冲裁工艺及冲模设计课程设计油泵调节垫片冲裁工艺及冲模设计

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1、 湖南工业大学 课 程 设 计 资 料 袋 机械工程 学院（系、部） 2011～2012 学年 第 1 学期 课程名称 冲裁工艺及冲模设计 指导教师 职称 副教授 学生姓名 专业班级 材料成型082 学号 题 目 油泵调节垫片冲裁工艺及冲模设计 成 绩 起止日期2011年12 月19 日至2011 年12月30日 目 录 清 单

2、序号 材 料 名 称 资料数量 备 注 1 课程设计任务书 1 2 课程设计说明书 1 3 课程设计图纸 3 4 5 冲压模具与装备课程设计 课程设计说明书 “油泵调节垫片”零件冲压工艺与模具设计 学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： 班 级： 材料082班 学号 指导教师姓名：

3、 职称 副教授 最终评定成绩 2011年 12月29 日 目 录 课程设计任务书 4 第一章 工序 5 1.1 冲压工艺概述 5 1.1

4、.1 冲压工艺简介 5 1.1.2 冲压模具的发展 6 第2章 零件工艺性能分析 7 2.1 材料分析 7 2.2 结构分析

5、 7 2.3 精度分析 7 第3章 冲压工艺方案的确定 8 第4章 排样方式及材料利用率 8 4.1 排样方式的确定 8 4.2 材料利用率的计算

6、 9 第5章 冲裁力和压力中心的计算 10 5.1 冲裁力的计算 10 5.2 卸料、顶杆力的计算 10 5.3 压力中心的确定 11 第

7、6章 模具工作零件刃口尺寸计算 12 第7章 模具零部件结构的设计 13 7.1 工作零件的设计 13 7.1.1 凸模的设计 13 7.1.2凹模的设计

8、 14 7.1.2.1 凹模类型的确定 14 7.1.2.1 凹模尺寸的确定 14 7.1.3 凸凹模的设计 14 7.2 卸料零件的设计 14 7.2.1 卸料装置

9、的选择 14 7.2.2 卸料装置弹性元件的计算 15 7.2.2.1 确定橡胶的自由高度 15 7.2.2.2确定橡胶的横截面积A 15 7.2.2.3确定橡胶的平面尺寸

10、 15 7.2.2.4校核橡胶的自由高度 15 7.4模架及零件 16 7.4.1 模架及其规格选择 16 7.4.2 导向装置的选择 16 7.5 其他支撑零件

11、 16 7.5.1 模柄的选择 16 7.5.2 凸模固定板 16 第8章 模具总装配图 17 第9章 冲压工艺过程卡 18 第10章 设计总结

12、 19 第11章 参考文献 20 致谢 21 湖南工业大学 课程设计任务书 2011-2012学年第1学期 机械工程学院(系、部)材料成型及其控制专业材料成型082班级 课程名称：冲压工艺及冲模设计 设计题目：油泵调节垫片冲裁工艺及冲模设计 完成期限：自2011年12月19日2011年12月30日共

13、2周 内容及任务 1、独立拟订冲裁件的冲裁工艺，正确选用成型设备； 2、合理设计冲模结构，绘制冲裁模具总装图一张（CAD绘制成A1图幅）； 3、合理设计模具零件图结构，绘制冲裁模具零件图纸2张（CAD绘制成A3或A4图幅）； 4、编写设计计算说明书一份（A4幅面，20页左右） 进度安排 起止日期 工作内容 12.19上午 设计准备工作 12.19下午 拟订设计方案 12.20至12.21上午 装配草图的绘制 12.21下午至12.23上午 装配图的绘制 12.23下午至12.24上午 零件工作图的绘制 12.24下午至12.26 编写设计说明书 12.

14、30 答辩 主要参考资料 [1] 翁其金 徐新成主编.冲压工艺及冲模设计.—北京：机械工业出版社，2004.7 [2] 刘少年主编.机械制图.— 北京：机械工业出版社，2005.8 [3] 付建军主编.模具制造工艺.—北京：机械工业出版社，2004.7 [4] 王孝培主编.冲压设计资料.—北京：机械工业出版社，2004.9 [5] 王芳主主编.冷冲模设计指导.—北京：机械工业出版社，2005.8 [6] 李天佑主编.冷冲模图册.—北京：机械工业出版社，2006.7 [7] 徐学林主编.互换性与测量技术基础.—2版.—长沙：湖南大学出版社，2009.7 [8] 赵大兴主编.工

15、程制图.—北京:高等教育出版社.2004.7 [9] 何忠保主编.典型零件模具图册.—北京:机械工业出版社.2000.11 指导教师（签字）：________________ 年 月 日 系(教研室)主任(签字)：_________________ 年 月 日 第1章 序言 1.1冲压工艺概述 1.1.1 冲压工艺简介 冲压是塑性加工的基本方法之一，它是利用安装在压力机上的模具，在室温下对材料施加压力使其产生变形或分离，从而获得具有一定形状、尺寸和精度的制件的一种

16、压力加工方法。因为它主要用于加工板料制件，所以也称板料冲压。在机械制造中是一种高效率的加工方式。 冲压广泛应用于金属制品各行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等工业中占有极其重要的地位。 冲压工艺有如下特点： 1.能冲压出其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件。比如，从仪器仪表小型零件到汽车覆盖件、纵梁等大型零件，均由冲压加工完成。 2.冲压件质量稳定，尺寸精度高。由于冲压加工是有模具成型，模具制造精度高、使用寿命长，故冲压件质量稳定，制件互换性好。尺寸精度一般可达IT10～IT14级，最高可达到IT6级，有的制件不需要在加工，便可满足装配和使用要求。 3.冲压件具有重量

17、轻、强度高、刚性好和表面粗糙度小等特点。 4.冲压加工生产效率极高，没有其它任何一种机械加工方法能与之相比。比如，汽车覆盖件这样的大型冲压件的生产效率，可达每分钟数件；高速冲压小型制件，可达每分钟上千件。 5.材料利用率高，一般为70%～85%。因此冲压件能实现少废料或无废料生产。在某些情况下，边角余料也可充分利用。 6.操作简单，便于组织生产，易于实现机械化和自动化生产。对操作工人的技术素质要求不高，新工人经短时培训便能上岗操作。 7.冲压的特点是模具制造时间长、制造成本高，故不适宜于单件小批量生产。另外，冲压生产多采用机械压力机，由于滑块往复运动快，手工操作时，劳动强度大，易发生事

18、故，故必须特别重视安全生产、安全管理以及采取必要的安全技术措施。 8.冲压模设计需要有很强的想象力与创造力，对于模具的设计者和制造者无论在理论、经验、创造力方面都要有很高的要求。 1.1.2 冲压模具的发展 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到1～2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 1. 模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发

19、展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。 2.模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模

20、具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速

21、铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。 第2章 零件工艺性能分析 工件为图2-1所示，名称为油泵调节垫片，材料为H62，厚度为0.2mm,大批量生产。其工艺性能分析如下： 图2-1 工件图 2.1 材料分析 H62：平均含铜量为62%的普通黄铜，有良好的力学性能，具有较好的冲裁成形性能。 2.2结构分析 此工件只有冲孔和落料两个工序，材料为普通黄铜，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构

22、较为简单，有3个直径为9mm的小孔和一个直径为46mm带侧槽的打孔；孔与孔，孔与边缘之间的距离满足要求。 2.3 精度分析 工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度低，普通冲裁就能满足要求。 第3章 冲压工艺方案的拟定 冲裁该工件包括落料、冲孔两道基本工序，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：落料冲孔同时进行，采用复合模生产 方案三：先冲孔，后落料，采用给进模生产 各方案的特点比较如下： 方案一：模具结构简单，制造方便，但需要两道工序，两幅模具成本相对较高，生产效率低，在第一道工序完成后，进入第二道工序，必然

23、会增大误差，使工件精度、质量降低，达不到需要的要求；方案二：复合模，生产效率高，零件加工精度高，冲压件平直且有较好的剪切断面；方案三：级进模适于多工位且效率高，由于该件批量较大，工序较少。综上所述，结合冲裁件的厚度比较小，形状相对较复杂，故选用方案二，采用倒装式复合模。 第4章 排样方式及材料利用率计算 排样是冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法，排样方案对材料利用率、冲件质量、生产率、模具结构与寿命等有重要影响。 4.1排样方式的确定 根据材料的合理利用情况，条料的排样方法可分为： 1)有废料排样 沿冲件全部外形冲裁，在冲件周边都留有搭边，因此材料利用率低，

24、但冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命高； 2)少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。此类因受建材条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模具结构简单； 3)无废料排样 沿直线或者曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。 如下图所示，根据冲件形状可以得到一下两种排样方式： 排样方案Ⅰ 7 排样方案Ⅱ 图

25、3-1 冲件排样方案 因生产批量大，为了简化冲裁模结构，便于定位，采用单排排样方案，方案二中的纵向排列时，所裁条料宽度过窄，剪板时容易造成条料的变形和卷曲，所以应采用方案Ⅰ。 4.2材料利用率的计算 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比较材料利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。 一个步距内的材料利用率可用下式表示： 式中：A——一个步距内冲裁件的实际面积，； B——条料宽度，； S——步距，。 同时根据《冲压设计手册》查得，，则可得： ，，由CAD软件计算得出，则 第5章 冲裁力和压力中心的计算 5.1 冲裁力的计算

26、 冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大压力，包括施加给板料的正压力和摩擦阻力，通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 平刃口冲裁模的冲裁力F一般按下式计算： 式中：F——冲裁力，N； L——冲裁周边长度，mm； ——材料厚度，mm； ——材料抗剪强度，MPa； K——修正系数，一般取。 本设计中由CAD软件得出零件的冲裁周长为475.22mm，材料厚度0.2mm，H62普通黄铜的抗剪强度取400MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为 5.2 卸料力、顶杆力的计算 卸料力、推件力和顶件力是从压

27、力机、卸料装置或者顶件装置中获得的，模具采用弹性卸料装置和推件结构，一般常用下列经验公式计算： 卸料力 顶件力 式中：。 由表3-11可得，取、, 则零件所需得冲压力为 5.3 压力中心的确定 模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线，本设计中的冲件形状较复杂且不规则，而对于复杂形状冲裁件或多凸模模具的压力中心，根据理论力学，对于平行力系，合力对某轴之力力矩等于各分力对同轴力矩之和，而冲裁力F与冲裁的周边长度L成正比，设压力中心坐标，由冲件形状特点可知，只需确

28、定的值即可得知压力中心的位置。 图5-1 压力中心坐标系 ，代入数值后可算得： 故此冲件的压力中心在5-1图中坐标系中的坐标为。 5.4 压力机的选择 根据冲压力的大小，由相关资料查得选取开式双柱可倾压力机JH23—10，其主要技术参数如下： 公称压力：100 kN 滑块行程：45 mm 行程次数：145 mm 最大闭合高度：210 mm 闭合高度调节量：55 mm 滑块中心线到床身距离：150 mm 工作台尺寸：275 mm425 mm 工作台孔尺寸：125 mm195 mmφ155mm 外形尺寸：895mm713mm1653mm 模柄孔尺寸：φ25 mm5

29、5 mm 第6章 模具工作零件刃口尺寸计算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。 根据本设计冲件的形状特点，刃口尺寸计算采用分别加工法，计算公式如下： 对于落料： 查表3-3、3-5得，，，取,，。 根据冲件的形状特点，需要计算的尺寸有：95、R13、R30、60，则 将已知和查表的数据代入公式，即得： 凹模尺寸： 凸模尺寸：

30、 对于冲孔： 查表3-3、3-5得知，，，,，，需要计算的尺寸有8、2、R4、φ9、φ23，则 凸模： 凹模： 对于凹模孔心距尺寸： 第7章 模具零部件结构的设计 7.1 工作零件的设计 7.1.1 凸模的设计 凸模

31、长度主要根据磨具结构，并考虑修磨、操作安全、装配等的需要来确定。当选用弹性卸料装置时，其凸模长度应按一下式子计算： 式中：——凸模固定板厚度，mm； ——固定卸料版厚度，mm； ——固定板至卸料板间弹性元件的高度，mm； ——增加厚度，一般取，此时取，则 在一般的情况下，凸模的强度和刚度是足够的，不需要进行校核。 7.1.2凹模的设计 7.1.2.1 凹模类型的确定 凹模类型很多，结合冲件形状特点和技术要求，确定凹模外形为矩形，结构为整体式，刃口为平刃。 7.1.2.2 凹模尺寸的确定 由凹模高度和壁厚的计算公式得，凹模高度

32、 式中：——垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离，mm； ——系数，直接受板料厚度的影响，此时取。 凹模壁厚。 所以，凹模的总长为，凹模的宽度为 。 7.1.3凸凹模的设计 在复合冲裁模中，由于外缘之间的壁厚是决定于冲裁件的孔边距，所以当冲裁件边距较小时必须考虑凸凹模强度。为保证凸凹模强度，其壁厚不应小于允许的最小值。由于板料厚度，查文献[1]中表3-16可得，最小壁厚。 7.2卸料零件的设计 7.2.1 卸料装置的选择 卸料装置是指把冲件或废料从凸模上卸下来，卸料装置通常有三种：固定式卸料装置、弹压卸料装置

33、和废料切刀装置，结合冲件的形状厚度尺寸和技术要求，选择弹压卸料装置，弹压卸料装置卸料力较小，但它同时起卸料作用和起压作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高，适用于要求较高和薄板冲裁件，符合本设计条件。 7.2.2卸料装置弹性元件的计算 7.2.2.1确定橡胶的自由高度4 由以上两个公式，取。 7.2.2.2确定橡胶的横截面积 查得矩形橡胶在预压量为10%~15%时的单位压力为0.6MPa，所以 7.2.2.3确定橡胶的平面尺寸 根据零件的形状特点，橡胶垫的外形应为矩形，中间开有一个尺寸为60mm48mm矩形方形孔和三个大小相同尺寸为10mm10mm的小正方

34、形孔，以避让凸模。结合零件的具体尺寸，外形暂定一边长为75mm，则另一边长b为 7.2.2.4校核橡胶的自由高度 为满足橡胶垫的高径比要求，将橡胶垫分割成四块装入模具中，其最大外形尺寸为60mm，所以 橡胶垫的高径比在之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.740 mm =28mm。 7.4模架及零件 7.4.1 模架及其规格选择 模架分为导柱模模架和导板模模架，其中导柱模模架可分为:中间导柱模架、后侧导柱模架、对角导柱模架和四导柱模架，根据冲件特点及技术要求，选择中间导柱模架，导柱分布在矩形凹模的对称中心线上，两个导柱的直径不同，可避免上模与下模

35、装错而发生啃模事故，符合要求。 模具采用中间导柱模架，根据以上计算结果，从相关资料选取模架规格为： 上模座：160mm160mm40mm； 下模座：160mm160mm45mm； 导柱：28mm150mm； 导套：28mm100mm38mm； 螺钉：M616mm。 7.4.2 导向装置的选择 常用的导向装置由导板式、导柱导套式和滚珠导向式。本设计中选择普通型导柱导套形式，导柱导套与模座均为过盈配合。 7.5 其他支撑零件 7.5.1 模柄的选择 中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机滑块上，常用模柄型式有旋入式模柄、压入式模柄、凸

36、缘模柄、浮动模柄、通用模柄和槽形模柄等。本设计中选用凸缘式模柄，上模座的沉孔与凸缘为配合，并用3个或4个内六角螺钉进行固定。优点在于凸缘的厚度一般不到模座厚度的一半，凸缘模柄以下的模座部分认可加工出孔形，以便容纳推件装置的推板。根据设备上模柄孔尺寸，选用规格A50100的模柄。 7.5.2 凸模固定板 标准凸模固定板有圆形、矩形和单凸模固定板等形式本设计中选用矩形固定板，其厚度为凹模后的，固定板与凸模为过渡配合，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。 第8章 模具总装配图 1—下模座 2—导柱 3—圆柱销 4—凸模固定板 5—橡胶 6—卸料板 7—导套 8—推杆固定板

37、9—上模座 10—销钉 11—模柄 12—推板 13—推杆 14—带肩顶杆 15—卸料螺钉 16—凸模固定板 17—顶件块 18—落料凹模 19—凸凹模 20—内六角螺钉 21—挡料销 22—导料销 图 8-1 模具总装配图 第9章 冲压工艺过程卡 厂名 冷冲压工艺卡片 产品型号 零件名称 油泵调节垫片 共 页 产品名称 零件型号 A013 第 页 材料牌号 及规格 材料技术要求 毛坯尺寸 每毛坯 可制件数 毛坯重量 辅助材料 H62（0.20.01） 1800900 条料0.2 62101 260 工

38、序 号 工序 名称 工序内容 加工简图 设备 工艺装备 工时 0 下 料 JH23-10 1 落料 冲孔 落料与 冲孔 落料冲孔 正装式复合模 2 检验 按产品零件图检验 编制 审核 会签 标记 处数 更改文 件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 第10章 设计总结 此次课程设计是学习好冲压模具

39、这门课程的一个重要环节，是对整个课程的一个全面的考察，也是对我们以前学过的工程制图、互换性与测量技术基础、机械原理，材料成型原理，材料成型工艺，材料成型设备，等一系列课程的综合考察。使我们能够更好的分析和解决冲压模具设计中的问题，进一步巩固，加深和拓宽我们所学的知识。 通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，设计思路，和流程。掌握冲压模具设计的一般规律，培养分析和解决问题的能力。通过计算，绘图和运用各种技术标准和规范，设计手册等有关资料，对设计一整套模具的方法有了充分的认识，为毕业设计做好了准备。 在设计工程中所涉及到的公式，都是从各个参考文献中经过比较而选取的，选择上来讲，还是较为合理的

40、，计算结果正确，能满足塑件的制造要求。 模具在选材过程中，在满足要求的前提下尽量采用性价比高而又满足要求的的材料，主要的零部件都是较为常用的制造方便，能够使用标准件的尽量使用标准件。模具在装配好以后要保证适当的配合关系，能够很好的运动，不会出现松动和咬死等现象。 在这次的设计过程中，我学到了很多书本上没有学到的东西，在老师的指点和同学的帮助下，顺利的完成了这次任务。也使我发现了自身很多不足的地方。在选取某些材料，配合公差时，经常是和参考文献上的一样，不是特别的熟练。使我认识到自己水平的有限和专业知识的欠缺，另外就是缺少实践经验，在思考某些东西的时候要查阅很多的书籍才能搞懂，为我以后的学习指

41、明了方向。 第11章 参考文献 [1] 翁其金 徐新成主编.冲压工艺及冲模设计.—北京：机械工业出版社，2004.7 [2] 刘少年主编.机械制图.— 北京：机械工业出版社，2005.8 [3] 付建军主编.模具制造工艺.—北京：机械工业出版社，2004.7 [4] 王孝培主编.冲压设计资料.—北京：机械工业出版社，2004.9 [5] 王芳主主编.冷冲模设计指导.—北京：机械工业出版社，2005.8 [6] 李天佑主编.冷冲模图册.—北京：机械工业出版社，2006.7 [7] 徐学林主编.互换性与测量技术基础.—2版.—长沙：湖南大学出版社，2009.

42、7 [8] 赵大兴主编.工程制图.—北京:高等教育出版社.2004.7 [9] 何忠保主编.典型零件模具图册.—北京:机械工业出版社.2000.11 致谢 对于本次设计的顺利完成，首先要感谢老师上课时的悉心教导，也感谢同组成员提出诸多的意见和提供了许多帮助，谢谢你们！ 学生签名： 日 期 22