课程设计圆垫片冲裁模设计.docx

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课程设计圆垫片冲裁模设计

圆

垫

片

冲

裁

模

设

计

指导老师：

周亚军

姓名：

张林琳

班级：

10材料

学号：

3

日期：

2013.10.5

摘要.............................................1

1、工艺性分析...................................2

2、工艺方案的确定...............................2

3、冲裁模间隙值确定.............................3

4、凸、凹模刃口尺寸的确定.......................3

5、条料的宽度和导料板间距计算......................4

6、冲裁工艺力和压力中心的计算......................6

7、主要零部件设计..................................8

8、模具总体结构设计................................9

9、压力机的选择.................................11

10、模具总装图......................................11

11、设计总结......................................12

参考文献............................................12

【摘要】冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

冲压模具在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。

模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

【关键词】圆垫片冲裁模设计、工艺分析、工艺方案、冲裁间隙、凸模与凹模刃口尺寸、条料宽度、导料板间距、冲裁工艺力、压力中心

本设计选取第4组数据：

尺寸a=φ35mm；尺寸b=φ17mm；厚度=1.0mm；精度为IT14；大批量生产；材料为45#钢

一、零件的工艺性分析

该零件是普通圆垫片，材料为45#钢，要对零件进行大批量的生产。

该件属于隐蔽件，被完全遮蔽，外观上要求不高，只需平整，中心圆孔是该零件需要保证的重点。

二、确定工艺方案

首先根据零件的形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。

冲压该零件需要的基本工序有落料和冲孔。

方案一：

先落料，再冲孔，采用单工序模生产。

方案二：

落料和冲孔复合冲压，采用复合模生产。

方案三：

冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一单工序模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。

由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式。

方案二复合模能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔等多道工序，所冲压的工件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置重复性好，由于压料冲裁的同时得到了校平，冲件平直且有较好的剪切断面。

方案三级进模可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁比较厚的零件，但级进模冲裁受压力机工作台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。

另外级进模冲裁中、小型零件时零件平面度不高，高质量工件需校平。

根据冲压模工艺原理，结合产品（垫圈）结构的特点，通过对比以上三种方案，采用复合模结构简单实用，冲压工艺过程稳定可靠，

比较适合该零件了生产制造。

另外为了便于排泄废料，故采用倒装复合模冲裁生产，避免了废料要人工来清除，节省了时间，同时也节省大量劳动力，提高了生产率。

所以采用倒装复合模具。

三、冲裁模间隙

凸凹模间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命都有很大影响。

间隙值有理论确定、经验确定、图表确定三种方法。

根据近年来的研究与实际生产经验，在确定间隙值时要按要求分类确定。

本设计中选用图表确定法。

根据圆垫片材料为45#钢，厚度为1.0mm，由课本P34“冲裁模初始间隙值”表3-4查得Zmin=0.10，Zmax=0.14

考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故选取Z=0.10

四、凸模与凹模刃口尺寸的计算

由p18公差表查得φ17IT14级为φ170+0.43，由课本P37表3-5“磨损系数”取X=0.5；

由p18公差表查得φ35IT14级为φ35-0.620，由课本P37表3-5“磨损系数”取X=0.5；

由“冲裁件精度与模具制造精度的关系”确定凸凹模的分别按IT8和IT9级加工制造。

则，冲孔：

dp=（dmin+x△）-δp0=（17+0.5×0.43）-0.0270=17.215-0.0270mm

dd=（dp+Zmin）0+δd=（17.215+0.10）0+0.043=17.3150+0.043mm

校核|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin

0.027+0.043≥0.14-0.10

0.07≥0.04（不满足间隙公差条件），则由δp≤0.4（Zmax-Zmin），δd≤0.6（Zmax-Zmin），则dp=17.2150-0.016mm，dd=17.3150+0.024mm

落料：

Dp=（Dmax-x△）0+δp=（35-0.5×0.62）0+0.062=34.690+0.062mm

Dd=（Dp-Zmin）-δp0=（34.69-0.10）-0.0390=34.59-0.0390mm

校核|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin

0.062+0.039≥0.04

0.101≥0.04（不满足间隙公差条件），则由δp≤0.4（Zmax-Zmin），δd≤0.6（Zmax-Zmin），则Dp=34.690+0.024mm，Dd=34.590-0.016mm

五、条料的宽度和导料板间距计算

1.条料宽度的计算

由课本P46表3-7“最小搭边值”可知，工件间a1=0.8，侧面a=1.0

本设计采用无测压装置冲裁，故

由课本P48公式（3-16）得：

条料宽度B-△0=（Dmax+2a+Z）-△0

=（35+2×1.0+0.5）-△0

=37.5-0.200

上式中，Z值由课本P50表3-9“导料板与条料之间的最小间隙”知Z=0.5；△值由课本P51表3-11“条料宽度偏差”知△=0.20

2.导料板件距离的计算

由课本P48公式（3-17）得：

导料板间距离B0=B+C=Dmax+2a+2c

=35+2×1.0+2×0.5

=38

确定条料宽度之后，选择1000×500的板料规格，采用横向剪裁。

绘制排样图如下：

3.材料利用率

一个步距内的材料利用率

η=A/（B*S）×100%

=3.14×（35²-17²）/（37.5×35.8×4）×100%

=2939.04/5370.0×100%

=54.7%

式中，A-一个步距内工件的实际面积；

S-送料步距；

B-条料宽度；

六、冲裁工艺力和压力中心的计算

1.计算工艺力

由课本P52公式（3-21）普通平刃口模具冲裁力F=KLtτb

一般材料的σb=1.3τb，又K一般为1.3，所以F=Ltσb，式中σb-材料抗拉强度（Mpa）。

查得,45#钢的σb可取得为780Mpa。

落料力F=Ltσb=35π×1.0×780

=85722N

=85.722KN

冲孔力F=Ltσb=17π×1.0×780

=41636.4N

=41.6364KN

由课本P56表3-15“卸料力、推件力、顶件力系数”查得

KX=0.065-0.075；KT=0.1;

卸料力FX=KXF=85.722×（0.065-0.075）=5.572-6.429KN;

取FX=6KN；

推件力FT=nKTF

上式中工件数n=h/t，h凹模孔口直壁的高度，t为材料厚度；

查得h=4-10，则n=8/1=8；

FT=8×0.1×85.722=685.776KN

冲压工艺力总和FZ=F+FX+FT

=85.722+6.000+685.776

=777.498KN

2.确定压力中心

因为零件为圆环形垫片，故其压力中心即为其几何中心，在垫片的圆心上。

7、主要零部件设计：

（1）工作零件的结构设计

1、冲孔凸模

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，台肩固定在凸模固定板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。

其总长L可按公式计算：

凸模L=h1+h2+t+h=h1+l自=（0.6+0.8）*1*

+5=28mm

凸模强度的校核由表3-16知，合格。

2、落料凹模

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。

其轮廓尺寸可按公式计算：

凹模厚度H=kb=0.15×34.69mm=5.2mm（查表得k=0.15）

凹模壁厚c=（1.5～2）H=7.8mm～10.4mm

取凹模厚度H=5mm，凹模壁厚c=10mm，

凹模宽度B=b+2c=（34.69+2×10）mm=55mm

凹模长度L和B相同为55mm（送料方向）

凹模轮廓尺寸为55mm×55mm×10mm

3、凸凹模

凸凹模长度，Hta=H0-F0+Hx-2-10=80-6.05+10-2-10=72mm

八、模具总体结构设计

冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。

经分析，此工件有孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。

1送料定位机构设计

采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。

工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方便.

2卸料机构设计

2.1条料的卸除

采用弹性卸料板。

因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。

2.2工件的卸除

采用打料装置将工件从落料凹模中推下，罗在模具工作表面上。

2.3冲孔废料的卸除

下模座上采用漏料孔排出。

冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。

3出件机构设计

因为是复合模结构，所以采用上出件机构

4其他零件尺寸的确定

4.1橡胶垫

为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%～45%。

橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%～15%。

4.2凸凹模固定板

凸凹模固定板形状与凹模板一致，厚度为24mm。

4.3凸模固定板

凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。

固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。

凸模固定板为圆形，厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，材料为Q235

14mm

4.4垫板

冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。

由于本套模具选用压入式模柄，在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板，厚度取为8mm。

4.5卸料板

卸料板同样为圆形板，直径和凹模板一致，厚度为10mm。

卸料板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。

取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.1～0.3mm.

卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm，螺纹部分为M10×10mm。

卸料钉尾部应留有足够的行程空间。

卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

4.6模座

根据凹模板的尺寸，模座采用标准的中间导柱圆形模座，材料采用HT200。

九、压力机的选择

因为该垫片需要大批量生产，故采用高速压力机，采用机器的型号可以为JC23-35

模具的闭合高度为H+H上模+L＋H＋H下模－h2=（5+8+28+5+8-2）mm=52mm式中L——凸模长度，L=28mm；H——凹模厚度，H=5mm；

h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm。

选择压力机JC23-35

公称压力350KN

最大闭合高度280mm

最小闭合高度220mm

所以

压力机工作台尺寸

，压力机合格，可用。

十、模具总装图：

通过以上设计，可得到如下图所示的模具总装图。

模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模、凸模固定板等组成，下模部分由下模座、凹模板、导板、导料板等组成。

冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。

　　条料送进时首先采用始用挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装一个导正销,以此作为条料送进的精确定距。

操作时完成第二步冲压后，把条料向前移动，用落料孔套在挡料销上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。

活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成以后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。

用这种方法定距，精度可达0.02mm。

具体图解，见装配图。

十一、设计总结

通过对垫片连续模具的设计，我对常用冲压件在冲压过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了冲压成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。

根据模具制造的加工工艺，来编写加工工艺卡片。

在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD软件就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。

以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。

软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及凸凹模与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。

模具CAD技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似冲压模具设计效率更为提高。

【参考文献】

1．《模具设计指导》.史铁梁主编.机械工业出版社。

2.《冲压模具设计结构图册》.薜啟翔主编.化学工业出版社。

3.《冲模设计手册》编写组.机械工业出版社。

4.《互换性与技术测量》.魏斯亮主编.北京理工大学出版社。

5.《模具制造技术》.成宏主编.机械工业出版社。

6.《冲压工艺与模具设计》.魏春雷主编，北京理工大学出版社。