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XXXX 學 院
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）說 明 書
題 目 沖壓模具設(shè)計
學 生
系 別 機 電 工 程 系
專 業(yè) 班 級 材料成型及控制工程
學 號
指 導 教 師
沖壓模具畢業(yè)設(shè)計
1.緒論
1.1沖壓的概念、特點及應(yīng)用
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冷變形加工，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術(shù)。
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。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。
(1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。
（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)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，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓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，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、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(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。
沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯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）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。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)。
沖壓件圖如下圖所示:
沖壓技術(shù)要求:
1. 材料:Q235-A
2. 材料厚度:0.5mm
3. 生產(chǎn)批量:中批量
4. 未注公差:按IT14確定.
2 .零件的工藝性分析.
2.1 零件的工藝性分析 該零件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)簡單,形狀復雜,產(chǎn)品寬度B=38+12=50≥1.2t(t為材料厚度) ,沖孔時有尺寸為φ6，φ16，根據(jù)沖壓模具設(shè)計手冊知沖孔時,因受凸模強度的限制,孔的尺寸不應(yīng)太小.沖孔的最小尺寸取決于材料性能,凸模的強度和模具結(jié)構(gòu)等.根據(jù)表3-3可查得圓形孔最小值得d=0.9t=0.9X0.5=0.45mm<φ6，所以滿足工藝性要求.
沖裁件孔與孔之間:孔與邊緣之間的距離受模具的強度和沖裁件質(zhì)量的制約,其值不應(yīng)過小,一般要求C≥(1～1.5)t,C′>(1.5～2)t所以由沖件圖可知
C1=17>1X0.5=0.5,
由以上可知孔與孔之間距離C1滿足工藝性要求,
由以上分析可得,沖件的尺寸很小,如圖2—1所示。在模具結(jié)構(gòu)上需要多考慮，確定方案后,我們才能繼續(xù)做下一步的設(shè)計。
2.2 沖裁件的精度與粗糙度
沖裁件的經(jīng)濟公差等級不高于IT14級,一般落料公差等級最好低于IT10級,沖孔件公差等級最好低于IT9級,工件圖尺寸有公差,因此可用于一般精度的沖裁,普通沖裁可以達到要求.
由于沖裁件沒有斷面粗糙度的要求,我們不必考慮.
2.3 沖裁件的材料
由材料方面的資料得, Q235A是普通碳素鋼的一種。
材料名稱：普通碳素鋼
牌號：Q235A 標準：GB/T 4423-1992
大量的使用在焊接鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品當中。它的強度遠遠低于45#鋼。
Q235化學成份：
碳 C ：0.220
錳 Mn：≤1.4
硅Si ：≤0.35
磷 P：≤0.045
注：≤0.3(雜質(zhì))
Q235力學性能：
抗拉強度 σb (MPa)：≥375-500，
抗剪強度，τ=260-3804Mpa，
伸長率 δ (％)：≥5
本設(shè)計中采用Q235A,此材料具有良好的塑性級較高的彈性,沖裁性較好,可以沖裁加工.
2.4 確定工藝方案.
該沖裁件包括落料和沖孔兩個基本工序,可采用的沖裁方案有單工序沖裁,復合沖裁和級進沖裁三種.零件屬于中批量生產(chǎn),因此采用單工序須要模具數(shù)量較多,生產(chǎn)率低,所用費用也高,不合理;若采用復合沖,可以得出沖件的精度和平直度較好,生產(chǎn)率較高,但因零件的孔邊距太小,模具強度不能保證;用用級進模沖裁時,生產(chǎn)率高,操作方便,通過合理設(shè)計可以達到較好的零件質(zhì)量和避免模具強度不夠的問題,根據(jù)以上分析,該零件采用級進沖裁工藝方案.
3. 沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用級進沖裁模.
3.2 操作與定位方式
零件中批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較小，厚度較小，保證孔的精度及較好的定位，宜采用導料板導向，定位銷導正。
3．3 卸料與出件方式
考慮零件尺寸較小，厚度較薄，采用彈壓卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件和廢料采用凸模直接從凹模洞口推下的下出件方式。
3．4 模架類型及精度
由于零件材料較薄，尺寸較小，沖裁間隙較小，又是級進模因此采用內(nèi)導柱，模具小可以選用標準模架。
4． 沖壓模具工藝與設(shè)計計算
4．1 排樣設(shè)計與計算
該沖裁件材料厚度較薄，尺寸小，因此可采用以下排樣比較合理,如圖4-11所示。
圖4-1
搭邊值要合理確定，值過大，材料利用率低；值過小，搭邊的強度與剛度不夠，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。
搭邊值的大小還與材料的力學性能、厚度、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、送料及擋料方式、卸料方式等因素有關(guān)。搭邊值一般由經(jīng)驗確定，根據(jù)所給材料厚度δ=0.5mm，確定搭邊工作間a1為1.2mm, a為1.5mm。
因此根據(jù)式3-13，條料的寬度為
B=（Dmax+2a+z）=50+2×1.5+2=55 mm
進距為:s=24+a1=24+1.2=25.2mm
根據(jù)3-14，導板間距為：
B0=B+Z= Dmax+2a=50mm
由零件圖在CAD用計算機算得一個零件的面積為656.27mm
一個進距內(nèi)的坯料面積:
BXS=25.5X55=1402.5mm,
因此材料利用率為:
η=(A/BS)X100%
=(656.27/1402.5)X100%
=46.79%
4.2 設(shè)計沖壓力與壓力中心,初選壓力機.
(1).沖裁力 根據(jù)零件圖,用CAD可計算出沖一次零件內(nèi)外周邊之和L=145.7mm(首次沖裁除外),又因為τ=380Mpa,t=0.5mm,取K=1.3,則根據(jù)式3-18,F=KLtτ=1.3X145.7X0.5X380=35.98KN，沖孔力的大?。篎=KLtτ=1.3X（3.14×6.35+3.14×16.05）X0.5X380=17.37KN，切側(cè)刃力的大?。篎=KLtτ=1.3X34X0.5X380=8.4KN，總的力為35.98+17.37+8.4=61.75
卸料力:,取Kx=0.06,則
Fx=KxF=0.06X61.75=3.71KN
推件力:根據(jù)材料厚度取凹模刃口直壁高度h≥3mm,為了修模時能保證模具仍具有足夠的強度,所以直壁高度取h=3mm,
由式3-23應(yīng)選取的壓力機公稱壓力為:
P0≥(1.1～1.3)F∑=(1.1～1.3)X（61.75+3.71）=85.1KN
因此可選壓力機型號為J23-40.
型號為J23—40壓力機的基本參數(shù)如：（表一）
公稱壓力/KN
400
墊板尺寸/mm
滑塊行程/mm
200
厚度80
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
80
模柄孔尺寸/mm
直徑40
深度70
最小封閉高度/mm
120
滑塊底面積尺寸/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量
80
滑塊中心線至床身距離/mm
床身最大可傾角
30°
立柱距離/mm
工作臺尺寸/mm
前后420
左右630
工作臺孔尺寸
(2)壓力中心
根據(jù)排樣,我們可以在CAD里使用查詢便能得出沖孔的壓力中心,
F1——沖側(cè)刃力 F1= Ltσb ，得F1=8.4KN
F2——沖孔力φ6.35 F2= Ltσb ，得F2=4.92KN
F3——沖孔力φ16.05 F3= Ltσb , 得F3=12.49KN
F4——落料力 F5= Ltσb , 得F5=64.97KN
Y1——F1到X軸的力臂 Y1=26.5
X1——F1到Y(jié)軸的力臂 X1=37.8
Y2——F2到X軸的力臂 Y2=15
X2——F2到Y(jié)軸的力臂 X2=12.6
Y3——F3到X軸的力臂 Y3=-13
X3——F3到Y(jié)軸的力臂 X3=12.6
Y4——F4到X軸的力臂 Y4=0
X4——F4到Y(jié)軸的力臂 X4=-37.8
根據(jù)合力距定理：
YG = （Y1F1+ Y2F2+ Y3F3）/（F1+ F2+ F3）
XG = （X1F1+ X2F2+ X3F3）/（F1+ F2+ F3）
XG——F沖壓力到X軸的力臂；XG=-13.32
YG——F沖壓力到Y(jié)軸的力臂；YG=-1.07
所以由以上可以算得壓力中心為G(-13.32,1.07)
(3).計算凸凹模刃口尺寸及公差
由于材料較薄,模具間隙較小,模具的間隙由配作保證,工藝比較簡單,并且還可以放大基準件的制造公差,(一般可取沖件公差的1/4),使制造容易,因此采用配作加工為宜.
由落料尺寸得,凹模會變小,所以得以凹模為基準,配作凸模.
由沖孔尺寸得,凸模尺寸變小,所以以凸模為基準,配作凹模.
由材料厚度可得Zmin=0.01mm, Zmax=0.03mm.
由落料,凹模磨損后變大,磨損系數(shù)X=0.5所以:
Ad1=(A1max-x△)=(24-0.5X0.21) =23.9
Ad2=(A2max-x△)=(12-0.5X0) =12
Ad3=(A3max-x△)=(6.12-0.5X0.12) =6.06
Ad4=(A4max-x△)=(5-0.5X0.12) =4.94
Ad5=(A5max-x△)=(6-0.5X0) =6
Ad6=(A6max-x△)=(38.125-0.5X0.25) =38
由于Ad1,為落料尺寸,故以凹模為基準,配作凸模，所以落料凸模刃口尺寸按凹模實際尺寸配作，保證雙面間隙值為0.02～0.03mm.
落料凸模尺寸：Ah1=(Ad1-2Z)+ Δ
=23.9-2X0.02=23.86;
Ah2=(Aj2-2Z)+ Δ
=12-2X0.02=11.96;
Ah3=(Aj3+Z)+ Δ
=6.06+2X0.02=6.1;
Ah4=(Aj4-2Z)+ Δ
=4.96-2X0.02=4.90;
Ah5=(Aj5-Z)+ Δ
=6-0.02=5.98;
Ah6=(Aj6-2Z)+ Δ=38±0.01;
(2).由沖孔尺寸凸模磨損后變小有:
b1=φ6.35, b2=φ16.05,,磨損系數(shù)X1=X20.5,故bp6不需采用刃口尺寸公式計算,而直接取bp6=2bp5.所以:
bp1=(b1min+X1△1)=(6+0.5X0.75)=6.35
bp2=(b2min+X2△2)=(16+0.5X0.11)=16.05
(3).凸,凹模磨損后不變的尺寸Cp1=28，Cp1=38，得:Cp=(Cmin+0.5△),所以:
Cp1=(Cmin+0.5△)=280.01
Cp2=(Cmin+0.5△)=380.01
5. 模具的總張圖與零件圖
5.1 根據(jù)前面的設(shè)計與分析,我們可以得出如級進模具的總張圖
如圖5-1所示:
圖5-1 級進?？傃b圖
1.下模板;2. 內(nèi)六角螺釘;3.凹模;4.定位銷;5.卸料板;6.落料凸模;7.樹脂; 8.固定板;9.圓柱銷;10. 內(nèi)六角螺釘；11.上墊板;12.上模板;13. 鋼絲;14.模柄;15防轉(zhuǎn)銷;16.沖孔凸模1;17.鋼絲；18.切側(cè)刃凸模;19.卸料螺釘;20.內(nèi)導柱;21.沖孔凸模2;22.導料板;23.內(nèi)六角螺釘
5.2 沖壓模具的零件圖
(1).凹模設(shè)計
凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘,圓柱銷與下模座固定的固定方式.考慮凹模的磨損和保證沖件的質(zhì)量根據(jù)表3-28,凹模刃口采用直筒形刃口壁結(jié)構(gòu),刃口高度根據(jù)前面“4.2”計算沖裁力時所取h=3mm,漏料部分刃口輪廓適當擴大，可以擴大0.5～1mm,取1mm,(為便于加工,落料凹模漏料孔可設(shè)計成近似于刃口輪廓的簡化形狀,如圖所示),凹模輪廓尺寸計算如下:
凹模輪廓尺寸的確定，凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LXB(長X寬)及厚度尺寸H.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚C.對于簡單對稱形狀刃口凹模,由于壓力中心即對稱中心,所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周擴大一個凹模壁厚來確定,所以:
L=l+2C=50+2X52.5=160 B=200
C值可根據(jù)資料查得.
整體式凹模板的厚度可按如下經(jīng)驗公式估算:
H=K1K2=35mm, K1取1,K2根據(jù)資料取2.5.
由以上算得凹模輪廓尺寸LXBXH=160X200X31,查有關(guān)國家標準,并無厚度合適,因此我選LXB為標準尺寸,得LXBXH=160X200X35.
凹模材料的選用:材料選用Cr12MoV，孔與孔的校核:校核最小值為4，都能達到要求,因此得以校核.凹模刃口尺寸及其它具體見零件圖5-21.或后面所附的零件圖.設(shè)計中,因為壓力中心與凹模板的幾何中心相差不太,由壓力機根據(jù)模柄孔尺寸為φ40,壓力中心仍在模柄投影面積,可設(shè)他們在同軸線上.
圖5-2 凹模
(2).凸模設(shè)計
落料凸模刃口部分為異形,又在它里面開孔,裝配導正銷,為便于凸模和固定板的加工,可通這設(shè)計成鉚接方式與固定板固定.沖孔凸模采用階梯結(jié)構(gòu),設(shè)計成鉚接方式.凸模的尺寸根據(jù)導料板尺寸、卸料板尺寸和安裝固定要求尺寸h，取h15~20，因為這里的凹模刃口尺寸為3 mm,在范圍之內(nèi)取18mm所以凸模的尺寸為L=18+15+20+2=55mm.
凸模材料：參照沖壓模具設(shè)計與制造選用Cr12MoV.
考慮沖孔凸模的直徑很小，故需對最小凸模φ6進行強度和鋼度校核：根據(jù)表3-26可得：
L≤90d/=(90X6X6)/=14.1mm.
L為凸模的允許最大工作尺寸，而設(shè)計中，凸模的工作尺寸為
55＞38.18,所以鋼度不需要校核。
具體零件圖如后面所附零件圖為準，
(3).選擇堅固件及定位零件
螺釘規(guī)格的選用: 由凹模板的厚度可選用M10,在根據(jù)實際要求,查標準選用GB 70-85 M10X50,這里要6個,卸料板的螺釘選用GB 70-85 M8X60,這里要4個。
銷釘規(guī)格的選用: 銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標準選用GB 119-86 φ10X60, 選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標準定位零件.
導料板: 根據(jù)凹模LXB=200X160,查標準GB2865.5-81,選規(guī)格為:長度L=200,寬度B=160,厚度H=8,材料為45#的導料板,即導料板:200X160X8
如圖5-10所示:
(4).設(shè)計和選用卸料與出件零件
卸料以卸料板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設(shè)計出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.5~1倍,所以卸料板的LXBXH=200X160X/0.5X35=200X160X17.5,卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取0.05~0.1mm,這里取0.1mm,材料為45#.由以上根據(jù)凸模和凹?？稍O(shè)計出卸料板如圖5-13.
(5).選擇模架及其它模具零件
選擇模架:
根據(jù)GB/T 2851.5-90,由凹模周界200X160,及安裝要求,選取凹模周界:LXB=200X160,閉合高度:H=159~189,選用21#后側(cè)標準導柱模架，上模座大小:290X245X35，下模座大小:290X245X40,導柱:28X170,導套:42X70。模板材料為鑄鐵。
由以上可得模架及其零件如圖5-14所示.
模柄: 由壓力機的型號J23-40.可查得模柄孔的直徑為40,深度為70,由裝配要求,模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉(zhuǎn),模柄長度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用彈壓卸料，上模座回程時受力較大，因此選用壓入式模柄較合理。
墊板: 墊板的作用是承受并擴散凸模傳遞的壓力,以防止模座被擠壓損傷,因此在與模座接觸面之間加上一塊淬硬磨平的墊板.墊板的外形尺寸與凸模固定板相同,厚度可取3~10mm,這里設(shè)計時,由于壓力較大,根據(jù)GB2865.2-81選取規(guī)格為LXBXH=200X160X10.
凸模固定板:
凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸一致,厚度為凹模的0.4~0.6h,h為凹模的厚度,這里取0.5h,即0.5X35=17.5mm,根據(jù)核準選取板的規(guī)格為LXBXH=200X160X18;凸模與凸模固定板的配合為H7/n6,裝配可通過2個銷釘定位,6個螺釘與上模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致,頂部與凸模鉚接,因此必須倒角,由以上可得凸模固定板的零件圖如圖5-16所示:
5.3壓力機的校核
(1).公稱壓力 根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為J23-40,它的壓力為400>126.79,所以壓力不需要校核;
(2).滑塊行程 滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=1.0,導料板的厚度H=8及凸模沖入凹模的最大深度2,即S1=1+8+2=11
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