垫圈冲压模具设计

实验实训（设计）报告

项目名称： 垫圈冲压工艺及模具设计 专 业：模具设计与制造 班 级： 模具141 企业指导老师： 校内指导老师： 邓老师 学 号： ********* 姓 名： 江峰 地 点：绵阳职业技术学院 时 间： 2016.7

成绩 评定

二〇 一六 年 七 月 十三 日

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绵阳职业技术学院实验实训（设计）

进度检查及成绩评定表

日期 2016.7.4 2016.7.5-7.7 2016.7.8-7.13 学生姓名 江峰 评分项目 成绩汇总 指导教师评分 评阅教师评分 答辩小组评分 评分 评分 评分 签字： 年 月 日 签字： 年 月 日 签字： 年 月 日 内容 下达任务书，查阅相关资料 编制工艺方案，填写工艺卡 设计冲压模具，绘制装配图和零件图 专业班级 模具141 评分 比例（％） 40 30 30 执行情况 学号 分数 指导教师签名 201401091 总分 指导教师 过程评语 评阅教师 报告评语 答辩小组 答辩评语

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摘要

本次的课程设计是一个简单的防滑垫圈及其复合模设计，此副模具是采用落料—冲孔两道工序相结合的复合模，本人经查阅相关书籍、资料以及对设计此副模具所要用到的相关公式、数据作出了一个准确的依据。

本次课程设计一共分为两部分，和其他模具的设计一样，第一部是对零件进行工艺分析，接着对工艺方案进行比较，最终确定选用复合模加工制件的工艺方案。然后画工序图、排样图以及对材料利用率的计算，计算冲压力，选择冲压机。然后填写冲压工艺规程卡。第二部分是冲压模具的设计，选择冲模类型以及结构形式，定位方式，卸料方式，模具设计计算（主要计算各类主要零件的外形尺寸），最后确定凸凹模工作部分尺寸。

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前言

在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压橡胶等生产行业中得到了广泛应用。由于采用模具进行生产能够提高生产效率，节约原材料，降低成本，并可保证一定的加工质量要求。所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具等的零部件很多采用模具来加工。随着科学技术的发展，产品的更新换代加快，对产品质量外观不断提出新要求，对模具质量要求也越来越高。模具的设计、制造工业部门肩负着为相关企业和部门提供产品的重任。如果模具设计及制造水平落后，产品质量低劣，制造周期长，必将影响产品的更新换代，使产品失去竞争能力，阻碍生产和经济的发展。因此，模具设计及制造技术在国民经济中的地位是显而易见的。

金属板料冲压是模具在工业生产中应用广泛的加工形式之一，随着市场竞争日趋加剧，产品质量不断提高，对生产的安全性，操作的方便性等要求也日益提高。模具作为冲压生产的基本要素，其设计制造技术受到普遍重视。因此学习模具课程，进行模具设计也是适应现代化工业要求的。

这次课程设计的内容是利用CAD等系列软件设计材料为H62-M的黄铜垫圈冲压模具，说明书有四部分内容，叙述了整个设计的过程。分析了零件的工艺性，经济性，确定零件的冲压工艺方案及其模具的结构。然后进行模具零件的设计计算。计算出零件尺寸后，通过CAD软件做出各个零件的实体，最后完成模具装配。

由于时间比较仓促，有的地方考虑不足，希望老师予以指导。

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目录

1、冲裁件工艺分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 1.1冲裁件的结构工艺性•••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 1.2尺寸精度和断面粗糙•••••••••••••••••••••••••••••••••••••1 2、冲压工艺方案的确定•••••••••••••••••••••••••••••••••••••2 3、冲压工艺计算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4 3.1排样图设计，材料利用率计算•••••••••••••••••••••••••••••4 3.2计算凹凸模尺寸•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••5 4、冲裁力计算及压力中心计算，初选压力机•••••••••••••••••••6 4.1冲裁力计算及初选压力机•••••••••••••••••••••••••••••••••6 4.2压力中心的计算•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7 5、模具结构型式的确定•••••••••••••••••••••••••••••••••••••8 5.1模具结构型式•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8 5.2定位装置•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8 5.3推件装置•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8 5.4卸料装置•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9 5.5 导向装置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9 6、模具零部件设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10 6.1落料凹模••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10 6.2冲孔凸模••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10 6.3凸凹模••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11 6.4其他主要零件结构••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11 7、零件及压力机校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••12 7.1垫板的校核••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••12 7.2压力机的校核••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••12 总结••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13 参考文献••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14

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设计任务书

如图垫圈零件冲裁图，材料H62铜片，料厚t=1.5mm,大批量生产，试确定冲裁工艺性， 设计冲裁模。

图1-1 零件图

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1、冲裁件工艺分析

1.1冲裁件的结构工艺性

表1-1冲裁件结构工艺性分析表

工艺性质 冲裁件工艺项目 1.零件结构 该零件结构简单，尺工艺性允许值 工艺性评价 寸较小，厚度适中，适合冲裁 2.落料圆角半径 3.冲裁件孔的最小尺寸 4.最小孔边距 5.材料 R0.5 φ7 3.75 H62 t=1.5mm 𝜎𝑠=196MPa σ𝑏=412MPa δ=10% 0.18t 符合工艺性 0.9t/0.35t 符合工艺性 1t 符合工艺性 具有良好的冲压性能 1.2尺寸精度与断面粗糙度

尺寸精度：该制件所有尺寸都未标注公差，按IT14级确定工件的公差。一般的冲压均能满足其尺寸精度要求。经查公差表，各尺寸公差分别为：

00+0.36

22.30 −0.52；6−0.3；∅14−0.43；∅6.50

表面粗糙度：零件图上所有未标注表面粗糙度，考虑为12.5μm。适合冲裁。 结论：该制件符合冲裁工艺性，适合冷冲裁加工，其加工工艺性好。

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2、冲压工艺方案确定

该零件包括冲孔和落料两个基本工序，有以下三种方案可以采用 方案一：先冲孔，后落料，采用单工序模生产。 方案二：冲孔—落料复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔落料连续冲压，采用 级进模生产。

图2-1 方案一

图2-2方案二

图2-3方案三

表2-1冲压工艺方案比较表

项目 模具结构 模具数量 模具寿命 制件质量 生产率 文案大全

方案一 简单 二套 低 精度低 低 方案二 复杂 一套 较高 精度高 高 方案三 复杂 一套 不高 精度不高 较高 实用标准文档

根据表1-2，确定方案二

倒装复合模，冲孔废料由下模漏出，工件落在下模表面，需要及时清理。安全性相对较低。但工件精度较高,同轴度,对称度及位置度误差较小,生产效率较高,对材料要求不严,可用边角料.

正装复合模，冲孔废料和工件都落在下模表面，安全性更差。 综合以上分析比较结果说明，本零件采用倒装复合模最为合适。

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3、冲压工艺计算

3.1 排样图设计，材料利用率计算

（1）为了提高材料利用率选用直排查表6-1-9工件间搭边值𝑎1=1.8，边缘搭边值a=2.2，条料宽度偏差查表6-1-11，取Δ=0.5，导料板与条料之间的最小间隙，查表6-1-13，取Z=0.5 （2）计算送料步距A：经计算求得A=14+𝑎1=15.8mm （3）计算料条宽度B：经计算求得

0

𝐵−∆=（𝐷𝑚𝑎𝑥+2𝑎+𝑍）−∆=（22.3+4.4+0.5）−0.5=27.20−0.5

0

0

导料板间的距离 B0 =B+Z=27.2+0.5=27.8mm 以上式中：B―条料的宽度，单位mm

𝐷𝑚𝑎𝑥―冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，单位mm a―侧搭边值

Z―导料板于最宽条料之间的间隙 ∆―条料宽度的单向（负向）公差

查表7-3-1选择板料规则为2000×1000×1.5 纵裁：

下条料数：n=[𝐵]=27.2=36(条) 单个条料制件数：m=[𝑙+𝑎1]=[1

𝐴1000

𝐿−𝑎2000−1.814+1.8

]=126（个）

×100%=39.3%

材料利用率：𝜂纵=横裁：

𝑛·𝑚·𝐴0𝐿·𝐴

×100%=

36×126×173.202

2000×500

下条料数：n=[𝐵]=27.2=73(条) 单个条料制件数：m=[材料利用率：𝜂纵=

𝐿−𝑎1𝑙+𝑎1

𝐴2000

]=[1000−1.814+1.8

]=63（个）

×100%=39.8%

𝑛·𝑚·𝐴0𝐿·𝐴

×100%=

73×63×173.2022000×1000

由于纵裁与横裁利用率相差不大，优先选用纵裁

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图3-1 纵裁 图3-2 排样图

3.2 计算凹凸模尺寸

(1)凹模磨损后变大的尺寸：𝐴1、𝐴2、𝐴3 查表3-5得：𝒳1=𝒳2=𝒳3=0.5 𝐴1=（6−0.5×0.3）0

+×0.3

14mm=5.85+0.325mm 0

14

𝐴2=（22.3−0.5×0.52）0𝐴3=（14−0.5×0.43）0

14

+×0.52mm=22.04+0.13mm 0

+×0.43mm=13.785+0.108mm 0

(2) 凹模磨损后变小的尺寸：𝐵1 查表3-5得：𝒳1=0.5

𝐵1=（6.5+0.5×0.36）−1×0.36mm=6.680−0.09mm

40

查表6-1-1得 𝑍𝑚𝑖𝑛=0.090 𝑍𝑚𝑖𝑛=0.120

凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配制，保证最小合理间隙值𝑍𝑚𝑖𝑛=0.090

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4、冲裁力计算及压力中心计算，初选压力机

4.1 冲裁力计算及初选压力机

该制件厚度t=1.5mm，初步考虑采用弹性性卸料装置，因此完成本制件所需的冲压力有冲裁力、顶件力、卸料力。 由表 得𝜎𝑏=412MPa

冲孔力：𝐹冲=Lt𝜎𝑏=20.4×1.5×412=12.61KN 落料力：𝐹落=Lt𝜎𝑏=61.5×1.5×412=18.45KN 冲裁力：F=𝐹冲+𝐹落

F=12.61+18.45=31.06KN

卸料力：查表3-15得𝐾卸=0.06

𝐹卸=𝐾卸𝐹=0.06×31.06=1.86KN

顶件力：查表3-15得𝐾顶=0.09

𝐹顶=𝐾顶𝐹=0.09×31.06=2.80KN

𝐹′总=𝐹+𝐹卸+𝐹顶=31.06+1.86+2.80=35.72KN 𝐹总=𝐹′总×1.3=46.45KN

从满足冲压力的要求来看由国家标准初选J23-6.3压力机

表4-1 所选择压力机的相关参数

公称压力型号 /kN J23-6.3 63 /mm 35 高度/mm 150 寸/mm 200×310 /mm 150 调节量/mm 35 滑块行程最大封闭工作台尺立柱距离封闭高度

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4.2 压力中心的确定

图4-1

因为该工件是一个关于x轴和y轴对称的图形，所以该工件的中心点O点为压力中心。

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5、模具结构型式的选择

确定冲压工艺方案后，应通过分析比较，选择合理的模具结构型式，使其尽量满足以下要求：

（1）能冲出符合技术要求的工件； （2）能提高生产率； （3）模具制造和维修方便； （4）模具有足够的寿命；

（5）模具易于安装调整，且操作方便、安全。

5.1 模具结构型式

在确定采用复合模后，便要考虑采用正装式还是倒装式复合模。大多数情况优先采用倒装式复合模，这是因为倒装式复合模的虫孔废料可以通过凸凹模从压力机工作台孔中漏出。工件由上面的凹模带上后，由推荐装置推出，再由压力机附上的接件装置接走。条料由下模的卸料装置脱出。这样操作方便而且安全，能保证较高的生产率。而正装式复合模，冲孔废料由上模带上，再由推料装置推出，工件则由下模的推件装置向上推出，条料由上模卸料装置脱出，三者混杂在一起，如果万一来不及排出废料或工件而进行下一次冲压，就容易崩裂模具刃口。

故本零件采用倒装式复合模结构。

5.2 定位装置

为了使条料送料时有准确的位置,保证冲出合格的制件,同时考虑到零件生产批量不多,且要求模具结构尽量简单,所以采用定位销定位。

因为板料厚度t=1.5mm,属于较小厚度的板材,且制件尺寸不大,固采用侧面两个固定挡料销定位导向,在送料方向由于受凸模和凹模的影响,为了不至于削弱模具的强度,在送给方向采用一个弹簧挡料装置的活动挡料销.

5.3 推件装置

在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。

由于刚性推件装置已能保证工件所有尺寸精度，又考虑到刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故这套模具采用刚性结构。为兼顾工件的平整度和尺寸精度，可在刚性推件装置和凸模固定板之间镶嵌橡胶。

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5.4 卸料装置

复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此需要在下模设置卸料装置。

在下模的弹性卸料装置一般有两种形式：一种是将弹性零件（如橡胶），装设在卸料板与凸凹模固定板之间；另一种是将弹性零件装设在下模板下。由于该零件的条料卸料力不大，故采用前一种结构，并且使用橡胶作为弹性零件。

5.5 导向装置

采用后侧导柱式模架。

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6、冲裁模零部件结构

6.1 落料凹模外形尺寸H的确定

凹模采用板状结构通过螺钉、销钉与下模座固定。因冲件批量较大，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构。

图6-1

凹模厚度

H=kb=22.3×0.5=11.15<15取为20 凹模壁厚

C=(1.5~2)H=1.5×20=30mm 凹模宽度

B=s+2c=14+60=74mm 凹模长度

A=b+2c=22.3+60=82.3mm 式中 b—凹模刃口的最大尺寸 K—系数，查表3-19

S—垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离 查表7-10-2，确定凹模的外形尺寸为100×80×20mm

6.2 冲孔凸模长度的确定

冲孔凸模在复合模中长度主要由凸模固定板厚度与落料凹模厚度确定，并保证合理间隙𝑍𝑚𝑖𝑛=0.090mm 𝑍𝑚𝑖𝑛=0.120mm

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图6-2

L=𝐻+ℎ1=20+14=34mm

6.3 凸凹模外形尺寸的确定

凸凹模长度尺寸应根据模具的具体结构，并考虑修模量、固定板与卸料板之间的安全距离、装配等的需要来确定，并保证合理间隙𝑍𝑚𝑖𝑛=0.090mm 𝑍𝑚𝑖𝑛=0.120mm

图6-3

采用弹压卸料板时其长度为

L=ℎ1+ℎ2+t+h=14+10+1.5+7.5=32

式中 L—凸凹模长度，mm ℎ1—固定板厚度，mm ℎ2—卸料板厚度，mm t—材料厚度，mm h—增加长度

6.4 其他主要零件结构

上模座100×80×25 下模座100×80×30 导套 65×23 导柱 20×120

模具所需其余结构根据需要从表7-9-1中选取

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7、零件及压力机校核

7.1垫板的校核

由ρ=

′𝐹𝑍

𝐴

得

凸模

ρ=

1261033.2

=379.82MPa>140MPa

因此凸模需要加装垫板以降低模座所受的单位压力 凸凹模

ρ=

18450173.2

=106.52MPa

因 90<106.52<140满足模座要求，因此下模座不需加装垫板 查表7-9-1选用垫板尺寸100×80×14

7.2压力机的校核

选用J23-6.3型压力机，采用固定台式，工作台尺寸为200X310mm，其最大闭合高度为150mm 调节高度为35mm。

模具闭合高度为：𝐻模=上模座厚度+下模座厚度+凸模固定板厚度+凹模板厚度+卸料板厚度+垫板厚度+安全距离=25+30+14+20+10+4+20=123满足: Hmax−5≥H模≥Hmin要求

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总结

历经近两周的冲压模具课程设计即将结束，在这次课程设计中通过参考、查阅各种有关模具设计方面的资料，请教各位老师有关方面的问题，使我对冲压模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺，主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。在这次课程设计过程中我学会了许多书本之外的东西，那就是遇事多动脑，密切与其他同学的合作。并且注意学习其他人的长处，吸收老师和教导者的经验。在实际过程中，遇到许多拦路虎，各种各样的困难摆在眼前，从中煅炼自己遇到问题时处理问题的能力，使自己在下一次遇到新事物时能更快、更好地熟悉它。

这次设计得到邓老师悉心的帮助和辅导。在这里，我向所有指导过我的邓老师和帮助过我的同学们表示衷心的感谢和敬意。有了克服设计期间的种种困难和艰辛的经历，我想，在今后的学习和工作中一定会兢兢业业，奋发向上的拼搏！

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参考文献

1.《冷冲模设计指导教程与简明手册》,机械工业出版社 ,主编：周理 2.《冲压工艺与模具设计》, 中南大学出版社,主编：魏春雷、徐慧民 3.《冷冲压模具设计指导》,北京理工大学出版社 , 主编：王芳

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