垫片制件工艺分析及模具设计

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1、（一） 基本内容： 1、 学会查阅资料和有关手册； 2、 按要求绘制被加工件零件图 A4 一张； 3、 对所给零件进行成形工艺分析，拟定最佳成形工艺方案并进行工艺 设计、计算； 4、 合理地选择模具结构，进行有关的结构设计和计算； 5、 能够正确地进行凸、凹模工作尺寸计算和尺寸标注； 6、 正确地选择压力机设备，进行有关使用参数的校核和计算； 7、 按照有关国家标准正确地绘制模具装配图及非标准件零件图（总量 不少于一张 0图纸）： 8、 编写课程设计说明书（正文字数不少于 3500 字） ； （二）基本要求： 1、 借阅参考资料。独立完成零件工艺分析及资料收集工作； 2、 模具结构类型合理，尺

2、寸计算正确； 3、 绘制的模具装配图及零件图符合国家机械制图标准规定； 4、 设备选择合理实用； 5、 设计说明书思路清晰； （三）主要参考书： 1、 田嘉生. 冷冲模设计基础. 航空工业出版社，1994. 2、 虞传宝. 冷冲压及塑料成型工艺模具设计资料. 机械工业出版社， 1993. 3、 许发樾. 模具标准应用手册. 机械工业出版社，1994. 4、 郑大忠. 模具结构图册. 机械工业出版社，1995. 5、 王孝培. 冲压手册. 机械工业出版社，1990. 6、 国家标准总局. 冷冲压国家标准. 国家标准出版社. 1981. 摘摘 要要 本次综合实训设计垫片的冲压模具，零件结构简单对称

3、，料厚较小，设计 者将其设计为级进模模具，主要有冲孔落料两道工序。本说明书以图文并茂的 方式对此零件的模具设计加以介绍，主要叙述了从零件的工艺性分析到模具结 构的设计、工艺计算、冲模结构的设计以及主要零件设计等，直到最后的模具 装配图、零件图、排样图等一系列的设计过程。其中详尽的分析讲述了针对于 该零件的冲压模具完整设计方法，读者可以从本说明书中简单、明确的了解该 设计的主要思想路线及合理设计制造方案，加深对级进模模具设计知识的了解、 应用以及提升关于级进模模具的分析问题、解决问题的能力。 关键词：关键词：垫片、级进模、冲孔落料、模具、设计 65mn 钢板应用：65mn 钢板强度、硬度、弹性和

4、淬透性均比 65 号钢高，具有过 热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。退火态可切削性尚可，冷变 形塑性低，焊接性差。受中等载荷的板弹簧，直径达 7-20mm 的螺旋弹簧垫圈弹 簧环。高耐磨性零件，如磨床主轴、弹簧卡头、精密机床丝杆、切刀、螺旋辊 子轴承上的套环、铁道钢轨等。 力学性能：抗拉强度 =980(100) 屈服强度=784(80) 伸长率？10（%）=8 断面收缩率（%）=30 硬度：热轧1.5t 要求（其中料厚 t 为 1.0mm, 可得出 c=8-8.22=3.9mm, 1.5t=1.5mm） 。 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度 公差符合国

5、家标准。本设计的产品材料是 10 号钢，其力学性能是强度、硬度 和塑性指标适中，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。另外产品对于表面质 量等没有严格要求，所以尽量采用国家标准板材，其冲裁出的产品的表面质量 等就可以保证。 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。 1.1.2 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析 1) 尺寸精度 根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，采用 IT14 级精度，普通冲裁 可满足要求。 2) 粗糙度、断面质量 查冲压手册表 2-12 得，一般冲裁件冲材料厚度 t1.0mm 金属板 料时，其断面粗糙度为 3.2m；本产品在断面粗糙度和尺

6、寸精度上均要求 不高，所以断面质量可以保证，用冲裁的加工方法是完全可以成形的。 1.2 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工的工艺方案分为以下三种： 1.2.1 第一种方案第一种方案 采用单工序逐步加工 1)冲孔落料单工序模，工序简图见图 1-2-1-1。 2)落料冲孔单工序模，工序简图见图 1-2-1-2。 特点：由于单工序模，模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度 低，不适合大中批件的生产。 图 1-2-1-1 冲孔落料单工序模简图 图 1-2-1-2 落料冲孔单工序模简图 1.2.2 第二种方案第二种方案 采用复合模加工成形，工序简图见 1

7、-2-2。 特点：生产率较高，工件精度高。但模具制造较复杂，调整维修较麻烦， 使用寿命低。 图 1-2-2 冲孔落料复合模 1.2.3 第三种方案第三种方案 采用级进模加工成形，工序简图见图 1-2-3。 特点：生产率高，便于实现机械化、自动化，适合加工复杂的小型冲裁件， 但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。 图 1-2-3 冲孔落料级进模 根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第三种方案级进模加 工成形比较合理。 第第 2 章章 冲压工艺计算冲压工艺计算 2.1 排样排样 采用直排有废料排样，虽然此零件斜排能够提高材料利用率，但是设计计 算复杂。排样图见 2-1-1。 图 2

8、-1-1 排样图 2.1.1 搭边搭边 查冲压手册表 2-17 得，当 t=1.0mm 时，确定侧搭边值 a=2mm,工件间 搭边值 a1=1.5mm。 2.1.2 条料宽度和导尺间距离条料宽度和导尺间距离 采用单边侧刃。 条料宽度：B=L+2a+nb=L+1.5a+nb (a=0.75a) 式（2- 1） 导尺间距离：A=B+Z0=L+1.5a+nb+ Z0 式（2- 2） A 1=L+1.5a+Y 式（2- 3） 式中 L冲裁件垂直于送料方向的尺寸,L=62.5mm; n侧刃数,n=1； b侧刃切去的条料宽度,查冷冲压模具设计难点与技巧表 1-7 得 b=1.5mm； Y冲切后条料宽度与导

9、料板的间隙，查冷冲压模具设计难点 与技巧表 1-7 得 Y=0.10mm； Z0条料与导料板之间的间隙，查冷冲压模具设计难点与技巧 表 1-6 得 Z0=0.1mm； B=62.5+1.52+11.5=67mm A=67+0.1=67.1mm A 1=62.5+1.52+0.10=65.6mm 2.1.3 送料步距送料步距 级进模送料步距 S=D+a1=40+1.5=41.5 式（2- 4） 式中 D冲裁件横向最大尺寸,D=40mm; 2.1.4 材料利用率材料利用率 一个步距内材料利用率 =A/BS100 式（2- 5） 式中 A一个步距内冲裁件的实际面积 B条料宽度 S步距 图 2-1-4

10、 面积计算参照图图 2-1-4 =arccos(20-8)/23=58.55 =90-=31.45 A=84/360+204/360+2（8+20）（23-12）1/2 -24.1-211 =1182.97mm =1182.97/(6741.5)100%=42.5% 2.2 计算冲压力计算冲压力 2.2.1 冲裁力计算冲裁力计算 采用平刃口模具冲裁时，其冲裁力 F 可按下式计算： F=KLt 式（2- 6） 式中 F冲裁力 L冲裁件周边长度 t材料厚度，t=1.0mm 材料抗剪强度，查手册10 钢，=255333，取 =300 K修正系数，一般取 k=1.3 冲裁力公式为 P=P孔P落 式 （

11、2-7） 冲孔冲裁力 P孔 其中 L孔=22+28.2=38.4mm P孔=1.338.41.0300=47048N 取 P孔=47KN 落料冲裁力 P落 其中 L落=40431.45/360+16458.55/360+4（23-12） 1/2 =155.1mm P落=1.3155.11.0300=60489N 取 P落=60.5KN 冲裁力 P=P孔P落 =47+60.5=113.5KN 式（2- 8） 2.2.2 卸料力、推件力与顶件力的计算卸料力、推件力与顶件力的计算 常用下列经验公式：PX=KXP 式（2- 9） PT=nKTP 式（2- 10） PD=KDP 式（2- 11） 式中：

12、KXKTKD分别为卸料力系数、推件力系数与顶件力系数，查 冲压模具设计表 2-20 得 KX =0.045，KT =0.055，KD =0.06 F冲裁力 n同时卡在凹模孔内的冲裁件数 采用弹性卸料装置和下出料方式冲模时 P=P+ PX +PT 卸料力 PX =0.045113.5=5.1KN 冲孔推件力 PT1 =20.05547=5.17KN 落料推件力 PT2=10.05560.5=3.33KN 总冲压力 P=P+ PX +PT1 + PT2 =113.5+5.1+5.17+3.33=127.1KN 式（2- 12） 对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总压力的 1.11.3

13、 倍，即 P0 （1.11.3）P =139.8165.2 ，查冲压手册表 9-3 得，选择 开式压力机，公称压力 250KN。 2.3 压力中心的计算压力中心的计算 图 2-3-1 建立坐标系于落料中心，如图 2-3-1。 压力中心到 Y 轴距离 X=（L落 0+L孔 41.5+ 2L销 41.5/2+ L刃 32.8）/（L落 +L孔 +L销+L刃）=25.5mm 式（2-13） 压力中心到 X 轴距离 Y 近似看作 0。 第第 3 章章 级进模凸凹模设计级进模凸凹模设计 3.1 模具刃口尺寸的计算模具刃口尺寸的计算 3.1.1 冲孔凸、凹模冲孔凸、凹模 冲孔（22 8.2 3 ） ，设计

14、时大孔小孔参考图 3-1-1-1，导正钉孔参 考图 3-1-1-2。 冲孔件时，尺寸为内形尺寸，基准型面为凸模。 d凸=（d+x） 式（3- 0 t 1） 其中 d凸冲孔凸模刃口尺寸； d凹冲孔凹模刃口尺寸； x摩擦系数,冲裁件精度为 IT14 时，x=0.5； 工件孔径公差，mm，=0.16mm; t凸模刃口尺寸制造偏差，mm，查冲压手册表 2-28 得， t大 =0.020mm，t小=0.020； a凹模刃口尺寸制造偏差，mm,查冲压手册表 2-28 得， a大 =0.020mm，a小=0.020mm； Zmin凸、凹模最小合理间隙，mm，查冲压模具设计表 2-10 得，Zmin=0.10

15、0mm，Zmax=0.140mm； 大孔：d凸=（22+0.50.16）=22.08 mm 0.02 0 0.02 0 d凹=*22.08mm 小孔：d凸=（8.2+0.50.16）=8.28 mm 0.02 0 0.02 0 d凹=*8.28mm 导正钉孔：d凸=（3+0.50.16）=3.05 mm 0.02 0 0.02 0 d凹=*3.08mm 校核间隙：Zmax-Zmin=0.04mm；t +a =0.04mm；所以满足 Zmax- Zmint +a 的条件；所以各孔凸、凹模刃口尺寸均计合理。 图 3-1-1-1 图 3-1-1-2 3.1.2 落料凹、凸模落料凹、凸模 落料件时，尺寸为外形尺寸，基准型面为凹模。设计参考图 3-1-2-1。 A1=62.5 d凹1=(A1-x）+0t 式 （3-2） A2=40 d凹2=(A1-x）+0t