《汽車車門扇形齒板精沖模具課程設(shè)計(jì)》

1、目錄2課題來源2設(shè)計(jì)內(nèi)容2工作步驟的擬定22.制件分析3. 工藝分析3 方案制定32.3工藝尺寸計(jì)算43、精沖工藝的力能參數(shù)4 4、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7凸模、凹模和凹凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)7確定模具的結(jié)構(gòu)形式7卸料與出料裝置85、模具零件的選用與設(shè)計(jì)96、模具的校核137、總結(jié)168、參考文獻(xiàn)161 課題分析1.1 課題來源加工件是一扇形齒板,如圖1所示，它是汽車車門玻璃升降器的重要傳動(dòng)零件，它的齒形精度、斷面質(zhì)量和平面度，對(duì)玻璃升降器的傳動(dòng)精度、傳動(dòng)平穩(wěn)性和耐用度等都有很大影響。由于使用普通沖孔落料技術(shù)沖壓出來的產(chǎn)品有精度低、斷面質(zhì)量差的問題，所以進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)精沖方案進(jìn)行生產(chǎn)。該板材料45號(hào)鋼，厚

2、度2mm，齒板外形尺寸精度為IT10級(jí)。 圖1-1 加工件零件圖 設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)零件圖的要求，設(shè)計(jì)出加工該零件的精沖復(fù)合模具，該模具需要完成外形和孔的精沖并滿足精度要求。該設(shè)計(jì)需要運(yùn)用沖裁模具設(shè)計(jì)和精密沖裁的知識(shí)，合理運(yùn)用。具體要求如下:設(shè)計(jì)出生產(chǎn)該扇形齒板的沖裁模具；按照國家標(biāo)準(zhǔn)用AutoCAD軟件繪制模具裝配圖以及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖；撰寫說明書，用圖片和文字結(jié)合說明，并注明計(jì)算公式的出處；1.3 工作步驟的擬定通過對(duì)課題的研究和查找相關(guān)的資料，筆者擬定了整個(gè)設(shè)計(jì)過程中模具設(shè)計(jì)部分的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)步驟如下：凹模、凸模和凹凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；計(jì)算凸模和凹模的刃口尺寸；選擇模具的正倒裝結(jié)構(gòu)；確定卸料和出件方

3、式；選擇標(biāo)準(zhǔn)模架；對(duì)凸模進(jìn)行校核；2 制件分析2.1 工藝分析從產(chǎn)品的使用要求來看，扇形齒板的外形主要是要保證齒形部分的精度和光潔度，因?yàn)樗侵苯佑绊憘鲃?dòng)精度的。在扇形齒板的四個(gè)孔中，主要是要保證13孔和孔的位置精度，因?yàn)樗麄儗?duì)裝配精度有影響。精沖工藝不用于普通沖壓工藝。精沖需要三重動(dòng)作和壓力，除主沖裁力外，還需要有齒圈壓板壓力和反壓板壓力，從而使變形區(qū)內(nèi)外，上下形成三向壓應(yīng)力，并在近似于純剪切狀態(tài)下成形。本文論述了采用通用壓力機(jī)與液壓模架、精沖模具組合的方式來實(shí)現(xiàn)精沖工件的目的，即靠壓力機(jī)提供主沖裁力，通過液壓模架上的兩個(gè)液壓缸獲得齒圈壓板壓力和反壓板壓力，從而達(dá)到精沖的三重動(dòng)作和壓應(yīng)力的要

4、求，完成圖1中所示扇形齒板的精密沖裁。2.2 方案制定 零件需要加工外形（齒板）和4個(gè)孔，用精密沖裁滿足要求。初擬的幾個(gè)方案如下： 方案一：先落料，再?zèng)_孔，采用單工序模進(jìn)行生產(chǎn)。 方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)。 方案三：沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)。 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序，兩套模具，生產(chǎn)效率低，且兩次定位難以滿足精度要求，生產(chǎn)效率低。方案三使用級(jí)進(jìn)模，級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，成本高，且同樣有多次定位誤差，不太合適。個(gè)人比較傾向于方案二，用復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)可以提高生產(chǎn)效率，該零件精度要求較高，用復(fù)合模也可以滿足要求。 工藝尺寸計(jì)算2.3.1 毛坯尺寸根據(jù)

5、圖1計(jì)算，得長度方向?yàn)?64mm，寬度為95mm，厚度為2mm?；￠L: L=*d*/360 # 0 L=d/360=158/360=13孔周長： L1 =d= 15孔周長： L2 =d=15孔周長: L3 =d=mm扇形邊緣邊長： L4 排樣排樣搭邊確定，采用直排。根據(jù)參考文獻(xiàn)1表11-1得x=4.5，y=5.5。（x表示側(cè)邊距，y表示相鄰兩工件間距。）3 精沖工藝的力能參數(shù)3.1 精沖工藝力的計(jì)算精沖工藝過程是在壓邊力，反壓力和沖裁力三者同時(shí)作用下進(jìn)行的，這三個(gè)力對(duì)模具設(shè)計(jì)和保證工件質(zhì)量以及提高模具壽命具有重要意義。根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p9195的內(nèi)容，分別計(jì)算沖裁力，壓邊力，反壓力，總壓力以及

6、卸料力和頂件力。3.1.1 沖裁力沖裁力P1大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長度，材料的厚度和抗拉強(qiáng)度?？砂磪⒖嘉墨I(xiàn)1 p92由Timmerbeil提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：P1=f1Lttb （2-1）式中 f1 系數(shù)，取決與材料的屈強(qiáng)比 Lt 內(nèi)外周邊的總長（mm） t 材料厚度（mm） b 材料的抗拉強(qiáng)度（N/mm2）其中 Lt=L+L1+L2+L3+2L4= t=2mm b=550N/mm2考慮到精沖時(shí)由于模具的間隙小，刃口有圓角，材料處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)和一般沖裁相比提高了變形抗力，因此f1根據(jù)參考文獻(xiàn)1圖6-2取0.9。 故沖裁力為： P12550=1150KN（大約115T） 壓邊力V型環(huán)

7、壓邊力的作用有三：防止剪切區(qū)以外的材料在剪切過程中隨凸模流動(dòng)；夾持材料，在精沖過程中是材料始終和沖裁方向垂直而不翹起；在變形區(qū)建立三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)。因此壓邊力對(duì)于保證工件剪切面質(zhì)量，降低動(dòng)力小號(hào)和提高模具的使用壽命有密切關(guān)系?？梢园凑諈⒖嘉墨I(xiàn)1 p93經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：P2=f2Le2hb (2-2)式中 f2系數(shù)，取決于 L=*d*/360 b； Le工件外周邊長度（mm）； hV形齒高（mm）; b材料的抗拉強(qiáng)度（N/mm2）其中 Le=624mm； h=0.8mm； b=550N/mm2f2根據(jù)參考文獻(xiàn)1 表6-1查得取1.8。故壓邊力為： P2624550=494KN(大約49T) 反壓

8、力反壓板的反壓力也是影響精沖件質(zhì)量的重要因素，它主要影響工件的尺寸精度，平面度，塌角和孔的剪切面質(zhì)量。反壓力可以根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p93經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：P3=20%P1 （2-3）故反壓力為： P3=20%1150=230KN（大約23T）3.1.4 總壓力工件完成精沖所需的總壓力Pt是選用壓力機(jī)的主要依據(jù)，根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p94 PT=P1+P2+P3 （2-4）式中 P1沖裁力（N）； P2保壓壓邊力（N）； P3反壓力（N）由于在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)V形環(huán)壓邊圈壓入材料所需的壓邊力P2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于精沖過程中為了保證工件剪切面質(zhì)量要求V形環(huán)壓邊圈保持的壓力P2,一般P2只有P2的30%50%。故保壓壓

9、邊力：P2=（30%50%）P2=200KN（大約20T）故總壓力為： PT=P1+P2+P3=1150+200+230=1580KN（大約158T） 卸料力和頂件力精沖完畢，在滑塊回程過程中不同步的完成卸料和頂件。壓邊圈將廢料從凸模上卸下，反壓板蔣工件從凹模中頂出。卸料力P4和頂件力P5可以按參考文獻(xiàn)1 p95經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：P4=5%10%P1=115KN(大約11.5T) (2-5)P5=5%10%P1=115KN(大約11.5T) (2-6)4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 凸模、凹模和凹凸模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1.1 凸模的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p83 表2-43選擇凸模的結(jié)構(gòu)形式，在經(jīng)過比較之后

10、，選擇剛度好，便于裝配，固定方便的圓形凸模B，如圖4-1所示圖4-1 凸模結(jié)構(gòu)圖 凹模的結(jié)構(gòu)形式該凹模的作用是與凹凸模一起，沖裁出該扇形齒板的外形。結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2凹模結(jié)構(gòu)圖 凹凸模結(jié)構(gòu)凹凸模需要同時(shí)與凸模以及凹模配合工作，來完成對(duì)齒板外形的沖裁和內(nèi)部孔的沖裁。 4.2 確定模具的結(jié)構(gòu)形式因?yàn)橹萍纳a(chǎn)批量較大，選擇復(fù)合模具和級(jí)進(jìn)模都可以完成，但考慮到加工要求和設(shè)計(jì)的難度，所以采用復(fù)合模。根據(jù)制件的尺寸和精度要求，齒板外形精度為IT10級(jí)，表面粗糙度值為Ra0.6微米，外形尺寸精度和表面質(zhì)量要求都比較高，且整個(gè)零件表面要求平整光滑，斷面質(zhì)量要求良好。這種條件下，復(fù)合模是最合適的加工

11、方法，其他的加工方式都難免會(huì)有不足之處。精沖模具的結(jié)構(gòu)，有固定凸模式和活動(dòng)凸模式兩種。對(duì)于在普通壓力機(jī)上加液壓模架的精沖，一般選擇固定凸模式結(jié)構(gòu)，即凹模和凸模裝在下底板上。這種結(jié)構(gòu)受力平衡，但因精沖后制件，條料和沖孔廢料都留在了模子上，操作不便。因此，根據(jù)產(chǎn)品的使用個(gè)要求，決定只對(duì)外形精沖，對(duì)孔做一般沖孔來處理。這樣可以將固定凸模式結(jié)構(gòu)倒過來裝，沖孔廢料可以從下面漏出，操作方便又安全，如圖4-4所示。倒裝模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：采用彈壓卸料裝置，使沖制出的工件平整，表面質(zhì)量好。采用打料桿將制件或者廢料沖凹?？字写蛳?，因而制件或廢料不在凹模孔內(nèi)積聚，可以減少制件或廢料對(duì)孔的漲力。從而可以減少凹模壁厚，使

12、凹模的外形尺寸縮小，節(jié)省模具的材料。制件或廢料不在凹?？變?nèi)積聚，可以減少制件或廢料對(duì)刃口的磨損，減少凹模的刃磨次數(shù)，從而提高了凹模的使用壽命。制件或者廢料不再凹模內(nèi)積聚，因此也就沒有必要加工凹模的反面孔（出料孔）?？梢钥s短模具的制作周期，降低模具的加工費(fèi)用。由于所選用的倒裝結(jié)構(gòu)是將凹凸模裝在下模座上，所以不用考慮落料的廢料如何排出的問題，只需要考慮如何將制件和沖孔廢料如何從凸模和凹凸模上卸下的問題。這些問題已經(jīng)通過精沖模具的常用方式解決。4.3 卸料與出料裝置精沖完成后，上模上行，下液壓缸通過托桿，齒圈壓板將條料從凹凸模上退出，上液壓缸通過推桿和反壓板將制件從凸模和凹模中頂出。廢料從凹凸模的孔

13、中通過下模板的廢料槽排出。5 模具零件的選用與設(shè)計(jì)5.1 模具零件的選用與設(shè)計(jì)根據(jù)工件的加工特點(diǎn)，有沖孔13，沖孔2-15，沖孔和齒板外形的精沖。 5.1.1 固定板上模固定板選用參考文獻(xiàn)3 p 116117 表2-65矩形固定板，選取JB/T7643.2中的標(biāo)準(zhǔn)模版，有關(guān)數(shù)據(jù)31525028。下模固定板選用參考文獻(xiàn)3 p 116117 表2-65矩形固定板，選取JB/T7643.2中的標(biāo)準(zhǔn)模版，有關(guān)數(shù)據(jù)25025028。5.1.2 墊板上模墊板選用參考文獻(xiàn)3 p 118 表2-67矩形墊板，選取JB/T7643.3中的標(biāo)準(zhǔn)模板，有關(guān)數(shù)據(jù)3152508。下模墊板選用參考文獻(xiàn)3 p 118 表2

14、-67矩形墊板，選取JB/T7643.3中的標(biāo)準(zhǔn)模板，有關(guān)數(shù)據(jù)2502508。 凹模凹模的材料選用Cr12MoV模具鋼，該材料的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、強(qiáng)度均比較高，適合做尺寸較大的沖孔凹模。凹模采用板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘，銷釘和上模座固定的方式。根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 96公式：L=l+2c （5-1）B=b+2c （5-2）式中 l沿凹模長度方向刃口型孔的最大距離（mm）； b沿凹模寬度方向刃口型孔的最大距離（mm）； c凹模壁厚（mm）。其中 l=164mm； b=95mm; c考慮布置螺孔和銷孔的需要，再參照參考文獻(xiàn)3 p 97 表2-48根據(jù)材料厚度為3mm選取c的范圍為3848

15、mm。 故： L=230mm； B=190mm； 根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 97公式：H= K1K230.1F （5-3）其中 F沖裁力（N）； K1凹模材料修正系數(shù)； K2凹模刃口周邊長度修正系數(shù)。其中 F=1150KN； K1=1(材料為合金工具鋼取1)； K2=1.37（根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p97 表2-49查得）。故 H=66.62mm。由于該公式計(jì)算的是整體式凹模的厚度，本設(shè)計(jì)中凹模并不是直接固定在模座上，而是通過固定板再固定在模座上，所以可以在厚度上去除固定板的厚度28mm，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)凹模尺寸系列進(jìn)行修正，取40mm。 凸模 材料選用Cr12MoV。由于沖裁力較大，使用T10A等材料其硬度不

16、夠，因而使用淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、強(qiáng)度等性能均優(yōu)良的Cr12MoV。凸模的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，需要計(jì)算凸模的長度。根據(jù)圖6倒裝結(jié)構(gòu)可以得出凸模的長度只需計(jì)算凹模與上模固定板的厚度。凹模的厚度為40mm，固定板厚度為28mm，所以凸模長度為68mm。根據(jù)參考文獻(xiàn)3表10-2 選取標(biāo)準(zhǔn)長度為70mm。（1） 沖孔凸模1 用于沖13孔，根據(jù)參考文獻(xiàn)3 表10-2，選取B型標(biāo)準(zhǔn)圓凸模。（2） 沖孔凸模2用于沖15孔，根據(jù)參考文獻(xiàn)3表10-2，選取B型標(biāo)準(zhǔn)圓凸模。（3） 沖孔凸模3用于沖5.2孔，根據(jù)參考文獻(xiàn)3表10-2，選取B型標(biāo)準(zhǔn)圓凸模。5.1.5 凹、凸模固定方式凸模采用凸緣固定方式，結(jié)構(gòu)簡單

17、，剛度好。凹模是使用螺釘緊固，銷釘定位的方式。緊固可靠。由于在確定壓力中心時(shí)，壓力中心與模柄中心并未重合，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭矩，采用如粘結(jié)方式的固定方式容易被破壞。5.1.6 定位使用的是兩個(gè)擋料銷進(jìn)行對(duì)板料定位。5.2 凸、凹模的尺寸計(jì)算5.2.1 13沖孔的凸、凹模尺寸計(jì)算已知孔130根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 277 沖孔零件的要求，當(dāng)精沖件要求內(nèi)形尺寸N+時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)。凸模尺寸：B=G-25% （5-4）式中 B內(nèi)形凸模名義尺寸（mm）； G零件的最大尺寸（mm）； 零件的公差（mm）。其中 G=13.11mm； =0.11mm。故凸模名義尺寸： B=13.11-25%根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p

18、 279 精沖間隙 圖5-66 查得該孔的精沖間隙為0.008mm。故13孔的凹模尺寸為13.099。5.2.2 15沖孔的凸、凹模尺寸計(jì)算 已知孔15。 由于該孔沒有公差要求，可以按照普通沖裁的方式來處理。根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 53 表2-20 查得沖裁間隙為0.25mm。 故凸模尺寸為15mm. 凹模尺寸為15.5mm。5.2.3 5.2沖孔的凸、凹模尺寸計(jì)算 已知孔5.2與扇形的圓心有位置公差要求，所以根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 277，按照以凹模為基準(zhǔn)。 凹模尺寸：A=K+25% （5-5）式中 A凹模名義尺寸（mm）； K零件的最小尺寸（mm）； 零件公差（mm）。其中 K=5.105mm；

19、=0.19mm。 故凹模名義尺寸： A=5.105+25% 根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 279 精沖間隙 圖5-66 查得精沖間隙為0.015mm。 故凸模尺寸為：5.1225mm。5 外形沖裁的凸、凹模尺寸計(jì)算 如圖1-1所示，扇形外形尺寸為0。 根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 277 落料零件的要求，當(dāng)精沖件要求外形尺寸為N-時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)。 凹模尺寸：A=K+25% （5-6）式中 A凹模名義尺寸（mm）； K零件的最小尺寸（mm）； 零件公差（mm）。其中 K=164.34mm； =0.16mm。 故凹模名義尺寸為： A=164.34+25%根據(jù)參考文獻(xiàn)2 p 279 精沖間隙 圖5-66 查得外形的

20、精沖間隙為0.011mm。故凸模尺寸為164.369mm。5.3 復(fù)合凸模的設(shè)計(jì)材料選用Cr12MoV。由于沖裁力較大，使用T10A等材料其硬度不夠，因而使用淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、強(qiáng)度等性能均優(yōu)良的Cr12MoV。復(fù)合凸模的結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。圖5-3 凹凸模本模具組合了沖孔和落料的結(jié)構(gòu)，另外廢料的排除通道也在該復(fù)合凸模的內(nèi)部，加工精度比較高，且略復(fù)雜。該模具采用嵌入固定板的方式，用螺釘將其與墊板固定，固定方式比較簡單，且容易更換。5.4 模架選用由于該加工件精度要求較高，所以選用液壓模架來配合進(jìn)行加工。模具的周界尺寸為230*190，所以選用YMA-1型精沖液壓模架。其最大閉合高度

21、為310mm，最小閉合高度為280mm。5.6 壓力機(jī)選用 為了節(jié)約成本，選用普通壓力機(jī)來完成沖壓過程。根據(jù)參考文獻(xiàn)3 p 36表1-40，選擇型號(hào)為J31-160A的閉式單點(diǎn)壓力機(jī)。公稱壓力為1600KN大于總壓力1580KN。閉合高度為265360mm，模具高度在其工作范圍內(nèi)。所以選用該壓力機(jī)沒有問題。6 模具的校核6.1 凸模的校核凸模的強(qiáng)度，通常核算最小斷面的壓應(yīng)力和縱向保持穩(wěn)定的最大長度。6.1.1 根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p 253 表4-1中圓形凸模的強(qiáng)度核算公式：lmax=/8 Ed03/t （6-1）式中 E凸模材料彈性模量（MPa）； d0凸模大端直徑（mm）； t沖件材料厚度（m

22、m）； 沖件材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。其中 E=210000MPa； d0=8mm； t=2mm； =300MPa；故： lmax= /8Ed03/t =/821000083/(3300) =135mm l=70mmlmax=135mm所以5.2沖孔凸模的強(qiáng)度足夠。6 13沖孔凸模校核 根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p 253 表4-1中圓形凸模的強(qiáng)度核算公式：lmax=C Ed03/t （6-2）式中 C系數(shù)； E凸模材料彈性模量（MPa）； d0凸模大端直徑（mm）； t沖件材料厚度（mm）； 沖件材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。其中 E=210000MPa； d0=18mm； t=2mm； =300MPa； C根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p 254 表4-2查得為0.191。故： lmax=C Ed03/t210000183/（3300） l=70mmlmax所以13沖孔凸模的強(qiáng)度足夠。6 15沖孔凸模校核 根據(jù)參考文獻(xiàn)1 p 253 表4-1中圓形凸模的強(qiáng)度核算公式：lmax=C Ed03/t （6-3）式中 C系數(shù)； E凸模材料彈性模量（MPa）； d0凸模大端直徑（mm）； t沖件材料厚度（mm）； 沖件材料抗剪強(qiáng)度（MPa）。其中 E=210000MPa； d0=18mm