垫片落料冲孔级进模设计.docx
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垫片落料冲孔级进模设计
《垫片落料、冲孔级进模设计》
课程设计说明书
学生姓名
龚宣军
学生班级
20111
学号
11011023166
指导教师
谢文玲
2014年
12月
8日
实训内容及要求2
实训完成后应提交的材料2
1.冲裁件工艺分析3
2.确定工艺方案及模具结构形式3
3.模具设计计算5
3.1.排样设计5
3.1.1排样方式5
3.2计算条料宽度及确定步距5
3.3材料的经济利用7
4.计算总冲压力7
5.确定压力中心10
6.冲模刃口尺寸及公差的计算11
6.1冲裁模刃口尺寸计算的基本原则11
6.2刃口尺寸的计算方法12
7.确定各主要零件结构尺寸15
7.1凹模的结构设计16
7.1.1凹模的外形尺寸16
7.1.2凹模的固定方法和主要技术要求17
7.2凸模与凸模组件的结构设计18
7.2.1凸模的结构形式18
7.2.2凸模长度的确定18
7.2.3凸模材料19
7.2.4凸模承压能力和失稳弯曲极限长度校核19
7.4.2凸模失稳弯曲极限长度20
7.2.4.3凸模的固定方式21
7.3定位零件的设计21
7.3.1挡料销21
7.3.2.导正销22
7.3.3卸料零件的设计22
7.3.4导料板的设计22
7.4模架及其它零部件设计22
8.模具总装图23
设计小结24
参考文献25
实训内容及要求
1、内容
垫片落料、冲孔级进模设计（挡料销+卸料板+导正销精定位）；
2、要求
目录、设计任务书、产品图及设计说明书、装配图及零件图
（1）要求按设计实训的时间安排，按时，按量，按质完成全部设计内容。
（2）要求工艺设计和模具设计正确，严谨、规范。
（3）要求按统一的格式编写说明书。
（4）确定合理工艺性方案：
应有两个以上的工艺方案比较。
（5）工艺计算（包括毛坯尺寸、冲压力、压力中心、凸凹模间隙，计算凸凹模工作部分尺寸等）
实训完成后应提交的材料
1、使用计算机绘制产品图纸，软件不限；
2、二维模具装配图一张A1（鼓励用计算机绘图）；
3、重要零部件图纸设计A3（计算机绘图）
4、设计说明书一份（推荐用电脑打印，论文不少于1W字）。
如图1所示零件：
垫片
生产批量：
大批量
材料：
10钢t=1.5mm
设计该零件的冲压工艺与模具。
图1托板零件图
1.冲裁件工艺分析
1.材料：
10号钢塑性、韧性很好，易冷热加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好，焊接性优良，无回火脆性，淬透性和淬硬性均差，具有良好的可冲压性能。
2.工件结构形状：
冲裁件内、外形应尽量避免有尖锐清角，为提高模具寿命，建议将所有90°清角改为R1的圆角。
3.尺寸精度：
零件图上所有尺寸未标注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。
经查公差表，各尺寸公差为：
40
、
、
10±0.1、6±0.1、Ф5±0.5
结论：
可以冲裁
2.确定工艺方案及模具结构形式
该工件包括冲孔落料、两个基本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：
先落料，后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二：
落料-冲孔复合冲压。
采用复合模生产。
方案三：
冲孔-落料级进冲压。
采用级进模生产。
确定冲裁组合方式时应考虑下列一些因素：
（1）生产批量；
（2）冲裁件尺寸和精度等级；
（3）对冲裁件尺寸形状的适应性；
（4）模具制造安装调整的难易和成本的高低；
（5）操作是否方便与安全。
方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足批量生产要求。
方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但模具制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。
方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。
经分析，工件尺寸精度要求不高，形状不大，但工件产量较大，根据材料较厚（1.5mm）的特点，为保证孔位精度，冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，采取利用挡料销+导正销精定位进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的级进冲裁模结构形式。
级进模具在冲压过程中，压力机每次行程完成一个或几个工件的冲压。
条料要及时向前送进一个步距，称为送料。
送料的方法可分为三种：
（1）手工送料。
常用于生产批量不大、材料较厚、工件较大时的送料。
（2）自动送料器送料。
所用的材料，一般是成卷的条料。
（3）在模具上附设自制的送料装置。
常用斜楔、小滑块驱动，在级进模中应用较少。
2.级进冲裁的顺序安排
①先冲孔或切口，最后落料或切断；
②采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序应安排与首次冲孔同时进行。
3.模具设计计算
3.1.排样设计
排样是指零件在条料或板料上的布置方法。
排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。
因此，排样时应考虑如下原则：
１．提高材料利用率（不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状）。
２．排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。
３．模具结构简单、寿命高。
４．保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。
3.1.1排样方式
a.有废料排样法
b.少废料排样法
c.无废料排样法少、无废料排样的
采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构、降低冲裁力但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以冲裁件的公差等级较低。
同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。
为此排样时必须统筹兼顾、全面考虑。
该模具我用的是有废料的排样法。
3.2计算条料宽度及确定步距
搭边：
指零件与条料边缘之间或零件之间的余料。
搭边作用：
补偿定位误差、增加条料刚度、保证零件质量。
搭边值的确定：
根据经验定，搭边值不可过小也不可过大
首先查有关表确定搭边值。
根据零件形状，
两工件间按矩形取搭边值a1=1.8,侧边按圆形取搭边值a2=1.8。
查表5.2.2
级进模进料步距为18.87+1.5=20.37mm。
无侧压装置时条料的宽度
条料宽度按相应的公式计算：
查表⊿=0.5
B=（D+2×（a2+⊿）+c）-⊿
式中：
B——条料宽度的基本尺寸（mm）；
D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸（mm）；
a——侧面搭边，查表2.5.2（mm）；
⊿——条料下料剪切公差，查表2.5.3、表2.5.4（mm）
B=（40+2×（1.8+0.5））-0.5
=44.6-0.5
画出排样图，图2
图2排样
3.3材料的经济利用
?
在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。
冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。
不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率，可用下式计算：
η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％
式中
η——材料利用率；
Ｆ——工件的实际面积；
F0——所用材料面积，包括工件面积与废料面积；
A——送料进距（相邻两个制件对应点的距离）；
B——条料宽度。
从上式可看出，若能减少废料面积，则材料利用率高。
废料可分为工艺废料与结构废料两种。
搭边和余料属工艺废料，这是与排样形式及冲压方式有关的废料；结构废料由工件的形状特点决定，一般不能改变。
所以只有设计合理的排样方案，减少工艺废料，才能提高材料利用率。
η＝Ｆ/Ｆ0×１００％＝F/ＡＢ×１００％
=（40×18.87-2×53.14-（4×4-8×3.14）/40×18.87×１００％
=87.13％
4.计算总冲压力
计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。
压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。
普通平刃冲裁模，其冲裁力P一般可按下式计算：
FP＝KptLτ
τ——材料抗剪强度，（MPa）；
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）
式中系数:
Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3。
当查不到抗剪强度τ时，可用抗拉强度σb代替τ，而取Kp＝1的近似计算法计算。
当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。
为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。
从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；从凹模内向上顶出制件需的力，称为顶件力。
影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。
在实际生产中常采用经验公式计算：
卸料力FＱ＝ＫFＰＮ
推料力FＱ1＝nＫ1FＰ
顶件力FＱ２＝Ｋ２FＰ
式中P——冲裁力（N）；
K——卸料力系数，其值为0.02～0.06（薄料取大值，厚料取小值）；
K１——推料力系数，其值为0.03～0.07（薄料取大值，厚料取小值）；
K2——顶件力系数，其值为0.04～0.08（薄料取大值，厚料取小值）；
n——梗塞在凹模内的制件或废料数量（n＝h/t）;
h——直刃口部分的高（mm）；t——材料厚度（mm）。
卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。
由于冲模我采用刚性卸装置和自然漏料方式，故总的冲压力为：
P0=P+Pt
P=P1+P2
而
式中P1--------落料时的冲裁力
P2--------冲孔时的冲裁力
按冲裁力计算公式计算落料时的冲裁力：
P1=KLtτ查τ=300MPa
=1.3[2×（40+18.87）+2x5xπ]×1.5×300/1000（kN）
≈87.3（kN）
按冲裁力计算公式计算冲孔时的冲裁力：
P2=1.3×2×5×π×1.5×300/1000（kN）
≈18.4（kN）
计算推料力Pt：
Pt=nKtP取n=3，查表Kt=0.055
Pt=3×0.055×（87.3+18.4）
≈17.5（kN）
计算总冲压力P0：
P0=P1+P2+Pt
=87.3+18.4+17.5
=123.2（kN）
5.确定压力中心
模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。
为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。
否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命，冲模的压力中心，可按下述原则来确定：
（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。
（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。
根据图3分析，因为工件图形对称，故落料时P1的压力中心在O1上；冲孔时P2的压力中心在O2上。
设冲模压力中心离O1点的距离为X，根据力矩平衡原理得：
P1X=（32-X）P2
由此算得X=1.15mm
图3压力中心
6.冲模刃口尺寸及公差的计算
6.1冲裁模刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。
正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。
从生产实践中可以发现：
（1）由于凸模、凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。
（2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。
（3）冲裁时，凸模、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使间隙越来越大。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则：
（1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。
（2）考虑到冲裁中凸模、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。
这样，在凸模、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。
凸模、凹模间隙则取最小合理间隙值。
（3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。
如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低（即制造公差过大），则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。
制件精度与模具制造精度的关系见表2.2.1。
若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模则可按IT11级制造；对于圆形件，一般可按IT7～IT6级制造模具。
冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件下偏差为零，上偏差为正。
6.2刃口尺寸的计算方法
由于模具加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为二种情况。
1.凸模与凹模分别加工计算模具刃口尺寸
采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。
冲裁间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来保证。
要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差（凸模δp、凹模δd），优点是具有互换性，但受到冲裁间隙的限制，它适用于圆形或简单形状的冲压件。
从图2.3.1冲压件与凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布状态可以看出，要保证初始间隙值小于最大合理间隙2cmax，必须满足下列条件：
｜δp｜＋｜δd｜≤２cmax－2cmin
也就是说，新制造的模具应该是｜δp｜＋｜δd｜＋２cmin≤2cmax。
否则制造的模具间隙已超过允许变动范围2cmin～2cmax，影响模具的使用寿命。
若｜δp｜＋｜δd｜>２cmax－2cmin，可取δp＝0.4（2cmax－2cmin），δd＝0.6（2cmax－2cmin）作为模具的
刃口尺寸计算方法及演算过程不再赘述，仅将计算结果列于表1中。
在冲模刃尺寸计算时需要注意：
在计算工件外形落料时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.15~0.19mm。
为了保证R8与尺寸为16的轮廓线相切，R8的凹模尺寸，取16的凹模尺寸的一半，公差也取一半。
在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.25~0.36mm。
凸凹模的制造偏差。
下面对落料和冲孔两种情况分别进行讨论。
1．落料：
设工件的尺寸为D０－△，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。
首先确定凹模尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2cmin。
各尺寸分配位置见图2.3.1（a）。
凹模制造偏差取正偏差，凸模偏差取负偏差，其计算公式如下：
（2-3-1）
2.冲孔：
设冲孔尺寸为d＋△0，根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙2cmin。
各部分尺寸分配位置见图2.3.1（b），凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。
其计算公式如下：
在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距Ld按下式确定：
式中：
Ｄd—落料凹模基本尺寸（mm）；
Ｄp—落料凸模基本尺寸（mm）；
Dmax—落料件最大极限尺寸（mm）；
dd—冲孔凹模基本尺寸（mm）；
dp—冲孔凸模基本尺寸（mm）；
dmin—冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；
Ld—同一工步中凹模孔距基本尺寸（mm）；
Lmin—制件孔距最小极限尺寸（mm）；
△—制件公差（mm）；
2cmin—凸模、凹模最小初始双面间隙（mm）；
δp—凸模下偏差，可按IT6选用（mm）；
δd—凹模上偏差，可按IT7选用（mm）；
x—系数，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，按下列关系取值，也可查表2.3.1：
当制件公差为IT10以上，取x＝１
当制件公差为IT11～IT13，取x＝0.75
当制件公差为IT14以下时，取x＝0.5。
表1冲模刃口尺寸
冲裁性质
工件尺寸
计算公式
凹模尺寸标注法
凸模尺寸标注法
落料
400-0.62
18.870-0.52
R40-0.3
凹模计算
δd=0.25Δ
39.690+0.06
18.610+0.05
R3.85+00.03
凸模尺寸按凹模实际尺寸配置，保证双边间隙
0.25~0.36mm
冲孔
φ5±0.5
凸模计算
δp=0.25Δ
凹模尺寸按凸模刃口实际尺寸配置，保证双边间隙0.25~0.36mm
5-0.33
中心距尺寸：
L10=9.9+0.1±0.1/8=10±0.0125
注：
在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的1/8。
7.确定各主要零件结构尺寸
7.1凹模的结构设计
该模具我选用直锥筒式刃口凹模。
其特点是刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。
广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。
。
7.1.1凹模的外形尺寸
凹模的外形一般有矩形与圆形两种。
凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度和修磨量。
凹模的外形尺寸一般是根据被冲压材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定如图所示。
凹模外形尺寸
凹模厚度H＝Kb（≥15mm）（2.8.9）
凹模壁厚c＝（15～２）H（≥30～４０mm）（2.8.10）
式中b为冲裁件的最大外形尺寸；K是考虑板料厚度的影响系数。
查表2.8.2
取K=0.38
凹模外形尺寸的确定
凹模厚度H的确定：
H=
P取总压力=123.2（kN）=12320N
H=
≈23.1mm
取凹模厚度H=25mm。
根据设计资料确定凹模长度L和宽度B
c＝（1.5～２）H（≥30～４０mm）
c＝（1.5～２）x25=37.5～50mm
取c=40mm
凹模长度L的确定：
L=b+2c
=40+2×40=120mm
取L=125mm
凹模宽度B的确定：
B=步距+工件宽+2c
（取：
步距=20..37；工件宽=18.37；c=40）
B=20.37+18.37+2×40=118.74mm
取B=125mm
凹模板尺寸为L×B×H=12×12×25
7.1.2凹模的固定方法和主要技术要求
凹模一般采用螺钉和销钉固定。
螺钉和销钉的数量、规格及它们的位置应可根据凹模的大小，可在标准的典型组合中查得。
位置可根据结构需要作适当调整。
螺孔、销孔之间以及它们到模板边缘尺寸，应满足有关设计要求。
若是镶拼凹模结构，固定方法见图。
凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行。
型孔的表面有粗糙度的要求Ra＝0.8～0.4μm。
凹模材料选择与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模。
7.2凸模与凸模组件的结构设计
7.2.1凸模的结构形式
凸模结构通常分为两大类。
一类是镶拼式，另一类为整体式。
整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式。
直通式凸模的工作部分和固定部分的形状与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。
台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时，成形部分常采用成型磨削。
对于圆形凸模，GB2863—81的冷冲模标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格。
设计时可按国家标准选择。
该模具我设计的是整体式台阶固定。
7.2.2凸模长度的确定
凸模长度应根据模具结构的需要来确定。
采用固定卸料板和导料板结构时，凸模的长度应该为：
L＝h1＋h2＋h3＋（15～20）mm
式中：
h1、h2、h3、t分别为凸模固定板、卸料板、导料板、材料的厚度。
15～20mm为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离。
凸模长度计算为：
其中导料板厚h1=8；卸料板厚h2=18；凸模固定板厚h3=18;凸模修磨量Y=18则
L1=18+1+8+18=62mm
选用冲床的公称压力，应大于计算出的总压力P0=123.2（kN）;最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm;工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。
按上述要求，结合工厂实际，可选用J23-2160开式双柱可倾压力机。
并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸配制。
7.2.3凸模材料
模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。
因此应有高的硬度与适当的韧性。
形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用T8A、T10A等材料；形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选Cr12、、CrWMn等制造，HRC取58～60，由于该批零件是大批量生产，所以我选用ＣrMoV。
7.2.4凸模承压能力和失稳弯曲极限长度校核
在一般情况下，凸模的强度是足够的，不必进行强度计算。
但对细长的凸模，或凸模断面尺寸较小而冲压毛坯厚度又比较大的情况下，必须进行承压能力和抗纵向弯曲能力两方面的校验，以保证凸模设计的安全。
为防止小凸模的折断和失稳，常采用保护套的结构进行保护。
7.2.4.1凸模承载能力校核
凸模最小断面承受的压应力σ，必须小于凸模材料强度允许的压力［σ］，即：
σ＝AP／Amin≤［σ］
对于非圆形凸模有：
Fmin≥FP／［σ］
对于圆形凸模有：
dmin≥４tτ/［σ］
式中：
σ——凸模最小断面的压应力（MPa）；
P——凸模纵向总压力（N）；
Amin——凸模最小断面积（mm２）；
dmin——凸模最小直径（mm）；
t——冲裁材料厚度（mm）；
τ——冲裁材料抗剪强度取τ=600（MPa）；
［σ］——凸模材料的许用压应力，可取1800-2000（MPa）。
对于落料凸模：
Amin≥P／［σ］=887300/2000=443.65mm２
40x18.78
故加保护套
对于冲孔凸模：
dmin≥４x1.5x600/2000=1.8mm
5
7.4.2凸模失稳弯曲极限长度
凸模在轴向压力（冲裁力）的作用下，不产生失稳弯曲极限长度Lmax凸模的导向方式有关，其凸模不发生失稳弯曲的极限长度为：
对圆形截面的凸模
故也需要加保护套
Fp为凸模的冲裁力（N）；d为凸模的直径（mm）。
据上述公式可知，凸模弯曲不失稳时的最大长度Lmax与凸模截面尺寸、冲截力的大小、材料机械性能等因素有关。
同时还受到模具精度、刃口锋利程度、
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