垫圈的冲压模具设计1.docx
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垫圈的冲压模具设计1
目录
1前言................................................3
1设计课题及设计任务书................................4
1.1设计课题..........................................4
1.2设计任务书........................................5
2工艺方案分析及确定..................................6
2.1零件的工艺分析....................................6
2.2工艺方案的确定....................................6
2.3排样的确定........................................7
3工艺设计与计算.....................................9
3.1冲压力与压力中心的计算...........................9
3.2工作零件刃口尺寸计算.............................13
3.3工作零件结构设计与其他模具结构零件...............14
3.4冲压设备的选用...................................14
4.模架的选用..........................................16
致谢..................................................18
参考文献...........................................19
前言
随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是模具专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有了一个基本的了解和认识，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。
课程设计的主要目的有两个：
一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用工程软件进行模具设计。
二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。
本文是圆垫圈落料、冲孔复合模设计说明书，结合模具的设计，广泛听取各位人士的意见，经过多次修改和验证编制而成。
为了达到设计的规范化，标准化和合理性，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。
文中附有必要的插图和数据说明。
圆垫圈采用复合膜是因为它具有以下一些优点：
①工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；②生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生产。
它的缺点是：
模具零部件加工制造比较困难，成本较高，并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些内孔间距、内孔与边缘间距较小的下件不宜采用。
由于复合模本身所具有的一些优点较明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择复合模结构。
1设计课题及设计任务书
1．1设计课题
圆垫圈落料、冲孔复合模
1.1.1课题来源
与系部相关人员及指导教师探讨，设计一套圆垫圈复合模。
1.1.2课题研究的目的与基本要求
（1）目的
①用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一项冷冲模设计的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。
②扩充“冷冲模设计”课程所学内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。
③掌握冷冲压模具设计的基本知识。
如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。
（2）基本要求
①达到课题研究的目的所提的要求。
②以生产者的身份来设计模具，为求所设计模具适合在所在设备条件下生产，即要综合生产实际，又要满足生产要求，更要提高生产效率和经济效益。
1.2设计任务书
本设计为圆垫圈落料、冲孔复合模具，设计工件如图1.1所示：
技术要求：
1.零件名称：
圆垫圈
2.材料：
20
3.材料厚度：
t=1.5mm
4.工件精度：
IT14
2工艺方案分析及确定
2.1零件的工艺分析
冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。
一般来讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。
当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。
以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等是确定冲裁件工艺实应性的主要因素。
根据这一要求对该零件进行工艺分析如下：
1材料:
该冲裁材料为20钢是普通碳素钢,具有良好的可冲压性。
2零件结构：
该冲裁件结构简单，比较适合冲裁。
3尺寸精度：
该冲裁件尺寸精度采用IT14级。
2.2工艺方案的确定
确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。
确定合理的冲裁工艺方案，应进行全面的工艺分析分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个最佳的合理冲压工艺方案。
该零件包括落料、冲孔两个基本工序,可以采用以下3种工艺方案：
（1）先落料，后冲孔，采用单工序模生产。
（2）落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。
（3）冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。
方案
（1）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，生产效率低，难以满足大批量的生产要求。
方案
（2）和方案（3）对于该零件都可以采用，为更好地保证尺寸精度，最后确定用复合冲裁的方式进行生产。
工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以采用倒装复合模结构及弹性卸料方式。
2.3排样的确定
在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。
2.3.1冲裁件的排样
排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。
冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。
根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。
考虑到该制件的生产纲领与加工条件，采用条料加工有余料的排样。
排样图见右图2.1：
2.3.2材料利用率
衡量材料经济利用的指标是材料利用率。
一个进距内的材料利用率为
2.3.3搭边
排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。
它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以及保证条料有一定刚度，便于送料。
搭边数值取决于以下因素：
（1）工件的尺寸和形状。
（2）材料的硬度和厚度。
（3）排样的形式（直排、斜排、对排等）。
（4）条料的送料方法（是否有侧压板）。
（5）挡料装置的形式（包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式）。
搭边值一般是由经验再经过简单计算确定的。
查表得搭边值：
a=1.2mm，a1=1.0mm，故取搭边值为：
a=1.2mm，a1=1.0mm。
3工艺设计与计算
裁，必须适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。
选取的冲裁方式不同时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。
因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量。
3.1.2冲裁力的计算
计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，因此要计算最大冲裁力。
则冲裁力可按下式计算：
3.1）
式中：
A为剪切断面面积，τ为板料的抗剪强度。
考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响，可取安全系数为1.3，于是在生产中冲裁力便可按下式计算：
F=1.3LTτ （3.2）
式中：
L——冲裁轮廓的总长度（mm）;
T——板料厚度（mm）;
τ——板料的抗剪强度（MPa）。
经查资料取τ=300
，τ按10钢板计算
。
在生产中均采用下列经验公式计算：
FQ1=K1F （N） （3.3）
FQ2=K2nF （N） （3.4）
式中：
FQ1、FQ2——分别为卸料力、推件力；
K1、K2——分别为卸料力系数、推件力系数，其值见表3.1
n——同时卡在凹模孔内的工件或废料数，
F——冲裁力（N），按式（3.1）计算。
表3.1卸料力、推件力系数表
材料种类
板料厚度/mm
K1
K2
钢
~0.1
0.06~0.09
0.1
钢
>0.1~0.5
0.045~0.07
0.063
钢
0.5~2.5
0.025~0.06
0.055
钢
>2.5~6.5
0.02~0.05
0.045
钢
>6.5
0.15~0.04
0.025
查表3.1得K1=0.05 K2=0.055。
代入公式得：
卸料力FQ1=K1F=40.4×0.05=2.02KN
推件力FQ2=K2nF=0.055×1×18.4=1.01KN
对于冲制薄材料，采用配制法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大、变小还是不变这三种情况，然后分别按不不同的公式计算。
为保证凸、凹模之间的间隙值，必须采用凸、凹模配合加工的方法。
由于此零件为落料件，所以采用凹模为基准件，根据凹模磨损后的尺寸变化情况。
凹模磨损后会增大的尺寸──第一类尺寸A
A、B、C──模具基准件尺寸，单位mm；
Amax、Bmin、Cmin──工件极限尺寸，单位mm；
Δ──工件公差，单位mm。
磨损系数x表
以上是落料凹模的计算方法，相应的凸模应按凹模的尺寸配置，并保证最小的间zmin
间隙值的确定查下表确定：
由IT=14，查公差表：
又由t=0.5mm查表取：
x=0.5
凸、凹模分别按IT14级加工制造，
冲孔
mm
查公差表，取x=0.5；
=0.009mm
=0.015mm
校核
+
-
0.009+0.015
0.240-0.132
0.024
0.108
所以
=
=
mm
==
=
mm
落料22mm：
校核
+
-
0.013+0.021
0.240-0.132
3.2工作零件刃口尺寸计算
落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配置。
冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。
既已落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。
3.3工作零件结构设计与其他模具结构零件
3.3.1凹模尺寸
凹模厚度 H=Kb（≥15mm）
=0.26×100=26mm
其中K查表3.2，利用插值法得K=0.26。
凹模边缘壁厚 C≥（1.5-2）H
C=（1.5-2）×26=（39-52）,实取C=50mm
凹模边长 L=b+2C=100+2×50=200mm
查标准JB/T6743.1-94；凹模宽160mm。
因此确定凹模外形尺寸为200×160×26mm，将凹模板做成薄型形式并加空心垫板后实际凹模尺寸为200×160×20mm。
表3.2凹模厚度系数K
t
b
1
2
≤50
0.35
0.42
＞50-100
0.22
0.28
3.3.2凸凹模尺寸
凸凹模长度：
L=h1+h2+h=20+20+16.6=56.6mm
其中h1：
凸凹模固定板厚度；h2：
卸料板厚度h：
增加高度（包括凸凹模进入凹模的深度，弹性元件安装高度）。
3.3.3冲孔凸模尺寸
冲孔凸模尺寸：
L凸
=h1+h2+h3=20+10+20=50mm
式中：
h1——凸模固定板厚度，h2——空心垫板厚度，h3——凹模板厚度。
3.3.4其他模具结构零件
根据凹模零件尺寸，结合倒装式复合模结构特点，查JB/T2885.1-94，确定其他模具结构零件，如下表所示：
3.3.5典型零件加工工艺方案如下
以凹模板的加工为例，典型零件的加工工艺为：
备料——热处理——磨平面——钳工——磨平面——热处理——线切割。
工艺过程如表3.3。
表3.3凹模板加工工艺
序号
工序名称
工序的主要内容
1
备料
根据图纸下适合的毛胚料
2
热处理
退火
3
磨平面
铣（刨）六平面
4
钳工
划线、打螺纹孔、销钉孔和穿丝孔
5
磨平面
光上下平面至图纸要求
6
热处理
淬火、回火达到硬度要求
7
线切割
线割内型,保证间隙达到要求
4模架的选择
模架选用适合中等精度，上下滑平稳，可横向送料，适于大批量生产的后侧导柱模架。
根据凹模尺寸的确定查表得模架参数：
模架
L=63
B=63
开模最大高度
115mm
上模座
63×63×20
下模座
63×63×30
导柱
18×90
导套
18×60×18
下模座;2.导柱；3.弹簧；4.卸料板；5.活动挡料销；6.导套；7.上模座；8.垫板；
.推件块；10.推板；11.模柄；12.打杆；13.冲孔凸模；14.固定板.；
15．凸模固定板；16.落料凹模；17.固定板；18.倒料销；
3.4冲压设备的选用
绘图
致谢
本文是在论文指导老师精心指导和大力支持下完成的。
老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。
在此次课程设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识，对其现状和未来发展趋势有了很大的了解。
通过这次模具设计，本人在多方面能力都得到了提高。
通过这次课程设计，综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实际知识进行一次冷冲压模具设计，通过实际设计从而培养和提高了自己的独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能，懂得了从分析零件的工艺性入手，确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了相应规范和标准，同时对各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
并提高了查阅设计资料和手册的能力，熟悉了设计中的标准和规范等。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
参考资料
【1】梅伶.模具课程设计指导.北京：
机械工业出版社，2010.
【2】魏春雷.冲压工艺与模具设计.北京：
北京理工大学出版社，2008.
【3】王卫卫.材料成形设备.北京：
机械工业出版社，2010.
【4】甘永立.几何公差与检测.上海：
上海科学技术出版社，2008.
【5】杨占尧.冲压模具图册.北京：
高等教育出版社，20008.
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