角垫片复合模具设计.docx

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角垫片复合模具设计

课程名称：

冲压模具设计

课题名称：

垫角片复合模具设计

目录

前言1

第一章工件的工艺性分析2

1.1冲压件的工艺性分析2

1.2确定工艺方案3

第二章主要工艺参数计算3

2.1画排样图3

2.2材料利用率计算4

2.3计算冲压力4

2.3.1冲孔力的计算4

2.3.2落料力的计算4

2.3.3卸料力的计算5

2.3.4推件力的计算5

2.3.5总冲裁力的计算5

2.4计算压力中心5

2.5选择冲压设备6

第三章主要工作部分尺寸计算6

3.1落料模尺寸计算6

3.2冲孔模尺寸计算7

第四章模具主要零件及结构设计8

4.1落料凹模的结构设计8

4.2冲孔凸模的结构设计及固定板、卸料板的选取9

4.3落料凸模与冲孔凹模的结构设计9

4.4模架的选择10

4.5模架的选择10

4.6模具的结构形式11

4.7推荐装置的原则

4.8条料送进和定位方式的选择11

4.9卸料装置的选择

4.10导向装置

第五章绘制装配图与零件图

绘制装配图12

绘制落料凸模13

绘制冲孔凸模13

第六章校核压力机安装尺寸13

第七章总结14

参考文献15

前言

零冲压工艺规程是模具设计的依据，而良好的模具结构设计又是实现工艺过程的可靠保证，若冲压工艺有所改动，往往会造成模具的返工，甚至报废，冲裁同样的零件，通常可以采用几种不同方法，工艺过程设计的中心就是依据技术上先进，经济上合理，生产上高效，使用上安全可靠的原则，是零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下达到最佳的技术效果和经济效益。

冲压模具在实际工业生产中应用广泛。

在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。

随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。

冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。

冲压靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。

冲压和锻造同属塑性加工合称锻压。

冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。

全世界的钢材中，有60％～70％是板材，其中大部分经过冲压制成成品。

汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。

仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。

特点冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。

冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。

由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。

冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加[工。

热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。

第一章工件的工艺性分析

1.1冲压件的工艺性分析

制件如图1-1所示，材料为Q235号钢，厚度2mm，该零件的加工用落料冲孔复合模，假设制件尺寸精度为IT9级，为大批量生产。

图1-1角垫片

名称：

角垫片材料：

Q235

生产批量：

大批量厚度：

2mm.

设计任务：

设计该零件的落料冲孔复合模

根据工件的材料、厚度、形状尺寸，在进行冲压工艺设计过程时，从以下几点进行分析：

1、孔径是否太小，太小会导致凸模强度不够。

2、该工件有两道工序完成，是否应分两个工位完成，还是一个工位完成，哪种方法能更好的保证达到加工的要去，值得考虑；

3、这里是大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证有一定的模具寿命。

4、该模具的落料凹模形状较复杂，应注意它的制造工艺和精度。

1.2确定工艺方案

根据工件的工艺分析，其基本工序有冲孔、落料两种，按其先后顺序组合，可得如下三种方案：

1、落料——冲孔，单工序模；

2、冲孔——落料，连续模；

3、冲孔、落料，复合模；

方案

（1）属于单工序模冲压，由于工件生产批量较大，尺寸较小，这种方案生产率低且操作不安全，不适用。

方案

（2）属于连续模冲压，此方案虽容易实现自动化生产，但价格与工位成比例上升，需分别设计配套模具，在本题中不是最适合的冲裁方案。

方案（3）属于复合模冲压，此方案与前两种相比更适合，两道工序能在同一工位里完成，操作简单，复合生产要求，故此方案最为合适。

第二章主要工艺参数计算

2.1画排样图

图2-1排样图

因为工件的形状比较复杂，且加工起来比较困难，为了能加工出最好的产品，在此采取单排的排样方案如图2-1所示。

由《冲压工艺与模具设计》成虹编，表2.5.2咽喉搭边a和测刃搭边a1数值，查得搭边尺寸a的取值，得a＝3mm，a1＝2mm。

从排样图中可知：

条料宽度B=222.37mm，送料步距为：

H=76.36mm。

这样排样将只有一个工位，将落料和冲孔两道工序复合在一起，先冲孔，后落料。

2.2材料利用率计算

排样排样图是排样设计最终的表达形式，通常应绘制在冲压工艺规程的相应卡片上和冲裁模总装图的右上角。

排样图的内容应反映出排样方法、冲裁件的冲裁方式、用侧刃定距时侧刃的形状与位置、材料利用率等。

（1）排样的设计原则：

①提高材料的利用率冲裁件生产批量大，生产效率高，材料费用一般会占总成本的60%以上，所以排样的利用率是衡量排样经济性的一项重要指标。

在不影响零件性能的前提下，应合理设计零件外形及排样，提高材料的利用率。

②改善操作性冲裁件排样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。

次数，在材料利用率相同或相近时，应选用条料宽度及进料小的排样方式。

③使模具结构简单合理，使用寿命高。

④保证冲载件质量

由《冲压工艺与模具设计》成虹编，得材料利用率的计算公式为:

η＝nA/bh×100%

式中η——材料的利用率；

n——一个步距内的制件数；

A——制件的面积，A＝12916mm²；

b——板料宽度（mm）；

h——排样的步距（mm）

η＝[12916/（222.73×76.36）×100%≈76.07%

2.3计算冲压力

2.3.1冲孔力的计算

F冲＝nLtσb

式中F冲——冲孔力（KN）；

n——一个步距内的制件数；

L——制件内轮廓周长（mm）；

t——板料厚度（mm）；

σb——材料的抗拉强度，460MPa；

L＝2×14π＝87.92mm；

F冲＝87.92×2×460＝80.89KN

2.3.2落料力的计算

F落＝nLtσb

式中F落——落料力（KN）；

n——一个步距内的制件数；

L——制件外轮廓周长（mm）；

t——板料厚度（mm）；

σb——材料的抗拉强度，460MPa；

L＝40×1.41+2×42+2×91+2×133＝588.4mm；

F落＝588.4×2×460＝541.33KN

2.3.3卸料力的计算

F卸＝KP

式中F卸——卸料力（KN）；

K——卸料力系数，由《冲压工艺与模具设计》成虹编表2.4.1得K取0.05；

P——冲裁力（KN）；

F卸＝0.05×（541.33+80.89）＝31.46KN

2.3.4推件力的计算

F推＝KP

式中F推——推件力（KN）；

K——推件力系数，由《冲压工艺与模具设计》成虹编表2.4.1得K取0.05；

P——落料力（KN）；

F卸＝0.05×541.33＝27.07KN

2.3.5总冲裁力的计算

F总＝F冲+F落+F卸+F推＝80.89+541.33+31.46+27.07＝680.75KN

2.4计算压力中心

图2-2压力中心分析图

因为该工件为轴对称零件，所以其重心在对称中心线上，计算压力中心时仅考虑如图2-2所示X方向的值。

∑lx＝l1×x1+l2×x2+l3×x3+l4×x4

＝133×47.02+42×108.89+14.14×123.74+14π×101.12

＝17024.48

∑l＝l1+l2+l3+l4=133+42+14.14+14π＝233.08

Yc＝∑lx/∑l

＝17024.48/233.08≈73.04mm

2.5选择冲压设备

依据电子手册查的开式双柱可倾压力机（部分）参数，初选压力机型号规格为J23-100。

它具有工作台三面敞开，操作方便，成本低廉的优点。

该压力机与模具设计的有关参数为：

公称压力：

1000KN

滑块行程：

140mm

最大闭合高度：

400mm

封闭高度调节量：

110mm

工作台尺寸：

900mm×600mm

工作台板厚度：

50mm

模柄孔尺寸：

φ60mm×75mm

第三章主要工作部分尺寸计算

根据《冲压工艺与模具设计》成虹编表2.2.3得，初始间隙值2Cmin=Zmin＝0.22mm，

2Cmax=Zmax＝0.26mm。

3.1落料模尺寸计算

由《冲压工艺与模具设计》成虹编，公式2.3.1和2.3.2和表2.2.1及《互换性与技术测量》第六版的表1-8可得到落料凸、凹模的基本尺寸计算公式、凸凹模尺寸系数（x）和标准公差数值（Δ），工件尺寸如图4-1所示。

因模具的制造精度应比工件高1-2级，所以设模具的制造精度为IT6级，则有：

工件尺寸

凸模尺寸

凹模尺寸

图4-1

校核：

δp＋δd≤Zmax－Zmin＝0.40－0.28＝0.12mm

经校核表中凸、凹模的尺寸偏差均符合要求，即所选的δp、δd合适。

3.2冲孔模尺寸计算

对于

孔冲裁凸模、凹模的制造公差可《互换性与技术测量》第六版的表1-8得δd＝0.011mm，δp＝0.011mm，则：

＝

＝

校核：

δp＋δd≤Zmax－Zmin＝0.40－0.28＝0.12mm

证明所选的δp、d凹合适

《冲压工艺与模具设计》成虹编公式2.3.3得，对于孔心距L＝140.1±0.06

Ld＝（140.1＋0.5×0.06）±0.06/8＝140.04±0.0075（mm）

图3-1工件尺寸图

第4章模具主要零件及结构设计

模具的零件及结构，主要由上模、下模座、落料凹模、落料凸模、冲孔凸模、卸料板、固定板和垫板等零件组成。

4.1落料凹模的结构设计

虽然工件形状较复杂，但为了方便设计，凹模采用整体式凹模，具体结构如凹模零件图所示，由电子手册可知落料凹模壁厚C为45-58mm，取C＝45mm；凹模的长度与宽度L×B＝315×250mm。

由的凹模经验公式得凹模最小厚度为：

H凹=

＝

＝37.23mm

取落料凹模的厚度为40mm

4.2冲孔凸模的结构设计及固定板、卸料板的选取

冲孔凸模的结构形式为直通式，具体结构如冲孔凸模的零件图所示，固定板与凸模的采用基轴制过盈配合（

），卸料板与凸模之间的单边间隙为0.4mm，凸模的长度计算公式为：

L=h1+h2+h3+h

式中L——凸模长度（mm）；

h1——固定板厚度，为0.7H凹＝28mm；

h2——卸料板厚度18mm；

h3——导料板厚度或料厚（mm）；

h——附加长度，一般取15-20mm，这里取20mm；

则L＝28﹢18﹢2﹢20＝68mm

4.3落料凸模与冲孔凹模的结构设计

落料凸模与冲孔凹模为一整体，具体结构如零件图所示。

图4-1凹凸模

图4-2落料凹模

4.4冲孔凸模

图4-3冲孔凸模

4.5模架的选择

凹模尺寸确定后可查电子选取滑动导向模架400mm×315GB/T2851-2008

上模座：

500×315×55材质为HT200

下模座：

500×315×55材质为HT200

导柱：

45X230材质为20钢

导套：

45X140X53材质为20钢

4.6模具的结构形式

复合模按照工作零件安装位置的不同，分为正装复合模和倒装复合模。

落料凹模装在下模上，称为正装复合模。

反之，则称为倒装复合模。

正装复合模主要优点是工作时顶件板、卸料版均是弹性的，板料是在压紧的状态下分离，冲出的冲件平直度较高，能达到平整要求。

但是冲孔废料落在下模工作面上，清除麻烦。

倒装复合模结构简单，而且可以利用压力机的打杆装置进行推件，废料能直接从压力机台面落下，操作方便，生产效率高，所以倒装复合模应用比较广泛。

该冲裁件有两个孔，且无较高的平直度要求，工件精度要求较低。

从操作方便、磨具制造简单等方面考虑，本设计采用倒装式复合模。

4.7推件装置的选择

由于刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故倒装复合模常用刚性推件装置，

装与上模部分。

由于该冲裁件模柄中心位置无冲孔凸模，所以刚性推件装置可以简单的由打杆和推件板组成。

推件力有压力机的横杆通过打杆传给推件板，将卡在凹模中的冲裁件推出。

4.8条料送进和定位方式的选择

条料在模具送料平面送进时，必须在两个方向上限位：

一是在于送料方向垂直的方向上限位，以保证条料沿正确的方向送进，为送进导向；另一个是送料方向上的限位，它控制条料一次送进的距离，成为送料步距。

采用导料销做横向定位，挡料销做纵向定位，这样结构简单，设计方便，而且对模具强度削弱小。

由于模具工作时，落料凹模向下运动，与板料接触前会碰到导料销，挡料销。

所以在设计时采用活动式挡料销，导料销。

即落料凹模与销接触时，位于销钉底部的弹簧压缩，销钉随凹模向下运动而压入孔内。

4.9卸料装置的选择

冲裁过程中，条料卡在凸凹模边缘，因此需要设置卸料装置。

倒装式复合模的卸料板安装在下模，并且通过安装在卸料板下面的卸料元件的做用进行卸料。

弹性元件分为弹簧和橡皮两种，由于橡胶允许承受的载荷较弹簧大，并且并且安装调整方便，在冲模中应用广泛。

所以在本方案设计中选择橡皮作为弹性元件。

4.10导向装置

滑动式导柱导套安装简单，操作方便，成本低。

考虑到该冲裁件无较高的精度要求，故本设计采用滑动式导柱导套

第五章绘制装配图及零件图

绘制装配图

凸凹模零件图

冲孔凸模

第六章校核压力机安装尺寸

由前文所知，所选的模座外形尺寸为500mm×315mm，闭合高度245mm-290mm，由所选的压力机工作台尺寸900mm×600mm，最大闭合高度400mm，封闭高度调节量为110mm，则符合安装要求，所选模柄孔尺寸与本副模具相符。

总结

通过这次课程设计，把先修课程（机械制图，机械制造，机械设计，冷冲压与塑料成型机械，模具工艺学，模具材料与热处理，冷冲压模具设计资料与指导，冷冲压工艺与模具设计）中所学到的理论知识在实际的设计工作中综合地加以运用。

使这些知识得到巩固发展，初步培养了我冷冲压模具设计的独立工作打下良好基础，树立正确的设计思路。

在这短短的十几天里，从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书。

学到很多原本学到的但不是很懂的知识，了解了一些设计的原理和过程。

例如，冲裁模具设计一般步骤：

（1）冲裁件工艺性分析；

（2）确定冲裁工艺方案；

（3）选择模具的结构形式；

（4）进行必要的工艺计算；

（5）选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸；

（6）选择压力机的型号或验算已选的压力机；

（7）绘制模具总装图及零件图；

还有更多的知识，在这里不做过多的叙述。

通过本次课程设计，我学会了综合运用冲压工艺理论知识，分析解决一般冲压过程实际问题的能力。

了解模具工作的过程和步骤，进一步熟悉了冲压模具的类型和结构。

培养了我今后从业的基本职业素养，如严谨的科学态度、质量意识和如期完成任务的时间观念。

在这一周里，我们通过课后翻阅资料来查找相关的内容，并且计算出配合的要求，然后查找一系列的尺寸公差，并在电脑上进行CAD制图。

总之，在这一周的时间里使我受益匪浅。

虽然在这次设计过程中遇到很多问题与麻烦，但通过辅导老师和同学的帮助，克服了这些困难。

在此，我向帮助过我的老师和同学说声：

谢谢！

在这次设计中，我总结了：

要学会亲自去尝试，不要害怕失败。

失败也是一份财富，经历也是一份拥有。

此外，这次设计过程中还有许多不如意和不完善的地方，通过这次的经历，希望以后会越做越好！

参考文献

[1]毛昕，黄英肖，平阳.画法几何及机械制图.北京：

高等教育出版社，2010.7

[2]成虹.冲压工艺与冲模设计。

北京：

机械工业出版社，2010.5

[3]李硕根，杨兴骏.互换性与技术测量.北京：

中国质检出版社，2012

[4]杨可桢，程光蕴.机械设计基础.北京：

高等教育出版设，2006.5

[5]CAD工程制图规则GB／T18229-2000电子版

[6]冲模国家标准电子版