縮口模具設(shè)計(jì)

1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第 1 章 前言 1. . HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第 2 章 沖壓件工藝分析 3. HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1、材料性能分析 3.2、工件結(jié)構(gòu)形狀分析 3. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 3、工藝方案分析 3. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第 3 章 工藝參

2、數(shù)計(jì)算 5. . HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1、計(jì)算毛坯尺寸 5. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2、縮口系數(shù)的計(jì)算 5. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3、縮口次數(shù)的確定 5. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 4、縮口力的計(jì)算 6. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 5、壓力中心的計(jì)算 6.第 4 章 沖壓壓力機(jī)的選擇 8. H

3、YPERLINK l bookmark22 o Current Document 第 5 章 縮口凹模工作部分尺寸 9. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 1、回彈量的確定 9.2、凹模工作部分尺寸 d1 9. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3、縮口模下起始點(diǎn)圓角半徑 9. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4、導(dǎo)入角 9. . HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 5、凹模材料選擇 1.0 HY

4、PERLINK l bookmark32 o Current Document 第 6 章 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1、模具類型的選擇 11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2、送料方式的選擇 11 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3、定位方式的選擇 11 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4、卸料、出件方式的選擇 11 HYPERLINK l bookmar

5、k42 o Current Document 5、導(dǎo)向方式的選擇 11 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第 7 章 模具閉合高度的校核 1.4總結(jié)1.5. HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 參考文獻(xiàn) 1.6. 第 1 章 前言沖壓是使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的加工方法。 沖壓利用沖壓模具對(duì)板 料進(jìn)行加工。常溫下進(jìn)行的板料沖壓加工稱為冷沖壓。模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具， 是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。 模具工業(yè)是 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度， 使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定， 而且在加工中

6、不破壞產(chǎn) 品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價(jià)的軋鋼鋼板或鋼帶為 壞料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低且節(jié)約 能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)， 是其他加工方法所不能比擬的。 使用模具已成為當(dāng) 代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高， 很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工業(yè)方法， 以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。 一般壓力機(jī)加工， 一臺(tái)普通的壓力機(jī)設(shè)備每分鐘可成形零件幾件到幾十件， 高速 壓力機(jī)的生產(chǎn)率已達(dá)到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)、汽車、 拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀表、等產(chǎn)品，有 60%左

7、右的零件是用模具加工出來(lái)的； 而自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱及電風(fēng)扇等輕工業(yè)產(chǎn)品，有 90%左右的零件時(shí) 用模具加工出來(lái)的； 至于日用五金、 餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具 來(lái)進(jìn)行。顯而易見(jiàn)， 模具作為一種專用的工藝設(shè)備， 在生產(chǎn)中的決定性作用和重 要地位逐漸為人們所共識(shí)。為了滿足制件更新?lián)Q代快和生產(chǎn)批量小的發(fā)展趨勢(shì)， 發(fā)展了一些新的成形工 藝（如高能成形和旋壓等 ） 、簡(jiǎn)易模具（如軟模和低熔點(diǎn)合金模等）、通用組合模 具和數(shù)控沖壓設(shè)備等。 這樣，就使沖壓生產(chǎn)既適合大量生產(chǎn)， 也同樣適用于小批 生產(chǎn)。不斷改進(jìn)板料性能， 以提高其成形能力和使用效果， 例如研制高強(qiáng)度鋼板， 用來(lái)生產(chǎn)汽車覆蓋

8、件，以減輕零件重量和提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。接線端子零件是沖壓生產(chǎn)的一個(gè)典型零件， 在客車生產(chǎn)中有很強(qiáng)的作用， 其 模具設(shè)計(jì)有一定的實(shí)用價(jià)值。對(duì)于該制件我們利用先進(jìn)的模具生產(chǎn)提高生產(chǎn)效 益、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本，從而取得很高的經(jīng)濟(jì)效益。沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方 法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、沖壓肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采 用精密模具，工件精度可達(dá)微米級(jí)， 且重復(fù)精度高、 規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、 凸臺(tái)等。冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工， 或僅需要少量的切削加工。 熱沖壓件精 度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)

9、容為用模具生產(chǎn)帶凸緣盒形縮口件， 完成縮口工序。 其中 采用單工序模完成， 解決縮口的計(jì)算問(wèn)題同時(shí)對(duì)相應(yīng)的模具的零件給以詳細(xì)的設(shè) 計(jì)。生成裝配工程圖和相關(guān)的零件圖。第 2 章 沖壓件工藝分析1、材料性能分析該縮口件的材料是 08 鋼，具有較好的沖壓成型性能。圖 2-1 制件圖08 鋼是極軟的低碳鋼，強(qiáng)度、硬度很低，而塑性、韌性極高，具有良好的 冷變形性和焊接性，正火后切削加工性尚可，退火后導(dǎo)磁率較高，剩磁較少，但 淬透性、淬硬性極低。2、工件結(jié)構(gòu)形狀分析 根據(jù)制件的材料、厚度、形狀及尺寸，在進(jìn)行沖壓工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：1）該制件為縮口件，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，毛坯尺寸的計(jì)算是一

10、個(gè)重點(diǎn)。2）縮口凸凹模間隙的確定，應(yīng)符合制件的要求。3）各工序凸凹模動(dòng)作行程的確定應(yīng)保證各工序運(yùn)動(dòng)穩(wěn)妥、連貫。3、工藝方案分析常見(jiàn)的縮口成型模結(jié)構(gòu)形式如下：上圖所示為不同支承方法的縮口模。圖 a 是無(wú)支承形式，其模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，但縮口過(guò)程中坯料穩(wěn)定性差。 b 是外支承形式，縮口時(shí)坯料的穩(wěn)定性較 前者好。 c 是內(nèi)外支承形式，其模具結(jié)構(gòu)較前兩種復(fù)雜，但縮口時(shí)坯料的穩(wěn)定性 最好，本題中采用外支承式一次成型，縮口凹模的工作表面要求表面粗糙度為 Ra 為 0.8 微米，使用標(biāo)準(zhǔn)下彈頂器。第 3 章 工藝參數(shù)計(jì)算1、計(jì)算毛坯尺寸制件為不帶底的筒形縮口工件， 可采用拉深工藝制成圓筒形件， 再進(jìn)行縮口 成形

11、?？s口時(shí)底部不變。 由于在拉深時(shí)須知道縮口件的毛胚尺寸， 根據(jù)圖樣計(jì)算 出拉深件的毛坯尺寸如圖所示：圖 3-1 縮口件毛坯尺寸此工件為無(wú)凸緣圓筒形工件， 要求外形尺寸， 沒(méi)有厚度不變的要求。 此工件 的形狀滿足拉深的工藝要求，可采用拉深工序加工。2、縮口系數(shù)的計(jì)算縮口變形的主要特點(diǎn)是毛坯口部受切向壓應(yīng)力的作用，使口部產(chǎn)生壓縮變形，直徑減小、厚度和高度增加。因此在縮口工藝中，毛坯可能產(chǎn)生失穩(wěn)起皺， 縮口極限變形程度只要受失穩(wěn)條件限制。縮口變形程度用縮口系數(shù)表示：該縮口件縮口后外形直徑為 22mm，毛坯外形直徑為 27mm，因此縮口系數(shù) 為 K=2227=0.815。3、縮口次數(shù)的確定縮口次數(shù)的計(jì)

12、算如下：n log K log 0.815 0.6 1 log Ki log 0.60其中， Ki 為平均縮口系數(shù)，查表得 0.6，計(jì)算得 n1，因此，該縮口件一次可縮口成型。4、縮口力的計(jì)算縮口力是指在縮口成型過(guò)程中模具需要對(duì)工件施加的力，由壓力機(jī)來(lái)提供， 因此計(jì)算縮口力是為了對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行選擇?？s口力的計(jì)算公式如下：F K1.1 Dt0 b(1 d )(1 cot ) 1 D cos 其中，K 為系數(shù)，取 1；D 為縮口毛坯直徑，取 27mm ；t0 為壁厚，取 2mm；b 為抗拉強(qiáng)度，取 430MPa；d 為縮口件直徑，取 22mm；為摩擦系數(shù)，取 0.1；為縮口角度，取 14；因此22

13、1F 1 1.1 27 2 430(1 )(1 0.1cot14) 21427.7N 21.4kN27cos14計(jì)算得縮口力為 21.4KN 。5、壓力中心的計(jì)算模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。 為了確保壓力機(jī)和模 具正常工作， 應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合， 否則會(huì)使沖模和 壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷， 使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過(guò)大的摩擦， 模具導(dǎo)向零件加 速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，可按下述原則來(lái)確定：對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心 相重合。形狀復(fù)雜的零件、

14、多孔沖模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出 沖模壓力中心。解析法的計(jì)算依據(jù)是： 各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì) 該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置 X0，Y0(即 x=0，y=0)，即為所求模 具的壓力中心。單個(gè)零件的壓力中心計(jì)算如下：X0(L1X1+L2X2+LnXn)(L1+L2+Ln)Y0(L1Y1+L2Y2+LnYn)(L1+L2+Ln) 式中： X0-壓力中心的橫坐標(biāo)；Y0-壓力中心的縱坐標(biāo)；L-各線段的長(zhǎng)度；X-各線段重心的橫坐標(biāo)；Y-各線段重心的縱坐標(biāo)。分析本制件圖 2-1 可知，該圖關(guān)于中心對(duì)稱，外輪廓為中心對(duì)稱。所以壓力 中心即為工件的幾何中心。第 4 章

15、 沖壓壓力機(jī)的選擇 壓力機(jī)可分為機(jī)械式和液壓式，機(jī)械式分為摩擦壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、高 速?zèng)_床，液壓式分為油壓機(jī)、水壓機(jī)，而在生產(chǎn)中一般常選用曲柄壓力機(jī)，曲柄 壓力機(jī)分有開(kāi)式和閉式兩種， 開(kāi)式機(jī)身形狀似英文字母 C，其機(jī)身前端及左右均 敞開(kāi)，操作可見(jiàn)大，但機(jī)身剛度差，壓力機(jī)在工作負(fù)荷作用下會(huì)產(chǎn)生變形，一般 壓力機(jī)噸位不超過(guò) 2000KW。閉式機(jī)左右兩側(cè)封閉， 操作不方便， 但機(jī)身剛度好， 壓力機(jī)精度高?？紤]到滿足模具要求在此選閉式壓力機(jī)。 由于沖壓力 F 21.4kN ， 而由公式 Fg (1.82.0)FZ選取 100kN單點(diǎn)閉式壓力機(jī)。參數(shù)如下表：表 4-1 開(kāi)式壓力機(jī)規(guī)格及參數(shù)型號(hào)J23-

16、10J23-16J23-25J23-35J23-40公稱壓力 /KN100160250350400滑塊行程 /mm455565100100最大閉合高度 /mm180220270290330閉合高度調(diào)節(jié) /mm3545556065滑塊中心線至床身 距離 /mm130160200200250滑塊底面 尺寸 /mm前后150180220220260左右170200250250300工作臺(tái)板厚度 /mm35405029065模柄孔尺 寸/mm直徑3040404050深度3560606070根據(jù)以上計(jì)算數(shù)值，查下表 4-1 初選壓力機(jī)為 J23-10型壓力機(jī)。第 5 章 縮口凹模工作部分尺寸1、回彈量的

17、確定回彈量的大小主要取決于縮口直徑的縮小量， 縮口零件的壁厚和零件的機(jī)械 性能。當(dāng)縮口零件的縮小量越大， 縮口零件的壁厚越薄， 則縮口后的回彈量越大。 計(jì)算縮口后的回彈余量是很困難的， 目前尚無(wú)精確的計(jì)算公式， 一般采用近似的 計(jì)算公式。縮口后的回彈量 d 可采用下列公式計(jì)算：d b dE其中， b為抗拉強(qiáng)度極限，對(duì)于 08 鋼，取 430MPa；E 為彈性模量，取 202GPa；d 為縮口后工件直徑，為 22mm；430因此 d 430 22 0.047mm202 1000 由此可知該制件成型后回彈量約為 0.047mm，縮口回彈較小。2、凹模工作部分尺寸 d1 凹模工作部分尺寸可由下公式計(jì)

18、算：d1 d d式中： d1 為工作部分尺寸；d 為縮口后工件直徑，取 22mm ；為縮口后工件直徑公差， IT14 級(jí)取 0.52；d 為縮口回彈量，取 0.047mm；因此 d1 22 0.52 0.047 21.433 由此凹模工作部分尺寸為 21.433mm。3、縮口模下起始點(diǎn)圓角半徑縮口模下起始點(diǎn)的圓角半徑 r 的確定與縮口部分材料厚 度和材料的性能有 關(guān)。如果 r 選取不當(dāng)，將引起工件縮口部分起皺。該題中 r 取 4mm。4、導(dǎo)入角為使每次縮口時(shí)，工件能順利進(jìn)入凹模。在縮口?？诓糠中柙O(shè)置一個(gè)導(dǎo)入角。該導(dǎo)入角與漸變區(qū)起始點(diǎn)圓角半徑 r 相切。導(dǎo)入角 一般取 35，在本題中取。5、凹模

19、材料選擇縮口凹模在工作過(guò)程中與毛坯產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，直徑方 向受切向和徑向應(yīng) 力的聯(lián)作用。因此需要模具有較高的強(qiáng)度和耐磨性。殼體縮口凹模的材料選用 T10A 制造，熱處理硬度 5862HRC。工作部位表面粗糙度 Ra為 0.8m。第 6 章 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、模具類型的選擇通過(guò)第二章對(duì)工件的工藝分析詳細(xì)闡述， 以及各個(gè)設(shè)計(jì)方案的對(duì)比， 決定采 用縮口單工序模作為模需要使模具的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜， 模具的成本足夠低， 壽命足夠 長(zhǎng)以滿足產(chǎn)量需求，而且模具操作方便、安全可靠。2、送料方式的選擇隨著工業(yè)的快速發(fā)展， 對(duì)沖壓技術(shù)的自動(dòng)化生產(chǎn)提出越來(lái)越高的要求， 送料 機(jī)構(gòu)作為沖壓生產(chǎn)中的重要組成部分， 影響著

20、整個(gè)沖壓的生產(chǎn)水平包括生產(chǎn)效率 的高低和生產(chǎn)質(zhì)量的好壞。 我們需要研發(fā)和創(chuàng)新各種機(jī)構(gòu)或配置相應(yīng)的自動(dòng)化輔 助設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)化生產(chǎn)， 對(duì)于本課題的沖壓模具來(lái)說(shuō)， 送料方式的自 動(dòng)化程度尤為重要， 將影響整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程的效率。 對(duì)于精度較高、 運(yùn)速較高的壓 力機(jī)，使用普通的壓力機(jī)不能滿足產(chǎn)品的精度要求。在本次設(shè)計(jì)中，采用自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)。 所采用的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)可以按照規(guī)定的 要求以及編程人員給定的程序進(jìn)行自動(dòng)工作， 操作者進(jìn)行控制該機(jī)構(gòu)的程序而不 用直接操作，即可把坯料料從一位置輸送到另一位置， 從而配合沖床自動(dòng)化生產(chǎn)。 綜合來(lái)說(shuō)， 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)精度較高， 而對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)操作也簡(jiǎn)單， 僅需在該

21、機(jī) 構(gòu)上預(yù)先設(shè)置進(jìn)給量， 對(duì)應(yīng)的伺服系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)所設(shè)置的數(shù)值來(lái)具體確定進(jìn)給長(zhǎng) 度，還能控制工件的步距， 操作人員只需要觀測(cè)該系統(tǒng)是不是正常工作， 不必每 次使用都要調(diào)整。 自動(dòng)送料裝置不但能夠滿足工件的自動(dòng)化生產(chǎn)， 還能夠顯著提 升生產(chǎn)效率，同時(shí)也一定的減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。3、定位方式的選擇本課題用作沖壓生產(chǎn)的原料為圓形坯料， 可以靠模具的外支撐套來(lái)對(duì)毛坯件 的固定和定位。4、卸料、出件方式的選擇因?yàn)榉治鲈撝萍浔诤駜H為 2mm，相對(duì)來(lái)說(shuō)厚度一般，可以得知其相應(yīng) 的卸料力也不大，因此可以考慮使用常用的彈性卸料板，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其 工作過(guò)程為在完成縮口后， 根據(jù)彈性橡膠自身的彈力來(lái)使模

22、具和沖裁材料進(jìn)行分 離。5、導(dǎo)向方式的選擇導(dǎo)向方式一： 采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。 這種導(dǎo)向的方式特點(diǎn)在于其兩個(gè)導(dǎo)致進(jìn)行 模具工作時(shí)的導(dǎo)向， 且兩個(gè)導(dǎo)柱成中心對(duì)稱， 在對(duì)角線的兩個(gè)角上。 其前后左右 都可以送料，而且導(dǎo)向平穩(wěn)不歪斜，常用在落料模、復(fù)合模以及級(jí)進(jìn)模中，工作 速度較快的壓力機(jī)常選用對(duì)角導(dǎo)柱模架，如圖 6-1 所示。圖 6-1 對(duì)角導(dǎo)柱模架示意圖導(dǎo)向方式二： 采用中間導(dǎo)柱模架。 此導(dǎo)向方式有兩個(gè)導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向， 兩個(gè)導(dǎo) 柱在對(duì)稱線上呈左右對(duì)稱， 為了避免裝配模具時(shí)位置裝反， 所以兩個(gè)導(dǎo)柱的長(zhǎng)度 和直徑都不相同，如圖 6-2 所示。圖 6-2 中間導(dǎo)柱模架示意圖導(dǎo)向方式三： 采用四導(dǎo)柱模架。 此

23、導(dǎo)向方式有四個(gè)導(dǎo)柱作為導(dǎo)向， 四個(gè)導(dǎo)柱 分別安裝在模具四個(gè)角的位置， 呈中心對(duì)稱。 其導(dǎo)向精度比較高， 適用于生產(chǎn)尺 寸比較大、批量較大的工件，如圖 6-3 所示。圖 6-3 四導(dǎo)柱模架示意圖導(dǎo)向方式四： 后側(cè)導(dǎo)柱模架。 而這樣的模具特點(diǎn)在于其各方向不受限制， 在生產(chǎn)時(shí)操作和送料都方便，但是這種模架不能夠使用浮動(dòng)模柄，如圖 6-4 所示。圖 6-4 后側(cè)導(dǎo)柱模架示意圖導(dǎo)向方式對(duì)比： 對(duì)角導(dǎo)柱模架不如其他三種模架的導(dǎo)向精度高， 前后左右都 可以進(jìn)料， 然而兩個(gè)導(dǎo)柱的位置限制了放、 取件；而中間導(dǎo)柱模具則無(wú)法進(jìn)行左 右送料，雖其導(dǎo)向平穩(wěn)但不易采用；至于四導(dǎo)柱模具同樣也會(huì)限制放、取件，雖 然它的導(dǎo)向

24、是最好的， 但是僅適用于大型模具。 后側(cè)導(dǎo)柱模具精度不差， 各方向 都能進(jìn)料，放便放件、取件，比較適合中小型模具。首先分析工件，由于工件尺 寸較小，精度要求比較高，綜合比較我們選擇后側(cè)導(dǎo)柱模架。第 7 章 模具閉合高度的校核模具的閉合高度也就是模具在完全閉合時(shí)的高度，沖壓模工作時(shí)下模不動(dòng)， 上模在沖壓機(jī)的帶動(dòng)下上下運(yùn)動(dòng)， 當(dāng)其運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的時(shí)候， 此時(shí)上模座最頂面 到下模最低面之間的高度。 這個(gè)高度必須滿足壓力機(jī)的裝模高度相適應(yīng)， 壓力機(jī) 的最大、最小閉合高度必須包含模具的高度， 不然會(huì)導(dǎo)致模具無(wú)法安裝。 需要注 意的是模具的閉合高度與壓力機(jī)的閉合高度不同， 在生產(chǎn)操作中， 不能簡(jiǎn)單的將 壓力機(jī)的閉合高度與模具的閉合高度等同。 隨著壓力機(jī)設(shè)備使用年限的增長(zhǎng)， 設(shè) 備的老化程度不斷增加， 生產(chǎn)過(guò)程中難免發(fā)生設(shè)備卡主的情況， 而若此時(shí)模具沒(méi) 有閉合，那么模具的限