盖冒垫片设计

盖冒垫片设计说明书
一、工件工艺性分析
如右图1所示：工件为有凸缘圆筒形零件，且在凸缘上均匀分布4个相同的孔。

故可得知此工件为：落料拉深冲孔所得，其加工工艺过程为：落料－拉深－冲孔,各尺寸关系如图1所示
一、拉深工艺及拉深模有设计
1、设计要点
设计确定拉深模结构时为充分保证制件的质量及尺寸的精度，应注意以下几点
1）拉深高度应计算准确，且在模具结构上要留有安全余量，以便工件稍高时仍能适应。

2）拉深凸模上必须设有出气孔，并注意出气孔不能被工件包住而失去作用。

3）有凸缘拉深件的高度取决胜于上模行程，模具中要设计有限程
器，以便于模具调整。

4）对称工件的模架要明显不对称，以防止上、下模位置装错，非旋转工件的凸、凹模装配位置必须准确可行，发防松动后发生旋转，偏移而影响工件质量，甚至损坏模具。

5）对于形状复杂，需经过多次拉深的零件，需先做拉深模，经试压确定合适的毛坯形状和尺寸后再做落料模，并在拉深模上按已定形的毛坯，设计安装定位装置。

6）弹性压料设备必须有限位器，防止压料力过大。

7）模具结构及材料要和制件批量相适应。

8）模架和模具零件，要尽是使用标准化。

9）放入和取出工件，必须方便安全。

2、有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算
有凸缘筒形件的拉深原理与一般圆筒形件是相同的，但由于带有凸缘，其拉深方法及计算方法与一般圆筒形件有一定差别。

1）在凸缘拉深件可以看成是一般圆筒形件在拉深未结束时的半成品，即只将毛坯外径拉深到等于法兰边（即凸缘）直径d f时的拉深过程就结束。

因此其变形区的压力状态和变形特点应与圆筒形件相同。

根据凸缘的相对直径d f /d 比值同有凸缘筒形件可分为：窄凸缘筒
形件（d f /d=1.1～1.4）和宽凸缘筒形件（d f /d>1.4）。

显然此工件
d f /d=50/21=2.38>1.4为宽凸缘筒形件。

下面着重对宽凸缘件的拉深
进行分析，主要介绍其与直壁筒形件的不同点。

当r p =r d =r 时（图2）,宽凸缘件毛坯直径的计算公式为：
r f d dh d 44.74D 2
-+= （1）
根据拉深系数的定义宽凸缘件总拉深系数仍可表示为：
d r
d h d d D d m f 44.3/4)/(12-+== （2）
3、 宽凸缘圆筒形件的工艺计算要点
1)毛坯尺寸的计算，毛坯尺寸的计算仍按等面积原理进行，参考无凸缘筒形件毛坯的计算方法计算，毛坯直径的计算公式见式（1），其中d f 要考虑修边余量δ，其值可从《冲压工艺与模具设计》表4.22中查得δ＝1.6mm 即d f =50+1.6=51.6mm
则D=5.3*21*44.77*21*46.512-+=54.75mm
根据拉深系数的定义，宽凸缘件总拉深系数仍可表示为：
M=38.0475
.521==D d 2)判断工件是否一次拉成，这只须比较工件实际所需的总拉深系数和h/d 与凸缘件第一次拉深系数和极限拉深系数的相对高度即可。

m 总＞m 1，当1，h/d ≤h 1/d 1时可以一次拉成，工序计算到此结束，否则应
进行多次拉深。

m 总=0.38 h/d=217
=0.33。

由《冲压工艺与模具设计》表4.2.6查得此凸缘件的第一次拉深系数m 1=0.37。

由表4.2.7查得
此凸缘件的第一次拉深最大相对高度h 1/d 1=0.28～0.35之间，可知m
总＞m 1，h/d ≤h 1/d 1可一次拉成。

4、拉深凸模和凹模的间隙
拉深模间隙是指单面间隙，间隙的大小对拉深力，拉深件的质量，拉深模的寿命都有影响，若c 值大小，凸缘区变厚的材料通过间隙时，校正和变形的阻力增加，与模具表面间的摩擦，磨损严重，使拉深力增加，需件变薄严重，甚至拉破，模具寿命降低。

间隙小时得到的零件侧壁平直而光滑，质量较好，精度较高。

间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作用减小，拉深力降低，模具的寿命提高，但零件的质量变差，冲出的零件侧壁不直。

因此拉深模的间隙值也应合适，确定c 时要考虑压边状况，拉深次数和工件精度高。

其原则是：即要考虑材料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。

不用压边圈时，考虑到起皱的可能性取间隙值为：
C=（1～1.1）tmax
有压边圈时，间隙数值也可按表 4.6.3取值（《冲压工艺与模具设计》），此工件的拉深间隙可取，
C=1.1t=1.1mm
4、拉深凸模，凹模的尺寸及公差
工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺寸及公差决定，因此除最后一道拉深模的尺寸公差需要考虑外，首次及中间各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差没有必要做严格限制。

这是模具的尺寸只取等于毛坯的过渡尺寸即可。

此工件内形尺寸公差有要求，故以凸模为基准，先定凸模尺寸考虑到凸模基本不磨损，（其尺寸关系如图3所示）以及工件的回弹情况，凸模开始尺寸不要取得过大。

其值为：
D p=（d+0.4Δ）-δp
凸模尺寸为：D d=（d+0.4Δ+2C）+ δd
凸、凹模的制造公差δp和δd可根据工件的公差来选定。

工件公差为TT13级以上时δp和δd可按TT6～8级取，工件公差在IT14级以下时，则δp和δd可按IT10级取：
D p=（20+0.4×0.2）0-0.021=20.080-0.021mm
D d=（d+0.4Δ+2c）0+δd
=（20+0.4×0.2+2×1.1）0+δd=22.280+0.021mm
5、凹模圆角半径rd
拉深时，材料在经过凹模圆角时不仅因为发生弯曲变形需要克服弯曲阻力，还要克服因相对流动引起的磨檫阻力，所以r d大小对拉伸工件的影响非常大。

主要有以下影响：
1）拉伸力的大小；2）拉伸件的质量；3）拉伸模的寿命。

r d小时材料对凹模的压力增加，磨檫力增大，磨损加剧，使磨具的寿命降低。

所以r d的值即不能太大，也不能太小。

在生产上一般应尽量避免采用过小圆角半径，在保证工件质量的前提下尽量取大值，以满足模具寿命要求。

通常可按经验公式计算：
r d=t
8.0
（-
D）
d
式中D为毛坯直径或上道工序拉深件直径；d为本道拉深后的直径r d 应大于或等于2t，若其值小于2t，一般很难拉出，只能靠拉深后整形得到所需零件，故可取r d=2.5mm
6、凸模圆角半径r p
凸模圆角半径对拉深工序的影响没有凹模圆角半径大，但其值也
必须合格，一般首次拉深时凸模圆角半径为r p=（0.7～1.0）r d
这里取r p =1.0r d=2.5mm
三、冲裁工艺及冲裁模具的设计
1、凸模与凹模刃口尺寸的计算
冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度。

模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸制造精度来保证。

正确确定模具刃口尺寸及其制造公差，是设计冲裁模的主要任务之一。

从生产实践可发现：由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或伸出的孔却带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸；在测量于使用中，落料件以大端尺寸为基准，冲孔件以小端尺寸为基准。

2、凸、凹模刃口尺寸的计算方法
由于加工模具的方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为以下两种情况：凹模与凸模分开加工，凸模和凹模配合加工，从此工件的结构上
分析，选择凸模与凹模分开加工的制造方法：采用这种方法，凸模和凹模分别按图纸加工至尺寸，要分别标注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差（凸模δp 、凹模δd ），适用于圆形或简单形状的制件。

为了保证初始间隙值小于最大合理间隙2Cmax ，必须满足下列条件：
min max 22C C d p -≤+δδ
或取： )22(4.0min max C C p -=δ
m in)2m ax 2(6.0c c d -=δ
也就是说，新制造模具应该是max 22C C mia d p ≤++δδ，否则制造的模具
部隙已超过允许变动范围2Cmin ～2Cmax,影响模具的使作寿命。

下面对落料和冲孔两咱情况分别进行讨论。

1） 落料
高工件的尺寸为D -0Δ，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。

首
先确定凹模尺寸，凹模的基本尺寸接近或等于制件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值2Cmin 。

名部分分配位置如图5（a ）所示。

其计算公式如下
d D D d δ+∆-=0max )( （3）
p C n D p
C D Dp d δδ0
min max 0
min )2()2(----=-= (4)
代入数据得 mm
mm
Dd 03
.0003.0096.54)46.075.046.075.54(++=⨯-+= mm dp C D Dp d 0019.00
min 76.541.086.54)2(--=-=-=
校核04.01.014.0049.0=->=+p d δδ；由此可知，只有缩小p δ、d δ，
提高制造精度，才保证间隙在合理范围内，此时可取
mm p 016.004.04.0=⨯=δ、mm d 024.004.06.0=⨯=δ，放得：mm D d 024.00
86.54+= mm D p 0
016.076.54-=
2）冲孔
设冲孔尺寸为∆+0d ，根居以上原则，冲孔时以凸模设计为基准，首
先确定凸模刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸，凸模制造偏差为负偏差，凹模取正偏差，名部分分配位置如图5.b 所示，其计算公式如下：
d
d p d p
c d c d d n d dp δδδ++-+∆+=+=∆+=0min min min 0
min )2()2()(
在同一工步制件上冲出两个以上孔时，凹模型孔中心距L d 按下式确
定：
p 125.0p)5.0(L L min d ±+=
代入数据mm 11.5)15.075.0(5dp 0009.00
009.0--=⨯+=
mm 21.51.011.5d 015.00d +=+=
校核满足间隙条件）(09.01.014.0024.0d p =-<=+δδ
孔距尺寸： )mm 0375.036(3
.05.015.036(125.0)5.0(L L min d ±=⨯+-=∆
±∆+=
3)凹模洞的类形
常用凹模洞口的类形如图6所示：
图 6
其中图a 、b 、c 为直筒式刃的凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变，广泛用于冲裁公差要求较小，形状复杂的精密制件。

但因废料（或制件的聚集而增大了推件力和凹模的胀裂力，给凸、凹模的强度都带来了不利的影响。

一般复合模上出件的冲裁模用图a 、c 型，下出件的冲裁模用图b 或图a 型，图d 、e 型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃
口径向尺寸略有增大（如α＝300时，刃磨0.1mm时，其尺寸增大0.0017mm
凹模锥角α，后角β和洞高度h，均随制件材料厚度增加而增大，一般取α＝15＇～30＇β＝20＇～30＇ h=4-10mm综上所述及其对工件孔分析，选择B型凹模洞口，取h=6mm β＝20＇4）凹模的外形尺寸
凹模的外形一般有矩形与圆形两种。

凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度，刚度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的如图7所示
凹模的厚度为:
1+ kb (≥15)
凹模壁厚度为c=(1.5～2)H (≥30～40mm)
式中b为冲裁件的最大外形尺寸；K为系数,是考虑板料厚度影响的系数可以《冲压工艺与模具设计》表2．8．2中查得代入数据可得冲
孔凹模
H=15mm c=30mm
落料凹模H=0.35×54.75=20mm c=40mm
四、模具的其它零件
1、模具除简单冲模外，一般冲模多利用模架的结构。

模架的和种类很多，要根据模具的精度要求，模具的类别，模具的大小选择合适的模架.
模架的选择可从《实用模具技术手册》P192页选择标准架。

根据查阅的内容及分析，此复合模可选用后侧导柱模架导、导柱安装在后侧，有偏心裁荷时容易歪斜，滑动不够平稳，可从左右前三个方向关料操作比较方便。

常用于一般要求的小型工件的冲裁和拉深模。

所选模架的结构及尺寸关系如图8所示：
L =250mm B=160mm 上模座：250×160×45 下模座250×160
×50
导柱，32×190 导套 32×105×43 Hmax=210 Hmin=170mm 其余尺寸见上下模座零件图，可以《冲压手册》冲压模具常用标准件
选择。

2．模柄
模柄有多种形式，要根据模具的结构特点，选用模柄的形式模柄
的直径根据所选压力机的模柄孔径确定，模柄可根据《实用模具技术
手册》P201页选择，经查阅各种
模柄的特点，选用压入式模柄，这种模柄应用比较广泛压入模柄的结
构和尺寸，可参表11-10制造，表中B型模柄中间有孔可按装打料杆，
用压力机的打料模杆进行打料，模柄的结构及尺寸关系如图9所示。

图 9
d=30mm 065
.01950.0--
D=32mm 025
.0009.0++
D 1=42mm
h=78mm
h 2=30mm
h 1=5mm
b=2mm
a=0.5mm
d1(H7)=6+0.0120
d2=11mm
3、卸料板
卸料板的主要作用是将冲压的料从凸模或凸、凹模上推下来，此外在进模比较复杂的模具中，卸料板还具有保护小凸模作用，常用的卸料板结构形式及适用范围见表11-24和第八章级进模表8-10《实用模具技术手册》卸料板的尺寸可根据《实用模具技术手册》表11-25查得，本模具选用弹压式卸料板。

卸料板的结构与尺寸关系如图10所示，
h o＇=16mm
B=150mm
C＇=(0.1～0.2)t=0.2mm)
4．弹顶和推出装置
弹顶装置由弹簧元件组成装于模具的下面通过顶杆起到推料的作
用，弹顶装置通常在压力机的工作台孔中，弹顶装置结构形式见表11-26《实用模具技术手册》，具体结构及尺寸见装配图及零件图所示，见图表（10）设计模具时选用标准的弹簧。

已知冲裁时卸料为 F Q =3.8 可选圆钢丝螺压缩弹簧，由表11-28查得d=8.0mm D 2=50mm F=1990N. Dmax=38mm
Dmin=62mm; 节距P=14.9mm
5、导向装置（导柱 导套）
导向装置指得是模架上的导柱、导套。

模具在开模，闭模过程中，导柱和导套起导向的作用，使得凸凹模正确的闭合，故此，导柱、导套需要有严格的配合精度及尺寸要求，导柱、导套的选择可以《冲压手册》中选取，（取H7/h6配合）
如图11 a 导柱的具体尺寸为：
d=32mm 0
016.0 L=190mm
导套的具体尺寸为(图11 .b)
图11
D=32025
.00+
D(r6)=45
0050
.0034.0++
L=105mm
h=43mm
L=25mm 油槽数为2
b=3；a=1
6、固定零件（固定板、垫板）
1）垫板的作用是承受凸模和凹模的压力，防止过大的冲压，在上下模座上压出凹坑，影响模具的正常工作，垫板厚度根据压力机的大小选择，一般取5-12mm ，外形与固定板相同，材料45钢，热处理后
硬度为45-48HRC，如图12a .b所示：
垫板在模具中的受力情况
2）固定板固定板的作用起固定凸、凹模，防止其在冲压过程中松动，造成模具的损坏，固定板的形状要根据凸、凹模而定，而外形尺寸与垫板相似。

固定板和具体形状尺寸见零件图所示。

7、连接零件
此类零件包括螺钉、销钉等，主要作用是联接其它零部伯，使之共同完成工件的制造，螺钉和销钉可由《冲压手册》第十章、第七、八章查选，形状及尺寸见七、八节图所示现选螺钉M12 圆柱销 d=8，则冲压模上有关螺钉孔的尺寸见表10-28《冲压手册》D=27 d=17.5 卸料螺钉选M16，具体尺寸见表10-29《冲压手册》
五、压力机的选择
压力机的选择要考虑，冲裁力、拉深力以及卸料力、推件力、顶件力，压力机的总吨位应大于等以上所有力之和1.3倍，普通刃冲裁模，其
冲裁力F P一般可按下式计算。

F P= K P tLτ
式中τ为材料的抗剪强度，L为冲裁周边总长（mm）,t为材料厚度，系数K P是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙的波动（数值的变化或分布不均匀）
润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3，当查不到强度τ时，可用强度，σb代替，而取K P=1的近似计算法计算，材料钢的强度可以《冲压工艺与模具设计》表
1.4.1查得τ=260MPa～360MPa。

现取τ=340MPa
F P1=1.3×1×3.14×54.75×340=76KN
F P2=1.3×1×3.14×5×340=7KN
影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确的计算出很困难，在实际生产采用经验公式计算：
卸料力：F Q=KFp
推料力：F Q1=nK1Fp
顶件力：F Q2=K2Fp
式中：
卸料力系数，其值为 0.02～0.06 （薄料取大值，厚料取小值）推件力系数，其值为0.03～0.07 （薄料取大值，厚料取小值）顶件力系数，其值为0.04～0.08 （薄料取大值，厚料取小值） n为梗塞在凹模内的制件或废料数量，n=h/t，h为直刃口部分的高，t为材料的厚度，h取4～10mm , 现取h=6mm
本模具中只有卸料力和推件力即可则：
F Q=0.05×76=3.8KN
F Q1=6/1×0.06×7=2.52KN
2）拉深力
理论计算拉深力可以推导，但它使用不便，生产中常利用经验公式计算拉深力，第次拉深（一次拉深成形时）
F1=πd1tσb k1
式中σb为材料的抗拉强度，K1为系数，查表4.5.4（《冲压工艺与模具设计》）代入数据可得F1=3.14×21×1×390×1=25.7KN
压边力: F Q=0.25×25.7=6.4KM
卸料力: F Q==KF=0.04×25.7=1.02KN
综上所述：F总=76+7+3.8+2.25+25.7+6.4+1.02=123KN
F压力=1.3 F总=1.3×123=160 KN
由《实用模具技术手册》P22页，应用压力机的选择查表2-3可选择J23—16型压力机，其参数可参考表2—3
六、主要组件的装配
1．模柄的装配，因为所示模具的模柄是从以上模座的下而向上压入的，所以在安装凸模固定板和垫板之前，应先把模柄装好。

模柄与上模座的配合要求是H7/m6.装配时，先在压力机上将模柄压入，再加工定俭销孔或螺纹孔。

然后把模柄端面突出部分锉平或磨平，安装好模柄后，用角尺检查模柄与上模座上平面的垂有度。

2、凸模和装配，凸模与固定板的配合要求为H7/m6.。

装配时，
先在压力机上将凸模固定板内，检查凸模的垂直度，然后将固定板的上平面与凸模尾部一起磨平，为了保持凸模刀口锋利还应将凸模的端面磨平。

3、弹压卸料板的装配，弹压卸料板起压料和卸料的作用。

装配的保证它与凸模之间具有适当的间隙，其装配方法是，将弹压卸料板装入固定板的凸模内，在固定板与卸料板之间垫上平行垫块，并用平等夹板将它们夹紧，然后按卸料板上的螺孔在固定板上抽窝，拆开后钻固定板上的螺钉穿过孔。

4、模架的技术要求及装配
组成模架的各零件均应符合相应的技术条件，其中特别重要的是每对导柱，导套的配合间隙应符合要求。

装配成套的模架，多项技术指标（上模座上平面对下模座下平面的平行度）导柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座下面垂直度）应符合相应精度等级要求。

装配后的模架，上模座沿导柱上、下移动平稳无阻滞现象，
压入上、下模座的导柱导柱离其它装表面应有1—2mm距离，压入后就牢固。

装配成套的模架，各零件的工作表不应有碰伤，裂以及其它机械损伤
模架的装配主要指导柱导套的装配，目前大多数导柱，导套与模座之间采用过盈配合，但也有少数采用粘工艺的，即将上下模座孔扩大，降低其加工要求，同时将导柱、导套之间冷入粘结剂，即可使用导柱，导套固定，滑动导向模架常用的装配工艺和检验方法有压入导
套、压入导套安、装导套。

七、模具的工作过程
本模具是一套倒装的落料拉深冲孔的复合模。

前后送料，挡料销19限位，导向销20导正。

上模下行凸凹模11与拉深凹模18接触进行拉深，工件成型后，上模上行，打杆1推动打板12把工件从凸凹模11中打出。

落料废料有弹簧8推动卸料板10推出。

八、参考文献
《冲压手册》，《实用模具技术手册》，《冲压工艺与模具设计》，公差配合与测量技术》，《模具制造技术》等。

附件图纸
盖帽垫片落料拉伸模主视图
23
盖帽垫片落料拉伸模俯视图
24
工件图
25
盖帽垫片冲孔模主视图
26
盖帽垫片冲孔模主视图
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29
30
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32
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垫板
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