弹性圆片落料模的设计

湖南农业大学东方科技学院课程设计说明书 课程名称： 冷冲压模具设计 题目名称： 弹性圆片落料模的设计 班 级：20 08级 机制 专业 四 班姓 名： 万燕丽 学 号： 200841914409 指导教师： 周光永 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 20 年 月 日冲压模具设计说明书弹性落料模的设计 学 生：万燕丽 (东方科技学院08级机制四班，学号200841914409) 摘 要：本次课程设计的内容为垫片单工序模，完成落料一道工序。模具为弹性卸料上出件结构，由顶出装置顶出制件，橡胶垫驱动的卸料板卸除条料。排样方式为单排，由弹性挡料销和导料销定位、导料。模架为后侧导柱圆形模架，压入式模柄。关键词：落料 倒装 单排 （导入语）冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。一、工艺分析及模具结构设计1.1 制件的工艺性分析及工艺计算1.1.1 工艺分析图1所示冲裁件，材料为30钢,厚度为0.5mm， 图 1由图可知，产品为圆片落料。产品形状结构简单对称，无狭槽、尖角。 （1）尺寸精度 尺寸精度:零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按工T14级确定工 件尺寸的公差.查公差表可得各 尺寸公差为:零件外形: 800-0.74mm 查参考文献知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT11级，所以尺寸精度满足要求。（2）冲裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.53.2，毛刺允许高度为0.050.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。（3）产品材料分析 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料为30钢，属普通碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度塑性中等，适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。1.1.2 排样及工艺计算 零件外形为圆形 ，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件为中等批量生产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用单排结构。如图1所示。查冲压模具设计与制造表2.8确定搭边值:两工件间的搭边:a=1.5m; 工件边缘搭边:a1=1.5m; 图1中排样的搭边值a=1.5mm，a1=2mm故工件的搭边值符合条件一个步距内的材料利用率为.裁单件材料的利用率按2式计算,即=5027（8481.5）100%=73.4% (3-3)式中 A冲裁面积(包括内形结构废料)；A（80/2）mm5027mmn 一个冲距内冲冲裁件数目；b条料宽度；h进距。1.2 冲压力及压力中心的计算该零件只有落料这个基本工序，由于工件较薄，采用导柱式弹顶落料模。该模具采用弹性卸料和上出料方式冲裁力FLtb其中 式中：L工件外轮廓周长；L80251.33mmt材料厚度；t0.5mmb材料的抗拉强度（MPa），查表7.1得b500MPa。F251.33mm0.5mm500MPa62.8310N卸料力F卸K卸F式中：K卸卸料力因数，其值由表2.10查得K卸0.05F卸0.0562.8310N3.1410N（3）顶件力F顶=K顶F (3-7) 式中：K顶顶件力因数，其值由表2.10查得顶0.08；顶件力则为：F推62.8310N0.08=5.0310N (KN)冲裁时，压力机的压力值必须大于或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，当采用弹压卸料装置和上出件的模具时，总的冲压力为 F总 FF卸F推62.8310N +3.1410N5.0310N=7110N模具压力中心是指冲压时诸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，应使冲模的压力中心与压力机滑快的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，减低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，的按下述原则确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。故，该冲裁件的压力中心就是其圆心。2.3 凸模 凹模 凸凹模刃口及结构尺寸计算2.3.1 计算模具刃口尺寸落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制;冲孔部分明中孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。所以该模具以凹模为基准计算。计算凸、凹模的刃口尺寸查表2.12得间隙值Zmin0.06mm，Zmax0.08mm查表2.17得磨损系数x0.5对零件图中未标注公差的尺寸，查表7.18，其极限偏差为：80-0.750mm本例工件由于形状简单，可采用凸模和凹模分开加工的方法凸模尺寸 Dp（Dmaxx）0+d 凹模尺寸 Dd（DmaxxZmin）0-p其中，Dp、Dd分别为落料凸、凹模的刃口尺寸，mmD落料件外径的基本尺寸，mmp，d分别为凸、凹模的制造公差，按表2.14取p0.02mm，b0.03mm工件的制造误差，为-0.75mmZmin最小合理间隙，mmx磨损系数，其值为0.5为了保证新冲模的间隙小于最大合理间隙（Zmax），凸模和凹模制造公差必须保证pdZmaxZmin显然，前面的取值不能保证则取p0.4（ZmaxZmin）0.008mm，d0.6(ZmaxZmin) 0.012mmDd80-0.5(-0.75)=80.375 00.012 Dp 800.5(-0.75) -0.06=80.3150-0.0081.3.2 落料凹模结构尺寸计算 冲裁凹模的刃口形式有直刃口和斜刃口两种。选用刃口形式时，主要应根据冲裁件的形状、厚度、尺寸精度以及模具的具体结构来决定，其刃口形式见下表。刃口型式序号简图特点及应用直刃口1刃口为直通式，强度高，修模后刃口尺寸不变。用于冲裁大型或精度要求较高的工件，模具应安装反向顶出装置，不适用于推件结构。2刃口强度高，修模后刃口尺寸不变。凹模内易积存材料，在间隙小时刃口直壁部分磨损较快。用于冲裁形状复杂或精度要求较高的场合。3特点与序号2的相同，其刃口下部扩大部分加工较2容易，但强度较2略差。用于冲裁形状复杂、精度要求较高的中小型冲件。4凹模硬度较低，一般为40HRC左右，可用手锤敲击刃口外侧斜面以调整冲裁间隙。用于冲裁薄而软的金属或非金属。由条件，选择第一种直刃口凹模。凹模的外形尺寸常用下列经验公式确定凹模的厚度确定见式2.38 HKb1 凹模壁厚（指凹模刃口与外缘的距离）的确定式 (1)小凹模C(1.52)H (2)大凹模C(23)H式中：b1凹模孔的最大宽度（mm）；K因数,按表2.20，K=0.25 ； H凹模厚度； C凹模壁厚；则凹模厚度：H0.2580=20mm 壁厚：C=220=40mm零件外形为圆形，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。 式中 切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时，。 所以 mm 查参考文献2按推荐值取 mm 所以凹模板外形尺寸此外，凹模用螺钉和销钉固定时，螺孔与销孔之间的距离，螺钉孔或销孔距凹模刃口边缘的距离、螺孔或销孔至凹模边缘之间的距离均不应过小，以防降低强度。一般螺孔与销孔之间，螺孔或销孔与凹模刃口之间的距离应大于两倍孔径值，其最小许用值可参考有关资料。1.3.2 凸模的结构尺寸计算凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构确定，同时要考虑凸模的修磨量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。当采用弹性卸料板时（图b所示），凸模长度按下式计算结构形式简图特点及适用范围固定方式圆截面式凸模中小直径凸模图ac中凸模的工作部分做成阶梯形，增加了强度和刚度，用于小直径的落料或冲孔。a的冲裁直径在18mm，b的冲裁直径在115mm，c的冲裁直径在830mm。凸模与凸模固定板之间的配合关系为过渡配合（H7/m6或H7/n6），为防止凸模从凸模固定板下部抽出，需在凸模头部制造一直径较大的台肩。凸模与凸模固定板装配后将上端磨平。大直径凸模用于大直径（直径大于30mm）的落料或冲孔，为减小磨削面积，凸模刃口端面加工成凹坑形式。由于凸模直径较大，可直接在其上开螺钉孔完成与其他零件的连接。另外，常与连接件采用窝座与台肩的配合（H7/m6或H7/n6）代替销钉的使用。由条件得，选择大直径凸模。1.4 模具总体结构设计如图所示为本设计的模具总图。该模具为正装上顶出单工序落料模。利用安装在上模座1中的两个导套20与安装在下模座14中的两个导柱19（导柱19与下模座14的配合、导套20与上模座1的配合均为H7/r6)之间H7/h6或H6/h5的滑动配合导向，实现上、下模部分的精确定位，从而保证冲裁间隙的均匀性。条料的送进，由两个导料销控制其方向，由固定挡料销控制其进距。卸料采用弹性卸料装置，将条料从凸模上卸下。同时由装在模座之下的顶出装置实现上出件，可调整顶出力。由于该弹性顶出装置在冲裁时能压住工件，并及时地将工件从凹模内顶出，因此该种结构广泛用于材料厚度较小，且有平面度要求的金属件和易于分层的非金属件。1.4.1送料定位机构设计采用固定式挡料销纵向定位。1.4.2卸料机构设计 采用弹性卸料板。采用上出件机构将工件从落料凹模中推出，落在模具工作表面上。特点：卸料力较小，卸料动作平稳，在冲裁时能够实现先压料后冲裁，故生产零件的切断面质量和平直度好。应用：用于软料、薄料以及冲件质量要求较高的场合。设计要点：卸料板孔与凸模之间的单边间隙一般为（0.10.2），若兼作导板，两只之间的配合关系为H7/h6。弹性卸料板在自由状态下应高出凸模刃口面0.51mm。卸料板的材料同刚性卸料板。尺寸确定：一般情况下，卸料板的外形尺寸与凹模周界相同，卸料板的厚度取1015mm。取卸料板厚度为12mm。1.4.3 出件机构设计因为是复合模结构，所以采用上出件机构弹性顶件装置安装于下模，一般由弹顶器、顶杆和顶件块组成，其常见结构见下图。特点及应用：在冲裁过程中能够实现压料，一般用于薄料、零件平直度要求高等不适于采用推件方式的模具中。设计要点：开模状态下，顶件块应高出凹模刃口0.20.5mm。 合模状态下，顶件块的下表面不应与下模座贴合，应留有510mm的修模空间。 顶件块与凹模之间为间隙配合H8/f7。根据条件需要，选择b种上出件机构1.5 其他零件尺寸的确定 （1）橡胶垫为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%15%。 橡胶垫产生的力 式中 压力； 橡胶垫横截面积； 与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5.1所示。表5.1 橡胶压缩量和单位压力 橡胶压缩量（%）单位压力（MPa）橡胶压缩量(%)单位压力(MPa)1015200.260.500.702530351.031.522.10取 ，则MPa 取压缩量为25%，预压缩量为10%，工作行程mm。 所以橡胶垫的自由高度为 mm，取14mm 预压缩量取为 2m。（2）凸模固定板凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。凸模固定板为圆形，厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，材料为Q235 14mm（3）垫板冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即下列情况下雨加垫板。式中 凸模端面的压应力，其数值为； 模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为100MPa，钢约为200 MPa； 冲裁力； 凸模上端面面积。垫板的下载与凸模固定板一致，厚度一般取412mm。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度Ra0.320.63。（4）卸料板卸料板同样为圆形板，直径和凹模板一致，如图5.3所示，厚度为12mm。卸料板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.10.3mm.卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm，螺纹部分为M1010mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。（5）模架精度要求：模座上、下表面的平行度应达要求，常公差等级为4级。 上模座导套孔的轴线垂直于上模座的上表面，下模座导柱孔的轴线垂直于下模座的下表面，且垂直度公差等级一般为4级。 上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在0. 02mm以下。 模座的上、下表面粗糙度为Ra l. 6 - 0. 8m ,在保证平行度的前提下，可允许降低为Ra3.21.6m。模架的选择应从三方面入手：依据产品零件精度、模具工作零件配合精度高低确定模架精度；根据产品零件精度要求、形状、条料送料方向选择模架类型；根据凹模周界尺寸确定模架的大小规格。因此，模架选用后侧导柱标准模架上模座：L/mmB/mmH/mm=25020045 GB2855.5-81 HT200下模座：L/mmB/mmH/mm=25020050 GB2855.6-81 HT200导向向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。模具中应用最广的导向零件是滑动导柱和导套。其结构形式见下图。导套：导套内孔开有油槽，导套与导柱配合关系为间隙配合（H7/h6、H6/h5），导套与上模座之间配合关系为过盈配合（H7/r6），由于过盈配合装配时孔有缩小的现象，所以d。在设计加工时比d大0. 5 lmm。导柱：B型导柱如上图b）所示，导柱两端基本尺寸相同，但公差不同。一端为与导套的间隙配合（H7/h6），另一端为与下模座的过盈配合（H7/r6）。 A型导柱如上图c）所示，其只有一个尺寸，加工方便，但与上模座之间的过盈配合改为基轴制，配合关系为R7/h6。导柱、导套的装配关系：导柱直径一般在16 60mm，长度在90320mm之间。选择导柱长度时，应考虑模具闭合高度的要求，即保证冲模在最低工作位置（即闭合状态）。导柱的上端面与上模座上平面之间的距离不小于10 15mm，以保证凸、凹模经多次刃磨而使模具闭合高度变小后，导柱也不会影响模具正常工作；而下模座下平面与导柱压入端的端面之间的距离不应小于23mm,以保证下模座在压力机工作台上的安装固定；导套的上端面与上模座上平面之间的距离应大于23mm，以便排气和出油，如右图所示。导柱、导套的材料及热处理：导柱、导套一般选用20钢制造。为了增强表面硬度和耐磨性，应进行表面渗碳处理，渗碳层厚为0. 8 1. 2mm，渗碳后的淬火硬度为58 62HRC。导柱的外表面和导套的内表面，淬硬后进行磨削，其表面粗糙度应不大于Ra.0.8um（一般为R.0.2-0. lum)，其余部分为Ra1.6um。导柱：d/mmL/mm=32130 A32h5130 GB2861.1-81导套：d/mmL/mmD/mm=328538 A32H68538 GB2861.1-81（6）导料零件用于确定条料的送进方向；常见导料零件包括导料板、导料销及保证条料紧靠导料板一侧送进的侧压装置，其具体结构形式、特点应用见下表。常见导料零件零件名称导料方式常见类型应用场合导料板两块导料板分别置于条料的两侧整体式与刚性卸料板配合使用，常用于简单模和级进模分开式与刚性卸料板、弹性卸料均可配合，应用较广导料销两个导料销同时使用，且位于条料的一侧，通常前后送料导料销位于左侧；左右送料位于后侧固定式应用灵活广泛，常用于简单模和复合模中活动式侧压装置常位于一侧的导料板中，以保证条料在送进过程中始终与另一侧的导料板贴合簧片式结构简单，侧压力小，用于薄料弹簧式侧压力较大，可用于厚料压板式侧压力大而且均匀，常用于单侧刃的级进模中 根据条件，（7）挡料零件挡料销抵住条料的搭边或冲裁件的轮廓，起定位作用。挡料销分固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销三类。具体结构形式见下表。形式简图特点及适用范围圆柱头固定挡料销结构简单，制造方便，固定部分和工作部分直径差需较大，才不至于削弱凹模刃口强度，一般装在凹模上应用广泛。钩形头固定挡料销制造较圆柱头难，安装时需防转，但其固定孔较凹模刃口更远，故刃口强度不会削弱。回带式活动挡料销此挡料销需装在固定卸料板上，操作繁琐，生产效率低。常用于窄形零件。弹压式活动挡料销此挡料销安装在弹性卸料板上，合模时挡料销被压入卸料板内，所以无需在凹模上开避让孔，常用于复合模中。始用挡料销仅在每个条料的第一次冲裁时使用常用于级进模中。1.6 压力机的确定 冲压设备的选择依据：1所选压力机的公称压力必须大于总冲压力，即F压F总2压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，此对于冲裁，弯曲等模具，其行程不于过大，以免发生凸模与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成行零件的取出。3所选压力机的最大高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。4压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受里条件也是不利的。2.8.2压力机的选折根据总冲压力 F总=71KN,模具闭合高度,冲床工作台面尺寸等,并结合现有设备,用J23-16开式双柱可倾冲床,并在工作台面上备制垫块。其主要工艺参数如下：公称压力： 160KN 滑块行程： 55mm 最大闭合高度：220mm 连杆调节长度：45mm 滑块中心线至床身距离：160mm工作台尺寸：300mm450mm垫板厚度：40mm模柄孔尺寸：40mm60mm五、结束语到今天为止,设计终于可以画上一个句号。在自己努力和指导老师的指导下，我比较好地完成了这次毕业设计的任务，通过这次毕业设计，我对机械设计过程有了一定了解，学到了很好有用的本领。毕业设计不仅是对前面扬学知识检验，而且也是对自己能力提高。主要收获和体会如下：第一 .学到了产品设计的方法。产品设计过程是创造性劳动的过程，产品的设计应按科学程序进行，一般包括课题调研、拟定设计方案，总体设计，零部件设计、技术资料整理、产品试制、改进设