空调垫片冲压模具设计.docx

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空调垫片冲压模具设计

空调垫片冲压模具设计

摘要

设计内容包括：

零件图的分析，冲压件生产方案的比较与确定，模具结构的确定，工作部分尺寸的计算，冲压力的计算，工作行程的确定，定位机构的设计，卸料方式及卸料机构的比较与确定，固定安全机构的设计，模架结构的确定，压力设备的选择与校验，模具强度校核，对模具各个零部件的尺寸整理与绘制。

本设计共分四章分别论述了产品工艺分析，冲压方案的确定，工艺计算，模板及零件设计，模具组立等问题。

本设计是第一工序（冲裁）的模具。

本设计的内容是确定单工序模内型和结构形式以及工艺性，绘制模具总图和非标准件零件图。

关键词：

模具结构工艺分析单工序模

Airconditioninggasketstampingdiedesign

ABSTRACT

Themainofthedesignisthesecondbendeddesign.Thedesignelementsinclude:

ancraftanalysisofparts,todeterminethecraftways,determinetheallstructureofthetwodie,tocountthesectionofwork’sramdiscproduction,tocounttheforceofthebended,thedischargeinstitutionsdesignedfixedpositionbodydesign,blankemissionkinddesignforthespacesinthedesign,todesigntheconductdirectionandfixedbodyanddeterminedtheresult,choosethedieframeworkstructure,stampingequipmentofchoiceandintensitydegree,die’sintensitydegree,drawtheassembledrawinganddrawthepartdrawingaccordingtheassembledrawing.

Thisdesignaltogetherisdivided15hapters,elaboratedtheproductcraftanalysisseparately,therammingplandetermination,theprocessdesign,thetemplateandthecomponentsdesign,themoldgroupatoncequestion.Thepresentpaperisthefirstproject（punchcut）

mold.Thisdesigncontentisdeterminedthesuperposabledieformerandthestructuralstyleaswellasthetechnologycapability,drawupthemoldassemblydrawingandthenon-standardletterdetaildrawing.

KEYWORDS:

moldstructureCraftanalysismultiplespacesintonationallevel

目　录

前　言

模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备，属于高新技术产品。

作为基础工业，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。

近十年来，随着国民经济的快速发展，作为工业品基础的模具行业，也得到了蓬勃发展，已成为国民经济建设中的重要产业。

据统计，我国（未包括台湾、香港、澳门）现有模具厂已超过1700家，从业人员达60多万人。

模具分为冲压模具、热锻模具、塑料模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。

其中，冷冲压模具历史悠久、用途广、技术成熟，在各种模具中所占比重最多。

汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场，占整个市场的60%以上。

例如，一种车型的轿车共需模具4000套，价值达2亿元`到3亿元；单台电冰箱需要模具生产的零件约150个，共需模具约350套，价值约400万元；单台彩电大约有150个零件需用模具生产，共需模具约140套，价值达700万元。

其中所需模具大部分为冷冲压模具。

冲压是在室温下。

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。

也叫冷冲压.

在冲压过程中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装配，称为冲压模具。

冲模是在实现冲压加工中必不可少的工艺装配，与冲压件是“一模一样”的关系，若没有符合要求的冲模，就不能生产出合格的冲压件：

没有先进的模具，先进的冲压成型工艺就无法实现。

在冲压零件的生产中，合理的成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是比不可少的三要素。

与切削加工相比，冷冲压靠模具和设备完成加工过程，所以具有生产效率高、加工成本低、材料利用率高、产品一致性好、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点。

一台普通冲压设备每分钟可生产零件好几十件，而高速冲床的生产率可大每分钟数百件甚至上千件。

因此，大批量生产的机械、电子、轻工等产品，都大量使用冷冲压零件。

在国防方面，飞机、导弹、各种枪支与炮弹等产品中，冷冲压加工的零件比例也是相当大的。

随着汽车和家用电器等行业的飞速发展，在工业发达的国家，对发展冷冲压生产给予了高度重视。

据近年来的统计，美、日等发达国家的模具工业年产值已经超过机床工业产值的6%~12%。

由于冷冲压不需要加热，也不想切削加工那样，将大量的金属切成碎屑而消耗大量能量，所以它是一种节能的加工方法；冲压制品所用的原材料是冶金厂大量生产的廉价的钢板和钢带，在冲压加工中材料表面质量不受破坏，故冲压件的表面质量好，着是任何其他加工方法所不能竞争的。

冲压模具作为制造产品（或半产品）的一种工具，其作用是完成某种工艺。

模具设计必须满足工艺要求，最终满足产品的形状、尺寸和精度的要求。

因此冲压设计师必须掌握冲压工艺，包括冲压工艺的分类、各种工艺计算、工艺制订等基础知识，而后才可以选择模具的类型，进行模具设计，使模具的类型、结构及尺寸等满足工艺及产品的要求。

冷冲压工艺大致分两类：

分离工序和成型工序。

分离工序的目的是在冲压过程中将冲压件与板料按一定的轮廓线进行分离：

分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等。

成型工序的目的是使冲压毛胚在不破坏其完整性的条件下产生塑性变形，并转化成产品所需要的形状：

成形工序又分为弯曲、拉深、翻边、翻孔、胀形、扩孔、缩孔和旋压等。

冷冲压模具是冲压生产的主要工艺设备。

冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等，与模具结构及设计是否合理关系极大。

其结构必须满足冲压生产的要求,既要冲出合格的坯料或工件,又要与生产批量相适应,而且还要具有操作安全,方便,使用寿命长,容易制造和维修等特点,冲裁模的结构形式很多.

按工序性质分;落料模.冲孔模,切断模,剖切模,切口模,整修模,精冲模.

按工序组合程度分;简单冲裁模,复合冲裁模,连续冲裁模.

此外,按导向方式可分为无导向模,有导向模.还可以按送料方式,出件方式与排除废料方式进行分类,这里不再列举.各种结构形式的模具各有其特点,各自使用于不同尺寸精度,不同结构形式,不同生产批量冲裁件的生产。

第1章设计内容

1.1制件图、材料

制件图题如图1-1

图1-1制件图

零件名称：

空调垫片

材料：

30钢

厚度：

0.3mm

生产批量：

大批量

设计方案：

单工序正装下顶出落料模冲压完成

第2章冲裁件的工艺分析及主要设计计算

2.1冲裁件的工艺分析

分析该零件的尺寸精度，其两孔中心距的尺寸及公差82±0.2mm,按[1]表2.7.5查得，用一般精度的模具可达到的两孔中心距公差为±0.15mm，即可满足零件的精度要求，从零件的形状.尺寸标注及生产批量等情况看，也均符合冲裁的工艺要求，并且只需一次落料即可，图中的孔距远大于最小孔距a≥2t的要求．工件其它尺寸的公差未标注，全部视为自由公差，为IT12的尺寸精度一般的普通冲裁能够满足工件的要求。

30钢属于低碳钢，适用于冲压生产。

冲压工艺方案的确定

该工件包括落料，切边两个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：

落料。

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，只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求；方案二：

模具制造的精度高，成本高，难以满足大批量生产要求。

方案三也只需要一副模具，但要两道工序，模具制造的成本也高，加工复杂。

通过对以上三种方案的分析比较，该件形状简单，工艺性良好，所以采用的冲压生产采用方案一为佳。

但由任务书可知，对于这个工件要求采用单工序正装下顶出落料冲裁模进行冲裁

2.2排样方式的确定

排样是指冲裁在条料,带料或板料上的布置方法.合理的排样和适当的搭边值.是降低成本和保证工件质量及模具寿命的有效措施..

排样的方式有多种多样,如;直排,斜排,直对排和混合排,.

根据零件的形状和复杂程度，本设计我采用直排的方式排样。

具体排样图如下图2-1排样图

图2-1排样图

2.3毛胚的确定

冲裁件的面积SV=[（126+82）×22+

×22²⁄2-2×14×22-

×7²]mm²=4566.02mm²,下面对毛胚的搭边值进行确定，各部分尺寸的确定由[1]P65表2.5.2查得侧面a=2mm，工作间a1=1.5mm由零件图和排样图可以计算条料的宽度B=130mm，一个步距的长度为s=35.5mm可得表2-1

表2-1毛坯计算表

项目

公式

结果

备注

冲裁件的面积A

A=126×12+82×22+

×22²/2-2×14×22-

×7×7

3586

条料宽度B

B=126+2×2

130

步距S

S=34+1.5

35.5

2.4材料的利用率

一个步距的材料利用率

100﹪　（2-1）

100﹪

=77.7﹪

式中A---------冲裁件面积；

n----------一个步距内冲裁件数目；

　　b----------条料宽度；

　h----------进距．

2.5冲裁力的计算

2.5.1冲裁力

该模具采用单工序落料模，拟选择弹性卸料卸下工件，冲压力的计算如下,由[1]p69可得冲裁力：

F=KLt

（2-2）

式中：

F——冲裁力

L——是冲裁周边的长度，这里面为总长度=

126mm+82mm+22πmm+14πmm+4×12mm=369.34mm

t——材料的厚度为0.3mm

——材料的抗剪强度取500MPa

K——安全系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、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1.3。

根据以上数据得计算可得F=72.02KN

下面我们分别对卸料力、推件力和顶件力进行计算：

卸料力Fx=KxF（2-3）

推件力Ft=nKtF（2-4）

式中：

F——为冲裁力为72.02KN

kx——卸料力系数

Kt——推件力系数

Kd——顶件力系数

有[1]得他们分别取0.05、0.63和0.08

n——同时卡在凹模内的冲裁件或废料的个数，取h=1.2mm

则n=h/t=1.2/0.3=4

可得Fx=0.05

72.02=3.6KN

Ft=4

0.063

72.02=181.49KN

Fd=0.08

72.02=5.76KN

因为采用的弹性卸料和上出料方式，由[1]P71（26.7）可知冲压的总工艺力为

F总=Fx+Fd+F=81.38KN

即选择压力机的公称压力应大于81.38KN

顶件力Fd=KdF

2.5.2压力中心的确定及相关尺寸的计算

计算压力中心，首先根据前面的设计画出凹模型口图如下图2-2，为了尽可能保证模柄轴线、压力机滑块的中心和压力中心重合，依次防止偏载对模具和压力机带来的损害。

按比例画出工件形状，将工件轮廓线分为L1，

图2-2零件轮廓图分析

L2….L5的基本线段，并选定坐标系XOY，计算步骤如下：

1.建立坐标系XOY如图所示,因工件左右对称，其压力中心一定在对称轴Y上，即X0=0

2.确定各个凹模的压力中心在XOY坐标系中的坐标：

L1=126-2×14=98（mm）；Y1=0

L2=6×（34-22）=72（mm）:

Y2=1/2×（34-22）=6（mm）

L3=2×7×

=44（mm）

Y3=22+7

（

）×

=26.4（mm）

L4=2×22

=69.08（mm）

Y4=22+

=32.69（mm）

L5=82（mm）Y5=34（mm）

Y0=

=16.96（mm）

2.5.3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，适宜采用线切割加工凸模﹑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配合加工的方法来计算，具体计算见表如下

查表3-4取初始间隙值

=0.03

=0.05

查表3-8得因数x=0.5

对零件图中未注公差的尺寸，按IT14级查设计手册可得其极限偏差为：

，

零件材料较薄，为了保证凸，凹模之间的间隙值，必须采用凸凹模配合加工的方法。

落料以凹模为基准件，根据凹模刃口磨损后的尺寸变大（A类）、变小（B类）、不变（C类）三种情况，将零件图中各尺寸进行分类；

A类尺寸：

，

B类尺寸：

C类尺寸：

凹模刃口尺寸计算如下：

＝（126-0.5

0.87）

＝125.5

（mm）

＝（34-0.5

0.62）

＝33.69

（mm）

＝（22-0.5

0.43）

＝21.79

（mm）

＝（14+0.5

0.43）

＝14.22

（mm）

＝（81.8+0.5

0.4）

＝82

0.05（mm）

凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制，并保证双面间隙为0.03~0.05mm。

凹模具的外形尺寸：

参考[2]P97（4-7）和式（4-8），取凹模的厚度H=21mm，凹模壁厚C=35mm.

凹模具零件简图如下图2-3：

图2-3凹模

第3章模具总体设计及主要零部件设计

3.1模具结构的选择

由零件图分析该模具采用正装下顶出落料模。

条料的送进，由两个导料销控制去其方向，由挡料销12控制其进距。

卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置冲裁前先将条料压住，冲裁后依靠弹簧力将废料从凸模上卸下。

同时由装在模座之下的顶出装置实现上出件，通过调整螺母19压缩橡胶17，可调整顶件力。

由于该弹性顶出装置在冲裁时能压住工件，并及时地将工件从凹模内顶出，因此可使冲出的工件表面平整。

适用于厚度较薄的中、小工件的冲裁。

3.2卸料弹簧的设计与计算

根据模具结构初定6根弹簧，每根弹簧分担的卸料力为3601N/6=600N。

根据预紧力Ppre（≥400N）和模具尺寸，由设计质料中选出序号57~61的弹簧，其最大工作负荷Pmax为720N，大于600N。

校验是不是满足∆Hmax>Zmax.查质料中的弹簧规格及负荷曲线。

并经过计算可得下列数据：

由表4-6中数据可知，序号59~61的弹簧均满足∆Hmax≥Ztotal,根据模具结构确定使用59号弹簧。

该弹簧规格为：

外径：

D=36mm,

钢丝直径：

d=5.0mm.

自由高度：

H0=80mm

装配高度：

H2=H0-∆Hpre=80-17=63mm

表3-1弹簧数据表

序号

H0/mm

H1/mm

∆Hmax=H0-H1

∆Hpre（Ppre=600N）

Ztotal=∆Hpre+HW+∆Hrep

57

45

30.2

14.8

10

17.3

58

60

40.2

19.8

13

20.3

59

80

52.8

27.2

17

24.3

60

100

65

35

23

30.3

61

130

83.8

46.2

30

37.3

注：

HW=t+1=0.3+1=1.3mm,∆Hrep=6mm

模架选用后侧导拄标准模架：

上模座：

L×B×H=200mm×200mm×45mm

下模座：

L×B×H=200mm×200mm×50mm

导拄：

d×L=32mm×160mm,

导套：

d×L×D=32mm×105mm×43mm

模架的闭合高度：

170~210mm;

垫板厚度：

10mm；

凸模固定板厚度：

16mm

上模底板厚45mm

弹簧露出高度：

33（为63-10-16-4）mm；

卸料板厚度：

14mm

凹模厚度：

21mm；

下模底板厚：

50mm

模具的闭合高度：

Hd=45+10+16+33+14+20+50+1.3=189.3mm

3.3冲压设备的选择

选用开式双拄可倾压力机J23-16

公称压力：

160KN；滑块行程：

55mm；闭合高度：

220mm；闭合高度调节量：

45mm滑块中心线至床身距离：

160mm；工作台高度尺寸：

300mm×450mm。

底板厚度：

40mm；模柄孔尺寸：

Ǿ40mm×60mm。

3.4模具的总体设计

3.4.1模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用单工序冲压，所以模具类型为单工序正装下顶出落料模。

3.4.2定位方式的选择及导料板设计

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，无侧压装置。

控制条料的送进步距采用挡料销初定距，由操作者利用导料销和挡料销实现精定距。

而第一件的冲压位置因为条料长度有一定的余量，可以靠操作工来目测定。

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1mm，这样就可确定了导料板的宽度，导料板的厚度按［2］表2.9.7选择。

因为模具设计时的用的弹性导料板，所以条料送进不会受阻碍，导料板的高度可以适当的减小活动挡料销的高度为3mm，导料板的厚度为4mm，具体形式按标准[5]侧压装置选用簧片式侧压按标准取。

导料板采用45钢的制作。

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。

导料板如图3-1所示

图3-1导料板

3.4.3导向方式的选择

为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整等因素该落料模采用后侧导柱的导向方式。

3.5主要零部件的设计

3.5.１工作零件的结构设计

根据模具设计的基本形式，可以确定模具的基本结构原理图如下：

一张模具装配图

冲孔凸模的设计

根据制件的零件图可以知道，冲孔凸模的结构为圆形，所以冲孔凸模均采用圆头直杆圆凸模，其总长L可根据具体设计按如下方式计算：

L=h

+h

+t+h=20+14+1+28=63mm

式中：

h

为凸模固定板厚18mm

h

为卸料板的厚度15mm

t为料厚1.0mm

h为附加长度取26mm,包含了橡胶的厚度，其取值是根据他们的具体设计而确定的。

根据具体的设计查[2]P50表2.57的如下内容：

其中4个Φ3.2的凸模为6.0×63-G12JB/T5825，其中1个8.5的凸模为13×63-G12JB/T5825

3.5.2落料凸模的设计

根据制件的零件图可以知道落料凸模的结构，其总长L可根据具体设计按如下方式计算：

L=H1+h2+t+h=16+14+0.3+33=63.3mm

式中：

H1为凸模固定板厚16mm

h2为卸料板的厚度14mm

t为料厚0.3mm

h为附加长度取33mm,

凸模材料：

Cr12MoV淬火凸模（56～60）HRC

凹模（58～62）HRC

凸模如图3-2所示

图3-2凸模

3.5.3落料凹模的设计

结合工件外形并考虑加工，，采用线切割机床加工凹模，6个M10的螺钉固定在模板上，具体尺寸如下：

凹模的设计

凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架的位置时，要根据压力中心的数据，将压力中心和模柄中心重合，下面对其轮廓尺寸进行计算：

凹模的厚度H=KB根据[1]表4-34

取K=0.16由[1]P104表2.9.5

则H=0.16×126=20.16mmb=126mm

此为最小值圆整到21mm即H=21mm

所以凹模的壁厚取35mm

取凹模厚度为21mm

凹模的宽度C取=34+2×35=104mm

凹模的长度L取=35+35+126=196mm

即凹模的轮廓尺寸为104×196×21结构详图如图3-3所示：

3.5.4定位零件的设计

落料凹模的下部设置两个导料销，借助中间挡料销进行导正，导料销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凹模端面1.3mm，导料销露出凹模端面部分的长度为4mm。

导料销采用H7/m6安装在落料凹模端面，导料销导正部分与导正孔采用H9/h9配合。

挡料销采用H7/m6安装在落料凹模端面，与卸料板的配合为H9/h8,露出凹模端面高度为3mm。

图3-3凹模图

图3-3中起定距的挡料销选用标准件，规格为8×16mm材料45钢热处理43-48HRC。

3.6卸料部件的设计

3.6.1卸料板的设计

卸料板上设置4个卸料螺钉，选用标准件为M12×100mm，螺纹部分为16×12mm。

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1mm，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，尺寸如图3-4。

图3-4卸料板

3.6.2卸料螺钉的选用

卸料板上设置4个卸料螺钉M12×100mm，d为16mm，螺纹部分为16×12mm。

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1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。

3.6.3顶件装置

顶件装置一般是弹性的。

其基本组成有顶杆，顶件块和装在下模底下的弹顶器，弹顶器可以做通用的，其弹性元件是弹簧或橡胶，如图3-5所示为推件块。

这种结构的顶件力容易调节，工作可靠，冲件平直度较高。

推件块或顶件块在冲裁过程中是在凹模中运动的零件，它有如下要求：

模具处于闭合状态时，其背后有一定的空间，以备修模和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模和凸模的配合应顺利滑动，不发生干涉。

为此，推件块和顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造，也可以根据板料厚度取适当间隙。

推件块和顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合，也可以板厚取较适当间隙。

图3-5推件块

橡胶的选用原则：

1．为保证橡胶正常工作，所选橡胶应满足预压力要求：

F0≧Fd

式中：

F0为橡胶在预压缩状态下