模具毕业设计83冷冲压模具设计说明书

冷冲压模具设计说明书
系别：机械工程系
专业：模具设计与制造
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指导老师：
冷冲压模具课程设计的目的
冷冲压模具设计是为模具设计与制造专业学生在学完基础理论课、技术基础课和专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。

其目的是：
1）综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。

2）巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。

3）掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。

一、冲压件的工艺性分析
该零件系一心轴托架，Φ10孔内装心轴，拖架通过4个Φ5的孔与机身联接。

零件外形对称，5个孔有较高精度要求。

该零件选用08号冷轧钢板，其弯曲半径皆大于该种材料的最小弯曲半径（R1.5>0.8t），5个孔也均可按要求冲出。

因此，该零件适于冷冲压方法制作。

冲压该零件的基本工序有：冲孔、落料和弯曲。

为简化模具结构，零件上的孔应尽可能在平板毛坯上冲出。

该零件上的Φ10孔边与弯曲中心的距离为6mm，大于1.0t=1.5mm，弯曲时不会引起孔的变形，因此Φ10孔可以在压弯前冲出。

冲出的Φ10
+0.08
孔可以作后续工序定位孔用。

而4-Φ5孔的边缘与弯曲中心的距离为1.5mm，等于1.0t，压弯时易0
发生孔的变形，故应在弯曲后冲出。

零件的弯曲成型，可以采用三种不同的方法。

第一种方法，优点是用一副模具成型，生产率高，设备占用少。

缺点是：（1）模具磨损快，寿命低，因为毛坯的整个面积几乎都参与激烈的弯曲变形，且需要较大的弯曲力：（2）工件表面易擦伤，擦伤面积也大；（3）工件的形状与尺寸不精确；弯角处材料变薄严重。

这是因为不能有效地利用过弯曲或校正弯曲来控制回弹，已经凸凹模圆角处阻力大造成的。

第二种方法，采用两副模具分两次弯曲。

先折弯端部两角。

然后再压出中间的弯角。

显然，弯曲变形的激烈程度比方法一缓和得多，弯曲力也小，模具工作条件大为改善。

但回弹现象仍难于控制，且增加了模具、压床和操作人员的数量。

第三种方法，先在一副模具上弯曲端部两角，同时预弯中间两角使之呈45°，然后在另一副模具上将中间两角弯成90°。

由于能够实现过弯曲和校正弯曲，因而制件的回弹易控制，可以得到形状和尺寸较精确的零件。

此外，由于成形过程中材料受凸，凹模的阻力较小，可以使工件获得较好的表面质
量，模具的寿命也可以提高。

二、确定工艺方案
根据以上分析，冲压该零件可能有以下几种方案。

方案一：落料与冲Φ10孔复合，弯曲外部两角并使中间角预弯45°，弯曲中间两角，冲Φ5四孔。

方案二：落料与冲Φ10孔复合，弯曲外部两角，弯曲中间两角，冲Φ5四孔。

方案三：落料与冲Φ10孔复合，弯曲四个角，冲Φ5四孔。

方案四：冲Φ10孔、切断与弯曲外部两角连续冲压，弯曲中间两角，冲Φ5四孔。

方案五：冲Φ10孔、切断与弯曲四个角连续冲压，冲Φ5四孔。

方案六：全部工序组合，采用带料连续冲压。

在上述6个方案中，方案一的优点是：①模具结构简单、模具寿命长、制造周期短、投产快；②工件的回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量高；③各工序（除第一工序外）都能用Φ10孔和一个侧面定位，定位进准一致且与设计基准重合，操作比较方便。

缺点是：工序分散，需要模具、压力机和操作人员多，劳动量大。

方案二的优点是模具结构简单，投产快、模具寿命长。

但回弹难以控制，尺寸和应状不精确，且工序分散，占用设备多、劳动量大。

方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命短、制件质量（精度与表面粗糙度）低方案四的优点是工序比较集中，从工件成形的角度看，本质上与方案而相同，只是模具结构较为复杂。

方案五本质上与方案三相同，只是采用了结构复杂的连续模。

方案六的优点是工序最集中，只用一副模具完成全部工序。

由于它实质上是把方案一的个工序分别不止到连连续模的各工位上，所以它还具有方案一的各项优点。

缺点是模具结构复杂，安装、调试、维
修困难，模具制造周期长。

综上所述，考虑到该零件为大批量生产，且零件的材料根据有关材料得知弹性系数不大，而且零件的外形尺寸要求不高，为达到提高生产效率的目的，选用方案三比较合适。

其中工序如下：（1）落料冲Φ10孔；（2）压弯四角；（4）冲Φ5四孔。

一、工艺计算
1．长度
毛坯展开长度按图分段计算。

毛坯总展开长度L0
L0=2(a+b)+c+2л(r+xt)
式中a=7.5mm
b=25.5mm
c=22mm
x=0.32(x查教材表3.3.3)
L0=2(7.5+25.5)+22+2×3.14×(1.5+X×1.5)=100.43mm
取L0=100.5mm
2.排样与材料利用率
由于毛坯尺寸较大,并考虑操作方便与模具尺寸,决定采用直排.（根据《指导》表2-17）去搭边a=2 , a1=1.8 （查《指导》表2-18）
则进距h=30+1.8=31.8mm
条料宽度b=100.5+2×2=104.5mm
板料规格选用 1.5mm×900mm×1800mm
采用纵裁时:
每板的条数 n1=900/108=8条,余36mm
每条的工件数 n2=(1800-1.5)/31.5=57件,余3mm
每板工件数 n=n1×n2=8×57=456个
板料利用率η=(456×30×100.5)/(900×1800)×100%=84.9%
经计算,横裁时板料利用率仅为81.5%,故决定采用纵裁(如图)。

3.计算压力和初选设备：
（一）冲孔落料模：
(1)落料与冲孔复合工序
冲裁力根据式子P=1.3(L+l)ζt
式中L=2(100.5+30)=261mm
l=л×10=31.4mm
t=1.5mm
ζ=300Mpa（查《指导》表8-1）
故 P=1.3×(261+31.4)×300×1.5=152685(N)
卸料力P x=K卸P=0.04×152685=6107.4(N)（K查《指导》表2-20）
推件力P t=n K t P=h/t K t P=6÷1.5×0.05×152685=30537(N)
（h查《指导》表2-23，K查《指导》表2-20）
总冲裁力: P0=P+P x+P t=152685+6107.4+30537=189329.4(N)
根据《指导》表8-10选用J23-25型压力机
（2）压力中心的计算根据公式（2-8）和（2-9）得
X0=(104.5×52.25+261×52.25)/(104.5+261)=52.25 取X0=53
Y0=(104.5×31.5+261×15)/(104.5+261)=19.7 取Y0=20
(3) 计算各主要零件的尺寸
1) 凹模厚度:按式(2-19) 其中b=100.5mm,K按表2-24查得，K=0.2，故H=Kb=100.5×0.2=20.1mm
取H=30mm, 按式（2-20），C=（1.5～２）Ｈ=45~60 取C=50mm根据工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸，
长度×宽度=210mm×140mm。

2）下模座高：H1=（1~1.5）H=30-45mm取40mm
3) 凸模固定板的厚度
H2=0.7H=21mm,取整为20mm
3) 垫板的采用与否
按式(2-10) 其承压应力σ=F/A=〔(30+100.5)×2×1.5×400〕/(30×104.5)=51.48Mpa 查表
（2-39）得铸铁模板的〔σp〕=90～140 Mpa σ＜〔σp〕可不用垫板，但是此工序有冲孔，故采
用垫板。

取垫板厚度10mm.
4) 卸料橡胶的自由高度：根据工件材料厚度为1.5mm，冲裁时凸模进入凹模深度取1mm,考虑模具
维修时刃磨余量2mm，再考虑开启时卸料板高出凸模1mm,则总的工作行程h工件=5.5mm h自由=h工件/（0.25～０.３）=18～22mm 取22mm 组装时橡胶预压量为h预=（10%～１５％）h自=2.2～
３.３mm,取3mm, 安装中橡胶的空间高度为19mm。

5)凸凹模固定板高：H3=0.7 H=21mm取20mm
6)上模座高：H4=（1~1.5）H=30-45mm取40mm
5）计算凸凹模工作部分的尺寸：
由教材表2-24得 2C min=0.15mm 2C max=0.19mm
冲Ф10孔模以凸模为基准由公差表得Ф10孔为IT9级精度由表2-13 查得x=0.75
设凸凹分别按IT6和IT7级加工
由 d p=(d+xΔ)0-δp=10.0270-0.009 mm
D d=( d p+ Z min)+0.0150=10.177+0.0150mm
落料模以凹模为基准宽30mm 长100.5mm 圆角R=2mm
由公差表知宽30mm长100.5 圆角R=2mm时为IT13
设凸凹模分别按IT6和IT7级加工查表2-13取x=0.5
由公差表得 30mm时 xΔ=0.54; 100.5mm时 xΔ=0.54 2mm时 xΔ=0.54
则 D d1=(D- xΔ)+δd10=29.73+0.0210 mm d p1=(D d1- 2C min)0-δp1=29.580-0.013mm
D d2=(D- xΔ)+δd20=100.23+0.0350 mm d p2=( D d2- 2C min)0-0.022=100.080-0.022mm
D d3=R=2 mm d p3=R=2mm
(4) 模具总体设计
H模=40+10+20+10+30+10+10+20+19+11+40=220mm
外形尺寸约为300×335mm
(5) 模具主要零部件的设计
本模具是采用手工送料的复合模，落料凸模面积较大可直接用螺钉与圆柱销固定，冲孔凸模则须用固定板固定，落料凹模可直接用螺钉与圆柱销固定。

另外，横向的定位可在凹模上增设一个定位销，卸料装置采用弹性的，导向装置采用导柱导套。

选用后侧导柱模架.
（6）选定设备
该模具的总冲压力 F总=189329.4N
闭模高度为236mm 外形尺寸约为360×330mm
选用250K曲柄压力机J23-25
最大冲压力：250KN
滑块行程： 65mm
连杆调节量：55mm
工作台尺寸：560×370 mm 模柄孔尺寸：Ф40 mm 深60 mm
（7）绘制模具总图见装配图
（二）弯曲工艺
根据前面的工艺分析采用一次弯曲成型
1、回弹值的确定
材料相对弯曲半径R=r/t=1.5/1.5=1
由R=1可知材料的角度回弹较小
凸模圆角半径
R P=1/（1/r+3σS/Et）=1/(1/1.5+3×196/186×1.5)=0.36mm(σS、E查《指导》表8-1) 凸模圆弧所对中心角αp=rα/r p=1.5×90/0.36=375
2、最小弯曲半径根据表3-4得R=0.1t=0.1×1.5=0.15mm
3、弯曲力的计算：
总冲压力 P0=P f+P c+P p
式中 P f=2.4btσbαβ=2.4×30×1.5×400×0.2×0.6=5184N
（σb查《指导》表8-1，α、β查表3-11和表3-13）
P c=Ap
A=1472mm2(校正面积)
P=80MPa(单位校正力)
故 P c=1472×50=73600(N)
P p=0.5P f=0.5×5184=2592(N)
得 P0=5184+73600+2592=81376(N)=81.38(KN)
选用J23-16曲柄压力机
2、模具工作部分的尺寸计算
1）弯曲凸、凹模的间隙
C=t+Δ+kt=1.5+0+0.05×1.5=1.575mm
2)弯曲凸模和凸凹模中凹模的宽度尺寸
设模具制造精度为IT9级所以Δ=0.052mm
d=（L+1/2Δ）δ0 =（25+1/2×0.052）-0.0260=25.026-0.0260mm
D=d+2c=25.026-0.0260+2×1.575=28.176-0.0260mm
凸模的圆角半径取R P=r=1.5mm
3)弯曲凸凹模中的凸模宽度尺寸和凹模宽度尺寸
d1=（L1+1/2Δ）-δ0=(100.5-2b-2r-2t+1/2Δ) -0.0370=79.537 -0.0370mm
D1= d1+2C=79.537 -0.0370+2×1.575=82.687 -0.0370mm
模具圆角取R=1.5mm
（1）模具主要零部件设计
此模具为弯曲复合模，可不用垫板，直接用螺钉固定在凸凹模上，有压料板，取其厚度为15mm, 由弹簧提供压力。

（2）选定设备
该模具的总冲压力 P0=81.38 KN
闭模高度为240
选用160KN曲柄压力机 J23-16 根据表8-10可知
最大冲压力：160KN
滑块行程：55mm
连杆调节量：45mm
工作台尺寸：300mm×450mm
模柄孔尺寸：Ф40mm 深60mm
(4) 绘制模具结构如图
（三）冲4-Φ5孔模
4个Φ5孔同时冲，需要总压力
P0=P+P x
式中P x=nлdtσb=4×л×5×1.5×400=37680(N) (σb查表8-1) P x=K x Pw=0.04×37680=1510(N) （K查表2-20）
故 P0=37680+1510=39190(N)=39.2(KN)
选用160KN曲柄压力机。

1）凹模厚度:按式(2-19) 其中b=15.7mm,K按表2-24查得，K=0.4，故H=Kb=15.7×0.4=6.28mm
6.28mm太小，强度不够，故取H=30mm, 按式（2-20），C=（1.5～２）Ｈ≈50mm 根据工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸，
长度×宽度=135mm×40mm。

2) 凸模固定板的厚度
H1=0.7H=17.5mm,取整为18mm
3) 垫板的采用与否
按式(2-10) 其承压应力σ=F/A==3Mpa 查表（2-39）得铸铁模板的〔σp〕=90～140 Mpa σ＜〔σp〕可不用垫板，但是此工序是冲孔，故采用垫板。

取垫板厚度8mm.
4）采用弹簧提供压料力，
5）计算凸凹模工作部分的尺寸：
此工序是冲孔，以凸模为设计基准，由表2-9得 2C min=0.132 2C max=0.24 凸凹模分别以IT6 、IT7做δp=0.08 δd=0.012 由表2-13 x=0.75 则
d p=(d min+XΔ)0-δp=5.0230-0.08mm
D d=( d p+2C min)+δd0=5.155+ 0.0120mm
两孔的中心距为 L d=(L+0.5Δ)±0.125Δ=15.06±0.015mm
6)凸凹模的尺寸确定
凸模：取全长L为50mm，工作部分长为6mm垫板厚度取8mm
凹模：凹模厚度为30mm，工作部分厚取8mm，可不用垫板
初算笔模高度为210mm 则其外形尺寸初定为130mm×35mm
7) 绘制模具总图。