沖裁模 課程設(shè)計(jì).doc

沖壓模具課程設(shè)計(jì)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料成型及控制工程班級(jí)： 03班姓名：學(xué)號(hào)： 目錄一零件說明3二零件工藝性分析3三主要工藝設(shè)計(jì)計(jì)算41.排樣方式的設(shè)計(jì)計(jì)算 42.壓力中心的確定及計(jì)算 43.沖壓力的計(jì)算 53.沖裁凸凹模刃口尺寸計(jì)算 5四模具中各零件設(shè)計(jì) 61.模架的選擇 72.凹模及凹模固定板的設(shè)計(jì) 73.凸模及凸模固定板的設(shè)計(jì) 84.墊板的設(shè)計(jì)115.卸料板的設(shè)計(jì)116.導(dǎo)正銷的設(shè)計(jì)127.導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)128.壓力機(jī)的選擇與模柄的選用12五模具工作零件的加工工藝13六模具裝配131.模具總裝圖132.模具工作過程153.模具的裝配過程15七進(jìn)一步提高沖裁件精度的其它方法16八總結(jié)18參考文獻(xiàn) 19附：工作零件的零件圖20一、零件說明制件如下圖所示：二、零件工藝性分析1.零件工藝性分析（1）材料分析 該制件材料為Q235，由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛,可用于沖裁工藝。（2）結(jié)構(gòu)分析 該零件形狀，應(yīng)力對(duì)稱。沒有突出的懸臂和凹槽，但零件復(fù)雜，棱角很多，頭部有三個(gè)小孔?？拙噙吔缰g的最小孔邊距很小，但大于一個(gè)板厚。存在很小的孔（直徑2.8mm）但大于0.35倍的板厚，因此可以沖裁。（3）精度分析 圖示零件尺寸公差要求約為IT10對(duì)尺寸精度要求較高，因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意精度的要求。2沖壓工藝方案的確定該工件包括落料 沖孔 兩個(gè)基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：沖孔落料級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序兩套模具，成本高而生產(chǎn)效率低，精度低，難以滿足大批量、高精度的生產(chǎn)要求。方案二只需一套模具，工作精度及生產(chǎn)效率都比較高，但是有兩個(gè)孔距零件邊緣的位置較近，小于凸凹最小允許壁厚，模具制造難度大且強(qiáng)度得不到保證。此外沖壓成品件留在模具上，清理模具上的物料影響沖壓速度，操作不方便。方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，設(shè)計(jì)簡單，因?yàn)槭窃谝惶啄＞呱贤瓿蓻_裁，精度明顯高于簡單模。所以經(jīng)過比較，采用方案三最為合適。三.主要工藝設(shè)計(jì)計(jì)算1.排樣方式的確定以及計(jì)算 由于該零件有一頭大一頭小的特點(diǎn)，直排的材料利用率低，應(yīng)采用直對(duì)排的排樣方法，設(shè)計(jì)成隔位沖裁，可顯著減少廢料。具體方法為：將第一遍沖裁后的條料水平方向旋轉(zhuǎn)180度，再?zèng)_第二遍，在第一次沖裁的間隔中沖裁出第二部分工件。排樣方法如圖所示：條料排樣圖查的搭邊數(shù)值：工件之間搭邊a13.5mm工件與邊界之間，a4mm取a1=4.4mm a=5.75mm步距 s= 210.6+24.4=30mm條料寬度 b=103.4+5+25.75+29.1+1=150mm因此條料寬度為150mm，步距為30mm， 材料利用率=(nA/LB)100%=(21429.3)/(15030)=63.5% 2.壓力中心的確定及相關(guān)計(jì)算壓力中心的確定：模具壓力中心是指沖壓時(shí)各個(gè)沖壓部分沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對(duì)于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過模柄的軸心線。否則會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （1）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。沖裁直線段時(shí)，其壓力中心位于直線段的中點(diǎn)。 （2）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。 （3）沖裁形狀復(fù)雜的零件或多凸模的零件時(shí)，其壓力中心可以通過解析計(jì)算法求出。壓力中心的計(jì)算：材料的壓力各邊的沖裁力中心如下表所示L/mmX/mmY/mmL1=23-69.214L2=12.4-40.114L3=0.3-11.714L4=10.334.814L5=58.2-54.6514L6=103.6-14.214L7=4522.9514L8=10.362-64.6-14L9=17.584-51.1-41計(jì)算結(jié)果為：X0=-24.64，Y0=12因此取模柄在條料正中間為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下的（-25,10）處3. 沖壓力的計(jì)算計(jì)算沖裁力的目的在于合理的選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具。沖裁力是指沖裁過程中的最大剪切抵抗力。它是隨著凸模切入材料的深度而變化的，當(dāng)材料達(dá)到了剪切強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生裂紋且材料相互分離，此時(shí)的沖裁力是最大值。選擇壓力機(jī)就是按沖裁力最大力計(jì)算。沖裁后，由于板料的彈性恢復(fù)，使零件（或廢料）仍梗塞在凹模洞口內(nèi)，需要把零件（或廢料）從凹模洞口推出或頂出。把從凹模洞口順沖裁方向推出的力稱推件力Ft；把逆沖裁方向從凹模洞口頂出的力稱頂件力F。由于沖裁后板料的彈性恢復(fù)，使廢料（或零件）緊卡住凸模，需要把這廢料（或零件）從凸模上卸下來的力稱卸料力Fx。此處所設(shè)計(jì)的沖孔模中，通過卸料板將卡在凸模上的零件卸下來，有卸料力存在。由于所沖完的廢料或零件是直接從凹模落下，所以不需要在凹模下設(shè)置頂料裝置，故不存在頂料力。查得Q235的抗剪強(qiáng)度約為=300MPa， Kx=0.04mm，Kt=0.045.F= KLt=1.34300（103.42+232+3.14（3.3+2.82）=437.96kNFx=KxF=0.04437.96=17.52KNn=h/t=8/4=2件FtnKtF20.045437.96=39.41KNF=FFxFt494.90KN4.沖裁凸凹模刃口尺寸計(jì)算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙也靠凸、凹模的刃口尺寸及其公差來保證。在計(jì)算模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)，應(yīng)按落料和沖孔兩種情況分別進(jìn)行，其原則如下：（1）落料 落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，因此其光面尺寸與凹模尺寸相等，故應(yīng)以凹模尺寸為基準(zhǔn)。又因落料件尺寸會(huì)隨凹模刃口的磨損而增大，為保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零件，故落料件凹模基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸。而落料凸?；境叽?，則按凹?；境叽鐪p最小初始間隙。 （2）沖孔 孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，因此其光面的孔徑與凸模尺寸相等，故應(yīng)以凸模尺寸為基準(zhǔn)。又因沖孔的尺寸會(huì)隨著凸模的磨損而減小，故沖孔凸?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。而沖孔凹模基本尺寸則按凸?；境叽缂幼钚〕跏奸g隙。凸模凹模刃口計(jì)算尺寸及分類尺寸轉(zhuǎn)換計(jì)算公式結(jié)果備注落料103.4103.4D=103.32查表得沖裁雙面間隙=0.88 mm=0.64 mm磨損系數(shù)X=1，模具按IT10級(jí)制造。校核滿足D=102.68落料2323D=22.7D=22.06沖孔3.33.3=3.35=3.99沖孔2.82.8=2.85=3.49孔心距6.26.20.05=6.20.00625四模具中各零件設(shè)計(jì)模具總體設(shè)計(jì)（1）模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用級(jí)進(jìn)沖壓，所以模具類型為級(jí)進(jìn)模。（2）定位方式的選擇因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進(jìn)步距采用擋料銷初定距，導(dǎo)正銷精定距。（3）卸料，出件方式的選擇 因?yàn)楣ぜ虾?mm，相對(duì)較厚，卸料力也比較大，故采用剛性卸料。又因?yàn)槭羌?jí)進(jìn)模生產(chǎn)，所以采用下出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。 （4）導(dǎo)向方式選擇 條料寬度較大，并且沖裁力中心與條料中心距離較遠(yuǎn)。因此所需的模架較大，故選擇四導(dǎo)柱模架進(jìn)行導(dǎo)向。1.模架的選擇在沖壓過程中，在按標(biāo)準(zhǔn)選用導(dǎo)柱長度時(shí)，導(dǎo)柱最好不要脫離開導(dǎo)套的導(dǎo)向孔，還要保證模具閉合后導(dǎo)柱上端面與上模板上平面的距離不小于10-15mm，導(dǎo)柱下端面與下模板下平面的距離應(yīng)大于3mm，用以排氣和出油，導(dǎo)柱的長度必須得保證在沖壓時(shí)導(dǎo)柱一定要進(jìn)入導(dǎo)套10mm以上。模架：選用四導(dǎo)柱形模架根據(jù)GB/T2851.7,選擇：周界：L=250mm，B=160mm上模座厚度： 50mm下模座厚度： 60mm材料為HT250。模架2.凹模及凹模固定板的設(shè)計(jì)常見凹模的結(jié)構(gòu)形式有筒帶式、錐孔式、階梯式、過渡圓錐臺(tái)式以及低硬度凹模等。筒帶式凹模的優(yōu)點(diǎn)是刃口強(qiáng)度高，刃磨后凹模工作尺寸不增大，適合于沖裁形狀復(fù)雜、尺寸精度要求比較高的沖裁件凹模選用。錐孔式凹模的優(yōu)點(diǎn)是凹模洞口內(nèi)集料少，洞壁承受來自沖裁件或廢料的脹力和摩擦力大為減小，因而卸料力大幅度減少。然而，此種刃口強(qiáng)度比較低，刃磨后凹模工作尺寸略有增大，故適合于沖裁件形狀簡單、尺寸精度為IT10IT12級(jí)，板料厚度較薄、生產(chǎn)批量不大的沖裁件的凹模選用。階梯式凹模刃口厚度h較大，對(duì)頂件器導(dǎo)向性好，適合于向上推件的凹模選用。其缺點(diǎn)是工作時(shí)頂件器和沖裁件均頻繁的與刃口壁摩擦，從而導(dǎo)致刃口尺寸增大。過渡圓錐臺(tái)階式凹模優(yōu)點(diǎn)是可增強(qiáng)刃口強(qiáng)度，漏料部位呈圓形又使得凹模制造方便，這種凹模結(jié)構(gòu)形式主要適合于當(dāng)沖裁尺寸小于5mm時(shí)的圓形沖裁件凹模使用。在這里選用階梯式凹模。采用鑲拼結(jié)構(gòu)。工作部分使用模具鋼，凹模固定板采用鑄鐵HT250。根據(jù)JB/T7643.1-6查的標(biāo)準(zhǔn)凹模板尺寸：200mm160mm32mm凹模工作部分的邊緣距刃口距離至少為5mm或者兩倍的板厚（此處為8mm）因此凹模大小為123mm75mm32mm凹模刃口高度h取8mm凹模所用材料為CrWMn，淬硬至6264HRC。 凹模 凹模固定板 凹模零件圖3.凸模及凸模固定板的設(shè)計(jì)凸模是以外形為工作表面的零件，是沖模中直接成形沖壓件的凸形工作零件。冷沖模的凸模結(jié)構(gòu)主要包含兩部分，即工作部分和安裝部分。工作部分是直接完成沖壓加工的部位，安裝部分是通過固定板安裝在模座上。由于工件所需的沖孔直徑小于板厚，沖小孔的凸模強(qiáng)度和剛度不容易達(dá)到要求，容易產(chǎn)生彎曲或者折斷段，經(jīng)過承壓能力或者失穩(wěn)彎曲校核后，此模具的沖小孔凸模需要凸模保護(hù)套。凸模長度=固定板+導(dǎo)料板+卸料板+料厚+余量（含進(jìn)入深度） =20+10+21+4+19 =70mm根據(jù)JB/T 5825標(biāo)準(zhǔn)，沖孔凸模選用圓柱頭直桿圓凸模所用材料為CrWMn，淬硬至5862HRC。凸模桿部與凸模保護(hù)套以及凸模保護(hù)套和固定板按H7/m6配合。 沖孔凸模 沖孔凸模保護(hù)套 沖直徑為3.3mm的孔的凸模 沖直徑為2.8mm的孔的凸模 落料凸模 結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計(jì)成直通式，采用線切割機(jī)床加工，通過鑲塊固定在凸模固定板上，與凸模固定板的配合按H6/m5。總長L= 70mm。所用材料為CrWMn，淬硬至5862HRC。 凸模固定板的設(shè)計(jì)用固定板固定凸模時(shí)，應(yīng)緊固牢靠并保證平面與凸?；虬寄５闹行木€有良好的垂直度。固定板的上、下表面應(yīng)磨平，并與凸模安裝孔的軸線垂直。依據(jù)JB/T 7643.5 選擇200mm160mm20mm的凸模固定板。材料為45鋼。凸模固定板4.墊板的設(shè)計(jì)當(dāng)沖壓件的厚度較大時(shí)，在沖壓成型過程中凸模上端面與凹模下端面對(duì)模板作用有較大的單位壓力，有時(shí)可能超過模板的允許抗壓應(yīng)力，此時(shí)就該采用墊板。墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸、凹模傳遞的壓力，以降低模板所受的單位壓力，防止模板局部破壞導(dǎo)致模具壽命的降低。依據(jù)JB/T7643.3墊板選擇200mm160mm10mm的型號(hào)，材料為45鋼墊板5.卸料板的設(shè)計(jì)因?yàn)榱慵穸容^大，所需的卸料力很大，因此采用剛性卸料板，這里選擇固定式卸料板。尺寸為200mm160mm21mm,采用45鋼制作。剛性卸料板6.導(dǎo)正銷的設(shè)計(jì) 落料凸模下部設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)正銷，借用工件直徑2.8mm的的兩個(gè)孔作為導(dǎo)正孔。導(dǎo)正銷采用H7/r6安裝在落料凸模端面。材料為45鋼。7.導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)導(dǎo)料板內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導(dǎo)料板與條料之間間隙取1mm，這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度，導(dǎo)料板厚度取10mm，用螺釘固定在凹模上。材料為45鋼。檔料銷的高度為5mm。8.壓力機(jī)的選擇與模柄的選用沖壓所需要的沖壓工藝總力為494.90KN。因此選擇J11-50型壓力機(jī)，該壓力機(jī)具體參數(shù)如下：標(biāo)稱壓力：500KN最大封閉高度：270mm封閉高度調(diào)節(jié)量：75mm模柄尺寸：直徑50mm 深度80mm工作臺(tái)尺寸：710mm480mm該模具的閉合高度： =50+10+70+32+60-2=220mm式中：h2為凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度，h2=2mmL凸模長度，L=70mmH凹模厚度，H=32mm可見該模具閉合高度與所選壓力機(jī)J11-50的裝模高度，滿足H-5mmHH+10mm的條件。因此模具閉合高度滿足要求。由上下模座大小可知工作臺(tái)尺寸710mm480mm大于模座尺寸430mm380mm。因此該壓力機(jī)滿足條件。模柄的選用模柄尺寸根據(jù)所選壓力機(jī)上模柄孔的尺寸選擇。壓力機(jī)模柄孔尺寸為5080，故根據(jù)GB2862.3-81選擇50130的模柄。材料為Q235鋼。模柄五模具工作零件的加工工藝 本副沖裁模，模具零件加工的關(guān)鍵在于工作零件、固定板以及卸料板。若采用線切割加工技術(shù)，這些零件的加工就變得相對(duì)簡單。下表所示為落料凸模的加工工藝過程。 工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容1備料將毛坯鍛成長方體2熱處理退火3粗刨刨六面,互成直角，留單邊余量0.5mm4熱處理調(diào)質(zhì)5磨平磨六面，互成直角6鉗工劃線劃出各孔位置線、型孔輪廓線7加工鑲塊孔、銷孔按位置加工工鑲塊孔、銷孔8熱處理按熱處理工藝，淬火，回火9磨平面精磨上下平面10線切割按圖切割型孔達(dá)到尺寸要求11鉗工精修全面達(dá)到設(shè)計(jì)要求12檢驗(yàn)六模具裝配1.模具總裝圖主視圖俯視圖左視圖模具閉合效果圖模具中的各個(gè)零件效果圖2.模具工作過程將剪裁好的板料送入模具中，由定位銷定位。沖壓時(shí)，上模降下，穿過卸料板后繼續(xù)下降閉合，沖孔凸模沖出三個(gè)孔，落料凸模沖出零件，廢料被沖孔凸模推出，零件由落料凸模推出；沖完后模具開啟，上模上升，卸料板把板料從凸模上卸下；繼續(xù)送進(jìn)板料進(jìn)行下一次沖壓。沖下的廢料和零件落在落料槽中，隔一段時(shí)間由工人用推桿從落料槽中推出。3.模具的裝配過程（1）導(dǎo)柱導(dǎo)套的裝配導(dǎo)柱導(dǎo)套和模座的配合都為過盈配合，一般都用壓力機(jī)將導(dǎo)柱導(dǎo)套分別壓入下模座和上模座。裝好后檢查導(dǎo)柱對(duì)下模座底平面，導(dǎo)套對(duì)上模座上平面的垂直度,其誤差應(yīng)在要求的范圍內(nèi)。（2）凸模的裝配凸模用固定板將其裝在模座上的，凸模與固定板是采用過渡配合，裝配時(shí)是在壓力機(jī)上將凸模壓入固定板的，檢查其垂直度后,將凸模尾部與凸模上平面一起磨平并將凸模端面磨平。凸模、固定板、墊板和上模座安裝在一起，然后定位。（3）裝配下模先將下模座、凹模、導(dǎo)料板和卸料板疊加起來，然后用圓柱銷定位，最后用螺釘固定。（4）裝配上模把上模座、墊板、固定板按順序疊加起來，用圓柱銷定位。然后再安裝模柄，最后用螺釘固定（5）試沖與調(diào)整裝機(jī)試沖并根據(jù)試沖結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整七進(jìn)一步提高沖裁件精度的其它方法由于本零件的精度要求較高，如果條件允許可以采用更加精密的成型方法進(jìn)行沖裁。1.提高零件尺寸精度的方法有：小間隙圓角刃口沖裁(又稱光潔沖裁)。如圖所示，由于采用小間隙圓角刃口，沖裁變形區(qū)的壓應(yīng)力顯著提高，能起到抑制裂紋的作用，改變了普通沖裁條件，因而所得到的工件質(zhì)量高于普通沖裁件，斷面的表面粗糙度可達(dá)0.4-1.6um，工件尺寸精度可達(dá)IT8-IT11級(jí)。具體做法為：凸、凹模具的間隙很小，雙面間隙為0.01-0.02mm。凸模與凹模其中的一個(gè)取小圓角刃口，圓角半徑約板料厚度的10%。落料時(shí)，凹模刃口為小圓角；沖孔時(shí)，凸模刃口為小圓角。 這種方法的設(shè)備比較簡單，沖裁力比普通沖裁約大50%，適用于塑性好的材料，可適用于本零件。2.針對(duì)此零件提高零件垂直度行為公差的方法有：采用凸模逐步切除廢料，每次只切一條邊。采取直排方式，將零件條料的廢料分為五塊，分三次將這五塊廢料去除，這樣能更好的保證零件的形位公差精度。 每一個(gè)工位圖示 每一塊廢料去除的步驟 凸模和凹模除了自身尺寸精度要求很高外，不同凸模和凹模之間的位置精度要求也很高 凸模及凸模固定板 凹模鑲塊及凹模固定板沖裁示意圖八總結(jié)在這次模具設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)中，我進(jìn)行了普通模具沖裁的零件工藝性分析，主要工藝設(shè)計(jì)的計(jì)算，模具中各零件的設(shè)計(jì)以及模具裝配的設(shè)計(jì)。此外，由于這個(gè)零件的精度要求較高，除了普通沖裁模具的設(shè)計(jì)外，我還學(xué)習(xí)思考了一些進(jìn)一步提高零件沖裁精度的更精密的成型方法?；仡櫰鸫舜螞_壓模具的課程設(shè)計(jì)，我感慨頗多。的確，從選題到完成設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，在這段時(shí)間里，可以說是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，不僅鞏固的以前所學(xué)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上沒有遇到過的知識(shí)。一領(lǐng)到老師的題目后，我就去圖書館借閱了大量的資料，由于資料比較分散，所以整理有用的資料就顯得很重要，有些東西實(shí)在是不懂就去和其他同學(xué)討論，通過大家的幫助，我獲益良多。這次課程設(shè)計(jì)剛開始時(shí)，由于理論知識(shí)的不足，在加上平時(shí)沒有什么設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有些手忙腳亂，不知從何入手。在老師的諄諄教導(dǎo)，和同學(xué)的熱情幫助下，我找到