（强烈推荐）冲压件1、塑料件1的成型模具CAD - UG设计毕业论文说

课程设计说明书

题目 冲压件1、塑料件1的成型模具CAD

学院： 机 械 工 程 学 院 专业： 材料成型及控制工程 班级： 1001 学号： 01 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2014 年 x 月 x日

材料成型及控制工程专业 材料成形CAD课程设计任务书

题目： 冲压件1、塑料件1的成型模具CAD 专业班级 姓名 学号 指导老师

一、设计任务

冲压件1、塑料件1见附件产品图，并取第一组尺寸。具体任务： 1、拟定所指定的冲压件、塑料件的成型工艺，正确选择成型设备； 2、合理选择模具结构，并进行必要的工艺计算； 3、正确确定模具成型零件及其他零部件的形状和尺寸；

4、采用UG软件进行模具设计，并对对模具进行虚拟装配，生成爆炸图，校验模具设计的正确性；

5、采用UG制图模块，完成模具装配图和工作零件图； 6、撰写模具设计说明书； 7、课程设计完成工作量：

（1）冲模、塑模装配图各一张（需打印）；冲模、塑模工作零件零件图；

（2）设计说明书一份（其中包含冲压件冲压工艺卡、塑料件的成型工艺参数；模具设计计算过程；UG模具设计过程）。

二、设计要求

1、在课程设计中，学生要独立思考和钻研，学会根据具体情况灵活运用所学过的知识，不应盲目照搬其他样本或他人的设计；

2、课程设计中的每一个环节都必须认认真真、一丝不苟地去完成； 3、设计应按计划进行，并确保所设计的模具结构合理、操作方便、制造方便、造价便宜，设计图纸符合国标和行业标准，设计说明书规范；

4、设计时间安排：

（1）冲压件工艺、冲模设计并绘制模具装配图、工作零件图2天； （2）塑件成型工艺、模具设计并绘制模具装配图、工作零件图2天； （3）撰写设计说明书、答辩1天（是否需要答辩由指导老师决定）。 5、提交资料（单独装袋提交）：

（1）设计资料光盘（将文件分类放入下列三个文件夹中：1设计说明书，2chongyamuju，3zhusumuju）

（2）纸质打印资料（冲压模具装配图，注塑模具装配图）

前言

现代社会，人类日常生活与工业的接触异常紧密，工业及其工业产

品触及人类生活的方方面面，许多的生活制品都是经用模具制造出来的：譬如，机动车辆（其中的绝大部分部件）、航空航天仪器、仪器仪表、家用电器、五金制品、塑胶管道等等，就涵盖了几乎整个模具行业，其中有钣金制件、塑料件、压铸件等等。

所以模具是现代工业生产中生产各种产品(绝大多数)的重要工艺装备，而模具制造的工艺水平、更新速度往往制约着上述行业产品的发展及其更新速度，业内人士更是敏感的认识到，谁掌握了模具的先进技术并投入规模化生产，也就有了快速抢占市场占有份额的主动权，才能在激烈的市场竞争中把握先机。

工业发达的大国(地区)，譬如欧、美、日、韩等，模具制造技术的发展异常迅速。模具制造水平的高低，已经成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。

模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。75％的粗加工工业产品零件、50％的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础行业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。我国的模具行业也已步入了高速发展时期，但存在的问题仍然不少。

目录

前言 ................................................................................................................................ 3 第一部分 冷冲压工艺与模具设计 ........................................................................... 1 1.0 冲压件制件图 ................................................. 1 1.1冲压工艺性分析 ............................................... 1 1.2工艺方案确定 ................................................. 1 1.3确定模具类型及结构形式 ....................................... 2 1.4工艺计算 2

1.4.1确定最佳排样方式 .......................................... 2 1.4.2计算冲压合力并预选机床 .................................... 3 1.4.3确定冲裁压力中心 .......................................... 3 1.4.4确定冲裁凸模和凹模工作刃口尺寸 ............................ 3 1.4.5确定弹性元件 .............................................. 4 1.5选择和确定磨具主要零件的结构与尺寸 ............................ 4 1.5.1 工作零件的结构及尺寸设计 ................................. 4 1.5.2 其他板的尺寸 ............................................. 5

1.5.3 模架的规格 .............................................. 5 1.5.4 模具闭合高度的计算 ....................................... 5 1.6校核所选压力机 ............................................... 5 1.7编制工作零件机械加工工艺卡 ................................... 6 第二部分 塑料成型工艺与模具设计 ....................................................................... 6 2.0 塑料件制件图 ................................................. 6 2.1工艺性分析 ................................................... 7 2.1.1塑件的结构、精度、质量分析 ................................ 7 2.1.2 ABS性能分析 .............................................. 7 2.1.3 ABS的注射成型过程及工艺参数 .............................. 7 2.2 拟定模具的结构形式 ........................................... 8 2.2.1 分型面位置的确定 ......................................... 8 2.2.2 型腔布置 ................................................. 8 2.2.3注射机型号的确定 .......................................... 8 2.2.4 注塑机的相关参数的校核 ................................... 9 2.3 浇注系统的设计 .............................................. 10 2.3.1 主流道设计 .............................................. 10 2.3.2 分流道的设计 ............................................ 10 2.3.3 浇口的设计 .............................................. 11 2.3.4 校核主流道剪切速率 ...................................... 11 2.3.5 冷料穴的设计及计算 ....................................... 11 2.4 成型零件的结构设计及计算 ................................... 11 2.4.1成型零件的结构设计 ....................................... 11 2.4.2 成型零件钢材的选用 ...................................... 12 2.4.3 成型零件工作尺寸的计算 .................................. 12

2.4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 ........................ 15 2.5 模架的确定 ................................................. 15 2.5.1 各模板尺寸的确定 ........................................ 15 2.5.2 模架尺寸的校核 .......................................... 16 2.6 排气槽的设计 ................................................ 16 2.7 脱模推出机构的设计 .......................................... 16 2.7.1推出方式的确定 ........................................... 16 2.7.2脱模力的计算 ............................................. 16 2.7.3 校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 .................... 17 2.8 冷却系统的设计 .............................................. 17 2.8.1 冷却介质 ................................................ 17 2.8.2 冷却系统的简单计算 ...................................... 17 2.9 导向与定位结构的设计 ........................................ 18 2.10 编写机械零件加工工艺 ....................................... 18 第三部分 冲压模、注塑模UG设计 ..................................................................... 19 3.1冲压模具设计 ................................................ 19 3.2塑料模具设计 ................................................ 28 结束语 .......................................................................................................................... 35 参考文献 ...................................................................................................................... 36

第一部分 冷冲压工艺与模具设计

1.0 冲压件制件图

工件如下图所示，材料为Q235，材料厚度为t=1mm，表面不允许有明显的划痕。设计该制件的成型模具。

图 1.1 制件图

1.1冲压工艺性分析

1、材料：该零件的材料是Q235，是普通的碳素工具钢，板厚1.0mm，具有良好的可冲压性能。

2、该零件结构简单，并在转角处有R1、R3的圆角，所冲的孔是Φ10的尺寸，工艺性比较好。

3、尺寸精度，零件尺寸精度为IT13-14级，查公差表可以得到：

;；；；；；;；

结论：适合冲压。

1.2工艺方案确定

该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。 方案二：落料--冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三：冲孔--落料级进冲压。采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需要两道工序两幅模具，生产成本高而生产率低，难以满足中批量生产要求。

方案二只需一副及生产效率模具，工件的精度都较高。

方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，但位置精度不如复合模具冲裁精度高。

通过对上述三种方案的分析比较，成形该零件采用方案二复合模具成形。

1.3确定模具类型及结构形式

1、该零件质量要求不高，板的厚度有1.0mm，孔边距有3mm，所以可选用倒装复合模。

2、定位方式选择：控制条料的送进方向采用两个导料销，控制条料的送进步距采用挡料销。

3、卸料、出件方式的选择：采用弹性卸料。下出件，上模刚性顶件。 4、导向方式的选择：为了方便操作，该模具采用后侧导柱的导向方式。

冲压件的形状简单、精度要求不高、生产批量为中批量，为了使得模具寿命较高，采用有导向、弹性卸料、下出件模具结构形式。

1.4工艺计算

1.4.1确定最佳排样方式

确定最佳排样方式，并计算材料利用率的规格。

该零件有直排、对排两种排样方式，如下：

图1.2 直排

图1.3 直对排

查《冲压手册》表2-18，最小搭边值是： 工件间1.2mm ，侧面1.5mm.

工件面积：48×10+40×9+32×8-20×10-π×5 =817.5mm直排：取搭边值2 mm。

条料宽度B=32mm 步距L=50mm； 材料利用率：η=817.5÷(32×50)=51.1％ 对排：取搭边值2mm。

条料宽度B=32mm 步距L=94mm；

材料利用率：η=(817.5×2)÷(32×94)=54.4％

比较直排、对排两种排样方式，虽然对排的材料利用率高，但是两者只

2

2

相差大约3个百分点。相较于3个百分点的材料利用率而言，模具制造与设计成本的附加成本以及制造难度远远大于节省下来的成本；就本制件而言，选择直排方式，而且就该制件而言，无论是从模具设计难度、还是制造成本的节约上来说，都是既经济而且更易于操作。故采取直排式排样。

选取条料规格：1mm×900mm×1200mm，可以裁37条，每一条可以冲裁18件。

总的材料利用率为：η=37×18×817.5÷(900×1200)=50.4％

1.4.2计算冲压合力并预选机床

L=48×2+28×2+10×2+10×π=203.4㎜ t=1.0㎜ =450 MPa 冲压力：F=Lt=203.4×1.0×450=91530 N 选用倒装复合模：顶件力等于零

查《冲压工艺与模具设计》表3-9 KX=0.05 KT=0.055 卸料力：FX=KX×F= 91530×0.05=4576 N 推件力：刃口高度取10mm，则n=101=10 FT=KT×F×n=91530×0.055×10=50342 N

冲压合力：F合=F＋FX＋FT=91530+4576+50342=146448 N≈147 KN 根据冲压合力，预选J23-16型的的曲柄压力机。

表1.2 压力机主要参数

标称压力（KN） 工作台尺寸 （左右X前后） 滑块行程（mm） 30 封闭高度调节量（mm） 60 160 450X300 最大闭合高度（mm） 模柄规格 220 Φ30X50

1.4.3确定冲裁压力中心

X1=7 Y1=0 L1=14 X0 =

X2=2 Y2=5 L2=10 ?? ?? ?? X16=14 Y16=5 L16=10 X17=24 Y17=19 L17=10π X1?L1?X2?L2???X17?L17≈24

L1?L2???L17Y1?L1?Y2?L2???Y17?L17 ≈13

L1?L2???L17 Y0 =

所以去X0=24，Y0=13为模具压力中心。

1.4.4确定冲裁凸模和凹模工作刃口尺寸

落料以落料凹模为基准计算，落料凸模根据凹模和最小间隙计算，也可以根据凹模实际尺寸和间隙值配制。冲孔以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模凸模实际尺寸和间隙值配制。冲孔、落料尺寸用配合加工计算。 间隙值查《冲压工艺及冲模设计》表3-4，Zmin=0.1，Zmax=0.14 落料凹模磨损后变大尺寸： ；； ； ； ； ； 凹模公差按

磨损系数查《冲压工艺及冲模设计》表3-5，x＝0.5或0.75。

?0.62/4?0.155 A1?(32?0.75?0.62)0?31.540?0.62/4?0.155 A2?(40?0.75?0.62)0?39.540?0.39/4?0.098 A4?(48?0.75?0.39)0?47.710?0.18/4?0.045 A4?(18?0.75?0.18)0?17.870?0.52/4?0.13 A5?(19?0.75?0.52)0?18.610

?0.33/4?0.083 A6?(28?0.75?0.33)0?27.750?0.36/4?0.09 A7?(10?0.75?0.36)0?9.730中心尺寸凹模磨损后不变，尺寸有；凹模公差按

落料凹模磨损后变小尺寸，凹模公差按

B??19.7?0.75?0.3??0.3/4?19.930?0.075

0按上述尺寸制造出凹模，凸模按其实际尺寸配做，保证合理间隙0.1-0.14mm。

冲孔凸模磨损后变小尺寸，凹模公差按

0 D??10?0.5?0.18??0.18/4?10.09?0.045

01.4.5确定弹性元件

聚氨酯橡胶允许承受的载荷较弹簧大，并且安装调整方便，所以选用橡胶。 卸料力为: F卸=4.6 KN

橡皮的高度： H自由=H工作（0.25～0.3）=26.7～32,取30 式中 H工作=t+1+H修磨=1+1+6=8

橡皮的面积：A=F卸p=17602～9158 mm2

式中p为橡皮预压（压10%-15%H自由），取0.26-0.5

1.5选择和确定磨具主要零件的结构与尺寸

1.5.1 工作零件的结构及尺寸设计

1．凸凹模：为了便于加工，凸凹模设计成直通式，1个M6沉头螺钉固定在垫板上，与凸凹模固定板的配合按H7m6。

其总长L＝H固定板＋H卸料板＋(H橡胶－H预压)＝16＋10＋30－4 mm＝53mm； 2．凹模：凹模采用薄凹模结构，薄凹模厚度尺寸（可以参考单工序模具凹

模的厚度计算方法H＝Ks＝0.35×48＝16.8mm） 取18mm。 凹模壁厚尺寸 C＝（1.5-2）H＝27-36

式中Ks查《冲压工艺及冲模设计》表3-15得0.20-0.30，取0.22 B≥28＋2×（27-36）＝82-100 mm，取100mm； 所以凹模的尺寸为125mm×100mm×18mm

3．冲孔凸模：冲孔凸模采用台阶式，与凸模固定板的配合按H7m6。 其总长：L＝H固定板＋H凹模＋H空心垫板＝14＋12＋18 mm＝44mm， 小端长：L1=L2=22mm. 4．模具刚性校核

凸凹模尺寸较大，模具强度较大，所以不需要进行模具强度校核。只需进行小凸模校核。都采用有导向情况的校核公式。 小凸模:单个凸模所受力。

KN FT=14.13×0.055=0.8 KN F合=F+FT=14.93 KN Lmax≤95=77.8mm＞22mm. 无导向：可行。

1.5.2 其他板的尺寸

参考典型组合结构GB2872.1-81 凸凹模垫板 125×100×6 凸凹模固定板 125×100×16 卸料板 125×100×10 空心垫板 125×100×12 凸模固定板 125×100×14 凸模垫板 160×125×6

1.5.3 模架的规格

上模座 125×100×30 GB2855.5-81 下模座 125×100×35 GB2855.6-81 模柄 B40×100 GB2862.1-81 导套 A22H7×80×28 GB2861.6-81 导柱 A22h6×160 GB2861.1-81

1.5.4 模具闭合高度的计算

H=30+6+14+12+18+10+27+16+6+35-1=173mm。

1.6校核所选压力机

J23-16压力机：标称压力为160KN；滑块行程120（次min）；连杆调节长度45mm；最大装模高度220mm，工最小装模高度175mm,作台尺寸（前后×左右）300mm×450mm，模柄孔尺寸（直径×深度）Φ30×50；电机功率1.5KW。校核以上所有参数，除模具的闭合高度小于最小装模高度外，其他参数均满足要求；解决闭合高度的问题，只需在模具下垫一块通用板。

1.7编制工作零件机械加工工艺卡

表1.2凹模机械加工工艺规程卡

凹模机械加工工艺规程 材料Cr12 硬度58-62HRC 序号 工序名称 1 2 备料 粗铣 锻件（退火状态)130×105×23 铣六面到尺寸125.3×100.3×19。注意两大平面与两相邻侧面用标准角度尺测量达到基本垂直要求。 3

工序内容 磨平面 磨光两大平面厚度达14mm，并磨四个侧面，达到两相

邻侧面垂直，垂直度0.02mm100mm 4 钳工 1.划线:划出各孔和凹模洞口穿丝孔中心线;2.钻孔:钻螺纹、销钉底孔和凹模洞口穿丝孔；3.铰孔:铰螺钉孔到要求；4.攻丝:攻螺纹丝到要求 5 6 热处理 磨平面 淬火+低温回火 使材料硬度达到58-62HRC 磨光六面消除淬火变形和氧化皮，并达到工艺所要求的尺寸 7 8 9 退磁 线切割 钳工 消除坯料残余磁 割凹模洞口，并留0.01-0.02的研磨余量 研磨凹模洞口内壁侧面到尺寸，粗糙度为0.8μm 按图纸检验 10 检验 第二部分 塑料成型工艺与模具设计

2.0 塑料件制件图

工件如下图，材料为ABS，要求确定零件的成型工艺参数，设计成型零件的模具、编制模具的加工工艺。

图2.1 塑件图

2.1工艺性分析

2.1.1塑件的结构、精度、质量分析

1. 外形尺寸 该塑件为长方体加T形薄壁结构的实体塑件，薄壁部分厚度

尺寸为2mm、4mm，厚壁部分厚度尺寸为6mm，中间有Φ8、Φ4的通孔各两个，整体尺寸不大，成型工艺性比较好。

2. 精度等级 零件上所有未注公差均按IT14级,其余尺寸为： ，，，10±0.18，，Φ，Φ，，

3. 脱模斜度 ABS属无定形塑料，成型收缩率较小，凸模拔模斜度为1°。

2.1.2 ABS性能分析

1. 使用性能 综合性能良好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化

学性，电气性能良好；注射成型过程；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。

2. 成型性能

a) 无定型塑料。 其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，

应按品种来确定成型的方法及成型条件

b) 吸湿性强。 含水量应小于0.3％（质量），必须充分干燥，要求表面光

泽的塑件应要求长时间预热干燥。 c) 流动性中等。 溢边料0.04mm左右。

d) 模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口、形式。推出力过大或机械

加工时塑件表面呈现白色痕迹。 3. ABS的主要性能指标

表2.1 ABS主要技术指标

密度 吸水率（%） 1.02-1.16 0.2-0.4 0.4-0.7 收缩率 熔点 抗拉强度 50MPa 抗弯强度 80MPa 9.7R121 硬度HB 2.1.3 ABS的注射成型过程及工艺参数

1. 注射过程

a) 成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS

吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。

b) 注射过程。塑件在注射剂料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由

模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

c) 塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为60-75oC。处理

时间为16-20s。 2. 注射工艺参数

a) 注射机：螺杆式，螺杆转速为30rmin。

b) 料筒温度（℃）：后端150～170；中段165～180；前段180～200。 c) 喷嘴温度（℃）：170～180。 d) 模具温度（℃）：50～80。 e) 注射压力（MPa）：60～100。

f) 成型时间（s）：30（注射时间去1.0，冷却时间20.4，辅助时间8）。

2.2 拟定模具的结构形式

2.2.1 分型面位置的确定

通过对塑件结构形式的分析，分型面应选择在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，位置如图2.2所示

图2.2 分型面的位置

2.2.2 型腔布置

1. 型腔数量的确定 该塑件采用精度一般在2～3级之间,且为大批量生产,

可采用一模多腔的结构形式.同时,考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系,以及制造费用和各种成本费等因素,初步定为一模两腔的结构形式.

2. 型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置,且要求

紧凑,并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择一模两腔，故采用直线对称排列，如图2.3所示

图2.3 型腔数量的排列布置

3. 模具结构形式的确定 本模具设计为一模两腔，对称直线排列，推出结

构采用推杆推出，流道采用对称平衡式，浇口喂侧浇口，且开在分型面上。选用单分型面注射模。

2.2.3注射机型号的确定

1. 注射量的计算 对塑件的体积进行估算 单件塑件的体积为：V塑=3.152cm3；

单个塑料质量 查《塑料制品成型及模具设计》，ABS的密度取ρ=1.02gcm3,则M塑=3.152×1.02g=3.23g。

2. 浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定

准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，且一模两腔，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总=V

塑

（1+0.2）×2=3.152×2.4cm3=7.6cm3。

3. 注射选择注射机 由2得V总=7.6cm3，结合教材《塑料制品成型及模具设

计》（4-18）则有V总0.8=9.5cm3。根据以上计算，初步选定注射量为78cm3，注射机型号为卧式注射机，其主要技术参数见下：

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