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冲压垫片设计说明书

垫片冲孔落料级进模设计

摘要：

通过分析制件的工艺性可确定制件的成形加工需要一副模具完成。

在这副级进模中，可以完成包括冲孔、落料两道冲压工序。

首次冲孔采用始用挡料销定位；落料采用固定挡料销和导正销定位。

相对其他冷冲压模具而言，它具有以下一些优点：

1模具寿命较长；

②生产效率高；

③成本低。

关键词：

级进模、始用挡料销、固定挡料销、导正销

Backingplate——Piercingandblanking

progressivediedesign

Abstract：

backingplate——Piercingandblankingprogressivediedesign.Throughtheanalysisofthepiece,makesurethatonemoldcanproducethebakingplateweneed.Inthisprogressivedie,itincluduespiercingandblanking–twoworkingprocedures.Whenwefirstcutthehole,theworkpieceholdedbystartingstop;whenblanking,thematerialareloatedbythepiloteandstoppin.Comparingtootherpressmethods,ithassomechracteristicesfellowing:

First,thelifeofthemoldislong;

Second,theefficiencyofthemoldishigh.

Third,thecostofthemoldislow.

Keyswords:

progressivedie;startingstop;thepilote;stoppin.

1绪论1

2制件的工艺性分析3

3工艺方案的确定4

4主要工艺参数计算5

4.1排样的设计与计算5

4.1.1确定搭边与搭肩值5

4.1.2计算送料步距和条料的宽度5

4.2冲压力的计算并初步选取压力机的吨位6

4.2.1冲裁力的计算6

4.2.2卸料力、推件力及顶件了力的计算7

4.2.3总冲压力

8

4.3压力机的公称压力的确定8

4.4压力中心的确定9

4.5工作部分的尺寸计算9

4.5.1计算冲孔凸、凹模工作部分的尺寸并确定其公差9

4.5.2落料凸模、凹模刃口尺寸的计算10

5模具总体设计13

5.1模具类型的选择13

5.2定位方式的选择13

5.3导向方式的选择13

5.4卸料方式的选择13

6模具主要零部件的设计14

6.1工作零件的结构设计14

6.1.1凹模的设计14

6.1.2冲孔凸模的设计15

6.2定位零件的设计17

6.2.1始用挡料销的设计与标准化18

6.2.2固定挡料销的设计与标准化18

6.2.3导正销的设计与标准化19

6.2.4导料板的设计与标准化20

6.3导向装置的设计20

6.4卸料装置的设计21

6.5连接与固定装置的设计21

6.5.1模柄的设计21

6.5.2固定板的设计22

6.5.3垫片的设计23

6.5.4螺钉与销钉的设计23

6.5.5卸料板的设计23

6.6模架及组成零件的确定23

6.6.1模架的选用23

6.6.2模座的确定23

7模具闭合高度及压力机有关参数的校核25

8绘制模具总装图和非标零件工作图26

8.1模具总装图和非标零件工作图见附图26

8.2模具的工作原理26

设计总结28

致30

参考文献31

1绪论

模具行业概况：

模具工业是国民经济的基础工业,是工业生产的重要工艺装备.先进国家的模具工业已摆脱从属地位,发展为独立的行业.日本工业界认为:

“模具工业是其它工业的先行工业,是创造富裕社会的动力”.美国工业界认为:

“模具工业是美国工业的基石”。

在我国.1998年3月在《国务院关于当前产业政策要点的决定》模具被列为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位,把发展模具工业摆在发展国民经济的重要位置.目前,我国冲压模具在产值占模具总产值的40%以上,处于主导地位.

冲压是一种先进的少无切削加工方法,具有节能省材,效率高,产品质量好,重量轻,加工成本低等一系列优点,在汽车,航空航天,仪器仪表,家电,电子,通讯,军工,日用品等产品的生产中得到了广泛的应用.据统计,薄板成型后,制造了相当于原材料的12倍的附加值,在国民经济生产总值中,与其相关的产品占四分之一,在现代汽车工业中,冲压件的产值占总产值的59%.随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。

在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。

对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。

经过在新飞电器、在中国一拖生产实习，我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是有了全新的理解。

在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下，我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识。

同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料，通过这些实践，我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。

通过在图书馆借阅相关手册和书籍，更系统而全面了细节问题。

锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质。

设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。

在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。

由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中难免有不妥之处，肯请各位老师指正。

垫片成形工艺及模具设计的进度

1.了解目前国外冲压模具的发展现状，所用时间10天；

2.确定加工方案，所用时间8天；

3.模具的设计，所用时间40天；

4．模具的调试．所用时间5天。

在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。

由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中难免有不妥之处，肯请各位老师指正。

设计者：

玉梅

2制件的工艺性分析

工件名称：

垫片

生产批量：

大批量

材料：

Q235

厚度：

0.5mm

工件简图见图1

图1制件图

制件的总体分析：

工艺性：

垫片属于中等尺寸零件，料厚0.5mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求无，图示零件材料为Q235钢，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。

此工件只有外形落料和冲孔两个工序。

零件外形可采用落料工艺获得。

冲孔的工艺性：

φ4.5mm的孔，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。

图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，符合一般级进冲压的经济精度要求。

由以上分析可知，图示零件具有较好的冲压工艺性，适合冲压生产。

3工艺方案的确定

垫片零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。

方案一：

用简单模分两次加工，即先落料,后冲孔。

采用单工序模生产。

方案二：

落料——冲孔复合模。

采用复合模生产。

方案三：

冲孔——落料级进模。

采用级进模生产。

分析各方案的优缺点

方案一：

生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。

方案二：

冲压生产率较高，压力机一次行程可完成两个以上工序，实现操作机械化，自动化难，制件和废料排除较复杂，另外复合模制造的复杂性和价格较高。

方案三：

只需要一副模具，生产率高，压力机一次行程可完成多个工序，实现操作机械化自动化容易，尤其适应于单机上实现自动化，冲模的制造复杂性和价格低于复合模，精度也可也得到保证。

通过上述三个方案的比较，该件的冲压生产采用方案三更佳。

4主要工艺参数计算

4.1排样的设计与计算

设计级进模时，首先要设计条料排样图。

根据工件的形状选择有废料排样，且为直排的形式，虽然材料的利用率低于少废料和无废料排样，但工件的精度高

垫片零件设计为单向排列，采用直排的排样方案（如图2所示）

图2排样图

4.1.1确定搭边与搭肩值

搭边和搭肩值一般是由经验确定的查表而取最小搭边值为a=1.0mm和b=1.2mm

4.1.2计算送料步距和条料的宽度

条料宽度的计算：

拟采用无侧压装置的送料方式，由

B-0Δ=〔Dmax+2a〕

Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸

a—侧搭边值

代入数据计算，取得条料宽度为31.4mm。

导料板间距离的计算：

由s=D+2（a+c1）,代入数据计算得导料板间距离为32.4mm。

4.1.3计算材料的利用率

查工具书可得所用板料规格为500x1000x0.3,生产时条料规格为31.4x1000x0.3。

材料利用率

的计算公式为

=

式中A—一个冲裁件的面积，mm2;

n—板料（或条料.带料）上冲压件的数量；

B—条料（或条料.带料）宽度，mm;

L—板料（或条料.带料）长度，mm

根据所选的板料长度、工件尺寸、搭边值可知:

n=33

所以材料的利用率为

＝

＝66.4％

4.2冲压力的计算并初步选取压力机的吨位

4.2.1冲裁力的计算

冲裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力F按下式计算：

F=KLtΓb

冲裁力公式为P＝P孔+P落

式中P—冲裁力

P孔—冲孔冲裁力

P落—落料冲裁力

1冲孔冲裁力P孔

P孔＝K

tτ

式中K—系数，查表取K＝1.3

—冲孔周长，L＝3.14×4.5＝14.13mm

t—材料厚度，t＝0.5mm

τ—材料抗剪强度，MPa，查手册Q235钢τ＝（370～460）MPa，

取τ＝400MPa

所以P孔＝K

tτ＝1.3×14.13×0.5×420＝3857.4N

取P孔＝3.9KN

2落料冲裁力P落

P落＝K

tτ

式中

—落料件外形周边尺寸

＝3.14×29x35.4/360＋3.14×6=81.95+18.84＝100.79mm

所以P落＝KLtτ＝1.3×100.79×0.5×420=27515.6N

取P落＝27.5KN

4.2.2卸料力、推件力及顶件了力的计算

卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。

而推件力是将梗塞在凹模的料顺冲裁方向推出所需的力。

顶件力逆冲裁方向将料从凹模顶出所需的力。

卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的，所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑，影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。

现在按照下面的经验公式计算：

卸料力Px

Px＝

P落

式中Px—卸料力

—卸料系数，查表

＝0.045

所以Px＝0.045×27.5＝1.24KN

推料力

＝

P孔n

式中

—推料系数,查表取

=0.065

n—同时卡在凹模洞孔的件数,取n=8

所以

=0.065×3.9×8=2.028KN

4.2.3总冲压力

冲裁时,压力机的压力值必须大于或者等于冲裁各工艺力的总和,即大于总的冲压力,总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同,当采用弹性卸料装置和下出件的模具时,总的冲压力为

=P+Px+

+Px=3.9+27.5+1.9+2.0=35.3KN

4.3压力机的公称压力的确定

初选开式可倾压力机参数压力机型号为J23-6.3

查手册选择压力机的参数如表一：

公称压力

63KN

最大闭合高度

150mm

闭合高度调节量

35mm

工作台尺寸

200×310mm

工作台孔尺寸

160×140mm

模柄孔尺寸

Ф25×40mm

4.4压力中心的确定

模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。

为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。

否则冲压时滑块会承受偏心载荷，导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。

而本模具所冲裁的制件形状完全对称于相互垂直的两条对称线，所以模具的压力中心在几何图形的中心点上。

4.5工作部分的尺寸计算

4.5.1计算冲孔凸、凹模工作部分的尺寸并确定其公差

该零件属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落料获得，而中间的小孔尺寸则是由冲孔得到。

查表而知：

Zmin=0.04,Zmax=0.06mm

Zmax–Zmin=0.02mm

基本尺寸小于或等于18时，δT=0.020，δA=0.020

基本尺寸小于或等于30时，δT=0.020，δA=0.025

由板料厚度级零件的形状可得X=0.5

设凸、凹模分别按IT9、IT10级精度制造，分别计算da如下：

冲ø4.5mm的孔

冲孔时，间隙取在凸模上，则：

凹模尺寸

=（dmax-χ△）

式中：

---冲孔凹模刃口尺寸

dmax

---冲孔件孔的最大极限尺寸，mm,d

=4.5mm

Zmin——双面间隙，mm

△——工件公差，mm，△=0.3mm

x——磨损系数，x=0.5

δ——凸模和凹模的制造公差，mm,查表δ=0.02mm

所以

=（4.8-0.5×0.3）+0.020=4.65+0.020mm

校核：

|δT|+|δA|=0.02mm+0.02mm=0.04mm＞Zmax–Zmin=0.02mm，不满足间隙公差条件，因此只有缩小δT、δA，提高制造精度，才能保证间隙配合在合理围

可取δA≤0.6（Zmax－Zmin）=0.6×0.02=0.012mm

=4.65+0.0120

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，基本尺寸为4.65,不必标注公差，但要在技术条件中注明：

凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.04mm.（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分别见图3、4）

4.5.2落料凸模、凹模刃口尺寸的计算

因此落料件为复杂的制件，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。

采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情

况，然后分别按不同的计算公式计算。

a、凹模磨损后会增大的尺寸-------第一类尺寸A

第一类尺寸：

Aj=（Amax-x△）0+0.25△

b、凹模磨损后会减小的尺寸-------第二类尺寸B

第二类尺寸：

Bj=（Bmax+x△）0-0.25△

c、凹模磨损后会保持不变的尺寸第三类尺寸C

第三类尺寸：

Cj=（Cmin+0.5△）0.125△

图3落料凹模刃口部分尺寸

图4落料凸模刃口部分尺寸

由手册表查得:

尺寸29mm的工件制造公差为0.52mm

尺寸3mm的工件制造公差为0.25m

第一类尺寸：

磨损后增大的尺寸：

A1=（Amax－x△）0+0.25△=（29－0.5×0.52）

=

mm

A2=（Amax－x△）0+0.25△=（3－0.5×0.25）=

mm

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是28.74mm,2.875mm,不必标注公差，但要在技术条件中注明：

凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.04mm.（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分别见图3、4）

5模具总体设计

5.1模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用级进方式冲压，所以模具类型为级进模，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用正装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模，采用下出料方式。

5.2定位方式的选择

本工件是大批量生产，第一个工位采用始用挡料销定位，第二个工位采用固定挡料销与导正销共同定位。

送料时始用挡料销与固定挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装一个导正销，利用条料上φ4.5mm的孔做定位孔进行形定位，依此作为条料送进的精确定距。

5.3导向方式的选择

为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。

采用手工送料方式，为了提高开敞性和导向均匀性，采用对角导柱模架。

5.4卸料方式的选择

本模具采用正装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从凹模孔洞中落下。

卡在落料凸模上的条料由弹性卸料板卸下。

6模具主要零部件的设计

6.1工作零件的结构设计

6.1.1凹模的设计

在本模具中采用螺钉和销钉将凹模直接固定在支撑件上,凹模刃口为直壁式,凹模采用销钉和螺钉固定时要保证螺钉（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔与凹模刃壁间的距离不能太近,否则会影响模具的寿命。

图5整体式凹模的结构

整体式凹模的局部结构如图5所示。

整体式凹模装于下模座上，由于下模座孔口较大因而使工作时承受弯曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。

但由于凹模受力复杂，凹模高度可按经验公式计算，即

凹模高度H=KB（不小于8mm）

凹模壁厚C=（1.5~2）H

送料方向上凹模长度L=s1+ks2

式中B----垂直送料方向凹模刃口间的最大距离，mm但B不小于15mm

C-----凹模壁厚，mm指刃口至凹模外形边缘的距离

L-----送料方向上凹模长度

s1-------送料方向上凹模刃口间的最大距离

s2-------送料方向上凹模刃口至凹模边缘的最小距离

K=系数，取0.40

所以凹模高度H=KB=0.40×29=11.6mm查表取标准值H=16mm

C=2H=32mm

L=29+0.4×20=37mm

凹模的外形尺寸确定：

125mm×100mm×16mm

凹模与凹模固定板采用过盈配合，无需设计凹模上用来固定的螺钉之间以及螺钉与外缘间的距离。

6.1.2冲孔凸模的设计

冲小圆孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如图6所示：

图6冲孔凸模的结构形式

凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，设计该模具为冲孔落料级进模，采用刚性卸料板，其凸模长度用下列公式计算：

L=h1+h2+h3+h

式中L—凸模长度，mm

h1—凸模固定板高度，mm

h2—卸料板高度，mm

h3—橡胶的高度，mm

冲裁φ4.5mm孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）

小凸模长度L=16+14+10=40mm

小凸模强度校核

要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即

校核公式为

≤

式中P孔—冲孔冲裁力,N,P孔=3680N

Fmin—凸模最小断面积，

Fmin=

/4=15.9

---凸模材料的许用压力，Mpa,如凸模材料选用Cr12，查手册

=（1000～160）Mpa,取

=1200Mpa

因为

=

=231.5Mpa＜

所以凸模强度符合要求。

外形落料凸模、凹模各尺寸及其组件的确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）

外形凸模的设计：

外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模，用两个M8的螺钉固定在垫片上，由于采用弹性卸料板，凸模按下式计算

L=h1+h2+h3

其中：

h1为固定板厚度（16mm），h2为卸料板厚度（14mm），h3为橡胶的（10mm）长度态下

所以：

L=16+14+10=40mm　

凸模固定板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格查手册可得125×100×16。

凹模组件的尺寸确定和示意图

凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。

（图7）

图7整体式凹模的尺寸

凹模的长度选取要考虑以下因素：

a）保证有足够的位置安放卸料板

b）便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。

选取凹模边界为125mm×100mm。

凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为58～62HRC。

6.2定位零件的设计

在本模具中采用的是条料，所以导料板，导正销和固定挡料销作为定位装置，起导向同时起定位的作用。

用挡料销挡住搭边或冲件轮廓，以限定条料的送进距离。

在本模具中试用固定挡料销，其结构简单、制造容易，在模具中广泛应用作定距装置。

6.2.1始用挡料销的设计与标准化

图8始用挡料销的设计

挡料销标记：

456GB/T2866.1—81（图8）

材料：

45钢GB/699—88

热处理：

硬度43～48HRC

技术条件：

按GB2870—81

6.2.2固定挡料销的设计与标准化

固定挡料销的设计根据标准件，选用此挡料销如图9

图9固定挡料销的结构

选用直径φ4mm，h=3mm材料为45钢A型固定挡料销（JB/T7649.10—94）

6.2.3导正销的设计与标准化

导正销主要用于级进模上，消除挡料销的定位误差，以获得较精确的工件。

导正销的结构形式，结构设计，尺寸精度，材料的热处理等可参照JB/T7647.1—94和JB/T7647.2—94选定。

导正销的结构形式查手册选用如图10

图10导正销的结构形式

D=d-a

式中D——导正销直径的基本尺寸

d——冲孔凸模直径

a——导正销与冲孔凸模直径的差值

冲裁φ4.5mm孔的导正销查表得h=0.6t2a=0.04mm

D=d-a=4.65-0.04=4.61mm

h=0.6×0.5=0.3mm

6.2.4导料板的设计与标准化

经查表分析得导料板长度L=140mm，宽度B=30mm，厚度h=6mm如图11。

图11导料板的设计

6.3导向装置的设计

导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大，零件的要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置，本模具中应用导柱导套装置来完成导向，选用对角式导柱模架。

6.4卸料装置的设计

本模具设计了弹性卸料板，使用橡胶作为弹性元件。

弹性卸料版兼有压料作用，由于板料只有0.3mm，用刚性的卸料装置已毁坏板料，故选用弹性卸料装置。

弹性元件的计算如下：

1、确定自由高度

——冲模工作行程（

）对冲裁模而言，

——预留的修模量。

根据模具设计寿命一般取

2、确定

和

——橡皮的预压缩量

——冲模装配好以后橡皮的高度

3、确定橡皮横截面积

——所需的弹压力（

）

——橡皮在预压缩状态下的单位压力:

约为

6.5