LY12鋁合金壓片沖壓模具設(shè)計

1、創(chuàng)新能力專題設(shè)計說明書題目 ： LY12鋁合金壓片的沖壓模設(shè)計 學院 ： 機 電 工 程 學 院 班級 ： 16 材 料 金 屬 班 學生 ： 張強 學號 ： 指導教師： 付 康 完成時間： 2019.12.31 成績 ： 1、設(shè)計題目：LY12鋁合金壓片的沖壓模具設(shè)計2、已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求（1）設(shè)計參數(shù)如圖所示的壓片零件，采用沖壓工藝生產(chǎn)，試設(shè)計其沖壓模具。板坯的厚度為2mm，材質(zhì)為LY12鋁合金，大批量生產(chǎn)。（a）實物圖（b）二維圖圖9-1 鋁合金壓片零件圖（2）設(shè)計要求小組分工合作完成以下設(shè)計內(nèi)容：根據(jù)課題條件，分析沖裁件的工藝性，選擇模具類型。進行排樣設(shè)計，對模具的工作零件、定位、

2、導向和卸料零件計算校核，根據(jù)沖裁力的計算正確選擇壓力機。在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡量選用標準件。繪制模具裝配圖、模具工作部件的零件圖。3、設(shè)計內(nèi)容及工作量根據(jù)產(chǎn)品圖，設(shè)計沖壓模具1副，主要內(nèi)容如下：1、產(chǎn)品零件圖1張，2、模具裝配圖1張，排樣圖一張，凸模及凹模零件圖，3、課程設(shè)計說明書1份。4、工作計劃根據(jù)專業(yè)的教學計劃安排采用集中和分散相結(jié)合的方式進行，時間為2周。時間安排內(nèi)容安排第1天布置題目、學生選題第2天零件工藝性分析、沖壓工藝分析，確定方案第3,4天模具設(shè)計基本參數(shù)計算第5,6天繪制模具的零件圖第7,8，9天繪制模具的裝配圖第10,11天整理前期所有工作，撰寫設(shè)計說明書第12天上交成果、答辯

3、5、指導教師與教研室主任意見指導教師意見 可以按照上述任務書的要求向?qū)W生布置任務，開始課程設(shè)計。指導教師簽名：教研室主任意見 同意 教研室主任簽名：目錄摘要61. 零件工藝性分析71.1 材料分析71.2 零件結(jié)構(gòu)分析72. 確定沖裁工藝方案73復合?？傮w結(jié)構(gòu)83.1 模具類型的選擇83.2 送料方式的選擇83.3 定位方式的選擇83.4 卸料、出件方式的選擇83.5 導向方式的選擇84. 模具主要零件部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計94.1 凹模設(shè)計94.1.1 凹模外形的確定94.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇104.1.3 凹模精度與材料的確定104.2 凸模設(shè)計114.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定114.2

4、.2凸模材料的確定114.2 .3凸模精度的確定114.3 卸料板設(shè)計114.3.1 卸料板外形設(shè)計114.3.2 卸料板材料的選擇124.3.3 卸料板整體精度的選擇124.4固定板設(shè)計124.5 墊板設(shè)計124.6 上下模座、模柄的選用134.6.1 上下模座的選用134.6.2 模柄的選用135. 復合模工藝參數(shù)計算135.1 排樣及搭邊值的計算135.2 步距的計算145.3 條料寬度的確定145.4 材料利用率的計算146. 刃口尺寸計算156.1 沖裁間隙的確定156.2 沖裁刃口尺寸的計算及法則156.3 計算最小彎曲半徑166.4 計算彎曲凸凹模間隙177. 沖壓力的計算177

5、.1 沖裁力的計算177.2 卸料力與推件力的計算187.3彎曲力計算187.4 確定壓力中心188. 選擇沖壓設(shè)備198.1 校核沖壓設(shè)備198.2 選用沖壓設(shè)備199. 模具圖紙20總結(jié)24參考文獻25LY12鋁合金壓片的沖壓模具設(shè)計機電工程學院 材料科學與工程（金屬方向） 張強（）摘要：隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,越來越多的產(chǎn)品依賴模具加工,模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。沖壓是一種高效的生產(chǎn)方法，采用復合模具，可在一臺壓力機上完成多到?jīng)_壓工序。本文對壓片的沖壓模具進行完整的設(shè)計，通過查閱國內(nèi)外文獻資料，在已有的模具設(shè)計研究基礎(chǔ)上，擬定模具設(shè)計方案并進行工藝參數(shù)計算，分析了鋁合金壓片的成型工藝特

6、點，其中包括利用對工件的尺寸計算、工件的工藝分析、沖壓的工藝性、選擇模具類型。并且對模具的工作零件、定位、導向和卸料等零件的計算，以及壓力機的選擇。詳細地介紹了凸模、凹模的設(shè)計和制造，闡述了模具的工作過程、以及凸模和凹模的裝配間隙，并制定典型的零件加工工藝。再利用AUTOCAD軟件繪制出模具的圖紙。 關(guān)鍵詞: 鋁合金壓片；模具設(shè)計；沖壓；AUTOCAD1. 工藝性分析在模具設(shè)計之前先要對零件進行分析，滿足其使用要求下分析根據(jù)模具制造零件的可行性以及經(jīng)濟效率。圖1 零件簡圖生產(chǎn)批量：大批量材料：LY12鋁合金材料厚度：2mm未注公差：IT141.1材料分析表1 LY12鋁合金材料分析表材料抗拉強

7、度（Mpa）屈服強度（Mpa）伸縮率（%）LY12鋁合金47032510由表1可知，是常用的沖壓材料，沖壓性能良好，即使沖壓要求比較高的零件，也能夠滿足生產(chǎn)的需要，通過綜合分析，該工件的沖裁性能良好。1.2 零件結(jié)構(gòu)壓片的結(jié)構(gòu)相對比較簡化，外形為直線和曲線結(jié)合，主要有落料工序以及拉深和翻邊工序組成。產(chǎn)品為類矩形件，排樣時廢料不多，能有效降低了生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟性要求。2.沖裁方案的確定通過對工件的分析，發(fā)現(xiàn)工件具有落料、拉深和沖孔、翻邊4個主要工序，其中拉伸可以一次成型，所以我們制定了一下三個生產(chǎn)方案。方案一：采用單工序模，首先進行落料，然后拉深和沖孔，最后翻邊，需要4個模具完成。方案二：工件

8、中的落料和拉深和翻邊工序依靠落料拉伸翻邊級進模來完成。方案三：使用復合模生產(chǎn)，采用落料沖孔彎曲復合模進行生產(chǎn)。方案對比：方案一：模具結(jié)構(gòu)數(shù)量有多個，而且來回更換模具，導致工件的精度難易保證。方案二：采用一個模具，但是級進模成本較高，也不能實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。方案三：采用一副模具完成可以包含多個工序，能夠順利完成，滿足工件的落料和拉伸成形，最后進行翻邊。所以，綜上所述，使用方案3最好，不但可以滿足實際生產(chǎn)的需要，同時可以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。3.復合模總體結(jié)構(gòu)3.1模具類型的選擇通過工件的工藝分析，以及各個生產(chǎn)方案的對比，決定采用復合模完成工件的生產(chǎn)。3.2送料方式的選擇為了實現(xiàn)工件的自動化生產(chǎn)，工件的送

9、料方式的選擇十分重要，在本次設(shè)計中，采用自動送料機構(gòu)，能夠滿足工件的自動化生產(chǎn)。3.3 定位方式的選擇模具采用的是帶料，我們設(shè)計中采用導料銷來控制板料的送進，沒有設(shè)置無側(cè)壓，靠自動送料機構(gòu)壓緊?？刂泼鞑季值氖菗趿箱N。3.4 卸料、出件方式的選擇因為工件料厚為2mm，材料不算太厚，卸料力不大，而且由于需要拉伸工序，所以使用彈性卸料板，卸料的同時還可以起到壓料的作用。3.5 導向方式的選擇 （a）中間導柱 （b）后側(cè)導柱 （c）對角導柱 （d）四導柱圖2 導柱模架導向方式對比：對角導柱模架不如其他三種模架的導向精度高，前后左右都可以進料，然而兩個導柱的位置限制了放、取件；而中間導柱模具則無法進行

10、左右送料，雖其導向平穩(wěn)但不易采用；至于四導柱模具同樣也會限制放、取件，雖然它的導向是最好的，但是僅適用于大型模具。后側(cè)導柱模具精度不差，各方向都能進料，放便放件、取件，比較適合中小型模具。首先分析工件，由于工件尺寸較小，精度要求比較高，綜合比較我們選擇后側(cè)導柱模架。4.模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 凹模設(shè)計4.1.1 凹模外形的確定凹模的形狀一般和沖壓件的材質(zhì)以及厚度有關(guān)，其主要決定因素的為工件的厚度。所以我們一般通過工件的厚度來計算凹模的外形尺寸。凹模的外形計算的經(jīng)驗公式如下所示：凹模板厚度尺寸 H=Kb1 公式-1凹模板型孔和邊的距離尺寸 c1.5H 公式-2最終凹模的邊長 L=b1+2

11、c 公式-3最終凹模的寬帶 B=b2+2c 公式-4式中：b1-軸碗的長度方向的最大尺寸； b2-軸碗件的寬帶方向最大外形尺寸； K-系數(shù)，主要受到軸碗厚度的影響，查表2表2 系數(shù)K值表材料料寬s/mm材料厚度t/mm11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22查表2得：K=0.3。根據(jù)公式-1可計算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H=Kb2=0.353.4=16（mm）根據(jù)公式-2可計算凹模邊壁厚：c1.5H

12、=1.516 =24（mm）取凹模邊壁厚為25mm。由于采用復合模，所以需要根據(jù)排樣圖來確定凹模板的長、寬的尺寸。結(jié)合模具結(jié)構(gòu),選擇圓形凹模，?。篋H=120mm25mm。圖3 凹模4.1.2 凹模刃口結(jié)構(gòu)形式的選擇該模具生產(chǎn)的工件尺寸精度比較高，工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)，所以我們選擇直通式的刃口最為合適。這種類型的刃口強度也十分的足夠，經(jīng)過修模后仍然可以很好的工作。4.1.3 凹模精度與材料的確定凹模在模具設(shè)計中是模具設(shè)計的核心零件，而且也要靠凹模來保證工件的精度和表面光滑度，所以它精度和表面粗糙度一定不能太低，否則會降低工件的成品率，常用的材料我們可以使用選擇Cr12，平行度一般選擇0.

13、02，內(nèi)型腔的的精度為IT7級。4.2 凸模的設(shè)計4.2.1 凸模結(jié)構(gòu)的確定凸模結(jié)構(gòu)我們設(shè)計為直柱形的，依靠臺階進行固定。圖4 凸模 4.2.2 凸模材料的確定本模具需要有比較高的耐磨性和較長的壽命，并且在沖壓過程中，要持續(xù)的受到?jīng)_壓力，所以我們需要選擇強度和韌性都比較好的材料。所以我們選擇Cr12，能很好的滿足軸碗生產(chǎn)的需要，模具材料熱處理為HRC5862HRC。4.2.3 凸模精度的確定凸模作為工作零件，直接決定了工件的精度，根據(jù)實際需要，我們選擇使用IT7級，表面粗糙度為Ra1.6um。4.3 卸料板的設(shè)計4.3.1 卸料板外型設(shè)計在模具設(shè)計過程中，通過分析，我們選擇彈性卸料結(jié)構(gòu)，彈性卸

14、料板不僅具有卸荷作用，同時也完成了凸模導向，尤其是模具設(shè)計過程中，沖頭直徑較小，但也更高，因此采用彈性卸料更好的。推板的邊界的邊緣的形狀和大小相同的凹模。卸料板與凸凹模的間隙值取0.1mm。卸料板的尺寸要和凹模的一致，所以我們計算出凹模的外形，也就確定了卸料板的長以及寬度，卸料板的厚度我們設(shè)計為15mm，根據(jù)凹模的尺寸，從而可以確定卸料板的尺寸120mm10mm。4.3.2 卸料板材料的選擇卸料板主要的功能是卸料，同時還有對凸模保護的作用，所以強度和硬度都有具有較高的要求，所以我們一般情況下都選擇45號鋼。45鋼是常用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它的質(zhì)量非常的好，含碳量（0.45%）波動小，性能較穩(wěn)定。

15、設(shè)計成零件后，再經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，具有良好的綜合力學性能，即具有較高的強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。4.3.3 卸料板整體精度的確定外輪廓精度要求推板不高，所以使用IT14級，表面粗糙度Ra3.2；和內(nèi)輪廓精度的要求要高于要求的外輪廓，因此使用IT11級，表面粗糙度為Ra1.6；一二螺釘孔和銷，導向銷定位功能，所以IT7級精度要求高，表面粗糙度Ra3.2。4.4 固定板的設(shè)計凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強度，使凸模與落料凹模、上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。則凸模固定板的厚度： H凸固=（0.60.8）H凹 公式-5式中：H凸固-凸模固定板厚度； H

16、凹-凹模厚度。根據(jù)公式-5得凸模固定板厚度為：H凸固=（0.60.8）H凹 =（0.60.8）H凹 =（0.60.8）30 = 1824（mm） 根據(jù)模具需要選擇凸模固定板厚度20mm。4.5 墊板的設(shè)計參考模具的凹模的尺寸，選擇墊板厚度為10mm，選擇墊板尺寸為120 mm10mm。4.6 上下模座、模柄的選用4.6.1 上下模座的選用模具采用后側(cè)導柱模架，導向比較平穩(wěn)，而且由于工件屬于大批量的生產(chǎn)，所以采用后側(cè)導柱模架比較合理。模具和導柱具體尺寸規(guī)格如下表所示。表3 尺寸規(guī)格表名稱尺寸材料上模板HT200下模板HT200導 柱20鋼導 套20鋼4.6.2 模柄的選用本次設(shè)計采用復合模生產(chǎn)，

17、使用壓入式模柄比較合適。模柄設(shè)計的原則，除了和壓力機的直徑一致，同時還要保證長度不能大于沖床滑塊內(nèi)的孔的深度。根據(jù)壓力我們選擇直徑為30mm的模柄。國標型號：A30 JB/T7646.3-1994。5排樣方式的選擇5.1 排樣及搭邊值的計算圖5 排樣圖此次設(shè)計采用的是彈性卸料裝置，參考沖壓工藝與模具設(shè)計，查模具設(shè)計參數(shù)表中關(guān)于搭邊部分可知：工藝搭邊值a（側(cè)面）=2mm，a1(工件間)=2mm。5.2 步距的計算步距可定義為：S=L+b 公式-6式中 S沖裁步距；L先選擇送料的方向，工件在送料方向上的最大尺寸，毛坯尺寸的最大值；b沿送進方向的搭邊值在和送料相同的方向上，工件板料的外形的最大距離約

18、為L=17毫米, 有上節(jié)可知，送料方向的搭邊可知b=2毫米，所以我們確定步距S=L+b =17+2=19mm5. 3 條料寬度的確定計算條料的寬度：B=53+2*2=57mm5.4 材料利用率的計算材料利用率定義為：=A/BS100% 公式-7式中 材料利用率A工件的面積，由計算得A=770.76mm2B條料寬度S沖裁步距根據(jù)公式-7計算出材料利用率：=A/BS100%=770.76/5719100%=71.17%按此排樣方式材料利用率為71.17%。圖6 排樣圖6.刃口尺寸計算6.1 沖裁間隙的確定根據(jù)實用間隙表 4，可以查出材料的間隙值。表4 實用間隙表材料厚度 08、10、20、35、0

19、9Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5極小間隙（或無間隙）0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2

20、600.2800.3800.4200.4800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126根據(jù)該制件的材料

21、及厚度查表可知，該沖裁模的初始雙面間隙的最小值=0.246mm，最大值=0.360mm。6.2 沖裁刃口尺寸的計算及法則模具凸模和凹模一般容易磨損，所以我們要通過計算，還求出合理的凸凹模的尺寸公差和偏差，有兩種計算方法，第一種計算方式是凸模與凹模圖樣分別加工法計算；另一種方法，就是采用配合法，就是計算出一個凸?；蛘甙寄５某叽纾缓笸ㄟ^配合來加工另外的對應的尺寸。使用第二種算法，是凸凹模的加工變的簡單，降低模具的生產(chǎn)成本：所以采用凸凹模配合加工的方法。 （1）凸凹?；蛘咄鼓Ｔ谀＞吖ぷ鬟^程中尺寸會不斷增大-第一類尺寸AAj=(Amax-x)（2）凹模或者凸模在模具工作過程中尺寸會不斷減少-第一類尺

22、寸BBj=(Bmin+x)（3）凹?；蛘咄鼓Ｔ谀＞吖ぷ鬟^程中尺寸會不變化-第一類尺寸C Cj=(Cmin+)其中，x為磨損系數(shù)。查表得：工件精度IT10級以上 x=1工件精度 IT1-IT13 x=0.75工件精度 IT14 x=0.5因為本工件尺寸精度按IT11執(zhí)行，所以取x=0.75即可。在所有的尺寸中，A類尺寸：53、15B類尺寸：，8C類尺寸：無表5 工作零件刃口尺寸計算尺寸類型公稱尺寸公式計算后尺寸A5315B86.3最小彎曲半徑最小彎曲半徑理論計算較繁瑣復雜，需要結(jié)合實際生產(chǎn)情況才能得出結(jié)果，一次一般按經(jīng)驗值選取，如下表：表6 最小彎曲半徑材料壓彎線與軋制紋向垂直壓彎線與軋制紋向平

23、行08F、08Al0.2t0.4t10、15、Q1950.5t0.8t20、Q215A、Q235A0.8t1.2t25、30、35、40、Q275A1.3t1.7tH62、H68、210不銹鋼0.1t0.1t根據(jù)此次設(shè)計任務書得知材料為鋁合金，因此最小彎曲半徑為0.5t，即1mm。6.4 彎曲凸凹模間隙查詢資料得知彎曲凸凹模間隙公式如下： 公式-8式中，c為凸凹模單邊間隙（mm）； t為工件材料厚度（mm），取2mm； 為工件材料正偏差（mm），取0； x為間隙系數(shù)，取0.05；計算得凸凹模單邊間隙為2.05mm。7.計算沖壓力7.1沖裁力的計算沖裁力公式： 或 公式-9式中： 為壓片周邊長度

24、（mm）； 為材料厚度（mm）; 為材料抗減強度（）； 為修正系數(shù)。在一般設(shè)計的過程中我們?nèi)?1.3。 材料的抗拉強度（），一般情況下，材料的，取。第一工位：側(cè)刃沖孔（周長為126.3mm）第二工位：切邊（周長位44mm）第四工位：切槽（周長位88mm）第六工位：切斷（周長22mm）計算得：7.2 卸料力與推件力的計算卸料力和推料力可以依據(jù)以下公式7-2和7-3來計算： 公式-10 公式-11式中沖裁力（）；為卸料力系數(shù)，為推件力系數(shù)，為頂件力系數(shù)。所以總沖壓力為： 公式-12查沖壓工藝及模具設(shè)計書中表（39）得， 通過計算得出卸料力和退料力： 所以模具總沖壓力為7.3 彎曲力計算U型彎曲彎曲

25、力計算公式如下為： 公式-13式中，k為彎曲系數(shù)，取1； b為彎曲件的寬度，取15mm； t為彎曲件的厚度，取2mm； 為材料的抗拉強度，取400MPa； r為彎曲圓角的半徑，取1mm；計算得彎曲力F彎=11.2kN。7.4 壓力中心確定為確保沖裁模在壓力機上正常、平衡地進行重制工作，在設(shè)計沖裁模時，應該使沖裁模的壓力中心與壓力機滑塊的中心想重合，即沖裁模的模柄中心應該與沖裁模的壓力中心一致。由于該零件為環(huán)形墊片，形狀是對稱且規(guī)則的，所以模具的沖裁壓力中心與零件的幾何中心重合。8.選擇沖壓設(shè)備8.1 沖壓設(shè)備的校核模具的閉合高度也就是模具在完全閉合時的高度。 H閉=H上+H下+H墊+L+H-h

26、 公式-14式中：L,H和h分別為沖孔凸模長度，凹模厚度，沖孔凸模沖裁后進入凹模的深度h=1mm。根據(jù)公式-14可計算得模具的閉合高度大約為：H閉=H上+H下+H墊+L+H-h =190(mm）查表7J23-35壓力機規(guī)格及參數(shù)可查詢到J23-35型號的壓力機最大閉合高度為350mm，該模具的閉合高度在所選壓力機閉合高度之間，所以符合模具設(shè)計的要求。8.2 沖壓設(shè)備的選用根據(jù)沖壓設(shè)備的類型和工作特點，結(jié)合復合模的結(jié)構(gòu)形式和尺寸大小、工件的尺寸大小、沖裁力大小、復合模閉合時高度、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)成本，J23-35型號的機械壓力機可以滿足各項生產(chǎn)，本模具在沖裁過程中總的沖壓力，初步我們開始選擇壓力機

27、型號為J23-35壓力機，具體參數(shù)如下。表7 J23-35壓力機規(guī)格及參數(shù)表型號J23-35公稱壓力/KN350滑塊行程/mm100最大閉合高度/mm350閉合高度調(diào)節(jié)/mm160滑塊中心線至床身距離/mm200滑塊底面尺寸/mm（前后）220滑塊底面尺寸/mm（左右）250模柄孔尺寸/mm（直徑）40模柄孔尺寸/mm（深度）609.模具圖紙 （a）正視圖（b）俯視圖圖7 模具裝配圖技術(shù)要求：1凸模安裝采用壓入式先磨平凸模再與墊板相接；2導套與導柱間隙配合H7/h6，壓入時主要校正導柱；3導柱與下模座為過盈配合H7/g6；導套與上模座為H7/g6；4裝配好的模架，其上下模板沿導柱移動時應平穩(wěn)無阻滯；5凸模與凹模固定板過渡配合H7/m6或H7/k6；6螺釘與螺桿孔單面間隙是0.5-1.0mm；表8 裝配編號表序號標準或零件代號名稱數(shù)量材料1下模座1Q2352導柱23下墊板1454凹模1Cr125GB/T70.1-2000螺釘46卸料板1457上固定板1458GB/T70.1-2000螺釘49導套210上墊