同心圆垫片冲压模设计说明书(沈绍晶).doc

同心圆垫片冲压模设计目 录第一部分：设计任务书 (2)第二部分：设计过程 (4) 冲压工艺分析 (4) 冲压工艺方案确认(4) 主要设计计算 (7)模具总体设计 (13)主要零件设计 (13)模具总装图 (18)第三部分：设计总结 (20)第四部分：参考文献(21) 第一部分 设计任务书一、 设计实训给定设计参数1、设计课题（制件图）：零件图 工件名称：同心圆垫片工件简图：如上图 生产批量：中批量材 料：P20 材料厚度：0.8mm2、制件选用的材料品种、制件的形状、尺寸、精度要求见制件图。3、制件生产批量：年产_5_万件。二、实训内容及要求1、内容（1）根据制件所选用的材料品种和形状、尺寸、精度、批量要求，确定制件的冲压工艺方案。（2）根据制件的冲压工艺方案，设计出合理、经济的排样图。（3）选择合适的冲压设备。（4）设计冲压模具。2、要求（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，并一律用A4纸张打印装订成册。三、实训完成后应提交的材料1、使用计算机绘制产品图纸一张，软件不限；2、使用三维软件绘制产品三维立体图一张（可选）；3、使用三维软件绘制模具三维爆炸图一张（可选）；4、二维模具装配图一张（鼓励用计算机绘图）；5、二维模具工作图一套（鼓励用计算机绘图）（可选）；6、全套模具非标准零件二维工程图（包括标准件上有加工要求的零件）（鼓励用计算机绘图）；7、典型零件的加工工艺规程一套；8、典型零件的数控加工程序一套（可选）；9、设计说明书一份。第二部分：设计过程一、冲压件工艺性分析：此工件冲孔、落料两个工序。 材料为P20，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有一个50mm和1个42mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为5mm(两同心圆之间的壁厚)。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。二、冲压工艺方案的确定：该工件包括冲槽冲孔落料、三个基本工序，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。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，难以满足中批量生产要求。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。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。 级进模简介级进模，又称为多工位级进模、连续模、跳步模、顺送模，他是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离的工位，在每个工位上设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工件某部分的加工。被加工材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送进方式，每次送进一个步距。经过逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压工件。在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉伸、成形等工序。一般来说，无论冲压零件形状怎样复杂冲压工序怎样多，均可用一副级进模冲制完成。用于级进模具的材料，都是长条状的板料。材料较厚、生产批量较小时，可以剪成条料；生产批量大时，应选择卷料。卷料可以、自动送料，自动收料，可使用高速冲床自动冲压。级进模具对材料的厚度和宽度都有严格的要求。宽度过大条料不能进入模具的导料板或通行不畅；宽度过小则影响定位精度，还容易损坏、凸模等零件。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。自动送料装置由放料架、（放在距冲床1-3米的地方，装有电动机，按照材料消耗的速度，自动间断的向外送料）、气动送料器（装在级进模具条料入口处，由压缩空气驱动，向模具送料。气动送料器有标准的产品可供选用，其送料精度相当高，在模具中一般只需要加导正销导正，不必要再设定距装置）、收料架（或卷料架。如果冲压的工件不脱离条料，可以用其收卷起来供进一步加工使用。往往冲床冲压后，条料已经分为工件和废料，就不用收料架了）等三部分组成。（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。使用级进模通常是连续冲压，故要求冲床应有足够的刚性及与模具相适应的精度。级进模具具有以下特点：（1）冲压生产效率高 在一副级进模内，可以包括冲裁、弯曲、成形、拉深等多道工序，故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单工序模具的周转和每次冲压的定位工作，提高了劳动生产率和设备利用率。（2）操作安全简单 级进模具冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区域。对大量生产还采用自动送料机构，模具内装有安全检测装置。便于实现机械化和自动化。（3）模具寿命长复杂内形或外形可分解为简单的凸模和凹模外形，分段逐次冲压，工序可分散到若干个工位，同时还可设置空工位，从而改变了凹、凸模受力状态，提高模具强度，延长模具寿命。（4）产品质量高； （5）生产成本低；（6）设计和制造难度大，对经验的依赖性强；表1-1 各类冷冲模应用情况模具类型级进模弯曲模冲裁模传递模拉延模其他比例（%）27191817145级进模的功能 （1）级进模的基本功能是利用凸模和凹模在板料上施加一定形状和大小的作用力，使材料产生塑性变形，从而使毛坯材料转变为产品零件的能力，即“誊”写出产品外形的能力。例如，冲裁是冲裁模的基本功能，而使毛坯凸缘材料收缩为杯形件拉深模的基本功能。实现级进基本功能的零件称为模具的工作零件。（2）级进模辅助功能是为支持完成基本功能所必备的功能，即“后勤”保障功能，主要包括：1）模具零件紧固和定位功能；2）模具导向功能；3）上料、出件和卸料功能；4）板料、工序件定位功能；5）模具刚性和安全保障。级进模的构成 模具的功能与结构是统一的，功能只有通过一定的结构来实现，而模具的基本结构必须以满足功能需要为前提。根据级进模的功能，其基本构成要素可划分为工作单元、卸料单元、导向单元、定位单元、安装单元和紧固单元。表1-2 级进模的构成结构单元典型零件工作单元凸模、凹模、凸凹模卸料单元卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧导向单模架、导柱、导套、导板定位单元导料板、侧刃、挡料销、侧压、导正销安装单元模座、模柄紧固单元固定板、螺钉、援助销三、主要设计计算（1）、排样方式的确定及其计算：排样是模具设计的核心部分，是级进模设计的重要依据。条料排样图的设计可以确定以下内容：第一，模具的工位数和各工位的工序内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序；工件的排列方式；模具的步距、条料的宽度和材料的利用率；导料的方式、弹顶器的设置和导正销的安排；基本确定模具结构。排样图设计的好坏，对模具设计影响很大，因此要设计出多种方案进行比较，以选出最合理的方案。对于级进模具的排样的方法和特点：1） 排样图的绘制，可以先从平面展开图开始，由右设计总裁工位，向左设计成形工位，然后根据实际情况逐步修改。2） 考虑增加模具强度必需的工位。连续模拉深次数较多时，在首次拉深后加上备用空工位，以便增加拉深次数。3） 决定工序件携带的方法。4） 注意材料辗纹方向，辗纹方向能影响排样的经济效果，也影响工件的性能。5） 弯曲件的毛刺，应位于内侧。6） 考虑要不要侧刃切边。薄料采用导正销，可以不切边。对于厚料或重料的条料，为避免导正销折断，需要切边。7） 合理安排导正销。8） 考虑一出二或一出四是否合适。9） 冲压过程中不允许有零星碎料残余在模具表面。10） 考虑残料上冲压其它工件的可能性。设计级进模，首先要设计条料排样图。同心圆垫片的形状具有圆形的特点，直排时材料利用率较高，应采用直排，如图下图所示的排样方法。条料宽度53mm，步距离为55mm，一个步距的材料利用率为67.3%。工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，故采用单排排样设计，采用手工送料，采用导料板导料、挡料销挡料。根据表210（见冲模工艺与模具设计一书）所查，取a1 =1.5mm ，a=5mm那么：条料的宽度：B=50+2a1=53mm 条料的步距：S=50+a=55mm 导料板的导料尺寸:=B+=83+1=84mm(采用无侧压装置,条料与导料板间间隙=1 冲裁单件材料的利用率计算： 排样图如下所示：（2）、冲压力的计算： 、落料力的计算： (K=1.3) ；落料力（N）； L1 工件外轮廓周长 L1=mm； t 材料厚度 t=0.8mm； 材料抗剪强度（MPa）由书（见冲模具设计应用实例一书）附录查得=315Mpa; 落料力则为： 、冲孔力的计算：L2工件内轮廓周长 L2= KN即冲裁力为: =+=51.5+43.26=94.76 KN、卸料力的计算： 卸料力因数，由表2-15（见冲模具设计应用实例一书）查得=0.04 、推件力的计算： 推件力因数 由表215（见冲模具设计应用实例一书） 查得=0.055，h=7 n=h/t，n=7/0.8=8.75=8.750.05594.76=45.6KN 、总冲压力的计算： 故总的冲压力为(弹性卸料,下出料) 故拟选定J-23-25开式双柱可倾压力机(3)压力中心的确定及相关计算： 计算压力中心时，先画出凹模型口图，如下图所示。 在图中将xoy坐标系建立在图示的落料圆心上，则可设压力中心坐标为（,），其中 =0，由公式=则可得中心坐标为（23.3，0） 由己上计算结果可以看出,该件的压力中心偏落料工序一点,为了便于模具有加工和装配模具中心仍选在坐标原点O. 选用适当的冲床, C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。（4）工作零件刃口尺寸计算: 在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算如下制造精度：冲孔取IT12，落料取IT13。制件材料为20冷制钢，根据表3-2（见冲压工艺与模具设计一书）查得冲裁模刃口双间隙， 。1）、落料刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表212（见冲模具设计应用实例一书）查得 ，。 由于 ， 故采用凸模与凹模 分开加工方法，因数由表 213（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.75，则： 2）、冲孔刃口尺寸计算：的凸凹模的制造公差由表212（见冲模具设计应用实例一书）查得，.由于 ,故采用凸模与凹模分别加工方法，因数由表 213（见冲模具设计应用实例一书）查得X=0.75 ，则： 其工作部分结构尺寸如图所示： 四、模具总体设计: 1）模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进冲压，所以模具类型为级进 模。 2）定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以始用挡料销来定。 3）卸料、出件方式的选择 因为工件料厚为0.8mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。 又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。4）导向方式的选择 为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中对角导柱的导向方式。五、主要零部件设计： （1）工作零件的结构设计 落料凸模结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，台肩固定在凸模固定板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。其总长L可按公式计算：L=30+20+8+0.8+47=105.8mmL-凸模长度 -凸模固定板厚度-导板厚度-导料板厚度t-材料厚度h-增加长度。它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.5-1mm）,凸模固定板与导板之间的安全距离等,一般 取10-20mm。具体结构如下： 冲孔凸模因为所冲的孔为圆形，而且属于不需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。冲孔的凸模结构如下图：凹模凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式计算：凹模厚度 H=kb=0.3550.03mm=17.5mm（查表得k=0.35）凹模壁厚 c=（1.52）H=26.25mm35mm取凹模厚度H=40mm，凹模壁厚c=35mm，凹模宽度B=b+2c=（53+235）mm=123mm凹模长度L取250 mm（送料方向）凹模轮廓尺寸为250mm200mm40mm，结构如下图: （2）定位零件的设计落料凸模下部设置一个导正销。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm ，所以导正销直线部分的长度为2mm。导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。（3）导料板的设计导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按表选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为4045HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。（5）模架及其它零部件设计 该模具采用对角导柱模架，这种模架的导柱在模具对角两侧 位置，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。 以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。导柱d/mmL/mm 为35210和40210；导套d/mmL/mmD/mm为3511548和4011548。分别上模座厚度H上模取50mm，上模垫板厚度H垫取10mm，凸模固定板厚度H取30mm，导板厚度取20mm，导料板厚度取8mm，凹模厚度取40mm，下模座厚度H下模取60mm，那么，该模具的闭合高度：式中 凸模长度，=105mm； 凹模厚度，=40mm； 可见该模具闭合高度小于等于所选压力机J23-25的最大装模 高度（285mm），可以使用。 根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸，参照有关资料，可选取级精度的对角导柱模架（GB/T2855.12861）.即：上模座： 25020050 下模座： 25020060 其他轮廓尺寸如下图所示：六、模具总装图： 通过以上设计，可得到如下图所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模（2个）、凸模固定板等组成，下模部分由下模座、凹模板、导板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。条料送进时首先采用始用挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装一个导正销,以此作为条料送进的精确定距。操作时完成第二步冲压后，把条料向