垫圈冲压工艺及模具设计

冲压工艺及模具设计

工件名称：垫圈

工件简图：如图一

生产批量：中批量

材料：08

材料厚度：0.6mm 图一

1、冲压件工艺性分析

此工件只有落料和冲孔两个工序。材料为08低碳钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有一个φ40mm的孔；孔与边缘之间的距离也满足要求，壁厚为0.8mm。工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。

2、冲压工艺方案的确定

该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。

方案二：落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。

方案三：冲孔—落料级进冲压。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，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，且工件最小壁厚20mm远大于凸凹模许用最小壁厚1.8mm，模具强度较好，制造难度小，落料圆和冲孔圆同轴度满足要求。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，但工件同轴度不意满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。

3、主要设计计算

（1）排样方式的确定及其计算

设计复合模，首先要设计条料排样图。垫圈的形状为圆，直排时材料利用率低，应采用多排，如图二垫圈排样图所示的排样方法，可显著地减少废料。搭边值查表可得1mm和1.2mm。

冲裁件面积 A=πr²=3.14×30²

=2826 mm²

条料宽度 B=60×2﹢1.2×2＋61×1.7／2=174.2 mm

由于冲压常用钢板规格宜选710mm×1420mm的钢板，取B=177.5 mm

步距 S=60+1=61 mm

一个步距的材料利用率η=nA／BS×100％

=3×2826／﹙177.5×61﹚×100％

=78.3%

故条料宽度为177.5mm，步距离为61 mm，一个步距的材料利用率为78.3%。查板材标准，宜选710mm×1420mm的钢板，每张钢板可剪裁为4张条料（177.5mm×1420mm），每张条料可冲68个工件，故每张钢板的材料利用率为76.2%。

图二排样方式图

（2）冲压力的计算

该模具采用复合模，考虑操作安全，采用典型的倒装结构。

拟选择刚性推件装置推出垫圈。冲压力的相关计算如下。

落料力的计算： F=KLtτ

式中 F——落料力（N）;

K——系数，模具间隙值的波动、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3。

L——落料周边长度（mm）；

t——材料厚度（mm）；

τ——材料抗剪强度 (MPa)。

L=πd=3.14×60=188.4 mm

查表可知τ为325 MPa。

F=KLtτ=1.3×188.4×0.6×325= 47759.4 N

同理冲孔力 F冲孔= 1.3×3.14×40×0.6×325

=31839.6 N

查表知：卸料力 F₁=K₁×F=0.05×47759.4=2387.97 N

推件力 F₂=nK推F冲孔=3×0.05×31839.6 =4775.94 N

F₄= F＋F冲孔＋F₁＋F₂=86762.91 N

根据计算结果，冲压设备拟选100KN冲床。

（3）压力中心的确定及相关计算

该工件为规则外形形状，压力中心位于几何中心即圆心上故，不需计算。

（4）工作零件刃口尺寸计算

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合该模具的特点，工作零件的形状相对较简单，适宜采用线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板，这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分开加工的方法来计算，具体计算如下所示。

所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按IT l4级确定工件尺寸的公差。

零件外形尺寸为：60

零件内形尺寸为：40

查公差表可得各尺寸公

差为：

零件外形： 零件内形： 以凹模为基准：

零件内形： 以冲孔凸模为基准计算

4、模具总体设计

（1）弹簧的选择

选择依据:最大压缩量时不超过弹簧极限，而最大压缩量=

预压量h1+卸料工作行程h2+修模量h3。考虑到卸料的可靠 性，取弹簧在预压量为h1时就应有的压力Fx 。由卸料力和模具安装

弹簧的空间大小，初选弹簧的数量为二，则每个弹簧应有的预压力

N 4.6592/8.1318/Q11==≥n F F 。初选弹簧为工作极限负荷

Fj=1390N>659.4N ，钢丝直径d=6mm ，弹簧中径D=32mm ，自由高度

74

.060-67.00

40+0

74.060-)4(0

)(∆=+∆-=p x B B d δ4

74.00

)74.05.060(+⨯-=d B 185.0065.59+=67.00

40+0

)(p x A A p δ

-∆+=0

17

.00467.034.40)67.05.040(--=⨯+=

L0=65mm ，极限负荷下的变形量hj=19.3mm 。当弹簧在预压量h1时，卸压力达659.4N ，由压缩量和力的线形关系得：预压量

15.93.1913904.65911=⨯==j j h F F h 又因卸料板的工作行程h 2=0.6+1=1.6mm ；修磨量h 3=5mm ；所以最大压缩量

)

3.19(65.155.615.9j h h <=+=总 即能满足要求。

弹簧装配高度h=L 0-h 1=65-9.15=55.85mm 。

（2）卸料板的选择： 根据凸凹模及弹簧、卸料螺钉等的布置，取卸料板的平面尺寸为125mm ×125mm ，厚度为15mm 。

（3）选择上、下模座：

采用GB2855.5、6—1990后侧带导柱形式模板。根据最大轮廓尺寸125mm ×125mm 选相近规格标准模座．L ×B 为125mm ×125mm ，上模座厚35mm ，下模板座35mm 。

（4）导柱导套：

按GB2861.1、6选d=38mm ，模具闭合高度225.5mm ，选导柱110mm,d=22mm 。

（5）模柄：

查表知100kN 压力机模柄孔尺寸为Φ30×50。所以选尺寸为Φ30×Φ70的带凸缘形式的模柄。

（6）凹模：

凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床