《沖壓模具課程設計》范例

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1、【范例】(1)題目:東風EQ-1090汽車儲氣簡支架(2)原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)如圖71所示。大批量生產(chǎn),材料為Q215,t=3mm。圖7-1零件圖(3)工藝分析 此工件既有沖孔,又有落料兩個工序。材料為Q235、t=3mm的碳素鋼,具有良好的沖壓性能,適合沖裁,工件結構中等復雜,有一個直徑44mm的圓孔,一個60mm26mm、圓角半徑為R6mm的長方形孔和兩個直徑13mm的橢圓孔。此工件滿足沖裁的加工要求,孔與孔、孔與工件邊緣之間的最小壁厚大于8mm。工件的尺寸落料按ITll級,沖孔按IT10級計算。尺寸精度一般,普通沖裁完全能滿足要求。(4)沖裁工藝方案的確定 方案種類該工件包括落料、沖孑L兩個基本

2、工序,可有以下三種工藝方案。 方案一:先沖孔,后落料。采用單工序模生產(chǎn)。 方案二:沖孔一落料級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。 方案三:采用落料一沖孔同時進行的復合模生產(chǎn)。 方案的比較各方案的特點及比較如下。 方案一:模具結構簡單,制造方便,但需要兩道工序,兩副模具,成本相對較高,生產(chǎn)效率低,且更重要的是在第一道工序完成后,進入第二道工序必然會增大誤差,使工件精度、質量大打折扣,達不到所需的要求,難以滿足生產(chǎn)需要。故而不選此方案。 方案二:級進模是一種多工位、效率高的加工方法。但級進模輪廓尺寸較大,制造復雜,成本較高,一般適用于大批量、小型沖壓件。而本工件尺寸輪廓較大,采用此方案,勢必會增大模具尺寸,

3、使加工難度提高,因而也排除此方案。 方案三:只需要一套模具,工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿足,模具輪廓尺寸較小、模具的制造成本不高。故本方案用先沖孔后落料的方法。 方案的確定綜上所述,本套模具采用沖孔一落料復合模。(5)模具結構形式的確定復合模有兩種結構形式,正裝式復合模和倒裝式復合模。分析該工件成形后脫模方便性,正裝式復合模成形后工件留在下模,需向上推出工件,取件不方便。倒裝式復合模成形后工件留在上模,只需在上模裝一副推件裝置,故采用倒裝式復合模。圖7 2粗畫排樣圖 (6)工藝尺寸計算 排樣設計 a排樣方法的確定根據(jù)工件的形狀。確定采用無廢料排樣的方法不可能做到,但能采用有廢料和少廢料的排樣

4、方法。經(jīng)多次排樣計算決定采用直對排法,初畫排樣圖如圖7 2所示。 b確定搭邊值查表,取最小搭邊值:工件間al=2.8,側面a=3.2。 考慮到工件的尺寸比較大,在沖壓過程中須在兩邊設置壓邊值,則應取。a=5;為了方便計算取al=3。 c. 確定條料步距步距:257.5mm,寬度:250+5+5=260mm d條料的利用率 e畫出排樣圖根據(jù)以上資料畫出排樣圖,如圖7-3所示。圖7-3排樣圖沖裁力的計算a沖裁力F查表9-1取材料Q235的抗拉強度b=386MPa由 FLtb已知:L=181+113+102+220.5+50.73+39.7+98.27+44+142 +482+62+54+132=1

5、124.68所以 F=1124683386N=1302379N1300kN b卸料力Fx由Fx=KxF,已知Kx=004(查表2-17)則 Fx=KxF=0.0041300=52kNc推件力FT由FT=nKTF,已知n=4 KT=0.045(查表2-17)則 FT=nKTF=40.0451300=23.4kN d頂件力FD由FD=nKDF,已知KD=0.05(查表2-17)則 FD=nKDF=0.051300=65kN壓力機公稱壓力的確定本模具采用剛性卸料裝置和下出料方式,所以 Fz=F+FT=1323.4kN根據(jù)以上計算結果,沖壓設備擬選JA21-160。沖裁壓力中心的確定a按比例畫出每一個

6、凸模刃口輪廓的位置,并確定坐標系,標注各段壓力中心坐標點,如圖7-4所示。圖7-4壓力中心計算圖b畫出坐標軸x、y。c分別計算出各段壓力中點及各段壓力中點的坐標值,并標注如圖7-4所示。沖裁直線段時,其壓力中心位于各段直線段的中心。沖裁圓弧線段時,其壓力中心的位置見圖7-5,按下式計算Y=(180Rsin)()=RSb則Y=142188220.5=121圖7-5壓力中心的位置所以,根據(jù)圖7-5求出H點的坐標為:H(121.27,120.86)。d分別計算出凸模刃口輪廓的周長。沖裁壓力中心計算數(shù)據(jù)見表7-1。e根據(jù)力學原理,分力對某軸的力矩等于各分力對同軸力矩的代數(shù)和,則可求得壓力中心坐標(,)

7、 得 綜上所述,沖裁件的壓力中心坐標為(10l.87,62.73)。刃口尺寸的計算 a加工方法的確定。結合模具及工件的形狀特點,此模具制造宜采用配作法,落料時,選凹模為設計基準件,只需要計算落料凹模刃口尺寸及制造公差,凸模刃口尺寸由凹模實際尺寸按要求配作;沖孔時,則只需計算凸模的刃口尺寸及制造公差,凹模刃口尺寸由凸模實際尺寸按要求配作;只是需要在配作時保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.46mm(查表)。凸凹模刃口尺寸由凸模配作尺寸和凹模配作尺寸結合完成。 b采用配作法,先判斷模具各個尺寸在模具磨損后的變化情況,分三種情況,分別統(tǒng)計如下。 第一種尺寸(增大):181,171,56.5,14.5

8、,98.27,50.73,179,113,56,27,51,75。 第二種尺寸(減小):142,13,26,60,44,6。 第三種尺寸(不變):10,5,60,40。 c按入體原則查表2-3確定沖裁件內(nèi)形與內(nèi)形尺寸公差,工作零件刃口尺寸計算見表。 d畫出落料凹模、凸凹模尺寸,如圖7-6所示。 圖76工作零件尺寸 e卸料裝置的設計。采用圖77所示的卸料裝置,已知沖裁板厚t=3mm,沖裁卸料力FX=52kN。根據(jù)模具安裝位置擬選6個彈簧,每個彈簧的預壓力為 FOFXn=8.67kN查第9章表9-32圓柱螺旋壓縮彈簧,初選彈簧規(guī)格為(使所選彈簧的工作極限負荷Fj F預) D6mm,D30mm,hO

9、60mm,F(xiàn)j=1700mm,hj=13.1mm,n=7,f=1.88mm,t=7.8mm 其中,d為材料直徑,D為彈簧大徑,F(xiàn)j為工作極限負荷,hO為自由高度,hj為工作極限負荷下變形量,n為有效圈數(shù),t為節(jié)距。彈簧的總壓縮量為圖7 7卸料裝置l一打桿;2推板;3一連接推桿;4一推件塊(7) 模具總體結構設計模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知,采用復合模沖壓,所以本套模具類型為復合模。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;控制條料的送進步距采用彈簧彈頂?shù)幕顒訐趿箱N來定步距。而第一件的沖壓位置因為條料有一定的余量,可以靠操作工人目測來確定。卸料、出件方式的選擇根據(jù)

10、模具沖裁的運動特點,該模具采用剛性卸料方式比較方便。因為工件料厚為3mm,推件力比較大,用彈性裝置取出工件不太容易,且對彈力要求很高,不易使用。而采用推件塊,利用模具的開模力來推出工件,既安全又可靠。故采用剛性裝置取出工件。結構如圖7-7所示。導柱、導套位置的確定為了提高模具的壽命和工件質量,方便安裝、調整、維修模具,該復合模采用中間導柱模架。(8)主要零部件的設計 工作零部件的結構設計 a落料凹模凹模采用整體凹模,輪廓全部采用數(shù)控線切割機床即可一次成形,安排凹模在模架上的位置時,要依據(jù)壓力中心的數(shù)據(jù),盡量保證壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺寸可按公式(2-24)和公式(2-25)計算 凹模厚

11、度H=kb=0.20181=36.2mm(查表2-22得k=0.22) 凹模壁厚C=(1.52)H=54.372.4mm 取凹模厚度H=60ram,壁厚C取60mm。 凹模寬度B=b+2c=179+260=299mm(送料方向) 凹模長度L=181+260=301 根據(jù)工件圖樣,在分析受力情況及保證壁厚強度的前提下,取凹模長度為315mm,寬度為315mm,所以凹模輪廓尺寸為315mm315mm60mm。 b沖孔凸模根據(jù)圖樣:工件中有4個孔,其中有2個孔大小相等,因此需設計3支凸模。為了方便固定,都采用階梯式,長度為L=凹模+固定板+t=60+30+3.5=93.5mm。 c凸凹模 當采用倒裝

12、復合模時,凸凹模尺寸計算如下 H凸凹=h1+h2+t+h=20+30+3+10.5=63.5mm 式中,hl為卸料板厚度,取20mm;h2為凸凹模固定板厚度,取30mm;t為材料的厚度,取3mm;h為卸料板與固定板之間的安全高度,取10.5。因凸凹模為模具設計中的配作件,所以應保證與沖孔凸模和落料凹模的雙邊合理間隙Zmin。定位零件的設計結合本套模具的具體結構,考慮到工件的形狀,設置一個6活動擋料銷(起定距的作用)和兩個8的活動導料銷。擋料銷和導料銷的下面分別采用壓縮彈簧,在開模時,彈簧恢復彈力把擋料銷頂起,使它處于工作狀態(tài),旁邊的導料銷也一起工作,具體結構如圖78所示。 圖78活動擋料銷 a

13、卸料板設計 卸料板的周界尺寸與凹模周界尺寸相同,厚度為20mm,材料為45鋼,淬火硬變?yōu)?045HRC。 b. 卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板采用6個M8的螺釘固定,長度L=h1+h2+a=44+8+15=67mm(其中hl為彈簧的安裝高度;h2為卸料板工作行程;a為凸凹模固定板厚度)。模架及其他零部件的設計 該模具采用中間導柱模架,這種模架的導柱在模具中間位置,沖壓時可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據(jù),查第表9-48選擇模架規(guī)格導柱:d(mm)L(mm)分別為45230、50230(GBT 2861.1)。導套:d(mm)L(mm)D(mm)分別為4512548、451254

14、8(GBT2861.6)。 上模座厚度H上取50mm,下模座厚度H下取60mm,上墊板厚度H墊取10mm,則該模具的閉合高度H閉為 H閉=H上+H下+H墊+L+H-h=50+60+10+93.5+63.5-3.5=273mm式中L凸模高度,mm; H凸凹模高度,mm;h凸模沖裁后進入凸凹模的深度,mm??梢娫撃>叩拈]合高度小于所選壓力機JA21-160的最大裝模高度450mm,因此該壓力機可以滿足使用要求。(9)模具總裝圖通過以上設計,可得到如圖7-9所示模具的總裝圖。模具上模部分主要由上模座、墊板、沖孔凸模、沖孔凸模固定板、凹模板等組成。下模由下模座板、固定板、卸料板等組成。出件是由打桿、推

15、板、連接推桿、推件塊組成的剛性推件裝置,利用開模力取出工件。卸料是在開模時,彈簧恢復彈力,推動卸料板向上運動,從而推出條料。在這中間沖出的廢料由漏料孔直接漏出。條料送進時利用活動擋料銷定步距,側邊的兩個導料銷來定條料的寬度位置。操作時完成第一步后,把條料向上抬起向前移動,移到剛沖過的料口里,再利用側邊的導料銷繼續(xù)下一個工件的沖裁。重復以上動作來完成所需工件的沖裁。(10)沖壓設備的選取 通過校核,選擇開式雙柱固定臺式壓力機JA21-160能滿足使用要求。其主要技術參數(shù)如下。 公稱壓力:1600kN 滑塊行程:160mm 滑塊行程次數(shù):40次min 最大封閉高度:450mm 封閉高度調節(jié)量:13

16、0mm 滑塊中心線至床身距離:380mm 立柱距離:530mm 工作臺尺寸(前后左右):710mm1120mm 墊板尺寸(厚度):460mm 模柄尺寸(直徑深度):70mm80mm 滑塊底面尺寸(前后左右):460mm650mm(11)模具零件加工工藝 模具零件加工的關鍵在工作零件、固定板以及卸料板,若采用線切割加工技術,這些零件的加工就變得相對簡單。表7-3所列為44圓孔凸模的加工工藝,表7-4所列為6026沖孔凸模加工工藝過程。表7-5所列為凹模加工工藝過程。(12)模具的裝配 根據(jù)復合模的特點,先裝上模,再裝下模較為合理,并調整間隙,試沖,返修。具體過程如下。 上模裝配 a仔細檢查每個將

17、要裝配零件是否符合圖紙要求,并作好劃線、定位等準備工作。 b先將凸模與凸模固定板裝配,再與凹模板裝配,并調整間隙。 c把已裝配好的凸模及凹模與上模座連接,并再次檢查間隙是否合理后,打入銷釘及擰入螺絲。 下模裝配 a。仔細檢查將要裝配的各零件是否符合圖紙要求,并作好劃線、定位等準備工作。 b先將凸凹模放在下模座上,再裝入凸凹模固定板并調整間隙,以免發(fā)生干涉及零件損壞。接著依次按順序裝入銷釘、活動擋料銷、彈頂橡膠塊及卸料板,檢查間隙合理后擰入卸料螺釘,再擰入緊固螺釘,并再次檢查調整。 c將經(jīng)調整后的上下模按導柱、導套配合進行組裝,檢查間隙及其他裝配合理后進行試沖。并根據(jù)試沖結果作出相應調整,直到生產(chǎn)出合格制件。(13)結束語 通過對東風EQ-1090汽車儲氣筒支架沖孔落料復合模的設計,更深一層地了解沖裁模的設計流程,包括沖裁件的工藝分析、工藝方案的確定、模具結構形式的選擇、必要的工藝計算、主要零部件的設計、壓力機型號的選擇、總裝圖及零件圖的繪制。在設計過程中,有些數(shù)據(jù)、尺寸是一點也馬虎不得,只要一個數(shù)據(jù)有誤,就得全部改動,使設計難度大大增加。條料送進時利用活動擋料銷定步距,側邊的兩個導料銷來定條料的寬度位置。操作時完成第一步后,把條料向上抬起向前移動,移到剛沖過的料口里,再利用側邊的導料銷繼續(xù)下一個工件的沖裁。重復以上動作來完成所需工件的沖裁。(14)參考文獻(15)致謝

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