垫片模具设计

课程设计

（说 明 书）

题 目：垫片模具设计 姓 名： 印小莉

学 号： 070708239

常熟理工学院 2010 年 11月

目 录

第1章 垫片图纸及技术要求

1.1零件图

1.2技术要求

第2章 冲压工艺与模具设计

2.1冲裁的工艺分析

2.2确定冲裁工艺方案及模具结构形式 2.3冲压模具的设计计算

2.3.1排样方式的确定及其计算 2.3．2冲压力的计算

2.3.3压力中心的确定及相关计算 2.3.4模具刃口尺寸计算

2.3.5确定各主要零件的外形尺寸 2.4绘制冲模总装图

第3章 主要零件及其他零件设计选取3.1 主要零件设计

3.1.1 工作零件结构设计

3.1.2 定位零件设计

3.2 其他零部件结构设计 3.2.1导料板的设计 3.2.2卸料部件的设计 3.2.3推件装置 3.2.4模架的选择 3.2.5其他标准件的选择

第5章 结论 参考文献

第1章 垫片图纸及技术要求

工件名称：垫片 工件简图：如图所示。 材料：Q235 材料厚度：1.5mm

技术要求：零件的精度要求公差等级均为IT110

标准公差表

注：基本尺寸小于1mm时，无IT14至IT18。

第2章 冲压工艺与模具设计

2.1 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Q235，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，有两个φ10mm的孔；孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为6mm(φ10mm的孔与R10mm外圆之间的壁厚)。此零件厚度小，形状简单，要求设计的模具具有高精度和高成型效率。，普通冲裁完全能满足要求。

2．2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，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件精度要求高，生产批量大，表面要求平整，并且零件的几何形状简单对称，模具制造也并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，但工件的精度要求不容易满足。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。 但是复合模具在设计过程中应注意以下问题：

（1） 复合模在模具的同一位置上完成两道或两道以上的工序，模具结构较复

杂，因此应在上下模间设置导向装置。

（2） 当复合模为倒装结构时，通常采用弹性卸料板卸料；当冲压毛坯为块料

时，则可用废料刀卸料，当复合模为正装结构时，若卸料力不大，应采用弹性卸料装置；只有卸料力较大，用弹性卸料装置不能满足卸料力要求时，才采用刚性卸料装置，由于弹性卸料具有操作方便的优点，因此应尽量采用弹性卸料装置。

（3） 外形复杂的凸凹模，通常设计成直通形式，以方便线切割加工。此时凸

凹模的固定方式要根据凸凹模的结构形状及尺寸而定。可采用螺钉、销钉、铆接、低熔点合金或环氧树脂粘接等固定方法。

（4） 凸凹模平面尺寸较大时，不论是采用正装结构还是倒装结构，均可省去

固定板，将凸凹模直接固定在模板上。

（5） 对于冲压非轴对称制件的复合模，其工作零件必须定位可靠，不允许有

转动的可能。

（6） 对于落料—冲孔的复合模具，在选用压力机时也应该注意压力机的许用

载荷曲线，特别当模具工作行程较大时更应注意。

（7） 当复合模的导柱采用中间或对角布置时，应使两导柱直径不同，以防止

上模相对下模错位180°而发生事故。

2.3 主要设计计算

2.3．1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。垫片的形状两边直边的特点，直排时材料利用率高，应采用直排，设计成直接冲压，可显著地减少废料。

查表2.12可得：

工件间搭边值为1.0mm，侧面搭边值为1.3mm。 所以，条料步距为

A = 40 + 20 + 1.0 = 61mm

总体采用弹压卸料装置，且为无侧压装置送料。查表2.12可得： 导料装置与最宽条料之间的单面最小间隙为0.5mm 所以，条料宽度为

B=20 +（1.3*2）+0.5=23.1mm 材料利用率的计算

据查可知：原材料选用800mm*1500mm*2mm的冷轧薄钢板，每块可切成47mm*1500mm规格的条料17条，材料剪切利用率可达99.9%。 一个步距内材料利用率：

N= s/s = Πr/AB100% = 67.76%

查板材标准，宜选950mm×1500mm的钢板，每张钢板可剪裁为7张条料

（135mm×1500mm），每张条料可冲56个工件，故每张钢板的材料利用率为67.76%。

2.3．2冲压力的计算

该模具采用冲孔—落料复合模，拟选择弹性卸料、下出件。冲压力的相关计算见表8.2.1。

F落

=Ltδb=1.3⨯131.88⨯260⨯2=89.2kN

Ltδbι=1.3⨯(20⨯3.14+12) ⨯2⨯260=50.6KN

ht=3

F冲孔=

H=6mm 则n=

F卸=KF落=0.043⨯89.2=3.8KN

F推=nkF

孔

=3⨯0.05⨯50.6=7.6kN

+F卸

F总=F落

+F冲孔+F推

=89.2+50.6+3.8+7.6=151.1kN

一般冲裁机压力吨位必计算的冲压力大30%， 即F总ι=1.3*151.1=196.5KN 橡胶块：聚胺酯 选用2个。

Fy=

Fn

=3800N

y

hj=0.3H

h

30.2

=0.1H

H=A=

R

2

hg0.2

==15mm

2

FyFq

=

38001.52

2

=2521.7mm

A

2

=D-d

2

=

π

=803.09mm

d=10mm 则：D=30mm、

参数为(15,30,10)

根据计算结果，冲压设备拟选J23-25。

2.3．3确定模具压力中心

模具压力中心是指冲压式各冲压力合力的作用点，为了确定压力机和模具的正常工作，使冲模的压力和压力机滑块的中心相结合。对称块的冲裁，冲裁件的压力中心就是冲裁件的几何中心。本冲裁件是对称件，所以压力中心就在冲裁件的几何中心，即O点，因此不要计算压力中心。

由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心在原点O，所以模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-25冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。

2.3．4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，具体计算见表8.2.3 所示。

1）孔凸凹模刃口尺寸的计算。

由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸、凹模。

其凸、凹模刃口尺寸计算如下： 查表2.4得Zmin=0.132

Zmax

=0.240

∆2

由工件精度IT=14查标准工差表得∆1=0.58

δ凸=δ凹

=0.58

∆3

=0.18而对于

=1/4∆

≥δ凸+δ凹

x

校核：Zmax-Zmin=0.108mm, 满足：Zmax-Zmin

查表2.6得：IT14级时磨擦系数x1=x2=0.5 ,

=0.5

凸

凸模磨损后，冲裁件尺寸变小，则其凸凹模尺寸按公式：d凸=(d+X∆)-δ计

算:d

1

=(8+0.5⨯0.3)-0.863⨯1/4=8.15-0.0216

L2=(40±0.1)

冲孔凹模刃口尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.246~0.360之间。 2）外形落料凸凹模刃口尺寸的计算。

对于外形落料采用公差法制作，其凸凹模刃口尺寸的计算如下：

当以凹模为基准时，凹模磨损后，刃口部分尺寸变大，因此属于A类尺寸。按公式A凹=(Amax-x∆)0

+δ凹

由工件精度IT=10查标准工差表得∆=0.84，而δ凸=0.02, δ凹=0.025 由表2.6得磨损系数x为0.5：则A

A凸=(9.6-0.126)-0.009

凹

=(10-0.5⨯0.84)0

+0.145

=9.6

+0.1450

=8.474

-0.009

注：冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢的25％。

2.3.5 卸料橡胶的设计

选用的四块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。

橡胶块：聚胺酯 选用4个。

Fy=Fn=3800N

hj=0.3H

=3

0.2hy=0.1HH=

A=

R2hg0.2=15mm 2FyFq=38001.522=2521.7mmA 2=D-d2=π=803.09mm

d=10mm 则：D=30mm、

参数为(15,30,10)

2.4模具总体设计

（1）模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用分别冲压，所以模具类型为冲孔—落料复合模。

（2）定位方式的选择

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。

（3）卸料、出件方式的选择

因为工件料厚为1.2mm，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性

第三章 主要零件及其他零件设计

3.1．主要零部件设计

卸料。

又因为是级进模生产，所以采用下出件比较便于操作与提高生产效率。

（4）导向方式的选择

为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该级进模采用中间导柱的导向方式。

（1）工作零件的结构设计

① 落料凹模

结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按H6/m5。其总长L可按公式2.9.2计算：20+14+1.2+28.8=64mm

1) 落料凸、凹模的结构设计。在落料凹模内部，由于要设置推件块，所以

凹模刃口应采用直筒形刃口，并查表2.21，取得刃口高度h=6mm。该凹

模的结构简单，宜采用整体式。查表2.22，得k=0.5

则，凹模高度H=ks=0.5⨯42=21；凹模壁厚C=1.5H=1.5⨯21=31.5

凹模的外形尺寸的确定：凹模外形长度L=s1+2c=42.564

凹模外形宽度B=s+2c=42+2⨯31.5=105+2⨯31.5=105.56

凹模整体尺寸标准化，取为125mm⨯125mm⨯28mm。

材料：Crl2MoV 热处理：58～62HRC

技术要求：尾部与凸模固定板按H6/m5配合

② 冲孔凸模

因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。其中冲5个φ5的圆形凸模可选用标准件BⅡ型式（尺寸为5.15×64）。冲φ8mm孔的凸模结构如图8.2.4（b）所示。

材料：Crl2MoV

热处理：58～62HRC

为了增加凸模强度与刚度，凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级形式，且它的外形尺寸较大，所以选用B形凸模。凸模固定板厚度取27mm，凸模长度根据结构上的需要来确定

L=h凸模固定板+h落料凹模=（27+29）mm=56mm

由于此凸模直径较大，且长度较短，刚度和强度足够，所以无需对其进行强度校核。冲裁时凸摸进入凹模刃口1mm。

③ 凸凹模的设计

凸凹模采用整体式，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4计算：

该模厚度 H=kb=0.2×127mm=25.4mm（查表2.9.5得k=0.2）

该模壁厚 c=（1.5～2）H=38～50.8mm

取该模厚度H=30mm，凹模壁厚c=45mm，

该模宽度B=b+2c=（127+2×45）mm=217mm

该模长度L取195mm（送料方向）

该模轮廓尺寸为195mm×217mm×30mm，结构如图8.2.4（c）所示。

材料：Crl2 MoV 热处理：60～64HRC

（2）定位零件的设计

落料凸模下部设置两个导正销，分别借用工件上φ5mm和φ8mm两个孔作导正孔。φ8mm导正孔的导正销的结构如图8.2.5所示。导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm ，所以导正销直线部分的长度为1．8mm。导正销采用H7/r6安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/h6配合。

挡料销：

1）选用活动挡料销（6*22）；如下图

即

L=22mm, d=6mm ES= —0.030mm EI= —0.060mm，d1=8mm, d2=5.5mm, l=12mm, 挡料销高度选4mm（查表知）

2）导料销

选用规格为：d=5mm ,L=22mm , l=12mm ,d1=8mm ,d2=5.5mm的导料销 起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件，规格为8×16。

3.2 其他零部件的设计

3.2.1 导料板的设计

导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的间隙取1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按表2.9.7选择。导料板采用45钢制作，热处理硬度为40～45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。

3.2.2 卸料部件的设计

① 卸料板的设计

卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为14mm。

卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40～45HRC。

②卸料螺钉的选用

卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为12mm，螺纹部分为M10×10mm。卸料钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后， 应使卸料板超出凸模端面lmm，有误差时通过在 螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。卸料板；选用弹压式规格为：125mm⨯125mm⨯8mm

卸料螺钉；选用规格为M10⨯37

3.2.3 推件装置

推杆；选用规格为D=6mm , L=45mm

推板；选用规格为D=60mm ,h=9mm

推件块；选用规格为D=42mm ,H=23mm

第四章 结束语

通过这次模具设计,使我明白了冲压模具设计的重要性以及模具设计需要注意的问题。

冲压过程中机械运动的概述冷冲压就是将各种不同规格的板料或坯料，利用模具和冲压设备（压力机，又名冲床）对其施加压力，使之产生变形或分离，获得一定形状、尺寸和性能的零件。一般生产都是采用立式冲床，因而决定了冲压过程的主运动是上下运动，另外，还有模具与板料和模具中各结构件之间的各种相互运动。机械运动可分为滑动、转动和滚动等三种基本运动形式，在冲压过程中都存在，但是各种运动形式的特点不同，对冲压的影响也各不相同。既然冲压过程存在如此多样的运动，在冲压模具设计中就应该对各种运动进行严格控制，以达到模具设计的要求；同时，在设计中还应当根据具体情况，灵活运用各种机械运动，以达到产品的要求。冲压过程的主运动是上下运动，但是在模具中设计斜楔结构、转销结构、滚轴结构和旋切结构等，可以相应把主运动转化为水平运动、模具中的转动和模具中的滚动。在模具设计中这些特殊结构是比较复杂和困难，成本也较高，但是为了达到产品的形状、尺寸要求，却不失为一种有效的解决方法。

冲裁模具中机械运动的控制和运用冲裁工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动导致板料分离，然后凸、凹模分开，卸料板把工件或废料从凸模上推落，完成冲裁运动。卸料板的运动是非常关键的，为了保证冲裁的质量，必须控制卸料板的运动，一定要让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，

否则冲裁件切断面质量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具寿命减少。按通常的方法设计落料冲孔模具，往往冲压后工件与废料边难以分开。在不影响工件质量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位块，以使落料冲孔运动完成后，凹模卸料板先把工件从凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把废料也从凸凹模上推落，这样一来，工件与废料也就自然分开了。对于一些有局部凸起的较大的冲压件，可以在落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模，同时施加足够的弹簧力，以保证卸料板上压型凸模与板料接触时先使材料变形达到压型目的，再继续落料冲孔运动，往往可以减少一个工步的模具，降低成本。有些冲孔模具的冲孔数量很多，需要很大冲压力，对冲压生产不利，甚至无足够吨位的冲床，有一个简单的方法，是采用不同长度的2～4批冲头，在冲压时让冲孔运动分时进行，可以有效地减小冲裁力。

在这次设计中自己也付出了一定的努力，一篇论文出来了自己心里也有说不出的激动。

参考文献

1、《互换性与测量技术》 作者：陈于萍 高晓康 出版：高等教育出版社 / 2002-07-012、《冲压成型工艺与模具设计》 主要责任人：张宇 出版年月：2006年3月

3、《机械制造工艺学》 主编：柯明杨 出版年月：2007年1月

4、《中国模具设计大典》 书籍作者：中国机械工程学会 出版年月：2007年3月

5、机械设计、制造常用数据及标准规范实用手册