模具课程设计

1 课程设计的内容

如图所示手柄零件，材料为冷轧钢板，大批量生产。试制定工件冲压工艺规程，设计其模具，编制零件的加工工艺规程。

图1.1

2 冲裁工艺分析

冲压工序：只有落料、冲孔；

材料：选用Q235-A钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁；

结构：相对简单，有一个φ10mm的孔和5个φ5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为5mm（大端4个φ5mm的孔与φ10mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚）。

精度：全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

3 冲裁方案的确定

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。

由于方案一模具结构简单，但成本高而生产效率低；方案二工件的精度及生产效率都较高，但模具强度较差，制造难度大，且操作不方便；方案三生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。采用方案三为佳。

4 主要设计计算

4.1排样设计

1）搭边值的确定

查表知厚度为2mm、采用弹性卸料板时搭边值为2.4~3.4mm 2）材料宽度的确定

排样图一（见4.1）采用无侧压装置

000条料宽度 B(Dmax2aZ)0(11920.6)0.2=1260.2

式中

Dmax----条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；

a----侧搭边值；

Z-----导料板与最宽条料之间的间隙，无侧压装置时取0.5~1mm； 排样图如下所示

图4.1

一个步距长度为33.5mm，宽度为126mm。所以材料利用率为

A2790.74332790.7433100%100%100%66.1%

BS33.512221排样图二

图4.1

个步距为53mm，宽度为134mm，该排样图一次冲两个零件。

A2790.74332100%100%78.6%

BS13453所以条料宽度为13410.2

由以上两种排样方法可知手柄的形状具有一头大一头小的特点，采用单向排列的话材料利用率低，采用排样二可减少废料，但凸模和凹模都要制成两套，从而增加模具的制造成本，所以设计成隔位冲压，条料完成一遍冲压后，将条料水平方向旋转180度，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲出第二部分的工件。 4.2 冲裁力的计算

（1）平刃口冲裁模的冲裁力F按：FkLbLtb 其中：F-冲裁力（N） L-冲裁周边长度（mm） t-材料厚度（mm）

b-材料抗剪强度（MPa）

k-系数

b-材料抗拉强度（MPa）

查资料知Q235-A的b375~460MPa这里取b400MPa 计算冲裁周边长度：

L253.14103.14163.1483.142（=376mm 95282） 则冲裁力：

FkLbLtb=3762400300000N300KN

（2）卸料力，推荐力及顶件力的计算 卸料力：FXKXF0.04530013.5KN 推件力：FTnKTF20.05530033KN 顶件力：FDKDF0.0630018KN

式中：F为冲裁力（N），n为同时梗塞在凹模内工件（或废料）数 (n=h/t=4/2=2),t为材料厚度，KX,KT,KD分别为卸料力，推件力，顶件力系数。

（3）压力机公称压力的确定

由于采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模具,则压力机公称压力为：

FzFFXFT30013.533346.5KN

根据总冲压力的大小并结合工件高度初步选择压力机为开式可倾压力机J23-35其参数如下图所示：

图4.2

4.3压力中心的确定

冲裁模压力中心就是冲裁合力作用点，冲压时应使模具的压力中心与冲床滑块中心重合。因此设计模具时，要使模具的压力中心通过模柄的轴线，来保证模具压力中心和冲床滑块中心重合。计算压力中心时，画出凹模的型口图，如下图所示。

图4.3

Y轴通过L5圆心和L10圆心的终点，按几何图分成L1—L10共10组线段，每组线段都要计算出线段总长度，力的作用点到x轴、Y轴的距离。L1是圆弧，其力在x方向的作用点可按公式x0Rb/l计算，其中b是弦长，l是弧长。L4也是圆弧，计算方法同上，L3是直线，力的作用点位于直线中间;L5,L6，L7，L8，L9，L10都是圆，力的作用点位于的圆心。有关数据通过计算结果见下表：

z L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10

重心到X轴的距离xi(mm)

53 65 41 53 -53 -43 -53 -63 -53 -53

重心到Y轴的距离yi(mm)

-52.9 0 0 57.69 -47.5 47.5 37.5 47.5 57.5 47.5

长li(mm)

25.13 95.34 95.34 50.24 15.7 15.7 15.7 15.7 15.7 31.4

度

xo(xili)/li8275.95/37622mm

i1i11010yo(yili)/li5297/37614mm

i1i11010xo为重心到X轴的距离，y0为重心到Y轴的距离，从图4.3中可以知道重心的坐标为（14,22）。 4.4 凸凹模刃口尺寸的计算

通过查表查的零件各部分尺寸如下图所示：

图4.4

（1） 落料

1)确定外圆直径为32+0.3mm凸凹模尺寸

查表，查得: z min=0.246 z max=0.360 p0.020 d0.030 x0.5 0.300.300.6 校核间隙：

pd0.0200.030ZmaxZmin0.114

因此，所取凸凹模公差能满足：pdZmaxZmin 将查的数据代入公式有：

0.0300.030Dd1(Dmaxx)032.000mm

0Dp1(Ddzmin)00.02031.750.020mm

2)确定外圆直径为16+0.22mm凸凹模尺寸

查表，查的：zmin=0.246 z max=0.360 p0.020 d0.020 x0.5 0.220.220.44

校核间隙：

pd0.0200.020ZmaxZmin0.114

因此，所取凸凹模公差能满足：pdZmaxZmin 将查的数据代入公式有：

0Dp1(Ddzmin)0p15.750.020mm

(2)冲孔

3)确定直径为10+0.10mm凸凹模尺寸

查表，查的：zmin=0.246 z max=0.360 p0.020 d0.020 x0.5 0.10.10.2 校核间隙：

pd0.0200.020ZmaxZmin0.114

因此，所取凸凹模公差能满足：pdZmaxZmin 将查的数据代入公式有：

0dp1(dminx)010.00p0.020mm d0.020dd1(dpzmin)010.250mm

4)确定直径为5+0.06mm凸凹模尺寸

查表，查的：zmin=0.246 z max=0.360 p0.020 d0.020 x0.75 0.060.060.12 校核间隙：

pd0.0200.020ZmaxZmin0.114

因此，所取凸凹模公差能满足：pdZmaxZmin 将查的数据代入公式有：

0dp2(dminx)0p5.000.020mm d0.020dd2(dpzmin)05.280mm

（3）孔心距

1）确定孔心距L1为95mm的凸凹模尺寸

Ld1(Lmin/2)/8950.01mm

2)确定孔心距L2为10mm的凸凹模尺寸

Ld2(Lmin/2)/8100.03mm

以上所有式中：

Dd,Dp——落料凸凹模尺寸 Lmin——工件孔心距的最小极限尺寸

dp,dd——冲孔凸凹模尺寸 Dmax——落料件的最大极限尺寸 Ld——凹模孔心距尺寸 ——冲裁件制造公差 dmin——冲孔件的最小极限尺寸 Zmin——最小初始双面间隙

p,d——凸，凹模的制造公差 x——系数

4.5 橡胶的选用和计算

（1）根据冲裁件的工艺性质和模具的结构确定选用聚氨酯橡胶，选用a型橡胶，形状及基本尺寸如下图4.5所示，取其压缩量为15%。

图4.5

(2)根据卸料力求橡胶横截面尺寸 橡胶横截面面积为：

AF/P13600/0.915111mm2

A15847.52755mm2 nA/A15.48 这里取n为6。

A6275516530mm2

PF/A13600/165300.82N/mm2

查表查得：y10%

式中F为卸料力，P为橡胶单位面积压力,n为橡胶块数。 （3）确定橡胶高度尺寸

取：j30% y10% H=50mm

hjjH0.35015mm

hyyH0.10505mm hghjhy10mm

式中 H——橡胶自由状态下的高度。 j——橡胶极限压缩率

yhg——橡胶预压缩率 ——橡胶工作压缩量

5 冲裁模主要部件和零件的设计与选用

5.1 凹模的设计

凹模厚度HKb(15mm)

式中，b—凹模刃口最大尺寸，考虑冲件形状，取封闭空口最大尺寸，本模具中b=119.72mm;

K—考虑板厚影响所取的系数，查的K=0.42。 计算得，H0.42119.7250mm，确定取H=50mm;

送料方向的凹模长度：Ls12s2119247.5214mm; 式中：

S1—送料方向的凹模刃壁间最大距离（mm）;

S2—送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离，可以查表得为47.5mm。 再根据排样图和导料板尺寸即可得到凹模的外形尺寸确定为193.77mm。 LBH(长宽高)214193.7750 取

整

数

，

确

定

凹

模

外

形

尺

寸

为

LBH(长宽高)230mm200mm50mm

凹模材料选择材料CrWMn。

其他详细数据见4.4 凸凹模刃口尺寸的计算。

图5.1

凹模的具体形状和尺寸见附图1。 5.2 凸模的设计

考虑到零件的某些孔距比较小，标准的凸模不再适用，对于直径为32mm和直径为16mm的凸模需选用环氧树脂固定凸模，根据板料厚度为2mm，选用b型环氧树脂固定凸模。凸模材料选择材料CrWMn。

对于落料的凸模，选用阶梯式的固定形式。

三种凸模的长度根据凸模固定板，固定卸料板，橡胶的厚度与所增加的长度和来确定。根据后面所选的零件，确定凸模的长度为88mm。

图5.2.1

图5.2.2

三种凸模具体形状和尺寸见附图2，附图3，附图4。 5.3 其他工艺零件的设计 （1）凸模固定板

根据凸模固定和紧固件合理布置，选用厚度为18mm的凸模固定板。利用环氧树脂与阶梯式来固定凸模。

参考凹模的尺寸，确定凸模固定板外形尺寸为：

LBH(长宽高)230mm200mm18mm （2）卸料零件

本模具采用弹性卸料，考虑到卸料力较大，卸料板外形也很大，故厚度H取14mm。

计算卸料板凸台高度：hH0.3t140.3213.4mm 选用GB2867.5—81 L为mm，D=15mm,M8的卸料螺钉6枚。 （3）定位零件

由于是级进模，选用导料板进行定位，查表，选用：L=220mm B=30mm H=10mm 导料板2块，选择材料为45号钢，调制处理HRC28—32。 见图5.3.2。

图5.3.2

利用定位销在空工位上定位，定位销高度：ht1213mm 两定位销的直径D1=10mm，D2=5mm。按H9/h9公差来配合。见5.3.3。

图5.3.3 5.4

结构零件的选用

（1）垫板

首先以承压面较小的凸模进行承压力计算，其承压应力为：

图5.4.1

F/A300/((1632)95/23.14(82162)/2)107MPa

查的钢模座得压力在100MPa—130MPa,由于闭合高度的需要，选用厚度为8mm，材料为45钢，硬度为40—45HRC的垫板。

（2）模架的设计

根据实际设计及零件的精度需要情况，选用滑动导向结构型式的中间导柱模架，可避免上模与下模发生啃模事故，滑动导向结构型式的中间导柱模架并常用与级进模。模架精度为Ⅰ级，材料为铸铁。

查表和实际情况确定模架的各尺寸如下： L=200mm B=220mm S=260mm R1=85mm H=(265-220)mm h1=50mm h2=60mm

其型号为GB2855.10—81。 模架的具体结构见图5.4.1。

图5.4.2

(3)模座选用

选用带圆形上模座（GB2857.1—81），材料为铸铁。其各部分尺寸见图5.4.3。

图5.4.3

(4)紧固零件选用。

选用GB70-85 M1055 的圆柱头内六角螺钉6枚。固定上模。 选用GB70-85 M1090 的圆柱头内六角螺钉6枚。固定下模。

6校核模具的闭合高度

模具的闭合高度与压力机的闭合高度有如下关系：

Hmin10H模Hmax5

选用J23-25压力机,查图4.2有 ：Hmax=280mm Hmin=220mm 模架的闭合高度：H模=260mm 代入公式：Hmin10H模Hmax5

230mm260mm275mm

其冲裁压力也合适。因而所选J23-25的压力机合适。

7 总结

模具行业在今后的发展中，首先要更加注意其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业更紧紧地跟着市场的需求来发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。如汽车生产中90％以上的零部件，都要依靠模具成形，在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40％左右。而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

我深刻认识到模具设计的重要性，努力刻苦的学习这门重要的专业知识。在学习的过程中遇到很多问题，感谢不厌其烦的解答和教育。本模具设计在三个星期的努力下终于完成了，再设计过程中，也理解到学习模具的重要性和灵活性。在设计过程中，不仅我的CAD绘图技术，更加强了我们的团队精神和模具设计能力，让我们从设计模具的生手到熟悉模具的各个零件，并巧妙应用，总的来说，模具设计是一门很了不起的专业。

最后，在本论文的完成过程中，我的导师在本学期《模具设计》课程中给予了我们悉心教育和热情鼓励，使我们对模具方面的知识有了详细的了解，特别让我学习到，在以后工作中，要坚持自己正确的见解，通过实验证明的理论正确。在生活中要承认自己的错误，并不断改进。他严谨的治学态度、渊博的知识和执着的敬业精神给我留下了深刻印象。激励我克服困难，广泛涉猎新思想、新理论，不断地探求新的科学发展。同时，也让我懂得如何去踏踏实实地工作、勤勤恳恳地做人。在此，谨向表示衷心的感谢和诚挚的敬意！

参考文献

⒈《冲模设计手册》，《冲模设计手册》编写组 ⒉《实用冲压模具设计手册》，作者：郑可锽 ⒊《冲压模具设计》，作者：万战胜等 ⒋《模具设计与制造》，作者：党根茂

⒌《现代模具设计制造理论与技术》，作者：周雄辉等 ⒍《模具制造工艺》，作者：黄设宏 ⒎《冲压工艺与模具设计》，作者：马正元 8.《冲压模架》，国家技术监督局