模具设计专业课程设计-支架的冲孔落料级进模设计

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前言

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。

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目录

一.前言 1 二.任务书 3 三.工艺分析 4 四.工艺方案的确定 4 五.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

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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：

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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．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。

四、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

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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

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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

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=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

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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： =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 =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。

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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

F

卸

K卸F

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K卸 0.05

F卸=0.05*43300N=2165N (3)顶出力

F

顶

K顶F

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

K

顶

0.08

F顶=0.08*43300N=3464N

(4)选择冲床时的总冲压力:

F总=F冲+F卸+F顶=43300+2160+3464=48924N 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

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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

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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：

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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（前后垫板尺寸（厚度模柄尺寸（直径最大倾斜角度：

×左右）：50mm ×深度

）：Φ40×60 ）：370×560

冲孔落料级进模部分尺寸校核 1.冲孔落料级进模模总图

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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=h1+h2+h3+h

式中 h1——凸模固定板厚度，取50mm。 h2——固定卸料板厚度，取20mm。 h3——导料板厚度，取8mm

h ——增加厚度，取30mm。

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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

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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

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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

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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

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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

-δ

p

=(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~1/4。

1/3、

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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 工作台尺寸 360 垫板厚度 35mm 电动机功率 1.10KW 模柄孔尺寸

×240mm φ30×55 35mm

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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

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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㎜

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