六角垫圈复合模倒装课程设计.docx
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六角垫圈复合模倒装课程设计
题目：
垫圈倒装复合模设计
系部:
物电系
专业名称:
模具设计与制造
班级:
09模具1班
姓名:
陈双凤
学号:
0930613007
指导教师:
常宏斌
2011年5月26日
目录
绪论..................................................3
1、冲裁件工艺分析.......................................4
2、冲裁方案的确定.......................................6
3、模具结构形式的确定...................................8
4、模具总体设计..........................................8
5、模具设计计算.........................................10
6、主要零部件设计.......................................20
7、校核模具闭合高度及压力机有关参数....................24
8、设计并绘制模具总装图及选取标准件....................25
9、绘制非标准件零件图...................................25
10、总结.................................................25
绪论
模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。
设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。
在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。
充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。
冲压工艺是塑性件，所以有加工的基本方法之一。
它主要用于加工板料零时也叫板料冲压。
冲压不仅可以加工金属板料，也可以加工非金属板料。
冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。
当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。
由于新技术的应用和引导,模具技术在国民经济中的地位愈来愈大，我国机械制造业在21世纪的市场竞争能力也将越来越强。
1冲裁件工艺性分析
工件名称：
六角垫圈
工件简图：
如图1-1所示
生产批量：
大批量
材料：
45钢
材料厚度：
2mm
图1-1
1.1材料
由表1-1、表1-2分析知：
45钢为普通碳素结构钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。
综合评比均适合冲裁加工。
1.2工件结构形状
工件结构形状相对简单，成中心对称，只有一个φ24的孔，孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。
1.3尺寸精度
零件图上未注公差不高于IT12级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。
表1-1碳素结构钢的化学成分、性能及用途
牌号
等级
化学成分
σS/MPa
δ5/%
σb/MPa
用途举例
钢材厚度和型材直径≤16mm
Wc/%
不小于
Q195
—
0.06—0.12
195
33
315—390
用来制造薄钢板、钢丝、管钢、钢钉、螺钉、地脚螺栓等
Q215
A
0.09—0.15
215
31
335—410
B
Q235
A
0.14—0.22
235
26
375—460
用来制造拉钉、螺栓、螺母、轴、销子、螺纹钢、角钢、槽钢、钢板等
B
0.12—0.20
C
≤0.18
D
≤0.17
Q255
A
0.18—0.28
255
24
410—510
用来制造各种型条钢和钢板
B
45
—
0.28—0.38
275
20
490—610
相当于35—40钢
表1-2部分碳素钢抗剪性能
材料名称
牌号
材料状态
抗剪强度（Mpa）
普通碳素钢
Q195
未退火
260～320
Q235
310～380
Q275
400～500
2冲裁工艺方案的确定
方案一：
先冲孔，后落料。
单工序模生产。
方案二：
冲孔—落料复合冲压。
复合模生产。
方案三：
冲孔—落料级进冲压。
级进模生产。
表2-1各类模具结构及特点比较
模具种类比较项目
单工序模
级进模
复合模
无导向
有导向
零件公差等级
低
一般
可达IT13—IT10级
可达IT10—IT8级
零件特点
尺寸不受限制厚度不受限制
中小型尺寸厚度较厚
小零件厚度0.2—6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件
形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm
零件平面度
低
一般
中小型件不平直，高质量制件需较平
由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面
生产效率
低
较低
工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高
冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低
安全性
不安全，需采取安全措施
比较安全
不安全，需采取安全措施
模具制造工作量和成本
低
比无导向的稍高
冲裁简单的零件时，比复合模低
冲裁较复杂零件时，比级进模低
适用场合
料厚精度要求低的小批量冲件的生产
大批量小型冲压件的生产
形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产
结合表2-1分析知：
方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。
方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。
方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。
通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。
3模具结构形式的确定
正装式复合模和倒装式结构比较：
正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。
倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。
根据零件分析，制件的精度要求较低，孔边距较大，为提高经济效益和简化模具结构，适宜采用倒装复合模生产。
根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产。
4模具总体设计
4.1模具类型的选择
经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证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，弹性卸料装置，自然漏料的正装复合结构方式。
4.2操作与定位方式
4.2.1操作方式
零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。
4.2.2定位方式
因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。
且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。
4.3卸料、出件方式
4.3.1卸料方式
刚性卸料与弹性卸料的比较：
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2—0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1—0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模。
工件平直度较高，料厚为2mm相对较薄，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。
4.3.2出件方式
因采用正装复合模生产，故采用下出件为佳。
4.4确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送料。
4.5确定导向方式
方案一：
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二：
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
方案三：
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四：
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
单只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用后侧导柱的导向方式，即方案四最佳。
5模具设计计算
5.1排样计算条料宽度、确定步距、计算材料利用率
5.1.1排样方式的选择
方案一：
有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少废料排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无废料排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。
5.1.2计算条料宽度
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值通常由经验确定，表4所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
根据零件形状，查表4工件之间搭边值a=2.0mm,工件与侧边之间搭边值a1=3mm,条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，小偏差为负值—△
B=（Dmax＋2a）-0△（公式5-1）
式中Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a—冲裁件之间的搭边值；
△—板料剪裁下的偏差（其值查表5-2）得△=0.5；
B=（3.6.69＋2×3）0-0.5
=45.690-0.5（mm）
所以条料宽度在45.19～45.69mm
表5-1搭边值和侧边值的数值
材料厚度t
圆件及r＞2t圆角
矩形边长l≤50
矩形边长l＞50或圆角r≤2
工件间a1
侧边a
工件间a
侧边a1
工件间a1
侧边a
0.25以下
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
0.25～0.5
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
0.5～0.8
1.0
1.2
1.5
1.8
1.8
2.0
0.8～1.2
0.8
1.0
1.2
1.5
1.5
1.8
1.2～1.5
1.0
1.2
1.5
1.8
1.9
2.0
1.6～2.0
1.2
1.5
2.0
2.2
2.0
3.0
表5-2剪裁下的下偏差△（mm）
条料厚度（mm）
条料宽度（mm）
≤50
＞50～100
＞100～200
＞200
≤１
0.5
0.5
0.7
1.0
＞１～３
0.5
1.0
1.0
1.0
＞3～４
1.0
1.0
1.0
1.5
＞4～６
1.0
1.0
1.0
2.0
5.1.3确定步距
送料步距S：
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。
进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。
条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
送料步距S
S＝17.32mm＋17.32mm＋2mm＝36.64（mm）排样图如图5-2所示。
图5-2排样图
5.1.4计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。
一个步距内的材料利用率
η＝Ａ/BS×100%（公式5-2）
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
η=725／45.69×36.64×100%
η=45%
5.2冲压力的计算
5.2.1冲裁力的计算
用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：
F=KLtτb（公式5-3）
式中 F—冲裁力；
L—冲裁周边长度；
t—材料厚度；
τb—材料抗剪强度；
K—系数，系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3。
计算冲裁件轮廓周长L
L=πd＋6b（公式5-4）
式中d—冲裁孔的直径；
b—冲裁件边长；
L=3.14×20＋6×19.24
L=178.24（mm）
查表2-1取τb=350Mpa
所以F=KLtτb
F=1.3×178.24×2×350
F=162200（N）
5.2.2卸料力、推料力的计算
卸料力FX=KXF（公式5-5）
推料力FT=nKTF（公式5-6）
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）
FX=KXF
FX=0.04×162200.4
FX=6488（N）
（KX、KT为卸料力、推件力系数，其值查表5-3可得）
FT=nKTF=4×0.055×16220=35684（N）
所以总冲压力
FZ=F+FX+FT=162200N+6488N+35684N=204372（N）
根据冲压力计算结果拟选压力机规格为JC23—35。
5.3模具压力中心的确定
模具压力中心是指冲压时各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，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。
该零件为中心对称图形，其几何中心即为压力中心。
表5-3卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
KX
KT
KD
钢
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~2.5
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝、铝合金
纯铜，黄铜
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
5.4工作零件刃口尺寸计算
5.4.1冲裁间隙分析
1）间隙对冲裁件尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。
2）间隙对模具寿命的影响
模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。
而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。
3）间隙对冲裁工艺力的影响
随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。
通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的5%～20%左右时，冲裁力的降低不超过5%～10%。
间隙对卸料力推料力的影响比较显著。
间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当单边间隙达到材料厚度的15%～25%左右时的卸料力几乎为零。
但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。
4）间隙值的确定
由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。
因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。
考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。
根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。
对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。
由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。
经验公式；
软材料：
t＜1mm，C=（3%～4%）t
t=1～3mm，C=（5%～8%）t
t=3～5mm，C=（8%～1%）t
硬材料：
t＜1mm，C=（4%～5%）t
t=1～3mm，C=（6%～8%）t
t=3～8mm，C=（8%～13%）t
5.4.2落料凹、凸模刃口尺寸计算
该制件外形为一正六边形，相对较复杂，适合采用凸凹模配作加工。
配作法加工的特点是模具的间隙由配做保证，工艺比较简单，无需较核[δT＋δA]≤Zmax—Zmin的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易，所以采用配作法加工。
落料凹模刃口磨损后，刃口尺寸只有一种变化，全部变大。
其刃口尺寸一般按式5-7计算。
AA=（Amax-x△）0+0.25△（式5-7）
式中Amax—垂直于送料方向的凹模刃口间的最大距离；
x—凹模磨损系数；
△—刃口制造公差；
1）凹模刃口尺寸计算
基本尺寸39.85、34.64，按IT12级将其转化为39.850-0.25、34.640-0.25。
查表5-4得x=0.75。
A1=（39.85－0.75×0.25）0+0.25×0.25
=39.650+0.06（mm）
A2=（34.64－0.75×0.25）0+0.25×0.25
=34.440+0.06（mm）
将A1、A2转化为整数尺寸：
A1=40-0.35-0.29（mm）,A2=35-0.5-0.56（mm）
2）落料凸模刃口尺寸计算
制件精度不高，为IT12级，确定刃口间隙时主要考虑模具寿命，故应该取较大间隙。
查表得：
Zmax=0.360mmZmin=0.246mm
所以
Z=Zmax=0.360mm
落料凸模刃口尺寸
B1=39.650-0.3B2=34.440-0.3
将其转换为整数尺寸：
B1=40-0.65-0.35B2=35-0.86-0.56
表5-4系数X
料厚t（mm）
非圆形
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
5.4.3冲孔凸模、凹模尺寸计算
该制件只有一个圆形的孔，适宜采用凸、凹模分开加工。
其尺寸计算公式：
dT=（dmin＋x△）0-δT（式5-8）
dA=（dT＋Zmin）＋δA0（式5-9）
表5-5规则形状冲裁时凸、凹模制造偏差（mm）
基本尺寸
凸模偏差dT
凹模偏差dA
≤18
0.020
0.020
＞18～30
0.020
0.025
＞30～80
0.020
0.030
＞80～120
0.025
0.035
＞120～180
0.030
0.040
＞180～260
0.030
0.045
＞260～360
0.035
0.050
＞360～500
0.040
0.060
＞500
0.050
0.070
查表5-4、5-5得：
δA=0.020mmδT=0.020mm
X=0.75
校核：
│δT│＋│δA│=0.040mm＜Cmax－Cmin，满足│δT│＋│δA│≤Cmax－Cmin的条件。
将已知和查表所得的数据代入公式，即得：
dT=（20+0.75×0.21）0-0.20=20.160-0.20mm
dA=（20+0.246）0+0.25=20.250+0.20mm
5.5卸料橡胶的设计
5.5.1卸料板工作行程h
h=h1+h2+t
=1+2+2=5（mm）
h1为凸凹模凹进卸料板的深度1mm，h2为凸凹模冲裁后进入凹模的深度2mm，t为材料厚度2mm。
5.5.2卸料橡胶工作行程H
H=h1+h0
=5+5=10（mm）
h0为凸凹模修模量，取5mm
5.5.3卸料橡胶自由高度H0
H0=4H
=4×11=40（mm）
取H为H0的25%
5.5.4卸料橡胶的预压缩量H1
H1=15%H0
=0.15×40=6（mm）
（一般取H1=10%—15%H0）
5.5.5每个橡胶所承受的载荷F0
根据模具安装位置和模具结构，选择4个卸料橡胶。
F1=Fx／4
=6488／4=1622（N）
5.5.6卸料橡胶的外径D
D2=d2+1.27F1／P
=1
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