垫片冲压模具设计(模具设计与制造综合实践) (1).doc
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JIANGSUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY
模具设计与制造专业综合实践
学院：
材料工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
12模具1Z
姓名：
***
学号：
1234****
指导教师：
***
二〇一六年一月
目录
第一章模具设计 1
1.1冲压的工艺性分析 1
1.2零件的工艺分析 1
1.3制定工艺方案 2
1.4排样设计 3
1.5冲裁工艺力的计算 5
1.6压力中心的确定 7
1.7凸、凹模刃口尺寸的计算 8
1.8冲压设备的选择 10
1.9模架的选择 11
1.10模柄的选择 12
1.11导向装置 13
1.12卸料装置 14
1.13定位装置 14
1.14装配图 16
第二章模具制造 17
2.1零件工作原理 17
2.2零件的加工 17
2.2.1加工的零件 17
2.2.2零件的加工工艺 19
2.2.3其他零件 20
2.3组装图 25
总结 26
参考文献 27
资料.
第一章模具设计
1.1冲压的工艺性分析[1]
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。
对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。
冲裁件合理的工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较长、操作方便及产品质量稳定等要求。
冲裁件的工艺性应考虑一下几点。
（1）冲裁件的形状应尽可能简单、对称，避免形状复杂的曲线。
（2）冲裁件各直线或曲线的连接处应尽可能避免锐角，严禁尖角，一般应有R>0.5t（t为料厚）以上的圆角。
如果是少废料、无废料排样冲裁，或者采用镶拼模具时可不要求冲裁件有圆角。
（3）冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离a不能过小，一般当孔边缘与制件外形边缘不平行时，at;平行时，a1.5t。
（4）冲孔尺寸也不宜太小，否则凸模强度不够。
（5）冲裁件凸出悬臂和凹槽宽度b不宜过小，一般硬钢为（1.5~2.9）t，黄铜、软钢为（1.0~1.2）t，纯铜、铝为（0.8~0.9）t。
（6）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与制件直边之间的距离L不能小于制件圆角半径r与一半料厚t之和，即Lr+0.5t。
（7）用条料少废料冲裁两端带圆弧的制件时，其圆弧半径R应大于条料宽度B的一半，即R0.5B。
（8）冲裁件的经济精度不高于IT11，一般要求落料件精度最好低于IT10,冲孔件精度最好低于IT9。
1.2零件的工艺分析
如下图1-1所示，该零件为插片，材料为10钢的板材，厚度为1mm，大批量生产。
图1-1制件
该冲压件的材料为10钢，优质碳素结构钢，塑性、韧性很好，易冷热加工成形，具有良好的可冲裁性能。
其抗剪强度330~380MPa，抗拉强度205MPa左右。
该工件只有冲孔个落料两个工序，在冲孔是应有一定的凸凹模间隙。
工件的尺寸精度较低，普通冲裁就能满足要求，不需要采用精冲或修整等特殊冲裁方式，最好是采用复合模或级进模，这样将很大地提高生产效率，降低生产成本。
另外，产品对于厚度和表面质量没有严格要求，所以采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证。
1.3制定工艺方案[2]
确定工艺方案首先要确定的是冲裁件的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。
冲裁工序数一般易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序顺序。
根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔两种。
按其先后顺序组合，可得如下几种方案：
方案一：
先冲孔，后落料，单工序冲压；
方案二：
冲孔——落料，单件复合冲压
方案三：
冲孔——落料级进冲模。
采用级进模生产。
单工序模：
单工序模是完成一种工序的冲裁模。
如落料、冲孔、切边等。
单工序模可同时有多个凸模，但其完成的工序类型相同。
由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。
但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。
级进模：
级进模又叫连续模，压力机的一次行程中，在模具的不同位置完成两道或两道以上的工序，它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。
并且级进模生产率高，便于实现机械化、自动化，但模具制复杂，调整维修麻烦工作精度低。
复合模：
压力机的一次行程中，在模具的相同位置完成两道或两道以上的工序，采用复合模加工成形，生产率较高，不受送料误差影响，内外形状相对位置一致性好，冲件表面较为平整，适宜冲薄件，也适宜冲脆性或软质材料，工件精度高。
但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。
综上所诉：
由于此工件有落料有冲孔，单工序不易于实现，而工件精度要求不高，在冲孔和落料之间有足够的距离，由于该工件较简单，复合模和级进模的制造都不是很复杂，所以应该选择级进模。
1.4排样设计[3]
排样是指冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法。
排样合理与否，对材料利用率的大小有直接影响。
（1）排样的方法
排样的方法分为有搭边、少搭边和无搭边三种；按工件的外形特征又可以直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排级裁搭边等形式。
直排：
适用于几何形状简单的零件和矩形工件。
斜排：
适用于T形或其他复杂形状工件，这些工件直排时废料较多。
直对排:
适用于T、Ⅱ、Ⅲ形工件，这些工件直排或斜排时废料较多。
斜对排：
适用于T形等工件，上诉排样时废料较多。
混合排：
适用于两种材料和厚度均相同的工件。
多样排：
适用于大批量生产中，轮廓尺寸较小的工件。
裁搭边：
适用于大批量生产中，小而窄的工件。
综上所述我选择折有搭边排样形式的直排。
（2）板料上排样应注意的事项
① 注意板料轧制纤维方向，以防止弯曲工件的开裂。
② 如果调料宽度就是工件的尺寸时，其所能达到的尺寸精度就是下料精度。
③ 手工送料时，条料长度不宜超过1～1.5mm。
④ 当余料尺寸较大时，应尽可能使余料保留完整，以供其他冲压件的应用。
（3）搭边
选取两制件之间搭边值a1=0mm，侧搭边值a=1.5mm。
（4）条料宽度和步距的计算
条料宽度计算，即
（1-1）
式中：
B——条料宽度，mm；
L——冲裁件垂直于送料方向的尺寸，mm；
a——搭边，mm；
——条料宽度公差，mm；
Z0——条料与导尺间的间距，mm。
条料宽度B=50+2×1.5=53mm，步距h=15+0=15mm。
制件排样图如2-1所示：
图1-2排样
（5）材料的利用率
材料利用率的大小可以按以下公式计算。
一个进距内的材料利用率为
（1-2）
式中：
A——一个冲裁件的面积，mm2；
n——一个进距内的冲裁件数量；
B——条料宽度，mm；
S——进距，mm。
其中A=750mm2；B=53mm；h=15mm。
根据式子（2-2）得：
1.5冲裁工艺力的计算
（1）冲裁力F的计算
冲裁力计算包括冲刺力、卸料力、推荐力、顶出力的计算。
冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料厚度、工件周边长度、材料的力学性能等参数有关。
冲裁力是设计模具、选择压力机的只要参数。
计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备和设计模具。
选用冲压设备的标称压力必须大于所设计的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。
[3]
影响冲裁力的因数有很多，主要的有材料力学性能、厚度、冲裁件周边长度、模具间隙大小及刃口锋利程度等。
一般平刃口模具冲裁时，其冲裁力一般可以按下式计算
（1-3）
式中：
F——冲裁力；
L——冲裁周边长度；
t——材料厚度，mm；
——材料抗剪强度；
K——系数。
系数K是考虑到凸模、凹模刃口磨损，模具间隙波动，材料力学性能变化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系数，常取K=1.3。
此件内外周边之和L=130mm。
查碳素结构钢的力学性能表知10钢的抗剪强度=255Mpa～333Mpa，取255Mpa，制件厚度t=1mm。
[4]
在一般情况下，材料的，为计算方便，也可用式（1-4）计算冲裁力F：
（1-4）
式中：
——材料的抗拉强度.
根据（1-3）计算冲裁力：
=1.3×1×130×255
=43095（N）
≈43.1（KN）
（2）卸料力、推件力、顶件力的计算
由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后在凹模洞口中。
从凸模上卸下板料的力称卸料力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料顺着冲裁方向推出的力称为推件力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料逆着冲裁方向顶出来的力称顶件力。
① 卸料力FX一般可以按下式计算：
（1-5）
式中：
——卸料力；
——卸料力系数，取＝0.04。
根据（2-5）计算卸料力：
=0.04×43.1
=1.724KN
② 推件力一般可以按下式计算：
（1-6）
式中：
——推件力；
KT——推件力系数,取KT＝0.055；
n——同时卡在凹模内的冲裁件（或废料）的个，则n=2。
根据（1-6）计算推件力：
=2×0.055×43.1
=4.741KN
③ 顶件力一般可以按下式计算：
（1-7）
式中：
——顶件力；
——顶件力系数,取KD＝0.06。
根据公式（1-7）：
=0.06×43.1
=2.586KN
（3）公称压力的确定
压力机的公称压力须大于或等于冲压力。
计算总冲压力，原则上只计算同时发生的力，并根据不同的模具结构分别对待。
由于该零件采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模，所以：
（1-8）
选用的压力机公称压力P≥（1.1～1.3）F，取系数为1.3，则：
P≥1.3F=1.3×272.73=1.3×52.151=67.7963KN
1.6压力中心的确定
冲裁对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。
冲裁模对工件施加的冲裁力合力的中心称为冲裁压力中心。
[5]
要使冲压模具正常工作，必须使压力中心与模柄的中心线相重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。
否则再冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向机构产生不均匀磨损。
[6]
因为我的零件图是一个对称的图形，所以其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。
1.7凸、凹模刃口尺寸的计算
1.凸、凹模刃口尺寸计算原则[7]
（1）落料落料件光面尺寸与凹模尺寸基本一致，故应以凹模尺寸为基准；又因落料件的尺寸会随凹模尺寸的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，则落料凹模尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。
而落料凸模基本尺寸，则按凹模基本尺寸减去最小初始间隙。
（2）冲孔冲孔件光面的孔径与凸模尺寸基本一致，故应以凸模尺寸为基准。
又因冲孔的尺寸会随凸模尺寸的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加上最小初始间隙。
2.凸、凹模刃口尺寸的计算[8]
根据模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的计算方法分为两种情况。
凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。
对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工方法。
凸模与凹模分开加工主要适用于圆形或形状简单的冲裁件。
采用这种方法要分别标注凸模与凹模刃口尺寸与制造公差。
同时，为保证一定的间隙，模具的制造公差必须满足下列条件：
（1-9）
式中：
——凸模制造公差；
——凹模制造公差；
——最大合理间隙；
——最小合理间隙。
（1）落料凸、凹模刃的口计算
（1-10）
（1-11）
式中：
Dd——落料凹模基本尺寸，mm；
DP——落料凸模基本尺寸，mm；
D——落料件最大极限尺寸，mm；
r——落料件外径公差，mm；
——凸、凹模最小初始双面间隙，mm；
——因数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关。
根据上面的公式（1-9）和（1-10）计算以下尺寸：
[1]500-0.62
其中Z=0.1mm、Z=0.14mm、=1、δ=0.020、δ=0.030。
[9]
校核间隙：
|δ|+|δ|=0.040Z-Z=0.04，故满足加工的要求。
所以：
[2]R7.50-0.36
其中Z=0.1mm、Z=0.14mm、=1、δ=0.020、δ=0.020。
[9]
校核间隙：
|δ|+|δ|=0.040Z-Z=0.04，故满足加工的要求。
所以：
（2）冲孔凸、凹模刃口的计算
（1-12）
（1-13）
式中:
dd——冲孔凹模基本尺寸，mm；
——冲孔凸模基本尺寸，mm；
——凸、凹模的制造公差，mm。
——磨损系数，当冲压件尺寸公差为IT10以上，取x=1；当工件精度IT11～IT13，取x=0.75；当工件精度IT14，则取x=0.5；
△——冲孔件孔径公差，mm；
——凸、凹模最小初始双面间隙，mm；
根据上面的公式（1-11）和（1-12）计算以下尺寸：
[1]80+0.36
其中Z=0.1mm、Z=0.14mm、=1、δ=0.020、δ=0.020。
[9]
校核间隙：
|δ|+|δ|=0.040Z-Z=0.04，故满足加工的要求。
所以：
（3）孔中心距的计算
=（＋0.5△）±0.125△（1-14）
式中：
——同一工步中凹模孔距基本尺寸,mm；
——制件孔距最小极限尺寸,mm。
[1]尺寸35±0.31
=（＋0.5△）±0.125△
=（35-0.31+0.5×0.62）±0.125×0.62
=350.0775mm
1.8冲压设备的选择
根据上面所求的总压力选得的压力机为：
开式双柱可倾压力机，其压力机的型号为J23-10。
表1-1开式双柱可倾压力机主要技术参数
主要技术参数
型号
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-40
J23-63
J23-100
公称力/
63
100
160
250
400
630
1000
滑块行程/
35
45
65
100
130
130
130
滑块行程次数/
170
145
120
105
45
50
38
最大闭合高度/
150
180
220
270
330
360
480
最大装模高度/
120
145
180
220
265
280
380
连杆调节长度/
30
35
45
55
65
80
100
工作台尺寸/
前后
200
240
300
370
460
480
710
左右
310
370
450
560
700
710
1080
垫板尺寸/
厚度
30
35
40
50
65
80
100
孔径
140
170
210
200
220
250
250
模柄孔尺寸/
直径
30
30
40
40
50
50
60
深度
50
55
60
60
70
80
75
最大倾斜角度/（°）
45
35
35
30
30
30
30
1.9模架的选择
模架包括上模座、下模座、导柱和导套。
冲压模具的全部零件都按在模架上。
为了缩短模具制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准，并有商品模架出售。
根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。
[10]
选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，呸件定位、出件方式，材料送料方向，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。
通常中、小型冲模常采用后侧式、对角式或对称式的导柱型模架。
四角导柱式模架主要用于精度要求高的冲压件和大型冲压件。
综上所述我选择滑动导向型的后侧导柱式模架。
图如1-3所示：
图1-3
1.10模柄的选择
模柄的种类有好多那种，分别是压入式模柄、旋入式模柄、凸缘式模柄、浮动模柄等。
模柄根据所选择的压力机模柄孔的大小进行选择.中小型模具一般采用模柄将上模与压力机滑块连接，设计时选择模柄的类型要考虑模具结构的特点和使用要求，模柄工作段的直径应与所选择额压力机的滑块孔的直径相一致。
其中：
（1）压入式模柄
固定段与上模座孔采用H7/m6过度配合，并加销钉防止转动。
（2）旋入式模柄
通过螺纹与上模座连接，上端两行面供扳手旋紧用
（3）凸缘式模柄
在上模座加工出容纳模柄大多数为大凸缘的沉孔，与凸缘为H7/m6过度配合，并用了3个或4个内六角螺钉进行紧固。
[11]
（4）浮动模柄
凹球面模柄与凸球面垫块连接，允许模柄与模柄轴中心线之间的偏离，可减少滑块误差对模具导向精度的影响。
根据此副模具的特点和使用要求，采用压入式模柄，因为不需加工，只需按尺寸进行购买即可以得到。
1.11导向装置[9]
在大批量生产中为了便于装模或在精度要求较高的情况下，模具都采用导向装置，以保证精确的定位，提高冲件质量及模具寿命。
[12]
（1）导向装置设计的注意项：
① 导柱和导套应在凸模工作前或压料版接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面留有10~15mm的间隙;
② 导柱、导套与上、下模板装配后，保证导柱与下模座的下平面、导套上端与上模座的上平面俊留2~3mm的间隙；
③ 对于形状对称的工件，为了避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同；
④ 当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受侧向压力；
⑤ 导套应开排气孔一排除空气。
（2）导向装置结构
① 滑动式导柱导套结构
滑动式导柱导套的导向装置是最常用的形式，这种结构加工方便，易于标准化，但承受侧压能力差。
② 滚动式导柱、导套结构
滚动式导柱、导套，导向精度高，寿命长、成本高，在高速冲裁和精密冲裁中用得较多。
导套与导柱没有间隙，有时为负间隙（-0.01~0.02mm），钢球为为倾斜排列，倾角α=5°~10°。
钢球直径一般取3~5mm，钢球保持架采用黄铜板H62制作，导柱导套材料选用GCr15，热处理硬度60~62HRC，导套的长度应保持模具在限位时，最少还有2~3圈的钢球与导柱相接触。
[13]
③ 导块式导向装置
加工大、中型弯曲件、覆盖件的冲模等要承受较大的侧向力，这类模具中常用导块导向。
导柱、导套的图如1-4所示：
图1-4
1.12卸料装置
卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料的变形，并能帮助送料导向和保护凹模等。
设计时应注意以下几个方面：
（1）卸料力一般去5%~20%冲裁力。
（2）卸料板应有足够的刚度和厚度。
（3）卸料板要求耐磨，材料一般选45钢，淬火，磨削，粗糙度Ra0.4~0.8µm
（4）卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模有4~6mm的刃磨量。
（5）卸料板可根据工件形状制作圆形或矩形，型孔与凸模的配合为H7/h6或H8/f7。
卸料板的结构分为两种一个是固定卸料板，另一种是弹性卸料板。
固定卸料板，又称刚性卸料板，用于厚料或硬材。
弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料。
使工件的平面度提高。
他是借助弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。
[14]
综上所述我选择弹性卸料装置。
1.13定位装置[10]
为限定被冲材料的进给步距和确定的将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。
用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销、定位侧刃和侧压装置等。
定位制造应可靠并具有一定的强度，以保证工件精度、质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位装置应避免开油污、碎屑的干扰并且不与运动机构干涉。
定位精度要求较高时，要考虑粗定位和精定位两套装置，分布进行；坯件需要两个以上工序的工位的定位时，他们的定位基准应该一致；设计定位装置还应考虑避免坯件、反误放置的措施。
[15]
（1）挡料销
挡料销（又称定位销）主要用于定位保证条料有准确的送料距，挡料销有多种形式，分别用于不同场合。
（2）导料销、导料板
使用条料或卷料冲裁时，一般用导料销、导料板来导正材料的送进。
主要用于条料送进定向，防止偏斜。
它们装于下模凹模口的上平面。
导尺用
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