沖壓模具課程設(shè)計(jì)

1、前言沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在飛行器鈑金件、高檔轎車和大中

2、型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國際水平。因此我們在學(xué)習(xí)完飛機(jī)鈑金成形原理和工藝等模具相關(guān)基礎(chǔ)課程后，安排了模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，以幫助我們掌握模具設(shè)計(jì)

3、的過程，為以后參加工作打下基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)內(nèi)容一、零件的工藝性分析 圖1 零件圖1） 零件的尺寸精度分析 如圖1所示零件圖，該零件外形尺寸為R11，19；內(nèi)孔尺寸為R3，6，均未標(biāo)注公差，公差等級選用IT14級，則用一般精度的模具即可滿足制件的精度要求。2） 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 零件形狀簡單，適合沖裁成形。3） 制件材料分析 制件材料為45鋼，抗剪強(qiáng)度為432549Mpa，抗拉強(qiáng)度為540685Mpa，伸長率為16%。適合沖壓成形。綜合以上分析，得到最終結(jié)論:該制件可以用沖壓生產(chǎn)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。但有幾點(diǎn)應(yīng)注意： 1） 孔與零件左邊緣最近處僅為2mm，在設(shè)計(jì)模具是應(yīng)加以注意。2） 制件較小，從安全方面

4、考慮，要采取適當(dāng)?shù)娜〖绞健?） 有一定批量，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的模具壽命。二、工藝方案的確定由零件圖可知，該制件需落料和沖孔兩種沖壓工藝，設(shè)計(jì)模具時(shí)可有以下三種方案：方案一：先落料，再?zèng)_孔，采用單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔、落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。方案三：落料和沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案一采用單工序模生產(chǎn)，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)效率較低，難以滿足零件年產(chǎn)20萬件的需求，而且要考慮第二套模具中工序件的定位問題，操作不便。方案二采用級進(jìn)模生產(chǎn)，可有效地提高生產(chǎn)效率，但連續(xù)模制造和設(shè)計(jì)難度大，費(fèi)用高，用于生產(chǎn)該制件達(dá)不到經(jīng)濟(jì)性要

5、求。方案三采用復(fù)合模生產(chǎn)，亦有很高的生產(chǎn)效率，復(fù)合模能在壓力機(jī)一次行程內(nèi)，完成落料、沖孔兩道工序，所沖壓的工件精度較高，不受送料誤差影響，能較好的滿足該制件內(nèi)孔與外形同心的要求。通過對比，故采用方案三，比較適合該零件。三、模具結(jié)構(gòu)形式的確定（一）模具類型及卸料方式分析因制件材料較薄，為了保證制件的平整度，所以采用正裝式復(fù)合模，即凸凹模安裝在上模，這樣，從模柄中穿入導(dǎo)桿可以直接把嵌在凸凹模里的廢料從刃口中打下，卡在凸凹模凸模刃口上的材料可以用彈性卸料板卸料；沖孔凸模與落料凹模安裝于下模，用頂件器帶動(dòng)卸料板頂出制件。（二）模具定位方式分析在模具設(shè)計(jì)中，拋棄了傳統(tǒng)的銷釘定位，而是把凸凹模和凹模分別在

6、上、下模座定位，上、下模座的定位沉臺在制造時(shí)是和導(dǎo)柱、導(dǎo)套固定在一起加工完成的，這樣保證了上、下模工作零件的同軸度，從而達(dá)到保證零件尺寸精度的目的。同時(shí)沒有使用銷釘，也使模具的維修方便了很多，即使多次拆卸也能保證零件的精度不變。四、工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算（一）制件排樣與材料利用率計(jì)算采用單排直排有廢料排樣，如圖2所示。由文獻(xiàn)【1】表3-17查得制件間搭邊值a=0.8mm，側(cè)搭邊值a1=1mm,則送料步距L=19+0.8=19.8；條料寬度B=22+1+1=24；經(jīng)計(jì)算制件面積S=284.73mm2，一個(gè)步距的材料利用率為： =S/(BL) 100%=284.73/(24 19.8) 100%=59.9

7、2% 圖2 排樣圖由文獻(xiàn)【2】表4-1冷軋鋼板的尺寸，選板料規(guī)格為1200mm600mm1mm，剪裁條料時(shí)采用橫裁法，于是條料尺寸為24mm600mm。每板條料數(shù)n1=1200/24=50(條)；每條制件數(shù)n2=(600-0.82)/19.8=30(件)；每塊板制件數(shù)n3= n1n2=5030=1500(件)材料總利用率，=1500284.73/（1200600）=59.3（二）沖壓力的計(jì)算沖裁力可按以下公式1計(jì)算： F=KLtkp式中：t材料厚度（mm）； L沖裁件周長（mm）；kp-材料抗剪強(qiáng)度（Mpa）。已知K=1.3, t=1 mm；查文獻(xiàn)【2】表4-12得kp=432549，取kp=

8、500；經(jīng)計(jì)算得外形周長L1=67.57mm，內(nèi)孔周長L2=30.85mm。所以落料沖裁力 F1= KL1tkp=1.367.575001=43.92kN沖孔沖裁力 F2= KL2tkp=1.330.855001=20.05 kN推件力和卸料力可用以下經(jīng)驗(yàn)公式 1進(jìn)行估算：F推件=nK推FF卸料=K卸F式中：F沖裁力；n為同時(shí)卡塞在凹模內(nèi)的零件數(shù)，一般為35；K推推件力系數(shù)；K卸卸料力系數(shù)。查文獻(xiàn)【1】表3-15得，K推=0.055，K卸=0.040.05，所以F卸料=K卸F1=0.0443.92=1.7568 kN F推件=nK推F2=50.05520.05=5.51 kN由于該制件模具采用

9、彈性卸料裝置，所以總沖壓力的計(jì)算公式為： F總= F1+F2+F卸料+F推件=43.92+20.05+1.7568+5.51=71.24 kN(三)初選壓力機(jī)根據(jù)總壓力71.24 kN,查文獻(xiàn)【2】表4-33開式壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，初選壓力機(jī)型號規(guī)格為J23-10，其主要參數(shù)如下：公稱壓力：100 kN滑塊行程：45mm最大閉合高度：180mm最大裝模高度：145mm工作臺尺寸：370mm240mm模柄孔尺寸：30mm55mm(四）計(jì)算壓力中心該制件圖形較規(guī)則，上下對稱，故采用解析法求壓力中心較為方便。建立如下圖所示坐標(biāo)系。 設(shè)壓力中心為（x0,y0）,因?yàn)樯舷聦ΨQ，所以y0=0，只需求x0

10、，又因?yàn)閮?nèi)孔為軸對稱圖形，所以只需考慮外形。經(jīng)計(jì)算得L1=15.1mm,L2=52.47mm,x2=3.165,x1=-8。根據(jù)合力矩定理得 x0=L1x1+L2x2L1+L2=15.1-8+52.473.16515.1+52.47=0.72所以，壓力中心為（0.72，0）。（五）計(jì)算凸凹模刃口尺寸本制件形狀簡單，可按分別加工方法制造凸、凹模，凸、凹模的制造公差p和p必須滿足不等式 1：p+dZmax-Zmin。根據(jù)制件的材料和厚度,由文獻(xiàn)【3】表2-14 汽車、拖拉機(jī)等行業(yè)沖裁模初始雙邊間隙值，查得 ： Zmax=0.140mm,Zmin=0.100mm；根據(jù)制件的基本尺寸和厚度，由文獻(xiàn)【3

11、】表2-19 汽車、拖拉機(jī)等行業(yè)簡單形狀制件凸、凹模的制造偏差，查得：落料部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020沖孔部分：凸模-0.020mm,凹模+0.020驗(yàn)證制造偏差是否合格：p+d =0.02+0.02=0.04Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04 所以，p+d=Zmax-Zmin=0.04，合格，可以采用該公差值。由于零件圖未注公差，為了降低工作難度，所以在實(shí)際生產(chǎn)中按照IT14等級確定制件各尺寸公差，查文獻(xiàn)【3】附錄一 標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值和表2-17 磨損系數(shù)x得：落料部分：尺寸R11，公差為0.43mm，取x=0.5；尺寸19，公差為0.52mm，取x=0.5；沖

12、孔部分：尺寸R3 ,公差為0.25mm，取x=0.5；尺寸6，公差為0.3mm，取x=0.75。1）落料 尺寸R11-0.215+0.215 Dd=(Dmax-x)0+d=(11.215-0.50.43)0+0.020=110+0.020 Dp=(Dd- Zmin)-p0=(11-0.100)-0.020=10.9-0.020 尺寸19-0.26+0.26 Dd=(Dmax-x)0+d=(19.26-0.50.52)0+0.020= 190+0.020 Dp=(Dd- Zmin)-p0=(19-0.100)-0.020=18.9-0.0202)沖孔 尺寸R3-0.125+0.125 dp=(d

13、min+x)-p0=(2.875+0.50.25)-0.020=3-0.020 dd=(dp+ Zmin)0+d=(3+0.100 )0+0.020= 3.10+0.020 尺寸6-0.15+0.15 dp=(dmin+x)-p0=(5.85+0.750.3)-0.020=6.075-0.020 dd=(dp+ Zmin)0+d=(6.075+0.100 )0+0.020= 6.1750+0.020五、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）凹模設(shè)計(jì)因制件形狀簡單，輪廓近似圓形，且總體尺寸不大，選用整體式圓形凹模較為合理。因制件精度較低，厚度較小，由文獻(xiàn)【2】表3-5 冷沖模工作零件的材料及熱處理要求，選用9Mn2

14、V為凹模材料。1)確定凹模厚度H值:由凹模厚度經(jīng)驗(yàn)公式4估算： H=K1K230.1F式中，F(xiàn)沖裁力，N；K1凹模材料修正系數(shù)，合金鋼取1，碳素鋼取1.3；K2凹模刃口周邊長度修正系數(shù)。本例中沖裁力F=43.92kN；凹模材料為合金鋼，故K1取1；凹模刃口周邊長度為67.57mm，查文獻(xiàn)【4】表3-34凹模刃口周邊長度修正系數(shù)，得K2=1.12，所以 H=K1K230.1F=11.1230.143920=19.06mm2)確定凹模周界尺寸D：根據(jù)條料寬度B=24mm,材料厚度t=1mm,由文獻(xiàn)【4】表3-33，查得凹?？妆诤馽=22mm。所以 D=2R+2c=22+222=66mm由文獻(xiàn)【2】

15、表5-45 圓形凹模板尺寸，可查到較為靠近凹模周界尺寸為63mm20mm，故凹模周界尺寸取為63mm20mm。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 圖3 凹模（二）其他沖模零件設(shè)計(jì)據(jù)以上確定的凹模周界尺寸，查文獻(xiàn)【2】表5-5 復(fù)合模圓形厚凹模典型組合尺寸，可得其他沖模零件的數(shù)量、尺寸及主要參數(shù)。1)卸料板 標(biāo)準(zhǔn)編號JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm8mm,結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。 圖4卸料板2)凸凹模固定板 標(biāo)準(zhǔn)編號JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm12mm，結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。 圖5凸凹模固定板3) 頂件塊 非標(biāo)準(zhǔn)件，尺寸根據(jù)凸、凹模尺寸確定，結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。 圖6頂件塊4）凸凹模凸

16、凹模采用直通式結(jié)構(gòu)，固定部分簡化為圓形，因采用彈壓卸料，所以凸凹模長度按下式6計(jì)算 L=h1+h2+t+h式中，h1凸凹模固定板厚度，mm；h2卸料板厚度，mm；t材料厚度，mm；h增加長度。它包括凸凹模修磨量、凸凹模進(jìn)入凹模的深度（0.51mm）、凸凹模固定板與卸料板之間的安全距離等，一般取1020mm。本例中，h1=12mm，h2=8mm，t=1mm，h取14mm，所以凸凹模長度 L=h1+h2+t+h=12+8+1+14=35mm凸凹模結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。圖7 凸凹模5)凸模凸模亦采用直通式，固定部分簡化成圓形，長度L=19.5mm,其結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。圖8 凸模（三）選擇模架由凹模周界尺

17、寸63mm20mm及模架閉合高度110mm，查文獻(xiàn)【2】表5-8滑動(dòng)導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱模架規(guī)格，選用后側(cè)導(dǎo)柱模座,其主要參數(shù)如下：上模座 63mm63mm25mm(GB/T2855.5-1990)；下模座 63 mm63mm30mm(GB/T2855.6-1990)；導(dǎo)柱 16mm110mm30mm(GB/T2861.2-1990)；導(dǎo)套 16mm50mm23mm(GB/T2861.6-1990)。模架具體結(jié)構(gòu)尺寸，參照文獻(xiàn)【5】表4-6后側(cè)導(dǎo)向模柱、表3-38導(dǎo)柱和表3-39導(dǎo)套設(shè)計(jì)。（四）模柄設(shè)計(jì) 本例采用凸緣模柄，尺寸與模柄孔配做。六、校核壓力機(jī)安裝尺寸模座外形尺寸為63mm63mm，閉合高度

18、為110mm，J23-10型壓力機(jī)工作臺尺寸為370mm240mm，最大閉合高度為180mm，故此壓力機(jī)能滿足要求。七、繪制裝配圖圖9 裝配圖結(jié)束語鈑金沖壓成形課程設(shè)計(jì)是我們在大學(xué)期間的一門重要課程，是對我們將理論應(yīng)用于實(shí)踐能力的考核。通過這次課程設(shè)計(jì)我加深了對沖壓成形的理解，掌握了模具設(shè)計(jì)的基本方法，很好地鞏固了以前所學(xué)的知識，相信對我將來從事工作將有很大幫助。在本設(shè)計(jì)過程中，各位老師和同學(xué)們給予我大量的指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。 由于個(gè)人水平有限，在設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和不足，還請老師批評指正。致謝 經(jīng)過兩周的忙碌和工作，本次課程設(shè)計(jì)終于完成了，作為一個(gè)本科生的課程設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的幫助，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很難的。在這里首先要感謝郭拉鳳和張春元老師。他們平日里工作繁多，但在我做課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的裝配圖較為復(fù)雜，但是郭老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的研究精神也是我學(xué)習(xí)的榜樣，并將對我今后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生積極影響。其次要感謝和我一起作課程設(shè)計(jì)的謝現(xiàn)龍同