中轴碗冲压模具设计

1、 目 录1. 零件冲压工艺分析41.1 制件介绍41.2 产品结构形状分析41.3 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析42. 零件冲压工艺方案的确定52.1 冲压方案52.2 各工艺方案特点分析52.3 工艺方案的确定53. 冲模结构的确定53.1 模具的结构形式53.2 模具结构的选择64. 零件冲压工艺计算64.1零件毛坯尺寸计算64.2 排样64.3 拉深工序的拉深次数和拉深系数的确定74.4 冲裁力、拉深力的计算84.5 拉深间隙的计算94.6 拉深凸、凹模圆角半径的计算94.7 计算模具刃口尺寸104.8 计算模具其它尺寸114.9 校核凸模强度、刚度155. 选用标准模架155.1

2、 模架的类型155.2 模架的尺寸166. 选用辅助结构零件176.1 导向零件的选用176.2 模柄的选用186.3 卸料装置186.4 推件、顶件装置186.5 定位装置187. 编制冲压工作零件工艺卡197.1 落料凹模的选材、加工及热处理工艺过程197.2 上凸凹模的选材、热处理及加工工艺过程207.3 下凸凹模的选材、热处理及加工工艺过程207.4凸模的选材、热处理及加工工艺过程208. 编制制件冲压工艺卡21参考文献221.零件冲压工艺分析1.1 制件介绍零件名称：中轴碗材料：15钢料厚：2.5mm批量：大批量零件图： 图11.2 产品结构形状分析由图1可知，此工件为带凸缘圆筒形工

3、件,形状简单对称。1.3 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析 （1）尺寸精度 ，为IT12；，查7第17页表18，尺寸精度为IT13。零件图上的未注尺寸公差要求为IT13。 （2）冲裁件断面质量 板料厚度为2.5，查1第49页表2.2，生产时毛刺允许高度为0.15mm，本产品在断面质量和毛刺高度上没有严格的要求，所以只要模具精度达到一定要求，冲裁件的断面质量可以保证。 （3）产品材料分析对于冲裁件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计产品所用的材料是15钢，为优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度和塑性指标适中，经热处理后，用冲裁的加工方法是完全可以成形

4、的。另外产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以采用国家标准的板材，其冲裁出的产品的表面质量和厚度公差就可以保证。 （4）生产批量产品生产批量为大批量生产，适于采用冲压加工的方法，最好是采用复合模或级进模，这样将很大地提高生产效率，降低生产成本。2.零件冲压工艺方案的确定2.1 冲压方案 该工件包括落料、拉深、冲孔、切边四道工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后拉深，然后冲孔，最后切边。采用单工序模生产。方案二：落料拉深复合冲压，然后冲孔，最后切边。采用复合模生产。方案三：拉深级进冲压，然后冲孔，最后切边。采用级进模生产。2.2 各工艺方案特点分析方案一模具结构简单，但需要三道工序三

5、副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需两副模具，生产效率较高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的集合行装简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需两副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之尺寸偏大。2.3 工艺方案的确定 通过对上述三种方案的分析比较，若该工件能一次拉深，则其冲压采用方案二为佳。3.冲模结构的确定3.1 模具的结构形式 复合模可分为正装式和倒装式两种形式。（1）正装式的特点：工件和冲孔废料都将落在凹模表面，必须清除后才能进行下一次冲裁，造成操作不方便、不安全，但冲出的工件表面比较平直。（2）倒装式的特点：冲孔废料由冲孔凸模落入凹模洞

6、口中，积聚到一定的数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大。3.2 模具结构的选择经分析，若工件表面平直度较差，影响零件的使用，而工件和冲孔废料在有气源车间可以方便地清除。综合比较两种方式，决定采用正装式复合模。4.零件冲压工艺计算4.1零件毛坯尺寸计算（1）确定修边余量制件要有拉深工序，且属于有凸缘的筒形件拉深，凸缘直径为60mm，料厚2.5mm，查1第143页表4.14，选取修边余量为3.0mm，故修边前凸缘直径为dt60+3.0×266mm。确定坯料直径（参考1第143页）D75.46mm，取D75mm。4.2 排样1）单排，如下图所示：

7、图2 a. 搭边查6第67页表320，选取a11.5 mm,a1.8 mm。b. 送料步距和条料宽度送料步距A75+1.576.5 mm，条料宽度B75+2×1.8+2×0.6+0.880.6 mm。c. 板料利用率查1第29页表1.13,选用2.5mm×600mm×500mm的板料。采用横裁可裁条料数为n1600÷80.67（条），余35.8mm，每条板料可冲制件数n2（5001.5）÷76.56（件），则每张板料可冲制件为n6×742（件）。经计算采用竖裁每张板料可冲制件数也是42件。板料利用率为 42×3.1

8、4×35.52/（600×500）×100%55.43交叉双排（如图3） 经计算可得条料宽度为B145，采用横裁可裁成条料4条，每张条料可冲制件12件，每张板料可冲制件数为48；采用竖裁可裁成条料3条，每张条料可冲制件15件，每张板料可冲制件数为45。经上述分析，应采用交叉双排，板料横裁的方式。材料的利用率为 48×3.14×35.52/（600×500)×100%63.31图34.3 拉深工序的拉深次数和拉深系数的确定（1）判断能否一次拉出参考1第142、143页，按h/d11.5/37.50.31，dt/d=66/37.

9、51.76，t/D2.5/753.33，查表可得h1/d10.57，h1/d1>h/d，故制件能一次拉出。（2）拉深系数的确定由坯料直径D75和筒形件的中线尺寸d37.5，可得拉深系数为md/D0.5。4.4 冲裁力、拉深力的计算 （1）落料工序 P235.5×2.5×400235.5 kN； 235.5×0.0255.89 kN； 235.5×0.0614.13 kN； 235.5+5.89+4.13255.5 kN。式中： P冲裁力，N； L冲裁件受剪切周边长度，； t冲裁件的料厚； 材料抗拉强度，查1第27页表1.10，取值为400 MPa；

10、 卸料力，N； 顶件力,N； 卸料力系数，查1第52页表2.3，取值为0.025； 顶件力系数，查1第52页表2.3，取值为0.06； 冲裁工序所需力之和。 （2）拉深工序 （752-352）/4×2.57.9 kN； kN； kN。式中： 压边力，N； 在压边圈下坯料的投影面积，mm2； 单位压边力，查表取值为2.5 MPa； 拉深工序所需力之和。 （3）冲孔工序 59.66×2.5×40059.66 kN； 59.66×0.052.98 kN； 59.66×0.063.58 kN； 59.66+2.98+3.5866.22 kN。式中： 推

11、件力，N； 推件力系数，查表取值为0.05； 冲孔工序所需力之和。（4）计算完成零件冲压所需的力，并选择压力机 255.5+126.4+66.22448.36 kN查2第389页表13.10，初选公称压力为600 kN的JH21系列开式固定台压力机（型号为JH21-60）。其最大装模高度为300mm，装模高度调节量为70mm，工作台孔尺寸为150mm，主电机功率为5.5 kW。4.5 拉深间隙的计算拉深间隙指单边间隙，即。拉深工序采用压边装置，并且可一次成形，查1第137页表4.11，可得拉深间隙为Z1.05t1.05×2.52.625 mm，取Z2.63 mm。4.6 拉深凸、凹模

12、圆角半径的计算（1）凹模圆角半径的计算一般来说，大的可以降低极限拉深系数，而且可以提高拉深件的质量，所以尽可能大些但太大会削弱压边圈的作用，所以由下式确定： 7.48取7.5。式中： D坯料直径，mm； 凹模直径，由于拉深件外径为40 mm,此处取值为40 mm。 （2）凸模圆角半径的计算 对拉深件的变形影响，不像那样显著，但过大或过小同样对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。的取值应比略小，可按下式进行计算： 0.8×7.56（mm）对于制件可一次拉深成形的拉深模，、应取与零件图上标注的制件圆角半径相等的数值，但如果零件图上所标注的圆角半径小于、的合理值，则、仍需取合理值，待拉深

13、后再用整形的方法使圆角半径达到图样要求。4.7 计算模具刃口尺寸 （1）落料模刃口尺寸查表可得 0.36 mm,=0.50 mm -0.50-0.360.14 mm +0.03 mm，-0.02 mm由此可得 故能满足分别加工的要求。查表可得磨损系数X0.5，落料件基本尺寸为75 mm，取精度为IT13，则其公差，上偏差和下偏差分别为0.23mm和-0.23mm。由此可得 (mm) (mm)（2）拉深模工作部分尺寸计算对于制件一次拉深成形的拉深模，其凸模和凹模的尺寸公差应按制件的要求确定。此工件要求的是外形尺寸，设计凸、凹模时，应以凹模尺寸为基准进行计算。由此可得(mm) (mm)式中： D拉

14、深件的基本尺寸，mm； 拉深件的尺寸公差，从零件图可知其值为0.05mm。（3）冲孔模刃口尺寸计算 查表可得 0.36 mm,=0.50 mm -0.50-0.360.14 mm +0.025 mm,-0.02 mm由此可得 。故能满足分别加工的要求。查1第60页表2.6，可得磨损系数X0.5，孔的基本尺寸为19 mm，取精度为IT13，则公差为，上偏差和下偏差分别取值为+0.17 mm和-0.17 mm。由此可得（mm），（mm）。4.8 计算模具其它尺寸（1）凹模a. 凹模壁厚查6第630页表145，由落料件的直径为75，料厚为t2.5，可取凹模壁厚为40。b. 凹模厚度查6第631页图1

15、415，凹模厚度h可根据冲裁力选取。由冲裁力为255.5kN，可得凹模厚度为h28mm。c. 刃壁高度查6第630页刃壁高度的计算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度可按下列规则计算： 冲件料厚t3 mm，3 mm； 冲件料厚t>3 mm,=t。由零件料厚为t2.5 mm,可得刃壁高度3 mm。（2）上凸凹模上凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模，其长度应根据落料凸模的要求计算，壁厚根据落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直径计算。 此处落料凸模采用有固定卸料板的凸模，长度可按下公式计算： 式中： L上凸凹模的长度，mm； H1上凸模固定版的厚度，mm； H2卸料板的厚度，mm。 Y附加长度，包括凸模

16、刃口的修磨量、凸模进入凹模的深度、凸模固定版与卸料板的安全距离。在此固定版厚度取值为H125 mm。对于卸料板，查冲模设计手册，根据其料厚t2.5，卸料板宽度与凹模外径相当，取其宽度为B155，则卸料板厚度取值为H214 mm。附加长度取值为Y26。则上凸凹模的总长度为 。上凸凹模做拉深凹模的部分壁厚为 。这部分的高度取值为20 mm，保证拉深件所需的深度14mm，再附加一定的长度。其余部分的壁厚取13.34mm。上凸凹模的结构如图4所示。图4（3）下凸凹模下凸凹模的结构是拉深凸模和冲孔凹模，其长度根据拉深凸模的要求进行计算。根据模具结构，下凸凹模的长度可由下凸凹模固定板厚度、下推板厚度和附加

17、长度相加取得。下凸凹模固定板的厚度取与上凸凹模固定板厚度相等的值，即25 mm。下推板此处的作用相当于压边圈，其厚度取为21 mm。附加长度主要考虑满足制件的拉深深度要求，取14 mm。由此可得下凸凹模的长度为 。下凸凹模做冲孔凹模的部分壁厚为 。 做冲孔凹模部分的刃壁高度可参照前面凹模的计算方法，取值为3 mm。所以刃壁部分的厚度取值为7.835 mm，其余部分壁厚可取的稍小，取为6 mm。下凸凹模的结构如图5所示。图5（4）凸模凸模即为冲孔凸模，其长度应根据模具的结构确定。从模具结构可以看出，其长度可由凸模固定板厚度、上凸凹模长度确定。可有下式进行计算 式中： 凸模固定板厚度，取为25mm

18、； 上凸凹模长度，mm； Y附加长度，由拉深件深度、料厚和凸模进入下凸凹模的深度确定。凸模进入下凸凹模的深度取为1mm，则Y14-2.5-110.5 mm。由此可得凸模的长度为 。为增加凸模的强度，可设计成阶梯式冲头段的直径为，此段的长度为15 mm；第二段直径为20 mm，长度为29.5 mm；第三段与凸模固定板配合，直径取为22 mm，长度为35 mm。4.9 校核凸模强度、刚度（1）凸模的强度校核公式为P/Fmin式中： P冲孔冲裁力，N； Fmin凸模最小断面面积，； 凸模材料的许用压应力，MPa。此处材料选用Cr12，查表可得（10001600），MPa，取1200 MPa。由前可知

19、凸模的冲裁力P59.66 kN59660 N，Fmin273.8 mm2。由此可得P/Fmin59660÷273.8217.9 MPa<，所以符合要求。凸模刚度的校核公式为/式中： 凸模最大自由长度，mm； E凸模材料弹性系数，MPa,取E2.1×105MPa； Jmin凸模最小断面惯性矩，mm4,圆形断面Jmin； 支承系数，取值为2； n安全系数，钢取n23。代入公式可得131.4 mm。实际凸模长度L379.5，即L3<,所以凸模刚度符合要求。5. 选用标准模架5.1 模架的类型模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上，为缩短模

20、架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，由有多种模架类型，如：后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架。5.2 模架的尺寸选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大3040mm，模版厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作

21、台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大4050mm。 在本设计中，凹模采用圆形的结构，其工作部分基本尺寸为mm，壁厚为40mm，所以其外径基本尺寸为155 mm，厚度为h28 mm。模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，其关系为： 10H5由上面压力机的选择可知道=300 mm，= 70=230 mm。所以H应介于225mm310mm之间。查2第416419页表15.2，选用的模架为、上模座、下模座分别为： 模架： 250×250×（240285） GB/T2851.3 上模座：250×250×50 GB/T2855

22、.5 下模座：250×250×65 GB/T2855.6由此可知其最大装模高度为285mm，最小装模高度为240mm，符合H的要求。下模座周界尺寸为250×250，而凹模的外径为155mm，所以周界尺寸符合要求。下模座厚度为65mm，而凹模的厚度为28mm，也符合要求。工作台孔尺寸为150mm，模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要求。根据模具的结构，可知其闭合高对为 式中： 模具的闭合高度，mm； 上模座厚度，mm，由前可知50 mm； 上垫板厚度，mm，此处选5 mm； 凸模固定板厚度，mm，由前可知25 mm； 上凸凹模长度，mm，由前可知65 mm； 制件

23、厚度，mm，此处2.5 mm； 下推板厚度，mm，由前可知21 mm； 下凸凹模固定板厚度，mm，由前可知25 mm； 下垫板厚度，mm，选取5 mm； 下模座厚度，mm，由前可知=65 mm。综上可得 50+5+25+65+2.5+21+25+5+60263.5 mm，所以介于225mm和310mm之间，符合设计要求。6. 选用辅助结构零件6.1 导向零件的选用导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的时间，导向装置设计的主意事项： （1）导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面有1015 mm的间隙；（2）导柱、导套与

24、上、下模板装配后，应保持导柱与下模座的下平面、导套上端与上模座的上平面均留23 mm的间隙；（3）对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同；（4）当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受侧向压力；（5）导套应开排气孔以排除空气。根据所选择的模架，选用导柱的规格为：35×230（GB/T 2861.1），选用导套的规格为35×125×48（GB/T 2861.6）。6.2 模柄的选用 根据压力机模柄孔的尺寸：直径: 50 mm，深度: 60 mm，选择凸缘式模柄，查2第437页表15.20，可知其参数如

25、下：d=50，极限偏差±0.05 mm，d1=132 mm,总高度L=91 mm，凸缘高L1=23 mm，模柄倒角高度L2=5 mm，打杆孔d2=15 mm，凸缘螺钉环绕直径d3=91 mm，凸缘固定螺钉沉孔的直径d4=11 mm，沉孔台阶直径d5=18 mm，台阶高度h=11 mm，材料为Q235。6.3 卸料装置固定卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模。设计时应保证卸料板有足够的刚度，其厚度H=（0.50.8）落料凹模的厚度。前面已对固定卸料板进行选择，其厚度为14 mm，宽度为155 mm。6.4 推件、顶件装置 推

26、件装置装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构完成推件的动作。利用弹性元件定出。刚性推件装置的典型结构应考虑推力均衡分布和尽可能减少对模柄和模座强度的削弱的原则来设计。顶件装置的作用是将工件从凹模中定出，利用弹簧和气垫驱动顶杆订出工件。上模座的3个顶杆查2第463页表15.44，选取的规格为：直径d12 mm，长度L=80 mm，材料45钢，顶杆12×80 JB/T7650.3。6.5 定位装置为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保

27、证工作精度、质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位精度要求高时，要考虑粗定位和精定位两套装置。固定挡料销的选用：落料凹模上部设置固定挡料销，采用固定挡料销进行定距。挡料装置在复合模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。在此选钩形挡料销,因其固定孔离刃口较远,因凹模强度要求,结构上带有防转定向销。查2第468页表15.49，选取的固定挡料销的具体参数为： 大头端直径：d8 mm,极限偏差为； 销部直径：d14 mm，极限偏差为； 头部高度：h3 mm； 总长度：L13 mm。标记为：固定挡料销 A8 JB/T 7649.10。7. 编制冲压工作零件工艺

28、卡7.1 落料凹模的选材、加工及热处理工艺过程冲裁模的凹模承受较大的拉应力，凸模承受较大的压应力。凸、凹模正常失效一般是由于刃口部位的磨损。因为这类磨具，特别是工件批量、加工板料强度高的模具，要求模具材料必须具有较高的强度和耐磨性。根据冲压的板料和批量情况表，选取落料凹模的材料为GrWMn。其加工工艺过程卡如表1所示：表 1工序号工序名称工序内容1备料将毛坯锻成平行圆柱体。2热处理退火3铣（刨）平面铣（刨）各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm4磨平面磨上下平面，留磨削余量0.30.4mm磨相邻两侧面保证垂直5钳工划线划出对称中心线，固定孔及销孔线6型孔粗加工在仿铣床上加工型孔，留单边加工余量0.15mm及销孔7加工余孔加工固定孔及销孔8热处理按热处理工艺保证6064HRC9磨平面磨上下面及其基准面达要求10型孔精加工在坐标磨床上磨型孔，留研磨余量0.01mm 11研磨型孔钳工研磨型孔达规定技术要求7.2 上凸凹模的选材、热处理及加工工艺过程上凸凹模的结构是落料凸模和拉深凹模。考虑到上凸凹模有阶梯结构，所以不能采用线切割方法加工，外表面属凸模加工，采用成形磨削，内表面属凹模加工，采用电火花成形加工。选取凸凹模的材料为Gr5Mo1V，其加工工艺过程为： （1） 外表面加工工艺过程：准备毛坯车削外形热处理（硬度要求达到58