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1、止动垫片及其冲压模具设计 目 录 引言 ……………………………………………………………………………… 1 1 零件简介 …………………………………………………………………… 2 2 冲裁件的工艺分析 …………………………………………………………3 3 确定冲裁工艺方案 ……………………………………………………………4 4 模具结构形式的选择 …………………………………………………………5 4.1模具的类型的选择 ………………………………………………………5 4.2送料与定位方式 …………………………………………………………5 4.3 卸料
2、与出件装置 …………………………………………………………5 4.4.模架类型及精度 ………………………………………………………6 5 冲压工艺计算： ………………………………………………………………7 5.1．排样设计及计算 ………………………………………………………7 5.2．冲压力计算和初选压力机 ……………………………………………7 5.3．压力中心的计算 ……………………………………………………8 5.4．计算凸凹模刃口尺寸 …………………………………………………8 6 主要零部件设计 ……………………………………………………………
3、10 6.1．凹模的设计 …………………………………………………………10 6.2．卸料装置的设计 ………………………………………………………10 6.3．凸模固定板的设计 …………………………………………………11 6.4．垫板设计 ……………………………………………………………12 6.5．凸模的设计 …………………………………………………………12 6.6．凸凹模设计 …………………………………………………………13 7 模架以及其他零部件的选用 ………………………………………………14 8 校核模具闭合高度及压力机有关参
4、数 ……………………………………16 9 模具总装图 …………………………………………………………………18 心得体会 …………………………………………………………………………19 参考文献 …………………………………………………………………………20 冲压工艺过程卡 …………………………………………………………………21 引 言 模具是大批生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。 模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为
5、坏料，且在生产中不需加热，具有生产效率高、质量好、重量轻、成本低且节约能源和原材料等一系列优点，是其他加工方法所不能比拟的。使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代制造 工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。 目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通压力机设备每分钟可生产零件几件到几十件，高速压力机的生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。据不完全统计，飞机、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品，有６０％左右的零件是用模具加工出来的；而自行车、手表、洗衣机、电冰箱及电风扇等轻工产品，有９０％
6、左右的零件是用模具加工出来的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生产基本上完全靠模具来进行。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。 鉴于这种情况，本次课程设计将设计一副倒装复合冲压模，由于实践经验的欠缺和知识的极限性，该模具的实际工作情况及可用性还有待于实践的检验。 1 零件简介 零件名称：止动垫片 零件简图：如图1.1所示 成产批量：10万件 材料：10 力学性能：σs=206Mpa，σb=420Mpa 材料厚度：2mm 要求：表面平整，不能有锈斑，零件冲裁面粗糙度不高于Ra6.3,零件毛刺 不高于0.2
7、mm 图1.1 止动垫片 2 冲压件的工艺分析 2.1 结构分析 该零件形状简单、对称，有利于模具设计，冲裁凸出的部分B=4mm≥1.5 t=3mm (t为材料厚度)。 2.2 材料分析 材料为10号钢，其主要性能为：σs=206Mpa，σb=420Mpa，延伸率δ=29%，塑性良好，适合于进行冲压 2.3 精度分析 由表[1]2.3查出，用一般精度的模具时，冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT11，由表[2]9.1差查得，冲裁件孔尺寸偏差为0.13mm，外形尺寸公差为0.16mm，将以上精度与工件简图所标注的尺寸
8、公差相比较，可认为该工件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其他尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。 3 确定冲裁工艺方案 该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁方案有单工序冲裁，多工序复合冲裁和级进冲裁三种，零件属于大批量生产,因此采用单工序须要模具数量较多，生产率低，费用较高，不合理；如果采用级进模，需要较多的工位数，必须解决板料的准确定位问题；采用复合模可以一次冲压成形，结构较为简单，卸件可靠，操作方便。根据以上分析，该零件比较适宜采用多工序复合冲裁工艺方案。 4 模具结构形式的选择 4.1模具的类型的选择 根据零件的冲裁工艺方案,采用复
9、合模。复合模分为正装复合模和倒装复合模，正装式复合模比较适宜冲制材料较软的平直度较高的冲裁件；倒装式复合模适宜冲裁孔边距较大的冲裁件，且模具结构较简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠。故选用倒装式复合模。 4.2送料与定位方式 导料销对条料宽度没有严格要求；固定挡料销需要在凹模上开避让孔，结构简单，活动挡料销必须采用弹性装置，结构相对复杂，因此选用固定导料销和固定挡料销。 导料销如图4.1所示 图4.1 导料销 4.3 卸料和出件装置
10、 模具采用倒装式复合模，废料卡在下模的凸凹模上，适宜采用弹性卸料装置；冲压件采用刚性推件装置推出，直接利用压力机的打杆装置进行推件，工作可靠，冲孔废料直接从凸凹模向下推出的出件方式。推件块如图4.2所示 图4.2 推件块 4.4 模架类型及精度 由于该冲裁零件的尺寸较小，冲裁间隙较小，采用导向平稳的中间导柱模架, 考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。 5 冲压工艺计算 5.1 排样设计及计算： 5.1.1 排样设计 该零件尺寸较小，结构对称，
11、采用直排的排样方案。 由附表[3]2查得： 排样搭边a=1.2mm 侧搭边a1=1.5 mm 由CAD算得冲压件毛坯面积A=600mm2 条料宽度B=（42+2x1.5）mm=45mm 步距：h=（34+1.2）mm=35.2mm 排样图如图5.1所示 图5.1 排样图 5.1.2 材料利用率计算 一个步距内的材料利用率η为： η=x100% (3-1) n为一个步距内可冲零件数，n=1 将n、A、B、h带入式（3-1）求得 η=38% 5．2 冲压力计算和初
12、选压力机 该模具采用弹性卸料和下出料方式，由参考文献[1]P199 得以下计算式： 落料力：F1=L1tσb （5-1） 冲孔力：F2=L2 tσb （5-2） 落料时的卸料力：F卸=K卸x F1 （5-3） 冲孔时的推件力：F推=nK推F2
13、 （5-4） 冲床总压力：F总=F1+F2+F推+F （5-5） 5.2.1 落料力计算 将冲裁件外轮廓周长L1 =120mm 板料厚度t=2mm 抗拉强度σb =420MPa 带入式5-1 得 F1 =100.8 x 103N 5.2.2 冲孔力计算 将冲裁件孔轮廓周长L1 =66mm 板料厚度t=2mm 抗拉强度σb =420MPa 带入式（5-2） 得F2=55.4 x 103N 5.2.3 落料时的卸料力 由表[2]5.10得 K卸=0.045 把K卸 、F
14、1 带入式（5-3）得 F卸= 4.54 x 103 N 5.2.4 冲孔时的推件力 由表[2]5.10得 K推=0.055 取同时梗塞在凹模内的废料数为3，即n=3 把K推、n、F2 带入式（5-4）得 F推= 9.14 x 103 N 5.2.5 总压力计算 将F1 =100.8 x 103N、F2=55.4 x 103N、 F推= 4.54 x 103 N、 F卸=9.14 x 103 N 带入式5-5得 F总=170KN 5.2.6 选用压力机 根据总冲压力为170KN，采用开式双柱可倾压力机，考虑到压力机的使用安 全，总冲压力一般不应超过压力机额定
15、吨位的80%，由表[1]7.10初选J23-25开式 双柱可倾压力机，相关参数如下： 公称压力：250KN 滑块行程：65mm 最大闭合高度:270mm 滑块中心线到床身距离：200mm 工作台尺寸：370mm x 560mm 垫板厚度：50mm 模柄孔尺寸：Φ40mm x 60mm 5.3 压力中心的计算 由于零件结构对称，所以压力中心在孔的中心，即模柄轴线通过压力中心。 5.4 计算凸、凹模刃口尺寸 5.4.1 对于冲孔Φ21mm 根据条料厚度t=2mm、条料材料为10，由表[4]2.13查得冲裁模初始间隙值 Zmin=0.25mm
16、Zmax=0.36mm 由表[4]2.18查得凸、凹模制造公差 δp =0.02mm δd =0.03mm Zmax- Zmin=0.36-0.25=0.11mm δp+δd =0.02+0.03=0.05mm 满足Zmax- Zmin≥δp+δd 的要求， 冲孔采用凸、凹模分开加工法，以凸模为基准件。 由表[4]2.20查得磨损系数x=0.75 由式[4] 2-13得冲孔凸、凹模刃口尺寸计算式为： dp=(d+xΔ) （5-6）
17、 dd =( dp +Zmin) （5-7） 把d=21mm、x=0.75 、尺寸公差Δ=0.2mm、δp =0.02mm带入式5-6得 dp =21.15mm 把dp 、Zmin、δd带入式5-7得dd=21.40mm 5.4.2 对于外轮廓的落料 由表[4]2.13查得间隙值 Zmin=0.25mm Zmax=0.36mm 由表[4]2.18查得凸、凹模制造公差δp =0.02mm δd =0.03mm Zmax- Zmin=0.36-0.25=0.11mm δp+δd =0.02
18、0.03=0.05mm 满足Zmax- Zmin≥δp+δd 的要求， 落料采用凸、凹模分开加工法。 由表[4]2.20查得对于圆形件磨损系数x=0.75 非圆形件磨损系数x=1 凹模磨损后各尺寸均变大，属于A类尺寸 由式[4] 2-14 得凹、凸模刃口尺寸计算式为： Dd=(D-xΔ) (5-8) Dp=( Dd -Zmin) (5-9) 将各参数带入式（5-8）和式（5-9），各尺寸计算
19、如下： Dd34=(D-xΔ) =(34-0.5x0.2) =33.9mm Dp34=( Dd34-Zmin ) =(33.9-0.25) =33.65 mm Dd42=(D-xΔ) =(42-1x0.2) =41.8mm Dp42=( Dd42-Zmin ) =(41.8-0.25) =41.56 mm Dd5=(D-xΔ) =(5-1x0.1) =4.9mm Dp5=( Dd5-Zmin ) =(4.9-0.25) =4.65 mm 6 主要零部件设计 6.1 落料凹模 根据条料厚度t=2mm、孔为圆形，由表[4]2.22查得凹模厚度系数 k=0.4 由式[
20、4]（2-27 ）得凹模高度计算经验公式 H=kb (6-1) 其中b为凹模孔的最大宽度，b取42mm 将k、b带入式（9-1） H=16.8mm 由式[4]（2-28）凹模壁厚计算经验公式 C=（1.5~2）H （6-2）式6-2得 C=25.2mm~33.6mm 取C=30mm 凹模总长L=42+2x30=102mm 凹模宽度B=34+2x30=94mm
21、 按冲压模标准模架，由表[1]7.31取凹模周界尺寸 LxBxH=125mm x 100mm x 30mm 凹模零件简图如图6.1所示 图6.1 凹模简图 6.2 卸料装置的设计 前面已选用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、弹性元件和卸料螺钉组成。 6.2.1 卸料板设计 由表[1]2.29查得卸料板厚度为14mm 取外形尺寸为125mm x 100mm x 14mm 6.2.2 弹性元件设计 弹性元件采用橡胶， 根据式[5] （3-41）至（3-45）及表[5]3.15，相关计算如下：
22、 橡胶工作行程=卸料板工作行程+模具修磨量（4mm~6mm）之和 即H工作=h工作+h修磨 橡胶的自由高度=（28~32）mm 取H0=30mm 矩形橡胶在预压量为15%时的单位压力为0.5MPa 橡胶截面积： 橡胶装配高度：H装配 =85%H自由=0.85 x 30=25.5mm 根据零件形状特点，橡胶外形采用矩形，中间开矩形孔以避让凸凹模，取避让孔为40mm x 45mm， 橡胶外形暂定一边长为120mm， 另一边长为 =91mm 取橡胶外形尺寸为120mm x 95mm 为满足橡胶垫高径比为0.5~1.5，将橡胶垫平分为四
23、块，其最大尺寸为60mm， 所以 选用的橡胶垫规格合理 6.3 凸模固定板的设计 根据参考文献[5]P73，凸模固定板厚度h=（60%~80%）H凹 取h=14mm 外形尺寸为125mm x 100mm x 14mm 材料45钢 凸模与凸模固定板的配合为H7/n6，压装后，将凸模断面与固定板一起磨平。 凸模固定板简图如图6.2所示 图6.2 凸模固定板 6.4 垫板设计 根据参考文献[5]P73，垫板厚度h一般为5~12mm ，取12mm 外形尺寸为125mm x 100m
24、m x 12mm 材料45钢 热处理硬度为43~48HRC 6.5 冲孔凸模设计 为保证凸模的寿命和耐磨性，凸模材料选用Gr12MoV.，热处理硬度为58~62HRC 凸模长度L=凸模固定板厚度+凸模固定板与落料凹模距离+凹模厚度 L=14+16+30=60mm 凸模结构简图如图6.3所示 图6.3凸模简图 6.6 凸凹模设计 为保证凸凹模的耐磨性和寿命，凸凹模材料选用Gr12MoV，热处理硬度为 58~62 HRC 考虑凹模的磨损和保证冲件的质量,凹模刃口采用直筒形刃口壁结构,刃口高度根
25、据计算冲裁力时取梗塞在凹模内的废料数为3，h=6mm,漏料部分刃口轮廓扩大1mm。 凸凹模采用螺钉,销针与下模座固定的固定方式。为了在凸凹模上有足够空间钻螺纹孔和销孔，将凸凹模底加宽成方形。 凸凹模零件图如图6.4所示。 图6.4 凸凹模零件图 7 模架以及其他零部件的选用 7.1 模架选择 前面已选用中间导柱模架 根据凹模周界尺寸为 125mm X 100mm，由表[1]7.31取 上模座 LxBxH=125mm x 100mm x 50mm 下模座 LxBxH=125mm x 100mm x 60mm 导柱 d
26、 x L=25mm x 180mm 导套d xL xH=25mm x 90mm x 38mm 7. 2 模柄选用 采用凸缘模柄，根据压力机模柄孔尺寸：Φ40mm x 60mm，模柄长度比模柄孔深度小5～10mm，由表[1]7.39， 选用 模柄 C40×55 GB2862.3-81 Q235 ，模柄与模柄孔配合为H7/g6。 7.3 挡料销 由表[1]7.44选用 挡料销 A6×4×3 GB2866.11-81 7.4 导料销 由表[1]7.44选用 导料销 A6×4×5 GB2866.11-81 7.5 螺钉选用
27、 7.5.1卸料螺钉： 由表[1]7.58采用 卸料螺钉 6×35 GB2867.6 7.5.2凹模锁紧螺钉： 由表[1]7.59采用 螺钉M8×80 GB70-85 7.5.3凸凹模锁紧螺钉： 由表[1]7.59采用 螺钉M6×35 GB70-85 7.5.4模柄锁紧螺钉： 由表[1]7.59采用 螺钉M10×25 GB70-85 7.6、销钉选用 7.6.1凹模定位销 根据表[1]7.61采用 销 6×100 GB199-85 7.6.2凸凹模定位销 根据表[1]7.61采用 销 4×55 GB1
28、99-85 8 校核模具闭合高度及压力机有关参数 8.1 校核模具闭合高度 H闭=50+12+14+16+30-3+14+25.5+60=218.5mm J23－25开式压力机的闭合高度为270mm，封闭高度调节量为55mm，模具安装可用垫块调整配制。 8.2 模具最大安装尺寸校核 模具最大安装尺寸为125mm×100mm，冲床工作台面冲床为370mm×560mm，能够满足模具的安装。 9 设计并绘制模具总装图 止动垫片复合模总装图如图9.1所示 图9.1 总装图 1-下模座2-凸凹模3-挡料销4-凸模5-推件块6-凹模 7-隔板 8-
29、凸模固定板 9-垫板 10-上模座 11-模柄 12-打杆 13-螺钉 14-推板 15-推杆 16-导套 17-导柱 18-导料销 19-卸料板 20-橡胶 工作过程：上模下行，凹模与卸料板将条料加紧，紧接着冲孔凸模与凸凹模内孔进行冲孔，与此同时，凸凹模外形与凹模进行落料，冲孔废料直接从底孔排出，冲裁件卡在凹模内。上模上行时，打杆碰到压力机横梁，停止上行，通过推板、推杆阻止推件块上行，进而将冲裁件推出。 心得体会 本次课程设计的题目为止动垫片模具设计，主要通过ProE和CAD进行设计，从中我熟悉了模具设计与分析过程，同时也更好的运用软件进行模具设计，掌握了查阅相关手册资料的
30、技巧，对模具设计有了更深层次的认识。 次课程设计顺利完成，感谢陈老师和郑老师的悉心指导，同时也感谢同学们的帮助，由于本人能力有限，设计中难免存在许多不足，对于不足之处，恳请老师给以批评指正。 参考文献 【1】 王秀凤，万良辉 . 冷冲压模具设计与制造 . 北京：航空航天大学出版社，2005. 【2】 吴宗泽等. 机械设计课程设计手册. 北京：高等教育出版社，2006. 【3】 薛啟翔等. 冲压工艺与模具设计实例分析. 北京：机械工业出版社，2008. 【4】 邓明. 实用模具设计简明手册. 北京：机械工业出版社，2006. 【5】 洪慎章.
31、实用冲压工艺及模具设计. 北京：机械工业出版社，2008. 【6】 甄瑞麟等. 模具制造工艺课程设计指导与范例. 北京：化学工业出版社，2008. 【7】 周大隽等. 冲模结构设计要领与范例. 北京：机械工业出版社，2005. 【8】 杨占尧. 冲压模具图册. 北京：高等教育出版社，2004. 【9】 王树勋. 典型模具结构图册. 广州：华南理工大学出版社，2005. 【10】 王新华. 冲模设计与制造使用计算手册. 北京：机械工业出版社，2003. 【11】 王小彬. 冲压工艺与模具设计. 北京：电子工业出版社，2006. 【12】 韩英淳. 简明冲压工艺与模具设计手册.上海：
32、上海科学技术出版社，2006. 冲 压 工 艺 过 程 卡 （厂名） 冷冲压工艺卡片 产品型号 零（部）件名称 止动垫片毛坯 共 1 页 产品名称 零（部）件型号 第 1 页 材料牌号及规格 材料技术要求 毛坯尺寸 可制毛坯件数 毛坯重量 辅助材料 10钢 不能有锈斑、 保持平整 条料2mm×45mm×1060mm 30件 工序号 工序名称 工序内容 加工简图 设备 工艺装备 工时 0 下料 剪床上裁板 45×1060 1 冲孔、落料 内形冲孔和外形轮廓落料 J23-25 倒装 复合模 2 去毛刺 去除零件断面毛刺 3 检验 按产品零件图检验 编制 （日期） 审核 （日期） 会签 （日期） 标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 22
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