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設(shè)計(jì)（論文）
序號(hào)5的沖壓件沖壓模具設(shè)計(jì)
28
28
摘 要
本課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)是沖裁、基本工序及其模具的計(jì)算和設(shè)計(jì)，本課程設(shè)計(jì)在沖壓基本理論的基礎(chǔ)上，詳盡的針對(duì)沖裁模和彎曲模的設(shè)計(jì)原理、方法的應(yīng)用，還特別對(duì)沖裁、各類(lèi)工藝及模具的設(shè)計(jì)計(jì)算。本文介紹的模具實(shí)例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，使用方便可靠，首先根據(jù)工件圖算工件的展開(kāi)尺寸，在根據(jù)展開(kāi)尺寸算該零件的壓力中心，材料利用率，畫(huà)排樣圖。根據(jù)零件的幾何形狀要求和尺寸的分析，采用復(fù)合模沖壓，這樣有利于提高生產(chǎn)效率，模具設(shè)計(jì)和制造也相對(duì)于簡(jiǎn)單。當(dāng)所有的參數(shù)計(jì)算完后，對(duì)模具的裝配方案，對(duì)主要零件的設(shè)計(jì)和裝配要求技術(shù)要求都進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：沖裁；沖壓 ；設(shè)計(jì)
ABSTRACT
This graduation design is focused on the blanking, basic process and the calculation of the mold and the design, the graduation design on the basis of the basic theory of stamping, elaborate on the design of the blanking die and bending die principle, method of application, are particularly hedge cutting, the design and calculation of all kinds of technology and die. Examples in this paper, the mold structure is simple and practical, convenient and reliable use, first of all, according to a development size work-piece figure is in according to the size to calculate the pressure center of the parts, material utilization, painting row kind diagram. According to the requirements of the parts geometric shape and size analysis, adopting compound stamping die, so that to improve the production efficiency, mold design and manufacturing is relative to the simple. When all the parameters are calculated, the mould assembly scheme, the design of main parts and assembly technology requirements are analyzed.
Key words: blanking; Stamping; design
其
目錄
緒??論 1
1 序號(hào)5的沖壓件的工藝分析 2
2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 3
3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
3.1 模具類(lèi)型的選擇 4
3.2定位方式的選擇 4
3.3卸料方式的選擇 4
3.4導(dǎo)向方式的選擇 4
4 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 5
4.1搭邊值的確定 5
4.2條料寬度的確定 5
4.3 排樣 6
4.4材料利用率的計(jì)算 6
5 沖裁力的計(jì)算 7
5.1計(jì)算沖裁力的公式 7
5.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力 8
6 模具壓力中心與計(jì)算 10
7 沖裁模間隙的確定 10
8 刃口尺寸的計(jì)算 12
8.1刃口尺寸計(jì)算的基本原則 12
8.2刃口尺寸的計(jì)算 13
8.3計(jì)算凸、凹模刃口的尺寸 13
8.4沖裁刃口高度 16
9 主要零部件的設(shè)計(jì) 16
9.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
9.1.1凹模的設(shè)計(jì) 16
9.0.8凸凹模的設(shè)計(jì) 18
9.1.3外形凸模的設(shè)計(jì) 18
9.1.4內(nèi)孔凸模設(shè)計(jì) 19
9.2卸料部分的設(shè)計(jì) 19
9.3定位零件的設(shè)計(jì) 20
9.4模架及其它零件的設(shè)計(jì) 20
9.4.1上下模座 20
9.4.2模柄 21
9.4.3模具的閉合高度 21
10 模具總裝圖 22
11 壓力機(jī)的選擇 23
總 結(jié) 24
致 謝 25
參考文獻(xiàn) 26
緒??論??
沖壓是一種先進(jìn)的少無(wú)切削加工方法，具有節(jié)能省材、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、重量輕、加工成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),在汽車(chē)、航空航天、儀器儀表、家電、電子、通訊、軍工、日常用品等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用.據(jù)統(tǒng)計(jì)，薄板成型后，制造了相當(dāng)于原材料的12倍的附加值,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值中，與其相關(guān)的產(chǎn)品占四分之一，在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中，沖壓件的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的59%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。?
在完成大學(xué)期間的課程學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于冷沖模具有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富和加深了對(duì)各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過(guò)程方面的知識(shí)。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對(duì)于模具的設(shè)計(jì)和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體并查閱了很多相關(guān)資料，通過(guò)這些實(shí)踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過(guò)在圖書(shū)館借閱相關(guān)手冊(cè)和書(shū)籍，更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問(wèn)題。鍛煉了縝密的思維并使我們初步具備了設(shè)計(jì)工作者應(yīng)有的素質(zhì)。設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次課程設(shè)計(jì)。?
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會(huì)完滿的完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中難免有不妥之處，懇請(qǐng)各位老師指正。
1 序號(hào)5的沖壓件的工藝分析
沖壓所使用的模具稱(chēng)為沖壓模具，簡(jiǎn)稱(chēng)沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專(zhuān)用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒(méi)有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
圖2—1 零件圖
如圖2—1所示零件圖。
生產(chǎn)批量：大批量;
材料： Q235
該材料，經(jīng)退火及時(shí)效處理，具有較高的強(qiáng)度、硬度，適合做中等強(qiáng)度的零件。
尺寸精度：其他的形狀尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可安IT14級(jí)確定工件的公差。
表0.8部分標(biāo)準(zhǔn)公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等級(jí)
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm /mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
0.80
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
工件結(jié)構(gòu)形狀：制件需要進(jìn)行落料、沖孔、基本工序，尺寸較小。
結(jié)論：該制件可以進(jìn)行沖裁
制件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證磨具的復(fù)雜程度和模具的壽命。
2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案;
(1) 落料——沖孔；單工序模沖壓
(2) 沖孔——落料；連續(xù)模沖壓。
(3) 沖孔——落料；復(fù)合模沖壓。
方案（1）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機(jī)一次行程內(nèi)
完成一個(gè)沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動(dòng)強(qiáng)度大，故不宜采用。
方案（2）屬于連續(xù)模，是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在模具幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道沖壓工序的模具。于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小，厚度小，連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又因落料在前彎曲在后，必然使彎曲時(shí)產(chǎn)生很大的加工難度，因此，不宜采用該方案。
方案（3）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒(méi)有連續(xù)模復(fù)雜，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案（4）復(fù)合沖裁。
3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 模具類(lèi)型的選擇
???? ?由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類(lèi)型為復(fù)合模。
3.2定位方式的選擇
? ?因?yàn)樵撃＞卟捎玫氖菞l料，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷(xiāo)，有側(cè)壓裝置?？刂茥l料的送進(jìn)步距采用導(dǎo)正銷(xiāo)定距。
3.3卸料方式的選擇
? 因?yàn)楣ぜ虾駷?.8mm，相對(duì)較薄，卸料力不大，故可采用彈性料裝置卸料。
3.4導(dǎo)向方式的選擇
? 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用對(duì)角導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
4 模具設(shè)計(jì)工藝計(jì)算
4.1搭邊值的確定
排樣時(shí)零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱(chēng)為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)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(guò)大，浪費(fèi)材料。搭邊過(guò)小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ鳌?
搭邊值通常由經(jīng)驗(yàn)確定，表所列搭邊值為普通沖裁時(shí)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之一。
表5—2 搭邊a和a1數(shù)值
表5.1搭邊值和側(cè)邊值
材料厚度t
手動(dòng)送料
自動(dòng)送料
圓形
非圓形
往復(fù)送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表4—2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=0.8（mm）,側(cè)搭邊值a=1.5(mm)。
由于該制件的材料，所以?xún)芍萍g的搭邊值為：
取a1=2(mm)
取a=2(mm)
4.2條料寬度的確定
計(jì)算條料寬度有三種情況需要考慮；
有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
無(wú)側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度。
有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。有定距側(cè)刃時(shí)條料的寬度。
有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)。
條料寬度公式：
B=（D+2a） 公式（5—2）其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見(jiàn)表4—3條料寬度偏差。
D ——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。
a——側(cè)搭邊值。
查表4—3條料寬度偏差為0.15
根據(jù)公式4 —1 B=（D+2a）
=（40+2×2）0-0.1
=440-0.1
表5—3 條料寬度公差(mm)
條料寬度
B/mm
材料厚度t/mm
～0.5
>0.5～1
>1～2
～20
0.05
0.08
0.10
>20～30
0.08
0.10
0.15
>30～50
0.10
0.15
0.20
4.3 排樣
根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少?gòu)U料和無(wú)廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對(duì)排、混合排、多排等多重形式。
采用少、無(wú)廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個(gè)制件，而且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響，所以模具沖裁件的公差等級(jí)較低。同時(shí)，因模具單面受力（單邊切斷時(shí)），不但會(huì)加劇模具的磨損，降低模具的壽命，而且也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。
4.4材料利用率的計(jì)算
沖裁零件的面積為：通過(guò)測(cè)量得到S=267.36mm2
沖裁零件的周長(zhǎng)為：L=193.03 mm
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率為：
n11=(nF/Bh)×100%
n為一個(gè)步距內(nèi)沖件的個(gè)數(shù)。
n11=(nF/Bh)×100%
=81.96%
圖5—3 排樣圖
5 沖裁力的計(jì)算
5.1計(jì)算沖裁力的公式
計(jì)算沖裁力是為了選擇合適的壓力機(jī)，設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計(jì)算：
Fp=KptLτ 公式（6—1）
式中 τ——材料抗剪強(qiáng)度，見(jiàn)附表（MPa）；
L——沖裁周邊總長(zhǎng)（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動(dòng)（數(shù)值的變化或分布不均），潤(rùn)滑情況，材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度r時(shí)，可以用抗拉強(qiáng)度σb代替τ，而取Kp=1的近似計(jì)算法計(jì)算。
根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出Q235的抗剪強(qiáng)度為280～310(MPa)，
取τ=300(MPa)
5.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力、彎曲力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_裁力包括
F——總沖壓力。
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——頂件力
FC——彎曲力
根據(jù)常用金屬?zèng)_壓材料的力學(xué)性能查出Q235的抗剪強(qiáng)度為280～310(MPa )
5.2.1 總沖裁力：
Fp=KptLτ
=1×0.8×193.03×300
=45.486(KN)
表6—5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
鋼
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋁合金
純銅，黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
對(duì)于表中的數(shù)據(jù)，后的材料取小直，薄材料取值。
5.2.2 卸料力FQ的計(jì)算
FQ=Kx Fp 公式(6—2)
K——卸料力系數(shù)。
查表6—5得KＸ＝0.025~0.08，取KＸ＝0.08
根據(jù)公式6—2 FQ=KＸ Fp
＝0.08×45.486
＝3.638(KN)
5.2.3推料力FQ1的計(jì)算
FQ1=KtFp 公式(6—3)
Kt——推料力系數(shù)。
查表6—5得Kt＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式6—3 FQ1=KtFp
=0.07×45.486
≈3.18(KN)
5.2.4頂件力FQ2的計(jì)算
FQ2=KdFp 公式(6—4)
Kd——頂件力系數(shù)。
查表6—5得Kd＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式6—4 FQ2=KdFp
=0.07×45.486
≈3.18(KN)
5.2.6總的沖壓力的計(jì)算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
=108.03(KN)
根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機(jī)為：開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)J23—25。
6 模具壓力中心與計(jì)算
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點(diǎn)位置，為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模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)軌間產(chǎn)生過(guò)大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機(jī)的使用壽命。
模具的壓力中心，可安以下原則來(lái)確定：
1、對(duì)稱(chēng)零件的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。
2、工件形狀 相同且分布對(duì)稱(chēng)時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱(chēng)中心相重合。
3、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0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
由于該零件是一個(gè)矩形圖形，屬于對(duì)稱(chēng)中心零件，所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O處。如圖6—1所示：
7 沖裁模間隙的確定
設(shè)計(jì)模具時(shí)一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個(gè)數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個(gè)范圍的最小值稱(chēng)為最小合理間隙Cmin，最大值稱(chēng)為最大合理間隙Cmax?？紤]到模具在使用過(guò)程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計(jì)與制造新模具時(shí)要采用最小合理間隙值Cmin。
沖裁間隙的大小對(duì)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。沖裁過(guò)程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。
由于硬呂與中碳剛的間隙取值是一樣的，所以硬呂材料的間隙值與中碳剛的間隙取值一樣。
根據(jù)實(shí)用間隙表 8—1 查得材料的最小雙面間隙2Cmin=0.126mm，最大雙面間隙2Cmax=0.180mm
表8—1 沖裁模初始用間隙2c(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
小于0.5
極小間隙
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0.8
1.5
1.75
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
.3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.048
0.064
0.072
0.092
0.100
0.126
0.132
0.220
0.246
0.260
0.260
0.400