φ90X80圆形冲孔垫圈落料冲孔复合模冲压设计课程说明书CAD图纸毕业
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目 录1 序 言11.1 冲压的概念、特点及应用11.2 选题的意义12 圆形冲孔件冲压工艺分析22.1零件工作状况分析22.2零件工艺方案的分析和确定22.2.1工艺方案的确定23 落料-冲孔复合模的设计33.1 冲裁件的排样33.2搭边值的选取33.2.1工计算条料宽度和步距43.2.2材料利用率43.3.1 冲裁力的计算43.3.2卸料力的计算53.3.3推件力的计算53.3.4总的冲裁力的计算53.3.5压力机的选择53.4 凸、凹模设计原则63.5 冲裁间隙63.5.1合理间隙的选用73.5.2冲模工作部分的设计计算83.5.3冲裁模刃口尺寸计算83.6 冲孔凸凹模的设计93.6.1冲孔模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙93.6.2冲孔凸、凹模工作部分的尺寸计算93.6.3冲孔凸模，落料凹模和凸凹模设计10图3-2 冲孔凸模零件图113.6.4凸凹模固定板的厚度113.6.5冲孔凸模强度校核123.7落料凸、凹模设计123.7.1落料模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙123.7.2凹模和凸凹模及其它零部件的尺寸133.8其它零件的选择及相关尺寸的确定183.9模具装配图193.10 弹簧和橡胶19 圆形冲孔件冲压工艺与模具设计1 序 言 1.1 冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。1.2 选题的意义本课题通过对圆形冲孔件冲压工艺与模具设计，与现今社会汽车产业的飞速发展联系起来，可以有效的优化模具的结构和设计过程，从而加深对模具设计的实际应用能力。通过此次设计，也可以懂得如何从大量资料中选择与课题密切相关的内容，培养独立设计模具的能力。本课题是在计算机上利用UG软件,CAD进行圆形冲孔件的建模、冲压工艺分析及模具设计，该零件的成型包括以下几道工序：落料、冲孔。现就几个方面阐述一下国内外研究概况及发展趋势。2 圆形冲孔件冲压工艺分析2.1零件工作状况分析 圆形冲孔件是汽车上的一个固定件，其形状如图2-1所示。零件材料采用普通碳素钢，其牌号为Q235A，厚度为1mm。 图2-1 圆形冲孔件二维零件图 2.2零件工艺方案的分析和确定2.2.2工艺方案的确定通过对零件图（如图2-1）的初步分析可知，生产此零件需要经过以下几个基本工序：落料、冲孔。对基本工序进行不同的组合，可以初步拟定以下四种工艺方案：方案一：拟定采用1副模具完成零件的生产。首先采用落料-冲孔复合模，完成落料的同时，冲出圆孔；完成图2-1中所示的形状。方案二：拟定采用2副模具来完成零件的生产。首先采用落料模，落出零件的外形，再采用冲孔模，冲出零件的孔，成型出所需的零件。方案三：级进模来完成零件的生产，冲孔，最后落料，完成所需要的模型。分析比较三种工艺方案，可以看出：方案一复杂程度低，能够保证零件的质量，方案二最简单，但是采用的模具过多，精度不够高，工艺太复杂，因此不宜采用。方案三冲孔落料连续模结构更复杂，制造模具的时间更长，模具生产的费用更高。 综上所述，方案一是最佳的工艺方案3 落料-冲孔复合模的设计3.1 冲裁件的排样 冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样是否合理，不但影响到材料的经济利用率，而且还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。根据材料的利用情况，可以将排样分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。本设计中采用有废料排样，排样方式采用表2-121 中的直样，具体排样图如图3-1 所示。图3-1 排样图3.2搭边值的选取 排样中相临两个工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出缺陷的废品。此外，还可保持条料有一定的刚度和强度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。 搭边值要合理确定。如果搭边值过大，则材料利用率低。如果搭边值过小，虽然材料利用率高，但是过小则不能发挥搭边值的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凹模和凸模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。本设计中的搭边值按表2131 选取，取工件间搭边值a=1.5mm , 工件与条料边缘间搭边值a1=1.5mm ，如图3-1所示。3.2.1工计算条料宽度和步距因材料厚度，搭边为a=1.5mm , a1=1.5mm则条料宽度： 步距： 该零件形状简单、结构对称，故采用单排方案，如图3-1所示3.2.2材料利用率一个步距内的材料利用率： （3-1）式中，B为条料宽度；S为步距；A为个步距内冲裁件的实际面积。所以一个步距内的材料利用率： 式中：n一个进距内冲件数目；A冲裁件面积（）；B条料标称宽度（mm）；h进距（mm）。3.3冲裁力、卸料力、推件力的计算 3.3.1 冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度和冲裁件分离的轮廓长度有关。本设计中采用平刃口冲裁，冲裁力的计算公式为： F = KLt （3-2）式中 L 冲裁件周边长度 （mm） t 材料厚度 (mm) K 系数 材料抗剪强度 (Mpa) 考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，一般取K = 1.3，材料厚度t =1mm ,由表23 4 查得优质碳素钢的抗拉强度 b= 235Mpa 。通过运用CAD进行计算，落料冲孔后的尺寸如图2-3所示：近似计算得落料周边长度： L=282.6mm而圆孔的周长： L=251.2mm则落料力： F落= L1tb = 282.61235 =66411N 冲孔力： F冲= Ltb =251.21235 =50572N 3.3.2卸料力的计算 F卸 = K卸F落 （3-3）查表224 得K卸=0.05 ，带入公式（3-3）有， F卸 = K卸F落= 0.0566411 = 3320.5N 3.3.3推件力的计算 F推 = n K推F冲 （3-4） 查表224 得K推=0.055 , 故在凹模刃口内可以同时存放的冲孔废料的个数n = h/t = 5/5 =5 个将K推 = 0.055 、n =5 、F冲 =50572N 带入公式（3-4）有， F推 = n K推F冲 =50.05550572 =13907.3N3.3.4总的冲裁力的计算 本设计中的落料冲孔复合模采取倒装的形式，并且采用弹性卸料装置和下出料的方式，故总的冲裁力的计算公式为： F总 = F落 + F冲 + F卸 + F推 （3-5） 带入公式（3-4）有 F总=134.2KN3.3.5压力机的选择在选择压力机时应该注意以下几点：压力机的工作台面尺寸应大于模具底座尺寸5070mm以上。所设计的冲模的闭合高度应小于压力机的最大装模高度。一般应该满足H Hmax- 5 mm ,如果模具闭合高度过小，可在压力机台面上加放垫板。设计在下模座下面的卸料装置的尺寸应该小于压力机上的工作台孔的尺寸。设计中选用的模柄尺寸应该小于或等于压力机模柄孔尺寸。本次设计选用开式曲柄压力机，其优点是：具有三面敞开的操作空间、操作方便、容易安装机械化装置并且成本低。根据上述原则，因 F总=134.2KN参考冲裁力与压力机压力曲线图，故压力机公称压力：F （3-6）式中：F0压力机公称压力（KN）；F总冲压总压力（KN）。由以上分析，查表9-92选用JC23-40型压力机，其主要技术参数如表7.1。表3.1压力机主要技术参数公称压力：400kN滑块行程：100mm最大封闭高度：300mm封闭高度调节量：80mm工作台左右长：630mm工作台前后宽：420mm标准行程次数（不小于）：工作台板厚度：130mm模柄孔直径：模柄孔深度：80mm3.4 凸、凹模设计原则冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模的主要任务之一。确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循的原则是落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸；而冲孔模先确定凸模刃口尺寸，使其标称尺寸接近或等于制件的最大极限尺寸。选取模具刃口制造公差时，一般冲模精度较工件精度高23级。本设计中的零件未标注公差，而且属于非圆形件，按国家标准非配合尺寸的IT13级精度来处理，工件尺寸公差按“入体”原则标注为单向公差。3.5 冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分单边间隙和双边间隙，单边间隙C表示，双边间隙用Z表示。冲裁值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。冲裁模的凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙。它对冲裁件断面的质量有极大的影响，还影响模具寿命、冲裁力、卸料力、推件力、顶件力和冲裁件的尺寸精度。合理的间隙才能冲出较好的断面质量，所需冲裁力较小，模具寿命较长。3.5.1合理间隙的选用间隙对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。但由于不存在同时满足所有理想要求的间隙。考虑到模具在使用过程中的逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙。对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用较小间隙值，而对于精度要求不高的工件，则应尽量采用大间隙，以利于提高模具寿命、降低冲裁力。故对于该制件中的两个小孔，当凸模导向较差时，凸模易折断，间隙可取大些。确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。理论计算法应用起来不方便。此采用查表选取法，查表2-121，得单边间隙为Zmin=0.085mm,Zmax=0.225mm。表2-12冲裁间隙标准化分类及实用间隙值3.5.2冲模工作部分的设计计算冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模的主要任务之一。3.5.3冲裁模刃口尺寸计算（1）、计算原则1）落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也4能冲出格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。2）冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。3）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与凹模精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高23级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸IT13级精度来处理，圆形件一般可按IT13级精度来处理，工件尺寸公差按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。3.6 冲孔凸凹模的设计3.6.1冲孔模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙凸凹模间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命和冲裁力的影响很大，它也是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。查表251 得凸、凹模双面间隙为：Zmin Zmax = 0.085mm 0.225mm查表2101 得凸模偏差p= 0.020mm ，凹模偏差d = 0.020mmZmax Zmin = (0.240 0.20) mm = 0.04 mm而： p +d = (0.020+ 0.020) mm = 0.040 mm 满足凸、凹模分开加工的要求：p +d Zmax Zmin故冲孔的凸模与凹模可以采取分开加工的方法，即凸模与凹模分别按图样加工至尺寸。这种凸凹模分开加工的方法可以使凸、凹模自身具有互换性，便于模具成批制造。3.6.2冲孔凸、凹模工作部分的尺寸计算根据凸、凹模的设计原则，设计冲孔模时先确定凸模刃口尺寸。凸模直径计算公式为： dp = (d + x) （3-7）凹模直径计算公式为： dd = (d + x+ Zmin ) （3-8）式中：d 冲孔件标称尺寸（mm）； 工件制造公差（mm）； x系数 ； 查表10115得= 0.22mm （ 按GB180079IT13级计算 ） 将d 1=80mm, = 0.22mm , x = 0.5 ，p= 0.020mm带入 公式（3-7）有冲孔凸模直径：Dp1 = (d + x) =（80 + 0.50.22） mm = 80.11 mm 3.6.3冲孔凸模，落料凹模和凸凹模设计 冲孔凸模： 凸模工作部分必须与零件的底部形状一样，凸模被零件所包裹。根据设计要求，本设计将采用标准圆凸模。按公式计算： 式中 落料凹模的高度凸模固定板的高度由各项数据代入上式可得： 凸模结构及其尺寸如（图3-2），查文献【7】表12-6凸模采用材料Cr12MoV，热处理硬度为HRC56-60。 图3-2 冲孔凸模零件图3.6.4凸凹模固定板的厚度将凸凹模或镶块按一定相对位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座或下模座上的板件分别称为凸模固定板或凹模固定板。固定板的平面尺寸应与相应的整体凹模尺寸一致。凸模固定板的厚度应取凸模设计长度L的20%。故凸模固定板厚度取15mm。凸凹模和一般钢质凹模与固定板选用应取H7/n6或H7/m6配合。压入固定后应将底面与固定板一起磨平。细小凸模与固定板应取H7/h6。零件图如下：3.6.5冲孔凸模强度校核（1） 压应力校核 dmin 4t/ （3-9）式中：dmin冲孔凸模最小直径 (mm) ； t 料厚（mm）； 板料抗剪强度（Mpa）； 凸模材料的许用压应力（Mpa）；凸模材料采用Q235A，其许用压应力=1000Mpa将 t =1mm 、 = 180 Mpa 、=1000Mpa带入公式（3-9）有，dmin 4t/ = 41180/1000= 0.72mm而 d1 =80mm 0.72mm 故设计满足要求。3.7落料凸、凹模设计3.7.1落料模刃口尺寸公差及凸、凹模间隙模磨损后尺寸变大（A类尺寸）、变小（B类尺寸）、不变（C类尺寸）的规律分为三种。查表2325得到凹模尺寸及其公差的计算公式：若工件尺寸为A ，则凹模尺寸为 A凹 =（A x） （3-10）若工件尺寸为B ，则凹模尺寸为 B凹 =（B + x） （3-11）若工件尺寸为C ，则凹模尺寸为 C凹 = C 凹 （3-12）式中 A凹 、 B凹 、C凹 凹模刃口尺寸（mm）； A 、B 、C 工件基本尺寸（mm）； x 磨损系数； 工件公差（mm）； 凹 凹模制造公差（mm）,一般取凹 =/4； 工件的对称偏差（mm）；根据零件形状，如图（3-1）所示，凹模磨损后其尺寸变化有三种情况。第一类：凹模磨损后尺寸变大的是图3-1中的A1（100mm）和A2 (40mm) 两个尺寸。查表2305得x1 = 0.29，x2 = 0.16 A1凹 =（A1 x11） =（90 0.29） =89.71 mm落料凸模刃口尺寸按照凹模刃口尺寸配制，保证凸、凹模双面间隙为：Zmin Zmax =0.08mm 0.225mm （由表251 查得）。本设计中将落料凸模与冲孔凹模做成一体，即做成凸凹模的型式。3.7.2凹模和凸凹模及其它零部件的尺寸（1） 落料凹模：落料凹模的尺寸简单，形状与坯料形状相似，其要与凸凹模的落料凸模配做。落料凹模和凸凹模的厚度H可以按冲裁力的大小来尽心估算。其经验公式为式中 H凹模厚度（mm）；P冲裁力（N）；K1冲裁轮廓长度修正系数，其值见表3-2；K2凹模材料修正系数，其值见表3-3表3-2 凹模冲裁轮廓长度修正系数K1表3-3凹模材料修正系数K2由此： 这里面我们考虑到推件块的高度，落料凹模的厚度取：H=35mm。落料凹模外形尺寸如图3-4。图3-4 落料凹模零件图（2）凸凹模L = h1+h2+h3=10+30+20=60mm式中 h1卸料板厚度在此取h1=10mmh2卸料板下平面到凸凹模固定板上平面的之间距离，根据经验值一般取（2535）mm,在此取30mm.h3凸凹模固定板厚度，一般取（0.60.8）倍凹模板厚度，在此取为20mm凸凹模零件图如图所示：图3-5 凸凹模零件图复合模中凸模的固定方法同样应视其形状、尺寸大小等因素来采用固定板式、带窝座式、带有螺钉和销钉等方式（见图3.6）。图3-6 复合模中凸凹模的固定方法本文中复合模中凸凹模的固定方法采用固定板式。(3)卸料板复合模卸料板也起到压边的作用，所以落料冲孔模卸料板要选择厚一点H=10 mm。选用材料Q235，弹性卸料板与凸模之间要有一定的间隙，单边间隙12mm。为了在冲压开始前就将先料压紧，弹性卸料板应加工有三个与挡料销对应存在的避让孔。图 3-7 弹性卸料板零件图（4）凸模固定板凸模固定板用于固定凸模，采用车床与凸模配合加工，材料为45钢，淬火处理,（首先进行加热炉加热到指定温度，然后保温一定时间，最后进行冷却），从而使凸模固定板的热处理硬度达到HRC45-50。根据冲孔凸模的台阶结构可确定凸模固定板厚度h=15mm。便于卸料，是此模具的特色之一。凸模固定板如图3-8所示。 (5)垫板根据冲裁模具整体结构的分析，本设计由于采用凸模固定板固定，其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外，还应考虑到螺钉和销孔的安装位置，固定板与凸模采用过渡配合（H7/m6），压成装后端面磨平，以便保证冲模的垂直度。 材料：45技术条件：按JB/T7653-1994的规定。中间垫板规格与垫板一样，应该取其厚度为H=10mm。3.8其它零件的选择及相关尺寸的确定1)模架此工件采用横向送料方式，适宜采用四导柱导套模架，而四导柱导套模架有利于送料（纵横向均可且送料较顺畅），但工作时受力均衡性和对称性比中间导柱导套模架及对角导柱导套模架差一些；四角导柱导套模架则常用于大型模具；而精密模具还须采用滚珠导柱导套。本模具采用四导柱导套模架，一是对纵向送料方式较适宜，二是导柱导套模架工作时受力比较均衡、对称。由上面阐述，得出：模具类型为级进模操作方式为自动化方式送料为纵向送料，以下出件形式取件，用侧刃、导料板、定位销等来定位不压料，采用弹性卸料冲压件精度为IT14，则模具加工精度比其高23级即可，选用模具加工精度为IT13。随着冷冲压技术的发展和新型模具材料的出现，模具结构也发生了一定的变化，虽然模具的结构类型很多，但对其基本要求是一致的。即不仅能冲出合格的零件，适应生产批量的需要，而且要求操作方便，生产安全、寿命长、成本低，以及制造和维修方便。随着冷冲模国家标准实施以来，在设计模具时对冲模模架的选择一般都是按国家标准来选的。 由前面所确定的为标准的后置导柱模架,又根据凹模周界尺寸L=200mm B=140mm 初选模架320x270x(200350)mm GB/T2851.3-90.查表2-41（参考文献2）又依模具结构草图及以上得到的各板厚度,可知模具闭合高度H=214mm在模架最大最小闭合高度(2003
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