門鎖墊片沖壓復合模具設計【含CAD圖紙+PDF圖】

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I 目 錄 1 緒論 .1 2 沖壓件工藝分析 .2 2.1 材料分析 .2 2.2 尺寸結構 .2 2.3 尺寸精度 .2 3 沖壓方案的確定 .4 3.1 沖裁工藝方案的確定 .4 3.2 沖裁工藝方法的選擇 .4 3.3 沖裁結構的選取 .5 4 模具總體結構的確定 .6 4.1 模具類型的選擇 .6 4.2 送料方式的選擇 .6 4.3 定位方式的選擇 .6 4.4 卸料、出件方式的選擇 .6 4.5 導向方式的選擇 .6 5 工藝參數計算 .8 5.1 排樣方式的選擇 .8 5.1.1 搭邊值的確定 .9 5.1.2 材料利用率的確定 .10 5.2 沖壓力的計算 .11 5.2.1 總沖裁力的計算 .12 5.2.2 卸料力、推件力的計算 .13 5.2.3 總沖壓力的計算 .14 5.2.4 初選壓力機 .14 5.2.5 壓力中心的確定 .15 6 刃口尺寸計算 .17 6.1 沖裁間隙確定 .17 6.2 刃口尺寸的計算及依據與法則 .18 II 7 主要零部件設計 .23 7.1 凹模的設計 .23 7.1.1 凹模外形的確定 .23 7.1.2 凹模刃口結構形式的選擇 .23 7.1.3 凹模精度與材料的確定 .23 7.2 凸模的設計 .26 7.2.1 凸模的結構確定 .26 7.2.2 凸模的材料確定 .26 7.2.3 凸模精度的確定 .26 7.2.4 凸模高度的確定 .26 7.3 凸凹模的設計 .27 7.3.1 凸凹模外形的確定 .27 7.3.2 凸凹模材料的確定 .27 7.3.3 凸凹模精度的確定 .28 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 .28 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 .28 7.3.6 凸凹模尺寸的設計 .29 7.4 定位零件的選用 .30 7.4.1 擋料銷、導料銷的選用 .30 7.5 卸料裝置的選定 .30 7.5.1 卸料裝置的選用 .30 7.5.2 卸料螺釘的選用 .31 7.5.3 卸料板外型設計 .31 7.5.4 卸料板材料的選用 .31 7.5.5 卸料板結構的設計 .31 7.5.6 卸料板整體精度的確定 .32 7.5.7 卸料橡膠的選用 .32 7.6 推件裝置的選定 .34 7.6.1 推件塊的設計 .34 III 7.6.2 推板的選用 .34 7.6.3 推桿的選用 .35 7.7 上下模座的選用 .35 7.7.1 上下模座的選定 .35 7.8 連接及固定零件的選用 .36 7.8.1 螺釘與銷釘的選用 .36 7.8.2 模柄的選用 .36 7.8.3 凸模固定板的設計 .37 7.8.4 凸凹模固定板的設計 .37 7.8.5 墊板的設計 .38 8 沖壓設備的校核 .39 8.1 沖壓設備的校核 .39 8.2 沖壓設備的選用 .39 9 壓力機的選用 .40 10 模具結構簡述 .41 11 結論 .42 致謝 .43 參考文獻 .44 附錄 .45 1 1 緒論 模具，作為高效率的生產工具的一種，它是工業(yè)生產中使用極為廣泛與重 要的工藝裝備。采用模具生產制造零件，具有生產效率高，可實現高速大批量 生產；節(jié)約原材料，產品質量穩(wěn)定，具有良好的互換性。操作簡單，對操作人 員沒有很高的技術要求。利用模具批量生產的零件加工費用低，所加工出的零 件與制造一次成形。不需進行再加工，能制造出其他加工工藝方法難以加工的、 形狀比較復雜的零件。 改革開放以來，我國的工業(yè)和經濟蓬勃發(fā)展，以前的手工作坊和落后的生 產方式已經不能滿足現代工業(yè)的要求，迫切需要尋找另一種更有效率的方式來 適應現代工業(yè)。而在現代制造業(yè)中，企業(yè)的生產一方面朝著多品種、小批量和 多樣式的方向發(fā)展，加快換型，采用柔性化加工，以適應不同用戶的需要；另 一方面朝著大批量、高效率生產的方向發(fā)展，以提高勞動生產率和生產規(guī)模來 創(chuàng)造更多效益，生產上采取專用設備生產的方式。于是模具技術及模具工業(yè)應 運而生。 設計出正確合理的模具不僅能夠提高產品質量、生產效率、使用壽命。還可 以提高產品經濟效益。在進行模具設計時，必須清楚模具的加工工藝，設計出 的零件要能加工、易加工。充分了解模具基礎知識和應用是設計者進行模具設 計的前提。 門鎖墊片是沖壓生產的一個典型零件，在生活中有很強的實用性，其模具 設計有一定的實用價值。對于該制件利用先進的模具生產提高生產效益、保證 產品質量、節(jié)約成本，從而取得較高的經濟效益。 2 2 沖壓件工藝分析 圖 2-1 門鎖墊片零件簡圖 工件名稱：門鎖墊片 生產批量：大批量； 材料：10 鋼； 材料厚度：2mm； 未注公差：IT12 。 2.1 材料分析 表 2-1 部分碳素鋼抗剪性能 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度（ Mpa） 抗拉強度（ Mpa） 屈服點（ Mpa） 伸長率（%） 10 260340 290430 210 26碳素結構 鋼 15 已退火 270380 335470 230 25 由上表 2-1 可知：10 鋼是碳素結構鋼，具有較好的沖裁成形性性能，適合 要求較高的零件。綜合評比均適合沖裁加工。 2.2 零件結構 零件結構形狀相對簡單，無尖角，對沖裁加工較為有利零件結構簡單，對 沖裁加工較為有利。零件包括兩個 15 的孔、兩個 6 的螺釘孔、一個 12mm20mm 長方形的孔，孔的最小尺寸為 6mm，滿足沖裁最小孔徑 dmin1.0t=2mm 的要求。最小壁厚大于 5mm 滿足許用壁厚要求（兩孔之間，大 孔與小孔之間、孔與矩長方形之間、孔與邊緣之間的壁厚） ，零件的結構滿足沖 裁要求。 2.3 尺寸精度 該零件由公差等級表查得：其孔的公差要求都屬 IT11，所以普通沖裁可以 3 達到零件的精度要求。對于未注公差尺寸，屬于自由尺寸，按 IT12 查表 2-1 得 到： 100-0.15、 120+0.18、12.5 0-0.18、200.21、 250-0.21、300.21 、35 0-0.25、37 0- 0.25、45 0-0.25、600.3、120 0-0.35。 通過查公差等級表，該零件沖裁工藝性能較好，能夠滿足普通沖裁零件精 度要求。 表 2-1 常見零件公差等級表 公差等級 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 基本尺寸 /mm /m /mm 3 36 610 1018 1830 3050 5080 80120 120180 180250 250315 315400 400500 3 4 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 8 9 11 13 15 18 20 23 25 27 6 8 9 9 13 16 19 22 25 29 32 36 40 10 12 15 18 21 25 30 35 40 46 52 57 63 14 18 22 27 33 39 46 54 63 72 81 89 97 25 30 36 43 52 62 74 87 100 115 130 140 155 40 48 58 70 84 100 120 140 160 185 210 230 250 60 75 90 110 130 160 190 220 250 290 320 360 400 0.10 0.12 0.15 0.18 0.21 0.25 0.30 0.35 0.40 0.46 0.52 0.57 0.63 0.14 0.18 0.22 0.27 0.33 0.39 0.46 0.54 0.63 0.72 0.81 0.89 0.97 0.25 0.30 0.36 0.43 0.52 0.62 0.74 0.87 1.00 1.15 1.30 1.40 1.55 4 3 沖裁方案的確定 3.1 沖裁工藝方案的確定 在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上，根據沖裁件的特點確定工藝方 案。工藝方案分為沖裁工序的組合和沖裁順序的安排。 3.2 沖裁工藝方法的選擇 沖裁工序分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁三種。 方案一：先落料，后沖孔。單工序沖裁是在壓力機一次行程內只完成一個 沖壓工序的沖裁模。 方案二：落料沖孔復合沖壓，采用復合模生產。復合沖裁是在壓力機一次 行程內，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序。 方案三：級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在 壓力機的一次行程中條料在沖模的不同位置上，分別完成工件所要求的工序。 其三種工序的性能見表 3-1。 表 3-1 單工序沖裁、級進沖裁和復合沖裁性能 比較項目 單工序模 復合模 級進模 生產批量 小批量 中批量和大批量 中批量和大批量 沖壓精度 較低 較高 較高 沖壓生產率 低，壓力機一次行程內只能完成一個工序 較高，壓力機一次 行程內可完成二個 以上工序 高，壓力機在一次行 程內能完成多個工序 實現操作機械化 自動化的可能性 較易，尤其適合于多 工位壓力機上實現自 動化 制件和廢料排除較 復雜，只能在單機 上實現部分機械操 作 容易，尤其適應于單 機上實現自動化 生產通用性 通用性好，適合于中 小批量生產及大型零 件的大量生產 通用性較差，僅適 合于大批量生產 通用性較差，僅適合 于中小型零件的大批 量生產 沖模制造的復雜 性和價格 結構簡單，制造周期 短，價格低 沖裁較復雜零件時， 比級進模低 沖裁較簡單零件時低 于復合模 根據分析結合表 3-1 得出結論： 方案一模具結構簡單，但需兩道工序兩副模具，生產效率低，難以滿足該 零件的年產量要求。 5 方案二只需一副模具，沖壓的形狀精度和尺寸容易保證且生產效率也高， 盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單，模具制造難度較小。 方案三只需一副模具，生產效率很高，但零件的沖裁精度稍差。欲保證沖 壓件的形狀精度，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造、安裝較復合模 具復雜。 通過對上述三種方案的分析比較，該零件的沖壓生產采用方案二為佳。 3.3 沖裁結構的選取 按照復合模工作零件的安裝位置不同，分為正裝式復合模和倒裝式復合模 兩種，兩種的優(yōu)點、缺點及適用范圍見表 3-2。 表 3-2 正裝式復合模、倒裝式復合模的優(yōu)點、缺點及適用范圍 比較項目 正裝(順裝)式復合模 倒裝式復合模 結構 凸凹模裝在上模，落料凹模和沖孔凸模裝在下模 凸凹模裝在下模，落料凹模和沖孔凸模裝在上模 優(yōu)點 沖出的沖件平直度較高 結構較簡單 缺點 結構復雜，沖件容易被嵌入邊料中影響操作 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件 適用范圍 沖制材質較軟或板料較薄的平直 度要求較高的沖裁件，還可以沖 制孔邊距離較小的沖裁件 不宜沖制孔邊距離較小的沖裁件， 但倒裝式復合模結構簡單、又可 以直接利用壓力機的打桿裝置進 行推件，卸料可靠，便于操作， 并為機械化出件提供了有利條件， 故應用十分廣泛 正裝式復合模適合于沖制材質較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件， 還可以沖制孔邊距離較小的沖裁件。倒裝式冷沖模不宜沖制孔邊距離較小的沖 裁件，但倒裝式冷沖模結構簡單，可以直接利用壓力機打桿裝置進行推件，卸 件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，故應用十分廣泛。綜上 所述，該制件結構形狀簡單，精度要求較低，孔邊距較大，宜采用倒裝式復合 模。 6 4 模具總體結構的確定 4.1 模具類型的選擇 由以上沖壓工藝分析可知，采用復合模沖壓，模具類型為倒裝式復合模。 4.2 送料方式的選擇 由于零件的生產批量是大批量及模具類型的確定，合理安排生產可采用前 后自動送料方式。 4.3 定位方式的選擇 因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導料銷，無側壓裝置。 控制條料的送進布局采用擋料銷定距。而第一件的沖壓位置因為條料長度有一 定余量，可以靠操作工目測來定。 4.4 卸料、出件方式的選擇 剛性卸料是采用固定卸料板結構，常用于較硬、較厚且精度要求不高的工 件沖裁后卸料。當卸料版只起卸料作用時與凸模間隙隨材料厚度的增大而增加， 單邊間隙?。?.20.5）t。當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸料板 與凸模的配合間隙應該小于沖裁間隙，此時要求凸模卸料時不能完全脫離卸料 板。主要用于卸料力較大，材料厚度大于 2mm 的材料。 彈性卸料具有卸料與壓料的雙重作用，主要用在沖料厚在 2mm 及以下厚度的板 料，卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t，若彈性卸料板還要起對 凸模導向作用時，二者的配合間隙性小于沖裁間隙，常用作落料模、沖孔模、 癥狀復合模的卸料裝置。由于有壓料作用，沖裁件比較平整。彈壓卸料板與彈 性元件、卸料螺釘組成彈壓裝置。 工件平直度較高，料厚為 2mm 相對較薄，卸料力不大，由于彈性卸料模具 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狀態(tài)，且彈性卸料 板對工件施加的柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 4.5 導向方式的選擇 方案一：采用對角導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線 上，所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料 模、復合模。 7 方案二：采用后側式導柱模架。由于前面和左右不受限制，送料和操作比 較方便。因為導柱安裝在后側，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊磨損對模 具使用壽命有一定影響。 方案三：采用四導柱模架。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大或精度要求較高的沖壓零件及大量生產用的自動沖壓模 架。 方案四：采用中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準 確。只能一個方向送料。 （a） （b） （c） （d） 圖 4-1 導柱模架 （a）下模座 （b）導柱 （c）導套 （d）上模座 根據以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式，為提高模具壽命和工 件質量，采用后側導柱模架，操作者可以看見條料在模具中的送進動作。由于 前面和左、右不受限制，能滿足工件成型的要求。即方案二最佳。 8 5 工藝參數計算 5.1 排樣方式的選擇 沖裁件在板料、帶料或條料上的布置方法稱為排樣。排樣的意義在于減小 材料消耗、提高生產率和延長模具壽命，排樣是否合理將影響到材料的合理利 用、沖件質量、生產率、模具結構與壽命。 排樣的方法有：縱排、橫排、對直排、混合排 ，根據設計模具制件的形狀、 厚度、材料等方面全面考慮。因此有下列三種方案： 方案一：有廢料排樣。沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、沖件與條料 之間都存在搭邊廢料沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命高， 但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣。因受剪裁條料質量和定位誤差的影響。其沖件質量 稍差，同時邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命。但材料利用率稍高。沖 模結構簡單。 方案三：無廢料排樣。沖件與沖件之間或沖件與條料側邊之間均無搭邊， 沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件，但對材料利用率最高。 采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制 件，而且可以簡化模具結構，降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導向誤差 的影響，沖裁件的尺寸精度不易保證，故應采用方案一。 分析零件形狀，應采用單縱排的排樣方式，零件可能的排樣方式有圖 5-1 和圖 5-2 所示兩種。 圖 5-1 縱排示意圖 9 圖 5-2 橫排示意圖 5.1.1 搭邊值的確定 排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊 是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠進凹模， 增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質量。一般來說， 搭邊值是由經驗和查表來確定的，該制件的搭邊值采用查表取得。 如表 5-1 所示：根據此表和工件外形可知 L50mm，可確定搭邊值 a 和 a1，a 取 2.2mm，a 1 取 2.0mm，較為合理。 表5-1 搭邊a和a 1數值（低碳鋼） mm 矩形件邊長 L50mm 或圓角 r2t 的工件 材料厚度 t 工件間 a1 沿邊 a 0.25 以下 2.8 3.0 0.250.5 2.2 2.5 0.50.8 1.8 2.0 0.81.2 1.5 1.8 1.21.6 1.8 2.0 1.62.0 2.0 2.2 2.02.5 2.2 2.5 2.53.0 2.5 2.8 寬度的確定： 搭邊的作用是補償定位誤差，保證條料有一定的剛度，同時保證零件質量 和送料方便。根據模具的結構不同，可分為有側壓裝置的模具和無側壓裝置的 模具，側壓裝置的作用是用于壓緊送進模具的條料（從料帶側面壓緊） ，使條料 不至于側向竄動，以利于穩(wěn)定地加工生產。本套模具無導料板為無側壓裝置。 故按下式計算： 10 B0-=（ DMAX+2a） 0- (5-1) 式中: B-條料寬度； Dmax-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a-沖裁件之間的搭邊值；可參考表 5-1； -條料寬度的單向（負向）偏差，見表 5-2； C-導料板與最寬條料之間的間隙，其最小值見表 5-3。 表 5-2 剪料公差及條料與導料板之間隙 mm 材料厚度 t/mm條料寬度 B/mm 01 12 23 35 50 50100 100150 150220 220300 0.4 0.5 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表 5-3 有側壓裝置和無側壓裝置對照表 mm 無側壓裝置 有側壓裝置 條料寬度 B（mm）材料厚度 t（ mm） 100 100200 200300 180260 260360 360500 500 0.030 0.035 0.040 0.050 0.045 0.050 0.060 0.070 由下表 6-3 可查得：按照圓形公差查得磨損系數 x=0.75，非圓形件磨損系 數 x=0.5。 表 6-3 磨損系數 mm 材料厚度 工件公差 1 12 24 4 0.16 0.20 0.24 0.30 0.170.35 0.210.41 0.250.49 0.310.59 0.36 0.42 0.50 0.60 0.16 0.20 0.24 0.30 0.16 0.20 0.24 0.30 非圓形 值 圓形 值 磨損系數 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工作零件刃口尺寸如圖6-1，根據以上公式（6-1） 、 （6-2） 、 （6-3） 、 （6-4） 、 （6-5）分別計算工作零件刃口尺寸見表6-4。 （a） （b） 圖 6-1 工作零件刃口尺寸 （a）落料 （b）沖孔 表 6-4 工作零件刃口尺寸的計算 尺寸及分類 尺寸轉換 計算公式 結果 D 凹 =119.740+0.08落料 120 1200 -0.35 D 凹 =(Dmax- ) 凹0 D 凸 =119.4940+0.08 23 D 凹 =24.8420+0.05 25 250-0.21 D 凸 =24.8420+0.0254 D 凹 =44.8130+0.06 D 凸 =44.812918645 450-0.25 D 凹 =34.8130+0.06 35 350-0.25 D 凸 =34.8129186 D 凹 =36.8130+0.0637 370 -0.25 D 凸 =(Dmax- -Zmin) 0凸 D 凸 =36.8129186 d 凸 =5.910-0.03 6 6+00.12 d 凹 =6.270-0.03 d 凸 =11.8650-0.04 12 12+00.18 d 凹 =12.2250-0.04 D 凸 =14.9650-0.04 沖孔 15 150+0.18 d 凸 =(dmin+ ) 0凸 d 凹 =( dmin+ + Zmin) 凹0 d 凹 =15.3250-0.04 60 600.20 Ld=600.025 20 200.12 Ld=200.025孔心距 30 200.15 Ld=L1/8 Ld=300.025 通過上述對工作零件刃口尺寸的計算，落料凹模、凸模的尺寸如圖 6-2。 （1） （2） 圖 6-2 落料凹模、凸模的尺寸 （1）落料凹模尺寸 （2）落料凸模尺寸 24 7 主要零部件設計 雖然各類沖裁模的結構形式和復雜程度不同，但組成模具的零件種類是基 本相同的，根據它們在模具中的功用和特點，可以分為工藝零件和結構零件兩 類。 設計主要零部件時，首先要考慮主要零部件的定位、固定以及總體裝配方 法，本套模具主要采用螺釘固定模具零件，銷釘起零件的定位作用，采用擋料 銷送進定距和導料銷送進定位，無側壓裝置。下面就分別介紹各個零部件的設 計方法。 7.1 凹模設計 7.1.1 凹模外形的確定 凹模的外形一般有矩形和圓形兩種。凹模的外形尺寸應保證有足夠的強度、 剛度和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根據被沖材料的厚度和沖裁件的最大外 形尺寸來確定的，如圖7-1所示。 7.1.2 凹模刃口結構形式的選擇 沖裁凹模刃口形式有直筒式和錐形兩種，選用時主要根據沖件的形狀、厚 度、尺寸精度以及模具結構來確定。由于本模具沖的零件尺寸較大，所以采用 刃口為直通式，該類型刃口強度高，修磨后刃口尺寸不變。 7.1.3 凹模精度與材料的確定 根據凹模作為工作零件，其精度要求較高，外形精度為 IT11 級，內型腔精 25 度為 IT7 級，表面粗糙度為 Ra3.2um，上下平面的平行度為 0.02，材料選 Cr12MoV。 圖7-1 凹模外形尺寸的確定 凹模各尺寸計算公式如下： 凹模邊壁厚 H=Kb1 （7- 1） 凹模邊壁厚 c=(1.5 2)H （7- 2） 凹模板邊長 L=b1+2c （7-3 ） 凹模板邊寬 B=b2+2c （7- 4） 式中： b1-沖裁件的橫向最大外形尺寸； b2-沖裁件的縱向最大外形尺寸； K-系數，考慮板料厚度的影響，查表7-1。 表 7-1 系數 K 值 材料厚度 t/mm 材料料寬 s/mm 1 13 36 50 0.300.40 0.350.50 0.450.60 50100 0.200.30 0.220.35 0.300.45 100200 0.150.20 0.180.22 0.220.30 26 200 0.100.15 0.120.18 0.150.22 查表7-1 得：K=0.2。 根據公式（7-1）可計算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： H=Kb1 =0.2120 =24（mm） 根據公式（7-2）可計算凹模邊壁厚： c=(1.5 2)H =(1.52)24 =3648（mm） 取凹模邊壁厚為40mm。 根據凹模厚度和邊壁厚可確定凹模板的長、寬的尺寸。 根據公式（7-3）可計算凹模長： L=b1+2c =120+240 =200（mm） 根據公式（7-4）可計算凹模寬： L=b2+2c =37+240 =117（ mm） 即：LBH=200mm117mm24mm 查表 7-2 得凹模尺寸為 200mm125mm25mm。 表 7-2 矩形和圓形凹模外形尺寸 mm 矩形凹模的長度和寬度 LB 矩形和圓形凹 模厚度 圓形凹模直徑 d 6350、6363 10、12、14、 16、18、20 63 8063、8080、10063、10080、100100、12580 12、14、16、 18、20、22 80、100 27 125100、125125、（140）80、（140）100 14、16、18、 20、22、25 125 （140）125、（140）（140）、 160100、160125、160（140）、 200100、200125 16、18、20、 22、25、28 （140） 160160、200（140）、200160、200125、 250（140） 16、20、22、 25、28、32 160 200200、250160、250200、（280）160 18、22、25、 28、32、35 200 250250、（280）200、（280）250、 20、25、28、 32、35、40 250 315250 20、28、32、 35、40、45 （280）、315 凹模外形簡圖如圖 7-2 所示: 圖 7-2 凹模簡圖 7.2 凸模的設計 7.2.1 凸模結構的確定 凸模結構通常分為兩大類。一類是鑲拼式，另一類為整體式。整體式中， 28 根據加工方法的不同，又分為直通式和臺階式。因為該制件形狀不復雜，所以 將落料模設計成臺階式凸模，臺階式凸模工作部分和固定部分的形狀做成一樣， 凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。 7.2.2 凸模材料的確定 該模具要求有較高的壽命和較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力,所以 凸模的材料應選 Cr12MoV，熱處理 5862HRC。 7.2.3 凸模精度的確定 根據凸模作為工作零件，其精度要求較高，所以選用 IT7 級，表面粗糙度 為 Ra1.6um，同軸度為 0.02。 7.2.4 凸模高度的確定 因為該制件形狀不是很復雜，所以將沖孔模設計成臺階式凸模。凸模與凸 模固定板的配合按H7/m6。凸模的高度是凸模固定板的厚度、落料凹模與附加 長度的總和，如圖7-3所示。 圖7-3 凸模高度尺寸 凸模高度為： L=h1+h2+（ 1 2） (7-5) 式中: h1-凸模固定板厚度，可得：h1=16mm； h2-凹模厚度 ，可得：h2=24mm； 12-附加長度。 附加長度包括凸模的修磨量，凸模進入凸凹模的深度。 （附加長度取1mm） 由公式(7-5)得： L=16+24+1=42(mm) 29 由以上可得凸模簡圖如圖 7-4 所示： 圖 7-4 凸模簡圖 7.3 凸凹模設計 7.3.1 凸凹模外形尺寸的確定 凸凹模的外形由本套模具所設計的零件圖樣外形確定。凸凹模的外形尺寸 應保證有足夠的強度、剛度和修磨量，一般根據被沖材料的厚度和沖裁件的最 大外形尺寸來確定的，與落料凹模配合確定，其內孔尺寸與沖孔凸模配合確定。 7.3.2 凸凹模材料的選取 由于沖模為復合模，所以材料要有良好的耐磨性、高強度、足夠的韌性、 良好的抗疲勞性、熱處理工藝性等。Cr12MoV 剛具有較好的淬透性，很高的耐 磨性，有較高的沖擊韌度和承載強度，且淬火變形小。為滿足以上要求，在該 模具中凸凹模材料選用 Cr12MoV 鋼。 7.3.3 凸凹模精度的確定 零件精度：由于該零件為工作零件，起主要成型的作用，對精度要求較高， 外形精度公差為 IT7。 7.3.4 凸凹模壁厚的確定 凸凹模是復合模中同時具有落料凸模和沖孔凹模作用的工作零件。它的內 外緣均為刃口，內外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸。從強度方面考慮，其 壁厚應受最小值限制。凸凹模的最小壁厚與模具結構有關：當模具為正裝結構 時，內孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當模具為倒裝結構時，若 內孔為直筒型刃口形式，且采用下出料方式，則內孔積存廢料，脹力大，故最 小壁厚應大一些。 30 凸凹模的最小壁厚值，目前一般按經驗數據確定，倒裝復合模的凸凹模最 小壁厚見表 7-3。正裝復合模的凸凹模最小壁厚可比倒裝的小一些。 表 7-3 凸凹模的最小壁厚 材料厚度t/mm 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 最小壁厚mm 1.4 1.8 2.3 2.7 3.2 3.6 4.0 4.4 4.9 5.2 5.8 材料厚t/mm 2.8 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 最小壁厚mm 6.4 6.7 7.1 7.6 8.1 8.5 8.8 9.1 9.4 9.7 10 凸凹模內外刃口間壁厚校核：根據沖裁件結構凸凹模內外刃口最小壁厚為 4.9mm，該壁厚為4.9mm即可，本設計中凸凹模的壁厚為6mm，故該凸凹模的 側壁強度要求足夠。 7.3.5 凸凹模洞口類型的選取 本設計采用的是倒裝式復合模，故凸凹模在下模，采用下出料方式，需要 設計凸凹模洞口類型，排出積存廢料。 凸凹模洞口的類型如圖 7-5 所示，其中 a、b、c 型為直筒式刃口凹模，其 特點是制造方便，刃口強度高，刃磨后工作部分尺寸不變，廣泛用于沖裁公差 要求較小，形狀復雜的精密制件。但因廢料的聚集而增大了推件力和凸凹模的 漲裂力，給凸、凸凹模的強度都帶來了不利影響。一般復合模和上出件的沖裁 模用 a、c 型，下出件用 b、d 型其中 d 型是錐筒式刃口，在凸凹模內不聚集材 料，側壁磨損小，但刃口強度差，刃磨后刃口徑向尺寸略有增大。 綜上所述，本設計選用 a 型洞口。 (a) (b) (c) (d) (e) 圖 7-5 凸凹模洞口的類型 (a)直通式 (b)直通式 (c)直通式 (d)錐筒式 (e)錐形式 31 7.3.6 凸凹模尺寸的設計 凸凹模高度尺寸如圖 7-6 所示，計算公式如下： L=h+h1+h2 （7- 6） 式中： h-增加長度（包括凸模進入凸凹模深度，彈性元件安裝高度等） ； h1-凸凹模固定板厚度； h2-彈性卸料板厚度； h3-凸凹模板厚度； 圖 7-6 凸凹模高度尺寸 根據公式（7-6）凸凹模高度： L=h+h1+h2+h3 =2+20+12+20 =54(mm) 綜上所述，結合總體設計中對零件圖樣的設計，最終確定零件尺寸： 136mm53mm54mm。凸凹模簡圖如圖 7-7 所示： 32 圖 7-7 凸凹模簡圖 7.4 定位零件的選用 7.4.1 擋料銷、導料銷的選用 設計擋料銷時，應注意以下幾點： （1）工件外形簡單時，應以外形定位，外形復雜時以內孔定位。 （2）定位要可靠，放置毛坯和取出工件要方便，確保操作安全。 （3）若工件需要經過幾道工序完成時，各套沖模應盡可能利用工件上同一 位基準，避免累積誤差。 在此選用機械行業(yè)標準 GB/T7649.10-94 中的 A 型擋料銷，作為該模具中的 擋料銷和導料銷。 選取該模具的擋料銷和導料銷的直徑 d6mm 的 A 型固定擋料銷。 7.5 卸料裝置的選定 7.5.1 卸料裝置的選用 彈性卸料裝置由卸料板、彈性元件、卸料螺釘等零件組成。如圖 7-8 所示： 彈性卸料起導向作用時，卸料板與凸模按 H7/h6 配合制造，但其間隙應比凸、 凹間隙小，此時，凸模與固定板以 H7/h6 配合。此外，在模具開啟狀態(tài)，卸料 板應高出模具工件零件刃口 0.30.5mm，以便順利卸料。彈性卸料裝置簡圖如 圖 7-8 所示： 33 圖 7-8 彈壓卸料裝置簡圖 1-卸料板；2-彈性元件；3-卸料螺釘 7.5.2 卸料螺釘的選用 根據復合模具典型組合尺寸查得卸料螺釘選擇為：圓柱頭卸料螺 M1260mm JB/T7650.5。 7.5.3 卸料板外型設計 在沖壓工藝分析中已經選擇了彈性卸料裝置，采用卸料板進行卸料。卸料 板不僅有卸料作用，還具有用凸凹模導向，對凸凹模起保護作用，卸料板的邊 界尺寸與凹模的邊界尺寸相等。卸料板與凸凹模的間隙值由表 7-4 確定，取 0.15mm。 7.5.4 卸料板材料的選擇 卸料板主要是起卸料的作用，對它的強度和硬度要求較高，所以材料選擇 是 45 鋼。45 鋼是優(yōu)質碳素結構鋼，它的質量較好，含碳量（0.45%）波動小， 性能較穩(wěn)定。經過熱處理（調質）后具有良好的綜合力學性能，即具有較高的 強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性。 7.5.5 卸料板的結構設計 卸料板與凸凹模應該是間隙配合，要保證單邊間隙為 0.15mm。 表 7-4 卸料板與凸凹模間隙值 材料厚度 t/mm 0.5 0.51 1 單邊間隙 Z/mm 0.05 0.1 0.15 經查表 7-4 得凸凹模的單邊間隙符合條件。 本套模具采用了一個擋料銷和兩個導料銷進行條料的定位和導料。根據條 34 料的寬（120mm）和搭邊值（2mm）確定擋料銷和導料銷的位置，兩個導料銷 之間的距離為 20mm。 模具采用的是彈壓卸料板、橡膠和卸料螺釘進行卸料。兩個卸料螺釘對稱 分布，使每個卸料螺釘受力均勻。 7.5.6 卸料板整體精度的確定 卸料板外輪廓的精度要求不高，所以選取 IT12 級，粗糙度為 Ra3.2；而內 輪廓的精度要求比外輪廓的要求稍高，所以選取 IT11 級，粗糙度為 Ra1.6；兩 個螺紋孔和擋料銷、導料銷有定位的作用，所以精度要求要高一些為 IT7 級， 粗糙度為 Ra3.2。 7.5.7 卸料橡膠的設計 在沖裁模卸料與出件裝置中，常用的元件是彈簧和橡膠，考慮模具的結構， 該模具采用的彈性元件為橡膠。橡膠允許承受的負載較大，占據空間尺寸較小， 安裝調整較方便靈活，而且成本低，是中小型沖模中彈性卸料、頂件及壓邊裝 置常用的彈性元件。 卸料橡膠的選用與計算步驟： （1）確定自由高度 H 自 H 自 =L 工 /(0.25 0.30)+h 修模 （7-7） 式中： L 工- 沖模的工作行程，對沖裁模而言， L 工=t+1； h 修模-預留的修模量，根據模具設計壽命一般取 46 mm。 根據公式（7-7）得： H 自 =L 工 /（ 0.25 0.30） +h 修模 =3/（0.250.30 ）+ （46） =（10 12） +（46） =1418 =16（mm ） （2）確定 L 預 和 H 裝 L 預 =（ 0.1 0.15） H 自 （7-8） 式中： L 預- 橡膠的預壓縮量。 根據公式（7-8）得： 35 L 預=(0.10.15)18=1.82.7=2.0（mm） H 裝 =H 自 -L 預 （7-9） 式中： H 裝-沖模裝配好以后橡膠的高度。 根據公式（7-9）得： H 裝 =H 自 -L 預 =18-2=16（mm） （3）確定橡膠橫截面積 A A=F/g （7-10） 式中： F-所需的彈壓力（F=9885.564N ） ； g-橡膠在預壓縮狀態(tài)下的單位壓力：g=0.260.50MPa 。 根據公式（7-10）得： A=F/g=9885.564/0.40=24713.91（mm 2） 綜上所述，結合卸料板的厚度查表 7-5，卸料板與凹模的外形尺寸相同。根 據凹模的尺寸 200mm125mm25mm，從而可以確定卸料板的尺寸。 查表 7-5，卸料板的厚度為 12mm。 表 7-5 固定卸料板厚度 200 0.8 6 6 8 10 12 0.81.5 6 8 10 12 14 1.53 8 10 12 14 16 卸料板簡圖如圖 7-9 所示： 36 圖 7-9 卸料板簡圖 7.6 推件裝置的選定 7.6.1 推件塊的設計 推件的目的是將制件從凹模中推出。 推件塊結構形式分為： （1）彈性推件裝置：一般裝在下模，具有壓料作用，沖裁件質量好；但推 件力較小。常用于正裝式復合?；驔_裁薄板料的落料模中。 （2）剛性推件裝置：一般裝在上模，利用壓力機的力推件，因此推件力大， 推件可靠；但不具有壓料作用。常用于倒裝式復合模中。 根據本副模具要求，所以采用剛性推件裝置。 確定推件塊的材料為 45 鋼，沖孔凸模與推件塊的單邊間隙確定為 0.5mm， 保證沖孔凸模能正常運動。推件塊簡圖如圖 7-10 所示： 圖 7-10 推件塊簡圖 7.6.2 推板的設計 根據零件尺寸和自身模具設計加上參照書本標準，最終我們選取的零件尺 寸為：推板的尺寸為 130 mm37 mm7 mm。 推板材料的選擇：采用 45 鋼作為原材料，熱處理硬度 4348HRC。 根據以上確定推板的結構尺寸如圖 7-11 所示： 37 圖 7-11 推板簡圖 7.6.3 推桿的設計 根據上模座、凸模固定板、以及凹模尺寸。我們設計選取的推桿尺寸如下： D=6mm，L=40mm。 推桿材料的選擇：用的材料是 45 鋼，熱處理硬度 4348HRC。 根據以上確定推桿零件簡圖如圖 7-12 所示： 圖 7-12 推桿簡圖 7.7 上下模座的選用 7.7.1 上下模座的選用 本模具采用后側導柱、導套來保證模具上、下模的精確導向。后側導柱、 導套都是圓柱形的，其加工方便，裝配容易。導柱的長度應保證上模座最底位 置時（閉合狀態(tài)） ，導柱上端面與上模座頂面的距離 5mm。而下模座底面與導 柱底面的距離為 14mm。導柱的下部與下模座導柱孔采用 H7/r6 的過盈配合,導 套的外徑與上模座導套孔采用 H7/r6 的過盈配合。導套的長度，需要保證沖壓 時導柱一定要進入導套 10mm 以上。導柱與導套之間采用 H7/r6 的間隙配合， 導柱與導套均采用 20 鋼，熱處理硬度滲碳深度 0.81.2mm，淬硬 5862HRC。 導柱的直徑、長度，按標準選取。 導柱：A28 h615028 GB/T2861.1 導套：A38 H68038 GB/2861.6 38 模座的的尺寸 L/mmB/mm200mm125mm,上模座的厚度與下模座厚度 查標準分別為 45mm、45mm。 7.8 連接及固定零件的選用 7.8.1 螺釘與銷釘的選用 沖模中廣泛使用內六角螺釘（緊固可靠、螺釘頭部不外露）和圓柱銷釘。 中、小型模具通用M6 M12的螺釘和420的銷釘。一起使用時，銷釘公稱 直徑可取與螺釘的螺紋規(guī)格數值相同或小一個規(guī)格。根據上模座、墊板、凸模 固定板和凹模采用4個M1270mm的螺釘固定，凸凹模固定板和下模座采用 4個 M1255mm的螺釘固定，模柄與上模座采用4個M1240mm的螺釘固定，螺釘分 布對稱，使緊固零件受力均勻。沖模上的螺釘常用圓柱頭內六角螺釘（GB/T70- 1985） 。 銷釘起定位作用，防止零件之間發(fā)生錯移，其本身承受切應力。銷釘采用 兩個，多用圓柱銷（GB/T119-2000）與零件上的銷孔采用過渡配合，上模座、 凸模固定板、墊板和凹模采用1285mm的定位銷釘，凸凹模固定板與下模座 采用1260mm的定位銷釘。 7.8.2 模柄的選用 模柄的作用是將上模座固定在沖床的滑塊上。常用的模柄形式有： （1）整體式模柄，模柄與上模座做成整體，用于小型模具。 （2）帶臺階的壓入式模柄，它與模座安裝孔用 H7/n6 配合，可以保證較高 的同軸度和垂直度，適用于各種中小型模具。 （3）帶螺紋的旋入式模柄，與上模連接后，擰入防轉螺釘緊固，垂直度較 差，主要用于小型模具。 （4）有凸緣的模柄，用螺釘、銷釘與上模座緊固在一起，使用與較大是模 具。 （5）浮動式模柄，它由模柄、球面墊塊和連接板組成，這種結構可以通過 球面墊塊消除沖床導軌位差對沖模導向精度的影響，適用于滾珠導柱、導套導 向的緊密沖裁。 根據本模具結構，采用帶臺階的凸緣式模柄。在設計模柄時模柄長度不得 39 大于沖床滑塊內模柄孔的深度，模柄直徑應與模柄孔徑一致。 綜合以上，本模具模柄選用：A32 JB/T7646.3-1994。 7.8.3 凸模固定板的設計 凸模固定板主要是固定凸模，保證凸模有足夠的強度，使凸模與落料凹模、 上模座、墊板更好的定位。凸模與凸模固定板的配合按 H7/m6。 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。 則凸模固定板的厚度： H凸固 =（ 0.6 0.8） H凹 （7-11） 式中： H凸固-凸模固定板厚度； H凹-凹模厚度。 根據公式（7-11）得凸模固定板厚度為： H凸固 =（ 0.6 0.8） H凹 =（0.6 0.8） H凹 =（0.6 0.8） 25 = 15 20（mm ） 凸模固定板厚度取16mm。凸模固定板簡圖如圖7-13所示： 圖7-13凸模固定板簡圖 40 7.8.4 凸凹模固定板的設計 凸凹模固定板主要是固定凸凹模，保證凸凹模有足夠的強度，使凸凹模與 卸料版，下模座，墊板更好的定位。凸凹模與凸凹模固定板的配合按 H7/m6。 凸凹模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。 則凸凹模固定板的厚度為： H凸凹固 =（ 0.6 0.8） H凹 （7-1 2） 式中： H凸凹固 -凸凹模固定板厚度； H凹 -凹模厚度。 根據公式（7-12）得凸凹模固定板厚度為： H凸凹固 =（ 0.6 0.8） H凹 =（0.6 0.8） H凹 =（0.6 0.8） 25 =1520 （mm ） 凸凹模固定板厚度取20mm。凸凹模固定板簡圖如圖7-14所示： 圖7-14 凸凹模固定板簡圖 7.8.5 墊板的設計 它的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，如果凸模的端部對材料的壓 力超過材料的許用壓力，需在凸模端部與上模座之間加上墊板防止模具損壞。 41 墊板外形尺寸可與凸模固定板相同，其厚度一般取310mm，查參考文獻 中國模具設計大典：第3卷 沖壓模具設計22.5-17JB/T7643.3-1994 ，可得墊板尺 寸為200 mm125 mm5 mm。 8 沖壓設備的校核與選定 8.1 沖壓設備的校核 該模具的閉合高度由以下零件高度相加之和求的。 該模具閉合高度： H 閉 =H 上 +H 下 +H 墊 +L+H-h （8-1） 式中： L-沖孔凸模長度； H-凸凹模厚度； h-沖孔凸模沖裁后進入凸凹模的深度 h=2mm。 根據公式（8-1）得模具的閉合高度為： H 閉 =H 上 +H 下 +H 墊 +L+H-h =40+40+6+42+52-2 =178（mm） 可見該模具的閉合高度在所選模具閉合高度之間，則該模架可以使用，該 模具的閉合高度小于所選壓力機型號為 JG23-40 的最大閉合高度為 330mm，可 以使用。 8.2 沖壓設備的選用 根據模具閉合高度、沖裁力等，壓力機型號為 J23-40，能滿足各項要求， 因此選取 J23-40 號壓力機。 42 9 壓力機的選擇 通過校核，該沖裁件所需的沖裁力為 367.650 KN 選擇開式雙柱可傾壓力 機 J23-40 能夠滿足使用要求。其主要技術查表 5-6 得參數如下： 公稱壓力：400KN； 滑塊行程：100mm； 最大閉合高度：330mm； 工作臺尺寸（前后左右）：260mm300mm ； 墊板尺寸（厚度孔徑）：100mm300mm ； 模柄孔尺寸：40mm110mm； 最大傾角高度：30 。 43 10 模具結構簡述 該制件的模具為復合模。通過以上的設計，可得到模具裝配圖。模具的上 模部分由上模座、墊板、凸模固定板、凸模及落料凹模等組成。上模座、墊板、 落料凹模及凸模固定板用 4 個 M1260mm 的圓柱頭內六角螺釘和 2 個 1280mm 的圓柱銷定位。 螺釘選?。篗1260mm 的標準件，采用 45 鋼。 圓柱銷選?。?2 80mm 的標準件，采用 45 鋼。 下模部分由下模座、卸料板、橡膠及凸凹模固定板等組成。卸料方式是采 用的彈性卸料。下模座、凸凹模固定板用 4 個 M1250mm 的圓柱頭內六角螺釘 和 2 個 1260mm 的圓柱銷定位，下模座、凸凹模固定板、橡膠及卸料板上安 裝 2 個 M1250mm 卸料螺釘進行卸料。 螺釘選?。篗1250mm 的標準件，采用 45 鋼。 圓柱銷選?。?2 80mm 的標準件，采用 45 鋼。 卸料螺釘選?。篗1260mm 的標準件，采用 45 鋼。 沖孔廢料由漏料孔漏出。 44 結論 綜上所述，門鎖墊片復合模設計主要是通過對沖壓件的工藝分析、沖壓工 藝方案確定、排樣及材料利用率的確定、沖裁力相關計算、模具壓力中心的確 定、刃口尺寸計算、模具主要零部件設計、沖壓設備的校核與選定、繪制模具 結構簡圖等的整個分析過程，重點在于凸凹模刃口尺寸計算，模具結構復雜程 度直接決定了沖裁件的精度和質量。在設計門鎖墊片時，一定要保證模具結構 的合理性。 所以，該模具的結構合理，能達到沖裁的各種要求。 45 致 謝 這次畢業(yè)設計說明書及零件圖、裝配圖完成，首先要感謝我的指導教師劉 光虎老師，在撰寫畢業(yè)設計說明及其畫裝配圖、零件圖過程中，對我不懂知識 及模糊的地方提供無微不致的指導和幫助，再次向他表示衷心的感謝。還要感 謝曾經的任課教師袁永富、楊宇、唐永艷、曾欣、羅宗平等教師，是他們讓我 學到了很多知識才使我的畢業(yè)設計能夠按期完成，感謝學校給予的支持和幫助， 感謝同學們的無私幫助。同時還要感謝在百忙之中進行論文評審的老師們，對 論文的不足之處敬請批評指正！ 46 參考文獻 1成虹,沖壓工藝與模具設計M.北京：高等教育出版社，2007 2徐政坤,沖壓模具設計與制造M.北京：化工業(yè)出版社，2003 3陳劍鶴，冷沖壓工藝與模具設計M.北京：機械工業(yè)出版社，2001 4翁其金，冷沖壓技術M.北京：機械工業(yè)出版設，2000 5萬站勝，沖壓模具設計M.北京：中國鐵道出版社，2004 6張鼎承，沖模設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，1988 7史鐵梁，冷沖模設計指導M.北京：機械工業(yè)出版社，1999 8顧京，數控加工編程及操作M.北京：高等教育出版社，2005 9呂思科，機械制圖M.北京：北京理工大學出版社，2007 10王海明，機械制造技術M.北京：中國農業(yè)出版社，2004 11閻其鳳，模具設計與制造M.北京：機械工業(yè)出版社，2003 12李正風，機械設計基礎M.上海：上海交通大學出版社，2005 13許發(fā)樾，模具設計應用實例M.北京：機械工業(yè)出版社，2008 47 附 錄 序號 圖名 圖紙大小 圖紙編號 備注 1 小凸模零件圖 A4 01 附頁 2 小凸模零件圖 A4 02 附頁 3 大凸模零件圖 A4 03 附頁 4 凹模零件圖 A3 04 資料袋 5 凸凹模零件圖 A3 05 資料袋 6 凸模固定板零件圖 A3 06 資料袋 7 凸凹模固定板零件圖 A3 07 資料袋 8 卸料板零件圖 A3 08 資料袋 9 推件塊零件圖 A3 09 資料袋 10 墊板零件圖 A3 10 資料袋 11 上模座零件圖 A3 11 資料袋 12 下模座零件圖 A3 12 資料袋 13 門鎖墊片復合模裝配圖 A1 13 資料袋