课程设计说明书

课程名称：    冲压工艺与模具设计      

设计课题：    圆环垫片冲压模具       

专    业：    材料成型及控制工程      

指导教师：                        

班    级：                  

姓    名：                         

学    号：                 

                    20##年   12月 21  日

课  程  设  计  任  务  书

     机电工程系    系       材料成型及控制工程     专业

学生姓名     班级    学号   

课程名称：            冲压工艺与模具设计                  

设计题目：            圆形垫片冲压模具设计                

课程设计内容与要求：

（1）、设计模具零件图若干份（A3或A4图纸，建议A3） ；

（2）、设计模具总装图一份（A2或A3图纸，建议A2） ；

（3）、模具设计计算说明书一份（不少于10页A4纸）；

（4）、设计必须仔细认真，允许讨论，不允许抄袭或复制。

设计（论文）开始日期   20##年12月16日 指导教师 

设计（论文）完成日期   20##年12月22日

                                   20##年12月21日

           课 程 设 计 评 语     

    机电工程系    系       材料成型及控制工程     专业

学生姓名     班级      学号   

课程名称：            冲压工艺与模具设计                       

设计题目：           圆形垫片冲压模具设计            

课程设计篇幅：

图  纸    3   张

说明书   15   页

指导教师评语：

题 目：        垫圈的设计                  

  内 容：（一）冲压件的工艺性分析

           （二）确定工艺方案及模具机构形式

（三）模具设计计算

（四）模具总体设计

（五）模具主要零部件的结构设计

（六）冲压设备的选择

（七）绘制模具总装图

（八）拆画零件图

（九）设计总结

（十）参考文献

目  录

（一）.冲压件的工艺性分析……………………………6

（二）.确定工艺方案模具机构形式……………………6

（三）.模具设计计算……………………………………7

  （1）排样方式的确定及其计算

  ( 2) 计算凸.凹模刃口尺寸

  （3）外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算

  （4）冲压力的计算

  （5）压力中心的计算

（四）.模具总体设计……………………………………10

（五）.模具主要零部件的结构设计……………………10

  （1）落料凸、凹模的结构设计

  （2）弹性元件的设计计算

  （3）模架的设计

（六）.冲压设备的选择…………………………………14

（七）.绘制模具总装图…………………………………15

（八）.拆画零件图………………………………………15

（九）.参考文献…………………………………………

冲裁模具设计

设计任务如下：

(一)．冲压件的工艺性分析

该零件形状简单、对称，是由圆弧组成的。冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT11～IT14。凡产品图样上没有标注公差等级或者公差的尺寸，其极限偏差数值通常按IT14级处理。将以上精度与零件的精度要求相比较，可以为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲压方式进行加工。经查公差表，各尺寸公差为：     φ18_-0⁰_.62mm     φ8⁺₀^0.52mm  

(二)．确定工艺方案及模具结构形式

该工件所需的冲压工序包括落料、冲孔两个基本工序，可以拟定出以下三种工艺方案：

方案一：先落料，后冲孔,采用单工序模分两次加工。

方案二：落料-冲孔复合冲压,采用复合模加工。

方案三：落料-冲孔级进冲压,采用级进模加工。

方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足顾客的要求，而且工件的累积误差大，操作不方便。由于该工件大批量生产，所以方案二和方案三更具优越性。·

该零件φ8mm的孔与φ18mm的最小距离为10mm，大于此零件要求的最小壁厚（4.9mm），可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料级进模，复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高，尽管模具结构比较复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。级进模虽生产率也高，但零件的冲裁精度稍差，欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该零件的冲压生产采用方案二的复合模为佳。

(三)．模具设计计算

（1）排样方式的确定及其计算

设计复合模时，首先要设计条料的排样图，因该零件外形为圆形，可采用有废料排样的直排比较合适。参考《冲压工艺与模具设计》表2.8确定其排样方式为直排画出排样图

排  样  图

由于R=9mm查表2-12最小搭边值可知：工艺搭边值a(侧面)=2mm  a₁(工件间)=1.5mm 。

计算条料的宽度：

B=18+2×2=22mm

步距：S=18+1.5=19.5mm

材料利用率的计算：

计算冲压件毛坯的面积：A=π×R² =π×9² =254.34mm ²

一个步距的材料利用率：η==254.34/22×19.5=59.3﹪

(2)计算凸、凹模刃口尺寸                                查《冲压工艺与模具设计》书中表2-5得间隙值Z_min=0.132mm，Z_max=0.240mm。

1）冲孔φ8mm凸、凹模刃口尺寸的计算

由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凹模和凸模分开加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸计算如下：

查《冲压工艺与模具设计》书中表2-7得φ8mm凸、凹模制造公差：

       δ_凸 =0.020mm        δ_凹 =0.020mm

校核： Z_max-Z_min =（0.240-0.132）㎜=0.108mm

       而δ_凸+δ_凹 =（0.020+0.020）㎜=0.040mm

满足  Z_max-Z_min≥δ_凸+δ_凹的条件

查《冲压工艺与模具设计》书中表2-6得：因为0.52mm＞0.20mm所以磨损系数X=0.5,

按式（2-5） d_凸==（8+0.5×0.52）_-⁰_0.020=mm

            D_凹===mm

 (3）外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算

由于外形形状简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸、凹模。

其凸、凹模刃口尺寸计算如下：

查《冲压工艺与模具设计》书中表2-7得凸、凹模制作公差

           δ_凸=0.020mm        δ_凹 =0.020mm

校核：Z_max-Z_min =（0.240-0.132）㎜=0.108mm

而δ_凸+δ_凹 =0.040mm          

满足  Z_max-Z_min≥δ_凸+δ_凹的条件

查《冲压工艺与模具设计》书中表2-6得：IT14级时磨损系数X=0.5,

按式（2.5） d_凹==17.74_-⁰_0.020mm

            d_凹==17.872⁺₀^0.030mm

(4)冲压力的计算

落料力 F_落 = Ltτ_b=（2πR×1.5×450）N=38.151KN

冲孔力 F_冲 = Ltτ_b=（2πr×1.5×450）N=16.956KN

冲孔时的推件力    F_推=n K_推F_孔

由《冲压工艺与模具设计》书中表3-2得h=6mm  则n=h/t=6mm/2=3个

查《冲压工艺与模具设计》书中表2-11得K_推=0.055

                  F_推=n K_推F_孔=3×0.055×16.956=2.798KN

落料时的卸料力   F_卸=K_卸F_落

查《冲压工艺与模具设计》书中表2-11取K_卸=0.04

故     F_卸=K_卸F_落=0.04×38.151=1.526KN

总冲压力为：

F_总=F_落+F_孔+F_推+F_卸=（38.151+16.956+2.798+1.526）KN=59.572KN

为了保证冲压力足够，一般冲裁时压力机吨位应比计算的冲

F_总′=1.3×F_总=1.3×59.572=77.445KN

(5)压力中心的计算

     零件为规则的圆形垫片，所以压力中心为其几何中心。

（四）.模具的总体设计

根据上述分析，本零件的冲压包括冲压和落料两个工序，且孔边距较大，可采用倒装复合模，可直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸料可靠，便于操作。工件留在落料凹模空洞中，应在凹模孔设置推件块，卡于凸凹模上的废料可由卸料板推出；而冲孔废料则可以在下模座中开设通槽，使废料从空洞中落下。由于在该模具中压料是由落料凸模与卸料板一起配合工作来实现的，所以卸料板还应有压料的作用，应选用弹性卸料板卸下条料。

因是大批量生产，采用手动送料方式，从前往后送料。

因该零件采用的是倒装复合模，所以直接用挡料销和导料销

即可。

为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于该零件导向尺寸较小，且精度要求不是太高，所以宜采用后侧导柱模架。

（五）.模具主要零部件的结构设计 

（1）凸模、凹模、凸凹模的结构设计，包括一下几个方面：

①落料凸、凹模的结构设计

在落料凹模内部，由于要放置推件块，所以凹模刃口应采用直筒形刃口，并查《冲压工艺与模具设计》书中表3-2，取得刃口高度h=6mm,该凹模的结构简单，宜采用整体式。

查《冲压工艺与模具设计》书中表3-3，得k=0.40

即  凹模高度H=kb=0.40×18mm=7.2mm<15mm取16mm

    凹模壁厚C=1.5H=1.5×15mm=22.5mm

凹模外形尺寸的确定：

凹模外形长度：L=(18+22.5×2)㎜=63㎜

凹模外形宽度：B=(18+22.5×2)㎜=63㎜

凹模整体尺寸标准化，取为100mm×100mm×16mm

凹模的工艺路线

②冲孔凸模的设计

冲孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面加推件块，因此设计成直柱的形状。为了增加凸模的强度与刚度，凸模固定板厚度取24mm,因凸模比较长，所以选用带肩的台阶式凸模，凸模长度根据结构上需要来确定。

L= h_{凸模固定板}+h_落料凹模=（24+16）mm=40mm  

③凸凹模的结构设计

本模具为复合冲裁模，除了冲孔凸模和落料凹模外还有一个凸凹模。

根据整体模具的结构设计需要，

凸凹模的结构简图如下图所示：

                      

确定凸凹模安排在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。

校核凸凹模的强度：查《冲压工艺与模具设计》书中表3-4得凸凹模的最小壁厚为4.0mm，而实际最小壁厚为5mm。故符合强度要求。凸凹模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保证双间隙为0.132mm～0.240mm.

（2）卸料弹簧的设计    根据模具的结构初选2根弹簧，每根弹簧的预压力为F_0≥F_卸/n=(1.53×10³/2)N=765N

根据预压力和模具结构尺寸，初选序号62～67的弹簧，其最大工作负荷F₁=1120N >765N虽弹簧的最大工作负荷符合要求，但其弹簧太长，会使模具的高度增加，所以选用最大工作负荷为1550N范围内的弹簧。

试选68～72号中69号弹簧，校验弹簧最大许可压缩量L_max大于弹簧实际总压缩量L_总。69号弹簧的具体参数是：弹簧外径D=45mm，材料直径d=9mm，自由高度H₀=80mm,节距t=11.5mm，F₁=1550N,极限载荷时弹簧高度H₁=58.2mm。

弹簧的最大的最大许可压缩量L_max=（80-58.2）mm=21.8mm

弹簧预压缩量L^/=L_maxF₀/F₁=765×21.8/1550=10.76mm

校核：卸料板工作行程t+h₁+h₂=1.5+1+1=3.5mm

      凸模刃磨量和调节量 h₃=6mm

      弹簧实际总压缩量 L_总=L^/+t+h₁+h₂+h₃=（11.13+3.5+6）mm =20.63mm

由于21.8>20.63，即L_max>L_总,所以所选弹簧是合适的。

69号弹簧规格为：     

外    径:  D=45mm

钢丝直径： d=9mm

自由高度： H₀=80mm 

装配高度： H₂= H₀- L^/=(80-10.76)=69.24mm

弹簧的窝座深度：h= H₀-L_max+ h_卸料板+ t +1- h_凸凹模- h_修模

=（80-21.8+14+1.5+1-58-6）mm=10.7mm

弹簧外露高度：H₃= H₂-h- h_{卸料板窝深}=（69.24-10.7-7）mm=51.54mm

.(3)模架的设计    模架各零件标记如下：

     上模座：100mm×100mm×20mm

     下模座：100mm×100mm×25mm

     导  柱：B32h5×120mm×35mm

     导  套：B32H6×65mm×23mm

模  柄：φ38mm×60mm

垫板厚度：100mm×100mm×24mm

卸料板厚度：100mm×100mm×14mm

凸模固定板厚度：100mm×100mm×24mm

模具的闭合高度：H_闭= h_上模座+h_垫板+h_{凸模固定板}+h_落料凹模+t+ h_凸凹模+h_下模座

                   =（20+24+24+16+1.5+48+25）（mm）

                   =158.5mm

（六）.冲压设备的选择

通过校核，选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。其主要技术参数如下表。

（七）.绘制模具总装图

工作原理：

条料送进时采用固定挡料销进行定位，而有导料销保证送料沿正确的方向送进。当条料送到指定位置时，上模在压力机的作用下下行，卸料板首先接触条料。上模部分继续下行，即可完成冲孔落料复合工序。当冲压完成时，在压力机的作用下上模上行回程，卡在凸凹模上的条料由弹性卸料板卸下，当模具上的打料杆碰到压力机上的打料横梁时，打料横梁给模具打料杆一个作用力，在此作用力的作用下，将冲孔废料推出来。而制件则有下模座的推件装置推出，此时即完成一次冲裁。然后，把条料抬起，越过挡料销，在送进一个步距的距离，即可进行下一次冲裁。

（八） 拆画零件图

（九）参考文献：

【1】原红玲.冲压工艺与模具设计.机械工艺出版社，2008.8

【2】李学锋.模具设计与制造实训教程.化学工业出版社，2004.

【3】欧阳波仪.现代冷冲模技术.化学工业出版社，2006.

【4】杨占尧.冲压模具图册.高度教育出版社，2008.

【6】王小彬. 冲压工艺与模具设计.电子工业出版社，2006.

【7】陈于萍.高晓康.互换性与测量技术. 高度教育出版社，2005.

第二篇：冲单孔垫圈模具设计说明书

目 录

1． 目录…………………………………1

2． 任务书………………………………2

3． 工艺分析……………………………3

4． 工艺方案的分析与确定……………4 排样图………………….4 材料利用率…………….5 计算冲压力…………….6 冲裁力………………….6 卸料力………………….6

初定压力机…………….7

压力中心……………….7

模刃口尺寸…………….7

6．模具结构设计……………………….8

7．线切割编程………………………….9

8．参考文献……………………………11

9．心得体会……………………………12

1

设计任务书

1） 目录

2） 简述设计任务及说明要求

3） 冲件的工艺分析

4） 工艺方案的制定及分析比较

5） 排样设计及材料利用率计算，进行排样与模具结

构及生产率，操作安全和经济性分析，然后确定

排样方案画出排样图

6） 写工艺规程卡

7） 模具结构设计的分析过程

8） 冲压力，推件力，卸料力的计算过程

和典型结构选择压力中心的计算过程

9） 凹模轮廓尺寸计算过程和典型组合的选择

差的要求及技术要求说明

11）凸凹模工作刃口尺寸计算过程

12）其他计算过程及需要说明内容

13）该设计的优缺点及改进措施

14）设计所用的参考资料

10） 冲模的主要零件的结构形状材料公

一：工艺分析

冲压材料为Q235钢，料厚t=3mm，冲件尺寸精度为

2

IT12级，形状并不复杂，尺寸大小为小型冲件，年产50万件，属于普通冲件，

此冲件在冲裁时应注意以下事项

1.φ20mm和φ8mm的孔较小，孔壁给模具设计和冲裁工艺带来不便，特别注意材料的金属流动情况，防止φ20mm和φ8mm凸模弯曲变形

2.φ20mm和φ8mm的周边和孔壁均匀，模具设计时应妥善处理

3.冲件较小，故必须考虑到工人的操作安全性

以上3点是此冲件冲压时较为困难之处，要想得到合格冲件并适应50万件生产数量的需要，提高模具寿命是必须处理好的问题

二：工艺方案的分析与确定

从工件的结构形状可知，其基本工序有冲孔和落料两种，但根据先后顺序的不同排列，可设定以下方案

1. 冲孔→冲孔→落料。（级进冲压）

2.冲孔→落料。 （单工序冲压）

方案2属于单工序冲压，由于此冲压件生产批量很大，冲

件较小，为了提、高生产效率和材料的利用率故不宜采用。

方案1也属于单工序冲压，此方案较好，即解决了难点，

也给模具装备带来了方便，冲件方便，排样合理，冲 3

件也平整，故方案合适。

三：模具结构形式的确定

因制件材料较薄，为保证制作平整，采用弹压卸料装

置，他还可以对冲孔小凸模起导向作用和保护作用，为方便操作和取件，选用双柱可倾压力机横向送料，因制件薄而窄，故采用侧刃定位，生产效率高材料消耗也不大

工件图

综上所述，由模具设计指导表5-3 5-7选用弹压卸料横向送料典型组合形式，对角导柱滑动导向模架。

画排样图

因由冷冲压技术表3－14查的最小搭边值，侧边a=2.0工件之间b=1.8,步距s=21.8由冷冲压技术公式3－25和3－26

4

和公式3－27的条料宽度，因由文献侧刃条料宽度尺寸B(mm)确定公式得条料宽度B

B=1.5a+C+2F

=2x1.5+8+2x2

=87mm

导料板间的距离

X=c+1.5 a +nF+z

=8+1.5 x2+2 x2+0.5

=87.5

C－条料宽度的最大冲裁力

a－侧搭边值

F－侧刃冲切的料边宽度

n－侧刃数

z－冲裁前的条料宽度与板料间的间隙

如图所示排样图,查模具设计指导书4-8选板料的规格1500 x 900 x 2 mm每块可剪 47x 900mm的规格,条料剪切率77.2%

5

排样图

3）计算材料利用率η，由文献[2]材料通用计算公式η=A。/Ax100%

A。－得到制件的总面积

A－ 一个公步的条料面积

η=1256÷1755。6×％100

=71.5%

4）计算冲压力。完成本制作所需的冲压力，由冲裁力，卸料力，推件力组成

1． 冲裁力F冲=KLTτ或F冲=LTσ

式中K：系数 K=1.3

L：冲裁周边长度（mm）

τ：材料抗剪强度（Mpa）

σ: 材料抗拉强度（Mpa）

由书中表4-12得

6

σ=362。5（为计算方便取σ=80 Mpa）

F冲＝80×2（2×8×3.14＋8×3.14+2×43.8）

=210KN

2.卸料力和推件力F

件力的计算公式

F卸=K卸* F冲

F推=K推* F冲*n

式中K推，K卸—系数，查文献[2]表2-16卸料力，推件力和顶件力的系数得K卸= F推=0.05

n：卡在凹模直壁洞口内的制件件数一般卡3-5件本题取n=4

F卸=K卸×F冲

= 0.05×210

= 10.5KN

F推=nK推×F冲

=4×0.55×210

= 46KN

F = F卸+ F推+ F冲

= 210 +10.5+46

=266.5KN

5） 初选压力机，查文献[2]表1-8开式双柱可推压力机部分参数，初选压力机型号规格J23-25

7 推—由文献[2]卸料力和顶料力推

6） 计算压力中心，本例由于图形排列规则，故可采用解析

法求压力中心较方便建立工件坐标系如图所示

7）由于这图形是对称的，所以它的压力中心在原点，为（0，0）

8）计算凸凹模刃口尺寸，本制件形状简单可按分别加工法计算刃口尺寸

1．冲孔

工件尺寸孔直径8mm

由表3－5，3－6，3－7查得Z=0.246mm，Zminmax=0.360mm

?T=0.02mm，?=0.02mm， A

查表3-7得：x=0.75；d

校核间隙：因为Z

TAmaxT?(dmin?x??)??Tmin0；dA?(dT?Zmin)0??A －Z=0.360－0.246=0.114mm 0.114mm＞|?|+|?|=0.04mm

说明凸模公差能满足|?|+|?|≤ZTAmax－Z的条件 min

将已知和查表的数据代入公式中去得：

dT=8.075mm

8

dA=8.321mm

2、落料：

工件尺寸直径8mm

查表3-7得x=1,x

校核间隙：Zmax1?0.75；DA?(Dmax?x??)0??A，DT?(DA?Zmin)??TTA0 －Z=0.36－0.246=0.114mm；|?|+|?|=0.05mm min

0.114＞0.05mm

凸凹模公差能满足|?|+|?|≤ZTAmax－Z的条件 min

将已知和查表得到的数据代入公式得

dA=39.99mm

dT=39.744mm

四：模具结构设计

( 1 ) 凹模设计，因制件形状简单，随有三个公步，但总体积并不大，选用整体式矩形凹模较为合理，因生产批量为中批，由查模具设计指导3－5表选用10钢为凹模材料。

1） 确定凹模的厚度值：由冷冲压技术：凹模厚的确

定3－5公式，确定厚度H值：K=0. 5（查资料）s=8mm

H = K s= 0.5 X 8 =20 mm

2）确定凹模的周边尺寸L X B，由模具设计指导3－43矩形凹模标准可以查到靠近凹模周界尺寸125mm ×100mm×20mm.

选择模架及确定其他冲模零件尺寸，由凹模周界尺寸及 9

模架闭和高度在一定的范围之间，查书5-7选用对角导柱模架，标记为125×100×130(GBT2851.1-1990),并可以根据此标准画出模架图，类似也可以查出其它零件参数，此时即可画装备图

（ 2 ）校核压力机安装尺寸

模座外形尺寸为250×230闭合，高度为130，由为文选表1－2j23－25型压力机工作尺寸370×560最大闭合为270，连杆调节长度为55mm，故在工作台上加20－18mm垫板，模柄孔尺寸也本副模具所述模柄尺寸相符。

( 3 )线切割编程：

/

B B B2000 GY L2

B B 2000 B2000 GX SR1

B B B2000 GY L4

A

B B B800 GY L2

B B800 B1600 GX SR1

B B B800 GY L4

A

B B B800 GY L2

B B800 B16000 GX SR1

B B B800 GY L4

D

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五：参 考 文 献

1.冷冲压技术 、翁其金、北京、机械工业出版社、2003

2.冷冲压模具设计指导、王芳、北京、机械工业出版社、2003

3.模具制造工艺学、郭铁良、北京、高等教育出版

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心 得 体 会

为期一个月的毕业设计即将结束，也就意味着我的大学生活即将结束，在这期间里学到了很多知识和技能。

通过这次毕业设计使我掌握了做科学研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，现将感受总结如下：

首先，我学会了对相关科技文献的检索，一切科学研究都是建立在前人研究的基础之上的。因此，对于相关文献资料的检索显得尤为重要。在现代社会中，随着计算机的普及以及网络技术的发展，，对于文献的检索已经从图书馆的纸质资料转移到网络平台下的电子文档。

其次，对于各种工具软件的熟练使用也是科学研究中所必不可少的。在这次毕业设计中，我主要使用的是AUTO-CAD这一工具软件，该软件可用于图形设计,

再次，通过这次毕业设计还使我了解了科技论文的写作规范，熟悉了offic系列软件在文字处理与排版等方面的使用。 总之，这次毕业设计不是简简单单的完成了一个课题，而是使我初步的掌握了科学研究的步骤与方法，巩固了我的专业知识，练习了我的实际操作能力，锻炼了我分析解决问题的能力，为今后的科研工作打下了坚实的基础。

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