机器垫片冲压模具设计Word下载.doc
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冲压设计的根本目的，是为生产提供技术上先进可行、经济上相对合理的冲压工艺规程文件和模具制造用图样，以最大限度地提高工厂企业的技术经济效益。
因此冲压设计工作在冲压生产中占有极其重要的地位。
冲压设计是一项技术性极强的工作，其设计过程实质上是一个综合分析研究问题、反复地设计计算及修改的创造性劳动。
在实际生产中，由于影响、制约冲压设计的因素繁多，往往给设计工作带来一定的困难。
本文作者是在校本科生，虽然所学专业涉及到该课题的研究，懂得相关设计的理论知识，但是缺乏从事冲压设计的工作实践与体会。
本文是在广泛收集冲压生产经验及有关资料的基础上，通过深入工厂一线，将冲压设计的基本内容、原则、方法及一般步骤作了简要的概括介绍。
本文通过对机器垫片的实例设计可以使读者了解冲压设计的一般过程，对初学冲压设计人员有一定的借鉴意义。
本文共分为七章。
第一章主要使冲压设计的概述，简要介绍了冲压设计的基础知识以及当今冲压设计的发展。
第二、三章，分别是冲压的工艺设计和模具设计。
第四章列出了几个主要模具零件的制造工艺设计和计算。
第五章是模具的结构设计过程，第六、七章是模具零件的公差配合、形位公差及表面粗糙度要求和动作过程。
最后是本文的结论以及对在学习生活和设计期间对作者支持和帮助的相关人的感谢。
冲压工艺是一种先进的金属加工方法，它在汽车、电机、电器、仪表、农机、通讯、化工、轻工、纺织以及航空航天等工业部门中占有非常重要的地位，应用范围十分广泛。
随着冲压技术的不断进步和冲压生产的迅速发展，对冲压设计工作提出了愈来愈高的要求。
冲压设计是一项技术性很强的工作，其设计过程实质上是再创造的劳动过程。
冲压模具设计则是依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛坯的定位以及冲压设计质量的优劣和好坏，不仅直接影响冲压产品的质量、成本及生产效率，冲压模具设计则是依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛坯的定位人员具有的理论基础、丰富的实践经验、熟练的设计技能和认真负责的工作态度，而且还要求设计人员能在不断积累总结设计经验的基础上，及时获取最新科学技术知识，尽快掌握现代化的设计计算手段。
只有这样，冲压设计工作才能适应工业生产迅速发展的需要。
一、冲压设计在冲压生产中的地位
冲压设计既是冲压生产准备工作的基础，也是组织正式生产的依据。
冲压设计水平标志着冲压生产工艺的先进性、合理性以及生产成本的经济性，它在很大程度上反映了工厂的生产技术水平。
生产实践证明，合理的工艺方案的模具结构，不仅为稳定产品质量、降低冲压成本提供了技术上的保证，而且也为生产的组织与管理创造了有利的条件。
反之，冲压设计的任何失误或差错，都会给生产带来不应有的损失，乃至造成人身、设备的重大事故。
比如，在制定工艺方案时，本来可以合并而且也应该合并的工序而没有合并，致使工序数量增加，不仅降低了生产效率，而且造成了人力、工时及设备的浪费，难以满足大批量生产的要求。
再如，由于模具结构设计不合理，而使送料或出件困难，这就为冲压损伤带来了不便，难以保证安全生产的。
又如，在安排工序时，由于没有很好地考虑冲压变形时的金属流动规律，而使工序的安排不合理，因而导致冲压件产生质量缺陷甚至报废等等。
所有这些均说明冲压设计是一项严谨、细致而复杂的技术工作，它必须经受生产的检验。
无疑地，只有首先保证成功的冲压设计，才有可能谈得上成功的冲压生产。
因此，冲压设计作为冲压生产的技术准备工作，在冲压生产中占据重要地位。
二、冲压设计的基本内容
冲压设计包括工艺设计和模具设计两个方面的内容。
冲压工艺设计是针对给定的产品图样，根据其生产批量的大小、冲压设备的类型规格、模具制造能力及工人技术水平等具体生产条件，从对产品零件图的冲压工艺性分析入手，经过必要的工艺计算，制定出合理的工艺方案，最后编写出冲压工艺卡的综合性的分析、计算、设计过程。
冲压工艺方案的确定包括工序性质、数量的确定，工序顺序的安排，工序组合方式及工序定位方式的确定等内容。
因此，冲压工艺设计实质上就是冲压的工艺制定，而表达工艺制定内容的文件就是冲压工艺规程（即冲压工艺卡）。
冲压模具设计则是依据制定的冲压工艺规程，在认真考虑毛坯的定位、出件、废料排除诸问题以及模具的制造维修方便、操作安全可靠等因素后，构思出与冲压设备相适应的模具总体结构，然后绘制出模具总装图和所有非标准零件图的整个设计绘图过程。
概言之，模具设计的实质就是要完全实现工艺设计的内容。
而模具设计的整个过程，则是在考虑具体生产条件并综合分析研究相应设计要素后，经过反复构思、修改，直至绘制出模具图样的创造性劳动过程。
在冲压设计中，尽管工艺设计和模具设计的工作性质不同，但两者之间却存在着相互渗透、相互补充、相互依存的联系。
比如在工艺设计过程中，既要考虑模具结构、模具制造的可行性，又要考虑冲压设备、原材料供应状况等生产条件的局限性。
只有这样，才能制定出技术上先进、经济上合理的最佳工艺规程。
而在模具设计过程中，相应地也必须熟悉有关的工艺设计知识，才能清楚了解工艺设计的意图，从而构思出合理的模具结构，完成工艺规程规定的模具设计任务。
多年来，我国从事冲压生产的大型工厂，一般是将工艺设计和模具设计分为两个独立的技术部门，分别完成工艺设计和模具设计任务。
而对于中小型工厂，大都没有明显的技术部门分工，其工艺设计和模具设计一般是在一个技术部门完成的。
但无论怎样，由于设计中涉及的影响因素太多，难以使设计达到尽善尽美、理想无缺的程度，因此两个设计环节之间允许相互协商、相互补充、相互修订。
由此表明，无论工艺设计者还是模具设计者，要想很好的完成冲压设计工作，要求同时具备工艺设计和模具设计两个方面的知识及经验技能，这点是尤为重要的。
三、冲压设计的基本要求
如上所述，作为冲压生产的技术准备工作（为生产提供工艺规程和模具图样），冲压设计的模具设计，具有不同的工作性质及内容，因此应提出不同的要求。
1、工艺设计的基本要求
（1）冲压原材料利用率要高，即材料消耗应尽可能少。
（2）根据工厂的具体生产条件，制定的工艺方案应技术上先进可行，经济上合理。
（3）工序组合方式和工序排列顺序应符合冲压变形规律，能确保冲压出合格的工件。
（4）工序数量应尽可能少，生产效率尽可能高。
（5）制定的工艺规程，应方便工厂的生产组织与管理。
2、模具设计的基本要求
（1）具结构及其尺寸参数应保证能冲压出形状、尺寸、精度均符合图样要求的零件。
（2）应尽可能简单，制造维修方便，成本低廉。
（3）要坚固耐用，能满足生产批量的要求。
（4）要操作方便，工作安全可行，工人劳动强度要低。
（5）备周期要短。
四、设计的一般工作程序
在实际生产中，冲压件的形状、尺寸及其精度要求各异，且具体生产条件也不尽相同，这常给开始从事冲压设计工作的人员带来一定困难。
但从另一方面看，只要遵循冲压变形的基本规律，搞清楚冲压基本工序的各自变形特点，尽管冲压件的形状、尺寸及精度要求不同，冲压设计的基本原则与方法则还是大同小异的。
冲压的设计工作可以概括为四个阶段，即：
⑴产品分析阶段；
⑵工艺设计阶段；
⑶草图构思阶段；
⑷正式设计阶段。
一般情况下可按以下工作程序进行：
1.设计前的准备工作
搜集必要的资料，分析制件的冲压工艺性，应具有是视图完备，技术要求明确的制件图纸或样本，以及对制件的形状、尺寸大小、精度要求以及装配关系等有完备的了解；
了解制件冲压工艺过程卡，由此研究其前后工序的相互关系和各工序间必须相互保证的加工工艺要求。
同时根据工艺卡规定的工艺方案，确定模具数量和类型，掌握制件的生产性质，以确定模具结构，是采用简易模具还是采用比较复杂的复合模或级进模，了解制件材料的性质、尺寸和供应方法；
了解压力机的情况和有关技术规格，根据所选用的设备确定模具的卸料方法和其他辅助方法；
了解制造模具的技术力量，设备条件和加工技巧。
为确定模具结构提供依据；
了解最大限度提供模具标准间的可能性，并尽可能多地采用模具标准件，在研究了解这些资料的基础上，如果发现冲压件的工艺性差，则应在不影响其使用的情况下，提出便于加工的修改意见，使产品设计，冲压工艺编制，模具设计与模具制造之间更好地结合，取得更完善的效果。
2、冲压工分艺析
分析产品零件图的冲压工艺性，确定制件在技术和经济上都较为合理的冲压工艺方案。
在技术方面，根据图纸，主要分析冲压件的形状特点，尺寸大小，尺寸标注方法，精度要求，表面质量要求和材料性能等因素，是否符合冲压工艺要求；
在经济方面，主要根据冲压件的生产批量分析产品成本，阐明采用冲压生产可取得的经济效益。
因此，冲压件的工艺性好与差，主要是在不影响使用要求的前提下，能否以最简单、最经济的方法冲压出来。
3、模具形式的选择
第一章产品图与任务书
制件图如下图1-1所示：
图1-1机器垫片制件图
该零件为机器垫片，材料中等厚度，主要用于零件之间的连接作用。
零件外形轴对称，有圆弧段，系典型的板料冲裁件，材料为Q235钢，板厚1.2mm。
第二章零件工艺性分析与工艺方案的确定
工艺分析包括技术和经济两个方面的内容。
在技术方面，根据产品图纸，主要分析该锻造件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合锻造工艺的要求；
在经济方面根据锻件的生产批量，分析产品成本，做到在不影响零件使用的前提下，用最简单最经济的方法生产出来。
§
2.1对冲压件的形状精度分析
本次设计的工件为机器垫片。
零件是圆弧和直边部分组成且有对称性，但孔之间有一定的位置精度要求。
零件的形状不是太复杂，精度要求不高。
加工起来相对比较简单。
2.2对冲压件的经济性分析
所谓经济性，是以最小的耗费取得最大的经济效果。
所谓经济性，在锻造生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品的成本越低，说明你设计的模具经济效果越大。
降低制造成本的措施：
一、降低模具费用，是降低成本的有效措施；
二、工艺合理化可以降低模具费、节约加工工时、降低材料费用；
三、多个工件同时加工成形，可使模具费、材料费和加工费降低；
四、冲压过程的自动化及高速化，可以降低加工费用和提高材料利用率；
五、提高材料利用率，降低材料费。
2.3工艺方按的确定
该零件包括落料、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：
落料——冲孔复合冲压。
采用复合模生产。
方案三：
冲孔——落料连续冲压，采用连续模生产。
方案一模具结构简单，但需要两道工序，两副模具，生产效率较低，难以满足该零件的年产量要求。
方案二只需要一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率高，但是模具结构较复杂，模具制造困难。
方案三也只需要一副模具，且生产效率高，欲保证冲压件的形位精度，只需在模具上设置导正销导正，加工比较容易，故符合设计要求。
通过上述三种方案的分析比较，该零件的冲压工艺生产采用方案三为佳。
第三章冲压工艺计算
3.1绘制冲裁零件图
设计零件图如图3-1所示：
图3-1零件图
3.2排样方式及材料利用率
根据零件的形状可采用直排的排样方式，排样图如图3-2所示弹性卸料板，并且由《冲模设计手册》查得a=2mma1=1.5mm则条料宽度：
b=55+4=59mm；
送料步距为：
h=40+1.5=41.5mm
图3-2排样图
材料利用率为：
（3-1）
＝（13861.875/2463.2）×
100％
＝56.27%
式中A——冲裁件面积（包括内形结构废料）；
n——一个进距内冲裁件数目；
b——条料宽度；
h——进料步距；
条料长度：
根据步距为41.5,取条料长度为336mm，宽度为59mm。
3.3压力中心的确定
模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。
求压力中心的方法时：
采用求空间平行力系的合力作用点。
为了使模具能够正常又平稳地工作，特别是对于大而复杂的制件，多凸模冲孔以及级进冲裁时，必须使压力中心通过压力机滑块的中心线。
对于带有模柄的冲裁模，压力中心需通过模柄的轴心线。
否则，在冲裁过程中，会产生偏心负荷弯矩，使得模具歪斜，加快压力机滑块与导轨之间以及模具导向装置的磨损，刃口迅速变钝（无导向装置时特别突出），严重时，会啃刃或造成设备、人身等事故。
因为该工件是轴对称零件，所以其重心在对称中心线上，计算压力中心时，仅考虑如图3-3所示的x方向的值
图3-3压力中心
由排样图和零件图可知：
设压力中心为（x0,y0）
建立坐标系分别以左边和下边为x轴和y轴,则可得
（x1,y1）=（159,495）S1=15.7
（x2,y2）=（159,29.5）S2=15.7
（x3,y3）=（159,9.5）S3=15.7
（x4,y4）=（134,39.5）S4=15.7
（x5,y5）=（134,19.5）S5=15.7
（x6,y6）=（117.5,39.5）S6=63.4
（x7,y7）=（117.5,19.5）S7=63.4
（x8,y8）=（60,29.5）S8=67.4
（x9,y9）=（22,29.5）S9=1009.9
x0=3×
15.7×
159+2×
134+2×
63.4×
117.5+67.4×
60+1009.9×
22/5×
15.7+2×
63.4+67.4+1009.9
=52857.3/1282.6=41.21mm
y0=15.7×
49.5+15.7×
29.5+15.7×
9.5+15.7×
39.5+15.7×
19.5/1282.6
=37836.7/1282.6=29.5mm
即压力中心偏向右边大凸模中心。
所以将凹模洞口整体向右移动27mm。
冲裁间隙的选择依据：
因冲孔的尺寸精度为φ5（冲压手册表3-4）且材料为Q235，厚度为1.2mm，公差等级为IT11，单面间隙选C=0.096mm，落料时选IT14，则单面间隙选用C=0.14mm。
3.4冲裁力计算、设备类型及吨位的确定
3.4.1冲裁力的计算
计算冲裁力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。
板料材料为Q235钢，查[3]表1－8取τb=340Mpa
F冲裁=1.3L×
t×
τb（3-2）
其中：
F冲裁——冲裁力，单位为N
L——冲裁周边，单位为mm
τb——材料抗剪强度，单位为Mpa
t——材料厚度，单位为mm
t=1.2mm
L=428.452mm
F冲裁=1.3×
428.452×
1.2×
340=227250.94N
查冲模设计手册表3-22得
K=0.04，——卸料力因数，K推=0.055，K=0.15
（3-3）
=0.045×
227250.94=10226.29N
=3×
0.055×
227250.94=12498.8N
F=0.15×
227250.94=34087.64N
F=F冲裁+F推+F卸=56812.73N
3.4.2设备类型的确定
根据所需要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。
对于中小型的冲裁件的生产，主要应采用开式机械压力机。
为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力（1.2～1.5）的原则选取压力机。
参照书末附录B3可选取公称压力为630的开式双柱可倾压力机，该压力机与模具设计的有关系参数为：
F=F冲裁+F推+F卸=56812.73N≈57KN≤压力机公称压力
表3-1初选开式双柱可倾压力机
型号
公称压力（KN）
滑块行程（mm）
滑块行程次数（min-1）
闭合高度调节量（mm）
滑块中心线至床身距离（mm）
立柱距离（mm）
JB23-63
630
56
80
85
325
450
工作台尺寸（mm）
工作台孔尺寸（mm）
垫板尺寸（mm）
模柄尺寸（mm）
床身最大可倾角（°
）
前后
左右
直径
厚度
深度
900
250
350
270
50
45
30
根据表3-1可得：
图3-4开式双柱可倾压力机
Hmax-H1-5mm≥H≥Hmin-H1+10mm
315-80-5≥209≥230-80+10
230≥209≥160
所以压力机选用JB23-63．
3.5凸、凹模工作部分尺寸与公差的计算
3.5.1冲孔刃口尺寸计算
落料模以落料凹模的刃口尺寸与冲件的尺寸基本一致，凸凹模间隙靠减小凸模刃口尺寸得到。
冲孔模以冲孔件凸模刃口尺寸与冲件孔径基本一致，以凸模为基准靠加大凹模刃口尺寸来获得凸凹模的间隙。
冲裁凸模的选择可根据冲模手册表3-57，圆形凸模采用A型凸模，其形状如下图所示：
圆形凸模设计形状及尺寸如图3-5所示：
图3-5圆形凸模
槽形落料凸模的形状如图3-6所示：
图3-6槽形落料凸模
冲孔小凸模尺寸计算：
基本尺寸＝5查《冲压工艺学》表3-6可知，
Zmax=0.18Zmin=0.126
Zmax-Zmin=0.18-0.176=0.054
查《冲压工艺学》表2-6δp=+0.02δd=-0.02
δd+δp=0.04＜Zmax-Zmin=0.054（3-4）
则冲孔小凸模的尺寸如下：
由《冲压工艺学》中表2-7查得x=0.75
dp=（d+x△）=（5
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