自行车脚踏垫圈的冲裁模设计说明

1、 .经贸职业技术学院课题名称：自行车脚踏垫圈的冲裁模设计姓 名： 徐焦民学 号： 0901023433所 在 系： 机电系班 级： 09机电34（模具工艺与制造）指导老师： 辉二一一年九月二十日摘 要本文主要针对自行车脚踏垫圈的冲裁模进行设计，在对其首先进行冲孔和落料等成形工艺分析的基础上选择合适的模具类型级进模，其次根据零件尺寸确定排样方案，再进行模具总体结构并计算相关参数，接着对其相关零部件进行设计并绘制出非标准零件的零件图，最后在校核完压力机的基础上进行模具零部件的总装并绘制装配图。关键词：冲裁模；垫圈；工艺方案分析前 言本次毕业设计的选题主要是建立在本学期所开设的专业课冷冲压工艺与模具

2、设计的学习的基础上进行的。接受毕业设计任务是碰巧冲压课讲到了凹模和凸模刃口尺寸的相关知识点，于是便以课后作业中的零件为例进行此次毕业设计，一方面通过此次毕业设计将以前所学的制图和公差配合等知识进行巩固，另一方面将正在学的冲压模的相关理论知识应用到实践中。最终知晓并学会冲压模设计的流程，从而提升个人职业素养。本次毕业设计主要是研究自行车脚踏垫圈的冲裁模的设计，通过此次毕业设计以达到举一反三的能力。现如今冲裁件的使用领域已不仅仅限于工业领域了，它正朝其他领域蔓延。然而每个冲裁件的生产和使用总是离不开冲裁模的设计和使用的，因此，冲裁模的研究和发展还有着很大的空间。此外，随着新技术的发展，冲压模具技术

3、正逐步趋于标准化、规化、智能化本文主要是通过查相关手册和理论计算的途径分六个阶段进行此次的设计任务的，最终在之前进行相关理论计算和零部件设计以与压力机校核的基础上绘制出模具的总装图。目录第1章 冲压工艺方案的制定.41.1工艺分析.41.2工艺方案的选择.51.3排样图设计.5第2章 模具总体结构设计和必要的工艺计算.72.1模具总体结构设计.72.1.1 模具类型的选择.72.1.2 定位方式的选择.72.1.3卸料方式的选择.72.1.4导向方式的选择.72.2必要的工艺计算.72.2.1.计算冲压力.72.2.2 计算模具压力中心.82.2.3 初选冲压设备.92.2.4 凸、凹模刃口尺

4、寸的计算.10第3章 主要零部件的设计.133.1工作零件的设计.133.1.1凹模的设计.133.1.2凸模的设计.143.2卸料和出件零件的设计.163.2.1卸料零件的设计.163.3定位零件的设计.163.3.1送料方向的定位零件.163.3.2送料步距的定位零件.173.4模架与其他零部件的设计.173.4.1 模架的选用.173.4.2模柄.173.4.3 垫板.173.4.4 凸模固定板.173.4.5紧固件.18第4章 压力机的校核. 194.1公称压力. 194.2工作台面的尺寸.194.3闭合高度. 19第5章 模具总装图.20总结.21参考文献.22致.23第1章 冲压工

5、艺方案的制定1.1 工艺分析图11 垫圈如图所示垫圈冲裁件：材料 Q235钢；大批量生产；未注公差按IT14计算相关尺寸见图11： 图12 垫圈零件图冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。主要应考虑以下几点：1） 冲裁件的形状和尺寸要求 该零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的。 对于所冲孔mm，按参考文献2表12查得，一般冲孔模可冲压的最小孔径dt。该冲裁件厚度t=2mm，因而mm孔符合工艺要求。 对于所冲孔mm，按参考文献2表12查得，一般冲孔模可冲压的最小孔径dt。该冲裁件厚度t=2mm，因而mm孔符合工艺要求。 一般情况，冲裁件的外形不能有尖角，应采用R0.5t的圆角过渡。本冲

6、裁件t=4mm,圆角R19.8和R8均大于0.5t,故该冲裁件符合要求。2） 冲裁件的尺寸精度 该冲裁件外所能达到的经济精度等级为IT14级，将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该垫圈的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。1.2 工艺方案的选择该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用以下三个工艺方案：方案一： 先落料，后冲孔，采用单工序模加工 单工序模的特点是模具结构简单，但需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足大批量生产的需要。 方案二： 落料-冲孔复合冲压，采用复合模加工 复合模的特点是生产率高，冲

7、裁件的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。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。 方案三： 冲孔-落料连续冲压，采用级进模加工 级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。比较方案一，方案二和方案三，比较方案一与方案二，对于所给零件，由于两小孔比较接近边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结构与强度方面相对较难实现和保证，所以根

8、据零件性质采用级进模加工合适。1.3 排样图设计排样图是级进模设计的关键，它具体反映了零件在整个冲压成形过程中，毛坯外形在条料上的截取方式与与相邻毛坯的关系，而且对材料的利用率、冲压加工的工艺性以与模具的结构和寿命等有着显著的影响。 综合考虑零件的外形和材料的经济利用率确定采用斜排方案，如图12所示。由参考文献2表22确定搭边值，根据零件形状，两冲裁件按矩形取搭边值a=2mm,侧边取搭边值2mm。 步距：s45.34+2=47.34mm，取整为48mm。 条带宽度：=(D+2+)查参考文献2表23，取=0.2，查参考文献2表24，取C=0.5，则：(D+2C)(39.62×2+0.5

9、) 44.1mm 根据实际取料宽为45mm 导料板间的距离:AbC450.545.5mm图13 排样图第2章 模具总体结构设计和必要的工艺计算2.1 模具总体结构设计2.1.1 模具类型的选择   由冲压工艺分析可知，采用级进模。2.1.2 定位方式的选择零件大批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。板料定位靠导料板和导正销完成，因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销定距。2.1.3 卸料方式的选择 考虑零件尺寸较大，厚度较大，采用固定卸料方式，

10、为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。2.1.4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，该级进模采用对角导柱的导向方式。2.2 必要的工艺计算2.2.1 计算冲压力计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F一般可以按下式计算：F=KLt 式中 材料抗剪强度(MPa)； t材料厚度(mm)；L冲裁周边总长(mm)；K系数；F冲裁力。 式中K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给

11、出的修正系数。一般取 K=1.3 该模具采用钢性卸料和下出料方式，根据零件图,用CAD可计算出冲裁件周边长为154.66mm。 根据参考文献2表12常用金属冲压板料的力学性能查出Q235钢的抗剪强度为310380(MPa ) ，令取310 MPa.总的冲压力包括：1）落料时的冲裁力: 1.3×154.66×2×310124.7KN2）冲孔时的冲裁力:中心孔: 1.3×26××2×31065.8KN2个小孔: 1.3×(9××2×)2×31045.6KN 3）卸料力：KF 式中

12、 K卸料力系数；其值为0.020.06 F冲裁力KF0.04×（124.765.845.6）9.444 KN4）冲裁时的推件力： 式中 F冲裁力推件力系数 n 同时卡在凹模的冲裁件（或废料）数 式中h凹模洞口的直刃壁高度t板料厚度查参考文献2表27，=0.055，据凹模刃口形式，h=4mm，则 2个故 nF 2×0.055×（124.765.845.6） 25.971KN综上，最大冲压力 124.765.845.69.44425.971 272.515KN2.2.2 计算模具压力中心模具的压力中心，可安以下原则来确定：1、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁

13、件的几何中心。2、工件形状 一样且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。Xo=L1X1+L2X2+LnXn/L1+L2+LnYo=L1Y1+L2Y2+LnYn/L1+L2+Ln 图21 压力中心图-如图3.21，因冲件图形对称，故落料时的压力中心在O1点；冲孔时、的压力中心在O2点。设冲模压力中心离O1点的距离为X，则根据力矩平衡原理可得：×X48X× 由此可得 X22.65mm2.2.3 初选冲压设备常用曲柄压力机有开式和闭式

14、两种：开式曲柄压力机虽然刚度差，但它成本低，且有三个方向可以操作的优点，故广泛应用于中小型冲裁件、弯曲件、拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能靠两个方向操作，适用于大中型件的生产。根据此冲裁件的冲压工艺性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求初步选用开式曲柄压力查教材表13初选压力机型号为J23-40，其技术参数如下：公称压力： 400KN滑块行程： 80mm行程次数: 45/90次/min最大闭合高度： 330mm连杆调节长度： 65mm工作台尺寸（前后×左右：460mm×700mm电动机功率： 5.5KW模柄孔尺寸： 50×70mm2.2

15、.4 凸、凹模刃口尺寸的计算由图可知，该零件是属于无特殊要求的一般冲孔，落料。其中，冲孔部分简单，采用凹、凸模分开加工的方法。落料部分因外轮廓形状较复杂，故采用配作加工的方法。1）冲孔部分查参考文献1表24可得0.246mm；0.360mm。则：0.114mm。冲孔时：0.5 查参考文献2表211可知：磨损系数取0.5。据参考文献2表212可知：0.020；0.025则mmmm校核 0.0200.0250.114 0.0450.114 满足间隙公差条件冲2×孔时： 将尺寸极限偏差转化为,0.1 查参考文献2表211可知：磨损系数取0.75。 查参考文献2表212可知0.020；0.0

16、20则mm mm校核 0.020.020.114 0.040.114 满足间隙公差条件孔距： L±0.125 46±0.125×0.2 46±0.025mm2）落料部分因该冲裁件型状复杂故常采用凹、凸模配合加工的方法。该冲裁件属于落料件，选凹模为设计基准件，只需计算出落料凹模刃口尺寸和制造公差，凸模刃口尺寸由凹模的实际尺寸按间隙要求配作。因落料凹模磨损后制件尺寸将会增大，故按式计算落料凹模的基本尺寸。图中未注公差的尺寸按IT14计算,则，。查参考文献1表24可得0.246mm；0.360mm。查参考文献2表211可知：磨损系数取0.5。对应凹模基本尺寸计

17、算如下：mm：mm，尺寸极限偏差转换：mm，尺寸极限偏差转换：mm落料凸模的基本尺寸与凹模一样，分别是7.82mm，19.54mm，62.25mm，39.7mm。不必标注公差，但要在技术要求中注明“凸模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配制，保证间隙在0.2460.360mm之间”。第3章 主要零部件的设计3.1 工作零件的设计3.1.1 凹模的设计凹模采用整体式，各种冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。凹模的洞口类型： 采用直筒式刃口，其制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变。凹模的外形结构与固定方法： 凹模的外形与

18、工件外形类似，有矩形和圆形两种。参考教材和零件图样此凹模为圆形凹模，采用螺钉和销钉定位固定。凹模的外形尺寸：凹模厚度H：查参考文献1表210有K取0.28H 0.42×39.617mm凹模长度：查参考文献1表211有C取30 99.54+2×30 159.54mm垂直于送料方向的凹模宽度B：B2.54H 39.63×17 90.6mmmm 据上，凹模轮廓尺寸L×B×H=159.54×90.6×17,查参考文献3表4 13选择标准尺寸L×B×H=160×100×18。零件图见图3-1。凹

19、模技术要求:凹模材料的选择一般与凸模一样，但热处理后的硬度应略高于凸模，凹模洞孔轴线应与凹模顶面保持垂直，上下平面应保持平行，模孔的表面要求粗糙度。图3-1 落料凹模零件图3.1.2 凸模的设计凸模结构形式与固定方法：此零件凸模直径小于80采用台阶式B型圆凸模，直接用销钉和螺钉固定，与凸模固定板配合部分按过渡配合H7/m6或H7/n6制造。凸模长度的确定:凸模长度L     凸模固定板的厚度（mm），它取决于冲件的厚度t，一般在冲制t<1.5mm的板料时，取1520mm；当t1.52.5mm时，取2025mm；这里取24；卸料板的厚度（mm），取1

20、2导料板的厚度（mm），取6 h附加长度，包括凸模的修磨量、凸模进入凹模深度与凸模固定板与卸料板间的安全距离，一般为1520mm则 Lh 2412616 58mm凸模技术要求：凸模刃口要求具有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬度和适当的韧性。因此凸模形状简单故选用T10A，硬度为5862HRC。其零件图见图3-2和3-3。凸模的强度与刚度： 一般情况下，凸模的强度和刚度是足够的，无需进行强度校核。a.小孔×2 b.大孔 图3-2 冲孔凸模零件图图3-3 落料凸模零件图3.2 卸料和出件零件的设计3.2.1 卸料零件的设计 卸料以卸料板卸料,冲件和废料的出件方式是以凸

21、模直接从凹模洞口推下的下出件方式,因此不用设计出件零件。固定卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板一样,其厚度查表1固定卸料板厚度可取12，其尺寸L×B×H=160×100×12材料为45号钢，热处理淬火硬度4045HRC。由以上根据凸凹模可设计出卸料板。其零件图见图3-4。图3-4 卸料板零件图表1 固定卸料板厚度冲件厚度t卸料板宽度<50508080125125200>2000.86681012>0.81.568101214>1.538101214163.3 定位零件的设计3.3.1 送料方向的定位零件 采用导料板定位，设在条料两侧

22、，采用标准结构，与卸料板分开制造。查参考文献4表3.47可知导料板厚度为614，根据导料板间距45.5与凹模L=160,可得导料板宽度=(100-45.5)/2=27.25mm，查参考文献4表5.245/T 7648.51994选用标准导料板，其规格为：导料板 160×32×6 /T 7648.5，材料为45号钢，调质2832HRC。3.3.2 送料步距的定位零件采用挡料销和导正销定位。挡料销固定挡料销安装在凹模上以控制条料的进距，其制造简单，使用方便。其尺寸查参考文献4表5.258可知规格为A6 /T 7649.10。材料为45号钢，热处理硬度4348HRC。导正销 其工

23、作时直接利用制件上冲出的孔导凸模正。安装在大孔凸模上，导正销直径的基本尺寸，其尺寸查参考文献4表3.127可知2a=0.12，h=2,则,参照参考文献4表5.236（/T 7647.2-1994）选用标准导正销，其规格为：B型导正销32×26.01×56，材料为9Mn2V，热处理5256HRC。3.4 模架与其他零部件的设计3.4.1 模架的选用根据参考文献4表5.12（GB/T 2851.1-1990）,由凹模周界L×B=159.54×90.6与安装要求,选取凹模周界: L×B =160×100,闭合高度:H=160195；上模座:

24、160×100×40；下模座: 160×100×50，导柱25×150, 导套:25×90×38,3.4.2模柄由压力机的型号J23-40。可查得模柄孔的直径为50,深度为70,由装配要求,模柄与模柄孔配合为H7/m6并加销钉防转,模柄长度比模柄孔深度小510mm,选用压入式模柄较合理，因考虑到模柄安装在上模座上，根据上模座厚度参照参考文献4表5.224（/T 7646.1-1994）选用标准模柄，其规格为：模柄A50×105 /T 7646.1-1994。材料为Q235-A·F。3.4.3垫板垫板的作用

25、是直接承受和扩散凸、凹模传递的压力,以降低模板所受的单位压力，防止模板被挤压损伤。因此常在凸模固定板与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫凸模板。垫板的外形尺寸与凸模固定板一样,厚度可取48mm,这里设计时,由于压力较大,根据参考文献3表74选取规格为L×B×H=160×100×8，材料位45号钢，淬火硬度4348HRC。3.4.4凸模固定板凸模固定板采用矩形板,厚度为24,根据/T 7643.2-1994选取板的规格为L×B×H=160×100×24，材料为45号钢。其零件图见图3-5。图3-5 凸模固定板零件图3

26、.4.5 紧固件螺钉规格的选用卸料螺钉选用圆柱头六角卸料螺钉，卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm 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凹模端面1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。查参考文献4表5.264（/T 7650.6-1994）其规格为M10×60。固定凸模所用螺钉选用开槽圆柱头螺钉，查参考文献3表54（GB/T 65-2000）其规格为M8×70，性能等级为4.8级，不经表面处理。销钉选用普通圆柱销，查参考文献3表511（GB/T 119.1-2000）其规格为8m6×70,材料为钢，不经淬火和表面处理。

27、因各板厚均小于50mm,故可采用直通式销钉孔。第4章 压力机的校核4.1 公称压力根据公称压力的选取压力机型号为J23-40，它的压力为400>272.515，所以压力得以校核。4.2 工作台面的尺寸根据下模座L×B =125×125,且每边留出60100即L1×B1=225×225,而压力机的工作台面L×B =460×700,故压力机的工作台面尺寸得以校核。4.3 闭合高度 模具的闭合高度： H闭=H上模+H垫+L凸+H凹+H下模-h2 =40+8+58+18+50-2 =172mm可见该模具闭合高度小于所选压力机J2325的最大装模高度330mm可以使用。综上，压力机得以校核，可以使用。第5章 模具总装图总结在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节。是我们整个大学阶段所学知识的一次综合运用，比起曾经的课程设计，它的任务量相对有点大。转眼，毕业设计就要结束了。当我快要完成时，仿佛经历了一次翻山越岭，登上了山巅，顿