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1、垫圈冲孔落料级进模设计 目 录1 冲压件的工艺分析51.1 零件工艺性分析51.2 冲裁工艺方案的确定61.3 零件工艺计算61.3.1 排样计算61.3.2 冲压力计算71.3.3 压力中心计算81.4 冲压设备的选用92 模具结构的设计102.1 模具零部件结构的设计102.1.1 标准模架的选用102.1.2 卸料装置的设计112.1.3 其他零部件结构的设计122.2 冲模刃口尺寸及公差的计算132.2.1 冲孔部分132.2.2 落料部分142.3 确定各主要零件结构设计及尺寸计算152.3.1 凹模结构的设计152.3.3 凸模的结构设计及尺寸计算162 冲压件的工艺分析2.1 零
2、件工艺性分析工件垫圈为图2-1所示的落料冲孔件，材料为Q235钢，材料厚度为2mm，生产批量为大批量。 图2-1 垫圈工件图工艺性分析内容如下：（1）材料分析对于冷冲压所用的材料，不仅要满足设计的技术要求标准，还应当满足冲压的工艺要求。主要应该具备一下几点：应当有良好的可塑性。应该具备抗压失稳起皱的能力。应该具备光洁、平整、无缺陷损伤的表面状态。材料的厚度公差和外形尺寸公差应该符合国家标准。Q235为普通碳素结构钢，抗剪强度为300Mpa，具有较好的冲裁成形性能。（2）结构分析零件形状简单、对称，由圆弧和直线组成，对冲裁加工较为有利。但孔边距较小，故不适合精度要求高的冲压工序。（3）精度分析一
3、般冲裁件内外所能达到的经济精度为IT14，该孔中心与边缘距离尺寸公差为0.2mm。将以上精度和零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。由以上分析可知，该零件可以用普通冲裁的加工方法制得。三个孔的中心在同一条直线上的位置精度满足形位公差要求。2.2 冲裁工艺方案的确定零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下：方案一：先落料，后冲孔，采用两套单工序模生产。方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二采用复合模加工
4、，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。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但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。 比较方案二与方案三，对于所给零件，由于两小孔比较接近轮廓边缘，复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，模具结构与强度方面相对较难实现和保证，所以根据零件性质故采用
5、级进模加工。2.3 零件工艺计算2.3.1 排样计算（1）排样方案的确定分析零件形状，零件是一个形似平行四边形的中心对称图形，故采用最节省材料的单排方案。（2）搭边值的确定由表确定搭边值，根据零件形状两式件间按矩形取搭边值b=2.0mm，侧边取搭边值a=2.2mm。则进距：h=22.65+225mm条料宽度： 式中：B条料的宽度，单位mmL冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，单位mma侧搭边值C导料板与最宽条料之间的间隙条料宽度的单向（负向）公差查表得：=0.7排样图如下：图2-2 工件排样图 （3）材料利用率由于工件图形特殊，计算较为复杂，且排样方案为单排方案，故只计算裁板率。查表可知，可利用1
6、0004000的板块冲裁制件。因为进距为25mm,条料宽带也为25mm，是板块长度与宽度的因数。故裁板率为100%。2.3.2 冲压力计算该模具采用钢性卸料和下出料方式。基本计算公式为： （2-1）式中：L冲裁周边长度，单位mmt材料厚度，单位mm材料抗剪强度，单位MpaK系数，一般取K=1.3零件的材料厚度2mm，Q235钢的抗剪强度取300Mpa。（1）落料力 引用基本公式(2-1)（2）冲孔力 引用基本公式(2-1)中心孔所需的冲孔力：两个小孔所需的冲孔力： 冲裁件的推件力，查表，根据凹模刃口形式，可知刃口高度h=4mm，则n=h/t=2个。故： 为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，且考
7、虑到凸模相距很近时，避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生倾斜或折断故把三个冲孔凸模设计成阶梯凸模形式。如图2-3。 图2-3 阶梯凸模草图则冲孔落料所需的最大冲压力为： 2.3.3 压力中心计算计算压力中心的目的有：（1）使冲裁压力中心与冲床滑块中心重合，避免产生偏弯矩，减少模具导向机构的不均匀磨损。（2）保持冲裁工作间隙的稳定性，防止刃口局部迅速变钝，提高冲裁件的质量和模具的使用寿命。（3）合理布置凹模型孔位置。根据图形分析，因为工件图形对称，故落料时的压力中心在上；冲孔时、的压力中心在上。如图2-4。图2-4 压力中心测定图设冲模压力中心离点的距离为x，根据力矩平衡原理得： 2.
8、4 冲压设备的选用选用冲压设备的公称压力应大于计算出的总压力；最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。根据冲压力的大小为的1.11.3倍，结合实际可选取开式双柱可倾压力机J2316。其主要技术参数如下：公称压力：160kN 滑块行程：70mm 最大闭合高度：220mm 连杆调节量：60mm 工作台尺寸（前后mm左右mm）：垫板尺寸（厚度mm孔径mm）：模柄尺寸（直径mm深度mm）：最大倾斜角度：3 模具结构的设计3.1 模具零部件结构的设计3.1.1 标准模架的选用标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。凹模厚度的确定：式中：取总
9、压力则系数： 凹模长度： 工件长度为： 凹模宽度的确定： 取步距为25mm，工件宽为19.8mm。 则系数为：凹模宽度为： 所以，凹模的厚度为H=21mm（取25mm），凹模的总长为L=82mm（取100mm），凹模的宽度为 B=109mm,（取120mm）。通过按标准合适的调整得到凹模外形尺寸为：。 模具采用对角导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为：上模座下模座导柱 左 右 导套 左 右 选择对角模架是由排样的形式和凸凹模的安装位置来确定的，可以便于纵向或横向送料，冲压时可以防止由于偏心力矩而引起的模具倾斜。上、下模座材料选用HT250钢，为矩形模座，满足外形尺寸应比凹模相应尺寸大4
10、070mm，厚度为凹模厚度的11.5倍等要求，以匹配模具。采用滑动导柱，导套来保证上、下模的精确导向，加工方便，容易装配。材料采用20钢，为了增加表面硬度和耐磨性,应进行表面渗碳处理,渗碳后的淬火硬度为HRC5862。导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合。导柱和导套的配合可根据凸、凹模间隙选择，间隙小于0.3mm时，采用H6/h5配合；间隙大于0.3mm时，采用H7/h6配合。3.1.2 卸料装置的设计（1）卸料板的确定刚性卸料装置适用于0.5mm以上条料，而弹性卸料装置出于卸料力的考虑只适用1.5mm以下，固选择刚性卸料装置。用螺钉和销钉固定在下模上，能
11、承受较大的卸料力，卸料安全，可靠。材料选用Q235钢，长和宽尺寸取与凸模固定板相同的尺寸，卸料板的厚度取决于卸料力的大小及卸料尺寸，一般取512mm，这里确定卸料板外形尺寸为，如图3-1。图3-1 卸料板零件简图（2）导料板的确定选用材料选用T8钢，长和宽尺寸选用典型模架组合尺寸，查冷冲模设计表，厚度H=6mm，导料板的外形尺寸为：，由此表还可知挡料销高度h=3mm。这里把导料板和卸料板设计为一体，内表面粗糙度为Ra0.8，外表面粗糙度为Ra1.6。如图3-1导料板和卸料板共同组成了卸料装置，同时也起导料作用。 3.1.3 其他零部件结构的设计（1）凸模固定板的设计材料选用Q235钢，凸模固定
12、板的外形尺寸取和凹模外形一样的尺寸，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置，其厚度取凹模厚度的0.60.8，取0.8。落料、冲孔凸模固定板的外形尺寸为：，固定板上的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6。内表面粗糙度取Ra0.8，外表面取Ra1.6。如图3-2。图3-2 凸模固定板零件简图（2）垫板的确定材料45，长和宽的尺寸选用典型模架组合尺寸，垫板的外形尺寸为：。（3）模柄的选择模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。在设计模柄时，模柄的长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与压力机滑块上的模柄孔径一致。选用带螺纹的旋入式模柄，材料Q235，这种模柄可较好地保证模柄轴线与上模座的垂直
13、度。它与上模座孔采用H7/m6，属于过渡配合。根据压力机J23-16的相关参考可知，模柄的外形尺寸为：，用于小型模具。（4）导正销与挡料销的设计为了保证级进模冲裁件各部分的相对位置精度，在级进模中可采用导正销与挡料销的配合使用。工作时，始用挡料销限定条料的初始位置，进行冲孔。始用挡料销在弹簧作用下复位后，条料再送进一个部距，以固定挡料销定位，落料时以装在落料凸模端面上的导正销进行精定位，保证零件上的孔与外圆的相对位置精度。设计有导正销的级进模，挡料销的位置应保证导正销在导正条料过程中条料活动的可能。固定挡料销的位置可由式计算: （3-1）式中：c条料进距（mm）； D落料凸模直径（mm）； d
14、挡料销的头部直径（mm）；0.1导正销往前推的活动余量（mm）。由（3-1）式可解得：e=16.76mm。 固定挡料销与销孔采用H7/r6配合，导正销与落料凸模采用H7/r6配合。（5）螺钉、销钉选择螺钉的选择上模座固定螺钉选用4M12下模座固定螺钉选用4M12卸料螺钉选用4M10销钉的选择下模座连接销钉选用23.2 冲模刃口尺寸及公差的计算3.2.1 冲孔部分对冲孔和孔用凸、凹模分开的加工方法。 表3-1 冲裁间隙分类及双面间隙值Z （t%mm） 制件 分类IIIIII低碳钢08F，10F，Q235，10，2061414202025中碳钢45，1Cr18Ni9Ti,4Cr13,可伐合金716
15、16222230高碳钢T8A,T10A，65Mn钢162424303036由表3-1查得：，式中：凸凹模最大初始双向间隙（mm） 凸凹模最小初始双向间隙（mm）对冲孔时：，对冲孔时：，式中：凸模下偏差，按IT6IT7选取 凹模上偏差，按IT6IT7选取由此可知，满足公差间隙校核条件：查表得，则：冲孔部分：冲孔部分：该尺寸极限偏差转化为。式中：冲孔凸模基本尺寸（mm） 冲孔凹模基本尺寸（mm） 制件公差 磨损系数，其值与冲裁件的制造精度有关。当冲裁件精度在IT14时，。3.2.2 落料部分对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合加工方法。落料以凹模为基准，为使模具具有一定的使用寿命，应考虑加、
16、减备磨量。非圆形与圆形凹模刃口尺寸计算不同之处是凹模各组成尺寸磨损后的变化情况不同，计算时要分析凹模各尺寸磨损的变化情况。磨损后增大的尺寸应减去一个备模量；磨损后减小的尺寸应加上一个备磨量；磨损后既不增大也不减小的尺寸可不考虑备模量。当以凹模为基准件时，凹模磨损后刃口部分尺寸都增大，因此均属于A类尺寸。零件图中末注公差的尺寸由表查出其极限偏差： ，尺寸极限偏差需转化为，。查表得，则落料凹模刃口尺寸为：该零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值满足：。3.3 确定各主要零件结构设计及尺寸计算3.3.1 凹模结构的设计在3.1章节里已经确定了凹模的外形尺寸，这里主要对凹模
17、外形进行选型。常用的凹模洞口形式有三种，分别是：（1）圆柱形孔口这种结构工作刃口的强度较高，刃磨后工作部分的尺寸不变。主要用于冲制料较厚、形状较复杂的制件。（2）锥形孔口这种结构工作刃口刃磨后，工作部分的尺寸会变大。主要用于冲制精度较低、形状较简单的制件。（3）具有过渡圆柱形孔口具有圆柱形孔口的特点，并且制造方便，是生活中常用的一种结构。综合考虑，选用第3种具有过渡圆柱形孔口的形式。凹模孔的内表面粗糙度为Ra0.8，外表面为Ra1.6。冷冲模凸模、凹模或凸凹模是完成条料冲压成形的最主要的工作零件。凹模工作部分的硬度要求通常为6064HRC。本次设计模具的凹模边缘倒圆角，硬度要求为6063HRC
18、，材料为T10A，如图3-3。图3-3 凹模零件简图3.3.3 凸模的结构设计及尺寸计算（1）凸模结构常见的凸模形式有：台肩式凸模这种凸模结构主要用于横断面简单（如圆形、方形等），装配修模方便，具有较好的固定性和工作稳定性的情况。故在模具中经常采用，这里用于冲孔凸模的结构形式。直通式凸模即凸模沿轴线方向横断面尺寸相同。这种凸模结构对于冲制非圆形制件非常实用。这里作为落料凸模的结构形式。（2）凸模的固定方式主要有台肩式和铆接式固定两打类。这里落料凸模采用铆接式固定，冲孔凸模采用台肩固定式。（3）凸模基本结构参数的确定台肩固定式凸模的台肩尺寸一般大于凸模刃口尺寸35mm。凸模长度计算为： 其中初定
19、：导料板厚 卸料板厚 凸模固定板厚 料厚t=2mm式中：h增加长度，它包括凸模的修磨量10mm，凸模进入凹模的深度2mm，凸模固定板与卸料板之间的安全距离2mm等，一般取1020mm，这里取h=14mm。修磨之后的实际长度为：冲孔凸模为台肩形式，台肩厚度取6mm，冲大孔凸模长度为38mm。由于是阶梯形式，大孔凸模长度要比小孔凸模大一个料厚，所以冲小孔凸模长度为36mm。刃口部分表面粗糙度Ra0.4，模壁表面粗糙度为Ra0.8。落料凸模为直通式凸模，长度为44mm，螺钉吊装，铆接深度为2mm。刃口部分表面粗糙度Ra0.8。如图（3-3）和图（3-4），分别为冲孔凸模和落料凸模零件图。图3-3 冲孔凸模零件简图冲孔凸模的刃口部分淬火硬度为6063HRC，刃口部分热处理长度为1012mm。冲孔凸模与凸模固定板采用H7/m6配合。冲模一般需要进行预备热处理和最终热处理。冲模的工作零件的预备热处理是毛坯常采用退火、正火工艺，其主要目的是消除内应力，降低硬度以改善切削加工性能，为最终热处理做准备。冲模工作零件的最终热处理是在精加工前进行淬火、低温回火处理，以提高其硬度和耐磨性。 图3-4 落料凸模零件简图落料凸模的刃口部分淬火硬度为6063HRC，刃口部分热处理长度为1012mm。铆式凸模多用高碳钢制造。这里两种凸模都才用T10A材料。落料凸模与凸模固定板采用N7/h6配合。
