四垫圈复合模设计

1 目录 一、设计多垫圈复合模的出发点 2 二、多垫圈复合模冲压的工艺分析 4 1、材料 4 2、尺寸精度 4 3、冲压工艺分析 4 三、冲压工艺方案的制定 6 1、单垫圈、多垫圈复合模的比较 6 2、主要难题及解决方法 6 四、冲压工艺的计算 8 （一）、排样计算 8 （二）、计算各工序压力、选择压力机 10 （三）、复合模的凸、凹模的计算 11 1、凸、凹模的刃口计算 11 2、凸凹模的设计 13 （四）、弹簧的选用和计算 14 五、选择压力机型号 16 六、主要零部件结构与尺寸的选择和确定 17 七、绘制模具总装图 21 八、绘制主要非标准零部件图 23 九、结束语 24 参考文献 25 2 一、设计多垫圈复合模的出发点 因冷冲压能得到形状较复杂的制件，且加工精度高，尺寸稳定，互换性好，在大量生产条件下，制件成本低，生产效率高，易于自动化 。所以随着我国工业的现代化，冷冲压工艺正越来越多地被采用，并在使用中得到不断发展。 在冲压生产中，冲裁所使用的模具称为冲裁模。它是冲压生产中不可缺少的工艺设备，良好的模具结构是实现工艺方案的可靠保证。 常用的冲裁模典型结构主要有单工序冲裁模、复合模、连续模。由这次毕业设计的题目多垫圈复合模可知需要设计一付加工垫圈的模具。垫圈常用于各种仪器仪表，更可起到防震、绝缘的作用，且年产量高。 考虑到单工序冲裁生产效率低、难以满足该零件的年产量要求，故考虑采用复合冲裁与连续冲裁。 复合冲裁是冲床在一次行程中，板料在 冲模内经过一次定位，能够同时完成两种或两种以上不同工序的冲压过程。对于该零件采用复合模能保证冲压件的形位精度和尺寸精度，且生产效率也高。 连续冲裁是在一套冲模里，把同一个冲压件的几个工序排列成一定顺序。加工时，冲床每次行程，条料在冲模里依次移动一个位置。在不同的位置（简称工位）上，分别进行工件所要求的不同工步（即连续冲压工序中每一单独 3 的工序），除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个冲压件。对于该零件采用连续冲裁虽能满足其生产效率，但零件的材料为橡胶，质软，采用连续冲裁难以保证冲压件的形位精度和尺寸精度 ，而且其模具制造、安装较复合模要复杂。 通过对单工序模、复合模、连续模的比较分析，决定采用复合模形式比较合适。 而这次毕业设计的任务是设计出一付能一次冲出多个垫圈的复合模，其主要是因为某厂生产的垫圈用处广泛，规格繁多，每年的垫圈单件产量多在百万以上。由于厂家竞争激烈，产品面临着残酷的考验。为此，必须在内部通过优化加工工艺，提高材料利用率、生产效率等来降低成本。 首先，在指导老师的建议下，将各种垫圈的规格大小进行了分类比较。然后设想能否在单冲垫圈的基础上，一模同时冲压出多个各种规格的产品。以达到既能提高工作效 率，又能提高材料的利用率。 在查阅了大量的文献资料后，初步掌握了模具的设计方法，由于时间仓促，水平有限，整个设计必然有许多不足之处，这有待于今后在工作、学习中的不断更正和改进。 4 二、 多垫圈复合模冲压的工艺分析 1、 材料： 该零件的材料为人造橡胶，厚度为 2产量百万以上。常用于各种仪表、仪器等。 2、 尺寸精度： 因为材料性质，所取的凸凹模的 间隙应偏小，故模具零件的加工精 度较高。所以可以初定最大外圆尺寸 最小内孔尺寸 120+为 。 3、 冲压工艺性分析： 在排列出的各种规格垫圈中，在最不影响产品质量情况下及在符合产品所允许的公差范围里，选出厚度一样（均 为 2材料相同的垫圈，将其内外结构、尺寸进行整理如图所示： 原垫圈的尺寸 调整后的垫圈尺寸 从图中可以看出，尺寸经过调整后，垫圈的内外圈关系正好是相互套裁的。 垫圈甲（外径为 50）的孔径为 垫圈乙（外径 36）的外径，垫圈 5 乙的孔径为垫圈丙（外径 26）的外径，垫圈丙的孔径为垫圈丁（外径16）的外径。这正符合一模同时冲压下四个垫圈的条件。从其普遍的垫圈性质和客户的要求来说，略作尺寸改动并不影响产品的使用，也不影响产品的质量。所以如果将原来的一次冲一模改进为一次冲出四模，不仅可使材料的利用率成倍的提高，生产效率更能大幅度地提高四倍。并节省了人工、电耗等。经济效益十分可观。 6 三、 冲 压工艺方案的制定 1、 方案的制定： 冲压垫圈工序较简单，基本工序是冲孔、落料。 该厂原来都是以单垫圈形式开制的复合模，现在多以用多垫圈复合模。为了更清晰了解这两种复合模冲压成型产品的优劣性，下面列表将它们进行比较： 从上述列表中可以看出，多垫圈复合模在关键两项 材料利用率和生产效率的对比上遥遥领先于单垫圈复合模。从某种意义上来讲，该 模具满足了单件产品需求量巨大的情况。同时使本厂的竞争力大大提高。 所以，采用多垫圈复合模冲制零件。 2、 主要难题及解决方法。 （ 1） 主要难题：由于该零件的结构简单，整个冲制过程并不存在什么问题。但是该复合模由多付凸凹模组合而成，所以如何将凸凹模中的产品一次卸出比较项目 单垫圈复合模 多垫圈复合模 材料的利用率 K=31% K=61% 每一次冲得产品 1 件 4 件 产品质量 佳 佳 调整单件批量 容易 不易 模具开制成本估价 2000 元 /付 4=8000 元 8000 元 /付 模具寿命 长 长 模具维护 简单 较难 冲压操作 简单 简单 7 来成为一个主要难题。 （ 2） 解决方法：如下图所示是凸凹模与卸料板的关系。 图 1 图 2 由图 1、 2 中可看出，凸凹模是尾部相互固定组合而成。而卸料板也必须与其同步而行，一起动作，才能成功卸料。 所以，需要在组合凸凹模上以穿孔机穿孔，然后经由线切割割出腰圆长槽，用销子 8 将卸料圈串合起来。就能 成功使卸料板、凸凹模成为一体在腰圆槽里上下同时动作，以达到一次将冲压的四片垫圈卸出来的目的。 9 打 棒8 销 子4 、 5 、 6 、 7 卸 料 板、 2 、 3 凸 凹 模19876543214 、 5 、 6 凸 凹 模1 、 2 、 3 卸 料 板654321 8 四、 冲压工艺的计算 模具设计，牵涉面广，要了解模具的加工工艺，不然设计出的模具无法加工就失败了。首先要确定凸凹模的间隙， 冲裁模凸模的横断面一般都小于凹模孔。凸凹模之间应有适当的空隙，但间隙的大小牵涉范围很多。间隙过小时，会使冲裁后的落料件尺寸增大，冲孔件尺寸缩小；间隙过大时，会使冲裁结束后的落料件尺寸缩小，冲孔件尺寸增大。 间隙大小还对模具寿命有影响。当间隙增大时，模具寿命有明显增长。 同时，间隙的大小还和工件平直、 冲裁面毛刺大小等密切相关。 故应考虑垫片的产品性质，主要要求为：产品要平直、无毛刺。产品材料为人造橡胶，适宜选偏小间隙，查表后可确定其双边间隙为 其次， 要计算凸、凹模的尺寸大小、冲裁件的排样方式和了解被加工零件的冲裁力、卸料力、推料力等，还要根据计算出来的冲压力选择压力机。了解该压力机的开闭合高度，安装板的大小等，才能考虑模具的总厚度是多少并确定模架。根据冲压零件的材料、批量来定模具凸凹模的材料，淬火硬度等。 （一）、排样计算 为了合理利用材料，并尽可能的节省材料，应对冲裁件进行合理地排样。 1、板料 规格的确定：零件材料为人造橡胶，厚度为 2用 200500 2、 方案的确定： 方案一：采用单排法 1）查 表得搭边值 a=2 B=D 2a=50 2 2=54） 确定步距 s 9 s=D 0 ） 裁板条数 b/B=500/54=9 条，余 14 每条冲零件个数 （ 500 ，余 35 每板冲零件总个数 n 总 = 9=81 个 板料的利用率为 总 =n 总 ( 100% =81 (252 62)/500 500 100% =60% 方案二：采用多排。 1）如 图所示，根据相关几何知识可知 B=D 2a =(50 1.5)50 2 2 =50 4 =） 步距 s=D 0 ） 裁板条数 b/B =500/ 条，余 7 每条冲零件个数 （ 500 ； 每板冲零件总个数 n 总 =20 个 板料利用率为 总 =n 总 ( 100% =90 (252 62)/500 500 100% 10 =由上述可知，采用单排的板料利用率为 60%，采用多排的板料利用率可提高到 66%。很明显，多排方式是能达到提高材料利用率的要求，所以采用多排方式。 （二）、计算各工序压力、选择压力机 该产品只需冲孔、落料复合冲压一道工序，并根据复合模的结构能一次冲出四个垫圈。 已知产品材料为人造橡胶，厚度为 2表得 =50N/垫圈 冲裁力 P 冲 =(50 36 26 16 12) 2 50 =57148N 人造橡胶的 K 卸 系数根据材料性质并查表得 K 卸 =垫圈卸料力 P 卸 =K 卸 P 冲 =57148 =理得 ,K 顶 =垫圈顶料力 P 顶 =K 顶 P 冲 =57148 =垫圈复合模结构主要是采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁工艺力 ,故 P 总 =P 冲 P 卸 P 顶 =57148 11 = 103N =59现有规格选用 100力机比较适宜。但是考虑到模具结构，为了能满足模具最大封闭闭合高度，选用 160力机才更适宜。 （三）、复合模的凸、凹模刃口计算 1、复 合模的凸、凹模刃口计算 1）冲孔部分： 凸凹模中的凹模部分和冲孔凸模部分，可采用分开加工。 如图所示，该零件的材料为人造橡胶，厚度 t=2于一般的冲孔、落料件。 120+冲孔获得。查双边间隙表得 ， 件精度 上， =1。按照模具制造精度高于冲裁件精度 3 4 级的原则，设凸、凹模按 制造，冲孔 120+表得 , 凸 = 凹= d 凸 =(d )0 凸 =(121 d 凹 =(d 凹 =(121 +核： 凸 凹 凸 凹 =凸、凹模刃口尺寸可确定。 根据模具结构要求，可确定凸模以台肩固定的方式固定。 因是采用弹性卸料板的小凸模，可确定凸模长度为： 12 L= h 式中 L 凸模长度 凸 模固定板厚度（ 20 卸料板厚度（ 15 材料厚度（ 2 h 附加长度，它包括凸模的修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板之间的安全距离。一般取 h=15 20 故总长度 L=20 15 2 15=52确定的凸模长度为 52 详细凸模尺寸见零件图第 9 页。 2）落料部分： 圆形落料凹模和凸凹模中的凸模部分，亦采用分开加工。 500 落料获得。查表得， 凹 = 凸 = D 凹 =(D )0+凹 =(50 1+ 凸 =(D 凸 =(50 1 0 校核： 凸 凹 =以凸、凹模尺寸可确定。 该复合模的凹模刃口为直筒形，用螺钉固定在上模座上 ,因此它属于倒装复合模。 根据模具结构要求，确定凹模壁厚为 35实际尺寸可参看零件图第4 页。 另外，因为该模具的四付凸凹模之间尺寸有互借关系，所以按其名义尺寸进行制造。 13 2、 凸、凹模的设计 该模 具为同时冲出四个垫圈的复合模。这四个垫圈的尺寸是相互套裁的。用复合模冲出四个垫圈（这四个垫圈尺寸按由大到小分别以甲、乙、丙、丁命名），理应在同一位置上要布置八套凸、凹模。由于其中有三个是套裁的，需要五付凸、凹模。这副模具进一步展示了复合模在同一位置布置多套凸、凹模的结构特点。 这副模具的凸、凹模的布置方法是：上模部分装有凸凹模 2（它的外切刃口是垫圈甲的冲孔凸模同时又是垫圈乙的落料凸模，它的内刃口是垫圈乙的冲孔凹模同时又是垫圈丙的落料凹模）和垫圈甲的落料凹模 3、凸凹模 18（它的外切刃口是垫圈丙的冲孔凸模同时又 是垫圈丁的落料凸模，它的内刃口是垫圈丁的冲孔凹模）。下模部分装有凸凹模 7（它的外切刃口是垫圈甲的落料凸模 ，它的内刃口是垫圈甲的冲孔凹模同时又是垫圈乙的落料凹模）和垫圈丁的冲孔凸模 11 以及凸凹模 14（它的外切口是垫圈乙的冲孔凸模同时又是垫圈丙的落料凸模，它的内刃口是垫圈丙的冲孔凹模同时又是垫圈丁的落料凹模）。冲裁后，由上模推下的是垫圈甲、丙，还有垫圈丁的冲孔废料，由下模顶出（在下模座下装有弹顶装置）的是垫圈乙和垫圈丁。关于其卸料方式已在上文中提及，就不再详细介绍。 14 （四）、弹簧的选用和计算 1）卸料力前 面已算出，总卸料力 F 卸 =据模具结构估计拟选用 4 个弹簧，计算每个弹簧担负卸料力约为 F 预 =F 卸 /n = =每个弹簧所承受的负荷力为 2）由装配结构尺寸，求得弹簧自由高度 凸模固定板厚度弹簧压缩量凸模自由高度 20 15=据 F 预 的大小，从圆柱螺旋压缩弹簧表中可初选弹簧规格为外径D=16丝直径 d=由高度 0簧最大工作载荷下的总变形量 H 许 =效圈数 n=大工作载荷 F 许 =292N。 3）求出弹簧的预压缩量： H 预 =F 预 H 许 /F 许 =92 15 六、主要零部件结构与尺寸的选择和确定 虽然为了能简化模具设计制造工作，缩短周期，提高质量，节约材料，降低成本，应尽量采用标准件，但考虑到模具结构的特殊性和合理性，还是不得不对零件某些方面进行必要的修改以满足技术要求。 1）挡料销：限定条料或卷料送进距离的定位销件。考虑到该模具为带有弹性卸料板的倒装复合模，采用弹压式活动挡料销。此种挡料销 装在弹压卸料板上，冲压时被压入卸料板孔内，上模回程时由弹簧、簧片将其顶起，以待下一次冲程时定位用。卸料板的挡料销孔和挡料销采用 H8/孔制间隙配合。 2）卸料装置：卸料装置的型式较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀等几种。本模具采用弹压卸料板作为卸料装置。卸料板一般采用 制造；在这里的卸料板宜用 45 钢制造，热处理硬度为 28 30面粗糙度应达到 m。 详细尺寸见零件图第 11页。 16 3）模柄选择：中、小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上 。 由压力机型号可知模柄孔 直径为 40度为 60旋入式模柄，通过螺纹与上模座连接，为防止松动，常用防转螺钉紧固。选模柄规格为 90 81 旋入部分为 30为在复合模的上模座中要加工打板孔 15以旋入部分为 40架厚度） 15板孔深） =25模柄的旋入部分要在原有基础上再车去 5时模柄总长度 H=85际模柄规格为 85 4）打料推杆尺寸：推杆直径根据打料力选 12 根据模具结构，推杆的长度为 L 杆 模柄总长 =85以 L 杆 =120 5）凸凹模固定板：根据模具的结构，取固定板厚度为 20凹模固定板上的凸凹模安装孔与凸凹模采用 M7/轴制过渡配合，凸凹模压装后端面要与固定板一起磨平。固定板的上、下表面粗糙度为 m，另 17 一非基准面可适当降低要求。固定板材料用 45 钢制造，无需热处理淬硬。 6）垫板：垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被局部压陷。该模具因为上下模座均分布着凸凹模，为降低模座所受的单位压力，均需加上垫板。垫板外形 尺寸详见零件图第 2、8 页。其厚度取 10板材料为 45 钢，淬火硬度为 43 48板上、下表面应磨平，表面粗糙度为 m，以保证平行度要求。 7）模架的选取：常用的标准模架是由上托、底座、导柱、导套等零件组成。按导柱的数量、在模架上固定位置的不同，可分为十二种。一般采用两个导柱的模架。后侧导柱模架可用于冲裁宽度大的条料，送料及操作比较方便。但由于导柱装在一侧，冲压时容易产生偏心力矩，使模具偏斜，影响模具寿命与工件质量。因而适用于中等复杂程度及公差等级要求一般的中、小型工件。中间导柱 模架在冲压时不会因偏心距而引起模具的偏斜，有利于延长寿命，至于其缺点为条料宽度受导柱间的距离的限制，在对本工件加工中并不重要，所以本模具采用中间导柱形式。 由凹模周界尺寸 D=502 3520 I 级精度的中间导柱圆形模架。 18 模架规格： 160 180 220） 1990冲模滑动导向模架 中间导柱圆形模架 8）螺钉：选 钉，其长度根据模具结构定。 9）圆柱销：选 8固定凹模，选 6连接卸料板，长度由模具结构定。 19 七、 绘制 模具总装图 原理说明： 本模具为多垫圈复合模。 该模具一次冲出四只橡胶垫圈，具有生产效率高和少废料的特点。 模具由凸模 11、凹模 3 和凸凹模 2、 7、 14、 18 等组成。 顶板 5、 12、圆销 6 和弹压卸料板 13 一起组成下顶件器，借弹簧 24 之力将工件顶出。