沖裁模課程設計

1、沖壓模具課程設計材料科學與工程學院材料成型及控制工程班級： 03班姓名：學號： 目錄一零件說明3二零件工藝性分析3三主要工藝設計計算41.排樣方式的設計計算 42.壓力中心的確定及計算 43.沖壓力的計算 53.沖裁凸凹模刃口尺寸計算 5四模具中各零件設計 61.模架的選擇 72.凹模及凹模固定板的設計 73.凸模及凸模固定板的設計 84.墊板的設計115.卸料板的設計116.導正銷的設計127.導料板的設計128.壓力機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15七進一步提高沖裁件精度的其它方法16八總結18參考

2、文獻 19 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）結構分析 該零件形狀，應力對稱。沒有突出的懸臂和凹槽，但零件復雜，棱角很多，頭部有三個小孔?？拙噙吔缰g的最小孔邊距很小，但大于一個板厚。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對尺寸精度要求較高，因此在模具設計時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 兩個基本工序，可有以下三種工藝方

3、案：方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料沖孔復合沖壓。采用復合模生產(chǎn)。方案三：沖孔落料級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。方案一模具結構簡單，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，設計簡單，因為是在一套模具上完成沖裁，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.主要工藝設計計算1

4、.排樣方式的確定以及計算 由于該零件有一頭大一頭小的特點，直排的材料利用率低，應采用直對排的排樣方法，設計成隔位沖裁，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180度，再沖第二遍，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a1>3.5mm工件與邊界之間，a>4mm取a1=4.4mm a=5.75mm步距 s= 2×10.6+2×4.4=30mm條料寬度 b=103.4+5+2×5.75+29.1+1=150mm因此條料寬度為150mm，步距為30mm， 材料利用率=(na/lb)&

5、#215;100%=(2×1429.3)/(150×30)=63.5% 2.壓力中心的確定及相關計算壓力中心的確定：模具壓力中心是指沖壓時各個沖壓部分沖壓力合力的作用點。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應通過模柄的軸心線。否則會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （1）對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。沖裁直線段時，其壓力中心位于直線段的中點。 （2）工件形狀相同

6、且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 （3）沖裁形狀復雜的零件或多凸模的零件時，其壓力中心可以通過解析計算法求出。壓力中心的計算：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計算結果為：x0=-24.64，y0=12因此取模柄在條料正中間為原點的坐標系下的（-25,10）處3. 沖壓力的計算計算沖裁力的目的

7、在于合理的選用壓力機和設計模具。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，當材料達到了剪切強度時，便產(chǎn)生裂紋且材料相互分離，此時的沖裁力是最大值。選擇壓力機就是按沖裁力最大力計算。沖裁后，由于板料的彈性恢復，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，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。此處所設計的沖孔模中，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

8、或零件是直接從凹模落下，所以不需要在凹模下設置頂料裝置，故不存在頂料力。查得q235的抗剪強度約為=300mpa， kx=0.04mm，kt=0.045.f= klt=1.3×4×300×（103.4×2+23×2+3.14×（3.3+2.8×2）=437.96knfx=kxf=0.04×437.96=17.52knn=h/t=8/4=2件ftnktf2×0.045×437.96=39.41knf=ffxft494.90kn4.沖裁凸凹模刃口尺寸計算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的

9、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。在計算模具刃口尺寸及其制造公差時，應按落料和沖孔兩種情況分別進行，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，故應以凹模尺寸為基準。又因落料件尺寸會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，故應以凸模尺寸為基準。又因沖孔的尺寸會隨著凸模的磨損而減小，故沖孔凸?；境叽鐟」ぜ?/p>

10、尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。而沖孔凹?；境叽鐒t按凸模基本尺寸加最小初始間隙。凸模凹模刃口計算尺寸及分類尺寸轉換計算公式結果備注落料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計模具總體設計（1）模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用級進沖壓，所以模具類型為級進模。（2）定位方式的選擇因為該模具采用的是條料，控制條料的送進

11、方向采用導料板，無側壓裝置?？刂茥l料的送進步距采用擋料銷初定距，導正銷精定距。（3）卸料，出件方式的選擇 因為工件料厚4mm，相對較厚，卸料力也比較大，故采用剛性卸料。又因為是級進模生產(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。因此所需的模架較大，故選擇四導柱模架進行導向。1.模架的選擇在沖壓過程中，在按標準選用導柱長度時，導柱最好不要脫離開導套的導向孔，還要保證模具閉合后導柱上端面與上模板上平面的距離不小于10-15mm，導柱下端面與下模板下平面的距離應大于3mm，用以排氣和出油，導柱的長度必須得保證在沖壓時導柱一定要進

12、入導套10mm以上。模架：選用四導柱形模架根據(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計常見凹模的結構形式有筒帶式、錐孔式、階梯式、過渡圓錐臺式以及低硬度凹模等。筒帶式凹模的優(yōu)點是刃口強度高，刃磨后凹模工作尺寸不增大，適合于沖裁形狀復雜、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

13、，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，對頂件器導向性好，適合于向上推件的凹模選用。其缺點是工作時頂件器和沖裁件均頻繁的與刃口壁摩擦，從而導致刃口尺寸增大。過渡圓錐臺階式凹模優(yōu)點是可增強刃口強度，漏料部位呈圓形又使得凹模制造方便，這種凹模結構形式主要適合于當沖裁尺寸小于5mm時的圓形沖裁件凹模使用。在這里選用階梯式凹模。采用鑲拼結構。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查的標準凹模板尺寸：200mm×160mm×32mm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

14、小為123mm×75mm×32mm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計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。冷沖模的凸模結構主要包含兩部分，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，沖小孔的凸模強度和剛度不容易達到要求，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套。凸模長度=固定板+導料板+卸料板+料厚+余量（含進入深度） =20+1

15、0+21+4+19 =70mm根據(jù)jb/t 5825標準，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套以及凸模保護套和固定板按h7/m6配合。 沖孔凸模 沖孔凸模保護套 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 結合工件外形并考慮加工，將落料凸模設計成直通式，采用線切割機床加工，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?？傞Ll= 70mm。所用材料為crwmn，淬硬至5862hrc。 凸模固定板的設計用固定板固定凸模時，應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、下表面應磨平，

16、并與凸模安裝孔的軸線垂直。依據(jù)jb/t 7643.5 選擇200mm×160mm×20mm的凸模固定板。材料為45鋼。凸模固定板4.墊板的設計當沖壓件的厚度較大時，在沖壓成型過程中凸模上端面與凹模下端面對模板作用有較大的單位壓力，有時可能超過模板的允許抗壓應力，此時就該采用墊板。墊板的作用是直接承受和擴散凸、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致模具壽命的降低。依據(jù)jb/t7643.3墊板選擇200mm×160mm×10mm的型號，材料為45鋼墊板5.卸料板的設計因為零件厚度較大，所需的卸料力很大，因此采用剛性卸料板，這里選擇固定

17、式卸料板。尺寸為200mm×160mm×21mm,采用45鋼制作。剛性卸料板6.導正銷的設計 落料凸模下部設置兩個導正銷，借用工件直徑2.8mm的的兩個孔作為導正孔。導正銷采用h7/r6安裝在落料凸模端面。材料為45鋼。7.導料板的設計導料板內(nèi)側與條料接觸，外側與凹模齊平，導料板與條料之間間隙取1mm，這樣就可確定了導料板的寬度，導料板厚度取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，該壓力機具體參數(shù)如下：標稱壓力：500kn最大封閉高度：270mm封

18、閉高度調節(jié)量：75mm模柄尺寸：直徑50mm 深度80mm工作臺尺寸：710mm×480mm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尺寸710mm×480mm大于模座尺寸430mm×380mm。因此該壓力機滿足條件。模柄的選用模柄尺寸根據(jù)所選壓力機上模柄孔的尺寸選擇。壓力機模柄孔尺寸為50×80

19、，故根據(jù)gb2862.3-81選擇50×130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，這些零件的加工就變得相對簡單。下表所示為落料凸模的加工工藝過程。 工序號工序名稱工序內(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熱處理調質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到尺寸要求11鉗工精修全面達到設計要求12檢驗六模

20、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，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)送進板料進行下一次沖壓。沖下的廢料和零件落在落料槽中，隔一段時間由工人用推桿從落料槽中推出。3.模具的裝配過程（1）導柱導套的裝配導柱導套和模座的配合都為過盈配合，一般都用壓力機將導柱導套分別壓入下模座和上模座。裝好后檢查導柱對下模座底平面，導套對上模座上平面的垂直度,其誤差應在要求的范圍內(nèi)

21、。（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，裝配時是在壓力機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）試沖與調整裝機試沖并根據(jù)試沖結果進行相應調整七進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行沖裁。1.提高零件尺寸精度的方法有：小

22、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量高于普通沖裁件，斷面的表面粗糙度可達0.4-1.6um，工件尺寸精度可達it8-it11級。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取小圓角刃口，圓角半徑約板料厚度的10%。落料時，凹模刃口為小圓角；沖孔時，凸模刃口為小圓角。 這種方法的設備比較簡單，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

23、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在這次模具設計的課程設計中，我進行了普通模具沖裁的零件工藝性分析，主要工藝設計的計算，模具中各零件的設計以及模具裝配的設計。此外，由于這個零件的精度要求較高，除了普通沖裁模具的設計外，我還學習思考了一些進一步提高零件沖裁精度的更精密的成型方法?；仡櫰鸫舜螞_壓模具的課程設計，我感慨頗多。的確，從選題到完成設計，從理論到實踐，在這段時間里，可以說是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，不僅鞏固的以前所學的知識，而且學到了很多在書本上沒有遇到過的知識。一領到老師的題目后，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，有些東西實在是不懂就去和其他同學討論，通過大家的幫助，我獲益良多。這次課程設計剛開始時，由于理論知識的不足，在加上平時沒有什么設計經(jīng)驗，有些手忙腳亂，不知從何入手。在老