落料模设计

2024年3月4日发(作者：新款雅阁2022款图片)

落 料 模 设 计

课程名称：冲压模具设计及制造

一、课程设计目的

落料模设计的目的是培养我们综合运用所学的理论知识、相关知识及基本技能来进行分析、解决实际问题的能力和进行研究的初步能力；并全面深刻的了解、认识、巩固、提高知识以至于达到实际操作训练的过程。同时培养了我们独立工作能力、创新能力及理论联系实际、严谨求实的作风。在完成这个设计期间，我们通过大量查阅资料，提高了阅读能力，定性定量、逻辑和形象思维相结合的文字和口头表达能力；同时也提高了计算机应用和绘图能力。还有同学、老师的帮助您，也使整个专业知识有一定的提高，还有一个系统的认识，对今后的学习及毕业设计有很大的帮助。

二、工艺分析

冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工的适应性，即零件是否能用简单的模具结构、最少的工序、最低的成本加工出符合要求的工件。主要从工件的几何形状、尺寸大小、材料厚度、原材料性能等多个方面进行考虑。

1、工件几何形状较为简单、规则符合冲压条件。同时冲压件材料为20钢，能够进行冲压加工，而且市场上也容易买到这种材料，价格适中。

2、落料外形的工艺性：零件外形简单，冲裁件无小孔，圆角半径符合工艺性要求。

3、尺寸精度：均未标注公差的一般尺寸，则工件按国家标准非配合尺寸的IT14级处理。

4、材料厚度为1mm，适合冲裁。

5、冲裁件的交角处有适宜的斜倒角和圆角相连，适合冲裁。

6、冲裁件局部凸出部分宽度也适合冲裁。

7、材料：该冲裁件的材料20钢，具有较好的可冲压性能。

结论：该材料适合落料加工

三、工艺计算

1、排样设计

1) 排样方法的确定 排样方案对零件质量、生产率与成本，也会直接影响到材料的利用率以及模具结构和寿命等。材料利用率是衡量排样经济性的一项重要

指标。在不影响零件性能的前提下，应合理设计零件排样，提高材料利用率。通过对比观察分析，结合大批量生产的特点，适宜采用直排的方式

2）排样的相关计算

查《冲压工艺及模具设计》（西北工业大学出版社）计算得毛坯长度

长 L1=47.34mm；L2=22.92mm

宽D=23.88mm

查表2.8确定搭边值：

两工件间的搭边a=1.0mm

工件边缘的搭边a1=1.2mm

步距：A=D+a

式中：D—平行于送料方向的冲裁件冲裁宽度

a—搭边值

A=D+a=23.88+1.0=24.88mm

条料宽度：B=L1+2(a1+?)+b0(无侧压装置的条料宽度)；

B—条料公称宽度，mm；

L1—垂直于送料方向的工件尺寸，mm；

a1—侧搭边，mm；

b0—条料与导料板间的见的间隙；

?—条料宽度的公差，mm

经查《冲压工艺及模具设计》（西北工业大学出版社）表2.9确定t=1mm时，?=0.5，b0=0.1；

则B=47.34+2(1.2+0.5)+0.1=49.74mm

冲压件毛坯的面积约为23.88×22.92+（47.34-22.92）×5×2=791

在一个步距的材料利用率为791/(24.88×49.74)=63.94％

2、压力中心的选择

此工件为对称图形，所以压力中心在它的几何对称中心

3、计算模具刃口尺寸

1）刃口尺寸计算依据

a 在落料件测量和使用时，都是以光面的尺寸为基准，落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的。故计算刃口尺寸时，落料件光面尺寸以凹模尺寸为基准。

b 落料最小间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。

c 落料件尺寸会随凹模刃口尺寸而变化，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小极限尺寸。落料凸

模基本尺寸，主要按凹模基本尺寸减最小合理间隙值（Zmin）。

d 凹凸模刃口尺寸精度的选择应以能保证工件的精度要求为准，保证合理的凸、凹模间隙值，保证磨具一定的使用寿命。

e 落料件一般标注单向负公差。

f 凹模和凸模的制造公差与冲裁件的尺寸精度相适应，其上下偏差值应按入体原则来标注。一般冲裁模精度较冲裁件精度高2~3级。

2) 凹凸模刃口尺寸加工方法及计算

由于工件形状轮廓复杂，故凹凸模采用配合加工。这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。其凹凸模刃口部分尺寸以凹模为基准，然后配做凸模。此落料凹模磨损后，刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况。因此，凹模尺寸应根据这三种规律分别计算如下：

此工件未标注公差，所以公差等级为IT14级，磨损系数x取0.5

?凹模磨损后尺寸增大的属于A 类尺寸Da=(D-x?)

Da1=47.34-0.5×0.16=47.26mm

Da2=5-0.5×0.16=4.92mm

Da3=22.92-0.5×0.16=22.84mm

?凹模磨损后尺寸减小的属于B 类尺寸

D=(d+x?)=1.57+0.5×0.16=1.65mm

?凹模磨损后尺寸不变的属于C类尺寸 Lc=L

Lc1=12.23mm

Lc2=3.16mm

Lc3=9.37mm

Lc4=5.94mm

落料凸模的基本尺寸，分别是47.21mm,4.87mm,22.79mm,1.60mm,12.18mm,3.11mm.9.32mm,5.89mm，不必标注公差，但是要在技术要求上标注；凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双

面间隙制Zmin=0.050mm，及p、?d—凸、凹的制造公差见下图凸模制造公差为-0.02，凹模为+0.03.

?

四、设备选择

1、冲裁力计算

1）普通平刃口冲裁力F=KLtτ≈Ltσb

式中F—冲裁力，N；

σb—材料抗拉强度，MPa

L—冲裁轮廓线长度，mm

t—板料厚度，mm

τ—材料抗剪强度，MPa

K—考虑刃口磨损钝化、冲裁间隙不均匀、材料力学性能与厚度尺寸波动等因素而增加的安全系数，一般取K=1.3

经查冲压手册20钢的材料抗拉强度σb=360~510MPa，这里取410MPa进行计算，公式根据《冲压工艺及模具设计》（西北工业大学出版社）P37，L=2A1+2A2+2B+4C1+4C2+2C3+2C4=2×16.92+2×5+2×1.65+4×12.23+4×3.16+2×9.37+2×5.94=139.32mm

则冲裁力

F=139.32×1×410=57.12KN

根据《冲压工艺及模具设计》（西北工业大学出版社）P40公式及表2.6

2) 卸料力：F卸=K卸*F=57.12×0.05=2.856KN

3) 推件力：F推=nK推*F=1×0.05×57.12=2.856KN

4) 顶件力：F顶=K顶*F=0.06×57.12=3.43KN

5）压力机所需总的冲压力计算

采用弹压卸料装置和下出件模具 F总=F+F卸+F推=57.12+2.856+2.856=62.832KN

为了保证冲压力足够，一般冲裁时压力机的吨位比计算的冲压力大30%左右：

F总=1.3×62.832=81.68KN

2. 设备选择

1)、模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用单工序模冲压，所以本套模具类型为单工序落料模。

2)、定位方式的选择

因为该模具采用得条料，控制条料得送进方向采用导料销；控制条料的送进步距采用挡料销。

3)、导柱、导套位置的选择

由于落料件的结构简单，大批量生产都使用导向装置。导向方式主要有滑动式和滚动式导柱导套结构。该零件承受侧压力不大，为了加工装配方便，易于标准化，决定使用滑动式导柱导套结构。

4)、滑动式模架选择

由于受力不大，精度要求也不高，同时为了节约生产成本，简化模具结构，降低模具制造难度，方便安装调整，故采用后侧导柱导套式模架。

5)、卸料、出件方式的选择

在选用卸料装置的形式时，需考虑出料方式是上出料，还是下出料。卸料装置根据冲件平整度要求或料的厚薄来确定，对于冲件平整度要求高，且料薄的宜用弹压卸料板。这样既可压料又可卸料，且卸料板随上模上下运动，直观性强，操作方便，是生产中常用的一种卸料方式。

当板料较厚时，用弹压卸料板难以卸料时，选用固定卸料装置卸料，一般在零件形状简单、要求不高时，采用固定卸料方式，它可简化模具结构，但是因为工作部位封闭，送料只能靠手感，操作不便，安全性差。

由于零件厚度只有1mm，属于薄料，一般采用弹性卸料方式顺便压料，以简化模具结构，降低成本。

3、主要零部件的设计

1）、卸料装置的设计

采用的是弹压卸料装置，选用橡胶作为弹性元件，

取hy＝32%h,查表得p＝2MPa,则橡胶的横截面积为：

A＝Fy /p＝1830/2＝915mm

设橡胶孔直径为Dmm，橡胶上螺钉孔直径d为10mm，则有：

A＝π/4（D2-d2）=π/4（D2-102）=915mm

经计算和保证足够的卸料力,

取D＝36mm

橡胶的自由高度：取h0=28mm

其中，S工作=t+1+修模量=1+1+5=7h0?(3.5~4)S工作=24.5~2822mm

mm

因为0.5＜h 0 /D＝28/36 =0.78＜1.5，所选橡胶符合要求。

橡胶的安装高度：h a＝（0.85~0.9）h 0＝23.8~25.2mm

取h a＝25mm

2).凹模尺寸的设计

落料凹模 凹模采用整体凹模，轮廓全部采用数控线切割机床即可一次成形，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心的数据，尽量保证压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸的计算如下：

凹模厚度H 凹＝Kb,查<<冲压工艺及冲模设计>>表3.3取K＝0.22，则：

H 凹＝0.22×47.34＝10.4mm,

凹模壁厚C: C＝（1.5~2）×10.4＝15.6~20.8，

取凹模厚度 H=15mm，壁厚C取20mm

凹模长L：L＝b＋2c＝60＋2×20＝100mm

凹模宽B：B＝s＋(2.5~4.0) H 凹＝23+(2.5~4.0) ×15 =60.5~83mm

取凹模宽B=80mm

所以凹模的外形尺寸为100mm×80mm。故取凹模外形尺寸为100mm×80mm×20mm

3）、凸模尺寸的设计

采用弹压式卸料装置，凸模长度应按下式计算：

凸模长度计算：L＝h 1＋h 2＋h

式中

h1—凸模固定板厚度（mm）;

h2—卸料板厚度（mm）;

h—附加长度（mm）;

凸模固定板的厚度h 1=（0.6~0.8）H 凹=（0.6~0.8）×15=9~12mm,

取凸模固定板的厚度h 1=12mm

卸料板的厚度一般为10~20mm,查《冲压简明设计手册》表15.31，取卸料板的厚度为12mm

附加长度为h＝橡胶安装高度h a＋板料厚度t＋凸模进入凹模的深度f，其中，h a=30mm, t=1mm,凸模进入凹模的深度取1mm,所以

h= h a＋t＋f=25+1+1=27mm

则：L＝h 1＋h 2＋h =12＋12＋27＝51mm

4）、模架

根据凹模外形尺寸100×80×20，选凹模材料为HT200钢上模座选外形尺寸为400×250×50，下模座选外形尺寸为400×250×63。

5)卸料板的设计

材料选用Q235A钢，长和宽的尺寸取与凸模固定板相同的尺寸，厚度为8mm~18m取12mm 6)垫板的设计

材料选用45钢，长和宽的尺寸和凹模尺寸相同。垫板的厚度一般为5mm~10mm，取厚度H2=10mm,则外形尺寸为：100×80×10

7)导料销

导料销直径为Φ10、长度为6mm,位于条料的左侧，材料采用45号钢，热处理硬度为43~48HRC，与凹模的配合为H7/m6。

8)挡料销

挡料销的定位面抵住条料的前搭边或制件内廓的前(后)面，使条料送进步距准确。其结构形式主要有固定挡料销、活动挡料销、自动挡料销、始用挡料销和定距侧刃等。

最终选定：固定挡料销

挡料销是用来控制送料步距的。选用圆柱销，直径为Φ8、高度为3mm,材料采用45号钢，热处理硬度为43~48HRC，与凹模的配合为H7/m6。

9)模柄的选择

选用压入式模柄，材料Q235A，并加防转销，根据压力机J23-25的相关参数可知，模柄的外形安装尺寸为：Φ40×60。

10)螺栓、销钉的选择

上模座连接螺栓选用4-M10*40，下模座固定螺钉选用4-M10*50；上模座连接销钉选用Φ10×40;下模座连接销钉选用Φ6×50。

11）冲压设备的选择

开式曲柄压力机虽然刚度差，但它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件、拉深件的生产中。

闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能靠两个方向操作，适用于大中型件的生产。

双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。

取系数为1.3，则P≥1.3F总＝1.3×57.12=81.68（kN）

初选压力机公称吨位为0kN,型号为J23-25，因为开式压力机广泛应用于冲压工艺，且允许前后或左右进料操作，操作空间大，操作方便。其主要工艺参数如下：

公称压力：250KN;

滑块行程：65mm;

行程次数：60次∕分;

有垫板最大封闭高度：205mm;

封闭高度调节量：55mm;

工作台尺寸（前后×左右）：370mm×560mm;

模柄孔尺寸（直径×深度）：Φ40mm×60mm;

五．装配图及零件图绘制

25

参考文献

1.冲压工艺及模具设计 吴诗惇主编 西安：西北工业大学出版社，2001.9

2.简明冷冲压工手册（第2版）手册编写组 编 机械工业出版社，1985.5

3.冲压工作实用手册 李名望 主编 北京：化学工业出版社，2010.10

4.冲压模具设计实例精选 钟翔山等编著 北京：化学工业出版社

5.实用冲压工艺及模具设计 洪慎章编著 机械工业出版社

6.简明冷冲压工手册 简明冷冲压工手册编写组 编 机械工业出版社

7.冲压模具设计实用手册 郑家贤 编著 北京:机械工业出版社2007.7

8.冲裁模典型结构图册 王新华编 机械工业出版社 2011.4

9.最新冲压模具标准及应用手册 杨占尧编 北京:化学工业出版社 2010.10

10.冲压模具设计 宋满色主编 北京:电子工业出版社2010.1

11.简明冲模设计手册 王新华 陈登 主编 北京：机械工业出版社，2008.7

12.冲压模具典型结构图例 杨占尧 主编 北京：化学工业出版社2007.10

13.工程图学基础与AutoCAD 天津大学出版社 董培蓓主编 2004.9