垫圈冲压模具设计要点.pdf

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1、专科生毕业设计（论文）评语 学生姓名：学号： 0801080127 学院：荣成学院专业：模具 08-1 任务起止时间：2011 年 5 月 13 日至 2011 年 6 月 15 日 毕业设计（论文）题目：垫圈冲压模具设计 指导教师对毕业设计（论文）的评语： 指导教师签名：指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语： 评阅教师签名：评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语： 答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名：职称： 年月日 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）任务书 学生姓名：学号： 0801080127 学院：荣

2、成学院专业：模具 08-1 任务起止时间：2011 年 5 月 13 日至 2011 年 6 月 15 日 毕业设计（论文）题目：垫圈冲压模具设计 毕业设计工作内容： 结合硅钢板的结构特点，分型其冲压工艺特性，确定冲压成型 工序，设计一套完整的冲压模具，并给出典型零部件零件图。 1. 了解毕业设计内容，查阅资料（5 月 13 日5月 20 日） 2. 确定硅钢板冲裁工序，完成总装图和零件图的设计。（5 月 21 日6 月 3 日） 3. 撰写论文，准备毕业答辩（6 月 4 日6 月 15日） 。 资料： 1. 中国模具设计大典 2. 梅伶模具课程设计指导 . 3. 刘建超冲压模具设计与制造 指

3、导教师意见： 签名： 年月日 指导教师意见： 签名： 年月日 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 垫圈冲压模具设计 摘要 本文首先介绍了冲压成形与模具技术概况, 包括冲压成形与模具 技术的概念、冲压设备的选用、冲压工序的分类，冲模的分类，冲 模设计与制造的要求，常见冲压设备种类，设备选用和模具安装 等。然后针对圆形垫片，分析了冲压工艺方案，确定了排样方式及 设计方法等；在模具结构设计中，主要介绍了冲压力与压力中心的 计算，工作零件刃口尺寸计算，工作零件设计及其他模具结构零件 设计等。最后选择了模架，绘制了总装图和零件图。所设计的垫片 冲压模具结构基本合理，基本符合生产要求。 关键词冲压设备；压力中心

4、；刃口尺寸 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 目录 摘要 I 第 1 章 绪论 . 1 1.1 冲压成形与模具技术概述 1 1.1.1 冲压与冲模概念 . 1 1.1.2 冲压工序的分类 . 1 1.1.3 冲模的分类 . 1 1.1.4 冲模设计与制造的要求 . 1 1.2 冲压设备及选用 2 1.2.1 常见冲压设备 . 2 1.2.2 冲压设备的选用 . 2 1.2.3 模具的次序 . 3 第 2 章 工艺方案的分析及确定 . 4 2.1 零件图 4 2.2 零件的工艺分析 4 2.3 工艺方案的确定 5 2.4 排样的确定 5 第 3 章 模具结构设计 . 6 3.1 冲压力与压力中心的计

5、算 6 3.1.1 冲裁方式与冲压力的计算 . 6 3.1.2 冲裁力的计算 . 6 3.1.3 卸料力、推件力的计算 . 6 3.1.4 总冲裁力的计算 . 7 3.1.5 压力中心的计算 . 7 3.1.6 冲模刃口尺寸的计算 . 7 3.2 工作零件刃口尺寸计算 8 3.3 工作零件结构设计与其他模具结构零件 9 3.3.1 凹模尺寸 . 9 3.3.2 凸凹模尺寸 . 9 3.3.3 冲孔凸模尺寸 . 9 3.3.4 其他模具结构零件 . 9 3.3.5 典型零件加工工艺方案如下 . 9 3.4 模架选择 10 第 4 章 总装图 . 11 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 结论 . 12

6、 参考文献 . 13 致谢 . 14 附录 . 15 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 第1章 绪论 1.1 冲压成形与模具技术概述 1.1.1 冲压与冲模概念 冲压：在温室下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压 力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工 方法。 冲模：在冲压加工中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装 备，称为冲压模具。 在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高 效的冲压设备是必不可少的三要素 1 。 1.1.2 冲压工序的分类 冲压加工因制件的形状、尺寸和精度的不同，所采用的工序也 不同。根据材料的变形特点可将冲压工序分为分离工序和成形工序 两类。

7、 分离工序是指坯料在冲压力的作用下，变形部分的应力达到强 度极限以后，是坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要有剪裁和 冲裁等。 成形工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服 极限，但未达到强度极限，是坯料产生索性变形，称为具有一定形 状、尺寸与精度制件的加工工序。成形工序主要有弯曲、拉深、翻 边、旋压等 2 。 1.1.3 冲模的分类 1 根据工艺性质分类：冲裁模、弯曲模、拉伸模、成形模。 2 根据工序组合程度分类：单工序模、复合模、级进模。 1.1.4 冲模设计与制造的要求 1.1.4.1冲压成形工艺设计 (1)冲压原材料利用率高，即材料消耗应尽可能少。 (2)根据工厂的具体生产条

8、件，制定工艺方案应技术上先进可 行，经济上合理。 (3)工序组合方式和工序排列顺序应符合冲压变形规律，能确保 冲压合格的工件。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 2 - (4)工序数量应尽可能少，生产效率尽可能高。 (5)制定的工艺规程，应方便工厂的生产组织与管理 3 。 1.2 冲压设备及选用 1.2.1 常见冲压设备 冲压设备属锻压机械。常见冲压设备有机械压力机和液压机。 机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式，按滑块 个数可分为单动和双动，按床身结构形式可分为开式和闭式，按自 动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。而液压机按工作介质 可分为油压机和水压机 4 。 1.2.2

9、 冲压设备的选用 压力机应根据冲压工序的性质、生产批量的大小、模具的外形 尺寸以及现有设备等情况进行选择。压力机的选用包括选择压力机 类型和压力机规格两项内容。 1.2.2.1压力机类型的选择 (1)中、小型冲压件选用开式机械压力机。 (2)大、中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。 (3)导板模或要求导套不离开导柱的模具，选用偏心压力机。 (4)大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机。 (5)校平、整形和温热挤压工序选用摩擦压力机。 (6)薄板冲裁、精度冲裁选用刚度高的精密压力机。 (7)大型、形状复杂的拉伸件选用双动或三动压力机。 (8)小批量生产中大型厚板件的成形工序多采用液压压力

10、机 5 。 1.2.2.2压力机规格的选择 (1) 工 称 压 力 拉 深 时 压 力 机 吨 位 比 计 算 出 的 拉 伸 力 大 60%100%。 (2)滑块行程长度成形拉伸件和弯曲件应使滑行块长度大于制件 高度的 2.53.0倍。 (3)行程次数应根据材料的变形要求和生产率来考虑。 (4)工作台面尺寸当制件或废料需下落时，工作台面尺寸必须大 于下落件的尺寸。对有弹定装置的模具，工作台面孔尺寸还应大于 弹顶装置的外形尺寸。 (5)滑块模柄尺寸模柄孔直径要与模柄直径相符合，模柄孔的深 度应大于模柄的长度。 (6)闭合高度。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 3 - (7)电动机功率的选择必

11、须保证压力机的电机功率大于冲压时所 需要的功率 6 。 1.2.3 模具的次序 (1)根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度，使滑块在下至 点时其底平面与工作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。 (2)先将滑块升到上止点，冲模放在压力机工作台面规定位置， 在将滑块停在下止点，然后调节滑块的高度，使其底平面与冲模座 上平面接触。 (3)将压力机滑块上调35mm，开动压力机，空程12 次，将滑 块停于下止点，固定住下模座。 (4)进行试冲，并逐步调整滑块到所需的高度 7 。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 4 - 第2章 工艺方案的分析及确定 2.1 零件图 本文所设计的垫片零件图如图2-1 所示

12、。 图 2-1 垫片零件图 技术要求： 1.零件名称：圆垫圈 2.材料： 20 3.材料厚度： t=1.5 mm 4.工件精度： IT14 2.2 零件的工艺分析 冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一 般来讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法 将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺 性就差。当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术 水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定冲压件的结构，形 状 ， 尺 寸 等 是 确 定 冲 裁 件 工 艺 实 应 性 的 主 要 因 素 。 根 据 这一要求对该零件进行工艺分析如下： 1 材料

13、 :该冲裁材料为20 钢是普通碳素钢 ,具有良好的可冲压 性。 2 零件结构：该冲裁件结构简单，比较适合冲裁。 3 尺寸精度：该冲裁件尺寸精度采用IT14 级。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 5 - 2.3 工艺方案的确定 确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数， 工序的组合和顺序等。确定合理的冲裁工艺方案，应进行全面的工 艺分析分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个最佳的 合理冲压工艺方案 8 。 该零件包括落料、冲孔两个基本工序,可以采用以下3 种工艺方 案： (1)先落料，后冲孔，采用单工序模生产。 (2)落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。 (3)冲孔-落料连

14、续冲压，采用级进模生产。 方案 (1)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，难以满足大批量的生产要求。方案(2)和方 案(3)对于该零件都可以采用，为更好地保证尺寸精度，最后确定用 复合冲裁的方式进行生产。 工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以 采用倒装复合模结构及弹性卸料方式。 2.4 排样的确定 在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特 别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本 的有效措施之一。 排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。冲件的合理 布置(即材料的经济利用 )，与冲件的外形有很大关系 9

15、。 根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而 根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的 排样两种 10 。 考虑到该制件的生产纲领与加工条件，采用条料加工有余料的 排样。排样图见图2-2。 图 2-2 排样图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 6 - 第3章 模具结构设计 3.1 冲压力与压力中心的计算 3.1.1 冲裁方式与冲压力的计算 当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须 适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。选取的冲裁方式不同 时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。因此冲裁方式将直接 决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量 11 。

16、3.1.2 冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，考虑到刃口 的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因 素的影响，可取安全系数为1.3，于是在生产中冲裁力便可按下式计 算： F=1.3LT式(3-1) 式中 ：L 冲裁轮廓的总长度 (mm); T板料厚度 (mm); 板料的抗剪强度 (MPa)。 经查资料取 = 300MPa， 按 10 钢板计算 将相应数据代入，得冲裁力为： 落料 F=1.3 (3.14 11 2) 1.5 300=40.4KN 冲孔 F1=1.3 3.14 5 2 1.5 300=18.4KN 3.1.3 卸料力、推件力的计算 由于影响

17、卸料力、推件力的因素很多，无法准确计算。在生产 中均采用下列经验公式计算： FQ1=K1F (N) 式(3-2) FQ2=K2nF (N) 式(3-3) 式中： FQ1、FQ2分别为卸料力、推件力； K1、K2分别为卸料力系数、推件力系数，其值见表3-1 n同时卡在凹模孔内的工件或废料数， F冲裁力 (N)，按式 (3-1)计算。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 7 - 表 3-1 卸料力、推件力系数表 材料种类板料厚度 /mm K1 K2 钢0.1 0.06 0.09 0.1 钢0.1 0.5 0.045 0.07 0.063 钢0.5 2.5 0.025 0.06 0.055 钢2.5

18、6.5 0.02 0.05 0.045 查表 3-1 得 K1=0.05 K2=0.055。代入公式得： 卸料力 FQ1=K1F=40.4 0.05=2.02KN 推件力 FQ2=K2nF=0.055 1 18.4=1.01KN 3.1.4 总冲裁力的计算 根据工件的要求已及对模具的要求，故选总冲压力为： F 总=40.4+18.4+2.02+1.01=61.830.050KN 3.1.5 压力中心的计算 该零件是对称的，所以压力中心在该零件的几何中心。 3.1.6 冲模刃口尺寸的计算 对于冲制薄材料，采用配制法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首 先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具

19、刃口各 个尺寸在磨损过程中是变大、变小还是不变这三种情况，然后分别 按不不同的公式计算 12 。 为保证凸、凹模之间的间隙值，必须采用凸、凹模配合加工的 方法。 由于此零件为落料件，所以采用凹模为基准件，根据凹模磨损 后的尺寸变化情况。 凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A 4 1 0m a x )(xAA 式(3-4) 凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B 0 4 1m i n )(xBB 式(3-5) 凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C 8 1 ) 2 1 ( m i n CC 式(3-6) 式中： A、B、C模具基准件尺寸，单位mm； 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 8 - Amax、

20、Bmin、Cmin工件极限尺寸，单位mm； 工件公差，单位mm。 表 3-2 磨损系数x 板料厚度t/mm 非 圆 形圆 形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工 件 公 差 /mm 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.17 0.35 0.21 0.41 0.25 0.49 0.31 0.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.2 0 0.24 0.30 以上是落料凹模的计算方法，相应的凸模应按凹模的尺寸配 置，并保证最小的间Zmin间隙值的确定查下表确定： 由 IT=14，查公差表得： 又由 t=0

21、.5mm 查表取： x=0.5 凸、凹模分别按IT14 级加工制造，冲孔10mm，查公差表， 取 x=0.5； f=0.009mm； d=0.015mm 校核 p + dmax Z - min Z 式(3-7) 0.009+0.015 0.240-0.132 0.024 0.108 所以 d d = .0 009. 0 )36.0*5. 010( = 0 009.0 18.10 mm p d = 015.0 0 )132. 018.10( = 015.0 0 312.10 mm 落料 22mm： 校核 P + D max Z - min Z 式(3-8) 0.013+0.021 0.240-0

22、.132 所以 d D = d xD 0max )( = 021. 0 0 )52.0*5. 022( = 021. 0 0 74.21 mm p D = 0 min )( p ZDd = 0 013.0 )132.074.21( = 0 013.0 608.21 mm 3.2 工作零件刃口尺寸计算 落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配置。冲 孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制 13 。既已落 料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 9 - 3.3 工作零件结构设计与其他模具结构零件 3.3.1 凹模尺寸 凹模厚度H=Kb(15

23、mm)=0.26 100=26mm 其中 K 查表 3-2，利用插值法得 K=0.26。 凹模边缘壁厚C (1.5 -2)H C=(1.5-2)26=(39-52),实取 C=50mm 凹模边长 L=b+2C=100+2 50=200mm 查标准 JB/T 6743.1-94；凹模宽 160mm。 因此确定凹模外形尺寸为200 160 26mm，将凹模板做成薄型 形式并加空心垫板后实际凹模尺寸为200 160 20mm。 表 3-3 凹模厚度系数K tb 1 2 500.35 0.42 50-100 0.22 0.28 3.3.2 凸凹模尺寸 凸凹模长度：L=h1+h2+h 式(3-9) =2

24、0+20+16.6=56.6mm 式中： h1凸凹模固定板厚度； h2卸料板厚度 h 增加高度（包括凸凹模进入凹模的深度，弹性元件安 装高度） 。 3.3.3 冲孔凸模尺寸 冲孔凸模尺寸： L 凸=h1+h2+h3 式(3-10) =20+10+20=50mm 式中： h1凸模固定板厚度 h2空心垫板厚度 h3凹模板厚度。 3.3.4 其他模具结构零件 根据凹模零件尺寸，结合倒装式复合模结构特点，查JB/T 2885.1-94，确定其他模具结构零件，如下表3-5 所示。 3.3.5 典型零件加工工艺方案如下 典型零件凹模板的加工工艺为：备料热处理 磨平面 钳工 磨平面 热处理 线切割 14 。

25、工艺过程如表3-4。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 10 - 表 3-4 凹模板加工工艺 序号工序名称工序的主要内容 1 备料根据图纸下适合的毛胚料 2 热处理退火 3 磨平面铣(刨)六平面 4 钳工 划线、打螺纹孔、销钉孔和 穿丝孔 5 磨平面光上下平面至图纸要求 6 热处理淬火、回火达到硬度要求 7 线切割线割内型 ,保证间隙达到要求 3.4 模架选择 模架选用适合中等精度，上下滑平稳，可横向送料，适于大批 量生产的后侧导柱模架。根据凹模尺寸的确定查表得模架参数： 表 3-5 模架参数 模架L=63 B=63 开模最大高度115mm 上模座636320 下模座636330 导柱1890

26、 导套186018 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 11 - 第4章 总装图 根据零件的设计，凸凹模的设计，冲压力的计算，中心压力的 计算，刃口尺寸计算以及其他模具的相关设计分析等，绘制模具总 装配图 4-1。 1.下模座；2.导柱；3.弹簧；4.卸料板；5.活动挡料销； 6.导套； 7.上模座；8.凸 模； 9.推板； 10.模柄；11.模柄；12. .冲孔凸模；13.凸模压板；14.凸模固定板 .；15.凹 模固定板；16.凸凹模；17.落料凹模；18.垫板； 图 4-1 模具总装图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 12 - 结论 针对圆形垫片的具体结构，所设计的模具为落料冲孔复合模

27、具，设计过程包括对零件的分析，工艺方案的确定，排样的确定， 冲裁力，卸料力和推力的计算，刃口尺寸的计算，工作零件结构， 凹模，凸模尺寸计算与设计，其他模具零部件的选择以及模架的选 择。 通过本次设计得知圆垫圈采用复合模是因为它具有以下一些优 点：工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；生产效率 高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生 产。它的缺点是：模具零部件加工制造比较困难，成本较高，并且 凸凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些内孔间距、内孔与边 缘间距较小的下件不宜采用。由于复合模本身所具有的一些优点较 明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择复合模结 构。

28、哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 13 - 参考文献 1梅伶模具课程设计指导北京：机械工业出版社，2010 2魏春雷冲压工艺与模具设计北京：北京理工大学出版社， 2008 3王卫卫材料成形设备北京：机械工业出版社，2010 4甘永立几何公差与检测上海：上海科学技术出版社，2008 5杨占尧冲压模具图册北京：高等教育出版社，2008 6. 孙桓，陈作模，葛文杰机械原理北京：高等教育出版 社，2006 7. 翁其金冷冲压技术北京：机械工业出版社，2000 8. 丁松聚冷冲模设计北京：机械工业出版社，1994 9. 成虹冲压工艺与模具设计北京：高等教育出版社，2000 10. 杜东福冷冲压模具设计长

29、沙：湖南科学技术出版社，1985 11. 吴诗淳冲压工艺学西安：西北工业大学出版社，1995 12. 骆志斌模具工实用技术手册南京：江苏科学技术出版社， 2000 13. ShoWaDenGYosha AmemiyaT AdvancedFxonometricsM ， 1985 14. Yingbin Bao A comparative study on various ductile crack formation criteria. Journal of engineering materials and technology， 2007 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 14 - 致谢 本

30、文是在论文指导老师精心指导和大力支持下完成的。老师以 其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的 工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。在此次课程设 计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识，对其现状和未来发 展趋势有了很大的了解。 通过这次模具设计，本人在多方面能力都得到了提高。通过这 次课程设计，综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实 际知识进行一次冷冲压模具设计，通过实际设计从而培养和提高了 自己的独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的 内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的 基本的模具技能，懂得了从分析零件的工艺性入手，

31、确定工艺方 案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了 相应规范和标准，同时对各科相关的课程都有了全面的复习，独立 思考的能力也有了提高。并提高了查阅设计资料和手册的能力，熟 悉了设计中的标准和规范等。 在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合 运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心 情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 15 - 附录 附录 1 凹模固定板 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 16 - 附录 2 垫板 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 17 - 附录 3 固定板 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 18 - 附录 4 落料凹模 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 19 - 附录 5 上模座 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 20 - 附录 6 凸凹模 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 21 - 附录 7 凸模固定板 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 22 - 附录 8 凸模压板 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 23 - 附录 9 下模座 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 24 - 附录 10 卸料板