圓筒形沖壓零件

1、一、冷沖壓模具設(shè)計的目的冷沖壓模具課程設(shè)計是為機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)在學(xué)完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。 其目的是：1、綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識，進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計工作的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力。2、鞏固與擴(kuò)充“模具設(shè)計與制造”等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計的方法和步驟。3、掌握冷沖壓模具設(shè)計的基本技能，如計算機(jī)繪圖、計算、查閱設(shè)計資料和手冊，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等等二 分析零件零件為圓筒形沖壓零件生產(chǎn)批量：中批量材料：45鋼材料厚度：2 mm三工藝分析:工藝性是指沖壓件對沖壓工藝的適應(yīng)性。工件:此工件只有落

2、料和拉深兩個工序.工件形狀簡單,并且工件為無凸緣圓筒件,要求內(nèi)形尺寸,拉深時厚度不變,因此工件能滿足落料拉深要求.工件的底部圓角半徑r=2mmt,滿足再次拉深圓角半徑要求.尺寸20 mm,也滿足拉深工序?qū)ぜ墓畹燃壱?。材? 45鋼,由于強(qiáng)度低,塑性好,適用于制造受力不大的沖壓件和拉深件,并有利于沖壓成形和制件質(zhì)量的提高,還具有良好的沖壓成形性能,即有良好的抗破裂性,良好的貼模和定形性,所以具有良好的沖壓性能。四 工藝方案的確定:1 先確定拉深次數(shù)：確定拉深次數(shù),先判斷能否一次拉出總拉糸數(shù)m總=dn/D中的, dn實(shí)際上是零件所要求的直徑.當(dāng)m總> m1時,則該零件只需要一次拉出,

3、否則就要進(jìn)行多次拉深計算毛坯尺寸： 查1中表6-2得修邊余量h, h/d=49/18=2.54,取h=4mm毛坯直徑公式D= d22參數(shù):d = 18mm參數(shù):h = 49mm參數(shù):r = 4mm計算結(jié)果D=63.3mm查1中表6-6得,取m1=0.4,；取m2=0.7,m3=0.75總拉深糸數(shù): m總=dn/D=18/63.3=0.28<m1=0.4,則可以判斷出一次拉不出.則第一次拉深直徑d1=m1D=0.4×63.325.3mm第一次拉深的高度:h1=0.25(D2/d1)-d1+(0.43r1/d1)(d1+0.32r1)參數(shù):d1=25.3mm參數(shù)r1=4mm計算結(jié)果

4、h137.5mm 第二次拉深直徑d2=m2d1=0.7×25.317.7mm由此可得知，d2 d工件則產(chǎn)品是通過二次拉深所得到的。工序圖如1-1所示 2工藝方案：該工件包括落料、拉深兩個基本工序，可有以下三種工藝方案：方案一：先落料，首次拉深一，再次拉深。采用單工序模生產(chǎn)。方案二：落料+拉深復(fù)合，后拉深二。采用復(fù)合模+單工序模生產(chǎn)。方案三：先落料，后二次復(fù)合拉深。采用單工序模+復(fù)合模生產(chǎn)。方案四：落料+拉深+再次拉深。采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需三道工序三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)要求。方案二只需二副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，工件精度也能滿足要

5、求，操作方便，成本較低。方案三也只需要二副模具，制造難度大，成本也大。方案四只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求，但模具成本造價高。通過對上述四種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。五模具總體設(shè)計（1） 模具類型的選擇由沖壓工藝分析可知，采用落料拉深沖壓和再次拉深。所以模具類型為復(fù)合模和單工序模二套模具。（2） 定位方式的選擇 復(fù)合模：因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料板，無側(cè)壓裝置。控制條料的送進(jìn)步距采用固定擋料銷定距。而第一件的沖壓位置因?yàn)闂l料長度有一定余量，可以靠操作工目測來定。 拉深二模：采用帶有壓邊圈裝置對工件進(jìn)行定位。（3） 卸料、出件

6、方式的選擇 因?yàn)楣ぜ虾駷?mm，相對較薄，卸料力也比較小，故可采用彈性卸料。對于復(fù)合模生產(chǎn)，應(yīng)采用上出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。對于拉深二,也是采用上出件比較方便.（4） 導(dǎo)向方式的選擇為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該兩套模具采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式六工藝設(shè)計計算1排樣方式的確定及其計算設(shè)計復(fù)合模，首先要設(shè)計條料排樣圖。圓筒形狀簡單，落料形狀就是一個圓，可以采用直排方式，如圖4-1所示的排樣方法，1)、查1中表3-10得 搭邊值 a=1.0mm a1=1.2mm 2）、送料步距AA=D+a=63.3+1=64.3mm3）、條料寬度B（采用無側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板之間送料時）B =（D

7、+2a1+2+b0）=（63.3+2×1.2+2×0.5）=66.7mm4）、一個步距內(nèi)材料料利用率=(s1/s0)×100%=(×63.32/4)/(64.3×66.7 )×100%=73.33%5）、 查3板材標(biāo)準(zhǔn)，宜選600mm×1750mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為5張條料（120mm×1750mm），每張鋼板的材料利用率為74%2、沖壓力的計算料落:采用彈性卸料裝置和下出件模具查1表2-3得,取=300MP沖裁力F=Ltb=1.3Lt=1.3×300×3.14×63.3

8、5;0.862013N式中 L沖裁件周長(mm)t板料厚度（mm）b材料的抗拉強(qiáng)度（MPa） 查1表3-8得K卸=0.05 K頂=0.06F卸=K卸F=0.05×62013=3100.68NF頂 = K頂F=0.06×62013=3720.78N壓力機(jī)所需的沖壓力 F沖總=F+ F卸+ F頂=68834.46N拉深一 查1表6-11得,K1=1;K2=0.85; b查1得表2-3, 查16-13得b=400MP P=2.5MP拉深力:F拉=Kdtb =1×3.14×25.3×0.8×400 =25421.44N壓邊力:FQ1=(/4)

9、D2-(d1+2R凹)2p =(3.14/4)63.32-(25.3+2×6.4凹)2×2.5 =1071.23N總沖裁力: F= F沖總+ F拉+ FQ1=95327.13N也就是壓力機(jī)所需的沖壓力故落料拉深復(fù)合模配的的壓力機(jī)所需的總沖壓力為F總=95327.13N拉深二 查1表6-11得,K2=0.85; b查得表2-3,得b=400MP查1表6-13得:p=2.5MP; 查1表3-8得K頂=0.06;拉深力:F拉2=K2d2tb =0.85×3.14×17.7×0.8×400 =15117N壓邊力:FQ2=(/4)d12-(d2

10、+2R凹)2p =(3.14/4)25.32-(17.7+2×2.4)2×2.5 =262.66N頂件力: F 頂= K頂 F拉2=0.06×15117=907N總沖裁力: F= F拉+ FQ2+ F 頂=15117+262.66+907=16286.66N也就是壓力機(jī)所需的沖壓力所以二次拉深時的壓力機(jī)所需的總沖壓力為F總=16286.66N七主要零部件設(shè)計1. 工藝零件設(shè)計：11 工作零件： 拉深落料復(fù)合模： 凸凹模結(jié)合工件外形并考慮加工，將凸凹模設(shè)計成帶肩臺階式圓凸凹模，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與更換，采用車床加工，與凸凹模固定板的配合按H7/m6。

11、凸凹模長度L=36+16+6+29+1=88mm。具體結(jié)構(gòu)可參見圖5-1.1(b)所示。 拉深凸模拉深凸模采用臺階式，也是采用車床加工,與凸模固定板的配合按H7/m6的配合,拉深凸模結(jié)構(gòu)如圖5-1.1（a）所示。落料凹模凹模采用整體凹模，沖裁的凹?？卓刹捎镁€切割機(jī)床和銑床加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。凹模的輪廓尺寸應(yīng)要保證凹模有足夠的強(qiáng)度與剛度，凹模板的厚度還應(yīng)考慮修磨量，根據(jù)沖裁件的厚度和沖裁件的最大外形尺寸在標(biāo)準(zhǔn)中選取凹模板的各尺寸為：長230mm，寬200mm，因考慮到整套模具的整體布置要求，選其厚度為79mm，模具刃口尺寸的計算落料

12、:按按單配加工時的尺寸的計算查1中表3-3得 Zmin=0.072mm Zmax=0.104mm取落料的尺寸公差為IT14,則公差為=0.87mm查1中表3-5得 x=0.5所以落料料凹模尺寸：D=（D max-x）=(63.3-0.5*0.87) =62.865mm因此落料凸模的基本尺寸與與凹模相同是62.865mm,但不必注公差,注明以0.720.104mm的間隙與落料凹模配制.落料凹模如圖5-1.2所示:拉深一:查1中表6-14得 C1=1, C2=81).凹模圓角半徑R凹= C1 C2t=1×8×0.8=6.4mmR凸=(0.71.0) R凹=0.85×6

13、.4=5.44mm取R凸=5.5mm2).拉深模的單邊間隙Z=(D凹-D凸)/2 查1表6-15,得單邊間隙Z=1.1t=1.1×0.8=0.88mm3).拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差:第一次拉深模,由于其毛坯尺寸與公差沒有必要予以嚴(yán)格的限制,這時凸模和凹模尺寸只要取等于毛坯的過渡尺寸即可,以凸模為基準(zhǔn).取公差等級為IT10=0.12mm.d凸=d -0凸=63.20-0.12mmd凹=( d凸+ 2Z) 0+凹=(63.2+2×0.88)0+0.12=64.96 0+0.12mm圖形如5-1.1圖所示: 12 工作零件： 二次拉深模凸模根據(jù)工件外形并考慮加工，

14、將凸模設(shè)計成帶肩臺階式圓凸凹模，一方面加工簡單，另一方面又便于裝配與修模，采用車床加工，與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模長度 L=H1+H2+Y式中 H1凸模固定板厚度H2壓邊圈高度Y附加長度，包括凸模刃口修磨量，凸模進(jìn)入凹模的深度46mm，因此凸模長度L=28+60+46=134mm。具體結(jié)構(gòu)可參見圖5-1.2(a)所示。 凹模 凹模采用整體凹模，各沖裁的凹?？拙捎镁€切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。取凹模輪廓尺寸為160mm×58.8mm，結(jié)構(gòu)如圖5-1.2（b）所示模具刃口尺寸的計算1).凹模圓角半徑R凸= r凸=

15、2mmR凹= R凸/0.85=2/0.85=2.352mm2.4 mm2).拉深模的單邊間隙Z=(D凹-D凸)/2 查1表6-15,得單邊間隙Z=1t=1×0.8=0.8mm3).拉深凸模和凹模工作部分的尺寸及其制造公差: 查1表6-16得凸凹的制造公差為: 凸=0.02mm凹=0.03mm 當(dāng)工件要求內(nèi)形尺寸:凸模尺寸:d凸=(dmin+0.4)=(17.7+0.4×0.4) mm=17.86mm凹模尺寸: d凹=( dmin+0.4+2Z) =(17.7+0.4×0.4+2×0.8) =19.46mm圖形如5-1.2所示: 1.3. 定位零件的設(shè)計

16、落料拉深復(fù)合模固定擋料銷落料凹模上部設(shè)置固定擋料銷，采用固定擋料銷的進(jìn)行定距.擋料裝置在復(fù)合模中,主要作用是保持沖件輪廓的完整和適量的搭邊.,如圖所示為鉤形擋料銷,因其固定孔離刃口較遠(yuǎn),因此凹模強(qiáng)度要求,結(jié)構(gòu)上帶有防轉(zhuǎn)定向銷. 擋料銷采用H7/r6安裝在落料凹模端面 導(dǎo)料板的設(shè)計導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，查2表14-17導(dǎo)料板與條料之間的間隙取0.5mm，這樣就可確定了導(dǎo)料板的寬度，導(dǎo)料板的厚度按2表14-15選擇。導(dǎo)料板采用45鋼制作，熱處理硬度為2832HRC，用螺釘固定在凹模上。卸料部件設(shè)計卸料裝置用彈壓卸料板的卸料裝置，如下圖1-3所示，卸料板內(nèi)孔每側(cè)與凸模保持間隙C=0

17、.10.2t=0.16mm;卸料板周界尺寸與凹模周界尺寸一樣，厚度根據(jù)沖裁件料厚t和卸料板寬度B查模具手冊之四2中表14-10得其厚度為16mm。卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為4348HRC。卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設(shè)置2個卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M8×16mm。卸料釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后， 應(yīng)使卸料板超出凸模端面lmm，有誤差時通過在 螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。壓邊圈設(shè)計首次拉深:為了防止拉深過程中起皺，生產(chǎn)中主要采用壓邊圈，查1表6-12，可判斷出需要壓邊圈。壓邊圈采用45鋼制造，熱處理硬度為4245HRC。其結(jié)構(gòu)如5-2.4(a)所示

18、二次拉深:壓邊圈,結(jié)構(gòu)與尺寸由標(biāo)準(zhǔn)中選取，壓邊圈圓角半徑rY應(yīng)比上次拉深凸模的相應(yīng)圓角半徑大0.51mm,以便將工序件套在壓邊圈上.材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)42-45HRC.其結(jié)構(gòu)如圖5-2.4(b)所示.2.結(jié)構(gòu)零件11 模架及其他零部件設(shè)計落料拉深復(fù)合模采用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架的導(dǎo)向方式，如圖所示，帶有導(dǎo)柱的沖裁模適合于精度要求較高，生產(chǎn)批量較大的沖裁件，且導(dǎo)柱模結(jié)構(gòu)比較完善，對后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式可從左右和前后兩個方向進(jìn)行送料。故相應(yīng)選后側(cè)導(dǎo)柱模架。因?yàn)樗哪＞咻^高所以選取比較大一點(diǎn)的模架模架的結(jié)構(gòu)與尺寸都直接由標(biāo)準(zhǔn)中選取，相關(guān)參數(shù)如下：凹模周界L: 315凹模周界B: 250閉

19、合高度(參考)|最小: 275閉合高度(參考)|最大: 3201上模座 數(shù)量1 規(guī)格: 315×250×552下模座 數(shù)量1 規(guī)格: 315×250×703導(dǎo)柱 數(shù)量1 規(guī)格: 40×260 4導(dǎo)套 數(shù)量1 規(guī)格: 40×140×53導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10-15mm，而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5-1mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6,導(dǎo)套與上模座之間的配合為H7/r6，導(dǎo)柱與下模座之間的配合為R7/h5。導(dǎo)柱

20、與導(dǎo)套材料采用20鋼，熱處理硬度為（滲碳）56-62HRC。上下模座材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC。二次拉深模也是采用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱式模架的導(dǎo)向方式，如圖所示， 模架的結(jié)構(gòu)與尺寸都直接由標(biāo)準(zhǔn)中選取，因?yàn)樗哪＞咻^高所以選取比較大一點(diǎn)的模架相關(guān)參數(shù)如下：凹模周界L: 250凹模周界B: 250閉合高度(參考)|最小: 240閉合高度(參考)|最大: 2851上模座 數(shù)量1 規(guī)格: 250×250×502下模座 數(shù)量1 規(guī)格: 250×250×653導(dǎo)柱 數(shù)量1 規(guī)格: 35×230 4導(dǎo)套 數(shù)量1 規(guī)格: 35×12

21、5×48導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)中選取，尺寸由模架中參數(shù)決定。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最低工作位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于10-15mm，而下模座底面與導(dǎo)柱底面的距離應(yīng)為0.5-1mm。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間的配合為H7/h6,導(dǎo)套與上模座之間的配合為H7/r6，導(dǎo)柱與下模座之間的配合為R7/h5。導(dǎo)柱與導(dǎo)套材料采用20鋼，熱處理硬度為（滲碳）56-62HRC。上下模座材料采用45鋼，熱處理硬度為調(diào)質(zhì)28-32HRC。12 彈頂器的彈性元件的選取落料拉深復(fù)合模選用橡皮作為彈性元件，橡皮一般為聚氨膠，因?yàn)樗试S承受的載荷較彈簧大，并且安裝調(diào)理方便。因?yàn)榫郯敝鹉z的總壓縮量一般35%,所

22、以取30%，剛聚氨膠的高度h=0.3×Hh為壓邊圈運(yùn)行的高度=39.8mmH=39.8/0.3=132.7mm 橡膠的高度H與直徑D應(yīng)有適當(dāng)比例:H=(0.51.5)D根據(jù)上二式查3表3-100得.D=60mm; d=16.5mm; H=50mm; D1=78mm選取三塊同樣的橡膠.中間加上鋼墊圈,防止失穩(wěn)彎曲.其結(jié)構(gòu)圖如下 二次拉深模選用彈簧作為彈性元件.選用圓柱螺旋彈簧,它的主要技術(shù)參數(shù)是工作極限負(fù)荷Fj與其相對應(yīng)的工作極限負(fù)荷下的變形量Lj。根據(jù)所需要的卸料力或推件力FQ以及所需要的量大壓縮行程L0，來計算Fj 與Lj，然后就可以在標(biāo)準(zhǔn)中選取相應(yīng)的規(guī)格彈簧。1） 確定彈簧的數(shù)目

23、為12） 頂件載荷FQ=壓邊力=1260N3） 最大壓縮行程L0=h1 + h2 + h3 + t =1+46.8+7+0.8=55.6mm4） 計算所需的彈簧的工作極限負(fù)荷Fj 與工作極限負(fù)荷下的變形量Lj，K取40% Fj = FQ/K=1260/0.4=3150N Lj= L0/(1-K)=55.6/(1-0.4)=92.67N由上述二式查彈簧標(biāo)準(zhǔn)表得：彈簧材料直徑為10mm，彈簧中徑為75mm，節(jié)距為t=26.5,工作極限負(fù)荷Fj =3500N,變形量Lj=111mm,有效圈數(shù)為7.5六.模具總裝圖通過以上設(shè)計，可得到如圖6-1的落料拉深模和6-2拉深二模所示的模具總裝圖。落料拉深模：

24、模具上模部分主要由上模座板、墊板、凸模、凸模固定板、推件板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以彈簧為彈性元件。下模部分由下模座、墊板、凹模板、凹模固定板、壓邊圈和導(dǎo)料板等組成。條料送進(jìn)時采用固定擋料銷粗定距，拉深凸模7低于落料凹模 8的距離為一個料厚，是為了在沖壓是能保證先落料再拉深。拉深二模：拉深前毛坯套在壓邊圈6上，所以設(shè)計的壓邊圈形狀與上一次拉出來的半成品相適應(yīng)，拉深后，壓邊圈將沖壓件從凸模7上托出，推件板9將沖壓件從凹模中推出。圖6-1圖6-2七 沖壓設(shè)備的選定落料拉深復(fù)合模：通過校核，根據(jù)F總查1中表1-3選型號為J23-40的壓力機(jī)其基本參數(shù)：標(biāo)稱壓力（kN）400滑塊行程（mm）80行程次數(shù)( 次/min)45/90 連桿調(diào)節(jié)長度（mm）65最大裝模高度（mm）330工作臺尺寸 前后×左右（mm×mm）460×700模柄孔尺寸 直徑×深度（mm）50×70電動機(jī)功率（kW）5.5模具的閉合高度H模具應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度Hmax與最小裝模高度Hmin之間，否則就不能保證下常的安裝與工作。其關(guān)系為：Hmin+10mmH