异型垫片冲压设计说明书.doc

浙江机电职业技术学院综合实训说明书

冲压模综合实训
说明书

课题名称 冲压模具课程设计

系 别 机械工程分院
专 业 模具设计与制造
指导教师 刘彦国 吕永锋

起讫时间： 2010 年 12 月 6 日～ 2010 年 12 月 24 日（共3周）
-27-

引言

随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。
课程设计的主要目的有两个：一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用CAD进行模具设计。二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。
本书是落料拉深模设计说明书，结合模具的设计和制作，广泛听取各位人士的意见，经过多次修改和验证编制而成。为了达到设计的规范化,标准化和合理性，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。其中附有必要的插图和数据说明。
本书在编写过程中得到了老师的精心指导和同学们的大力帮助,在此表示衷心的感谢。由于本人是应届毕业生,理论水平有限，实践经验不足，书中难免有不当和错误的地方，敬请各位老师批评指正。

宋体，小四号，行距1.25，修改后，目录内容自动生成，再按规定格式调整
目 录
1.搜集原始资料，分析零件的冲压工艺性 5
1-1搜集原材料： 5
1-2材料分析： 5
1-3结构和尺寸分析： 5
1-4精度分析： 6
2、分析比较和确定冲裁工艺方案 6
3.模具结构形式的选择 7
3-1 模具类型 7
3-2 操作与定位方式 7
3-3 卸料与出件方式 8
3-4 模架类型及精度 8
4工艺与设计计算 8
4-1排样设计与计算 8
4-2冲压力和压力中心计算： 12
4-3计算凸凹模刃口 17
4-4凹模设计 20
4-5凸模设计： 21
5设计选用零部件： 22
5-1弹性装置的选择与计算： 22
5-2要模具零部件的选择 22
6模具总体设计： 26
7选定冲压设备 27
8参考文献： 29
搜集原始资料，分析零件的冲压工艺性
1-1搜集原材料：

1-2材料分析：
所用材料为10号钢，查课本（表2-3），十号钢的抗剪强度为255~333Mpa，抗拉强度为333~471Mpa，屈服强度为225Mpa，弹性模量为180*103Mpa，具有良好的成形性能，适合冲压成形。
1-3结构和尺寸分析：
该零件的结构较为简单，形状非对称，除了左边的尖角需要特殊处理外，其余不必特殊处理。
冲件的内形外形的拐角（查冲压模具设计与制造表2-1），冲件的外形的转角处应尽量避免尖角，应以圆弧过度，以便于加工时减少由于热处理引起的开裂，减少尖角处的崩刃和过快磨损;取工件的四角（t为料厚）。
冲裁件的凹槽要避免过长，最小宽度，材料的凹槽宽度,所以材料的凹槽宽度符合冲裁条件。最长。工件凹槽深度，所以符合冲裁条件。（见《冲压模具设计与制造》）
冲裁件的孔边距与孔间距的距离都不能太小，一般，并不小于。孔到边缘的最小距离为（见《冲压模具设计与制造》图2-3）。零件孔的结构全部复合要求，所以适合冲裁加工。
1-4精度分析：
零件的尺寸均是没标公差，所以IT13级，无其他特殊要求，从课本（表4-5）可知，利用普通冲裁方式可以达到零件的图样要求。

根据以上对该零件的工艺性分析，该零件的材料，尺寸，精度都满足要求，适于冲裁加工。
2、分析比较和确定冲裁工艺方案
该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可提出的加工方案如下：
方案一：
先落料，后冲孔，采用两套单工序模冲裁。
方案二：
落料-冲孔复合冲压，采用复合模冲裁。
方案三
冲孔落料连续冲压，采用级进模冲裁。
方案一的模具结构虽然简单，易于制造，但是需要多次工序，模具拆装，操作繁琐，精度也较低。
方案二只需一副模具，冲压件的形状位置精度和尺寸精度易于保证，且生产效率高，但是由于该零件外形有多处尖角对模具的寿命和制造不利，推荐在不影响使用的前提下改为圆弧过渡，以便于模具加工，减少冲裁时尖角处的崩刀和过快磨损，但是根据图样要求，讲尖角改为圆角会影响实用性能。
方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二相比，生产的零件精度稍差，欲保证冲压件的形状位置精度，需在模具上设置导正销导正。虽然模具制造、装配较复合模略复杂，但是它能满足厂方坚持的以零件的外形和结构尺寸为主、不能采用圆弧过渡的要求，且满足尺寸公差按IT13的要求。
所以比较三个方案，采用方案三生产更为合理。

3.模具结构形式的选择
3-1 模具类型
根据零件的冲裁工艺方案，采用级进冲裁模。
3-2 操作与定位方式
由于是大批量生产，所以可以采取手工送料的方式，既保证了加工批量的要求，也保证了冲裁的低成本，考虑到冲件的尺寸较小，材料厚度教薄，为了便于操作和保证零件精度，适宜采用导料板导向。侧刃定距的定位方式。为减小料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双侧刃前后对角布置。用侧刃代替挡料销来控制条料送进的步距。侧刃断面的长度等于一个步距S，它具有定位准确，生产效率高，操作方便的优点。
3-3 卸料与出件方式
考虑零件厚度较薄，为了保证制件的平整性，可以采用弹性卸料方式。为了便于操作、提高生产率，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
由于零件厚度薄，冲裁间隙很小，又是级进模，因此采用导向平稳的对角导柱模架。考虑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。

4工艺与设计计算
4-1排样设计与计算
方案一：
采用横向送料，如图所示：

由于左边的圆与不规则图形的间距过小，所以将左边的小圆至于前一工步，在冲侧刃的同时冲下。

4-1-1．1排样计算
用侧刃定距时，条料是在侧压装置作用下紧靠导料板的一侧送进的故按照一下公式计算：
条料宽度 0-=(Dmax+2a+nb1)-0
导料板之间的距离

查书《冲压模具及设备》表4-18 可得侧边 1=1.2mm但是由于 太小而不能保证凹模强度，经查《冲压模具及设备》表 4-31得模具的最小壁厚应取3.2
查书《冲压模具及设备》表4-19 可得条料宽度偏差
查书《冲压模具及设备》表4-20 可得导料板与条料之间的最小间隙
查书《冲压模具及设备》表4-21 可得侧刃料边宽度 ，冲切后条料与导料板之间的间隙
数据带入得mm
Mm

侧刃计算（《冲压模具及设备》式4-41）：

为侧刃宽度制造公差，可取h6
s为送料进距=mm
b为侧刃宽度
将数据带入
4-1.1.2 材料利用率
由排样图可知，一个进距的大小为30.2，
一个进距内排料的面积

由CAD零件图得出零件图的面积为
材料利用率
=

取条料长度L=1500mm;
矩形件边长l=
=mm
可冲切材料数

因此，用横排的冲切时，材料的利用率

方案二：
采用竖排送料，排样图如图所示：

用侧刃定距时 当条料用侧刃定距时条料宽度必须增加侧刃切去的部分，采用双侧刃定距
4-1.2.1 排样计算
条料宽度
0-=(Dmax+2a+nb1)-0
查课本冲压模具及设备中的表4-18，可知a=1.5,a1=1.2，由于a1太小可能导致模具强度不够，所以查书《冲压模具及设备》表 4-31得模具的最小壁厚应取3.2

查课本冲压模具及设备中的表4-19，可知条料宽度偏差=0.20
查课本冲压模具及设备中的表4-21，可知侧刃冲切料边宽度b1=1.3,冲切后条料与导料板的间距y=0.1
因采用双侧刃定距，所以n=2
将数据代入上式中，得
-00.20=（25+2+21.5+21.3）-00.20=32.6-00.20mm
导料板间距离
B‘=B+Z=Dmax+2a+ nb1 +Z
B1‘= Dmax+2a+y
查课本冲压模具及设备中的表4-20，可知导料板与条料之间的最小间隙Z=5
将数据代入上式中，得
B‘=25+2+21.5+21.3+0.5=33.1 mm
B1‘=25+2+21.5+0.1=30.1 mm
侧刃宽度
查冲压模具设计手册中的表1-60，得=0.01
b=[s+(0.05~0.1)]0-取0.06
=[27.2+(0.05~0.1)] 0-0.01
=27.26 0-0.01
4-1.2.2计算材料利用率：
由排样图可知，进距s=24+a1=24+3.2=27.2
由零件图近似算得一个零件的面积为542.75mm2

一个进距内的排料面积Bs=32.627.2=886.72
因此，一个进距里面的材料利用率为

=542.75/886.72100%=61.2%
L=1500mm
l=s/(2+3.2)
=27.2/(2+3.2)=5.23
n=(L-l)/s
=
因此，一张板料上总的材料利用率
0=nA1/BL100%

选择排样方案：
根据计算，方案一的材料利用率为60.01%。
方案二的材料利用率为61.2%
两个方案模具制作难度相同，由于方案二的材料利用率较大，所以选择方案二采用竖排冲裁。
4-2冲压力和压力中心计算
4-2.1冲压力计算
冲裁力的计算：
因为是平刃口的模具，所以冲财力可以按下式计算：

考虑模具结构不均匀，刃口磨损，材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一半取K=1.3
根据零件图可得工件内外冲切长度为：
侧刃冲切长度mm。
根据排样图一模冲一件和双侧刃布置，故总冲裁长度L为

因为该材料的抗剪强度为τb=264MPa 因为同一种材料，其抗剪强度与抗拉强度的关系为故冲裁力可以按照下式：

=
=82532.736N
卸料力：FX=KXF
——卸料力系数
F ——冲裁力（N）
查《冲压模具及设备》中的表4-22，取KX=0.048，则
FX=KXF
=0.04882532.736N=3961.57N
推件力：FT=nKTF
式中 ——为推件力系数
F ——冲裁力（N）
n——同时卡在凹模孔内的冲件（或废料）数，（h为凹模孔口的直刃壁高度，t为材料厚度）
查书《冲压模具及设备》中的表4-22，取KT=0.055。h=6，故n=h/t=6/1.2=5
FT=nKTF
=50.05582532.736N=22696N
冲裁时，总压力为冲裁力与冲裁力同时发生的卸料力、推件力或顶件力之和。该零件采用的是弹性卸料装置和下出料方式的冲模，所以
总冲压力：
F∑=F+ Fx + FT
=N=109191N≈109kN
应选取的压力机标称压力：p0≥（1.1~1.3）F∑=（1.1~1.3）×109kN =119.9~141.7.kN，因此可选压力机型号为J23-16。
4-2.2压力中心：
根据排样图二画出冲裁轮廓图，并建立坐标系，标出各冲裁图形压力中心对坐标轴X—Y的坐标，如图所示

压力中心的计算

计算各图形的冲裁长度及压力中心坐标。由于落料与冲孔的图形轮廓虽然被分割开，但其整体仍是对称图形，故可分别合并成“单凸模”进行计算。计算结果列于下表
序号
Li
x i
y i
1
8.04
4.02
2
2
13.11
6.63
0
3
7.85
10.53
4.5
4
8.1
14.64
3.09
5
1.5
13.4
7.6
6
5.5
14.84
8.43
计算冲模压力中心。将表中的数据带入公式

得

根据排样图画出全部冲裁轮廓图，并建立坐标系，标出各冲裁图形压力中心对坐标轴X—Y的坐标，如图4-4所示

图4-4 压力中心的计算
计算各图形的冲裁长度及压力中心坐标。由于落料与冲孔的图形轮廓虽然被分割开，但其整体仍是对称图形，故可分别合并成“单凸模”进行计算。计算结果列于下表
由于坐标系的改变，使得x6=(9.57+27.9) mm =37.47 mm ,y6=3.04 mm

序号
Li
x i
y i
1
24
12
27
2
8.82
19.59
3.1
3
25
24
14.5
4
12.57
35.9
20.5
5
12.57
61.45
7
6
44.71
37.47
3..04
7
27.27
61.49

28.5
8
5.1
75.12
31.05
9
27.27
-16.84
-6.6
10
12.8
-30.47
-9.15
计算冲模压力中心。将表中的数据带入公式

得

　=

得

所以，该冲裁件的压力中心坐标为（）。
4-3计算凸凹模刃口

4-3．1计算凸凹模刃口尺寸及公差
由于材料薄，模具间隙小，故凸凹模采用配做加工为宜。又根据排样图可知，凹模的加工较凸模的困难，且级进模所有凹模形孔均在同一凹模板上，因此，选用凹模为制造基准件。故无论冲孔、落料，只计算凹模刃口尺寸及公差，并将计算值标注在凹模图样上（如图所示）.各凸模仅按凹模各对应尺寸标注其基本尺寸。

落料凹模刃口尺寸的计算：
按磨损情况分类计算，凹模磨损后其尺寸变化有变小、变大、不变三种情况
1）凹模磨损后变小的尺寸：
A1（-+00.18）、 A 2（R1.75+00.14 ）
刃口尺寸计算公式为Ad=(Amin+x)-0/4
查书《冲压模具及设备》中的表4-14,得x1x2，所以
-0/4
=（4+0.750.18）-00.18/4 mm
=4.14-00.05 mm
Ad2=（Amin+x）-0/4
=（1.75+0.750.14）-00.14/4 mm
=1.86-00.04 mm
2）凹模磨损后变大的尺寸：
B1（50-0.18）、B2（80-0.22）、B3（6.50-0.22）、B4（250-0.33）、B5（240-0.33）
刃口尺寸计算公式为Bd=（Bmax-x）+0/4
查书《冲压模具及设备》中的表4-14,得
x1，x2x3x4x5x6，所以
Bd1=（Bmax-x）+0/4
=（5-10.18）+00.18/4
=4.82+00.05
Bd2=（Bmax-x）+0/4
=（8-0.750.22）+00.22/4
=7.84+00.06
Bd3=（Bmax-x）+0/4
=（6.5-0.750.22）+00.22/4
=6.34+00.06
Bd4=（Bmax-x）+0/4
=（25-0.750.33）+00.33/4
=24.75+00.08
Bd5=（Bmax-x）+0/4
=（24-0.750.33）+00.33/4
=23.75+00.08
3）凹模磨损后不变的尺寸如下：
C1（1.5）、C2（R7）
刃口尺寸计算公式为
Cd=（Cmin+0.5）±/8
将数据带入：
Cd1=（Cmin+0.5）±/8
=（1.43+0.50.14mm±0.14/8mm
=1.5 mm±0.02mm
Cd2=（Cmin+0.5）±/8
=（6.89+0.50.22）mm±0.22/8mm
=7 mm±0.03mm
查课本冲压模具及设备中的表4-10，得Zmin=0.126 mm，=0.180 mm，故落料凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值0.126~0.180 mm。
4-4凹模设计
4-4.1确定凹模孔侧壁形状：
虑到凹模的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，漏料部分轮廓单边扩大0.8mm。
4-4.2确定装配结构：
凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉、销钉与下模座固定的固定方式。
4-4.3确定凹模周边尺寸：
a）计算沿送料方向的凹模孔壁间最大距离：

=106.24mm
b)计算送料方向的凹模的长度：

查《冲压模具及设备》表4-20，取凹模厚度c=26mm
将数据代入：

=158mm
C）计算垂直于送料方向的凹模型孔壁间的最大距离：

取侧刃厚度为10mm
=51mm
d）计算垂直于送料方向的凹模宽度：

=51+52
=103mm
e）计算凹模厚度：
H=K1K2
查书《冲压模具及设备》表4-30，，因为材料是碳素工具钢，所以
将数据带入公式得：
H==1.3×1.37×
≈36mm
根据计算所得的凹模轮廓尺寸，可取凹模轮廓尺寸为
L×B×H=
如图：

4-4.4确定凹模的材料：
参考书《冲压模具及设备》表9-3取凹模材料为材料选用，工作部分热处理淬硬HRC。

4-5凸模设计：
4-5.1凸模形状及装配结构设计：
料凸模刃口部分为非圆形，为了便于凸模和固定板的加工，可设计成阶梯形结构，并将其设计成易于加工的长圆形。通过台肩式与凸模固定板固定。
冲孔凹模的设计与落料凸模基本相同，因刃口部分为圆形，其结构更加简单。考虑到冲孔凸模直径较小，故需对最小凸模（φ）进行强度和刚度
校核。
a） 凸模最小直径校核（强度）:
因孔径虽小，但远大于材料厚度，估计凸模的强度和刚度是足够的。
查书本《冲压模具及设备》表4-26，凸模最大自由长度应该满足：
L1≤d2/=×2/
=×2/mm＝
L1取6mm
b） 凸模长度计算：
因为采用弹性卸料，所以凸模长度按下式计算
L=h1+h2+ha
L—— 凸模长度；
h1———— 凸模固定板厚度；
ha———— 弹性原件的安装高度，即卸料弹性原件被预压后的高度（mm）；

取h1=30，
h2= H×（0.6~0.8）=36×（0.6~0.8）=22，
ha=25mm。
将数据带入上式得
L=30+22+2577mm

5设计选用零部件：
5-1弹性装置的选择与计算：
5-1.1卸料橡胶的选择
考虑模具结构，选用4个圆筒形的聚氨酯橡胶，则每个橡胶所承受的预压力为
Fy=Fx/n=3961.736N/4≈990.25N
Fy------橡胶的预压力
Fx/-------卸料力

5-1.2橡胶压缩时产生的压力：

A------橡胶的横截面积（和卸料板贴合的面积）
P------橡胶的单位压力
a）确定橡胶的横截面积A：取hy=10%h0，查书《冲压模具及设备》表4-35，得p=1.1MPa，则A=Fy/p=990.25N/1.1N/mm2≈900.22mm2
5-1.确定橡胶的截面尺寸，则橡胶外径D根据
πD2/4=A
求得D==mm≈33.8mm
为了保证足够卸料力，可取D=34mm
5-1.4橡胶的自由高度h0：
h0=(hx+hm)/(0.25~0.3)
hx=t+1.2=2.2mm 取hm=5mm 代入上式
h0=(2mm+5mm)/0.27=26mm
因为h0/D=28/34=0.7，故所选橡胶符合要求。橡胶的安装高度ha=h0-hy=28mm-0.1×28mm=25.2mm，取ha=25mm

5-2要模具零部件的选择
5-2.1模架的选择及选用：

由于工件的制造进精度不是很高，所以可以选用导柱.导套结构较为简单的滑动导向的导柱模模架。由于模具是横向送料的的级进模，所以可以选用对角导柱模架，因为这类模架导向零件都安装在模具的对称线上滑动平稳。如图所示为模架图：

根据凹模尺寸，查书《实用模具设计简明手册》表1-12取模架规格为：
上模座：
L3×B3×H3=200mm×160mm×45mm
查书《实用模具设计简明手册》表1-13得下模座的规格为：
L3×B3×H 3’=200mm×160mm×55mm
查书《实用模具设计简明手册》表1-11得导柱的规格为：
28 mm×215 mm
5-22 紧固取与计算：
紧固件的设计：
一般的冲裁模都是采用螺钉紧固，销钉定位的方式，所以这个模具也选取其方式：
a）销钉的设计：
因为凹模板的厚度为36mm，下模座的厚度为50mm，所以取销钉的长度为60mm，查书《模具技术实用手册》表3-36得出销钉的直径为d=6mm，
C=1mm

b)螺钉的设计：
螺钉的规格应该根据冲压工艺力的大小，和凹模厚度等条件确定，螺钉的旋入厚度不能太浅，也不能太深，可取公称直径的1.5~2倍。
查书《冲压模具及设备》表4-36得螺钉的规格为
M10 M12
螺钉之间，螺钉与销钉之间的距离，螺钉距凹模刃口及外边缘的距离，均不应过小，以防降低模板强度，其最小距离参考书《冲压模具及设备》表4-27得
A = 16 mm
B = 19 mm
C = 3 mm
D = 15 mm

为了保证其位置精度，销钉和销钉孔应采用配合加工，应该采用H7/m6或 H7/n6配合。
卸料螺钉的规格为:Φ=10mm， 取螺钉的旋入长度为20mm

值得注意的是：
同一组合中，螺钉的数量一般不少于3个，（被联结件为圆形时用3~6个，为矩形时用4~8个）并尽量沿被联接件的外缘均匀布置。销钉的数量一般为2个并尽量错开布置，保证位置可靠。
5-2.3 定位件的设计：
导料板的作用与导料销的作用相同，但采用导料板定位时操作更方便，故采用导料板定位方式。
考虑零件尺寸较小，零件厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板、侧刃定距的定位方式。为减小料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双侧刃前后对角布置。
查课本冲压模具及设备中的表4-32，得
导料板厚度H2=6 mm
故导料板L2×B2×H2=160mm×100mm×6mm
5-24模柄的设计与选用：

模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上的，同时是模具中心通过滑块的压力中心。中小型模具一般都是通过模柄与压力机滑块连接的。因为此次设计的是中小型冲模，所以选用那个压入式模具。它与上模座孔一H7/m6配合并加上防转销钉防转。如图所示：

查书《冲压模具及设备》中的表3-5，取
模柄孔的直径为d=40 mm，深度为60 mm

5-2.5凸模固定板及垫板的设计：
凸模固定板的作用是将凸模或凸凹模固定在上模座或者下模座上的正确位置上。其外形与凹模的外形一致，取
mm
厚度可以取凹模厚度的0.6~0.8倍.可取厚度为：

=28mm
垫板的作用是承受并扩散凹模或凸模传递的压力，在压力超过木作材料的需用压力的时候，需要增加垫板。垫板的尺寸可以和凹模板的一致，
取：mm
其厚度可取3~10mm
6模具总体设计：
根据以上对模具的各个部件的计算，可以总结到各个主要部件的规格：
凹模轮廓尺寸：mm
凸模固定板尺寸：mm
垫板尺寸： mm

7选定冲压设备

在上述分析计算的基础上，进行模具结构的总体设计、画出结构草图，并初步确定出模具的闭合高度，初定模具的外形尺寸（包括模柄的直径和长度应与压力机滑块里的模柄孔径D、深度L相配合）。
模具的闭合高度是指冲模在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。冲模的闭合高度应与压力机的装模高度相适应，且闭合高度不能超过冲床最大行程最上限。
模具闭合高度与压力机装模高度的关系见下图

模具的闭合高度理论上为：

亦可写成
式中，H——模具闭合高度
——压力机最小闭合高度
——压力机的最大闭合高度
——垫板厚度
——连杆调节量
——压力机的最小装模高度
——压力机的最大装模高度
由于缩短连杆对其刚度有利，同时在修模后，模具的闭合高度可能要减小。因此一般模具的闭合高度接近于压力机的最大装模高度。所以在实用上为：

=95.2mm
=220mm
所以100.2H210

8参考文献：
【1】 徐政坤.冲压模具及设备【M】.北京：机械工业出版社，2005.1.
【2】 许发樾.模具标准化与原型结构设计【M】.北京：机械工业出版社，2009.6.
【3】 王嘉.冷冲模设计制造与实例【M】.北京：机械工业出版社，2009.7.
【4】 邓明.实用模具技术简明手册【M】.北京.机械工业出版社，2006.