垫圈冲孔、落料级进模设计

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落料冲孔级进模设计

工件名称：垫圈 生产批量：大批量 材料：H62-M 厚度：1.5mm 工件简图见图1

图1垫圈

一、工艺性分析

图示零件材料为H62-M，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。

外形落料的工艺性：垫圈属于中等尺寸零件，料厚1.5mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工艺获得。

冲孔的工艺性：φ6.5mm，尺寸精度要求一般，可采用冲孔。

此工件只有外形落料和冲孔两个工序。图示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，符合一般级进冲压的经济精度要求。

由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压工艺性，适合冲压生产。

二、排样设计

1、确定零件的排样方案

设计模具时，条料的排样很重要。垫圈零件具有外形规则的特点，采用直排

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2

（图2所示）的排样方案进行冲裁。

图2 条料的排样

2、条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算

查表取得搭边值为1.5mm和1.8mm。

条料宽度的计算：拟采用无侧压装置的送料方式，由 b-Δ=〔D+2a+c1〕- Δ﹝2﹞

D—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸 a—侧搭边值

c1—导料板与最宽条料之间的间隙

代入数据计算，取得条料宽度为26mm。

导尺间距离的计算：由s=D+2(a+c1),代入数据计算得导尺间距离为27 mm。 由文献﹝2﹞ 材料利用率通用计算公式

nA?100% ? =Bs式中 A—一个冲裁件的面积，mm2; n—一个进距内的冲裁件数量； B—条料宽度，mm; s—进距， mm 得

1?243.46100%=60.44% ?=

15.5?25.9

三、工艺方案的确定

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3

手柄零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。 方案一：用简单模分三次加工，即落料——冲孔——冲孔。 方案二：冲孔落料复合模。

方案三：冲孔落料级进模。 采用方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为大批量生产，方案二和方案三更具有优越性。

垫圈外形结构简单，可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料连续模。复合模模具制造难度大，并且冲压后产品留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，因此选用级进模更为合理。

四、模具结构形式的选择与确定

1）正倒装结构：根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用正装结构，即冲孔凹模和落料凹模都安排在下模。

2）送料方式：因是大批量生产，采用自动送料方式。

3）定位装置：本工件在级进模中尺寸是一般的，又是大批量生产，冲时第一个工位采用始用挡料销定位，第二个工位采用固定挡料销定位。送料时始用挡料销与固定挡料销作为粗定距，在大凸模上安装两个导正销，利用条料上φ6.5mm的孔做导正销孔进行导正，依此作为条料送进的精确定距。

3）导向方式：为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。由于已经采用了自动送料方式，采用对角导柱模架。

4）卸料方式：本模具采用正装结构，冲孔废料和工件留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为1.5mm，料厚比较厚，为了简化模具结构和达到可靠的卸料力，选用刚性卸料板来卸下条料废料。

五、冲压力与压力中心的计算，初选压力机

1、冲裁工序总力的计算

由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本工件的冲裁力包括以下部分。 冲φ6.5mm孔的力P1、落外型料的力P2，向下推出φ6.5mm冲孔废料的力P3，向下推出工件的力P4。由刚性卸料板卸条料的废料的力不是压力机提供的，

3

4

故不用计算在内。

考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响，实际计算冲裁力时按下面公式： P=KLtτ﹝3﹞ 式中 P—冲裁力（kN）

L—冲裁件剪切周边长度（mm） t—冲裁件材料厚度（mm） τ—被冲材料的抗剪强度(MPa) K—系数，一般取1.3。

上式中抗剪强度τ与材料种类和坯料的原始状态有关，可在手册中查询。为方便计算，可取材料的τ=0.8σb,故冲裁力表达式又可表示为：P=1.3Ltτ≈Ltσb 式中 σb—被冲材料抗拉强度(MPa)。查手册﹝1﹞表8—7得10钢的σ

b=300MPa

P1=6.5×π×1.5×300=9.18kN

P2=（62.88×1.5×300）=28.3kN 推件力 Pt=nKtP

Kt—推件力系数,由手册查得Kt=0.05 n—同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中

n=h/t

h—凹模刃部直壁洞口高度（mm）， t—料厚( mm)

查手册﹝2﹞表2—40可得和h=6mm,故n=4

P3=4?9.18?0.05=1.84kN P4=4?0.05?28.3=5.66kN

工序总力P总=P1+P2+P3+P4 =9.18+28.3+1.84+5.66=44.98kN 2．初选压力机

查文献[4]开式可倾压力机参数初选压力机型号为J23-6.3和Ｊ23-10，见表一。

表一 所选择压力机的相关参数

型号 公称压力滑块行最大封工作台滑块底可倾封闭高度 4

5

/kN 程/mm 闭高度/mm 尺寸/mm 面尺寸/mm 斜角/· 调节量/mm J23-6.3 63 35 45 150 240×370 200×310 45 35 35 35 J23-10 100

3．压力中心的计算

180 300×450 240×370 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机的中心滑块中心线重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不着保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，甚至损坏模具。由于该零件为规则形状的制件，其对称中心既为压力中心。

六、模具主要零件和主要工作机构的设计与标准化

1、工作零部件的设计与标准化（尺寸、位置、标准与示意图） （1） 工作零部件的计算

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。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。 冲孔时，间隙取在凹模上，则：

凸模尺寸

dap=（d+x△）-δp0

凹模尺寸

dd=(d+x△+Zmin)0+δ

式中 Dd Dp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm dp dd——冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm

x——磨损系数，由手册﹝1﹞查表2-30得：IT14级时x=0.5。 Zmin——双面间隙，mm

△——工件公差，mm

δ——凸模和凹模的制造公差，mm

（1）、冲裁φ6.5mm孔凸模、凹模刃口尺寸的计算

凸模尺寸

由手册表2-10查得△=0.3

5

6

dap=（d+x△）-δp0 =(6.5+0.5×0.30)0-0.02 =6.650-0.02

凹模尺寸

由表2-23得Zmin=0.26

dd=(d+x△+Zmin)0+δ=(6.5+0.5×0.30+0.26)0+0.02 =6.910+0.02 （2）、外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算

因此落料件为复杂的制件，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。

采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情况，然后分别按不同的计算公式计算。

a、凹模磨损后会增大的尺寸-------第一类尺寸A 第一类尺寸：Aj=(Amax-x△)0+0.25△

b、凹模磨损后会减小的尺寸-------第二类尺寸B 第二类尺寸：Bj=(Bmax+x△)

-0.25△

c、凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸C 第三类尺寸：Cj=(Cmin+0.5△)?0.125△ 其

落

料

凹

模

的

基

本

尺

寸

计

算

如

下

：

图4 落料凹模刃口部分尺寸

第一类尺寸：磨损后增大的尺寸：

A1=(Amax-x△) 0+0.25△=(14-0.5×0.43) 0+0.25×0.43=13.790+0.11

A2=(Amax-x△) 0+0.25△=(6-0.5×0.5) 0+0.25×0.36=5.820+0.09

A3=(Amax-x△) 0+0.25△=(22.3-0.5×0.52) 0+0.25×0.52=22.040+0.13

6

7

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是13.79mm，5.82mm，22.04mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.26。（落料凸模、凹模刃口部分尺寸分别见图4、5）

图5 落料凸模刃口部分尺寸

（2）工作零部件的设计与标准化

冲小圆孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如图6所示：

图6 冲孔凸模的结构形式

凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，其凸模长度用下列公式计算： L=h1+h2+h3+h 式中 L—凸模长度， mm

h1—凸模固定板高度，mm h2—卸料板高度，mm h3—导尺高度，mm

h—附加高度，一般取15~20mm

7

8

图7 整体式凹模的局部结构

整体式凹模如图7装于下模座上，由于下模座孔口较大因而使工作时承受弯曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，凹模高度可按经验公式计算，即 凹模高度H=KB 凹模壁厚C=(1.5~2)H

式中B----凹模孔的最大宽度，mm但B不小于15mm C-----凹模壁厚，mm 指刃口至凹模外形边缘的距离； K=系数，取0.20

凹模高度H=KB=0.20×22.3=4.46mm 按表取标准值22mm

凹模壁厚C=1.5H = 1.5×22=33mm

凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.7~2.0）d,

图8 凹模上的螺孔设计与选用

d 为螺孔的距离，由于凹模厚度为22mm，所以根据表2.46﹝2﹞查得螺孔选用4×M8的螺钉固定在下模座。故选用如图8： 螺孔到凹模外缘的最小距离a2=1.5d=1.5×8=12mm a3=1.13d≈9mm

凹模上螺孔间距由表2.47查得最小间距为40mm，最大间距为90mm。

8

9

螺孔到销孔的距离一般取b>2d,所以b应大于１６。

根据上述方法确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板125×100×15（JB/T7643.1） ①冲裁φ6.5mm孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）

小凸模长度 L=20+14+6+18=58mm

由小凸模刃口d=6.65mm查手册﹝2﹞表2.54可知 h=3mm, D1=11mm, D=8mm, L=58

小凸模强度校核 要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即

对于圆形凸模 dmin≥

4t? [?]式中 dmin—圆形凸模最小截面直径，mm t—冲裁材料厚度，mm ?—冲裁材料的抗剪强度，MPa

???—凸模材料许用强度，取（1.0~1.6）×103MPa dmin≥

4t?4?1.5?300==1.8mm 所以承压能力足够。 1.0?103[?]抗纵向弯曲力校核 对于圆形凸模（有导向装置） Ｌｍａｘ≤270d2/F 式中 Lmax ——允许的凸模最大自由长度，mm

F ——冲模力,N

ｄ——凸模最小截面的直径，mm

Lmax≤270d2/F=270×6.652/9.18=124.7mm 所以长度适宜。 凸模固定端面的压力 q =

F

9

10

9.18?103 q ==97MPa

95凸模固定板端面压力超过了80～90ＭＰa，为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。矩形垫板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册﹝２﹞表15.60，查得125×100×6

由于采用整体式凹模，所以由外形落料凹模确定其凹模板厚度（图6），其凹模刃口高度由表2.40查得h=6mm，β=2

③外形落料凸模、凹模各尺寸及其组件的确定和标准化（包括外形尺寸和厚度） 外形凸模的设计：外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模，用两个M8的螺钉固定在垫板上，由于采用固定卸料板，凸模按下式计算（图9）：

L=h1+h2+h3+h

其中： h1为固定板厚度（20 mm），h2 为卸料板厚度（14mm），h3为导料板厚度 （6 mm）， h为附加长度，主要考虑凸模进

入凹模的深度（1mm）及模具闭合状态下 图9 凸模长度的确定

卸料板到凸模固定板间的安全距离（15mm～20mm）等因素。

所以：L=20+14+6+1+18=59 mm

凸模固定板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册﹝２﹞表15.57可得125×100×15 （3）凹模组件的尺寸确定和示意图

凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。（图10

）

0 10

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图10 整体式凹模的尺寸

凹模的长度选取要考虑以下因素： a)保证有足够的安装刚性卸料板的位置。 b)便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。

选取凹模边界为100mm×125mm。凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为58～62HRC。

2.定位装置的设计与标准化

（1）始用挡料块的设计与标准化（尺寸、位置、标准与示意图）.

淬硬图11 始用挡料销的设计

挡料块标记： 45?6 GB/T2866.1—81（图11） 材料：45钢 GB/699—88 热处理：硬度43～48HRC

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技术条件：按GB2870—81 （2） 固定挡料销的设计与标准化

固定挡料销的设计根据标准件，选用此挡料销如图12

图12 固定挡料销的结构

选用直径φ8mm，h=4mm材料为45钢A型固定挡料销（JB/T7649.10—94） 根据分析选用废料孔前端定位时挡料销位置如图 废料孔前端定位时挡料销位置（如图13）

图13 固定挡料销的位置

l=C-(

dr?d)+0.1 2 l——挡料销与导正销的间距，mm

C——连续模的步距，mm dr——导正销的直径，mm d——挡料销头部直径，mm l=15.5-(

8.11?8)+0.1=15.55mm 2（3）导正销的设计与标准化

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导正销主要用于级进模上，消除挡料销的定位误差，以获得较精确的工件。导正销的结构形式，结构设计，尺寸精度，材料的热处理等可参照JB/T7647.1—94和JB/T7647.2—94选定。

导正销的结构形式查手册[2]选用如图14

图14 导正销的结构形式

D=d-2a

D——导正销直径的基本尺寸 d——冲孔凸模直径

2a——导正销与孔径两边的间隙

冲裁φ6.5mm孔的导正销 查表得h=0.6t 2a=0.05mm

D=d-2a=6.15-0.05=6.50mm h=0.6×2.2=1.32mm

（4）导料板的设计与标准化

经查表分析得]导料板长度L=100mm，宽度B=26mm ，厚度h=6mm如图15。

图15 导料板的设计

13

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3、标准模架的选用

由凹模周界可以选取标准模架。

凹模周界Ｌ＝100mm,B=125mm,闭合高度h1=140mm

材料为ZG45(ZG310-570),0I级精度的对角导柱模架。如图16。 导柱标记：28?170 GB/T2861.1—90

32?170 GB/T2861.1—90 导套标记：28?100?38 GB/T2861.6—90 32?100?38 GB/T2861.6—90

上模座标记：200?160?40 GB/T2855.1—90 下模座标记：200?160?45 GB/T2855.2—90 模柄标记：A50?110 JB/T 7646.1

图16 后侧导柱示意图

模柄与上模座的联接采用压入式的结构如图17所示。

图17

1、卸料装置的设计与标准化

在前面已经确定了采用刚性卸料板，设计卸料板为一整体板。本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有外形凸模的导向作用，并能对凸模起保护作用。卸料板的边界尺寸经查手册[2]表15.28得：

卸料板长度L =100mm,宽度B=26mm厚度h0=14mm

此模具中，卸料板对冲孔落料凸模起导向作用，卸料板和凸模按H7/h6配合制造

2、联接件的选用与标准化

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压入式的模柄

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本模具采用螺钉固定，销钉定位。具体讲 内六角螺钉标记：35钢M8?65 GB70—85

螺钉标记：35钢M8?30 GB68—76 圆柱

35钢?6?65 GB 119—86

止动圆柱销标记：35钢?4?6GB119—86

七、垫圈冲孔落料级进模总装图与模具材料的选用(附图01)

八、压力机的校核

前面已经初选了压力机，模座外形尺寸200×160mm,闭合高度40mm,有文献[4]中，J23—6.3型压力机工作台尺寸为240×370mm,最大闭合高度为150mm，连杆调节长度为35mm,所以在工作台上加一35～75mm的垫板，即可安装。模柄孔尺寸也于本副模具所选模柄尺寸相符。 8.3.8 模具零件材料选用一览表 参考文献

（1） 王孝培主编，冲压手册，机械工业出版社，1988年2月 （2） 黄德彬编著，有色金属材料手册，化学工业出版社，2005年1月 （3） 杨玉英主编，实用冲压工艺及模具设计手册，机械工业出版社，2005年1

月

（4） 中国机床总公司编著，全国机床产品供货目录，机械工业出版社，2002

年6月

（5）冯丙尧，韩泰荣，蒋文森主编，模具设计与制造简明手册，上海科学技术出版社。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qpj7.html