六边形垫片冲压模具课程设计说明书

1、1.冲裁件的工艺分析由零件图11可知，该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成。冲裁件内外形所能达到的精度要求不高为IT12。将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用冲裁落料复合模进行加工，且一次冲压成形。材料：08钢具有良好的塑性、焊接性、可锻性及良好的冲压性能，常用来制造焊接结构件和冲压件。工件结构形状：冲裁件外形应尽量避免有尖角，为了提高模具寿命，在所有60°清角改为R2的倒角。零件精度的选择：冲裁零件如图1-1，该冲裁件的材料为08钢，具有较好的可冲压性能。该

2、冲裁件的结构较简单，比较适合冲裁，零件图上所有尺寸均未注公差，查表得，该零件的公差等级取IT12级确定零件的尺寸公差。 图1-1 零件简图2.冲压工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压，采用级进模生产。方案一单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。该模具结构简单，但需要两道工序两副模具，成本高而生产效率低，难以满足批量生产的要求。方案二复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。该模具只需要一副模具，工件

3、的精度及生产效率都很高，但工件最小壁厚2.0mm接近凸凹模许用最小壁厚2.2mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三级进模：是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。它也只需要在一副模具内可以完成多道不同的工序，可包括冲裁、弯曲、拉深等，具有比复合更好的生产效率。它的制件和废料均可以实现自然漏料，所以操作安全、方便，易于实现自动化。通过分析比较，该制件的精度要求不高，用于批量生产。所以该制件的冲压生产采用方案二为佳。3.排样设计3.1 排样方法排样的方法有:直排、斜排、直对排、混合排，

4、根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面的全面考虑，排样方法采用直排式排样法。如图3-1所示3.2 搭边值、条料宽度的确定3.2.1 搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料、搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命或影响送料工作。 图3-1 排样图搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。 表3-1 搭边a和a1数值材料厚度圆件及r2t的工件矩形工件边长L50mm矩形工件边长L50mm或

5、r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.250.250.50.50.80.81.21.21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.0

6、2.22.52.83.23.54.50.9t根据制件厚度与制件的排样方法可以查表31得：搭边值工件间a1为2.0mm 沿边a 为2.2mm3.2.2 条料宽度的确定计算条料宽度有三种情况需要考虑：1、有侧压装置时条料的宽度。2、无侧压装置时条料的宽度。3、有定距侧刃时条料的宽度。该零件采用无侧压装置的模具，其条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。为了补偿面搭边的减少部分，条料宽度应增加一个条料的摆动量。故条料宽度为：B=D+2a+c （3-1）式中：B条料宽度的基本尺寸；D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a侧搭边值。C条料与导料板之间的间隙（即条料的可能摆动量）：B100,

7、c=0.51.0 B100 c=1.01.5表3-2 剪料公差及条料与导料板之间隙（mm)条料宽度B/mm材料厚度t/mm112233550501001001501502202203000.40.50.60.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3导料板之间的距离，应使条料与导料板之间保持一定的间隙查表33，以保证送料畅通。表3-3 条料宽度偏差（mm）条料宽度B|mm材料厚度0.50.5112200.050.080.120300.080.10.1530500.10.150.2D取值由设计条料宽度方向冲裁件的最大尺寸为60 (mm)侧搭

8、边值a可以从表31中查出为2.2 (mm)故带入条料宽度公式得；查表32可得条料宽度偏差下偏差为-0.8(mm)B=D+2a+c=（60+2×2.2+0.8）-00.6=65.2 -00.4(mm)3.3材料利用率 材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率表示；=(nA1/hB)×100% （3-2）式中 材料利用率（%）；n 冲裁件的数目；A1 冲裁件的实际面积(mm2)；B 板料宽度(mm)；h进距；计算冲压件的面积；A1=25×21.65×6-3.14×15×15 =2541(mm2)条料宽度计算：B=50

9、+2×2.2=54.4 (mm)送进距离计算：h=43.3+2=45.3 (mm)一个进距的材料利用率；=(nA1/hB)×100% =1×2541÷(45.3×54.4)×100%=91.3%由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。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。4.冲裁力相关的计算4.1计算冲裁力计算冲裁力的目的是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁

10、力F p一般可以按下式计算：Fp=KtL式中 材料抗剪强度，见附表（MPa）L冲裁周边总长（mm）t材料厚度（mm）安全系数K，一般取1.3可用抗拉强度b代替，Fp=Ltb表41常用冲压材料的力学性能材料名称牌号材料状态抗剪强度抗拉强度申长率屈服强度普通碳素钢Q195火未退2603203204002833200Q2353103803804702125240Q2754005005006201519280优质碳素结构钢08F已退火2203102803903218008260360330450322001026034030044029210202804003605102525045440560550

11、7001636065Mn60075012400查（表41）可得：抗剪强度=260360，故取起抗拉强度b代替抗剪强度，查表可知b=K=360(MPa)。4.2总冲裁力、推料力、卸料力、顶件力和总冲压力由于冲裁模具采用弹性卸料装置和上出件方式。 F总冲压力。 Fp总冲裁力。 FQ卸料力 FQ1推料力。FQ2顶件力计算总冲裁力 Fp=F1+F2F1落料时的冲裁力。F2冲孔时的冲裁力。冲裁周边的总长（mm）落料周长为：L2=25×6 =150 （mm）冲孔周长为：L1=3.14×30 =94.2（mm）落料冲裁力为：F1=KptL2 =1×2×150×

12、;360 =108000 (N)冲孔冲裁力为：F2=KptL1 =1×2×94.2×360 =67824 (N)所以可求总冲裁力为：Fp=F1+F2 =108000+67824 =175824（N）表4-2 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxKtKd钢0.10.10.50.50.252.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03按卸料力公式计算卸料力 FQ=KxFp查表42得Kx=0.04根据公式得 FQ=KxF

13、p=0.04×175824=7032.96 (N)按推料力公式计算推料力 FQ1=nKtFp取n=2查表42得Kt=0.055n梗塞在凹模内的制件或度料数量（n=h/t h直刃口部分的高度，t材料厚度）根据公式得 FQ1=nKtFp =2×0.055×175824 =19340.64按顶件力公式算顶件力 FQ2=KdFpKd查表42得0.06根据公式得 FQ2=KdFp=0.06×175824 =10549.44 （N）4.3压力机公称压力的选取 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。采用弹压卸料装置和上出件的模具表43 常用冷冲压设

14、备的工作原理和特点类型设备名称工作原理特点机械式压力机摩擦压力机利用摩擦盘与飞轮之间相互接触传递动力，皆助螺杆与螺母相对运动原理而工作。结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。但飞轮轮缘摩擦损坏大，生产率低。适用于中小件的冲压加工，对于校正、亚印和成形等冲压工序尤为适宜。曲柄式压力机利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分。生产率高，适用于各类冲压加工。高速压力机工作原理

15、与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工为级进模。根据公式得 F=Fp+FQ+FQ2 =175824+7032.96+10549.44 =193406.4 (N)常用冷冲压设备的工作原理和特点如表43根据综上所计算出来的总压力与常用冷冲压设备的工作原理和特点选取压力机为J2325。5.模具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，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，

16、模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲裁模的压力中心，可按下述原则来确定：1、对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。2、工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3、形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模的对称中心。根据制件图可以得出该工件形状相同且分布位置对称，所以冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。5-1 制件图纸 6.冲裁间隙设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求,考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。表61

17、冲裁模初始用间隙2c(mm) 材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065Mn2Zmin2Zmax2Zmin2Zmax2Zmin2Zmax2Zmin2Zmax小于0.5极小间隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.03.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400

18、.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320

19、.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126注：取08号钢冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙的25%。根据表61查得：材料08钢的最小双面间隙2Zmin=0.246mm，最大双面间隙2Zmax=0.360mm,为了保证初始

20、间隙值小于最大合理间隙2Cmax，必须满足：d=0.6（2Zmax2Zmin），P=0.4（2Zmax2Zmin）; |d|+|P|+2Zmin2Zmax。7.凸模与凹模刃口尺寸的计算7.1 刃口尺寸计算的基本原则1、落料尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。2、考虑到凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸、这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的制件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。3、确定

21、冲裁模的刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。7.2 刃口尺寸计算方法对该制件应该选用凸模和凹模分别加工的方法，按图纸加工之尺寸。要分别标注凸模和凹模刃口尺寸和制造公差（凸模p、凹模d），它适用于圆形或简单形状的制件。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙2Zmin，必须满足下列条件： p+dZmax-Zmin下面对落料和冲孔两种情况进行讨论。1、落料： Dd=(D-X) 0+d Dp=(Dd-2Zmin)0-p=(D-X-2Zmin) 0-p2、冲孔： dp=(d+x) 0-p dd=(dp+2Zmin)0+d=(d+x+2Zmin)0+d Ld=(Lmin+0.5)±0.125式中D

22、d落料凹模基本尺寸(mm)； Dp落料凸模基本尺寸(mm)； D落料件最大极限尺寸(mm)； dd冲孔凹模基本尺寸(mm)； dp冲孔凸模基本尺寸(mm)； d冲孔件孔的最小极限尺寸(mm)； Ld同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm)； Lmin制件孔距最小极限尺寸(mm)； 制件公差(mm) 可查表71; 2Zmin凸、凹模最小初始双面间隙(mm)； d凸模下偏差,可按IT6选用(mm)； p凹模上偏差,可按IT7选用(mm)； X 磨损系数,可查表72表7-2磨损系数x料厚t(mm)非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.

23、350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.307.3 刃口尺寸计算根据计算原则,落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸,使凹模基本尺寸接近或等于制件的轮廓的最小极限尺寸,再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2Zmin。 Dd=(D-X) 0+d =(50-0.75×0.30)0+0.025 =49.775+0.025 Dp=(Dd-2Zmin)0-p =（49.775-0.246）0-0.016 =49.529-0.016校核 p+dZmax-Zmin 0.016+0.025 0.3

24、60-0.246 0.041 0.114（满足间隙要求）根据计算原则,冲孔时以凸模设计为基准,首先确定凸模刃口尺寸,使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸,再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2Zmin。 dp=(d+x) 0-p =（30+0.75×0.21）0-0.013 =30.1575-0.013 dd=(dp+2Zmin)0+d =(30.1575+0.246)0+0.021 =30.4035+0.021校核 p+dZmax-Zmin 0.013+0.021 0.360-0.246 0.034 0.114 Ld=(Lmin+0.5)±0.125 =(40+0.5

25、×0.39) ±0.125×0.39 =40.195±0.0498.模具总体设计8.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。8.2定位方式的选择毛坯在模具中应该有正确的位置，正确位置是依靠定位零件来保证的。定位包括控制送料进距的挡料和送料定距的挡料。8.2.1 送进导料方式的选择选择复合模设计中导料销导向，在模具中设计两个导料销，并位于条料的两侧，该模具是从右向左送料，所以导料销装在前后各一侧。形式为固定导料销。如图81所示。 图8-1 固定导料销8.2.2 送料定距方式的选用限位销用来限制条料送进的距离，根据国家标准选

26、用活动挡料销如图8-2 所示，其结构简单、制造容易，用途广泛。 图8-2 活动挡料销8.3 卸料、出件方式的选择 常用的卸料方式有刚性卸料和弹性卸料两种。 因为工件料厚为2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。8.4 标准模架导向方式的选择 按导柱在模架上的固定位置不同，导柱模架的基本型式有四种：对角导柱模架；后侧导柱模架；中间导柱模架；四导柱模架。为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该复合模采用后侧导柱的导向方式。9.主要零部件的设计结合模具的特点，适宜采用线切割加工凸模固定板、卸料板、凸凹固定板、凹模及冲孔凸模、凸凹模。除凸凹模外，在采用线切割后，还得采用数控车床加工其形

27、腔锥度。这种加工方法可以保证这些零件各个内孔的同轴度，使装配工作简化。 9.1工作零件的结构设计9.1.1凸凹模的设计因为该制件形状复杂，所以将落料凸模与冲孔凹模设计成一个整体为凸凹模。直通式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，直通式凸模采用线切割机床加工。凹模和工作部分与凸模联在一起，为保证废料直接由凸模从凸凹模内孔推出。凹模洞口若采用直刃、则模内有积荐废料，胀力较大。通过固定板把凸凹模固定。固定板与凸凹模的配合按H7/m6。凸凹模材料应选T10A，热处理5860HRC，凸凹模与卸料板之间的间隙见表91查得凸凹模与卸料板的间隙选为0.035mm。凸凹模高度是固定板、卸料板和弹簧间隙组成。凸

28、凹模高度为： H=H1+H2+（1520）mm H1固定板厚度；得H1=0.8×H凹=0.8×16=12.8 mm(标准为15mm) H2卸料板厚度；查表94得H2=10 mm(1520)附加长度，包括凸凹模的修磨量，凸模进入凹模的深度及固定板与卸料板间的安全距离。（附加长度取18）H=15+10+18 =43 mm 表9-1 凸凹模与卸料板、导柱与导套的间隙序号模具冲裁间隙Z卸料板与凸模间隙Z1辅助小导柱与小导套间隙Z21>0.0150.025>0.0050.007约为0.0032>0.0250.05>0.0070.015约为0.0063>0

29、.050.10>0.0150.025约为0.014>0.100.15>0.0250.035约为0.029.1.2 冲孔凸模的设计将冲孔凸模设计成直通式，采用线切割加工。冲孔凸模与凸凹模中的落料凹模镶拼结构中的压入式固定。凸模的高度是凸模固定板、凹模及附加长度组成。凸模高度为： H=H1+H2+（1520）mm H1凸模固定板厚度；得H1=0.8×H凹=0.8×16=12.8 mm(标准为15mm) H2凹模厚度； H2=16 mm(1520)附加长度，包括凸凹模的修磨量，凸模进入凹模的深度及固定板与卸料板间的安全距离。（附加长度取18）H=15+16+18

30、 =49 mm 9.1.3 落料凹模的设计凹模采用整体凹模，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。模具的外形尺寸如下： 模具厚度的确定公式为： H=Kb式中：K表92系数值，考虑板料厚度的影响；b冲裁件的最大外形尺寸；表9-2系数值Ks/mm材料厚度t/mm<1>13>36<50>50100>100200>2000.300.400.200.300.150.200.100.150.350.500.220.350.180.220.120.180.450.600.300.450.22

31、0.300.150.22查表92得：K=0.30 H=0.30×50 =15 mm查表 93取标准：H=16 mm模具壁厚的确定公式为： C=(1.52)H =1.5×202×16 =3032 mm凹模壁厚取C=32 mm、凹模宽度的确定公式为： B=b+2C =44+2×32 =108 mm查表93取标准取B=125 mm凹模长度的确定公式为： L=50+2×32 =114 mm凹模的长度要考虑导料板发挥的作用，保证送料粗定位精度。查表查表93取标准L=125 mm。凹模轮廓尺寸为125mm×125mm×16mm。凹模材料

32、选用T10A，热处理6062HRC。表93 矩形和圆形凹模的外形尺寸（GB285881）矩形凹模的宽度和长度B×L矩形和圆形凹模厚度H63×50 63×6310、12、14、16、18、2080×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×8012、14、16、18、20、22125×100、125×125、140×80、140×80、14、16、18、20、22、25140×125、140×140、160×1

33、00、160×125、160×140、200×100、200×12516、18、20、22、25、28160×160、200×140、200×160、250×125、250×140、16、20、22、25、28、32200×200、250×160、250×200、280×160 、18、22、25、28、32、35250× 250、280×200、280×250、315×200、20、25、28、32、35、40315

34、5;250、20、28、32、35、40、459.2 卸料板的设计卸料板不仅有卸料作用，还具有用外形凸模导向，对内孔凸模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，卸料板的厚度按表94选择，卸料板厚度为10mm。卸料板与2个凸模的间隙以在凸模设计中确定了为0.035。卸料板上设置了4个螺钉。卸料板采用45钢制造，热处理淬火硬度4045HRC。表9-4固定卸料板厚度冲件厚度t卸料板宽度<50508080125125200>2000.86681012>0.81.568101214>1.538101214169.3 定位零件的设计 为了保证模具的正常工作和冲出合格的冲裁

35、件，必须定位。定位零件采用活动挡料销。活动挡料销的位置可以由公式确定B=A-D/2+d/2 式中A送料进距（mm）；d挡料销直径（mm）；D落料凸模直径（mm）。B= A-D/2+d/2 =45.3-50/2+8/2 =24.3 (mm)9.4 模架及其它零件的设计本模具采用滑动导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。滑动导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，可采用车床加工，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状态），导柱上端面与上模座顶面的距离15mm。而下模座底面与导柱底面的距离为5mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用R7/h5的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用R7/h5的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。导柱与导套之间采用H7/h6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳淬硬5660HRC。导柱的直径、长度，按标准选取。导柱：d/mm×L/mm分别为32×160；导套