圆垫片冲裁模设计.docx

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圆垫片冲裁模设计

圆垫片冲裁模设计

【摘要】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，使其产生分离或塑性变形，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、生产效率以及生产成本等，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高低，是衡量一个产品制造水平高低的重要标志之一，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。

【关键词】圆垫片冲裁模设计、工艺分析、工艺方案、冲裁间隙、凸模与凹模刃口尺寸、条料宽度、导料板间距、冲裁工艺力、压力中心

本设计选取第3组数据：

尺寸a=φ30mm；尺寸b=φ15mm；厚度=2.0mm；精度为IT14；大批量生产；材料为10#钢

一、零件的工艺性分析

该零件是普通圆垫片，材料为10#钢，要对零件进行大批量的生产。

该件属于隐蔽件，被完全遮蔽，外观上要求不高，只需平整，中心圆孔是该零件需要保证的重点。

二、确定工艺方案

首先根据零件的形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。

冲压该零件需要的基本工序有落料和冲孔。

方案一：

先落料，再冲孔，采用单工序模生产。

方案二：

落料和冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：

冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一单工序模具结构简单，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，难以满足零件大批量生产的需求。

由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。

方案二复合模能在压力机一次行程，完成落料、冲孔等多道工序，所冲压的工件精度较高，不受送料误差影响，外形相对位置重复性好，由于压料冲裁的同时得到了校平，冲件平直且有较好的剪切断面。

方案三级进模可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁比较厚的零件，但级进模冲裁受压力机工作台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。

另外级进模冲裁中、小型零件时零件平面度不高，高质量工件需校平。

根据冲压模工艺原理，结合产品（垫圈）结构的特点，通过对比以上三种方案，采用复合模结构简单实用，冲压工艺过程稳定可靠，

比较适合该零件了生产制造。

另外为了便于排泄废料，故采用倒装复合模冲裁生产，避免了废料要人工来清除，节省了时间，同时也节省大量劳动力，提高了生产率。

所以采用倒装复合模具。

三、冲裁模间隙

凸凹模间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命都有很大影响。

间隙值有理论确定、经验确定、图表确定三种方法。

根据近年来的研究与实际生产经验，在确定间隙值时要按要求分类确定。

本设计中选用图表确定法。

根据圆垫片材料为10#钢，厚度为2.0mm，由课本P44“冲裁模初始间隙值”表3-4查得Zmin=0.246，Zmax=0.360

考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故选取Z=0.246

四、凸模与凹模刃口尺寸的计算

由公差表查得φ15IT14级为φ150+0.43，由课本P48表3-7“磨损系数”取X=0.5；

由公差表查得φ30IT14级为φ30-0.520，由课本P48表3-7“磨损系数”取X=0.5；

由课本P46表3-6“冲裁件精度与模具制造精度的关系”确定凸凹模的分别按IT8和IT9级加工制造。

则，冲孔：

dp=（dmin+x△）-δp0=（15+0.5×0.43）-0.0270=15.215-0.0270mm

dd=（dp+Zmin）0+δd=（15.215+0.246）0+0.043=15.4610+0.043mm

校核|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin

0.027+0.043≤0.360-0.246

0.070≤0.114（满足间隙公差条件）ch简单实用，冲压工艺过程稳定可靠。

该零件需要的基本工序有落料、

落料：

Dp=（Dmax-x△）0+δp=（30-0.5×0.52）0+0.052=29.740+0.052mm

Dd=（Dp-Zmin）-δp0=（29.74-0.246）-0.0330=29.494-0.0330mm

校核|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin

0.052+0.033≤0.114

0.≤0.114（满足间隙公差条件）

五、条料的宽度和导料板间距计算

1.条料宽度的计算

由课本P56表3-9“最小搭边值”可知，工件间a1=1.2，侧面a=1.5

本设计采用无测压装置冲裁，故

由课本P56公式（3-16）得：

条料宽度B-△0=（Dmax+2a+c）-△0

=（30+2×1.5+0.5）-△0

=33.5-0.200

上式中，c值由课本P58表3-12“导料板与条料之间的最小间隙”知c=0.5；△值由课本P58表3-11“条料宽度偏差”知△=0.20

2.导料板件距离的计算

由课本P56公式（3-16）得：

导料板间距离A=B+C=Dmax+2a+c

=30+2×1.5+2×0.5

=34

确定条料宽度之后，选择1000×500的板料规格，采用横向剪裁。

绘制排样图如下：

3.材料利用率

一个步距的材料利用率

η=A/（B*S）×100%

=3.14×（30²-15²）/（33.5×31.2）×100%

=529.875/1045.2×100%

=50.70%

式中，A-一个步距工件的实际面积；

S-送料步距；

B-条料宽度；

六、冲裁工艺力和压力中心的计算

1.计算工艺力

由课本P60公式（3-19）普通平刃口模具冲裁力F=KLtτ

一般材料的σb=1.3τ，所以F=Ltσb，式中σb-材料抗拉强度（Mpa）。

查得10#钢的σb=333-475Mpa，取σb=460Mpa。

落料力F=Ltσb=30π×2.0×460

=86664N

=86.664KN

冲孔力F=Ltσb=15π×2.0×460

=43332N

=43.332KN

由课本P61表3-14“卸料力、推件力、顶件力系数”查得

KX=0.04-0.05；KT=0.55;

卸料力FX=KXF=86.664×（0.04-0.05）=3.467-4.333KN;

取FX=4KN；

推件力FT=nKTF

上式中工件数n=h/t，h凹模孔口直壁的高度，t为材料厚度；

查得h=4-10，则n=8/2=4；

FT=4×0.55×86.664=190.661KN

冲压工艺力总和FZ=F+FX+FT

=86.664+4.000+190.661

=281.325KN

2.确定压力中心

因此零件为圆环形垫片，故其压力中心即为其几何中心，在垫片的圆心上。

七、压力机的选择

因为该垫片需要大批量生产，故采用高速压力机，采用机器的型号为J75G-30

高速压力机主要技术参数

型号

送料长度/mm

公称压力/kN

厚度/mm

滑快行程次数/（次·min

）

宽度/mm

滑快行程/mm

主电动机功率/kW

最大封闭高度/mm

生产厂家

封闭高度调节量/mm

八.设计总结

通过对垫片连续模具的设计，对常用冲压件在冲压过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了冲压成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。

根据模具制造的加工工艺，来编写加工工艺卡片。

在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD软件就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。

以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。

软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及凸凹模与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。

模具CAD技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似冲压模具设计效率更为提高。

【参考文献】

1．《模具设计指导》.史铁梁主编.机械工业。

2.《冲压模具设计结构图册》.薜啟翔主编.化学工业。

3.《冲模设计手册》编写组.机械工业。

4.《互换性与测量技术基础》.于萍主编.机械工业。

5.《模具制造工艺》.黄毅宏主编.机械工业。

6.《冲压工艺成型与模具设计》.奇涵编，高等教育