前言冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生别 离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具在冷冲压加工 中，将材料金属或非金属加工成零件或半成品的一种特殊工艺装备，称 为冷冲压模具俗称冷冲模。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技 术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产本钱等，与模具设计和制造有 直接关系。模具设计与制造技术水平的上下，是衡量一个国家产品制造水平上下 的重要标志之一，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。我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差 距。这些主要表现在飞行器钣金件、高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度 冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。覆盖件模具， 具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。 虽然在设计制造方法和手段方面已根本到达了国际水平，模具结构功能方面也接 近国际水平，在模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周 期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进 模和多功能模具，是我国重点开展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化 的铁芯精密自动阀片多功能模具，已根本到达国际水平。因此我们在学习完?飞机钣金成形原理和工艺?等模具相关根底课程后，安排 了模具设计课程设计，以帮助我们掌握模具设计的过程，为以后参加工作打下根 底。设计内容一、零件的工艺性分析图 1 零件图1) 零件的尺寸精度分析 如图1所示零件图，该零件外形尺寸为Rll,19；内孔 尺寸为R3, 6,均未标注公差，公差等级选用IT14级，那么用一般精度的模 具即可满足制件的精度要求。2) 零件结构工艺性分析 零件形状简单,适合冲裁成形。3) 制件材料分析制件材料为45钢，抗剪强度为432549Mpa，抗拉强度为 540685Mpa，伸长率为16%。适合冲压成形。综合以上分析，得到最终结论:该制件可以用冲压生产的方式进行生产。但 有几点应注意：1) 孔与零件左边缘最近处仅为2mm，在设计模具是应加以注意。2) 制件较小，从平安方面考虑，要采取适当的取件方式。3) 有一定批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。二、工艺方案确实定由零件图可知，该制件需落料和冲孔两种冲压工艺，设计模具时可有以下三 种方案：方案一：先落料，再冲孔，采用单工序模生产。 方案二：冲孔、落料连续冲压，采用级进模生产。 方案三：落料和冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案一采用单工序模生产，模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能 完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件年产 20万件的需求，而且要考 虑第二套模具中工序件的定位问题，操作不便。方案二采用级进模生产，可有效地提高生产效率，但连续模制造和设计难度 大，费用高，用于生产该制件达不到经济性要求。方案三采用复合模生产，亦有很高的生产效率，复合模能在压力机一次行程 内，完成落料、冲孔两道工序，所冲压的工件精度较高，不受送料误差影响，能 较好的满足该制件内孔与外形同心的要求。通过比照，故采用方案三，比拟适合该零件。三、模具结构形式确实定 一模具类型及卸料方式分析因制件材料较薄，为了保证制件的平整度，所以采用正装式复合模，即凸凹 模安装在上模，这样，从模柄中穿入导杆可以直接把嵌在凸凹模里的废料从刃口 中打下，卡在凸凹模凸模刃口上的材料可以用弹性卸料板卸料；冲孔凸模与落料 凹模安装于下模，用顶件器带动卸料板顶出制件。二模具定位方式分析在模具设计中，抛弃了传统的销钉定位，而是把凸凹模和凹模分别在上、下 模座定位，上、下模座的定位沉台在制造时是和导柱、导套固定在一起加工完成 的，这样保证了上、下模工作零件的同轴度，从而到达保证零件尺寸精度的目的。 同时没有使用销钉，也使模具的维修方便了很多，即使屡次拆卸也能保证零件的 精度不变。四、工艺设计与计算 一制件排样与材料利用率计算采用单排直排有废料排样，如图 2 所示。由文献【1】表3-17查得制件间搭边值m,侧搭边值a =1mm,那么送料步距1L=19+0.8=19.8；条料宽度B=22+1+1=24；经计算制件面积2, 个步距的材料利用率为：n=S/（BL） X100%=284.73/（24 X19.8） X100%图 2 排样图由文献【2】表4-1冷轧钢板的尺寸，选板料规格为1200mmX600mmX1mm, 剪裁条料时采用横裁法，于是条料尺寸为24mmX600mm。每板条料数n =1200/24=50（条）；1每条制件数n X2）/19.8=30（件）；2每块板制件数n二n Xn =50X30=1500（件）312材料总利用率 n，=1500X/1200X600=%二冲压力的计算冲裁力可按以下公式1计算：F=KLt tkp式中：t一材料厚度mm； L一冲裁件周长mm； t -材料抗剪强度Mpa。kpK=1.3, t=1mm；查文献【2】表4-12得t =432549,取t =500；经计算 kpkp得外形周长Lm,内孔周长Lm。所以12落料冲裁力F= KLti XX500X1 1kp冲孔冲裁力 F= KLttXX500X kN2 2kp推件力和卸料力可用以下经验公式 1进行估算：F =nK F推件 推F =K F卸料 卸式中：F冲裁力；n为同时卡塞在凹模内的零件数，一般为35； K 推推件力系数；K 卸料力系数。卸查文献【1】表3-15得， K 5，K 45，所以 推卸F =K F=X kN卸料 卸 1F =nK F=5XX kN推件 推 2由于该制件模具采用弹性卸料装置，所以总冲压力的计算公式为：F = F+F+F +F =43.92+20.05+1.7568+5. kN总 12 卸料 推件（三）初选压力机根据总压力kN,查文献【2】表4-33开式压力机的主要技术参数，初选压力机型号规格为J23-10，其主要参数如下：公称压力：100 kN滑块行程：45mm最大闭合高度：180mm最大装模高度：145mm工作台尺寸：370mmX240mm模柄孔尺寸： 30mmX55mm（四计算压力中心该制件图形较规那么，上下对称，故采用解析法求压力中心较为方便。建立如下列图所示坐标系。yi设压力中心为x,y，因为上下对称，所以y =0，只需求x,又因为内孔0 0 0 0为轴对称图形，所以只需考虑外形。经计算得L =15.1mm,L =52.47mm,x ,1 2 2 x=-8。根据合力矩定理得1+5电 15.1 X ( - 8)1 52.47 X 3.1 S5= L + 耳 =15-1 + 5247= 72所以，压力中心为2, 0。五计算凸凹模刃口尺寸本制件形状简单，可按分别加工方法制造凸、凹模，凸、凹模的制造公差5和6必须满足不等式1：pp5 + 5 WZ -Z 。pd max min根据制件的材料和厚度，由文献【3】表2-14汽车、拖拉机等行业冲裁模初始双边间隙值，查得：Z =0.140mm,Z =0.100mm；maxmin根据制件的根本尺寸和厚度，由文献【3】表2-19汽车、拖拉机等行业简单形状制件凸、凹模的制造偏差，查得：落料局部：凸模20mm，凹模20冲孔局部：凸模20mm,凹模20验证制造偏差是否合格：5 + 5p dZ -Zmax min所以，5 +5二Z -Z，合格，可以米用该公差值。pd max min由于零件图未注公差，为了降低工作难度，所以在实际生产中按照IT14等级确定制件各尺寸公差，查文献【3】附录一标准公差数值和表2-17磨损系数x得:落料局部：尺寸R11，公差为mm,取x；尺寸19，公差为，取x；冲孔局部：尺寸R3，公差为，取x；尺寸6，公差为，取x=5。V d + 0.21 h1落料尺寸R.+ Sc F 0：)20+ 0.02CD =(D -xV - X -dmax尺寸 1()0 D = (D- Z Jpd min、+ 阮 J C.020 Q h 0.020 D =(D -xV - X =-dmax卜 0.12 S2）冲孔 尺寸R，：!-1 只 q LD = (D- Z -pd min0 0 0d = (d +xV.-X-U2= mp min.+ Sc 0.020+0.：)20d = (d+ I =-d p min0 0 0d = (d+xV 八；p min、+ 耳 r： f 0.020.7+0.020d=(d+ Z，:d p min五、模具结构设计一凹模设计因制件形状简单，轮廓近似圆形，且总体尺寸不大，选用整体式圆形凹模较为合理。因制件精度较低，厚度较小，由文献【2】表3-5冷冲模工作零件的材料及热处理要求，选用9Mn2V为凹模材料。1）确定凹模厚度H值：由凹模厚度经验公式估算:H=K K l ：l 卜1 2式中，F冲裁力，N； K凹模材料修正系数，合金钢取1,碳素钢取1.3；1K凹模刃口周边长度修正系数。2本例中冲裁力N；凹模材料为合金钢，故K取1；凹模刃口周边长度为m，1查文献【4】表3-34凹模刃口周边长度修正系数，得K2，所以2H=KKJ=1XX汽1 22）确定凹模周界尺寸D：根据条料宽度B=24mm，材料厚度t=lmm,由文献【4】 表3-33，查得凹模孔壁厚c=22mm。所以D=2R+2c=22+2- 66mm由文献【2】表5-45圆形凹模板尺寸，可查到较为靠近凹模周界尺寸为63mmX20mm，故凹模周界尺寸取为63mmX20mm。其结构图如图3所示。图3凹模二其他冲模零件设计据以上确定的凹模周界尺寸，查文献【2】表5-5复合模圆形厚凹模典型组 合尺寸，可得其他冲模零件的数量、尺寸及主要参数。1）卸料板 标准编号，周界尺寸63mmX 8mm,结构图如图4所示。图4卸料板2）凸凹模固定板 标准编号，周界尺寸63mmX12mm，结构图如图5所示。图5凸凹模固定板3）顶件块 非标准件，尺寸根据凸、凹模尺寸确定，结构图如图6所示。亠 19 一图6顶件块/h10E44凸凹模凸凹模采用直通式结构，固定局部简化为圆形，因采用弹压卸料，所以凸凹 模长度按下式计算L=h +h +t+h1 2式中，h一凸凹模固定板厚度，mm； h一卸料板厚度，mm； t一材料厚度，mm；1 2h增加长度。它包括凸凹模修磨量、凸凹模进入凹模的深度 1mm、凸凹模 固定板与卸料板之间的平安距离等，一般