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京 江 學(xué) 院
JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y
本 科 畢 業(yè) 論 文
Q235鋼制輪輻側(cè)孔沖壓模具設(shè)計
The Punching Die Design of Q235 Steel Wheel Spoke Side Hole
學(xué)生學(xué)號： （四號宋體）
學(xué)生姓名： （四號宋體）
專業(yè)班級： （四號宋體）
指導(dǎo)教師姓名： （四號宋體）
指導(dǎo)教師職稱： （四號宋體）
年 月
Q235鋼制輪輻側(cè)孔沖壓模具設(shè)計
專業(yè)班級：XXX 姓名：XX
指導(dǎo)教師：XXX 職稱：XX
摘要： 本設(shè)計為一Q235鋼制輪輻的冷沖壓模具設(shè)計，根據(jù)設(shè)計零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，然后通過工藝設(shè)計計算，確定排樣和裁板，計算沖壓力和壓力中心，初選壓力機，計算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計選用零、部件，對壓力機進行校核，繪制模具總裝草圖，以及對模具主要零件的加工工藝規(guī)程進行編制。其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要對凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進行了設(shè)計，對于部分零部件選用的是標準件，就沒深入設(shè)計，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，對部分零部件進行了加工工藝分析，最終才完成這篇畢業(yè)設(shè)計。
關(guān)鍵詞：模具 沖裁件 凸模 凹模 凸凹模
Q235 steel wheel spoke side hole punching die design
Author
Abstract: The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project.
Key words: mold stamping parts punch die punch and die
目錄
第1章 緒言 1
1.1 材料的工藝分析 2
1.2 材料選擇 3
1.3 工件結(jié)構(gòu)形狀 3
第2章 沖裁工藝方案的確定 6
第3章 模具總體設(shè)計 7
3.1 模具類型的選擇 7
3.2 操作與定位方式 7
3.3 卸料、出件方式 7
3.4 確定送料方式 8
3.5 確定導(dǎo)向方式 8
第4章 模具工藝參數(shù)確定 9
第5章 計算沖壓力與壓力機的初選 10
5.1 沖裁力Fp的計算 10
5.2 卸料力Fq1的計算 10
5.3 頂件力Fq2的計算 11
5.4 總的沖壓力F的計算 11
5.5 壓力機的初選 11
第6章 模具壓力中心的確定 13
第7章 沖裁模間隙的確定 14
7.1 沖裁間隙Z 14
7.2 沖裁間隙分析 14
第8章 凹、凸模刃口尺寸的計算 16
8.1 刃口尺寸計算的基本原則 16
8.2 刃口尺寸的計算 16
第9章 主要零部件的設(shè)計 19
9.1 工作零件的設(shè)計與計算 19
9.2 橡膠的選用 23
9.3 模架及其零件的設(shè)計 24
第10章 校核模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù) 27
10.1 閉合高度的計算 27
10.2 沖壓設(shè)備的選定 27
第11章 模具的總體裝配 27
總結(jié) 29
致謝 30
參考文獻 31
第1章 緒言
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝，模具標準化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命，效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與發(fā)達國家的模具相比差距相當(dāng)大。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型，精密、復(fù)雜和長壽命的模具依賴進口。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，沖壓加工作為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重要的生產(chǎn)手段之一，更加體現(xiàn)出其特有的優(yōu)越性。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，由于市場競爭日益激烈，產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求越來越高，更新?lián)Q代的速度越來越快，沖壓產(chǎn)品正朝著復(fù)雜化，多樣化高、性能、高質(zhì)量方向發(fā)展，模具也正朝著復(fù)雜化，高效率、高精度、長壽命方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)正由手工設(shè)計，依靠人工經(jīng)驗和常規(guī)機械加工技術(shù)向以計算機輔助設(shè)計（CAD），數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）
技術(shù)轉(zhuǎn)變。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/E、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并且成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。
未來沖壓模具的發(fā)展趨勢:
模具行業(yè)在今后的發(fā)展中，首先要更加關(guān)注其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高的高檔模具得到更快的發(fā)展。我們的模具行業(yè)要緊緊的跟著市場的需求發(fā)展。沒有產(chǎn)品的需求、產(chǎn)品的更新?lián)Q代，就沒有模具行業(yè)的技術(shù)進步，也就沒有模具產(chǎn)品的上規(guī)模、上檔次。如汽車生產(chǎn)中90％以上的零部件，都要依賴模具成型，在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占80％~85％；在汽車，農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中，沖壓件約占75％~80％；在輕工產(chǎn)品中，沖壓件約占90％以上。此外，在航空及航天工業(yè)生產(chǎn)中，沖壓件也占有很大的比例。在珠三角和長三角，為汽車行業(yè)配套的模具產(chǎn)值增長達40％左右。而模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。
其次，要積極推進中西部地區(qū)模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力縮小發(fā)達地區(qū)和不發(fā)達地區(qū)的差距。中西部很多地區(qū)已經(jīng)意識到模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對制造業(yè)的重要作用。如陜西、四川、河北等模具生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，河北興林車身制造集團有限公司作為河北泊頭地區(qū)的骨干企業(yè)帶動了一片模具企業(yè)的開拓；四川宜賓普什模具有限公司憑借強有力的資金投入，將在未來寫下新的篇章。
第三，要積極推進模具企業(yè)特別是國有企業(yè)的體制的創(chuàng)新，轉(zhuǎn)換經(jīng)營機制，大力發(fā)展混合所有制經(jīng)濟，明確產(chǎn)權(quán)和完善法人治理結(jié)構(gòu)。充分發(fā)掘企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在動力。要積極推進中、西部地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)較好地區(qū)的制造業(yè)大中型企業(yè)主輔分離，使其模具車間、分廠在不太長的時間里，采用多種有效實現(xiàn)形式，轉(zhuǎn)換機制，大力發(fā)展產(chǎn)權(quán)明晰、獨立自主經(jīng)營，適應(yīng)市場運作和模具生產(chǎn)快速反應(yīng)的現(xiàn)代專業(yè)模具企業(yè)，培養(yǎng)能代表行業(yè)水平的“龍頭”企業(yè)，帶動地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
1.1 材料的工藝分析
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程。
工件名稱：Q235鋼制輪輻 工件簡圖：如圖1.1所示 生產(chǎn)批量：大批量 材料：Q235 厚度：4mm 工件精度：IT14
圖1.1工件簡圖
1.2 材料選擇
根據(jù)表1.1，Q235為碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機械零件。綜合評比均適合沖裁加工。
1.3 工件結(jié)構(gòu)形狀
工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，屬軸對稱結(jié)構(gòu)，除有一個孔,其余皆為直線，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，可以沖裁。
零件圖上所注公差經(jīng)查標準公差表1.2為IT14級，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求。
根據(jù)以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。查公差表得各尺寸公差：
零件內(nèi)形：50mm
表1.1黑色金屬的力學(xué)性能
材料名稱
材料牌號
材料狀態(tài)
極限強度
伸長率
屈服強度
彈性模量E/MPa
抗剪
抗拉
碳素結(jié)構(gòu)鋼
Q235
已退火的
216-304
275-383
32
177
08
255-353
324-441
32
196
186000
10F
216-333
275-412
30
186
10
255-333
294-432
29
206
194000
15F
245-363
314-451
28
15
265-373
333-471
26
225
198000
20F
275-383
333-471
26
225
196000
2O
275-392
353-500
25
245
206000
25
314-432
329-539
24
275
198000
30
353-471
441-588
22
294
197000
35
392-511
490-637
20
314
197000
40
412-530
511-657
18
333
209000
45
432-549
539-686
16
353
200000
50
432-569
539-716
14
373
216000
表1.2部分標準公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等級
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm /mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
從表1.1中查出Q235
抗拉強度：σ=275～383Mpa
抗剪強度：τ=216～304Mpa
伸長率： δ=32%
分析其力學(xué)性能較好，故選擇Q235材料。
第2章 沖裁工藝方案的確定
該零件的材料為Q235鋼，較軟的碳素鋼，強度硬度很低，而韌性較高，有好的深沖、彎曲等冷加工性能性能。且該零件形狀簡單，彎曲半徑大于材料允許的最小彎曲半徑，可以考慮采用復(fù)合沖壓的形式。該零件尺寸較小，因此加工精度較高，但一般沖壓都能滿足其尺寸精度的要求。綜合以上分析，得出的結(jié)論是：該零件工藝性能較好，適于沖壓。
方案：落料拉深——沖￠214mm中心孔，沖8個￠32的底孔——沖8個￠50的側(cè)孔
該方案工序合理，步驟符合工件形狀要求，生產(chǎn)效率不高，模具的操作復(fù)雜
通過對工件的工藝分析，確定工作的重點主要集中在模具工作部分零件的設(shè)計（例凸模，凹模，凸凹模），各種固定板的設(shè)計和相關(guān)尺寸的計算和校核。
設(shè)計前后工序的關(guān)聯(lián)性以及模具的關(guān)聯(lián)性，合理安排工序，盡量使模具的結(jié)構(gòu)更緊密，同時在模具的設(shè)計過程中還要考慮到所設(shè)計的零件的課加工性，要盡量多的選用標準件，達到規(guī)范化設(shè)計的要求成為此畢業(yè)設(shè)計的難點。
32
第3章 模具總體設(shè)計
3.1 模具類型的選擇
經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置的倒裝復(fù)合模具結(jié)構(gòu)方式。
3.2 操作與定位方式
一、操作方式
零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟效益。
二、定位方式
因為導(dǎo)料銷和擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟效益，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距采用固定擋料銷。
3.3 卸料、出件方式
一、卸料方式
剛性卸料與彈性卸料的比較：
剛性卸料是采用固定卸料板結(jié)構(gòu)。常用于較硬、較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料。當(dāng)卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大，單邊間隙?。?.2～0.5）t。當(dāng)固定卸料板還要起到對凸模的導(dǎo)向作用時卸料板與凸模的配合間隙應(yīng)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且模具結(jié)構(gòu)為倒裝的場合。
彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.1～0.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導(dǎo)向作用時，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。
工件平直度較高，料厚為4mm，卸料力不大，由于彈壓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動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。
二、出件方式
因采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)，故采用彈性上出件。
3.4 確定送料方式
因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機，采用橫向送料方式，即由右向左送料。
3.5 確定導(dǎo)向方式
采用后側(cè)導(dǎo)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(dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。
第4章 模具工藝參數(shù)確定
一、計算沖壓件面積、周長
因為該工件圖由多段圓弧組成，計算周長需要準確的找到各段圓弧的長度，計算面積也需要準確的找到切點，諸多因素采用人工計算時計算量較大，因此采用三維輔助軟件可快速準確的計算出面積、周長（如圖5.3）。
第5章 計算沖壓力與壓力機的初選
計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力一般可以按下式計算：
Fp=Kp Ltτ =Lt （6.1）
式中τ——材料抗剪強度（MPa）；
L——沖裁周邊總長（mm）；
t——材料厚度（mm）；
系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動，取Kp =1.3。
5.1 沖裁力Fp的計算
據(jù)圖5.3可得一個零件內(nèi)外周邊之和L=3.14X50mm。
查碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能表知：Q235的抗剪強度τ取350Mpa，制件厚度t=4mm，則
根據(jù)公式(6.1)： Fp= Kp Ltτ
≈285.88（KN）
5.2 卸料力Fq1的計算
Fq1=KxFp （6.2）
式中Kx——卸料力系數(shù)，查表6.1取Kx＝0.05。
根據(jù)公式（6.2）： Fq1= KxFp
=0.05×59.5（KN）
≈2.975(KN)
表6.1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
Kx
kt
Kd
鋼
≤0.1
＞0.1～0.5
＞0.5～2.5
＞2.5～6.5
＞6.5
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
5.3 頂件力Fq2的計算
Fq2= KdFp （6.3）
式中Kd——頂件力系數(shù)。
查表6.1得Kd＝0.06.
根據(jù)公式（6.3）： Fq2= KdFp
=0.06×59.5（KN）
≈3.57（KN）
5.4 總的沖壓力F的計算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力F=FP+Fq1+Fq2
=59.5+2.975+3.57
=66.045(KN)
選用的壓力機公稱壓力P≥（1.1～1.3）F，取系數(shù)為1.3，則：
P≥1.3F=1.3x66.045 (KN)=85.86(KN)。
5.5 壓力機的初選
沖裁時，壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。
沖壓設(shè)備屬鍛壓機械。常見的冷沖壓設(shè)備有機械壓力機。
表6.2部分常用開式壓力機的主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
單位
型號
J23-4
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-63
J23-100
滑塊公稱壓力
KN
40
63
100
160
250
630
1000
滑塊行程次數(shù)
次/mm
200
160
135
115
100
70
70
最大閉合高度
mm
160
170
180
220
250
360
360
閉合高度調(diào)節(jié)量
mm
35
40
50
60
70
90
90
立柱間距
mm
100
150
180
220
260
250
250
滑塊地面尺寸
左右
mm
100
140
170
200
300
300
前后
mm
90
120
150
180
340
340
模柄孔尺寸
直徑
mm
30
50
深度
mm
50
70
墊塊厚度
mm
35
40
50
60
70
80
90
最大傾斜角
°
45
35
30
工作臺尺寸
左右
mm
280
315
360
450
560
630
710
前后
mm
180
200
240
300
360
420
480
根據(jù)沖壓力的計算和壓力中心的計算，選擇開式壓力機的型號為J23-10。
第6章 模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命。
模具的壓力中心，可按以下原則來確定：
1.對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。
2.工件形狀相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3.各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的 力矩。求出合力作用點的坐標位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。
其中、、………分別為各沖裁周邊長度。
圖7.1壓力中心
按比例畫出零件形狀，選定坐標系XOY。計算出零件壓力中心為（0，0）
第7章 沖裁模間隙的確定
7.1 沖裁間隙Z
指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸DT的差值（如圖8.1），是設(shè)計模具的重要工藝參數(shù)。
圖8.1沖裁間隙
7.2 沖裁間隙分析
一、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钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。
二、間隙值的確定
凸、凹模間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁工藝力、模具壽命都有很大的影響。設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到模具制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Zmin，最大值稱為最大合理間隙Zmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Zmin。
確定合理間隙的方法有經(jīng)驗法、理論確定法和查表法。
對于尺寸精度，斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小的間隙值，對于垂直度與尺寸精度要求不高的制件，應(yīng)以降沖裁力、提高模具壽命為主，可采用較大的間隙值。由于理論法在生產(chǎn)中使用不方便，所以常采用查表法來確定間隙值。
根據(jù)間隙表8.1查得材料Q235的最小雙面間隙Zmin=0.880mm，最大雙面間隙Zmax=0.640mm
表8.1部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙
材料厚度
08、10、35、09Mn2、Q235
40、50
16Mn
65Mn
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
小于0.5
較小間隙
0.5
0.04
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
1.0
0.100
0.140
0.100
0.140
0.100
0.140
0.90
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
2.5
0.360
0.500
0.380
0.540
0.380
0.540
3.0
0.460
0.640
0.480
0.660
0.480
0.660
4.0
0.640
0.880
注：08鋼沖裁皮革、石棉和紙板時，取間隙的25%。
第8章 凹、凸模刃口尺寸的計算
8.1 刃口尺寸計算的基本原則
沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計沖裁模關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則：
1.落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準，間隙取在凹模上。
2.考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計落料凹模時，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凹?；境叽鐟?yīng)取工件孔尺寸公差范圍的較大尺寸。
3.確定沖模刃口制造公差時。如果對刃口精度要求過高，增加成本，如果對刃口精度要求過低，會使模具的壽命降低。若工件沒有標注公差，則對于非圓形工件按國家“非配合尺寸的公差數(shù)值”IT14級處理，沖?？砂碔T11級制造；對于圓形工件按IT6～IT7級制造。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標注單項公差，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件上偏差為正，下偏差為零。
8.2 刃口尺寸的計算
根據(jù)模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的計算方法分為兩種情況。凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工。對于該制件應(yīng)該選用凸模與凹模分開加工方法。
凸模與凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸。要分別標注凸模與凹模刃口尺寸與制造公差。為了保證初始間隙值小于最大合理間隙Zmax必須滿足下列條件：
或者、
一、沖孔凸、凹模計算
設(shè)沖孔尺寸為根據(jù)以上原則，沖孔時以凸模設(shè)計為基準，首先確定凸模刃口尺寸，使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸，再增大凹模尺寸以保證最小合理間隙Zmin。凸模制造偏差取負偏差，凹模取正偏差。其計算公式為：
凸模 dp=(d＋x△)0- δp
凹模 dd=(＋Zmin)0+ δd＝(d＋X△＋Zmin) 0+ δd
在同一工步中沖出制件兩個以上孔時，凹模型孔中心距Ld按下式確定：
Ld=(Lmin＋0.5△)±0.125△
式中dd——沖孔凹?；境叽?mm)；
dp——沖孔凸模基本尺寸(mm)；
d——沖孔件孔的最小極限尺寸(mm)；
Ld——同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm)；
Lmin——制件孔距最小極限尺寸(mm)；
△——沖孔件孔徑公差(mm)；
Zmin——凸、凹模最小初始雙面間隙(mm)；
X——磨損系數(shù)，是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)，可查表9.1取值：當(dāng)工件精度IT10以上，取x=1；當(dāng)工件精度IT11～IT13，取x=0.75；當(dāng)工件精度IT14，則取x=0.5。
表9.1磨損系數(shù)X
料厚t(mm)
非圓形
圓形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差△/mm
1
1～2
2～4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17～0.35
0.21～0.41
0.25～0.49
0.31～0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
根據(jù)圖1.1和表9.1查得磨損系數(shù)X取0.5，即X=0.5
設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級加工制造，所以
凸模： dp =(d+X△) 0- δp
=(50+0.5×0.62)
=50.31
凹模： dd=( dp +Zmin)
=(50.31+0.640)
=50.95
校核:
｜δp｜＋｜δd｜≤Zmax－Zmin
第9章 主要零部件的設(shè)計
9.1 工作零件的設(shè)計與計算
一、凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形尺寸計算
1.凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凹模：在沖壓過程中與凸模配合直接對沖壓制件進行分離或成形的工作零件。
凹模洞口的類型如圖10.1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，本設(shè)計選用c型筒口。
圖10.1凹模類型
2.外形尺寸計算
凹模結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲拼式兩大類，本設(shè)計凹模采用整體式凹模。
凹模厚度： H=Kb(≥15mm) (10.1)
凹模壁厚： C=(1.5～2)H(≥30mm) (10.2)
凹模外形尺寸： B=b+2C (10.3)
式中b——沖裁件的最大外形尺寸；（mm）；
K——系數(shù)，考慮板料厚度的影響（見表10.1）；
H——凹模厚度；
C——凹模壁厚；
B——凹模外形最大尺寸。
表10.1系數(shù)K的數(shù)值
b/mm
厚度t/mm
0.5
1
2
3
＞3
＜50
0.3
0.35
0.42
0.5
0.6
＞50-100
0.2
0.22
0.28
0.35
0.42
＞100-200
0.15
0.18
0.2
0.24
0.3
＞200
0.1
0.12
0.15
0.18
0.22
根據(jù)圖1.1查表10.1，取K=0.25，又b=75mm，則由公式10.1和公式10.2得：
凹模厚度： H=Kb=0.25×107=26.75mm；
凹模壁厚： C=(1.5～2)H=(1.5～2)×26.75=40.125～53.5mm
根據(jù)表10.2取凹模厚度：H=30mm；取凹模壁厚C=45mm。
根據(jù)公式（10.2）： B=b+2C
=107+2×45
=197mm
L=b+2C
=30+2×45
=120mm
查表10.2，選取凹模外形尺寸L×B=200mm×125mm。
表10.2矩形和圓形凹模的外形尺寸(JB/T-6743.1-1994)
矩形凹模的長度和寬度
L×B
矩形和圓形凹模厚度
H
63×50、63×63
10、12、14、16、18、20
80×63、80×80、100×63、100×80、100×100、125×80
12、14、16、18、20、22
125×100、125×125、140×80、140×80
14、16、18、20、22、25
140×125、140×140、160×100、160×125、160×140、200×100、200×125
16、18、20、22、25、28
160×160、200×140、200×160、250×125、250×140
16、20、22、25、28、32
凹模輪廓尺寸為200mm×125mm×40mm。
二、沖孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形尺寸計算
1.凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
因為零件異行，采用線切割方法進行加工，所以采用整體直通式凸模（如圖10.3），與凸模固定板采用H7/m6配合，按凸模的標準結(jié)構(gòu)形式與尺寸規(guī)格選取。
2.凸模外形尺寸計算
凸模長度尺寸應(yīng)根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定，因為該模具采用的是倒裝式復(fù)合模，采用的是彈壓卸料上出件方式，其總長按相關(guān)公式計算：
L = H1 + H2 + H + t
式中H1——凸模固定板厚度；得H1=0.8×H凹=0.8×40=32mm。
H2——卸料板厚度查表10.4；
t——材料的厚度；
H——沖裁件厚度和凸模進入凸凹模一般4～10mm。則：
L =32+20+6.5+1.5=60mm
凸模強度校核：該凸模不屬于細長桿，強度足夠。
圖10.3沖孔凸模尺寸
3.凸模材料的選用
模具刃口要求有較高的耐磨性，并能承受沖裁時的沖擊力，因此應(yīng)有高的硬度與適當(dāng)?shù)捻g性。形狀復(fù)雜且壽命要求較高的凸模選用Cr12、Cr12MoV等制造。
該凸模材料應(yīng)選Cr12MoV，熱處理58～62HRC。
三、凸凹模的設(shè)計和外形尺寸計算
1.凸凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
凸凹模是復(fù)合沖裁中的主要零件。他的內(nèi)外邊緣均為刃口，內(nèi)外邊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(yīng)受最小限制。當(dāng)模具為正裝結(jié)構(gòu)時，內(nèi)孔不積存廢料，脹力小，最小壁厚可以小些；當(dāng)模具為倒裝結(jié)構(gòu)時，若內(nèi)孔為直筒形刃口形式，且采用下出料方式，則內(nèi)孔積存廢料，脹力大，故最小壁厚應(yīng)大些。凸凹模的最小壁厚值，倒裝復(fù)合模的凸凹模最小壁厚見表10.3。
表10.3倒裝復(fù)合模凸凹模的最小壁厚
材料厚度mm
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.5
最小壁厚a
2.7
3.2
3.6
4.0
4.4
4.9
5.2
5.8
由于選用的是倒裝式復(fù)合模，所以查表得：最小壁厚a=3.8。
2.凸凹模的外形尺寸計算
其長度可按下式計算：
L = h1+h2+h （10.4）
式中h1——凸凹模固定板厚度；得h1=0.6×H凹=0.6×40=24mm。
h2——卸料板厚度；查表10.4取15mm。
h——附加長度（包括凸模進入凹模深度，彈性元件安裝高度）；
根據(jù)公式（10.4）： L = h1+h2+h
=24+15+10
=49mm
表10.4卸料板厚度
沖件厚度tmm
卸料板寬度
＜50
50～80
80～125
125～200
＞200
≤0.8
6
6
8
10
12
＞0.8～1.5
6
8
10
12
14
＞1.5～3
8
10
12
14
16
四、工作零件材料的選用
由于沖模為冷沖模，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、良好的抗粘結(jié)能力、可段性、可切削性、可磨削性、熱處理工藝性等。由上要求在該模具中沖孔凸模、凸凹模和凹模板的材料選用Cr12MoV鋼。Cr12MoV剛具有較好的淬透性，很高的耐磨性，有較高的沖擊韌度。淬火、回火工藝見表10.5。
表10.5 Cr12MoV鋼的淬火、回火工藝
鋼號
低淬低回工藝
中淬中回工藝
高淬高回工藝
淬火溫度
/℃
淬火硬度
HRC
回火溫度
/℃
淬火溫度
/℃
淬火硬度
HRC
回火溫度
/℃
淬火溫度
/℃
淬火硬度
HRC
回火溫度
/℃
Cr12MOV
950～1000
62～64
200
1030
63～64
400
1080～1100
40～60
500～520
五、卸料部分的設(shè)計
設(shè)計卸料零件的目的，是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料卸掉，常用的卸料方式有：剛性卸料、彈壓卸料板。本設(shè)計采用彈壓卸料裝置，采用彈壓卸料裝置有一定的裝配要求：在模具開啟狀態(tài)，卸料板應(yīng)高出模具工作零件刃口0.3mm～0.5mm,以便順利卸料。
本模具的卸料板僅有卸料作用，卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同，取250mm×140mm，卸料板的厚度按表10-4選擇，卸料板厚度為20mm。卸料板采用45鋼制造，熱處理淬火硬度43～48HRC。
卸料板上設(shè)置4個卸料螺釘，公稱直徑為10mm,螺紋部分為M8.5×10mm,卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運動。
9.2 橡膠的選用
彈性裝置主要有彈簧和橡膠兩種，因為該模具為復(fù)合模具，所以采用橡膠作為卸料板的彈性元件。根據(jù)模具安裝空間，安裝四個圓筒形合成橡膠，設(shè)卸料螺釘直徑為8mm，橡膠上螺釘孔直徑為10mm，則：
一、橡膠高度的計算
橡膠的自由高度，由下式得：
（10.6）
式中H自——橡膠的自由高度()；
h——卸料板的工作行程()；
H——凹?；虬纪鼓５娜心チ浚╩m）；一般取4～10mm；
則橡膠高度取42mm。
二、橡膠直徑的計算
（10.7)
（10.8）
式中px——橡膠的壓力，可取等于或大于卸料力()；
p——與橡膠壓縮量的單位壓力，查表10.6得1.06；
A——橡膠截面面積()；
d——橡膠上螺釘孔直徑（mm）；
D——橡膠的直徑()；
因為在此模具中采用的是彈壓卸料板，所以橡膠在模具中的個數(shù)為四個，直徑為41的圓筒形橡膠。
因為0.5<=0.976<1.5，所以選橡膠符合要求。
橡膠的安裝高度： Hd =42-0.1×42=37.8mm（取38mm）
表10.6橡膠壓縮量與單位壓力關(guān)系
壓縮量/%
10
15
20
25
30
35
單位壓力/MPa
聚氨酯橡膠
1.1
2.5
4.2
5.6
合成橡膠
0.26
0.5
0.74
1.06
1.52
2.1
9.3 模架及其零件的設(shè)計
常用的導(dǎo)柱導(dǎo)套式模架，是由上、下模座和導(dǎo)向零件組成。模架是整副模具的骨架，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(shè)備的滑塊和工作臺固定。上、下模間的精確位置，由導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向來實現(xiàn)。本設(shè)計選用后側(cè)導(dǎo)柱模架如圖10.6，后側(cè)導(dǎo)柱模架，由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便，因?qū)е惭b在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導(dǎo)柱導(dǎo)套單邊磨損，并且不能使用浮動模柄結(jié)構(gòu)。
圖10.6模架
一、模架的選用
以凹模周界尺寸為依據(jù)，根據(jù)標準GB/T2851.1—1990選擇模架規(guī)格為：200mm×125mm×40mm（GB/T2855.1-1990）。
二、導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選用
導(dǎo)柱與導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)、尺寸一般都是直接由標準中選取，在選用時導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證沖模在最底工作位置時，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離不小于(10～15)mm。在最高工作位置時，導(dǎo)柱上端面與導(dǎo)套的下端面的距離不小于(10～20)mm，導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合精度由表10.7查出選擇II級。
根據(jù)標準GB/T2851.1—1990知模架的閉合高度Hmin=160mm，Hmax=190mm。
導(dǎo)柱d/mm×L/mm為25mm×150mm
導(dǎo)套d/mm×L/mm×D/mm為25mm×85mm×33mm
表10.7導(dǎo)柱、導(dǎo)套配合間隙
配合形式
導(dǎo)柱直徑
模架精度等級
配合后的過盈量
I級
II級
配合間隙值
滑動配合
≤18
≤0.010
≤0.015
＞18～30
≤0.011
≤0.017
＞30～50
≤0.014
≤0.021
＞50～80
≤0.016
≤0.025
滾動配合
＞18～35
0.01～0.02
三、上、下模座的選用
根據(jù)模架的規(guī)格選擇對應(yīng)的上、下模座如下：
上模座200mm×125mm×35mm(GB/T2855.1-1990)；
下模座200mm×125mm×40mm(GB/T2855.2-1990)。
四、模柄的選用
根據(jù)上模座的厚度可選擇材料Q235A型40x85凸緣式模柄；JB/T7646.3-1994。
五、螺釘、銷釘?shù)倪x用
本模具設(shè)計Φ6、Φ8的定位銷實現(xiàn)各零件連接時的初定位，然后用M10的螺釘實現(xiàn)連接的精定位。材料采用45鋼。
第10章 校核模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù)
10.1 閉合高度的計算
根據(jù)凹模外形尺寸200×125參照模架GB/T2851.1-1990，選取凹模周界200×125的后側(cè)導(dǎo)柱模架：200×125×160～190。
模具的閉合高度與壓力機的裝模高度關(guān)系：
Hmax—H1—5≥H模≥Hmin—H1 +10
已知Hmax =250mm，H1=70mm，Hmin =180mm
模具閉合高度應(yīng)為：175≥H?！?20
閉合高度H模：為上模座、下模座、墊板、凸模、凹模厚度的總和。即
H模=35+40+10+49+30-1=163mm
因為175≥H模=163≥120，滿足裝模高度要求。
10.2 沖壓設(shè)備的選定
通過校核，選擇開式壓力機J23—10能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：
公稱壓力：100kN
滑塊行程：135mm
最大閉合高度：180m
閉合調(diào)節(jié)量：50mm
工作臺尺寸（前后×左右）：360mm×240mm
墊板尺寸（厚度）：50mm
模柄孔尺寸：直徑 30mm，深度50mm
第11章 模具的總體裝配
通過以上設(shè)計，可得到模具總體裝配圖。模具上模部分主要由上模座、墊板、凸模（1個）、凸凹模（1個）、上凸模固定板及卸料板等組成。卸料方式采用彈性卸料，以橡膠為彈性元件。下模部分由下模座、下凸模固定板、拉深凸模、凹模板、導(dǎo)料板等組成。由漏料孔漏出，成品件由下頂塊頂出。
模具的工作過程：將條料送入帶側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板內(nèi)，條料送進時采用活動擋料銷作為送進步距控制。當(dāng)壓力機滑塊帶著上模下行時，彈壓卸料板下表面首先接觸條料，并壓緊條料，落料凸模進行落料，同時，拉深凸、凹模進行拉深，拉深結(jié)束后，沖孔凸、凹模進行工作；當(dāng)沖孔結(jié)束后，壓力機滑塊帶著上模上行，落料后的條料由彈壓卸料板從凸凹模上卸下，沖壓成形的工件由裝在壓力機工作臺下的標準緩沖器通過頂桿、推件塊從拉深凸模取下，用手將工件取走后。將條料繼續(xù)往前送進，通過活動擋料銷定位，進行下一個工件的生產(chǎn)。
總 結(jié)
通過大學(xué)幾年的學(xué)習(xí)，使我對模具這個專業(yè)從一無所知到現(xiàn)在熟練掌握專業(yè)知識，深入了解模具行業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)的重要位置，使我更加增強了今后在工作和學(xué)習(xí)中的信心。幾年的學(xué)習(xí)中，我修讀了沖壓成形原理、沖壓成形工藝、模具設(shè)計與制造工藝及與本專業(yè)相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課，使我對沖壓技術(shù)的認識更加深入。通過學(xué)習(xí)，我能從事中等偏復(fù)雜的沖壓工藝規(guī)程編制、沖模設(shè)計及沖模制造工藝的編制，能從事沖壓技術(shù)工作。
本設(shè)計的內(nèi)容為Q235鋼制輪輻沖裁模設(shè)計，通過對Q235鋼制輪輻的設(shè)計，基本掌握了對冷沖模設(shè)計的方法及步驟，對冷沖模有了更進一步的了解和認識，對模具的制造方法和制造過程更加熟悉，為今后的工作積累了豐富寶貴的經(jīng)驗。
通過這次設(shè)計，我更加深入地學(xué)習(xí)了冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計的內(nèi)容。冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計的內(nèi)容包括冷沖壓工藝設(shè)計、模具設(shè)計及沖模制造三方面內(nèi)容，盡管三者的工作內(nèi)容不同，但三者之間存在著相互滲透、相互補充、相互依存的關(guān)系。
冷沖壓工藝設(shè)計是針對給定的產(chǎn)品圖樣，根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小、沖壓設(shè)備的類型規(guī)格、模具制造能力及工人技術(shù)水平等具體生產(chǎn)條件，從對產(chǎn)品零件圖的沖壓工藝性分析入手經(jīng)過必要的工藝計算，制定出合理的工藝方案，最后編寫沖壓工藝卡的一個綜合分析、計算、設(shè)計過程。沖壓工藝方案的確定包括工序性質(zhì)、數(shù)量的確定，工序順序的安排，工序組合方式及工序定位方式的確定等內(nèi)容。
沖壓模具設(shè)計則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程，在認真考慮毛坯的定位、出件、廢料排出諸問題以及模具的制造維修方便、操作安全可靠等因素后，設(shè)計計算并構(gòu)思出與沖壓設(shè)備想適應(yīng)的模具總體結(jié)構(gòu)，然后繪制出模具總裝圖和所有非標準零件圖的整個設(shè)計繪圖過程。
沖模制造是根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、模具材料、尺寸精度、形位精度、工作特性和使用壽命等項要求，綜合考慮各方面的特點，并充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的一切特長，正確選擇加工方法和裝配方法，選出最佳加工方案，制定出合理的沖模加工工藝規(guī)程的過程。
通過這次設(shè)計，我也更認識到除了正確掌握和應(yīng)用書本知識外，吸取他人的設(shè)計經(jīng)驗和勞動成果也是非常重要的。
致 謝
對幾年來辛勤教導(dǎo)我的老師和學(xué)校致以最崇高的敬意！
對本次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)我和給予我最多的老師表示我最衷心的感謝!畢業(yè)設(shè)計開始以來，有幸多次聆聽老師的教誨。老師以他寬廣的知識、高瞻遠矚的學(xué)識、在實際生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗。拓寬了我的視野和思維，更為重要的是老師以他對事業(yè)孜孜不倦的追求和待人接物謙遜的態(tài)度和豁達的胸襟，時刻都在潛移默化地影響著我，這將使我終生受益。
參考文獻
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