鉸鏈落料沖孔復合模具設計

1、第一章 概述1.1 課題的來源與選題依據(jù)1.課題來源：企業(yè)開發(fā)研制產(chǎn)品需要。 選題依據(jù)：根據(jù)學生所學專業(yè)及教學大綱要求，結合相關企業(yè)實際生產(chǎn)需要及設計模 式，促使學生將所學專業(yè)基礎知識及專業(yè)知識具體應用到實踐中，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的 能力。1.1.1 課題的意義及目的隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓及模具技術也在不斷革新與發(fā) 展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）工藝分析計算方法現(xiàn)代化近幾年來，國外開始采用有限變形的彈塑性有限方法，對復雜成型件的成型過程進行 應力，應變分析的計算機模擬， 只預測某一工藝方案對零件成型的可能性和會發(fā)生的問題， 將結果顯示在圖形的終端上，供設計人員進行修

2、改和選擇。2）模具設計制造現(xiàn)代化 為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短模具設計周期，工業(yè)發(fā)達國家正在大力開展模具計算 機輔助設計和制造的研究，并已在生產(chǎn)中運用。3）冷沖壓生產(chǎn)機械化與自動化 為了大量生產(chǎn)的需要，沖壓設備由低速壓力機發(fā)展到高速自動壓力機。4）發(fā)展新的成型工藝 為了滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代和小批量生產(chǎn)的需要，發(fā)展了一些新的成型工藝，簡易模具， 數(shù)控沖壓設備和沖壓柔性制造技術等。5）不斷改進板料的沖壓性能 目前世界各先進工業(yè)國不斷研制出沖壓性能良好的板料，只提高沖壓成型能力和使用 效果。設計目的：1）掌握冷沖壓模具的設計方法，要求我們將理論與實際密切聯(lián)系起來力求所學知識更完 備。2）培養(yǎng)綜合運用所學

3、知識，獨立解決實際問題的能力，并提高模具的設計與制造水平。3）熟悉查閱有關資料的手冊的方法，了解成型模具的工藝要求及結構特點。4）為了使我們?yōu)橐院蟮墓ぷ鞔蛳铝己玫幕A。第二章 沖壓工藝過程設計2.1 沖壓件的工藝分析2.1.1 根據(jù)零件的使用條件和技術要求進行工藝分析該零件 （ 鉸鏈） 主要用于電信設備上零部件的安裝固定以及用于其它地方，可以說用途 甚為廣泛。有兩個該零件通過銷一樣的東西將其結合就形成了鉸鏈，但問題的關鍵是要注 意卷圓部分以及八字孔，而其它部分要求并不是十分嚴格，只要能達到產(chǎn)品使用目的就可 以。2.1.2 根據(jù)零件的形狀、尺寸精度和材料進行工藝分析1 沖裁件的形狀和尺寸a. 該

4、沖裁件形狀簡單、對稱、可采用少廢料直排，提高材料利用率，并且該沖裁件的外 形 4 處交角處采用了圓角過渡，而八字形孔要保證其尖角不允許圓角過渡，但卷圓端部的 兩個 90尖角不符合沖裁工藝要求，故需要設工藝圓角，其圓角值可查沖壓工藝與模具 設計 表 2.6.1 Rmin=0.35t=0.35 2.g=0.875mm,取 Rmin=1mm。b. 因該沖裁件本身就沒有懸臂與狹槽，故不需考慮其最小寬度b。c. 因受模具強度和零件質量的限制，沖裁件中孔與孔之間以及孔與零件邊緣之間的壁 厚值不能太小，若是太小零件質量不易保證。查書沖壓工藝與模具設計圖 2.6.2 知必 須滿足ct,即c2.5而該沖裁件上C

5、min=9-5.2=3.8c故滿足要求。d. 沖裁件的孔徑由于受沖孔凸模強度和剛度的限制而不宜太小，否則凸模易折斷和壓彎。該沖裁件的材料為 SS400 , t=400510Mpa，查書沖壓工藝與模具設計表 2.6.2 知自由凸模最小沖孔孔徑 d 1.3t=1.3 X 2.5=3.25m而該零件的最小孔徑 d=O8.43.25mm 故滿足要求。e. 該零件上尺寸90、70, 20、40等都是自由公差按IT14取，尺寸630 0.5趨近IT14級，而尺寸 8.5 0、10.4 0、8.4 0均在IT14級以下，普通沖裁加工可獲得的零件尺 寸公差等級可以查冷沖壓模具設計指導表 8-19，當t=2.5

6、mm時，內孔、孔中心距和孔 邊距高于IT14，故該沖裁件可以用普通沖裁完成。2 彎曲工藝性分析a. 彎曲件的最大彎曲圓角半徑可以不加限制， 只要措施得當控制其回彈量即可， 查書沖 壓工藝與模具設計表最小相對彎曲半徑Rmin/t的實驗數(shù)值：當彎曲線與板料軋紋方向垂直時 Rmin=0.6X2.5=1.5mm；當彎曲線與板料軋紋方向水平時 Rmin=1.2X2.5=3mm；而R=5Rmin故滿足要求。b. 由后面尺寸展開計算知直邊 L2=18.42mm， 即H=L2=18.42mm2t=2 X.5=5mm，故 彎曲件的直邊高度也滿足要求。c. 孔邊至彎曲半徑中心的距離 L查沖壓工藝與模具設計P120

7、圖知L 2t而L=26.44-9-8.5-4.2=4.74 2t=2 X 2.5=5m故不能滿足要求，應先彎曲后沖孔。但尺寸相差不大，且考慮該八字形孔是固定螺栓讓孔，形狀和尺寸要求并不是很高，允許有少量的變 形，如果重新做模具其成本大大增加，所以綜合考慮仍然采用沖孔落料復合模。材料分析SS400材料分析寶鋼鋼鐵股份有限公司廠標國家標準Q/BQB 321-2003GB912-89/GB 3274-88 (GB710-91/GB711-88)SS400Q235、Q245化學成分牌號公稱厚度化學成分SS400 22.0CSiMnPS 0.210.30 1.40 0.035 35彎心直徑公稱厚度/mm

8、公稱厚度/mm溫度 試驗沖擊 功率 16516 16 245 235400510 21 17 213a注：a.拉伸試驗取橫向試樣；屈服現(xiàn)象不明顯，采用 Rpa2；對拉伸試驗取Lo=50mm， b=25mm的試樣，即為 GB/T228中P14試樣。c. 沖擊試驗取縱向試樣，沖擊試驗僅適用于厚度不小于12.0mm的產(chǎn)品。d. WEL-TENS90RE 的拉伸試樣取 Lo=50mm, b=25mm。根據(jù)材料分析SS400韌性較好，塑性較好，彈性模量較大（E=206GPa）適宜冷沖壓 成形加工。2.2確定工藝方案沖壓工序類型和工序數(shù)量的確定該零件為電信設備上零部件的安裝固定，故該零件為中批量生產(chǎn)，工藝

9、性較好，可以 從零件圖上直觀確定該沖裁件所需的基本工序有：落料、沖孔、預彎、卷圓、彎曲。工序組合及方案比較方案一：落料沖 8.4孔沖 10.4孔預彎卷圓彎曲。方案二：復合模沖孔落料（落料與沖8.4孔）沖10.4孔預彎卷圓彎曲。方案三：落料與沖8字形孔的級進模預彎卷圓彎曲。方案比較：方案一：此方案需要6副模具，工作量較大，較煩瑣，成本較高，生產(chǎn)率低。方案二：雖然此方案要5副模具才能完成，但相對方案一 6套模具來說已經(jīng)減輕工作 量，并且每副模具都較簡單，而且加工質量比較好，成本也較低。方案三：雖然此方案只需要 4副模具，但第一副模具是涉及級進模，此副模具結構較 復雜，而且制造成本較高，同時沖孔時沖

10、孔的質量比較差，沒有方案二的沖孔質量好；八 字孔一次成型，孔與孔連接處應力較集中，影響模具強度。綜合考慮：采用方案二各工序模具結構形式的確定工序I沖孔落料復合模，采用倒裝式。工序U沖孔模，采用順裝，鑲套式凹模，下漏料。工序川 彎曲預彎R圓角，順裝，帶頂板校正彎曲。工序W彎曲模卷圓R圓角，立式卷圓模。工序V彎曲模成形彎曲，順裝，帶頂板校正彎曲。計算并確定每個工序的形狀和尺寸，繪制各工序圖、排樣圖，并且計算材料利用率1. 復合模（沖外形及2-?8.4 .2孔）1）計算彎曲件毛坯展開尺寸該零件圓角半徑為R=5mm查書沖壓工藝與模具設計知道 R=5 0.5t=0.5 （X25=1.25mm故選單向彎曲

11、件的毛坯展開長度計算公式為：_ naX（r +xt）L 180因匚二旦=2t 2.5查書沖壓工藝與模具設計表 知道x=0.38L3n 45M5+0.38 血.5) =4.67mm 因 r / t =4.25/2.5 =1.7180 查書沖壓工藝與模具設計表 知道k=0.61n a(r +xt) n (31 15) 04.25+0.61 X2.5) “=30.24mm則卷圓部分L4180 圖2-1-1毛坯彎曲圖180 圖2-1-2彎曲角度 1 07 / X，!f L-0 7、39 2I1 =4 7圖2-2毛坯展開圖2) 確定排樣方案 搭邊和條料寬度的確定查書沖壓工藝與模具設計表 因工件材料t=2

12、.5mm且為矩形工件 L 50mm,知 ai=2.5,a2=2.8考慮補償定位誤差，保持條料有一定的剛度可取ai=3mm ,a=3mm條料寬度的確定。b c查表 2.5.3 知 S =0.8 c=0.4此處為無側壓裝置則 B=D +( a+ 3) +c 尸79.8+2(3 + 0.8)+0.4 0.8 = 87.80.8mm取 B =88-?.2mm按制件在材料上的排列來看排樣方案取為直排，詳見排樣圖圖2-3排樣圖3）計算材料利用率1S39.2 63+ (63+90) X13.09+90 X26.44n=00% =2=85%A XB79.5 882沖孔模（工序圖）3.預彎（工序圖）由前面尺寸展

13、開計算知 Li=26.44mm, L2=19.42mm, L3=4.67mm 設L5（225圓弧長），查書沖壓工藝與模具設計表 知道k=0.61L預彎=L1 +L2 +L3 + n( R + kt)Xa= 26.44 +19.42+4.67 + n(4.25 + 0.61 .5)畑5 = 72.2mm180 1804.卷圓（工序圖）L卷圓二 L| + L2 + L3 = 26.44 +18.42 +4.67 = 49.53mm5.零件圖225計算各工序的沖壓力，初選壓力機1）復合模沖孔落料沖裁力計算該零件材料為SS400Ob =400 510MPa 取 ob =450MPa落料 F 二 Lt

14、ob =79.8 X2.5 X450 =89775N查書沖壓模具設計指導表 2-20知k卸=0.04F卸=F XK卸=89775 X0.04 =3591NF 落料=89775+359仁93366沖 8.4孔 F =Lt o = nX8.4 X2.5 X450 =29673N查書沖壓模具設計指導表 2-20知k推=0.04F推=nF XK推=6 X29673 X0.04 =7121.52NF 沖孔=29673 +7121.52 =36794.52NF” =F 落料 +F沖孔=93366+36794.52 =130160.52 N 初選壓力機J23-162) 沖中10.4孔F = Lt ob =

15、nX0.4 X2.5 X450 = 36738N查書沖壓模具設計指導表 2-20知k推=0.04F推=nF XK推=6 X36738 X0.04 = 8817.12NF” =36738+8817.12 =45555.12N初選壓力機J23-103）預彎按校正彎曲時的彎曲力計算查書沖壓模具設計指導表 知 q=4060 MPa取 q=60MPaAW 6.25 X 63=393.7（5彎曲件被校正部分的投影面積）F 校=q XA=60X393.75=23625N初選壓力機J23-104）卷圓按自由彎曲時的V形彎曲件彎曲力計算查書沖壓模具設計指導（） 知 k=1.320.6kbt ob 2亠6泅處 M

16、50=20475N式中b為彎曲件的寬度（mm） ； t為彎曲件的厚度（mm） ； r為內圓彎曲半徑（mm）；広為彎曲件的抗拉強度（ MPa）； K 為安全系數(shù)，一般取 1.3。 初選壓力機 J23-105）彎曲按校正彎曲時的彎曲力計算查書沖壓模具設計指導表 知 q=4060 MPa取q=60MPaAW 4.36 X 63=274.68N彎曲件被校正部分的投影面積）F校 =q XA=60X274.68=16480.8N初選壓力機 J23-10第三章沖壓模具設計3.1模具結構形式的確定我所設計的是鉸鏈落料沖孔（8.4復合模具，經(jīng)分析：我采用倒裝復合模，它的 定位方式可以采用一個固定擋料釘做步擋釘定

17、距，兩個活動擋料釘做側擋釘導料，卸料方 式可以采用彈壓卸料，剛性打料推件，詳情見模具工裝設計圖。3.2計算模具壓力中心，確定模具受力中心的位置落料工序圖中考慮到倒圓角，由于計算較復雜且要求并不是太嚴格，所以我們將其近 似看成是直線，以直線計算較方便，圖見工序圖1/叫1/、臭11卓/ ?-E 1 L圖爭/3-1零件圖各點坐標：A (0，22.5)B (13.015, 0)C (32.78，38.25)D (60.29，31.5)E (79.8, 15.75)零件關于X軸對稱丫。=0Xo2(45 M + 26.03 X13.015 + 19.09 X32.78+40.27 0.29 + 31.5

18、X79.8+ n$.4 X17.5) = 6367.78= 33.82(45+26.03 + 19.09 +40.27 +31.5+ n$.4)188.27所以模具的壓力中心為（33.8,0）該零件左右對稱中心坐標為（39.9, 0）與（33.8,0）相差不大，在模柄范圍內，為使 模具結構對稱，降低模具材料成本，選模具的壓力中心為（39.9, 0）。3.3計算或估算模具各主要零件（凹模、凸模固定板、墊板，凸模）的外形 尺寸，并確定標準模架以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。1 設計凹模的外形尺寸查書沖壓工藝與模具設計表 知系數(shù)k=0.35H =k 4b = 0.35 X79.8 = 27.93mm

19、C =2H =2 X27.93 = 55.86mm凹模外形尺寸A =79.8 +2 X55.86 =191.52mmB =90 + 2 X55.86 =201.72mm綜合考慮并查冷沖模國家標準取H =28mm L XB = 250mm 200mm即凹模尺寸 L XB XH = 250mm X200mm 28mm( GB2858.2 81)凹模材料可以選用 W6Mo5Cr4V2。2 設計主要零部件外形尺寸1)墊板墊板的作用是承受凸?；虬寄５膲毫Γ乐惯^大的沖壓力在上、下模座上壓出凹坑， 影響模具正常工作，墊板厚度根據(jù)壓力機大小選擇，一般取512m m。而此副模具上墊板需考慮打板活動量，故取H

20、=24mm而下墊板可按冷沖模國家標準查取H =12mm，而墊板的外形尺寸與凹模輪廓尺寸基本一致則L XB = 250mm X200mm，材料為45鋼，熱處理后硬度為4348HRC。則 上墊板尺寸 L XB XH = 250mm X200mm X24mm下墊板尺寸 L XB XH = 250mm X200mm X2mm ( GB2858.3 81)2) 固定板固定板主要用于小型凸模或凸凹模等工作零件的固定，固定板的外形與凹模輪廓尺寸一致，厚度取(0.60.8)H 凹即 H = (0.6 0.8) X28 =(16.8 22.4)mm 取 H =22mm，材料可 選 Q235 或 45 鋼。則上、

21、下固定板尺寸 L XB XH = 250mm X200mm 22mm ( GB2858.3 81)3) 卸料板卸料板外形尺寸考慮安裝條料縱向送料的擋料釘，寬度尺寸需放大，并且根據(jù)排樣圖 上擋料釘位置尺寸取其寬度B=230mm，長度仍與凹模一致，即 L = 250mm，厚度按冷沖模國家標準取 H =15mm，則卸料板的尺寸 L XB XH =250mm230mm X5mm4) 卸料橡皮的自由高度根據(jù)工件材料厚度t =2.5mm，沖裁時凸模進入凹模深度取2mm考慮模具維修時刃磨量 2mm再考慮開啟時卸料板高出凸模1mm，則總的工作行程h工件=2.5 + 2+2+1 =7.5mmh自由=h工件(0.

22、25 0.3)=7.5=0.25 0.3= (25 30) mm，取 h自由25mm，模具在組裝時橡皮的預壓量為 h預=(10%15%) xh自由=(2.6 3.9)mm 取 h預=3.5mm5) 模架的選擇查中華人民共和國國家標準GB28512875-81冷沖模.1984-01-01實施.國家標準總局批準選冷沖?；瑒訉蚰＜苤虚g導柱模架 250x200x220265 GB2851.5-813.4 確定凸、凹模的間隙，計算凸凹模工作部分尺寸1)查書沖壓工藝與模具設計表 知 2Cmin =0.36mm2Cmaz =0.5mm沖裁件精度在IT14時X =0.5也可以查書沖壓工藝與模具設計表 2.3

23、.1 設凸、凹模分別按 IT6，IT7 級加工制造，則落料 Ad1 =(Amaz -x A)+.25A = (63 0.5 X0.5)+).25X).5 =62.74；.125 =62.7o.02 mmAd2 =(Amaz x A)；25A =(90- 0.5 x3.87)+).250.87 =89.57；22 =89.6,02mm展開尺寸 79 . 80+0.02試模修正沖孔dp =(dmin+xA)0.25A =(8.2+0.50.4)0.250.4 =8.40.1孔距尺寸 Ld =(Lmin +0.5A)0.125A=(700.37+0.50.37)0.1250.37=69.820.05

24、mm落料凸凹模的基本尺寸與凹模相同，分別是 62.7mm, 89.6mm, 79.8mm, 8.4mm,不必 標注公差，但要注明以0.360.5mm的雙面間隙與落料凹模配做。3.5 校核壓力機初選壓力機型號為J23-16,該壓力機最大閉合高度為220mm,而模具的總閉合高度為 250mm,由這一條就可以說明：初選型號為 J23-16的壓力機不能滿足要求，故改選型號 為JH21-60的壓力機。該壓力機的主要技術規(guī)格 公稱壓力 /KN 公稱壓力行程 /mm 滑塊行程 /mm 行程次數(shù) / 次 最大閉合高度 /mm 閉合高度調節(jié)量 /mm 滑塊中心線到機身距離 /mm 工作臺尺寸 /mm600414

25、07030070270870520 ( 左右前后 )工作臺孔尺寸 /mm 模柄孔尺寸 /mm 電機功率 /kw1505000 （ 直徑X深度）5.51. 是否滿足 H maz- 5mm H m H min +10mm1 .模具總閉合高度H 閉合=50+24 + 22 + 61 7+12+60 =250mm由壓力機 JH21-60 知道 Hmaz =300mm Hmin =230mm由 H maz- 5mm H m H min +10mm 知3005 250 230+10295 250 240所以滿足要求2. 公稱壓力Fg是否大于沖壓計算的總壓力F總，即Fg耳總Fg =600KN F總=130160.52N所以滿足要求3. 滑塊行程是否滿足沖壓件的成形要求 所選壓力機滑塊行程為 140mm 而沖裁此零件的行程只需約 6mm 遠遠小于 140mm 所以滿足要求4. 工作臺尺寸是否大于模具尺寸所選壓力機工作臺尺寸/mm870020 （左右X前后）而模具為 480X280所以工作臺尺寸每邊肯定大于70m m,并且工作臺墊板孔能保證廢料漏下 因此滿足要求 根據(jù)上面計算綜合考慮課題設計（復