沖壓工藝及模具設計說明書

1、課程設計說明書 沖壓工藝及模具設計目錄：第1章 沖壓工藝性分析3第2章 確定模具的工藝方案4第3章 確定各工序模具結構形式4第4章 工藝計算5第5章 沖裁模工作部分結構參數(shù)的確定13第6章 拉深模工作部分結構參數(shù)的確定14第7章 模具主要零部件設計16第8章 繪制總裝模具圖、模具圖21第9章 沖模的安裝和安全技術21第10章 設計心得22參考文獻2329第1章 沖壓工藝性分析1.零件圖（三角定位片）必須包含的沖壓工序：拉深2. 工藝分析 沖壓件的工藝性要求是指沖壓件對沖壓工藝的適應性。對沖壓件工藝性影響最大的是制件的結構形狀、精度要求、行位公差及技術要求等。沖壓件合理的工藝性能滿足材料較省、工

2、序較少、模具加工較易、壽命較長、操作方便及產品質量穩(wěn)定等要求。此工件只有落料、沖孔、拉深三個工序。材料為08鋼，為極軟的碳素鋼，強度、硬度很低，而韌性和塑性極高，具有良好的深沖、拉延、彎曲和鐓粗等冷加工性能。 結構對稱、簡單。有一個三角異形孔，工件的尺寸全部為自由公差，可為IT14級，尺寸精度底，普通沖裁就能滿足要求。（尺寸有表可查得，尺寸精度為IT14）。第2章 確定模具的工藝方案該工件包括落料、沖孔 、拉深三個個基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先沖孔，后落料再拉深，采用單工序模；方案二：沖孔、落料、拉深級進沖壓，采用級進模；方案三：采用拉深-沖孔-落料復合模。各方案優(yōu)缺點的比較如下

3、方案一：模具結構簡單，制造比較方便，不過由于工序較多，需要多副模具，成本相對來說較高，生產效率比較低。而且由于幾道工序順次進行，誤差必定會增大，工件質量必定打折。方案二：級進模是一種多工位的，高效率的加工方法。一般適用于大批量的小型沖壓件。由于工序較多，構造會較為復雜，但是加工過程簡單易操作，由于同一條生產線連續(xù)加工，所以會產生一定的累積誤差，但是能滿足設計要求。方案三：拉深、沖孔，落料采用復合模一次性加工，只要一套模具，這樣工序不會太復雜，但是拉深過程中會出現(xiàn)材料的位移，會使沖孔和落料的尺寸產生較大誤差。故不采用此方案。方案確定：，考慮到尺寸精度的要求不高，綜上所述，采用，沖孔、落料拉深單工

4、序加工。（沖孔落料復合模）第3章 確定各工序模具結構形式單工序模（又稱簡單模）時至壓力機在一次行程中完成一道工序的模具。單工序模的結構簡單，重量較輕，尺寸較小，模具制造簡單，成本低廉。第一步使用沖孔落料復合模，最后使用拉深模。由于年產量10萬件但精度要求不高，可以采用導板式?jīng)_裁模。拉深模采用無壓邊裝置的簡單拉深模。第4章 工藝計算t=2mm，下面均按中線計算1. 確定修邊余量h 有課本表6-2查的：=0.1324 ， 取h=1.0mm2. 計算毛坯直徑D 由公式D= = =84.31mm3. 確定拉深次數(shù) 先判斷能否一次拉出。零件所要求的拉深系數(shù)（即總拉深系數(shù)）=0.8065毛坯的相對厚度t/

5、D=0.0237由課本表6-6，取=0.63可見，=0.8065>=0.63判斷，一次就可以拉出工件的最后形狀。4. 確定拉伸系數(shù) 由3可知，拉深次數(shù)為1.5. 確定拉深成品的尺寸（1） 直徑:因為拉深次數(shù)為1次，所以可直接取拉深系數(shù)=0.8065。已知D=84.31mm所以=xD=68mm。（2） 成品的高度計算因為拉深次數(shù)為1次，所以高度即為最總工件的實際高度.=10mm6. 畫出工序圖7. 拉深力與壓邊力的計算根據(jù)毛坯的相對厚度t/D=0.0237，查課本表6-12可知，不需要用壓邊圈.由表2-3可查得，08鋼的b=324441MP,可取b=440MP所以： F=1.25（D-）t

6、 b=1.25x3.14x（84.31-68）x2x440 =56.334KNt料厚；d1第一次拉伸成品直徑；b抗拉強度因為不需要壓邊圈，所以，壓邊力忽略。8. 拉深時壓力機的噸位選擇采用單動壓力機拉伸時，壓邊力與拉深力是同時產生的，所以計算總拉深力=F+=F=56.334KN 在選擇壓力機的噸位時應該注意：當拉深行程較大，特別是采用落料復合模時，不能簡單的將落料力與拉深力迭加去選擇壓力機噸位。因為壓力機的公稱壓力是指滑塊在接近下止點時的壓力，所以要注意壓力機的噸位的壓力曲線。如果不注意壓力曲線，很可能由于過早地出現(xiàn)最大沖壓力而使壓力機超載損壞。 所以，選取壓力機的噸位時，可取噸位為100KN

7、的壓力機。9. 拉深功與功率計算由于拉深工作行程較長，消耗功較多，因此對拉深工作還需要驗證壓力機的電動機功率。拉深功W=hX=ChX=800J式中 ：最大拉深力（N）； ：平均拉深力（N）； h：拉深深度（mm）；C：一般取0.60.8拉深功率p（kw）按下式計算： P=2kw壓力機的電動機所需要的功率（kw） =3.16kw式中k:不平衡常數(shù)，k=1.21.4； ：壓力機效率 電動機效率 n：壓力機每分鐘的行程次數(shù)。綜上而言，查表1-3，可選壓力機的型號為JC23-40其相關參數(shù)為標稱壓力400kN，滑塊行程90mm，行程次數(shù)65/次min，最大裝模高度210mm，連桿調節(jié)長度60mm，模柄

8、孔尺寸50x70，電動機功率4kw/h.10. 排樣分析1） 排樣方法的確定 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，沖件質量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結構簡單。方案三：無廢料排樣 沖件的質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量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結構和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。 根據(jù)工件的形狀，確定采用無廢料排樣的方法不可能做到，但是能采用有廢

9、料和少廢料的排樣方法。經(jīng)過多次計算分析，畫出排樣圖如下：條料排樣圖2）確定搭邊值 搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。查表，取適當搭邊值：工件間，側面?？紤]到工件沖裁是須在兩邊設置壓邊值，所以取，3）確定條料步距：條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或多個零件。進距與排樣方式有關，是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結構有關。進距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭

10、邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。步距：87.31mm；寬度：90.31mm4）條料的利用率=70.77%模具的閉合高度模具的閉合高度（）是指模具在最低工作位置時上模座的上平面與下模座的下平面之間的高度。模具的閉合高度必須與壓力機的裝模高度相適應。壓力機的裝模高度是指滑塊在下止點時，滑塊底平面與壓力機工作臺上的墊板上平面之間的高度。 模具的閉合高度應介于壓力機的最大裝模高度與最小裝模高度之間，否則就不能保證正常的安裝與工作。其關系為： -5mm根據(jù)壓力機的參數(shù)可得150mm11.計算沖壓力1) 沖裁力的計算用平刃沖裁時，其沖裁力一般按下式計算：F=KLt

11、( 公式3-15)式中F沖裁力； L沖裁周邊長度；t材料厚度；材料抗剪強度； K系數(shù)，系數(shù)是考慮到實際生產中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口磨損、板料力學性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般取=1.3。查表2-3取=350Mpa所以3.14*84.31+17*3+1/3*3.14*2*5*3=347.13mmF=KLt=1.3*347.13*2*350=315888.3（N）=315.89（KN）2)卸料力、推料力的計算卸料力FX F卸=K卸F （公式3-18）推料力FT F推 =nK推F （公式3-19）n梗塞在凹模內的制件或廢料數(shù)量(n=h/t)；h直刃口部分的高(mm)； t

12、材料厚度(mm)F卸=K卸F=0.045*315.89=14.22KN （K卸、K推為卸料力、推件力系數(shù)，其值查表可得）F推=nK推F =0.05×315.89 =15.79KN所以總沖壓力F總=F+F卸+F推=315.89+14.22+15.79=345.90KN12.計算模具的壓力中心模具壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則，會使沖模和力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。 由零件的對稱行易知Xo=0，Yo=0，

13、所以，壓力中心為（0，0）13.沖裁時壓力機的噸位選擇根據(jù)沖壓力計算結果擬選壓力機規(guī)格為J2140。壓力機的參數(shù)為標稱壓力400KN，滑塊行程80mm，行程次數(shù)80，最大裝模高度330mm，連桿調節(jié)高度70mm，模柄孔尺寸50x70，電動機功率5.5kw/h.14. 模具的閉合高度模具的閉合高度（）是指模具在最低工作位置時上模座的上平面與下模座的下平面之間的高度。模具的閉合高度必須與壓力機的裝模高度相適應。壓力機的裝模高度是指滑塊在下止點時，滑塊底平面與壓力機工作臺上的墊板上平面之間的高度。 模具的閉合高度應介于壓力機的最大裝模高度與最小裝模高度之間，否則就不能保證正常的安裝與工作。其關系為：

14、 -5mm根據(jù)壓力機的參數(shù)可得270mm第5章 沖裁模工作部分結構參數(shù)的確定1.間隙值的確定由以上分析可見，凸、凹模間隙對沖裁件質量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。因此，設計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質量、尺寸精度滿足產品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近。考慮到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin，最大值稱為最大合理間隙Zmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使

15、間隙增大，故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Zmin。確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。根據(jù)近年的研究與使用的經(jīng)驗，在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。由于理論法在生產中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙值。按表3-3所查得，=0.246mm，=0.360mm.2.落料凹、凸模刃口尺寸計算1） 凹模刃口尺寸計算由表3-3得：Z=0.246mm，Z=0.360mm，由表3-5查得X=0.5。校核：TA=0.060mmZmaxZmin，

16、滿足TAZmaxZmin的條件。D=（84.31-0.5X0.87）= 83.875D= 3.沖孔凸模、凹模尺寸計算dT=(dminx) 0-T （式3-6） dA=( dTZmin)A0 查表3-6得：A=-0.025mm T=+0.035mm 因為工件公差為IT14，故取x=0.5查表3-3有Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm校核：TA=0.060mmZmaxZmin，滿足TAZmaxZmin的條件。 直線邊：d =（17-0.87+0.5*0.87）=15.69 d=（17+0.246）=17.246圓?。?d=（5-0.3+0.5*0.5）=4.95 d=（4.95+0

17、.246）=4.196第6章 拉深模工作部分結構參數(shù)的確定一、拉深凹模和凸模的圓角半徑1. 凹模圓角半徑一般來說，可以降低極限拉深系數(shù)，而且還可以提高拉深件的質量。但太大會削弱壓邊圈的作用，可能引起起皺現(xiàn)象，因此的大小要適當。筒形件首次拉深時的凹模圓角半徑可由下式確定： =式中考慮板厚與拉深系數(shù)的系數(shù)，見課本表由課本表查得所以=.凸模圓角半徑對拉深工件的影響不像那么顯著。但是過小的會降低筒壁傳力區(qū)危險斷面的有效抗拉強度。凸模圓角半徑最后一次應取與零件底部圓角半徑相等的數(shù)值。這里，因為只需要一次拉深，所以。在實際設計工作中，拉深凸凹模的圓角半徑先選取比計算值略小一些的數(shù)值，這樣便于在試模調整時再

18、逐漸加大，直到拉出合格的零件時為止。二、拉深模的間隙Z 拉深模的間隙是指單邊間隙，即Z=.間隙過小增加摩擦阻力，使拉深件容易斷裂，且易擦傷零件表面，降低模具壽命；間隙過大，則拉深時對毛坯的校直作用小，影響零件尺寸精度。因此確定間隙的原則是既要考慮板厚度的公差，又要考慮筒形件口部的增厚現(xiàn)象，根據(jù)拉深時是否采用壓邊圈和零件的尺寸精度要求合理確定。筒形件拉深時，間隙Z可按下列方法確定：不用壓邊圈時，考慮起皺的可能性，其間隙?。篫=（1-1.1）式中 Z單邊間隙值 材料厚度的上限值因為尺寸精度等級為IT14，可取標準公差數(shù)值為0.25mm。所以Z=2.25mm。三、拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造

19、公差對于最后一道工序的拉深模，其凸模和凹模尺寸及其公差應該按工件的要求確定。由零件圖可知，工件要求外形尺寸，所以要以凹模尺寸為基準進行計算。凹模尺寸：=凸模尺寸：=查課本表6-16 可得=0.08mm，=0.05mm。所以=mm =mm第7章 模具主要零部件設計總體設計：（1）模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用單工序沖壓，所以模具類型為單工序模模。（2）定位方式的選擇 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料板，無側壓裝置。控制條料的送進步距采用擋料銷初定距，導正銷精定距。而第一件的沖壓位置可由活動擋料銷定距。 （3）卸料，出件方式的選擇 因為工件料厚2mm，相對較薄，卸料力也

20、比較小，故可采用彈性卸料。又因為是級進模生產，所以采用下出件比較便于操作與提高生產效率。 （4）導向方式選擇 為了提高模具壽命和工件治療，方便安裝調整，該級進模采用中間導柱的導向方式。1. 凸模長度與凹模深度的設計a.拉深凸模 結合工件外形并考慮加工，將拉深凸模設計成直通式，采用線切割機床加工，2個M8螺釘固定在墊板上，與凸模固定板的配合按H6/m5?？傞LL可按公式計算： H=+h=45+10+2+45=102mm式中：為凸模固定板的厚度 為墊板的厚度 h為附加長度 t為材料的厚度b.拉深凹模凹模洞口的形式是指凹模型孔的軸剖面形狀。凹模的深度根據(jù)工件的高度來確定，因為工件的高度h為10mm，凹

21、模的深度至少大于工件的高度h，可選凹模的深度為45mm。凸模、凹模裝配的簡圖1. 定位裝置的設計1）定位件定位板厚度或定位銷頭部高度h查表得h=0.5mm，2）導料板主要是指導料板和測壓板，它對條料或帶料送料時起導正作用。我們采用螺釘緊固導料塊起導料作用。3）擋料件給予條料或帶料送料時以確定進距。只要有固定擋料板，活動擋料板，自動擋料銷，始用擋料銷和定距側刀等。這里我們采用定距側刃作為擋料件，以切去少量條料旁側少量材料而達到擋料目的。定距側刃一般做成矩形，制造簡單，但當側刃尖角磨鈍后，條料邊緣會出現(xiàn)少量毛刺，影響送料。2. 墊板墊板的作用是直接承受和分散凸模傳來的壓力，以降低模板單位面積上的壓

22、力。在凸模固定板與上模之間加一塊淬硬的墊板，可避免硬度較低的模座因局部受凸模較大的沖擊壓力而出現(xiàn)凹陷，致使凸模松動，墊板的形狀與尺寸應與固定板相同，其厚度一般取610。3. 固定板的選擇凸模通常用固定板固定在模板上。凸模固定板有圓形和矩形兩種，其平面尺寸除保證能安裝凸模外，還要考慮到螺釘和銷釘孔的設置。其外形與尺寸通常與凹模板相同，厚度一般取等于凹模厚度的0.81倍。固定板與凸模采用過渡配合（H7/m6），壓入后將凸模尾端與固定板一起磨平。4. 緊固件的選擇 沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般采用內六角螺釘，其特點是用45號鋼制造，并淬火3540HRC，因此可承受較大

23、的拉應力，而且這種螺釘緊固牢靠，且螺釘頭埋在凹模內，使結構緊湊，外形美觀。螺釘?shù)奈恢帽M可能對稱，以使零件受力均勻。銷釘起定位作用，防止零件之間發(fā)生錯移，其本身受剪應力。銷釘一般用兩個，多采用圓柱銷釘，與零件上的銷孔采用過渡配合，若零件受到的錯移力大的時候則選用較大的銷釘。當零件采用窩座定位的時候，則不用銷釘。5.模架 模架選用中間導柱模架，這種模架的導柱分布在模座的中間，兩個導柱的直徑相同。該模架滑動平穩(wěn)、導向準確牢靠，可保證均勻的沖裁間隙，提高模具的刃磨壽命，并使模具的調試簡單化。此類模架只適用于縱向送料，其優(yōu)點是工作面開敞，適于大件邊緣沖裁和沖孔。模架的選用參照標準模架選購。6.導向零件

24、該工件生產批量大、公差要求較高，為保證模具有較高的精度和壽命，故采用導向零件對上、下模進行導向，以保證上模相對與下模的正確運動。常用的導向零件有導柱、導套和導板，這里選用導柱和導套，其配合精度為，材料選用20號鋼，淬火硬度為。導柱下部長度與下模板導柱孔采用過盈配合，上部長度與導套孔徑間隙配合。導套孔徑有油槽，用以存油潤滑，外徑與上模板采用過盈配合，配合使導套孔徑會收縮，所以導套過盈配合部分的孔徑應比導套和導柱間隙配合部分導套孔徑增大。選擇導柱長度時，應考慮模具閉合時導柱上端面和上模板平面的距離不小于，導套的上端面與上模板上平面的距離應大于，用以排氣和出油。本模具采用的導柱與導套的結構形式初定為

25、滑動導向式，如下圖所示。并且左右兩邊的導柱導套尺寸不同，用以避免上模與下模錯裝而發(fā)生啃模事故。 7.模座 模座的尺寸規(guī)格根據(jù)模架類型、凹模周界尺寸和安裝要求確定。對于矩形模座，其長度應比凹模長度大，寬度等于或略大于凹模寬度，深度取凹模板厚度的倍?？紤]受力情況，上模座厚度可比下模座小。 8.模柄的選擇中小型模具一般都用模柄將上模與壓力機滑塊相連接，模柄工作段的直徑應與所選的壓力機滑塊孔的直徑相一致。且兩者的下平面垂直度要好。如果垂直度不好，則就不可能得到凸模和凹模正確的相關運動，因而會使模具破損或產生其他的事故。設計模具時，選擇模柄的類型要考慮到模具結構的特點和使用要求，本模具選用的是壓入式模柄

26、，固定段與上模座孔采用H7/m6過渡配合。9.緊固件的選擇 沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般采用內六角螺釘，其特點是用45號鋼制造，并淬火3540HRC，因此可承受較大的拉應力，而且這種螺釘緊固牢靠，且螺釘頭埋在凹模內，使結構緊湊，外形美觀。螺釘?shù)奈恢帽M可能對稱，以使零件受力均勻。銷釘起定位作用，防止零件之間發(fā)生錯移，其本身受剪應力。銷釘一般用兩個，多采用圓柱銷釘，與零件上的銷孔采用過渡配合，若零件受到的錯移力大的時候則選用較大的銷釘。當零件采用窩座定位的時候，則不用銷釘。綜上分析，確定本模具的主要零部件的尺寸規(guī)格為： 上模座 L/mm×B/mm×

27、;H/mm = 200×180×45 下模座 L/mm×B/mm×H/mm = 200×180×55 下模墊板 L/mm×B/mm×H/mm = 200×180×8 凸模固定板 L/mm×B/mm×H/mm = 200×180×20 凹模 L/mm×/mm×H/mm = 150×150×45 凸模 L/mm×/mm×H/mm = 65.55×65.55×102 模具閉合高度：

28、H=45+55+8+20+45=173mm 符合150mm的要求第8章 繪制模具總裝圖、模具圖按已確定的模具形式及參數(shù)，從冷沖模標準中選取標準件。繪制模具裝配圖，見附圖。根據(jù)已確定的零件結構及參數(shù)，按照制圖標準繪制非標準件零件圖，見附圖。第9章 沖模的安裝和安全技術沖模的使用壽命、工作安全和沖件質量等與沖模的正確安裝有著極密切的關系。沖模在壓力機上的安裝程序是首先上模固定在壓力機滑塊上，根據(jù)上模位置固定下模。沖模安全技術包括人身安全技術和裝備安全技術兩個方面。前者主要是保障操作者的人身、特別是雙手的安全，也包括降低沖壓噪聲，后者主要是防止裝備事故，保證模具或壓力機不受意外損傷。壓力機所采用的安全措施主要有以下幾種：a) 裝設固定防護罩，不使操作者接近危險區(qū)。在踏腳板上裝防護罩，以免重物墜落沖擊踏腳板而意外開機，從而造成滑快下降而引起工傷事故。b) 使操作者因進行操作等必要動作而離開危險區(qū)。如采用雙手操作裝置，裝設互鎖操作系統(tǒng)等各種安全裝置。對于雙手操作裝置，只能是雙手同時按下按鈕時，才能使離合器工作。這樣，當模具進行動作時，雙手必然離開危險區(qū)。c) 采用機械和電器