方式等的选择；然后进行相关的工艺计算（包括材料利用率的计算、冲裁力的计算、工作零件尺寸的计算等），并以此为依据初选压力机；接着完成模具的其它零部件的设计，主要包括凹模、凸模、凸凹模的设计；紧固件及定位件的选择；卸料与出料零件的设计；模架及其它零部件的选用，最后完成模具材料的选用及模具的装配与调试。

关键词：山字形硅钢片；冲孔；落料；复合模

目录

1 冲裁件工艺分析 (1)

1.1 工艺性分析 (1)

1.2 冲压工艺方案的确定 (2)

1.3 冲模结构的确定 (3)

2 工艺尺寸计算 (4)

2.1 排样设计.......................................................4.

2.1.1 排样方法的确定 (5)

2.1.2 确定搭边值 (6)

2.1.3 确定条料步距 (7)

2.1.4 条料的利用率 (7)

2.1.5 画出排样图 (7)

2.2 各部分工艺力计算 (7)

2.3 压力机公称压力的确定 (8)

2.4 压力中心的计算 (8)

2.5 刃口尺寸的计算 (9)

3 模具总体结构设计 (10)

3.1 模具类型的选择 (10)

3.2 定位方式的选择 (11)

3.3 卸料方式的选择 (12)

3.4 导柱、导套位置的确定 (13)

4 主要零部件的设计 (11)

4.1 工作零部件的结构设计 (14)

4.2 定位零件的设计 (15)

5 模具闭合高度的校核 (16)

6 模具总装图以及零件图(另附图纸)

7 模具零件加工工艺 (18)

7.1 冲压工艺过程卡 (19)

8 参考文献 (20)

1、冲裁件工艺性分析

1.1 工艺性分析

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产效率有很大影响，在一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。良好的冲压工艺性能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。本工件工艺分析如下：

此山字形硅钢片形状相对简单，在平面内的一个方向呈轴对称性。有4 个直径相等的内孔，无过度的圆角，孔边距较小。材料为D41、厚度为1mm的碳素钢，具有良好的冲压性能，厚度适中，平直度要求较高，适合冲裁。此工件满足冲裁的加工要求，工件的尺寸落料按IT9级，冲孔按IT9级计算，尺度精度一般，普通冲裁完全满足要求。

1.2 冲压工艺方案的确定

1.方案种类

该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种方案：

方案一：先落料后冲孔，采用单工序模生产；

方案二：冲孔—落料连续冲裁，采用级进模生产。

方案三：落料—冲孔复合冲裁，采用复合模生产；

2.方案的比较

各方案的特点及比较如下。

方案一：模具结构简单，制造方便，但需要两道工序、两副模具，成本相对较高，生产效率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产的需要。故而不选此方案。

方案二：级进模试是一种多工位、效率高的加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高，一般适用于大批量、小型冲裁件。而本工尺寸较大，采用此方案，势必会增大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。

方案三：只需一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。故本方案用先冲孔后落料的方法。

3.方案的确定

综上所述，本套模具采用落料冲孔复合模

1.3 模具结构形式的确定

从前面的工艺分析知，本设计采用复合模。复合模分为正装式和倒装式，正装式冲出的工件表面平直，凸凹模承受的张力较小，但工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，一次冲裁后必须加以清除后才能进行下一次冲裁，操作不便。倒装式废料排出方便，操作容易，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力大。结合实际情况，此工件表面积较大，又有三个细长的悬臂，如用倒装式复合模不能保证工件的平直度要求，另外工件精度要求也较高，所以决定采用正装式复合模。毛胚为条料，因此拟采用纵向和横向定位同时采用弹性卸料和刚性出件方式。

2、工艺尺寸计算

2.1 排样设计

2.1.1 排样方法的确定。根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用直排法，粗画排样图如下图所示。

2.1.2 确定搭边值。

查表2-2，取最小搭边值：工件间a1=1.5，侧面a=1.8。

考虑到工件的尺寸比较大，在冲压过程中须在两边设置压边值，则应取a=2。

2.1.3 确定条料步距。步距为26.5mm，宽度为50+2+2=54（mm）。

2.1.4 条料的利用率。

η= （S工／S总）×100% = [2×（1010-16∏）／（53×54)]×100%

=67.07%

2.1.5 画出排样图。如下图

2.2各部分工艺力计算

（1）、冲裁力F。

查表，取材料D41的抗剪强度τb=549MPa，由F≈Ltτb。

已知：

L=50×2+15×2+10×6+π×2×4=215.12 mm

所以F=215.12×1×549≈118KN

（2）、卸料力Fｘ。

Fｘ= KｘF=0.045×118=5.31 KN

（3）、推件力FT。

由FT=nKTF，查表得n=10，KT=0.055

则FT=nKTF=10×0.055×118=64.9 KN

（4）、顶件力FD。

由FD=KDF，查表知KD=0.05

则FD=KDF=0.06×118=7.08 KN

2.3 压力机公称压力的确定。

总冲压力是各种冲压工艺的总和，根据不同的模具结构计算，由于本模具是弹性卸料装置和上出件方式的冲裁模，则：

FZ= F+Fｘ+FD=130.39（KN）

根据以上计算结果，冲压设备拟选为：J23-25。

2.4 压力中心的计算

（1）、按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置，并确定坐标系，标注各段压力中心坐标点，如图所示。

（2）、画出坐标轴X、Y

（3）、分别计算出各段压力中心和各段压力中心坐标值，并标注，冲裁直线时，其压力中心位于各段直线的中心。

（4）、分别计算出凸模刃口轮廓的周长。 冲裁压力中心计算数据如表所示的压力中心数据表。

压力中心数据表

各段

基本要素长

度L/mm

中心坐标

冲裁力F/N

备注

x

y

A L1=25 0 12.5 F1=13725 冲裁力计算公式F=Lt τb Τb 为材料的抗拉强度，查表得 τb=549MPa

T 为材料的厚度，t=1mm

B L2=10 10 20 F2=5490

C L3=10 22 20 F3=5490

D L4=10 28 20 F4=5490

E L5=10 40 20 F5=5490

F L6=25

50

12.5

F6=13725

根据力学原理，分力对某轴的力矩等于各分力对同轴力矩的代数和，则可求得压力中心坐标（X0，Y0）。

Yo= (F1Y1+F2Y2+…+FnYn)／(F1+F2+…Fn); 得Yo=15.8

由于X 轴方向的图是对称的，及X 轴取中点即可，X=25. 综上所述，冲裁力的压力中心坐标为（25 ， 15.8）。 2.5 刃口的计算

（1）加工方法的确定。结合模具及工件的形状特点，此模具制造宜采用配作法。落料时，先将凹模设计为基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求配做；冲孔时，则只需要在配作时保证最小双面合理间隙值Zmin=0.01.

凹凸模刃口尺寸由凸模配作尺寸结合完成。

（2）采用配作法，先判断各个尺寸在模具磨损后的变化，分3种情况，分别统计如下。

第一种尺寸（增大）：50，15，6，16，4

第二种尺寸（变小）：30，2

第三种尺寸（不变）：26，40

（3）工作零件刃口尺寸计算如下表

尺寸分类尺寸转换计算公式结果

第一类尺寸50 50-00.062

Aj=(Amax-xΔ)+

0Δ/4

49.938+00.0155 15 15-00.04314.957+00.01075 6 6-00.03 5.97+00.0075 16 16-00.04315.957+0.01075 4 4-00.030 3.97+0.0075

第二类尺寸

30 30+00.052Bj(Bmin+xΔ)- 0Δ

/430-00.013

2 2+00.025 2.025-00.01625

第三类尺寸

26 26±0.052 Cj=(Cmin +Δ/2)

±Δ/8 25.974±0.0 06

40 40±0.062 39.411±0.007

3 模具总体结构设计

3.1 模具类型的选择

由冲压工艺分析，此工件表面积较大，又有三个细长悬臂，若选用倒装式复合模，不能保证工件平直度要求，另外工件精度要求较高，所以决定采用正装式复合模。

3.2 定位方式的选择

为了保证模具正常工作和冲出合格的冲裁件，必须保证胚料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置，即必须定位。条料在模具送料平面中有两个方向的限位：一是在与送料方向垂直的方向上限位；二是在送料方向上的限位。本设计胚料为条料所以需在两个方向定位。

3.3 卸料方式的选择

常见的卸料装置有刚性卸料板和弹性卸料板。前者是刚性结构，主要起卸料作用，卸料力大，适用于冲材料厚度大于0.8mm 的模具，后者是弹性结构，兼有压料和卸料两个作用，其卸料力的大小决定于所选用的弹性元件，主要用于冲制薄料和要求制件平整的冲模中。本设计要求冲压后的工件要平整，因此选取弹性卸料板。

3.4 导柱、导套位置的确定

为了提高模具的使用寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模具，该复合模采用中间导柱模架。

4 主要零部件的设计

4.1 工作零部件的结构设计

(1) 凹模的结构有整体式和镶拼式，根据工件的形状特点，本设计采用镶拼式，容易对模具进行加工，安装，后期维护。凹模尺寸计算如下：

1、凹模厚度：H=kb=0.35×50=17.5 mm

2、凹模壁厚：C=（1.5～2）H=26.25～35 mm

取凹模壁厚C=30 mm

3、凹模宽度：B=b+2c=25+2×30=85 mm

4、凹模长度：L=50+2×30=110 mm

根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚的强度的前提下，取凹模长度为120mm。宽

度为95mm，所以凹模轮廓尺寸为120mm×95mm×30mm。

（2）冲孔凸模。根据零件图：工件中的4个孔大小相等。因此需要设计凸模。为了方便固定，都采用阶梯式，长度为L=30+25+1=56（mm）

（3）凸凹模。当采用正装复合膜时，凸凹模尺寸计算如下：

H凸凹=h1+h2+t=10+25+1=36 mm

式中：h1-卸料版厚度，取10mm

h2-凸凹模固定板厚度，取25mm

t-材料的厚度，取1mm

因凸凹模为模具设计中的配作件，所以保证与冲孔凸模和落料凹模的双边合理间隙Zmin。

4.2 定位零件的设计

（1）卸料版的设计

弹性卸料板工作空间敞开，操作方便，生产效率高，在冲压前对毛胚有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸料，但卸料力较小。本设计中工件的料厚较薄，平直度要求较高，因此选用弹性卸料板。卸料板外形形状为长方形，厚度H取10mm，长和宽视计算情况而定，但应尽量减小材料的浪费。

（2）卸料螺钉的选用

本次设计中采用弹性卸料装置，弹性元件有弹性橡胶和弹簧，考虑到卸料力的大小和卸料板行程的大小本设计决定采用圆柱形弹簧作为卸料力的来源。卸料弹簧一般需卸料螺钉固定。卸料螺钉的种类有很多，本次设计选用圆柱头开槽卸料螺钉，根据卸料弹簧的个数和长度，卸料螺钉的个数和大小应为8 个M8 的螺钉，长度为75mm。

（3）模架的选择

模架的种类有多种，如对角导柱模架、四角导柱模架、中间导柱模架等。本设计模架选

用中间导柱模架，导向装置安装在模架的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。由标准（GB/T2851.5-1990）中选取，从而确定以下材料和尺寸：

模架材料选取铸铁HT200；

模架上模板的长度为315mm、宽度200mm、厚度45mm；

下模板的长度为315mm、宽度200mm、厚度55mm。

5 模具闭合高度的校核

上模座厚度H上取45mm，下模座厚度H下取55mm，上垫板厚度H垫取10mm，则该模具的最大闭合高度H闭为：

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h=45+55+10+56+36-10=192（mm）式中：L-凸模高度，mm

H-凸凹模高度，mm

h-凸模冲裁后进入凸凹模的深度，mm

可见，该模具的闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度270mm，因此该压力机可以满足使用要求。

6模具总装图以及零件图（另附）

7 模具加工工艺过程

7.1冲压工艺过程卡片

工序

号工序名称工序内容工序图设备规格

模具的

形式

检验要求

1 下料剪板剪床

后侧导

柱模架按草图检验

2 冲孔落料冲4个直径为2

的圆孔外形落

料

J23-25 按草图检验

3 检验

按产品零件图

检验

按零件图检验

8 参考文献

（1）、刘建超冲压模具设计与制造；北京：高等教育出版社。

（2）、刘朝福模具设计实训指导书；北京：清华大学出版社。

（3）、张锦萍模具结构的识图：北京：化学工业出版社。

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