汽缸垫汽圈冲压设计Word文件下载.docx
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冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。
精密级是冲压工艺技术所允许的精度，而经济级是可以用较经济的手段达到的精度。
本零件结合精密与经济两方面：
按IT10级精度来处理工件尺寸公差，应按“入体原则”标注，为单项公差。
2．毛刺：
根据制件的技术要求，应保证毛刺控制在一定的范围内。
3．精度要求：
零件的几何形状与尺寸受到模具结构与强度方面的限制。
4．钣金件原料的设计：
最好能使直边在原料上仍保持为直边，以便用裁剪方法代替昂贵的冲裁模。
三、冲压件材料的选择
1．所用材料：
黄铜（H62,半硬的）
黄铜的机械性能和耐蚀性能良好，导电、导热性能较高。
与紫铜相比，价格低，比重小，色泽好；
易于熔铸和加工。
黄铜的耐蚀性是它重要使用性能之一。
含锌低于15％的黄铜，在多种腐蚀介质中有与紫铜完全相似的耐蚀性，但含锌大于15％的黄铜特别是（α+β）黄铜的脱锌腐蚀和内应力腐蚀要较为突出。
黄锌的腐蚀目前较为普遍地认为是铜的二次沉淀所致。
黄铜在氯、水蒸气、氧等介质和拉应力的共同作用下,导致材料破裂的现象叫应力腐蚀或腐蚀破裂。
黄铜的腐蚀破裂既可能是晶间的，也可能是穿晶的，或二者兼有。
随着拉应力的增大穿晶腐蚀程度随之增加。
应力是腐蚀破裂的必备因素。
应力可以是外加负荷，也可以是本身的残余应力。
只有拉应力才引起黄铜的腐蚀破裂。
防止腐蚀破裂的措施可从消除内应力和减小腐蚀两方面着手。
消除内应力最为有效的措施是低温退火（25℃/1小时）。
在α-黄铜中加入少量Si（0.5%）可显著降低黄铜的腐蚀破裂倾向。
此外，在黄铜中加Ni、Sn和P也有良好的作用。
作为护圈应用于汽缸垫上，所承受的应力冲击较大，且工作环境恶劣，需要有较强的抗腐蚀能力。
2．黄铜的加工性能：
α-黄铜的塑性好，能较顺利地进行各种冷热加工。
黄铜的含锌量不同，脆性温度范围有改变，一般位于200~700℃之间,经中间退火的α-黄铜加工率可达70%（板材）。
在α-黄铜内随着锌含量的增加，бb和δ均有提高，在含30~32%Zn时（即出现前）δ为最大值。
随着β`的增加，塑性急剧下降，所以取30~32%Zn为最好。
第二节工艺方案的确定
根据图1-1所示的产品样图，冲压件的形状较规则，尺寸较小，圆外形精度要求较高。
根据冲压件的生产批量，决定模具的结构形式，选用模具材料。
本冲压件要求生产批量较大，所以，应尽可能选择生产率较高的复合模或级进模。
通过分析制件的工艺性，确定出四道工序的选择和组合：
冲孔、落料、拉深、翻边。
方案一：
冲孔、翻边、落料.
方案二：
落料、拉深、冲孔.
根据吉田清太[6]对冲压成形区域的划分和成形区域划分图（图2-2），可以看出，当拉深系数d/D从0增加到1时，胀形、翻边和扩孔工艺转变为拉深。
而当翻边系数从0增加到1时，成形工艺有胀形转变为扩孔，而又变为翻边。
当冲压件旋转角从360逐渐减到0时，则胀形、拉深工艺或胀形、扩孔和翻边工艺，从封闭成形转变为不封闭成形，最后均转变为弯曲工艺。
拉深系数：
m=d/D=14.64/26=0.56
根据计算出的拉深系数，参照吉田清太成形区域划分图：
确定采用方案二：
落料、拉深、冲孔。
为确定模具的类型，先分析单工序模、复合模和连续模的特点，如表1所示：
表1单工序模、复合模和连续模的特点
项目
单工序模
级进模
复合模
无导向
有导向
冲压精度
低
较低
较高，相当于IT10-IT13
高，相当于IT8-IT11
制件平整度
不平整
一般
不平整，有时要校平
因压料较好，制件平整
使用高速冲床的可能性
只能冲，但不能连冲
/
适用于高速冲床，速度高达400次/min以上
由于有弹性缓冲器，不宜用高速，不宜连冲
结合方案二，采用落料、拉深、冲孔复合模。
落料、拉深、冲孔在一个工位中完成，能够很好地保证冲压件的冲压精度，提高了制件的平整程度，组合了三道工序，并采用一出三的设计结构。
这样提高了生产率，使产品的排样能够尽可能大的利用材料。
第三节毛坯尺寸的计算
一、毛坯尺寸的确定
根据冲压件尺寸和所确定的工艺方案，可知冲压件主要的尺寸确定在拉深的部位。
在不变薄的拉深中，材料厚度虽然有变化，但其平均值与毛坯原始厚度十分接近。
因此，毛坯展开尺寸可根据毛坯面积等于拉深件面积的原则来确定。
由于材料的各向异性以及拉深时金属流动条件的差异，为了保证零件的尺寸，必须留出修边余量，在计算毛坯尺寸时，必须计入修边余量，修边余量的数值可查表4-4。
查得：
修边余量：
δ=1.8mm
故，实体外径为：
dt=（18.1+1.8×
2）=21.7mm
毛坯直径按下式确定：
D=（dt2＋4dh－3.44dr）1/2
=（21.72+4×
14.86×
4.3-3.44×
1）1/2
=25.988=26mm
二、确定拉深次数
按h/d=4.3/14.86=0.29；
dt/d=21.7/14.86=1.46；
t/d=0.22/26=0.85%，根据参考文献[1]表4-9：
第一次拉深的系数H/D=0.45~0.53大于h/d=0.29，故零件可一次拉深出来。
拉深高度：
4.3mm。
第四节排样图
一、排样
冲裁件在板料上的布置叫排样，合理的排样充分利用了材料，具有重大意义。
排样的经济程度用材料的利用率K来表示：
K=（na/Ao）×
100%
式中：
K——材料利用率（%）；
n——条料上生产的冲件数；
a——每一冲件面积（mm2）；
Ao——条料面积（mm2）。
由于冶金工厂供应的板料或卷料，其长度和宽度都有一定标准，因此，排料时还要考虑整块板料的合理利用。
排样如图2-3所示。
计算得排样的材料利用率：
η=（nA/Bh）×
=（9×
3.14×
132/78.4×
3×
27.8）×
100%=73%
二、搭边
排样中相邻冲裁件件的余料，或冲裁件与条料间的余料称搭边。
搭边用以防止送料发生偏差时，冲出残缺的废品。
搭边不能太小，过小的搭边刚性不足，有随凸模进入凹模的趋势，容易使刃口受伤。
对于铜，搭边可按参考文献[1]表2-13查得：
工件与工件之间为1.8mm；
工件与条料边缘之间为2mm。
第五节冲裁及间隙的确定
一、冲裁
冲裁由凸模和凹模完成，凸模和凹模组成一组刀口，把材料压在中间，凸模逐步靠近凹模，使材料分离。
冲裁包括：
落料、冲孔、切口、切边、冲缺、剖切、整修等。
其中又以冲孔、落料应用最为广泛。
整个过程可以分成三个阶段（图2-4所示）。
1．弹性变形阶段（Ⅰ图）：
凸模所施加的压力，使材料产生弹性弯曲并略微挤入凹模调口。
2．塑性变形阶段：
材料受力已超过弹性限度（图Ⅱ）。
这时凸模挤入材料宽度为b的一圈，同时材料也挤入凹模，由于材料反抗凸模及凹模的挤入，产生弯矩M，在弯矩M作用下材料弯曲，材料各部分的应力状态。
3．剪切阶段（图Ⅲ）：
在图Ⅲa中，靠近凹模刃边的材料所受应力首先达到最大值（相当于材料抗剪强度），使凹模刃边材料发生裂缝。
但这时凸模刃边的材料还处于塑性状态，因此凸模继续挤入材料。
在图Ⅲb中，这时凸模刃边的材料所受应力也达到了材料抗剪强度，凸模刃边材料也产生剪裂缝，当凸模和凹模单面间隙z/2适当时，从凸模和凹模分别出现的剪裂缝扩展重合而使冲裁件与材料分离。
在图Ⅲc中，凸模继续移动将冲裁件推入凹模。
冲裁所得的表面，在冲出孔的上部，有些微圆角（塌角），接着是光亮的切割部分（光面），最后是断裂的毛刺部分（毛面）。
在冲裁件或废料上，也有类似的三部分，但其分布位置的上下次序却相反。
在冲裁过程中，冲裁力的大小在不断变法。
二、间隙
1．间隙的含义
冲裁模的凸模断面，一般都小于凹模孔，凸模和凹模间有适当空隙，称为间隙。
双面间隙用“Z”表示，单面间隙用“z/2”表示[2]。
2．间隙对冲裁表面质量的影响
如图2-4所示，不同间隙下冲裁断面的变化。
间隙从Ⅰ型断面至Ⅴ型断面逐步减小。
Ⅲ型断面的间隙适中。
这种断面分光面和毛面两部分，并带有塌角R及毛刺。
毛刺有拉伸应力产生，称为拉毛。
毛面部分有斜度α。
Ⅱ型断面的塌角R较Ⅲ型的有所增加，斜度α基本不变，拉毛仍正常。
间隙如再扩大（Ⅰ型断面），则塌角R及斜度α显著增加，拉毛也加大，伴随工件变形。
Ⅳ型断面的塌角R较Ⅲ型减少，但斜度α与Ⅲ型相差无几。
由于间隙的缩小，在毛面中间出现光点，毛刺中等，除拉毛外，并有压缩应力产生的挤毛。
Ⅴ型断面塌角R极小，几乎没有斜度，有两层相互间隔的光面和毛面，毛刺（拉毛和挤毛）有所增加。
3．间隙值的选择
在图2-5中将冲裁断面分成五种类型。
对于各种材料，这五类断面的单面间隙值各有不同。
间隙的数值，一方面和材料的厚度及性能有密切关系，另一方面也取决于生产条件（工件要求、批量、防止废料随凸模回升等等），目前还没有准确的理论计算公式。
对于间隙的取得可通过查表获得。
4．选择间隙方向的基本原则
（1）落料时凹模尺寸做成工件要求尺寸，凸模为凹模尺寸减去间隙值。
（2）冲孔时凸模做成工件孔要求尺寸，凹模为凸模尺寸增加间隙值。
第三章冲压力、压力中心计算和冲压设备选择
第一节压力、压力中心的计算
一、压力的计算
1．落料力计算：
F1=1.3Ltτ
式中F1——落料力；
L——工件外轮廓周长；
t——材料厚度；
t=3mmτ——材料的抗剪强度；
τ=300MPa[1]
L=π×
d=3.14×
26=81.64mm
F1=1.3×
81.64×
0.22×
300=7004.7N
2．拉深力的计算
对于圆筒形件,拉深力可按下式计算:
F2=K2πdtбb
式中K2——修正系数查得[7]：
бb=380MPa
m=0.56查得[1]：
K2=0.96
F2=0.96×
14.64×
380=3689.3N
3．冲孔力的计算：
F3=K3Ltτ
F3=1.3×
π×
300=3944.2N
4．压边力的计算:
拉深压边（压边）
压边力为压边面积乘单位压边力。
即：
F4=AP
F4——压边力；
A——压边圈下毛坯的投影面积；
P——单位压边力（mPa）
查得[3]:
单位压边力P=1.5～2.0mPa取P=1.8mPa
A=π[（26/3）2-（15/2）2]=354.04
F4=1.8×
354.04=637.27N
5．卸料力：
F5=K5FK5——卸料力因数；
K5=0.04
F51=K5×
F1=0.04×
7004.7=280.2N
F52=K5×
F3=0.04×
3944.2=157.8N
6．顶件力：
F61=nK6F1=1×
0.06×
7004.7=420.3N
F62=nK6F3=1×
3944.2=236.7N
7．导料孔：
F7=1.3×
300=808.2N
总压力:
：
F=（F1+F2+F3+F4+F51+F52+F61+F62）×
3+F7×
2
=（7004.7+3689.3+3944.2+637.27+280.2+157.8+420.3+236.7）×
3+808.2×
=50727.9N=50.7KN
二、压力中心的计算
冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。
如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
通常利用求平行力系合力作用点的方法确定模具的压力中心。
（如图3-1）
根据图3-1可知，取如图所示的坐标系。
该冲裁部分在Y轴方向对称，即压力中心在X轴上。
只要计算在X轴方向的坐标位置。
冲裁制件的力：
16370.5N冲导正孔的力：
808.2N
得出在X方向的位置：
x=
16370.5×
（-27.8）+16370.5×
41.7+2×
808.2×
41.7+16370.5×
3+808.2×
x=5.81mm
可知压力中心的坐标为（5.81,0）
计算机压力中心C语言编程
main（）
{floatFa,Fb,X1,X2,X3,Y1,Y2,Y3,Y4,x,y;
scanf（"
%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f"
&
Fa,&
Fb,&
X1,&
X2,&
X3,&
Y1,&
Y2,&
Y3,&
Y4）;
x=（Fa*X1+Fa*X2+2*Fb*X2+Fa*X3）/（Fa*3+Fb*2）;
y=（Fa*（Y1-Y2）+Fb*（Y3-Y4））/（Fa*3+Fb*2）;
printf（"
x=%f,y=%f\n"
x,y）;
}
_
输入：
Fa=16370.5，Fb=808.2，X1=-27.8，X2=41.7，X3=0，
Y1=24.075，Y2=24.075，Y3=35，Y4=35
得出结果x=5.81，y=0
编程环境界面如图3-2所示：
在实际生产中，可能出现冲模压力中心在加工过程中发生变化的情况，或者由于零件的形状特殊，从模具结构考虑不宜使压力中心与压力机滑块中心一致的情况，这时应注意使压力机中心的偏差不致超出所选用的压力机允许的范围。
第二节冲压设备的选择
一、冲压设备类型的选择
根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选定设备类型。
开式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命和冲件的质量。
但是它成本低，具有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件，弯曲件或拉深件的生产中。
闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适于大中型冲压件的生产。
双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠应调，适用于较复杂的大中型冲压件的生产。
高速压力机或多工位自动压力机适于批量生产。
液压机没有固定的行程，不会因板材厚度超差而过载，全行程中压力恒定，但压力机的速度低，生产效力低。
适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。
摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。
在小批量生产中用来完成弯曲、成形等冲压工作。
通过分析，选择开式压力机。
二、开式压力机的型号
行程大小：
应该保证成形零件的取出与毛坯的放进。
压力机工作台面的尺寸：
应大于冲模的平面尺寸，且还需留有安装固定的余地。
闭合高度：
所选的压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适用。
压力机的闭合高度H是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。
大多数压力机，其连杆长短能调节，也即压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大闭合高度Hmax和最小闭合高度Hmin。
设计模具时，模具闭合高度H的数值应满足下式
H－5mm≥H≥H＋10mm
无特殊情况H应取上限值，最好取在：
H≥H+1/3L。
三、冲压力和压力机能的配合关系
当进行冲裁等冲压加工时，由于其施力行程较小，近于板材的厚度，就冲压件护圈零件而言，施力行程仅4.3mm与整个行程70mm相比显得很小，所以可按冲压过程中作用于压力机滑块上所有力的总和F选取压力机。
通常取压力机的名义吨位比F大10%~20%。
冲压设备的选择时可根据总压力的大小来确定:
F压≥（1.6～1.8）F总=50.7×
1.8=91.3KN
所以可以选压力机的公称压力:
160KN[2]
名称
量值
公称压力（10KN）
16
发生公称压力时滑块离下极点距离/mm
5
滑块行程
固定行程/mm
70
调节行程/mm
8
标准行程次数（不小于）/（次/min）
115
最大闭合高度/
固定台和可倾/mm
220
活动台位置
最低/mm
300
最高/mm
160
闭合高度调节量/mm
60
滑块中心到机身距离/mm
工作台尺寸/mm
左右
450
前后
工作台孔尺寸/mm
110
直径
活动台压力机滑块中心到机身紧固工作台平面之距离/mm
150
模柄孔尺寸（直径×
深度）/mm
φ30×
50
工作台板厚度/mm
倾斜角（不小于）/（°
）
30
第四章模具结构和零部件设计
第一节冲模中各零件的设计分析
一套模具根据其复杂程度不同，一般都由数个，数十个甚至更多的零件组成。
但无论其复杂程度如何，或是哪一种结构形式，根据模具零件的作用又可以分成五个类型的零件[1]。
1．工作零件是完成冲压工作的零件。
如凸模、凹模、凸凹模等。
2．定位零件这些零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的进距如当料销、定距侧刀、导正销、定位板、导料板、侧压板等。
3．卸料、推件零件这些零件的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除，以保证下一次冲压工序顺利进行。
如推件器、卸料板、废料切口等。
4．导向零件这些零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。
如导柱、导套、导板等。
5．安装、固定零件这些零件的作用是使上述四部分零件联结成“整体”，保证各零件间的相对位置，并使模具能安装在压力机上。
如上模板、下模板、模柄、固定板、垫板、螺钉、圆柱销等。
由此可见，模具设计中，特别是复杂模具，应从这五个方面去识别模具上的各个零件。
当然并不是所有模具都必须具备上述五个部分零件。
对于试件或小批量生产的情况，为了缩短生产周期、节约成本，可把模具简化成只有工作部分零件；
而对于大批量生产，为了提高生产率，除做成包括上述零件的冲模外，甚至还附加自动送，退料装置等。
第二节本模具的结构设计
根据制件的工艺性和各方面的要求确定模具的主要部分的结构和尺寸，护圈的生产性质属于大批量生产,采用黄铜。
复合模正装和倒装比较
序号
正 装
倒 装
1
对于薄冲件能达到平整要求
对于薄冲件不能达到平整要求
2
操作不方便，不安全，孔的废料由打料杆打出
操作方便，能装自动拨料装置，孔的废料通过凹模的孔往下漏掉。
3
废料不会在凸凹模孔内积聚，可减少孔内废料的涨力，有利于凸凹模减小最小壁厚。
废料在凹模孔内积聚，凹模要求有较大的壁厚以增加强度 。
4
装凹模的面积较大，有利于复杂冲件用拼块结构。
如果凹模较大，可将凹模直接固定省去固定板。
由于大批量生产，故可以考虑级进模或复合模，通过对零件形状和工序要求的分析，对级进模来说不适合，因此，在这里采用复合模。
复合模的结构形式可采用正装式，由于废料和冲出件都通过顶示器或打料杆推出。
所以可以省去清除的工作，且可消除一些安全隐患。
在冲裁过程中，板料被凸凹模和弹性顶示器压紧，故冲出的制件较平整，尺寸精度也高，适合于薄料冲裁。
护圈通过顶件装置推出；
卸料采用弹性卸料系统。
由于根据排样图，采用一出三的冲裁方式；
所以需要三套冲裁的凸、凹模。
在这里除了落料凹模采用整套的形式，其余各冲裁的工作零件均分开做，因此，凸、凹模都没采用镶嵌的形式。
第三节本模具的零件设计
一、落料凹模的设计
1．落料凹模刃口形式[2]
在这里凹模刃口采用图4-1（a）所示的形式
图（a）该形式的特点是刃边强度较好，刃磨后工作部尺寸不变，但洞口易积存废料或制件，推件力大且磨损大；
刃磨时磨去的尺寸较多。
一般用于形状复杂和精度要求较高的制件，对向上出件或出料的且需要压边模具宜采用此刃口形式。
图（b）的特点是不易积存废料或制件，对洞口磨损及压力很小，但刃边强度较差，且刃磨后尺寸稍有增大，不过由于它的磨损小，这种增大不会影响模具寿命。
一般用于形状较复简单、冲裁件精度不高、制件或废料向下落的情况。
本设计采用正装式复合模，制件通过顶件器向上出件，所以采用图（a）所示的刃口形式。
2.落料凹模外形和外形的尺寸确定
计算原则[
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