圆垫片冲压模设计教学提纲.doc

圆垫片冲压模设计

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圆垫片冲压模设计
目 录

第一部分：设计任务书及行业简介……………………………(2)
第二部分：设计过程……………………………………………………(4)
① 冲压工艺分析……………………………………………(4)
② 冲压工艺方案确认……………………………………(4)
③ 主要设计计算……………………………………………(5)
④模具总体设计……………………………………………(12)
⑤主要零件设计……………………………………………(13)
⑥模具总装图………………………………………………(18)
⑦冲压设备选定……………………………………………(19)
⑧模具零件加工工艺……………………………………(19)
⑨模具装配…………………………………………………(22)
第三部分：设计总结…………………………………………………(24)
第四部分：参考资料……………………………………………………(25)

1、 模具结构设计合理，工艺性好。设计计算正确，参数选用合理。
2、 模具绘图布局合理，视图完整、清晰，各项内容符合规范。
3、 模具装配图采用CAD绘制并打印。
4、 绘制全套模具零件图，无后续加工的标准件除外。
5、 设计说明书内容完整，分析透彻，语言流畅，参考资料应注明出处。字数在10000~15000之间。

零件图

工件名称：同心圆垫片
工件简图：如上图
生产批量：中批量
材 料：铝合金
材料厚度：1.5mm

第二部分：设计过程

一、冲压件工艺性分析：
此工件冲孔、落料两个工序。 材料为铝合金，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有一个φ10mm和1个φ5mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为5mm(两同心圆之间的壁厚)。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。
二、冲压工艺方案的确定：
该工件包括冲槽冲孔落料、三个基本工序，可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：落料-冲孔复合冲压。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。
方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但模具制造难度大，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。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。     
三、主要设计计算
（1）、排样方式的确定及其计算：
同心圆垫片的形状具有圆形的特点，直排时材料利用率较高，应采用直排，如图下图所示的排样方法。条料宽度83mm，步距离为81.2mm，一个步距的材料利用率为78%。工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计，采用手工送料，采用导料板导料、挡料销挡料。由表2—10（见冲模工艺与模具设计一书）查得 ，
那么：条料的宽度：B=80+2a1=83mm
条料的步距：S=80+a=81.2mm
导料板的导料尺寸:=B+=83+1=84mm(采用无侧压装置,条料与导料板间间隙=1
冲裁单件材料的利用率计算：

排样图如下所示：
（2）、冲压力的计算：
①、落料力的计算：
(K=1.3) ；
—落料力（N）；
L —工件外轮廓周长 L=；
t —材料厚度 t=2mm；
—材料抗剪强度（MPa）由书（见冲模具设计应用实例一书）附录查得=305Mpa;
落料力则为：
②、冲槽、冲孔力的计算：
L1—工件内轮廓周长
L1=120+12=132mm
=1.3×132×2×305=104.68KN
③、
L2—工件内轮廓周长
L2=；
=1.3×113.6×2×305=90.08KN
即冲裁力为: =++=199.04+104.68+90.08=393.8 KN
④、卸料力的计算：
—卸料力因数，由表2-15（见冲模具设计应用实例一书）查得=0.06

⑤、推件力的计算：

—推件力因数
由表2—15（见冲模具设计应用实例一书）
查得=0.05
n=h/t，n=8/2=4
=4×0.05×393.8=78.76KN
⑥、总冲压力的计算：
故总的冲压力为

=199.04+104.68+90.08+23.63+78.76=510.79KN(弹性卸料,下出件)
故拟选定J-23-65开式双柱可倾压力机
(3)压力中心的确定及相关计算：
　计算压力中心时，先画出凹模型口图，如下图所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1～L3共3组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（122.8，0）。
由己上计算结果可以看出,该件的冲裁力比较大,压力中心偏移坐标原点的距离也比较大,为了便于模具有加工和装配模具中心仍选在坐标原点O. 选用适当的冲床, C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。

压力中心数据表
基本要素长度L/mm
各基本要素压力中心的坐标值
X
Y
L1=251.2
0
0
L2=132
81.2
0
L3=125.6
81.2
0
合计257.6
122.8
0

（4）工作零件刃口尺寸计算:
在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算如下
对工件未注公差可按IT14计算，也可由书附录查得各尺寸的未注公差。
根据表2—10（见冲模具设计应用实例一书）查得冲裁模刃口双间隙mm， mm。
1）、落料刃口尺寸计算：
的凸凹模的制造公差由表2—12（见冲模具设计应用实例一书）查得 ， 。
由于 ， 故采用凸模与凹模 分开加工方法，因数由表 2—13（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.5，则：

其工作部分结构尺寸如图所示：

2）、冲10mm孔刃口尺寸计算:
a=,b=的槽凸凹模的制造公差由表2—12（见冲模具设计应用实例一书）查得和，,由于和,故采用凸模与凹模配合加工方法，因数由表 2—13（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.5和X=0.75，则：

,按凸模尺寸配制，其双面间隙为0.12mm。

3）、冲5mm孔刃口尺寸计算：
的凸凹模的制造公差由表2—12（见冲模具设计应用实例一书）查得，.
由于 ,故采用凸模与凹模分别加工方法，因数由表 2—13（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.5 ，则：

,其工作部分结构尺寸如图所示：
5）、卸料橡胶的设计：
卸料橡胶的设计计算见如下。选用的四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。
卸料板工作行程,为凸模凹进卸料板的高度1mm, 为凸模冲裁后进入凹模的深度2mm。
橡胶的工作行程，为凸模修磨量取5mm。
橡胶的自由高度，H取 的25%。
橡胶的预压缩量,一般。
每个橡胶承受的载荷,选用四个圆筒形橡胶。
橡胶的外径,d为圆筒形橡胶的内径，取d=12mm，p为0.5MP。
校核橡胶的自由高度，满足要求。
橡胶的安装高度。
四、模具总体设计:
1）模具类型的选择
     由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进
模。
2）定位方式的选择
因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。
3）卸料、出件方式的选择
　　 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。又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操
作与提高生产效率。
　4）导向方式的选择
　　为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中
间导柱的导向方式。
五、主要零部件设计：
（1）工作零件的结构设计
① 落料凸模
结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M12螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。其总长L可按公式计算：
L=40+18+2+29=89mm
L-凸模长度
-凸模固定板厚度
-卸料板厚度
t-材料厚度
h-增加长度。它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5-1mm）,凸模固定板与卸料板之间的安全距离等,一般
取10-20mm。
具体结构如下：

② 冲孔凸模
因为所冲的孔为方形与圆形，而且都不属于需要特别保 护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。冲φ40mm孔的凸模结构如下图：

③凹模
凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加 工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式计算：
凹模厚度 H=kb=0.3×83mm=24.9mm（查表得k=0.3）
凹模壁厚 c=（1.5～2）H=37.35mm～49.8mm
取凹模厚度H=50mm，凹模壁厚c=45mm，
凹模宽度B=b+2c=（83+2×45）mm=173mm
凹模长度L取360 mm（送料方向）
凹模轮廓尺寸为360mm×173mm×50mm，结构如下图:

（2）定位零件的设计
落料凸模下部设置一个导正销，冲槽凸模下设置一个导正销。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm ，所以导正销直线部分的长度为1.8mm。导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。
 起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件，规格为 8×16。
（3）导料板的设计
导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为40～45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。
（4）卸料部件的设计
 ① 卸料板的设计
     卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为
     18mm。
卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40～45HRC。
②卸料螺钉的选用
     卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹
部分为M10×10mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
（5）模架及其它零部件设计
　　 该模具采用后导柱模架，这种模架的导柱在模具后侧
位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。导柱d/mm×L/mm
为φ40×230；导套d/mm×L/mm×D/mm为φ40×140×53。分别上模座厚度H上模取55mm，上模垫板厚度H垫取15mm，固定板厚度H取40mm，下模座厚度H下模取65mm，那么，该模具的闭合高度：
H闭=H上模＋ H垫＋L＋ H ＋ H下模－h2 =（55＋15＋89＋50＋70－2）mm=277mm
 式中 L——凸模长度，L=74mm；
H——凹模厚度，H=50mm；
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm。
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-63的最大装模
高度（300mm），可以使用。
根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选取级精度的后侧导柱模架（GB/T2851.5—1990）.即：
上模座： 400×173×55 HT200
下模座： 400×173×70 HT200
下模座轮廓尺寸：L=400mm；
B=173mm；
S=390mm；
R=55mm；
A1=160mm；
A2=290mm；
六、模具总装图：
　通过以上设计，可得到如下图所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（2个）、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
　　条料送进时采用活动挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装一个导正销,另一个导正销利用条料上a=60,b=6孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第二步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在活动挡料销上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成以后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。用这种方法定距，精度可达0.02mm。
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