模具课程设计-双耳止动垫圈模设计

冲压模具课程设计

题 目：双耳止动垫圈模设计 专 业：机电工程学院 班 级：机电141 姓 名： 学 号：4124 指导教师：

提交日期：2017年1月3日

目录

前言 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 一、题目要求 ................................................................................................... 错误!未定义书签。 二、制件的工艺分析 ....................................................................................... 错误!未定义书签。

1、材料分析 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 2、结构分析 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 3、精度分析 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 三、工艺方案的确定 ....................................................................................... 错误!未定义书签。 四、排样图的确定 ........................................................................................... 错误!未定义书签。

1、材料利用率的计算及排样图的绘制 ................................................. 错误!未定义书签。 五、压力中心的计算 ....................................................................................... 错误!未定义书签。

1、压力中心坐标计算公式： ................................................................. 错误!未定义书签。 2、各线段的重心坐标： ......................................................................... 错误!未定义书签。 3、压力中心坐标为： ............................................................................. 错误!未定义书签。 六、计算冲压初选压力机 ............................................................................... 错误!未定义书签。 七、模具刃口尺寸计算 ................................................................................... 错误!未定义书签。

1、落料件尺寸的计算 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2、冲孔尺寸计算： ................................................................................. 错误!未定义书签。 八、模具工作零件及其他零件设计与计算 ................................................... 错误!未定义书签。

1、凸、凹模结构设计 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2、定位零件的确定 ................................................................................. 错误!未定义书签。 3、卸料装置的确定与计算 ..................................................................... 错误!未定义书签。 4、标准模架及连接固定件的设计 ......................................................... 错误!未定义书签。 5、卸料橡胶的设计计算 ......................................................................... 错误!未定义书签。 九、装配图与零件图（见CAD图） .............................................................. 错误!未定义书签。 十、总结........................................................................................................... 错误!未定义书签。

前言

模具课程设计是CAD/CAM专业教学计划安排的非常重要的教学实践环节，也是毕业设计的首选内容。其目的在于巩固《模具结构及设计》所学知识，熟悉有关资料，树立正确的设计思想，掌握正确的设计方法，培养学生的实际工作能力。通过模具结构设计，学生在工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、模具零件结构设计、编写说明书和查阅参考文献等方面受到一次综合的训练，增强学生的动手能力和创新设计能力

一、题目要求

名称：双耳止动垫圈， 材料：20钢 生产批量：大批量 材料厚度：t＝ mm 尺寸结构如右图

二、制件的工艺分析

1、材料分析

20钢为普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成形性能。

2、结构分析

双耳止动垫圈是一般的冲裁件，其特点是：零件结构简单，工件尺寸小，尺寸精度低，材料强度不高，外形有圆弧连接过度，对冲裁加工较为有利，零件上一个孔其中最小孔径为10mm，大于冲裁最小孔径 dmin≥ t=的要求。另外，经计算直径为φ10mm的孔距零件外形之间的孔边距为6mm，大于冲裁件最小孔边距 Lmin≥= 的要求。所以，该零件的结构满足冲裁的要求。

3、精度分析

零件上没有尺寸标注了公差要求，则其公差要求都属于IT14。所以，普通冲裁可以满足零件的精度要求。

图 1

三、工艺方案的确定

双耳止动垫圈一般有以下三种冲裁工艺方案

方案一：先落料，后冲孔，采用两套单工序模生产。 方案二：落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。 对三种方案进行分析如下：

1、方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，

零件精度较差，难以满足零件大批量生产的要求。

2、方案二只需一副模具，冲压件的形状位置精度和尺寸精度易于保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

3、方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二相比生产的零件精度稍差。需在模具上设置导正销导正，保证冲压件的形状位置精度。模具制造和装配较复合模略复杂，冲孔落料复合模基本结构。所以，比较三个方案，采用方案二生产更为合理。

现对复合模中凸凹模壁厚进行校核（结构见图3）。查资料可知，当材料厚度t为时,凸凹模最小壁厚为4mm，而该零件上10的孔距零件外形之间的孔边距6mm，能满足复合模凸凹模最小壁厚的要求。因此，该零件可以采用复合模生产。

图3

四、排样图的确定

1、材料利用率的计算及排样图的绘制 模具导料零件采用无侧压的导料板装置

0材料宽度：B2a)0(D

导料板间距离：ABCDmax2aC 查《模具设计与制造》得：取a1=，a=。

分析零件形状，应采用单直排或着双直排的排样方式，分析材料利用率，则确定零件的排样方式有如图4所示。

max 图4

现查资料，选用900mm×1800mm的钢板，每张钢板可剪成20张（44×1759）。搭边取值和，条料宽度为44mm 步距为

00条料宽度B ：B=（Dmax+2a）_0=（39+2×）_0.2=44_0.2mm

步距S ：S=30+=31.2mm 一个步距的材料利用率η：η=

nA2736×100%==×100%=%

4447.4BS总利用率η=

nA148736×100%==×100%=%

9001800BS其具体排样图如图5所示。

图5

五、压力中心的计算

零件是一个非对称的零件，所以零件的压力中心如下计算（见图6），则：

圆弧线段的中心压力：

Rsyb

1、压力中心坐标计算公式：

x0L1x1L2x2LnxnLyLyLnyn y01122

L1L2LnL1L2LnL1= L2=16mm

L3= L4=Dmm L5=

L6=12mm L7= L8=D31.4mm

14L9=D36035.9mm L10=

360D1.4mm

2、各线段的重心坐标：

X1=，Y1=8 X2=-28，Y2=0

X3=，Y3=-8 X4=，Y4= X5=-6，Y5= X6=0，Y6=-16 X7=6，Y7= X8=0，Y8=0 X9=，Y9= X10=，Y10=

3、压力中心坐标为：

x019.7(18.2)16(28)1.4(7.6)6.75

19.7161.419.781601.48.1y01.52

19.7161.4六、计算冲压初选压力机

冲裁力基本计算公式为FKLtb

此例中零件的周长为 mm（落料周长为，冲孔周长为），材料厚度，20钢的抗剪强度取350MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为

F落1.3120.81.5350N82466N82.5kN F冲1.331.41.5350N21430.5N21kN

F= F落+ F冲104kN

根据资料，可求得：

卸料力为FxKxF0.05104KN5.2KN 推件力为FTnKT F冲=60.055104kN34.32kN

零件所需得公称压力为F总ZFFT(1045.234.32)kN143.52kN 一般冲裁时压力机的吨位应比计算的冲压力大30%

所以，公称压力F Z1511.3196kN 根据附表1，初选设备为开式压力机JH23-25

七、模具刃口尺寸计算

1、落料件尺寸的计算

根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。

落料件尺寸的计算，落料基本计算公式为：

DA(DmaxxΔ)0

A0DT(DAZmin)0T(DmaxxΔZmin)T

查公差配合表，落料件尺寸都为IT14，所以x=.

（1）、尺寸2800.52mm，经查图7得该零件凸、凹模最小间隙Zmin=，最大间隙Zmax=；查资料可知凸模制造公差T0.020mm，凹模制造公差A0.025mm，将以上各值代入TA≤ZmaxZmin，校验是否成立，不成立，取T=*（Zmax-Zmin）= A=*（Zmax-Zmin）=

0.0240.024DA1（(280.50.52)）mm27.74mm 0000DT1（(27.740.132)）0.016mm27.6080.016mm

校核：+==+=校核不等式成立 （2）、尺寸1600.43mm，查得其Zmin、Zmax、T数值同上一尺寸，

0.0200.020(160.50.43) mm15.785mm A=T0.020mm，则DA2 0000DT2（(15.7850.132)）0.020mm15.6530.020mm

0.020DA215.7850校核：+==+=校核不等式成立。满足间隙公差条件, 故：，

DT215.69500.020 （3）、尺寸1200.43mm，查得其Zmin、Zmax、T、A数值同上一尺寸，

0.0200.020DA3 (120.50.43) mm11.7850mm000DT3（(11.7850.132)）mm11.6530.020.020mm

校核：+==+=校核不等式成立，满足间隙公差条件, 故：0.020DA311.7850,DT311.69500.020

m，凹模制造公（4）、尺寸2200.52mm，查得凸模制造公差T0.02m差A0.025mm，校验是否成立，不成立，取T=*（Zmax-Zmin）= A=*（Zmax-Zmin）=该尺寸为双边磨损尺寸，所以计算时取双面间隙。

0.0240.024DA4（(220.50.52)）mm21.74mm 0000DT4（(21.740.132)）mm21.6080.0160.016mm

校核：+==+=校核不等式成立

m，凹模制造公差（5）、尺寸R200.25mm，查得凸模制造公差T0.02mA0.020mm。且该尺寸为单边磨损尺寸，则计算时取单面间隙。

0.020.02DA5( 20.50.25) mm1.875mm 0000DT5（(1.8750.132)）0.02mm1.7430.02mm

校核：校核：+==+=校核不等式成立

2、冲孔尺寸计算：

d(dXΔZ)冲孔基本公式为：dT(dminXΔ)0， Aminmin00.36mm，查得凸模制造公差T0.02mm，凹模制造公差尺寸100A0.02mm。验证是否满足TA≤ZmaxZmin，所以

0dT(100.50.36)00.02mm10.180.020mm

0.020.02mm10.3120mm dA(100.50.360.132)0校核：TAZmaxZmin0.04（满足间隙公差条件）

AT图7

八、模具工作零件及其他零件设计与计算

1、凸、凹模结构设计

采用复合模生产，直接同时冲孔和落料，采用常见非圆凸模的结构形式，与凸模固定板采用过渡配合。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，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，装压力中心与模柄中心线重合，其轮廓尺寸计算

凹模采用整体式，查资料可求得： 凹模高度：Hkb0.439mm16mm

凹模壁厚：C(1.5~2)H1.816mm28mm 其中，倒装复合模最小壁厚4mm

所以，凹模的总长L39mm228mm95mm， 凹模的宽度B27mm228mm83mm。 则，初选凹模板规格为100mm100mm19mm

2、定位零件的确定

由以上分析已知，由于零件的料厚为，所以可以采用弹性卸料，模具的定位零件采用导料销与固定挡料销配合使用。

3、卸料装置的确定与计算

零件的材料厚度较厚，可以采用弹性卸料，并在卸料板上面开设与零件形状一致的凸模避让孔。卸料板的外形尺寸与凹模周界相同（100mm×100mm），厚12mm。

4、标准模架及连接固定件的设计

由计算已知，该凹模的外形尺寸为100mm×100mm，为了操作方便模具采用后置导柱模架，根据以上计算结果，可查设计手册中的滑动导向后侧导柱模架，得100mm×100mm凹模周界的闭合高度与初选压力机的最大闭合高度不符合。所以，凹模板规格改为200mm×160mm×19mm 模架规格为：

上模座200mm×160mm×40mm； 下模座200mm×160mm×45mm； 导柱28mm×170mm；

导套28mm×100mm×38mm。

该例中所需冲压力计算为，初选压力机为J23—25。 模具中模柄采用凸缘模柄，选用规格5070的模柄。

模具中上模采用垫板以保护上模座，垫板的外形尺寸同凹模周界，厚度取10mm；

凸模的固定采用了凸模固定板，其外形尺寸也为凹模的周界尺寸，厚度取16mm。

根据模具的尺寸，选用M6螺钉和φ10的圆柱销。凸模采用非圆形直通式凸模。

5、卸料橡胶的设计计算

、为保证橡胶正常工作，所选橡胶应满足预压力要求：

F0Fx式中:

F0Fx橡胶在预压缩状态下的压力，N； 卸料力，N。

、为保证橡胶不过早失效，其允许最大压缩量不应超过其自由高度的45%，一般取H2(0.35~0.45)Ho 式中：H2橡胶允许的总压缩量，mm；

Ho

橡胶的自由高度，mm。

橡胶预压缩量一般取自由高度的10%~15%。 即 H0(0.10~0.15)H0 式中H0为橡胶预压缩量（mm）。 故 H1H2H0(0.25~0.35)H0 而 H1H'H\"

式中：H卸料板的工作行程，mm，H=t+1，t为板料厚度；

H\"凸模刃口修磨量，mm。

H1H'H\"=+1+5=

''橡胶的自由高度H0HH21.5~30mm 取0=25mm

(0.25~0.35)橡胶预压缩量H0 允许最大压缩量H210mm

、根据工艺性质和模具结构确定橡胶性能,性形状和数量.冲裁卸料用

较硬橡胶;拉伸压料用较软橡胶.

、 根据卸料力求橡胶横截面尺寸。 橡胶产生的压力按下式计算：FXYAP 所以，橡胶横截面积为AFXY/P

FXY橡胶所产生的压力，式中：设计时取大于或等于卸料力Fx（即Fo）：p橡胶所产生的单位面积压力，与压缩量有关，设计时取预压量下的单位压力：A橡胶横截面积。附表1：橡胶压缩量和单位压力表 橡胶压缩量(%) 单位压力/Mpa 10 15 20 25 30 35

AFXY/P=20000（mm2）FXY=5200N P= Mpa 用矩形橡胶200X160X25

用公式b=FXY/aP校核；a=1600mm求的b=125mm小于200mm所选橡胶横截面积S32000mm远大于模具安装中所需橡胶面积A=20000mm，所以，所选橡胶横截面积在扣除挖孔等工艺后仍远大于模具安装中所需橡胶横截面积，故该橡胶长×宽为200×100的规格合理。

所以，选用橡胶规格为200×160×25mm。 、冲孔凸模的长度计算

L凸=h1+h2+h3=16+10+16=42mm，查表，选冲孔凸模长度为45mm 式中：h1为凸模固定板厚度 h2为空心垫板厚度 h3为凹模板厚度 、凸凹模长度计算

L=h1+h2+h+t=16+10++20= h1为凸凹模固定板厚度 h2 为空心垫板厚度 t为材料厚度 h为增加高度，取h为20mm

由以上结果可初选模具零件如下： 下垫板200x160x8

凸凹固定板200x160x16 卸料板200x160x10 上垫板200x160x10

凸凹模固定板200x160x16 空心垫板200x160x10

凹模200x160x19 凸模10x45 模柄B 50 JB/

冲压设备主要参数为：公称压力250KN，滑块行程100次/秒，最大闭合高度250，闭合高度调节量70mm，工作台尺寸360×560

九、装配图与零件图（见CAD图） 十、总结

本次设计，是我的一次较全面的设计能力训练，通过这次训练，我对模具基础知识及工程力学、互换性与测量技术、机械制图、金属工艺学、机械工程材料专业基础课之间的联系有了一个较为系统全面的认识，同时也加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现为具体化。这次课程设计初步掊养了我理论联系实际的设计思想，锻练了我综合运用模具设计和相关课程的理论，结合和生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关机械设计方面的知识。通过制订设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握模具零件、机械传动装置和简单模具的设计过程和方法，对如计算、绘图、熟练和运用设计资料（包括手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据等方面的能力进行了一次全面的训练。因为本课程的主要目标是培养我们具有基本冲裁模设计能力的技术基础课，因此通过设计的实践，使我了解到模具设计的基本要求、基本内容和一般程序，掌握了机械零件常用的设计准则。针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培

养了我们在模具工业方面的兴趣及实际动手能力，对将来我在模具方面的发展起了一个重要的作用。本次课程设计是我对所学知识运用的一次尝试，是我在机械知识学习方面的一次有意义的实践。