LY12铝合金压片冲压模具设计

创新能力专题设计说明书
题目： LY12铝合金压片的冲压模设计
学院：机电工程学院
班级：16 材料金属班
学生：张强
学号：21610021073 指导教师：付康
完成时间： 2019.12.31
成绩：
1、设计题目：LY12铝合金压片的冲压模具设计
2、已知技术参数和设计要求
（1）设计参数
如图所示的压片零件，采用冲压工艺生产，试设计其冲压模具。

板坯的厚度为2mm，材质为L Y12铝合金，大批量生产。

（a）实物图
（b）二维图
图9-1 铝合金压片零件图
（2）设计要求
小组分工合作完成以下设计内容：根据课题条件，分析冲裁件的工艺性，选择模具类型。

进行排样设计，对模具的工作零件、定位、导向和卸料零件计算校核，根据冲裁力的计算正确选择压力机。

在模具结构设计时尽量选用标准件。

绘制模具装配图、模具工作部件的零件图。

3、设计内容及工作量
根据产品图，设计冲压模具1副，主要内容如下： 1、产品零件图1张， 2、模具装配图1张，排样图一张，凸模及凹模零件图，3、课程设计说明书1份。

4、工作计划
5、指导教师与教研室主任意见
目录
摘要 (6)
1. 零件工艺性分析 (7)
1.1 材料分析 (7)
1.2 零件结构分析 (7)
2. 确定冲裁工艺方案 (7)
3．复合模总体结构 (8)
3.1 模具类型的选择 (8)
3.2 送料方式的选择 (8)
3.3 定位方式的选择 (8)
3.4 卸料、出件方式的选择 (8)
3.5 导向方式的选择 (8)
4. 模具主要零件部位的结构设计 (9)
4.1 凹模设计 (9)
4.1.1 凹模外形的确定 (9)
4.1.2 凹模刃口结构形式的选择 (10)
4.1.3 凹模精度与材料的确定 (10)
4.2 凸模设计 (11)
4.2.1 凸模结构的确定 (11)
4.2 .2凸模材料的确定 (11)
4.2 .3凸模精度的确定 (11)
4.3 卸料板设计 (11)
4.3.1 卸料板外形设计 (11)
4.3.2 卸料板材料的选择 (12)
4.3.3 卸料板整体精度的选择 (12)
4.4固定板设计 (12)
4.5 垫板设计 (12)
4.6 上下模座、模柄的选用 (13)
4.6.1 上下模座的选用 (13)
4.6.2 模柄的选用 (13)
5. 复合模工艺参数计算 (13)
5.1 排样及搭边值的计算 (13)
5.2 步距的计算 (14)
5.3 条料宽度的确定 (14)
5.4 材料利用率的计算 (14)
6. 刃口尺寸计算 (15)
6.1 冲裁间隙的确定 (15)
6.2 冲裁刃口尺寸的计算及法则 (15)
6.3 计算最小弯曲半径 (16)
6.4 计算弯曲凸凹模间隙 (17)
7. 冲压力的计算 (17)
7.1 冲裁力的计算 (17)
7.2 卸料力与推件力的计算 (18)
7.3弯曲力计算 (18)
7.4 确定压力中心 (18)
8. 选择冲压设备 (19)
8.1 校核冲压设备 (19)
8.2 选用冲压设备 (19)
9. 模具图纸 (20)
总结 (24)
参考文献 (25)
LY12铝合金压片的冲压模具设计
机电工程学院材料科学与工程（金属方向）张强（21610021073）
摘要：随着现代化工业的发展,越来越多的产品依赖模具加工,模具工业已成为工业发展的基础。

冲压是一种高效的生产方法，采用复合模具，可在一台压力机上完成多到冲压工序。

本文对压片的冲压模具进行完整的设计，通过查阅国内外文献资料，在已有的模具设计研究基础上，拟定模具设计方案并进行工艺参数计算，分析了铝合金压片的成型工艺特点，其中包括利用对工件的尺寸计算、工件的工艺分析、冲压的工艺性、选择模具类型。

并且对模具的工作零件、定位、导向和卸料等零件的计算，以及压力机的选择。

详细地介绍了凸模、凹模的设计和制造，阐述了模具的工作过程、以及凸模和凹模的装配间隙，并制定典型的零件加工工艺。

再利用AUTOCAD软件绘制出模具的图纸。

关键词: 铝合金压片；模具设计；冲压；AUTOCAD
1.工艺性分析
在模具设计之前先要对零件进行分析，满足其使用要求下分析根据模具制造零件的可行性以及经济效率。

图1 零件简图
生产批量：大批量
材料：L Y12铝合金
材料厚度：2mm
未注公差：IT14
1.1材料分析
表1 LY12铝合金材料分析表
材料抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）伸缩率（%）
LY12铝合金470 325 10
由表1可知，是常用的冲压材料，冲压性能良好，即使冲压要求比较高的零
件，也能够满足生产的需要，通过综合分析，该工件的冲裁性能良好。

1.2 零件结构
压片的结构相对比较简化，外形为直线和曲线结合，主要有落料工序以及拉
深和翻边工序组成。

产品为类矩形件，排样时废料不多，能有效降低了生产成本，
符合经济性要求。

2.冲裁方案的确定
通过对工件的分析，发现工件具有落料、拉深和冲孔、翻边4个主要工序，
其中拉伸可以一次成型，所以我们制定了一下三个生产方案。

方案一：采用单工序模，首先进行落料，然后拉深和冲孔，最后翻边，需要
4个模具完成。

方案二：工件中的落料和拉深和翻边工序依靠落料拉伸翻边级进模来完成。

方案三：使用复合模生产，采用落料冲孔弯曲复合模进行生产。

方案对比：
方案一：模具结构数量有多个，而且来回更换模具，导致工件的精度难易保证。

方案二：采用一个模具，但是级进模成本较高，也不能实现大批量生产。

方案三：采用一副模具完成可以包含多个工序，能够顺利完成，满足工件的落料和拉伸成形，最后进行翻边。

所以，综上所述，使用方案3最好，不但可以满足实际生产的需要，同时可以实现大批量生产。

3.复合模总体结构
3.1模具类型的选择
通过工件的工艺分析，以及各个生产方案的对比，决定采用复合模完成工件的生产。

3.2送料方式的选择
为了实现工件的自动化生产，工件的送料方式的选择十分重要，在本次设计中，采用自动送料机构，能够满足工件的自动化生产。

3.3 定位方式的选择
模具采用的是带料，我们设计中采用导料销来控制板料的送进，没有设置无侧压，靠自动送料机构压紧。

控制毛坯布局的是挡料销。

3.4 卸料、出件方式的选择
因为工件料厚为2mm，材料不算太厚，卸料力不大，而且由于需要拉伸工序，所以使用弹性卸料板，卸料的同时还可以起到压料的作用。

3.5 导向方式的选择
（a）中间导柱（b）后侧导柱（c）对角导柱（d）四导柱
图2 导柱模架
导向方式对比：对角导柱模架不如其他三种模架的导向精度高，前后左右都可以进料，然而两个导柱的位置限制了放、取件；而中间导柱模具则无法进行左右送料，虽其导向平稳但不易采用；至于四导柱模具同样也会限制放、取件，虽然它的导向是最好的，但是仅适用于大型模具。

后侧导柱模具精度不差，各方向都能进料，放便放件、取件，比较适合中小型模具。

首先分析工件，由于工件尺寸较小，精度要求比较高，综合比较我们选择后侧导柱模架。

4.模具主要零部件的结构设计
4.1 凹模设计
4.1.1 凹模外形的确定
凹模的形状一般和冲压件的材质以及厚度有关，其主要决定因素的为工件的厚度。

所以我们一般通过工件的厚度来计算凹模的外形尺寸。

凹模的外形计算的经验公式如下所示：
凹模板厚度尺寸H=Kb1公式-1 凹模板型孔和边的距离尺寸c>1.5H 公式-2 最终凹模的边长L=b1+2c 公式-3 最终凹模的宽带B=b2+2c 公式-4 式中：b1-轴碗的长度方向的最大尺寸；
b2-轴碗件的宽带方向最大外形尺寸；
K-系数，主要受到轴碗厚度的影响，查表2
表2 系数K值表
查表2得：K=0.3。

根据公式-1可计算落料凹模板的尺寸：
凹模厚度：H=Kb2=0.3×53.4=16（mm）
根据公式-2可计算凹模边壁厚：
c>1.5H=1.5×16 =24（mm）
取凹模边壁厚为25mm。

由于采用复合模，所以需要根据排样图来确定凹模板的长、宽的尺寸。

结合模具结构,选择圆形凹模，取：D×H=120mm×25mm。

图3 凹模
4.1.2 凹模刃口结构形式的选择
该模具生产的工件尺寸精度比较高，工件的生产纲领为大批量生产，所以我们选择直通式的刃口最为合适。

这种类型的刃口强度也十分的足够，经过修模后仍然可以很好的工作。

4.1.3 凹模精度与材料的确定
凹模在模具设计中是模具设计的核心零件，而且也要靠凹模来保证工件的精度和表面光滑度，所以它精度和表面粗糙度一定不能太低，否则会降低工件的成品率，常用的材料我们可以使用选择Cr12，平行度一般选择0.02，内型腔的的
精度为IT7级。

4.2 凸模的设计
4.2.1 凸模结构的确定
凸模结构我们设计为直柱形的，依靠台阶进行固定。

图4 凸模
4.2.2 凸模材料的确定
本模具需要有比较高的耐磨性和较长的寿命，并且在冲压过程中，要持续的受到冲压力，所以我们需要选择强度和韧性都比较好的材料。

所以我们选择Cr12，能很好的满足轴碗生产的需要，模具材料热处理为HRC58～62HRC。

4.2.3 凸模精度的确定
凸模作为工作零件，直接决定了工件的精度，根据实际需要，我们选择使用IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。

4.3 卸料板的设计
4.3.1 卸料板外型设计
在模具设计过程中，通过分析，我们选择弹性卸料结构，弹性卸料板不仅具有卸荷作用，同时也完成了凸模导向，尤其是模具设计过程中，冲头直径较小，
但也更高，因此采用弹性卸料更好的。

推板的边界的边缘的形状和大小相同的凹模。

卸料板与凸凹模的间隙值取0.1mm。

卸料板的尺寸要和凹模的一致，所以我们计算出凹模的外形，也就确定了卸料板的长以及宽度，卸料板的厚度我们设计为15mm，根据凹模的尺寸，从而可以确定卸料板的尺寸120mm×10mm。

4.3.2 卸料板材料的选择
卸料板主要的功能是卸料，同时还有对凸模保护的作用，所以强度和硬度都有具有较高的要求，所以我们一般情况下都选择45号钢。

45钢是常用的优质碳素结构钢，它的质量非常的好，含碳量（0.45%）波动小，性能较稳定。

设计成零件后，再经过调质处理，具有良好的综合力学性能，即具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性。

4.3.3 卸料板整体精度的确定
外轮廓精度要求推板不高，所以使用IT14级，表面粗糙度Ra3.2；和内轮廓精度的要求要高于要求的外轮廓，因此使用IT11级，表面粗糙度为Ra1.6；一二螺钉孔和销，导向销定位功能，所以IT7级精度要求高，表面粗糙度Ra3.2。

4.4 固定板的设计
凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模座、垫板更好的定位。

凸模与凸模固定板的配合按H7/m6。

则凸模固定板的厚度：
H凸固=（0.6～0.8）H凹公式-5 式中：H凸固-凸模固定板厚度；
H凹-凹模厚度。

根据公式-5得凸模固定板厚度为：
H凸固=（0.6～0.8）H凹
=（0.6～0.8）H凹
=（0.6～0.8）×30
= 18～24（mm）
根据模具需要选择凸模固定板厚度20mm。

4.5 垫板的设计
参考模具的凹模的尺寸，选择垫板厚度为10mm，选择垫板尺寸为120 mm×10mm。

4.6 上下模座、模柄的选用
4.6.1 上下模座的选用
模具采用后侧导柱模架，导向比较平稳，而且由于工件属于大批量的生产，所以采用后侧导柱模架比较合理。

模具和导柱具体尺寸规格如下表所示。

表3 尺寸规格表
名称尺寸材料
上模板12530
φ⨯HT200
下模板12535
φ⨯HT200
⨯20钢
导柱25160
⨯⨯20钢
导套258038
4.6.2 模柄的选用
本次设计采用复合模生产，使用压入式模柄比较合适。

模柄设计的原则，除了和压力机的直径一致，同时还要保证长度不能大于冲床滑块内的孔的深度。

根据压力我们选择直径为30mm的模柄。

国标型号：A30 JB/T7646.3-1994。

5．排样方式的选择
5.1 排样及搭边值的计算
图5 排样图
此次设计采用的是弹性卸料装置，参考《冲压工艺与模具设计》，查模具设
计参数表中关于搭边部分可知：工艺搭边值a（侧面）=2mm，a1(工件间)=2mm。

5.2 步距的计算
步距可定义为：S=L+b 公式-6
式中 S—冲裁步距；
L—先选择送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的最大值；
b—沿送进方向的搭边值
在和送料相同的方向上，工件板料的外形的最大距离约为L=17毫米, 有上节可知，送料方向的搭边可知b=2毫米，所以我们确定步距
S=L+b
=17+2
=19mm
5. 3 条料宽度的确定
计算条料的宽度：B=53+2*2=57mm
5.4 材料利用率的计算
材料利用率定义为：η=A/BS×100% 公式-7
式中η—材料利用率
A—工件的面积，由计算得A=770.76mm2
B—条料宽度
S—冲裁步距
根据公式-7计算出材料利用率：η=A/BS×100%
=770.76/57×19×100%
=71.17%
按此排样方式材料利用率为71.17%。

图6 排样图
6.刃口尺寸计算
6.1 冲裁间隙的确定
根据实用间隙表 4，可以查出材料的间隙值。

表4 实用间隙表
根据该制件的材料及厚度查表可知，该冲裁模的初始双面间隙的最小值
min Z =0.246mm ，最大值max Z =0.360mm 。

6.2 冲裁刃口尺寸的计算及法则
模具凸模和凹模一般容易磨损，所以我们要通过计算，还求出合理的凸凹模的尺寸公差和偏差，有两种计算方法，第一种计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；另一种方法，就是采用配合法，就是计算出一个凸模或者凹模的尺寸，然后通过配合来加工另外的对应的尺寸。

使用第二种算法，是凸凹模的加工变的简单，降低模具的生产成本：所以采用凸凹模配合加工的方法。

（1）凸凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断增大---第一类尺寸A
Aj=(A max -x △)△
410+
（2）凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不断减少---第一类尺寸B
Bj=(B min +x △)041△-
（3）凹模或者凸模在模具工作过程中尺寸会不变化---第一类尺寸C
Cj=(C min +△21)△8
1
+
其中，x 为磨损系数。

查表得：
工件精度IT10级以上 x=1 工件精度 IT1-IT13 x=0.75 工件精度 IT14 x=0.5
因为本工件尺寸精度按IT11执行，所以取x=0.75即可。

在所有的尺寸中， A 类尺寸：53、15 B 类尺寸：6φ，8 C 类尺寸：无
表5 工作零件刃口尺寸计算
6.3最小弯曲半径
最小弯曲半径理论计算较繁琐复杂，需要结合实际生产情况才能得出结果，
一次一般按经验值选取，如下表：
表6 最小弯曲半径m in r
根据此次设计任务书得知材料为铝合金，因此最小弯曲半径为0.5t ，即1mm 。

6.4 弯曲凸凹模间隙
查询资料得知弯曲凸凹模间隙公式如下：
xt
t xt t c +∆+=+=max 公式-8
式中，c 为凸凹模单边间隙（mm ）； t 为工件材料厚度（mm ），取2mm ； ∆为工件材料正偏差（mm ），取0； x 为间隙系数，取0.05； 计算得凸凹模单边间隙为2.05mm 。

7.计算冲压力
7.1冲裁力的计算
冲裁力公式： F KLt τ=或b F Lt σ= 公式-9 式中： L 为压片周边长度（mm ）； t 为材料厚度（mm ）; τ为材料抗减强度（MPa ）；
K 为修正系数。

在一般设计的过程中我们取K =1.3。

b σ——材料的抗拉强度（MPa ），一般情况下，材料的 1.3b στ=，取
470b MPa σ=。

第一工位：侧刃冲孔（周长为126.3mm ） 第二工位：切边（周长位44mm ） 第四工位：切槽（周长位88mm ）
第六工位：切断（周长22mm ） 计算得：N F k 5.263=冲裁力 7.2 卸料力与推件力的计算
卸料力和推料力可以依据以下公式7-2和7-3来计算：
F K F =卸卸 公式-10
F K F =推推 公式-11
式中F ——冲裁力（N ）；
K 卸为卸料力系数， K 推为推件力系数， K 顶为顶件力系数。

所以总冲压力为： F F F F =++总冲卸推 公式-12 查《冲压工艺及模具设计》书中表（3—9）得，
0.045
0.055K K ==卸推
通过计算得出卸料力和退料力： kN F 9.115.263045.0=⨯=卸
kN F 5.145.263055.0=⨯=推
所以模具总冲压力为KN F F F F 9.2895.149.115.263=++=++=推卸冲总 7.3 弯曲力计算
U 型弯曲弯曲力计算公式如下为：
t
r kbt F b
+=σ27.0弯 公式-13
式中，k 为弯曲系数，取1； b 为弯曲件的宽度，取15mm ； t 为弯曲件的厚度，取2mm ； b σ为材料的抗拉强度，取400MPa ； r 为弯曲圆角的半径，取1mm ； 计算得弯曲力F 弯=11.2kN 。

7.4 压力中心确定
为确保冲裁模在压力机上正常、平衡地进行重制工作，在设计冲裁模时，应该使冲裁模的压力中心与压力机滑块的中心想重合，即冲裁模的模柄中心应该与
冲裁模的压力中心一致。

由于该零件为环形垫片，形状是对称且规则的，所以模具的冲裁压力中心与零件的几何中心重合。

8.选择冲压设备
8.1 冲压设备的校核
模具的闭合高度也就是模具在完全闭合时的高度。

H闭=H上+H下+H垫+L+H-h 公式-14 式中：L,H和h分别为冲孔凸模长度，凹模厚度，冲孔凸模冲裁后进入凹模的深度h=1mm。

根据公式-14可计算得模具的闭合高度大约为：
H闭=H上+H下+H垫+L+H-h
=190(mm）
查表7《J23-35压力机规格及参数》可查询到J23-35型号的压力机最大闭合高度为350mm，该模具的闭合高度在所选压力机闭合高度之间，所以符合模具设计的要求。

8.2 冲压设备的选用
根据冲压设备的类型和工作特点，结合复合模的结构形式和尺寸大小、工件的尺寸大小、冲裁力大小、复合模闭合时高度、生产批量和生产成本，J23-35型号的机械压力机可以满足各项生产，本模具在冲裁过程中总的冲压力301
F1.
KN
，初步我们开始选择压力机型号为J23-35压力机，具体参数如下。

总
表7 J23-35压力机规格及参数表
9.模具图纸
（a）正视图
（b）俯视图
图7 模具装配图
技术要求：
1．凸模安装采用压入式先磨平凸模再与垫板相接；
2．导套与导柱间隙配合H7/h6，压入时主要校正导柱；
3．导柱与下模座为过盈配合H7/g6；导套与上模座为H7/g6；4．装配好的模架，其上下模板沿导柱移动时应平稳无阻滞；5．凸模与凹模固定板过渡配合H7/m6或H7/k6；
6．螺钉与螺杆孔单面间隙是0.5-1.0mm；
表8 装配编号表
图8 凸模图
图9 凹模图
总结
历经近两周的冲压模具课程设计即将结束，在这次课程设计中通过参考、查阅各种有关模具设计方面的资料,使我对冲压模具设计的各种成型方法,成型零件的设计,成型零件的加工工艺,主要工艺参数的计算,产品缺陷及其解决办法,模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。

在这次课程设计过程中我学会了许多书本之外的东西,那就是遇事多动脑,密切与其他同学的合作。

并且注意学习其他人的长处，团结合作，,我深刻体会到设计其中隐含的困感与疑虑,而这些的问题都要靠自己去查取相关的知识与理论,这不仅开拓我的知识面,也增强了我的动手能力和思维能力，不但使我更进一步理解和懂得了以前学到的知识而且还把以前课本上学到的知识连接在了一起,使我能好的融会贯通。

在实际过程中,遇到许多拦路虎,各种各样的困难摆在眼前,从中煅炼自己遇到问题时处理问题的能力,使自己在下一次遇到新事物时能更快、更好地熟悉它。

这次设计得到付康老师悉心的帮助和辅导。

有了克服设计期间的种种困难和艰辛的经历,我想,在今后的学习和工作中一定会兢兢业业,奋发向上的拼搏!
参考文献
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