垫圈冲压模具设计
专业：模具设计与制造
班级：模具151
指导老师：**师
学号：201502702
姓名：****
时间：2017.6
摘要
这个项目是关于一个基础防滑圈的构造及其模具的制作，这套模具通过两个步骤完成，分别是先裁剪再打孔
这种将多个工序整合在一起的组合模具，我自己通过查阅很多书籍和资料，并且对设计这种模具所需的相关计算方法进行了研究
数据作出了一个准确的依据。
本次课程设计由两个阶段构成，与各类模具的设计流程相似，首先需要对零件开展工艺层面的剖析，
继而开展工艺方案间的比对，最后选定采用组合模具进行零件制作的方案。随后绘制流程图，安排布局
绘制图形，并确定材料使用效率，计算所需冲压力，挑选合适的冲压设备。接着，编制冲压工艺流程表。第二步
模具的构思涉及决定冲模的种类及其构造形态，明确定位方法与卸料途径，进行模具的设计运算，包括主要参数的确定
需要测量各种核心部件的轮廓大小，然后才能明确模具有用部分的规格。
前言
当代制造业里，模具算作关键工装设备，对于铸造作业、锻造工序、冲压橡胶制品等制造环节
该技术已遍及众多领域。运用模具制造可以增强制造效能，减少物料消耗，削减经济开销，
能够确保达到规定的制作水准，因此，包括车辆、飞行器、农用机械、电子设备、测量仪器、儿童用品在内的各种组件
大量生产借助模具完成,科技水平持续进步,产品迭代速度加快,对品质和样子要求越来越高
当前，对模具品质的标准持续提升。模具的构思与加工领域承担着服务相关产业及机构的职责，同时要求愈发严格。
承担起产品生产的职责。倘若模具的设计与制造能力不足，产品品质差劲，生产过程缓慢，势必会波及
产品的迭代升级，导致产品丧失市场优势，妨碍生产和经济进步。所以，模具的设计与加工工艺
术在国民经济中的地位是显而易见的。
金属板材的冲压成型工艺在工业制造领域应用十分普遍，当前市场环境竞争愈发激烈，
产品质量持续改善，对生产安全，操作便捷等标准也持续加严。模具是冲压制造
构成核心的成分，其制作工艺备受关注。所以钻研造型学科，从事造型规划是顺应当
代化工业要求的。
本次设计任务涉及运用CAD相关软件，目的是开发一种针对H62-M材质黄铜垫圈的冲压模具，具体工作内容包括模具的整体构造规划与详细图纸绘制。
该文档包含四个章节，详细记录了全部构思环节。其中探讨了构件的制作可行性，考量了成本效益，并明确了各部件的规格要求。
冲压流程的构造和模具的构造。接着开展模具零件的构思和运算。得出零件的规格后，借助
CAD软件做出各个零件的实体，最后完成模具装配。
由于时间比较仓促，有的地方考虑不足，希望老师予以指导。
设计任务书
根据垫圈零件的冲裁示意图，该零件选用H62铜片作为原料，材料厚度为1.5毫米，计划进行大规模生产，需要评估其冲裁工艺的可行性。
设计冲裁模。
目录
冲裁件制作过程研究,包含材料特性,切割方式,形状精度,生产效率,成本控制,以及后续加工步骤,具体分析内容从第五页开始
冲裁零件的结构设计合理性,需要仔细考虑,同时也要兼顾制造工艺的可行性,确保生产过程顺利,并且产品质量能够达标,这些都是非常重要的方面。
加工的细度程度以及横截面的平滑状况，在第五页有详细说明
确定冲压工艺流程,需要全面考虑各种因素,包括材料特性,产品形状,生产规模等,同时也要评估不同方案的经济性和可行性,最终选择最优方案进行实施,整个过程需要反复论证和优化,确保达到预期效果,确保产品质量符合标准,确保生产效率最大化。
金属板料加工过程参数测算,涉及材料特性,设备能力,零件精度,生产效率,成本控制,工艺方案,模具设计,冲压顺序,压力校核,回弹预测,成形极限,应变分布,工艺缺陷,质量检验,优化调整,实际应用,技术规范,行业标准,发展趋势,理论研究,实验验证,数值模拟,工程实践,经验积累,创新突破,学术交流,人才培养,产业升级,未来展望
排版图构思，物料使用效率核算
计算凹模的规格，需要考虑多个因素，包括材料特性，加工工艺，以及零件的精度要求，这些因素都会影响最终的设计参数，具体数值需要根据实际情况进行调整，参考相关标准规范，确保设计的合理性和可行性，详细的计算方法和步骤在后续章节中进行说明，这里先给出一个初步的估算范围，供设计人员参考。
冲裁力需要计算，压力中心也需要计算，初步选择压力机，其吨位为十吨。
冲裁力需要测算，压力机初步选择，依据相关参数，具体数值确定，参考标准规范，过程如下所述，详细内容见第10页。
计算压力中心时，需要考虑多个因素，包括各点的受力情况，以及整体的平衡状态，具体步骤如下，首先确定基准面，然后测量各点的垂直分量，接着将这些分量进行积分处理，最后根据所得结果确定中心位置，整个过程需要精确计算，确保结果的准确性，以上方法适用于多种工程场景，能够有效解决实际问题
模具构造样式的选定,需要综合考量多个因素,包括功能需求,制造工艺,成本控制,以及使用环境,这些因素相互影响,必须进行系统分析,才能得出最优方案,最终确定的构造样式,将直接关系到模具的整体性能和使用寿命,因此,这一环节至关重要,需要设计人员投入大量精力,确保每一个细节都经过深思熟虑,12
正装与倒装形式，涉及多种语言现象，出现在第12页内容中。
5.2如何加料，采用何种途径，具体操作流程，请参照说明书第12页内容
定位设备功能全面,操作简便,使用灵活,维护方便,适应性强,性能稳定,数据精准,效果显著,值得信赖,市场前景广阔,用户口碑良好,技术领先优势明显,是理想的选择
五点四指引方法,涉及多个方面,具体内容见第十二条,详细说明另文阐述。
装卸方法有多种，具体操作需参照说明书，详情见第12页内容
零件的模具构造••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••12
6.1 穿孔规格确定,依据相关标准,结合实际需求,进行精确测算,最终结果标注于图纸上,具体数值见下文说明,详细方法另有文件阐述
六二号冲裁模结构规划，具体细节内容，在文档第十三章呈现
六点三部分关于切割凹模的构思，涉及到诸多细节，具体内容在第十四页呈现
六点四部分阐述了定位装置的构思和规范化流程,详细说明了相关技术细节,具体内容涵盖了设计原则,实施步骤以及标准制定等多个方面,具体细节将在后续章节中进行深入探讨,这部分内容对于理解整个系统的构建具有关键作用
标准模架的选择要根据具体需求来决定,不同的项目需要不同的模架,选择合适的模架可以提高施工效率,确保工程质量,延长使用寿命,降低维护成本,同时也要考虑模架的兼容性和扩展性,确保能够满足未来可能的需求变化,还要关注模架的环保性能,选择绿色环保的材料和工艺,总之,标准模架的选用是一个综合考量的过程,需要从多个角度进行分析和评估。
压力机的检验,需要评估其性能,确保符合标准,同时也要考虑实际应用情况,还要检查各个部件的连接,确保运行稳定,最后确认其安全性能达标
谨此感念,所有帮助过我的人,他们的支持至关重要,在此表示诚挚的谢意,感谢你们的无私奉献,这份恩情我将永远铭记在心,你们的付出是我前进的动力,没有你们就没有今天的成果,衷心感谢每一位给予我帮助的人,你们是我生命中不可或缺的一部分,感谢你们一直以来的陪伴与鼓励,这份情谊我将永远珍惜,再次向所有帮助过我的人表达最深的感激之情
资料出处22, 依据文献22, 参考书目22, 文献索引22, 文献资料22, 引用文献22, 参考数据22, 参考文献22
1.1冲裁件的结构工艺性
表1-1冲裁件结构工艺性分析表
工艺性质冲裁件工艺
项目
工艺性允许值工艺性评价
1.零件结构
该零件结构简单，尺
寸较小，厚度适中，
适合冲裁
2.落料圆角半径R0.50.18t符合工艺性
3.冲裁件孔的最小尺寸φ70.9t/0.35t符合工艺性
4.最小孔边距3.751t符合工艺性
5.材料
H62t=1.5mm
=196MPa
=412MPa
δ=10%
具有良好的冲压性能
1.2尺寸精度与断面粗糙度
尺寸要求：此零件各项规格均无明确误差范围，依据IT14标准设定加工容许偏差值，通常用于冲压作业
均能满足其尺寸精度要求。经查公差表，各尺寸公差分别为：
22.3
−0.52
；6
−0.3
；∅14
−0.43
；∅6.5
+0.36
零件图上，所有未明确标示的表面状况，暂按12.5微米处理，这样处理比较适宜冲裁作业。
该制件能够满足冲裁要求，可以采用冷冲裁方式制造，其制作工艺表现优异。
2、冲压工艺方案确定
该零件包括冲孔和落料两个基本工序，有以下三种方案可以采用
方案一：先冲孔，后落料，采用单工序模生产。
方案二：冲孔—落料复合冲压，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。
方案一
方案二
方案三
该方案构造简易，不过必须经过两个步骤并使用两组模具，导致费用增加，制造效率不高，两次定位累积偏差显著
难以满足大批量生产。
方案二和方案三仅需一个模具即可完成，制作过程效率很高，同时也很容易实现自动化，这种制造方式
所有规格均采用常规公差，对精确度没有严格标准，只需借助模具中的校准销进行定位即可确保
冲压件的精度，所以此制件可以用复合模也可以用级进模。
结论：此制件采用方案二，倒装式复合模。
3、冲压工艺计算
3.1 排样图设计，材料利用率计算
为了提升材料利用程度，采用直排查表六点一九，确定工件之间搭接的尺寸，
=1.8，边缘搭边值 a=2.2，
宽度误差需参照表6-1-11，确定Δ值为0.5，输送板与物料的最小空隙，应依据表6-1-13，设定Z为0.5
（2）计算送料步距A：经计算求得A=14+
=15.8mm
（3）计算料条宽度B：经计算求得
−∆
=（
+2 + ）
−∆
=（22.3+ 4.4+ 0.5）
−0.5
=27.2
−0.5
导料板之间的间隔 B0 等于 B 加 Z, 也就是 27.2 毫米加上 0.5 毫米, 最终计算结果为 27.8 毫米。
以上式中：B―条料的宽度，单位mm
―冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，单位mm
a―侧搭边值
Z―导料板于最宽条料之间的间隙
∆―条料宽度的单向（负向）公差
查表7-3-1 选择板料规则为2000× 1000×1.5
纵裁：
下条料数：n==
1000
27.2
=36(条)
单个条料制件数：m===126（个）
材料利用率：η =
··
·
×100%=
36×126×173.202
2000×500
× 100%=39.3%
横裁：
下条料数：n==
2000
27.2
=73(条)
单个条料制件数：m===63（个）
材料利用率：η =
··
·
×100%=
73×63×173.202
2000×1000
×100%=39.8%
由于纵裁与横裁利用率相差不大，优先选用纵裁
图3-1 纵裁图3-2 排样图
3.2 计算凹凸模尺寸
(1)凹模磨损后变大的尺寸：
、
、
查表3-5 得：
=
=
=0.5
=（6 −0.5 ×0.3）
×0.3
mm=5.85
+0.325
mm
=（22.3− 0.5 × 0.52）
×0.52
mm=22.04
+0.13
mm
=（14 −0.5 ×0.43）
×0.43
mm=13.785
+0.108
mm
(2) 凹模磨损后变小的尺寸：
查表3-5 得：
=0.5
=（6.5+ 0.5× 0.36）
×0.36
mm=6.68
−0.09
mm
查表6-1-1 得
= 0.090
= 0.120
凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配制，保证最小合理间隙值
= 0.090
冷冲压工艺规程卡
（厂名）
冲压工
序卡
产品型号 零部件名称
产品名称 垫圈 零部件型号
材料牌号及
规格
材料技术要求 坯料尺寸
每个坯料可
制零件数
毛坯重量 辅助材料
H62
2000
× 1000
× 1.5
工序
工序
名称
工序内容 加工简图 设备 工艺装备 工时
0 下料 剪床上裁板
剪板机
冲孔
落料
冲φ 6.5 孔
JH23-
6.3
级进模
2 检验
按零件图样检
绘制
（日
期）
审核
（日
期）
会签
（日
期）
更改
文件
更改
文件
4、冲裁力计算及压力中心计算，初选压力机
4.1 冲裁力计算及初选压力机
此零件的厚度为1.5毫米，初步计划选用弹性卸料机构，所以制作该零件需要的冲压力度应该
冲裁力、顶件力、卸料力。
由表得
=412MPa
冲孔力：
=Lt
=20.4×1.5×412=12.61KN
落料力：
=Lt
=61.5×1.5×412=18.45KN
冲裁力：F=
+
F=12.61+18.45=31.06KN
卸料力：查表3-15 得
=0.06
=
= 0.06×31.06=1.86KN
顶件力：查表3-15 得
=0.09
=
=0.09×31.06=2.80KN
′
= +
+
=31.06+1.86+2.80=35.72KN
=′
×1.3=46.45KN
从满足冲压力的要求来看由国家标准初选J23-6.3 压力机
表 4-1 所选择压力机的相关参数
型号
公称压力
/kN
滑块行程
/mm
最大封闭
高度/mm
工作台尺
寸/mm
立柱距离
/mm
封闭高度
调节量/mm
J23-6.3这个型号，63是另一个参数，35是第三个参数，150是第四个参数，200和310是一组数据，150又是另一个参数，35是最后一个参数
4.2 压力中心的确定
图4-1
该工件具备沿x轴与y轴的对称性，因此其中心位置O点即为承压的核心部位。
5、模具结构型式的选择
本零件的冲压由两个步骤组成，分别是冲孔和落料，具体如下，首先进行冲孔，其次进行落料，为方便
冲裁过程中废料和成型零件向下掉落，选用倒装构造，就是冲裁凹模和下料凹模都设置在
下模。
5.2 送料方式：因是大批量生产，采用自动送料方式。
定位装置：该零件在级进模里的规格属于常规水准，并且需要大规模制造，在冲压过程中最先起作用的是
工位通过初始挡块进行定位，第二个工位借助固定挡块进行定位，送料过程中初始挡块
以标准定位销为初步定位基准，在主要成型模上配置两个导向销，借助工件上直径六点五毫米的圆孔
孔做导正销孔进行导正，依此作为条料送进的精确定距。
5.4 定位方法：为了保障零件的精密度和稳固性，决定采用导柱和导套进行定位，因为当前已经选用了这种方案
用了自动送料方式，采用对角导柱模架。
5.5 装载方法：该模具运用倒装构造，冲裁碎屑与成品滞留在型腔内部，旨在便于清理，
改进模具构造，可以在底模基座上设有贯穿的凹槽，让边角料和成品物通过该槽孔滑落下来。零件的厚度
料厚达到 1.5mm，数值较为可观，为了使模具构造变得简单，并且确保能够产生稳固的推出力量，决定采用刚性推出方式
料板来卸下条料废料。
6、冲裁模零部件结构
6.1.冲孔尺寸计算
由于所冲制的孔为圆形简单孔，故冲孔凸凹模分开加工。
冲孔Φ6.5
+0.36
mm
= (d
min
+ x∆)
−δp
= (d
+ Z
min
δd
查资料3 中表3—3、3—4 可知：
Zmax=0.120mmZmin=0.090mm δ
= 0.020mmδ
= 0.020mm
取x=0.5
校核条件：
+ δ
=0.020+0.020=0.040;(Z
max
− Z
min
)=0.120−0.090=0.030
不满足校核条件，但因为相差不大，此时可调整如下：
= 0.4Z
max
−Z
min
= 0.4 × 0.030 = 0.012mm
= 0.6Z
max
−Z
min
= 0.6 × 0.030 = 0.018mm
将已知数据代入公式得：
= 6.5 +0.5 × 0.36=6.68
−0.020
mm
= (6.68 +0.5 × 0.090)=6.725
+0.020
mm
6.2 冲孔凸模设计
（1）.圆形凸模的结构形式
该图适用于加工直径介于1至15毫米的孔洞情况，工件在冲裁环节的凸模部分可以选用
用以上方式。
（2）.凸模长度的确定
凸模的尺寸需依据冲模整体构造来决定，通常情况下，在符合模具构造要求的同时，还要考虑材料性能，同时也要兼顾加工工艺，此外还需确保装配方便，最终目的是为了提升模具使用寿命，并降低生产成本，
凸模长度越短，其承受能力越强，同时用料也更节省。设计凸模时，需要预留一定的调整空间。
加工余量，而且模具在合拢时，卸料板到凸模固定板的位置，要确保留有防止夹手的间隙
全距离
冲孔凸模长度确定：
L=H
+ H
+H
+A +Y
式中 H
凸模固定板厚度，mm
卸料板厚度，mm
导尺厚度，mm
A凸模固定板与卸料板间安全距离，一般去15~20mm
Y余量，包括凸模修模余量，一般取4~6mm。
所冲制件尺寸在标准范围内，没有微小的孔洞，因此凸模不必实施强度验证。
（3）.凸模常见的固定方式
凸模的正确安装方式在于，既要确保其作业时稳固可靠，又要保持其状态稳定，同时
更换或维修凸模时，要确保其能够便捷地拆卸和安装，常用的固定方式包括机械紧固、浇筑固定等
拼块固定法，以机械固定法应用最广泛、可靠。
针对产品需要大量制造的情况，我们决定采用装置固定方案，这种方式便于替换凸起部件，同时也能确保生产效率，降低操作难度，并且有利于维护和保养设备，提高整体生产线的稳定性和可靠性，最终实现成本控制和品质保证的目标。
这个设计利于维护，不会对制造过程造成显著干扰，有助于节省开支。所以选择使用可拆卸的固定方式
凸模，将凸模固定在凸模固定板中。
6.3 落料凹模的设计
（1）.落料凹模的设计
整体式凹模安装在底模座上，该底模座上的孔洞尺寸偏大，导致在运作时其承受弯曲应力
模具的轮廓形状，倘若凹模的高度H和侧壁的厚度C不够理想，那么凹模便容易发生明显的形变，极端情况下还可能遭到损坏。然而
凹模承受的力情况比较复杂，凹模的高度可以用经验公式来确定，需要参考资料三中的表格3.18，也就是
凹模高度H= kb（H≥15mm）
凹模壁厚 c=(1.5~2)H（c≥30~40mm）
公式里b代表凹模刃口最宽的尺寸，单位是毫米，不过b的数值不能低于十五毫米
c-----凹模壁厚，mm 指刃口至凹模外形边缘的距离；
k=系数，取0.45
凹模高度H=kb=0.45×22.3=10.035mm
查资料1 中表2.60 取标准值 H=22mm
凹模壁厚c =1.5H = 1.5×15=22.5mm
取 c=30mm
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
螺孔的规格为 22mm，凹模的厚度为 22mm，依据资料 1 中的表 2.46，可以确定相关参数
﹝2﹞
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a
=1.5d=1.5×8=12mm
=1.13d≈9mm
模具上螺栓孔的配置规格依据文献资料一中的表格二点四七明确，其间距下限值为四十毫米，上限值则需进一步确认
90mm。
螺孔到销孔的距离一般取b>2d,所以b 应大于 16mm。
按照前面讲的办法，要找出型腔的轮廓大小，就必须选一种长125毫米、宽100毫米、厚16毫米的方形型腔板，这个标准是JB/T7643.1规定的
冲裁直径六点五毫米的孔时，上模与下模的规格以及相关零件的选定和规范化，涵盖外形大小等细节
寸和厚度）
小凸模长度L=20+14+6+15+5=60mm
根据小凸模边缘尺寸为6.65毫米，在文献资料1中的表格2.54里可以查到，其高度数值为3毫米，直径值是
=13mm, D=10mm,
L=60mm。
小凸模的强度验证需要确保凸模能够正常运作，必须保证凸模最小横截面的压应力没有超出凸模的承载极限，这是为了防止凸模在使用过程中发生损坏，同时也要确保凸模的长期稳定性，避免因为应力过大而导致凸模失效，因此对凸模的最小断面进行压应力控制是非常关键的，也是设计过程中必须重视的环节，只有这样才能确保凸模在实际应用中的可靠性和安全性，满足生产要求。
模材料的许用压应力，即
对于圆形凸模d
min
t
式中 d
min
—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）×10
MPa
min
t
10 0 . 1
300 5 . 1 4
=1.8mm所以承压能力足够。
抗纵向弯曲力校核 对于圆形凸模（有导向装置）
Ｌｍａｘ≤270d
/ 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≤270d
/ F =270×6.65
/ 18 . 9 =124.7mm所以长度适宜。
凸模固定端面的压力
q =
