圆垫圈的冲裁模具设计

1、目 录摘 要 . I Abstract . I I前 言 . 1第 1章 零件图及工艺方案的拟订 . 2 1.1零件图及零件工艺性分析 . 2 1.2 工艺方案的确定 . . 3第 2章 工艺设计 . 4 2.1 计算毛坯尺寸 . . 4 2.2 确定排样方案 . . 4 2.3 确定裁板方案 . . 5 2.4 工序的合并与工序顺序 . . 5 2.5 计算各工序的压力 . . 6 2.6 压力机的选择 . . 6第 3章 模具类型及结构形式的选择 . 8 3.1 落料、冲孔复合模的设计 . . 8第 4章 模具工作零件刃口尺寸及公差的计算 . 9 4.1 落料模刃口尺寸的计算 . . 9

2、4.2冲孔模刃口尺寸的计算 . 9第 5章 模具零件的选用,设计及必要的计算 . 11 5.1 成形零件 . . 11 5.2 模架的选用 . . 13 5.3 其他标准零件的选用 . . 14 第 6章 压力机的校核 . 18 6.1 落料 -冲孔模压力机的校核 . . 18 第 7章 模具的动作原理及综合分析 . 19 7.1 落料、冲孔模的动作原理 . . 19 第 8章 凸凹模加工工艺方案 . 21 8.1凸模 , 凹模加工工艺路线 . 21 8.2 模具的装配 . . 26 参考文献 . 30摘 要本设计是对给定的产品图进行冲压模具设计。冲压工艺的选择是经查阅相关资 料和和对产品形状

3、仔细分析的基础上进行的;冲压模具的选择是在综合考虑了经济 性、零件的冲压工艺性以及复杂程度等诸多因素的基础上进行的;产品毛坯展开尺 寸的计算是在方便建设又不影响模具成型的前提下简化为所熟悉的模型进行的。文 中还对冲压成型零件和其它相关零件的选择原则及选择方法进行了说明,另外还介 绍了几种产品形状的毛坯展开尺寸计算的方法和简化模型,以及冲压模具设计所需 要使用的几种参考书籍的查阅方法。【关键词】工艺;工艺性;冲压工序;冲压模具;尺寸AbstractThis project is a press die designation based on the original product. The

4、election of press process is based on consulting correlation datum and analyzing the form of manufactured product meticulous; The election of press die is based on synthesis considerations on economical efficiency、 the processing property of part and complex degree iso many factors; Calculating the

5、work blank of manufactured product unfold dimension is lined feed on the premise of calculation convenience but without contribution die confectioning simplified frequent application cast. In the test, to introduce the election principle and means of press confectioning art and miscellaneous rapport

6、 part, otherwise also introducing calculation means on the work blank from of many kinds of product unfold dimension and simplified cast, and the means of looking up on the reference books of designing press die.【 key words】 The craft; the technology capability ; press process; punch die ; the size.

7、前 言随着经济的发展,冲压技术应用范围越来越广泛,在国民经济各部门中,几乎 都有冲压加工生产, 它不仅与整个机械行业密切相关, 而且与人们的生活紧密相连。 冲压工艺与冲压设备正在不断地发展,特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲 压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展,把冲压的技术水平提高 到了一个新高度。新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广,模具各 种表面处理技术的发展,冲压设备和模具结构的改善及精度的提高,显著地延长了 模具的寿命和扩大了冲压加工的工艺范围。由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等 一系列优点,在机械、汽车、轻工、国防、电

8、机电器、家用电器,以及日常生活用 品等行业应用非常广泛,占有十分重要的地位。随着工业产品的不断发展和生产技 术水平的不断提高,冲压模具作为个部门的重要基础工艺装备将起到越来越大的作 用。可以说,模具技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。目前国内模具技术人员短缺,要解决这样的问题,关键在于职业培训。我们做 为踏入社会的当代学生,就应该掌握扎实的专业基础,现在学好理论基础。毕业设 计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节。希望能通过这次设计, 能掌握模具设计的基本方法和基本理论。第 1章 零件图及工艺方案的拟订1.1零件图及零件工艺性分析一、零件图 (图 1 1工件图:如图 1

9、 1所示名称:圆垫圈材料:10板厚:1.5mm工件精度:IT14二、零件的工艺性分析垫圈所用的材料为优质碳素工具钢 10, 其力学性能如下:=255353Mpa, b=295430 Mpa, s=206Mpa。 (冷冲压工艺与模具设计 P322工件精度为 IT14级,该制件形状简单,尺寸较小,厚度一般,属于普通冲压 件,但有几点应该注意:该冲裁件的材料为优质碳素工具钢 10,具有较好的可冲压性能。由于板料厚度一般,垫圈的边缘为 6mm ,冲裁是应选择适当的工序方案,保 证孔的精确度和制件不变形。有一定的生产批量,应重视模具材料的选择和模具结构的确定,保证模具的 寿命。制件较小,从安全考虑,要采

10、取适当的取件方式,模具结构上设计好推件和 取件方式。1.2 工艺方案的确定对工序的安排,拟有以下几种方案:落料 冲孔,单工序模生产。落料冲孔复合冲压,复合模生产。冲孔落料连续冲压,采用级进模生产。方案模具结构简单,容易制造。但成形制件需要两道工序、两套模具才能完 成零件的加工,工序分散,搬运半成品要浪费大量时间。生产效率较低;工件的精 度也难以保证。方案复合模结构一般,比较容易制造。成形制件只需一道工序;节约了半成 品搬运的时间提高了生产效率且易于保证孔的质量和制件精度。方案级进模结构复杂;难以制造。有较高的生产效率且能保证制件的精度。 综上所述,根据生产效率、精度、所使用的机床、卸料方式、废

11、料出料、板料的定 位方式、制造成本等方面分析最终确定方案第 2章 工艺设计 2.1 计算毛坯尺寸由互换性与技术测量 P33表 2 1IT14=0.52(1830 、 0.36(610 。按对称偏差 :1=1.2;沿边: a=1.5条料下料剪切公差:=0.5;条料与导料板之间的间隙:c=0.22.2 确定排样方案 一.计算工件实际面积 (图 2 1 工件如图 2 1所示直径为 22的圆的面积 Sa=×112= 379.94 直径为 10的圆的面积 Sb=×52= 78 .5工件的总面积F=Sa - Sb = 379.94 - 78.5 =301.44二.排样方案由工件图知,制

12、件的外型形状为圆形,则进距 A=d0+a1=22 + 1.2 = 23.2条料宽度B=d0+2a=22 + 2×1 .5 = 252.3 确定裁板方案查 冷冲压工艺与模具设计 P323附表 3选用 600×1200×1.6标准轧制铜板。 裁板方案有纵裁和横裁两种,比较两种方案,选用其中材料的利用率较高的一种。 纵裁时:每张板料裁成条料数:n1= 600/25 = 24 余 0mm每块条料冲制的制件数:n2=(1200-1 .5 /23.2 = 51 余 15.3mm每张板料冲制的制件数 n=n 1 ×n2=24×51=1224个材料利用率 =n

13、F /F。×100%=1224×301 .44 /600×1200×100%=51.3% 横裁时:每张板料裁成的条料数 n1= 1200/25 = 48 余 0mm每块条料冲制的制件数 n2=(600-1 .5 /23 .2=25 余 18.5mm每张板料冲制的制件数 n=n 1 × n2=25×48=1200个材料利用率 = nF /F。×100%=1200×301 .44/600×1200×100%=50.24% 由上述计算结果可知,纵裁时材料的利用率教好,经济效率较高。考虑到本次设计 的模

14、具,采用纵裁。综上所述,排样图如下图所示 排样图2.4 工序的合并与工序顺序根据上面的分析与计算,此件的全部基本工序只有落料、冲孔根据这些基本工序,可以拟出以下几种方案:方案:落料与冲孔,各为基本工序。方案:模具复合程度较高,所需的模具较少,且模具设计容易,其制造费用也较 低,其基本工序合并生产率高,也易于保证工件精度。因此选定这一方案。 所以,本次需设计的模具为:落料、冲孔复合模;2.5 计算各工序的压力垫圈所用的材料为优质碳素工具钢 10, 厚度为 1.6mm, 其力学性能如下:=255353Mpa, b=295430 Mpa, s=206Mpa。一 、落料工序的计算落料力 : P1=1.

15、3dt (d=22mm,t=1 .6mm=1.3 ×22×1 .6×353=50721.2992(N落料的卸料力: P 2 =k卸P1(查冷冲压工艺与模具设计得:k卸=0.0250.08=50721.2992×0.05 =2536.06496(N 二 、冲孔工序的计算冲孔力: P 3 =1.3 d 孔 t =1.3 ×10×1.6×353 =23055.136(N冲孔的推件力:P 4 =n k2 p3(查表 2-37 凹模型口直壁的高度 =9,n=h/t=5, k 2=0.055 P4= 5×0.055×

16、23055 .136 = 6340.1624(N落料、冲孔工序的最大总压力为:P=p 1 +p2+p3+p4=50721.2992 + 2536.06496 + 23055.136 + 6340.1624=82652.66256 (N 2.6 压力机的选择根据以上计算和分析,再结合车间设备的实际情况,初选用公称压力为 160KN的开式双柱可倾压力机(型号为 J23 16压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具 正常工作,应使冲模压力中心与压力机滑块的中心重合。否则,会使冲模和压力机 滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大的磨损,模具导向零件加速磨损,

17、降低模具和压力机的使用寿命。由于该制件的毛坯及各工序均为轴对称图形,而且只 有一个工位,因此压力机的中心必定与制件的几何中心重合。第 3章 模具类型及结构形式的选择根据确定的工艺方案和零件的形状特点, 精度要求, 预选设备的主要技术参数, 模具的制造条件及安全生产等,选定模具类型及结构形式。3.1 落料、冲孔复合模的设计因为本次模具设计结构简单工艺要求不高,所以采用落料、冲孔复合模,本设 计没有拉深、翻边等,凸模能够保证强度,故采用复合模的结构是合理的。落料、冲孔复合模常采用典型结构,即落料采用正装式。工件厚度一般 (t=1.6mm , 故采用弹性卸料装置,弹性卸料装置除了卸料的作用外,在冲孔

18、时还 起到压紧工件的作用。顶件时采用弹性顶件装置 , 弹性力由橡皮产生 , 由托杆将力传到工件上 , 将工件 顶出 ; 推件是采用刚性推件装置 , 将工件从凸凹模中推出。落料、冲孔复合模的结构形式如图 3 1所示。 (图 3 1第 4章 模具工作零件刃口尺寸及公差的计算 4.1 落料模刃口尺寸的计算该冲裁件外形尺寸为落料件,落料凹模采用整体结构,直刃口形式。这种刃口 强度较好,孔口尺寸不随刃口的刃磨而增大,适用于形状复杂、精度要求高的工件 向上顶出的要求。落料的基本尺寸为 22mm 。冲模制造精度为 IT9级。查冲压手册表 2 28,可得凸、凹模刃口的极限偏差:凸= 0.013 mm凹= 0.

19、021mm。凹凸+ = 0.013 + 0.021 = 0.039查冲压手册表 2 23,可知凸、凹模初始双面间隙 Z 为:Zmin= 0.23;Zmax= 0.27Z max - Zmin= 0.27 0.23= 0.04凹凸+ < Zmax - Zmin 凸、凹模分开加工。又工件的尺寸 D - =22-0.52mm , 又查冲压手册表 2 30得磨损系数 X=1 。落料尺寸由凹模刃口决定,计算以凹 模为基准:D凹= (D-X +凹= 21 .48+0。 021D 凸 =(D-X -Zmin-凸= 21.25-0.0134.2冲孔模刃口尺寸的计算查冲压手册表 2 28,可得凸、凹模刃口

20、的极限偏差:凸= +0.009 mm凹= +0.015 mm。凹凸+ = 0.009 + 0.015 = 0.024查冲压手册表 2 23,可知凸、凹模初始双面间隙 Z 为: Zmin= 0.15;Zmax= 0.19Z max - Zmin= 0.19 0.15 = 0.04凹凸+ < Zmax - Zmin ,故凸、凹模分开加工。又工件的尺寸 D - =10-0.36mm 又查冲压手册表 2 30得磨损系数 x = 1 。冲孔尺寸由凸模刃口决定,计算以 凸模为基准:d凸 = (d+x -Z min-凸 = 9.908-0.009mmd凹 = (d凸+Zmin +凹 = 10.058+

21、0.015 mm第 5章 模具零件的选用,设计及必要的计算 5.1 成形零件一、凸模凸模材料选用 T10A ,淬火硬度达到 62HRC 。冲孔凸模采用 GB/T8057 1995中 的 B 型圆凸模如图 5-1所示,图 5 2所示为落料凸模、图 5 3为凸凹模 图 5-1 (图 5-2 (图 5-3二、凹模落料凹模实际最大外形尺寸 d =22mm查冲压工艺及模具设计 P68得 K =0.39凹模厚度: H=kb =0.39×22 =8.58 mm( 15mm ,取 15mm凹模壁厚: C=(1.52×H=1.5×15=22.5mm所以 , 凹模最大外形尺寸为:D=

22、d+2C=22+2×22.5=67mm凹模材料选用 T10A ,淬火硬度达到 62HRC 。凸凹模采用台阶式结构,采用固定 板固定,这样简化了模具的结构,节省了材料的成本。外形尺寸如图 5-4所示 (图 5-45.2 模架的选用上、下模座中间联以导向装置的总体称为模架。通常都是根据凹模最大外形尺 寸 D 。选用标准模架。凹模最大外形尺寸为 67 mm×67 mm,选用 GB2851.3 81中 的后侧导柱模架。模具的闭合高度 h = 140165mm ,上模座为 100×100×30, 下模座为 100×100×40 , 导柱的基本尺

23、寸为 ø20mm 。 上模座选用 GB2855.5 81 中的后侧导柱上模座,材料为 HT200、型。 其主要参数:L= 100mm B = 100mm、 t = 30mm1L = 110 mm S = 116mm 1A = 75mm2A = 130mm R = 32mm 2l = 60mmD =32+0.025mm (上模座 下模座选用 GB2855.6 81中的后侧导柱下模座,材料为 HT200。其主要参数:L= 100mm B = 100mm t = 40mm1L = 110 mm S = 116mm 1A = 75mm2A = 130mm R = 32mm 2l = 60mm

24、D =20-0.020-0.041mm (下模座 模柄选用压入式模柄,参见 GB2862.1 81。材料为 Q235的型凸缘式模柄。 模柄中打杆孔的直径为 ø13mm 其具体参数为:d = 40mm D = 42mm D1= 50mmH = 90mm h = 30mm h1= 6mmb = 3mm a =1mm d1 = 6mm(模柄 5.3 其他标准零件的选用卸料零件由于工件厚度为 1 .6 mm,为保证冲裁件表面的平整采用弹压卸料板卸料。根 据卸料力的大小取卸料板厚度为 6mm ,根据模座周界大小取卸料橡胶尺寸为 100×100×20橡胶的可压缩量为 h=H&

25、#215;0.3=20×0.3=6mm凹模深度为 5mm ,所选橡胶满足 使用要求。定位零件采用两颗导料销和一个固定挡料销定位。固定挡料销在 GB2866.11 81中选取直径 D = 8mm 、 d =4mm 、高度 h = 3mm 的型固定挡料销。这种零件结构简单, 制造、使用方便,直接装在凹模上即可 (挡料销 (导料销 凹模上固定挡料销孔与刃口之间的壁厚为 3mm ,大于允许的最小壁厚 2mm ,满 足强度要求。故所选的挡料销合适。上、下模座螺钉选取由凹模周界 100 ×100选用 M8的内六角圆柱头螺钉参照模具各零件的具体情况,上模座选用四颗 M8×45的

26、内六角圆柱头螺钉固定。下模座选用四颗 M8×55的内六角圆柱头螺钉固定。 ( 螺钉 卸料螺钉查冲压模具简明设计手册表 15-34选取卸料螺钉 选用 M8×55的圆柱头内六角卸料螺钉 ( 卸料螺钉 其主要参数:d d 1 =10 l=8 d2=15 H=10t=5 s=6 d 3 =9.8 d 4=6.9d5=6.2 L=55上、下模座销钉的选取由凹模周界 100×100选用 8的圆柱销钉根据模具的实际情况上模座选用两颗 8×60的圆柱销钉定位下模座选用两颗 8×60的圆柱销钉定位 (圆柱销钉 参照模具各零件的具体情况,合理布置螺钉、圆柱销的位置

27、,从 GB70 76和 GB119 76中选适当的规格与尺寸。导向装置本模具采用圆形导柱、导套式的导向装置。导柱与导套之间采用间隙配合,配 合精度为 r6/r6 。导柱与导套相对滑动,要求配合表面有足够的强度,又要有足够 的韧性。所以材料选用 20钢,表面经渗碳淬火处理,表面硬度为 5862HRC 。 导柱选用 GB2861.2 81中的 B 型导柱,直径 d = 20mm 、极限偏差为 r6 、长度 L =130mm l=40mm。导套选用 GB2861.6 81中的 A 型导套, 直径 d =20mm 、 D=32、 极限偏差为 r7 、 长度 L =70mm 、 H=28mm 、 l=1

28、5mm。推杆的选取查冲压模具简明设计手册表 15.42选用 A 型带肩推杆。 (A型带肩推杆 其基本参数:D=15mm L=110mm d1=12mm第 6章 压力机的校核6.1 落料 -冲孔模压力机的校核1、闭合高度的校核压力机的具体参数如下所选压力机的最大封闭高度为 220mm ,闭合高度的调节量为 55mmHmin=220-55=165mm本次设计模具的的闭合高度为 :H = 155 + 40(垫板厚度为 50mm=195Hmax-5=215 Hmin+10=175满足 Hmax-5 H Hmin+102、工作台面尺寸的校核所选压力机的工作台尺寸为:左右:300 前后:450而模具的外形

29、尺寸为:100×100根据工作台面尺寸一般应大于模具底座 5070mm ,工作台面尺寸满足 其工作台孔尺寸为 200×290直径 260,大于废料尺寸,可以漏料 .3、滑块行程的校核滑块行程应保证方便地放入毛坯和取出零件,所选压力机滑块行程为 55mm, 满 足综上,所选压力机 J23-16满足需要。其具体参数如下:滑块行程:55mm滑块行程次数:120次 /min最大封闭高度: 220mm封闭高度调节量:45mm模柄孔尺寸:直径 40mm ,深度 60mm工作台面尺寸:300mm (前后×450mm (左右垫板厚度:40mm第 7章 模具的动作原理及综合分析7.

30、1 落料、冲孔模的动作原理本模具(装配图如图 7-1所示在一次行程过程中完成制件的落料、冲孔全部 工作:当压力滑块下行时, 首先在凸模 23和凹模 24的作用下, 从条料上落下毛坯料, 毛坯料被压在凸凹模 25与落料凸模 23之间,当压力机滑块接近下止点时,由推杆 16推动冲孔凸模 22在条料上冲孔。当压力机滑块下降到下止点,冲模处于镦死状 态,工件与模具刚性接触,当压力机滑块上行时,在托杆 29的作用下将制件从凹 模 24上顶出,最后在卸料板 6的作用下将制件推出。本次设计的复合模,在压力机的一次行程中,经一次送料定位,在模具的同一 部位同时完成几道工序 , 其冲裁件的相互位置精度高 , 对

31、条料的定位精度较低。冲压 件精度高 , 可以很好的保证工件的形状和尺寸精度 , 模具结构较一般 , 制造精度要 求较低 , 制造周期短 , 价格相对较低,节约了成本。工序较集中排除了半成品搬运时 间,提高了生产效率。这种模具适用于生产批量大 , 精度要求高 , 内外形尺寸差较大 的冲裁件。冲孔废料由凸凹模孔向下排除使操作方便。本次设计的模具采用手工送料和取件 , 这主要是考虑到我国的人力资源丰富 , 且手工送料和取件可以使模具的结构简单化。所选的模架螺钉等零件都是从标准件中选取 , 这样可有效的降低成本。从安全 的角度考虑 , 模具结构还有 (图 7-1第 8章 凸凹模加工工艺方案 8.1凸模

32、 , 凹模加工工艺路线 冲孔凸模加工工艺卡 22 2324 25 8.2 模具的装配根椐复合模装配要点,选凹模作为装配基准件,先装下模,再装上模,并调整 26 装配上模 试冲与调整 模具装配图如图 8-1 所示： 在已装好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入 0.3mm 的纸片，然后将凸模与固定板组合装入凹模； 预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔、销孔 位置并钻铰螺孔、销孔； 用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起， 但不要拧紧； 将卸料板装在已装入固定板的凸模上，装上橡胶 和卸料螺钉，并调节橡胶的预压量，使卸料板高出 凸模下端约 1mm； 复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉； 安装导

33、正销、承料板； 切纸检查，合适后打入销钉 装机试冲根椐试冲结果作相应调整 （图 8-1） 27 结 论 通过本次毕业设计，在理论知识的指导下，结合认识实习和生产实习中所获得 的实践经验，在老师和同学的帮助下，认真独立地完成了本次毕业设计。在本次设 计的过程中， 通过自己实际的操作计算， 我对以前所学过的专业知识有了更进一步、 更深刻的认识，能够把自己所学的知识比较系统的联系起来。同时也认识到了自己 的不足之处。到此时才深刻体会到，以前所学的专业知识还是有用的，而且都是模 具设计与制造最基础、最根本的知识。 本次毕业设计历时一个月左右，从最初的领会毕业设计的要求，到对拿到自己 手上的冲压件的冲压性能的分析计算， 诸如对冲压件结构的分析， 对形状的分析等， 不断地分析计算，对要进行设计的冲压件有了一个比较全面深刻的认识，并在此基 础上综合考虑生产中的各种实际因素，最后确定本次毕业设计的工艺方案。然后是 对排样方式的计算，