端蓋沖孔落料復合模具設計

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端蓋沖孔落料復合模具設計摘 要： 根據零件圖的結構分析,該零件采用倒裝復合模具沖壓比較合理。該復合模具結構特點是：凸凹模安裝在下模座上，采用彈壓卸料裝置將廢料從凸凹模上卸下。而它的凹模是安裝在上模座上，因而就存在著如何將凹孔內的工件從孔中排出的問題，故在凹模內安裝推件塊把凹模內的工件在沖壓完成后推出。該模具一次沖壓就可以沖出完整的產品。關鍵詞：凹凸模；推件塊；倒裝復合模具；凹模目 錄1 沖壓件零件工藝性分析 .....................................................................................................................51.1 產品分析 ............................................................................................................................................51.2 送料步距與條料寬度的計算 ........................................................................................................72 沖壓力及壓力中心的計算 ................................................................................................................92.1 計算沖壓力 ........................................................................................................................................92.1.1 沖裁力 ............................................................................................................................................92.2 計算模具壓力中心 ......................................................................................................................123 凸模 凹模 凸凹模刃口及結構尺寸計算 ..............................................................................123.1 計算模具刃口尺寸 ........................................................................................................................123.2 落料凹模結構尺寸計算 ...............................................................................................................143.3 凸模 ...................................................................................................................................................153.4 凸凹模工作尺寸計算 ...................................................................................................................173.5 其他 ...................................................................................................................................................184 模具總體結構設計 ..............................................................................................................................184.1 送料定位機構設計 ........................................................................................................................184.2 卸料機構設計 .................................................................................................................................184.3 出件機構設計 .................................................................................................................................195 其他零件尺寸的確定 .........................................................................................................................195.1 彈簧 ...............................................................................................................................................195.2 凸凹模固定板 .................................................................................................................................205.3 凸模固定板 ......................................................................................................................................205.4 墊板 ...................................................................................................................................................205.5 卸料板 ...............................................................................................................................................215.7 壓力機的確定 .................................................................................................................................226 模具裝配圖 ..............................................................................................................................................23總 結致 謝參考文獻前 言模具是工業(yè)生產的重要裝備，是國民經濟的基礎設備，是衡量一個國家和地區(qū)工業(yè)水平的重要標志。模具在電子、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊產品制造中具有不可替代的作用，是工業(yè)發(fā)展的基石，被人稱為“工業(yè)之母”和“磁力工業(yè)”。該模具設計制造難點是如何解決好零件中的小孔沖裁，如何確定模具結構、沖裁方案，如何進行模具制造等問題，以及模具制造裝配要注意的問題，本文在模具結構上選用倒裝復合模取代以往采用的正裝復合模，這樣廢料不落在模具表面便于工人操作；在模具制造過程中，為了提高凸模的韌性防止在使用過程中折斷，采用模具鋼取代常規(guī)采用的模具鋼，并采用真空熱處理；在裝配過程中為了提高凸模的穩(wěn)定性，凸模與凸模固定板的裝配采用螺釘固定等措施，這些措施較好的解決了該模具設計制造難點?，F代工業(yè)產品的生產對模具要求越來越高，模具結構日趨復雜，制造難度日益增大。模具制造正由過去的勞動密集和主要依靠人工技巧及采用傳統(tǒng)機械加工設備轉變?yōu)榧夹g密集，更多的依靠各種高效、高精密的數控切削機床、電加工機床，從過去的機械加工時代轉變成機、電結合加工以及其他特殊加工時代，模具鉗工量正呈逐漸減少之勢?，F代模具制造集中了制造技術的精華，體現了先進制造技術，已成為技術密集型的綜合加工技術。第 5 頁 共 25 頁1 沖壓件零件工藝性分析1.1 產品分析圖 1-1如上圖為端蓋，其外表面粗糙度要求光滑，要求壁厚均勻。工件對公差要求不高，公差按 IT14 級制造，工件外觀必須平順，毛邊等均需去除。材料：第 6 頁 共 25 頁(1) 08AL 是優(yōu)質冷沖壓薄板鋼中的 Al 脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板。主要用于制造 4mm 以下的各種冷沖壓構件，如車身、駕駛室、各種儀表及機器外殼等。08AL 是優(yōu)質碳素結構鋼的一種，一般用作冷沖壓薄板鋼中的 Al 脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板,其命名規(guī)則類同碳素結構鋼，其兩位數字表示鋼中平均碳質量分數的萬倍，即“08”表示鋼中平均碳質量分數為0.08%，“Al”表示鋁脫氧冶煉鎮(zhèn)靜。(2)該沖壓件為殼類零件，為大批量生產，由于沖壓外形尺寸不大，內僅有 1 個 φ32的孔，模具制造工藝簡單。(3)圖 1-1 中的，由于 08AI 屬于深沖鋼塑性韌性好，為了方便我們分開進行制造，所以采用二套模具來完成，第一套我們采用落料沖孔為一體，第二套我們采用拉伸，切邊為一套模具。我們主要介紹第一套模具。（4）由圖 1-1 可知，要生產出該零件要沖孔，落料，拉伸，切邊等幾道工序來完成。我主要做沖孔落料復合模。 1.1.1 排樣的確定 在沖壓生產中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產中，較好地沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。 1.1.2 沖裁件的排樣 排樣是指沖件在條料、帶料、或板料上布置的方法。沖件的合理布置（即材料的經濟利用），與沖件的外形有很大關系。 根據不同幾何形狀的沖件，可得出與其相適應的排樣類型，而根據排樣的類型，又可分為少或無工藝余料的排樣與有工藝余料的排樣兩種。1.1.3 搭邊 ：第 7 頁 共 25 頁圖 1-2排樣時，沖件之間以及沖件與條料側邊之間留下的余料叫搭邊。它的作用是補償定位誤差，保證沖出合格的沖件，以及保證條料有一定剛度，便于送料。 搭邊數值取決于以下因素： ①件的尺寸和形狀。 ②材料的硬度和厚度。 ③排樣的形式（直排、斜排、對排等）。 ④條料的送料方法（是否有側壓板）。 ⑤擋料裝置的形式（包括擋料銷、導料銷和定距側刃等的形式）。搭邊值一般是由經驗再經過簡單計算確定的。 查《模具設計與制造》[1]P15 表 1-8 得搭邊值（t=1.5）：0.12?a；通過以上分析和計算得出以圖 2.1 的排樣形式為最佳方案。1.2 送料步距與條料寬度的計算1.2.1 送料步距：1aDA??式中 D—平行于送料方向的沖裁件寬度；—沖裁件之間的搭邊值。1a48.930.148.921????aA其中第 8 頁 共 25 頁m48.92 25.6.0)5.164(2.7.125.).164()5.16(072.2? ??????????rrdHdD當 的值很小時；7.05.6dh無凸緣零件切邊余量△h=01.2.2 條料寬度（采用無側壓裝置） 0.18970.1).2.148.92(0)2( ???????????baDB式中 D—沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸；—沖裁件與條料側邊之間旳搭邊；a△—板料剪裁時的下偏差（P16 表 1-9 取△=1.0）;—條料與導料板之間的間隙。0b（2）材料利用率 衡量材料經濟利用的指標是材料利用率。 一個步距內的材料利用率為 ： %62.4108.973.452%10?????ABS?式中 A—送料步距；B—條料寬度（mm）； —一個步距內零件的實際面積；1S 91.52348.92)(42211 ?????）（ππ dS一張板料上總的材料利用率(選用 710mm*1420mm 裁成 7 條 110mm*1420mm 的條料):%1020??LBnS?式中 —一個零件的實際面積；2S第 9 頁 共 25 頁n—張板料上的沖件總數目（7*14）； L—板料長度（mm）； B—板料寬度（mm）； 故可知一張板料的利用率為： %48.57142079.5%1020 ?????LBnS?2 沖壓力及壓力中心的計算2.1 計算沖壓力2.1.1 沖裁力 沖裁力公式為 落孔 F??式中 —沖裁力；F—沖孔沖裁力；孔—落料沖裁力。落2.1.2 沖孔沖裁力 孔F?tKLF孔孔 ?式中 K—系數（取 K=1.3）；—沖孔周長，孔L mdL53.102???孔—材料厚度，t m5.1t—材料抗剪強度，查參考文獻知 08AL， 。? MPa250??KNF 1.4938.4250.13.0.1 ????孔2.1.3 落料沖裁力 :落第 10 頁 共 25 頁?tKLF落落 ?mDL53.29048.???落所以 KN6.14.16250.153.290.1 ???落F故 KN4.96.4.??2.1.4 卸料力 卸F落卸卸 FK?式中 —卸料系數，查參考文獻[1]知 ,取 。卸K 06.~25.0?卸 05.?卸K所以 NF81.763.1405.?卸2.1.5 推件力 推）落孔推推 FnKF??(7.45.1/7?th式中 —推料系數，查參考文獻[1]，推K05.?推取 K—梗塞在凹槽內的沖件數；n—凹槽直壁洞口的高度（查 p53 表 1-25 取 h=7mm）。h所以 KNF 28.4963.10.4905.7.4 ????）（推2.1.6 頂件力 頂）（ 落孔頂頂 FKF??式中 —頂件系數，查參考文獻[1]取 。頂K06.?頂所以 1.4kN3.14.9. ???）（）（ 落孔頂頂第 11 頁 共 25 頁2.1.7 總沖壓力 總F沖裁時,壓力機的壓力值必須大于或等于沖裁各工藝力的總和，即大于總的沖壓力?？偟臎_壓力根據模具結構不同計算公式不同，當采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時，總的沖壓力為KN159.204.1085.764.19?????頂卸總 FF初選壓力機 4023?J根據計算的沖壓工藝總力，一般在沖裁時壓力機的噸位應比計算的沖壓力大 30%左右，，因此壓力機初選 ,查 沖壓模具設計與制造技術指kN91.27%13059.20?? 4023?J南 主編 李名望 化學工業(yè)出版社 P231 附表 3-2 其主要技術參數如下：標稱壓力/kN：400；滑塊行程/mm:80；行程次數/（次/min）:45/90；最大閉合高度/mm:330;連桿調節(jié)量/mm：65；工作臺尺寸（前后*左右）/mm：460*700;孔徑/mm：320；電動機功率/kN：5.5；模柄孔尺寸（直徑*深度）/mm: 705??4023?J2.2 計算模具壓力中心 模具的壓力中心 第 12 頁 共 25 頁圖 2-1 57.2348.9210021 ???????? ππ ππl(wèi)xlxc由以上計算得出模具的壓力中心位于零件中心與孔中心之間，其在零件中心往右邊孔中心偏移 2.57。3 凸模 凹模 凸凹模刃口及結構尺寸計算3.1 計算模具刃口尺寸模具采用復合模結構，計算刃口尺寸時宜采用尺寸轉換法計算。零件上包含兩個尺寸：落料尺寸 ；21.0489???A沖孔尺寸 6.03B查[1]p35 表 1-19 得沖裁模刃口雙間隙mm， mm。132.0min?Z240.max?Z3.1.1 落料刃口尺寸計算：的凸凹模的制造公差由 [1]表 1-22 查得21.0489??，m5.?凹?。03.凸由于 ， mZm108.32.04.06.35.2. minax ????????凸凹 ?第 13 頁 共 25 頁故采用凸模與凹模 分開加工方法，由表 1-21 查得 取 X=0.5，則：21.0489??落料： ）（ ）（）凸 凹凹凸凹 m92.5)0.132-9.8()-( 38.54D 0.-0.5-0min .25.ax ????? ????Z?校核： Z108.32.024.06.35.02. minax ?????????凸凹 ?（滿足間隙公差條件）沖孔： 02.02.0min 135.32)( ??? ??????）（凸凸 ??xd 30..00i 1. ??）（凹凸凹 Z校核： minaxZ???凸凹 ?（滿足間隙公差條件）108.5.03.2.???其工作部分結構尺寸如圖所示：（插圖 ）圖 3-1第 14 頁 共 25 頁3.2 落料凹模結構尺寸計算落料凹模尺寸如圖所示圖 3-23.2.1 凹模厚度 H)15(mKbH??式中 —沖裁件的最大外形尺寸；bK—凹模厚度系數，考慮板料厚度系數的影響，見[1]P55 表 1-26。mH74.28.930.???凹模壁厚 (≥30～40mm)c)2~5.1(?c38.47.26.1???凹模尺寸：凹模寬度： mcbL 24.183.428.92?????凹模長度 B 取 200mm（送料方向）。采用標準化，取凹模輪廓尺寸為 200*200*28mm。第 15 頁 共 25 頁查[2]《模具專業(yè)與畢業(yè)設計手冊》表 7-20 矩形凹模輪廓尺寸為：200*200*28（GB 2858.1-81）；模板 GB 2858.2-81 200*200*28；墊板 GB 2858.3-81 200*200*10 。3.3 凸模圖 3-33.3.1 凸模長度：[1]P51（公式 1-32)YHL??321式中 —凸模固定板的厚度 (19.42mm)；1H—卸料板的厚度(p62 查 1-28 取 10mm);2—導料板的厚度;（取 2）3—附加的長度，包括凸模刃口的修磨量，凸模進入凹模的深度（0.5～1mm）,Y凸模固定板與卸料板的安全距離 A 等，其中 A 取 15～20mm. 42.5)01(204.19????L3.3.2 凸模強度（壓應力）校核壓應力公式為 ??壓??btd4?式中 —沖壓材料的抗拉強度， ；??b? 25.10.4???dd—凸模最小直徑；—凸模材料的許用壓應力，凸模選用 T10A，查參考文獻[2](模具專業(yè)畢業(yè)設][壓?第 16 頁 共 25 頁計手冊 天津大學出版社 主編/魏春雷 朱三武 章南)P63 表 3-18 知， （1000～1600）MPa，取 1200 MPa。?壓][??壓][?因為 25.13?d縱向彎曲應力（有導向） Fdl2max85?29.1430.9342.52?式中 —凸模最大允許長度；maxl—沖裁力 F所以凸模強度校核符合要求。3.4 凸凹模工作尺寸計算圖 3-4 凸凹模各部分尺寸查[1] 表 1-27 料厚 t 為 1.5mm,凹凸模的最小壁厚 a 為 4.0mm;最小直徑 D 為 21mm。3.4.1 凸凹模長度 確定H tHH????? 凹凸 固墊下 模上 模凹 凸 m5.3.12805418??凹 凸式中 —模具閉合高度；H第 17 頁 共 25 頁—上模厚度；上 模H—下模厚度；下 ?！鼓|板厚度；墊—凸模固定板厚度；凸 固—凹模厚度；凹H—凸模深入凹凸模厚度。t3.4.2 凸凹模壁厚校核查參考文獻[1]知，倒裝復合模凸凹模最小壁厚 （料厚 mm）；4.0min?5.1?t本設計中 ,由于沖孔為偏離正中心 10mm 的孔，所以,凹D24.301624.21-???沖 孔落 料凸模的最小壁厚 ...30min ?所以凸凹模壁厚校核合格，按圖設計的凸凹模符合要求。3.5 其他漏料孔直徑取 ，刃口直邊設計存三片料，高為 5mm，凸凹模和凸凹模固定m40??板之間在裝配時安裝止轉銷防轉。4 模具總體結構設計沖孔廢料由沖孔凸模沖入凹模洞口中，積累到一定數量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，操作方便，應用很廣，但工件表面平直度較差，凸凹模承受的張力較大，因此凸凹模的壁厚應嚴格控制，以免強度不足。經分析，此工件若采用正裝式復合模，操作很不方便。 另外，此工件無較高的平直度要求，工件精度要求也較低，所以從操作方便、模具制造簡單等方面考慮，決定采用倒裝式復合模。第 18 頁 共 25 頁4.1 送料定位機構設計 采用伸縮式擋料銷縱向定位，安裝在凹模固定板和活動卸料板之間。工作時可隨凹模下行而壓入孔內，工作很方便.4.2 卸料機構設計4.2.1 條料的卸除 采用彈性卸料板。因為是倒裝式復合模，所以卸料板安裝在下模。4.2.2 工件的卸除 采用打料裝置將工件從落料凹模中推下，落在模具工作表面上。4.2.3 沖孔廢料的卸除下模座上采用漏料孔排出。沖孔廢料在下模的凸凹模內積聚到一定數量，便從下模座的漏料孔中排出。 4.3 出件機構設計因為是復合模結構，所以采用上出件機構。5 其他零件尺寸的確定5.1 彈簧 5.1.1 計算彈簧的預壓力沖模沖裁的板料厚度 t=1.5mm，由于 ,查[1] 表 1-13 得 ，MPab325?? 5.0?卸K落料沖裁力： ，所以KNF63.14?卸料力： 0815.7.05.??卸按標準選彈簧個數 n=6，則每個彈簧的預壓力為:F=1180N NnF18065.70/??卸預初選彈簧規(guī)格估算彈簧的極限負荷第 19 頁 共 25 頁N17085.1. ???預極 F查標準 GB/T 2089—94。按實驗負荷大于極限負荷查表。初選彈簧規(guī)格。603???OhDd計算所選彈簧的預壓量 67.018/ ??極 限 負 荷預 壓 力預 壓 縮 量 Fh5.1.2 校核彈簧的壓縮量卸料板的工作行程 5.21.???料 厚卸 料 板 工 作 行 程 th取凸模刃口修模量 ，m10~4工 作 零 件 的 刃 磨 量則彈簧工作時的總壓縮量為： 17.85.267.0??????工 作 零 件 刃 磨 量卸 料 板 工 作 行 程預 壓 縮 量極 限 負 荷 hhhh因為 17.1.3 ?? 工 作 零 件 刃 磨 量卸 料 板 工 作 行 程預 壓 縮 量最 大 允 許 壓 縮 量 ＞ hhhh故所選彈簧合適。彈簧標記為： GB/T2089-94。6031?5.2 凸凹模固定板凸凹模固定板形狀與凹模板一致，如圖 3-2 所示，厚度為 22mm。5.3 凸模固定板凸模固定板將凸模固定在模座上，其平面輪廓尺寸與凹模板外形尺寸相同，但還應考慮緊固螺釘及銷釘的位置。固定板的凸模安裝孔與凸模采用過度配合 H7/m6、H7/n6，壓裝后將凸模端面與固定板一起磨平。凸模固定板為矩形，厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8 倍，材料為 45#； 。mH20?凸 固 定第 20 頁 共 25 頁5.4 墊板沖裁時，如果凸模的端部對模座的壓應力超過模座材料的許用壓應力，這時需要在凸模端部與模座之間加上一塊強度較高的墊板。即下列情況下加墊板。 ][y??式中 —凸模端面的壓應力，其數值為 ；y?FP—模座材料下雨壓應力，其數值：鑄鐵約為 100MPa，鋼約為 200 MPa；][y—沖裁力；P—凸模上端面面積。F墊板的直徑與凸模固定板一致，厚度一般取 4～12mm。墊板淬硬后兩面應磨平，表面粗糙度 Ra≤0.32～0.63。由于本套模具選用壓入式模柄，在上模座與凸模固定板之間也必須安裝墊板，厚度取為 8mm。下面校核一下凸凹模與下模座之間是否加墊板。已知凸凹模下端面直徑 mm，10?pdD所以 22298.7534mF???由 NP1064901???落孔所以 MPaFy 27.48.7536???模座采用鑄鐵， ，所以不用加墊板。?y10][y?5.5 卸料板卸料板同樣為矩形板，直徑和凹模板一致，如圖所示，厚度為 16mm。卸料板材料選45 鋼，熱處理淬硬 43～48HRC。取卸料板與凸凹模的雙面間隙為 0.1～0.3mm.卸料板上設置 6 個卸料螺釘，公稱直徑第 21 頁 共 25 頁為 10mm，螺紋部分為 M10×10mm。卸料釘尾部應留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應使卸料板超出凸模端面 lmm，有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調整。 5.6 模座根據凹模板的尺寸，模座采用標準的中間導柱圓形模座，材料采用 HT400。標記為：上模座 GB/T 2855.5—90；4520?下模座 GB/T 2855.6—90。5.7 壓力機的確定模具的閉合高度為: mhhH 185532804554321 ????????～67)1()～(18)0()～( ??L式中 — 模具閉合高度；— 上模座厚度；1h— 下模座厚度；2— 凹模板厚度；3—凸模長度；4h—凸模墊板厚度；5—凸模刃口進入凹模刃口的深度，一般 ?=0.5～1mm；?—導柱長度。L選擇壓力機 JC23-40公稱壓力 400KN最大閉合高度 265mm最小閉合高度 220mm由公式： 得， ，故需加至少 35mm 的磨平墊板。??5maxH模 10min?minH?壓力機工作臺尺寸 ，一般工作臺面尺寸每邊應大于模具下模座尺746?第 22 頁 共 25 頁50～70mm，導柱 ，導套 。(查技術指南 P236)19032?431052?所以壓力機合格，可用。6 模具裝配圖1--下模座； 2--導柱； 3--彈簧； 4--卸料板； 5--活動導料銷； 6--導套； 7--上模座； 8--凸模固定板； 9--推件塊； 10--連接推桿； 11--推板； 12--打桿； 13--模柄； 14--沖孔凸模；15--墊板； 16--落料凹模； 17--凸凹模； 18--固定板第 23 頁 共 25 頁總 結經過一段時間的努力，終于完成了本次設計任務。我設計的是端蓋沖孔落料復合模，經過本次設計，使我對模具有了更多的了解和認識。 在設計過程中，運用了本學期及以前學的有關知識，逐步提高了我們的理論水平、構思能力，提高了分析問題及解決問題的能力。 本設計重點是在分析沖裁變形過程及沖裁件質量影響因素的基礎上，主要介紹沖裁件的工藝性分析、確定沖裁工藝方案、選擇模具的結構形式、工藝計算、選擇與確定模具的主要零部件的結構與尺寸、校核模具閉合高度及壓力機、繪制模具總裝圖及零件圖。第 24 頁 共 25 頁致 謝幾個星期的畢業(yè)設計，不僅給了我一次獨立思考的機會，同時也是一次自我評價的時候，也是對我所學的知識的一次總結。在這段緊張而又忙碌的日子里，我查閱相關資料，認真推算各種數據，周密思考每一種設計方案，這幾個星期的畢業(yè)設計中，我經過了從對沖壓模具的一無所知到能熟練運的成長過程并且虛心向同學和指導老師探討、請教。時日雖短，但自感收獲頗多。通過查閱沖壓模具設計與制造的相關書籍文獻資料，提取出與我的畢業(yè)設計相關的大量資料。是將我大專三年來在學校里所學的理論知識與在實習工廠里的鉗工實習、數控加工實習所獲得的實踐知識有機的融合到一起。使我的綜合運用能力有了明顯的提高，同時也培養(yǎng)了我的創(chuàng)新思維，懂得了治學嚴謹，持之以恒的道理。同時這次的畢業(yè)設計很好地鍛煉了我的獨立思考問題、分析問題、解決問題的能力。關鍵是掌握了獨立思考和解決問題的方法，在指導老師的指導和同學的幫助下熟悉了獨立進行項目設計的全過程以及設計過程中如何解決碰到的難題。此收獲雖有勤奮學習的功勞，但更多的卻與指導老師平時對我們的嚴格要求有著密不可分的聯(lián)系。他常常在關鍵時刻給我們以方向性的指導。在此，特感謝指導老師——劉中華老師對我們的嚴格監(jiān)督和悉心指導，才使我們得以按計劃完成本次設計，為我們的三年大專生活畫上了圓滿的句號。簽名：第 25 頁 共 25 頁參考文獻[1] 李奇.模具設計與制造 第 3 版[M].北京: 人民郵電出版社, 2014 年 5 月[2] 魏春雷 朱三武 章南.模具專業(yè)畢業(yè)設計手冊[M].天津: 天津大學出版社, 2010 年 1月[3] 李名望.沖壓模具設計與制造技術指南[M].北京: 化學工業(yè)出版社, 2008 年 08 月[4] 周大雋.沖模結構設計要領與范例[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2006 年 08 月