墊片少廢料模具設計

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1、 蓋冒墊片設計說明書 一、工件工藝性分析 如右圖1所示：工件為有凸緣圓筒形零件，且在凸緣上均勻分布4個相同的孔。故可得知此工件為：落料拉深沖孔所得，其加工工藝過程為：落料－拉深－沖孔,各尺寸關系如圖1所示 一、 拉深工藝及拉深模有設計 1、 設計要點 設計確定拉深模結構時為充分保證制件的質量及尺寸的精度，應注意以下幾點 1） 拉深高度應計算準確，且在模具結構上要留有安全余量，以便工件稍高時仍能適應。 2） 拉深凸模上必須設有出氣孔，并注意出氣孔不能被工件包住而失去作用。 3） 有凸緣拉深件的高度取決勝于上模行程，模具中要設計有限程器，以便于

2、模具調整。 4） 對稱工件的模架要明顯不對稱，以防止上、下模位置裝錯，非旋轉工件的凸、凹模裝配位置必須準確可行，發(fā)防松動后發(fā)生旋轉，偏移而影響工件質量，甚至損壞模具。 5） 對于形狀復雜，需經過多次拉深的零件，需先做拉深模，經試壓確定合適的毛坯形狀和尺寸后再做落料模，并在拉深模上按已定形的毛坯，設計安裝定位裝置。 6） 彈性壓料設備必須有限位器，防止壓料力過大。 7） 模具結構及材料要和制件批量相適應。 8） 模架和模具零件，要盡是使用標準化。 9） 放入和取出工件，必須方便安全。 2、 有凸緣圓筒形件的拉深方法及工藝計算 有凸緣筒形件的拉深原理與一般圓筒形件是相同的，但由于帶

3、有凸緣，其拉深方法及計算方法與一般圓筒形件有一定差別。 1） 在凸緣拉深件可以看成是一般圓筒形件在拉深未結束時的半成品，即只將毛坯外徑拉深到等于法蘭邊（即凸緣）直徑df時的拉深過程就結束。因此其變形區(qū)的壓力狀態(tài)和變形特點應與圓筒形件相同。 根據(jù)凸緣的相對直徑df/d比值同有凸緣筒形件可分為：窄凸緣筒形件（df/d=1.1～1.4）和寬凸緣筒形件（df/d>1.4）。顯然此工件df/d=50/21=2.38>1.4為寬凸緣筒形件。下面著重對寬凸緣件的拉深進行分析，主要介紹其與直壁筒形件的不同點。 當rp=rd=r時（圖2）,寬凸緣件毛坯直徑的計算公式為：

4、　　　　　　　　　　　　　（1） 根據(jù)拉深系數(shù)的定義寬凸緣件總拉深系數(shù)仍可表示為： 　　　　　　　?。?） 3、 寬凸緣圓筒形件的工藝計算要點 1)毛坯尺寸的計算，毛坯尺寸的計算仍按等面積原理進行，參考無凸緣筒形件毛坯的計算方法計算，毛坯直徑的計算公式見式（1），其中df要考慮修邊余量，其值可從《沖壓工藝與模具設計》表4.22中查得＝1.6mm即df=50+1.6=51.6mm 則D==54.75mm 根據(jù)拉深系數(shù)的定義，寬凸緣件總拉深系數(shù)仍可表示為： M= 2)判斷工件是否一次拉成，這只須比較工件實際所需的總拉深系數(shù)和h/d與凸緣件第一次拉深系數(shù)和極限拉深系數(shù)的相對高度即可。

5、m總＞m1，當1，h/d≤h1/d1時可以一次拉成，工序計算到此結束，否則應進行多次拉深。m總=0.38 h/d==0.33。由《沖壓工藝與模具設計》表4.2.6查得此凸緣件的第一次拉深系數(shù)m1=0.37。由表4.2.7查得此凸緣件的第一次拉深最大相對高度h1/d1=0.28～0.35之間，可知m總＞m1，h/d≤h1/d1可一次拉成。 4、拉深凸模和凹模的間隙 拉深模間隙是指單面間隙，間隙的大小對拉深力，拉深件的質量，拉深模的壽命都有影響，若c值大小，凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時，校正和變形的阻力增加，與模具表面間的摩擦，磨損嚴重，使拉深力增加，需件變薄嚴重，甚至拉破，模具壽命降低。間隙

6、小時得到的零件側壁平直而光滑，質量較好，精度較高。 間隙過大時，對毛坯的校直和擠壓作用減小，拉深力降低，模具的壽命提高，但零件的質量變差，沖出的零件側壁不直。 因此拉深模的間隙值也應合適，確定c時要考慮壓邊狀況，拉深次數(shù)和工件精度高。其原則是：即要考慮材料本身的公差，又要考慮板料的增厚現(xiàn)象，間隙一般都比毛坯厚度略大一些。不用壓邊圈時，考慮到起皺的可能性取間隙值為： C=（1～1.1）tmax 有壓邊圈時，間隙數(shù)值也可按表4.6.3取值（《沖壓工藝與模具設計》），此工件的拉深間隙可取， C=1.1t=1.1mm 4、拉深凸模，凹模的尺寸及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸、凹模的尺

7、寸及公差決定，因此除最后一道拉深模的尺寸公差需要考慮外，首次及中間各道次的模具尺寸公差和拉深半成品的尺寸公差沒有必要做嚴格限制。這是模具的尺寸只取等于毛坯的過渡尺寸即可。此工件內形尺寸公差有要求，故以凸模為基準，先定凸模尺寸考慮到凸模基本不磨損，（其尺寸關系如圖3所示）以及工件的回彈情況，凸模開始尺寸不要取得過大。其值為： Dp=（d+0.4Δ）-δp 凸模尺寸為：Dd=（d+0.4Δ+2C）+ δd 凸、凹模的制造公差δp和δd可根據(jù)工件的公差來選定。工件公差為TT13級以上時δp和δd可按TT6～8級取，工件公差在IT14級以下時，則δp和δd可按IT10級取： Dp=（20+

8、0.40.2）0-0.021=20.080-0.021mm Dd=（d+0.4Δ+2c）0+d =（20+0.40.2+21.1）0+d=22.280+0.021mm 5、凹模圓角半徑rd 拉深時，材料在經過凹模圓角時不僅因為發(fā)生彎曲變形需要克服彎曲阻力，還要克服因相對流動引起的磨檫阻力，所以rd大小對拉伸工件的影響非常大。主要有以下影響： 1）拉伸力的大??；2）拉伸件的質量；3）拉伸模的壽命。rd小時材料對凹模的壓力增加，磨檫力增大，磨損加劇，使磨具的壽命降低。所以rd的值即不能太大，也不能太小。在生產上一般應盡量避免采用過小圓角半徑，在保證工件質量的前提下盡量取

9、大值，以滿足模具壽命要求。通?？砂唇涷灩接嬎悖? rd= 式中D為毛坯直徑或上道工序拉深件直徑；d為本道拉深后的直徑rd應大于或等于2t，若其值小于2t，一般很難拉出，只能靠拉深后整形得到所需零件，故可取rd=2.5mm 6、凸模圓角半徑rp 凸模圓角半徑對拉深工序的影響沒有凹模圓角半徑大，但其值也必須合格，一般首次拉深時凸模圓角半徑為rp=（0.7～1.0）rd 這里取rp =1.0rd=2.5mm 三、沖裁工藝及沖裁模具的設計 1、凸模與凹模刃口尺寸的計算 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度。模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸

10、及其制造公差，是設計沖裁模的主要任務之一。從生產實踐可發(fā)現(xiàn)：由于凸凹模之間存在間隙，使落下的料或伸出的孔卻帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸；在測量于使用中，落料件以大端尺寸為基準，沖孔件以小端尺寸為基準。 2、凸、凹模刃口尺寸的計算方法 由于加工模具的方法不同，凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差的標注也不同，刃口尺寸的計算方法可分為以下兩種情況：凹模與凸模分開加工，凸模和凹模配合加工，從此工件的結構上分析，選擇凸模與凹模分開加工的制造方法：采用這種方法，凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸，要分別標注凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差（凸模δp、凹模δd

11、），適用于圓形或簡單形狀的制件。為了保證初始間隙值小于最大合理間隙2Cmax，必須滿足下列條件： 或?。? 也就是說，新制造模具應該是，否則制造的模具部隙已超過允許變動范圍2Cmin～2Cmax,影響模具的使作壽命。 下面對落料和沖孔兩咱情況分別進行討論。 1） 落料 高工件的尺寸為D-0Δ，根據(jù)計算原則，落料時以凹模為設計基準。首先確定凹模尺寸，凹模的基本尺寸接近或等于制件輪廓的最小極限尺寸，再減小凸模尺寸以保證最小合理間隙值2Cmin。 名部分分配位置如圖5（a）所示。其計算公式如下 　　　　　　　　　　　　　?。?）

12、 (4) 代入數(shù)據(jù)得　　　　 校核；由此可知，只有縮小、，提高制造精度，才保證間隙在合理范圍內，此時可取、，放得：　　　 2）沖孔 設沖孔尺寸為，根居以上原則，沖孔時以凸模設計為基準，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸，凸模制造偏差為負偏差，凹模取正偏差，名部分分配位置如圖5.b所示，其計算公式如下： 在同一工步制件上沖出兩個以上孔時，凹模型孔中心距Ld按下式確定： 代入數(shù)據(jù) 校核 孔距尺寸： 3)凹模洞的類形 常用凹模洞口的類形如圖6所示：

13、 圖 6 其中圖a、b、c為直筒式刃的凹模，其特點是制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差要求較小，形狀復雜的精密制件。但因廢料（或制件的聚集而增大了推件力和凹模的脹裂力，給凸、凹模的強度都帶來了不利的影響。一般復合模上出件的沖裁模用圖a、c型，下出件的沖裁模用圖b或圖a型，圖d、e型是錐筒式刃口，在凹模內不聚集材料，側壁磨損小，但刃口強度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大（如α＝300時，刃磨0.1mm時，其尺寸增大0.0017mm 凹模錐角α，后角β和洞高度h，均隨制件材料厚度增加而增大，一般取α＝15＇～30＇　β＝20＇～30＇ h=4-10

14、mm綜上所述及其對工件孔分析，選擇B型凹模洞口，取h=6mm　　　β＝20＇　　 4）凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形與圓形兩種。凹模的外形尺寸應保證凹模有足夠的強度，剛度和修磨量，凹模的外形尺寸一般是根據(jù)被沖材料的厚度和沖裁件的最大外形尺寸來確定的如圖7所示 凹模的厚度為: 1+ kb (≥15) 凹模壁厚度為c=(1.5～2)H (≥30～40mm) 式中b為沖裁件的最大外形尺寸；K為系數(shù),是考慮板料厚度影響的系數(shù)可以《沖壓工藝與模具設計》表2．8．2中查得代入數(shù)據(jù)可得沖孔凹模 H=15mm c=30mm 落料

15、凹模H=0.3554.75=20mm c=40mm 四、模具的其它零件 1、模具除簡單沖模外，一般沖模多利用模架的結構。模架的和種類很多，要根據(jù)模具的精度要求，模具的類別，模具的大小選擇合適的模架. 模架的選擇可從《實用模具技術手冊》P192頁選擇標準架。根據(jù)查閱的內容及分析，此復合模可選用后側導柱模架導、導柱安裝在后側，有偏心裁荷時容易歪斜，滑動不夠平穩(wěn)，可從左右前三個方向關料操作比較方便。常用于一般要求的小型工件的沖裁和拉深模。所選模架的結構及尺寸關系如圖8所示： L =250mm B=160mm 上模座：25016045 下模座25016050

16、導柱，32190 導套 3210543 Hmax=210 Hmin=170mm 其余尺寸見上下模座零件圖，可以《沖壓手冊》沖壓模具常用標準件選擇。 2．模柄 模柄有多種形式，要根據(jù)模具的結構特點，選用模柄的形式模柄的直徑根據(jù)所選壓力機的模柄孔徑確定，模柄可根據(jù)《實用模具技術手冊》P201頁選擇，經查閱各種 模柄的特點，選用壓入式模柄，這種模柄應用比較廣泛壓入模柄的結構和尺寸，可參表11-10制造，表中B型模柄中間有孔可按裝打料桿，用壓力機的打料模桿進行打料，模柄的結構及尺寸關系如圖9所示。

17、 圖 9 d=30 D=32 D1=42mm h=78mm h2=30mm h1=5mm b=2mm a=0.5mm d1(H7)=6+0.0120 d2=11mm 3、卸料板 卸料板的主要作用是將沖壓的料從凸?；蛲?、凹模上推下來，此外在進模比較復雜的模具中，卸料板還具有保護小凸模作用，常用的卸料板結構形式及適用范圍見表11-24和第八章級進模表8-10《實用模具技術手冊》卸料板的尺寸可根據(jù)《實用模具技術手冊》表11-25查得，本模具選用彈壓式卸料板。卸料板的結構與尺寸關系如圖10所示， ho＇=16mm B=150mm C＇=(0.1～0

18、.2)t=0.2mm) 4．彈頂和推出裝置 彈頂裝置由彈簧元件組成裝于模具的下面通過頂桿起到推料的作用，彈頂裝置通常在壓力機的工作臺孔中，彈頂裝置結構形式見表11-26《實用模具技術手冊》，具體結構及尺寸見裝配圖及零件圖所示，見圖表（10）設計模具時選用標準的彈簧。已知沖裁時卸料為 FQ=3.8 可選圓鋼絲螺壓縮彈簧，由表11-28查得d=8.0mm D2=50mm F=1990N. Dmax=38mm Dmin=62mm; 節(jié)距P=14.9mm 5、導向裝置（導柱 導套） 導向裝置指得是模架上的導柱、導套。模具在開模，閉模過程中，導柱和導套起導向的作用

19、，使得凸凹模正確的閉合，故此，導柱、導套需要有嚴格的配合精度及尺寸要求，導柱、導套的選擇可以《沖壓手冊》中選取，（取H7/h6配合） 如圖11 a導柱的具體尺寸為： d=32 L=190mm 導套的具體尺寸為(圖11 .b) 圖11 D=32 D(r6)=45 L=105mm h=43mm L=25mm 油槽數(shù)為2 b=3；a=1 6、固定零件（固定板、墊板） 1）墊板的作用是承受凸模和凹模的壓力，防止過大的沖壓，在上下模座上壓出凹坑，影響模具的正常工作，墊板厚度根據(jù)壓力機的大小選擇，一般取5-12mm，外

20、形與固定板相同，材料45鋼，熱處理后硬度為45-48HRC，如圖12a .b所示： 墊板在模具中的受力情況 2）固定板 固定板的作用起固定凸、凹模，防止其在沖壓過程中松動，造成模具的損壞，固定板的形狀要根據(jù)凸、凹模而定，而外形尺寸與墊板相似。固定板和具體形狀尺寸見零件圖所示。 7、連接零件 此類零件包括螺釘、銷釘?shù)?，主要作用是?lián)接其它零部伯，使之共同完成工件的制造，螺釘和銷釘可由《沖壓手冊》第十章、第七、八章查選，形狀及尺寸見七、八節(jié)圖所示現(xiàn)選螺釘M12 圓柱銷 d=8，則沖壓模上有關螺釘孔的尺寸見表10-28《沖壓手冊》D=27 d=17.5 卸料螺釘選M16，具體尺寸見

21、表10-29《沖壓手冊》 五、壓力機的選擇 壓力機的選擇要考慮，沖裁力、拉深力以及卸料力、推件力、頂件力，壓力機的總噸位應大于等以上所有力之和1.3倍，普通刃沖裁模，其沖裁力FP一般可按下式計算。 FP= KPtLτ 式中τ為材料的抗剪強度，L為沖裁周邊總長（mm）,t為材料厚度，系數(shù)KP是考慮到沖裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙的波動（數(shù)值的變化或分布不均勻） 潤滑情況，材料力學性能與厚度公差的變化等因素而設置的安全系數(shù)，一般取1.3，當查不到強度τ時，可用強度，σb代替，而取KP=1的近似計算法計算，材料鋼的強度可以《沖壓工藝與模具設計》表1.4.1查得τ=260MPa～360MP

22、a。 現(xiàn)取τ=340MPa FP1=1.313.1454.75340=76KN FP2=1.313.145340=7KN 影響卸料力、推料力和頂件力的因素很多，要精確的計算出很困難，在實際生產采用經驗公式計算： 卸料力：FQ=KFp 推料力：FQ1=nK1Fp 頂件力：FQ2=K2Fp 式中： 卸料力系數(shù)，其值為 0.02～0.06 （薄料取大值，厚料取小值） 推件力系數(shù)，其值為0.03～0.07 （薄料取大值，厚料取小值） 頂件力系數(shù)，其值為0.04～0.08 （薄料取大值，厚料取小值） n為梗塞在凹模內的制件或廢料數(shù)量，n=h/t，h為直刃口部

23、分的高，t為材料的厚度，h取4～10mm , 現(xiàn)取h=6mm 本模具中只有卸料力和推件力即可則： FQ=0.0576=3.8KN FQ1=6/10.067=2.52KN 2）拉深力 理論計算拉深力可以推導，但它使用不便，生產中常利用經驗公式計算拉深力，第次拉深（一次拉深成形時） F1=πd1tσbk1 式中σb為材料的抗拉強度，K1為系數(shù)，查表4.5.4（《沖壓工藝與模具設計》）代入數(shù)據(jù)可得F1=3.142113901=25.7KN 壓邊力:　FQ=0.2525.7=6.4KM 卸料力: FQ==KF=0.0425.7=1.02KN 綜上所述：F總=76+7+

24、3.8+2.25+25.7+6.4+1.02=123KN F壓力=1.3 F總=1.3123=160 KN 由《實用模具技術手冊》P22頁，應用壓力機的選擇查表2-3可選擇J23—16型壓力機，其參數(shù)可參考表2—3 六、 主要組件的裝配 1．模柄的裝配，因為所示模具的模柄是從以上模座的下而向上壓入的，所以在安裝凸模固定板和墊板之前，應先把模柄裝好。 模柄與上模座的配合要求是H7/m6.裝配時，先在壓力機上將模柄壓入，再加工定儉銷孔或螺紋孔。然后把模柄端面突出部分銼平或磨平，安裝好模柄后，用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂有度。 2、凸模和裝配，凸模與固定板的配合要求為H7/m6.。裝

25、配時，先在壓力機上將凸模固定板內，檢查凸模的垂直度，然后將固定板的上平面與凸模尾部一起磨平，為了保持凸模刀口鋒利還應將凸模的端面磨平。 3、彈壓卸料板的裝配，彈壓卸料板起壓料和卸料的作用。裝配的保證它與凸模之間具有適當?shù)拈g隙，其裝配方法是，將彈壓卸料板 裝入固定板的凸模內，在固定板與卸料板之間墊上平行墊塊，并用平等夾板將它們夾緊，然后按卸料板上的螺孔在固定板上抽窩，拆開后鉆固定板上的螺釘穿過孔。 4、模架的技術要求及裝配 組成模架的各零件均應符合相應的技術條件，其中特別重要的是每對導柱，導套的配合間隙應符合要求。 裝配成套的模架，多項技術指標（上模座上平面對下模座下平面的平行度）導

26、柱軸心線對下模座下平面的垂直度和導套孔軸心線對上模座下面垂直度）應符合相應精度等級要求。 裝配后的模架，上模座沿導柱上、下移動平穩(wěn)無阻滯現(xiàn)象， 壓入上、下模座的導柱導柱離其它裝表面應有1—2mm距離，壓入后就牢固。裝配成套的模架，各零件的工作表不應有碰傷，裂 以及其它機械損傷 模架的裝配主要指導柱導套的裝配，目前大多數(shù)導柱，導套與模座之間采用過盈配合，但也有少數(shù)采用粘 工藝的，即將上下模座孔擴大，降低其加工要求，同時將導柱、導套之間冷入粘結劑，即可使用導柱，導套固定，滑動導向模架常用的裝配工藝和檢驗方法有壓入導套、壓入導套安、裝導套。 七、模具的工作過程 本模具是一套倒裝的落料拉深沖孔的復合模。前后送料，擋料銷19限位，導向銷20導正。上模下行凸凹模11與拉深凹模18接觸進行拉深，工件成型后，上模上行，打桿1推動打板12把工件從凸凹模11中打出。落料廢料有彈簧8推動卸料板10推出。 八、參考文獻 《沖壓手冊》，《實用模具技術手冊》，《沖壓工藝與模具設計》，公差配合與測量技術》，《模具制造技術》等。 22