垫圈冲压工艺及模具设计.docx
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垫圈冲压工艺及模具设计
冲压工艺及模具设计
工件名称：
垫圈
工件简图：
如图一
生产批量：
中批量
材料：
08
材料厚度：
0.6mm图一
1、冲压件工艺性分析
此工件只有落料和冲孔两个工序。
材料为08低碳钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。
工件结构相对简单，有一个φ40mm的孔；孔与边缘之间的距离也满足要求，壁厚为0.8mm。
工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。
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：
落料-冲孔复合冲压。
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。
方案一模具结构简单，但需两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。
方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，且工件最小壁厚20mm远大于凸凹模许用最小壁厚1.8mm，模具强度较好，制造难度小，落料圆和冲孔圆同轴度满足要求。
方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，但工件同轴度不意满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。
3、主要设计计算
（1）排样方式的确定及其计算
设计复合模，首先要设计条料排样图。
垫圈的形状为圆，直排时材料利用率低，应采用多排，如图二垫圈排样图所示的排样方法，可显著地减少废料。
搭边值查表可得1mm和1.2mm。
冲裁件面积A=πr²=3.14×30²
=2826mm²
条料宽度B=60×2﹢1.2×2＋61×1.7／2=174.2mm
由于冲压常用钢板规格宜选710mm×1420mm的钢板，取B=177.5mm
步距S=60+1=61mm
一个步距的材料利用率η=nA／BS×100％
=3×2826／﹙177.5×61﹚×100％
=78.3%
故条料宽度为177.5mm，步距离为61mm，一个步距的材料利用率为78.3%。
查板材标准，宜选710mm×1420mm的钢板，每张钢板可剪裁为4张条料（177.5mm×1420mm），每张条料可冲68个工件，故每张钢板的材料利用率为76.2%。
图二排样方式图
（2）冲压力的计算
该模具采用复合模，考虑操作安全，采用典型的倒装结构。
拟选择刚性推件装置推出垫圈。
冲压力的相关计算如下。
落料力的计算：
F=KLtτ
式中F——落料力（N）;
K——系数，模具间隙值的波动、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3。
L——落料周边长度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪强度（MPa）。
L=πd=3.14×60=188.4mm
查表可知τ为325MPa。
F=KLtτ=1.3×188.4×0.6×325=47759.4N
同理冲孔力F冲孔=1.3×3.14×40×0.6×325
=31839.6N
查表知：
卸料力F₁=K₁×F=0.05×47759.4=2387.97N
推件力F₂=nK推F冲孔=3×0.05×31839.6
=4775.94N
F₄=F＋F冲孔＋F₁＋F₂=86762.91N
根据计算结果，冲压设备拟选100KN冲床。
（3）压力中心的确定及相关计算
该工件为规则外形形状，压力中心位于几何中心即圆心上故，不需计算。
（4）工作零件刃口尺寸计算
在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。
结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。
因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算如下所示。
所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按ITl4级确定工件尺寸的公差。
零件外形尺寸为：
60
零件内形尺寸为：
40
查公差表可得各尺寸公差为：
零件外形：
零件内形：
以凹模为基准：
零件内形：
以冲孔凸模为基准计算
4、模具总体设计
（1）弹簧的选择
选择依据:
最大压缩量时不超过弹簧极限，而最大压缩量=
预压量h1+卸料工作行程h2+修模量h3。
考虑到卸料的可靠性，取弹簧在预压量为h1时就应有的压力Fx。
由卸料力和模具安装弹簧的空间大小，初选弹簧的数量为二，则每个弹簧应有的预压力
。
初选弹簧为工作极限负荷Fj=1390N>659.4N，钢丝直径d=6mm，弹簧中径D=32mm，自由高度L0=65mm，极限负荷下的变形量hj=19.3mm。
当弹簧在预压量h1时，卸压力达659.4N，由压缩量和力的线形关系得：
预压量
又因卸料板的工作行程h2=0.6+1=1.6mm；修磨量h3=5mm；所以最大压缩量
即能满足要求。
弹簧装配高度h=L0-h1=65-9.15=55.85mm。
（2）卸料板的选择：
根据凸凹模及弹簧、卸料螺钉等的布置，取卸料板的平面尺寸为125mm×125mm，厚度为15mm。
（3）选择上、下模座：
采用GB2855.5、6—1990后侧带导柱形式模板。
根据最大轮廓尺寸125mm×125mm选相近规格标准模座．L×B为125mm×125mm，上模座厚35mm，下模板座35mm。
（4）导柱导套：
按GB2861.1、6选d=38mm，模具闭合高度225.5mm，选导柱110mm,d=22mm。
（5）模柄：
查表知100kN压力机模柄孔尺寸为Φ30×50。
所以选尺寸为Φ30×Φ70的带凸缘形式的模柄。
（6）凹模：
凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。
凹模厚度H=Kb=0.3×60mm=18mm（查表2.26得k=0.3）
凹模壁厚C=（1.5～2）H=27～36mm
取凹模厚度H=20mm，凹模壁厚C=35mm，
凹模宽度B=b+2C=（60+2×30）mm=120mm
凹模长度L取125mm（送料方向）
凹模轮廓尺寸为125mm×125mm×30mm。
（7）凸模：
1）凸模固定板：
厚度：
所以取其厚度为40mm。
直径为130mm。
2）凸模全长：
结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M10螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。
其总长L=h₁＋h₂＋t＋h：
式中L——凸模长度（mm）；
h₁——凸模固定板厚度（mm）；
h₂——卸料板厚度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
h——增加长度，它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5mm～1mm），凸模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取10mm～20mm。
L=20+14+0.6+27.4=62mm
（8）凸凹模：
采用直接固定方法，取其高度为20mm，定凸缘高度为20mm．直径为76mm，为减小模具尺寸，在凸缘外铣去2个缺口以放置卸料弹簧。
（9）垫板：
考虑推件装置在上模内挖窝，采用垫板加固。
取垫板厚度取l0mm，长宽为125×125mm
（10）闭合高度：
模具闭合高度为上模板、下模板、凸凹模、凹模、固定板、垫板等厚度的总和。
即H0=30+35+62+25+20+40-0.6=211.4mm其中减去的0.6为冲裁时上模进入下模的距离。
因公称压力为100KN的压力机的最大闭合高度为170mm小于211.4mm。
所以选择公称压力为250KN的压力机。
即其Hmax=250mm，Hmin=（250-70）mm=180mm。
满足
。
此外模柄的尺寸也应该重选：
查表1.7知250kN压力机模柄孔尺寸为Φ50×70。
所以选尺寸为Φ50×100的带凸缘形式的模柄.
（11）卸料螺钉：
根据模具的结构选择，并且应满足螺钉窝深h＋螺钉杆长l＋卸料板厚＝０.6＋下模板厚＋凸凹模厚。
按GB2867、6-81选d=10mm的带肩卸料螺钉，螺柱长l=60mm。
螺钉头高度10mm.因螺钉窝深h+螺钉杆长+卸料板厚=0.5mm十凸凹模厚十下模板厚。
即
h+60+12=0.5+41+35得卸料螺钉窝深h=24.5mm。
检验：
卸料螺钉窝深h-螺钉头高度=24.5-10=14.5mm
卸料板行程+修磨量+安全间隙=1.5+5+（2~6）=8.5~12.5mm。
所以所选的螺钉长度满足要求,并且定卸料螺钉窝深h=24.5mm。
（12）推杆的选择：
按推件状态时推杆需高出滑块模柄孔一定距离c≈5~10，即推杆长度L≥安全距离c+模柄孔深＋模柄法兰厚＋修模量=c（5~10）+50+16+5=76~81。
所以推杆可按GB28671-81选择，其尺寸为：
d=12mm,L=100mm，c=7mm。
3.冲压设备选择：
选择公称压力为250KN的开式压力机，其具体数值如下：
公称压力250KN，最大封闭高度250mm，封闭高度调节量70mm，工作台尺寸（左右×前后）560mm×360mm，模柄孔尺寸：
φ50×70。
垫圈冲压工艺卡片
草图
排样图
工序
工序说明
加工草图
设备
0
剪床下料
公称压力为250KN的开式压力机
1
落料
2
冲孔
3
检验
材料
名称牌号
08号钢
每张条数
4
形状尺寸
1420x750
每条件数
68
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