垫圈冲压设计.docx

课程设计说明书垫圈冲压工艺与模具设计学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： 刘方兵 班 级：材料1001 学号10405701119 指导教师姓名： 胡成武 职称 教授 最终评定成绩 2013 年 12 月 18 日 21目录第1章 引言（3）第2章 制件的工艺分析（3）第3章 冲压工艺方案的确定 （4）3.1 模具结构形式的选择与确定 （5）第4章 冲压工艺的主要计算（6）4.1 排样方案确定 （6）4.2 搭边 （6）4.3 冲裁力的计算（7）4.4 初选压力机（8）4.5 压力中心的确定（8）4.6 刃口尺寸的计算（8）第4章 冲裁模的设计（11）5.1 冲孔凸模设计（11）5.2 落料凹模的设计（12）5.3 定位装置的设计与标准化（14）5.4 标准模架的选用 （16）5.5 压力机的校核 （18）第5章 设计心得（18）参考文献（18）第一章 引言整体来看，中国在冲压模具无论是数量上，还是质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比，差距仍然很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档模具，尤其是大型高精密模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档模具也有供过于求的趋势。模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。一个国家的模具的生产水平反映了它的工业发展水平，代表了国民生产的先进程度。因为模具的诸多优点：生产效率高、节省材料、节约能源、自动化程度高等等。所以现在世界各国都在大力发展模具工业，先进国家的模具水平已经达到了一个相当高的水平，我们国家模具业正处于快速发展期，但离发达国家还有相当一段差距，所以我们需要奋起直追，让中国的模具达到一流水平。第二章 制件的工艺分析零件图如下图示： 零件名称垫 圈图 号A001材 料H62-M料 厚1.5mm生产批量大批量制件的工艺分析：不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何,其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序（如退火，酸洗，表面处理等）加工出图纸所要求的零件。进行冲压设计就是根据已有的生产条件，综合考虑影响生产过程顺利进行的各方面因素，合理安排零件的生产工序，最优地选用，确定各工艺参数的大小和变化范围，设计模具，选用设备等，以使零件的整个生产过程达到优质，高产，低耗，安全的目的。2.1 我们从两方面来分析制件1. 经济型分析：制件垫圈为大批量生产，而冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单。批量越大时，冲压加工的单件成本就越低。图示零件结构较为简单，批量大，所以选择冲压加工。2. 工艺性分析： 该零件结构简单，形状常见，尺寸小，精度要求不高，材料为黄铜，材质较硬，加工工艺性好。零件整体结构工艺性比较好，比较容易加工。材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，且寿命长，产品质量稳定，操作简单，方便等。2.1.1 对工件的形状要求图示工件形状为对称形状查资料1表2.1可知：黄铜材料落料件的最小圆角半径R=0.18t=0.27mm，工件要求尺寸0R=0.5mm和R=1.5mm均符合要求。2.1.2 冲孔的尺寸要求查资料1中表2.2得知：对于黄铜，冲孔最小尺寸，d=0.9t=0.35mm。工件孔半径R=6mm符合要求。孔与边缘之间的最小距离a=2t=3mm。2.2 冲裁件的精度、表面粗糙度和毛刺零件无公差要求，故取工件为经济精度IT14级，查附录中冲压常用公差配合表得其公差：内形公差为 6.50+0.36 、14-0.43 0 ；外形公差为：6-0.30 、22.3-0.520 。 经济精度一般不高于IT11级，冲孔比落料高一级。需要落料和冲孔两个工序，孔与边缘之间的距离满足要求：材料为H62-M，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。制件厚度为1.5mm,粗糙度Ra=12.5m。第三章 冲压工艺方案的确定要完成该制件，需要落料、冲孔两个基本工序，有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模具分开生产；方案二：落料冲孔，采用复合模一次性生产；方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。冲裁模设计的总原则： 在满足制件尺寸精度和形状精度的前提下力求使模具结构简单、操作方便、材料消耗少、生产效率高、制件成本低。方案一的模具结构虽然简单，但需要两道工序和两套模具，生产成本高，生产效率可以满足中小批量生产要求，对于此制件不适合。方案二采用复合模加工。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。就此制件来说不是很合适。方案三采用连续模加工。连续模的特点是生产率高，冲裁件的精度高，模具结构复杂，制造精度要求高，生产难度大，模具寿命长。级进模主要用于生产批量大、精度要求高的中小型零件。就此制件来说比较合适。 综上分析，该工件采用方案三级进模生产为最佳。3.1 模具结构形式的选择与确定1）正倒装结构：根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用正装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。2）送料方式：因是大批量生产，采用自动送料方式。3）定位装置：本工件在级进模中尺寸是一般的，又是大批量生产，冲时第一个工位采用始用挡料销定位，第二个工位采用固定挡料销定位。送料时始用挡料销与固定挡料销作为粗定距，在大凸模上安装两个导正销，利用条料上6.5mm的孔做导正销孔进行导正，依此作为条料送进的精确定距。3）导向方式：为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于已经采用了自动送料方式，采用对角导柱模架。4）卸料方式：本模具采用正装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为1.5mm，料厚比较厚，为了简化模具结构和达到可靠的卸料力，选用刚性卸料板来卸下条料废料。第四章 冲压工艺的主要计算4.1 排样方案确定 冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法，称为排样。根据材料经济利用程度，排样方法可分为有废料少废料无废料排样三种，该工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计，采用手工送料，采用导料销导料、挡料销挡料4.2 搭边 因零件为非圆形，故采用有废料排样，查资料1中表2.26得：a=1.5,a1=1.0查附录可知：板料尺寸为1.56001200 查资料2中表2.20条料宽度的计算：拟采用无侧压装置的送料方式，由b-=D+2a+Z-=25.8mm导尺间距离的计算： 由A=D+2a+2Z=26.3mm B=22.3+1.5+1.5=25.3mm ,取B=26mm n=L/S=1200/15=80 冲材件的面积： A=4（72-3.252）+48=168.7mm2板材料总利用率：=nA/BL100%=(80168.7)/(25.31200)=44.5%式中 A一个冲裁件的面积，mm2; n一张板料上的冲裁件数量； B条料宽度，mm; L板料长度，mm4.3 冲裁力的计算冲裁力F： F=KLt 冲裁周长：L 冲孔周长L1=6.5=20.41mm 落料周长L2=76mm(1) 落料力的计算： 落料力（N）； L 工件外轮廓周长 L2=76mm ； t 材料厚度 t=1.5mm； 材料抗剪强度（MPa） 由资料1中表2.29查得=350Mpa落料力则为：（2）冲孔力的计算： L工件内轮廓周长 L1=3.146.5=20.41mm =1.320.411.5350=13.93KN（3）.卸料力的计算: 卸料力因数，由资料1中表2-32查得=0.06 （4）.推件力的计算： 推出系数 由资料1中表232查得：=0.09 n卡在凹模内的工件数，n=2=20.0551.87=9.34KN（5）.总冲压力的计算： 总的冲压力为=51.87+13.93+3.11+9.34=78.25 KN4.4 初选压力机查文献4开式可倾压力机参数初选压力机型号为J23-63，表一 所选择压力机的相关参数型号公称压力/kN滑块行程/mm最大封闭高度/mm工作台尺寸/mm滑块底面尺寸/mm可倾斜角/封闭高度调节量/mmJ23-63100501502403702003104535模具比和高度与压力机的尺寸关系 为使模具正常工作，模具的闭合高度应介于压力机最大装模高度与最小装模高度之间，一般可按下式决定： Hmax-H1-5mmHHmin-H1+10mm4.5 .压力中心的确定 冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该与压力机的滑块轴线重合，以免滑块受偏心载荷而损坏导轨及模具。 由于该工件为对称形状，故其压力中心就是几何中心。4.6 .刃口尺寸的计算落料件以凹模为基准模，间隙取在凸模上；冲孔件以凸模为基准模，间隙取在凹模上对工件未注公差可按IT14，由附录查得各尺寸的未注公差为: 6.50+0.36 、14-0.43 0 6-0.30 、22.3-0.520 对于落料，零件为不规则形状，故用配作法加工(1).落料件尺寸的基本计算公式为：Dd=(Dmax-x)0+：工件制造的公差 x：磨损系数 Z：冲裁模初始双面间隙d：凹模的制造公差p：凸模的制造公差凹模磨损后尺寸变大的：14-0.43 0 6-0.30 、22.3-0.520 精度为IT14，所以取x=0.5,=/4将已知数据代入公式得： A1A=(22.3-0.50.52)00.524=22.0400.13mm A2A=(6-0.50.3)00.34=5.8500.075mm A2A=(14-0.50.43)00.43/4=13.78500.1075mm查资料3中表32得： Zmax=0.120mm Zmin=0.090mm凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值为（0.0900.120）mm(2).冲孔尺寸计算由于所冲制的孔为圆形简单孔，故冲孔凸凹模分开加工。冲孔 6.50+0.36mm dp=(dmin+x)-p0 Dd=(dp+Zmin)0d查资料3中表33、34可知：Zmax=0.120mm Zmin=0.090mm d=0.020mm p=0.020mm取x=0.5校核条件： d+p=0.020+0.020=0.040; (Zmax-Zmin)=0.120-0.090=0.030不满足校核条件，但因为相差不大，此时可调整如下： p=0.4Zmax-Zmin=0.40.030=0.012mm d=0.6Zmax-Zmin=0.60.030=0.018mm将已知数据代入公式得： dp=6.5+0.50.36=6.68-0.0200mm Dd=(6.68+0.50.090)=6.7250+0.020mm第五章 冲裁模设计 第三章已经提到，由于工件有两道冲压工序，综合考虑，选择了级进模生产，先冲孔后落料。5.1 冲孔凸模设计（1）.圆形凸模的结构形式，查资料2图216得：上图适用于冲裁直径d=115mm孔径的场合，工件的冲孔部分的凸模可以采用以上方式。（2）.凸模长度的确定凸模的长度应该根据冲模的整体结构来确定，一般情况下，在满足模具结构要求前提下，凸模越短，强度越高，材料越省。在确定凸模长度时，应该留有修模余量，并且模具在闭合状态下，卸料板至凸模固定板之间应留有避免压手的安全距离冲孔凸模长度确定： L=H1+H2+H3+A+Y式中 H1 凸模固定板厚度，mm H2 卸料板厚度，mm H3 导尺厚度，mm A 凸模固定板与卸料板间安全距离，一般去1520mm Y 余量，包括凸模修模余量，一般取46mm。由于所冲制件尺寸属于正常范畴，无细小孔，故凸模无需进行强度校核。（3）.凸模常见的固定方式凸模在上面的正确固定应该是，既保证凸模工作可靠和良好的稳定性，还要使凸模在更换和修理时拆装方便。常用的固定方法有机械固定法、浇注固定法、拼块固定法，以机械固定法应用最广泛、可靠。考虑到工件的大批量生产，在这里我们选择机械固定法，既能方便的更换凸模，方便修理，对生产不会产生比较大的影响，降低成本。因此采用跌装式固定凸模，将凸模固定在凸模固定板中。5.2 落料凹模的设计（1）.落料凹模的设计整体式凹模如图装于下模座上，由于下模座孔口较大因而使工作时承受曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，凹模高度可按经验公式计算，查资料3中表3.18，即 凹模高度H= kb （H15mm） 凹模壁厚 c=(1.52)H （c3040mm）式中b-凹模刃口的最大宽度，mm，但b不小于15mm c-凹模壁厚，mm 指刃口至凹模外形边缘的距离； k=系数，取0.45凹模高度H=kb=0.4522.3=10.035mm 查资料1中表2.60 取标准值 H=22mm凹模壁厚c =1.5H = 1.515=22.5mm 取 c=30mm 凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.72.0）d, 图8 凹模上的螺孔设计与选用d 为螺孔的尺寸，由于凹模厚度为22mm，所以根据资料1中表2.462查得螺孔选用4M8的螺钉固定在下模座。故选用如图8： 螺孔到凹模外缘的最小距离a2=1.5d=1.58=12mm a3=1.13d9mm凹模上螺孔间距由资料1中表2.47查得最小间距为40mm，最大间距为90mm。 螺孔到销孔的距离一般取b2d,所以b应大于16mm。根据上述方法确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板12510016（JB/T7643.1）（2）.,冲裁6.5mm孔时凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度） 小凸模长度 L=20+14+6+15+5=60mm由小凸模刃口d=6.65mm查资料1中表2.54可知 h=3mm, D1=13mm, D=10mm, L=60mm。 小凸模强度校核 要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即 对于圆形凸模 dmin式中 dmin圆形凸模最小截面直径，mm t冲裁材料厚度，mm 冲裁材料的抗剪强度，MPa 凸模材料许用强度，取（1.01.6）103MPadmin=1.8mm 所以承压能力足够。抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模（有导向装置）270d2/ 式中 Lmax 允许的凸模最大自由长度，mm F 冲模力,N 凸模最小截面的直径，mmLmax270d2/=2706.652/=124.7mm 所以长度适宜。凸模固定端面的压力q =式中q凸模固定端面的压力，MPa F落料或冲孔的冲裁力，N模座材料许用压应力，MPa q =97MPa凸模固定板端面压力超过了8090a，为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。矩形垫板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见资料1中，查得其尺寸为1251006由于采用整体式凹模，所以由外形落料凹模确定其凹模板厚度（图6），其凹模刃口高度由资料1中2.40查得h=6mm，=(3).外形落料凸模、凹模各尺寸及组件的确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）外形凸模的设计：外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模，用两个M8的螺钉固定在垫板上，由于采用固定卸料板，凸模按下式计算 ：L= L=H1+H2+H3+A+Y L=20+14+6+15+5=60mm 其中： 卸料板到凸模固定板间的安全距离（15mm20mm）等因素。所以：L=20+14+6+1+18=59 mm凸模固定板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见资料1中可得12510016 （4）凹模组件的尺寸确定和示意图凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。 整体式凹模的尺寸凹模的长度选取要考虑以下因素：a)保证有足够的安装刚性卸料板的位置。b)便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。选取凹模边界为100mm125mm。厚度为22mm凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为5862HRC。5.3 定位装置的设计与标准化（1）始用挡料块的设计与标准化（尺寸、位置、标准与示意图）. 始用挡料销的设计挡料块标记： 4536 GB/T2866.181 材料：45钢 GB/69988 热处理：硬度4348HRC 技术条件：按GB287081(2).固定挡料销的设计与标准化 固定挡料销的设计根据标准件，选用此挡料销如下图 固定挡料销的结构选用直径8mm，h=4mm材料为45钢A型固定挡料销（JB/T7649.1094）根据分析选用废料孔前端定位时挡料销位置如图 废料孔前端定位时挡料销位置 图13 固定挡料销的位置=C-()+0.1 挡料销与导正销的间距，mm C连续模的步距，mm dr导正销的直径，mm d挡料销头部直径，mm =15.5-()+0.1=15.55mm （3）导正销的设计与标准化导正销主要用于级进模中，消除挡料销的定位误差，以获得较精确的工件。导正销的结构形式，结构设计，尺寸精度，材料的热处理等可参照JB/T7647.194和JB/T7647.294选定。导正销的结构形式查资料1选用如图 导正销的结构形式D=d-2aD导正销直径的基本尺寸d冲孔凸模直径2a导正销与孔径两边的间隙冲裁6.5mm孔的导正销 查表得h=0.6t 2a=0.05mmD=d-2a=6.15-0.05=6.50mmh=0.62.2=1.32mm （4）导料板的设计与标准化经查表分析得导料板长度L=100mm，宽度B=26mm ，厚度h=6mm 。导料板的设计5.4 标准模架的选用由凹模周界可以选取标准模架。查资料2中表1.84和1.85.凹模周界125mm,B=100mm,闭合高度h1=165mm 材料为ZG45(ZG310-570),0I级精度的对角导柱模架。导柱标记：283170 GB/T2861.190 323170 GB/T2861.190导套标记：283100338 GB/T2861.690 323100338 GB/T2861.690上模座标记：2003160335 GB/T2855.190下模座标记：2003160345 GB/T2855.290模柄标记：A503110 JB/T 7646.1模柄与上模座的联接采用压入式的结构如图17所示。压入式的模柄1、 卸料装置的设计与标准化在前面已经确定了采用刚性卸料板，设计卸料板为一整体板。本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有外形凸模的导向作用，并能对凸模起保护作用。卸料板的边界尺寸经查资料4 得：卸料板长度L =100mm,宽度B=26mm厚度h0=14mm 此模具中，卸料板对冲孔落料凸模起导向作用，卸料板和凸模按H7/h6配合制造2、 联接件的选用与标准化本模具采用螺钉固定，销钉定位。具体讲内六角螺钉标记：35钢M8365 GB7085螺钉标记： 35钢M8330 GB6876圆柱销钉标记：35钢6365 GB 11986 止动圆柱销标记：35钢436GB119865.5 压力机的校核前面已经初选了压力机，模座外形尺寸200160mm,闭合高度40mm,由文献4中，根据冲压力、闭合高度、外廓尺寸等数据，所以选择J236.3型压力机是合适的。第六章 设计心得 经过两个星期的努力，我和组里的成员一起完成了我们组分配的课程设计题目，通过这次的学习让我学到了很多手册上和书本上的理论知识，也让我对模具行业有了更深一步的了解。我们组的题目是垫圈冲压工艺与模具设计，通过不断地查手册和上网查资料，我对冲压模具设计的各种注意事项了解得更透彻了，也对当前的模具行业有了更新的认识，在这段时间中，我和我们组的同学还有其他组的同学不时讨论和交流，在这样的氛围中，我不仅巩固了课程知识，也学会了许多课本中所没有的知识。在这里感谢老师和各位同学的帮助！参考文献：1. 郝滨海编著-挤压模具简明设计手册 化学工业出版社。2. 马朝兴主编-冲压模具设计手册 化学工业出版社。3杨占尧主编-冲压模具标准手册 化学工业出版社。4. 胡成武主编-冲压工艺与模具设计 中南大学出版社。5. 李小平主编-简明冲模手册 化学工业出版社。