垫圈冲压模模具设计

模具设计与制造课程设计说明书设计题目： 垫 圈 院 （系）： 专 业： 班 级： 设 计 人： 指导老师： 完成日期： 2010 年 1 月 7 日 绪 言1、课程设计的目的课程设计是课程的最后一个教学环节，同时是第一次对学生进行全面的模具设计训练。其基本目的是：1)综合运用冷冲模课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。2)学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。3)通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能。2、课程设计的内容1)模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、模具类型的确定、压力中心计算、刃口尺寸计算、压力机选择等；2)模具整装配图和模具重要零件设计；3)编写设计计算说明书。要求每个学生完成：模具整体装配图1 张，凸模、凹模、凸凹模等零件图35张，设计计算说明书1份，三维零件模型。3、设计步骤分析1）分析采用冲压加工的经济性根据生产批量及零件的质量要求，确定是否采用冲压加工。2）分析制件的冲压工艺性按产品的图纸，分析零件的形状、尺寸、精度、表面质量和材料等是否符合冲压工艺的要求，并绘制冲压制件图。3.）确定冲压工艺方案先拟定出各种不同的冲压方案，然后加以分析比较，确定其中最佳的一种工艺方案，最后编写冲压工艺规程（即定出工序性质、工序数目、工序顺序、工序定位方法以及其它辅助工序的安排）4）确定模具结构形式根据制件的生产批量、尺寸大小、精度要求、形状复杂程度及实际生产条件选择适当的模具结构形式（模具结构的合理性、经济性、操作方便、使用安全可靠等）。5）工艺设计计算冲裁模的工艺设计计算： 选择排样方案，搭边值，条料宽度，送进步距，确定裁板法，计算材料利用率。 按比例画出排拉图，并标注尺寸。 计算冲裁力，初选压力机。 确定凸、凹模间隙值。 确定凸、凹模刃口尺寸及公差。 模具压力中心确定 绘制模具结构草图及模具零件的初步选用，计算模具的闭合高度。 最后确定压力机的规格。6）绘制模具总图和模具零件图模具总图应符合冲模习惯画法及机械制图国家标准，总图上应标注必要的尺寸，如模具闭合高度、压力中心、模柄直径、下模外形尺寸、主要零件配合尺寸、顶杆距离，并标注必要的技术条件。目 录前 言2一课程设计任务书5二工艺设计部分2.1分析采用冲压加工的经济性62.2冲压件工艺分析62.3冲压工艺方案的确定72.4垫圈毛坯尺寸计算7三、排样方式的确定及其计算3.1垫圈坯料排样方法选择83.2料边与搭边值93.3料宽的确定93.4步进距103.5计算材料的利用率10四、压力中心及冲裁力的计算4.1压力中心确定104.2冲裁力的计算104.3冲压力计算104.4初选压力机11五、凸、凹模间隙值，刃口尺寸及公差计算5.1冲裁模初始双面间隙Z115.2凸、凹模刃口尺寸的确定12六、模具主要零部件的设计6.1确定冲裁模的结构126.2凹模的设计126.3凸模的设计146.4凸模固定板设计146.5垫板设计156.6导板设计166.7承料板166.7零件选型16七、模具装配总图7.1绘制模具装配总图167.2模具工作原理17八、总结 18九、参考文献19一、课程设计任务书1、课题名称： 垫 圈 2、课程设计内容：（1）模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、模具类型的确定、压力中心计算、刃口尺寸计算、压力机选择等；（2）模具整装配图和模具重要零件设计；（3）编写设计计算说明书。3、设计要求：要求每个学生完成：模具整体装配图1 张，凸模、凹模、凸凹模等零件图35张，设计计算说明书1份，三维零件模型。4、日程安排：内 容日 程备 注分配课题、交代任务、文具和资料准备等1天查资料、工艺性分析、排样、方案确定、工作零件尺寸计算、强度校核、设备选用等计算内容2天画模具装配草图1天画模具装配图2天画零件图2天写说明书1天机动+考核1天共 计10天二、工艺分析设计部分2.1分析采用冲压加工的经济性该制件为大批量生产，所得制件质量要求不太高，选择冲压加工比机械加工效率更高，也没有特殊要求，所以采用冲压加工的经济性更好。2.2冲压件工艺分析此工件为一圆形的垫圈，外圆和内圆具有公差等级要求，采用冲裁模设计有落料、拉深、冲孔和切边四个工序。该冲压件厚度为1.5mm，材料为08钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有一个直径为10mm的孔，孔与边缘之间的距离也满足冲裁的要求。该零件为帯凸缘的圆筒形件，要求外形尺寸，材料为08钢，料厚t=1.5mm，大批量生产，没有厚度不变的要求；零件的形状简单、对称，底部圆角半径r=3mmt，凸缘处的圆角半径满足拉深工艺对形状和圆角半径的要求；圆筒拉深件尺寸为IT13级，高度偏差其余尺寸自由公差满足拉深工艺对精度的要求；零件所用的材料为08钢拉深性能较好，要求具有较好的塑形 =324441MPa =196 MPa 屈强=0.450.60 0.66所以只需一次拉深 ，该拉深件具有较好的塑形 。易于拉深成形。2.3冲压工艺方案的确定冲压模具及设备表6-17冲压模具及设备表6-16得m1=0.49该工件包括落料拉深冲孔和切边三个个基本工序，可有以下三种方案：方案一：落料和冲孔拉深切边。采用单工序模生产。方案二：落料拉深冲孔和切边级进冲压。采用级进模生产。方案三：落料拉深冲孔和切边复合冲压。采用复合模生产。方案一模具结构简单，但需要多道工序多副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率较高，但模具稍显复杂，工件最小壁厚1.5mm小于凸、凹模需用的最小壁厚3.2mm，模具强度较大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三只需一副模具，生产效率较高，操作方便，适于一次拉深就能满足要求的工件，排除前两种方案，方案三相对较合理。所以选择方案三为最佳工艺方案。2.4 垫圈毛坯尺寸计算（1）计算坯料直径D 材料厚度t=1.5mm，故按中线尺寸计算。 根据零件尺寸查表6-5得切边余量R=3.0mm,故坯料凸缘直径。由表6-6查得带凸缘圆筒形件的坯料直径计算公式为当R=r时：依表6-6零件形状图所示，, R=r=1.5mm, , h=3mm H=6mm，, 代入上式得 （2）判断可否一次拉深成形 毛坯料相对厚度：凸缘的相对直径： 计算拉深系数： 根据表6-16查得：极限拉深系数： , 极限相对高度： ,由于 刚好满足要求， 所以能一次拉深成形（3）拉深次数与各次拉深工序件尺寸拉深次数 n凸缘直径 筒形尺寸内尺寸d高度 H 圆角半径R（外形）r（内形） 161.50.75经过上面的计算以及分析，最后编写出：冲压工艺规程表，见附表冲压工艺规程卡。由于本次拉深过程由本小组其他同学完成，不作详细说明。我主要负责落料模的设计，所以后面的设计主要为落料模的设计。三、排样方式的确定及其计算3.1垫圈坯料排样方法选择如下图2排样方案图所示，由于该落料件的尺寸比较大，所以选择（a）排样方法比较合理。此排样为有废料排样。冲件尺寸完全由冲模保证，因此冲件质量好，模具寿命高，但材料利用率低。图2.排样方案图3.2料边与搭边值由于材料厚度t=1.5mm，查表4-18得：a11.0mm， a1.2mm因此取工件间尺寸：a12.0mm，侧边尺寸：a2.0mm。其垫圈排样图如下图3所示：图3.料边与搭边值图3.3料宽的确定选用有导料板导向且无侧压装置条料宽度：=69.6 导板间距离：3.4步进距S=3.5计算材料的利用率一个进距内的材料利用率为：四、压力中心及冲裁力的计算4.1压力中心确定该冲裁件形状简单，结构对称，所以其压力中心为圆心。4.2冲裁力的计算考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料性能与厚度的波动，一般取K=1.3t=2取4.3冲压力计算卸料力 表4-22取卸料力 推件力： 取凹模刃口直壁高度H=4.5所以： =所以卸料力 采用刚性装置下出料方式的冲模时：总压力：4.4初选压力机查冲压模具及设备表3-5 根据标称压力选型为： 开式双柱可倾式压力机 JG23-25其主要技术规格：标称压力250KN；滑块行程65； 滑块行程次数55次/min；最大闭合高度270；封闭高度调节量55；喉深200；立柱距离270；工作台尺寸：前后370，左右560；工作台孔尺寸：前后200，左右290，直径260，垫板尺寸50；模柄孔尺寸：直径40，深度60。所选取的压力机标称压力：该压力机能够满足本次冲压制件的要求。五、凸、凹模间隙值，刃口尺寸及公差计算5.1冲裁模初始双面间隙Z间隙对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命都有很大影响，是冲裁工艺与冲裁模设计中的一个非常重要的工艺参数。根据经验法，间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件要求的前提下，应以提高模具寿命和降低冲裁力为主，选用较大双面间隙值。查表可得到：5.2凸、凹模刃口尺寸的确定落料落料凹模，凸模刃口尺寸：校核间隙： 所取的凸、凹模公差满足： 将已知和查表的数据带入公式4-3，4-4得：凹模：凸模：六、模具主要零部件的设计6.1确定冲裁模的结构本工序主要是落料模的设计，落料为一圆形的制件，由于其形状简单，尺寸不大、料厚大于0.3mm，可以采用导板式落料模来进行加工落料。6.2凹模的设计该冲裁件为大批量生产，所以采用刃口强度较高则凹模的外形尺寸：凹模板厚度： 取 H=50凹模轮廓尺寸: 由于采用的是导板式落料模，则其长度应大于3L长度。因此查中国模具工程大典表5.2-15矩形凹模板：取凹模轮廓： 长宽高=40025036 mm凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6，漏料部分锥度取95（为便于加工，落料凹模漏料孔可设计近似于刃口轮廓的简化形状）图4.凹模6.3凸模的设计此凸模刃口为圆形，结构简单，因为该凸模尺寸较大，所以不需要强度与刚度的校核。凹模长度计算：图5. 凸模6.4凸模固定板设计 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H/m。材料采用Q235.导板高度H=30mm取 查中国模具工程大典表5.2-16矩形固定板标准件周界轮廓：长宽高=15010020 mm图6. 凸模固定板6.5垫板设计材料采用Q235，查中国模具工程大典表5.2-17矩形垫板标准件厚度取H=8。垫板和凸模固定板长宽一样。因此周边轮廓为： 长宽高=1501005 mm图7. 垫板6.6导板设计材料采用Q235，查中国模具工程大典表5.2-16矩形导板标准件。厚度取H=36 其导板轮廓： 长宽高= 40025028 mm图8.导板6.7承料板材料采用Q235，查中国模具工程大典冲模标准件：表5.2-46承料板，其轮廓为：长宽高= 100402 mm6.8零件选型各零件的型号选取可以参考总装配图的标题栏，做了详细的介绍。七、模具装配总图7.1绘制模具装配总图该制件为简单的落料，所以模具结构简单。采用正装式单工序模。出件方式为下出料，定位方式采用导板和定位销定位。卸料方式为刚性卸料。使结构简单，模具造价降低。如下图所示：图9模具装配总图1.模柄 2.上模板 3.垫板 4.凸模固定板 5.凸模 6.活动挡料销 7.导板 8.凹模 9.下模板 10.始用挡料销 11.承料板 12.导料板7.2模具工作原理图9所示为冲制圆形零件的导板式落料模，工作零件为凸模5和凹模8，定位零件是活动挡料销6、始用挡料销10、导料板12和承料板11，导板7即是导向零件又是卸料零件。工作时，条料沿承料板11、导料板12自右向左送进，首次送进时先用手将始用挡料销10推进，使条料端部被始用挡料销阻挡定位，凸模5下行与凹模8一起完成落料，冲件由凸模从凹模孔中推下。凸模回程时，在凸模上的条料被导板卸下。继续送进条料时，先松手使始用挡料销复位，将落料后的条料端部搭边越过活动挡料销6后再反向拉紧条料，活动挡料销抵住搭边定位，落料工作继续进行。因活动挡料销对首次落料起不到作用，故设置始用挡料销钉。互换性与技术测量p17 表1-8标准公差数值（GB/T1800.3-1998）冲压模具及设备P28 表2-3冲压常用金属材料的力学性能 p244 表6-2圆筒形拉深件径向尺寸的偏差值冲压模具及设备P246 表6-5 带凸缘筒形拉深件的切边余量P247 表6-6 常见旋转体拉深件坯料直径的计算公式 毛坯 D=66.7冲压模具及设备P271 表6-16带凸圆筒形件首次拉深的极限拉深系数m1=0.42冲压模具及设备P271 表6-17带凸圆筒形件首次拉深的极限相对高度冲压模具与设备P107 表4-18 最小搭边值 冲压模具及设备p106 公式4-13公式4-14冲压模具及设备表4-18得a=1.2表4-19得=0.6表4-20得冲压模具及设备P102公式4-9冲压模具及设备P110 公式4-18P29 表2-3冲压常用金属材料的力学性能P110公式4-20公式4-21表4-22取冲压模具及设备表3-5开式双柱可倾听式压力机主要技术规格查P93表4-10冲裁模初始双面间歇ZZmax=0.240、Zmin=0.132p96 查表4-13规则形状件冲裁时凸凹模的制造公差，表4-14磨损系数得互换性与测量技术取自由公差IT14表3-2得=0.87冲压模具及设备p96 公式4-3，公式4-4冲压模具及设备公式4-37凹模壁厚查表4-29中国模具工程大典表5.2-15矩形凹模板冲压模具简明设计手册 :P38 式2.24中国模具工程大典表5.2-16矩形固定板标准件中国模具工程大典表5.2-17矩形垫板标准件中国模具工程大典表5.2-16矩形导板标准件中国模具工程大典表5.2-16矩形承料板标准件冲压模具及设备冲压模具及设备P118冷冲压模具图集P48八、总结在本小组同学的协同作用和安老师的指导帮助下,我们共同完成了拉深模“垫圈”的设计（本次设计我的主要任务是落料模具的设计）。通过这次两个周的课程设计，我学会了如何设计一副完整的模具,明确了设计理念和设计思路。在设计过程中,我虽然遇到了很多困难,但同时也收获了许多课堂中学不到的知识,比如在设计我与本小组其他同学相互探讨，培养了我的沟通、交流能力，以及团队合作能力。而在落料模的设计过程中，我大量翻阅课外资料，然后理清设计思路，培养了我独立学习，发现问题，解决问题的能力，在查表以及查公式的同时，对专业知识也进行了一次全面的巩固，夯实了专业理论知识。在说明书的编写中，我掌握了说明书的编写格式，更加熟练的运用word；在模具零件图和总装图的设计中，我采用了计算机辅助设计技术，对Auto CAD、UG三维模型的运用也更加的熟练。这些对我以后的学习、工作中有着极其重要的作用。但由于本人是第一次进行冲压模具的设计，所以在设计中还有很多问题，在理清设计思路方面花了不少时间，在设计的过程中也走了许多的弯路，设计中也固然存在许多不完善的地方。但这次设计是我的开篇之作，必将为我以后的设计之路奠定良好而坚实的基础。最后，我对本次课程设计的指导老师安老师以及本组同学表以真诚的感谢！ 2010-12-29九、参考文献1. 模具设计与制造 人民邮电出版社 2008年11月 李奇 朱江峰 主编 谢晖 副主编 张歧生 主审2. 冲压模具精选88例设计分析 化学工业出版社 2010年3月 钟翔山 等编著3. 冲压模具及设备 机械工业出版社 2006年1月 教育部机械职业教育教学指导委员会、中国机械工业教育协会组编4. 中国模具工程大典 电子工业出版社 2007年3月 第四卷 冲压模具设计6.冲压模具简明设计手册 化学工业出版社 2005年1月 郝滨海 编著7.互换性与技术测量中国计量出版社 2009年6月 廖念钊 李硕根等编著 8.冷冲压模具图集 北京理工大学出版社 2007年2月 齐卫东 主编20