调节偏心轮冲压工艺及模具设计

1、 目 录1 制件工艺性分析11.1 冲压件31.2冲压件的综合分析31.2.1 零件图的分析31.2.2 冲压件的结构工艺性31.2.3 冲压经济性和先进性分析32 冲压工艺方案的制定42.1工艺方案的比较和确定42.1.1 工艺方案的比较42.1.2 工艺方案的确定42.2确定工序种类、工序数目和顺序42.2.1工序种类确定42.2.1工序数目和顺序确定42.2.2确定送料方式42.3确定合理的排样和工序间尺寸42.3.1排样的确定42.3.2确定工序间尺寸52.3.3 条料的宽度和导尺距离的计算52.4 材料经济利用63 工艺计算与设计63.1冲压过程中所需的力63.1.1冲裁力的计算63

2、.1.2卸料力的计算73.1.3 推件力的计算73.2压力中心的确定74 选择冲模类型和结构形式84.1模具类型84.2凸、凹模设计84.2.1凸、凹模刃口尺寸计算84.2.2凸模的结构设计104.2.3凹模的结构设计12 4.2.4凸、凹模固定方式和镶拼结构134.3毛坯的送进、导向、定位形式134.4毛坯和零件的压料、卸料形式164.4.1 压料形式164.4.2卸料形式164.5模架及导向形式164.6模具安装的其他支撑零件及其紧固定位174.6.1 模具安装的其他支撑零件175 确定压力机型号和模具安装尺寸185.1压力机的选择185.2压力机的校核185.3确定模具安装尺寸195.4

3、确定凸模长度196 模具总体结构20结束语21参考文献22前 言 模具是成型不同形状制品的一种装置。按照制品所采用的原料不同，成形的方法也不同；一般将其分为金属冲压模具，金属压铸模具，塑料模具，橡胶模具，玻璃模具等。 在制造行业中，冲压加工是借助于常规或专用设备的动力，使板料在模具里直接得到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。冲压加工简称冲压，也称为冷冲压或板料冲压；冲压模具是冲压加工中安装在设备上的专用模型、工具，是将板料或带料在压力机的作用下通过完成各种不同工序加工成所须制件的机械装备和工艺设备，冲压模具简称冲压模或冲模，在生产中能实现切断、落料、冲孔、切口

4、、切边等分离工序和弯曲、拉深、起伏、翻边、缩口、胀形、整形等成形工序。冲压加工具有生产效率高、生产成本低、操作简单、材料利用率高，能耗低，产品性能好、适合大批量生产等优点。 板料冲压加工在国民经济制造行业中占有十分重要的地位，在机械、电子、汽车、航空、轻工业(如自行车、五金、日用器皿等生产)等领域中有60801j勺零部件都要依靠冲压模具成形。模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，其在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。其技术应用、研究和丌发在世界范围内都引起了极高的重视：从20世纪80年代丌始，工业发达国家的模具行业，已从床工业中分离出来，并发展

5、成为一种独立的工业部门，其产值已超过了机床工业的产值；相对而言，我国自改革丌放以来，模具工业发展十分迅速，近年来，一直每年15左右的速度快速发展，在高校中也专门设置了专门的模具专业，培养出了大批的高级技术人才，但目前我国的冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35unl，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平，因此，在我国现代化建设中有广泛的应用和发展前景。 此设计是在学习了工程材料，模具制造工艺、材料成型工艺基础、机械设

6、计、冲压工艺与模具等课程以及在现场实习的基础上，在老师的指导下进行设计的。是根据客户提供的冲压零件图，通过工件结构工艺性分析、零件材料的选用、排样图的设计、冲裁力及压力中心的计算、压力机的选择、模具结构的设计、典型零件加工工艺设计和模具图纸的绘制等过程而完成具有15个工位的级进模设计，其中有5个弯曲、三个翻孔、2个冲凸包。设计目标是实现模具步距精度高、保护性能好、自动化程度高、寿命高等特点。 1 制件工艺性分析1.1 冲压件 该冲压件为调节偏心轮，如图1-1所示。该制件所采用的材料为Q235，材料的厚度为1.5mm，产量为大批量生产，要求为去除毛刺。图1-1 调节偏心轮1.2冲压件的综合分析1

7、.2.1 零件图的分析如图1-1知：该制件为一带孔的非对称圆形冲压件，尺寸精度要求不高，仅由冲裁即可成型。1.2.2 冲压件的结构工艺性为了避免给冲裁模的制造带来困难及延长冲模的磨损寿命冲裁件的各直线或曲线的连接处应有适当的圆角过渡，则查表得冲裁件的最小圆角半径为R=0.25t=0.375mm。则取最小圆角半径R=0.5，这样满足工艺性要求；由冲压件的材料为Q235，则查表得，冲孔的最小尺寸为t=1.5mm。而该零件的最小冲孔尺寸为22mm，能满足工艺性要求。由于零件上未注尺寸的公差值，所以冲裁件的精度取 IT14级。1.2.3 冲压经济性和先进性分析由于制件的结构简单,冲压是最好的加工方法。

8、模具应力求结构简单易制，故不采用复杂的组合工序。2 冲压工艺方案的制定2.1工艺方案的比较和确定2.1.1 工艺方案的比较方案一：采用级进模加工，级进模比单工序模生产效率高，减少了模具设备的数量，工件精度高，便于操作和实现生产的自动化。对于特别复杂或时孔边距较小的冲压件，用简单模和复合模冲制有困难时，可以用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造比较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。方案二:采用复合模加工，复合模的特点是生产效率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高。冲模的轮廓尺寸较小，但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高，复合模只要用于生产批量大，精度要求高的冲裁件。2.

9、1.2 工艺方案的确定经过对以上两种方案的比较，在生产安全性方面，级进模高于复合模。又由于制件的结构简单，对精度的要求不高、轮廓尺寸较大，所以采用级进模加工。2.2确定工序种类、工序数目和顺序2.2.1工序种类确定由上分析知：该制件采用级进模加工，如图1-1知该制件的加工只需要冲孔和落料工序。2.2.2工序数目和顺序确定由上分析知：该制件只需两道工序。为满足加工要求，和便于操作，加工时工序的顺序为先冲孔后落料。2.2.3确定送料方式送料的方式有手工操作、半自动模操作、自动化模三种。为制件方便有效率，送料方式采用自动化模送料。2.3确定合理的排样和工序间尺寸2.3.1排样的确定排样设计要考虑工位

10、分布是否合理；条料能否在连续冲压过程中畅通无阻；是否便于使用、制造、刃磨；是否经济合理。在可能的情况下，要求产品设计修正产品零件的结构形状和尺寸，以减少和消除设计废料的形成，并有可能采取少、无废料排样方式。根据排样方法的选择原则：1）、冲裁小工件或某种工件需要窄带料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。2）、冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料的轧制方向。3）、冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作的方便及安全等。4）、条料宽度选择与在板料的排样应考虑选用条料宽度较大而步距较小的 方案，可经济的将板料切为条料，并减少冲制时间。排样图综合考虑以上因素

11、，采用板料直排，由于零件的尺寸比较大，采用单排，进料方向与纤维方向平行。由根据本制件的形状特点，采用有废料排样。排样图如图2-1。图2-1 排样图2.3.2确定工序间尺寸 由查表得：，侧边取搭边值。2.3.3 条料的宽度和导尺距离的计算条料的宽度 根据公式得： 条料的宽度 式中 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； 侧搭边值； 条料宽度的单向偏差； 由查表得： 则=导料板之间的距离 =55+5=60mm 由查表得：Z=5mm。2.4 材料经济利用冲裁件的实际面积与所用面积的百分比叫材料利用率，它是衡量利用材料的技术经济指标。根据公式得：一个步距内的材料利用率可用下式表示：=ABS×100式

12、中 A一个步距内冲裁件的实际面积； B条料宽度； S步距。 =68.7%3 工艺计算与设计3.1冲压过程中所需的力3.1.1冲裁力的计算通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。对于平刃冲裁的冲裁力F，一般按下式计算。根据公式得： 式中 F冲裁力（N）； L冲裁周边长度（mm）； t材料厚度（mm）； 材料的抗剪强度（），由查表得：=300； K系数。F=1.3×52+22-40÷180×22+11²9²×2 ×1.5×300134322N3.1.2卸料力的计算料力的大小与凸模和凹

13、模之间的间隙，工件的形状，材料的种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关。根据公式得： 由查表得： 3.1.3 推件力的计算 根据公式得： 由查表得： 则冲裁过程中的总压力3.2压力中心的确定为了保证压力机和模具正常工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合，否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸凹模间隙不均和导向零件加速磨损，影响压力机精度。该制件形状简单但不对称，其压力中心用解释法来确定。落料部分形状是对称，则其压力中心为原点。而冲孔部分的形状是不对称的，所以算出内孔的冲裁力的中心作用点即可确定制件的压力中心。冲孔压力中心的确定如下：根据公式得压力中心的坐标：圆弧L1的重心由

14、公式得式中 弧长； R半径； 弦长。弦线的重心在其中点。将上图所示各数值代入上式得： 4 选择冲模类型和结构形式4.1模具类型由工艺方案的确定知：所选择的加工模具为级进模。4.2凸、凹模设计4.2.1凸、凹模刃口尺寸计算 刃口尺寸确定的原则：凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁件生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律，冲裁模的磨损规律和经济的合理性综合考虑，遵循以下原则：1）、设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得。设计冲孔时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。2）、根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料轮廓尺寸增

15、大，因此设计落料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件的孔径尺寸减小，因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。3）、冲裁模在使用中，磨损间隙值将不断增大，因此，设计时无论时落料模还时冲孔模，新模都必须选取最小合理间隙，使模具具有较长的寿命。4）、根据工作尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。刃口尺寸的计算由于该零件外形简单规则且是大批量生产，因而采用凸模和凹模分开加工的方法。根据公式得，得如下刃口计算原则：落料 冲孔 式中 落料凹凸模尺寸； 冲孔凸凹模尺寸； 落料件的最大极限尺寸； 冲孔件的最小极限尺寸； 冲裁件制造公差； 最小初始双面

16、间隙； 凸凹模的制造公差，可查表得，或取，； 系数。由零件图可知，外形直径为52的圆属于落料，内形孔属于冲孔。 落料 查表得： 查表得： 校核间隙： 符合间隙公差条件。 由上面公式可得： 冲孔 查表得 查表得： 符合间隙公差条件。4.2.2 凸模的结构设计 为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都必须满足如下三原则。l 精确定位 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许扫生任何方向的移位，否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成肯模。l 防止拔出回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。l 防止转动对于工作什段截面为圆形的凸模

17、，当然不存在防转问题。可是对于一些截面比较简单的凸模，例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模工作过程中不发生转动，否则将啃模。 1、冲孔凸模的设计 1）、凸模结构类型的选择 由于孔的形状非圆形。为了保证刚度与强度，避免应力集中，将凸模做成台阶结构及用圆角过渡。凸模的结构形式如图4-1。 图4-1 冲孔凸模结构 2)、凸模长度的确定由于此副模具采用固定卸料板卸料，其凸模长度由公式知： 式中 凸模固定板厚度（mm）； 固定卸料板厚度（mm）； 导料板厚度（mm）； h 增加长度（mm）。它包括凸模的修模量，凸模进入凹模的

18、深度（0.51mm），凸模固定板与卸料板之间的安全距离（一般取1020mm）等。3)凸模强度的校核一般凸模的强度是足够的，没有必要进行强度校核。只有当凸模特别细长、或凸模的截面面尺寸相对于板厚很小时，才进行强度校核。由于此副模具为薄板冲裁，故不需进行强度校核。2、落料凸模的设计 1）、凸模结构类型的选择 由于落料件的孔径为52mm，所选择的凸模结构形式,如图4-2所示:图4-2 落料凸模结构形式2）、凸模长度的确定由于此副模具采用固定卸料板卸料，其凸模长度由公式知： 式中 凸模上端台阶高度（mm）； 固定卸料板厚度（mm）； 导料板厚度（mm）； h 增加长度（mm）。它包括凸模的修模量，凸模

19、进入凹模的深度（0.51mm），凸模固定板与卸料板之间的安全距离（一般取1020mm）等。3)、凸模强度的校核由于材料的厚度很薄，凸模的强度是足够的，可不进行强度计算。4.2.3凹模的结构设计1、 冲孔凹模的设计 1）、凹模的刃口形式 由于本冲裁件形状简单、精度要求不高，所选凹模的结构形式如图4-3所示：图中一般取1530，这里取=20。 2）、凹模外形尺寸 凹模的外形尺寸如图4-4所示，由公式式知： 凹模厚度 凹模壁厚 式中 系数，可由表查出； 冲孔凹模结构形式 图4-3 凹模厚度，mm，其值应不小于15mm； 凹模孔的最大宽度，mm； 凹模壁厚，mm。图4-4 凹模外形尺寸 由上知：冲孔凹

20、模的厚度： =0.39×22mm =8.58mm又值应不小于15mm，取=16mm。 冲孔凹模的壁厚： =1.5×16mm=24mm。 则冲孔凹模的总尺寸为：=22+24×2mm=70mm落料凹模的设计 1）、凹模的刃口形式 选择凹模的刃口形式如图4-5所示，其中取h=8mm。2）、凹模外形尺寸 根据上面冲孔凹模的外形尺寸计算方法有： 落料凹模的厚度：= =0.25×52mm=13mm 又值应不小于15mm，取=16mm。 落料凹模的壁厚： =1.5×16mm=24mm。 图4-5 落料凹模结构形式 则落料凹模的总尺寸为：=52+24×

21、;2mm=100mm。 4.2.4 凸、凹模固定方式和镶拼结构 凸、凹模的固定 本套模具中凸模与凹模的固定采用机械固定方式。机械固定凸模和凹模，最常用的方法是采用固定板固定，固定方式如图4-6所示。凸模和凹模与固定板采用H7/m6配合，上面留有台阶。 （注：冲孔与落料的凸、凹模的固定形式分别相同。）图4-6 固定在固定板中的凸模与凹模 凸、凹模的镶拼结构凸模与凹模的镶拼结构常用于大型冲模和刃口形状复杂、局部容易损坏的整体凸模或凹模。而本模具为一小型冲模且刃口形状简单。所以可以不采用镶拼结构。4.3毛坯的送进、导向、定位形式毛坯的送进 由工艺方案中确定，毛坯的送进采用自动化模送进。毛坯的导向 1

22、）、承料板的选择当冲压材料的宽度超过50mm，且为自动送料时，需要承料板，以便于材料的送进。由于上面计算知条料的宽度为54.4mm，根据冲模侧刃与导料装置中承料板，选择型号为50×20，JB/T7648.6的承料板。 2）、导料板导向 采用条料冲裁时，常利用导料板导向送进。其中导料板的长度L等于凹模长度与承料板长度=50mm之和。又由计算有凹模的总长大于22+52=77mm由计算知。由冲模侧刃与导料装置中导料板，选择型号为160×25，JB/T7648.5的导料板。如图4-7所示。由查表得，导料板的厚度为6mm。导料板的宽度决定于其内侧间的距离，（如图4-7所示），由公式有

23、：式中 垂直于送料的冲裁件尺寸，mm； 最小搭边，mm； 条料与导料板之间的空隙，mm，由4表8-5得，=1mm。 则=52+2×1.2+1mm=55.4mm图4-7 导料板1-导料板；2-凹模；3-导料板；4-承料板由上计算有：导料板的宽度B=55.4+2×25mm=105.4mm。毛坯的定位毛坯的横向定位由导料板完成。而对于纵向的定位在本设计中采用挡料销和导正销定位。 1）、导正销的选取 由于制件中所冲孔径最大为22mm，选择D型导正销。所选导正销的结构形式如图4-8所示。图4-8 导正销结构形式导正销的基本尺寸计算，由公式有：式中 导正销的基本尺寸，mm；冲孔凸模直径

24、，mm； 导正销与冲孔凸模直径的差值，mm，由查表得，=0.08mm。则 =22.24-0.08mm =22.16mm导正销圆柱部分直径按h6h9制造。这里采用h8级制造。导正销圆柱部分的高度尺寸一般取（0.50.8）t（t为板厚），这里取0.6t。 2）、挡料销的选取 由于本套模具内含两个工序，则在条料送进时的首次定位采用始用挡料销。使用时压出挡料销，完成条料首次定位后，在弹簧的作用下挡料销自动退出。其结构形式见装配图。 在该套模具中同时设计了固定挡料销。对于固定挡料销，固定挡料销装在凹模型孔出料一侧，利用落料以后的废料孔边进行挡料，控制送料距离。由冲模挡料和弹顶装置中固定挡料销，选择A10

25、JB/T7649.10的标准固定挡料销。其结构形式如图4-9所示。 图4-9 固定挡料销4.4 毛坯和零件的压料、卸料形式4.4.1 压料形式 由于采用了导料板、导正销、固定挡料销、及始用挡料销对毛坯进行了横向及纵向定位，又本制件的精度要求不高。则无须增加侧压装置来精确定位。4.4.2 卸料形式根据制件的特点，所选的固定卸料装置如图4-10。 图4-10 固定卸料装置4.5 模架及导向形式 模架的选择 本模具设计采用导柱模模架，由本套模具为两工位级进模。经对中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架、四导柱模架四种导柱模架的比较，选择中间导柱模架最经济且满足设计要求。其结构形式如图4-11所示。

26、又根据凹模的周界尺寸，有本模具所采用为级进模，冲孔和落料的周界尺寸分别为22×20，52×52。则总的凹模周界尺寸应满足长大于77mm，宽应大于52mm。则根据冲模模架及标准零件中选择中间导柱模架选择标准模架为：250×200×140170 级精度GB/T2851.5选择此标模的同时，就选定了标准的上下模座，标准的导柱、导套。其标准上模座规格为：250×200×35；标准的下模座规格为：250×200×40；选择的标准导柱尺寸为：28×130；标准导套尺寸为：28×85×33。图4-1

27、1 中间导柱模架 1-下模座；2-导套；3-导柱；4-上模座导向装置 模具采用导柱导套式导向装置，导柱、导套的选择由上一步已得出。选择导柱导套滑动导向类型中的普通型。其结构形式如图4-12所示。4.6 模具安装的其他支撑零件及其紧固定位4.6.1 模具安装的其他支撑零件 模柄中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上。本设计中所采用的模柄为压入式模柄。其固定段与上模座孔采用H7/m6过渡配合，并加骑缝 图4-12 导柱导套导向销防止转动。由冲模标准零件中选取标准模柄： 1-上模座；2-导套；A40×100 JB/T7646.1。其结构形式见装配图。 3-导柱；4-下模座凸模固

28、定板凸模固定板选取矩形固定板。其轮廓尺寸根据凸模固定和紧固件合理布置的需要确定，厚度一般为凹模的60%80%。这里取75%，则凸模固定板的厚度为：24×75%=18mm。固定板与凸模为过渡配合（H7/n6），压装后将凸模端面与固定板一起磨平。垫板：在凸模固定板与上模座之间一块淬硬的垫板，可避免硬度较低的模座因局部受凸模较大的冲击力而出现凹陷，致使凹模松动，凹模与下模座之间也加垫板。垫板的平面形状尺寸与固定板相同，其厚度一般取610mm，这里取8mm。 凹模固定板：凹模固定板的选取与凸模固定板的选取一样，且两者所选的一样。紧固件：螺钉、销钉在冲模中起紧固定位的作用，由于这些都是标准件，

29、设计中根据被固定件的尺寸去选取。这里就先不做选择，等确定模具的安装尺寸后再定。所选取的结果见装配图。 在选取时应考虑的有：螺钉拧入的深度不能太浅，否则紧固不牢靠；也不能太深，否则拆装工作量大。圆柱销钉配合深度一般不小于其直径的两倍，也不宜太深。5 确定压力机型号和模具安装尺寸5.1压力机的选择冲压设备的选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用，安全，产品质量，模具寿命，生产效率和成本等一系列重要问题。由于该制件采用落料冲孔的级进模的中小型冲裁件，且是大批量生产，所以采用开式固定工作台压力机。虽然开式压力机的刚度差，并且由于床身的变形而破坏了冲模的间隙分布，降低了冲模的寿命和冲

30、裁件的质量。但是，它却具有操作空间三面敞开，操作方便，容易安装机械化的 附属设备和成本低廉等优点。根据冲裁过程中的总压力。则由表13.10选择型号为JH21-25的压力机。其技术参数如表5-1。表5-1 JH21-25的技术参数标称压力/kN250标称行程/mm2.8滑块行程/mm80行程次数/次·min-1100最大闭合高度/mm250封闭高度调节/mm50电动机功率/kW2.2工作台孔尺寸/mm150工作台尺寸左右/mm700模柄孔尺寸直径/mm40前后/mm440深度/mm65滑块中心线带机身距离/mm2105.2 压力机的校核 本设计中，压力机的选用是以冲裁力的大小作为主要参

31、数的，所以校核时只要校核最大闭合高度就可以了。设计装配图画好后，测得模具闭合高度为114mm，小于压力机的最大闭合高度170mm，所以，该压力机的选择是合格的。5.3 确定模具安装尺寸 本套模具中，各零件材料的选取及其尺寸的校核。下模座板下模座板的材料选择为HT200，其基本尺寸为250×200×40，其尺寸符合设计要求。凹模固定板 凹模板的材料选择为T10A，根据导料板的总宽及落料凹模的宽度设定凹模的尺寸为116×125×18。下垫板下垫板的材料为T8。由上分析有，根据凹模固定板的尺寸则下垫板的尺寸为116×125×8。卸料板卸料板

32、的材料为Q235。设计中采用的是固定卸料板，固定卸料板的厚度应取凹模厚度的0.8倍。计算取卸料板的厚度为7mm，则卸料板的尺寸为116×125×8。凸模固定板凸模固定板的材料选择为45。由上面的设计知：凸模固定板的尺寸为116×125×18。上垫板上垫板的设计跟下垫板的一样。上模座板上模座板的材料选择为HT200，其基本尺寸为250×200×35，其尺寸符合设计要求。由以上尺寸的确定有：整套模具的闭合高度为 =40+18+8+8+18+8+35+6+（1020）mm=（151161）mm 又所选模架的参考闭合高度为140170mm，故所选模架满足要求，且模具的安装尺寸为250&