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1、摘 要 本设计为支撑圈的冲压件模具设计，经过对零件工艺性分析选用的材料是08F，零件的精度为IT12级，其形状为圆柱体且为大批量生产。采用的模具结构为多工位级进模，且采用弹性卸料装置卸料。通过对零件的工艺性分析和必要尺寸的校核可知该模具满足其工艺性要求、精度要求和安装要求等。关键字：支撑圈；弹性卸料；多工位；级进模CAD图纸，联系 153893706AbstractThe design for stamping die design of the supporting ring, after parts of process analysis and selection of material
2、s is 08F, part of precision IT12 grade, its shape is a cylinder and is mass production. Die structure for multi-station progressive die of, and in the elastic stripper device discharge. Through the analysis of parts of the process and need to check the size of the mold meet their technology requirem
3、ents, requirements, and installation requirements.Keywords: support rings, elastic unloading; multi-station; progressive die目 录一、引言 1二、工艺分析 3三、冲裁工艺方案的确定 5四、模具结构形式的确定 6五、必要的尺寸计算 7六、有关模具零件的选用 14七、设备的选择及校核 15八、模具闭合高度计算及其校核 16九、模具零件的加工 17十、模具的装配 19十一、冲孔模的工艺分析 20十二、结束语 21参考文献 22 设计项目 设计计算及过程计算结果一、引言二、工艺分
4、析三、冲裁工艺方案的确定四、模具结构形式的确定五、必要的尺寸计算六、有关模具零件的选用七、设备的选择及校核八、模具的闭合高度的计算及校核九、模具零件的加工十、模具的装配十一、冲孔模的工艺分析十二、结束语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,使用上安全可靠的原则,使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。设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图入手
5、，分析零件图包括技术和经济两个方面：（1）冲压加工方法的经济性分析 冲压加工方法是一种先进的工工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用，由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用。批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作 该零件可能会更有效果。（2）冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度，在技术方面，主要分析该零件的形状特点，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求，良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，而且寿命长产品质量稳定，操作简单
6、，方便等。不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何，其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序加工出图纸所要求的零件。对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削焊接或铆接等加工才能完成。本设计是一个内缘翻边件，它是由落料、拉深、冲底孔、内缘翻边、切边工序制成的工件。材料为08钢，厚度为1.5mm，根据提供的零件图，其数据如下： 这是一个不带底面的内缘翻边件，零件是形状对称，无凹陷或其他形状突变，属于典型的板料冲压件。零件外形上只有底面外径有公差要求，。该零件形状比较简单，尺寸小。初步确定其生产工序为：落料冲孔翻边切边的方案加工。但能否一次翻边成型达到零
7、件所要求的高度，仍需进一步校核计算。2.1、翻边工序计算:（1）判断一次翻边能否达到所要求的高度。查相关表初取极限翻边系数 而零件的总高度: h =21.5mm =7.06mm 由此可知一次翻边不能达到零件高度要求，需要采用先拉深， 然后冲底孔并翻边的工艺。计算翻边高度：取极限翻边系数 =0.68由相关公式得翻边所能达到的最大高度：计算翻边预冲底孔的直径：按公式可计算实际采用于是，由以上分析可计算翻边前需要拉深的高度为 根据上述分析计算可画出翻边前拉深后的半成品图，如图所示，取修边余量为。 2.2、拉深工序计算：拉深后半成品的大经为：则毛坯的直径为:计算相对厚度：确定拉深次数：根据 拉伸系数:
8、查拉深系数相关表可知拉深次数为1，故可一次拉深成形。根据零件的结构，在冲裁部分工艺方案可以有以下几种：方案一：采用落料、拉深、冲孔、翻边、修边的单工序模来进行生产。其特点是：模具结构简单，制造方便，但是要用到五道工序，需要五副模具，在成本上是比较高的，而且生产率比较低，在生产中难以保证零件的尺寸精度，一般只适用于生产小批量和精度要求的零件。因而单工序难以满足该零件生产要求。方案二：采用落料、拉深、冲孔、翻边的复合模。复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但是复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。方案三：采
9、用级进模加工。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂后孔边距较小的冲压件，用简单模后复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但是级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。综合以上的三个方案，根据零件的结构以及该零件是大批量生产的，因此选用方案三的级进模为佳。但考虑到经济性以及我们的设计要求和目的，可以采用单工序简单模。4.1 选择级进模加工该零件 由冲压工艺分析和设计目的、要求以及从经济方面考虑，本套模具选用多工序级进模。级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现
10、生产自动化。对于特别复杂后孔边距较小的冲压件，用简单模后复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但是级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。根据零件的结构以及该零件是大批量生产的，因此选用级进模结构。4.2 初步确定模具定位形式因为该模具所加工的坯料是板状条料，控制坯料的位置方向采用挡料销和定位销。模具送料由固定挡料销进行粗定位，由导正销进行精定位。为保证首件的正确定距，在带导正销的级进模中，采用始用挡料装置进行定距。4.3 初步确定模具卸料装置卸料结构是用于将条料（废料）以凸模上卸下的装置分为刚性卸料装置和弹性卸料装置。固定卸料板固定在凹模上面，卸料力大，但
11、无压料力作用，多用于原料冲裁模。根据模具冲裁的运动特点以及推件力的大小,该模具采用弹性卸料方式比较方便，限制卸料板的运动行程，同时还起到卸料的作用。因为工件料厚为1mm。利用模具的弹簧通过卸料板把夹在凸模上的工件推出即安全又可靠。故最后落料后采用刚性装置取出工件。故该模具的卸料装置应用弹性卸料装置，应使卸料板超出凸模1mm，有误差时通过螺钉与卸料板之间安装的垫片来调节，选择橡胶块。4.4 初步确定模具导向装置为了保证条料的正确送进和毛坯在模具中的正确位置，冲裁出外形完整的合格零件，模具设计时，必须考虑条料或毛坯的定位。正确的定位是依靠定位零件来保证的。由于毛坯形式和模具结构的不同，所以定位零件
12、的总数很多。设计时应根据毛坯形式，模具结构，零件公差大小，生产效率等进行选择。定位包括控制送料步距的档料装置和垂直方向的导料等。本模具依靠导料板来保证条料的正确送进。为了提高模具的寿命和工件质量，方便安装、调整、维修模具，该简单模采用后侧导柱模架。1、计算毛坯尺寸 2、排样设计与计算 排样方法的确定: 根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法是不可能做到的，但能采用有废料和少废料的排样方法。应为是有规则的圆形件，所以采用单排方案。如图13所示，由冲压工艺与模具设计表213确定搭边值，根据零件形状，两工件间按圆件取搭边值,侧边取搭边值。 图 13查冲压工艺与模具设计表214和215可取条料宽度公
13、差。条料与导板之间的间隙。则板料的宽度为：进距： 因此，一个进距内的材料利用率为：3、计算冲压力:该模具采用弹性卸料和下出料方式。（1）落料力查冲压工艺与模具设计附表12得08刚的 (2)冲孔力（3）拉伸力根据相对厚度，查冲压工艺与模具设计可知不需要使用压边圈，按线性关系取修正系数K=1.2。按照公式计算需要拉深力为： （4） 计算推件力:查冲压工艺与模具设计表215得K卸=0.05， K推=0.065，夹在凹模刃口的冲孔废料块数n=1。（5） 计算压边力凹模圆角半径，查冲压工艺与模具设计表43，取材料的单位压边力。压边力为:（6） 计算翻边力:采用圆柱形平底凸模时，圆孔翻边力可用下式计算，查
14、冲压工艺手册得，则翻边力: 4 冲模刃口尺寸及公差的计算4.1 加工方法的确定模具制造有凸模和凹模分开加工和凸模和凹模配合加工两种方法，凸模和凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸，此种方法适用于圆形和简单的工件；凸模和凹模配合加工可使凸模和凹模具有互换性，便于模具成批制造，但需要较高的公差等级才能保证合理间隙，模具制造困难，加工成本高。所以此方法是与加工形状复杂或薄板制件的模具。结合模具制造及工件的形状特点，选用凸模和凹模分开加工的方法。4.2 落料部分 由冲压工艺与模具设计表210查得凸、凹模的制造公差,查冲压工艺与模具设计姜奎华主编，表211得x=0.5，查冲压工艺与模具设计表2
15、5，取，则可计算刃口尺寸，如图所示： 图3-2 落料凸模图3-3 落料凹模保证双面间隙值=0.10.14mm。4.3 拉深部分该工件要求外形尺寸，因此拉深时以凹模为基准，间隙取在凸模上。单边间隙， 圆角处的尺寸经分析，其以凸模成形，则以凸模为基准，间隙取在凹模上。图3-4 拉深凸模图3-5 拉深凹模4.4 冲孔部分查冲压工艺与模具设计表210，取，查冲压工艺与模具设计表211，计算结果如图所示： 图3-6冲孔凹模图3-7冲孔凸模5 有关模具的设计计算5.1确定冲孔凸模的允许最大自由长度：冲孔时的冲压力 取49602N圆形凸模的最大自由长度根据GB2863.281的标准L的系列，选择L=45mm
16、.冲孔凸凹模采用T10A钢制造，查冲压工艺与模具设计实用技术附表12，取，许用应力。对圆形凸模承压能力进行校核 而d=16mm ,则承压能力足够，因此符合使用要求。5.2 确定冲孔凹模的高度和壁厚查冲压工艺与模具设计表81，取系数K=0.35，则冲孔凹模的高度为： 由于要求，因此凹模高度至少取15mm，才能满足强度要求，根据实际可加大凹模的高度，可取。凹模壁厚： 取20mm所以冲孔部分凹模外径：，为了与模架标准相配合，可适当加大壁厚，使60mm6.1 模架的选择6.1.1上、下模板的选择根据选用的压力，采用GB2851.681的后侧带导柱形式的模架。根据规格标准GB2855.1181确定上模座
17、厚度为50mm，根据GB2855.1281确定下模座厚度为60mm，按其标准选择具体结构尺寸如下：上模板 50025050 HT210下模板 60025060 HT2106.1.2凸模固定板及垫板的选择由于冲孔后采用自然落料装置，而且为了对凸模的固定，所以垫板厚度取10mm，凸模固定板根据凸模的径向尺寸可取28mm。凸模固定板对凸模起着固定和加大凸模在冲压时的强度，对凸模有着定位的作用，即其结构尺寸如下：凸模固定板 50026825 45钢垫板 50028615 45钢6.1.3导柱、导套的选择按GB2861.281选d=32mm,其中导柱长度有150210mm，模具闭合高度230mm，选导柱
18、长度。 按GB2861.681选d=32mm的导套，考虑模具的闭合高度，在此选L=100mm。 导柱 30200 20导套 30100 206.2卸料装置的选择弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂，要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料装置卸料。7.1 压力机参数的确定本工件在冲裁工序总的冲裁力为：但要求压力机的行程应满足：所以，查模具设计与制造简明手册表1-68得，选用 J23-16开式双柱可倾压力机。其主要规格为： 标称压力：160K
19、N 滑块行程：55mm 最大封闭高度：230mm工作台尺寸：500300mm工作台孔尺寸：170200mm封闭高度调节量：45mm滑块中心线至床身距离：160mm 立柱间距离：220mm垫板厚度：40mm模柄孔尺寸：4060mm7.2 确定模具的压力中心模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。为保证冲模正确和平稳地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而和压力
20、机滑块的中心线重合，以免滑块受偏心载荷，从而减少冲模和压力机导轨的不正常磨损，提高模具寿命，避免冲压事故。冲模压力中心的确定原则：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用可用解析计算法求出。 因为该工件形状规则对称，取工件几何中心为冲模压力中心。模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力机的装模高度相适应。压力机的闭合高度h是指滑块在下死点时，工作台面至滑块的距离。大多数压力机，其连杆长度可以调节，即压力机的闭合高度可以调整。当
21、连杆调至最短时，压力机闭合高度最大，称为最大闭合高度 ，连杆调至最长时，压力机闭合高度最小，称为最小的闭合高度（ - =M其中M为连杆的调节量）冲模闭合高度H，一般应满足如下关系：+10mm-5mm。无特殊情况，H应取上限值，最好取在H ，这是为了避免连杆调节过长，螺纹接触面过小容易被压坏。如果冲模闭合高度小于压力机的最小闭合高度，则可以在压力机工作台面上加垫板，即模具的闭合高度应为上模座、下模座、凸模、凹模、垫板和固定板等的厚度总和，故 H=50+60+28+28+10+10+9+25-5=256mm所选压力机最大闭合高度 =280mm,最小闭合高度 =215mm,计算模具的闭合高度为H=2
22、56mm，满足要求九、模具零件的加工普通零件的加工是按产品零件图要求全部加工完毕，再进行总装。而模具零件的加工有些是不能按模具零件图全部加工完毕的，要待部件组装或整模组装时修配或配钻，所以模具零件图上的形状和尺寸是否全部加工出来，还要根据模具加工的装配方法而定。若以凸模凹模为基准装配时，零件图上的导柱孔在零件加工时就不加工，若以四导柱导套作型腔，凸模相对位置控制基准时，则凹模及凸模固定板的导柱孔应与凹模或凸模固定板的型孔在各板之上同时加工出来。使用铣床加工一个零件时，必须先把零件的相关尺寸、材料、使用刀具、加工参数确定下来，保证加工能顺利完成，同时，设计方面也要考虑到加工的难易程度，以减少加工
23、的困难，在加工模具零件之前要慎重考虑各种细节。在买回来的模板里，要确定模板的加工基准，哪些面是基准面，这一般在订购模板时会标明哪几个面是经过打磨，之后就是把加工基准定下来，当然事前必须准备好零件图，根据零件图来定位加工方案，如果要用到数控编程，就必须把加工原点定出来。定好加工方案后，就可以开始加工，先把工件装夹到虎口钳上，使用铜锤敲击以使工件被夹紧，然后打表，在打表时要非常小心，当表很靠近工件时，不能使用加速进给，否则很容易碰坏仪器，在校平行度时，最好先来回走几遍，观察大概偏向，然后要小心敲击工件，使其保持在很小的偏差范围就行了，把两个基准方向的平行度定好后，就要用分中器确定原点坐标，在设置坐
24、标时要将分中器的半径算进去，这样才能使主轴对应工件原点，x-y平面的坐标定下来后，就要把刀具装到铣床上，使用半径范围内的夹具把刀具夹紧，装上道具后就是确定z方向上的原点，一般选择工件表面为0以方便编程。之后就是加工，如果是选用数控加工，必须使程序和当前铣床的刀具起点相一致，否则加工位置就会错误，同时还要察看刀具路线是否会超出铣床的工作行程，防止出事故。如果程序没错，就可以传到数控铣床运行。不同刀具要使用不同转速，钻孔要比铣槽的转速慢，进给速度要根据观察来手动调试，加工时要时刻观察走刀情况，同时适当加冷却液及扫除铁屑，若发生事故，必须马上停止。当程序完成后，刀具就会回原点，继续做下一工序。根据简
25、单模的工作特点,先装上模,再装下模较为合理,并调整间隙,试冲,返修.具体过程如下:1、 上模装配仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作.先将凸模与凸模固定板装配,再与凹模板装配,并调整间隙.把已装配好的凸模及凹模与上模座,并在次检查间隙是否合理后,打入销钉及拧入螺丝.2、下模装配仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作.先将凸凹模放在下模座上,再装入凸凹模固定板并调整间隙,以免发生干涉及工件损坏.接着依次按顺序装入销钉,活动挡料销,弹顶橡胶块及卸料板,检查间隙等合理后拧入卸料螺钉,再拧入紧固螺钉,并再次检查调整.将经调整后的上下模按
26、导柱,导套配合进行组装,检查间隙及其它装配合理后装机进行试冲并根据试冲结果作出相应调整,直到生产出合格制件.该零件外形对称，壁部圆角半径为3mm，相对圆角半径r/t为2所需要冲裁的底孔直径为20mm，因为采用的是简单模加工成形，所以可以直接进行冲孔。学校为了培养大批具有必备的理论知识和较强的实践能力,适应生产、建设、管理、服务第一线急需的高等技术应用性专门人才。试图通过冲裁模课程设计让学生初步掌握模具工艺设计和模具结构设计的方法和步骤。把已学的各门专业课程基础理论综合的应用在模具的计算过程中去。培养学生分析问题、解决问题的能力、实践动手能力。本人通过对本套拉深件的冲孔简单模的设计、计算，使我对
27、冲裁模的设计流程有了更深一层的了解，包括冲裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总装图及零件图的绘制。在设计过程中，有些数据、尺寸是一点也马虎不得，只要一个数据有误，就得全部改动，使设计难度大大的增加。在这次设计中，我感觉要完成这次设计不仅要有扎实的专业知识，还要有过硬的计算机基础作保障，方能很好的完成这次设计。所以说我们今后的学习中不仅要学好应该所学的，还要尽可能多的去拓展我们在其它方面的领域，只有这们我们才能立于不败之地。K=0.68=7.07mm3mm18mm70.04%161325N46575N85203.98066.3N3027.4N219KN1860.5N 87064.4N11916.3N.参考文献1 夏巨谌、李志刚主编. 中国模具设计大典.南昌：江西科学技术出版社 , 2003 2 郑家贤主编. 冲压工艺与模具设计实用技术.北京：机械工业出版社 ,2005 3 姜奎华主编. 冲压工艺与模具设计M. 北京: 机械工业出版社, 2006.4 罗益旋主编. 最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册M. 长春: 吉林出版发行集团, 2004年.5 钟玉斌主编. 冲压工艺与模具设计第二版.机械工业出版社20096 彭建声编著.冷冲压技术问答 M. 北京: 机械工业出版社, 2006.7
