课
程
设
计
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课程：金属塑性加工模具设计与制造
哈哈小学出版社
目录
设计任务书 (1)
工艺分析 (2)
冲压方案 (2)
工艺设计计算 (3)
1.刃口尺寸计算 (3)
2.排样计算 (4)
3.冲压力的计算 (5)
4.零部件尺寸计算 (6)
模具结构图 (7)
1.总装配图 (7)
2.模具零件图 (8)
参考资料 (9)
设计任务书
一、设计题目：垫片落料冲孔模设计
生产批量：大批量
材料：08号钢1、根据所给的零件参数进行工艺分析，确定冲压方案。设计适合的一套模具，并进行工艺设计计算、模具总体设计和主要零部件设计。
2、设计成形模具一套，包括总装配图（0号图纸）和工作部分零件图（4号图纸）。材料厚度： 1 mm
二、设计任务
要求正确选择标准件，零件尺寸设计正确，刃口尺寸计算正确。
3、完成设计计算说明书一份，填写工艺卡片一份。
一、工艺分析
1.冲裁过程：
冲裁由凸模和凹模完成，凸模和凹模组成一组刃口，把材料压在中间，凸模逐步靠近凹模，使材料分离。当凸模下压到一定行程，模具刃口压入材料，使其产生塑性变形，随着切的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到在板料的整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。随着凸模向模具刃口靠近而急剧增大，凹模刃口附近的变形大于凸模刃口附近的变形。当切刃附近材料各层达到极限应变与应力值时，产生微裂纹并沿最大剪切应变速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。
2.前切断面分析：
由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面分成三个特征区，即圆角带、光亮带和断裂带。圆角带是刃口刚压入材料时，刃口附近材料产生弯曲和伸长变形的结果；光亮带是材料塑剪变形时，在毛坯一部分相对另一部分移动过程中，模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面；断裂带是由刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，断面粗糙且有斜度。可通过增加光亮带的高度来提高冲裁件断面的光洁度和尺寸精度，其关键是延长塑性变形阶段以推迟裂纹的产生，可以通过增加金属塑性和减少刃口附近的变形及应力集中来实现。
3.材料：
08号钢属于优质低碳钢，含碳量在~%之间，其强度、硬度低，韧性和塑性好，具有良好的冲裁成形性能，其抗剪强度为b σ=325Mpa ，屈服强度为s σ=195MPa 。
4. 尺寸精度：
查表得，该工件内外形所能达到的经济精度为IT12~IT14级。而零件图上标注了零件的尺寸公差，由公差表查得其公差要求为IT14级，未注公差由IT14级查取。由此，通过普通冲裁可以达到零件的精度要求。 5.零件结构：
零件尺寸公差为：035.035-φmm ；24
.0012+φ mm
该零件形状简单，由圆弧组成，转角处采用R2的圆角，有利于工件零件的加工及使用寿命。由零件形状及参数可知，为了节省材料，应减少工艺废料，合理设计材料的搭边。其排样方法及搭边长度在排样计算中如图所示。
二、冲压方案
（1）方案种类：该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有三种工艺方案： 方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产 方案二：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产 方案三：采用落料-冲孔同时进行的复合模生产
（2）方案比较：
方案一：结构简单，但需要两道工具两副模具，成本高而生产效率低，模具寿命低，冲压精度差，操作也不安全，难以满足中批量生产要求。
方案二：级进模是一种多工位，效率高的加工方法。只需一套模具，但级进模轮廓尺寸较大，采用此方案会加大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。 方案三：只需要一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具的制造成本不高。由工件图看，零件结构简单，模具制造并不困难，尺寸并不大，厚度仅有1mm ，材质为一般优质低碳钢，所需冲材力很小，该工件需要采用先落料后冲孔的复合模生产方法。
倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件、卸件，便于操作，为了方便卸料和排出冲孔废料，进而提高工作效率，宜采用倒装式复合模生产。故该零件采用落料冲孔倒装式复合模生产。
三、工艺设计计算
1.刃口尺寸计算
由材料08钢及料厚t=1mm ，查表5-2（见课本《金属塑性加工模具设计与制造》）得冲裁双边间隙：m m 100.0min =Z ，mm Z 140.0max =
冲孔模： 查询24
.0012+φ凸凹模的制造公差，查得 mm 020.0=凸δ，
mm 020.0凹=δ
由于min
max 凸凹040.0Z Z -==+δδ ， 查表5-6得：X= , 则
mm
X d d 0
02.0002.00
凸18.12）24.075.012（）（凸
---=?+=?+=δ
mm Z d d 02
.0002.00
.0min 28.1210.018.12+++=+=+=）（）（凹凸凹δ
落料模：
查询0
35.035-φ凸凹模的制造公差，查得 mm 020.0=凸δ，mm 030.0凹=δ
由于
min
max 凸凹05.0Z Z -≤=+δδ不成立，查表5-6得：X= , 则
mm
016.004.04.0凹=?=δ ， mm
024.004.06.0凸=?=δ
mm X D D 024
.00024.00
凹825.34）35.05.035（）（凹
+++=?-=?-=δ mm
Z D D 0
016.00016.00min 凹凸725.34）100.0825.34（）（凸
---=-=-=δ
2.排样计算
查表5-1（《金属塑性加工模具设计与制造》）得a=1mm ；a1=； 那么：条料的宽度：b=35+2a=37mm 条料的步距：h=35+a=35.8mm 冲裁单件材料的利用率计算：
%6.72%1008
.3537435
14.3%1004%1002
2
≈????=?=?=SB D SB A πη 根据零件形状，采用单排的有废料排样方法，如图
3.冲压力的计算
（1）落料力 b KLt F σ=落
其中，系数 1.3K =，材料厚度t=1mm
L —工件外轮廓周长 L=mm D 9.1093514.3≈?=π
b
σ—材料的抗剪强度，b σ=195Mpa
则落料力为：KN MPa mm mm F 4.4632519.1093.1≈???=落 （2）冲孔力：s Lt F σ3.1=冲
L —工件内轮廓周长， L=×12= b Lt F σ3.1=冲=××1×325= （3）卸料力：
落
卸卸F K F =
卸
K —卸料力因数，卸K =
KN
F 86.14.4604.0≈?=卸
（4）推件力：冲推推F nK F =
推K —推件力因数，推K =
推
F =1××= KN
（5）总冲压力：总F = 推卸冲落F F F F +++ =+++ = KN （6）压力中心的计算
零件外形为中心对称图形，所以该零件的压力中心即为零件的几何中心。
4. 零部件尺寸计算
（1）凹模：
凹模厚H ：计算按公式：
式中：K 为厚度系数，取； S 为凹模刃口最大尺寸，为35mm H=?=
凹模壁厚C=2H=
凹模的长度L=35+2C=35+= mm 凹模的高度B=35+2C= mm （2）冲孔凸模：
材料选择为Cr12，热处理硬度为60~64HRC 。 总体高度为：H=30+12－2=40mm
在装配时其下端面位置比凹模上端面高一个工件内形高度，刃口尺寸
在前面已经确定过。
四、模具结构图
1.总装配图：
2.模具零件图
冲孔模
落料模
参考资料：
[1].魏春雷、徐慧民. 冲压工艺及模具设计.[M]. 北京：北京理工大学出版社,2009.
[2].李红英.金属塑性加工模具设计与制造. [M]. 北京：化学工业出版社,2009
[3].张国文、吴安德.机械制造基础.[M].北京：人民邮电出版社.2006