压圈冲压复合模具设计-垫圈【10张cad图纸+说明书完整资料】

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Stamping is usually at room temperature cold deformation processing of materials, and mainly used to process sheet metal parts as required, also called cold stamping or sheet metal stamping. Stamping is one of the main methods of pressure processing or plastic materials processing, belonging to the technology of material forming Engineering Keywords: stamping convex die mold punch and die. 目录 目录 前 言 6 第1章 压圈的工艺分析 7 第2章 零件的工艺性分析 8 1.1 冲裁件的精度与粗糙度 8 1.2 确定工艺方案 9 第3章 冲压模具总体结构设计 10 3.1 模具类型 10 3.2 导向与定位方式 10 3.3 卸料与出件方式 10 3.4 模架类型及精度 10 第4章 冲压模具工艺与设计计算 11 4.1 排样设计与计算 11 4.2 搭边值的确定 11 4.3 进距与条料宽度计算 12 4.4 材料利用率的计算 14 第5章 计算冲压力与压力机的初选 16 5.1 冲裁力Fp的计算 16 5.2 卸料力Fq1的计算 16 5.3 顶件力Fq2的计算 17 5.4 总的冲压力F的计算 17 5.5 压力机的初选 17 第6章 模具压力中心的确定 19 第7章 冲裁模间隙的确定 20 7.1 冲裁间隙Z 20 7.2 冲裁间隙分析 20 第8章 凹、凸模刃口尺寸的计算 22 8.1 刃口尺寸计算的基本原则 22 8.2 刃口尺寸的计算 22 第9章 主要零部件的设计 26 9.1 工作零件的设计与计算 26 9.2 橡胶的选用 32 9.3 模架及其零件的设计 33 第10章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 36 第11章 模具总装图与凸、凹模零件图 36 结论 38 参考文献 39 致谢 40 前 言 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60%~90%的产品的零件，组件和部件的生产加工。 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将 不断换型，汽车换型时约有80%的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计， 中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电建筑等，也存在巨大的模具市场。 压图冲压复合模具设计 第1章 压圈的工艺分析 冲压件图如下图所示: 冲压技术要求: 1. 材料:A3钢 2. 材料厚度:2mm 3. 生产批量:大批量 第2章 零件的工艺性分析 该零件材料为A3钢结构简单,抗剪强度为300mpa.形状对称,有落料，冲孔2个工序具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有1个φ20mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的的距离也满足要求，最小壁厚为9mm. 1.1 冲裁件的精度与粗糙度 冲裁件的经济公差等级不高于IT11级,一般落料公差等级最好低于IT10级,冲孔件公差等级最好低于IT9级,工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较底，普通冲裁完全能满足要求。 零件图上所注公差经查标准公差表1.2为IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。 根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。查公差表得各尺寸公差： 零件外形：42mm 零件内形：20 mm、22 mm、4 mm 表1.2部分标准公差值（GB/T1800.3—1998） 公差等级 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 基本尺寸 /μm /mm ＞3～6 8 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 ＞6～10 9 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 ＞10～18 11 18 27 43 70 110 0.18 0.27 0.43 0.70 ＞18～30 13 21 33 52 84 130 0.21 0.33 0.52 0.84 ＞30～50 16 25 39 62 100 160 0.25 0.39 0.62 1.00 ＞50～80 19 30 46 74 120 190 0.30 0.46 0.74 1.20 ＞80～120 22 35 54 87 140 220 0.35 0.54 0.87 1.40 1.2 确定工艺方案 该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种： 冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。 复合冲裁是在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可完成一个冲裁件。该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可以有以下五种工艺方案： 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。采用倒装复合模+单工序模生产。 方案三：冲孔--切断级进冲压。采用级进模生产。 方案一结构简单，但需2道工序、2副模具才能完成，生产效率也低，如此则浪费了人力、物力、财力，从经济性的角度来考虑不妥当，难以满足大批量的生产要求。 方案二采用倒装复合模生产，与方案一相比，倒装复合模具把凸凹模放在下模，虽然模具结构较方案二简单，可冲工件的孔边距也较大，但是工件的平整性较方案一差。也是一次成型实现。 方案三采用冲孔切断级进模具生产，也只需要一副模具，制造精度高，先冲孔后，切断，但是其模具结构复杂，生产周期长，成本高。 通过上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。 第3章 冲压模具总体结构设计 3.1 模具类型 根据零件的冲裁工艺方案,采用复合冲裁模. 3.2 导向与定位方式 导向形式：滑动导柱导套导向 定位方式：板料定位靠导料销和弹簧弹顶的活动挡料销完成，因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用的是导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销定距。 3.3 卸料与出件方式 冲孔凸模与凸凹模冲孔，冲孔废料直接落料。利用推件块将制件顶出。 3.4 模架类型及精度 该模具采用后侧导柱模架，以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。 第4章 冲压模具工艺与设计计算 4.1 排样设计与计算 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。 根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有搭边、少搭边和无搭边排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。 因此有下列三种方案： 方案一：有搭边排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少搭边排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。 方案三：无搭边排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳（如图5.1所示）。 4.2 搭边值的确定 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。 搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损。根据制件厚度与制件的排样方法查表5.1得： 两制件之间搭边值a1=2mm 侧搭边值a=2.5mm 表5.1搭边值和侧边值 材料厚度t 手动送料 自动送料 圆形 非圆形 往复送料 a a1 a a1 a a1 a a1 1以下 1.5 1.5 2 1.5 3 2 1～2 2 1.5 2.5 2 3.5 2.5 3 2 2～3 2.5 2 3 2.5 4 3.5 3～4 3 2.5 3.5 3 5 4 4 3 4～5 4 3 5 4 6 5 5 4 5～6 5 4 6 5 7 6 2.0 5 4.3 进距与条料宽度计算 一、送料进距A 条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。 A=D+a1 (5.1) 式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度 a1——冲裁件之间搭边值 模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。就本模具而言,采用纵向送料方式。 图5.1排样图 二、条料宽度B计算 排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。计算条料宽度有三种情况需要考虑： 1.有侧压装置时条料的宽度。 2.无侧压装置时条料的宽度。 3.有定距侧刃时条料的宽度。 有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。 图5.2有侧压装置时条料的宽度确定 本设计采用的是有侧压装置的模具。 所谓条料宽度，是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。因条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值。其计算公式如下： B=[D+2a] （5.2） 式中B——条料宽度基本尺寸； D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸； a——侧搭边值，查表5.1； △——条料下料剪切公差； 表5.2剪切公差△及条料与导料板之间隙C（mm） 条料厚度(mm) 条料宽度(mm) ≤1 ＞1～2 ＞2～3 ＞3～5 △ C △ C △ C △ C ≤50 0.4 0.1 0.5 0.2 0.7 0.4 0.9 0.6 ＞50～100 0.5 0.1 0.6 0.2 0.8 0.4 1.0 0.6 ＞100～150 0. 0.2 0.7 0.3 0.9 0.5 1.1 0.7 ＞150～220 0.7 0.2 0.8 0.3 1.0 0.5 1.2 0.7 根据零件图查表5.2确定剪料公差及条料与导板之间的间隙△=0.6。 根据公式(5.2)： B=[D+2a+c] =(42+2×2.5) =47 4.4 材料利用率的计算 一、计算冲压件面积、周长 因为该工件图由多段圆弧组成，计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度，计算面积也需要准确的找到切点，诸多因素采用人工计算时计算量较大，因此采用三维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长（如图5.3）。 图5.3冲压件的周长和面积 取面积F=1063.01mm2 周长L=199.16mm 二、计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。 材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示： η=(nF/AB)×100% （5.3） 式中η——材料利用率（%）； n——冲裁件的数目； F——冲裁件的实际面积(mm2)；包括工件面积与废料面积； B——板料宽度(mm)； A——送料进距； 根据公式(5.3)： η=(1063.01/44×47)×100% ≈51% 由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。 第5章 计算冲压力与压力机的初选 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，其冲裁力一般可以按下式计算： Fp=Kp Ltτ =Lt （6.1） 式中τ——材料抗剪强度（MPa）； L——冲裁周边总长（mm）； t——材料厚度（mm）； 系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动，取Kp =1.3。 5.1 冲裁力Fp的计算 据图5.3可得一个零件内外周边之和L=199.16mm。 查碳素结构钢的力学性能表知：A3F的抗剪强度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=1mm，则 根据公式(6.1)： Fp= Kp Ltτ =1.3×2×199.16×260 ≈137（KN） 5.2 卸料力Fq1的计算 Fq1=KxFp （6.2） 式中Kx——卸料力系数，查表6.1取Kx＝0.05。 根据公式（6.2）： Fq1= KxFp =0.05×137（KN） ≈6.85(KN) 表6.1卸料力、推件力和顶件力系数 料厚t/mm Kx kt Kd 钢 ≤0.1 ＞0.1～0.5 ＞0.5～2.5 ＞2.5～6.5 ＞6.5 0.065～0.075 0.045～0.055 0.04～0.05 0.03～0.04 0.02～0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.A3 0.06 0.05 0.03 5.3 顶件力Fq2的计算 Fq2= KdFp （6.3） 式中Kd——顶件力系数。 查表6.1得Kd＝0.06. 根据公式（6.3）： Fq2= KdFp =0.06×137（KN） ≈8.22（KN） 5.4 总的冲压力F的计算 根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2 =137+6.85+8.22 =152(KN) 选用的压力机公称压力P≥（1.1～1.3）F，取系数为1.3，则： P≥1.3F=1.3x152(KN)=197.7(KN)。 5.5 压力机的初选 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。 冲压设备属锻压机械。常见的冷冲压设备有机械压力机。 表6.2部分常用开式压力机的主要技术参数 技术参数 单位 型号 J23-4 J23-6.3 J23-10 J23-16 J23-25 J23-63 J23-100 滑块公称压力 KN 40 63 100 160 250 630 1000 滑块行程次数 次/mm 200 160 135 115 100 70 70 最大闭合高度 mm 160 170 180 220 250 360 360 闭合高度调节量 mm 35 40 50 60 70 90 90 立柱间距 mm 100 150 180 220 260 250 250 滑块地面尺寸 左右 mm 100 140 170 200 300 300 前后 mm 90 120 150 180 340 340 模柄孔尺寸 直径 mm 30 50 深度 mm 50 70 垫块厚度 mm 35 40 50 60 70 80 90 最大倾斜角 ° 45 35 30 工作台尺寸 左右 mm 280 315 360 450 560 630 710 前后 mm 180 200 240 300 360 420 480 根据冲压力的计算和压力中心的计算，选择开式压力机的型号为J23-25。 第6章 模具压力中心的确定 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，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块的中心相重合。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磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。 模具的压力中心，可按以下原则来确定： 1.对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。 2.工件形状相同且分布对称时，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。 其中、、………分别为各冲裁周边长度。 由于该零件属于对称结构，故其压力中心在其中心位置 按比例画出零件形状，选定坐标系XOY。计算出零件压力中心为（0，0.09） 第7章 冲裁模间隙的确定 7.1 冲裁间隙Z 指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸DT的差值（如图8.1），是设计模具的重要工艺参数。 图8.1冲裁间隙 7.2 冲裁间隙分析 一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。 二、间隙值的确定 凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。 确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。 根据间隙表8.1查得材料A3F的最小双面间隙Zmin=0.246mm，最大双面间隙Zmax=0.360mm 表8.1部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙 材料厚度 A3、10、35、09Mn2、A3F 40、50 16Mn 65Mn Z最小 Z最大 Z最小 Z最大 Z最小 Z最大 Z最小 Z最大 小于0.5 较小间隙 0.5 0.04 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.90 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.240 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 4.0 0.640 0.880 注：A3钢冲裁皮革、石棉和纸板时，取间隙的25%。 第8章 凹、凸模刃口尺寸的计算 8.1 刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模关键环节。 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则： 1.落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。 2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。 3.确定冲模刃口制造公差时。如果对刃口精度要求过高，增加成本，如果对刃口精度要求过低，会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差，则对于非圆形工件按国家“非配合尺寸的公差数值”IT14级处理，冲模可按IT11级制造；对于圆形工件按IT6～IT7级制造。冲压件的尺寸公差应按“入体”原则标注单项公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。 8.2 刃口尺寸的计算 根据模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的计算方法分为两种情况。凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。对于该制件应该选用凸模与凹模分开加工方法。 凸模与凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸。要分别标注凸模与凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证初始间隙值小于最大合理间隙Zmax必须满足下列条件： 或者、 一、冲孔凸、凹模计算 设冲孔尺寸为根据以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。其计算公式为： 凸模 dp=(d＋x△)0- δp 凹模 dd=(＋Zmin)0+ δd＝(d＋X△＋Zmin) 0+ δd 在同一工步中冲出制件两个以上孔时，凹模型孔中心距Ld按下式确定： Ld=(Lmin＋0.5△)±0.125△ 式中dd——冲孔凹模基本尺寸(mm)； dp——冲孔凸模基本尺寸(mm)； d——冲孔件孔的最小极限尺寸(mm)； Ld——同一工步中凹模孔距基本尺寸(mm)； Lmin——制件孔距最小极限尺寸(mm)； △——冲孔件孔径公差(mm)； Zmin——凸、凹模最小初始双面间隙(mm)； X——磨损系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，可查表9.1取值：当工件精度IT10以上，取x=1；当工件精度IT11～IT13，取x=0.75；当工件精度IT14，则取x=0.5。 表9.1磨损系数X 料厚t(mm) 非圆形 圆形 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差△/mm 1 1～2 2～4 ＞4 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 0.17～0.35 0.21～0.41 0.25～0.49 0.31～0.59 ≥0.36 ≥0.42 ≥0.50 ≥0.60 ＜0.16 ＜0.20 ＜0.24 ＜0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 根据图1.1和表9.1查得磨损系数X取0.5，即X=0.5 设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，所以 凸模： dp =(d+X△) 0- δp =(20+0.5×0.52) =20.26 凹模： dd=( dp +Zmin) =(20.26+0.246) =20.446 校核: ｜δp｜＋｜δd｜=0.011+0.018=0.029mm 表8.1得Zmax =0.246；Zmin =0.360。 ｜δp｜＋｜δd｜≤Zmax－Zmin 二、落料凸、凹模计算 凹模： Dd=(D－X△) 凸模： Dp=( Dd－Zmin)＝(D－X△－Zmin) 式中Dd——落料凹模基本尺寸(mm)； Dp——落料凸模基本尺寸(mm)； D——落料件最大极限尺寸(mm)； r——落料件外径公差(mm)； Zmin——凸、凹模最小初始双面间隙(mm)； X——磨损系数，是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关。表9.1取X=0.5。 由公差表（1.2）查得：42mm mm设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工。 所以凹模 42:Dd4=(D4-X) =(42-0.5×0.62) =41.69mm 凸模 42:Dp4=(Dd4- Zmin) =(41.69-0.246) =41.444mm 校核因为 ｜｜＋｜｜=0.018+0.011=0.029mm ｜｜＋｜｜=0.013+0.021=0.034mm ｜｜＋｜｜=0.016+0.025=0.041mm ｜｜＋｜｜=0.019+0.030=0.049mm Zmax－Zmin =0.24-0.132=0.1A3mm(Zmax、Zmin是凸、凹模最大初始双面间隙，查表8-1得Zmax =0.24、Zmin =0.132)满足｜｜＋｜｜≤Zmax－Zmin。 第9章 主要零部件的设计 9.1 工作零件的设计与计算 一、凹模的结构设计和外形尺寸计算 1.凹模的结构设计 凹模：在冲压过程中与凸模配合直接对冲压制件进行分离或成形的工作零件。 凹模洞口的类型如图10.1所示，其中a、b、c型为直筒式刃口凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，本设计选用c型筒口。 图10.1凹模类型 2.外形尺寸计算 凹模结构分为整体式和镶拼式两大类，本设计凹模采用整体式凹模。 凹模厚度： H=Kb(≥15mm) (10.1) 凹模壁厚： C=(1.5～2)H(≥30mm) (10.2) 凹模外形尺寸： B=b+2C (10.3) 式中b——冲裁件的最大外形尺寸；（mm）； K——系数，考虑板料厚度的影响（见表10.1）； H——凹模厚度； C——凹模壁厚； B——凹模外形最大尺寸。 表10.1系数K的数值 b/mm 厚度t/mm 0.5 1 2 3 ＞3 ＜50 0.3 0.35 0.42 0.5 0.6 ＞50-100 0.2 0.22 0.28 0.35 0.42 ＞100-200 0.15 0.18 0.2 0.24 0.3 ＞200 0.1 0.12 0.15 0.18 0.22 根据图1.1查表10.1，取K=0.25，又b=75mm，则由公式10.1和公式10.2得： 凹模厚度： H=Kb=0.25×107=26.75mm； 凹模壁厚： C=(1.5～2)H=(1.5～2)×26.75=40.125～53.5mm 根据表10.2取凹模厚度：H=30mm；取凹模壁厚C=45mm。 根据公式（10.2）： B=b+2C =107+2×45 =197mm L=b+2C =30+2×45 =120mm 查表10.2，选取凹模外形尺寸L×B=200mm×125mm。 表10.2矩形和圆形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994) 矩形凹模的长度和宽度 L×B 矩形和圆形凹模厚度 H 63×50、63×63 10、12、14、16、18、20 80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80 12、14、16、18、20、22 125×100、125×125、140×80、140×80 14、16、18、20、22、25 140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、80mm×80mm 16、18、20、22、25、28 160×160、200×140、200×160、250×125、250×140 16、20、22、25、28、32 凹模轮廓尺寸为200mm×125mm×40mm。 二、冲孔凸模的结构设计和外形尺寸计算 1.凸模的结构设计 因为零件异行，采用线切割方法进行加工，所以采用整体直通式凸模（如图10.3），与凸模固定板采用H7/m6配合，按凸模的标准结构形式与尺寸规格选取。 2.凸模外形尺寸计算 凸模长度尺寸应根据模具的具体结构确定，因为该模具采用的是倒装式复合模，采用的是弹压卸料上出件方式，其总长按相关公式计算： L = H1 + H2 + H + t 式中H1——凸模固定板厚度；得H1=0.8×H凹=0.8×40=32mm。 H2——卸料板厚度查表10.4； t——材料的厚度； H——冲裁件厚度和凸模进入凸凹模一般4～10mm。则： L =32+20+6.5+1.5=60mm 凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。 图10.3冲孔凸模尺寸 3.凸模材料的选用 模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此应有高的硬度与适当的韧性。形状复杂且寿命要求较高的凸模选用Cr12、Cr12MoV等制造。 该凸模材料应选Cr12MoV，热处理58～62HRC。 三、凸凹模的设计和外形尺寸计算 1.凸凹模的结构设计 凸凹模是复合冲裁中的主要零件。他的内外边缘均为刃口，内外边缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，其壁厚应受最小限制。当模具为正装结构时，内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；当模具为倒装结构时，若内孔为直筒形刃口形式，且采用下出料方式，则内孔积存废料，胀力大，故最小壁厚应大些。凸凹模的最小壁厚值，倒装复合模的凸凹模最小壁厚见表10.3。 表10.3倒装复合模凸凹模的最小壁厚 材料厚度mm 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚a 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 由于选用的是倒装式复合模，所以查表得：最小壁厚a=3.8。 2.凸凹模的外形尺寸计算 其长度可按下式计算： L = h1+h2+h （10.4） 式中h1——凸凹模固定板厚度；得h1=0.6×H凹=0.6×40=24mm。 h2——卸料板厚度；查表10.4取15mm。 h——附加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度）； 根据公式（10.4）： L = h1+h2+h =24+15+10 =49mm 表10.4卸料板厚度 冲件厚度tmm 卸料板宽度 ＜50 50～80 80～125 125～200 ＞200 ≤0.8 6 6 8 10 12 ＞0.8～1.5 6 8 10 12 14 ＞1.5～3 8 10 12 14 16 四、工作零件材料的选用 由于冲模为冷冲模，所以材料要有良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性、良好的抗粘结能力、可段性、可切削性、可磨削性、热处理工艺性等。由上要求在该模具中冲孔凸模、凸凹模和凹模板的材料选用Cr12MoV钢。Cr12MoV刚具有较好的淬透性，很高的耐磨性，有较高的冲击韧度。淬火、回火工艺见表10.5。 表10.5 Cr12MoV钢的淬火、回火工艺 钢号 低淬低回工艺 中淬中回工艺 高淬高回工艺 淬火温度 /℃ 淬火硬度 HRC 回火温度 /℃ 淬火温度 /℃ 淬火硬度 HRC 回火温度 /℃ 淬火温度 /℃ 淬火硬度 HRC 回火温度 /℃ Cr12MOV 950～1000 62～64 200 1030 63～64 400 1A30～1100 40～60 500～520 五、卸料部分的设计 设计卸料零件的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或废料卸掉，常用的卸料方式有：刚性卸料、弹压卸料板。本设计采用弹压卸料装置，采用弹压卸料装置有一定的装配要求：在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.3mm～0.5mm,以便顺利卸料。 本模具的卸料板仅有卸料作用，卸料板的边界尺寸与凹模的边界尺寸相同，取250mm×140mm，卸料板的厚度按表10-4选择，卸料板厚度为20mm。卸料板采用45钢制造，热处理淬火硬度43～48HRC。 卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm,螺纹部分为M8.5×10mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。 六、定位零件的设计 冲模的定位装置零件是用来保证材料的进料正确及在冲模中保持位置的正确性。定位零件的种类很多，主要有导料板、导料销、挡料销、侧刃、导正销和定位板等。 由冲压工艺分析可知，该模具的定位零件是采用的是固定挡料销送进定距和固定导料销送进定位如简图10.3所示。 1.挡料销的设计 常见的挡料销有三种形式。固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销。 在此选用A型挡料销，作为该模具中的挡料销和导料销。其结构形式和尺寸规格如图10.4和表10.5。 选取该模具的挡料销和导料销的直径d＝8的A型固定挡料销。 活动挡料销 固定挡料销 图10.4挡料销 表10.5定挡料销尺寸规格表(mm) d(h11) d1(m6) h L 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 6 0 -0.075 3 +0.0A3 +0.002 3 8 8 0 -0.090 4 +0.012 +0.004 2 10 10 3 13 16 0 -0.110 8 +0.015 +0.006 3 13 20 10 4 16 25 0 -0.130 12 +0.018 +0.007 20 本模具的设计选用固定挡料销（JB/T7649.10-1994）,材料45，热处理硬度43～48HRC。 图10.5挡料销固定方式 挡料销按图a）方式固定，其尺寸可按下式计算： S1=A-Dp/2+D/2+0.1 （10.5） =A-（Dp -D）/2+0.1 式中A——步距(mm)； Dp——落料凸模直径(mm)； D——挡料销头部直径(mm)； 根据公式(10.5)： S1=32-(12-8)/2+0.1 =30.1mm 2.导料销的设计 条料的送料方向是条料靠着一侧的导料板，沿着设计的送料方向导向送进。本设计采用导料销导向，本设计选用固定式。设计时导料销应选两个且位于条料的同侧，从右向左送料时，导料销应装在后侧；从前向后送料时，导料销应装在左侧。 综上，定位零件采用一个固定挡料销和单边两个导料销定位，固定挡料销和导料销固定在卸料板上。导料销材料采用45钢制造，热处理硬度43～48HRC。 七、推件装置的设计 推件和顶件的目的，是将制件从凹模中推出来（凹模在上模）或顶出（凹模在下模）。推件装置可分为弹性推件装置和刚性推件装置两种,弹性推件装置一般装在下模，具有压料作用，冲件质量好,但推件力较小。常用于正装式复合模或冲裁薄板料的落料模中。刚性推件装置一般装在上模，利用压力机的推件力，因此，推件力大，推件可靠，但不具有压料作用。常用于倒装式复合模中。综上，本设计选用刚性推件装置，的基本零件有推件块、推杆、推板，连接推杆和打杆，这些零件从标准中选取。 9.2 橡胶的选用 弹性装置主要有弹簧和橡胶两种，因为该模具为复合模具，所以采用橡胶作为卸料板的弹性元件。根据模具安装空间，安装四个圆筒形合成橡胶，设卸料螺钉直径为8mm，橡胶上螺钉孔直径为10mm，则： 一、橡胶高度的计算 橡胶的自由高度，由下式得： （10.6） 式中H自——橡胶的自由高度()； h——卸料板的工作行程()； H——凹模或凹凸模的刃磨量（mm）；一般取4～10mm； 则橡胶高度取42mm。 二、橡胶直径的计算 （10.7) （10.8） 式中px——橡胶的压力，可取等于或大于卸料力()； p——与橡胶压缩量的单位压力，查表10.6得1.06； A——橡胶截面面积()； d——橡胶上螺钉孔直径（mm）； D——橡胶的直径()； 因为在此模具中采用的是弹压卸料板，所以橡胶在模具中的个数为四个，直径为41的圆筒形橡胶。 因为0.5<=0.976<1.5，所以选橡胶符合要求。 橡胶的安装高度： Hd =42-0.1×42=37.8mm（取38mm） 表10.6橡胶压缩量与单位压力关系 压缩量/% 10 15 20 25 30 35 单位压力/MPa 聚氨酯橡胶 1.1 2.5 4.2 5.6 合成橡胶 0.26 0.5 0.74 1.06 1.52 2.1 9.3 模架及其零件的设计 常用的导柱导套式模架，是由上、下模座和导向零件组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受冲压过程的全部载荷。模具上模座和下模座分别与冲压设备的滑块和工作台固定。上、下模间的精确位置，由导柱、导套的导向来实现。本设计选用后侧导柱模架如图10.6，后侧导柱模架，由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便，因导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导柱导套单边磨损，并且不能使用浮动模柄结构。 图10.6模架 一、模架的选用 以凹模周界尺寸为依据，根据标准GB/T2851.1—1990选择模架规格为：80mm×80mm×40mm（GB/T2855.1-1990）。 二、导柱、导套的选用 导柱与导套的结构、尺寸一般都是直接由标准中选取，在选用时导柱的长度应保证冲模在最底工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于(10～15)mm。在最高工作位置时，导柱上端面与导套的下端面的距离不小于(10～20)mm，导柱和导套的配合精度由表10.7查出选择II级。 根据标准GB/T2851.1—1990知模架的闭合高度Hmin=160mm，Hmax=190mm。 导柱d/mm×L/mm为25mm×150mm 导套d/mm×L/mm×D/mm为25mm×85mm×33mm 表10.7导柱、导套配合间隙 配合形式 导柱直径 模架精度等级 配合后的过盈量 I级 II级 配合间隙值 滑动配合 ≤18 ≤0.010 ≤0.015 ＞18～30 ≤0.011 ≤0.017 ＞30～50 ≤0.014 ≤0.021 ＞50～80 ≤0.016 ≤0.025 滚动配合 ＞18～35 0.01～0.02 三、上、下模座的选用 根据模架的规格选择对应的上、下模座如下： 上模座80mm×80mm×35mm(GB/T2855.1-1990)； 下模座80mm×80mm×40mm(GB/T2855.2-1990)。 四、模柄的选用 根据上模座的厚度可选择材料A3FA型40x85凸缘式模柄；JB/T7646.3-1994。 五、螺钉、销钉的选用 本模具设计Φ6、Φ8的定位销实现各零件连接时的初定位，然后用M10的螺钉实现连接的精定位。材料采用45钢。 第10章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 根据凹模外形尺寸80mm×80mm参照模架GB/T2851.1-1990，选取凹模周界80mm×80mm的后侧导柱模架：80mm×80mm×160～190。 模具的闭合高度与压力机的装模高度关系： Hmax—H1—5≥H模≥Hmin—H1 +10 已知Hmax =250mm，H1=70mm，Hmin =180mm 模具闭合高度应为：175≥H模≥120 闭合高度H模：为上模座、下模座、垫板、凸模、凹模厚度的总和。即 H模=35+40+10+49+30-1=163mm 因为175≥H模=163≥120，满足装模高度要求。 第11章 模具总装图与凸、凹模零件图 根据已确定的零件结构及参数，按照制图标准绘制非标准件零件图，本次的所有的零部件图采用CAD2007绘制。 通过以上的设计，可得到模具总装图。模具的上模部分由上模座、上模垫板、凸模、凸模固定板、及凹模板等组成。由推件块将凹模内的制件推出，上模座、上模垫板、凸模固定板及凹模用4个M10螺钉固定；下模部分由下模座、凸凹模固定板、凸凹模、卸料板等组成，卸料方式是采用的弹性卸料板卸料，下模座与凸凹模固定板用4个M10螺钉固定。卸料板由4个M8螺钉与下模部分的其他零件连接。橡胶的中心线与卸料螺钉孔中心线重合。 结论 本文阐述了压圈冲压模具设计的全过程。在毕业设计过程中，我遵循冲压工艺的基本理论和冲压模具的设计步骤，利用CAD2007设计软件，进行了冲压的倒装复合模具的设计，完成的具体工作如下： 1.收集相关资料，确定材料及类型。 2.计算相关参数。 3.绘制零件图。 以CAD2007为工具，进行冲压件的模具设计，大大提高了模具设计的效率，充分体现了CAD的灵活和高效。 计算机技术为机械设计领域带来了新的理念和方法，促进了冲压模具设计和制造手段的进步。我相信：将计算机三维设计运用于冲压模具的设计和制造是模具设计制造技术发展的必然，充分利用计算机技术进行模具CAD/CAM系统的研究具有十分重要的理论和实践意义。 这次的毕业设计融入了我大学三年的全部知识,比如有《机械制图》、《机械制造基础》、《冷冲压模具设计》、《CAD/CAM》等重要课程，让我把这些课程完美的结合在一起。 第 40 页 共 40 页 参考文献 [1]．解汝升. 冲压模具设计与制造技术. 北京：中国标准出版社，1997 [2]．许发樾. 实用模具设计与制造手册. 北京：机械工业出版社，2001.2 [3]. 姜奎华. 冲压工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社，2003.6 [4].陈锡栋、周小玉.实用模具技术手册.北京：机械工业出版社，2001.7 [5]．廖念钊等. 互换性与技术测量. 北京：中国计量出版社，2001 [6].牟林、胡建华.冲压工艺与模具设计.北京:中国林业出版社；北京大学出版社，2006.8 [7].付宏生.冷冲压成形工艺与模具设计制造.北京：化学工业出版社，2005.3 [8].郝海滨.冲压模具简明设计手册.北京：化学工业出版社，200