支架的模具设计(课程设计)

      改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

      导柱式冲裁模的导向比导板模的准确可靠,并能保证冲裁间隙的均匀,冲裁的工件精度较高、模具使用寿命长，而且在冲床上安装使用方便，因此导柱式冲裁模是应用最广泛的一种冲模,适合大批量生产。尤其是在我国加入WTO之后，在全球化经济竞争的市场的环境下，为生产符合“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”等要求服务的模具产品，研究、开发、改进模具生产设备与模具设计方式更具有深远的现实意义和紧迫性。

目录

1.前言……………………………………1

2.任务书…………………………………3

3.工艺分析………………………………4

4.工艺方案的确定………………………4

5.冲孔落料工作部分

   工艺设计  

  1.计算毛坯尺寸………………………5

   2.画排样图……………………………6

   3.计算冲压力…………………………8

   4.计算中心压力………………………9

   5.凸凹模刃口尺寸的计算……………9

   6.压力机的选择………………………11

   7.落料冲孔级进模部分尺寸校核……12

六.弯曲模工作部分

   工艺计算

  1.弯曲工件的毛坯尺寸计算…………14

   2.弯曲力计算…………………………15

   3.凸模与凹模的圆角半径……………15

   4.弯曲模凸凹模间隙…………………17

   5.凸、凹模工作尺寸…………………18

   6.冲压设备的选择……………………19

   7.模具的总体结构……………………20

   8.主要零部件的设计及选择…………21

   9.模具制造装配要点…………………23

八.心得与体会……………………………24

九.参考文献………………………………26

任务书

一、课题名称：支架的冲孔落料级进模设计

二、工件图：

三、设计要求：

1．绘制该工件制作所需的模具总装图。（A1图纸）

2．绘制该模具的凸模、凹模零件图一套。

3．编写完整的设计说明书。

4．将说明书装订成册，各图纸折成A4大小。

5.  3维图一张

6．将以上所有资料装于档案袋里，并在封面写上班级、名字和学号。

4、设计期限：2007年6月25日 至2007年6月29日

工艺分析

     该制件形状简单，尺寸较小，厚度适中，一般批量，属于普通冲压件，应注意以下几点：

    1）2XΦ4.5mm两孔壁距及周边距仅2.25~2.5mm，在设计模具时应加以注意

    2）制件为对称弯曲，控制回弹是关键

    3）制件较小，从安全上考虑，要采取适当的取件方式

    4）有一定的批量，应该重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命

工艺方案的确定

根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔和弯曲三种。按其先后顺序组合，可得如下方案

1.冲孔—落料—弯曲   级进模完成冲孔落料，单工序模完成弯曲

2.落料—冲孔—弯曲   单工序模分别完成落料，冲孔，弯曲

  方案2）属于单工序冲压。由于此制件生产批量较大，尺寸较小，这种方案生产率低，操作不安全，故不宜采用。

  方案1）冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14．将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证．其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导板或导柱导套进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的落料冲孔级进模进行加工.

工艺设计

1）计算毛坯尺寸  

  相对弯曲半径为

R/t=1/0.8=1.25>0.5

式中    R——弯曲半径（mm）

        T——料厚（mm）

可见，制件属于圆角半径较大的弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径p（mm）。由文献[2]中性层的位置计算公式

P=R+Xt

式中  X——由实验测定的应变中性层位移系数。

  由文献[2]表4-4应变中性层位移系数X值，查出X=0.34

P=（1+0.34×0.8）=1.272mm

  由文献[3]圆角半径较大（r>0.5t）的弯曲件毛坯长度计算公式

L=l1+l2+πα/180*（r+xt）

式中  L——毛坯展开总长度

      α——弯曲中心角（）

      x——中心层位移系数，见表4-7

由图1可知

L=2（l1+l2）+l3+4πα/180*（r+xt）

查表4-5，当r/t=1.25时，x=0.34，可得

 L=4+2×（7.95+4.4）+4×π90/180×（1+0.34×0.8）

  =28.7+7.998=36.688≈37（mm）                     图1

2）画排样图

（1）冲裁件的面积

分析零件的形状特点及精度要求，考虑采用采用直排有废料排样方式, 如图2所示.

                         图2 冲裁件

计算冲裁件的面积A

 A=36.688×9-2π r≈-（9×9-πR²）

  =36.688×9-2×3.14×2.25²-（9×9-3.14×4.5²）

  =330.192-31.7925-17.415

  =280.9845mm²

（2） 搭边值、切口宽与条料宽度的确定

   由文献[3]表3-17条料宽度公差△、表3-18侧刃裁切的条料的切口宽F，得

         F=0.5mm   △=0.15

  由文献[3]表3-16搭边值的确定，得

        a1=0.8        a=1.0

     本设计中采用侧刃定距的模具，故按下式计算：

    条料宽度              B0-△=(Dmax+2a+nb1)0-△

    导料板间的距离        A=B+Z=Dmax+2a+nb1+Z

其中查表3-1703-18得: 保证间隙Z=0.55mm,条料宽度的单向负偏差△=0.15mm。

条料宽度：B10-△=(Dmax+2a)0-△=（36.688+2*1+2*1.5）0-0.15=410-0.15

步距：S=9+0.8=9.8

导料板间的距离：A1=B+Z=Dmax+2a+Z=36.688+2*1+2*1.5+0.55=41.55mm

图3排样图

查文献[1]表4-1，选板材规格为1200mmX600mmX0.8mm，每块可剪600mmX41mm，材料剪裁利用率达99.9%

3）材料利用率计算 

  由文献[2]材料利用率通用计算公式：

        ŋ=A。/AX100%

式中  A。——得到制件的总面积（mm²）

        A——一个步距的条料面积（LXB）（mm²）

得 ŋ=280.9845/（9.6*41.55）X100%=70.44%

3）计算冲压力

（1）冲裁力F冲

                          F冲=Lt бb或F冲=KLtτ。

式中  K——系数，K=1.3

      L——冲裁周边长度（mm）

      τ。——材料的抗剪强度（MPa）

      бb——材料的抗拉强度（MPa）

得   бb=295~430（MPa）（为方便计算，取400（MPa））

          F冲=400*0.8*（2*4.5*3.14+9*3.14+2*28+2*9+5）N

            =43.3KN

   （2）卸料力

根据《冷冲压模具设计与制造》（北京航空航天大学出版社，王秀凤主编）提供的表2.10得

F卸=0.05*43300N=2165N

 (3)顶出力

根据《冷冲压模具设计与制造》（北京航空航天大学出版社，王秀凤主编）提供的表2.10得  

F顶=0.08*43300N=34N

(4)选择冲床时的总冲压力:

           F总=F冲+F卸+F顶=43300+2160+34=424N

初选压力机  查文献[2]表1-8开式双柱可倾压力机参数，型号规格为J23-25

4）计算压力中心

     因冲裁件尺寸较小，冲裁力不大，且选用了双柱导柱式模架，估计压力中心是在模架的中心，不会超出模柄端面之外，因此不必详细的计算压力中心的位置

5）计算凸、凹模尺寸：

   本制件形状简单，可按配作法加工计算刃口尺寸。

由于零件是由冲孔、落料两道工序完成的，所以落料以凹模为基准尺寸，冲孔以凸模为基准尺寸，计算如下：

1）凹模磨损后变大的尺寸（IT14）

A1（27），A2（9）A3（R4.5）

计算公式为：

查表3-8得x1=x2=x3=0.5

                                              图4

2）凸模磨损后变小尺寸

   B凸1=Φ4.5  计算公式为

由文献[3]表3-4冲裁模初始双面间隙Z得到Zmin=0.072   Zmax=0.104，落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，冲孔凹模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙值0.072mm~0.104mm。

3）侧刃尺寸：

   侧刃为标准件，根据送料步距和修边值查侧刃表，按标准取侧刃小尺寸。

由文献[4]表5-32侧面切口值尺寸得

   侧刃宽度B=6mm，  L=50mm

间隙取在凹模上，故侧刃孔尺寸为：

   B=6.12    （mm）  L=50.12（mm）

压力机的选择

根据压力机选用原则：

●在中小型冲压件生产中，主要选用开式压力机

●对于冲孔，落料等施力行程很小的冲压工序，可直接选用公称压力大于或等于冲压所需工艺力总合的压力机。

首先冲床的公称压力应大于计算出的总压力；最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合工厂实际，可称用J23-15开式双柱可倾压力机。并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。

双柱可倾压力机J23-25参数：

公称压力：250KN 

滑块行程：65mm 

最大闭合高度：270mm 

连杆调节量：55mm 

工作台尺寸（前后×左右）：370×560 

垫板尺寸（厚度）：50mm

模柄尺寸（直径×深度）：Φ40×60 

最大倾斜角度：

冲孔落料级进模部分尺寸校核

 1.冲孔落料级进模模总图

            图5装配图

2凸模外形尺寸的确定

1.凸模结构基本类型 冲裁中小型零件使用的凸模，一般都设计成整体式，本凸模采用阶梯式，固定部分采用凸缘式，固定方式采用固定板固定。

2.凸模长度    采用固定卸料板，故凸模长度应按下式计算：

                 L=h+h+h+h

式中   h——凸模固定板厚度，取50mm。

       h——固定卸料板厚度，取20mm。

       h——导料板厚度，取8mm

       h ——增加厚度，取30mm。

则，凸模长度 L=50+20+8+30=108mm

3其他主要零部件结构

   凸模固定板100×90×45mm；

下模卸料板100×90×18mm；

4闭合高度计算

   H=50+90+20+30-5=185mm, 90mm为凸模长度,-5mm是考虑

弯曲模具工作部分

工艺计算

1.弯曲工件的毛坯尺寸计算

根据原始数据可得

t =0.8  r =1 

所以r/t =1/0.8 = 1.25 >0.5

所以   根据《冷冲压工艺及模具设计》4-4  得

L= l直1 + 2(l直2 +l直3)+4l弯

L直1=6-2=4mm

L直2=9.75-1-0.8=7.95mm

L直3=8-2×0.8-2×1=4.4mm

L弯 =лα(r+xt)/180=л90(1+0.34×0.8)=1.997

所以L=4+2(7.95+4.4)4×1.997=36.688mm

 式中

     L直1 l直2 l直3 —直边区长度

     L弯—弯曲部分长度

     r—零件内弯曲半径

     α—弯曲中心角

     k— 中性层内移系数值。取0.34 

                      《冷冲压工艺及模具设计》表4-7

     t—弯曲件厚

2.弯曲力计算

弯曲力受材料力学性能，零件形状与尺寸，弯曲方式，模具结构形状与尺寸等多种因素的影响，很难用理论分析方法进行准确计算。因此，在生产中均采用经验公式估算弯曲力。

     F校= AP                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

       = 9×25.5×80MPa

        =18.36KN

式中：F校—校正弯曲力

      A—校正部分投影面积

      P—单位面积校正力  

          根据《冷冲压工艺及模具设计》表4-7 取0.34

3.凸模与凹模的圆角半径

（1）凸模圆角半径

弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模角半径rp可取弯曲件的内弯曲半径r，但不能小于允许的最小弯曲半径。如果r/t值小于最小相对弯曲半径，应先弯成较大的圆角半径，然后再用整形工序达到要求的圆角半径。当弯曲件的相对弯曲半径r/t较大且精度要求较高时凸模圆角半径应根据回弹值进行修正。

  由于影响rmin/t的因素很多，rmin/t值的理论计算公式并不实用。所以在生产中主要参考经验数据来确定rmin/t值。由《冲压工艺与模具设计》表4-1可查得：10钢最小相对弯曲半径rmin/t=0.8

（2）凹模圆角半径

凹模的圆角半径rd 不能过小，以免增加弯曲力，擦伤工件表面。对称压弯时两边凹模圆角半径rd应一致，否则毛坯会产生偏移

 rd值通常按材料厚度t来选取

t=0.8mm < 2mm 时rd=（3～6）t

  取rd=4

   （3）凹模深度

  凹模的工件深度将决定板料的进模深度，对于常见的弯曲件，弯曲时不需全部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时，才使直边全部进入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具的消耗，而且将增加压力机的工作进程，使最大弯曲力提前出现。中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出现，对压力机是很不利的。凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其精度。因此，凹模深度要适当。由《冲压工艺与模具设计》表4-12可得

L0=15    

4.弯曲模凸凹模间隙

弯曲形时，必须选择适当的凸凹模间隙。间隙过大,会造成U形件两边不半径,上宽下窄,降底工件的尺寸精度, 间隙过小,使弯曲力增大,直边壁厚变薄,容易擦伤工作表面,加速凹模的磨损,降低凹模使用寿命,弯曲凸、凹模间隙是指单边间隙。为了能顺利地进行弯曲，间隙值应梢大于板料的厚度。同时应考虑下列因素的影响，弯曲件宽度较大时，受模具制造与装配误差的影响，将加大间隙的不均匀程度，因此间隙值应取大些。宽度较小时间隙值可以取小些，硬材料则应取大些，弯曲件相对弯曲半径r/t较小时可以取大些。此外还应考虑弯曲件尺寸精度和板料厚度偏差的影响

 综上所述，对于尺寸精度高要求一般的弯曲件板料为黑色金属时，单边Z可按下式计算：

   Z= tmax +Ct

     =0.87+0.05×0.8

     =0.91

     取单边间隙为0.92mm

式中：tmax——板料最大厚度

      C——间隙系数，见表4-14

      t板厚公称值

5.凸、凹模工作尺寸

弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。一般原则是：当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上，当工件标注内行尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上，并来用配作法制模。

综上所述：  

Lp =（L+0.75△）0-δp

      =(6+0.75×0.62)0-0.018

     =6.4650-0.018（mm）

式中  Lp凸模宽度基本尺寸

      L工件横向基本尺寸

△工件横向尺寸公差

δd凸模制造偏差，一般取IT7~9级，或取工件公差的1/3、~1/4。

6.冲压设备的选择

因工件是大批量生产，精度要求不高冲裁力较小则选用通用压力机，通用机身又分开式和闭式两种，开式机身的钢性教弱，适用中小型冲压加工，而闭式机身适用于大中型冲压加工。选用开式双柱可倾压力机JA23—10

    其参数如下：

             公称压力            100KN

             滑块行程            45mm

             行程次数            145/min

             最大封闭高度        180mm

             封闭高度调节量高度  35mm

             工作台尺寸          360×240mm

             垫板厚度            35mm

             电动机功率          1.10KW

             模柄孔尺寸          φ30×55

7.模具的总体结构

模具采用中间导柱模架，模具由上模板、凸模固定板组成。卸料方式才用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导板垫板等组成。

模具结构如下图所示

1.橡胶块  2.销钉  3.导板  4.凹模 5.定位板  6.凸模固定板  7.垫板  8.螺钉  9.模柄  10.上模座 11.导套  12.凸模  13.顶件块  14.导套  15.下模座 

8.主要零部件的设计及选择

（1）凸模的固定方法

凸摸在上模的正确固定应该是既保证凸摸工作可靠和良好的稳定性，还要使凸摸在更换或修理时，拆装方便。该凸摸的固定方式选用如下图所示的固定方法。

（用螺钉固定的落料凸模）

（2）定位板的设计

     定位板的侧壁设计成平直的。定位板的内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，这样就确定了定位板的宽度。条料的宽度为9mm，凹模的宽度是70mm。则定位板的宽度为：

                    B＝9.4mm

定位板厚度：2㎜

    （3）凸模固定板

凸模固定板的外形尺寸与凹模板相同厚度为凹模板厚度的0.8～1倍，则凸模固定板厚度为：

                   H1 ＝H0×﹙0.6～0.8﹚

                     ＝20×﹙0.6～0.8﹚

                     ＝12～16㎜

取凸模固定板厚度为14㎜，直径按H7加工精度。

   （4）模柄的选择

模柄有多种型式，要根据模具的结点选用模柄的形式。模柄的直径根据所选用压力机的模柄孔径确定。本模选用模柄跟上模座为一整体结构形式。如下图所示：

  （5）连接螺钉选用开槽盘头螺钉用45钢制造并淬火硬度HRC35～40，定位销钉采用普通圆柱销。

9.模具制造装配要点

凹模板、导尺均是需要淬硬的零件。凹模加工后，在线切割和淬硬以前在模架的上模板上进行装配。在凹模上画出各个形孔和圆孔的线，并根据计算数据划出压力中心线，使压力中心与下模座的中心线对正。钻、攻螺孔，将下模座、凹模板、导尺进行装配，校正导尺间隙后，钻铰销钉孔，将上述三板固定。钻孔并安装、挡料销，安装乘料板，然后将下模全部拆开，将凹模板和导尺热处理淬硬﹙凹、模钻穿丝孔﹚后进行线切割加工用平面磨床磨平后重新装配。固定在上模板的上模部分，各凹模和凸模、垫片都应淬硬。装配前将凸模淬硬并完成全部加工。垫片在装配前不淬火。装配时将凸模压入凸模固定板，在垫片上钻孔，将外形凸模固定在垫片上，在与卸料板穿在一起。凸、凹模间隙为0.18㎜，在凹模型孔中垫0.1㎜的硬纸片，以确定间隙。将已组装为一体的凸模固定板、凸模、卸料板、垫片一同，并使凸模插入凸模孔上，将上模板同过导柱、导套与下模板装在一起。透过上模板钻、攻螺孔，打入销钉，在钻、攻螺孔，使上模板、垫片、凸模固定板固定。检查无误后，钻、铰销钉孔，打入销钉，再钻、攻螺孔，安装卸料螺钉，上模全部拆开，将垫片淬硬磨平，安装橡胶板，在次装配，完成模具装配。

    该模具个部分零件参数如下：

上模座      HT200     厚 20 mm

凸模固定板  45号钢   厚14㎜   长 70㎜  宽 70㎜

导板板      45号钢   厚 8㎜   长70㎜   宽 70㎜

定位板      45号钢   厚2㎜     长17㎜  宽9.4㎜

下模座      HT200     厚30㎜    长70㎜  宽70㎜ 

凹模        T10A0           长70㎜  宽70㎜ 

热处理HRC58~60

橡胶厚度44.5㎜   直径  30㎜

凸模 T10A0    HRC58～60

凸模修磨量为5     

模具闭合高度：

           H模＝108mm

心得与体会

    通过为期三周的模具课程设计，从选题，查阅技术文献和资料，用Proe创建模型,AutoCAD画装配图，零件工作图，到最后编写设计计算说明书，我接受到了实实在在的设计实践，进一步加强了独自完成项目设计的能力，更加熟练地掌握了查阅资料的方法。同时，我能够系统而扎实地巩固大学三年来所学的专业知识，研究课题方向，充分利用几年来所学的各种专业知识来进行问题的分析，并通过查阅各种相关文献和交流来解决问题和创新设计。这次设计是我在进入毕业设计和走上工作岗位前的一次很好的准备活动，是一次热身赛，它必将对我今后更快，更好的适应社会工作产生积极而显著的作用。

    在过去的大学时光里，我学习了大量的基础课程，也学习了许多机械类的专业课程，同时还进行了金工实习、社会实践实习两次实践课程和两次课程设计。这些课程的学习，以及社会实际操作都为我这次的课程设计课程做了很好的准备。基础课和专业课，它们为我的设计做了前提，它们是我设计的理论基础和知识基点；金工实习和社会实践实习让我深入而清楚的看到了在实际生产中机械产品的结构和工作运转情况；而两次课程设计则是和这次模具专业课程设计最接近，最有相似之处的，它们为我这次的设计的顺利进行起到了很好的铺垫作用。正是有了这三年半的学习与老师的不断教导，我才能够很好地完成本次的课程设计。

在课程设计过程中，通过老师的讲解和指导，以及通过与同学的沟通交流，我对冲裁模的设计过程有了进一步的了解。同时对于装配图绘制过程中涉及到尺寸标注、公差与配合、材料、热处理要求以及其他各项技术要求，我都进行了细致的查阅，尽管如此，对于先前所学的知识，因为没有及时的巩固提高，所以造成了不必要的设计麻烦。这点，在毕业设计期间，以及走上工作岗位都应该引起自身足够的重视。在用Proe，AutuCAD绘图过程中，因为主观上没有及时的备份好文件，客观上的一些偶然因素，导致文件加载失败，甚至文件无故被删除掉，所以反复画图，空耗时间，增加了情绪的不稳定性。这些在以后的毕业设计和工作岗位上都应该尽力去避免和克服。

     通过这次课程，我不仅从技术文献和资料身上学到了知识和技能，进一步了提高自己的计算机辅助设计设计，更重要的是，能够初步地解决在制定冲压工艺规程和设计冲模中的问题，锻炼了自己分析问题和解决问题的能力。我也感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。同时，我也初步体验到了模具设计工作中的乐趣与枯燥，简洁与繁杂，知识的深入与广博。

参考文献

  1.《冲压手册》                        北京 王孝培

  2.《冷冲模设计》                      北京 赵孟栋 

  3.《冷冲压工艺与模具设计》            浙江 张海星

  4.《模具设计指导》                    北京 史铁梁

  5.《模具标准应用手册》                北京 赵发樾

  6.《冲模图册》                        北京 李天佑

  7.《模具材料及表面处理》              北京 陈勇