課程設計（論文）雙孔墊片復合模設計

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1、 《塑性成形工藝》課程設計 題 目： 雙孔墊片復合模設計 姓 名： 學 號： 系 別： 材料工程系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 年 級： 指導教師： 2015年 月 日 目 錄 1 課程

2、設計任務書 1 2 沖壓工藝分析 1 2.1 結構與尺寸 1 2.2 精度 2 2.3 材料 2 3 沖裁工藝方案的確定 2 3.1沖裁工藝分析 2 3.2工藝設計與工藝計算 3 3.2.1排樣圖設計 3 3.2.2沖裁力的計算 4 3.2.3卸料力和推件力計算 5 3.2.4總沖壓力的計算 5 3.2.5壓力中心計算 5 4必要工藝計算 5 4.1 凸模和凹模具尺寸計算的依據和計算原則 6 4.2 凸模和凹模工作部分尺寸和公差 6 5 主要工作零件設計 8 5.1 凹模的尺寸 8 5.2 凹模洞口的類型 8 5.3 凸模的尺寸 9 5.4 凸凹模的尺寸

3、 9 5.5 凸模固定板 10 5.6 上、下墊板 10 5.7 彈性元件的尺寸 10 5.8 推件裝置的選擇 10 5.9 卸料裝置 10 5.10 輔助零件與結構的設計 10 5.11 模架的選用 11 5.11.1 上、下模架的選擇 11 5.11.2 導柱、導套的選擇 12 6 模柄 12 7 閉合高度確認 12 8 壓力機的確定 13 參考文獻 15 2 1 課程設計任務書 設計題目：雙孔墊片復合模設計 工件圖：如圖1 毛坯直徑：50mm 材料：45#鋼 厚度：1.5mm 技術要求：零件公差按IT13選取 圖1 零件尺

4、寸圖 2 沖壓工藝分析 2.1 結構與尺寸 該零件結構比較簡單，尺寸較小，應用較廣泛，主要由沖孔和落料組成，工件為圓形雙孔墊片。 墊片外圓直徑：D=50mm，上下偏差分別為0和-0.46。 內部孔心距為：25mm，上下偏差都0。 兩個內孔直徑：d=14mm，上下偏差分別為+0.27和0。 板料厚度為 T=1.5mm。 孔與工件外邊沿最小尺寸為5.5mm。 以上尺寸均符合B>2T，此零件適合沖裁加工。 2.2 精度 沖裁件的精度一般可達IT12~IT10級，較高精度可達IT10~ IT8級，該工件精度要求IT13級，精度要求不高，此零件適合沖裁加工。 2

5、.3 材料 工件加工材料為45號鋼，查《冷沖模設計》[1]表2-3： 45號鋼力學性能： 抗拉強度≥539MPa 屈服強度≥353 MPa 伸長率 δ≥16% 剪切強度τ≥432 MPa 45號鋼機械強度低，塑性、韌性好，冷狀態(tài)下容易模壓成形，容易切削加工，焊接性能好，為提高表面硬度可進行滲碳和氰化處理。45號鋼用于制造強度不高的焊接件、冷沖壓件、鍛件和滲碳零件如螺栓、墊圈，隔板、外殼等。強度硬度不高，但塑性韌性都很好。由于此材料具有較高的彈性和良好的塑性故適合適合沖裁。 3 沖裁工藝方案的確定 3.1沖裁工藝分析 根據之間工藝性分析，其本工序有落料，沖孔二種，可有以下三

6、種工藝方案： 落料——沖孔，單工序模生產； 落料——沖孔，復合模生產； 沖孔——落料，級進模生產。 單工序模結構簡單，但需要兩道工序兩模具、生產率低，零件質量差，難以滿足該零件的生產要求。 復合模只需要一副模具，沖壓件的形狀精度和尺寸精度容易保證，且生產率也高。盡管模具較方案（1）復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不苦難。 級進模也只需一副模具，生產率也很高，但零件的沖壓精度稍差，欲保證沖壓件的形位公差，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造、安裝角復合模復雜。 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（2）為佳 3.2工藝設計與工藝計算 3.2

7、.1排樣圖設計 設計復合模，首先要設計調料排樣圖。排樣方法可分為有廢料排樣法，少廢料排樣法和無廢料排樣法，墊片的形狀呈圓形特點，多排時因沖件尺寸較大影響沖件質量，應采用直排式。排樣如下圖 查《冷沖模設計》 P61表3-10 確定搭邊值： 兩工件間的搭邊 a =1.0mm; 工件邊緣搭邊 a1=1.2mm; 步距為 A =D+a=50+1=51mm; 條料寬度查《冷沖模設計》有 公式（1） D —平行于送料方向的沖裁件寬度，取D

8、=50mm； —沖裁件與條料側邊之間的搭邊，取=1.2mm； △—板料剪裁時的下偏差，取△=0.5mm； —條料與導料板之間的間隙，取=0.8mm。 =(50+21.2+20.5+0.8） =54.2 確定后排樣圖如下圖2所示 圖2 排樣圖 一個進距內的材料利用率（根據《冷沖模設計》 P63式3—27查得）： η=S/AB100%

9、 公式（2） 式中，S— 一個步距內沖裁件的實際面積（） B— 條料寬度（） A— 送料步距(） 公式（3） =π2525-2π77=1655.62（） η=1655.62/（5154.2）100%=64.5% 3.2.2沖裁力的計算 沖壓力的大小主要與材料的力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關。用平刃口沖裁時，沖裁力F（N）可按下式進行計算： F = KLtτ

10、 公式（4） 式中， L —沖裁件周邊長度，取L=（π50+2π15）mm； T —材料厚度，取T=1.5mm； Τ —材料抗剪強度（MPa）； K —系數。 考慮到模具刃口的磨損。模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3，查《冷沖模設計》 P38表2—3取 τ=500MPa。 故 F = 1.3（πD+2πd）1.5500 =1.3（π50+2π15）1.5500 =245.04KN 3.2.3卸

11、料力和推件力計算 卸料力：從凸模上卸下板料料所需的力F卸= K卸F；推件力：從凹模內向下推出工件或者廢料所需的力F推= nK推F。 查《冷沖模設計》 P57表3-8可知：K卸=0.04 、K推=0.05。則： F卸= K卸 F=0.04245.04=9.802KN F推= nK推F =40.05245.04 = 49.008KN 式中，F — 沖裁力； K卸— 卸料系數； K推— 推件系數； n —梗塞在凹模內的沖件數（n

12、=h/t）h由《冷沖模設計》[1] P101表4-2取h=6； F卸 — 卸料力； F推 — 推件力。 3.2.4總沖壓力的計算 采用彈壓卸料裝置和上出件，所以 F總=F+F卸+F推 公式（5） =245.04+9.802+49.008 =303.85KN 3.2.5壓力中心計

13、算 因為沖裁件形狀是對稱沖件，而對稱沖件的壓力中心，位于沖件輪廓圖形的幾何中心上，因此該模具的壓力中心坐標為（0，0）。 4必要工藝計算 4.1 凸模和凹模具尺寸計算的依據和計算原則 1）落料部分以落料凹模為基準計算 ,落料凸模按間隙值配制。 2）沖孔部分以沖孔凸模為基準計算,沖孔凹模按間隙值配制。 3）孔心距孔心距由凹?？仔木啾ＷC。由于凸模和凹模具磨損不影響孔心距變化，故凹模孔心距的基本尺寸取用工件孔心距公差的中點上，按雙向對稱偏差標注。 4）沖模刃口制造公差。凸凹模具刃口尺寸精度的選擇應以能保證工件精度要求為準，保證合理的圖凹模間隙，保證模具一定的使用壽命

14、。 4.2 凸模和凹模工作部分尺寸和公差 以凸模與凹模分別加工法，根據《多工位級進模設計與制造》[2] P18表2-4查得計算如下： Zmin=0.190mm Zmax=0.230mm Zmax-Zmin=0.230－0.190mm=0.04mm 落料部分制造偏差：δ凸= -0.020mm δ凹=0.03mm |δ凸 |+|δ凹|=0.05mm>0.04mm 不能滿足|δ凸|+|δ凹|≦ Zmax- Zmin條件 將數據帶入黃金分割公式，即可得到： δ凸=0.4（Zmax-Zmin）=0.40.04mm=0.016mm

15、 δ凹=0.6（Zmax-Zmin）=0.60.04mm=0.024mm 沖孔部分： Zmin=0.190mm Zmax=0.230mm δ凸= -0.020mm δ凹=0.020 mm |δ凸 |+|δ凹|=0.04mm=0.04mm 能滿足|δ凸|+|δ凹|≦ Zmax- Zmin條件 1） 落料 D凹 =（Dmax-x△) 公式（6）

16、 D凸 = ( D凹 －Zmin） 公式（7） 2）沖孔 d凸 = (Dmin+） 公式（8）

17、 d凹=(d凸+ Zmin ） 公式（9） 式中 D凸、D凹 ——落料凹凸模尺寸； D凸、d凹 ——沖孔凸凹模尺寸； δ凸、δ凹 ——凸、凹模的制造公差； Dmax ——落料件最大極限尺寸，取Dmax=50mm； Dmin ——沖孔件最小極限尺寸，取Dmin=14mm； Δ ——沖裁件制造公差，取Δ=0.46mm；

18、 ——最小初始雙面間隙，取Zmin=0.19mm； X ——系數，在0.5～1之間，根據《冷沖模設計》 查表3-5，取X=0.5。 故 1）落料 D凹 =（Dmax-x△) = 49.77mm D凸 = ( D凹 －Zmin） = 49.58mm

19、 2）沖孔 d凸 =（Dmin+） = 14.135m d凹 =（d凸+ Zmin ） = 14.325mm 綜上所述，模具刃口尺寸如下： 類型 名稱 公稱尺寸 上偏差 下偏差 落料 49.58 0 -0.020 49.77 +0.030 0

20、 沖孔 14.135 0 -0.020 14.325 +0.020 0 孔心距 25 0 0 5 主要工作零件設計 5.1 凹模的尺寸 凸凹模中落料凹模高度計算，采用直壁式，根據《沖壓模具設計手冊》[3] 查得P101表4-2取得h=6 β=2；由P102 根據材料厚度1.5mm，b為50—100 表4-3取得k=0.4 。 凹模厚度 H落= kb 公式（10） 凹模壁厚 c=（1.5~2）H落

21、 公式（11） 送料方向的凹模寬度 公式（12） 凹模長度 公式（13） 式中，H落—落料凹模的厚度（H落≧15mm）； c—落料凹模的壁厚（c≧30~40mm）； b—工件最大外形尺寸，取b=50mm； k—系數，取k=1.5。 故

22、H落=20mm c=30mm B=110mm L=110mm 凹模的外形尺寸110mm110mm20mm 根據《沖壓模具標準件選用與設計指南》[4]查得P16 表2-2 取125mm125mm20mm。 5.2 凹模洞口的類型 沖孔凹模的孔口形式通常有如圖3所示的幾種。圖中a、e為 直壁形，刃口強度高，刃磨后空口尺寸不變，制造方便。但是在孔口 內 易于積存工件或廢料，增大了凹模的脹力、推件力和孔壁的磨損； 磨損后每次的修磨量大，模具的總壽命較低。此外，凹模磨損后孔口可能成倒錐，使沖成的工件或廢料反跳到凹模表面上，造成操作困難。直壁形孔口 凹模適用于沖裁精度較高

23、、厚度較大的工件。對于上頂出工件（或廢料）的模具也采用此種孔口形式。a適用于圓形或矩形工件；e適用于形狀復雜的工件。b、c、d的孔口為錐形，孔口內不易于積存工件或廢料，孔壁所受的脹力、摩擦力小，所以沖孔凹模的磨損及每次的餓刃磨量小。但刃口強度較低，且刃口的尺寸在修磨后略有增大。一般用于形狀簡單，精度要求不高和較薄的沖裁件。c適用于較復雜的沖裁加件；d用于沖裁薄料和凹模厚度較薄的情況。f為凸臺式凹模，適用于沖裁軟而薄的金屬與非金屬材料，這種材料一般不淬火或淬火強度不高[（35～38）HRC]，可以用手錘敲打凸臺斜面以調整模具間隙，直到試沖出滿意的沖壓件為止。

24、 圖3 凹模洞口 而根據上述分析本模具采用 b 為合理。 5.3 凸模的尺寸 兩個沖孔凸模采用B型根據《沖壓模具設計手冊》 查得P92表4-3 d=14mm D(m6)=18mm H=40mm 5.4 凸凹模的尺寸 凸凹模長度計算 查《最新沖壓模具標準及應用手冊》[5] P36查公式4-4可有： L=H1+H2+ t +Y 公式（14） 式中，H1－凸凹模固定板的厚度，取H1=16mm； H2－彈性卸料板的厚度，取H2=12mm； T －板

25、料的厚度；，取T=1.5mm； Y －附加長度，包括凸模刃口修模量，凸模進入凹模的深度（0.5～1）mm，凸模固定板與卸料板的安全距離A等，其中A取15～20mm，取Y=15.5mm。 所以 L=H1+H2+ t +Y= 16 + 12 + 1.5+ 15.5=45mm 5.5 凸模固定板 凸模固定板厚度 H =（1~1.5）D 公式（15） 式中，D－凸模與固定板相配合部分的直徑，取D=14mm。 故 H =1.414=19.6mm

26、 根據《沖模模具設計手冊》P165表7—2 總結得到凸模固定板尺寸如下： 沖孔凸模固定板 長度 125mm 寬度 125 mm 厚度 20 mm 5.6 上、下墊板 采用墊板加固設計，上下墊板厚度取6mm。 根據《沖模模具設計手冊》查得P167 表7-4 取125mm125mm6mm。 5.7 彈性元件的尺寸 根據《沖壓模設計指導》[6]P86表3-45 彈性導料銷的標準圓柱螺旋壓縮彈簧型號0.5620；彈性卸料螺釘的彈簧型號取標準1mm14mm20mm。 5.8 推件裝置的選擇 1）推桿：根據《沖模設計手冊》[7]P191表2—41選擇帶肩推桿A型d=6

27、mm L=90mm 2）頂板：根據《最新沖壓模具標準及應用手冊》P190表2—40選擇A型D=50mm H=6mm 3）頂桿：根據《沖壓模設計指導》P75表3-34 取d=6mm 取L=35mm 5.9 卸料裝置 本方案采用彈性卸料板卸料，因為模具采用倒裝復合模，落料凹模裝在上模上，廢料從凸凹模的凹模中落下，卸料可靠。根據《沖模模具設計手冊》P170表7—8選取125mm125mm12mm。 5.10 輔助零件與結構的設計 1）螺釘的選擇：根據《沖壓模具設計手冊》P132表5—8取M10型號。 2）導料銷的選擇：采用彈簧彈頂導料裝置，導料銷放在彈性卸料板，根據《沖模設計手冊

28、》P168 表2-8 d=4mm。 3）銷釘的選擇：根據《沖壓模具設計手冊》P134表5—2查得圓柱銷釘孔選d（m6/h8）=10mm。 4）卸料螺釘的選擇：根據《沖壓模具設計手冊》P132表5—9選用圓柱頭卸料螺釘M10型號。 5）彈簧的選擇：根據彈性卸料螺釘的規(guī)格查《沖壓模設計指導》P86表3—45選擇彈簧GB/T2089 2mm14mm15mm；根據彈性導料銷的規(guī)格查《沖壓模設計指導》P86表3—45選擇彈簧GB/T2089 1mm6mm20mm。 5.11 模架的選用 5.11.1 上、下模架的選擇 常用的導柱導套式模架，是由上、下模座和導向零件組成。模架

29、是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的上面，并承受沖壓過程的全部載荷。 模具上模座和下模座分別與沖壓設備的滑塊和工作臺固定。上、下模間的精確位置，由導柱、導套的導向來實現。四種模架類型如下圖： （a） （b） （c） （d） 圖（a）為后側導柱模架。優(yōu)點：左、右不受限制，送料和操作比較方便。缺點：工作時偏心距會造成導柱導套單邊磨損且不能使用浮動模柄結構 。

30、 圖（b）為中間導柱模架。優(yōu)點：向平穩(wěn)、準確。缺點：能一個方向送料。 圖（c）為對角導柱模架。優(yōu)點：模座在導柱上滑動平穩(wěn)。 圖（d）為四導柱模架。優(yōu)點：動平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。 根據以上特點選用a較為適合。 以凹模周界尺寸為依據，根據《沖壓模具設計手冊》P18表2-3和P20表2-4選擇模架規(guī)格如下： 后側導柱上模L=125mm B=125mm H=35mm D(H7)=35mm 后側導柱下模L=125mm B=125mm H=35mm d(R7)=22mm 5.11.2 導柱、導套的選擇 根據上、下模座的選擇查《沖壓模具設計手冊》P67表3-2選用A

31、型導柱和P68表3-3A型導套 導柱d=22mm L=150mm 導套D=35mm L=80mm H=33mm 零件 尺寸名稱 尺寸 A導柱 dL（mm） 22150 A導套 dLD（mm） 228035 后側導柱上模座 LBH（mm） 12512535 后側導柱下模座 LBH（mm） 12512535 6 模柄 模柄:根據《冷沖模設計》P12表1-3選擇壓力機的型號JH23-40可查得模柄孔的直徑為50mm,，深度為60mm，根據《沖壓模設計手冊》P83表3-41選用旋入式模柄。 7 閉合高度確認 模具閉合高度應為上模座板、下模座板、上下

32、墊板、凸凹模固定板、落料凹模固定板、彈性卸料板等厚度的總和。 即 H上+H下+H沖固+H凹+H上墊+H凸凹固+H下墊+H彈+A=< H1 式中，H上 ——上模座的厚度，取H上=35mm； H下——下模座的厚度，取H下=35mm； H沖固——沖孔凸模固定板的厚度，取H沖固=20mm； H凹——凹模的厚度，取H凹=20mm； H上墊——上模座墊板厚度，取H上墊=6mm； H凸凹固——凸凹模固定板厚度，取H凸凹固=16mm； H下墊——下模座墊板厚度，取H下墊=6mm； H

33、彈——彈性卸料板厚度，取H彈=12mm； A——安全距離，取A=17mm； H1 ——曲柄壓力機的最大裝模高度，取H1=330mm。 故模具閉合高度為 H上+H下+H沖固+H凹+H上墊+H凸凹固+H下墊+H彈+A =35+35+20+20+6+16+6+12+17 =167mm 8 壓力機的確定 在選擇沖壓設備的類型后，要進一步根據沖壓加工中所需的沖壓力包括卸料力、壓料力，變形功以及模具的結構形狀或閉合高度、外形輪廓尺寸等選擇沖壓設備的規(guī)格。 1）公稱

34、壓力 壓力機滑塊離下止點前一特定距離,既壓力機的曲軸旋轉侄離下止點前某一角度時滑快上所容需的最大工作壓力。壓力機的工稱壓力一般情況下應大于或等于沖壓工藝力的1.1～1.3倍。 2）滑快行程 滑快從上止點到下止點所經過的距離壓力機的行程的小來保證毛胚或半成品的放入及成型零件的取出。 3）閉合高度 滑快在下止點時，滑快底平面到工作臺面之間的高度模具的閉合高度必須適合于壓力機閉合高度范圍的要求： +10mm-≤≤-5mm- 公式（16） 式中，Hmin ——當連桿調至最長時壓力機的最小裝模高度，取Hmin =260mm；

35、 H1 ——墊板的厚度，取H1 =120mm； H模具——模具在最低工作位置時上模座的上平面與下模座的下平面之間的高度，取=167mm； Hmax ——當連桿調至最短時壓力機的最大裝模高度，取Hmax =330mm。 故 +10mm-H1≤≤-5mm-H1 150mm ≤167mm≤205mm 模具的閉合高度符合使用要求。 根據《冷沖模設計》P12 表1-2 選擇開式固定臺壓力機 型號JH21-40 標稱壓力 400 KN 標稱行程 3.2 mm 滑

36、塊行程 80 mm 滑塊行程次數 80次/min 工作臺尺寸 460700mm 電動機功率 5.5KW 模柄孔尺寸 直徑 50mm 深度 70mm 最大裝模高度 330 mm 連桿調節(jié)長度 70mm 參考文獻 [1] 丁松聚. 冷沖模設計. 機械工業(yè)出版社，2012 [2] 陳炎嗣. 多工位級進模設計與制造. 高等教育出版社，1992 [3] 馬朝興. 沖模模具設計手冊. 化學工業(yè)出版社，1998 [4] 高軍. 沖壓模具標準件選用與設計指南. 化學工業(yè)出版社，2007 [5] 楊占堯. 最新沖壓模具標準件及應用手冊. 化學工業(yè)出版社，2010 [6] 王立人. 沖壓模設計指導. 北京理工大學出版社，2009 [7] 鄭展 . 沖模設計手冊 . 機械工業(yè)出版社，2013 16