垫板零件冲压工艺及模具设计.docx

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垫板零件冲压工艺及模具设计

JIUJIANGUNIVERSITY

课程设计

题目“垫板”零件冲压工艺及模具设计

院系机械与材料工程学院

专业模具设计与制造

姓名XXX

年级XXX

指导教师XXX

2014年4月

前言·····························································1

第一章冲压件···················································3

1.1形状与尺寸··················································3

第二章零件的工艺性分析·········································4

2.1零件的工艺性分析············································4

2.2确定冲裁件的工艺方案········································4

第三章冲压模具总体结构设计·····································5

3.1模具类型····················································5

3.2导向与定位方式··············································5

3.3卸料与出件方式··············································5

3.4模架类型及精度··············································5

3.5凸模设计····················································5

第四章工艺设计计算·············································6

4.1排样设计计算················································6

4.2计算压力与压力中心、初选压力机······························7

4.3计算凸凹模刃口尺寸及公差····································8

第五章设计选用零件、部件绘制模具总装草图·······················9

5.1凹模设计····················································9

5.2凸模设计····················································10

5.2.1凸模形式与固定方法·············································10

5.2.2凸模长度计算···················································10

5.2.3凸模强度、刚度校核·············································11

5.2.4凸模材料和技术条件·············································11

5.3凸凹模设计··················································12

5.3.1凸凹模结构形式与固定方法·······································12

5.3.2校核凸凹模的强度···············································13

5.4定位零件····················································13

5.5卸料与出件装置··············································14

5.6模架及其他零件的选用········································15

5.6.1模柄···························································15

5.6.2模座···························································16

5.6.3垫板···························································16

5.6.4冲压设备的选择·················································18

5.6.5紧固件的选用…………………………………………………………..18

第六章压力机的校核·············································19

6.1公称压力····················································19

6.2工作台面尺寸················································19

第七章模具主要加工工艺规程的编制·······························20

7.1冲压模具制造技术要求········································20

7.2总装工艺····················································20

7.3加工要求····················································22

7.4主要零件加工工艺············································22

7.4.1垫板的加工工艺·················································22

7.4.2凸模固定板的加工工艺···········································22

7.4.3冲孔凸模的加工工艺·············································23

7.4.4卸料板的加工工艺···············································23

7.4.5落料凹模加工工艺···············································23

7.4.6凸凹模的加工工艺···············································24

7.4.7凸凹模固定板的加工工艺·········································24

第八章总结·····················································25

参考文献·························································26

前言

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。

冲压通常是在常温下对材料进行变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。

冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

与机械加工及塑件加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。

主要表现如下。

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化和自动化。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加工冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需要其它加热设备，因为是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是各种各样的。

概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类：

分离工序是指将坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲压件）的工序；成形工序是指使坯料在不破坏的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉伸和成形四种基本工序，每种基本工序还包括有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同。

复合冲压—在压力机的一次工作行程中，在模具的同一个工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

级进冲压—在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合-级进—在一副冲模上包括复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零部件设计和加工工艺编制，压力机的校核。

第一章冲压件

1.1形状与尺寸

“垫板”零件冲压工艺及模具设计

名称：

垫板

批量：

大批量

材料：

08F

厚度：

2mm冲裁件的尺寸要求：

外形尺寸均未标注尺寸公差，属于自由尺寸，可按IT14级确定工件的尺寸公差，经查表得，各尺寸公差分别为：

零件外形：

mm，

mm，

mm，

mm

零件内形：

mm

孔心距：

mm

第二章零件的工艺性分析

2.1零件的工艺性分析

该零件结构简单，形状对称。

08F，属于碳素结构钢，查《冷冲压工艺及模具设计》附表1可知抗剪强度

断后伸长率=32%。

此材料具有良好的塑性和较高的弹性，其冲裁加工性能好。

硬钢材料被自由凸模冲圆形孔，查《冷冲压工艺及模具涉及》鸟3-8，可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t，该工件孔径为

由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行，故最小孔边距不应小于材料厚度t，该工件的孔边距（20）>t=2,（10）>t=2,均适宜于冲裁加工。

根据以上分析，该零件的工艺性较好，可以进行冲裁加工。

2.2确定冲裁件工艺方案

该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：

（1）先落料，在冲孔，采用单工序模生产；

（2）采用落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产；

（3）用冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的要求。

由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。

采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。

第三章冲压模具总体结构设计

3.1模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。

采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁模。

3.2导向与定位方式

导向装置：

导套导柱式导向

定位方式：

板料定位靠导料销和活动挡料销完成，控制条料送进方向采用导料板，有侧压装置。

控制条料送进步距采用挡料销距。

3.3卸料与出件方式

采用弹性卸料方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。

为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

3.4模架类型及精度

考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，导套导柱导向。

由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用1级模架精度。

3.5凸模设计

落料凸模刃口部分为非圆形，为了便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于从凸模固定板中拉出。

并将安装部分设计成便于

加工的长圆形。

第四章工艺设计计算

4.1排样设计计算

零件外形近似矩形，轮廓尺寸为58

30考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。

如图1所示：

图1

查《冷冲压工艺及模具设计》表3-13，工件的搭边值a=2，沿边的搭边值a1=2.2

送料步距S=30+2=32mm

条料宽度：

查表得：

导料板之间的距离:

由零件图近似算得一个零件面积为

因此一个进距内的材料利用率为

4.2计算冲压力与压力中心，初选压力机

冲裁力：

根据零件图可算得一个零件外周边长度：

内周边长度之和：

查《冷冲压工艺及模具设计》附表可知：

，

落料力：

冲孔力：

卸料力：

推件力：

根据材料厚度取凹模刃口直壁h=6,

故：

n=h/t=3

总冲压力：

应选取的压力机公称压力：

25t

因此可初选压力机型号为J23-25

确定压力中心：

画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：

由图可知，该形状关于X轴上下对称，关于Y轴左右对称，则压力中心为该图形的几何中心。

4.3计算凸凹模刃口尺寸及公差

1）落料凹模刃口磨损后增大尺寸。

按《冷冲压工艺及模具设计》公式：

，制件精度为IT14级，故x=0.5

2）凹模磨损后变小的尺寸，

，x=0.5

3）凹模磨损后不变的尺寸，

：

冲裁间隙影响冲裁件质量，在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响并不大，但间隙对卸力、推件力的影响却较大。

间隙是影响模具寿命的主要因素。

间隙的大小则直接影响到摩擦大小，在满足冲裁件质量的前提下，间隙一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。

查《冷冲压工艺及模具设计》可知

相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小间隙为0.246mm

第五章设计选用零件、部件，绘制模具总装草图

5.1凹模设计

凹模的结构形式和固定方法：

凹模采用矩形板状结构和通过螺钉、销钉固定在凹模固定板内，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命；

凹模刃口形式：

应冲压的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm，漏料部分沿刃口轮廓单边扩大0.5mm

凹模轮廓尺寸的确定：

查《冷冲压模具设计指导》2-24得：

K=0.28；

凹模厚度

根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为

凹模材料和技术要求：

选用T10A，工件部分淬硬至HRC58~62；外轮廓棱角要倒角。

如图所示：

5.2凸模设计

5.2.1凸模形式与固定方法

冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。

为了保证强度、刚度及便于加工装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不至于被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。

5.2.2凸模长度计算

凸模的长度是依据模具结构而定。

采用弹性卸料时，凸模长度按公式

——凸模长度，mm

——凸模固定板厚度，mm

——卸料弹性元件被预压后的厚度mm

5.2.3凸模的强度与刚度校核

一般情况下，凸模强度与刚度足够，由于凸模的截面尺寸较为适中，估计强度足够，只需对刚度进行校核。

对冲孔凸模进行刚度校核：

有导向的凸模

其中对于圆形凸模

则

由此可知：

冲孔部分凸模工作长度不能超过24.00mm，根据冲孔标准中的凸模长度系列，选取凸模的长度：

50.5

5.2.4凸模材料和技术条件

凸模材料采用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC56～60，凸模尾端淬火后，硬度为HRC43～48为宜。

如图所示：

图3冲孔凸模

5.3凸凹模的设计

5.3.1凸凹模的结构形式与固定方法

凸凹模的结构简图如图所示：

凸凹模

凸凹模与凸凹模固定板采用H7/m6配合。

5.3.2校核凸凹模的强度

冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=2mm,而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。

5.3.3凸凹模尺寸的确定

凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为

，内形刃口尺寸按凸模尺寸配作并保证最小间隙

。

5.3.4凸凹模材料和技术条件

凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至56~60HRC.

5.4定位零件

定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。

选用固定挡料销一个。

挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，固定挡料销固定在位于下模的凸凹模上，规格为GB/T7694.10-94，材料45号钢，硬度为43～48HRC。

选用导料销两个。

导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的后侧（条料从右想左送进）尺寸规格6X2，如图所示：

图4导料销

5.5卸料与出件装置

出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。

由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。

卸料板：

弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍,卸料板与凸模的单边间隙按《冲压工艺及冲模设计》表3-32选取,

t＞1mm时,单边间隙为0.15mm。

为了便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口尺寸端面0.3～0.5，卸料板的尺寸规格为：

125mmX125mmX10mm，材料为:

45#钢。

卸料螺钉：

卸料螺钉采用标准的阶梯形螺钉，根据卸料板的尺寸选择4个卸料螺钉，规格为，JB/T7650.5-94。

卸料装置：

由于橡皮允许承受的负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮作为弹性元件，卸料橡皮的选择原则：

为了保证卸料正常工作，应使橡皮工作时的弹力大于或等于卸料力FX

FXY=AP≥FX=5.48KN

式中FXY—橡皮工作时的弹力，A—橡皮的横截面积，P—与橡橡皮压缩量有关的单位压力，一般预压时压缩量为10%～15%。

由《冲压工艺及冲模设计》图3-64知，取P=0.6MPa，求得A=91.3cm2,由《冲压工艺及冲模设计》表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24

根据工件材料厚度为2mm，冲裁时凸模进如凹模的深度为1mm，模具维修时刃磨留量为2mm，开启时卸料板高于凸模1mm，则求得总工作行程：

h工件=6mm,

使用橡皮时，不应使最大压缩量超过橡皮自由高度的35%～45%否则是皮的自由高度应为：

H=h/（0.25~0.3）

=6/（0.25~0.3）

=20~24mm

模具组装时的预压缩为：

取H=3mm

由此可知：

安装橡皮高度尺寸为21mm,式中的H———所需的工作行程。

由上式所得的高度，还在按下式进行校核:

0.5≤H/B≤1.5

如果H/D超过1.5,应把橡皮分成若干段,并在橡皮之间垫上钢圈。

由《冲压工艺及冲模设计》表3-33中的公式求得橡皮尺寸规格为35×26×24

5.6模架及其其他零件的选用

5.6.1模柄

模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的直径与长度与压力机滑块一致，模柄的尺寸规格选用凸缘模柄，用3～4个螺钉固定在上模座上。

图5模柄

5.6.2模座

标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用，

上模座：

125mm×125mm×35mm；

下模座：

125mm×125mm×45mm；

模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。

5.6.3垫板

垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。

是否要用板，可按下式校核：

式中P—凸模头部端面对模座的单位面积压力；

F12—凸模承受的总压力；

A—凸模头部端面与承受面积。

由于计算的P值大于《冲压工艺及冲模设计》表3-34模座材料的许应压力，因此在工作零件与模座之间加垫板。

垫板用45号钢制造，淬火硬度为HRC43～48，其尺寸规格为：

125mm×125mm×10mm。

上下面须磨平，保证平行。

如图所示：

图6垫板

模架选用后侧导柱标准模架：

上模座：

L×B×H=125mm×125mm×35mm

下模座：

L×B×H=125mm×125mm×45mm

导柱：

D×L=￠22mm×150mm

导套：

d×L×D=Φ35mm×85mm×Φ38mm

模架的闭合高度：

160～190mm

垫板厚度：

10mm；

凸模固定板厚度：

22mm

上模底板厚：

35mm，

凹模厚度：

28.5mm

橡皮厚：

24mm

卸料板厚度10mm

凸凹模固定板厚度：

45mm，

下模底板厚：

45mm

模具的闭合厚度：

5.6.4冲压设备的选择

选用开式双柱可倾压力机J23-25

公称压力为25t，

滑块行程为65mm,

最大闭合高度270mm,

滑块中心线至床身距离200mm，

工作台尺寸：

370mm×560mm，

垫板厚度：

50mm，

模柄孔尺寸：

Φ40mm×60mm.

5.6.5紧固件的选用

上模螺钉：

螺钉起联接紧固作用，上模上6个，45钢，尺寸为M8X70下模螺钉：

6个，45钢，尺寸为M6X55.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上模3个，45钢，尺寸为Φ6X60.

第六章压力机的校核

6.1公称压力

根据公称压力的选取压力机型号J23-25，它的压力为25t>15.79t,所以压力得以校核。

6.2工作台面的尺寸

根据下模座且

每边留出60~100mm,即

，冲压件和废料从下模露出，漏料尺寸小于

，而压力机的孔尺寸为

，故符合要求，得以校核。

第七章模具主要零件加工工艺规程的编制

7.1冲压模具制造技术要求

模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：

a、组成冲压模