冲压模具设计六边形垫片教学文稿.docx
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冲压模具设计六边形垫片教学文稿
冲压模具设计-六边形垫片
冲压模课程设计
题目：
正六边形垫片
原始数据：
数据如图1-1所示。
材料为Q235，料厚为t=3mm，大批量生产，图中未注公差均为一般公差（自由公差），且取中等精度。
图1-1正六边形垫片
一、工艺分析
此工件既有冲孔，又有落料两个工序。
材料为Q235，t=3mm的钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。
工件结构中等复杂，有两个直径∅16的圆孔，一个宽度为52的正六边形。
此工件满足冲裁的加工要求，孔与孔、孔与工件边缘之间的最小壁厚大于8mm。
工件的尺寸落料按IT11级，冲孔按IT10级计算。
尺寸精度中等，普通冲裁能满足要求。
二、冲裁工艺方案的确定
2.1方案种类
该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有一下三种工艺方案。
方案一：
先冲孔，后落料。
采用单工序模生产。
方案二：
冲孔-落料级进冲压。
采用级进模生产。
方案三：
采用落料-冲孔同时进行的符合模生产。
2.2方案比较
各方案特点及比较如下：
方案一：
模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两副模具，成本相对较高，生产率低，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需要求，难以满足生产需要。
故而不选此方案。
方案二：
级进模是一种多工位、效率高的加工方法。
但级进模轮廓尺寸大，制造复杂，成本高，一般适用于大批量、小型冲压件。
而本工件尺寸轮廓较大，采用此方案，势必会增大模具尺寸，使加工难度提高，因而也排除此方案。
方案三：
只需一套模具，工件的精度及生产效率要求都能满足，模具轮廓尺寸较小，模具制造成本不高，故本方案先冲孔后落料的方法。
2.3方案的确定
综上所述，本套模具采用冲孔-落料复合模。
2.4模具结构形式的确定
复合模有两种结构形式，，正装式复合模和倒装式复合模。
分析该工件成型后脱模方便性，正装式复合模成形后工件留在下模，需向上推出工件，取件不方便。
倒装式复合模成形后工件留在上模，只需在上模装一副推件装置，故采用倒装式复合模。
三、工艺尺寸计算
3.1排样设计
1.排样方法的确定
根据工件的形状，确定无废料排样的方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。
经多次排样计算决定采用直斜排法，初画排样图如图4-1所示。
图4-1排样图
2.确定搭边值
查表2-15，取最小搭边值：
工件间a1=2.8，侧面a=3.2.
考虑到工件的尺寸比较大，在冲压过程中须在两边设置压边值，则取a=5；为了计算方便去a1=3。
3.确定条料的步距
步距：
254.4mm，宽度：
110mm。
4.条料的利用率
5.画出排样图
根据以上资料画出排样图，如图4-1所示。
3.2冲裁力的计算
1.冲裁力F
查表9-1取材料Q235的抗拉强度σb=415Mpa
由
已知：
L=50⨯3.14+60⨯3.14+32⨯3.14+180=625.88
所以：
F=625.88⨯3⨯415=779kN
2.卸料力
由
，已知
（查表2-17）
则
3.推件力
由
，已知
（查表2-17）
则
4.顶件力
由
，已知
（查表2-17）
则
3.3压力机公称压力的确定
本模具采用刚性卸料装置和卸料方式，所以
根据以上计算结果，冲压设备拟选JA21-160。
3.4冲裁压力中心的确定
由于零件为对称图形，故取其对称中心为压力中心。
3.5刃口尺寸的计算
1.加工方法的确定
结合模具及工件的形状特点，此模具制造宜采用配作法，落料时，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按要求配作；冲孔时，则只需计算凹模的刃口尺寸及制造公差，凹模刃口尺寸由凸模实际尺寸按要求配作；只需要在配作时保证最小双面合理间隙值
（查表2-8），凹凸模配作尺寸和凹模配作尺寸结合完成。
2.采用配作法断模具磨损后的变化情况
分三种情况，分别统计如下。
第一种尺寸（增大）：
50，30
第二种尺寸（减小）：
16，52
第三种尺寸（不变）：
50，100
3.计算零件刃口尺寸
按入体原则查表2-3确定冲裁件内形与内形尺寸公差，工作刃口尺寸计算见表4-1。
表4-1工作零件刃口尺寸计算
尺寸分类
尺寸转换
计算公式
结果
备注
一
50
50
50
系数X的取值查表2-11
30
30
30
二
16
52
三
50
50
50
100
100
0.11
99.945
0.014
4.画出落料凹模
凸凹模尺寸，如图4-2所示。
（a）落料凹模
（b）凸凹模
5.卸料装置设计
采用图4-2所示的卸料装置，已知冲裁板厚t=3mm，冲裁卸料力
=
。
根据模具安装位置拟选六个弹簧，每个弹簧的顶压力为
F0≥Fx/n=5.19kN
查第九章表9-32圆柱螺旋压缩弹簧，初选弹簧规格为（使所选弹簧的工作极限负荷FJ>F顶）
D=30mm，d=6mm，h0=60mm，t=7.8mm，hj=13.1mm，f=1.88mm，Fj=1700，n=7
其中，D为弹簧的大径，d为材料的直径，h0为自由高度，t为节距，hj为工作极限负荷下变形量，Fj为工作极限负荷，n为有效圈数。
弹簧的总压缩量为
H=
四、模具总体结构设计
4.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以本套模具类型为复合模。
4.2定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销。
控制条料的送进步距采用弹簧弹顶的活动挡料销来定步距。
而第一件的冲压位置是因为条料有一定的余量可以靠操作工人目测来确定。
4.3出件方式的选择
根据模具冲裁的运动特点，该模具采用刚性卸料方式比较方便。
因为工件的料厚为3mm，推件力比较大，用弹性装置取出工件不太容易，且对弹力要求很高，不易使用。
而采用推件块，利用模具的开模力来推工件，既安全有可靠。
即采用刚性装置取出工件。
结构如图5-1所示：
图5-1卸料装置
1-打杆；2-推板；3-连接推杆；4-推件块
4.4导柱、导套位置的确定
为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模具，该复合模采用中间导柱模架。
五、主要零部件设计
5.1工作零部件的结构设计
1.落料凹模
凹模采用整体凹模，轮廓全部采用数控切割机床即可一次成形，安排凹模在模架上的位置时，要依据压力中心的数据，尽量保证压力中心与模柄中心重合。
其轮廓尺寸可按第2章公式（2-24）和公式（2-25）计算
凹模厚度
凹模壁厚
~2）H=51.84~69.12mm
取凹模厚度H=60mm,壁厚C取60mm
凹模宽度B=b+2c=100+2
=220mm（送料方向）
凹模长度L=144+2
=264mm
根据工件图样，在分析受力情况及保证壁厚强度的前提下，去凹模长度为280mm，宽度为280mm，所以凹模轮廓尺寸为280mm
280mm
60mm。
2.冲孔凸模
根据图样：
工件有3个孔，2个大小相等的圆孔，1个正六边形孔，因此需设计3支凸模。
为了方便固定，都采用阶梯式，长度为L=凹模+固定板+t=60+30+3.5=93.5mm
3.凸凹模
当采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下：
HTA=h1+h2+t+h=20+30+3+10.5=63.5
式中，h1为卸料板的厚度，取20mm；h2为凸凹模固定板厚度，取30mm；t为材料厚度，取3mm；h为卸料板与固定板之间的安全高度，取10.5mm。
因凸凹模为模具设计中的配作件，所以应保证与冲孔凸模和落料凹模的双边合理间隙Zmin。
5.2定位零件的设计
结合本套模具的具体结构，考虑到工件的形状，设置一个φ6的活动挡料销，和两个φ8的活动导料销。
挡料销和导料销的下面分别采用压缩弹簧，在开模时，弹簧恢复弹力把挡料销顶起。
使它处于工作状态，旁边的导料销也一起工作，具体结构如图6-1所示。
图6-1活动挡料销
1.卸料板设计
卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为20mm，材料为45钢，淬火硬度为40~45HRC。
2.卸料螺钉的选用
卸料板采用6个M8螺钉固定，长度L=h1+h2+a=44+8+30=82mm（其中h1为弹簧的安装高度；h2为卸料板的工作行程；a为凸凹模的固定板厚度）。
3.模架及其他零部件的设计
该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压是可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
以凹模周界尺寸为依据，查第9章表9-48选择模架规格如下：
导柱：
d（mm）×L（mm）分别为φ35
200，φ45
200。
（GB/T2861.1）
导套：
d（mm）×L（mm）分别为φ40
125
48，φ45
125
48。
（GB/T2861.6）
上模座厚度
取50mm，下模座厚度
取60mm。
上垫板厚度
取10mm。
则该模具的闭合高度
为：
=
+
+
+L+H-h=50+60+10+93.5+63.5-3.5=273.5mm
式中L——凸模高度，mm
H——凸凹模高度，mm
h——凸模冲裁后进入凸凹模的深度，mm
可见该模具的闭合高度小于所选压力机JA21-160的最大装模高度450mm，因此该压力机可以满足使用要求。
六、模具总装图
通过以上设计，可得到如图7-1所示的模具总装图。
模具上模部分主要由上模座、垫板、冲孔凸模、冲孔凸模固定板、凹模板等组成。
下模由下模座板、固定板、卸料板、等组成。
出件是由打杆、推板、连接推杆、推件块组成的刚性推件装置，利用开模力取出工件。
卸料是在开模时，弹簧恢复弹力，推动卸料板向上运动，从而推出条料。
在这中间冲出的废料由漏料口直接漏出。
条料送进时利用活动挡料销定步距，侧边的两个导料销来定条料的宽度位置。
操作时完成第一步后，把条料向上抬起向前移动，移动到刚冲过的料口里，再利用侧边的导料销继续下一个工件的冲裁。
重复以上动作来完成所需工件的冲裁。
图7-1装配图
七、冲压设备的选取
通过校核，选择开式双柱固定台式压力机JA21-160能满足使用要求。
其主要技术参数如下：
公称压力：
1600kN滑块行程：
160mm
滑块行程次数：
40次/min最大封闭高度：
450mm
封闭高度调节量：
130mm滑块中心线至床身距离：
380mm
立柱距离：
530mm工作台尺寸（前后左右）：
710mm×1120mm
垫板尺寸（厚度）：
460mm模柄尺寸（直径深度）：
70mm×80mm
滑块底面尺寸（前后左右）：
460mm×650mm
八、模具零件加工工艺
模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。
表9-1所列为φ16圆孔凸模的加工工艺，表9-2为正六边形冲孔凸模的加工工艺，表9-3所列凹模加工工艺过程。
表9-1圆孔凸模的加工工艺
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
备
20×100圆柱料
2
热处理
退火
3
粗车
粗车圆柱面，留单边余量0.5mm
4
热处理
调质，淬火硬度达58~62HRC
5
精磨
按图纸加工并达到图纸要求
6
钳工精修
全面达到图纸要求
7
检验
表9-2正六边形凸模加工工艺
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
60×60×100
2
热处理
退火
3
刨
刨6面，并互为直角
4
热处理
调质
5
铣床加工
对刀及加工并留单边余量1mm
6
磨平面
磨上下面并互为平行
7
热处理
按热处理工艺，淬火硬度达60~60HRC
8
精加工
按图纸要求精加工
9
钳工精修
10
检验，装配
表9-3凹模加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
备料
290×290×70
2
热处理
退火
3
刨
刨6面互为直角，留单边余量0.5mm
4
热处理
调质
5
磨平面
磨6面互为直角
6
钳工划线
画出各孔位线（销钉孔、螺钉孔及穿螺纹孔）
7
线切割
加工各孔
8
热处理
按热处理工艺，淬火硬度达到58~62HRC
9
磨平面
精磨上下面
10
线切割
按图纸线切割工件轮廓至尺寸达到要求
11
钳工划线
全面达到图纸要求
12
检验
注：
凸凹模为配作件，并同属板类零件且用线切割加工，其加工工艺过程与凹模板加工工艺过程完全相同，最后只需保证凸凹模与凹模、凸模的最小合理间隙值。
九、模具的装配
根据复合模的特点，先装上模，再装下模较为合理，并调整间隙，试冲，返修。
具体过程如下：
9.1上模装配
a.仔细检查每个将要装配零件是否符合图纸要求，并作好划线、定位等准备工作。
b.先将凸模与凸模固定板装配，在与凹模板装配，并调整间隙。
c.把已装配好的凸模及凹模与上模座连接，并再次检查间隙是否合理后，打入销钉及精入螺丝。
9.2下模装配
a.仔细检查将要装配的各零件，是否符合图纸要求，并作好划线、定位等准备工作。
b.先将凸凹模放在下模座上，再装入凸凹模固定板并调整间隙，以免发生干涉及零件损坏。
接着依次按顺序装入销钉、活动挡料销、弹顶橡胶块及卸料板，检查间隙合理后拧入卸料螺钉，再拧入紧固螺钉，并再次检查调整。
c.将经调整后的上下模按导柱、导套配合进行组装，检查间隙及其他装配合理后进行试冲。
并根据试冲结果作出相应调整，直到生产出合格制件。
十、结束语
通过对正六边形垫片冲孔-落料复合模的设计，更深一层了解冲裁模的设计流程，包括冲裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总装图及零件图的绘制。
在设计过程中，有些数据尺寸是一点也马虎不得，只要一个数据有误，就得全部改动，使设计难度大大增加。
二维图
三维图
爆炸图
十二、参考文献
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化学工业出版社，2008.
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