垫片冲压工艺与模具设计.docx
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垫片冲压工艺与模具设计
南昌大学
高等职业技术学院
毕
业
设
计
姓名：
学号：
班级：
系别：
工程技术系
院校：
题目：
垫片冲压工艺与模具设计
（二）
指导老师：
2011年4月30日
摘要
前言
第一章冲压件工艺的分析
第二章冲裁工艺方案的确定
2.1确定冲压的方案
2.2确定冲压的基本工序
2.3确定基本工序的尺寸公差
2.4排样及材料的利用率
第三章模具各工艺力计算及冲裁设备的确定
3.1落料力的计算
3.2切料力的计算
3.3推件力的计算
3.4总冲压力的计算
3.5总冲裁力的计算
3.6冲压设备的选择
3.7确定压力中心
3.8冲模刃口尺寸及公差的计算
第四章模具结构的基本形式和原则
4.1工艺分析考虑事项
4.2模具结构形式选择的基本原则
4.3卸料装置
4.4导向装置
第五章模具设计及尺寸的计算
5.1凹模板外形尺寸的确定
5.2凸模固定板外形尺寸的确定
5.3凹凸模垫板外形尺寸的确定
5.4卸料橡胶的选用
第六章固定机构的设计
6.1凸模的固定
6.2凹模镶块得固定
第七章模具的动作过程及特点
7.1模具的运动过程
7.2本模具结构特点
第八章工艺卡片
第九章设计并绘制总装配图、选取标准件
第十章设计总结
第十一章致谢
第十二章参考文献
摘要
冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。
本次毕业设计是对垫片进行设计，利用AutoCAD软件对制件进行设计绘图。
明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。
如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。
并绘制了模具的装配图和零件图。
本毕业设计通过对垫片的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。
【关键词】：
垫片；冲压成型；模具设计。
前言
冲压模具在实际工业生产中应用广泛。
在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。
随着当今科技的发展， 工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。
冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。
模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。
研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义，模具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。
设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。
在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。
充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。
第一章冲压件的工艺分析
零件的名称：
冲压垫片（如下图所示）
生产批量：
大批量
材料：
08F
板厚：
t=2mm
要求设计落料：
冲孔复合模
图1-1垫片工件图
工件的工艺分析：
该零件的形状简单、对称，无尖角，是圆性轴对称工件，主要尺寸是内径Φ20，外径Φ42，成品精度要求一般。
外形要求公差为
，角度公差要求为
，考虑到装配的要求，抽孔必须保证抽起高度，孔距有位置要求，但孔径无公差配合。
第二章冲裁工艺方案的确定
2.1工艺方案
方案一：
先落料，后冲孔。
单工序模生产。
图2-1
方案二：
冲孔—落料复合冲压。
复合模生产。
图2-2
方案三：
冲孔—落料级进冲压。
级进模生产。
图2-3
表2-1各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
（无导向）（有导向）
级进模
复合模
零件公差等级
低
一般
可达IT13～IT10级
可达IT10～IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高质量制件需较平
由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面
生产效率
低
较低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低
安全性
不安全，需采取安全措施
比较安全
不安全，需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时，比复合模低
冲裁较复杂零件时，比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产
根据分析结合表分析：
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。
方案二只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。
方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。
通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。
2.2确定冲压的基本工序
如上图零件图所示，该零件行进冲压加工的基本工序为冲压、落料。
根据零件要求进行工艺计算分析。
2.3确定基本工序的尺寸公差
零件图尺寸未标注公差，按照IT14级确定工件的公差，经查表（GB1800-79）的各尺寸的公差为:
查表的：
D1=
D2=
L1=
L2=
2.4排样及材料的利用率
排样方式的选方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
排样图为：
图2-1排样图
毛坯直径为42，考虑操作方便，采用单排排样。
首先查表明确搭边值。
考虑零件形状，两零件之间按照圆形取搭边值a=1.2mm，侧边搭边值取
=1.5mm。
所以进料步距为
=43.2mm。
条料宽度的计算:
B=
查表得
=0.5
所以B=
=
第三章模具各工艺力计算及冲裁设备的确定
3.1落料力的计算
08钢查表抗剪强度
=64.5KN
--落料力
--工件外轮廓的周长
t—材料厚度
--材料抗剪强度
3.2卸料力的计算
卸料力有两种即下模卸条的力
和上模卸工件的力
=
=0.05X64.5=3.225KN
=
=0.05X（64.5+32.5）=4.85KN
3.3推件力的计算
=
经查表的
=0.05,取n=4得：
=7.15KN
--推件力的因数
n—工件在凹模内的个数
3.4总冲压力的计算
+
=97+7.15=104.15KN
3.5总冲裁力的计算
=
+
=
=32.5+64.5
=97KN
3.6冲压设备的选择
为使压力机能安全工作，取：
公称压力：
250KN
滑块行程：
100mm
最大封闭高度：
270mm
连杆调节量：
55mm
滑块地面尺寸:
左右250mm
前后220mm
工作台尺寸：
134X950mm
模柄孔尺寸：
40X60mm
最大角度：
30
电动机功率：
2.2KW
3.7确定压力中心
根据图形分析，因为工作图形对称，故落料和冲孔中心都在工件几何中心。
3.8冲模刃口尺寸及公差的计算
（1）冲孔凸模刃口尺寸计算：
内孔基本尺寸为20mm的刃口尺寸
：
因为
查表得公差
=0.13
查表的X=0.5
所以
=
内孔基本尺寸为22mm的刃口尺寸
因为
查表得公差
=0.13
所以
=
内孔基本尺寸为4mm的刃口尺寸
因为
查表得公差
=0.075
所以
=
（2）落料凹模刃口尺寸:
压圈外圈基本尺寸为42mm，
差公差表的
因为
mm
（3）凹凸模内部刃口尺寸根据凸模刃口实际尺寸配作保证双面间隙为0.25-0.36mm
凹凸模外部刃口尺寸根据凹模刃口实际尺寸配作保证双面间隙为0.25-0.36mm
2.8确定主要零件的结构尺寸
（1）凹模外形尺寸的确定
凹模厚度H的确定：
H=
=21.8mm
查表取H=25mmC=34mm
根据压力中心图得出凹模外径D=110mm
（2）去凹凸模垫板的厚度为9mm，直径为110mm
（3）取凹凸模固定板的厚度为15mm，直径为110mm
（4）取回程卸料板厚度为10mm，直径为110mm
（5）取凹模垫板的厚度为8mm，直径为110mm
（6）取凸模垫板的厚度为8mm，直径为110mm
（7）取凸模固定板厚度为20mm，直径为110mm
（8）凸模长度的确定：
=53mm
其中
为凹模厚度25mm，
为凹模垫板厚度为8mm，
为凸模固定板厚度为20mm。
（9）模板的选用：
选用125
GB/T285.3-90即滑动导向后侧导柱模架。
第四章模具结构的基本形式和原则
4.1工艺分析考虑事项
在工艺分析的基础上，根据产品图纸进行必要的工艺计算，然后分析冲压件的冲压性质，冲压次数，吃那个呀顺序和工序组合方式，提出各种可能的冲压工艺方案。
通过对产品质量，生产效率，设备条件，模具制造和寿命，操作安全以及经济效益等方面的综合考虑分析和比较，确定出一种合适于本单位生产的最佳工艺方案，确定工艺方案时应考虑到以下的内容：
4.1.1冲压性质;剪裁，落料，冲孔，是常见的冲压工艺各冲压工序有其不同的性质，特点和用途，编制冲压工艺时，可以根据产品图和生产批量等要求，合理的选择这些工序。
4.1.2冲压次数：
冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数，对于拉深件，可以根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数，弯曲件或冲裁件的冲压次数也是根据具体形状和尺寸及极限变形来决定的。
4.1.3冲压顺序：
冲压件各工序的先后顺序，主要依据
工序的变性特点和质量要求等安排，一般按原则进行：
（1）对于带孔的或有缺口的冲裁件，如果选用简单模，一般先落料再冲孔或切口使用连续模时，则应先冲孔或切口，后落料。
（2）对于带孔的弯曲件，孔边与弯曲线的间距较大时，可以先冲孔后弯曲，如果孔边在弯曲先附近，必须在零件压完后再冲孔，孔与基准面的间距有严格要求时，也应先压弯后冲孔。
（3）对于带孔的拉深件，一般来说，都是先拉深，后冲孔，但是孔的位置在零件底部，且孔径尺寸要求不高，也可以先在毛坯上冲孔，后拉深。
（4）多角弯曲件，应从材料变形和弯曲时材料流动两方面安排弯曲的先后顺序。
一般情况下先弯外角，再弯内角。
（5）对于形状复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。
（6）整形或校平工序，应在冲压件成形后进行
该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔、落料、其中，冲孔和落料属于简单分离。
4.1.4组合方式：
工序的组合方式可以选用复合模和连续模，主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素，一般按下列原则进行。
（1）对于多孔的冲裁件，当孔之间的间距，孔与材料的距离大于允许值时，最好落料与冲孔在一道复合工序中完成。
（2）当万区间的平直高度大于10mm，弯曲工序一般与工序分开单独进行。
对于形状复杂的弯曲件，为简化模具设计过程，降低模具制造成本，一般安排由两道以上的工序来完成，而形状简单的弯曲件，应尽量采用一道工序弯曲成形。
4.2模具结构形式选择的基本原则：
（1）能冲出符合技术要求的工件；
（2）能提高生产率；
（3）能制造和修磨方便；
（4）模具有足够的寿命；
（5）模具易于安装调整，且操作方便安全。
4.3卸料装置
冲孔时，由于空口部分的回弹，料片卡在冲子一起向上运动，因此需要有卸料装置把料片推下，在实际冲裁时，由于弹性卸料装置可以平整工件，且使模具结构简单，因此采用弹性卸料装置。
4.4导向装置
分析工件可知，虽然模具间隙小，但由于其料厚为1mm，且此网孔的作用为散热，精度要求不是太高，所以可以不用外导柱来导向，只需要内导柱即可。
该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔且拉深后翻边，再落料。
其中冲孔和落料属于简单的分离工序，而拉深翻边则属于弯曲成型。
综合分析，冲裁件的尺寸精度不高，形状不大，但产量大，根据材料较厚，工艺工序较多，为保证孔位的精度和较高的生产率，以及防止拉深开裂等，实行工序集中的工艺方案。
第五章模具设计及尺寸的计算
5.1凹模板外形尺寸的确定：
凹模板厚度H的确定
H=
（F取总压力）
所以H=25mm
凹模板长度L的确定
L=b+2c
b=25mm查表得C=34mm
所以L=93mm
为使凹模板获得更好的受力，可以将凹模的长度和厚度适当增加。
由此，确定凹模板的外形尺寸为：
400X110X36
5.2凸模固定板外形尺寸的确定
凸模固定板的外形尺寸同凹模板相同，厚度为凹模板0.8~1倍故凸模固定板外形尺寸为：
400X110X15
5.3凹凸模垫板外形尺寸的确定
图5-1凹凸模垫板
垫板的平面形状和尺寸与固定板相同，共厚度一般为6~10mm，故垫板的外形尺寸为：
400X110X10
5.4卸料橡胶的选用：
图5-2卸料橡胶图
下模卸料橡胶
（1）选用牌号为1120的合成橡胶体切割整理。
（2）计算弹性体得预压力
:
=3.225X1000=3225N
（3）橡胶高度的确定
考虑橡胶的工作压缩量较小，取预压缩率
=15%
极限压缩率取
=35%
橡胶块得工作压缩量
=3mm
H=
（
-
）=15mm
（4）确定橡胶的横截面积A=1535.7
第六章固定机构的设计
模板类零件包括凸模板，凹模板，导料板，一般采用销钉定位，内六角螺钉连接，当模板层少于三层时，可用一个螺钉连接，超过三层，应分层连接，苯模具设计中，因使用快速换凸模机构，故将上模座，上模垫板，上模固定板，用一个螺钉连接，他们间用销钉定位，凸模盖板只起固定凸模上下方向作用，只需要用螺钉固定在凸模固定板，无需销钉定位。
6.1凸模的固定：
标准凸模采用台阶式，即在凸模固定板上开台阶孔，将标准圆凸模放入，上面盖上吐模垫板，用六角螺钉和销钉将垫板以及凸模固定板与上模座一起固定。
6.2凹模镶块得固定：
本设计为快速更换冲裁凹模镶块，因为凹模是易损件，需经常更换，该复合模按下图所示设计凹模镶块，凹模外侧镶块不带台阶，更换凹模时，用一个销钉从下模垫板的废料漏孔将凹模镶块从固定板内顶出，不必拆卸连接固定板的螺钉和销钉。
图6-1凹模镶块图
第七章模具的动作过程及特点
7.1模具的运动过程
（1）准备工作：
将调料顺着乘料板导向槽全部拉入乘料板导向槽全部拉入乘料板中，然后把条料拖出一步一步手工送料
（2）冲床滑块带动上模从最高点开始向下运动
（3）上模座继续下行，外导柱进入导套对上模导向起粗定位作用
（4）压料弹钉与卸料板压板接触，压着卸料板下行，内导柱进入下模导套孔进行精确。
导向起精确定位作用
（5）导正销进入条料上导正孔，压料板接触条料，随着上摸下行条料被压向下运动，压料板压着带料下行。
（6）条料接触凹模板时压料板停止运动，冲压滑块继续向下运动，上模压料弹钉弹簧开始压缩，压料板受弹簧压力压紧条料，经一定的行程，冲裁和拉深凸模开始工作，同时拉深工位上的压边圈，紧压条料，保证拉深工序顺利完成。
（7）冲床滑块继续向下运动，在接近下死点时，冲头完全进入下模孔内，完成冲孔、落料等工序，此时上模的最下表面，与下模的最上表面接触。
（8）冲孔废料从凹模板到凹模垫板到下模座落料孔落下。
（9）在冲床经过下死点后，冲床滑块带动上模开始回升，凸模退回一段距离后此时由于压料弹钉压力渐渐退去
（10）冲床滑块带动上模继续上行，回到开模状态的最高点完成一次冲压过程。
（11）带料送进一个步距，带料掉下，至送料，准备下一个工作循环。
7.2本模具结构特点
该级进模的下模由下模座，下模垫板，下模固定板，凹模镶块，抬料钉，导料板，卸料板，导柱导套，卸料板弹钉，卸料板限位器等零部件组成，其中下模固定板，凹模镶块，导料板，卸料板等是关键零部件。
7.2.1下模固定板具有高精度，长寿命
下模固定板与凸模固定板一样，选用淬透性好、淬火变形小的合金模具钢材料，
热处理达HRC-55，线切割加工，以保证下模固定板的高精度和长寿命。
7.2.2快熟更换冲裁凹模镶块
因为凹模是易损件，需要经常更换。
该复合模设计凹模镶块，凹模镶块外侧不带台阶。
更换凹模时，用一个销钉从下模垫板的废料漏孔将凹模镶块从固定板内顶出，不必拆卸连接固定板的螺钉和销钉，有时还无需将模具从高速冲床上卸下，因此更换凹模速度快，而且可保证模具的重复装配精度，提高模具的使用寿命。
因为卸料板能弹性压料，所以在生产过程中不带台阶的凹模镶块不会从下模固定板中跳出。
第八章工艺卡片
表8-1凹模加工工艺
零件名称
凹模
数量
1
材料牌号
Cr12
毛坯尺寸
标准模板200*300
总工室
工序号
工序
工序内容
定额工时
检查结果
1
下料
圆棒料Φ80mm*70mm
2
锻料
锻成Φ120mm*30mm
3
热处理
退火
4
车
1.车端面和外圆Φ110，保证尺寸25
5
钻
钻Φ20的内孔，和Φ42的外孔，孔径留0.15~0.2mm的余量
6
铣
铣销钉孔
7
热处理
淬火60-64HRC
8
线切割
切割矩形
9
钳
研磨线切割孔
10
磨
磨外圆和两端面
表8-2凸模加工工艺
零件名称
凸模
数量
1
材料牌号
Cr12
毛坯尺寸
总工室
工序号
工序
工序内容
定额工时
检查结果
1
下料
圆棒料Φ40mm*35mm
2
锻料
锻成Φ30mm*55mm
3
热处理
退火
4
车
1.车端面，单面留0.15-0.2mm余量，车外圆Φ30mm
5
钳
制M8的螺纹孔
6
热处理
淬火回火58-62HRC
7
线切割
切割外形单边留0.01-0.02mm的余量
8
钳
研磨
10
磨
磨上下表面
表8-3凹凸模加工工艺
零件名称
凸凹模
数量
1
材料牌号
Cr12
毛坯尺寸
总工室
工序号
工序
工序内容
定额工时
检查结果
1
下料
圆棒料Φ60mm*40mm
2
锻料
锻成Φ55mm*45mm
3
热处理
退火
4
车
1.车端面钻穿丝孔Φ10mm
2.车Φ42的外圆径留0.15-0.2mm余量
3.车Φ48外圆台阶
4.车端面使台阶高
mm
5.车内圆孔
6
铣
铣销钉孔
7
热处理
淬火60-64HRC
8
线切割
切割矩形
9
钳
研磨线切割孔
10
磨
磨外圆和两端面
第九章设计并绘制总装配图、选取标准件
图9-1凹模
图9-2卸料板
图9-3导柱
图9-4推件
图9-5凸凹模
图9-6凸模
图9-7总装图
第十章设计总结
本次毕业设计让我系统地巩固了大学三年所学习的课程，通过毕业设计使我更加了解到冲压模具在实际生产中的重要地位。
在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。
使我对冲压模具设计的整个过程，主要零件的设计，主要工艺参数的计算，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。
总之，本次毕业设计，检验了我大学三年学习的成果，文中上述所有内容主要是在讲述垫片冲压模具设计的整个过程，利用对零件图形的工艺性分析，设计出适合加工零件的模具，以达到生产要求，提高生产效率，零件的冲裁工艺性分析、模具结构的确定是模具设计的重要内容，只要合理就可以保证其加工精度及其各项指标要求。
通过这次模具设计，增加了不少专业方面的知识，提高了动脑、动手的能力。
第十一章致谢
首先在本次毕业设计中，我要感谢老师们在我设计过程中对我的指导和帮助。
同时对广大同学的热心帮助也表示感谢。
通过三年的学习，我对模具设计与制造有了深刻的认识，从中我了解到很多的模具结构、模具加工工艺、模具的用途。
在这次毕业设计过程中，得到了老师的大力支持与热情帮助，特别是在我的设计中给我提出了许多宝贵的意见，让我更加顺利的完成了这次毕业设计，让我从理论和实践上又更进一步的加深。
最后要再次的感谢各位老师对我的栽培。
是您们给了我走上社会的资本和动力。
第十二章参考文献
1.张正修主编.导板式冲模技术及其应用.北京：
机械工业出版社，2005
2.赵向阳主编.冲压工艺与模具设计.哈尔滨工程大学出版社，2010
3.四川大学工程制图教研室编.机械制图（下）第三版.北京：
北京邮电大学出版社，2004
4.康俊远主编.模具工程材料.北京：
北京理工大学出版社，2008
5王晓敏编著.工程材料学.哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，2005
6.付建军主编.模具制造工艺.北京：
机械工业出版社，2004
7.傅水根主编.机械制造工艺基础（第二版）.北京：
清华大学出版社，2004
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