冲压模具课程设计说明书正式

江苏省自学考试
《冲压工艺与模具设计》
课程设计计算书
设计题目力调节杠杆的级进模冲压设计
学生姓名
准考证号
指导老师
成绩评定
南京工程学院
二〇一三年十月
目录
前言 ................................................................................. - 2 -1.绪论 .................................................................................. - 3 -
1.1课题设计简介及意义............................................................... - 3 -
1.2 冲压工艺分类..................................................................... - 3 -
1.3国内模具的现状和发展趋势......................................................... - 4 -
2.冲压件工艺性分析 ...................................................................... - 6 -
2.1分析冲压件工艺性................................................................. - 6 -
2.2.拟定冲压工艺方案................................................................. - 6 -
3.冲裁模工艺计算及设计................................................................... - 8 -
3.1 冲裁尺寸计算..................................................................... - 8 -
3.2 冲裁工艺力计算.................................................................. - 10 -
3.3模具刃口尺寸计算................................................................ - 12 -
4.模具主要零件的设计 ................................................................... - 14 -
4.1 凸、凹模结构设计................................................................ - 14 -
4.2 凹模固定板...................................................................... - 15 -
4.3凸模固定板...................................................................... - 16 -
4.4 卸料板.......................................................................... - 16 -
4.5定位零件设计.................................................................... - 17 -
4.6 卸料橡胶的设计.................................................................. - 17 -
4.7其他结构设计.................................................................... - 18 -
4.8冲压设备的选择.................................................................. - 18 -
5. 设计并绘制装配总图 .................................................................. - 20 -7.主要参考资料 ......................................................................... - 22 -8．附件 ................................................................................ - 23 -
前言
力调节杠杆冲压工艺及冲压模具设计，通过对冲压件的全面分析和有关冲压工艺的资料阅读，了解有关模具设计的基本概况，确定合理的冲压工艺方案，设计冲压工序的模具，使用标准的模架，使用UG三维绘图软件绘制模具三维图，对冲压机构进行工艺分析。

明确了设计思路，确定冲压成型工艺过程对各个具体部分进行计算和校核，这样设计出来的结构可确保模具工具可行性运行，保证了其他部件的配合，根据三维图绘制模具的二维图和零件图。

通过力调节杠杆的设计，巩固和深化了所学知识，并对有关冲压知识和模具设计的现状和以后的发展趋势有了充分的了解。

关键词：冲压工艺；力调节杠杆；模具设计；冲压模具
力调节杠杆的级进模设计
1.绪论
1.1课题设计简介及意义
本次我设计的题目是“力调节杠杆的冲压工艺级进模设计”。

本设计是根据冲压工艺及冲模设计的基本要求、主要内容及相关的技术资料而编写的。

内容涉及到《冲压工艺与模具设计》、《机械零件设计手册》等课程。

模具设计是随着生产和技术的发展，在冲压模具冷锻为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科。

模具作为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛和重要的工艺装备。

采用模具生产制片和零件，具有生产效率高，可实现大批量生产、节约原材料、实现无切削加工、产品质量稳定、具有良好的互换性，操作简单、对操作人员没有很高的技术要求等特性。

利用模具批量生产零件加工费用低，所加工出的零件与制件可以一次成形，不需径向再加工，能制造出其他加工工艺方法难以加工，形状比较复杂的零件制品，容易实现生产的最大化的等点。

冲压加工在机械、车辆、电机、电器、仪器仪表、农机、轻工、日用品、航空航天、电子、通信、船舶、铁道、兵器等各个领域获得相当广泛的应用。

本课题设计运用了冲压工艺与模具设计的相关知识，在了解理论知识的前提下进行设计实践，从而加深对《冲压工艺与模具设计》课程的理解掌握。

本设计的主要目的就是使我们学生理论联系实际，培养灵活运用基础知识和独立分析、设计及解决实际问题的能力。

1.2 冲压工艺分类
1.2.1 按变形性质分类
（1）分离工序被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的相当应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。

这些冲压工序统称分离工序，如剪裁一冲孔、落料、切口等。

（2）成形工序被加工材料在外力作用下，作用在变形部分的相当应力处于材料的屈服极限与强度极限之间，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称成形工序，如弯曲、拉深、成形等变形工序。

1.2.2 按基本变形方式分类
（1）冲裁使材料沿封闭或不封闭的轮廓剪裂而分离的冲压工序为冲裁，如冲孔、落料等。

（2）弯曲将材料弯成一定角度或形状的冲压工序称为弯曲，如压弯、卷边、扭曲等。

（3）拉深将平板毛坯拉成空心件，或将空心件的形状和尺寸用拉深模作进一步改变的冲压工序，称为拉深，有不变薄拉深和变薄拉深。

（4）成形使材料产生局部变形，以改变零件或毛坯形状的冲压工序称为成形，如翻边、缩口等。

1.2.3 按工序组合形式分类
（1）简单工序当零件批量不大、形状简单、精度要求不高时、尺寸较大时，在一副模具内只完成零件的一个工序，称为简单工序。

（2）组合工序当零件批量较大、尺寸较小、精度要求较高时，将两种或两种以上的工序组合在一副模具内完成称为组合工序。

根据工序组合方法又可分为：复合冲压、级进冲压、级进-复合冲压的冲压方式。

1.3国内模具的现状和发展趋势
1.3.1国内模具的现状
我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点大约有2万多家，从业人员约5万人，2004年模具行业的发展宝石良好的势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元，进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%，32.4%和45.9%，进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量最大的国家。

在2万多家生产厂点中，有一半以上的自产自用的，在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余的都是小型企业，近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型，精密，复杂，长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一半模具产品，专业模具厂数量增加，能力提高较快；’三资‘及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。

虽然说我国模具有发展迅速，但远远不能适用国民经济发展需要我国尚存在以下几方面的不足：
第一，体制不顺，基础薄弱。

“三资”企业虽然已经在中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适用市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽人意，特别是总体水平和高新技术方面。

第二，开发能力较差，经济效益欠佳，我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常属于被动地位，我国每个模具职工平均年创造值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15--20万美元，有的高达25--30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。

第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低，虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总体仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率要比国外企业低很多，有用体制和资金等原因，引进设备不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到好的解决。

装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。

第四，专业化，标准化，商品化的程度低，协作差，由于长期以来受“大而全”小而全“影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度低，目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。

模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比落后许多。

模具标准化水平低，标准件使用覆盖率也对模具质量，成本有较大的影响，对模具制造周期影响尤甚。

第五，模具材料机模具相关技术落后，模具材料性能，质量和品种往往会影响模具质量，寿命及成本。

国产模具钢与国外进口钢相比，无论是品种还是质量规格，都有比较大差距，塑性，板材，设备等性能，也直接影响模具水平的提高。

1.3.2国内模具的发展趋势
巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展虽然我国的模具工业和技术在过去几十年得到了快速的发展但与国外工业发达国家相比仍存在较大的差距，尚不能满足国民经济高速发展的需求。

未来十年中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面：
模具日趋大型化；
在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；
模具扫描及数字化系统；
在塑料模具中推广应用热流通技术，气辅注射成型和高压注射成型技术；
提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；
发展优质模具材料和先进的表面处理技术；
模具的精度将越来越高；
模具研磨抛光将自动化，智能化；
研究和应用模具的高速测量技术和逆向工程；
开发新的成型工艺和模具。

1.3.3国外模具的现状和发展趋势
模具是工业生产关键的工艺装备，在电子，建材，汽车，点击，电器仪表，家电和通讯器材等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。

用模具生产制作表现出的高效率，低成本，搞精度，高一致性和清洁环保的特性，是其他价格制作所无法替代的。

模具生产生产水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并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。

近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600--650亿美元左右。

美国，日本，法国，瑞士等国家年出口模具两约占本国模具年总产值的三分之一。

国外模具总量中，大型，精密，复杂，长寿命模具比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是“大二专”“大二精”，2004年中国模协在德国访问时，从德国工，模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具协会约有5000家。

2003年德国模具产值达48亿欧元。

其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。

随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如每句结构设计，模具工艺设计，高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高，故人均产值比较高，我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达的国家大多15-20万美元，有的打到25-30万美元。

国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45%。

2.冲压件工艺性分析
2.1分析冲压件工艺性
图2-1-1
所需冲压件如图2-1-1所示，进行工艺分析如下：
1.材料：该冲裁件的材料属常用中碳调质结构钢45钢。

该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。

2.零件结构：该冲裁件结构简单，由两个内孔Ф6和Ф35和外轮廓构成，比较适合冲裁。

3.尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件外形尺寸的公差按IT12确定两个孔的尺寸公差。

查公差表可得主要尺寸为：
37068.±mm 、31.0549±.mm 、37056.±mm 、1807.±mm 、31035.±mm 、ϕ2500
35.+mm 、ϕ12006.+mm 。

综上几个方面得出结论：该件冲压性良好，适合冲裁。

2.2.拟定冲压工艺方案
2.2.1 冲压工序分析
该零件包括冲孔，落料两个基本步骤，可以采用以下三种工艺方案
1.先落料，冲孔，采用单工序模生产
2.落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产
3.冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产
2.2.2 工艺方案的比较
方案1：模具结构简单，但需要两道工序，两道模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难于满足零件大批量生产的需要，由于零件结构简单，为提高生产效率，主要采用复合模或级进模冲裁方式。

方案2：采用复合模，压力机一次行程内可以完成两个或者两个以上工序，生产效率高，适合大批量零件生产，冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一致性好，适宜冲薄料。

方案3：采用级进模，压力机一次行程内可以完成多个工序，生产效率高，冲件精度高，适合中小型零件的大批量零件生产，容易实现自动化，较难保证内外形相对位置一致性。

模具强度高。

2.2.3 工艺方案的确定
工件尺寸可知，凸凹模壁厚小于最小壁厚，为了增加模具的使用寿命，所以采用方案3的级进模冲裁实现大批量的生产。

3.冲裁模工艺计算及设计
3.1 冲裁尺寸计算
3.1.1冲裁间隙计算
根据查表确定法，有关间隙可在文献《冲压手册》中查到本例中冲裁模初始双面间隙Zmin 0.98，Zmax 1.32（单位mm）。

图3-1-1
3.1.2 排样的选择与条料宽度的计算
排样：冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。

合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。

排样方案是模具结构设计的依据之一。

根据本零件的尺寸形状选择使用直排，如图2-2-1所示。

图3-1-2
3.1.3 条料宽度确定
条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。

因此，在确定条料宽度时必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同结构分别进行计算。

因为此级进模考虑采用的是自动送料方式，设计时采用侧刃装置，和采用侧压装置，所以计算条料宽度时，按以下式计算：
B=D+2a1+△(mm)
式中： B为条料宽度的基本尺寸；
D为条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸(mm)；
△为条料宽度的单向（负向）公差(mm) ；
查《模具标准设计手册》表2-2-2零件搭边值a1=0.9t
查《模具标准设计手册》表3.3条料裁剪公差和与导料板的间隙。

得: △=1.1mm
D=125.5mm
B=D+2a1+△=125.5+2*0.9*5+1.1=135.6mm
图3-1-3
3.1.4 其他工艺尺寸计算
1．步距：步距指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。

步距可定义为：S=L+a
式中 S─冲裁步距；
L─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；
a─沿送进方向的搭边值。

t─材料厚度
查《模具标准手册》，表2-2-2中碳钢零件搭边值，确定：
搭边值a=0.8t
步距为：64.5+0.8*5=68.5mm
3.2 冲裁工艺力计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的，用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：
b
Fτ
=
KLt
式中：
F——冲裁力（N）
L——冲裁周边长度(mm)
T——材料厚度（mm）
K——系数（系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口的磨损，材料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3）
τb——材料抗剪强度（Mpa）τb按已低温退火优质碳素结构钢45计算为440Mpa。

3.2.1冲裁力计算
冲孔力：
=
Fτ
1.3Lt
b
孔
=1.3*128.8*5*440
= 368.4KN
落料力：
Fτ
=
1.3Lt
b
落
=1.3*321.4*5*440
= 919.2KN 总冲裁力：
落孔总F F F +=
=368.4+919.2 =1287.6KN
注：其中周长L 用AUTO CAD 软件测量得到。

3.2.2卸料力推件力计算
卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置传递的，在选择设备的公称压力或设计冲模时，应予以分别考虑。

生产中常用公式如下：
KxF Fx =
KdF Fd nKtF Ft ==
式中：Fx 、Ft 、Fd ——分别为卸料力、推件力和顶件力；
Kx 、Kt 、Kd ——分别为卸料力、推件力和顶件力系数，如表2.13所示； F ——平刃口的冲裁力（KN ）；
n ——同时卡在凹模内的冲裁件或废料数；
表3-2-1
表格3-2-1卸料力，推件力和顶件里系数 卸料力：
51.5KN 1287.60.04 F Kx F KxF Fx =⨯=⨯===总卸
推件力：
=
⨯
⨯
=
=
Ft=
=总
1287.6
579.42KN
KtF
0.45
F
F
Kt
推
3.3模具刃口尺寸计算
用配作法进行模具刃口尺寸的计算，按设计尺寸制出一个基准件（凸模或者凹模），然后根据基准件尺寸按最小合理间隙配制另一模具件。

设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配做件上只标注公称尺寸，不标注公差，但需要在图纸上注明：“凸（凹）模刃口尺寸按凹（凸）实际尺寸配制，保证双面最小合理间隙值Zmin。

落料模先按凹模为基准冲孔模按凸模为基准。

凸凹模刃口尺寸分为以下三类:
A类：凹模磨损后变大的尺寸，凸模磨损后变小的尺寸。

B类：凹模磨损后变小的尺寸，凸模磨损后变大的尺寸。

C类：凸凹模磨损后无变化的尺寸。

凸凹模、凸模主要尺寸计算如下表：
A、B、C——工件公称尺寸（mm）
Ad 、Bd 、Cd ——凹模刃口尺寸（mm ）
'∆∆、——零件公差，∆=∆5.0'（mm ）
4.模具主要零件的设计
4.1 凸、凹模结构设计
图4-1-1 Φ6孔凸模
图4-1-2 Φ35孔凸模
图4-1-3凹模选择如图所示。

4.2 凹模固定板
凹模固定板形状与凹模板一致，厚度为22mm。

4.3凸模固定板
图4-3-1
凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。

固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。

凸模固定板为方形，厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，材料为Q235
凸固定H 22mm
4.4 卸料板
卸料板同样为凸模形状一致，尺寸略大于凸模，厚度为10mm 。

卸料板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。

取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.1～0.3mm.
卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm ，螺纹部分为M10×10mm 。

卸料钉尾部应留有足够的行程空间。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm ，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

4.5
定位零件设计
图4-5-1 挡料销
图4-5-2 侧刃
4.6 卸料橡胶的设计
卸料橡胶的设计计算见表三。

选用的4快橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。

项目
公式
结果
备注
卸料板工作行程
工
h
21h t h h ++=工
7 mm
1h 为凸模具
凹进卸料板的高度1mm ，2h 为凸模
冲裁后进入凹模的深度2mm ，修h
为
凸模修磨量取5mm,取
工
H 为
自由
H 的25%，选用
4个圆筒形橡胶
橡胶工作行程
工
H
修
工工h h H +=
10 mm
橡胶自由高度
自由
H
工
自由H H 4=
40 mm
橡胶的预压缩量预
H
自由
预H H %15=
6 mm
橡胶的外径D
）
（（p F d D /27.112
+=
46 mm
校核橡胶自由高度
0.5
≤
≤D H /自由 1.5
满足要求
4.7其他结构设计 4.7.1送料定位机构设计
采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。

工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方便.
4.7.2卸料机构设计
1．条料的卸除
采用封闭式固定卸料板，结构简单，仅仅由固定卸料板构成厚度可取凹模厚度的0.8~1倍。

2．工件的卸除
采用刚性推件装置将工件从落料凹模中推出，落在模具工作表面上。

3．冲孔废料的卸除
下模座上采用漏料孔排出。

冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。

4.8冲压设备的选择
冲压时所需的总的冲压力为：落孔总F F F +== 368.4+919.2 = 1287.6KN
则压力机的公称压力可取：7.0F F ÷=总压= 1287.6/0.7 = 1839KN
选择压力机为：JH25-200 压力机部分参数如下： 公称压力2000KN 最大闭合高度500mm 最小闭合高度390mm
压力机工作台尺寸8402420⨯，一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸50～70mm ，
所以压力机合格可用。

5. 设计并绘制装配总图
通过以上设计，可得如图所示的模具总装图。

模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（3个）、凸模固定板及卸料板等组成。

卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件/下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。

冲孔废料料和成品件均由漏孔漏出。

的孔作为导正条料送进时采用活动挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装2个导正销，利用条料上10
销孔导正，以此作为条料送进的精确定距。

图5-1
表5-2
6.课程设计总结
冲压工艺及冲模设计是我们很重要的一门专业课程，做课程设计的时候，必须用很严谨的态度仔细的做好每个细节。

本次的课程设计让我学到了许多新的知识。

冲压模具的设计是一门实践性和实用性很强的学科，在做课程设计必须要理论联系实际，综合运用相关学科的基础知识。

这次设计强化了我们对以前知识的记忆和熟悉。

在课程设计阶段，我们遇到了很多不懂的地方和难题。

有很多的知识点印象模糊，很多东西不会做。

在我们的努力下，终于完成了这次课程设计。

这次设计让我学到了很多东西，对以前的知识也有了一个系统的回顾。

感谢一直为我们解决课程设计中遇到难题的指导老师以及我的同学。

有许多的知识点和图形细节是在他们的提醒下才想起和发现的，没有老师的指点和同学的提醒，这次课程设计将会出现许多错误。

最后再次感谢老师！
7.主要参考资料
[1]贾俐俐.冲压工艺与模具设计.北京：人民邮电出版社，2009年版
[2]姜银方.冲压模具工程师手册.北京：机械工业出版社，2011.5
[3]翁其金、徐新成．冲压工艺及课程设计.北京:机械工业出版社，2004，7
[4]付建军．模具制造工艺.北京:机械工业出版社，2004，8
[5]成虹主编.冲压工艺与模具设计.北京：高等教育出版社，2008.5
[6]欧阳波仪编.现代冷冲模设计应用实例.北京：化学工业出版社，2008.7
[7]杨关全、匡余华.冷冲模设计资料与设计指导（第二版）.大连：大连理工大学出版社，2009
8．附件
1）力调节杠杆冲压工艺卡；
2）力调节杠杆模具的装配图；
3）力调节杠杆零件图
4）力调节杠杆凹模零件图
5）力调节杠杆凸模固定板图。