模具课程设计垫片冲压模具设计

1、模具课程设计垫片冲压模具设计学校：电子科技大学中山学院学院：机电工程学院班级：09机械C班姓名：许桂林学号：29100101062指导老师：刘海潮2013年1月5日冲压模设计题目如图1所示零件：垫扳生产批量：大批量材料：08F t=2mm设计该零件的冲压工艺与模具垫板冲压模具课程设计摘要：本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工

2、工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模；1 零件的工艺分析1.1 结构与尺寸该零件结构简单,形状对称。硬钢材料被自由凸模冲圆形孔,查冷冲压工艺及模具设计表3-8,可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:6>1.3t=1.3×2=2.6。由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行,故最小孔边距不应小于材料厚度t,该工件的

3、空边距(20)>t=2,(10)>t=2,均适宜于冲裁加工。1.2 精度零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,可按IT14级确定工件尺寸的公差,经查表得,各尺寸公差分别为：零件外形:58， 38, 30, 16, 8零件内形:6孔心距:18±0.215, 利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。1.3 材料08F，属于碳素结构钢,查冷冲压工艺及模具设计附表1可知抗剪强度=260MPa,断后伸长率=32。此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。2 确定冲裁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

4、几种工艺方案：(a)先落料，再冲孔，采用单工序模生产；(b)采用落料冲孔复合冲压，采用复合模生产；(c)用冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。方案(a)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，难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案。3 确定模具总体结构方案3.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结

5、构零件凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。3.2 操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，固定挡料销挡料，并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性，进而保证零件精度。为了保证首件冲裁的正确定距，采用始用挡料销，采用使用挡料销的目的是为了提高材料利用率。3.3 卸料与出件方式采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时

6、可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。3.4 模架类型及精度考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。3.5 凸模设计凸模的结构形式与固定方法：落料凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于凸模固定板中拉出。并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过接方式与凸模固定板固定。4 工艺设计计算4.1 排样设

7、计与计算零件外形近似矩形，轮廓尺寸为58×30。考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。如图1所示：查冷冲压工艺及模具设计表3-13，工件的搭边值a=2，沿边的搭边值a1=2.2。级进模送料步距为S=30+2=32mm条料宽度按表3-14中公式计算：B -0=(Dmax+2a1)-0 查表3-15得：=0.6B=（58+2×2.2）=62.4 （）由零件图近似算得一个零件的面积为1354.82，一个进距内的坏料面积B×S=62.4×32=1996.8。因此一个进距内的材料利用率为：=（A/BS）×100=67.8查冷冲压工艺及模具设

8、计附表3选用板料规格为710×2000×2。采用横裁时，剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为32，每间条可冲零件个数22个零件。则一块板材的材料利用率为：=（n×A0/A）×100=（22×32×1354.8/710×2000）×100=67.2采用纵裁时，剪切条料尺寸为62.4。一块板可裁的条料为11，每条可冲零件个数62个零件，则一块板材的材料利用率为：=（n×A0/A）×100=（11×62×1354.8/710×2000）×100=59.2根

9、据以上分析，横裁时比纵裁时的板材的材料利用率高，因此采用横裁。4.2 计算冲压力与压力中心冲裁力：根据零件图可算得一个零件外周边长度：L1=16+8+28+38×2=162.27 内周边长度之和：L=2×3=18.84查冷冲压工艺及模具设计附表1可知：MPa;查冷冲压工艺及模具设计附表3可知：Kx=0.05, KT=0.055.落料力：F落=KL1 tT=1.3×162.27×2×260=109.69KN冲孔力：F孔=KL2 t T =1.3×6×2×260=12.74KN卸料力：Fx=KxF落=0.05×

10、;109.69=5.48KN推件力：根据材料厚度取凹模刃口直壁高度h=6, 故:n=h/t=3 FT=nKtF孔=3×0.055×25.47=4.20KN总冲压力：F= F落+ F孔+Fx+ FT则F=109.69+12.74+5.48+4.20 =132.11KN应选取的压力机公称压力：25t.因此可初选压力机型号为J23-25。当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。确定压力中心：画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。即坐标原点O。该点

11、坐标为（0，0）。4.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别进行。由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：（I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；（II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模

12、尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；（III）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比工件精度高23级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。a):落料凹模刃口尺寸。按磨损情况分类计算：i)凹模磨损后增大的尺寸，按冷冲压工艺及模具设计公式：DA=(Dmax-X);计算，取 A=/4，制件精度为IT14级，故X=0.558: DA1 =(58-0.5×0.74)=57.63 （）38: DA2=（38-0.5×0.62）=37.69 （）30: DA3=（

13、30-0.5×0.52）=29.74 （）16: DA4=（16-0.5×0.43）=15.785（）8: DA5=（8-0.5×0.36）=7.18（）ii)凹模磨损后不变的尺寸，按冷冲压工艺及模具设计公式：CA=（Cmin+X）±0.5A: 计算，取A=/4 ，制件精度为IT14级，故X=0.518±0.215: Cd1=(17.785+0.5×0.43)±0.43/8=18±0.05375（）冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸力、推件力的影响却较大。间隙是影响模具寿

14、命的主要因素。间隙的大小则直接影响到摩擦的大小，在满足冲裁件质量的前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。查冷冲压工艺及模具设计表3-3可知Zmax=0.360 , Zmin=0.246相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小合理间隙为0.246mm冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模为圆形，可按冷冲压工艺及模具设计公式dT=(dmin+x) 计算，取T=/4，制件精度为IT14级，故X=0.512: dT1=(6+0.5×0.30)=6.155 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图5.1 凹模设计凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在凹模固定板

15、内，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命，其值可查冷冲压工艺及模具设计表3-23。凹模刃口的结构形式：因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm, 漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5 mm凹模轮廓尺寸的确定：查冷冲压工艺及模具设计表3-24，得：K=0.28;查冷冲压工艺及模具设计表3-25, 得: s2=36; 凹模厚度H=ks=0.28×58=16.24（） B=s+（2.54.0）H=58+（2.54.0）×16.24=98.6122.96 （） L=s1+2s2=30+2×36=102 （

16、）根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为L×B×H=125×125×28.5（）凹模材料和技术要求：凹模的材料选用T10A。工件部分淬硬至HRC5862。外轮廓棱角要倒钝。如图2所示：图2 落料凹模5.2 凸模设计5.2.1 凸模的结构形式与固定方法冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分。是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆

17、形凸模采用台肩式固定。5.2.2 凸模长度计算凸模的长度是依据模具结构而定的。采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h1+h2+h3计算，式中 L-凸模长度，mm； h1-凸模固定板厚度，mm; h2-卸料板厚度，mm ; h3-卸料弹性元件被预压后的厚度L=22mm+10mm+18.5mm=50.5mm5.2.3 凸模的强度与刚度校核一般情况下，凸模强度与刚度足够，由于凸模的截面尺寸较为积适中，估计强度足够，只需对刚度进行校核。对冲孔凸模进行刚度校核：凸模的最大自由长度不超过下式：有导向的凸模Lmax1200，其中对于圆形凸模Imin=d4/64则Lmax1200=24.00mm由此可知：冲孔部

18、分凸模工作长度不能超过24.00mm，根据冲孔标准中的凸模长度系列，选取凸模的长度：50.55.2.4 凸模材料和技术条件凸模材料采用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 5660，凸模尾端淬火后，硬度为HRC 4348为宜。如图3所示： 图3 冲孔凸模 5.3 凸凹模的设计5.3.1 凸凹模的结构形式与固定方法凸凹模的结构简图如图4所示：图4 凸凹模凸凹模与凸凹模固定板的采用H7/m6配合。5.3.2 校核凸凹模的强度冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=2mm，而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。5.3.3 凸凹模尺寸的确定凸凹模的外刃口尺

19、寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为Zmin=0.246mm,内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙为Zmin=0.246mm。5.3.4 凸凹模材料和技术条件凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至5660HRC。5.4 定位零件定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。 选用固定挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，固定挡料销固定在位于下模的凸凹模上，规格为GB/T7694.10-94，材料45号钢，硬度为4348HRC选用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的后（条料从右向左送进）尺寸规格为6X25.5 卸料与出

20、件装置出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。6. 冲压设备的选择选用开式双柱可倾压力机J23-25。公称压力为25t，滑块行程为65mm,最大闭合高度270mm,滑块中心线至床身距离200 mm，工作台尺寸：370 mm×560 mm，垫板厚度：50 mm，模柄孔尺寸：40 mm×60 mm.7.总装工艺总装图如图15所示：图15 总装图1 下模座 2导柱 3内六角螺钉8×70 4内六角螺钉8×60 5导套 6凸模固定板 7冲孔凸模 8垫板 9上模座 10销钉 11模柄 12打料

21、杆 13连接推杆 14凸凹模 15卸料板 16推件块 17凹模 18活动挡料销 19推板 20弹性橡胶 21凸凹模固定板 22卸料螺钉 23导料销8.总结经过一段时间的课程设计，至此已基本完成了任务书所规定的任务。本设计涉及的课程很多，涉及到机械制图、Pro/E绘图、CAD绘图等相关课程的知识。在校期间的我还进行了金工实习、和两次课程设计。这些课程的学习，以及课程设计的演练都为这次课程设计做了很好的准备。基础课和专业课，它们为我的设计做了前提，它们是我设计的理论基础和知识基点；金工实习让我深入而清楚的看到了在实际生产中机械产品的结构和工作运转情况；此次课程设计也是我从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次