六边形垫片冲压模具课程设计说明书.docx
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六边形垫片冲压模具课程设计说明书
1.冲裁件的工艺分析
由零件图1—1可知，该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成。
冲裁件内外形所能达到的精度要求不高为IT12。
将以上精度及零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。
其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲裁落料复合模进行加工，且一次冲压成形。
材料：
08钢具有良好的塑性、焊接性、可锻性及良好的冲压性能，常用来制造焊接结构件和冲压件。
工件结构形状：
冲裁件外形应尽量避免有尖角，为了提高模具寿命，在所有60°清角改为R2的倒角。
零件精度的选择：
冲裁零件如图1-1，该冲裁件的材料为08钢，具有较好的可冲压性能。
该冲裁件的结构较简单，比较适合冲裁，零件图上所有尺寸均未注公差，查表得，该零件的公差等级取IT12级确定零件的尺寸公差。
图1-1零件简图
2.冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：
方案一：
先落料，后冲孔，采用单工序模生产。
方案二：
冲孔——落料复合冲压，采用复合模生产。
方案三：
冲孔——落料级进冲压，采用级进模生产。
方案一单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。
该模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足批量生产的要求。
方案二复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。
该模具只需要一副模具，工件的精度及生产效率都很高，但工件最小壁厚2.0mm接近凸凹模许用最小壁厚2.2mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。
方案三级进模：
是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。
它也只需要在一副模具内可以完成多道不同的工序，可包括冲裁、弯曲、拉深等，具有比复合更好的生产效率。
它的制件和废料均可以实现自然漏料，所以操作安全、方便，易于实现自动化。
通过分析比较，该制件的精度要求不高，用于批量生产。
所以该制件的冲压生产采用方案二为佳。
3.排样设计
3.1排样方法
排样的方法有:
直排、斜排、直对排、混合排，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面的全面考虑，排样方法采用直排式排样法。
如图3-1所示
3.2搭边值、条料宽度的确定
3.2.1搭边值的确定
排样时零件之间以及零件及条料侧边间留下的工艺余料，称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料、搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命或影响送料工作。
图3-1排样图
搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
表3-1搭边a和a1数值
材料厚度
圆件及r＞2t的工件
矩形工件边长L＜50mm
矩形工件边长L＞50mm
或r＜2t的工件
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
工件间a1
沿边a
＜0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.8
1.2
1.0
0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
3.0
0.6t
2.0
1.5
1.2
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.5
2.8
3.5
0.7t
2.2
1.8
1.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.5
3.5
0.7t
2.5
2.0
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
2.8
2.2
1.8
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
4.0
0.8t
3.0
2.5
2.0
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.2
3.5
4.5
0.9t
根据制件厚度及制件的排样方法可以查表3—1得：
搭边值工件间a1为2.0mm
沿边a为2.2mm
3.2.2条料宽度的确定
计算条料宽度有三种情况需要考虑：
1、有侧压装置时条料的宽度。
2、无侧压装置时条料的宽度。
3、有定距侧刃时条料的宽度。
该零件采用无侧压装置的模具，其条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。
为了补偿面搭边的减少部分，条料宽度应增加一个条料的摆动量。
故条料宽度为：
B=［D+2a+c］
（3-1）
式中：
B——条料宽度的基本尺寸；
D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a——侧搭边值。
C——条料及导料板之间的间隙（即条料的可能摆动量）：
B≤100,c=0.5～1.0B＞100c=1.0～1.5
表3-2剪料公差及条料及导料板之间隙（mm）
条料宽度
B/mm
材料厚度t/mm
~1
1~2
2~3
3~5
~50
50~100
100~150
150~220
220~300
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
导料板之间的距离，应使条料及导料板之间保持一定的间隙查表3—3，以保证送料畅通。
表3-3条料宽度偏差（mm）
条料宽度
B|mm
材料厚度
～0.5
＞0.5～1
＞1～2
～20
0.05
0.08
0.1
＞20～30
0.08
0.1
0.15
＞30～50
0.1
0.15
0.2
D取值由设计条料宽度方向冲裁件的最大尺寸为60（mm）
侧搭边值a可以从表3—1中查出为2.2（mm）
故带入条料宽度公式得；
查表3—2可得条料宽度偏差下偏差—△为-0.8（mm）
B=［D+2a+c］
=（60+2×2.2+0.8）-00.6
=65.2-00.4（mm）
3.3材料利用率
材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积及所用毛坯面积的百分率η表示；
η=（nA1/hB）×100%（3-2）
式中η——材料利用率（%）；
n——冲裁件的数目；
A1——冲裁件的实际面积（mm2）；
B——板料宽度（mm）；
h——进距；
计算冲压件的面积；
A1=25×21.65×6-3.14×15×15
=2541（mm2）
条料宽度计算：
B=50+2×2.2
=54.4（mm）
送进距离计算：
h=43.3+2
=45.3（mm）
一个进距的材料利用率；
η=（nA1/hB）×100%
=［1×2541÷（45.3×54.4）］×100%
=91.3%
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
4.冲裁力相关的计算
4.1计算冲裁力
计算冲裁力的目的是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：
Fp=KtLτ
式中τ——材料抗剪强度，见附表（MPa）
L——冲裁周边总长（mm）
t——材料厚度（mm）
安全系数K，一般取1.3
可用抗拉强度σb代替τ，Fp=Ltσb
表4—1常用冲压材料的力学性能
材料名称
牌号
材料状态
抗剪强度
抗拉强度
申长率
屈服强度
普通碳素钢
Q195
火未退
260—320
320—400
28—33
200
Q235
310—380
380—470
21—25
240
Q275
400—500
500—620
15—19
280
优质碳素结构钢
08F
已退火
220—310
280—390
32
180
08
260—360
330—450
32
200
10
260—340
300—440
29
210
20
280—400
360—510
25
250
45
440—560
550—700
16
360
65Mn
600
750
12
400
查（表4—1）可得：
抗剪强度τ=260～360，故取起抗拉强度σb代替抗剪强度τ，查表可知σb=Kτ=360（MPa）。
4.2总冲裁力、推料力、卸料力、顶件力和总冲压力
由于冲裁模具采用弹性卸料装置和上出件方式。
F——总冲压力。
Fp——总冲裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——顶件力
计算总冲裁力Fp=F1+F2
F1——落料时的冲裁力。
F2——冲孔时的冲裁力。
冲裁周边的总长（mm）
落料周长为：
L2=25×6
=150（mm）
冲孔周长为：
L1=3.14×30
=94.2（mm）
落料冲裁力为：
F1=KptL2τ
=1×2×150×360
=108000（N）
冲孔冲裁力为：
F2=KptL1τ
=1×2×94.2×360
=67824（N）
所以可求总冲裁力为：
Fp=F1+F2
=108000+67824
=175824（N）
表4-2卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
按卸料力公式计算卸料力FQ=KxFp
查表4—2得Kx=0.04
根据公式得FQ=KxFp
=0.04×175824
=7032.96（N）
按推料力公式计算推料力FQ1=nKtFp
取n=2
查表4—2得Kt=0.055
n——梗塞在凹模内的制件或度料数量（n=h/th直刃口部分的高度，t材料厚度）
根据公式得FQ1=nKtFp
=2×0.055×175824
=19340.64
按顶件力公式算顶件力FQ2=KdFp
Kd查表4—2得0.06
根据公式得FQ2=KdFp
=0.06×175824
=10549.44（N）
4.3压力机公称压力的选取
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
采用弹压卸料装置和上出件的模具
表4—3常用冷冲压设备的工作原理和特点
类型
设备名称
工作原理
特点
机械式
压力机
摩擦压力机
利用摩擦盘及飞轮之间相互接触传递动力，皆助螺杆及螺母相对运动原理而工作。
结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮及摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。
但飞轮轮缘摩擦损坏大，生产率低。
适用于中小件的冲压加工，对于校正、亚印和成形等冲压工序尤为适宜。
曲柄式压力机
利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。
曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。
偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分。
生产率高，适用于各类冲压加工。
高速压力机
工作原理及曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。
生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工为级进模。
根据公式得F=Fp+FQ+FQ2
=175824+7032.96+10549.44
=193406.4（N）
常用冷冲压设备的工作原理和特点如表4—3
根据综上所计算出来的总压力及常用冷冲压设备的工作原理和特点选取压力机为J23—25。
5.模具压力中心的确定
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心及压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
冲裁模的压力中心，可按下述原则来确定：
1、对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
2、工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心及零件的对称中心相重合。
3、形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模的对称中心。
根据制件图可以得出该工件形状相同且分布位置对称，所以冲模的压力中心及零件的对称中心相重合。
5-1制件图纸
6.冲裁间隙
设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求,考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计及制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。
表6—1冲裁模初始用间隙2c（mm）
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
2Zmin
2Zmax
2Zmin
2Zmax
2Zmin
2Zmax
2Zmin
2Zmax
小于0.5
极小间隙
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
1.75
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.048
0.064
0.072
0.092
0.100
0.126
0.132
0.220
0.246
0.260
0.260
0.400
0.460
0.540
0.610
0.720
0.940
1.080
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.360
0.380
0.500
0.560
0.640
0.740
0.880
1.000
1.280
1.440
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.680
0.780
0.840
0.940
1.200
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
0.960
1.100
1.200
1.300
1.680
0.040
0.048
0.064
0.072
0.090
0.100
0.132
0.170
0.220
0.260
0.280
0.380
0.420
0.480
0.580
0.680
0.780
0.980
1.140
0.060
0.072
0.092
0.104
0.126
0.140
0.180
0.240
0.320
0.380
0.400
0.540
0.600
0.660
0.780
0.920
1.040
1.320
1.500
0.040
0.048
0.064
0.064
0.090
0.090
0.060
0.072
0.092
0.092
0.126
0.126
注：
取08号钢冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙的25%。
根据表6—1查得：
材料08钢的最小双面间隙2Zmin=0.246mm，最大双面间隙2Zmax=0.360mm,为了保证初始间隙值小于最大合理间隙2Cmax，必须满足：
δd=0.6（2Zmax－2Zmin），δP=0.4（2Zmax－2Zmin）;|δd|+|δP|+2Zmin≤2Zmax。
7.凸模及凹模刃口尺寸的计算
7.1刃口尺寸计算的基本原则
1、落料尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。
故落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
2、考虑到凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸、这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的制件。
凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。
3、确定冲裁模的刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。
7.2刃口尺寸计算方法
对该制件应该选用凸模和凹模分别加工的方法，按图纸加工之尺寸。
要分别标注凸模和凹模刃口尺寸和制造公差（凸模δp、凹模δd），它适用于圆形或简单形状的制件。
为了保证初始间隙值小于最大合理间隙2Zmin，必须满足下列条件：
∣δp∣+∣δd∣≤Zmax-Zmin
下面对落料和冲孔两种情况进行讨论。
1、落料：
Dd=（D-X△）0+δd
Dp=（Dd-2Zmin）0-δp=（D-X△-2Zmin）0-δp
2、冲孔：
dp=（d+x△）0-δp
dd=（dp+2Zmin）0+δd=（d+x△+2Zmin）0+δd
Ld=（Lmin+0.5△）±0.125△
式中Dd——落料凹模基本尺寸（mm）；
Dp——落料凸模基本尺寸（mm）；
D——落料件最大极限尺寸（mm）；
dd——冲孔凹模基本尺寸（mm）；
dp——冲孔凸模基本尺寸（mm）；
d——冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；
Ld——同一工步中凹模孔距基本尺寸（mm）；
Lmin——制件孔距最小极限尺寸（mm）；
△——制件公差（mm）可查表7—1;
2Zmin——凸、凹模最小初始双面间隙（mm）；
δd——凸模下偏差,可按IT6选用（mm）；
δp——凹模上偏差,可按IT7选用（mm）；
X——磨损系数,可查表7—2
表7-2磨损系数x
料厚t（mm）
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1～2
2～4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17～0.35
0.21～0.41
0.25～0.49
0.31～0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
7.3刃口尺寸计算
根据计算原则,落料时以凹模为设计基准。
首先确定凹模尺寸,使凹模基本尺寸接近或等于制件的轮廓的最小极限尺寸,再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2Zmin。
Dd=（D-X△）0+δd
=（50-0.75×0.30）0+0.025
=49.775+0.025
Dp=（Dd-2Zmin）0-δp
=（49.775-0.246）0-0.016
=49.529-0.016
校核∣δp∣+∣δd∣≤Zmax-Zmin
0.016+0.025≤0.360-0.246
0.041≤0.114
（满足间隙要求）
根据计算原则,冲孔时以凸模设计为基准,首先确定凸模刃口尺寸,使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸,再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2Zmin。
dp=（d+x△）0-δp
=（30+0.75×0.21）0-0.013
=30.1575-0.013dd=（dp+2Zmin）0+δd
=（30.1575+0.246）0+0.021
=30.4035+0.021
校核∣δp∣+∣δd∣≤Zmax-Zmin
0.013+0.021≤0.360-0.246
0.034≤0.114
Ld=（Lmin+0.5△）±0.125△
=（40+0.5×0.39）±0.125×0.39
=40.195±0.049
8.模具总体设计
8.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。
8.2定位方式的选择
毛坯在模具中应该有正确的位置，正确位置是依靠定位零件来保证的。
定位包括控制送料进距的挡料和送料定距的挡料。
8.2.1送进导料方式的选择
选择复合模设计中导料销导向，在模具中设计两个导料销，并位于条料的两侧，该模具是从右向左送料，所以导料销装在前后各一侧。
形式为固定导料销。
如图8—1所示。
图8-1固定导料销
8.2.2送料定距方式的选用
限位销用来限制条料送进的距离，根据国家标准选用活动挡料销如图8-2所示，其结构简单、制造容易，用途广泛。
图8-2活动挡料销
8.3卸料、出件方式的选择
常用的卸料方式有刚性卸料和弹性卸料两种。
因为工件料厚为2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。
8.4标准模架导向方式的选择
按导柱在模架上的固定位置不同，导柱模架的基本型式有四种：
对角导柱模架；后侧导柱模架；中间导柱模架；四导柱模架。
为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用后侧导柱的导向方式。
9.主要零部件的设计
结合模具的特点，适宜采用线切割加工凸模固定板、卸料板、凸凹固定板、凹模及冲孔凸模、凸凹模。
除凸凹模外，在采用线切割后，还得采用数控车床加工其形腔锥度。
这种加工方法可以保证这些零件各个内孔的同轴度，使装配工作简化。
9.1工作零件的结构设计
9.1.1凸凹模的设计
因为该制件形状复杂，所以将落料凸模及冲孔凹模设计成一个整体为凸凹模。
直通式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，直通式凸模采用线切割机床加工。
凹模和工作部分及凸模联在一起，为保证废料直接由凸模从凸凹模内孔推出。
凹模洞口若采用直刃、则模内有积荐废料，胀力较大。
通过固定板把凸凹模固定。
固定板及凸凹模的配合按H7/m6。
凸凹模材料应选T10A，热处理58～60HRC，凸凹模及卸料板之间的间隙见表9—1查得凸凹模及卸料板的间隙选为0.035mm。
凸凹模高度是固定板、卸料板和弹簧间隙组成。
凸凹模高度为：
H=H1+H2+（15～20）mm
H1——固定板厚度；得H1=0.8×H凹=0.8×16=12.8mm（标准为15mm）
H2——卸料板厚度；查表9—4得H2=10mm
（15～20）——附加长度，包括凸凹模的修磨量，凸模进入凹模的深度及固定板及卸料板间的安全距离。
（附加长度取18）
H=15+10+18
=43mm
表9-1凸凹模及卸料板、导柱及导套的间隙
序号
模具冲裁间隙
Z
卸料板及凸模间隙Z1
辅助小导柱及小导套间隙Z2
1
>0.015～0.025
>0.005～0.007
约为0.003
2
>0.025～0.05
>0.007～0.015
约为0.006
3
>0.05～0.10
>0.015～0.025
约为0.01
4
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