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同心圆垫片冲压模设计说明书(沈绍晶)


同心圆垫片冲压模设计 目 录
第一部分: ………………………………… ………………………… 第一部分:设计任务书……………………………………………… (2) 第二部分: 第二部分:设计过程…………………………………………………… (4)
冲压工艺分析 ① 冲压工艺分析………………………………………… (4) 错误!未找到引用源。
…………………………………… 认……………………………………(4)

冲压工艺方案确

错 误 ! 未 找 到 引 用 源 。 算………………………………………… (7)

主 要 设 计 计

④模具总体设计………………………………………… (13) ⑤主要零件设计………………………………………… (13) ⑥模具总装图…………………………………………… (18)

第三部分: 第三部分:设计总结………………………………………………… (20) 第四部分:参考文献 第四部分:参考文献……………………………………………………(21)

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第一部分
一、 设计实训给定设计参数
1、设计课题(制件图) :

设计任务书

零件图

工件名称: 工件名称:同心圆垫片 工件简图: 工件简图:如上图 生产批量: 生产批量:中批量 材 料:P20 材料厚度: 材料厚度:0.8mm

2、制件选用的材料品种、制件的形状、尺寸、精度要求见制件图。 3、制件生产批量:年产____5_____万件。 二、实训内容及要求 1、内容 (1)根据制件所选用的材料品种和形状、尺寸、精度、批量要求,确定制件的冲压工 艺方案。

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(2)根据制件的冲压工艺方案,设计出合理、经济的排样图。 (3)选择合适的冲压设备。 (4)设计冲压模具。 2、要求 (1)要求按设计实训的时间安排,按时,按量,按质完成全部设计内容。 (2)要求工艺设计和模具设计正确,严谨、规范。 (3)要求按统一的格式编写说明书,并一律用 A4 纸张打印装订成册。 三、实训完成后应提交的材料 实训完成后应提交的材料 1、使用计算机绘制产品图纸一张,软件不限; 2、使用三维软件绘制产品三维立体图一张(可选) ; 3、使用三维软件绘制模具三维爆炸图一张(可选) ; 4、二维模具装配图一张(鼓励用计算机绘图) ; 5、二维模具工作图一套(鼓励用计算机绘图) (可选) ; 6、全套模具非标准零件二维工程图(包括标准件上有加工要求的零件) (鼓励用计算机 绘图) ; 7、典型零件的加工工艺规程一套; 8、典型零件的数控加工程序一套(可选) ; 9、设计说明书一份。

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第二部分: 第二部分:设计过程

一、冲压件工艺性分析: 冲压件工艺性分析:
此工件冲孔、落料两个工序。 材料为 P20,具有良好的冲压性能,适 合冲裁。工件结构相对简单,有一个 φ50mm 和 1 个 φ42mm 的孔;孔与孔、 孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为 5mm(两同心圆之间的壁厚)。 工件的尺寸全部为自由公差,可看作 IT14 级,尺寸精度较低,普通冲裁完 全能满足要求。

二、冲压工艺方案的确定: 冲压工艺方案的确定:
该工件包括冲槽冲孔落料、三个基本工序,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-冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三:冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单,但需三道工序三副模具,成本高而生产效率低,难以 满足中批量生产要求。方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但 模具制造难度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会影响 冲压速度,操作不方便。方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件 精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案 三为佳。 级进模简介 级进模,又称为多工位级进模、连续模、跳步模、顺送模,他是在一副 模具内,按所加工的零件分为若干个等距离的工位,在每个工位上设置一个或几 个基本冲压工序,来完成冲压工件某部分的加工。被加工材料,事先加工成一定 宽度的条料,采用某种送进方式,每次送进一个步距。经过逐个工位冲制后,便 得到一个完整的冲压工件。在一副级进模中,可以连续完成冲裁、弯曲、拉伸、

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成形等工序。一般来说,无论冲压零件形状怎样复杂冲压工序怎样多,均可用一 副级进模冲制完成。 用于级进模具的材料,都是长条状的板料。材料较厚、生产批量较小时,可 以剪成条料;生产批量大时,应选择卷料。卷料可以、自动送料,自动收料,可 使用高速冲床自动冲压。级进模具对材料的厚度和宽度都有严格的要求。宽度过 大条料不能进入模具的导料板或通行不畅;宽度过小则影响定位精度,还容易损 坏、凸模等零件。 级进模具在冲压过程中,压力机每次行程完成一个或几个工件的冲压。条料 要及时向前送进一个步距,称为送料。送料的方法可分为三种: (1)手工送料。 常用于生产批量不大、材料较厚、工件较大时的送料。 (2)自动送料器送料。所 用的材料,一般是成卷的条料。自动送料装置由放料架、 (放在距冲床 1-3 米的 地方,装有电动机,按照材料消耗的速度,自动间断的向外送料) 、气动送料器 (装在级进模具条料入口处,由压缩空气驱动,向模具送料。气动送料器有标准 的产品可供选用,其送料精度相当高,在模具中一般只需要加导正销导正,不必 要再设定距装置) 、收料架(或卷料架。如果冲压的工件不脱离条料,可以用其 收卷起来供进一步加工使用。往往冲床冲压后,条料已经分为工件和废料,就不 用收料架了)等三部分组成。 (3)在模具上附设自制的送料装置。常用斜楔、小 滑块驱动,在级进模中应用较少。 使用级进模通常是连续冲压, 故要求冲床应有足够的刚性及与模具相适应的 精度。级进模具具有以下特点: (1)冲压生产效率高 在一副级进模内,可以包括冲裁、弯曲、成形、拉

深等多道工序,故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程,从而免去了 用单工序模具的周转和每次冲压的定位工作,提高了劳动生产率和设备利用率。 (2)操作安全简单 级进模具冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区

域。对大量生产还采用自动送料机构,模具内装有安全检测装置。便于实现机械 化和自动化。 (3)模具寿命长复杂内形或外形可分解为简单的凸模和凹模外形,分段逐 次冲压,工序可分散到若干个工位,同时还可设置空工位,从而改变了凹、凸模 受力状态,提高模具强度,延长模具寿命。

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(4)产品质量高; (5)生产成本低; (6)设计和制造难度大,对经验的依赖性强; 表 1-1 模具类型 比例(%) 级进模 27 各类冷冲模应用情况 弯曲模 19 冲裁模 18 传递模 17 拉延模 14 其他 5

级进模的功能

(1)级进模的基本功能是利用凸模和凹模在板料上施加一

定形状和大小的作用力,使材料产生塑性变形,从而使毛坯材料转变为产品零件 的能力,即“誊”写出产品外形的能力。例如,冲裁是冲裁模的基本功能,而使 毛坯凸缘材料收缩为杯形件拉深模的基本功能。 实现级进基本功能的零件称为模 具的工作零件。 级进模辅助功能是为支持完成基本功能所必备的功能, “后 (2) 即 勤”保障功能,主要包括:1)模具零件紧固和定位功能;2)模具导向功能;3) 上料、出件和卸料功能;4)板料、工序件定位功能;5)模具刚性和安全保障。 级进模的构成 模具的功能与结构是统一的,功能只有通过一定的结构来

实现,而模具的基本结构必须以满足功能需要为前提。根据级进模的功能,其基 本构成要素可划分为工作单元、卸料单元、导向单元、定位单元、安装单元和紧 固单元。

表 1-2 结构单元 工作单元 卸料单元 导向单 定位单元 安装单元 紧固单元

级进模的构成 典型零件 凸模、凹模、凸凹模 卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧 模架、导柱、导套、导板 导料板、侧刃、挡料销、侧压、导正销 模座、模柄 固定板、螺钉、援助销

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三、主要设计计算
、排样方式的确定及其计算: (1) 排样方式的确定及其计算: 、排样方式的确定及其计算
排样是模具设计的核心部分,是级进模设计的重要依据。条料排样图的 设计可以确定以下内容:第一,模具的工位数和各工位的工序内容;被冲制工件 各工序的安排及先后顺序;工件的排列方式;模具的步距、条料的宽度和材料的 利用率;导料的方式、弹顶器的设置和导正销的安排;基本确定模具结构。排样 图设计的好坏,对模具设计影响很大,因此要设计出多种方案进行比较,以选出 最合理的方案。 对于级进模具的排样的方法和特点: 1) 排样图的绘制,可以先从平面展开图开始,由右设计总裁工位,向左 设计成形工位,然后根据实际情况逐步修改。 2) 考虑增加模具强度必需的工位。连续模拉深次数较多时,在首次拉深 后加上备用空工位,以便增加拉深次数。 3) 4) 决定工序件携带的方法。 注意材料辗纹方向,辗纹方向能影响排样的经济效果,也影响工件的 性能。 5) 6) 弯曲件的毛刺,应位于内侧。 考虑要不要侧刃切边。薄料采用导正销,可以不切边。对于厚料或重 料的条料,为避免导正销折断,需要切边。 7) 8) 9) 10) 合理安排导正销。 考虑一出二或一出四是否合适。 冲压过程中不允许有零星碎料残余在模具表面。 考虑残料上冲压其它工件的可能性。

设计级进模,首先要设计条料排样图。同心圆垫片的形状具有圆形的特点, 直排时材料利用率较高, 应采用直排, 如图下图所示的排样方法。 条料宽度 53mm, 步距离为 55mm,一个步距的材料利用率为 67.3%。工件排样根据落料工序设计,
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考虑操作方便及模具结构简单,故采用单排排样设计,采用手工送料,采用导料 板导料、挡料销挡料。根据表 2—10(见冲模工艺与模具设计一书)所查,取 a1 =1.5mm ,a=5mm 那么:条料的宽度:B=50+2a1=53mm 条料的步距:S=50+a=55mm 导料板的导料尺寸: B1 =B+ C1 =83+1=84mm(采用无侧压装置,条料与导 料板间间隙 C min =1 冲裁单件材料的利用率计算:
2 3.14 × 80 2 η = A SB × 100% = πD 4SB × 100% = × 100% ≈ 74.5% 4 × 81.2 × 83

排样图如下所示:

、冲压力的计算: (2) 冲压力的计算: 、冲压力的计算
①、落料力的计算:
F落 = KLtτ

(K=1.3) ;

F落 —落料力(N) ;
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L1 —工件外轮廓周长 t —材料厚度

L1= π D = 3.14 × 50 ≈ 157 mm;

t=0.8mm;

τ —材料抗剪强度(MPa)由书(见冲模具设计应用实例一书)附
录 A1 查得 τ =315Mpa; 落料力则为: F落 =1.3 ×157 × 0.8 × 315=51.5KN ②、冲孔力的计算: F冲 = 1.3Ltτ L2—工件内轮廓周长 L2= π D =3.14 × 42=132mm
F冲 =1.3Ltτ =1.3 × 132 × 0.8 × 315=43.26 KN

即冲裁力为: F冲裁力 = F落 + F冲 =51.5+43.26=94.76 KN ④、卸料力的计算: F卸 = K 卸 F落 K 卸 —卸料力因数,由表 2-15(见冲模具设计应用实例一书)查得 K 卸 =0.04 F卸 =0.04 × 51.5=2.06KN ⑤、推件力的计算: F推 = nK 推 F冲 K 推 —推件力因数 由表 2—15(见冲模具设计应用实例一书) 查得 K 推 =0.055,h=7 n=h/t,n=7/0.8=8.75 F推 =8.75×0.055×94.76=45.6KN ⑥、总冲压力的计算: 故总的冲压力为 Fz = F + F卸 + F推 =94.76+2.06+45.6=142.42 KN (弹性卸料,下出料)

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故拟选定 J-23-25 开式双柱可倾压力机

(3)压力中心的确定及相关计算: (3)压力中心的确定及相关计算: 压力中心的确定及相关计算
计算压力中心时,先画出凹模型口图,如下图所示。

在图中将 xoy 坐标系建立在图示的落料圆心上,则可设压力中心坐标为 ( X0 = X0 , Y0 ) , = 其 中 Y0 =0 , 由 公 式

F落 X 1 + F冲 X 2

F落 + F 冲

X × F冲 43.26 × 51 = =23.3mm F落 + F冲 51.5+43.26

则可得中心坐标为(23.3,0) 由己上计算结果可以看出,该件的压力中心偏落料工序一点,为了便于模 具有加工和装配模具中心仍选在坐标原点 O. 选用适当的冲床, C 点仍在 压力机模柄孔投影面积范围内,满足要求。

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(4)工作零件刃口尺寸计算: 工作零件刃口尺寸计算:
在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前, 首先要考虑工作零件的加工方法 及模具装配方法。结合该模具的特点,工作零件的形状相对较简单,适宜采用线 切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法可以 保证这些零件各个孔的同轴度,使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就 按分开加工的方法来计算,具体计算如下 制造精度:冲孔取 IT12,落料取 IT13。 制件材料为 20 冷制钢,根据表 3-2(见冲压工艺与模具设计一书)查得冲 裁模刃口双间隙 Z min =0.1mm , Z max =0.13mm 。

、落料刃口尺寸计算: 1) 落料刃口尺寸计算: 、落料刃口尺寸计算
φ 50 的凸凹模的制造公差由表 2—12 (见冲模具设计应用实例一书) 查
得 δ T = 0.012mm , δ A =0.018mm 。 由于 δ T +δ A = 0.012+0.018=0.03mm ≤ Zmax -Z min , 故采用凸模与凹模 分开加工方法,因数由表 2—13(见冲模具设计应用实例一书)查得 X=0.75,则:
+0.018 +0.018 DA = ( Dmax -x?)+δ A =(5012-0.75 × 0.12) =50.030 mm . 0 0

0 0 DT = ( Dmax -x?-Z min )-0δT =(5012-0.75 × 0.12-0.1) =49.93-0。 mm . -0.012 012

、冲孔刃口尺寸计算: 2) 冲孔刃口尺寸计算: 、冲孔刃口尺寸计算
φ 42 的凸凹模的制造公差由表 2—12(见冲模具设计应用实例一书)查得 δ T = 0.012mm , δ A =0.018mm .
由于 δ T +δ A = 0.012+0.018=0.03mm ≤ Zmax -Z min ,故采用凸模与凹模分别 加 工 方 法 , 因 数 由 表 2 — 13 ( 见 冲 模 具 设 计 应 用 实 例 一 书 ) 查 得 X=0.75 ,则:

0 0 dT = (d min +x?)0δT =(4188+0.75 × 0.12)。 =41.97-0.012 mm . -0 012

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+ +0 018 +0.018 d A = (d min +x? +Z min )0 δ A =(4188+0.75 × 0.12+0.1) 。 =42.07 0 mm . 0

其工作部分结构尺寸如图所示:

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四、模具总体设计: 模具总体设计:
1)模具类型的选择 由冲压工艺分析可知,采用级进冲压,所以模具类型为级进 模。 2)定位方式的选择 因为该模具采用的是条料, 控制条料的送进方向采用导料板, 无侧压装置。 控制条料的送进步距采用挡料销初定距,导正销精定距。而第一件的冲压 位置因为条料长度有一定余量,可以始用挡料销来定。 3)卸料、出件方式的选择 因为工件料厚为 0.8mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采用弹 性卸料。 又因为是级进模生产,所以采用下出件比较便于操作与提高生 产效率。 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,该级进模采用中对 角导柱的导向方式。

五、主要零部件设计: 主要零部件设计:
(1)工作零件的结构设计 ① 落料凸模 结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计成直通式,采用线切割 机床加工,台肩固定在凸模固定板上,与凸模固定板的配合按 H6/m5。其总长 L 可按公式计算: L= h1 + h2 + h3 + t + h =30+20+8+0.8+47=105.8mm L-凸模长度

h1 -凸模固定板厚度 h2 -导板厚度
h3 -导料板厚度
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t-材料厚度 h-增加长度。 它包括凸模的修磨量, 凸模进入凹模的深度 (0.5-1mm) , 凸模固定板与导板之间的安全距离等,一般 取 10-20mm。 具体结构如下:

② 冲孔凸模 因为所冲的孔为圆形,而且属于不需要特别保护的小凸模,所以冲孔 凸模采用台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换。冲 孔的凸模结构如下图:

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③凹模 凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹 模在模架上的位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模 柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式计算: 凹模厚度 H=kb=0.35×50.03mm=17.5mm(查表得 k=0.35) 凹模壁厚 c=(1.5~2)H=26.25mm~35mm 取凹模厚度 H=40mm,凹模壁厚 c=35mm, 凹模宽度 B=b+2c=(53+2×35)mm=123mm 凹模长度 L 取 250 mm(送料方向) 凹模轮廓尺寸为 250mm×200mm×40mm,结构如下图:

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(2)定位零件的设计 落料凸模下部设置一个导正销。导正应在卸料板压紧板料之前完成 导正,考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面 lmm ,所以导 正销直线部分的长度为 2mm。导正销采用 H7/r6 安装在落料凸模端 面,导正销导正部分与导正孔采用 H7/h6 配合。 (3)导料板的设计 导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的 间隙取 1mm, 这样就可确定了导料板的宽度, 导料板的厚度按表选择。 导料板采用 45 钢制作,热处理硬度为 40~45HRC,用螺钉和销钉固 定在凹模上。 (5)模架及其它零部件设计 该模具采用对角导柱模架,这种模架的导柱在模具对角两侧
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位置,冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。 以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。导柱 d/mm×L/mm 为φ35×210 和φ40×210;导套 d/mm×L/mm×D/mm 为φ35×115× 48 和φ40×115×48。分别上模座厚度 H 上模取 50mm,上模垫板厚 度 H 垫取 10mm,凸模固定板厚度 H 取 30mm,导板厚度取 20mm,导 料板厚度取 8mm,凹模厚度取 40mm,下模座厚度 H 下模取 60mm,那 么,该模具的闭合高度:
H闭 =H 上模 +H 垫 +H凸 +H 导 +H 导料 +H 凹 + H 下模 =265mm

式中 H凸 ——凸模长度, H凸 =105mm; H凹 ——凹模厚度, H凹 =40mm; 可见该模具闭合高度小于等于所选压力机 J23-25 的最大装模 高度(285mm) ,可以使用。 根据主要工作部分尺寸、结构以及弹性元件的尺寸,参照有关资 料,可选取 Ι 级精度的对角导柱模架(GB/T2855.1—2861).即: 上模座: 250×200×50 下模座: 250×200×60 其他轮廓尺寸如下图所示:

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六、模具总装图: 模具总装图:
通过以上设计,可得到如下图所示的模具总装图。模具上模部分主要由上模板、垫 板、凸模(2 个) 、凸模固定板等组成,下模部分由下模座、凹模板、导板、导料板等组成。 冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。 条料送进时首先采用始用挡料销作为粗定距,在落料凸模上安装一个导正销,以此作为 条料送进的精确定距。 操作时完成第二步冲压后, 把条料向前移动, 用落料孔套在挡料销上, 并向前推紧, 冲压时凸模上的导正销再作精确定距。 活动挡料销位置的设定比理想的几何位 置向前偏移 0.2mm,冲压过程中粗定位完成以后,当用导正销作精确定位时,由导正销上 圆锥形斜面再将条料向后拉回约 0.2mm 而完成精确定距。用这种方法定距,精度可达 0.02mm。

总装图如下图所示:

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第三部分 设计小结
经过为期两个星期的课程设计后,我完成了简单制件----垫片的 冲压模设计。此次设计虽然不难,但从中学到不少东西。 这是我第一次采用级进模的设计,让我了解并熟悉了级进模的基 本设计过程。在设计过程中,我遇到不少问题,通过查专业书籍和同 学帮助得到解决方案,受益颇多。这次设计中我看到了很多自己的不 足,比如 CAD 等制图软件的熟练操作,还有相关数据的熟练查询。通 过这次设计,再一次巩固了我在模具相关设计方面的知识,让我对级 进模的设计也产生了浓厚的兴趣。 这是一个发展的社会, 物质的社会, 我相信我今天所学所用到的知识总会有它能充分展示自己的机会。 感 谢老师和学校给我们的这次模具设计的机会, 让我们不仅加深了知识 的理解也达到了对其的灵活运用, 同时还拉近了我们和老师同学之间 的距离。 再次感谢老师和同学的积极指导, 在以后的职业生涯中的每一次, 我也一定会像这次设计一样认真仔细,不断吸取知识,充实自己,争 取把模具学到通透。

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第四部分
1 牟林 胡建华

参考文献

冲压工艺与模具设计(第 2 版) 冲压工艺与模具设计(

北京大学出版社

2

林承全

冲压模具课程设计指导与范例

化学工业出版社

3

冯小明

冷冲压工艺及模具设计

重庆大学出版社

4

王孝培

冲压设计资料

机械工业出版社

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