典型沖壓件沖壓模具設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 題 目： 典型沖壓件沖壓模具設(shè)計(jì) 綜合成績 指導(dǎo)教師： 2011年 1月 13日 目 錄一 沖材件工藝性分析41.1沖壓件材料41.2工件結(jié)構(gòu)形狀41.3尺寸精度5二 沖壓工藝方案的確定5三 工藝計(jì)算53.1計(jì)算沖壓力53.2初選壓力機(jī)53.3排樣設(shè)計(jì)及材料的利用率分析6 3.4模具壓力中心的確定7四 模具結(jié)構(gòu)形式的確定94.1模具類型的選擇94.2操作與定位方式94.3卸料、出件方式94.4確定送料方式94.5確定導(dǎo)向方式9五 模具總體設(shè)計(jì)95.1模具類型的選擇95.2操作與定位方式105.3卸料、出件

2、方式105.4確定送料方式105.5確定導(dǎo)向方式10六 模具刃口尺寸計(jì)算11七 模具主要零部件的設(shè)計(jì)與選用137.1落料凹模137.2凹模具體設(shè)計(jì)137.3沖孔凸模設(shè)計(jì)147.4凸凹模的設(shè)計(jì)157.5卸料部件的設(shè)計(jì)167.6模架及其他零部件的選用17八、校核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù)178.1校核模具閉合高度178.2沖壓設(shè)備的選定17九、參考文獻(xiàn) 18一、沖裁件工藝性分析工件名稱：典型沖壓件工件簡圖：如圖1-1所示生產(chǎn)批量：年產(chǎn)量10萬件為一般批量材料：q235材料厚度：2mm圖 1-11.1沖壓件材料查沖壓手冊知：q235為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，強(qiáng)度一般，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，

3、主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機(jī)械零件，可以沖裁。1.2工件結(jié)構(gòu)形狀工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，尺寸不大，成中心對稱，內(nèi)外形無尖角，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，適合沖裁加工。沖裁件除有一個(gè)40的大孔外，還有4個(gè)直徑為6的通孔，考慮到孔的孔徑較小且數(shù)量多，從模具設(shè)計(jì)制造和操作安全等方面出發(fā)，4個(gè)孔可先不沖出，待制件完成沖裁后通過機(jī)加完成。生產(chǎn)綱領(lǐng)為十萬件，屬一般批量，應(yīng)重視模具材料的選擇和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的模具壽命。1.3尺寸精度零件圖上未注公差為it13級，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：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。二、沖裁工藝方案的確定本制件所需的沖壓工序?yàn)槁淞虾?/p>

4、沖孔兩個(gè)基本工序，可以有一下三種工藝方案：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：沖孔落料級進(jìn)沖壓；級進(jìn)模生產(chǎn)。結(jié)合所學(xué)模具設(shè)計(jì)知識(shí)分析知：方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。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。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，制造比方案三簡單。通過對

5、上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。三、工藝計(jì)算1、計(jì)算沖壓力采用彈性卸料裝置和倒裝式的復(fù)合沖裁模，沖壓力為沖裁力、卸料力、以及推薦力的總和。1)、沖裁力的計(jì)算用平刃沖裁時(shí)，其沖裁力f一般按下式計(jì)算：f=ltb式中f沖裁力； l沖裁周邊長度；t材料厚度；b材料抗剪強(qiáng)度； k系數(shù)，系數(shù)是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般取=1.3。計(jì)算沖裁件輪廓周長l l= 4b (公式5-4）式中 b沖裁件邊長； l=4x75=300(mm)查表2-1取b=450mpa所以f=ltb=300×2×

6、450=270(kn)2）、卸料力、推料力的計(jì)算卸料力fx fx=kxf （公式5-5）推料力ft ft =nktf （公式5-6）n梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n=h/t)；h直刃口部分的高(mm)；t 材料厚度(mm)fx=kxf=0.045×270000=12.15(kn) （kx、kt為卸料力、推件力系數(shù)，其值查表5-3可得）ft=nktf =5×0.055×270000 =74.25(kn)所以總沖壓力fz=f+fx+ft=270+12.15+74.25=356.4(kn)2、初選壓力機(jī)根據(jù)沖壓力計(jì)算結(jié)果擬選壓力機(jī)規(guī)格為j92k25型壓力機(jī)。表5-3

7、卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚t/mmkxktkd鋼0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅，黃銅0.0250.080.020.060.030.070.030.093、排樣設(shè)計(jì)及材料的利用率分析 1）、排樣方式的選擇方案一：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：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差

8、，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。方案三：無廢料排樣 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。考慮模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。2）、計(jì)算條料寬度搭邊的作用是補(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。搭邊過大，浪費(fèi)材料。搭邊過小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表4所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。根據(jù)零件形狀，查表4工件之間搭邊值a

9、=2.8mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=3mm, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，小偏差為負(fù)值b=（dmax2a）-0 （公式5-1）式中 dmax條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；a 沖裁件之間的搭邊值； 板料剪裁下的偏差（其值查表5-2）；b=（75.12×3）=81.60-0.5(mm)所以條料寬度在81.181.6mm表5-1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值材料厚度t圓件及r2t圓角矩形邊長l50矩形邊長l50或圓角 r2 工件間a1側(cè)邊a 工件間a側(cè)邊a1工件間a1側(cè)邊a0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02

10、.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.51.01.21.51.81.92.01.62.01.21.52.02.22.02.2表5-2 剪裁下的下偏差（mm）條料厚度(mm)條料寬度(mm)50501001002002000.50.50.71.00.51.01.01.031.01.01.01.541.01.01.02.03)、確定步距送料步距s：條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距，每個(gè)步距可沖一個(gè)或多個(gè)零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān)，是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。進(jìn)距確定的原則是，最小條料寬度要

11、保證沖裁時(shí)工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時(shí)順利的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料，并有一定的間隙。送料步距s 75+378(mm)排樣圖如圖5-2所示。圖5-2 排樣4）、板料規(guī)格選用1500mmx2600mmx2mm 5)、條料長度l=1500mm6）、每張板料可裁剪的條料數(shù)2600/81=32條，余8mm7）、每條條料可沖裁的零件數(shù)1500/81=188)、每快板料可沖裁的零件數(shù)32x18=576個(gè)9）、一條條料的材料利用率18x75x75/1500x81=83.3310）、一塊板料的材料利用率576x75x75/1500x2600=83.08沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料

12、的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標(biāo)。一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率/bs×100% (公式5-2)式中a一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積；b條料寬度；s步距；=75x7578×81×100%=89.03%4、模具壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使模具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)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，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。該零件為中心對稱圖形，其幾何中心即為壓力中心。四、 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：正裝式復(fù)

13、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。倒裝式復(fù)合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡單，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。根據(jù)零件分析，制件的精度要求較低，孔邊距較大，為提高經(jīng)濟(jì)效益和簡化模具結(jié)構(gòu)，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)五 模具總體設(shè)計(jì)5.1模具類型的選擇經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，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，通過比較，決定實(shí)行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置，自然

14、漏料的倒裝復(fù)合結(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)料銷和固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，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，采用固定式導(dǎo)料銷 5.3卸料、出件方式5.3.1卸料方式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

15、2mm相對較薄，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)動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對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)，故采用下出件為佳。5.4確定送料方式因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)，采用縱向送料方式，即由前向后送料。5.5確定導(dǎo)向方式方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，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

16、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)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。單只能一個(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，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案一最佳。六 模具刃口尺寸計(jì)算6.4工作零件刃口尺寸計(jì)算6.4.1落料凹、凸模刃口尺寸計(jì)算該制件外形為一正方形，相對簡單，適合采用分別加工制作。分別加工發(fā)的特點(diǎn)是需較核是否滿足dpzmaxzmin的條件。落料凹模刃口磨損后，刃口尺

17、寸只有一種變化，全部變大。其刃口尺寸一般按式5-7計(jì)算。aa=（amax-x）0+d （式5-7）落料凸模刃口磨損后，刃口尺寸只有一種變化，全部變小。其刃口尺寸一般按式5-8計(jì)算。ba=（bmin+x）p0 （式5-8）式中 amax垂直于送料方向的凹模刃口間的最大距離；bmin垂直于送料方向的凸模刃口間的最小距離； x 凸凹模磨損系數(shù)； 刃口制造公差；1） 凸凹模刃口尺寸計(jì)算基本尺寸75-0.1+0.1，r5按it13級將其轉(zhuǎn)化為r50-0.22。查表5-4得x1=1；x2=0.5p-0.017 ； d0.025；p2-0.012；d0.017 ；校核：1-pd=0.042mm2x（zmax

18、zmin）；2-pd=0.029mm2x（zmaxzmin）；均滿足pd2x（zmaxzmin）n的條件。1- 75-0.1+0.1dd=（75.10.2×1）0d=74.90+0.025(mm)d p =（75.10.2×1-0.246x2）p0 =74.508-0.0170(mm)將dd、d p轉(zhuǎn)化為整數(shù)尺寸：dd1=74.90-0.020 dd2=74.510-0.022-r50-0.22dd=（50.5×0.22）0d=4.890+0.017(mm)d p =（50.5×0.220.246x2）p0=4.398-0.0120(mm)將dd2、d

19、p2轉(zhuǎn)化為整數(shù)尺寸：dd2=4.89+0.0200 d p=4.400-0.012） 沖孔凸凹模刃口尺寸計(jì)算制件精度不高，為it13級，孔徑的基本尺寸為400-0.039確定刃口間隙時(shí)主要考慮模具壽命，故應(yīng)該取較大間隙。查表得：zmax=0.360mm zmin=0.246mm p-0.014 ； d0.02；所以z= zmin=0.246mm校核：1-pd=0.034mm2x（zmaxzmin）；沖孔凸模刃口尺寸 dp=（bmin+x）p0 則dp =(39.961+05x0.039) -0.014039.98-0.0140沖孔凹模刃口尺寸 dd=（bmin+xzmin2）d則dd（39.9

20、61+05x0.039+0.236x2）=40.4700.02將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)尺寸：dp39.98-0.0140 dd40.4700.02表5-4 系數(shù)x料厚t(mm)非圓形圓形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30表5-5 規(guī)則形狀沖裁時(shí)凸、凹模制造偏差（mm)基本尺寸凸模偏差dt凹模偏差da180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030801200.0

21、250.0351201800.0300.0401802600.0300.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.070七、模具主要零部件的設(shè)計(jì)與選用7.1落料凹模1）確定凹模外形尺寸落料凹模采用整體凹模，采用線切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其外形尺寸按相關(guān)公式計(jì)算：凹模厚度h=kl=0.38×75=21(mm)取凹模厚度h=25mm凹模壁厚 c=(1.52)h=(3850)mm 取凹模壁厚c=42mm凹模寬度b=l2c=7542×2=159(mm)取凹模寬度b=1

22、60mm凹模長度l=l2s2=752×42=159(mm)取凹模長度l=160mm凹模整體輪廓尺寸l×b×h=160mm×160mm×25mm2）選擇典型組合凸模外形尺寸為160mm×160mm×25mm，故選典型組合為：160x160x180220(gb2873.2-81)7.2凹模具體設(shè)計(jì)1）型孔位置。從排樣圖上被沖切的位置獲得；2）型孔尺寸。由刃口尺寸計(jì)算獲得；3）刃口形式。采用直筒式，反面擴(kuò)孔，直壁高度查表1-26取10mm；4）銷孔。各螺孔、銷孔的大小、數(shù)量、位置均可以從典型標(biāo)準(zhǔn)組合gb2873.2中查得；5）材料

23、及技術(shù)要求。材料選用crwmn，熱處理6064hrc，表面粗糙度如下圖所示；6）凹模零件圖。由設(shè)計(jì)結(jié)果繪成凹模零件圖，如下圖。7.3沖孔凸模設(shè)計(jì)1）凸模校核。凸模截面尺寸較大，可不進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核；2）凸模的結(jié)構(gòu)形式。圓形界面的凸模采用階梯式，查標(biāo)準(zhǔn)gb2873.2，采用固定板壓入式固定；3）凸模工作部分尺寸。由刃口尺寸計(jì)算獲得；4）凸模長度的計(jì)算。查標(biāo)準(zhǔn)gb2873.2，得凸模固定板=20mm，空心墊板=16mm，凸模厚度計(jì)算得=25mm，則l=+=20+25+16=61mm。5）材料及技術(shù)要求。材料選用t10a，熱處理硬度5862hrc；6）凸模零件圖。由設(shè)計(jì)結(jié)果繪成凹模零件圖，如下圖。

24、7.4凸凹模的設(shè)計(jì)1）凸凹模的壁厚。凸凹模壁厚最小值（75-40）/2=17.5mm,滿足倒裝式復(fù)合模的最小壁厚要求；2）凸凹模的結(jié)構(gòu)形式。采用直通式，形狀從排樣圖上被沖切的位置獲得。固定方法：采用螺釘、固定板固定法；3）凸凹模工作部分尺寸。由刃口尺寸計(jì)算獲得；4）凸凹模長度的計(jì)算。參考標(biāo)準(zhǔn)典型組合gb2873.2得固定板配合段=20mm，卸料板=14mm，彈性體元件安裝高度t=20mm，卸料板高出凸凹模1mm,得凸凹模長度：l=+t1=53mm5）材料及技術(shù)要求。材料選用cr12,熱處理硬度5862hrc，各表面粗糙度如下；6）凸凹模零件圖。由設(shè)計(jì)結(jié)果繪成凹凹模零件圖，如下圖。7.5卸料部件的設(shè)計(jì)1）卸料板的設(shè)計(jì)卸料板采用45鋼制造，淬火硬度4045hrc，卸料板輪廓尺寸與落料凹模輪廓尺寸相同，厚度為15mm。2）卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設(shè)置4個(gè)卸料螺釘，公稱直徑為12mm,螺紋部分為m12×55mm,卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運(yùn)動(dòng)。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料螺板超出凹模端面1mm,有誤差時(shí)通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。7.6模架及其他零部件的選用以凹模輪廓尺寸為依據(jù)，