垫片冲压模具设计

1湖北文理学院理工学院冲压工艺及模具设计课程设计设计题目：垫片零件冲压工艺及模具设计系部：机械工程技术系班级：机械1213班姓名：李诚泽学号：12316320指导教师：陈聚生完成时间：2015年6月7日2前言冲压加工作为一种零件成型工艺技术，在产品制造中应用相当的广泛。全世界的钢材，有60%～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成产品的。在冲压加工中，冲压工艺与模具的合理性和先进性决定了冲压产品的质量和冲压加工的经济性。国内模具技术水平正飞速的发展，随着冲压工艺与模具技术的深入研究和发展，新技术、新工艺得到了大量的应用。在模具行业中，级进模（也叫连续模）由多个工位组成，各工位按顺序关联完成不同的加工，在冲床的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工。一次行程完成后，由冲床送料机按照一个固定的步距将材料向前移动，这样在一副模具上就可以完成多个工序，一般有冲孔，落料，折弯，切边，拉伸等等。通过本次设计的级进模具，可以巩固模具理论知识，训练我的设计能力、创新能力、知识综合应用能力，全面提高我的综合素质。在本设计报告中，可以清晰的看到每次设计的步骤和结果，不断地讨论和学习，给我的级进模具的设计带来了很大的帮助。全面的设计都有自己的不断努力的结果，相信在今后的设计中，能够给自己更大的帮助。本设计报告中有系统的模具设计要点、完整的典型模具设计、充足的设计步骤、清晰的设计绘图技巧、一定的设计资料的查询，可方便学者依据自己的知识基础和兴趣在不同的资料中查找到相关的理论。本设计也采用了合适的设计手段完成一套模具设计。本设计报告内容浅显易懂，图文并茂，既有简单的理论指导，又有实用性。由于时间仓促、水平有限，本设计报告中难免出现纰漏和错误，敬请读者批评指正，不胜感激。3目录一、冲压件……………………………………………………………4二、成形工艺分析……………………………………………………4三、冲压模具总体的相关设计……………………………51.排样设计……………………………………………52.材料利用率……………………………………………63.冲压力的计算……………………………………………64.压力中心的确定……………………………………………75.工作零件刃口尺寸的计算……………………………………76.冲裁模具主要零部件的结构设计……………………………97.设计和选用卸料板及卸料螺钉……………………………118.橡胶弹性元件的选用及计算……………………………139.选择模架及其他模具零件……………………………13四、压力机的校核……………………………………………………15五、级进模具的总装配图……………………………………………15六、总结……………………………………………………………16七、参考文献……………………………………………………………174一、冲压件冲压件图如下所示：冲压技术要求：1、材料：08钢2、料厚：t=2mm3、生产批量：大批量二、成型工艺分析垫圈的冲裁件产品见任务书所示，垫圈的技术要求为：材料为08钢。厚度为t=1±0.15mm。外圈的直径为25mm，内孔的直径为8mm，其余的尺寸按为注公差等级IT14设置。根据垫圈零件的结构特点，零件的冲裁成型工艺包括冲孔和落料两个基本工序，可以采用单工序形式，也可以采用复合工序的形式，以及连续模具的工序形式。具体的工艺方案如下：方案一：先落料，后冲孔，单工序模具结构形式。方案二：落料和冲孔同时进行。复合模具结构形式。方案三：先冲孔、后落料的连续模具结构形式。三种方案中，单工序模具结构简单，工艺相对简单，制造成本低，易于加工和模具的维修，但需要使用两幅模具，也适用于小批量或试制件生产。其中所需工艺力相对较小，易于保证零件的精度，单个模具的制造成本低，但会导5致综合工序的模具数量过多，生产分序过多而导致总成本增加，降低生产率。级进模具（也叫连续模具）由多个工位组成，各工位按顺序并联完成不同的加工，在冲床上的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工，一次行程完成以后，由冲床送料机按照一个固定的步距将材料向前移动，这样在一副模具中就可以完成多个工序，具有很高的生产效率。同时，级进模具操作安全，易于实现自动化，减少冲床场地面积，减少半成品的运输和仓库占用等。复合模具可以把落料和冲孔两个工序组合在一副模具上，一次性完成冲裁。但在模具零部件加工制造上比较的困难，成本较高。并且凹凸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。根据垫圈的生产批量，材料的厚度，尺寸的精度要求等，选择使用级进模具比较的合理。其模具结构成本都比较的合适，以垫圈级进模具为载体的项目较为全面的将冲裁基础知识进行了应用。合理的组合了项目理论知识并基于级进模具的结构，学习单工序的冲孔、落料模具知识。三、冲压模具总体的相关设计1、排样设计设在先冲孔后落料的级进模具时，要先进行条料的排样图设计。根据安装板工件的结构形状，可采用下图所示的排样方法。由于08钢为及软的碳素钢，强度、硬度很低。而韧性和塑性极高，但存在时效敏感性，淬硬性极低，同时考虑生产用原材料条料的取值特点：条料的宽度B=D+2a=（25+2x1.5）mm=28mm其中：B为条料宽度的基本尺寸；D为条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸；a为侧搭边值，查表1-11搭边最小值可得。模具的结构采用有侧压装置进行送料，选取工件与条料之间的搭边值为1.5mm，冲裁件之间的搭边值为1mm（因为冲小孔时，凸模易折断，间隙应取大值）。62、材料利用率η=A/(B×S)×100%=60.5%其中：A为一个步距内冲裁件的实际面积；S为送料步距（相邻两个冲裁件对应点之间的距离）；B为条料的宽度。3、冲压力的计算该模具采用级进模具结构，采用弹性卸料、打杆出件的结构形式，冲裁力的相关计算如下：（1）冲裁力：F=KLtτ=1.3×（25+8）×3.14×0.9×360N≈43.6KNk为系数1.3；L为冲裁件的周边长度，即刃口周长（mm）；t为材料的厚度；τ为材料的抗剪强度（MPa），查表1-1可得。（2）卸料力：FX=KX×F=0.04×43.6≈1.7KN（3）推荐力：FT=KT×F=0.05×43.6≈2.2KN（4）顶件力：Fd=Kd×F=0.06×43.6≈2.6KN其中KX、KT、Kd表示系数，其值查表1-14可得。因为采用弹性卸料装置和下出料方式，压力机的公称压力Fz=F+Fx+Ft=47.6KN.7在上述计算中，冲裁力计算公式中的L值为落料周边的刃口长度与两个冲孔刃口周边的总和，同时依据计算出的冲裁力并结合模具结构及外形尺寸，初选压力机设备为J23-6.3。其主要工艺参数如下：最大压力为63KN，滑块行程35mm，最大闭合高度150mm，闭合高度调节量35mm，工作台尺寸（前后×左右）200mm×310mm，模柄尺寸￠25×40mm。压力机的选择依据《模具课程设计指导》P118-5.12冷冲压成型常用设备选取。4、压力中心的确定垫圈零件为对称性的规则形状，其级进模具中的刃口形状，所以，模具的冲裁压力中心与几何中心重合。5、工作零件刃口尺寸的计算在进行零件刃口计算之前，先要考虑工作零件的加工方法及模具的装配方法。根据模具结构及产品的生产情况，比较合适采用配合加工的制造方法，这样易于保证冲裁的刃口间隙，降低制造成本，简化模具装配工作，所以工作零件的刃口尺寸按照配合加工的方法进行计算。安装板级进模具的刃口零件主要尺寸计算（单位：mm）如下：根据图样尺寸的精度和技术要求，因为图中未标注尺寸公差，所以都选用基本尺寸/mm标准公差等级IT6IT7大于至um610915183013218IT14，查《互换性与测量技术》可得到以下结果：其中，凸模的设计按IT6，凹模的设计按IT7选用，零件的主要尺寸为：￠25±0.26mm，￠8±0.18mm。凹凸模刃口尺寸计算中X=0.5，因为冲裁件的公差等级低于IT14或小批量生产时，取X=0.5。由于安装板材料的塑性较大，材质偏软，结合经验考虑，刃口间隙值取12.5%t=0.225mm，通常刃口间隙的经验值取值范围为（10%～12.5%）t，该间隙查阅资料《冲压成型工艺与模具设计》可得：当t=0.9mm时，Zmax=0.126mm，Zmin=0.09mm，所以符合模具的设计要求。1)对于落料的公称尺寸Dd=（Dmax-X△）=（25.26-0.5×0.52）=25mm，上偏差为+0.021mm，下偏差为0；Dp=（Dd-Zmax）=（25-0.090）=24.91mm，上偏差为0，下偏差为-0.013mm。经∣￡p∣+∣￡d∣≤Zmax-Zmin校核，满足模具的设计要求。2)对于冲孔的公称尺寸dp=（dmin+X△）=(7.92+0.5×0.36)=8mm;dd=（dp+Zmin）=（8+0.09）=8.09mm。经∣￡p∣+∣￡d∣≤Zmax-Zmin校核，满足模具的设计要求。6、冲裁模具主要零部件的结构设计工作零件的设计（1）凸模结构设计9凸模的结构设计形式主要由冲裁件的形状、尺寸及加工工艺等条件决定，凸模刃口截面轮廓形状通常为规则和不规则的，其结构形式有整体式，镶拼式，台肩式，直通式和护套式等。由于凸模直接成型产品零件，所以凸模本身有较高的加工精度要求，其与固定板安装通常采用H7/m6的过度配合或较小的间隙配合形式。1)冲孔凸模（台肩式凸模）h1=12为凸模固定板的厚度；h2=12为卸料板的厚度；h3=8为到料板的厚度；h=15为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离，一般为15～30mm。查阅相关资料可知：h1=（60%～80%）H;h2=（80%～100%）H;h3取6～8mm。H为凹模的设计。￠d=8mm；￠D1=￠d+（3～5）=12mm；￠D=￠D1+(3～5)=16mm。2)落料凸模：￠d=25mm；￠D1=29mm；￠D=33mm。（2）凹模结构设计10冲裁时凹模受冲裁力和侧向挤压力的作用，由于凹模各结构形式的固定方法不同，受力情况又比较的复杂，目前还不能用理论方法确定凹模的轮廓尺寸。查表1-18（系数k值）可得：k=0.35mma、凹模的厚度H（≥15mm）=kb1=25×0.35=8.75mm，所以H=15mm。其中b1为凹模宽度方向上刃口孔壁间的最大距离。b、凹模宽度B的计算公式为B=b1+（2.5～4）H=25+3×15=70mmc、凹模长度L的计算公式为L=L1+2C=34+2×22=78mm。其中L1为凹模长度方向刃口孔壁间的最大间隙；C为凹模长度方向上孔壁间与凹模边缘最小，可查表1-19凹模孔壁至边缘的距离得C=22mm。凹模结构如下图：11(3)、挡料销的设计挡料销起定位作用，用它挡住搭边或冲裁件轮廓以限定条料送进距离。查表1-23（固定挡料销）可得基本尺寸：7、设计和选用卸料板及卸料螺钉（1）卸料板：卸料以卸料板卸料，固定卸料板的平面尺寸一般与凹模板相同，其厚度由上面的设计可得h2=12mm，固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。根据以上信息可设计得出卸料板的结构如下图所示：12（2）卸料螺钉：选用45钢，热处理硬度HRC35～40的圆柱内六角卸料螺钉，卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为￠8mm，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凹模端面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。8、橡胶弹性元件的选用及计算橡胶的压缩量不能过大，否则会影响其压力和寿命。13压缩量L=L工作+L修磨mm=1+7mm=8mm。其中，L工作为卸料板的工作行程，L修磨为凸模总修磨量，一般取5～10mm。橡胶的厚度H=L/(0.25～0.3)mm=29mm。（取0.25～0.3得平均值0.275）9、选择模架及其它模具零件（1）选择模架：根据GB/T2861.5-90，由凹模周界78mm×70mm，厚度15mm，及安装要求，选取凹模周界：L×B=（80×80）mm，闭合高度H=125mm～145mm，上模座：（80×80×30）mm，下模座：（80×80×4