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摘要
沖壓模具在實際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，工人生產(chǎn)的勞動強度大、勞動量大，嚴重影響生產(chǎn)效率的提高。隨著當今科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中模具的使用已經(jīng)越來越引起人們的重視，而被大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中來。沖壓模具的自動送料技術(shù)也投入到實際的生產(chǎn)中，沖壓模具可以大大的提高勞動生產(chǎn)效率，減輕工人負擔，具有重要的技術(shù)進步意義和經(jīng)濟價值。
本次課程設(shè)計的內(nèi)容為用模具生產(chǎn)無凸緣筒件，其中包括落料、沖孔工序。其中把首次沖孔和落料用連續(xù)模完成，而其他不出圖但進行了相關(guān)的尺寸計算，重點在連續(xù)模上，解決落料的計算問題同時對相關(guān)的模具的零件給以詳細的設(shè)計。生成裝配工程圖和相關(guān)的零件工程圖。
關(guān)鍵詞： 沖壓 模具 沖孔 工程圖
目錄
一、零件的工藝性分析 4
1、1 結(jié)構(gòu)與尺寸： 4
1、2 精度： 4
1、3 材料： 4
二、確定沖裁工藝 5
三、確定模具的總體結(jié)構(gòu) 6
3、1模具類型 6
3、2操作與定位方式 6
3、3卸料與出件的方式 6
3、4模架類型 6
四、沖裁模刃口尺寸的計算 7
4、1凸、凹模刃口尺寸計算的依據(jù)和計算原則 7
4、2 凸、凹模刃口尺寸的計算方法 7
4.2.1落料： 8
4.2.2沖孔 8
4.3設(shè)計選用模具零件 9
4.3.1凹模設(shè)計 9
4.3.2凸模設(shè)計 9
五、設(shè)計計算 10
5.1 排樣設(shè)計與計算 10
5.2塔邊值與條料寬度的確定： 10
5.3材料的利用率 11
六、沖裁工藝力的計算 12
6.1沖裁力 12
6.2卸料力： 12
6.3推件力： 13
6.4總沖裁力 13
6.5選擇壓力機 13
七．零件定位配合 14
7.1沖裁間隙 14
7.2定位裝置 15
7.3卸料裝置 15
八、模架及零件 16
8.1模架類型 16
8.2導向裝置 16
8.3上、下模座 16
8.4模柄 17
8.5凸模固定板 17
8.6墊板 17
8.7緊固件 17
九、模具的裝配和沖裁模的調(diào)試 19
9.1沖裁模的裝配方法 19
9.2沖裁模調(diào)試的內(nèi)容 19
十、繪制模具圖和設(shè)計總結(jié) 20
10.1模具總裝圖的技術(shù)要求內(nèi)容： 20
10.2根據(jù)需要，本設(shè)計只需繪制凸模與凹模的零件圖 20
一、零件的工藝性分析
零件設(shè)計要求
δ=2mm 材料：Q235 生產(chǎn)量：35萬件/年
圖1-1 零件圖
1、1 結(jié)構(gòu)與尺寸：該零件結(jié)構(gòu)較簡單，形狀對稱，尺寸較小。外形直徑為D=42mm,內(nèi)孔直徑d=20mm,均適宜沖裁加工。
1、2 精度：零件圖上的尺寸都未標注公差,工件比較薄，利用普通沖裁可以達到零件圖樣要求。
1、3 材料：加工材料為Q235，08F是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳的質(zhì)量百分數(shù)是0.08％，抗拉強度Rm≥2955MPa；屈服強度Rel≥175Mpa ，延伸率35％，斷面收縮率60％，此材料具有良好的塑性，其加工性能較好。
根據(jù)以上分析，該零件的工藝性較好，可以沖裁加工，加工速度快，可以大批量生產(chǎn)，經(jīng)濟性較好。
二、確定沖裁工藝
該零件包括沖孔和落料兩個基本工序，可采用的沖裁工藝方案有單工序沖裁，復合沖裁和級進沖裁三種。由于零件屬于大批量生產(chǎn)，尺寸又較小，因此采用單工序沖裁效率太低，且不便于操作。采用級進模，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，模具制造工作量和成本在沖裁簡單的零件時比復合模低。
根據(jù)以上分析，該零件采用級進模沖裁工藝方案。
三、確定模具的總體結(jié)構(gòu)
3、1模具類型 根據(jù)零件的沖裁工藝方案，采用級進沖裁模。
3、2操作與定位方式
級進模是指在條料的送料方向上，具有兩個以上的工位，并在壓力機的一次行程中，在不同的工位上同時完成兩道或兩道以上的沖壓工序的沖模。級進模的定距方式采用擋料銷定距。因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機且垂直于送料方向的凹模寬度B小于送料方向的凹模長度L故采用橫向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。
3、3卸料與出件的方式
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。工件平直度較高，料厚為2mm相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。
3、4模架類型
由于零件材料厚度較薄，采用級進沖裁模，二導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較小的零件。
四、沖裁模刃口尺寸的計算
4、1凸、凹模刃口尺寸計算的依據(jù)和計算原則
凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。落料件光面尺寸與凹模尺寸相等（或基本一致），故應(yīng)以凹模尺寸為基準。而落料凸?；境叽纾瑒t按凹?；境叽鐪p最小初始間隙。
工件光面的孔徑與凸模尺寸相等（或基本一致），故應(yīng)以凸模尺寸為基準。而沖孔凹?；境叽纾瑒t按凸?；境叽缂幼钚〕跏奸g隙。
4、2 凸、凹模刃口尺寸的計算方法
采用凸模與凹模分別加工法
圖4-1 零件俯視圖
級進沖裁模，一般沖裁件精度可達到IT15級
墊圈的尺寸精度是按IT15級計算：
內(nèi)孔d=20mm公差0.52,
外形D=42mm公差0.62；
4.2.1落料：
查表3-4、3-5和有關(guān)資料得 ,=0.360mm =0.246mm
=0.040mm =0.060mm x=0.5
校核間隙：| |+||=（0.040+0.060）mm=0.100mm< （4-1）
=(0.360-0.246)mm=0.114mm
故符合條件
將已知和查表的數(shù)據(jù)代入公式，即得
落料凹模尺寸
Dd=(Dmax-xΔ)
=41.69mm （4-2）
落料凸模尺寸
=41.444mm （4-3）
4.2.2沖孔
查表3-4、3-5和有關(guān)資料得：
=0.360mm =0.246mm
校核：||+||=（0.020+0.025）mm=0.045mm< （4-4）
=(0.360-0.246)mm=0.114mm
故符合條件
將已知和查表的數(shù)據(jù)代入公式，即得
沖孔凸模尺寸
=20.26mm （4-5）
沖孔凹模尺寸
=20.506mm （4-6）
4.3設(shè)計選用模具零件
4.3.1凹模設(shè)計
落料凹模的厚度H:
H＝Kb ()
查表得K＝0.36 b=42mm
H＝0.3642＝15.12mm≈15mm （4-7）
凹模寬度B:
B=b+(2.5～4)H=42+(2.5～4)15=79.5～102mm （4-8）
取B=90mm
凹模長度A: 查表c=25mm
A=L+2c=42+225=92mm （4-9）
凹模的材料選用Cr12MoV，工作部分熱處理62～64HRC。
4.3.2凸模設(shè)計
凸模長度的確定：采用彈壓卸料時，其凸模長度按以下式計算
（4-10）
式中：L--凸模長度
---凸模固定板厚度
---卸料板厚度 t---材料厚度
h---增加長度，一般取10mm～20mm,故h=20mm
凸模固定板厚度：=（0.6～0.8）H=0.815=12mm
卸料板厚度,彈壓卸料板厚度一般取5～20mm,其與凸模的單邊間隙一般取0.2～0.5mm，據(jù)卸料力大小而定。故=16mm
L=12+16+2+20=50mm （4-11）
取L=50mm
凸模材料選用Cr12MoV，工作部分熱處理58～62HRC。
凸模的強度與剛度一般不需要校核
五、設(shè)計計算
5.1 排樣設(shè)計與計算 該零件材料厚度較薄，尺寸小，采用直排，如圖所示
圖5-1 排樣圖
5.2塔邊值與條料寬度的確定：
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。第一次沖裁使用活動擋料銷，然后第二次可用固定擋料銷。
搭邊值通常由表所列搭邊值和側(cè)搭邊值確定。搭邊值一般是板厚的1~1.5倍。
搭邊值取2.5mm，壁厚取2mm，條料寬度為47mm，步距為44.5mm。
5.3材料的利用率
沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標。
一個步距內(nèi)的材料利用率
η＝Ａ/BS×100% （5-3）
式中 A—一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積；
B—條料寬度；
S—步距；
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料，結(jié)構(gòu)廢料是由本身形狀決定的，一般是固定不變的，工藝廢料的多少決定于搭邊和余量的大小，也決定于排樣的形式和沖壓方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排樣，減少工藝廢料。
≈51% （5-4）
六、沖裁工藝力的計算
6.1沖裁力
沖裁力：用普通平刃口模具沖裁時，沖裁力按下式計算：
F——沖裁力； L——沖裁周邊長度； t——材料厚度；
——材料抗剪強度(MPa) ；
K——系數(shù)。一般取K＝1.3
通常材料的σb=1.3 沖裁力也可按下式：
——材料的抗拉強度(MPa)。Q235鋼抗拉強度取375MPa
（6-1）
F=3.14×(42+20)×2×375=146010N≈146kN
6.2卸料力：
查表3-11,取為0.04
=0.04×146kN=5.84kN≈6kN （6-2）
6.3推件力：
查表3-11,取為0.055，n=1，所以：
=1×0.055×146kN=8.03kN≈8kN （6-3）
采用彈性卸料裝置：
6.4總沖裁力
＝F++＝146+6+8kN＝160kN （6-4）
壓力機公稱壓力(1.1-1.3)F=1.3160=208kN
6.5選擇壓力機
初選J23-25開式雙柱可傾壓力機，參數(shù)如下：
公稱壓力：250kN
滑塊行程：65mm
最大閉合高度：270mm
最大裝模高度：220mm
連桿調(diào)節(jié)長度:55mm
工作臺尺寸（前后x左右）：370x560 mm
墊板尺寸（厚度x直徑）：50x200 mm
模柄孔尺寸：40x60 mm
最大傾斜角度：30度
壓力中心的計算：
沖件結(jié)構(gòu)簡單，沖裁力不大，采用了四導柱，受力平穩(wěn)，沖裁形狀對稱的沖件時，其壓力中心位于圖形的幾何中心，所以壓力中心就在墊圈的幾何中心，即圓心點就是壓力中心
七．零件定位配合
7.1沖裁間隙
沖裁間隙是指凸，凹模刃口間隙的距離，用符號C表示，其值可為正也可為負，在普通沖裁模中均為正值。它對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。
沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。
在確定間隙值時要按要求分類選用。對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。其間隙暫取厚度的12%，所以由公式：
Zmin=厚度×12%
取中間間隙可得： Zmin=2×12%=0.28mm （7-1）
由于工件形狀較簡單，所以可分別加工凹、凸模。
7.2定位裝置
1.定位裝置用來保證原材料的正確送進并準確定位，在送料方向與垂直與送料方向上，均采用固定擋料銷，控制送料進距，擋料銷尺寸所示（單位：mm）。
d＝6，h＝3，L＝8，d1＝3
圖7-1 擋料銷
2.導正銷是伸入工件的孔中導正其在凹模內(nèi)位置的銷形金屬零件。用于引導工件的位置，以保證精準沖裁工件。導正銷是一種常見的模具配件，精密度非常高。導正銷導正部分的高度h與材料厚度t及導正孔有關(guān)，一般取
h=(0.8～1.2)t=2mm （7-2）
3.定位銷高度h值與材料厚度t有關(guān)
h=t+1=2+1=3mm （7-3）
7.3卸料裝置
采用彈壓卸料裝置，既起卸料作用又起壓料作用，基本零件包括卸料板、橡膠、卸料螺釘。彈壓卸料板厚度 h2＝16mm；卸料螺釘選用M8，
八、模架及零件
8.1模架類型
由于零件材料厚度較薄，采用級進沖裁模，二導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較小的零件。
8.2導向裝置
采用導柱導套式導向裝置。講導柱與導套制成小間隙配合，H7/h6.為了保證使用中的安全性與可靠性，還應(yīng)注意：當模具出于閉合位置時，導柱上端面與上模座的上平面應(yīng)留10～15mm的距離；導柱下端面與下模座下平面應(yīng)留2～5mm的距離。導套與上模座上平面應(yīng)留不小于3mm的距離。
8.3上、下模座
選用矩形模座，模座的長度比凹模板長度長40～70mm，取140mm；寬度等于凹模的寬度，即90mm；厚度為凹模板厚度的1.5倍，取23mm.
8.4模柄
中、小型模具一般是通過模柄將上模固定在壓力機滑塊上。選用壓入式模柄，如圖所示，固定段與上模座孔采用H7/m6過渡配合，并加騎縫銷防止轉(zhuǎn)動。裝配后模柄軸線與上模座垂直度好。
圖8-1 模柄
8.5凸模固定板
選用舉行凸模固定板，根據(jù)凸模固定和緊固件合理布置的需要，確定其長寬為90mm，厚度為凹模厚度的60％～80％，取16mm.材料選用45鋼。
8.6墊板
在凸模固定板與上模座之間加一塊淬硬的墊板，以避免硬度較低的模座因局部受凸模較大的沖擊力而出現(xiàn)凹陷，致使凸模松動。墊板的平面形狀尺寸與固定板相同，墊板厚度一般取5～12mm,現(xiàn)取10mm,材料為Q235.
8.7緊固件
螺釘、銷釘在沖模中起緊固定位作用。選用內(nèi)六角螺釘，規(guī)格為M8，數(shù)量為6個；銷釘φ8，數(shù)量為2個。
模具的閉合高度
考慮到壓力機J23-25的參數(shù)
最大閉合高度：270mm
閉合高度調(diào)節(jié)量：70mm
所以模具的閉合高度H要在這個范圍內(nèi)即165～270mm之間
凹模高度為15mm
上,下模座高度取為23mm
凸模固定板是12mm
墊板厚度取10mm
卸料板厚度取為16mm
橡膠取為20mm
模具的閉合高度H＝23+10+12+20+16+15+20+23=139mm
165<139+70<270所以在壓力機的閉合高度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。
所以選用的J23-25開式雙柱可傾壓力機滿足使用要求
表8-1材料清單
零件名稱
材料牌號
硬度/HRC
尺寸（L×b×H）/mm
下模座
A3
160×125×45
上模座
A3
160×125×40
凹模
Cr12MoV
56～62
90×90×15
凸模
Cr12MoV
56～62
標準件30
凸模
Cr12MoV
56～62
標準件40
墊板
45#
160×100×10
卸料板
45#
160×100×16
凸模固定板
A3
160×100×12
凹模固定板
A3
160×100×15
九、模具的裝配和沖裁模的調(diào)試
9.1沖裁模的裝配方法
沖裁模的裝配方法即確定裝配基準件和裝配順序→按基準件裝配有關(guān)零件→控制并調(diào)節(jié)模具的間隙以及壓料和頂件裝置→試沖與調(diào)整。
沖壓模具上模部分通過模柄安裝在壓力機的滑塊上，是模具的活動部分。下模部分被固定在壓力機的工作臺上，是模具的固定部分。
9.2沖裁模調(diào)試的內(nèi)容：
1. 將裝配后的模具順利的裝在指定的壓力機上。
2. 用指定的坯料穩(wěn)定的在模具上制出合格的制品零件。
3. 檢查制品零件的質(zhì)量。若發(fā)現(xiàn)零件有缺陷，分析原因，對模具進行修整和調(diào)制，直到能生產(chǎn)一批完全符合圖樣要求的零件為止。
4. 根據(jù)設(shè)計要求，進一步確定出某些模具須經(jīng)試驗后所決定的尺寸并修整這些尺寸，直到符合要求為止。
5. 在試模時，應(yīng)排除影響生產(chǎn)，安全，質(zhì)量和操作等各種不利因素，使模具達到穩(wěn)定，批量生產(chǎn)的目的。
6. 經(jīng)調(diào)試后，為工藝部門提供編制模具成批生產(chǎn)制品的工藝規(guī)程依據(jù)。
沖裁模調(diào)試過程中遇見的問題及調(diào)整的方法
①沖裁件不能剪好：刃口的間隙不均勻，用一些紙來，試剪直到調(diào)整好為止。
②沖裁件底面不平：增大壓料力及校正力。
十、繪制模具圖和設(shè)計總結(jié)
10.1模具總裝圖的技術(shù)要求內(nèi)容：
1）對于模具某些系統(tǒng)的性能要求。例如卸料壓料結(jié)構(gòu)的裝配要求。
2）對模具裝配工藝的要求。
3）模具使用，裝拆方法。
4）防氧化處理、模具編號、刻字、標記、油封、保管等要求。
5）有關(guān)試模及檢驗方面的要求。 繪制部分零件圖
由模具總裝圖拆畫零件圖的順序應(yīng)為：先內(nèi)后外，先復雜后簡單，先成型零件，后結(jié)構(gòu)零件。
10.2根據(jù)需要，本設(shè)計只需繪制凸模與凹模的零件圖
1）圖形要求：按照1：1比例畫，視圖選擇合理，投影正確，布置得當。為了加工易看懂、便于裝配，圖形與總裝圖一致，圖形要清晰。
2）標注尺寸要求統(tǒng)一、集中、有序、完整。標注尺寸的順序為：先標主要零件尺寸和出模斜度，再標注配合尺寸，然后標注全部尺寸。在非主要零件圖上先標注配合尺寸，后標注全部尺寸。
3）表面粗糙度。把應(yīng)用最多的一種粗糙度標于圖紙右上角，如標注“其余6.3?！逼渌植诙确栐诹慵鞅砻娣謩e標出。
4）其它內(nèi)容，例如零件名稱、模具圖號、材料牌號、熱處理和硬度要求，表面處理、圖形比例、自由尺寸的加工精度、技術(shù)說明等都要正確填寫。
本次設(shè)計是對大批量生產(chǎn)的墊圈沖壓工件，進行沖裁成型模具設(shè)計。經(jīng)過兩周的沖模設(shè)計，我們將這前面學習的過的課程應(yīng)用到設(shè)計中去，提高了我們學以致用的能力。同時也在復習我們學習過的專業(yè)知識，通過課程設(shè)計我們將我所學的知識很好的應(yīng)用。這個設(shè)計主要應(yīng)用到了，沖壓成型與模具設(shè)計，模具材料，機械制圖，公差與配合，CAD軟件，還有工程力學等幾門專業(yè)知識。
主要參考資料
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2、 《機械制圖》,劉少年主編，機械工業(yè)出版社
3、 《機械制造基礎(chǔ)》，胡大超，高等教育出版社
4、 《金屬材料與熱處理》，趙先仲，機械工業(yè)出版社
5、 《機械加工工藝基礎(chǔ)》，司乃鈞，機械工業(yè)出版社
6、 《機械制造技術(shù)》，李華，高等教育出版社
7、 《沖壓與成型設(shè)備》，孫鳳勤主編，高等教育出版社
8、 《模具制造工藝學》，郭鐵良，機械工業(yè)出版社
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10、 《數(shù)控機床加工工藝與設(shè)備》，趙長明，機械工業(yè)出版社
11、郝濱海主編. 沖壓模具簡明設(shè)計手冊. 北京. 化學工業(yè)出版社
12、馬朝興主編. 沖壓模具設(shè)計手冊 北京 化學工業(yè)出版社
13、楊占堯編著. 沖壓模具標準及應(yīng)用手冊. 北京. 化學工業(yè)出版社
14、翟平主編. 飛機鈑金成形原理與工藝 .西北工業(yè)大學出版社
15、肖祥芷. 王孝培編著.模具設(shè)計大典：第3卷，沖壓模具設(shè)計.南昌.江西科學技術(shù)出版社
16、歐陽波儀編著. 現(xiàn)代冷沖模設(shè)計應(yīng)用實例. 北京. 化學工業(yè)出版社
17、鄭可锽主編. 實用沖壓模具設(shè)計手冊. 宇航出版社