垫片级进模冲压工艺设计

广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第1页1前言随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计和制造上，目前国内外对冲压成形理论及冲压工艺方面非常重视；在冲模设计与制造方面，目前正朝着高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展；在冲压设备和冲压生产自动化方面，也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展；冲模标准化及专业化生产方面，已得到模具行业的广泛重视。冲压模具在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多的采用冲压方法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。本文研究的是冲裁模设计，其包括冲裁件的工艺性分析、凸、凹模刃口尺寸的确定、排样图的确定、冲压力与压力中心的计算、冲裁模结构的选择、冲裁主要零部件的设计与选用、模具总装图及非标准零件图的绘制等，其研究成果具有一定的普遍性，可为其他冲裁模设计提供经验，从而提高模具生产水平。首先分析模具的发展概况，并拟定了初步的设计思路。在此基础上提出了冲裁模的总体设计方案，详细探讨了排样图的确定、冲裁模具的总体结构、冲裁主要零部件的设计与选用及模具总装图的绘制。广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第2页2冲裁的工艺性分析及冲压工艺方案冲裁件的工艺性分析是指冲裁件对冲裁工艺的适用性，即冲裁加工的难易程度。良好的冲裁工艺性，是指满足冲裁件使用要求的前提下，能以最简单的、最经济的冲裁方式加工出来。因此，在编制冲压工艺规程和设计模具之前，应从从工艺角度分析冲件设计得是否合理，是否符合冲裁的工艺要求。冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构与尺寸、精度与断面粗糙度、材料等三个方面。2.1冲裁件的工艺性分析冲裁件如图2-1所示技术要求：1材料：H62；2厚度：4mm；3批量：中批量；4未注公差：按IT14级确定。图2-1冲裁件2.1.1冲裁件的结构与尺寸（1）该冲裁件的结构较简单、形状对称，有利于材料的合理利用，以便节约材料，减少工序数目，提高模具寿命，降低冲件成本。（2）冲裁件的内、外形转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。（3）尽量避免冲裁件上过于窄长的凸出悬臂和凹槽，否则会降低模具寿命和冲裁件质量。一般情况下，当冲件的材料为黄铜、铝、软钢时，悬臂和凹槽的宽度tB2.1＝1.2×4＝4.8mm，原图B为3mm，故凹槽B宽改为6mm。（4）冲孔时因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，若太小，则要采用护套。广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第3页因为冲裁件中冲孔的基本尺寸为=5.2㎜,=6.5㎜查表3-31，无导向凸模冲孔的最小尺寸为0.9t=0.9×4=3.6mm,冲裁件中冲孔的基本尺寸都大于3.6mm，所以冲孔凸模不需要采用护套。（5）冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离，受模具强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小，一般要求C≥﹙1～1.5﹚t即C≥（4～6）mm，由题知孔与孔之间的距离为C1=12-5.2/2-6.5/2＝6.15㎜，C2=31.5-12-6.5/2-6＝10.25㎜，C3=29.4-5.2/2-5.5＝21.3㎜，符合要求，C4=88.9-2.5-21-29.4-31.5-2＝2.5mm（4～6）mm,不符合要求，为了满足工艺性要求C4至少要增加1.5mm,因此在总长为88.9加上1.9mm,即总长为90.8mm才符合要求。孔与边缘之间的距离C≥﹙1.5～2﹚t即≥﹙6～8）mm，而原图尺寸分别为:18/2-6=3mm,要满足工艺性要求在总宽为18mm加上6mm,即总宽为24mm才符合要求。只有这样才能进行下一步设计。调整后的冲裁件图如图1-2所示：技术要求：1材料：H62；2厚度：4mm；3批量：中批量；4未注公差：按IT14级确定。图2-2冲裁件2.1.2冲裁件的精度及断面粗糙度（1）冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔公差等级最好低于IT9级。冲裁件的尺寸标注及基准的选择往往与模具设计密切相关，应尽可能使设计基准与工艺基准一致，以减小误差。广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第4页落料时公差：△1＝0-（-0.43）＝0.43mm△2=0-（-0.5）=0.5mm,查表3－51知，应采用一般精度的冲裁件。冲孔时最低公差：△3＝+0.15-0＝0.15mm查表3－51知，应采用一般精度的冲裁件。冲裁件孔中心距公差：0.25、0.52、IT14为普通冲裁模。因此可用于一般精度的冲裁,普通冲裁可以达到要求。由于冲裁件没有具体断面粗糙度的要求,故在此不作分析。2.1.3冲裁件的材料选用冲裁件所用的材料，不仅要满足其产品使用性能的技术要求，还应满足冲裁工艺对材料的基本要求。题中所给的材料是H62，但没有注明是哪种状态下,为了便于设计，所以选用的是H62半硬的。则查表1-31知，抗剪强度=294MPa,伸长率10＝20%，抗拉强度b＝373MPa，根据以上分析，该零件的工艺性较好，可以冲裁加工。2.2冲裁工艺方案该零件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁工艺方案有单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。此零件属于中批量生产，用单工序冲裁效率较低，且不便于操作，若采用复合冲裁，虽然冲出的零件精度和平直度较好,生产率较高,但因零件的孔边距太小,且冲裁时模具所需强度不足。因为级进模具冲裁时，生产效率高，操作方便，通过合理的设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。根据以上的分析采用的冲裁工艺方案是采用级进模冲裁。2.3本章小结本章零件进行了工艺性分析，并提出了制件的工艺性方案为级进冲裁模进行冲裁，采用该工艺方案可以使冲件有较好的精度和平整度，保证了模具的强度，有利于合理的设计。广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第5页3冲裁模总体结构方案3.1模具类型冲裁模结构类型很多，按工序组合程度分类，可分为：单工序模、复合模、级进模等。单工序模是指在压力机的一次行程内只完成一种冲裁工序的模具，如落料模、冲孔模、切断模，落料模只适用于冲裁精度要求不高，形状简单和生产批量小的冲件。复合模是指在压力机的一次行程中，在模具的同一工位上同时完成两道或两道以上不同冲裁工序的冲模。它在结构上的主要特点是有一个或几个具有双重作用的工作零件——凸凹模，如在落料冲孔复合模中只有一个既能作落料凸模又能作冲孔凹模的凸凹模。根据凸凹模在模具中的装配位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模。复合模因压料较好，冲件平整精度高，该生产采用的是大批量生产，生产效率较高。级进模又称连续模，是指在压力机一次行程中，依次在同一模具的不同工位上同时完成多道工序的冲裁模。在级进模上，根据冲件的实际需要，将各工序沿送料方向按一定顺序安排在模具的各工位上，通过级进冲压便可获得所需冲件。级进模不但可以完成冲裁工序，还可以完成成形工序等等，是一种多工序高效率冲模。它可分为普通级进模和多工位精密级进模。根据零件的冲裁工艺方案，确定采用级进冲裁模。此模具的结构较为简单，降低了模具的加工难度，减少生产成本，提高了生产效益。3.2操作与定位方式零件中批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,有利于生产加工，因此采用手工送料方式。零件尺寸较大，厚度较大，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向。3.3卸料与出件方式卸料装置按卸料方式分为固定卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀三种。固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上。卸料力大，卸料可靠，但冲压时坯料得不到压紧，因此常用于冲裁坯料较厚（大于0.5mm）、卸料力大、平直度要求不太高的冲件。弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成。弹性卸料装置可装在上模或下模，依靠弹簧或橡皮的弹力来卸料，卸料力不太大，但冲压时可兼广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第6页起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件。废料切刀是在冲裁过程中将冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。此装置多用于大型冲件的落料或切边冲模。考虑到零件尺寸要求以及平整度、合理性、经济性，为了便于操作，提高生产率，又因为材料为H62（黄铜），为了防止在冲裁过程中坯料或制件发生翘曲、断裂，所以采用弹性卸料装置，并采用橡胶进行卸料。出件装置出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。模具进行冲裁后，冲件留在凹模上，因该模具类型为级进模，凸模装在上模上，防止了冲件的下出件方式，只能采用上出件的方式。但是，为了便于操作，提高生产率，采用推件装置直接将冲件和废料从凹模洞口推下的下出件方式。3.4模架类型及精度由于零件尺寸较大，厚度较大，冲裁间隙较小，又是级进模，因此采用导向平稳的对角导柱模架。考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。3.5本章小结本章根据零件冲裁工艺方案，结合设计要求，采用的是级进模进行冲裁；采用手工操作，方便且成本低廉，采用弹性卸料装置保证制件的质量和精度要求；采用的是下出件的出件方式，操作简单，省时省力，满足设计的合理性、经济性要求。广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第7页4冲压模具工艺与设计计算4.1排样设计与排样图4.1.1排样设计（1）参数确定查表3-181知，a1=3.51.2=4.2mma=3.21.2=3.84mm。（2）几种排样图的比较如下：①横排排样图如图4-1所示：图4-1横排排样图一个进距内冲裁件的实际面积：A1=1818.89㎜222，条料宽度B1=32.4㎜。进距S1=96.2㎜。%100/BsA＝1818.89/32.496.2100%=58.4%。=58.4%。广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第8页②直排排样图如图4-2所示图4-2直排排样图一个进距内冲裁件的实际面积：A2=1818.89㎜222，条料宽度B2=100.8㎜，进距S2=27.84㎜。BsA/100％＝1818.89/100.827.84100%=64.82%=64.82%经计算得直排的利用率较高，直排的模具结构制造和加工更容易，并能提高了生产效率，综上所述采用直排的形式更经济更合理。4.1.2排样图（1）参数的确定查表3-181、表3-191、表3-201、表3-211，取a=3.51.2=4.2mm,a1=3.21.2=3.84mm,△=1.0mm,z=1mm,b1=2.5mm,y=0.1mm。由于采用的IC型侧刃，故料宽每边需增加燕尾广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸共59页第9页型切入深度'a=0.5mm。（2）排样图如图4-3所示图4-3排样图因此，条料的宽度为：B0＝mm01012.1055.225.022.428.90冲裁后废料宽度为：'max122aaDB=90.8+2×4.2+2×0.5=100.2(mm)进距为：S=24+3.84=27.84(mm)导料板间距：'B＝B+Z＝105.2+1＝106.2(mm)'1B=YB1=100.2+0.1=100.3(mm)由零件图在CAD中通过计算机查询可得一个零件的实际面积为1818.892mm。一个进