沖壓模具設(shè)計(jì)論文

1、目錄第一章 前言- 1 -1.1模具產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀- 1 -1.2發(fā)展前景- 1 -第二章 沖裁件工藝性分析- 1 -2.1零件結(jié)構(gòu)形狀- 2 -2.2尺寸精度- 2 -2.3 材料選擇- 3 -第三章 沖裁工藝方案的確定- 3 -3.1預(yù)備方案- 3 -3.2方案分析- 4 -第四章 模具結(jié)構(gòu)形式的確定- 4 -4.1正裝式- 4 -4.2倒裝式- 4 -第五章 模具總體設(shè)計(jì)- 5 -5.1模具類型的選擇- 5 -5.2操作與定位方式- 5 -5.2.1操作方式- 5 -5.2.2定位方式- 5 -5.3卸料、出件方式- 6 -5.3.1卸料方式- 6 -5.3.2出件方式- 6 -5.4確定送料

2、方式- 6 -5.5確定導(dǎo)向方式- 7 -第六章 模具工藝參數(shù)的確定- 7 -6.1排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算- 7 -6.2搭邊值的確定- 8 -6.3進(jìn)距與條料寬度計(jì)算- 9 -6.3.1送料進(jìn)距A- 9 -6.3.2條料寬度B計(jì)算- 9 -6.4材料利用率的計(jì)算- 10 -第七章 計(jì)算沖壓力- 10 -7.1 沖壓力的計(jì)算- 10 -7.2 壓力機(jī)的選擇- 11 -第八章 模具壓力中心的確定- 12 -8.1設(shè)計(jì)分析- 12 -8.2設(shè)計(jì)計(jì)算- 12 -第九章 計(jì)算凸凹模尺寸- 13 -第十章 凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 14 -第十一章 模具總體及主要零部件設(shè)計(jì)- 17 -11.1卸料彈簧的設(shè)

3、計(jì)計(jì)算- 17 -11.2標(biāo)準(zhǔn)模架的選用- 18 -11.3沖壓設(shè)備- 18 -參考文獻(xiàn)- 19 -第一章 前言1.1模具產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀改革開放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量的不斷增加，更新?lián)Q代的不斷加快，在現(xiàn)代制造業(yè)中，企業(yè)的生產(chǎn)一方面朝著多品種、小批量和多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應(yīng)不同用戶的需要；另一方面朝著大批量，高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)規(guī)模來(lái)創(chuàng)造更多效益，生產(chǎn)上采取專用設(shè)備生產(chǎn)的方式。模具做為高效率的生產(chǎn)工具的一種，是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛與重要的工藝裝備。采用模具生產(chǎn)制品和零件，生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)高速大批量的生產(chǎn)；節(jié)約原材料，實(shí)

4、現(xiàn)無(wú)切屑加工；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性；操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員沒(méi)有很高的技術(shù)要求；利用模具批量生產(chǎn)的零件加工費(fèi)用低；所加工出的零件與制件可以一次成形，不需進(jìn)行再加工；能制造出其它加工工藝方法難以加工、形狀比較復(fù)雜的零件制品；容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化的特點(diǎn)。1.2發(fā)展前景隨著時(shí)代的進(jìn)步，現(xiàn)代各先進(jìn)工業(yè)化的國(guó)家的在沖壓生產(chǎn)方面都是十分發(fā)達(dá)的。在我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，沖壓生產(chǎn)仍占有重要的地位。相信在以后的發(fā)展中，模具以及沖壓設(shè)備等會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。第二章 沖裁件工藝性分析工件名稱：鑰匙工件簡(jiǎn)圖：如圖1所示生產(chǎn)批量：大批量材 料：10鋼工件厚度：2mm圖1 零件簡(jiǎn)圖 2.1零件結(jié)構(gòu)形狀

5、該零件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱，是由圓弧和直線組成的。內(nèi)有一個(gè)5的孔，孔與邊緣的距離也滿足要求，可以沖裁。2.2尺寸精度查表可得，沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到尺寸的精度為IT11，孔中心與邊緣距離尺寸公差為0.5mm。零件圖上所注公差經(jīng)查標(biāo)準(zhǔn)公差表為IT14，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求。根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性好，適宜沖裁加工。查公差表可得個(gè)尺寸公差為：零件外形：200-0.520 mm 210-0.520 mm 440-0.620 mm 80.360 mm R40-0.300 mm零件內(nèi)形：50+0.180 mm2.3 材料選擇10鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，主

6、要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機(jī)械零件。綜合評(píng)比均適合沖裁加工?？辜魪?qiáng)度：=260340 M Pa 抗拉強(qiáng)度：b=300440 M Pa 伸 長(zhǎng) 率：10=29%屈服強(qiáng)度：s=210 MPa該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。第三章 沖裁工藝方案的確定3.1預(yù)備方案該制件的沖裁工序包括落料和沖孔，其沖裁加工有以下三種方案：方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔落料復(fù)合沖壓。復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：沖孔落料級(jí)進(jìn)沖壓。級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。3.2方案分析方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，且每次沖裁所需的沖裁力較小，可以解決沖壓設(shè)備噸位不夠的問(wèn)題。其缺點(diǎn)在于零件的精度難于保證，并且零件比較小，在第二次沖孔

7、時(shí)，準(zhǔn)確定位不宜，容易使人受傷，生產(chǎn)率低。方案二也只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚，模具強(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對(duì)位置精度較高，板料的定位精度比方案三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三簡(jiǎn)單。方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，但模具輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高。通過(guò)對(duì)上述三種方案的分析比較,采用復(fù)合模是比較合理的。第四章 模具結(jié)構(gòu)形式的確定正裝式復(fù)合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較：4.1正裝式正裝式復(fù)合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。4.2倒裝式倒裝式復(fù)合模不宜沖制

8、孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件，卸件可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，所以應(yīng)用十分廣泛。由零件分析知：制件的精度要求較低，孔邊距較大，平直度較高為提高經(jīng)濟(jì)效益，適宜采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)。根據(jù)以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用倒裝式復(fù)合模具生產(chǎn)。倒裝復(fù)合模要求精度高、使用壽命長(zhǎng)，其模具的主要工作零件常采用高強(qiáng)度高合金工具鋼、高速鋼或硬質(zhì)合金等材料來(lái)制造，加工方法常采用慢走絲線電極電加工和成削磨削。復(fù)合模還必須有自動(dòng)送料裝置，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖壓，提高生產(chǎn)率，并減少了手工送料的誤差，提高經(jīng)濟(jì)效益。第五章 模具總體設(shè)計(jì)5.1模具類型的選擇經(jīng)分析，工

9、件尺寸精度要求不高，形狀較簡(jiǎn)單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過(guò)比較，決定實(shí)行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置的倒裝復(fù)合模具結(jié)構(gòu)方式。5.2操作與定位方式5.2.1操作方式零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟(jì)效益。5.2.2定位方式因?yàn)閷?dǎo)料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟(jì)效益，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。 5.3卸料、出件方式5.3.1卸料方式剛性卸料與彈性卸料的比較：剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時(shí)與

10、凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.20.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對(duì)凸模的導(dǎo)向作用時(shí)卸料板與凸模的配合間隙應(yīng)該小于沖裁間隙。此時(shí)要求凸模卸料時(shí)不能完全脫離卸料板。主要用于卸料力較大、材料厚度大于2mm且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場(chǎng)合。彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t,若彈壓卸料板還要起對(duì)凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。 工件平直度較高，料厚為2mm相對(duì)較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)

11、動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對(duì)工件施加的是柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故可采用彈性卸料。5.3.2出件方式因采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)，故采用彈性上出件。5.4確定送料方式因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)，采用橫向送料方式，即由右向左送料。送料誤差以及能否及時(shí)地從凸模上排除工件，往往是造成復(fù)合模損壞的主要原因。因此對(duì)造價(jià)昂貴的級(jí)進(jìn)模，還必須帶有高精度的誤差檢測(cè)裝置。在多工位自動(dòng)倒裝復(fù)合模中，由于凸模通常很精細(xì)，必須加以精確導(dǎo)向和保護(hù)，因而要求卸料板能對(duì)凸模提供導(dǎo)向和保護(hù)功能。卸料板上相應(yīng)的孔必須采用高精度加工，其尺寸及相互位置必須準(zhǔn)確無(wú)誤。在沖壓過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)必須高度平穩(wěn)，因此對(duì)卸料板還要有導(dǎo)向保護(hù)措施。5.5確定導(dǎo)向

12、方式方案一：采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對(duì)稱的對(duì)角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級(jí)進(jìn)?；蚩v向送料的落料模、復(fù)合模。方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時(shí)，偏心距會(huì)造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動(dòng)模柄。方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架。方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對(duì)稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。只能一個(gè)方向送料。根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和

13、工件質(zhì)量，采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案二最佳。第六章 模具工藝參數(shù)的確定6.1排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小材料消耗、提高生產(chǎn)率和延長(zhǎng)模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排等多重形式。因此有下列三種方案：方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來(lái)保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。方案二：少?gòu)U料排樣 因受剪切條料和

14、定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。方案三：無(wú)廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。通過(guò)上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳（如圖2所示）。圖2 排樣圖6.2搭邊值的確定排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。由于本制件手送料，非圓形，t=2mm，查表可得：制件間的的搭邊值a=2.5mm；制件與條料側(cè)邊之間的搭邊值b=2mm。見圖2。6

15、.3進(jìn)距與條料寬度計(jì)算6.3.1送料進(jìn)距A條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料進(jìn)距，每個(gè)進(jìn)距可沖出一個(gè)或多個(gè)零件。 A=D+ (5-1)式中 D平行于送料方向的沖裁件寬度沖裁件之間搭邊值根據(jù)公式(5-1)： A= D+=20+2.5=22.5mm6.3.2條料寬度B計(jì)算排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度也就可以設(shè)計(jì)出。計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮：（1）有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。（2）無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。（3）有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)。本設(shè)計(jì)采用的是有側(cè)壓裝置的模具。所謂條料寬度，是指工件最大極限尺寸加上側(cè)搭邊值。其計(jì)算公式如下：B=D+2b+

16、（5-2）查表可得=0.6所以B=44+22+2.5+21=71.50-0.66.4材料利用率的計(jì)算經(jīng)計(jì)算制件的面積：AF0=597mm2 ，周長(zhǎng)：L=20+212+12+192+4=124.6mm。材料利用率通常以一個(gè)進(jìn)距內(nèi)制件的實(shí)際面積與所用毛坯面積的百分率表示：= nAF0/A F100%=(2597/71.522.5) 100%=74.2%第七章 計(jì)算沖壓力7.1 沖壓力的計(jì)算計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p可以按下式計(jì)算：= L tb （6-1）式中 b材料抗拉強(qiáng)度；L沖裁

17、周邊總長(zhǎng)（mm）；t材料厚度（mm）；查表和計(jì)算可知：L=124.6mm ；b= 300440 M Pa，在此取b= 300 M Pa； t=2mm。所以： 1、落料力： F1= L tb=124.62300=74.76 KN 2、沖孔力： F2= L孔 tb=523009.42 KN 3、落料時(shí)的卸料力： F卸 =K卸F1 查表后取K卸=0.04 故： F卸 =0.0474.76=2.99 KN 4、沖孔時(shí)的推件力： F推=n K推F2 查表后取K推=0.055；凹模刃口形式選擇柱形刃口筒形刃口，n=3.F推=20.0559.42=1.5543 KN選擇沖床時(shí)的總壓力為： F總= F1 +

18、F2 + F卸+ F推=88.72 KN7.2 壓力機(jī)的選擇根據(jù)工藝計(jì)算和模具總體尺寸的估算值，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備條件，合理選擇各道沖壓工序的設(shè)備。具體要求如下：（1） 計(jì)算的總沖壓力F總必須小于壓力機(jī)公稱壓力F公的75%80%左右。（2） 壓力機(jī)的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求。（3） 壓力機(jī)的滑塊行程必須滿足沖壓件的成形要求。（4） 壓力機(jī)的工作臺(tái)面尺寸應(yīng)大于模具水平尺寸，一般每邊需大5070mm，便于裝模；同時(shí)，模具平面尺寸還必須大于工作臺(tái)面上孔的尺寸，一般每邊需大4050mm左右。于是，選J23-16（開式雙柱可傾壓力機(jī)）第八章 模具壓力中心的確定8.1設(shè)計(jì)分析模具壓力中心是指諸沖壓合力

19、的作用點(diǎn)位置，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。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)軌間產(chǎn)生過(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。 圖3 壓力中心圖8.2設(shè)計(jì)計(jì)算因?yàn)榱慵笥覍?duì)稱，既x0=0。故只需計(jì)算出y0。將工件沖裁周邊分成L1L6基本線段，求出各段長(zhǎng)及各段的重心位置：L1=20 y1=0 L2=21242 y2=21210.5L3=2（104）12 y3=21L4=2（44214）38 y4=21（44421）230.5L5=412.56 y5=4048442.548L6=515.7 y6=8計(jì)算得： 17.9

20、所以：零件的壓力中心為（0，17.9）第九章 計(jì)算凸凹模尺寸沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來(lái)保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計(jì)沖裁模主要任務(wù)之一。由計(jì)算可得零件外形：200-0.520 mm 210-0.520 mm 440-0.620 mm 80.360 mm R40-0.300 mm零件內(nèi)形：50+0.180 mm查表可得間隙值： Z min0.246， Z max0.360。對(duì)沖孔5mm，采用凸凹模分開的加工方法。其凸凹模刃口部分尺寸計(jì)算如下： 查表得凸凹模制造公差：p0.020 mm d0.020 mm 查表得磨損系

21、數(shù)X0.5。因?yàn)椋?0.0200.020 0.360.246=0.114所以滿足： pdZ maxZ min凸模的刃口尺寸為： =(dX) =（50.50.180）=5.09 凹模的刃口尺寸為： =() =（5.090.246）=5.336對(duì)零件外輪廓的落料，由于形狀較為復(fù)雜，故采用配合加工的方法，其凸凹模刃口部分尺寸計(jì)算如下：因?yàn)槭锹淞霞?，所以以凹模為基?zhǔn)來(lái)配做凹模。當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時(shí)，凹模磨損后，刃口部分尺寸都增大，因此均屬于凹模磨損后變大的尺寸。查表可得：磨損系數(shù)X為：當(dāng)0.20mm時(shí)， X=1； 0.21mm 0.41mm時(shí)，X=0.75； 0.42mm時(shí)， X=0.5。d4由A a（

22、Ax）可得： 44凹（440.50.62）43.69 21凹（210.50.52）20.74 20凹（200.50.52）19.74 R4凹（40.750.30）3.775第十章 凸模、凹模、凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沖5mm孔的圓形凸模，由于模具需要在凸模外面裝推件塊，因此設(shè)計(jì)成直柱的形狀，尺寸標(biāo)注如圖4所示。圖4 凹模的刃口形式，此沖件為大批量生產(chǎn)，所以采用刃口強(qiáng)度較高的直筒形刃口凹模，凹模外形尺寸如圖5。圖5 本模具為復(fù)合沖裁模，因此除沖孔凸模和落料凹模外，必然還有一個(gè)凸凹模。凸凹模的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖為圖6。凸凹模最小壁厚m=3mm，實(shí)際最小壁厚為5.5mm。凸凹模上孔中心與邊緣距離尺寸8mm的公差，應(yīng)比零件圖所示精度高34級(jí)，取IT11級(jí)，既80.09mm。圖6第十一章 模具總體及主要零部件設(shè)計(jì)11.1卸料彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)模具結(jié)構(gòu)初定6根彈簧，每根彈簧分擔(dān)的卸料力為： F卸n=2.99 KN6498.3 N根據(jù)查表和校驗(yàn)選59號(hào)彈簧，其規(guī)格為：外徑：D=36mm鋼絲直徑：d=5mm自由高度：H0=80mm裝配高度：H2= H0S預(yù)801862mm11.2標(biāo)準(zhǔn)模架的選用模架選用