圓形雙孔墊片沖壓模具設計復合模要點

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1、 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科畢業(yè)設計（論文） 圓墊片沖壓模設計 學 院 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年級班別 07屆機械四班 學 號 2007750439 學生姓名 舒清旺 指導教師 陳暢子 2011年 5月 27 日 i 圓墊片沖壓模設計 摘要 ： 模具是現代工業(yè)生產中重要的工藝裝備之一。在鑄造、鍛造、沖壓、塑料、橡膠、玻璃、粉 末冶金、陶瓷等生產行業(yè)中得到廣泛應用。某些發(fā)達國家的模具總產值已超過機床工業(yè)的總產值，在 這些國家，模具工業(yè)已擺脫了從屬地位而發(fā)展成為獨立的行業(yè)。近年來，我國的模具工

2、業(yè)也有了較大 的發(fā)展，模具制造工藝和生產裝備智能化程度越來越高，極大地提高了模具制造的精度、質量和生產 率。 本模具的主要作用就是落料和沖孔，通過查閱相關文獻資料，對圓墊片工件進行工藝分析，選擇 并確定符合于給定條件的最優(yōu)工藝方案， 及進行了工藝組合形式。 本設計介紹了主要零部件的設計理 念，詳細剖析了設計過程中的一些思路。闡述了倒裝復合模的設計要點，使產品質量達到設計要求。 然后以些為基礎，設計出沖壓模具主要零件的結構。并在設計中，介紹了零件的排樣圖，定位設計， 沖裁力的計算和壓力中心的計算。本設計分析沖模模架的基本類型，討論了沖模模架的技術要求，介 紹了標準的裝配工藝，并指

3、出模架裝配時的注意事項。條料的步進定位是一個很重要的工序，其對工 件的精度影響很重要， 因些對設計的準確性與標準性對模具既有利于模具維修的規(guī)范， 也為整個模具 的順利生產打下了一個良好的基礎。 同時凸凹模地產品生產質量影響也很大， 在提高經濟效益和降低 成本的前提下，設計出合理而簡單的凸凹模結構，這是設計中的重要環(huán)節(jié)。本設計分析了沖壓模上圓 墊片的成型工藝特點，其中包括利用對工件展開圖的尺寸計算，工件的工藝分析，模具設計的難點， 確定復合模的排樣方案和模具的總體結構。復合模有沖孔，落料兩個工作過程，各成型動作的協調性 以及凸凹模的裝配間隙，確定合理的沖裁間隙是本模具的重中之重，它不

4、僅影響沖裁件的形狀、尺寸 和精度，還影響模具的使用壽命。在模具材料的選擇時還應注意材料的性能和強度。因此，應盡量選 擇模具的標準件，這樣不僅可以提高模具的壽命還可以縮短模具的制造周期。 關鍵詞： 圓墊片；落料；沖孔；復合模 32 Abstract Mold is an important process equipment in the future in industrial.and it was also widely used in casting, forging, stamping, plastics, rubber, glass, powder metallurgy

5、, ceramics and other production industries. In some developed countries , the output value of the mold was more than machine tool industry.The mold industry had been developed as an independent business. In recent years, Chinese mold industry has also been developed considerablly, with the mold manu

6、facturing processes and production equipment becoming more intelligent, the mold manufacturing has been greatly improved the precision mold manufacturing, quality and productivity. The main role of that mold is to die blanking and punching, by using relevant literature, the process of circular pad

7、was analysised, selected and determined.The design introduced the design concept of the main components, the design process was detailed analysis .it describes the design features flip compound die for product quality. then, the main parts of the structure was based on stamping die design .,includin

8、g the layout of parts described map, locate the design, calculation and blanking force center of pressure calculations. The design of the basic types of die mold, die mold discuss the technical requirements, describes the standard assembly process, and that mold assembly considerations. Strip of ste

9、p orientation is a very important process, and its impact on the accuracy of the work piece is very important, because some of the design standards of accuracy and is conducive to mold to the mold maintenance specifications, but also for the smooth production of the mold and lay a good foundation. P

10、unch and die in the same time a great impact product quality, economic efficiency and reduce costs in the premise, design a reasonable and simple punch and die structure, which is an important part of the design. In addition, determine a reasonable die blanking clearance is the top priority, not onl

11、y for Blanking shape, size and precision, but also affect the life of mold. Using the mold materials , it should pay attention to the properties and strength of the material.it was looked that choosing the mold standard parts could not only improve the life of the mold ,but also decread the manufact

12、uring cycle. Key words : circular gasket, blanking, punching, compound mold 1 .摘要 2 2 .緒論 6 2.1 沖壓的概念特點及應用 6 2.2 沖壓的基本工序和模具分類 7 2.3 沖壓技術的現狀和發(fā)展方向 7 2.4 選題背景及國內外發(fā)展 11 3 .沖裁工藝 14 3.1 沖壓件工藝分析 14 3.2 沖壓方案的確定 14 4 .排樣 17 4.1 排樣方式的確定 17 4.2 條料寬度的計算 17 4.3 材料利用率 18 5

13、.沖壓力計算 19 5.1 落料力的計算 19 5.2 沖孔力的計算 19 5.3 沖件力的計算 19 6 .凸模的設計 20 6.1 凸模長度 20 6.2 凸模強度校核 20 7 .凹模的設計 21 7.1 凹模外形 21 7.2 凹模板厚度 21 7.3 凹模形孔側壁形狀 21 7.4 凹模板上孔壁的最小尺寸 22 8 .凸凹模間隙 22 8.1 間隙對沖裁件尺寸精度的影響 22 8.2 間隙對模具壽命的影響 23 8.3 間隙值的確定 23 9 .凸模固定板的設計 24 10 .墊板的設計

14、24 11 .工件刃口尺寸計算 25 11.1 沖孔刃口尺寸計算 25 11.2 落料刃口計算 26 12 .壓力中心 26 12.1 壓力中心的計算與壓力中心 26 13 .定位裝置 26 13.1 定位方式的選擇 26 13.2 活動擋位銷 27 13.3 導料銷 27 13.4 導正銷 27 14 .卸料裝置 27 14.1 卸料及出件的方式選擇 27 14.2 卸料板的設計 28 14.3 卸料螺釘的選用 28 15 .沖模導向 28 15.1 導向方式的選擇 28 16 .模架及其他零件部位

15、設計 29 18 .沖壓設備的選用 30 19 .總結 31 致謝 32 參考文獻 33 1 緒論 1.1 沖壓的概念特點及應用 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具， 簡稱沖模。 沖模是將材料 （金屬或非金屬 ）批量加工 成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中到頭重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產 就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現 [1] 。 沖壓生產過程的主要特征是依靠沖模和沖壓設備完成加工，便于實現自動化，生產 率很高，操作簡便。對于普通壓力機，每臺每分鐘可生產幾件到幾十件，而高速沖床每 分鐘可生產數百件甚至千件以上沖壓件。沖壓所獲

16、得的零件一般無需進行切削加工，因 而是一種節(jié)省能源， 節(jié)省原材料的無 （或少 ）切削加工方法。 由于沖壓所用原材料多是表面 質量好的板料或帶料，沖件的尺寸公差由沖模來保證，所以產品尺寸穩(wěn)定，互換性好。 沖壓產品壁薄，質量輕，剛度好，可以加工成形狀復雜的零件，小到鐘表的秒針，大到 汽車縱梁，覆蓋件等。與機械加工及塑料性加工的其他方法相比，沖壓加工無論在技術 方面還是經濟方面都是具有許多獨特的優(yōu)點為。主要表現如下： ① 沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓 是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數為每分鐘幾十次，高速壓力 機每分鐘可達數

17、百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個部件。 ② 沖壓時由模具保證了沖壓件的尺寸與開關精度， 且一般不破壞沖壓材料的表面質 量，而模具的壽命一般較長，所以沖件的質量穩(wěn)定，互換性好，具有“一模一樣”的特 征。 ③ 沖壓可加工出尺寸范圍較大，形狀較復雜的零件，加上壓沖時材料的冷變形硬化 效應，沖壓件的強度和剛度均較高。 ④ 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其他加熱設備，因而是一 種省料和節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低 [1] 。 但是，沖壓件必須具備相應的沖模而沖模制造的主要特征是單件上批量生產，精度 高，技術要求高，是技術密集型產品。所以，只有在沖壓

18、件生產批量較大的情況下，沖 壓加工的優(yōu)點才能充分體現，從而獲得較好的經濟效益 [3] 。 綜上所述，沖壓與其他加工方法相比，具有獨到的特點，所以在工業(yè)生產中，是大 批量生產中應用十分廣泛。 相當多的工業(yè)部門越來越多的采用沖壓方法加工產品零部件， 如汽車，農機，電器，儀器，電子，國防，家電及輕工業(yè)等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中， 沖壓件所占有的比重都相當大，不少過去用鍛造，鑄造和切削加工方法制造的零件?，F 在大多數也被質量輕，剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產中不廣泛采用沖 壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品質量，降低生產成本，快速進行產品更新 換代等都是難以實現的。

19、1.2 沖壓的基本工序及模具分類 沖壓加工的零件，由于其形狀，尺寸，精度要求，生產批量原材料性能等各不相同， 因此生產中所采用的冷沖壓工藝方法也是多種多樣的，概括起來可分為兩大類，即分離 工序和成形工序。分離工序是指使板料按一定的輪廓線分離而獲得一定形狀，尺寸和切 斷面質量的沖壓件（俗稱沖裁件）的工序。成形工序是指坯料在不破裂的條件下產生塑 性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。這兩類工序，按沖壓方法不同又具體分 成沖裁，彎曲，拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實際生產中，當生產批量大，尺寸較小而公差要求較小時，若用分散的單一工序 沖壓工藝過程，

20、剛生成率可能很低，不能滿足生產需要。這時，在工藝上多采用組合工 序的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內完成，稱為組合工序。根 據工序組合的方法不同，又可將其分為復合，進級和復合 -級進三種組合方式。 復合沖壓：在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種 以上不同單一工序的一種組合方式。 級進沖壓：在壓力機的一次工作行程中，按一定的順序在同一模具的不同工位上完 成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復合—級進沖壓：在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序 [2] 。 為了進一步提高勞動生產率，充分發(fā)揮沖壓的優(yōu)點，還可以用冷壓方法進行

21、產品的 某些裝配。視實際需要，可以安排單獨的裝配工序，也可把裝配工序組合在級進組合工 序中。但無論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被堅固在壓 力機滑塊上，可隨滑塊作上，下往復運動，是沖模的活動部分；下模被固定在壓力機工 作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，壞料在下模面上通過定位零件定位，壓力 機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模。凹模）的作用下壞料便產生分離或塑 性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的部件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件 或廢料從凸凹模上卸下或推，頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。 1.3 沖壓技術的現狀及發(fā)展應用 隨著科學反唇

22、相譏的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，許多新技術，新工藝，新設 備，新材料不斷涌現，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展，其主要表現和發(fā)展方向 如下。 1.3.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成型理論的研究是提高沖壓技術的基礎。沖壓工藝及沖模設計與制造方面的發(fā) 展與沖壓變形基本原理的研究取得進展是分不開。例如，板料沖壓工藝性能的研究，沖 壓成形過程應力分析和計算機模擬，板料變形規(guī)律的研究，從坯料變形規(guī)律出發(fā)理行坯 料與沖模之間相互作用的研究，在沖壓變形條件下的摩擦、潤滑機理方面的研究等，為 建立起緊密結合生產實際的先進的沖壓工藝及沖模設計方法打下了基礎。目前，國內外 對沖壓成

23、形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究，沖壓成型過程應力應變分析。 板料變形規(guī)律研究及壞料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別 是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來，國內外已開始應 用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（ FEM ）等數值分析方法模擬金屬的 塑性成形過程，根據分析結果。設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現 的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數，可實現工藝及模具的優(yōu)化設計。這 樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模周期 [3] 。 提高勞動生產率及產品質量， 降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種

24、沖壓新工藝， 是研究和推廣的大方向。沖壓是一種生產率高，產品質量好的先進加工工藝。用沖壓方 法生產的零件一般不需要或只需要進行少量切削加工。目前，沖壓不但用于生產有色金 屬零件，而且還用于生產黑色金屬零件。隨著模具設計與制造技術及模具材料的發(fā)展， 沖壓的應用范圍將越來越廣泛。目前，國內外相繼涌現出了精密沖壓工藝、軟模成形工 藝、高能高速成形工藝、超塑性成形工藝及無模多點成形工藝等精密沖壓工藝、軟模成 形工藝、高能高速成形工藝、超塑性成形工藝及無模多點形工藝等精密、高效、經濟的 沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍， 目前精密沖裁加工零件的厚

25、度可達 25mm,精密可達IT6?IT7級；用液體、橡膠、聚氨 酯作柔性凸?；虬寄泶鎰傂酝鼓；虬嫉能浤３尚喂に?，能加工出用普通加工方法難 以加工的材料和復雜開關的零件，在特定生產條件下具有明顯的經濟效果；采用爆炸等 高能高效成形方法對于加工各種尺寸大、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的 板料零件。具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑性性成形，可以用 一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出 的優(yōu)越性；無模多點成形工藝是用高度可調凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的 一種先進工藝技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平

26、的無模多點成形設備，解 決了多點壓機成形，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同 時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以 CAD/CAM/CAT術為主要手段，能快速經濟地實現三維曲面的自動化成形。 這對于制造形 狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工 序。目前這種新工藝雖然還處于開發(fā)和推廣應用階段，但在實際生產中已顯示出其優(yōu)越 性，可用超塑性加工的金屬材料的品種也在不斷增加 [4] 。 高能成形、等高速成形方法對于加工各種尺寸大、開關復雜、批量小、強度和精度 要求很高的板料零件，具有很

27、重要的實際意義。 1.3.2 沖模設計與制造方面 沖模是實現沖壓生產的基本條件。在沖模的設計和制造上，目前正朝著以下兩方面 發(fā)展：一方面，為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現代生產的需要，沖模正向 高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展。在我國，工位數達 37 甚至更多的 級進模，壽命達千萬以上的硬質合金模，精度和自動化程度相當高的沖模都已經在生產 中。同時，由于這樣的沖模對加工、裝配、調整、維修要求很高，因此各種高效、精密、 數控、自動化的模具中工機床和檢測設備也正在迅速發(fā)展，如我國的數控銑床和坐標磨 床等先進模具加工設備已達到一定的水平，與此相適應的新型模具材料

28、及其熱表處理技 術，各種高效、精密、數控、自動化的模具加工和檢測設備以及模具 CAD/CA瞰術正在 迅速發(fā)展；另一方面，為了適應產品更新換代和試制或小批量生產的需要，鋅基合金沖 模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也 得到了迅速發(fā)展 [9] 。 精密、高效的我工位及多功能進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現代沖模的 技術水平。目前，50多個工位以上的級進模進距精度可達 2^m^多功能級進模不僅可以 完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平 的精密多工位級進沖模，如某機電—體化的鐵芯精密自動化多功能級進模

29、，其主要零件 的 制造精度達2?5 ^m,進距精度2?3小切總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業(yè)， 已級生產成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，模 具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、精度、制造、制造周期和成本方面 與國外相比還存在一定差距。 模具材料及熱處理與表面工藝對模具加工質量和壽命的影響很大，世界各主要工業(yè) 國在此方面的研究取得了較大進展，開發(fā)了許多 的新鋼種，其硬度可達 HRC5870,而 變形只為普通工具鋼的1/2?1/5.如火焰淬火鋼可局部硬化，且無脫碳；我國研制的 65Nb> LD和C次新鋼種，具有熱加工性能好、熱處理變形小、

30、搞沖擊性能佳等特點。與 些同時，還發(fā)展了一些新的熱處理和表面處理工藝，主要有氣體軟氮化、離子氮化、滲 硼、表面涂鍍、化學氣相（CVD）、物理氣相沉積（PVD、激光表面處理等。這些方法能提 高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蝕性，使模具壽命大大延長。 模具的標準化和專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)的廣泛重視。這是由于模具標準化是 組織模具有專業(yè)化生產的前提，而模具的專業(yè)化生產是提高模具質量，縮短模具制造周 期、降低成本的關鍵。我國已經健頒布了沖壓術語、沖模零部件的國家標準。沖模的專 業(yè)化生產處于積極組織和實施之中，但總體來說，我國沖模的標準化和專業(yè)化水平還是 比較低的。 模具的計算機輔助設

31、計（CAD與計算機輔助制造（CAM也引起國內外模具行業(yè)的極 大重視，也是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術，它以計算機軟件的形式為用戶提供一 種有效的輔助工具，使工程技術人員能借助計算機對產品、模具結構、成形工藝、數控 加工及成本等進行設計和優(yōu)化，從而顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提 高產品質量。隨著功能強大的專業(yè)軟件和高效集成制造設備的出現， 以三維造型為基礎、 基于并行工程 （CE） 的模具技術下成為發(fā)展方向，它能實現制造和裝配的設計、成形過程 的模擬和數控加工過程的仿真，還可對模具可制造性進行評價，使模具設計與制造一體 化、智能化。因而它的開發(fā)和應用已成為當前沖模乃至

32、其它模具技術發(fā)展中引人注目的 課題。在我國，一些大專院校、科研和企業(yè)單位正積極進行這方面的研究開發(fā)工作，并 取得了 一定的成果?？梢灶A計，模具的 CAD\CA眼術將會有較快的發(fā)展。 1.3.3 沖壓設備和沖壓生產自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖高沖壓生產技術水平的基本條件。高精度、高壽命、 高效率的沖模需要高精度、高自動化的壓力與之相匹配。為了滿足大批量調整生產的需 要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、調整和方向 發(fā)展，加之機械手乃到機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣 的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。 如在數控

33、四邊折彎機中送八板料毛坯后， 在計算機程序控制下便可依次完成四連彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；目前。這 方面主要是從兩個方面予以研究和發(fā)展：一是對目前我國大量使用的普通沖壓設備加以 改進，即在普通壓力機的基礎上，加上送料裝置和檢測裝置，以實現半自動化或全自動 化生產，改進沖壓設備結構，保證必要的風度和精度，提高其工藝性能，以提高沖壓件 精度，延長沖模使用壽命；二是積極發(fā)展高速壓力機和多工位自動壓力機，開發(fā)數控壓 力機、沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS）及各種專用壓力機，以滿足大批量生產的需要［2］。 沖壓生產的自動化是提高勞動生產率和改善勞動條件的有效措施。由于沖壓操作簡 單，坯料

34、和工序件形狀比較規(guī)則，一致性好，所以容易實現生產的自動化。沖壓生產的 自動化包括原材料的輸送、沖壓工藝過程及檢測、沖模的更換與安裝、廢料處理等各個 環(huán)節(jié)，但最基本的是壓力機自動化和沖模自動化。除了上述自動壓力機和數控壓力機之 外，適用于各種條件下自動操作的通用裝置和檢測裝置，如帶料、條料或工序件的自動 送料裝置、自動出件與理件裝置、送料位置和加工結果檢測裝置、安全保護裝置等都是 實現普通壓力機和沖模自動化的基本裝備。國內實際生產應用情況表明，這方面的水平 正在不斷提高。 1.3.4 沖模標準化及專業(yè)化生產方面 模具的標準化及專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)的廣泛重視。因為沖模屬單件小

35、批量 生產，沖模零件既具有一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因些，只有 實現了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現專業(yè)化、商品化，從而降低模 具成本，提高模具質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度 已達70%- 80&,模具廠只需制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產 效率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越來越高，分工越來越細，如目前有模架廠、 頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖裁?；驈澢?，這樣 更有利于制造水平的提高和制造周期的綜合。我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有 較大進展，除反映在標準件

36、專業(yè)化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度 亦有提高。但總體情況還有滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現在標準化程度還不 高，標準件的品種和規(guī)格較少，大多數標準件廠家未形成規(guī)?；a，標準件質量也還 存在較多問題。另外， ，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有等于進一步提高。 1.4 選題背景及國內外發(fā)展 本設計課題來來源于工程實際，屬于工程設計。模具是工業(yè)產品生產用的重要工藝 裝備，它是以其自身的特殊形狀通過一定的方式使原料行（成型） 。現代產品生產中，模 具由于其加工效率高、互換性好、節(jié)省原材料，所以得到廣泛的應用。本論文主要闡述 了一種沖壓模具的主要設計過程，包

37、括沖壓模具的工藝分析及工藝方案的確定、模具總 體結構方案設計及計算過程等。 該產品標準零件是市場需求較大的 ,本文設計的不是標準件，用于少量設備 ,希望通 過對這設計 ,對沖裁件模具的設計步驟有更加深入的了解，能將理論更好的聯系實際，促 進知識的增長及能力的提高。 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來， 模具工業(yè)一直以 15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨 大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。 浙江寧波和黃巖地區(qū)的 “模具之鄉(xiāng) ” ；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、

38、 美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現 已有幾千家 [7] 。 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產 品質量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之 一，模具制造技術現已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上 決定企業(yè)的生存空間。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重 要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維 CAD ，并陸續(xù)開始使用 UG 、 Pro/Engineer、 I-DEAS 、 Euclid-IS 等國際通用軟件

39、， 個別廠家還引進了 Moldflow 、 C-Flow 、 DYNAFORM 、 Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。 近年來，我國沖壓模水平已有很大提高。大型沖壓模已能生產單套重量達 50 多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達到 1~2nhi,壽 命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到 Ra三 1.5 的精沖模，大尺寸（①二300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當 高的水平 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公 司模具廠、一汽模具中心

40、等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機 構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技 術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析 KMAS 軟件，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模 CAD/CAM 軟件， 上海交通大學模具 CAD 國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中 心開發(fā)的冷沖模和精沖模 CAD 軟件等在國內模具行業(yè)擁有不少的用戶。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的

41、發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達 國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低； CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當 一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。 我國模具CAD/CAM支術的發(fā)展已有 20多年歷史。由原華中工學院和武漢 733 廠于1984年共同完成的精沖模 CAD/CAMK統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于 1986年共同完成的冷沖模 CAD/CAMI（統(tǒng)是 我國自行開發(fā)的第一個沖裁模 CAD/CAMK統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模 CAD/CAM

42、系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采 用CAD/CAMK術。國家科委 863計劃將東風汽車公司作為 CIMS應用示范工廠，由 華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具 CAD/CAPP/CAM 成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站 和CAD/CAM^件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。 1997年一 汽引進了板料成型過程計算機模擬 CAE軟件并開始用于生產[5] o 21世紀開始CAD/CAMK術逐漸普及，現在具有一定生產能力的沖壓模企業(yè)基本 都有了 CAD/CAMfc術。其中部

43、分骨干重點企業(yè)還具備各 CAE能力。 模具CAD/CAMi術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提高產品 質量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣 普及了計算機繪圖技術，數控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數量的 CAD/CA陳統(tǒng)。如美國 EDS的 UG美國 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer , 美國CV公司的CADS5英國DELCA松司的DOCT5日本HZ鈴司的CRAD表space-E , 以色列公司的 Cimatron，還引進了 AutoCAD、CATIA等軟件及法國 Marta-Daravisi

44、on 公司用于汽車及覆蓋件模具的 Euclid-IS 等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企 業(yè)普遍采用了 CAD/CAMJ術。DL圖的設計和模具結構圖的設計均已實現二維 CAD 多數企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數化設計也 開始走向少數模具廠家技術開發(fā)的領域。 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖 南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生產實踐中得到 成功應用，產生了良好的效益。 快速原型（RP）與傳統(tǒng)的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具， 解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、

45、制件精度低，樣件制作 難等問題，實現了以三維 CAD真型作為制模依據的快速模具制造，并且保證了制件 的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標 志著RPME用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現出一些新的 快速成型方法，例如目前已開始在生產中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成 型等技術。它們都表現出了降低成本、提高效率等 3. 沖裁工藝 3.1 沖壓件工藝性分析： 由零件圖可知，該沖壓件外形簡單，只有落料和沖孔兩個工序，且關于外圓中心對 稱，精度要求不高。沖壓件為中批量生產， 材料為

46、10 鋼，具有良好的沖壓性能，適合 沖裁。工件分沖孔、落料兩個工序，一次沖裁加工即可成形。工件有一個 （|）40mnH和2 個小8mm勺孔；孔與孔、孔與邊緣之間的距離也滿足要求， 最小壁厚為2mm此零件厚度 小，形狀簡單，要求設計的模具具有高精度和高成型效率工件的尺寸全部為自由公差， 可看作 IT14 級，尺寸精度較低，普通沖裁完全能滿足要求。 3.2 沖壓工藝方案的確定： 該工件包括沖槽沖孔落料三個基本工序，可有以下三種工藝方案： 、 . 1―—* 方案一 先沖孔，后落料 , 可進行單工序模生產 單工序模沖壓精度一般較低，對于原材料沒有要求，對于制件的最大尺寸與材料厚 度一

47、般是沒有限制的，可以完成翻轉與變更沖壓方向，也可以增加工序數，但是生產力 低。比較容易實現操作的機械化和自動化，尤其適合于在多工位壓力機上實現自動化。 其生產通用性很好， 適合中小批量的生產以及大型件的大批量生產。 該種模具結構簡單， 制造周期短，價格低廉。當模具有導向時安裝與導向方便。 、. 1―—* 、 方案二 沖孔—落料復合沖壓 , 可進行復合模生產。 復合模是在壓力機的一次行程下 , 可以同時完成多道工序的沖裁模。復合模的生產特 點是 : ① 生產效率成倍提高； ② 提高沖壓件的質量； ③ 對模具制造精度要求較高 復合模種類分為 : ④ 沖裁類復合模 如落料、沖孔復

48、合模；切斷、沖孔復合模等； ⑤ 成形類復合模 如彎曲復合模、復合擠壓模等； ⑥ 沖裁與成形復合模 如落料、拉深復合模；沖孔、翻邊復合模；拉深 切邊復合模；落料、拉深、沖孔、翻邊復合模等。 選擇復合模的原則由以下幾點因素決定 : ① 生產批量 復合?？梢猿杀兜靥岣呱a效率 , 生產批量越大 , 提高生產效率就越顯 得重要。 ② 沖壓工件精度 當沖壓工件的尺寸精度或同軸度、 對稱度等位置精度要求較高時 , 應考慮采用復合模。 ③ 復合工序的數量 一般復合模的復合工序數量在四工序以下 , 更多的工序將導致 模具結構過于復雜 , 同時模具的強度、 剛度、 可靠性也將隨之下降 , 制

49、造和維修更加困 難。 ④ 模具結構的大小 復合模的大小不同， 其采用的結構和板塊會有繁簡的差異 , 而且 脫料裝置也不一樣 、 . J―— * 方案三 沖孔—落料級進沖壓 , 可進行級進模生產 級進模也叫連續(xù)模，具有兩個或兩個以上工位，條料由一定步距從第一個工位逐步 傳送到最后一個工位，并且在每一個工位上降條料成型為所需零件的沖模，當利用他來 進行模具的設計時，可以完成中高級精度的工件，只能用條料和卷料進行送料，其只能 完成尺寸在 200mm 以下，厚度在 0.1~2mm 之間，它不能對工件翻邊和變更沖壓方 向，可以增加工序數，并且生產效率高，適用于中小制件的大批量生產

50、，容易實線操作 機械化和自動化， 尤其適合在但機床上實線自動化?？梢詼p少沖床 ,場地面積 ,減少半成 品的運輸和倉庫占用尺寸。但是要求極( IT10 )級以下高的零件 ,不宜使用級進模生 產，級進模的結構復雜，制造難度大，價格與工位數成正比例上升，但其安裝調整 容易，操作簡單 [1] 。 方案一模具結構簡單，但需三道工序三副模具，成本高而生產效率低，難以滿足中 批量生產要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生產效率都較高，操作方便，工件 精度也能滿足要求。方案三也只需一副模具，生產效率較高，操作較為方便，但模具制 造難度大，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時會影響

51、沖壓速度，操 作不方便。通過對上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產采用方案二為佳。 但是復合模具在設計過程中應注意以下問題： 1) 復合模在模具的同一位置上完成兩道或兩道以上的工序， 模具結構較復雜， 因此 應在上下模間設置導向裝置。 2) 當復合模為倒裝結構時， 通常采用彈性卸料板卸料； 當沖壓毛坯為塊料時， 則可 用廢料刀卸料，當復合模為正裝結構時，若卸料力不大，應采用彈性卸料裝置； 只有卸料力較大，用彈性卸料裝置不能滿足卸料力要求時，才采用剛性卸料裝置， 由于彈性卸料具有操作方便的優(yōu)點，因此應盡量采用彈性卸料裝置。 (3)外形復雜的凸凹模，通常設計成直通形式，以方便線切

52、割加工。此時凸凹模的固 定方式要根據凸凹模的結構形狀及尺寸而定?？刹捎寐葆?、銷釘、 怫接、低熔點 合金或環(huán)氧樹脂粘接等固定方法。 (4)凸凹模平面尺寸較大時，不論是采用正裝結構還是倒裝結構，均可省去固定板， 將凸凹模直接固定在模板上。 (5)對于沖壓非軸對稱制件的復合模，其工作零件必須定位可靠，不允許有轉動的可 能。 (6)對于落料對于落料一沖孔的復合模具，在選用壓力機時也應該注意壓力機的許用 載荷曲線，特別當模具工作行程較大時更應注意。 (7)當復合模的導柱采用中間或對角布置時， 應使兩導柱直徑不同，以防止上模相對 下模錯位180而發(fā)生事故［1］。 4排樣 4.1 排樣方式的確

53、定 由沖壓工藝分析可知，采用復合沖壓，所以模具類型為復合模。設計復合模，首先要 設計條料排樣圖。墊片的形狀兩邊直邊的特點，直排時材料利用率高，應采用直排，如 下圖3-1所示的排樣方法，設計成直接沖壓，可顯著地減少廢料。 圖3-1復合模沖裁直排圖 4.2 條料寬度的計算 圓墊片的形狀具有關于中心對稱的特點，直排時材料利用率較高，故應采用直排， 如圖下圖3-1所示的排樣方法。工件排樣根據落料工序設計，考慮操作方便及模具結構 簡單，故采用直排排樣設計，當一側導料板安裝了側壓裝置時，在送料過程中，條料將 始終緊貼基準備導料板滑動。因此，只要條料寬度保證足夠的搭邊值就可以。 搭邊的作用

54、是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質量和送料方便。 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。 搭邊值通過查參考文獻［1］得側面搭邊值為a1=1.8 mm,工件間搭邊值a =1.5 mm. 則公式計算： 條料的寬度：B=40+2a1=43.6mm 送料步距S:條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距， 每個步距可沖一個或多個 零件。進距與排樣方式有關，是決定側刃長度的依據。條料寬度的確定與模具的結構有 關。進距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條 料寬度能

55、在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。 條料的步距：S=40+a=41.5mm 總體采用彈壓卸料裝置，且為無側壓裝置送料。條料與導料板問間隙 Cmin=1o 4.3 .材料利用率計算： 一段條料能沖出的工件的重量與這段條料重量之比的百分數稱為材料利用率，它是 衡量合理利用材料的重要指標。。由于同一塊板料的厚度和密度都是相同的， 所以這種重 量之比可用面積之比來代替。 故一個步距的材料利用率 A n = — 100 % SB 式中A 步距內工件的有效面積； S 送料步距； B 材料寬度。 由此可之，“值越大，材料的利用率就越高，廢料越少。廢料分為工藝廢

56、料和結構 廢料，結構廢料是由本身形狀決定的。同一個工件，排樣不同時，材料利用率也不同。 材料利用率越高越省料。因此，材料利用率是選擇排樣方案的一項重要指標，但不是唯 一的指標。一般原則是，如果生產量小，可以不考慮材料利用率，盡可能選擇簡單的排 樣方案，以簡化模具結構。如果生產量大，特別是材料較為貴重 （主要指黃銅和青銅等） 時，應盡可能選擇材料利用率高的排樣方案，以節(jié)省材料。但當一種排樣方案的材料利 用率提高不超過5%卻使模具結構變得很復雜時，這種方案是不可取的。 排樣合理與否不但影響材料的經濟和利用，還影響到制件的質量、模具的的結構和 壽命、制件的生產率和模具的成本等指標。因此，排樣時應

57、考慮如下原則： 1）提高材料利用率（不影響制件使用性能的前提下，還可以適當改變制件的形狀） 2）排樣方法使應操作方便，勞動強度小且安全。 3）模具結構簡單、壽命高。 4）保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。 一個步距內沖裁件的實際面積： A=nD2 = 3.14 父402 = 502.4 mm2 一個步距的材料利用率： A 100% SB _ 2 一 ， - 2 =69.4% 二 D _ 3.14 40 4SB - 4 43.6 41.5 5沖壓力的計算： 該模具采用沖孔一落料復合模，擬選擇彈性卸料下出件 5.1 落料力的計算： F落=KL匕出=1.3

58、）； F落一落料力（N）; L —工件外輪廓周長 L= nD =3.14父40亡125.6mm； t —材料厚度 t=2mm ; 七 一材料抗剪強度（MPa由參考文獻［2］查得t =300Mpa; 落料力則為.F落=1.3M125.6mmM 2mmM 300MPa 上98.0KN 5.2 沖孔力的計算： F沖 1 =1.3 Lt- L1—工件內輪廓周長 L1= 二d =3.14 8=25.12mm F沖1 =1.3Lt" =1.3 X 25.12 X2X300=19.6KN F^ = Fm=19.6KN 即沖裁力為：F沖裁力=「落+「沖1+ F沖2 =98.0+19.6

59、+19.6=137.2 KN 卸料力的計算：F卸=K卸F落 K卸一卸料力因數，由參考文獻［2］查得 您=0.05 F 卸=0.05 137.2 6.86KN 5.3 推件力的計算： F推=nK推F沖 K推一推件力因數 由參考文獻［2］ 查得K推=0.05 n=4 % =4X 0.05 X 137.2=27.4KN 5.4 總沖壓力的計算： 故總的沖壓力為 F總=5落+F沖+F卸+F推 =137.2+6.9+6.9+27.44=178.4KN（ 彈性卸料，下出件） 查參考文獻［10］開式雙柱可傾壓力參數，初選壓力機型號規(guī)格為 J-23-25. 6凸模結構設計： 落

60、料凸模刃口部分為標準圓形，為便于凸模和固定板的加工，課降落料凸模設計成 階梯型結構，并將安裝部分設計成便于加工的矩形，通過怫接方式可以固定與凸模固定 板上。凸模的尺寸根據凹模刃口尺寸，卸料裝置，凸模固定板來確定。凸模的材料也選 擇CrWMn,即可滿足要求結合工件外形并考慮加工，將落料凸模設計成直通式，采用線 切割機床加工，2個M8螺釘固定在墊板上，與凸模固定板的配合按 H6/m5 6.1 凸模長度 凸模長度公式計算： L =h 1 + h 4 + h 5 - 0.2 mm= 20 mm + 30 mm + 10 mm -0.2 mm =59.8 mm 式中，h1 凸模固定板厚度（mm

61、） h 4 彈壓卸料板厚度（mm） h5 預壓狀態(tài)下卸料橡皮厚度（mm）, h5 = （0.85?0.9H,H為自由 狀態(tài)下橡皮的厚度，公式中0.2mm是凸模端面縮進卸料板的 6.2 凸模強度校核 沖孔凸模刃口部分為標準圓形，為便于凸模和固定板的加工，課降落料凸模設計成 階梯型結構，并將安裝部分設計成便于加工的矩形，通過怫接方式可以固定與凸模固定 板上。但由于沖孔直徑很小，需對最小凸模進行強度和剛度的校核。 強度校核： 凸模的最小直徑d應滿足: d .52 ,5.2 0.5 190 /仃壓 1200 =0.4117mm D2=D-Zmin=3.23-0.7=2.53>>

62、0.4117 所以凸模強度得以校核. 7凹模結構設計 7.1 凹模外形 形并考慮加工，結合工件外將落料凸模設計成直排式，采用矩形凹模板。從凹模刃 口到凹模外邊緣的最短距離稱為凹模的壁厚，凹模壁厚將直接影響凹模板的外形尺寸， 即長度與寬度(L*B)。但不應簡單地從凹模形孔向四周擴大一個凹模壁厚的允許值來決 定凹模的外形尺寸。 凹模壁厚c值主要考慮布置連接螺釘孔和銷釘孔的需要，同時也能保證凹模的強度 和剛度。設計時可參照表2-17知 壁厚 c=30 mm , L= 120 mm ,B =100 mm. 7.2 凹模板的厚度 凹模板的厚度主要不是從強度需要考慮的，而是從連接螺釘旋入深度

63、與凹模剛度的 需要考慮的。 整體凹模板的厚度可按如下經驗公式計算： H =K1 K2 3 0.1F(mm) 式中 F 沖載力 (N) K1 凹模材料修正系數，合金工具鋼取 K1=1； K 2 凹模刃口周邊長度修正系數，見參考文獻[1] 則H=K1 K2 3 0.1F(mm) =1 1 3 0.1 178.4=26.1 mm 取 H =30 mm. 7.3 凹模形孔側壁形狀 凹模型孔側壁形狀有兩種基本類型：一是側壁與凹模面垂直的直壁型孔；另一是側 壁與凹模具面稍傾斜的斜壁型孔。而此凹模關于中心對稱，與側壁垂直，落料生成圓型 孔，故采用階梯形直壁型孔。 7.4 凹模板上孔壁

64、的最小尺寸 凹模板常用螺釘與下模座連接，并用銷釘與之定位。從保證凹模強度考慮，對這些 孔到凹模板邊緣與刃口邊緣以及這些孔之間的最小距離，應當加以限制。 (I)螺孔中心到凹模板外緣尺寸 如凹模需要淬火時，當螺孔中心到凹模等距時，如圖所示，孔中心到距離為l=2d , 允許最小值為l=1.25d 。本模具孔中心距離l=30 mm. (n)銷孔中心到凹模板外緣尺寸 圓柱銷孔中心到凹模板外緣的距離應保證打入圓柱銷時孔壁最薄弱處不產生變形， 否則，輕者造成圓柱銷松動，使定位不精確，嚴重時可能脹裂銷孔，銷孔中心到凹模板 外緣允許的最小距離l可控制l銷=20 mm. (m)螺孔與凹模型孔及銷孔之間

65、尺寸 如圖所示，螺孔中心到刃口邊緣或銷孔邊緣的距離，標準尺寸： s>2d.允許最小 尺寸：s=1.3d,凹模板淬火時，凹模板不淬火時，smin =1d =15 mm. (IV)螺孔之間的中心距 當凸模固定板和凹模板用螺釘緊固時，這些板上螺孔之間中心距 s見下表 表7-1螺孔之間中心距 螺釘尺寸 s min s max 凹模板厚 M5 15 50 10 ?18 M6 25 70 15 ?25 M8 40 90 22 ?32 M10 60 115 27 ?38 M12 80 150 35 8.凸凹模

66、間隙 根據JB/Z271 —86規(guī)定，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計中的一個非常重要的工藝參數。 8.1 間隙對沖裁件尺寸精度的影響 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?；虬寄５钠?，二是模具本身 的制造偏差。 8.2 間隙對模具壽命的影響 模具壽命受各種因素的綜合影響， 間隙是也許模具壽命諸因數中最主要的因數之一， 沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具 作用的壓應力越大，摩擦也越嚴重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。而較大的間 隙可使凸模側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，出 現間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。 8.3 間隙對沖裁工藝力的影響 隨著間隙的增大，材料所受的拉應力增大，