工件冲压模具设计含全套CAD图纸pdf

  L 型工件冲压模具设计（含全套 CAD 图纸） 全套设计（图纸）Q 401339828 说明书 设计题目： L型工件冲压模具设计 专业年级： 机械设计制造及其自动化 2011级 学 号： 姓 名： 指导教师、职称： 2015 年 05 月 27 日 全套设计（图纸）Q 401339828 目录 摘要 I Abstract II 1 引言 - 1 - 1.1 本设计的目的与意义 - 1 - 1.2 冲压模具在国内外发展概况及存在问题 - 1 - 1.3 课题应解决的主体问题、指导思想和应达到的技术方面的要求 - 2 - 2 产品的结构分析和构成 - 3 - 2.1 产品设计 - 3 - 2.2 制作图及产品基本要求 - 3 - 2.3 冲裁件的工艺分析 - 4 - 2.4 确定工艺方案 - 5 - 3.计算冲裁力、压力中心和选用压力机 - 6 - 3.1 排样方式的确定及材料利用率的计算 - 6 - 3.2 计算冲裁力、卸料力 - 7 - 3.3 压力机的选用 - 8 - 3.4 确定模具压力中心 - 9 - 3.5 冲裁模间隙与凸凹模刃口尺寸及公差的计算 - 10 - 4.设计需要的模具 - 13 - 4.1 确定模具的结构 - 13 - 4.2 橡胶的选用 - 14 - 4.3 模柄的尺寸选用 - 16 - 4.4 凸模的外观尺寸 - 17 - 4.5 凸模强度校核 - 18 - 4.6 落料凹模尺寸的计算 - 18 - 4.7 定位零件 - 19 - 全套设计（图纸）Q 401339828 4.8 卸料装置 - 19 - 4.9 模具的闭合高度 - 19 - 结束语 - 20 - 参考文献 - 21 - 致谢 - 23 - 全套设计（图纸）Q 401339828 全套设计（图纸）Q 401339828 摘要 本设计压模进行了冲孔、落料级进模的设计。文中简要概述了冲具目前的发展状 况和趋势。对产品做了详细工艺分析和工艺方案的确定。按照冲压模具设计的一般 步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、 凸凹模、卸料板、挡料销。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。设计中对工 作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。如此设计出的结构可确保模具工作运 行可靠和冲压产品大批量生产的需要。 关键词：冲孔 落料 模具 复合模 冲压 I 全套设计（图纸）Q 401339828 II 全套设计（图纸）Q 401339828 Abstract The design of the punching and blanking multiple modulus design. This paper briefly outlined the Stamping Die current development status and trends. The product of a detailed analysis and the identification process. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the sets on the main mold parts, such as : punch and die, Punch plate, plate, Die plate and dum plates I. feet behind the salesand marketing is. Die-standard model planes, to choose a suitable stamping equipment. So the structure is designed to ensure reliable operation of die stamping products and mass production requirements. Key words : Punching Drawing Blanking Mould & Die Progressive Die Stamping II 全套设计（图纸）Q 401339828 1 引言 1.1 本设计的目的与意义 随着制造业的加快速度进行发展，将我国由“制造业大国”转变为“制造业强国”的呼声 慢慢的升高。要实现这个大的转变，一定离不开冲压技术的改进提升。因为在发达国家， 冲压产品的数量远高于传统机床生产的产品数量，还可以用冲压产品在机器中所 占的比例来衡量一个国家制造业的发展水平。 冲压获得的产品一般无需进行切削加工，所以是一种节约能源的无（少）切削加 工方法。相当多的工业部门慢慢的变多地采用冲压加工零部件，如航空航天、机械制造、 医疗、仪器仪表等行业。可以说，如果不采用冲压工艺，，许多部门要提高生产率、 提高质量、减少相关成本简直是难以实现的。冲压生产便于实现自动化，生产率高，将来 定会慢慢的受到重视！ 本次模具设计是以 08 钢为坯料的复合冲裁模。本套模具结构紧密相连，制造精度一 班，零件是 L 型工件（大孔孔径 20mm,小孔孔径 10mm，中孔孔径 15mm）,其圆角半径 17.5mm。主要制造工艺过程是落料、冲孔、切边四大工序，最终生产出需要的工件。 通过本次设计，锻炼了设计冲压件的工艺过程和很复杂的冲模的能力；锻炼了运用 已学基础知识，分析和解决生产中常见的产品质量、工艺以及模具方面的问题的能力； 了解了冲压成型新工艺、新模具及其发展趋势。这次设计是对之前所学知识的一次综 合运用和考验。相信本次设计对以后自己从事冲压工艺与模具设计有很大的帮助。 1.2 冲压模具在国内外发展概况及存在问题 由于我国的模具行业起步较晚，，与国外相比，仍然有很大的差距，如产需矛盾、 企业结构不合理、产品水平低下等。此外模具行业的整体装备水平也存在相对落后、 利用率低下的现象。 随着近年来我国模具行业的加快速度进行发展，已经取得一些突破，如模具的加工方法迅 速现代化、代表冲压生产新趋势的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS） 在我国也已开始使用、一些国内企业已经普及二位 CAD、并陆续开始使用 UG 、 Pro/Engin r、Euclid-IS 等国际通用软件。 当前模具结构与精度朝着两个方面发展。一方面为实现大批量自动化生产的需 要，冲模正向多工位、多用途、高效方向发展；另一方面，为了适应市场的需求跟上 时代潮流，现在产品更新换代慢慢的变快，各种快速成型方法和经济模具的设计和加工 制造得以加快速度进行发展。 随时代的进步，模具的设计与制造也更加现代化。我国不但能够消化、应用国 - 1 - 全套设计（图纸）Q 401339828 外的有关软件，一些企业甚至开始自行研发模具 CAD/CAE/CAM 软件。 总之，为越来越好的与国际接轨，我们该着力发展以下几个方面 (1)全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 （2 高速铣削加工 (3)模具扫描及数字化系统 （4)提高模具标准化程度 (5)模具自动加工系统 整合各种资源，最大限度是实现多目标全局综合优化。优化将从单一的成形环节 向整个生产制造全过程发展 (6)重视复合化成形技术的发展 存在的问题：我国冲压模具在数量，质量，技术和研发能力方面与国民经济发展 需求和发达国家相比仍有很大的差距。一些关键核心技术仍然要靠从国外进口，同时还 面临外国技术垄断的尴尬局面。 1.3 课题应解决的主体问题、指导思想和应达到的技术要求 本次课题设计来自于实际的生产和生活，具备极其重大的现实意义和应用价值。综合 运用所学基础知识和技能，能够熟悉模具开发、设计的思路和过程，提高搜索信息和 查阅资料的能力，有利于养成独立思考的习惯，提高分析和解决实际问题的能力，检验一 段时期来的学习效果，提高理论联系实际的能力，为进入社会大家坚实的基础。 基础要求和主要内容：零件所用的材料是 08 钢。用到的冲压工序有落料、冲孔 和切边。大批量生产；根据要求设计合适的模具，以此来提高产品质量、生产率和经济 效益。装配图 0 号图纸一张以及所有非标准件的零件图。 根据工艺分析选定模具种类，确定模具结构型式；确定模具的压力中心；确定模 具闭合高度；凸、凹模和垫板等零件的强度计算。 处理问题：选择正真适合的模具结构类型，解决各工序刃口的设计。 - 2 - 全套设计（图纸）Q 401339828 2 产品的结构分析和构成 2.1 产品设计 产品外观图如下 2-1 所示 图2-1 零件图 2.2 制作图及产品基本要求 该产品名为 L 型工件；其产品所用材料为 08 钢；为大批量生产；所用材料厚 度为 2mm 工件尺寸如下图所示 : - 3 - 全套设计（图纸）Q 401339828 产品整体要求光滑，所以在工艺流程中不产生裂痕或起皱。表面粗糙度 Ra12.5。标 注尺寸公差去 IT14 级精度。 2.3 冲裁件的工艺分析 L 型工件所用的材料为 08 刚，标准:GB/T 699-1988 材料特性及应用限制范围：08 刚为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而塑性和任性 极高，拥有非常良好的深冲、拉延等加工性能、焊接性能。 其力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：≥295 屈服强度σs (MPa)：≥175 伸长率 δ5 (％)：≥30 断面 断面收缩率 ψ (％)：≥60 硬度：未热处理131HB 符合冲裁要求。由于工件相对简单，只有落料、冲孔两个工序。将其外形视为落 料需要冲的孔只有如图的四个。未标注尺寸公差为默认公差 IT14，尺寸精度要求较 低，普通冲裁即可满足规定的要求。 - 4 - 全套设计（图纸）Q 401339828 2.4 确定工艺方案 该工件的加工工程包括落料、冲孔两个基本工序，能够应用如下三种工艺方案： 方案一：采用单工序模 方案二：采用级进模 方案三：采用复合膜 单工序模的分析：单工序模只有一个工位，在冲床的一次行程中，只能完成一种 冲压基本工序的冲模。工件为大批量生产若用单工序模效率低下，所以不宜用单工序 模。另外单工序模精度不太高，也达不到生产规格要求，由这样来看采用级进模或复合膜。 级进模的分析：是一种工位多、效率高的冲模。整个冲件的成形是在连续过程中 逐步完成的。但是由于本次 L 型工件需要冲的孔较多，且是在几个不同的位置，所以 要好控制冲裁孔与外形相对位置精度就需要严控送料步距，为此常用两种不同的 类型：侧刃定距的弹压导板级进模和用导正销定位的级进模。从总的来看级进模需要 多个工位没有复合模效率高，而且级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本比较高。 复合模的分析：是在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道分 离工序的模具。它不存在定位时的定位误差。优点是：生产率高，不受送料误差的影 响，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度较高，冲模的轮廓尺寸较小，适合应用于大 批量、高精度生产。复合模有正装和倒装两种类型，各有自己的优点和缺点。正装复 合模适于冲制工件上孔与外观尺寸较小的工件，对于料厚较小的薄件能达到平整要 求，尺寸精度较高。倒装复合模冲孔废料在凸凹模上有积累，要安设自动拨料装置。 有必要注意一下的是凸凹模壁厚太薄会导致凸凹模分裂，所以能采用正装复合模来提高凸 凹模强度。 经过以上分析比较工件的冲压选用正装复合模。 - 5 - 全套设计（图纸）Q 401339828 3.计算冲裁力、压力中心和选用压力机 3.1 排样方式的确定及材料利用率的计算 a 根据 t=1.5mm，可以得知搭边值为 a=1.8， =2.0。 1 一个步距内的材料利用率为： 式中： A——一个步距内冲件的面积 B——条料宽度 S——一个步距内条料的面积 一张条料的材料利用率为： 式中： n——一张板料上冲件总数目（mm） A——冲裁件面积（mm） B——条料宽度（mm） L——板材长度（mm） 设计冲压模具时，先要设计条料排样图，从工件形状等因素综合分析，采用直排 式比较好，如图所示 : - 6 - 全套设计（图纸）Q 401339828 图 3-1 排样图 利用 CAD 计算出其冲裁件面积为： S36604236π18182745.36  (D2a )0 0 下偏差 =1.0 条料宽度 B= 1 1.0= 54.6 1.0 步距 A= 32+2.0=34 一个步距的材料利用率为 87.5%。 3.2 计算冲裁力、卸料力   由表查得 =260~360MPa，取 =310Mpa 由表查得：脱卸系数K1=0.05 推出系数 K2=0.06 冲裁总压力的确定：  冲孔周边尺寸：L=78+60+36+24+42+ π 18=265.12  冲孔的冲裁力为 F 冲孔=1.3L t =1.3 ×265.12×300×1.5=15509N 式中 t——冲裁厚度 —材料的抗剪强度  落料:L1=78+60+36+24+42+ π 18=296.52 落料力 F 落料=1.3 ×296.52×300×1.5=173464N - 7 - 全套设计（图纸）Q 401339828 F=F 冲孔+F 落料=15509+173464=188973N 由《冲压模具简明设计手册》表 2.10，取故 F K F 卸 卸 冲 =0.0045 15509=69790N=69KN F nK F 推 推 冲 （3-6） K 《冲压模具简明设计手册》取 推=0.055 故 F 推=0.055 173464=9540.52N 总压力FQ=F+ F +F 推=342.93KN 卸料力 3.3 压力机的选用 压力机选用的标准为 : （1）压力机的行程的多少，应该能保证成行零件的取出与毛坯的放进。 （2）压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还须留有安装固定的余 地，但是过大的工作平面上安装小尺寸的冲模对工作台的受力是不利的。压力机工作 台面的尺寸大于压力机滑块底面积, 压力机滑块底面积必须大于模具的尺寸,所以只 须考虑压力机滑块底面积的大小. （3）所选的压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适用。 模具的闭合高度 H0 是指上模在最低的工作位置时，下模座的底面到上模座的顶 面的距离。压力机的闭合高度 H 是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。 大多数压力机，其连杆长短能调节，也即压力机的闭合高度能调整，故压力机有最 大闭合高度 Hmax 和最小闭合高度 Hmin。 设计模具时，模具闭合高度 H0 得数值应满足下式 Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm 无特殊情况 H0 应取上限值，即最好取在：H0≥Hmin+1/3L，这是为了连杆调节过 长，罗纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小，可以在压床台面上加 垫板。 表 3-1 压力机的参数表 : - 8 - 全套设计（图纸）Q 401339828 型号 参数 公称力/kN 450 标称行程/mm 3.2 滑块行程/mm 120 滑块行程次数/次.min-1 80 最大封闭高度/mm 270 封闭高度调节/ mm 60 滑块中心线 工作台尺寸/ （前后/mm×左右/mm） 440×810 工作台孔尺寸/mm 150 模柄孔尺寸/ （直径/mm×深度/mm） 50×60 电动机功率/kW 5.5 即选取型号 J23- 16 的开式固定台压力机。 3.4 确定模具压力中心 冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。要使冲压模具正常地工 作，必须使压力中心与模柄的中心线相重合，否则会使冲模压力机滑块歪斜，引起凸、 凹模间隙不均，使导向零件加速磨损，降低模具的寿命，甚至会引起压力机导轨的磨 损加重，损坏压力机。 压力中心的确定原则： （1）简单形状工件的压力中心：具有中心对称的工件，其压力中心与重心重合。 凡是质量分布均匀,具有中心对称形状的冲栽件,其压力中心与重心相重合。此时的压 - 9 - 全套设计（图纸）Q 401339828 力中心均位于工件轮廓图形的几何中心。 （2）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力 中心。以拍样图左下角为坐标原点建立坐标轴（横轴为 x 轴、竖轴为 Y 轴） 为了使压力机和模具能够平稳、正常的工作作业，应当让模具的压力中心与压 力机滑块的中心线相重合。 本工件压力中心与几何中心不重合，所以要算出其压力中心。 L X L X  L X 1 1 2 2 n n L L L X0= 1 2 n L Y L Y  L Y Y0= 1 1 2 2 n n L L L 1 2 n 式 X 、X 、····X ——各图形冲裁力的 X 轴坐标； 1 2 n Y 、Y 、····Y ——各图形冲裁力的 Y 轴坐标； 1 2 n 31.7417.5130.9517.5121.2784.5312.56268.82 X0= 31.7430.9521.2712.56 =150.51mm 31.7494.0930.958.9521.2780.15 129.5740.91 Y0= 31.7430.9521.2712.56 =51.87mm 压力中心的坐标为：（150.51，51.87） 3.5 冲裁模间隙与凸凹模刃口尺寸及公差的计算 在复合模中，凸凹模的刃口尺寸和公差，必然的联系到冲裁件的尺寸精度。另外， 模具的合理间隙也需要靠凸凹模尺寸和公差来保证。所以设计合理的间隙值和凸凹模 刃口尺寸关系到复合模设计的成败。 冲裁工件中含有圆角、毛刺、光面、毛面四个部分。经过实践发现落料件的光亮 带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸。落料件的大端（光面）尺寸等于凹 模尺寸，冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。 计算原则是： １．设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁 间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。 设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通 过增大凹模刃口尺寸来取得。 - 10 - 全套设计（图纸）Q 401339828 ２．根据冲模在使用的过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近 或等于工件的最小极限尺寸； 设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损 预留量与工件制造精度有关。   用 x、 表示，其中 为工件的公差值，x 为磨损系数，其值为 0.5~1.0，根据工 件制造精度进行选取：工件精度 IT10 以上 x=1；工件精度 IT11~IT13，x=0.75;工件 精度 IT14，x=0.5. ３．冲裁（设计）间隙一般都会采用最小合理间隙值（Zmin）。 选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的 精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高2~4 级。对于形状 简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6~IT7 级来选取；对于形状复杂的刃口 制造偏差可按工件相应部位公差的 1/4 来选取；对于刃口磨损后无变化的制造偏差值 可取工件相应部位公差值的  1/8 来选取。 工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按 “入体”原则标注为单向 公差。 凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本能分为三类： 1）A 类 随模具刃口的磨损，零件尺寸逐渐增大，如图中尺寸 A 2）B 类 随模具刃口的磨损，零件尺寸逐渐减小，如图中尺寸 B 3）C 类 随模具刃口的磨损对零件尺寸基本无影响，如图中尺寸 C 分开加工时凹模与凸模的间隙纯靠加工精度保证，多用于圆形制件的加工。故采 用凸模于凹模分别加工的方法加工。因为冲裁件的尺寸公差为默认公差 IT14 级。所 以我们该将凹模的精度比制件高两级为 IT12 级。由表查得： 凹模和凸模的最大间隙 ZMax=0.240mm M 0.132 工件公差  =0.62 磨 min 损系数 X=0.5  0.02  0.03 落料： 凸 凹 - 11 - 全套设计（图纸）Q 401339828 刃 口初 始 用 间 隙 值 查 冲 压 工 艺 与 模 具 设 计 表 2.5 Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm   查的标准公差值 p =0.016mm d =0.025mm D (D x)d = (420.50.62)0.025 = 42.310.025 d max 0 0 0 (3-15) D (D Z )0 0 d  min D (42.310.246） 42.0640 p  = p 0.016 = 0.016 p (3-16)   校核：Zmax - Zmin =0.114mm  p + d =0.041，满足间隙公差条件 同理，落料模尺寸；  0.021 D (D x) 25.26 d = d max 0 0 D (D Z )0 25.0140 p d  min  = 0.013 p   校核：Zmax - Zmin =0.114mm  p + d =0.034，满足间隙公差条件 - 12 - 全套设计（图纸）Q 401339828 4.设计需要的模具 4.1 确定模具的结构 模具的连接与固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等。这些模具的连接 与固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等这些零件大多有国家准，设计时可 按国家标准选用。 模具的零部件，根据在模具中的功能和特点，可以分成两类： ⑴工艺零件：这类零件直接参与完成工艺过程并和毛坯直接发生作用。 ⑵结构零件：这类零件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用。 根据以上分析出的工艺方案，模具结构应采用前后送料、挡料销定距、弹性卸料 装置正装式冲裁结构及形式。模架应该用中间导柱的模架。鉴于工件料厚为 2mm，相对 较薄，卸料力也较小，可采用弹性卸料装置，复合模生产。 由于本次加工制作的工件尺寸较小，所以这次我们选用中小型的模具即可满足 要求。 零件名称 选用材料牌号 热处理 硬度 HRC 上、下模座 HT200 模柄 Q275 导柱 15 58~62 导套 15 58~62 凸、凹模固定 Q275 板 打料杆 Q235 卸料板 Q235 导尺 45 淬火 - 13 - 全套设计（图纸）Q 401339828 挡料销 T8A 淬火 52~56 导正销、定位 T8A 淬火

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