冲孔落料复合模具设计

课 程 名 称:    模具CAD/CAM课程设计       

课 程 代 码:        123456                

题       目:   冲孔落料复合模具设计             

学 生 姓 名:         X X X                 

学       号:     12345676543210      

年级/专业/班:       07级模具           

学院(直属系) :   机械工程与自动化学院                   

指 导 教 师:         老师                

目 录

摘要    - 1 -

第一章    绪论    - 2 -

第一节  目的    - 2 -

第二节    设计任务    - 2 -

1. UG软件使用    - 2 -

2. 零件冲压方案    - 2 -

3. 模具结构设计    - 2 -

第三节 设计要求    - 2 -

第二章  冲压工艺设计    - 3 -

第一节  冲压件的工艺性分析及工艺方案    - 3 -

1. 冲压件的形状和尺寸    - 3 -

2. 冲压件的尺寸精度    - 3 -

3. 生产批量    - 4 -

4. 冲压工艺方案的制定    - 4 -

第二节 确定工艺方案及模具结构型式    - 4 -

1. 模具结构形式的选择    - 4 -

2. 工序与排样    - 5 -

3. 制件定位、导正方式    - 5 -

4. 卸料装置    - 6 -

5. 模架选择    - 6 -

第三节  工艺计算    - 6 -

1. 毛坯的展开尺寸计算    - 6 -

2. 凸模、凹模刃口尺寸的计算    - 6 -

3. 冲裁力计算    - 9 -

4.压力机公称压力的选取    - 9 -

5.压力中心计算    - 10 -

第三节 模具零件及结构的详细设计    - 10 -

1.标准件的选取    - 10 -

2.模具工作零部件详细设计    - 11 -

（1）、凹模    - 11 -

第四节 模具结构的装配    - 16 -

1.模具装配二维工程图    - 16 -

2.模具装配过程    - 17 -

3.模具装配结构    - 18 -

4.模具爆炸图    - 18 -

小 结    - 19 -

参考文献    - 20 -

摘要

随着模具的迅速发展，在现代工业生产中，模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺设备，为了扩展在学生在冲压落料复合模具方面的知识，为了适应社会的要求，学校教学环节中，模具CAD/CAM课程设计是不可缺少的一部分，这次课程设计是在学习完冲模、模具制造以及CAD/CAM等课程的基础上进行的，是对学生综合能力的考核，是对学生所学知识的综合运用，也是对学生所学知识的回顾与检查。通过实例，分析了的冲压工艺方案，并根据零件形状和类型，制定合理的冲压落料复合模具，阐述了模具结构特点及工作过程，最后提出了模具设计应该注意的问题。

关键词：冲模    冲压工艺    模具设计

第一章绪论

第一节  目的

课程设计是重要的实践环节之一，它将理论联系实际，用所学知识在实践中进行融会贯通，培养调查研究、分析问题和解决问题的能力，培养学生工作以及创新能力，为今后的学习工作打下坚实的基础。

第二节设计任务

1. UG软件使用

   熟悉UG软件在二维设计、实体造型和装配方面的应用。

2. 零件冲压方案

   1）分析零件的冲压工艺性。

   2）排样图设计。

3. 模具结构设计

   1）模具的二维工程图设计。

   2) 模具零件的三维设计及模具三维装配。

第三节 设计要求

1.设计必须由学生本人完成。

2.完成设计说明书一份。

第二章  冲压工艺设计

第一节  冲压件的工艺性分析及工艺方案

1. 冲压件的形状和尺寸

材    料：C20 steel

材料厚度：1.5mm

零件简图：如下图所示

  此工件既又冲孔，又有落料两个工序。材料为 C20 steel，厚度t=1.5mm，具有良好的冲裁性能，适合冲裁。工件结构相对简单且对称，有两个直径为Ф5的两个圆孔，一个边长为10mm正方形孔。孔与边缘的最小距离为2.5mm，满足冲裁的加工要求。

2. 冲压件的尺寸精度

零件图上的尺寸示标注公差，冲裁件的精度按IT13确定，冲模制造精度按IT6～IT7确定。

3. 生产批量

生产批量：大批量

4. 冲压工艺方案的制定

1）方案种类

根据制件工艺性分析，要加工此零件，分析出以下两种方案。

方案一：复合冲裁模方案    一次性实现落料和冲孔，一次性完成零件的生产。

方案二：落料 —— 冲孔    单工序完成落料，然后一次性冲两个圆孔和一个方形孔。

  2）方案比较

  方案二属于单工序冲压。模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，成本相对较高，生产率低。第一道工序完成之后，进入第二道工序，必然会加大误差，使工序质量和精度会较差，达不到所需要的要求，不易满足生产的要求。再加之此制件生产批量大，尺寸较小，这种方案生产率低，一般不宜采用。

    方案一为复合冲裁模，在同一部位同时完成了零件的生产，对于这种大批量生产零件，大大的提高了生产效率。故选用方案二。

第二节 确定工艺方案及模具结构型式

1. 模具结构形式的选择

 在冲压方案的制定中，已经选定用复合冲裁模。复合冲裁模

   板料定位方式：因为该模具采用的是，控制条料的卷进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用挡料销来定步距。

   卸料、出件方式的选择：根据模具冲裁的运动特点，该模具采用弹性卸料方式比较好。采用推件块，利用模具的开模力来推工件，既安全有可靠。即采用刚性装置取出工件。

2. 工序与排样

根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可能做到，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，

  1）搭边设计

  板料厚度t=1.5mm, 工件边长L>50mm, 所以a=1.8mm, a=2mm。

送料步距A=31.8mm, 条料宽度B=94mm。

 2）排样布局

材料利用率计算：

    S=1539.27mm

    =×100%=×100%=×100%

    =51.49%

式中，—材料利用率；

    S—工件的实际面积；

    S—所用材料面积，包括工件面积与废料面积；

    A—步距（相邻两个制件对应点的距离）

    B—条料宽度。

3. 制件定位、导正方式

   用导料销和挡料销来导正条料的进给。

4. 卸料装置

    采用弹性卸料装置。

5. 模架选择

后侧导柱模架。

第三节  工艺计算

1. 毛坯的展开尺寸计算

利用CAD计算毛坯的周长和面积。

周长C=231.42mm

面积S=1539.27mm

2. 凸模、凹模刃口尺寸的计算

外形由落料获得，2×ф5及方形孔由冲孔获得，所以落料以凹模为基准尺寸，冲孔以凸模为基准尺寸，冲孔以凸模为基准尺寸计算如下：

（1）、冲孔（2×ф5）

查表得     2C=0.21mm    2C=0.25mm ,则

      2C-2C=0.25mm-0.21mm=0.04mm

由表查得：ф5为IT13级，取x=0.75，凸模和凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则

d=(d+xΔ) =（5+0.75×0.18）mm=5.135mm

d=(d+2C)=（5.135+0.21）mm=5.345mm

校核： +2C-2C

    0.008+0.0120.25-0.21    0.02<0.04

故满足间隙公差条件。

 冲孔（方形孔）

查表得        2C=0.21mm        2C=0.25mm ,则

    2C-2C=0.25mm-0.21mm=0.04mm

由表查得：边长公差10为IT13级，取x=0.75，凸模和凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则

d=(d+xΔ) =（10+0.75×0.22）mm=10.165mm

d=(d+2C)=（10.165+0.21）mm=10.375mm

校核： +2C-2C

    0.009+0.0150.25-0.21    0.024<0.04

故满足间隙公差条件。

（2）、落料(外形)

    冲裁件外形属落料件，选凹模为设计基准件，按配制加工方法，只需计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模的实际按间隙需要配制。

    a.冲裁件

b.凹模轮廓磨损图

1、根据图所示，凹模磨损后变大的尺寸有A (90)，A (40)，A (10)，A (5)

刃口尺寸计算公式：A=(A-x)

查表：对于以上要计算的尺寸，其磨损系数均为x=0.5

A=(90-0.5×0.54) mm=.73mm

A=(40-0.5×0.39) mm=39.81mm

A=(10-0.5×0.22) mm=9.mm

A= A/2=4.95mm

2、根据图所示，凹模磨损后不变的尺寸有C (25), C（10)，刃口尺寸计算公式：C=(C+0.5)0.125

C=（25-0.33+0.5×0.33）0.125×0.33㎜=24.840.041㎜

C=（10-0.22+0.5×0.22）0.125×0.22㎜=9.0.028㎜

凸模刃口尺寸确定，查表，冲裁合理间隙 2C=0.21mm    ，2C=0.25mm，有凸模刃口尺寸按凹模相应部位的尺寸配制，保证双面最小间隙为2C=0.21mm。

故相应位置凸模尺寸为：

A=.52mm

A=39.6mm

A =9.68mm

A=4.74mm

C=24.630.041㎜

C=9.680.028㎜

3. 冲裁力计算

计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机，设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需要。

冲裁力    F=Kt L=1.3×1.5×231.42×300KN=135.38KN

卸料力    F=K F=0.05×111.3 KN=6.78KN

顶件力    F=K F=0.06×111.3 KN=8.12KN

冲压力    P= F+F+F=135.38KN +6.78 KN+8.12 KN=150.38 KN

式中：—材料搞剪强度，MP    查表得=280～400 MP，取=300MP；

    L—冲裁週总长，通过软件直接算得L=231.42mm；

    K—是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙的波动、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3；

    K—卸料力系数，其值为0.02～0.06，薄料取大值，厚料取小值，取0.05；

    K—顶件力系数，其值为0.04～0.08，薄料取大值，厚料取小值，取0.06

4.压力机公称压力的选取

冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时各工艺力的总和F。

F= F+F+F=135.38KN +6.78 KN+8.12 KN=150.38 KN

所以，F=150.38 KN

因此压力机可以选取160 KN吨位的压力机。

型号：J23-16

5.压力中心计算

模具压力中心是指冲压时诸冲压力全力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模压力中心与压力机滑块的中心生命。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

此工件为中心对称工件，可取压力中心为工件中心。

第三节 模具零件及结构的详细设计

1.标准件的选取

(1)、模座的选用：凹模厚度    H=Kb=0.42×90=37.8㎜

    凹模壁厚    c=(1.5～2)H=56.7～75.6㎜

取H=40㎜    c=60mm

   A=D+2c=90+60×2=210mm

   B=D+2c=30+60×2=150mm

 取， A=250mm    B=160mm

故模架选取：凹模周界L=250 B=160 闭合高度H=220～265mm的后侧导柱模架。上模座250×160×50   下模座250×160×60 GB/T2855.5

（2）、模柄采用凸缘式模柄  D40×91 JB/T 76.3

（3）、凸模固定板  250×160×20   45钢JB/T 76.3

（4）、卸料板   h=6.5   H=10.5

（5）、垫板  250×160×10  45钢JB/T 73.3

（6）、挡料销 6

（7）、圆柱销  10

（8）、卸料螺钉用M8，凸凹模固定用M12，凹模固定也用M12，模柄固定用M8

2.模具工作零部件详细设计

（1）、凹模

（2）、凸模

（3）、凸凹模

（4）、上模座

（5）、下模座

第四节 模具结构的装配

1.模具装配二维工程图

2.模具装配过程

3.模具装配结构

4.模具爆炸图

小 结

通过这次模具CAD/CAM课程设计，我深深体会到了学习知识的重要性。通过这次实践，我对冲压模的理论知识有了更深的理解，在设计的过程中翻阅了大量的参考书及手册，让我对一些参数有一个新的认识。通过参考一些别人的设计作品和查阅资料，吸取其中的精华，去除糟粕，自己也可以学会许多东西。

这次课程设计，也让我对以前学过的制图软件有了加深，比如CAD和UG,以前根本不懂模具的装配过程和爆炸方法，现在通过CAD/CAM课程设计，重新学到了很多知识，受益颇深。也让我以后在工作中打下了良好的基础。通过这次课程设计，让我知道，模具的设计和制造只有理论知识是不行的，任何模具的设计都要有一定的实际经验才可以设计出更合理的模具。所以，在今后的学习和工作中，我更应该保持严谨的态度去学习，去工作，争取成为一名优秀的模具设计人员，为模具行业的发展贡献自己的一份力量。

参考文献

［1］成虹.冲压工艺与模具设计（第二版）.高等教育出版社.2006.

［2］高军、李熹平.冲压模具标准件选用与设计指南.化学工业出版社.2007

［3］朱立义.冷冲压工艺与模具设计.重庆大学出版社.2006

［4］邓志平.机械制造技术基础.西南交通大学出版社.2005

［5］郝滨海.冲压模具简明设计手册.化学工业出版社.2005

［6］陈剑鹤.冷冲压模具设计图册.清华大学出版社.2007