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1、垫片冲压模具课程设计 I 垫片冲压模具课程设计 * 工程大学 班级： 专业： 学号： 姓名： II 摘 要 本次设计了一套落料、冲孔的模具。经过查阅资料，首先要对零件进行工 艺分析。经过工艺分析和对比，采用落料、冲孔工序。通过冲裁力、顶件力、 卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择 所需设计的模具。得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表 达出来。 冲压是当今机械行业中用的较多的加工方法，它利用冲压模具把板料分离 或者成形而得到制件。与切削加工相比，它具有材料利用率高、制品力学性能 好、生产效率高等优点。因为模具的生产主要是大批量生产，而模具可以保证
2、冲压产品的尺寸精度和产品质量，所以模具的设计和制造就直接影响制件的质 量。因此要更好更快地加工出合格的零件，就需要设计者不断改良，以达到精 益求精。本文设计的是平面垫圈模具， 垫圈内径 8mm ，外径 18mm ，材料为 Q195 ， 厚度为 1.5mm ，加工方法为冲孔、落料，综合各种加工方案，采用级进模冲裁， 生产效率高，操作简便，通过合理的设计可以达到较好的零件质量。 关键词： 冲压；级进模；垫圈 垫片冲压模具课程设计 II 目录 前 言 . 错误！未定义书签。 第一章 制件的工艺分析 . 错误！未定义书签。 第二章 设计过程 . 错误！未定义书签。 第三章 冲压工艺方案的确定 . 错误
3、！未定义书签。 第四章 冲裁模间隙值的确定 错误！未定义书签。 第五章 冲压工艺的主要计算 . 错误！未定义书签。 5.1 排样方式的确定及其计算 错误！未定义书签。 5.2 冲压力的计算 错误！未定义书签。 5.3 确定模具压力中心 错误！未定义书签。 5.4 工作零件刃口尺寸的计算 错误！未定义书签。 第六章 冲压设备选定 . 错误！未定义书签。 第七章 冲裁模的总体设计 . 错误！未定义书签。 第八章 模具零件设计 . 错误！未定义书签。 8.1 工作零件的设计 错误！未定义书签。 8.2 固定零件 . 错误！未定义书签。 8.3 卸料部件的设计 错误！未定义书签。 总结 . 错误！未定
4、义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。 1 第 1 章绪论 1.1冲压的概念 靠压力机和模具对板材、 带材、管材和型材等施加外力， 使之产生塑性变形 或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压和锻 造同属塑性加工（或称压力加工） ，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的 钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070% 是板材，其中大部分经过冲压制成成 品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电 器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、 生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 1.2 冲压的优势 与机械加工及塑性加工的其
5、它方法相比，冲压加工无论在技术方面还 是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。 (1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。 这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数 为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且 每次冲压行程就可能得到一个冲件。 （2） 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破 坏冲压件的表面质量, 而模具的寿命一般较长, 所以冲压的质量稳定, 互换 性好 , 具有“一模一样”的特征。 （3） 冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表 的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时
6、材料的冷变形硬化效应， 冲压的强度和刚度均较高。 （4） 冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加 热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。 由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相 当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道， 邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。 不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞 2 机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身， 车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝 纫机，手表里有80% 是冲压
7、件；电视机，收录机，摄像机里有90% 是冲压件； 还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具 的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需 要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密 集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点 才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。 1.3冲压的问题和缺点 当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产 生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些 问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来
8、的，而主要是由于传统 的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算 机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快而完善 的得到解决 3 第 2 章零件的工艺性分析及冲压模具总体结构设计 2.1零件工艺分析 零件名称：垫片 材料： Q195 外形尺寸：如图 2-1 所示 厚度： 1.5mm 大批量生产图 2-1 零件图 此工件只有冲孔和落料两个工序，材料为Q195，具有良好的冲压性，工件 结构简单而且对称，工件尺寸全部为自由公差。 2.2 拟定冲压工艺方案 该工件包括冲孔、落料两个基本工序，可以有以下三种工艺方案： 方案一：先落料，再冲孔。采用单工序模生产。 方
9、案二：冲孔一落料复合冲压。采用复合模生产。 方案三：先冲孔，后落料。采用级进模生产。 方案一，模具结构简单，但是有两道工序，则需要两套模具，成本高且效率 低，难以满足大批量生产。 方案二，只需要一套模具，生产效率高，不过精度要求也高，制造难度大， 且成品件容易留在模具上， 即是使用推出机构把成品推出， 也需要人手把成品移 走，影响生产速度。 方案三，同样需要一套模具，生产效率也高，操作方便，成品和废料都自动 落下，减少了人工的操作。 根据以上的分析和比较， 要满足大批量生产， 仅有方案三满足， 所以采用级 进模。 2.3冲压模具总体结构设计 1 模具类型 根据零件的冲裁工艺方案，采用级进冲裁模
10、。 4 2 操作与定位方式 零件大批量生产， 安排手工送料可以达到要求且降低模具成本，因此采用手 工送料方式。而定位方式就采用导料板导向、导正销导正，挡料销定位。 3 卸料和出件方式 因为零件料厚 1.5mm，可采用刚性卸料， 冲件和废料都采用直接从凹模洞口 推下的出方式，这样便可提高生产效率。 4 导向方式 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， 因此采用级模架精度。 5 第 3 章设计计算 3.1 排样设计与计算 该冲裁件形状对称且简单，因此排样如图3-1 所示： 图3-1 排样图 查表所得， a=1.2mm，a1=1mm 条料宽度偏差 =0.5mm 条料
11、与导料板之间的间隙b0=0.5mm 当条料在无侧压装置的导料板之间送料时，条料宽度B按下式计算： 0 0 2baLB(3-1) 式中B条料宽度，单位 mm； L冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸，单位mm； a冲裁件与条料侧边之间的搭边，单位mm； 条料下料时的下偏差值，单位mm； b0条料与导料板之间的间隙，单位mm。 根据公式 3-1，条料的宽度为： mmB 0 5.0 0 9 .20)5.02 .1218( 导板间距为 B0=B+ b0=20.9+0.5=21.4mm 模具每冲裁一次， 条料在模具上前进的距离称为送料进距或步距。当单个进 距内只冲裁一个零件时，送料进距的大小等于条料上两个零件
12、对应点之间的距 离。 A=D+al(3-2) 式中A送料进距，单位 mm； 6 D平行于送料方向的冲裁件宽度，单位mm； a1冲裁件之间的搭边值，单位mm。 根据式 3-2，送料进距 A=18+1=19mm 材料利用率计算公式： (3-3) 式中S1 一个进距内冲裁件的实际面积，单位mm 2； S0 一个进距内所需毛坯面积，单位mm 2； A 送料进距，单位 mm； B 条料宽度，单位 mm。 根据式 3-3， 材料利用率 3.2设计冲压力与压力中心，初选压力机 3.2.1冲压力 1.冲裁力 F=KLt (3-4) 式中F冲裁力，单位 N； L冲裁件周边长度，单位mm； K系数，取 K=1.3
13、； 材料抗剪强度，单位 MPa； t材料厚度，单位 mm。 在一般情况下，材料 b=1.3 ，为计算方便，也可以用下式计算冲裁力 F=Ltb (3-5) 式中b材料的抗拉强度，单位MPa 取b=350Mpa，根据式 3-5得： NtdDF b 428613505. 1)818(14. 3)( 2.卸料力、推料力、顶料力的计算 %100%100 1 0 1 AB S S S %4.51%100 9.2019 )49(14.3 %100 )( 2222 AB rR 7 (1)卸料力是将箍在凸模上的材料卸下时所需的力； (2)推料力是将落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出时所需的力； F缷=K卸F (3
14、-6) F推=nK推F (3-7) 式中K卸卸料力系数； K推推料力系数； n同时卡在凹模口内的冲裁件 卸料力、推料力系数，其值如表3.1所示 表 3.1 卸料力、推料力和顶料力系数表 查表 3.1 得，K卸=0.045，K推=0.05，n 取 5 卸料力F缷=K卸F=0.04542861=1929N 推件力F推=nK推F=50.0542861=10715N 3.2.2压力机选择 由于采用固定卸料和下出件方式, 所以 F= F+ F推=42861+10715=53576 N 因此可选压力机型号为JD23-25，参数如表 3.2 所示。 表 3.2 压力机参数 型号： JD23-25 公称压力
15、KN ：250 滑块行程 mm ：65 最大封闭高度 mm ：270 最大装模高度 mm:220 连杆调节长度 mm:55 工作台尺寸 (前后左 右)mm ：370560 垫板尺寸（厚度直 径）mm ：50200 模柄孔尺寸 (直径/ 深 度)mm ：40/60 8 最大倾斜角度： 30 度 3.2.3压力中心计算 通过压力中心计算公式可得压力中心处于O点，如图 3-2 所示 O 图 3-2 压力中心位置图 9 第 4 章凹凸模设计计算 4.1凸凹模刃口尺寸及公差 由于工件是圆形等简单规则形状，因此选用互换加工。 刃口尺寸计算按分开 加工的方法计算。 18 和 8 按 IT14 级选取， 查标
16、准公差数值表可将数据转化为 36.0 0 0 43.0 818、 (1)落料 d xDDd 0 max (4-1) 0 minmax 0 min pp ZxDZDD dp (4-2) (2)冲孔 0 m i n p xdd p(4-3) dd ZxdZdd pd 0 minmin 0 min (4-4) 式中Dp、Dd落料凸、凹模刃口尺寸，单位mm； dp、dd冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位mm； 工件公差，单位mm； p、d凸、凹模制造公差，单位 mm； x磨损系数。 查表得知： Zmax=0.15，Zmin=0.19，x=0.5 根据式 4-14-4，得： (1)落料 018.0 0 018.
17、 0 00max 785.17)43.05.018( d xDDd 0 018.0 0 018.0 0 min 595.1719.0785.17 p ZDD dp (2)冲孔 0 0 0 9.0 0 0 0 9.0 0 m i n 18. 8)36. 05.08( p xddp 009.0 0 009.0 0 0 min 37.819.018.8 d Zdd pd (3)孔中心距12.01912.0LLd 10 由于 04.0033.015.019.0015.0018.0 minmax ZZ dp ， 所以满足要求。 4.2凹模机构设计 由于零件形状简单， 故采用整体式凹模， 各冲裁的凹模孔均
18、采用线切割机床 加工。安排凹模具在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，使压力中心 尽量与模柄的中心线靠近。其轮廓尺寸如下： 查表得模具的高度和壁厚分别为 H=22 mm C=35 mm 凹模的宽度 B=D+2C=18+70=88，故取 B=100 mm 沿进料方向凹模长度L=R+r+L+2C=9+4+19+70=102，故取 L=105mm 凹模的结构示意图如图4-1 所示， 11 图4-1 凹模零件图 4.3凸模机构设计 4.3.1冲孔凸模设计 因为所冲的孔均为圆形， 而且都不属于要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模 采用圆柱头直杆圆凸模，加工简单，便于安装与更换。其计算如下： 凸模长度L
19、=h1+h2+h3+h4+h (4-5) 式中h1一一凸模固定板厚度，单位mm； h2一一卸料板厚度，单位mm； 12 h3一一导板厚度，单位mm； h4一一凸模进入凹模厚度，单位mm； h 一一根据安全因素增加的长度，单位mm。 取 h1=20mm，h2=14mm，h3=5mm，h4=1mm，h=15mm 根据式4-5 可得 L= h1+h2+h3+h4+h =20+14+5+1+15=55mm 冲孔凸模结构如图4-2 所示， 图4-2 冲孔凸模零件图 4.3.2落料凸模设计 结合工件外形并考虑加工， 讲落料凸模设计成台阶式， 采用线切割机床加工， 与凸模固定板的配合按H7/m6， 落料凸模
20、长度与冲孔凸模长度相同， 均为 55mm。 落料凸模结构如图4-3 所示， 13 图4-3 落料凸模零件图 4.4其他零件设计 4.4.1导正销设计 落料凸模下部设置一个导正销，借用工件直径8mm 的孔作为导正孔，导正 销与落料凸模端面的配合选用H7/n6。 导正销导正部分直径尺寸应略小于制件冲孔直径，则： d=d孔-2a=8-0.12=7.88mm (4-6) 式中d 一一导正销的直径，单位mm； d孔一一孔的直径，单位mm； a一一导正销和孔间的空隙，查表得为0.06，单位 mm。 查表得，导正高度h=1mm 导正销结构如图4-4 所示， 14 图 4-4 导正销零件图 4.4.2挡料销设
21、计 导正销安装在落料凸模的工作端面上，落料前导正销先插入已冲好的孔中， 确定内孔与外形的相对位置， 消除送料和导向中产生的误差。挡料销的位置， 应 保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能。则： e=A-D/2+d/2+0.1mm (4-7) 式中 A 送料进距； D落料凸模直径； d挡料销头部直径； 0.1 导正销往前推的活动余量。 根据式4-7 得，L=19-18/2+6/2+0.1=13.1mm 为了方便第一次冲孔时定位，在导料板上增加一个活动挡料销。 4.4.3导料板设计 导料板内侧与条料接触， 外侧与凹模齐平，导料板与条料之间间隙取0.5mm， 这样就可以确定了导料板的宽度为，导料板
22、厚度取5mm，采用 45 钢制作，热处 理硬度为 40-45HRC，用螺钉固定在凹模上。 15 4.4.4 卸料板设计 卸料以固定板卸料 ,出件是以凸模往下冲即可,因此不用设计出件零件.固定 卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同,其厚度取 8mm。采用 45 钢制造，淬火 硬度为 40-45HRC。 结构如图 4-5 所示， 图4-5 卸料版零件图 4.4.5模架与其他零部件设计 该模具采用中间导柱模座，模柄选标准模柄A40100，导柱选 28130， 导套选 284285。上模座厚度为 30mm，上垫板厚度为10mm，固定板厚 16 度为 20mm，材料选用 45 钢制造，调质处理，固定板结
23、构如图4-6 所示，下模 座厚度为 35mm，那么该模具的闭合高度： H闭=H上+H垫+L+H+H下-h (4-8) 式中： h 一一凸模冲裁后进入凹模的深度，h=1mm； L 一一凸模长度， L=55mm； H 一一凹模厚度， H=22mm。 根据式4-8 得，H闭=30+10+55+22+35-1=151mm。 可见该模具闭合高度小于所选压力机的最大装模高度（220mm） ， 可以使用。 图4-6 固定板零件图 4.5818 垫圈级进模装配图 818 垫圈级进模主视图如图4-7 所示，B-B剖面图如图 4-8 所示， A-A 剖面图如图 4-9 所示。 17 BB 图 4-7 主视图 1-
24、上模架； 2-导套； 3-导柱； 4-模柄； 5- 上垫板； 6-固定板； 20-活动挡料 销；21-导料板 1；22-导料板 2 18 图 4-8 B-B剖面图 19 图 4-9 A-A 剖面图 7-内六角圆柱头螺钉M8 45；8- 圆柱销655；9- 圆柱销 612；10-冲 孔凸模；11-落料凸模； 12-卸料板； 13-导正销； 14-挡料销； 15-凹模；16-下模 架；17-圆柱销 870； 18-内六角圆柱头螺钉M8 40；19内六角圆柱头螺钉M8 16 第 5 章总结 毕业设计是大学最后的一个课程，也是对大学生活所学习的知识的概括。在 这里冲压模具设计中， 我综合运用了本专业所
25、学的课程的理论进行了一次冷冲压 模具设计，为以后设计模具奠定了基础。 20 通过这次毕业设计， 我明白到一项设计不是想象那么简单，即是是垫圈这么 简单的零件， 设计中也有很多需要注意的细节。从一开始不知道如何入手， 接着 到借鉴别人的设计， 到后来加入自己的设想， 最后从有经验的人士中学到一些未 接触过的知识。 一步一步地走来， 从中提高了我的独立工作能力，巩固和扩充了 模具的知识， 熟悉了模具的基本结构， 熟悉了模具规范和便准， 提高了计算能力 和绘图能力， 我明白到设计要依靠很多学科的知识和现实的经验。虽然这次设计 勉强完成了， 但是我模具设计的知识依然欠缺，需要在以后继续阅读资料， 吸取
26、 经验。要想成为一名合格的模具设计人员，就需要不断虚心学习，不断专研，这 样才能更上一个新台阶。 此外，我还得出一个结论： 知识必须通过应用才能实现其价值。有些东西以 为学会了，但是真正到用的时候才发现是两回事，所以只有能真正会用的时候才 是真的学会了。 垫片冲压模具课程设计 1 参考文献： 【1】李建军、李德群 . 模具设计基础及模具CAD. 北京：机械设计工业出版社， 2005.7 【2】薛啟翔 . 冲压模具设计和加工计算速查手册. 北京：化学工业出版社 2007.10 【3】陈剑鹤 . 模具设计基础 . 北京：机械设计工业出版社2003.2 【4】王秀凤万良辉 . 冷冲压模具设计与制造
27、. 北京：北京航空航天大学出版社， 2005.4 【5】张如华 . 冲压工艺与模具设计 . 北京：清华大学出版社， 2006.1 2 致谢 本毕业设计是在老师的亲切关怀和耐心指导下完成的，从课题的选择到论文 的最终完成， 老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。老师强调图纸的格式 规范；在画图时，我的问题，老师都是有问必答，而且耐心地解析每个细节；初 稿完成后，老师又不辞劳苦地帮我一遍又一遍地检查图纸，接着又指点我如何修 改。老师已经无数遍地阅读了我的说明书和图纸，在老师一次又一次地指导下， 我的设计终于完成了。老师宅心仁厚，不慕荣利，在他的身上，我们可以感受到 一个学者的严谨和务实， 这些都让我们获益菲浅， 并且将终生受用无穷。 毕竟 “经 师易得，人师难求”，希望借此机会向老师表示最衷心的感谢！ 此外，本文最终得以顺利完成， 也是与班上的所有同学的帮助分不开的，他 们帮我查阅资料， 画图时指出错误， 在编辑说明书时， 不会的功能都是他们教我 的。 同时，能走到今天，所有的任教老师都是功不可没的，没有他们的教导，我 也不可能完成。因此，真诚地感谢各位老师，谢谢你们的言传身教熏陶了我。我 会永远地记住你们！