齿形垫片冲压模具设计(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上冲压工艺与模具设计课程设计说明书设计题目： 齿形垫片冲压模具设计 学生姓名： 学 号： 系 别： 机电工程系 专业班级： 10机械设计制造及自动化专业 1 班 指导教师： 起止时间：2014年 月 日2014年 月 专心-专注-专业目录1 前言12 零件的工艺分析32.1 结构与尺寸32.2 精度32.3 材料43 确定冲裁工艺方案44 确定模具总体结构方案54.1 模具类型54.2 操作与定位方式54.3 卸料与出件方式54.4 模架类型及精度54.5 凸模设计55 工艺设计计算65.1 排样设计与计算65.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机65.3 计算凸、凹模

2、刃口尺寸及公差76 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图86.1 凹模设计86.2 凸模设计86.2.1 凸模的结构形式与固定方法86.2.2 凸模长度计算96.2.3 凸模材料和技术条件96.3 凸凹模的设计106.3.1 凸凹模的结构形式与固定方法106.3.2 校核凸凹模的强度106.3.3 凸凹模尺寸的确定106.3.4 凸凹模材料和技术条件116.4 定位零件116.5 卸料与出件装置116.6 模架及其它零件的选用126.6.1 模柄126.6.2 模座126.6.3 垫板126.6.4 总体结构及尺寸126.6.4 冲压设备的选择136.6.5 紧固件的选用137 压力机的校核1

3、37.1 公称压力137.2 滑块行程137.3 行程次数147.4 工作台面的尺寸147.5 滑块模柄孔尺寸147.6 闭合高度148 模具装配图148.1 冲压模具制造技术要求148.2 总装图159总结15参考文献16垫板冲压模具课程设计摘 要：本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主

4、要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇设计。 关键词：模具；冲裁件；凸模；凹模；凸凹模；1 前言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。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

5、冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。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面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。（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

6、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。由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本

7、变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合-级进在一副冲模

8、上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。此设计针对所给的零件进行了一套冷冲压模具的设计，其中设计内容为分析零件的冲

9、裁工艺性（材料、工件结构形状、尺寸精度），拟定零件的冲压工艺方案及模具结构，排样，裁板，计算冲压工序压力，选用压力机及确定压力中心，计算凸凹模刃口尺寸，主要零、部件的结构设计和加工工艺编制，压力机的校核。冲裁模设计题目如图1所示零件：齿形垫扳生产批量：大批量材料：Q235钢 t=1.5mm精度：IT10设计该零件的冲压工艺与模具2 零件的工艺分析 2.1 结构与尺寸该零件结构简单,形状对称。 硬钢材料被自由凸模冲圆形孔,查冷冲压工艺及模具设计表3-8,可知该工件冲孔的最小尺寸为1.3t,该工件的孔径为:61.3t=1.32=2.6。由于该冲裁件的冲孔边缘与工件的外形的边缘不平行,故最小孔边距不

10、应小于材料厚度t,该工件的空边距(20)t=2,(10)t=2,均适宜于冲裁加工。2.2 精度零件内、外形尺寸均未标注公差,属自由尺寸,零件精度为IT10，经查表得,各尺寸公差如图所示：2.3 材料Q235，属于碳素结构钢,查冷冲压工艺及模具设计表2-7可知抗剪强度=304373MPa,断后伸长率=2125。此材料具有良好的塑性和较高的弹性,其冲裁加工性能好。根据以上分析,该零件的工艺性较好,可以进行冲裁加工。3 确定冲裁工艺方案该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下几种工艺方案：(a)先落料，再冲孔，采用单工序模生产；(b)采用落料冲孔复合冲压，采用复合模生产；(c)用冲孔落料连续冲

11、压，采用级进模生产。方案(a)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，难以满足零件大批量生产的要求。由于零件结构简单，为了提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。采用复合冲裁时，冲出的零件精度和平直度好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量。根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案。4 确定模具总体结构方案4.1 模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模。复合模的主要结构特点是存在有双重作用的结构零件凸凹模，凸凹模装在下模称为倒装式复合模。采用倒装式复合模省去了顶出装置，结构简单，便于操作，因此采用倒装式复合冲裁

12、模。4.2 操作与定位方式虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产，可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑到零件尺寸大小，材料厚度，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，固定挡料销挡料，并与导正销配合使用以保证送料位置的准确性，进而保证零件精度。为了保证首件冲裁的正确定距，采用始用挡料销，采用使用挡料销的目的是为了提高材料利用率。4.3 卸料与出件方式采用弹性卸料的方式卸料，弹性卸料装配依靠橡皮的弹力来卸料，卸料力不大，但冲压时可兼起压料作用，可以保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作，提高零件生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件

13、方式。4.4 模架类型及精度考虑到送料与操作的方便性，模架采用后侧式导柱的模架，用导柱导套导向。由于零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。4.5 凸模设计凸模的结构形式与固定方法：落料凸模刃口部分为非圆形，为便于凸模与固定板的加工，可设计成固定台阶式，中间台阶和凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端的最大台阶是用其台肩挡住凸模，在卸料时不至于凸模固定板中拉出。并将安装部分设计成便于加工的长圆形，通过接方式与凸模固定板固定。5 工艺设计计算5.1 排样设计与计算零件外形近似圆形，轮廓尺寸为60。考虑操作方便并为了保证零件精度，采用直排有废料排样。如图1所示：查冷冲压工艺及

14、模具设计表3-9，工件的搭边值a=2。级进模送料步距为S=51.21+2=53.21mm条料宽度按表3-26中公式计算：B -0=(Dmax+2a1)-0 查表3-10得：=0.6B=（60+22+0.6）=64.6 （）由零件图近似算得一个零件的面积为2578.342，一个进距内的坏料面积BS=64.653.21=3437.3662。因此一个进距内的材料利用率为： =（A/BS）100755.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机冲裁力：根据零件图可算得一个零件周边长度：L=283.896mm 查冷冲压工艺及模具设计表2-7取：=373MPa;查冷冲压工艺及模具设计附表3可知：Kx=0.05,

15、 Kd=0.06.Fp=kLt=1.3283.8961.5373206.49kN卸料力：Fx=KxFp =0.05206.4910.32kN顶件力： Fpd=KdFp=0.06206.4912.39kN总冲压力：F= Fp+Fx+Fpd=206.48+10.32+12.39=229.19kN查表2-2，选取的压力机公称压力：400kN，初选压力机型号为JH23-25。当模具结构及尺寸确定之后，可对压力机的闭合高度，模具安装尺寸进行校核，从而最终确定压力机的规格。确定压力中心：画出凹模刃口，建立如图所示的坐标系：由图可知，该形状压力中心为该图形点A。该点坐标为（-2.67，3.561）。5.3

16、计算凸、凹模刃口尺寸及公差由于工件形状复杂，故冲裁刃口应采用配做法，并应以凸凹模为基准件，其刃口尺寸计算结果见下表：零件尺寸零件公差/mm刃口性质刃口磨损尺寸变化刃口尺寸公差/mm凸凹模刃口尺寸600.12落料凸模变小0.0359.97760.048落料凸模变大0.0126.01250.048落料凸模变大0.0125.012140.07落料凸模变大0.01714.017140.07落料凸模不变0.00814120.07冲孔凹模变大0.01712.0136 设计选用零件、部件，绘制模具总装草图6.1 凹模设计凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在凹模固定板内，其螺

17、钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命，其值可查冷冲压工艺及模具设计表3-23。凹模刃口的结构形式：因冲件的批量较大，考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取5mm, 漏料部分沿刃口轮廓单边扩大1 mm凹模轮廓尺寸的确定：查冷冲压工艺及模具设计表4-2，得：K=0.2;凹模厚度H=Kb=0.260=12（），取H=15mm凹模壁厚c=(1.52)H=215=30mm，取c=30mm B=L=60+2c=120mm根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为LBH=12012015（）凹模材料和技术要求：凹模的材料选用T10A。工件部

18、分淬硬至HRC5862。外轮廓棱角要倒钝。6.2 凸模设计6.2.1 凸模的结构形式与固定方法冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分。是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H7/m6配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。6.2.2 凸模长度计算凸模的长度是依据模具结构而定的。采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h1+h2+h3+t计算，式中 L-凸模长度，mm； h1-凸模固定板厚度，mm; h2-卸料板厚度，mm ;

19、 h3-卸料弹性元件被预压后的厚度L=20mm+8mm+18mm+1.5mm=47.5mm6.2.3 凸模材料和技术条件凸模材料采用碳素工具钢T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 5660，凸模尾端淬火后，硬度为HRC 4348为宜。如图所示：6.3 凸凹模的设计6.3.1 凸凹模的结构形式与固定方法凸凹模的结构简图如图所示： 凸凹模与凸凹模固定板的采用H7/m6配合。6.3.2 校核凸凹模的强度冲孔边缘与工件外开边缘不平行时，凸凹模的最小壁厚不应小于材料厚度t=2mm，而实际最小壁厚为5mm，故符合强度要求。6.3.3 凸凹模尺寸的确定凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保证最小间隙为Z

20、min=0.13mm最大间隙为Zmax=0.17mm,内形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保证最小间隙为Zmin=0.13mm最大间隙为Zmax=0.17mm。6.3.4 凸凹模材料和技术条件凸凹模材料采用碳素工具钢T10A，淬硬至5660HRC。6.4 定位零件定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。 选用固定挡料销一个。挡料销的作用是挡住条料搭边或冲件轮廓以限定条料送进的距离，固定挡料销固定在位于下模的凸凹模上，规格为GB/T7694.10-94，材料45号钢，硬度为4348HRC选用导料销两个。导料销的作用是保证条料沿正确的方向送进，位于条料的后侧（条料从右向左送进）尺寸

21、规格为6X2，如图5所示：6.5 卸料与出件装置出件方式是采用凸模直接顶出的下出料方式。由于卸料采用弹性卸料的方式，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。卸料板：弹性卸料板的平面尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.60.8倍, 卸料板与凸模的单边间隙选取为0.2mm。为了便于可靠卸料，在模具开启状态时，卸料板工作平面应高出凸模刃口尺寸端面0.30.5，卸料板的尺寸规格为：120mmX120mmX10mm，材料为:45#钢。如图6所示：卸料螺钉：卸料螺钉采用标准的阶梯形螺钉，根据卸料板的尺寸选择6个卸料螺钉， 卸料装置：由于橡皮允许承受的负荷较大，安装调整方便，因此选用橡皮

22、作为弹性元件，橡皮尺寸规格为2020206.6 模架及其它零件的选用6.6.1 模柄模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心，模柄的直径与长度与压力机滑块一致，模柄的尺寸规格选用凸缘模柄，用嵌入式固定在上模座上。6.6.2 模座标准模座根据模架类型及凹模同界尺寸选用，上模座：125mm 125mm30mm；下模座：125mm125mm35mm；模座材料采用灰口铸铁，它具有较好的吸震性，采用牌号为HT200。6.6.3 垫板垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被挤压损伤。垫板用45号钢制造，淬火硬度为HRC4348，其尺寸规格为： 120mm120

23、mm20mm。上下面须磨平，保证平行。6.6.4 总体结构及尺寸模架选用后侧导柱标准模架：上模座：LBH=125mm125mm30mm下模座：LBH=125mm125mm35mm导柱：DL=22mm150mm导套：dLD=35mm85mm38mm模架的闭合高度：160190mm上模底板厚：30 mm垫板厚度：20mm凸模固定板厚度：22 mm凹模厚度：25mm卸料板厚度10 mm橡皮厚：20mm 凸凹模固定板厚度：20 mm下模底板厚：35 mm模具的闭合厚度：Hd=30+20+22+25+10+20+20+35=187mm6.6.4 冲压设备的选择选用开式双柱可倾压力机JH23-25。参数：

24、公称压力为25t，滑块行程为75mm,最大闭合高度260mm,滑块中心线至床身距离200 mm，工作台尺寸：370 mm560 mm，垫板厚度：50 mm，模柄孔尺寸：40 mm60 mm.6.6.5 紧固件的选用上模螺钉：螺钉起联接紧固作用，上模上6个，45钢，尺寸为M6X70下模螺钉：6个，45钢，尺寸为M6X40.销钉起定位作用，同时也承受一定的偏移力.上模2个，45钢，尺寸为6X70.7 压力机的校核7.1 公称压力 根据公称压力的选取压力机型号为JH23-25,它的压力为25t22.919t,所以压力得以校核;7.2 滑块行程 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中

25、取出.这里只是材料的厚度t=1.5mm,卸料板的厚度H=10mm,及凸模冲入凹模的最大深度5mm,即S1=1.5+10+5=16.5mmS=65mm,所以得以校核。7.3 行程次数 行程次数为105次/min。因为生产批量为中批量,又是手工送料,不能太快,因此是得以校核。7.4 工作台面的尺寸 根据下模座LB=125mm125mm,且每边留出60100mm，即L1B1=325mm325mm,而压力机的工作台面L2B2=560mm370mm,冲压件和废料从下模漏出, 漏料尺寸16mm80mm,而压力机的孔尺寸为250250,故符合要求,得以校核。7.5 滑块模柄孔尺寸 滑块上模柄孔的直径为40m

26、m,模柄孔深度为60mm,而所选的模柄夹持部分直径为40mm,长度为30mm,故符合要求,得以校核;7.6 闭合高度 由压力机型号知Hmax=260mm M=55 H1=50Hmin=HmaxM= 260-55=205(M为闭合高度调节量/mm,H1为垫板厚度/mm)由公式得:( HmaxH1)-5H( HminH1)+10,得(26050)-5188.5(20550)+10即 205187165 ,所以所选压力机合适,即压力机得以校核.8 模具装配图8.1 冲压模具制造技术要求模具精度是影响冲压件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：a、组成冲压模具的所有零件，在材

27、料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。b、组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求c、模具的功能必须达到设计要求.d、为了鉴别冲压件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的冲压件为止。8.2 总装图总装图见附录。 9总结经过一段时间的论文设计，至此已基本完成了任务书所规定的任务。本设计涉及的课程很多，涉及到机械制图、冷冲压工艺及模具设计、模具制造工艺学、金属学与热处理、成型设备、CAD绘图等相关课程的知识。在校期间的我还进行了金工实习、和两次课程设计。这些课程的学习，以及课程设计的演练

28、都为这次毕业设计做了很好的准备。基础课和专业课，它们为我的设计做了前提，它们是我设计的理论基础和知识基点；金工实习让我深入而清楚的看到了在实际生产中机械产品的结构和工作运转情况它们为我这次的设计的顺利进行起到了很好的铺垫作用。此次课程设计，从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。课程设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解

29、，等等。这次实践是对自己大学所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。也许，我的学生生涯从此就会结束，但是学习的道路却还将持续下去，毕竟“学无止境”。通过这次设计，我懂得了“凡事必亲躬”,唯有自己亲自去做的事，才懂得其过程的艰辛。未来的人生路途中难免会遇到各种各样的困难和挫折，也正是这次设计让我有了迎接新挑战，战胜困难的勇气。参考文献1 曾霞文 徐政坤主编.冷冲压工艺及模具设计.长沙：中南大学出版社，20062 王 芳主编.冷冲压模具设计指导.北京：机械工业出版社，19993 付宏生主编

30、.冷冲压成形工艺与模具设计制造.北京：化学工业出版社，20054 肖景容 姜奎华主编.冲压工艺学.北京：机械工业出版社，19995 徐茂功 桂定一主编.公差配合与技术测量.北京：机械工业出版社，20006 王孝培主编.冲压手册（修订本）.北京：机械工业出版社，19887 催忠圻主编.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，20008 谭海林 陈勇主编.模具制造工艺学.长沙：中南大学出版社，20069 廖念钊 莫雨松等主编.互换性与技术测量.北京：中国计量出版社，200010 张定华主编.工程力学.北京：高等教育出版社，200011 梁耀能主编.工程材料及加工工程.北京：机械工业出版社，2001

31、东莞理工学院城市学院冲压工艺及模具设计课程设计考核评议表学生姓名专业班级10级机械设计制造及其自动化1班学号课程设计题目齿形垫片冲压模具设计起止日期指导教师职称学生课程设计总结本设计涉及的课程很多，涉及到机械制图、冷冲压工艺及模具设计、模具制造工艺学、金属学与热处理、成型设备、CAD绘图等相关课程的知识。在校期间的我还进行了金工实习、和两次课程设计。这些课程的学习，以及课程设计的演练都为这次毕业设计做了很好的准备。基础课和专业课，它们为我的设计做了前提，它们是我设计的理论基础和知识基点；金工实习让我深入而清楚的看到了在实际生产中机械产品的结构和工作运转情况；而两次课程设计则是和这次毕业设计设计最接近，最有相似之处的，它们为我这次的设计的顺利进行起到了很好的铺垫作用。程设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。指导教师评阅评阅人签名： 年 月 日指导教师成绩评定平时成绩（30%）设计成绩（70%）等级评定优（90-100）良（80-89）中（70-79）及格（60-69）不及格（59以下）本表用黑色钢笔填写或打印，装订在课程设计说明书封底前，与学生课程设计一起存档。