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垫圈冲压工艺与模具设计
优秀设计
摘要
本设计题目为垫圈冲压成形工艺与模具设计，体现了板类冲压零件的设计要求、内容及方向，有一定的设计意义。
通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冲压模具设计的基础知识，为设计更复杂的冲压模具做好了铺垫并吸取了更深刻的经验。
本设计运用冲压成型工艺及模具设计的基础知识，首先分析了工件的成形工艺及模具成形结构对制件质量的影响。
介绍了垫板冲压模具设计时要注意的要点，通过对制件进行工艺分析，可确定制件的成形加工用一套复合模即可。
从控制制件尺寸精度出发，对垫板冲压模具的各主要尺寸进行了理论计算，以确定各工作零件的尺寸，从模具设计到零部件的加工工艺以及装配工艺等进行详细的阐述，并应用CAD进行各重要零件的设计。
关键词：
复合模；工艺分析；模具零部件加工工艺。
Abstract
Thisdesigntopicforstampingformingtechnologyandgasketmoulddesign,reflectedtheboardkindthestampingpartsdesignrequirements,thecontentanddirection,thedesignofsignificance.Throughthepartsofthedesignofthemould,furtherstrengthenthebasicknowledgeofstampingmoulddesign,designformorecomplexstampingmouldreadymattingandlearnfromthedeeperexperience.
Thisdesigntheelementaryknowledgewhichdesignsusingthestampingformationcraftandthedie,firsthasanalyzedtheworkpieceformedcraftandthedieformingstructuretothequalityinfluence.Introducedthepadfillingpiecestampingdiedesignwhenmustpayattentiontothemainpoint,throughcarriesonthecraftanalysistothework,maydeterminetheworkformedprocessingusessetofsuperdies.Embarksfromthecontrolworksizeprecision,countergearboltfillingpiecestampingdieeachmaindimensionhascarriedonthetheoreticalcalculation,bydeterminedeachworkcomponentsthesize,designsfromthedietothesparepartprocessingcraftaswellastheassemblycraftandsooncarriesonthedetailedelaboration,andcarriesoneachimportantcomponentsusingCADthedesign.
Keywords:
Compositedie；Processanalysis；Diepartsprocessingtechnology.
目录
第1章绪论1
1.1模具行业的发展现状及市场前景1
1.2冲压工艺介绍1
1.3冲压工艺的种类1
第2章冲裁件的工艺分析3
2.1冲裁工艺3
2.1.1冲裁工艺概念3
2.1.2冲裁工序分类3
2.2冲裁件的工艺性3
2.2.1冲裁件的结构工艺性4
2.2.2冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度4
2.3裁工艺方案的确定5
第3章模具的方案设计6
3.1模具结构形式的确定6
3.2模具类型的选择6
3.3操作方式6
3.4卸料、出件方式6
3.4.1卸料方式6
3.4.2出件方式7
3.5确定送料方式7
3.6确定导向方式7
第4章：
模具设计计算8
4.1排样方案的确定8
4.2搭边的选取8
4.3送料进距、条料宽度计算9
4.3.1送料进距计算9
4.3.2条料宽度计算9
4.4排样图10
4.5计算材料利用率10
4.6冲压力的计算11
4.7压力中心的计算12
4.7.1冲模刃口尺寸13
4.7.2落料刃口尺寸13
4.7.3冲孔刃口尺寸14
第5章：
主要零部件设计15
5.1凹凸模的结构设计15
5.1.1凹凸模的刃口形式15
5.1.2凹模的外形尺寸计算15
5.2模具的其它零件17
5.2.1模架17
5.2.2模柄17
5.2.3弹压卸料板17
5.2.4弹顶和推出装置18
5.2.5导向装置（导柱导套）19
5.2.6固定零件（固定板、垫板）19
5.2.7连接零件20
第6章校核模具闭合高度及冲压设备的选择21
6.1校核模具闭合高度21
6.2冲压设备的选定21
第7章绘制模具三维总装图22
第8章模具的安装调试24
8.1确定装配方法和装配顺序24
8.2装配要点24
设计总结25
参考文献26
第1章绪论
1.1模具行业市场发展状况解读
模具被认为是“工业生产的基础工艺装备”，模具工业是无以伦比的“效益放大器”.用模具加工产品大大提高了生产效率，而且还具有节约原材料，降低能耗和成本，保持产品高一致性等特点。
因此模具被称为"效益放大器"，在国外，模具被称为“金钥匙”，进入富裕社会的原动力"等等。
从另一个角度上看，模具是人性化，时代化，个性化，创造性的产品。
更重要的是模具发展了，使用模具的产业其产品的国际竞争力也提高了。
据国际模具及塑胶五金产业供应商协会负责人罗百辉介绍，模具可带动其相关产业的比例大约是1:
100，即模具发展1亿元，可带动相关产业100亿元，因此，模具产业做为朝阳产业，前景向好。
1.2冲压工艺介绍
冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。
板料，模具和设备是冲压加工的三要素。
冲压加工是一种金属冷变形加工方法。
所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。
它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。
1.3冲压工艺的种类
冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。
分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。
成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。
在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。
冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。
冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。
在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。
模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。
模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。
模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。
模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。
冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。
以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。
在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。
因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。
第2章冲裁件的工艺分析
2.1冲裁工艺
2.1.1冲裁工艺概念
冲裁是指利用装在压力机上的模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺。
2.1.2冲裁模分类
按工序性质分类：
落料模具：
沿封闭轮廓将冲件与板料分离，冲下来的是零件。
冲孔模具：
沿封闭轮廓将废料与板料分离，冲下来的是废料。
图2-1垫圈冲裁成型件
2.2冲裁件的工艺性
本次设计的冲压工件零件名称：
垫圈，如图2-3生产批量：
大批量；材料：
铝板、厚度t=1；图中未标注公差可按IT10确定工件尺寸公差；冲压件为两个同心圆，无需圆角。
查标准公差数值表（GB/T1800.3-1998），各尺寸公差为：
、φ。
设计该工件冲裁模工艺方案并绘制模具结构图。
图2-2冲裁零件图
由图2-2分析知：
此工件材料采用铝板，生产批量为大批量，需要用模具进行生产。
综合性能较好，强度、塑性等性能较好，有利于成型，总的来说，该零件冲压工艺性较好。
2.2.1冲裁件的结构工艺性
1、冲裁件的形状应符合材料合理的排样，减少废料。
2、冲裁件各直线或曲线的连接处，应有适当的圆角，如表2-1.如果冲裁件有尖角，不仅给冲裁模的制造带来困难，而且模具也容易损坏，只有在采用少废料、无废料排样或镶拼模具结构时不要圆角料。
表2-1冲裁件的最小过渡圆角半径
2.2.2冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度
冲压件尺寸精度的等级要求和表面粗糙度的等级要求是国家推荐标准中的概念，关键就是推荐这两字，实际的冲压生产过程中一般是不采用的，没有什么实际的意义，一般企业生产会根据自己生产的产品要求和实际需要编制未注公差标准和要求，或者采用国家标准公差数值断面表面粗糙度。
冲裁件的断面粗糙度一般为，最高为，见表2-2。
表2-2一般冲裁件断面的表面粗糙度
2.3工艺方案的确定
该零件包括落料、冲孔两个基本工序。
可初选以下几种方案：
方案一：
先落料，后冲孔，采用单工序摸生产。
模具结构简单、但需要两道工序两副模具，生产效率低。
方案二：
落料-冲孔复合冲压，采用复合摸生产。
一副模具，形位精度和尺寸精度容易保证，生产率高。
方案三：
冲孔-落料连续冲压，采用级进摸生产。
一副模具，生产率高，冲压精度稍差，但经济性好。
综上分析，由于冲裁件尺寸精度要求高，形状较小，大批量生产，且板料厚度为。
为了保证空位精度和生产效率，分析比较几种冲裁方案后，采用复合模生产。
第3章模具的方案设计
3.1模具结构形式的确定
复合模是指冲床在一次行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构。
零件大批量生产，安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。
保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，为了提高材料利用率采用始用挡料销和固定挡料销。
挡料销控制条料送进距离（步距），送进的距离即等于步距。
3.2模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用复合模方式冲压，所以模具类型为复合模。
3.3操作方式
零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。
3.4卸料、出件方式
3.4.1卸料方式
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。
工件平直度较高，料厚为1mm相对较薄，卸料力较小，弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。
3.4.2出件方式
因采用连续模生产，故采用向下落料出件。
3.5确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。
3.6确定导向方式
方案一：
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二：
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
方案三：
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四：
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。
第4章模具设计计算
4.1排样方案的确定
排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。
合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。
在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。
合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。
保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应等情况，以选择较为合理的排样方案。
根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：
1、有废料排样：
冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。
2、少废料排样：
只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。
3、无废料排样：
冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。
冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。
采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。
但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。
同时，由于模具单边受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。
综上分析，并考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样。
4.2搭边的选取
排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。
搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。
搭边值的大小与下列因素有关：
1、材料的力学性能。
硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。
2、工件的形状与尺寸。
尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。
3、材料厚度。
薄材料的搭边值应取的大一些。
4、送料方式及挡料方式。
用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。
根据零件形状和尺寸查教材P32页表2-10，可以确定工件的搭边值a1=2.0mm，侧边搭边值a=1.975mm。
4.3送料进距、条料宽度计算
4.3.1送料进距计算
模具每次冲裁一次，条料在模具上前进的距离称为送料进距。
当单个进距内只冲裁一个零件时，送料进距为：
4.3.2条料宽度计算
采用有侧压装置送料，查教材表2-12，取△=0.5。
按《模具设计与制造》（北京大学出版社）P33公式（2-3）
根据计算结果，最终确定工件的搭边值a1=2mm，侧边搭边值为a=2mm，
4.4排样图
图4-1
4.5计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
通过选用合适的排样方式提高材料利用率。
在保证冲裁件质量的前提下，采用少废料排样或无废料排样。
排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。
因此，排样时应考虑如下原则：
1、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。
2、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。
3、模具结构简单、寿命高。
4、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
一个步距内冲裁件的实际面积，运用CAD软件，工具-查询-面积：
所以一个步距内的材料利用率
根据计算结果知道选用直排材料利用率可达46.5%，满足要求。
4.6冲压力的计算
在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。
用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：
式中 F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
T—材料厚度；
—材料抗剪强度；（=100MPa）
Ｋ—系数；（一般取K=1.3）
冲裁力：
Fp=F=tL
=1×20×450=9KN
卸料力：
FQ1=KF=0.06×9=0.54KN
顶件力：
FQ2=K2F=0.08×9=0.72KN
式中、、-----卸料力、推件力、顶件力,如表4-1所示
n-----同时卡在凹模内的工件数量
表4-1卸料力、推件力及顶件力系数
冲裁材料
Kx
Kt
Kd
纯铜、黄铜
0.02～0.06
0.03～0.09
铝、铝合金
0.025～0.08
0.03～0.07
钢
材料厚度
～0.1
0.06～0.075
0.1
0.14
>0.1～0.5
0.045～0055
0.063
0.08
>0.5～2.5
0.04～0.05
0.055
0.06
>2.5～6.5
0.03～0.04
0.045
0.05
>6.5
0.02～0.03
0.025
0.03
因采用弹性卸料装置和顶件漏料方式，因此需要计算冲裁力和推进力。
冲裁力包括冲裁内孔和圆形落料的冲孔力。
冲裁工序所需总冲压力是各冲裁力、卸料力、顶件力的总和，根据不同的模具结构计算，由于本模具采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模。
固本模具所需总冲压力为10.26KN,可选YAW-300C压力机。
4.7压力中心的计算
模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。
对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。
模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。
确定压力中心如图4-2所示因为工件为轴对称，所以落料时的压力中心在O1上，冲孔时的压力中心在O2上，总的压力中心在y轴上，
图4-2冲裁压力中心
4.7.1冲模刃口尺寸
因冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类：
1、按凸模与凹模图样分别加工法：
它主要用于圆形或简单规则形状的工作,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。
2、按凸模与凹模配作法加工：
常用于冲制复杂形状的冲模。
这种加工方法的特点是模具的间隙有配置保证，工艺比较简单，不必校核
的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易。
查参考文献[1]表2-13，确定冲裁间隙为=0.1mm=0.14mm。
表4-2规则形状凸、凹模的制造偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
～18
18～30
18～30
0.020
0.020
0.025
0.030
120～180
180～160
0.030
0.040
0.045
80～120
0.025
0.035
160～360
1360～500
500～30
0.035
0.040
0.050
0.050
0.060
0.070
由表4-2确定
、
的值
4.7.2落料刃口尺寸
采用配置加工，刃口尺寸以凹模为基准，凸模按相应的凹模实际尺寸进行配制保证双面的间隙为0.1-0.14mm。
查参考文献[1]表2-15，确定所有尺寸的磨损系数。
落料时的刃口尺寸均为A类尺寸。
4.7.3冲孔刃口尺寸
采用配制加工，刃口尺寸以凸模为基准，凹模尺寸按相应的凸模实际尺寸进行配制，保证双面间隙为0.1-0.14mm。
确定所有尺寸的磨损系数均为，。
尺寸均为B类尺寸取得到
落料凹模的基本尺寸:
ф190-0.12对应凹模的尺寸为（19-0.75×0.12）0+0.25×0.12=18.910+0.03
ф4.5对应凹模的尺寸为（4.5-0.75×0.1）0-0.25×0.1=4.4250-0.25
ф18应凹模的尺寸为（18-0.45×0.423）0-0.25×0.52=17.800-0.13
落料凸模的基本尺寸与凹模相同,同时在技术条件中注明:
凸模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配制,保证间隙在0.06-0.08之间。
第5章：
主要零部件设计
5.1凹凸模的设计
5.1.1凹凸模的刃口尺寸设计
1）查参考书目[1]表2-13，从而可以确定冲裁间隙。
2）计算落料刃口尺寸，采用互换性加工，刃口尺寸以凸模为基准，凹模尺寸按相应的凸摸实际尺寸进行互换。
查参考书目[1]表2-15，零件为IT10级，取.
凸凹模按IT8加工制造，则凸凹模结构如图5-1所示
图5-1凸凹模
5.1.2凹模的外形尺寸计算
凹模的外形一般有矩形与圆形两种。
凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度，刚度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定，凹模的厚度Ha
（5-1）
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