《冲压工艺与模具设计》
课程设计指导书
编写：钟礼君
广西工学院鹿山学院机械工程系
二O一一年十二月
《冲压工艺与模具设计》课程设计指导书
一、课程设计的性质与目的
冲模课程设计作为冲压工艺与模具设计课程的关键组成部分，旨在通过这一环节对所学知识进行综合运用和锻炼。其主要目标在于：
培养学生对冲压工艺流程的制定、模具结构设计及计算方法的初步理解和运用能力。
2．巩固，深化所学的基础及专业知识，培养独立工作能力；
3．提高学生使用国标、手册和图册的能力。
二、课程设计的任务
在三周的时间内完成下列任务，到指定的地点进行答辩
1．拟定冲压件的工艺过程，并填写工艺过程卡1份；
负责设计特定冲压件的一道工序所用的冲压模具（每位设计者需设计一套独特的模具），同时完成装配图的绘制以及凸模和凹模零件图的制作：共计一套。
①可按需调整指定冲压件的生产数量；②如未标注尺寸公差，则应参照GB／T15055标准中的m级规定。
3．编写设计说明书1份，约20页左右。
三、设计原则
1．装配图的零件必须完整，保证冲出合格的工件；
2．模具结构简单，寿命长，成本低且与生产批量相适应；
3．操作方便，安全。
四、设计前的准备
1．熟悉设计任务书，明确设计任务和要求；
掌握冲压零件的形态、尺寸的精确度、表面的光滑程度以及所用材料等各项技术规范，同时了解生产规模的大小。
3．配备资料：
根据冲压设备的相关资料，您可以从中选择合适的设备型号和尺寸，确定漏料孔的具体尺寸、模柄孔的规格、闭合高度以及工作台面的尺寸等信息，这些数据将为模具的设计工作提供必要的准备。
(2)冲模标准化资料；
此外，请参阅《冷冲模设计》手册，《冷冲模结构图册》等资料。
五、冲模课程设计的一般步骤及方法
1．分析冲压件的工艺性
冲裁件的工艺特性需从形状、尺寸（包括最小孔边距、孔径、材料厚度及最大外形尺寸）的精度、表面光洁度以及材料性能等方面逐一进行评估。据此，我们需确立冲压工序图。若发现有任何不符之处，应立即与设计部门（或指导老师）进行沟通，探讨是否需要调整设计或采取其他补救措施。
2．确定合理工艺方案
明确冲压作业的基本步骤特性，包括冲孔作业、材料切割、边缘搭接以及边料切断等环节。
依据工序的特性、数量以及工件的具体形状和尺寸、公差规格、材料特性、生产规模、冲压设备状况和模具制造条件等多重因素，在确定模具类型的同时，对工序组合和执行顺序进行安排，确保冲压件质量达标的基础上，挑选出既经济又实用的工艺方案，并据此填写工艺流程卡片。
3．确定模具总体结构
(1)模具类型的确定
依据冲压件的具体形状、规格、加工精度以及生产数量，需挑选并决定适宜的模具种类：是采用单工序模具、复合工序模具，还是级进式模具。
(2)导向方式
根据冲件形状，尺寸，精度及生产批量来选择和确定导向方式；
A．单工序模
a．冲件形状简单且精度低时，可不用导向，采用敞开模；
在冲件精度要求较高、生产批量不大且所用材料较厚、同时凸模强度较大的情况下，可以选择使用固定导板进行导向，也就是采用固定导板模具。
冲件结构繁复，加工要求严格，且属于中等规模的生产量。在批量生产过程中，通常会采用导柱和导套进行引导。这种引导方式在制造过程中十分普遍（导柱导套分为滑动和滚动两种导向，通常采用滑动导向，只有在冲件精度极高的情况下才会选择滚动导向）。
d．冲件孔小，凸模多且强度弱时用弹压导板导向。
B．复合工序模
复合模都有导向。
C．级进模
选择方法与单工序模的b，c，d三项相同。
(3)滑动式模架选择
模具在无导向或采用固定导板进行导向的情况下，以及那些采用导柱、导套导向和弹压导板导向的模具，通常配备有标准模架。对于采用导柱、导套导向的模架，由于导柱位置的不同，还细分为若干种类，用户可以根据实际需求进行挑选。
A．对角导柱模架：
具有一定的偏载承受能力，动作在上下方向上保持稳定，同时具备横向和纵向的送料功能，适用于承受偏载的大中型模具。
B．后侧导柱模架：
供应途径有三种，操作起来非常便捷；承受的力主要是偏载；由于模架容易发生形变，通常适用于承载压力不高的场合。
精度要求不高的中小型模具；
C．中间导柱模架：
结构相对简单，加工过程便捷，然而其送料方向单一，一旦遭遇不均匀的切割，模架便可能出现形变。
D．四角导柱模架：
滑动平稳，导向准确，用于冲件精度较高的大型冲压模具。
(4)压、卸料方式的确定
在冲件平整度要求较高或材料较薄的情况下，应采用弹压式卸料板。这种卸料板既能对材料进行压实，又能实现卸料功能。由于卸料板与上模同步上下移动，送料过程一目了然，操作起来十分便捷。这种卸料方式在生产过程中被广泛使用。
当物料较厚，弹压卸料法难以实现卸件，或者零件形状较为简单，对精度要求不高的情况下，可以选择固定卸料方式。这种方式能够简化模具的结构，然而由于行腔被封闭，送料过程主要依赖操作者的手感，导致操作不够便捷，且安全性相对较差。
(5)定距方式的确定
对于单一工序的模具，在单排排列的情况下，通常只需使用挡料钉进行定位。但是，如果采用双排排列并且需要反转送料，那么有时候就需要将挡料钉与伸缩挡料销配合使用。
复合工序模中的顺装复合模通常采用固定挡料销来保持距离。而对于倒装复合模，当挡料销在四模上的让位孔与凹模型腔的距离较远时，同样使用固定挡料销。然而，如果挡料销的让位孔与凹模型腔过于接近，就必须使用伸缩挡料销。这样做是为了防止削弱凹模的强度。
级进模的定距方法包括起始挡料配合固定挡料以及侧刃定距两种。当跳步步数不多（1至2步）且材料较厚时，适宜采用起始挡料与固定挡料相结合的方法；而跳步步数较多时，则应选用侧刃定距。鉴于侧刃定距在实现自动化送料方面更为便捷，因此在现代级进模生产中，侧刃定距的应用越来越广泛。若对尺寸精度有更高要求，可以在上述两种定距方法的基础上，加入导正销，以提升定距的精确度。
4．根据模具类型画排样圈，并计算材料利用率
绘制排样图是一项至关重要的设计任务，其技术性极强。排样图的合理性直接关联到材料的使用效率、零件的质素、生产效率与成本，还有模具的设计与使用寿命等多个方面。
排样图涵盖了排样技巧，零件的冲裁步骤（涉及模具种类），级进模的定位方式（若采用侧刃定位，需标注侧刃位置），材料使用效率，步距长度，搭边尺寸，以及料宽及其公差。对于需要弯曲、卷边等特殊处理的零件，还需考虑其纹理方向。
(2)画排样图必须注意以下几点：
a．能从排样图上的剖切线看出是单工序模还是级进模或复合模。
b．对级进模的排样图要能看出冲压顺序。
在制作级进模的排样图时，必须考虑到凹模的强度问题；当凹模洞口之间的间距小于5毫米时，必须留出空位。
级进模的排样图中，需清晰展现定距的具体方法。通常情况下，若未体现，则默认为首次挡料与固定挡料相结合。而对于需要通过侧刃进行定距的情况，必须绘制出冲切条料的具体放置位置。
e．排样图上的尺寸，公差要完整。
(3)排样图的设计方法和步骤‘
首先，我们需要从排样的角度出发，对材料的利用率进行计算；对于结构较为复杂的零件，通常我们会采用厚纸剪裁成3至5个样件，以此来排出各种可能的方案，并从中挑选出最佳的方案；而目前，计算机排样已经成为了一种常用的方法。
在评估模具尺寸的规模、结构的复杂度、模具的使用寿命以及材料的使用效率等多个因素后，需全面考量，从而挑选出一个恰当的排样计划。
沿着山势，测量步距和材料宽度，依照标准板材（带材）的尺寸要求，来决定材料的具体宽度及其公差范围。
将所选的图案绘制成排样图，随后依据模具的种类和冲裁的次序，绘制出合适的剖切线，并标注出计算得出的尺寸和公差。
在排样图上识别出构成冲切条料的线条（即模具承受压力的区域），并计算其压力中心位置。
在排样图上识别凹模工件的开孔位置，同时考虑到压力中心对尺寸的影响，计算出凹模的轮廓尺寸，明确送料的方向，并挑选出典型的组合尺寸、类型、规格和代号。
对冲压、推送、卸载等所需力值进行计算，初步确定压力机的型号与尺寸，然后依据典型组合的相应尺寸对所选压力机的规格进行核对，核对的具体内容包括：
(1)模具与压力机闭合高度是否适应。
压力机漏料孔的尺寸需确保能够容纳工件和废料通过，对于配备有弹顶装置的模具，漏料孔的直径还应超过弹顶器的最大外形尺寸。换句话说，工作台上的漏料孔尺寸必须大于凹模工作洞口的最大壁间距，以及弹压器的最大外形尺寸。
模具下模座的外形尺寸需与压力机工作台面尺寸相匹配，具体来说，下模座的外形尺寸加上两倍的（50至70）毫米，不应超过压力机工作台面的尺寸。若尺寸不匹配，则需要重新选择压力机，通常情况下保持压力机类型不变，但需提升其规格。
8． 画模具装配草图，同时进行有关零部件的设计和计算，
(1)根据所选典型模具的结构及规格，查出模架外形尺寸；
依据模具的闭合高度以及模架的外形尺寸，需考虑排样图与名细表的具体布局，据此以1:1的比例来决定图纸的具体规格。
(3)画装配草图
首先，需开启上模，绘制下模的俯视图；接着，描绘模具工作区域的主视图。通常情况下，模具工作位置的主视图应依据模具闭合状态来绘制。然而，为了更清晰地展现上下模的重合部分，可以将它们适当分开一段距离。即便如此，绘制时仍需保持闭合状态。
在绘制模具装配草图的过程中，必须明确模具各个零件的具体结构以及尺寸，并且还需兼顾零件的加工工艺特点。
挑选合适的定位部件，例如定位挡销、初次定位的挡块、导料板以及侧刃等，同时确定它们的尺寸，并对定位部件的具体位置进行计算。
圆形小凸模通过磨削工艺进行加工，并采用带有台肩的固定方式。而异形凸模则通过线切割和成型磨削进行加工，并使用铆接式固定。不论是哪种固定方式，只要固定端是圆形，工作端是非圆形，就务必在固定端的接缝位置安装防转销。
通常情况下，大型截面的凸模会用螺钉进行固定，然而，为确保凸模与固定板之间的准确位置，必须使用销钉进行精确的定位。
C. 计算弹压卸料板的台阶高度和宽度尺寸
D．确定推板、打板的结构形状，计算推板、打板的活动空间
E．计算顶杆、打杆的长度
F．确定模柄类型和尺寸，需考虑以下关系：
(a)模柄台阶 + 固定部分=上模座厚；
(b)模柄全长 ∠ 上模座 + 压力机滑块的模柄；
(c)模柄安装部分的直径 = 压力机的模柄孔径。
注：模具零部件设计要尽量参照标准。
(4)标注尺寸：
导料板的进料宽度尺寸需严格控制，其公差亦应精确限定；同时，闭合高度尺寸亦需注意，这里所指的闭合高度是指实际闭合后的尺寸，而非拉开后所绘制的理论高度。
B．模具外形尺寸；
C. 其它配合尺寸。
(5)按顺或逆时针标出件号并填写明细表。
在明细表中，务必填写序号与名称，对于标准件，需详细列出标准代号与规格；至于非标准件，则需明确指出零件图的名称、图号，以及材料种类和热处理后的硬度值。
9．画模具零件图，并计算相关尺寸。
草图画制完成之后，模具装配的设计计算便宣告圆满完成；此时，零件图中的结构形态以及相应的尺寸数据也大致确定。
(1)计算模具工作部分尺寸
(2)画工作零件图，且要注意以下几点：
A．结构要合理，工艺性要好。
零件的形状需详尽描述，投影必须准确无误。通常情况下，零件在模具中的作业位置被设定为正视图。对于上模的零件，应绘制仰视图；而对于下模的零件，则应绘制俯视图。在表达清晰的前提下，应尽量采用最少的视图。
尺寸需适宜，公差需精确，表面粗糙度需达标，材料选择要恰当，硬度要求要明确，且相关技术指标必须全面无遗漏。
零件之间若存在关联或对应关系，它们的形态与大小必须彼此匹配，例如：
在采用侧刃进行定距操作时，必须确保导料板上的侧刃让位孔与侧刃的形状和位置相吻合。
在安装或调整起始挡块及固定挡块的过程中，需确保导料板上的预留槽口在形状和尺寸上与起始挡块相匹配，同时，其位置应与挡料销保持一定的步进距离。
卸料板的台阶宽度及高度尺寸需与导料扳的送料宽度相匹配，同时亦需与导料板的高度相协调。
卸料板的挡料钉的让位孔以及始用挡块的让位孔，均需与挡料钉和始用挡块的实际位置相匹配。
推板的设计需与凹模的轮廓及规格相匹配，其活动范围应在5至8毫米之间。
顶杆的长度需适宜，既能确保顺利打下物料，同时还要确保打杆的运作空间在5至8毫米之间。
固定板的型腔设计需与凸模结构的形状相匹配，若采用台阶固定方式，则型腔的上部需设置让位槽；若采用铆接固定方式，则型腔的上部应设有倒角。
固定板、卸料板以及凹模的型孔，它们的位置必须保持一致；面对那些不对称的形状，在绘图过程中，务必留意方向，以免出现反向错误。
i．相互联系的螺销孔的孔距尺寸应相同。
在绘制零件图的过程中，一旦发现结构或工艺要求与总图存在不一致，就必须对装配草图进行相应的调整，以确保两者的一致性。
模具零件的各个细节，包括图号、名称、数量以及材料等，都必须与装配图上对该零件所标注的信息保持一致。
10．画模具装配正式图：
模具装配图中除了展示土俯视图（通常不绘制左视图）之外，其右上部分会标明当前模具加工的工序图以及上一道工序的图样。若为落料模，则用排样图替换上一道工序图。而在右下角，则会列出详细的明细表；在总图中，必须标明模具的封闭高度、总长度、总宽度以及相关的配合尺寸。对于配备导料板的模具，还需标注导料板送料空间的间距，并注明公差。此外，明细表的上方或左侧还需注明技术要求。其技术要求标注举例如下(注意不同模具其技术要求不尽相同)：
(1)上、下模座之上、下平面的平行度应达到XX级精度；
导柱与下模座、导套与上模座、导柱与导套三者之间的配合尺寸具体是多少？
(3)模具的上模部分沿导柱上下移动应平稳，无阻滞现象；
凸模与凹模之间的距离为___毫米，同时，周围各处的间隙需要保持均匀且相等。
设计图纸的标题栏和明细栏需依照《GB10609.1-89技术制图 标题栏》及《GBl0609.2-89技术制图 明细栏》的规定进行制作。在明细表中，序号和名称均需填写完整。对于标准件，需注明相应的标准代号和规格；而对于非标准件，则必须标明零件图的名称、图号以及材料的热处理硬度。标准零件的名称与尺寸信息被列于明细表的名称一栏，而其国家标准的编号则置于明细表的代号一栏，至于非标准零件的图号，则需依照《JB/T5054.4-2000产品图样及设计文件编号原则》所规定的隶属编号规则进行标注。
在标题栏部分，需填写“共”与“第”所对应的图样代号，分别代表中国样式的总张数以及当前张次的具体编号。
11．编写设计说明书：
设计说明书主要对您的工艺分析结果、工艺方案的制定思路以及相关计算项目进行汇总和阐述。具体而言，其正文涵盖了以下内容：
(1)简述设计的任务与要求；
(2)冲压件工艺性分析的内容；
(3)模具结构与工序组合、冲件质量及批量的关系；
（4)排样与模具结构、材料利用率的关系；
(5)模具结构及排样对生产率、操作安全、方便及成本的关系；
(6)模具结构设计的分析过程；
进行冲压、推移、卸除材料力的计算步骤，以及确定冲压设备型号和尺寸的标准。
(8)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；
冲模的关键部件设计、所选用的材质、尺寸公差的范围以及相应的技术规范说明。
(11)小凸模的刚度校核过程：
(12)凸、凹模工作刃口计算的过程；
(13)其他计算过程及需要说明的内容；
(14)该设计的优缺点及改造措施；
