模具冲压方案设计书

桂林理工大学高等职业技术学院
《冲压工艺与模具设计》——工程实训指导书
编者：黄荣学
机械系机械基础教研室
2013年2月
一、工程设计的组织与安排
1．视班级学生数量分为4~6组，每组一题。

在指导教师的指导下，组内同学共同完成课题工艺方案的制定。

2．按照工程设计要求每组绘制模具的装配图及部分模具零件图（具体有指导教师指定），所绘图纸要符合相关的国家制图标准，图面整洁清晰、布局合理。

3．工程设计要求在教室能进行，以便于辅导教师的及时辅导。

4. 工程设计的时间安排
（1）时间安排：工程设计于年月日到月日进行，为期2周。

（2）时间分配表：
二、冲压模具设计一般方法与步骤
1 、明确设计任务，收集有关资料
根据课程设计目的，设计课题由指导教师用“设计任务书”的形式下达。

学生拿到“设计任务书”后，首先明确自己的设计课题要求。

学生应充分研究设计任务书，了解产品用途。

然后在老师指导下拟订工作进度计划，查阅有关图册、手册等资料，如《冷冲模国家标准》、《模具设计与制造简明手册》、《冷冲压模具结构图册》等技术资料。

2、工艺分析和工艺方案制定
（1）分析冲压件的工艺性
根据设计题目的要求，分析冲压件成形的结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求。

如果发现冲压件工艺性差，则需要对冲压件产品提出修改意见，必须征询指导教师的意见后方可进行改进。

（2）制定冲压件工艺方案
在分析了冲压件的工艺性之后，通常可以列出几种不同的冲压工艺方案（包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式），从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然后确定适合于工厂具体生产条件的最经济合理的工艺方案。

3、工艺计算和设计
（1）冲压工艺计算和设计
①排样及排样利用率的计算：就设计冲裁模而言，排样图设计是进行工艺设计的第一步。

每个制件都有自己的特点，每种工艺方案考虑的出发点也不尽相同，因而同一制件也可能有多种不同的排样方法。

在设计排样图时，必须考虑制件的精度、模具结构、材料利用率、生产效率、工人操作习惯等诸多因素。

在设计时往往要对多种不同排样方案计算材料利用率，比较各种方案的优缺点，选择最佳排样方案。

②刃口尺寸的计算：刃口尺寸计算较为简单，当确定了凸、凹模加工方法后可按相关公式进行计算。

一般冲模计算结果精确到小数点后2位，采用成型磨削、线切割等加工方法时，计算结果精确到小数点后三位。

若制件为弯曲件或拉深件，需要先计算展开长度，再计算刃口尺寸。

③冲压力计算、冲压中心确定、冲压设备选用：根据排样图和所选用模具结构形式，可以方便地计算出所需要的总压力。

求出模具压力中心，以便确定模具
外形尺寸。

根据计算出的总压力，初选冲压设备的型号和规格，待模具总图设计好后，校核设备的装模尺寸（如闭合高度、工作台板尺寸等）是否合乎要求，最终确定压力机型号和规格。

④计算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、垫板、凸模）的外形尺寸，以及卸料橡胶或弹簧的自由高度等。

4、模具结构设计
在保证产品尺寸公差等级的前提下，应尽量简化模具结构复杂程度，降低模具制造费用，这是设计模具的规则。

倒装复合模的结构比顺装复合模简单，所以应优先考虑采用倒装复合模。

最终能否采用复合模冲裁方案以及采用何种复合模结构的关键是验算冲压件的最小壁厚。

（1）确定凹模（模板）尺寸
先计算凹模（模板）厚度，再根据厚度确定凹模（模板）周界尺寸（圆形凹模为直径，矩形凹模为长和宽）。

在确定凹模（模板）周界尺寸时一定要注意四个问题：
①要考虑凹模上的螺孔的布置位置；
②冲模压力中心一般与凹模的几何中心重合；
③凹模（模板）外形尺寸尽量按国家标准选取。

（2）选择模架并确定其他模具零件的主要参数
根据凹模周界尺寸大小，从《冷冲模国家标准》JB/T 8065-1995至JB/T 8068-1995（冷冲模典型组合）中即可确定模架规格。

如采用纵向送料方式，适宜采用中间导柱导套模架（对角导柱导套模架也可）；横向送料适宜采用对角导柱导套模架：而后侧导柱导套模架有利于送料（纵横向均可且送料较顺畅），但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。

待模架规格确定后即可确定主要冲模零件的规格参数，再查阅标准中有关零部件图表，就可以画装配图了。

5、绘制模具总图和非标准零件图
模具装配图上零件较多、结构复杂，为准确、迅速地完成装配图绘制工作，必须掌握正确的画法。

一般画装配图均先画主视图，再画俯视图和其他视图。

画主视图既可从上往下画，也可以从下往上画。

但在模具零件的主要参数已知的情况下，最好从凸、凹模结合面开始，同时往上、下两个方向画较为方便，且不容易出错。

画装配图一般应先画模具结构草图，经过指导教师审阅后再画正式图。

6、编写设计计算说明书。

三，例子
一，无凸缘筒形件模具设计
（一）零件工艺性分析
工件为图24所示拉深件，材料08钢，材料厚
度2mm ，其工艺性分析内容如下：
1.材料分析
08钢为优质碳素结构钢，属于深拉深级别
钢，具有良好的拉深成形性能。

2. 结构分析
零件为一无凸缘筒形件，结构简单，底部圆角
半径为R3，满足筒形拉深件底部圆角半径大于一
倍料厚的要求，因此，零件具有良好的结构工艺
性。

3. 精度分析
零件上尺寸均为未注公差尺寸，普通拉深即可达到零件的精度要求。

（二）工艺方案的确定
零件的生产包括落料、拉深（需计算确定拉深次数）、切边等工序，为了提高生产效率，可以考虑工序的复合，本例中采用落料与第一次拉深复合，经多次拉深成形后，由机械加工方法切边保证零件高度的生产工艺。

（三）零件工艺计算
图24 拉深工件图 图22 冲孔落料级进模
1-下模座 2、4、11-螺钉 3-导柱 5-挡料销 6-导料板 7-导套 8、15、21-销钉 9-导正销 10-上模座 12-落料凸模 13-模柄 14-防转销 16-垫板 17-凸模固定板 18-冲孔凸模 19-卸料板 20-凹模
图23 弯曲模装配图
1、2-螺钉 3-弯曲凹模 4-顶板 5-销钉 6-模柄 7-凸模 8-销钉 9-定位板
10-下模座 11-顶料螺钉 12-拉杆 13-托板 14-橡胶 15-螺母
1.拉深工艺计算
零件的材料厚度为2mm ，所以所有计算以中径为准。

（1）确定零件修边余量 零件的相对高度63.230
180=-=d h ，经查得修边余量mm h 6=∆，所以，修正后拉深件的总高应为79+6=85mm 。

（2）确定坯料尺寸D
由无凸缘筒形拉深件坯料尺寸计算公式得
mm
105mm 456.043072.1853043056.072.14222
2≈⨯-⨯⨯-⨯⨯+=---=r dr dh d D
（3）判断是否采用压边圈 零件的相对厚度9.1100105
2100=⨯=⨯D t ，经查压边圈为可用可不用的范围，为了保证零件质量，减少拉深次数，决定采用压边圈。

（4）确定拉深次数
查得零件的各次极限拉深系数分别为[ m 1]=0.5，[ m 2]=0.75，[ m 3]=0.78，
[ m 4]=0.8。

所以，每次拉深后筒形件的直径分别为
mm 5.52mm 1055.0][11=⨯==D m d
mm 38.39mm 5.5275.0][122=⨯==d m d
mm 72.30mm 38.3978.0][233=⨯==d m d
mm 30mm 58.24mm 72.308.0][344<=⨯==d m d
由上计算可知共需4次拉深。

（5）确定各工序件直径
调整各次拉深系数分别为53.01=m ，78.02=m ，82.03=m ，则调整后每次拉深所得筒形件的直径为
mm 65.55mm 10553.011=⨯==D m d
mm 41.43mm 65.5578.0122=⨯==d m d
m m 60.35m m 41.4382.0233=⨯==d m d
第四次拉深时的实际拉深系数84.060
.353034===d d m ，其大于第三次实际拉深系数3m 和第四次极限拉深系数][4m ，所以调整合理。

第四次拉深后筒形件的直径为mm 30φ。

（6）确定各工序件高度
根据拉深件圆角半径计算公式，取各次拉深筒形件圆角半径分别为mm 81=r ，mm 5.62=r ，mm 53=r ，mm 44=r ，所以每次拉深后筒形件的高度为
mm
22.39mm )832.065.55(65
.55843.0mm )65.5565.55105(25.0)32.0(43.0)(25.02111
1112
1=⨯+⨯⨯+-⨯=+⨯+-⨯=r d d r d d D h mm
57.55mm )5.632.041.43(41
.435.643.0mm )41.4341.43105(25.0)32.0(43.0)(25.02222
2222
2=⨯+⨯⨯+-⨯=+⨯+-⨯=r d d r d d D h mm
77.70mm )532.060.35(60
.35543.0mm )60.3560.35105(25.0)32.0(43.0)(25.02333
3332
3=⨯+⨯⨯+-⨯=+⨯+-⨯=r d d r d d D h 第四次拉深后筒形件高度应等于零件要求尺寸，即mm 854=h 。

拉深工序件图如图25所示。

2.落料拉深复合模工艺计算
（1）落料凸、凹模刃口尺寸计算
根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。

落料尺寸为φ0
87.0105-，落料凹模刃口尺寸计算如下。

查得该零件冲裁凸、凹模最小间隙mm 246.0min =Z ，最大间隙mm 360.0max =Z ，凸模制造公差mm 025.0T =δ，凹模制造公差mm 035.0A =δ。

将以上各值代入A T δδ+≤min max Z Z -校验是否成立。

经校验，不等式成立，所以可按下式计算工作零件刃口尺寸。

mm
565.104mm 87.05.0105)(035.00035.00
max A A +++=⨯-=-=）（δX ΔD D mm
319.104mm )246.0565.104()(0
025.00
025.00
min T T
---=-=-=δZ D D A
图25 拉深工序件图
（2）首次拉深凸、凹模尺寸计算
第一次拉深件后零件直径为55.65mm ，由公式Kt t Z +=max 确定拉深凸、凹模间隙值Z ，查得5.0=K ，所以间隙mm 3mm 25.0mm 2=⨯+=Z ，则
首次拉深凹模mm 65.57mm )265.55()(08.0008.0001A +++=+=+=A t d D δ。

首次拉深凸模mm 65.51mm )665.57()2(005.0005.00
T ---=-=-=T Z D D A δ
（3）排样计算
零件采用单直排排样方式，查得零件间的搭边值为1.5mm ，零件与条料侧边之间的搭边值为 1.8mm ，若模具采用无侧压装置的导料板结构，则条料上零件的步距为106.5mm ，条料的宽度应为
mm
6.109mm )18.12105()2(0
7.00
7.00
max --∆
-=+⨯+=++=c a D B
选用规格为2mm×1000mm×1500mm 的板料，计算裁料方式如下。

裁成宽109.6mm ，长1000mm 的条料，则每张板料所出零件数为
1179135.10610006.1091500=⨯=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡ 裁成宽109.6mm ，长1500mm 的条料，则每张板料所出零件数为
1261495.10615006.1091000=⨯=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡ 经比较，应采用第二种裁法，零件的排样图如图26所示。

（3）力的计算
模具为落料拉深复合模，动作顺序是先落料后拉深，现分别计算落料力落F 、拉深力拉F 和压边力压F 。

kN
3.274N
4.274310N 320210514.33.1≈=⨯⨯⨯⨯==τ
KLt F 落
kN
8.111N 24.111834N 8.0400265.5514.31
1≈=⨯⨯⨯⨯==K t d F b σπ拉
kN
7.9N 37.9672N 2.2])82265.55(105[4
])2[422212≈=⨯⨯++-=++-=
π
πP r t d D F A （压 因为拉深力与压边力的和小于落料力，即落压拉F F F <=+=+KN 5.1217.98.111，所以，应按照落料力的大小选用设
备。

初选设备为J23—35。

3.第二次拉深模工艺计算
（1）拉深凸、凹模尺寸计算
第二次拉深件后零件直径为43.41 mm ，拉深凸、凹模间隙值仍为3mm ，则拉深凸、凹模尺寸分别为
mm 41.45mm )241.43()(08.0008.0002A A +++=+=+=δt d D
图26 零件排样图
mm 41.39mm )641.45()2(005.0005.00
T T ---=-=-=δZ D D A
（2）拉深力计算
kN
4.65N 5
5.65427N
6.0400241.432
2≈=⨯⨯⨯⨯==πσπK t d F b 拉
根据以上力的计算，初选设备位J23—10。

4.第三次拉深模工艺计算
计算方法与第二次拉深模工艺计算相同，此处从略。

5.第四次拉深模工艺计算
（1）拉深凸、凹模尺寸计算
因为零件标注外形尺寸（04.032±）mm ，所以要先计算凹模，即
mm 98.31mm )08.075.004.32()75.0(08.0008.000max A A +++=⨯-=∆-=δd D
拉深凸模mm 58.27mm )4.498.31()2(005.0005.00
T T ---=-=-=δZ D D A
（2）拉深力计算
kN
2.45N 45216N 6.04002304
≈=⨯⨯⨯⨯==πσπK dt F b 拉
（四）冲压设备的选用
1.落料拉深复合模设备的选用
根据以上计算，同时考虑拉深件的高度选取开式双柱可倾压力机JH23—40，其主要技术参数如下：
公称压力：4000kN
滑块行程：80mm
最大闭合高度：330 mm
闭合高度调节量：65 mm
滑块中心线到床身距离：250mm
工作台尺寸：460 mm ×700 mm
工作台孔尺寸：250 mm ×360 mm
模柄孔尺寸：φ50 mm ×70 mm
垫板厚度：65mm
2.第二次拉深模设备的选用
考虑零件的高度，选取开式双柱可倾压力机JH23—80，以保证拉深的顺
利操作，其主要技术参数如下：
公称压力：800kN
滑块行程：130mm
最大闭合高度：380 mm
闭合高度调节量：90mm
滑块中心线到床身距离：290mm
工作台尺寸：540 mm×800 mm
模柄孔尺寸：φ60mm×80 mm
垫板厚度：100mm
（五）模具零部件结构的确定
1.落料拉深复合模零部件设计
（1）标准模架的选用
标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。

根据凹模高度和壁厚的计算公式得
凹模高度mm
=
21
H。

⨯
=Kb
2.0=
mm
105
凹模壁厚mm
5.1(≈
⨯
C。

=H
=
~
)2
mm
38
21
8.1
所以，凹模的外径为mm
+
=
D。

⨯
181
38
2
105=
以上计算仅为参考值，由于本套模具为落料拉深复合模，所以凹模高度受拉深件高度的影响必然会有所增加，其具体高度将在绘制装配图时确定。

另外，为了保证凹模有足够的强度，将其外径增大到200mm。

模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规格为：上模座200mm×200mm×45mm，下模座200mm×200mm×50mm，导柱32mm×190mm，导套32mm×105mm×43mm。

（2）其它零部件结构
拉深凸模将直接由连接件固定在下模座上，凸凹模由凸凹模固定板固定，两者采用过渡配合关系。

模柄采用凸缘式模柄，根据设备上模柄孔尺寸，选用规格为A50×100的模柄。

2.第二次拉深模零部件设计
由于零件高度较高，尺寸较小，所以未选用标准模架，导柱导套选用标准件，其规格分别为35mm×230mm，35mm×115mm×43mm。

模柄采用凸缘式模柄，规格为A60×90。

（六）落料拉深复合模装配图
落料拉深复合模装配图如图27所示。

图27 落料拉深复合模
1-下模座 2、3、10、12、23-螺钉 4-凹模 5-导柱 6-挡料销 7-导套 8-凸凹模固定板 9-上模座 11-模柄 13-横销 14-打杆 15-推件块 16、22、24-销钉 17-凸凹模 18-卸料版 19-拉深凸模 20-压边圈 21-顶杆
（七）第二次拉深模具装配图
第二次拉深装配图如图28所示。

图28 第二次拉深装配图
1-下模座2-导柱3-螺钉4-凸模固定板5-顶杆6-压边圈7-拉深凹模8-推件块9-上模座10-导套 11、12-螺钉 13-横销 14-打杆 15-模柄 16-销钉 17-凸模
我做的是这个，上面的那个是例子
五、盒盖件1
技术要求：
1、材料为08钢，厚度t = 1mm
2、产量为大批量生产
注：内两个小圆直径20
冲压模具工程实训
设计说明书
盒 t=1mm 材料：08钢
姓名：
学号：
班级：
设计题目：
指导老师：
201 年月日。