垫圈冲压模具设计毕业设计

垫圈冲压模具设计
摘要
本文首先介绍了冲压成形与模具技术概况,包括冲压成形与模具技术的概念、冲压设备的选用、冲压工序的分类，冲模的分类，冲模设计与制造的要求，常见冲压设备种类，设备选用和模具安装等。

然后针对圆形垫片，分析了冲压工艺方案，确定了排样方式及设计方法等；在模具结构设计中，主要介绍了冲压力与压力中心的计算，工作零件刃口尺寸计算，工作零件设计及其他模具结构零件设计等。

最后选择了模架，绘制了总装图和零件图。

所设计的垫片冲压模具结构基本合理，基本符合生产要求。

关键词冲压设备；压力中心；刃口尺寸
目录
摘要...... . (I)
第1章绪论 (4)
1.1 冲压成形与模具技术概述 (4)
1.1.1 冲压与冲模概念 (4)
1.1.2 冲压工序的分类 (4)
1.1.3 冲模的分类 (4)
1.1.4 冲模设计与制造的要求 (4)
1.2 冲压设备及选用 (5)
1.2.1 常见冲压设备 (5)
1.2.2 冲压设备的选用 (5)
1.2.3 模具的次序 (6)
第2章工艺方案的分析及确定 (7)
2.1 零件图 (7)
2.2 零件的工艺分析 (7)
2.3 工艺方案的确定 (8)
2.4 排样的确定 (8)
第3章模具结构设计 (9)
3.1 冲压力与压力中心的计算 (9)
3.1.1 冲裁方式与冲压力的计算 (9)
3.1.2 冲裁力的计算 (9)
3.1.3 卸料力、推件力的计算 (9)
3.1.4 总冲裁力的计算 (10)
3.1.5 压力中心的计算 (10)
3.1.6 冲模刃口尺寸的计算 (10)
3.2 工作零件刃口尺寸计算 (11)
3.3 工作零件结构设计与其他模具结构零件 (12)
3.3.1 凹模尺寸 (12)
3.3.2 凸凹模尺寸 (12)
3.3.3 冲孔凸模尺寸 (12)
3.3.4 其他模具结构零件 (12)
3.3.5 典型零件加工工艺方案如下 (12)
3.4 模架选择 (13)
第4章总装图 (14)
结论 (15)
参考文献 (16)
致谢 (17)
附录 (18)
第1章绪论
1.1冲压成形与模具技术概述
1.1.1冲压与冲模概念
冲压：在温室下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

冲模：在冲压加工中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装备，称为冲压模具。

在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素[1]。

1.1.2冲压工序的分类
冲压加工因制件的形状、尺寸和精度的不同，所采用的工序也不同。

根据材料的变形特点可将冲压工序分为分离工序和成形工序两类。

分离工序是指坯料在冲压力的作用下，变形部分的应力达到强度极限以后，是坯料发生断裂而产生分离。

分离工序主要有剪裁和冲裁等。

成形工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限，但未达到强度极限，是坯料产生索性变形，称为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序。

成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等[2]。

1.1.3冲模的分类
1根据工艺性质分类：冲裁模、弯曲模、拉伸模、成形模。

2根据工序组合程度分类：单工序模、复合模、级进模。

1.1.4冲模设计与制造的要求
1.1.4.1冲压成形工艺设计
(1)冲压原材料利用率高，即材料消耗应尽可能少。

(2)根据工厂的具体生产条件，制定工艺方案应技术上先进可行，经济上合理。

(3)工序组合方式和工序排列顺序应符合冲压变形规律，能确保冲压合格的工件。

(4)工序数量应尽可能少，生产效率尽可能高。

(5)制定的工艺规程，应方便工厂的生产组织与管理[3]。

1.2冲压设备及选用
1.2.1常见冲压设备
冲压设备属锻压机械。

常见冲压设备有机械压力机和液压机。

机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式，按滑块个数可分为单动和双动，按床身结构形式可分为开式和闭式，按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。

而液压机按工作介质可分为油压机和水压机[4]。

1.2.2冲压设备的选用
压力机应根据冲压工序的性质、生产批量的大小、模具的外形尺寸以及现有设备等情况进行选择。

压力机的选用包括选择压力机类型和压力机规格两项内容。

1.2.2.1压力机类型的选择
(1)中、小型冲压件选用开式机械压力机。

(2)大、中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。

(3)导板模或要求导套不离开导柱的模具，选用偏心压力机。

(4)大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机。

(5)校平、整形和温热挤压工序选用摩擦压力机。

(6)薄板冲裁、精度冲裁选用刚度高的精密压力机。

(7)大型、形状复杂的拉伸件选用双动或三动压力机。

(8)小批量生产中大型厚板件的成形工序多采用液压压力机[5]。

1.2.2.2压力机规格的选择
(1)工称压力拉深时压力机吨位比计算出的拉伸力大60%~100%。

(2)滑块行程长度成形拉伸件和弯曲件应使滑行块长度大于制件高度的2.5~3.0倍。

(3)行程次数应根据材料的变形要求和生产率来考虑。

(4)工作台面尺寸当制件或废料需下落时，工作台面尺寸必须大于下落件的尺寸。

对有弹定装置的模具，工作台面孔尺寸还应大于弹顶装置的外形尺寸。

(5)滑块模柄尺寸模柄孔直径要与模柄直径相符合，模柄孔的深度应大于模柄的长度。

(6)闭合高度。

(7)电动机功率的选择必须保证压力机的电机功率大于冲压时所需要的功率[6]。

1.2.3模具的次序
(1)根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度，使滑块在下至点时其底平面与工作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。

(2)先将滑块升到上止点，冲模放在压力机工作台面规定位置，在将滑块停在下止点，然后调节滑块的高度，使其底平面与冲模座上平面接触。

(3)将压力机滑块上调3~5mm，开动压力机，空程1~2次，将滑块停于下止点，固定住下模座。

(4)进行试冲，并逐步调整滑块到所需的高度[7]。

第2章工艺方案的分析及确定
2.1零件图
本文所设计的垫片零件图如图2-1所示。

图2-1 垫片零件图
技术要求：
1.零件名称：圆垫圈
2.材料：20
3.材料厚度：t=1.5 mm
4.工件精度：IT14
2.2零件的工艺分析
冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。

一般来讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。

当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。

以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等是确定冲裁件工艺实应性的主要因素。

根据
这一要求对该零件进行工艺分析如下：
1材料:该冲裁材料为20钢是普通碳素钢,具有良好的可冲压性。

2零件结构：该冲裁件结构简单，比较适合冲裁。

3尺寸精度：该冲裁件尺寸精度采用IT14级。

2.3工艺方案的确定
确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。

确定合理的冲裁工艺方案，应进行全面的工艺分析分析与研究，比较其综合的经济技术效果，选择一个最佳的合理冲压工艺方案[8]。

该零件包括落料、冲孔两个基本工序,可以采用以下3种工艺方案：
(1)先落料，后冲孔，采用单工序模生产。

(2)落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。

(3)冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。

方案(1)模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足大批量的生产要求。

方案(2)和方案(3)对于该零件都可以采用，为更好地保证尺寸精度，最后确定用复合冲裁的方式进行生产。

工件尺寸可知，凸凹模壁厚大于最小壁厚，为便于操作，所以采用倒装复合模结构及弹性卸料方式。

2.4排样的确定
在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。

排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。

冲件的合理布置(即材料的经济利用)，与冲件的外形有很大关系[9]。

根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种[10]。

考虑到该制件的生产纲领与加工条件，采用条料加工有余料的排样。

排样图见图2-2。

图2-2 排样图
第3章模具结构设计
3.1冲压力与压力中心的计算
3.1.1冲裁方式与冲压力的计算
当一次冲裁完成以后，为了能够顺利地进行下一次冲裁，必须适时的解决出件、卸料及排除废料等问题。

选取的冲裁方式不同时，出件、卸料及排除废料的形式也就不同。

因此冲裁方式将直接决定冲裁模的结构形式，并影响冲裁件的质量[11]。

3.1.2冲裁力的计算
计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响，可取安全系数为 1.3，于是在生产中冲裁力便可按下式计算：
F=1.3LTτ式(3-1) 式中：L ——冲裁轮廓的总长度(mm);
T——板料厚度(mm);
τ——板料的抗剪强度(MPa)。

经查资料取τ=300MPa，τ按10钢板计算
将相应数据代入，得冲裁力为：
落料F=1.3×(3.14×11×2)×1.5×300=40.4KN
冲孔F1=1.3×3.14×5×2×1.5×300=18.4KN
3.1.3卸料力、推件力的计算
由于影响卸料力、推件力的因素很多，无法准确计算。

在生产中均采用下列经验公式计算：
FQ1=K1F (N) 式(3-2)
FQ2=K2nF (N) 式(3-3) 式中：FQ1、FQ2——分别为卸料力、推件力；
K1、K2——分别为卸料力系数、推件力系数，其值见表3-1
n——同时卡在凹模孔内的工件或废料数，
F——冲裁力(N)，按式(3-1)计算。

卸料力FQ1=K1F=40.4×0.05=2.02KN
推件力FQ2=K2nF=0.055×1×18.4=1.01KN
3.1.4 总冲裁力的计算
根据工件的要求已及对模具的要求，故选总冲压力为：
F 总=40.4+18.4+2.02+1.01=61.830.050KN 3.1.5 压力中心的计算
该零件是对称的，所以压力中心在该零件的几何中心。

3.1.6 冲模刃口尺寸的计算
对于冲制薄材料 ，采用配制法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大、变小还是不变这三种情况，然后分别按不不同的公式计算[12]。

为保证凸、凹模之间的间隙值，必须采用凸、凹模配合加工的方法。

由于此零件为落料件，所以采用凹模为基准件，根据凹模磨损后的尺寸变化情况。

凹模磨损后会增大的尺寸──第一类尺寸A
∆+∆-=410max )(x A A 式(3-4) 凹模磨损后会减小的尺寸──第二类尺寸B
41min )(∆-∆+=x B B 式(3-5) 凹模磨损后会基本不变的尺寸──第三类尺寸C
∆±∆+=81)21(min C C 式(3-6) 式中： A 、B 、C ──模具基准件尺寸，单位mm ；
Amax 、Bmin 、Cmin ──工件极限尺寸，单位mm ； Δ──工件公差，单位mm 。

置，并保证最小的间Z min 间隙值的确定查下表确定：
由IT=14，查公差表得： 又由t=0.5mm 查表取：x=0.5
凸、凹模分别按IT14级加工制造，冲孔Φ10mm ，查公差表，取x=0.5；Δf=0.009mm ；Δd=0.015mm
校核 p δ+d δ≤max Z
-min Z 式(3-7)
0.009+0.015≤0.240-0.132 0.024≤0.108
所以d d =.
0009.0)36.0*5.010(-+=
0009.018.10-mm p d =015.00)132.018.10(++=015
.00
312.10+mm
落料22mm ：
校核P δ+D δ≤max Z
-min Z 式(3-8)
0.013+0.021≤0.240-0.132
所以d D =d x D δ+∆-0max )(=021
.00
)52.0*5.022(+-=021.0074.21+mm
p D =0
min )(p Z D d δ--=0013.0)132.074.21(--=
0013.0608.21-mm 3.2 工作零件刃口尺寸计算
落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配置。

冲
孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制[13]。

既已落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。

3.3工作零件结构设计与其他模具结构零件
3.3.1凹模尺寸
凹模厚度H=Kb(≥15mm)=0.26×100=26mm
其中K查表3-2，利用插值法得K=0.26。

凹模边缘壁厚C≥(1.5-2)H
C=(1.5-2)×26=(39-52),实取C=50mm
凹模边长 L=b+2C=100+2×50=200mm
查标准JB/T 6743.1-94；凹模宽160mm。

因此确定凹模外形尺寸为200×160×26mm，将凹模板做成薄型形式并加空心垫板后实际凹模尺寸为200×160×20mm。

3.3.2凸凹模尺寸
凸凹模长度：L=h1+h2+h 式(3-9)
=20+20+16.6=56.6mm
式中：h1──凸凹模固定板厚度；
h2──卸料板厚度
h ──增加高度（包括凸凹模进入凹模的深度，弹性元件安装高度）。

3.3.3冲孔凸模尺寸
冲孔凸模尺寸：L凸=h1+h2+h3 式(3-10)
=20+10+20=50mm
式中：h1——凸模固定板厚度
h2——空心垫板厚度
h3——凹模板厚度。

3.3.4其他模具结构零件
根据凹模零件尺寸，结合倒装式复合模结构特点，查JB/T 2885.1-94，确定其他模具结构零件，如下表3-5所示。

3.3.5典型零件加工工艺方案如下
典型零件凹模板的加工工艺为：备料—热处理—磨平面—钳工—磨平面—热处理—线切割[14]。

工艺过程如表3-4。

3.4模架选择
模架选用适合中等精度，上下滑平稳，可横向送料，适于大批量生产的后侧导柱模架。

根据凹模尺寸的确定查表得模架参数：
第4章总装图
根据零件的设计，凸凹模的设计，冲压力的计算，中心压力的计算，刃口尺寸计算以及其他模具的相关设计分析等，绘制模具总装配图4-1。

1.下模座；
2.导柱；
3.弹簧；
4.卸料板；
5.活动挡料销；
6.导套；
7.上模座；
8.凸模；
9.推板；10.模柄；11.模柄；12. .冲孔凸模；13.凸模压板；14.凸模固定板.；15.凹模固定板；16.凸凹模；17.落料凹模；18.垫板；
图4-1模具总装图
结论
针对圆形垫片的具体结构，所设计的模具为落料冲孔复合模具，设计过程包括对零件的分析，工艺方案的确定，排样的确定，冲裁力，卸料力和推力的计算，刃口尺寸的计算，工作零件结构，凹模，凸模尺寸计算与设计，其他模具零部件的选择以及模架的选择。

通过本次设计得知圆垫圈采用复合模是因为它具有以下一些优点：①工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；②生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生产。

它的缺点是：模具零部件加工制造比较困难，成本较高，并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些内孔间距、内孔与边缘间距较小的下件不宜采用。

由于复合模本身所具有的一些优点较明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择复合模结构。

参考文献
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13. ShoWaDenGYosha．AmemiyaT．AdvancedFxonometrics[M]，1985
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致谢
本文是在论文指导老师精心指导和大力支持下完成的。

老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。

在此次课程设计过程中我也学到了许多有关设计方面的知识，对其现状和未来发展趋势有了很大的了解。

通过这次模具设计，本人在多方面能力都得到了提高。

通过这次课程设计，综合运用了本专业所学课程的理论知识和结合生产实际知识进行一次冷冲压模具设计，通过实际设计从而培养和提高了自己的独立工作能力，巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，掌握冷冲压模具设计的基本的模具技能，懂得了从分析零件的工艺性入手，确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了相应规范和标准，同时对各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

并提高了查阅设计资料和手册的能力，熟悉了设计中的标准和规范等。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

附录
附录1凹模固定板
附录2垫板
附录3固定板
附录4落料凹模
附录5上模座
附录6凸凹模
附录7凸模固定板
附录8凸模压板
附录9下模座
附录10卸料板。