双耳止动垫圈倒装复合模设计说明书.docx
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双耳止动垫圈倒装复合模设计说明书
集美大学
课程设计说明书
题目：
双耳止动垫圈倒装复合模设计
姓名：
林杰
专业：
材料成型及控制工程
班级：
1211班
学号：
201221136011
指导老师：
陈怀民李波胡志超张燕红
2015年7月15日
集美大学
专业课程设计任务书
——材料成型及控制工程专业——
设计题目：
双耳止动垫圈倒装复合模
设计任务：
设计一简单冲压零件，并根据该零件设计一副冲压模具。
制件年产量：
50万件
完成的任务：
1.冲压工艺过程卡一份；
2.产品零件图一份；
3.冲压模具装配及模具成形零件工程图各一份；
4.设计说明书一份。
时间安排：
1.借资料、产品的结构设计及绘制零件图；（1天）
2.确定零件冲压工艺方案，填写冲压工艺过程卡；（1天）
3.零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定；毛坯排样方案设计及材料利用率计算；冲裁力及压力中心计算；选择压力设备；模具总体结构设计，包括送料方式、卸料和出件方式、凹模板外形尺寸的计算、其它模板尺寸的确定和模架的选择；凸、凹模零件设计，包括刃口尺寸计算、凸模结构及凹模型腔结构设计；卸料和顶件装置设计；模具结构三维设计。
（3天）
4.绘制模具结构装配图、模具成型零件工程图；（2天）
5.编写设计说明书；（2天）
6.答辩。
（1天）
参考书目：
[1]翁其金.冲压工艺及冲模设计[M].北京：
机械工业出版社，2004
[2]黄毅宏.模具制造工艺[M].北京：
机械工业出版社，2004
[3]王新华.冲模结构图册[M].北京：
机械工业出版社，2004
[4]陈锡栋.实用模具设计简明手册[M].北京：
机械工业出版社，2001
[5]郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术[M].北京：
机械工业出版社，2005
[6]杨玉英.实用冲压工艺模具设计手册[M].北京：
机械工业出版社，2005
指导教师：
2015年07月15日
材料成型及控制工程2012级1211班
学生：
学号：
201221136011
2015年07月15日
双耳止动垫圈倒装复合模设计
[摘要]本设计是对双耳止动垫圈的冲孔—落料复合模的设计，完成的内容为：
对模具在工业生产中的作用，模具发展历史与现状，未来模具的发展前景做了概述。
进行零件的形状、尺寸、精度工艺分析，确定合理的工艺方案。
确定毛坯尺寸，合理排样，计算材料利用率，绘制排样图，并计算冲裁力、推件力、卸料力，确定压力中心。
确定凸、凹模间隙，计算落料、冲孔的刃口尺寸。
确定凸模、凹模和凸凹模的结构，并绘制零件图，设计定位，压料、卸料、出件零部件，选择模架标注紧固件。
最后绘制模具非标准零件图，用Solidworks画出三维装配图，并在AutoCAD对装配图进行修改。
本设计运用模具使钢料产生塑性变形，获得最终需要的零件，这是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，并且利用复合模生产零件，提高了生产效率，对相似工件的大批量生产具有参考的作用。
[关键词]双耳止动垫圈；倒装复合模；凸凹模；弹性卸料
引言
冷冲压式利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑形变形，从而获得所需要零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。
因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。
冲模是将材料加工成所需冲件的一种工艺装备。
冲模在冷冲压中至关重要，一般来说，不具备符合要求的冲模，冷冲压就无法进行；先进的冲压工艺也必须依靠相应的冲模来实现。
由于冷冲压所用原材料多是表面质量好的板料或带料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定、互换性好。
在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。
相当多的工业部门都越来越多地采用冷冲压加工产品零部件，如机械制造、车辆生产、航天航空、电子、电气、轻工、仪表及日用品等行业。
在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当大，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻，刚度好的冲压件所代替。
可以说，如果在生产中不广泛采用冲压工艺，，许多工业部门的产品要提高生产率、提高质量、降低成本，进行产品的更新换代是难以实现的。
我国经济的高速发展对模具行业提出了越来越多的要求，也为其发展提供了巨大的动力。
近十年来，我国模具工业已知以每年15%左右的增长速度快速发展。
目前，我国有3.5万余家冲压模具生产企业，100万～120万冲压生产从业人员，全年产值达700亿元人民币。
随着我国经济的持续发展，我国模具产业必然将在良好的市场环境下得到高速发展。
1.零件工艺性分析及冲压工艺方案的确定
1.1冲裁件造型
冲裁件为双耳止动垫圈
根据GB/T855-1988，得到规格24mm的双耳止动垫圈尺寸。
具体尺寸如图1-1所示。
图1-1双耳止动垫圈
1.2冲裁件工艺分析
（1）材料
选用20号钢。
20号刚属于优质碳素结构钢，具有较好的塑形，因此冲压成形性能好。
并且选用钢板时，应保证其表面质量与厚度公差。
由《实用冲压工艺及模具设计手册》表1-9可得，牌号为SM400A的20号钢
（2）结构与尺寸
零件形状规则，但不对称。
零件孔边距5.5mm，大于冲裁钢板要求的最小孔边距（2～2.3mm）；最小圆角R=0.5mm，大于规定值（0.35t=0.35mm）；凸出悬臂的宽度为20mm，大于规定值（2t=2mm）。
适合冲裁加工。
（3）精度
零件精度按照GB/T855-1988所规定的双耳垫圈尺寸，未注尺寸的公差根据IT14制定。
小于普通冲裁所能达到的最大精度（IT11）。
综上，该零件具有良好的冲裁工艺性。
1.3冲压工艺方案的确定
该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：
（1）单工序模：
先落料，再冲孔，分布冲压
（2）级进模：
冲孔－落料连续冲压
（3）复合模：
落料－冲孔同时冲压
其中方案一模具制造容易，且价格低，但生产效率低，难以完成50万件的生产要求；方案二对条料宽度有严格要求，而本工件尺寸较小，一定情况下，为了能使用边角料进行生产，不推荐方案二；若采用方案三，需校核凸凹模的最小壁厚要求。
零件最小壁厚为5.5mm，大于凸凹模要求的最小壁厚值（c≥（1.5～2）t，即c≥1.5～2mm）。
零件符合采用复合模进行生产的要求，最终确定冲压工艺方案为采用复合模进行生产。
2.毛坯排样方案设计及材料利用率计算
2.1排样方法的确定
排样方法大致可以分为：
（1）有废料排样
（2）少废料排样（3）无废料排样
考虑到零件形状的特殊性，无法采用无废料排样。
由于采用手工送料，无法精确控制步距，出于保证冲裁件精度与模具寿命，确定排样方法为有废料排样。
由《冲模设计速查手册》表3-28可得，板厚为1mm的低碳钢材料的最小搭边值：
圆形件及r>2t：
矩形件及边长L<50：
2.2布置方式的确定
冲裁件的实际面积
无法避免的结构废料
1.直排的排样方式
图2-1直排样图
即一个步距内的材料利用率为42.64%，材料利用率较低，由于工件呈L型，考虑进行对排。
2.对排的排样方式
图2-2对排样图
即一个步距内的材料利用率为45.27%，材料利用率已有提高，考虑到其中不可避免的结构废料占18.72%，工艺废料仅为36.01%，总体上已满足要求。
故确定排样布置方式为直对排，条料宽度B=60mm，步距S=88.6mm，材料利用率为45.27%
3.冲裁力及压力中心计算
3.1冲裁力的计算
；
材料厚度t=1mm；20号钢的抗拉强度
落料的冲裁力
冲孔的冲裁力
总冲裁力
3.2其他冲压力计算
由《冲压工艺及冲模设计》表3-9可得，板厚为1mm的钢板，
3.3压力中心计算
图3-1压力中心计算图
表3-1压力中心计算（单位：
mm）
线段
长度Li
压力中心点（xi，yi）
L1
27.03
（-28.48，10）
L2
20
（-42，0）
L3
27.03
（-28.48，-10）
L4
7.07
（-13.32，-13.32）
L5
10.03
（-10，-19.98）
L6
20
（0，-20）
L7
10.03
（10，-19.98）
L8
78.54
（0，0）
L9
63.62
（7.06，7.06）
由上表可得
即压力中心为（-12.418，-2.824）
4.选择压力设备
已知总冲压力
由于
，所以所选压力机的公称压力需大于148.21kN
考虑到开式可倾压力机机身为可倾式结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下，可免去取件的步骤，有利于提高生产效率。
并且开式的结构便于工人进行手动送料等操作，故选择可倾压力机。
由《冲模设计速查手册》表7-10查得J23-16开式可倾压力机的公称压力160k/N，满足使用要求。
故选择J23-16开式可倾压力计机，主要参数如下：
表4-1J23-16压力机参数
项目
参数
公称压力
160KN
滑块行程
55mm
滑块行程次数
120次/min
最大封闭高度
220mm
封闭高度调节量
45mm
滑块中心线至床身距离
160mm
立柱距离
220mm
工作台尺寸
前后300mm；左右450mm
工作台孔尺寸
前后160mm；左右240mm；直径210mm
模柄孔尺寸
直径40mm；深度60mm
5.模具总体结构设计
复合模主要分为
（1）正装复合模
（2）倒装复合模
其中正装复合模适合用于冲制材料较软或板料较薄的平面度要求较高的冲裁，还可以冲制孔边距较小的冲裁件，但冲孔废料被推出后落在凹模表面，生产的连续性较低。
而倒装复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，并且冲孔废料可直接顺冲裁方向推出，效率较高。
考虑到所冲压的零件厚度为1mm，非薄板件，孔边距较大，平直度上也没有严格的规定，并且要生产50万件，要求较高的生产效率，故确定采用倒装复合模进行生产。
5.1送料方式
由于零件形状简单，价格低廉，并且生产批量仅为50万件，而进行自动送料的成本较高，不符合生产实际的要求，故选定送料方式为手工送料。
5.1.1导料方式的选择
导料方式主要分为导料板与导料销，考虑到采用倒装复合模进行冲裁，并且要进行弹性卸料，所以导料板不符合要求。
导料销分为固定式和弹顶式，由于导料销的布置位置离凹模刃口位置较远，所以选择导料方式为固定式导料销，并在凹模上开设避让孔。
5.1.2挡料方式的选择
挡料方式主要有固定挡料销、活动挡料销、回带式挡料销、侧刃，考虑到采用倒装复合模进行冲裁，侧刃定距的方式不符合要求。
由于导料方式采用导料销，为了便于加工，挡料方式选择固定挡料销。
5.2卸料和出件方式
5.2.1卸料方式选择
卸料装置主要可以分为
（1）固定卸料装置
（2）弹压卸料装置
其中固定卸料装置的卸料力大，卸料可靠，适用于冲裁板料较厚（t>0.5mm），平面度要求不高的场合；弹压卸料装置的卸料力小，但它既起卸料作用，又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平面度较高，适用于板料较薄的场合（t<1.5mm）。
综合考虑冲裁零件的要求，冲裁件尺寸较小，卸料力较小，弹压卸料装置完全能够满足卸料力的要求，并且由于选择倒装复合模进行生产，提高生产效率的同时，导致冲裁件的平直度受影响，故应选择弹压卸料装置，弥补其平直度。
确定卸料装置为弹压卸料装置。
5.2.2出件方式选择
成型后冲孔废料卡在凸凹模的内孔中，成型件卡在凹模中
由于采用倒装复合模，卡在凸凹模内孔中的冲孔废料由下次冲裁时的凸模推出，不用布置推件装置。
而对于卡在凹模内的成型件，必须布置推出装置进行推出。
为了保证成型件的平整与推件可靠，建议采用弹性推出与刚性推出相结合的方法，一方面在推板上布置弹簧，冲裁时起到压料作用，保证从冲裁件的平整，并且在成型后及时将冲裁件推出，避免用打杆推出时冲裁件从高处掉落在凹模上，影响冲裁件质量与模具寿命，另一方面为了防止有时弹簧未能有效推出，冲裁件卡在凹模内，也要在推板上布置打杆，以确保推件的可靠。
5.3凹模板外形尺寸的计算
（1）由排样可知，垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离s=43mm
由《冲压工艺及冲模设计》表3-13可得，材料厚度t=1mm，s=43mm时，凹模厚度系数k=0.35
所得凹模厚度较小，考虑到凹模强度与压力机的最小封闭高度，取凹模厚度H=21mm
（2）
（3）由《冲压工艺及冲模设计》表3-12可得，材料宽度为60mm，厚度为1mm时，凹模孔壁至边缘的距离
初定凹模外形尺寸为H×B×L=21×116.5×120mm
5.4其他模板尺寸的确定
由于采用复合模进行生产，主要工作部分模板大致包括：
凸模固定板、限位板、凹模版、卸料板、凸凹模固定板。
根据凹模板的厚度H=21mm，大致确定凸模固定板厚度为16mm，限位板厚度为16mm，卸料板厚度为14mm，凸凹模固定板厚度为16mm。
5.5模架的选择
根据国家标准，导柱模模架主要分为
（1）中间导柱模架；
（2）后侧导柱模架；（3）对角导柱模架；（4）四导柱模架
考虑到复合模对刚性与工作平稳度有较高要求，故后侧导柱模架不符合要求；冲裁件形状规则简单，精度要求相对较低，四导柱模架精度远大于所要求的精度，并且成本较高，故也不符合要求。
中间导柱模架与对角导柱模架都符合生产的要求，从中选择中间导柱模架。
根据《中国模具设计大典》表22.4-5中GB/T2851-2008规定的中间导柱模架规格。
由凹模外形尺寸为H×B×L=21×116.5×120mm，压力机最大封闭高度220mm，封闭高度调节量45mm，选定凹模周界为125×125mm，参考闭合高度150—190mm的中间导柱模架。
查得：
上模座规格125×125×35（GB/T2855.1-2008）
下模座规格125×125×45（GB/T2855.2-2008）
导柱规格22×180；25×180（GB/T2861.1-2008）
导套规格22×80×33;25×80×33（GB/T2861.3-2008）
由此，所有模板的规格尺寸与材料选用如下：
表5-1各模板尺寸表（单位：
mm）
模板
规格（L×B×H）
材料
上模座
125×125×35
HT200
垫板
125×125×20
T10
推杆固定板
125×125×5
Q235
凸模固定板
125×125×16
Q235
限位板
125×125×16
45
凹模
125×125×21
Cr12Mov
卸料板
125×125×14
45
凸凹模固定板
125×125×16
Q235
垫板
125×125×16
Q235
下模座
125×125×45
HT200
推板
D80
45
6.凸、凹模零件设计
6.1刃口尺寸计算
6.1.1刃口加工方式选择
根据凸、凹模加工方式的不同，刃口尺寸的计算方法主要分为
（1）分开加工法
（2）配做法
考虑到分开加工法主要针对圆形或简单规则形状的冲裁件，并且模具的制造公差小，模具制造困难，成本高，而配做法工艺简单，制造容易，模具的间隙由配制保证，可适当放大基准件的制造公差，目前应用较为广泛。
故确定加工方法为配做法。
6.1.2刃口尺寸计算
落料以凹模尺寸为基准，冲孔以凸模尺寸为基准。
因模具为复合模，要同时进行冲孔与落料。
因此要分别进行落料凹模与冲孔凸模的尺寸计算。
由《冲模设计速查手册》表3-35可得，厚度为1mm的20号钢的初始双面间隙取值范围为
（1）落料凹模与凸凹模外轮廓计算
图6-1凹模刃口计算图
由《冲压工艺及冲模设计》表3-5可得，尺寸20、42、25、36、R3的磨损系数x=0.5
由磨损图可知，磨损后变大的尺寸：
磨损后变小的尺寸：
凸凹模外轮廓的尺寸，按照凹模的实际尺寸配制，保证双面间隙为0.100mm～0.140mm
（2）冲孔凸模与凸凹模内轮廓计算
图6-2凸模刃口计算图
由磨损图可知，磨损后变小的尺寸：
凸凹模内轮廓的尺寸，按照凸模的实际尺寸配制，保证双面间隙为0.100mm～0.140mm
6.2凸凹模结构设计
（1）凸凹模最小壁厚校核
已知冲裁件的最小壁厚为5.5mm
根据《冲压工艺及冲模设计》表3-14可得，冲裁材料厚度为1mm的板料的凸凹模的最小壁厚为2.7mm，故凸凹模的最小壁厚满足要求。
（2）凸凹模结构形式与固定方式
考虑到凸凹模的轮廓非圆形，故选用凸缘式凸凹模，凸缘部分设计为矩形。
由凸凹模固定板进行定位于固定，凸凹模固定板与下模座间采用螺钉锁紧，销钉定位。
（3）凸凹模的长度计算
根据模具结构，凸凹模长度等于凸凹模固定板、卸料板厚度之和，在加上一定的增加长度（凸模进入凹模的深度0.5mm，凸凹模固定板与卸料板之间的安全距离11mm）
即凸凹模的长度h=（16+14+0.5+11）mm=41.5mm
（4）凸凹模孔口结构形式
孔口结构形式主要分为：
（1）全直壁型孔；
（2）阶梯形直刃壁型孔；（3）斜刃壁凹模
考虑到采用倒装复合模，冲孔废料要从凸凹模中向下推出，故全直壁型孔不符合要求；考虑到凸凹模使用一段时间后要进行刃磨，为了保证刃磨之后凸凹模孔口尺寸不变，能继续进行生产，因此选定凸凹模孔口的结构形式为阶梯形直刃壁型孔。
根据《冲模设计速查手册》表3-57，由材料厚度1mm，得到刃口高度h=5～10mm。
取刃口高度h=5mm
图6-3凸凹模结构图
6.3凸模结构设计
（1）凸模结构形式
圆凸模的结构形式主要分为标准圆凸模，凸缘式圆凸模，直通式凸模，由于冲裁件内孔为圆形，形状简单，冲裁力不大，故凸缘式圆凸模与直通式凸模不符合要求。
考虑到标准圆凸模的配合段占据整个凸模长度的一半，将导致凸模固定板过厚，于是决定不采用标准件，自行加工。
凸模的固定采用凸模固定板配合段定位，凸模固定板压紧的方式。
（2）凸模长度计算
根据模具结构，凸模长度等于凸模固定板、限位板、凹模厚度之和
由于凸凹模将会进入凹模板一段距离，
再加上一定的增加长度（凸模进入凹模的深度0.5mm）
即凸模长度
（16+16+21）mm=53.5mm
（3）凸模强度与刚度校核
由于凸模直径为25mm，冲裁的板厚为1mm，凸模的截面尺寸相对于板料厚度大了很多，故不需要进行强度和刚度的校核。
图6-4冲孔凸模结构图
6.4凹模型腔结构设计
1.凹模结构形式与固定方式
凹模的结构主要分为整体式和镶拼式，由于冲裁件形状简单，尺寸较小，冲裁所用的凹模选定为整体式。
由于采用整体式的凹模版，凹模板与上模座之间采用螺钉锁紧，销钉定位。
2.凹模孔口的结构形式
凹模孔口的结构形式主要分为：
（1）全直壁型孔；
（2）阶梯形直刃壁型孔；（3）斜刃壁凹模
考虑到采用倒装复合模，凹模在上模，要从凹模内进行推件，故斜刃壁凹模、阶梯形直刃壁型孔不符合要求，凹模孔口的结构形式选定为全直壁型孔。
图6-5凹模结构图
7.卸料和顶件装置设计
7.1卸料装置设计
7.1.1弹性元件的选用
1）初定弹簧数量n
为确保卸料平稳，拟选n=4
2）计算每个弹簧的预压力
3）由
估算弹簧的极限工作载荷
由《国际标准模具弹簧ISO10243》，初选SJM32×16×44，其规格为：
4）计算弹簧预压缩量
5）校核
因此，弹簧SJM32×16×44是合适的
7.1.2卸料螺钉的选用
卸料螺钉选用圆柱头内六角卸料螺钉
已知与弹簧配合的芯轴的直径为16mm，根据JB/T7650.6-1994，选用规格为M12的卸料螺钉。
已知下模座厚度为45mm，垫板厚度为16mm，凸凹模固定板厚度为16mm，安全距离为10mm，卸料板厚度14mm
故卸料螺钉长度L>（16+16+10+14）mm=56mm,L<（45+16+16+10+14）mm=101mm
根据JB/T7650.6-1994，选用长度为65mm的卸料螺钉。
综上，卸料螺钉的规格为M12×65JB/T7650.6-1994
7.2推件装置设计
7.2.1推件块的设计
推件块的外轮廓与冲裁件的外轮廓一致，与凹模之间按照
的配合公差制造，为了保证推件块的推出可靠，推件块与凹模配合的部分要比凹模略长1mm，即
设计推件块的凸缘部分时，要保证板料分离时，推件块离凸模固定板仍有10mm的安全距离，已知限位板厚度为16mm，推件块已比凹模厚度略长1mm，材料板厚1mm，因此凸缘的长度
。
要完全包络推件块外轮廓，于是将凸缘的表面尺寸设计为55×72mm的矩形。
同时，为保证推出平稳，无偏心载荷，矩形的几何中心位于工件的压力中心。
7.2.2推杆的设计
为确保推出的平稳，选用四根推杆，分别布置在推件块的四周。
为了推出可靠，推杆的长度要略大于推杆固定板、凸模固定板、限位板的厚度之和。
再减去推件块的凸缘厚度。
即
根据《中国模具设计大典》表22.5-61中JB/T7650-1994，确定推杆的规格为6×35。
7.2.3推板的设计
考虑到推件块的大小与推杆的布置情况，推板选择直径为80mm，厚度为6mm的圆板
7.2.4弹性元件的选择
1）初定弹簧数量n
为确保推件平稳，拟选n=6
2）计算每个弹簧的预压力
3）由
估算弹簧的极限工作载荷
由《国际标准模具弹簧ISO10243》，选定SJM20×10×25，其规格为：
由于是进行推件的弹簧，则不需要进行校核。
8.其他零件设计
8.1模柄的设计
模柄主要分为旋入式、压入式、凸缘式。
考虑到上模座的尺寸较小，而凸缘式的面积较大，故不符合要求；并且模柄下的垫板开有推板孔，故压入式也不符合要求，所以选定模柄为旋入式模柄。
根据《最新冲压模具标准及应用手册》表8-3.4中JB/T2862.2-2008，由压力机J23-16的模柄孔尺寸（直径为40mm深度为60mm）与上模座的厚度35mm，选定规格为40×95的旋入式模柄。
由于需要设置打杆，故选择B型模柄。
其模柄孔尺寸为直径13mm，模柄高度为95mm，所以选定打杆直径为12mm，长度为120mm的打杆，
8.2螺钉的选择
考虑到最小孔边距与螺钉长度，上模选择内六角螺钉M10X100，下模选择内六角螺钉M6X60。
8.3圆柱销的选择
考虑到最小孔边距与螺钉长度，上模选择圆柱销M10X100，下模选择圆柱销M6X60。
9.校核模具高度
为确保设计的模具能正确地安装到压力机上，需对模具进行高度校核。
模具高度等于各板的厚度加上留出的安全距离10mm与板厚1mm。
压力机最大闭合高度220mm，闭合高度调节量45mm。
由于
，故模具高度满足要求。
10.模具结构三维设计
图10-1模具装配图
1-内六角卸料螺钉2-滑动导柱3-弹簧4-凸凹模5-凹模6-推件块7-凸模
8-滑动导套9-内六角
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