畢業(yè)設(shè)計（論文）-墊片沖壓工藝分析與模具設(shè)計

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）中文題目墊片沖壓工藝分析與模具設(shè)計英文題目Design of blanking die for gasket選題編號系（部）機電與軌道車輛工程系專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化學生姓名學 號班級2018級4班指導教師職稱副教授完成時間2022年3月25日摘 要沖壓加工是較常見的加工方式，應(yīng)用于多個領(lǐng)域，金屬領(lǐng)域最常見，輕工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸成熟。本文設(shè)計垂直連接板的沖壓模具。本文對于垂直連接片的沖壓分析和模具設(shè)計的工作內(nèi)容如下：首先，對于垂直連接片做深入的了解，查閱相關(guān)資料，了解其一般工作環(huán)境、工作條件、加工的要求以及生產(chǎn)的一般步驟；其次，對于結(jié)合收集到的材料，對于零件進行工藝

2、方案的確定以及排樣設(shè)計，并對于需要設(shè)計的模具進行受力分析計算與工作部分的設(shè)計計算；最后，設(shè)計模具的主要工作零部件結(jié)構(gòu)，并且使用CAD設(shè)計軟件繪制包含零件圖和裝配圖的模具結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：級進模；工藝分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計AbstractStamping is a common processing method, which is applied in many fields, the most common in the metal field, and the application in the light industry field is gradually mature. In this pa

3、per, the stamping die of vertical connecting plate is designed.In this paper, the stamping analysis and die design of vertical connecting piece are as follows:First of all, make an in-depth understanding of the vertical connecting piece, consult relevant materials, and understand its general working

4、 environment, working conditions, processing requirements and general production steps;Secondly, for the collected materials, the process scheme and layout design of the parts are determined, and the stress analysis and calculation of the mold to be designed and the design and calculation of the wor

5、king part are carried out;Finally, the structure of the main working parts of the die is designed, and the die structure including part drawing and assembly drawing is drawn by CAD design software. Key words: Angle piece sets; Atamping process; Nesting;Progressive dieIV西南交通大學希望學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）目 錄1 沖壓件結(jié)構(gòu)

6、工藝性分析- 1 -1.1沖壓件圖- 1 -1.2 沖壓件工藝性分析- 1 -1.2.1 原材料分析- 1 -1.2.2 形狀結(jié)構(gòu)分析- 2 -1.2.3 制件尺寸精度分析- 2 -2 沖裁工藝方案的確定- 3 -2.1 沖裁工藝方法的選擇- 3 -3 零件工藝設(shè)計計算- 4 -3.1 排樣方式的選擇- 4 -3.2 搭邊值與條料寬度確定- 4 -3.3 進距的確定- 6 -3.4 排樣圖設(shè)計- 6 -3.5 材料利用率及排樣圖的確定- 6 -4 工藝計算- 9 -4.1 沖壓力計算- 9 -4.1.1沖裁力計算- 9 -4.1.2卸料力的計算- 10 -4.1.3推件力的計算- 10 -4.

7、1.4 總沖壓力的計算- 10 -4.2壓力機的選擇- 11 -4.3模具中心的確定- 11 -4.4刃口尺寸計算- 13 -4.4.1凸、凹模工作部分尺寸計算的基本原則- 14 -4.4.2 凸、凹模工作部分加工方法的選擇- 14 -4.4.3 凹、凸模刃口尺寸的計算- 15 -5 模具主要零部件設(shè)計- 18 -5.1 凹模設(shè)計- 18 -5.1.1 凹模外形的確定- 18 -5.1.2 凹模材料的確定- 20 -5.1.3 凹模的固定方式- 20 -5.1.4 凹模精度的確定- 20 -5.1.5 凹模的零件圖- 20 -5.2 墊板的設(shè)計- 21 -5.3凸模固定板的設(shè)計- 22 -5.

8、4 凸模的設(shè)計- 23 -5.4.1 凸模的結(jié)構(gòu)確定- 24 -5.4.2凸模的高度確定- 24 -5.4.3 凸模材料- 25 -5.4.4落料凸模：- 25 -5.5 卸料零件設(shè)計- 26 -5.5.1卸料板的設(shè)計- 26 -5.6定位零件- 26 -6 模架選用及閉合高度校核- 27 -6.1上下模座的選用- 27 -6.2 模柄的選用- 27 -6.3閉合高度校核- 27 -7 模具裝配圖和模具工作原理- 29 -7.1模具裝配圖- 29 -7.2模具工作原理- 31 -參考文獻- 32 -致 謝- 34 -VI1 沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性分析1.1沖壓件圖本次課程設(shè)計沖壓制件如圖1-1所示，

9、具體要求為：(1)名稱：墊片(2)壁厚：1.2mm(3)材料：Q235(4)批量：大批量(5)技術(shù)要求：零件未注公差尺寸，屬于自由尺寸，按IT13級加工，結(jié)構(gòu)簡單，沖壓工藝為落料。圖1-1制件圖1.2 沖壓件工藝性分析1.2.1 原材料分析Q235鋼，該材料的抗拉強度是385MPa，伸長率15%，有良好的力學性能，鋼強度低、韌性、塑性和焊接性都比較好，因此這種鈑材有較好的沖壓性能，適合沖裁加工。1.2.2 形狀結(jié)構(gòu)分析零件結(jié)構(gòu)對稱，無尖角，滿足沖裁最小孔徑dmin1.0t=1.2mm的要求，滿足沖裁件最小孔邊距l(xiāng)min1.5t=1.6mm的要求。所以該零件的結(jié)構(gòu)適合沖裁。1.2.3 制件尺寸精

10、度分析零件圖上無公差的尺寸屬于自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。查公差表2-1可得各尺寸公差為：零件外形：100 0 -0.74mm，80 0 -0.74mm， R10 0 -0.25mm,R5 0 -0.25mm。結(jié)論：適合沖裁。表1-1 標準公差數(shù)值公差等級IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14基本尺寸/mm/m/mm336610101818303050508080120120180180250250315315400400500344567810121416182045689111315182023252768991316192225293

11、236401012151821253035404652576314182227333946546372818997253036435262748710011513014015540485870841001201401601852102302506075901101301601902202502903203604000.100.120.150.180.210.250.300.350.400.460.520.570.630.140.180.220.270.330.390.460.540.630.720.810.890.970.250.300.360.430.520.620.740.871.001.

12、151.301.401.55- 36 -2 沖裁工藝方案的確定工藝方案主要包括沖壓工序，工序的組合以及工序順序。2.1 沖裁工藝方法的選擇墊片可以有以下三種工藝方案。方案一：落料，沖孔，采用2套簡單的沖裁模生產(chǎn)。方案二：多腔落料復(fù)合沖裁。采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：采用落料級進沖壓生產(chǎn)。其三種工序的性能見表2-1。表2-1 單工序沖裁、級進沖裁和復(fù)合沖裁性能比較項目方案一方案二方案三生產(chǎn)批量小批量中批量和大批量中批量和大批量沖壓精度較低較高較高沖壓生產(chǎn)率低，壓力機一次行程內(nèi)只能完成一個工序較高，壓力機一次行程內(nèi)可完成二個以上工序高，壓力機在一次行程內(nèi)能完成多個工序?qū)崿F(xiàn)操作機械化自動化的可能性較易，

13、尤其適合于多工位壓力機上實現(xiàn)自動化制件和廢料排除較復(fù)雜，只能在單機上實現(xiàn)部分機械操作容易，尤其適應(yīng)于單機上實現(xiàn)自動化生產(chǎn)通用性通用性良好，適合于中小批量生產(chǎn)及大型零件的大量生產(chǎn)通用性較差，僅適合于大批量生產(chǎn)不能通用，僅適合于中小型零件的大批量生產(chǎn)沖模制造的復(fù)雜性和價格結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，價格低沖裁較復(fù)雜零件時，比沖裁模低沖裁較簡單零件時低于復(fù)合模單工序模具生產(chǎn)效率高，能保證沖裁剪外周和內(nèi)孔的精度，定位板料的方式簡單多樣，比復(fù)合模、級進模的定位方式簡單，且模具的外周尺寸小。墊片的量大、零件的尺寸較小，制造相對比較難，為提高生產(chǎn)率，根據(jù)上述方案的分析、比較、選用方案一單工序模具沖裁。3 零件工藝

14、設(shè)計計算3.1 排樣方式的選擇沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣可以減小材料消耗、提高生產(chǎn)率，合理的排樣將有利影響到材料的合理利用、沖件質(zhì)量、生產(chǎn)率、模具結(jié)構(gòu)與壽命。排樣的方法有：直排、斜排、對直、混合排 ，根據(jù)設(shè)計模具制件的形狀、厚度、材料等方面全面考慮。因此有下列三種方案：方案一：有廢料排樣 工件周邊都留有搭邊。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 因受條料和不精確定位的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量無法保證，模具壽命更低，但材料利用率最高。通過上述三種

15、方案的分析比較，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳。根據(jù)制件的工藝性和經(jīng)濟性考慮本設(shè)計決定采用直排:排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。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(zhì)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。3.2 搭邊值與條料寬度確定搭邊值通常由經(jīng)驗值確定，表3-1所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。表3-1 搭邊a和a1數(shù)值材料厚度圓形件半徑r2t的工件矩形工件邊長L50mm矩形工件邊長L50mm或r2t的工件工件間a1沿邊a工件間a1沿邊

16、a工件間a1沿邊a0.251.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.01.62.01.21.51.82.02.02.22.02.51.51.82.02.22.22.52.53.01.82.22.22.52.52.8t以上表格中，是表示普通沖裁材料的搭邊值，硬黃銅等特殊材料的搭邊值是上述表中的11.1倍，可查表5-1得：級進排樣，零件間搭邊值a1=1.0，側(cè)邊搭邊值a=1.0。排樣方式和搭邊值確定以后，條料的寬度

17、與進距就可計算出。計算條料的寬度時須要考慮三種情況：有側(cè)壓裝置時條料的寬度；無側(cè)壓裝置時條料的寬度；有定距側(cè)刃時條料的寬度。本設(shè)計采用的是無側(cè)壓裝置的模具。條料寬度公式： B=（Dmax+2a1+C） （3.1）導料間距公式： S=B+C1 （3.2）式中: B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1-側(cè)搭邊值，可參考表5-1； -條料寬度的單向（負向）偏差；C-導料板與最寬條料之間的間隙，其最小值。表 3-2 送料最小間隙（mm）材料厚度t（mm）無側(cè)壓裝置有側(cè)壓裝置條料寬度B（mm）100100200200300180260260360360500500-0.030-0

18、.035-0.040-0.050+0.045+0.050+0.060+0.070由下表4-5可查得：制件沖孔部分均為IT14級磨損系數(shù)x=0.5。表4-5 磨損系數(shù)x材料厚度工件公差1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30磨損系數(shù)非圓形值圓形值10.750.50.750.5工作零件刃口尺寸如圖4-2， 圖4-2工作零件刃口尺寸表4-6 工作零件刃口尺寸的計算：表4-6 刃口高度料厚0.50.5112244刃口高度h668810101

19、214查表4-6得：刃口高度為h6mm，取h=3mm刃口尺寸計算：落料尺寸： 沖孔尺寸： 孔心距尺寸： (1)落料凹模磨損后尺寸變大的： 計算公式： 查文獻（1）表3-5得X=0.5， 故：查文獻（1）P53表3-3得雙面間隙為（2）沖孔：以凸模為基準配作凹模，凸模磨損后變小的尺寸有： 計算公式有： （3）中心距：計算公式： 故： 凸凹模刃口尺寸配作，保證兩者雙面間隙0.132mm0.240mm5 模具主要零部件設(shè)計設(shè)計零部件時要結(jié)合加工方法進行設(shè)計。結(jié)合模具的特點，該套模具的凸凹模、卸料板和凸凹模固定板采用線切割加工。5.1 凹模設(shè)計5.1.1 凹模外形的確定凹模采用整體凹模，各種沖裁的凹模

20、孔均采用線切割機床加工，安排凹模在模架上位置時，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。模具的各尺寸計算公式如下：凹模厚度 H=kb （5.1）凹模邊壁厚 c=(1.52)H （5.2）凹模板邊長 L=b1+2c （5.3）凹模板邊寬 B=b2+2c （5.4）式中： b1-沖裁件的橫向最大外形尺寸；b2-沖裁件的縱向最大外形尺寸；K-系數(shù)，考慮板料厚度的影響，查表5-1。表5-1 系數(shù)K值材料料寬s/mm材料厚度t/mm11336500.300.400.350.500.450.60501000.200.300.220.350.300.451002000.150.200.180.2

21、20.220.302000.100.150.120.180.150.22查表5-1得：K=0.3。根據(jù)公式5-1可計算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H=Kb=0.3510035mm查表5-2,結(jié)合沖裁模具裝配需要，取厚度為35mm。根據(jù)公式5-2可計算模具壁厚：c=(1.22)H =1.235235=4270mm取凹模邊壁厚為70mm。根據(jù)凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。根據(jù)公式5-3可計算凹模長：L=b1+2c=100+270=240mm根據(jù)公式5-4可計算凹模寬：B=b2+2c=100+270=240mm凹模的長度要保證送料粗定位精度，凹模的高度要考慮裝配的需要。以上為理論計算值

22、，查表5-2取標準L=250mm,B=250mm。凹模輪廓尺寸為：250mm250mm35mm。表5-2 矩形和圓形凹模的外形尺寸（GB2858-81）矩形凹模的長度和寬度LB矩形和圓形凹模厚度圓形凹模直徑d6350、6363 10、12、14、16、18、20638063、8080、10063、10080、100100、12580 12、14、16、18、20、2280、100125100、125125、（140）80、（140）100 14、16、18、20、22、25125（140）125、（140）（140）、160100、160125、160（140）、200100、200125 1

23、6、18、20、22、25、28（140）160160、200（140）、200160、200125、250（140） 16、20、22、25、28、32160200200、250160、250200、（280）160 18、22、25、28、32、35200250250、（280）200、（280）250、 20、25、28、32、35、40250315250 20、28、32、35、40、45（280）、3155.1.2 凹模材料的確定落料凹模的作用完成工件的沖裁，凹模在模具上所受力較大，對硬度、強度的要求較高。該零件選擇材料為Cr12，Cr12具有更高的淬透性、耐磨性和承載強度，且淬火變

24、形小。它的強度、硬度，能夠滿足零件的加工要求。5.1.3 凹模的固定方式凹模采用銷釘和螺釘固定。銷釘?shù)臄?shù)量為兩個，其位置按對稱分布。螺釘?shù)臄?shù)量為四個，其位置按對稱分布。這樣有利于力的均勻分布。5.1.4 凹模精度的確定根據(jù)凹模作為工作零件，其精度要求較高，外形精度為IT11級，內(nèi)型腔精度為IT7級，表面粗糙度Ra為3.2um，上下平面的平行度為0.04。5.1.5 凹模的零件圖根據(jù)以上計算繪制出凹模零件圖，如下圖所示：圖5-1 凹模簡圖5.2 墊板的設(shè)計墊板能提供更好的緩沖給模具,在高速沖裁的沖裁模中，墊板必不可少。墊板的厚度一般取凹模厚度的0.20.3倍。則墊板的厚度為： H =（0.40.

25、6）H凹 （5.5）式中： H墊板厚度；H凹-凹模厚度。根據(jù)公式（7-8）得凸凹模固定板厚度為： H =（0.40.6）H凹=（0.40.6）H凹=（0.40.6）25=1015（mm）墊板厚度取10mm。圖5-2 墊板簡圖5.3凸模固定板的設(shè)計凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強度，使凸模與落料凹模、上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。則凸模固定板的厚度： H凸固=（0.60.8）H凹 （5.6）式中： H凸固-凸模固定板厚度；H凹-凹模厚度。根據(jù)公式5-6得凸模固定板厚度為： H凸固=（0.60.8）H凹=（0

26、.60.8）H凹=（0.60.8）25= 1520（mm）凸模固定板厚度取16mm。凸模固定板如圖5-3所示：圖5-3 凸模固定板簡圖5.4 凸模的設(shè)計5.4.1 凸模的結(jié)構(gòu)確定凸模結(jié)構(gòu)通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體凸模，根據(jù)加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。直通式凸模的工作部分和固定部分的形式與尺寸做成一樣，這類凸模一般采用線切割方法進行加工。臺階式凸模一般采用機械加工，當形狀復(fù)雜時，成形部分常采用成型磨削。5.4.2凸模的高度確定該套模具中的凸模設(shè)計為臺階式凸模。凸模與凸模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模的總和。圖5-4 凸模高度尺寸

27、凸模高度為： L=h1+h2+（510） （5.7）式中： h1-凸模固定板厚度；h2-落料凹模厚度；510 -增加長度，增加長度包括凸模的修磨量，凸模進入凸凹模的深度。（附加長度取8mm）。根據(jù)公式5-7得凸模高度為：L= h1+h2+（510）=30+30+8 =68mm 沖孔凸模的高度為68mm。5.4.3 凸模材料該模具要求有較高的壽命和較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力。所以凸模的材料與凹模材料一致，應(yīng)選Cr12。淬火硬度取HRC 58-62。凸模的簡圖如圖5-5.圖5-5 凸模簡圖5.4.4落料凸模：結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計成直通式，并設(shè)計掛臺防止拔出，與凸模固定板

28、的配合按H7/n6，裝配后同磨，其長度L與比沖孔凸模短1mm，取68mm。材料選用T10A，淬火硬度HRC5862。圖5-6 凸模簡圖5.5 卸料零件設(shè)計5.5.1卸料板的設(shè)計該套模具中采用彈性卸料裝置，卸料板與凸凹模的間隙值由表5-3確定，取0.05mm。卸料板的厚度為15mm，卸料板與凹模的外形尺寸相同。卸料板上設(shè)置了4個螺釘。卸料板采用45鋼制造，熱處理淬火硬度4548HRC，卸料板的標記為：100mm100mm10mm。表5-3 卸料板與凸凹模間隙值材料厚度t/mm0.50.511單邊間隙Z/mm0.050.10.15表5-4 固定卸料板厚度沖件厚度t卸料板寬度505080801251

29、252002000.866810120.81.5681012141.53810121416卸料板材料選擇是45鋼。卸料板四個螺紋孔和擋料銷、導料銷有定位作用，所以精度要求為IT7級，粗糙度Ra為3.2。5.6定位零件 條料送進模具需要有定位零件，才能使得每次沖裁余量均勻，該板料送進選用手工送料，定位銷選用固定擋料銷即可。6 模架選用及閉合高度校核6.1上下模座的選用本模具采用后置導柱、導套模座。導柱、導套都是圓柱形的，其加工和裝配方便。導柱的長度應(yīng)保證上模座最底位置時（閉合狀態(tài)），導柱上端面與上模座頂面的距離15mm。而下模座底面與導柱底面的距離為5mm。導柱的下部與下模座導柱孔采用H7/r6

30、的過盈配合,導套的外徑與上模座導套孔采用H7/r6的過盈配合。導套的長度，需要保證沖壓時導柱一定要進入導套10mm以上。導柱與導套之間采用H7/h6的間隙配合，導柱與導套均采用20鋼，熱處理硬度滲碳深度0.81.2mm，淬硬5862HRC。導柱的直徑、長度，按標準選取。導柱：d/mmL/mm分別為：B20h110；導套：d/mmL/mmD/mm分別為：A20H711628。模座的尺寸選用標準模架，規(guī)格型號為QM1101-1102 S=160 A=406.2 模柄的選用模柄的作用是將上模座固定在沖床的滑塊上。常用的模柄形式有：（1）整體式模柄，用于小型模具。（2）壓入式模柄，它與模座安裝孔用H7

31、/n6配合，可以保證較高的同軸度和垂直度，適用于各種中小型模具。（3）帶螺紋的旋入式模柄，與上模連接后，擰入防轉(zhuǎn)螺釘緊固，垂直度較差，主要用于小型模具。（4）法蘭式模柄，用于中、大型模具本模具采用壓入式模柄。6.3閉合高度校核模具閉合高度的數(shù)值應(yīng)滿足式 （5.8）壓力機最大閉合高度Hmax=215 mm，壓力機最小閉合高度Hmin=145 mm。代入公式215 mm-5 mmH0145 mm+10 mm210 mmH0155 mm經(jīng)初步分析，初選模具的最小閉合高度為H0=160 mm，設(shè)計的墊片沖裁模具閉合高度為186mm，該模具方可進行生產(chǎn)。7 模具裝配圖和模具工作原理7.1模具裝配圖 經(jīng)上述章節(jié)的設(shè)計和敘述，繪制模具各個零件圖后進行裝配，得到墊片模具裝配圖下模裝配如下圖7-1，上模裝配如圖7-2，模具總裝圖如圖7-3.圖7-1 下模裝配圖圖7-2 上模裝配圖圖7-3 模具總裝圖7-4 模具總裝工程圖7.2模具工作原理條料送進時采用固定擋料銷進行定位，而有導料銷保證送料沿正確的方向送進。當條料送到指定位置時，上模在壓力機的作用下進行沖壓。沖壓過程中凸模壓入凹模腔內(nèi)，完成板料