沖壓模具畢業(yè)設(shè)計

1、山東科技大學畢業(yè)生論文1. 緒論1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓 力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件） 的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主 要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料 壓力加工或塑性加工的主要方法之一， 隸屬于材料成型工程術(shù)。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或 非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有 符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖 壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與

2、模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工 的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。與機械加工及塑性加工的其它方法相比， 沖壓加工無論在技術(shù)方面還是 經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 （1） 沖壓加工的生產(chǎn)效 率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模山東科技大學畢業(yè)生論文和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高 速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到 一個沖件。（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般 不破壞沖壓件的表面質(zhì)量 , 而模具的壽命一般較長 , 所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定 互換性好 , 具有“一

3、模一樣”的特征。 （ 3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形 狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖 壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強度和剛度均較高。 （4）沖壓一般沒 有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省 料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復(fù)雜零件需 要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密 集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點 才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相 當多的工

4、業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、 儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中， 沖壓件所占的比重都相當?shù)拇?，少則 60%以上，多則 90%以上。不少過去用 鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的 沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝，許多工業(yè)部 門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代等 都是難以實現(xiàn) 的。1.2 沖壓的基本工序及模具由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又 各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，山東科技大學畢業(yè)生論文可分

5、為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成 形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸 的沖壓件的工序。上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成 形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。在實際生產(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小 時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝 上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi) 完成，稱為組合的方法不同， 又可將其分為復(fù)合 - 級進和復(fù)合 -級進三種組合 方式。復(fù)

6、合沖壓 在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時 完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。級進沖壓 在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一 模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。復(fù)合-級進 在一副沖模上包含復(fù)合和級進兩種方式的組合工序。沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉 深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進模等。 但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固 定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面 上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工

7、作零件（即凸 模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺山東科技大學畢業(yè)生論文寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模 上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向隨著科學技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展， 許多新技術(shù)、新工藝、 新設(shè)備 、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主 要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外對沖壓成 形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分 析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間

8、的相互作用研究等方面均取得了 較大的進展。特別是隨著計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步 完善，近年來國內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計算機模擬技術(shù)，即利用 有限元( FEM)等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果， 設(shè)計人員可預(yù)測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通 過在計算機上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計。這樣既 節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應(yīng)用范 圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)外相繼涌 現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工

9、 藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量 的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達 25mm，精度可達 IT1617 級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄?的軟模成形工藝，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜形狀的 零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方山東科技大學畢業(yè)生論文法對于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強度高和精度要求較高的板 料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形， 可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復(fù)雜和大 型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成

10、形工序是用高度可調(diào)的凸模群 體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術(shù)，我國已自主設(shè)計制造 了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點成形設(shè)備，解決了多點壓機成形法，從而 可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復(fù) 成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以 CAD/CAM/CAE 技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成 形。(2.)沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 .在沖模的設(shè)計制造上 ,目前正朝著以下 兩方面發(fā)展 :一方面 ,為了適應(yīng)高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的 需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與 此相比適應(yīng)

11、的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動 化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具 CAD/CAM 技術(shù)也在迅速發(fā)展；另 一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖 模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及 其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代 表了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平。目前， 50 個工位以上的級進模進距精度可達到 2 微米， 多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程， 還可完成焊接、 裝配等工 序。我國已能自行設(shè)計制造出達到國際水平的精度達 2 5 微米，進距精 度 23 微米，總壽命達 1

12、億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎 車覆蓋件模具，在設(shè)計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在 制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國山東科技大學畢業(yè)生論文際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一 定差距。模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、 自動化技術(shù)等先進技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了 現(xiàn)代模具制造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加 工、精密磨削及拋光技術(shù)、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。 高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸 轉(zhuǎn)

13、速一般為 1500040000r/min）,加工精度一般可達 10 微米，最好的表面粗 糙度 Ra1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低 （工件只升高 3 攝 氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和 切削用量還可實現(xiàn)硬材料（ 60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花 創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控 銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的 EDSCAN8E 電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、 CAD/CAM 集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電 火花加工機床的技術(shù)水平；慢

14、走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當高，功能 也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達 到 300mm2 /min,加工精度可達 1.5 微米，表面粗糙度達 Ra=010.2 微米; 精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學曲線磨床、數(shù)控連續(xù) 軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設(shè)備和技術(shù) ;模具加工過程中的檢測技術(shù)也 取得了很大的發(fā)展 ,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù) 外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單 操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。 此外，激光快速成形技術(shù) （RPM） 與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)

15、用。 利用 RPM 技術(shù) 快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可山東科技大學畢業(yè)生論文快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“ M-RPMS- 型多功能快速 原型制造系統(tǒng)” 是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝 (分 層實體制造 SSM 和熔融擠壓成形 MEM )的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集 成”之概念而設(shè)計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在 以 CAD/CAM 加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注 成形的樹脂沖模應(yīng)用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。(3)沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生

16、產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、 高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿 足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力 機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大 量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速 自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計 算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率； 在高速自動壓力機上沖壓電機定轉(zhuǎn)子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自 動疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高 達 97%；公稱壓力為 250KN 的高

17、速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達 2000 次 /min 以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產(chǎn)的 2000KN“沖壓中心”采用 CNC 控制，只需 5min 時間就可完成自動換模、 換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作； 美國惠特尼公司生產(chǎn)的 CNC 金屬板材加工中心，在相同的時間內(nèi)，加工沖 壓件的數(shù)量為普通壓力機的 410 倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉 深等多種作業(yè)。近年來，為了適應(yīng)市場的激烈競爭，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，且 其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種山東科技大學畢業(yè)生論文適合不同批量生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無需設(shè)計專用模具、性能 先進的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位

18、壓力機、激光切割和成形機、 CNC 萬能折彎機等新 設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經(jīng)發(fā)展起來、國內(nèi)亦開始使用 的沖壓柔性制造單元（ FMC ）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（ FMS）代表了沖壓生 產(chǎn)新的發(fā)展趨勢。 FMS 系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板料、模具、沖 壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過程完全由計算機控制， 車間實現(xiàn) 24 小時無人控制生產(chǎn)。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種 沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也 高。（4）沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模 屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具

19、的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定 的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件 的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮 短制造周期。 目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產(chǎn)程度已達 70%80%， 模具廠只需設(shè)計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生 產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細， 如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某 類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢＃@樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮 短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件 專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外

20、，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但 +0.15+0.250 -0120.25210.5231.5 0.25+0.3088.9 -00.52總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高 （一般在 40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成 規(guī)?；a(chǎn)，標準件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、 供貨、服務(wù)等都還有待于進一步提高。山東科技大學畢業(yè)生論文設(shè)計要求 :設(shè)計該零件的沖裁模 沖壓件圖如下圖所示 :圖 1-1沖壓技術(shù)要求 :1.材料 :H622.材料厚度 :4mm3.生產(chǎn)批量 : 中批量4.未注公差 : 按 IT14 級確定 .山東科技大學

21、畢業(yè)生論文2 . 零件的工藝性分析 .2.1零件的工藝性分析該零件材料為 H62（黃銅）結(jié)構(gòu)簡單 ,形狀對稱 , 凹模寬度 B=121.2t（t 為材料厚度） , 沖孔時有尺寸為 6.500.2 5.2 00.15 根據(jù)課本 P86 頁知 沖孔時 ,因受凸模強度的限制 , 孔的尺寸不應(yīng)太小 .沖孔的最小尺寸取決于 材料性能,凸模的強度和模具結(jié)構(gòu)等 .根據(jù)表3-3 可查得圓形孔最小值得d=0.9t=0.9X4=3.6mm（1.5 2）t 所以由沖件圖 可知10山東科技大學畢業(yè)生論文C1=12-5.2/2-6.5/2=6.151X4=4,C2=88.9-21-29.4-31.5-2-2.5=2.5

22、1X4=4, C=18/2-6=31.5X4=6.由以上可知孔與孔之間距離 C1滿足工藝性要求 , C2 至少增加 1.5 才能 滿足工藝性要求 ,而孔到邊緣的距離至少增加 3 才能滿足工藝性要求 ,因此 必須在總長 88.9 加上 1.5, 即總長為 90.4 才能滿足工藝性要求 , 總寬 18 加 上 3X2,即總寬為 24 才能滿足工藝性要求 .由以上分析可得 ,沖件的長改為 90.4 , 寬改為 24 才能滿足工藝性要 求,如圖 21所示,如果征得有關(guān)同意 ,我們才能繼續(xù)做下一步的設(shè)計 .11山東科技大學畢業(yè)生論文圖 2-1 工件圖2.2沖裁件的精度與粗糙度沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于

23、IT14 級 , 一般落料公差等級最好低于 IT10級,沖孔件公差等級最好低于 IT9級,由表3-5可得落料公差 ,沖孔公差 分別為 0.40,0.08. 而沖件落料公差 , 最高精度沖孔公差分別為 0.5,0.15 由 表 3-6 得孔中心距公差 0.15 而沖件孔中心距最高精度公差為 0.25, 因 此可用于一般精度的沖裁 , 普通沖裁可以達到要求 .由于沖裁件沒有斷面粗糙度的要求 , 我們不必考慮 .+0.3+0.152.3沖裁件的材料12山東科技大學畢業(yè)生論文由表 1-3 可得,H62（黃銅）, 抗剪強度 =255Mpa,斷后伸長率 35%,此材 料具有良好的塑性級較高的彈性 ,沖裁性

24、較好,可以沖裁加工 .2.4確定工藝方案 .該沖裁件包括落料和沖孔兩個基本工序 , 可采用的沖裁方案有單工序 沖裁, 復(fù)合沖裁和級進沖裁三種 .零件屬于中批量生產(chǎn) ,因此采用單工序須 要模具數(shù)量較多 ,生產(chǎn)率低,所用費用也高 ,不合理;若采用復(fù)合沖 ,可以得 出沖件的精度和平直度較好 ,生產(chǎn)率較高 ,但因零件的孔邊距太小 , 模具強 度不能保證 ;用用級進模沖裁時 ,生產(chǎn)率高 ,操作方便 ,通過合理設(shè)計可以達 到較好的零件質(zhì)量和避免模具強度不夠的問題 ,根據(jù)以上分析 , 該零件采用 級進沖裁工藝方案 .13山東科技大學畢業(yè)生論文3. 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 模具類型根據(jù)零件的沖裁工藝方案

25、, 采用級進沖裁模 .3.2 操作與定位方式零件中批量生產(chǎn) , 安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達到批量生產(chǎn) , 且 能降低模具成本 ,因此采用手工送料方式 . 零件尺寸較大，厚度較高，保證 孔的精度及較好的定位，宜采用導料板導向，導正銷導正，為了提高材料 利用率采用始用擋料銷和固定擋料銷。3 3 卸料與出件方式考慮零件尺寸較大，厚度較高，采用固定卸料方式，為了便于操作，提高 生產(chǎn)率，沖件和廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。3 4 模架類型及精度由于零件材料較厚，尺寸較大，沖裁間隙較小，又是級進模因此采用導向 平穩(wěn)的中間導柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此 采用級模架

26、精度。14山東科技大學畢業(yè)生論文4 沖壓模具工藝與設(shè)計計算41 排樣設(shè)計與計算該沖裁件材料厚度較厚，尺寸大，近似方形，因此可采用橫排和直排比 較合理,如圖4-11，4-12 所示。圖 4-1 （橫排）1500=99.3mm11山東科技大學畢業(yè)生論文圖 4-2 （直排）對圖 4-12 有： 查表 3-18 ，表 3-19，表 3-20 ，取 a=3.5X1.2=4.2mm, a1=3.2X1.2=3.84mm, =1.0mm Z=0.5mm.因此根據(jù)式 3-13 ，條料的寬度為B0 =(Dmax+2a+)z 0 =(90.4 2X4.2 0.5)進距為 :s=24+a1=24+3.84=27.8

27、4mm根據(jù) 3-14 ，導板間距為：B0=B+Z= Dmax+2a+2z=99.3+0.5=99.8mm16山東科技大學畢業(yè)生論文2由零件圖在 CAD用計算機算得一個零件的面積為 1807.58mm一個進距內(nèi)的坯料面積 :2BXS=99.3X27.84=2764.51mm , 因此材料利用率為 :=(A/BS)X100%=(1807.58/2764.51)X100%=65.39%同理可算得圖 4-11 的材料利用率為 60%.由利用率可知 , 圖 4-12 的排樣合理 .4.2 設(shè)計沖壓力與壓力中心 ,初選壓力機 .(1) . 沖裁力 根據(jù)零件圖 , 用 CAD可計算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和

28、L=355.96mm(首次沖裁除外 ), 又因為 =255Mpa,t=4mm取, K=1.3, 則根據(jù)式 3-18,F=KLt =1.3X355.96X4X255=471.99 KN 卸料力:查表3-22,取 Kx=0.06,則Fx=KxF=0.06X471.99=28.32 KN推件力:由表 3-28, 根據(jù)材料厚度取凹模刃口直壁高度 h8mm為, 了修模時 能保證模具仍具有足夠的強度, 所以直壁高度取 h=8+6=14mm故, n=h/t=14/4=3.5, 查表 3-22, 取 KT=0.09 則FT=n KT F=3.5X0.09X471.99=148.68 KN 由于采用固定卸料和下

29、出件方式 , 所以 F= F+ FT=148.68+471.99=620.67 KN 由式 3-23 應(yīng)選取的壓力機公稱壓力為 :P0(1.1 1.3)F =(1.1 1.3)X620.67=682.74KN17山東科技大學畢業(yè)生論文因此可選壓力機型號為 JD21-80.(2)壓力中心根據(jù)排樣 ,我們可以在 CAD里使用查詢便能得出沖孔的壓力中心 , 如圖5-2 所示先取原點在 O處, 則它的壓力中心為 A(48.76,-39.84), 而落料各邊的壓力中心分別為 B(0,-3);C(0,-21);D(45.2,0);E(45.2,-24);F(90.4,-12).由式 3-31 得:X0=(

30、L1X1+L2X2+L3X3+L4X4+L5X5+L6X6)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6)=(139.15X48.76+6X0+6X0+90.4X45.2+90.4X45.2+24X90.4/139.15+6+6+90 .4+90.4+24=48.211Y0=(L1Y1+L2Y2+L3Y3+L4Y4+L5Y5+L6Y6)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6)=-(139.15X39.84+6X3+6X21+90.4X0+90.4X24+24X12)/139.15+6+6+90.4+90.4+24=-22.88所以由以上可以算得壓力中心為 G(48.11,-22.88)具體如下圖 4

31、-3 所示 :18圖 4-3 壓力中心(3) . 計算凸凹模刃口尺寸及公差 由于材料較厚 , 模具間隙較小 , 模具的間隙由配作保證 , 工藝比較簡單 , 并且還可以放大基準件的制造公差 ,( 一般可取沖件公差的 1/4), 使制造容 易, 因此采用配作加工為宜 .由落料尺寸得,凹模會變小,所以得下圖 4-4以凹模為基準 ,配作凸模. 如圖 4-4 刃口尺寸由沖孔尺寸得,凸模尺寸變小,所以有圖 4-4以凸模為基準,配作凹模.如圖4-4 刃口尺寸19山東科技大學畢業(yè)生論文Ad1=(A1max-x) 0 / 4 =(24-0.75X0.43)00.43/4 =23.680.1080山東科技大學畢業(yè)

32、生論文圖 4-4 刃口尺寸根據(jù)表 3-9, 由材料厚度可得 Zmin=0.320mm, Zmax=0.400mm.如圖 4-22, 由落料 , 凹模磨損后變大 , 有 A1=2400.43 ,A2=90.4 00.5 . 由表3-14, 表 3-15 可得磨損系數(shù) X1=0.75,X2=0.5 所以 :Ad2=(A2max-x) 0 / 4 =(90.4-0.5X0.5) 00.5 /4 =90.15 00.125 由于 Ad1, Ad2為落料尺寸 , 故以凹模為基準 , 配作凸模，所以落料凸模刃口 尺寸按凹模實際尺寸配作， 保證雙面間隙值為 0.32 0.400mm.120.2531.5 0

33、.25+0.20+0.150210.52+0.2500+0.3200.150bp1=(b1min+X11) 0 /4 =(2.5+0.5X0.25)0.063 =2.62500.063bp2=(b2min+X22) 0 /4 =(5.5+0.5X0.3)0.075 =5.6500.075bp3=(b3min+X33) 0 /4 =(5.2+0.75X0.15)0.038 =5.31300.038bp4=(b4min+X44) 0 /4 =(6.5+0.75X0.2)00.05 =6.6500.05bp6=2bp5= 12.300.15bp7=(b7min+X77) 0 /4 =(2+0.75X

34、0.25)00.063 =2.18800.063(3). 凸, 凹模磨損后不變的尺寸Cp1=21 0.52, Cp2=29.4, Cp3=120.25,Cp4= 31.5山東科技大學畢業(yè)生論文(2). 由沖孔尺寸凸模磨損后變小有b1=2.5 00.25, b2=5.5 00.3 , b3=5.2 b4=6.5 00.2 , b5=6, b6=12, b7=2而 b5 , b7 為自由尺寸 , 其公差為 IT14, 所以查表可得 5=0.3, 7=0.25由表 3-14, 表 3-16 可得, 磨損系數(shù) X1=X1=X5=0.5, X3=X4=X7=0.75因圓弧 R6 與尺寸 12 相切, 故

35、 bp6 不需采用刃口尺寸公式計算 ,而直接取bp6=2bp5.所以:bp5=(b5min+X55) 0 / 4 =(6+0.5X0.3) 00.075 =6.15 00.0750.25 . 未注公差為 IT14, 所以 29.4 的公差為 0.52,由表 3-16 得:Cp=(Cmin+0.5 )/8,所以:21山東科技大學畢業(yè)生論文Cp1=(Cmin+0.5)/ 8 =(21-0.52+0.5X1.04)0.13=210.13Cp2=(Cmin+0.5)/ 8 =(29.4-0.26+0.5X0.52)0.065=29.4 0.065Cp3=(Cmin+0.5)/ 8 =(12-0.25+

36、0.5X0.5)0.063=12 0.063Cp4=(Cmin+0.5)/ 8 =(31.5-0.25+0.5X0.5)0.063=31.5 0.06322山東科技大學畢業(yè)生論文5. 模具的總裝圖與零件圖5.1 根據(jù)前面的設(shè)計與分析 , 我們可以得出如級進模具的總裝圖如圖 5-1 所示 :圖 5-1 級進?？傃b圖1. 墊板;2. 凸模固定板;3. 銷釘;4. 卸料板;5. 凸模;6. 導板;7. 凹模;8. 導正銷;9. 始用擋料銷 ;10. 模柄;11. 上模座 ;12. 導套;13. 導柱;材料: 622.材料厚度 :423山東科技大學畢業(yè)生論文14. 下模座;15. 螺釘;16. 定位銷

37、;17. 螺釘;18. 承料板;19. 導料板.5.2沖壓模具的零件圖（1）. 凹模設(shè)計凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘 , 銷針與下模座固定的固定方式 考慮凹模的磨損和保證沖件的質(zhì)量根據(jù)表 3-28, 凹模刃口采用直筒形刃口 壁結(jié)構(gòu) ,刃口高度根據(jù)前面“ 4.2 ”計算沖裁力時所取 h=14mm漏, 料部分刃 口輪廓適當擴大根據(jù)表 3-28 可以擴大 0.5 1mm取, 1mm,（為便于加工 ,落料 凹模漏料孔可設(shè)計成近似于刃口輪廓的簡化形狀 , 如圖 5-21 所示）, 凹模輪 廓尺寸計算如下 :凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 LXB（長 X寬） 及厚度尺寸 H

38、.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚 C.對于 簡單對稱形狀刃口凹模 ,由于壓力中心即對 稱中心 ,所以凹模和平面尺寸 即可沿刃口型孔向四周擴大一個凹模壁厚來確定 , 所以: L=l+2C=90.4+2X54=198.4 B=l+2C=27.8+12+6+2X54=153.8C值可根據(jù)表 3-29 查得 . 整體式凹模板的厚度可按如下經(jīng)驗公式估算 :H=K1K23 0.1F =1X1.53 0.1X471990 =55mm, K1取1,K2根據(jù)表3-30 取1.5.由以上算得凹模輪廓尺寸 LXBXH=198.4X153.8X55查, 有關(guān)國家標準 , 并無厚24山東科技大學畢業(yè)生論文度合適,因

39、此我選 LXB為標準尺寸 ,得LXBXH=250X200X56.凹材料的選用:根據(jù)表8-3,材料選用 Cr4WmoV孔與孔的校核:由表3-27 校核最小 A值為 29, 最小 B值為 29, 最小 C值為 19, 最小 D值為 6.84, 以上 都能達到要求 ,因此得以校核 .凹模刃口尺寸及其它具體見零件圖 5-21. 或 后面所附的零件圖 .設(shè)計中 ,因為壓力中心與凹模板的幾何中心相差不太,由壓力機根據(jù)模柄孔尺寸為 60,壓力中心仍在模柄投影面積 , 可設(shè)他們在 同軸線上.其余25山東科技大學畢業(yè)生論文圖 5-2 凹模(2) .凸模設(shè)計 落料凸模刃口部分為方形 ,又在它里面開孔 ,裝配導正銷

40、 ,為便于凸模和固定 板的加工 ,可通這設(shè)計成鉚接方式與固定板固定 .沖孔凸模由于相隔很近 ,不 宜采用階梯結(jié)構(gòu) ,設(shè)計成鉚接方式 .凸模的尺寸根據(jù)導料板尺寸、 卸料板尺寸 和安裝固定要求尺寸以及式 3-33的h，取 h1520，因為這里的凹模刃口尺 寸 為 14 mm, 在 范 圍 之 內(nèi) 取 15mm 所 以 凸 模 的 尺 寸 為 L=15+12+44+32+1=104mm.凸模材料：參照沖壓模具設(shè)計與制造選用 CrWMn. 考慮沖孔凸模的直徑很小， 故需對最小凸模 5.2 進行強度和鋼度校核： 根 據(jù)表 3-26 可得：L90d2 / F =(90X5.313X5.313)/ 1.3X

41、3.14X5.313X4X255 =16.96 mm.L 為凸模的允許最大工作尺寸，而設(shè)計中，凸模的工作尺寸為154.42, 凸模強度得以校核 . 參照 ISO 8020-1986 B 型圓形沖孔凸模 , 設(shè)計如圖 5-3,5-4 所示. 余下凸模根據(jù) 凸模長度及其加工可設(shè)計如圖 5-5 、5-6 、5-7 所示，具體零件圖如后面所 附零件圖為準，在這只是初步設(shè)計。對圖 5-3,5-4 說明:(1) .反鉚反磨平是為了裝配的要求 ;(2) .裝配的尺寸為 H7/m6,可得 8, 10的上下偏差 ;(3) .倒角 13是參照 ISO標準設(shè)計 ;26山東科技大學畢業(yè)生論文(4) .15 是工作尺寸

42、要求 ;(5) .圓形凸模要有同軸度的要求 ,參照 ISO 標準得出 ;(6) .刃口尺寸由前面計算可得 ;(7) .淬硬 5862HRC 是為了提高模具的壽命 ;(8) .工件表面粗糙度要求較高 ,取 0.8,其余的可取 6.3;(9) .保持刃口鋒利 ,為了減小毛刺 .(10). 材料為 CrWMn. 對圖 5-5,5-6,5-7 說明.(1) .反鉚反磨平是為了裝配的要求 ;CrWMn.(2) .裝配的尺寸為 H7/m6,可得裝配尺寸的上下偏差 ;(3) .倒角 13是參照 ISO標準設(shè)計 ;(4) .15 是工作尺寸要求 ;(5) .刃口尺寸由前面計算可得 ,圖 5-6 為配作尺寸按配

43、作要求配作(6) .淬硬 5862HRC 是為了提高模具的壽命 ;(7) .工件表面粗糙度要求較高 ,取 0.8,其余的可取 6.3;(8) . 保 持 刃 口 鋒 利 , 為 了 減 小 毛 刺 . (9). 材 料 為27山東科技大學畢業(yè)生論文(3) .選擇堅固件及定位零件螺釘規(guī)格的選用 : 根據(jù)表 3-36,由凹模板的厚度可選用 M12,在根據(jù)實 際要求,查標準選用 GB 70-85 M12X70,這里要 12個,承料板的螺釘選用 GB 70-85 M5X20,這里要2個.根據(jù)表8-3,選取材料為 45鋼.銷釘規(guī)格的選用 : 銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格 , 因此根據(jù)標準

44、選用 GB 119-86 A10X70, 根據(jù)表8-3,選取材料為 45鋼.根據(jù)定 位方式及坯料的形狀與尺寸 ,選用合適的標準定位零件 .擋料銷: 固定擋料銷 由表3-32知,擋料銷高度 h=5, 根據(jù)表8-3,選取材料為45鋼,數(shù)量為 2,查標準GB2866.11-81,如圖5-8固定擋料銷所示 :圖 5-5 沖孔凸模圖5-6 落料凸模圖5-7 沖孔凸模28山東科技大學畢業(yè)生論文X0.5其余圖 5-8 固定擋料銷始用擋料銷 : 根據(jù)導料板間距 99.8 及凹模 L=200, 可得導料板寬度 =(200-99.8)/2=50.1mm,在根據(jù)表 3-32,由 t=4mm,可得導料板厚度為 12m

45、m. 根據(jù) GB2866.1-81選取始用擋料銷規(guī)格長 L=70mm,厚度 H=12 的始用擋料 銷裝置 ,規(guī)格為 :始用擋料銷 : 塊70X12 GB2866.1-81彈簧 1.0X10X20 GB2089-81彈簧芯柱 8X18 GB2866.2-81材料:塊根據(jù)表 8-3,選取材料為 45鋼,彈簧芯柱根據(jù) GB700-79為 A3.29山東科技大學畢業(yè)生論文熱處理: 塊硬度 HRC4348.圖5-9始用擋料銷-塊圖5-9始用擋料銷彈 - 簧芯柱導料板 :根據(jù)凹模 LXB=200X160始, 用導料銷 70X12 查標準 GB2865.5-81,選規(guī)格為:長度 L=200,寬度 B=50,

46、厚度 H=12,材料為 A3 的導料板,即導料 板 :200X50X12 GB2865.5-81/A3, 熱處理 HRC2832.如圖 5-10 所示 :30山東科技大學畢業(yè)生論文其余圖5-10 導料板導正銷:使用導正銷的目的是消除送料時用擋料銷和導料板等定位零件作粗定位時的誤差 ,保證沖件在不同工位上沖出的內(nèi)形與外形之間的相對位 置公差要求 .導正銷主要用于級進模 ,也可用于單工序模 .導正銷通常設(shè)在落 料凸模上 ,與擋料銷配合使用 ,因此我們采用導正銷 , 其中 A 型用于導正 d=212mm的孔,安裝處按 H7/n6配合查表 3-33,3-34根據(jù)GB 2864.1-81A 型 導正銷可

47、得出導正銷 ,如圖 5-11,5-12 所示:31山東科技大學畢業(yè)生論文(4) .設(shè)計和選用卸料與出件零件卸料以固定板卸料 ,出件是以凸模往下沖即可 ,因此不用設(shè)計出件零件 .固 定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同 ,其厚度可取凹模厚度的 0.81 倍 ,所以卸料板的 LXBXH=200X160X0.8X56=200X160X44, 卸料板在此僅起 卸料作用 ,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取 0.20.5mm,這里取 0.5mm,根 據(jù)表 8-3,材料為 Q275.由以上根據(jù)凸模和凹?？稍O(shè)計出卸料板如圖 5-13.圖5-11型導正銷32山東科技大學畢業(yè)生論文(5) .選擇模架及其它模具零件

48、選擇模架:根據(jù) GB/T 2851.5-90,由凹模周界 200X160,及安裝要求 ,選取凹模周界 :LXB=250X200, 閉合高度 :H=220265,上模座 :250X200X50下模座 :250X200X60,導柱:32X210,35X210, 導套:32X115X48,35X115X48.由以上可得模架及其零件如圖 5-14 所示.33圖5-13 卸料板山東科技大學畢業(yè)生論文圖 5-14 只是草圖 ,具體零件參閱模具標準匯編 （ 一 ）圖5-14 模架模柄: 由壓力機的型號 JD21-80. 可查得模柄孔的直徑為 60,深度為 80, 由 裝配要求,模柄與模柄孔配合為 H7/m6并加銷釘防轉(zhuǎn) ,模柄長度比模柄孔深 度小 510mm,由于采用固定卸料，上模座回程時受力較大，因此選用壓入 式模柄較合理，所以根據(jù) GB2862.1-81得圖 5-15 所示:墊板 : 墊板的作用是承受并擴散凸模傳遞的壓力 ,以防止模座被擠壓損傷 ,34其余山東科技大學畢業(yè)生論文因此在與模