垫圈落料冲孔复合模具设计

1、 本科生课程设计说明书课设题目：垫圈落料冲孔复合模具设计指导老师： 韩 兴 瑞 系 别： 机电工程学院材料系 班 级：材料成型及控制工程092班姓 名： 时 间： 2012年11月 目 录摘要1第1章 绪论21.1 模具行业市场发展状况解读21.2 冲压工艺介绍21.3 冲压工艺的种类21.4复合模具优点3第2章 冲裁件的工艺分析42.1 冲裁工艺42.1.1 冲裁工艺概念42.1.2 冲裁模分类42.2 冲裁件的工艺性42.2.1 冲裁件的结构工艺性52.2.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度52.3 工艺方案的确定5第3章 模具的方案设计63.1 模具结构形式的确定63.2 模具类型的选择6

2、3.3 操作方式63.4 卸料、出件方式73.4.1 卸料方式73.4.2 出件方式73.5 确定送料方式73.6 确定导向方式7第4章 模具设计计算84.1 排样的确定84.1.1搭边84.1.2冲裁件的排样94.2裁板94.3计算工艺力104.4压力机的选择11第5章 模具主要结构计算125.1凸凹模尺寸计算125.2凹模外形尺寸计算135.3模架尺寸13致谢与总结14参考文献15附录：装配体截图16 落料冲孔复合模具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

3、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，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Solidworks进行各重要零件的设计及装配图的生成。关键词：复合模，工艺分析，零部件尺寸计算，装配图第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

4、”，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

5、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、

6、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、

7、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。1.4复合模具优点

8、圆垫圈采用复合膜是因为它具有以下一些优点：工件同轴度较好，表面平 直，尺寸精度较高； 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。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

9、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手工送料； 材料： 20钢、 厚度 t=2；图中未标注公差可按 IT9 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： d=280+0.084 D=60-0.120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20钢，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

10、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rmin2.2.2 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

11、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Ra = 12.550m，最高为Ra = 50m，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

12、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。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

13、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（0.20.5）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

14、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（0.10.2）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

15、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

16、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。 4.1.1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

17、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。 查手册36页表2-11得搭边值：侧边搭边值a=2mm，工件搭边值a1=1.5mm则进距 s=D+a1=60+1.5=61.5条料宽度b-0=(D+2a+)=(60+22+0.6)-0.60=64.6-0.604.1.2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

18、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4-1： 4.2裁板考虑到料的利用率，选板料的规格为（1.50.12）11002000（查GB/T708-1988）。若横裁时裁板条数 n1=A/b=2000/65=30条 余量为50mm每条个数 n2=（B-a1）/s=(1000-2)/62=17条 余量为44mm零件总数 n=n1n2=3017=510个材料利用率 =n(D24-d24)/(AB)100% =510（3.146024-

19、3.142824）11002000100% =51.4%经计算，横裁比纵裁（51.45%）的材料利用率略低，但是由于横裁时操作方便，而且横裁零件时没有纤维方向性的考虑，顾采用横裁，则材料消耗定额 G0=(ABt)/n =11002000210-37.85510 =0.067kg4.3计算工艺力在冲裁过程中，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，其冲裁力一般按下式计算：F = KLtb式中 F 冲裁力； L 冲裁周边长度； T 材料厚度； b 材料抗剪强度； (b =300MPa) 系数； （一般取 K

20、=1.3） 卸料力： F卸 =K卸F 推件力： F推 = nK推F 顶件力： F顶 = K顶F 式中 K卸 、K推 、K顶 -卸料力、推件力、顶件力系数,见手册32页表2-8 n-同时卡在凹模内的工件数量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。冲孔落料力 F落=KL1tb =1.33.1460230010-3 =146.95KN内孔冲孔力 F孔=KL2tb =1.33.1428230010-3 =68.58KN F冲=F落+F孔=146.95+68.58=215.53KN查手册32页表2-8，得K卸=0.0475 F卸=0.04751

21、46.95=6.98KN查手册32页表2-8，得K推=0.055凹模刃口直壁高度h=6mm，n=h/t=6/2=3, F推=nK推F孔=30.05568.58=11.32KN总的冲孔力 F总=F冲+F卸+F推 =215.53+6.98+11.32 =233.83KN4.4压力机的选择总的冲裁力 F冲=215.53KN实际冲裁力 F实=1.3F冲=280.2KN经核查，复合工序的工艺力可在300 KN的压力机上获得，故选压力机为机械压力机J23-300,其参数如表4-1所示：开式可倾压力机（福州锻压机床厂制造）1型号J23-3008工作尺寸（长宽）mm7004702公称压力（吨）309倾斜角度（

22、度）203块行程（mm）7510主电机34行程次数（次/分）17511总容量5最大封闭高度（mm）27012净重（吨）2.36封闭高度调节量（mm）5013工作垫板厚度（mm）707滑块中心到机床距离（mm）40014滑块底面尺寸（前后左右）（mm）220265第5章 模具主要结构计算5.1凸凹模尺寸计算工件的内形尺寸d=280+0.084 ,其外形尺寸为D=60-0.120，精度为IT9级，则d=0.084,D=0.12,落料、冲孔模刃口实际间隙最小值Cmin=0.15，最大值Cmax=0.19；切大批量生产，又其大小直径都小于100mm，所以查手册43页表2-29，选择系数X=1.0，凸模

23、制造偏差凸=0.014,凹模制造偏差凹=0.025。经计算|凸|+|凹|CmaxCmin对冲孔按配合加工，可确定凸凹模的内形尺寸：冲孔冲头尺寸 dp=(d+Xd)-凸0 =(28+1.00.084)-0.0140 =28.084-0.0140mm冲孔凹模尺寸 dd=(dp+2Cmin)0凹 =(28.084+20.15)00.025 =28.38400.025mm对落料也按配合尺寸加工，可确定凸凹模的外形尺寸：落料凹模尺寸 Dd=(D-XD)0凹 =(60-1.00.12)00.025 =59.8800.025mm落料冲头尺寸 Dp=（Dd-2Cmin）-凸0 =(59.88-20.15)-0

24、.0140 =59.58-0.0140mm式中 D，d工件外、内径的公称直径（设工件尺寸为D-0，d0的标注） D、d冲裁工件要求的公差（冲压件未注标注公差的极限偏差值可按GB1800-79/IT9级选取）。5.2凹模外形尺寸计算查手册225页，取公式 HKb (15mm)C=(1.52.0)H (3040mm) b冲裁最大外形尺寸（mm），此处b=60 K考虑坯料厚度影响系数，此处取K=0.28 H凹模高 C凹模壁厚经计算，H=26mm，为了便于装配，C取34mm。5.3模架尺寸根据凹模尺寸和压力机的闭合高度可确定模架尺寸，其标准模架的规格为：模 架 （LBH）250160（200245）上模座25016050 GB/T2855.5 Q235下模座 25016060 GB/T2855.5 Q235导 柱 32240 GB/T2861.1 20钢 导 套 3212550 GB/T2861.6 20钢 渗碳HRC5862模具闭合高度 最大245mm 最小200mm该模具有漏料问题，所以采取下模座中孔径为D=36mm致谢与总结本设计是在韩老师精心指导和大力支持下完成的，在装配后老师指出了