模具課程設(shè)計(jì)墊片沖壓模具設(shè)計(jì)

1、模具課程設(shè)計(jì)墊片沖壓模具設(shè)計(jì)學(xué) 校： 電子科技大學(xué)中山學(xué)院學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院班 級： 09機(jī)械C班姓 名： 許桂林學(xué) 號： 29100101062指導(dǎo)老師： 劉海潮2013年1月5日沖壓模設(shè)計(jì)題目如圖1所示零件：墊扳生產(chǎn)批量：大批量材料：08F t=2mm設(shè)計(jì)該零件的沖壓工藝與模具墊板沖壓模具課程設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)為一墊板的冷沖壓模具設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，然后通過工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，確定排樣和裁板，計(jì)算沖壓力和壓力中心，初選壓力機(jī)，計(jì)算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計(jì)選用零、部件，對壓力機(jī)進(jìn)行校核，繪制模具總裝草圖，以

2、及對模具主要零件的加工工藝規(guī)程進(jìn)行編制。其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要對凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對于部分零部件選用的是標(biāo)準(zhǔn)件，就沒深入設(shè)計(jì)，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，對部分零部件進(jìn)行了加工工藝分析，最終才完成這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：模具；沖裁件；凸模；凹模；凸凹模；1 零件的工藝分析1.1 結(jié)構(gòu)與尺寸該零件結(jié)構(gòu)簡單,形狀對稱。硬鋼材料被自由凸模沖圓形孔,查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)表3-8,可知該工件沖孔的最小尺寸為1.3t,該工件的孔徑為:6>1.3t=1.3×2=2.6。由于該沖裁件的沖孔邊緣與工件的外形的邊緣不平行,故最小孔邊距不應(yīng)小

3、于材料厚度t,該工件的空邊距(20)>t=2,(10)>t=2,均適宜于沖裁加工。1.2 精度零件內(nèi)、外形尺寸均未標(biāo)注公差,屬自由尺寸,可按IT14級確定工件尺寸的公差,經(jīng)查表得,各尺寸公差分別為：零件外形:58， 38, 30, 16, 8 零件內(nèi)形:6 孔心距:18±0.215, 利用普通沖裁方式可以達(dá)到零件圖樣要求。1.3 材料08F，屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼,查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)附表1可知抗剪強(qiáng)度=260MPa,斷后伸長率=32。此材料具有良好的塑性和較高的彈性,其沖裁加工性能好。根據(jù)以上分析,該零件的工藝性較好,可以進(jìn)行沖裁加工。2 確定沖裁工藝方案該零件包括落料、沖孔

4、兩個(gè)基本工序，可以采用以下幾種工藝方案：(a)先落料，再沖孔，采用單工序模生產(chǎn)；(b)采用落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)；(c)用沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。方案(a)模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序，兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的要求。由于零件結(jié)構(gòu)簡單，為了提高生產(chǎn)效率，主要采用復(fù)合沖裁或級進(jìn)沖裁方式。采用復(fù)合沖裁時(shí)，沖出的零件精度和平直度好，生產(chǎn)效率高，操作方便，通過設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)和排樣方案可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量。根據(jù)以上分析，該零件采用復(fù)合沖裁工藝方案。3 確定模具總體結(jié)構(gòu)方案3.1 模具類型根據(jù)零件的沖裁工藝方案，采用復(fù)合沖裁模。復(fù)合模的主要結(jié)

5、構(gòu)特點(diǎn)是存在有雙重作用的結(jié)構(gòu)零件凸凹模，凸凹模裝在下模稱為倒裝式復(fù)合模。采用倒裝式復(fù)合模省去了頂出裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，因此采用倒裝式復(fù)合沖裁模。3.2 操作與定位方式雖然零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)，可用手工送料方式能夠達(dá)到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式?？紤]到零件尺寸大小，材料厚度，為了便于操作和保證零件的精度，宜采用導(dǎo)料板導(dǎo)向，固定擋料銷擋料，并與導(dǎo)正銷配合使用以保證送料位置的準(zhǔn)確性，進(jìn)而保證零件精度。為了保證首件沖裁的正確定距，采用始用擋料銷，采用使用擋料銷的目的是為了提高材料利用率。3.3 卸料與出件方式采用彈性卸料的方式卸料，彈性卸料裝配依靠橡皮的彈力來

6、卸料，卸料力不大，但沖壓時(shí)可兼起壓料作用，可以保證沖裁件表面的平面度。為了方便操作，提高零件生產(chǎn)率，沖件和廢料采用由凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。3.4 模架類型及精度考慮到送料與操作的方便性，模架采用后側(cè)式導(dǎo)柱的模架，用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。由于零件精度要求不是很高，但沖裁間隙較小，因此采用I級模架精度。3.5 凸模設(shè)計(jì)凸模的結(jié)構(gòu)形式與固定方法：落料凸模刃口部分為非圓形，為便于凸模與固定板的加工，可設(shè)計(jì)成固定臺階式，中間臺階和凸模固定板以H7/m6過渡配合，凸模頂端的最大臺階是用其臺肩擋住凸模，在卸料時(shí)不至于凸模固定板中拉出。并將安裝部分設(shè)計(jì)成便于加工的長圓形，通過接方式與凸模固定板固定。4

7、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算零件外形近似矩形，輪廓尺寸為58×30。考慮操作方便并為了保證零件精度，采用直排有廢料排樣。如圖1所示：查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)表3-13，工件的搭邊值a=2，沿邊的搭邊值a1=2.2。級進(jìn)模送料步距為S=30+2=32mm條料寬度按表3-14中公式計(jì)算：B -0=(Dmax+2a1)-0 查表3-15得：=0.6B=（58+2×2.2）=62.4 （）由零件圖近似算得一個(gè)零件的面積為1354.82，一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的壞料面積B×S=62.4×32=1996.8。因此一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率為： =（A/BS）×100=

8、67.8查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)附表3選用板料規(guī)格為710×2000×2。采用橫裁時(shí)，剪切條料尺寸為62.4。一塊板可裁的條料為32，每間條可沖零件個(gè)數(shù)22個(gè)零件。則一塊板材的材料利用率為：=（n×A0/A）×100 =（22×32×1354.8/710×2000）×100=67.2采用縱裁時(shí)，剪切條料尺寸為62.4。一塊板可裁的條料為11，每條可沖零件個(gè)數(shù)62個(gè)零件，則一塊板材的材料利用率為：=（n×A0/A）×100 =（11×62×1354.8/710×2000

9、）×100=59.2根據(jù)以上分析，橫裁時(shí)比縱裁時(shí)的板材的材料利用率高，因此采用橫裁。4.2 計(jì)算沖壓力與壓力中心沖裁力：根據(jù)零件圖可算得一個(gè)零件外周邊長度：L1=16+8+28+38×2=162.27 內(nèi)周邊長度之和：L=2×3=18.84查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)附表1可知：MPa;查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)附表3可知：Kx=0.05, KT=0.055.落料力：F落=KL1 t T =1.3×162.27×2×260=109.69KN 沖孔力：F孔=KL2 t T =1.3×6×2×260=12.74KN卸料

10、力：Fx=KxF落 =0.05×109.69=5.48KN推件力：根據(jù)材料厚度取凹模刃口直壁高度h=6, 故:n=h/t=3 FT=nKtF孔=3×0.055×25.47=4.20KN總沖壓力：F= F落+ F孔+Fx+ FT則F=109.69+12.74+5.48+4.20 =132.11KN應(yīng)選取的壓力機(jī)公稱壓力：25t.因此可初選壓力機(jī)型號為J23-25。當(dāng)模具結(jié)構(gòu)及尺寸確定之后，可對壓力機(jī)的閉合高度，模具安裝尺寸進(jìn)行校核，從而最終確定壓力機(jī)的規(guī)格。確定壓力中心：畫出凹模刃口，建立如圖所示的坐標(biāo)系：由圖可知，該形狀關(guān)于X軸上下對稱，關(guān)于Y軸左右對稱，則壓力中

11、心為該圖形的幾何中心。即坐標(biāo)原點(diǎn)O。該點(diǎn)坐標(biāo)為（0，0）。4.3 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸及公差由于模具間隙較小，固凸、凹模采用配作加工為宜，由于凸、凹模之間存在著間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而沖孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固計(jì)算凸模與凹模刃口尺寸時(shí)，應(yīng)按落料與沖孔兩種情況分別進(jìn)行。由此，在確定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)，需遵循以下原則：（I）落料時(shí)以凹模尺寸為基準(zhǔn)，即先確定凹模刃口尺寸；考慮到凹模刃口尺寸在使用過程中因磨損而增大，固落料件的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍較小尺寸，而落料凸模的基本尺寸則按凹?；境叽鐪p最小初始間隙；（II）沖孔時(shí)以凸模尺寸

12、為基準(zhǔn)，即先確定凸模刃口尺寸，考慮到凸模尺寸在使用過程中因磨損而減小，固沖孔件的基本尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸，而沖孔凹模的基本尺寸則按凸?；境叽缂幼钚〕跏奸g隙；（III）凸模與凹模的制造公差，根據(jù)工件的要求而定，一般取比工件精度高23級的精度，考慮到凹模比凸模的加工稍難，凹模比凸模低一級。a):落料凹模刃口尺寸。按磨損情況分類計(jì)算：i)凹模磨損后增大的尺寸，按冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)公式：DA=(Dmax-X);計(jì)算，取 A=/4，制件精度為IT14級，故X=0.558: DA1 =(58-0.5×0.74 )=57.63 （） 38: DA2=（38-0.5×0

13、.62）=37.69 （）30: DA3=（30-0.5×0.52）=29.74 （）16: DA4=（16-0.5×0.43）=15.785（）8: DA5=（8-0.5×0.36）=7.18（）ii)凹模磨損后不變的尺寸，按冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)公式：CA=（Cmin+X）±0.5A: 計(jì)算，取A=/4 ，制件精度為IT14級，故X=0.518±0.215: Cd1=(17.785+0.5×0.43)±0.43/8=18±0.05375（） 沖裁間隙影響沖裁件質(zhì)量，在正常沖裁情況下，間隙對沖裁力的影響并不大，但間

14、隙對卸力、推件力的影響卻較大。間隙是影響模具壽命的主要因素。間隙的大小則直接影響到摩擦的大小，在滿足沖裁件質(zhì)量的前提下，間隙一般取偏大值，這樣可以降低沖裁力和提高模具壽命。查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)表3-3可知Zmax=0.360 , Zmin=0.246相應(yīng)凸模按凹模實(shí)際尺寸配作，保證最小合理間隙為0.246mm沖孔凸模刃口尺寸。沖孔凸模為圓形，可按冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)公式dT=(dmin+x) 計(jì)算，取T=/4，制件精度為IT14級，故X=0.512: dT1=(6+0.5×0.30)=6.155 設(shè)計(jì)選用零件、部件，繪制模具總裝草圖5.1 凹模設(shè)計(jì)凹模的結(jié)構(gòu)形式和固定方法：凹模采用

15、矩形板狀結(jié)構(gòu)和通過用螺釘、銷釘固定在凹模固定板內(nèi)，其螺釘與銷釘與凹?？妆陂g距不能太小否則會影響模具強(qiáng)度和壽命，其值可查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)表3-23。凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式：因沖件的批量較大，考慮凹模有磨損和保證沖件的質(zhì)量，凹模刃口采用直刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度取6mm, 漏料部分沿刃口輪廓單邊擴(kuò)大0.5 mm凹模輪廓尺寸的確定：查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)表3-24，得：K=0.28;查冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)表3-25, 得: s2=36; 凹模厚度H=ks=0.28×58=16.24（） B=s+（2.54.0）H=58+（2.54.0）×16.24=98.6122.96 （） L=s1

16、+2s2=30+2×36 =102 （）根據(jù)算得的凹模輪廓尺寸，選取與計(jì)算值相接近的標(biāo)準(zhǔn)凹模板輪廓尺寸為L×B×H=125×125×28.5（）凹模材料和技術(shù)要求：凹模的材料選用T10A。工件部分淬硬至HRC5862。外輪廓棱角要倒鈍。如圖2所示：圖2 落料凹模5.2 凸模設(shè)計(jì)5.2.1 凸模的結(jié)構(gòu)形式與固定方法沖孔部分的凸模刃口尺寸為圓形，為了便于凸模和固定板的加工，將沖孔凸模設(shè)計(jì)成臺階式。為了保證強(qiáng)度、剛度及便于加工與裝配，圓形凸模常做成圓滑過渡的階梯形，小端圓柱部分。是具有鋒利刃口的工作部分，中間圓柱部分是安裝部分，它與固定板按H7/m6

17、配合，尾部臺肩是為了保證卸料時(shí)凸模不致被拉出，圓形凸模采用臺肩式固定。5.2.2 凸模長度計(jì)算凸模的長度是依據(jù)模具結(jié)構(gòu)而定的。采用彈性卸料時(shí)，凸模長度按公式L=h1+h2+h3計(jì)算，式中 L-凸模長度，mm； h1-凸模固定板厚度，mm; h2-卸料板厚度，mm ; h3-卸料彈性元件被預(yù)壓后的厚度L=22mm+10mm+18.5mm=50.5mm5.2.3 凸模的強(qiáng)度與剛度校核一般情況下，凸模強(qiáng)度與剛度足夠，由于凸模的截面尺寸較為積適中，估計(jì)強(qiáng)度足夠，只需對剛度進(jìn)行校核。對沖孔凸模進(jìn)行剛度校核：凸模的最大自由長度不超過下式：有導(dǎo)向的凸模Lmax1200，其中對于圓形凸模Imin=d4/64則

18、Lmax1200=24.00mm由此可知：沖孔部分凸模工作長度不能超過24.00mm，根據(jù)沖孔標(biāo)準(zhǔn)中的凸模長度系列，選取凸模的長度：50.55.2.4 凸模材料和技術(shù)條件凸模材料采用碳素工具鋼T10A，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 5660，凸模尾端淬火后，硬度為HRC 4348為宜。如圖3所示： 圖3 沖孔凸模 5.3 凸凹模的設(shè)計(jì)5.3.1 凸凹模的結(jié)構(gòu)形式與固定方法凸凹模的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示：圖4 凸凹模凸凹模與凸凹模固定板的采用H7/m6配合。5.3.2 校核凸凹模的強(qiáng)度沖孔邊緣與工件外開邊緣不平行時(shí)，凸凹模的最小壁厚不應(yīng)小于材料厚度t=2mm，而實(shí)際最小壁厚為5mm，故符合強(qiáng)度要

19、求。5.3.3 凸凹模尺寸的確定凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作并保證最小間隙為Zmin=0.246mm,內(nèi)形刃口尺寸按凸模尺寸配做并保證最小間隙為Zmin=0.246mm。5.3.4 凸凹模材料和技術(shù)條件凸凹模材料采用碳素工具鋼T10A，淬硬至5660HRC。5.4 定位零件定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相對凸、凹模有正確的位置。 選用固定擋料銷一個(gè)。擋料銷的作用是擋住條料搭邊或沖件輪廓以限定條料送進(jìn)的距離，固定擋料銷固定在位于下模的凸凹模上，規(guī)格為GB/T7694.10-94，材料45號鋼，硬度為4348HRC選用導(dǎo)料銷兩個(gè)。導(dǎo)料銷的作用是保證條料沿正確的方向送進(jìn)，位于條料的后（條

20、料從右向左送進(jìn)）尺寸規(guī)格為6X25.5 卸料與出件裝置出件方式是采用凸模直接頂出的下出料方式。由于卸料采用彈性卸料的方式，彈性卸料裝置由卸料板、卸料螺釘和彈性元件組成。6. 沖壓設(shè)備的選擇選用開式雙柱可傾壓力機(jī)J23-25。公稱壓力為25t，滑塊行程為65mm,最大閉合高度270mm,滑塊中心線至床身距離200 mm，工作臺尺寸：370 mm×560 mm，墊板厚度：50 mm，模柄孔尺寸：40 mm×60 mm.7.總裝工藝總裝圖如圖15所示： 圖15 總裝圖1 下模座 2導(dǎo)柱 3內(nèi)六角螺釘8×70 4內(nèi)六角螺釘8×60 5導(dǎo)套 6凸模固定板 7沖孔凸

21、模 8墊板 9上模座 10銷釘 11模柄 12打料桿 13連接推桿 14凸凹模 15卸料板 16推件塊 17凹模 18活動擋料銷 19推板 20彈性橡膠 21凸凹模固定板 22卸料螺釘 23導(dǎo)料銷8.總結(jié) 經(jīng)過一段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，至此已基本完成了任務(wù)書所規(guī)定的任務(wù)。本設(shè)計(jì)涉及的課程很多，涉及到機(jī)械制圖、Pro/E繪圖、CAD繪圖等相關(guān)課程的知識。在校期間的我還進(jìn)行了金工實(shí)習(xí)、和兩次課程設(shè)計(jì)。這些課程的學(xué)習(xí)，以及課程設(shè)計(jì)的演練都為這次課程設(shè)計(jì)做了很好的準(zhǔn)備?；A(chǔ)課和專業(yè)課，它們?yōu)槲业脑O(shè)計(jì)做了前提，它們是我設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和知識基點(diǎn)；金工實(shí)習(xí)讓我深入而清楚的看到了在實(shí)際生產(chǎn)中機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況；此次課程設(shè)計(jì)也是我從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改圖紙，每一個(gè)過程都是對自己能力