復合模具畢業(yè)設計

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1、 摘要: 本次設計的是復合沖裁模，復合沖裁模是在沖床的一次沖壓過程中可以同時完成兩步或兩步以上的工序。該復合沖裁模將落料、沖孔兩步工序在一起完成。該模具選取了合理的凸、凹模間隙及最佳的模具設計結構完成工件的加工要求。它具有操作方便、一次成形、生產(chǎn)效率高的特點。闡述了零件沖壓復合模具的整體結構及其工作過程，為保證沖裁件的質(zhì)量，指出了復合模具設計和加工注意的要點。該設計思路可擴展應用到其它類似零件的沖裁加工中。 關鍵詞： 模具設計； 模具加工； 沖壓； 復合沖裁模； 模具結構； Abstrast： In this

2、paper , a compound die is designed .The compound die can produce two parts or more by one punching procedure .It introduce the design and way of fine blanking and chose the blanking clearance between punch and matrix .The best structure is introduced to complish the desire of the making machine.Comp

3、ared with the traditional dies ,this whole structure and working process of the die were stated,and the main points method can be used to the forming of other similar parts. Key Word: die design; die manufacturing; stamping; compound die; structure so the structing

4、 of die. 目 錄 摘 要（中英文）---------------------------------------------------------------------------------- 1 前 言 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 第1章 設計題目及要求 ----------------------------

5、----------------------------------------- 5 1.1 沖壓工藝與模具設計的內(nèi)容及步驟 ----------------------------------------------- 5 第2章 工藝設計 ------------------------------------------------------------------------------ 7 2.1 零件的工藝分析 -----------------------------------------------------------------------

6、 7 2.2 工藝方案的確定 ----------------------------------------------------------------------- 7 2.3 主要工藝參數(shù)的計算 ----------------------------------------------------------------- 9 2.4 壓力機的選擇 -------------------------------------------------------------------------- 20 第3章 模具設計 ----------------

7、-------------------------------------------------------------- 22 3.1 工作零件的設計 ----------------------------------------------------------------------- 23 3.2 定位零件的設計 ----------------------------------------------------------------------- 31 3.3 壓料、卸料零件的設計 ---------------------------------

8、----------------------------- 33 3.4 固定與緊固零件的設計 -------------------------------------------------------------- 37 第4章 模具的裝配及工作過程 ------------------------------------------------------------ 38 4.1 模具的裝配 ----------------------------------------------------------------------------- 38 4.

9、2 模具的工作過程 ----------------------------------------------------------------------- 38 附錄 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 39 總結 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 40

10、 參考文獻 ------------------------------------------------------------------------------------------ 41 前 言 沖壓工藝是塑性件，所以有加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零時也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，也可以加工非金屬板料。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當內(nèi)力的作用達到一定程度時，板料毛坯或毛坯的某個部位便會產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。 沖壓生產(chǎn)靠模具與設備完成加工過程，所

11、以它的生產(chǎn)率且由于操作簡便，也便于實現(xiàn)機械化和自動化。 利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復雜的零件。 沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是由模具保證的，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需要再經(jīng)過機械加工便可使用。 沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的扎制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。 沖壓工藝在汽車、拖拉機、電機、電器、儀器 、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要。因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量較好而且成本較低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般

12、還具有重量輕且剛性好的特點?，F(xiàn)代各先進工業(yè)化的國家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達的。在我國的現(xiàn)代化建設進程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。 沖壓工藝，模具以及沖壓設備等正在隨著科學技術的發(fā)展而不斷發(fā)展，從總體來看，現(xiàn)代沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向可以歸納為以下幾個方面： 一、沖壓成型工藝與理論的研究 成形，近年來，沖壓成型工藝有很多的新的發(fā)展,特別是精密沖裁，精密剪切，復合材料成形，軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的成形精度日趨精確，生產(chǎn)率也有極大的提高，正在把沖壓加工提高到高品質(zhì)的、新的發(fā)展水平。 由于引入了計算機輔助工程(CAE)沖壓成行已從原來的對應力應變進行有限元等分析而逐步發(fā)

13、展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析，已實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設計。 二、沖壓加工自動化與柔性化 為了適應大批量、高效率的生產(chǎn)需要,在沖壓模具和設備上廣泛應用了各種自動化的進、出料機構。專門配置了機械手或機器人，這不僅大大提高了沖壓件的生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)率，而且增加了沖壓工作和沖壓工人的安全性。在中小件的大批量生產(chǎn)方面，現(xiàn)已廣泛應用多工位級進模、多任務位壓力機或高速壓力機。在小批量多品種生產(chǎn)方面，正在發(fā)展柔性制造系統(tǒng)(FMS)，為了適應多品種生產(chǎn)是不斷更換模具的需要，已成功地發(fā)展了一種快換模系統(tǒng)?，F(xiàn)在，量生產(chǎn)方面,.換一副大型沖壓模具，僅需6~8分鐘即可完成。此外，近年來，集成制造系統(tǒng)（CIM

14、S）也正被引入沖壓加工系統(tǒng)，出現(xiàn)了沖壓加工中心，并且使設計、沖壓生產(chǎn)、零件運輸、倉儲、品質(zhì)檢驗以及生產(chǎn)管理等全面實現(xiàn)自動化。 三、 沖模CAD/CAM 自從美國Die Comp公司與1971年在簡單級進模中首先將CAD/CAM技術引入到?jīng)_模設計與制造中以來，沖模CAD/CAM 技術已成為沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向之一。1978年日本機械工程實驗室開發(fā)了MEL 系統(tǒng),采用了圖形顯示設備和交互圖形設計技術，使CAD開始走向實用化。我國在沖壓模具的CAD/CAM方面也取得了重大的進展，上海交通大學在80年代初期開展了大規(guī)模的CAD/CAM研究開發(fā)工作，目前在上海交通大學已建立了模具CAD/CA

15、M國家工程中心。在華中理工大學建立了模具CAD/CAM國家重點實驗室。 由于新技術的應用和引導,模具技術在國民經(jīng)濟中的地位愈來愈大，在一定程度上決定了我國機械制造業(yè)在21世紀的市場競爭能力，為此，我們要有足夠的認識并采取得力的措施。. 第 1 章 設計題目及要求 原始設計題目如下圖所示： 圖 1沖件零件圖 1.1 沖壓工藝與模具設計的內(nèi)容及步驟 沖壓工藝與模具設計應結合工廠的設備、人員等實際情況，從零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)綜合考慮,選擇全性

16、各個方面和設計出技術先進、經(jīng)濟上合理、使用安全可靠的工藝方案和模具結構，應使沖壓件的生產(chǎn)在保證達到設計圖樣上所提出的各項技術要求的基礎上，盡可能降低沖壓件的工藝成本和保證安全生產(chǎn)。一般來講，設計的主要內(nèi)容及步驟包括：成本、勞動強度、環(huán)境的保護以及生產(chǎn)的安全。 （一）、工藝設計 1. 零件及其沖壓工藝分析 根據(jù)沖壓件產(chǎn)品圖，分析沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸規(guī)格和力學性能,并結合可供選用的沖壓設備規(guī)格以及模具制造條件/生產(chǎn)批量等因素，分析零件的沖壓工藝性能的沖壓工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)、供序數(shù)目、工序順序及組合方式等。 工藝參數(shù)指制定工藝方案所依據(jù)的數(shù)

17、據(jù),計算有兩種情況,第一種是工藝參數(shù)可以計算的比較準確，如零件材料的排樣利用率、沖裁壓力中心、工件面積等；第二重視工藝參數(shù)只能作近似計算，如一般彎曲或拉深成形力、復雜零件的坯料展開尺寸。 1. 確定工藝方案,主要工藝參數(shù)計算 在沖壓工藝性分析的基礎上，找出工藝與模具設計的重點與難點，根據(jù)實際情況提出各種可等。 2. 選擇沖壓設備 根據(jù)要完成的沖壓工序性質(zhì)和各種沖壓設備的性能特點，考慮沖壓加工所需的變形力、變形功及模具閉合高度和輪廓尺寸的大小等主要因素，結合工廠現(xiàn)有設備情況來合理選定設備類型和噸位。 （二）、模具設計 模具設計包括模具結構形式的選擇與設計、模具結構參

18、數(shù)計算、模具圖繪制等內(nèi)容。 1. 模具結構形式的選擇與設計 根據(jù)擬定的工藝方案，考慮沖壓件的形狀特點、零件尺寸大小、精度要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件、操作方便與安全的要求等選定與設計沖模結構形式。 2. 模具結構參數(shù)計算 確定模具結構形式后，計算或校核模具結構上的有關參數(shù)，如模具工作部分的幾何尺寸、模具零件的強度與剛度、模具運動部件的運動參數(shù)、模具與設備之間的安裝尺寸，選用和核算彈性組件等。 3. 繪制模具圖 模具圖是沖壓工藝與模具設計結果的最終體現(xiàn)，該模具圖包括制造模具和使用模具的完備信息。 （三）、 編寫設計計算說明書 對零件模具設計應編寫設計計算

19、說明書，以供日后查閱。設計計算說明書包括沖壓件的工藝分析以及模具設計的主要內(nèi)容。 第2章 工 藝 設 計 2.1零件及其沖壓工藝性分析 沖裁件的工藝性是指沖裁件隊沖壓工藝的適應性。該工件的材料是08F，屬于低碳鋼。選用08F的冷軋鋼板作為原料，鋼板尺寸為1500600型號的。這種鋼板的沖壓性能好，該材料抗剪強度 為220~310 ，抗拉強度 為280~390 ，（在下文的計算中抗拉強度取295） 由沖裁件圖上所標注的尺寸公差可以確定該工件的表面加工精度要求為級，在沖裁中其尺寸公差等級為級，屬于普通沖裁。 2.2確定工藝方

20、案 工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數(shù)、工序組合和工序順序的安排等，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的沖裁方案。 沖裁工序的組合 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。 復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，在模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可以完成一個沖裁件。 沖裁組合方式的選擇根據(jù)沖裁件

21、的生產(chǎn)批量、尺寸精度、形狀復雜程度、模具成本等多方面因素來考慮。 1. 生產(chǎn)批量 由于模具費用在制件成本種占很大的比例，所以，沖裁件的生產(chǎn)批量在很大程度上決定了沖裁工序的組合程度，即決定所用的模具結構。一般來說，新產(chǎn)品試制與小批量生產(chǎn)，模具制造簡單，力求制造快，成本低，采用單工序沖裁，對于中批和大批量生產(chǎn)，模具結構力求完善，要求效率高、壽命長，采用復合沖裁或級進沖裁。 2. 沖裁件尺寸精度 復合沖裁所得工件公差等級高，內(nèi)、外形同軸度一般可達到，因為它避免了多次沖壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整，不翹曲。級進沖裁所得工件的尺寸公差等級較復合沖裁低，工件有拱彎、不夠平

22、整。但工序沖裁的工件精度最低。 3. 對工件尺寸、形狀的適應性 復合沖裁可用于各種尺寸的工件。材料厚度一般在以下。但工件上孔與孔之間和孔與邊緣之間的距離不能過小?？走吘嘈∮谧? 小合理值時，若采用復合沖裁，則該部位的凸凹模的壁厚因小于最小極限值，易因強度不足而破裂。此時也不宜采用單工序沖裁，因孔邊距過小，落料后沖孔時，這些部位會發(fā)生外脹和外扭變形，得到不合格的產(chǎn)品，這時宜采用級進沖裁，這樣可避免這些缺陷。級進沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小的異形零件，且可沖裁的材料厚度比復合沖裁要大。但級進沖裁受壓力機臺面尺寸與工序數(shù)的限制，沖裁工件一般為中、小型件。為提高生產(chǎn)效率與材料利用率，常采用多排沖

23、壓。級進沖裁時廣泛采用多排沖壓，但復合沖裁則很少采用。 4. 模具制造、安裝調(diào)整和成本 對復雜性狀的工件，采用復合沖裁與采用連續(xù)沖裁 比，模具制造，安裝調(diào)整較易，成本較低。對簡單形狀、精度不高的零件，級進沖裁，模具結構較之復合模簡單，易于制造。 本次模具設計的沖裁工件形狀雖然不規(guī)則，但結構并不是很復雜。沖孔、落料兩道工序即可完成，考慮到?jīng)_裁件的定位誤差、材料厚度、大批量生產(chǎn)、安裝以及成本等因素，決定采用復合沖裁。在此有五種方案可供選擇： 方案一、 落料 圖2 落料 此種方法的優(yōu)點是：定位誤差小，只需要一次定位即可。位置精度高。其缺點是：

24、危險截面強度雖夠，但模具制造復雜，難以加工和裝配。并且成本比較高。 方案二、 沖孔、落料 圖3 沖孔、落料 采用落料、沖孔復合模。先沖孔，沖掉陰影部分，再落料。此種方法雖然降低了模具的加工和裝配的難度，降低了制造成本。但是沖孔與落料的交界處留有尖角，難以加工和去除，這常常是沖壓工藝所不允許的。 方案三、 沖孔、落料 圖4 落料、沖孔 也還是先沖掉陰影部分，再落料。此種方法雖然也和方案二有著同樣的優(yōu)點，此外比上述方案好的是沖孔與落料的交界處沒有尖角，同時還能保證沖孔凸模和落料凹模的足夠強度。 方案四、 沖孔、落料 圖5 沖孔、落

25、料 此種方法是采取沖孔、落料分開加工兩道工序，用兩套模具。這樣很容易產(chǎn)生定位誤差，難以保證加工精度。 綜合考慮上述四種方案，方案三還是比較理想的。在用一套模具能滿足加工要求的前提下，盡量不用兩套或多套模具來加工。所以，采用方案三為最終方案。 2.3主要參數(shù)的計算 （一）、沖裁力 沖裁力是指沖裁過程中的最大剪切抗力，計算沖裁力的目的是為了合理的選擇壓力機和設計模具。考慮到模具刃口的磨損、凸模和凹模間隙的不均勻、材料性能的波動和材料厚度偏差等因素，實際所需的沖裁力比所給公式的沖裁力的值增加30%。 如用平刃口模具的沖裁時，按下面的公式進行計算 ①（P30） 式中 ——沖

26、裁力； ——沖裁件周長()； ——材料厚度 ； ——材料剪切強度； 而實際沖裁力應按下式計算： 式中 —— 材料的抗拉強度 ⑴ 沖孔時的沖裁力 ⑵ 落料時的沖裁力 ⑶ 卸料力、頂件力 沖裁時，工件或廢料從凸模上卸下來的力叫卸料力；從凹模內(nèi)將工件或廢料順著沖裁的方向推出的力叫推件力；逆沖裁方向頂出的力叫頂件力。 卸料力 式中 ——沖裁力； ——頂件力； ——卸料力、頂件力系數(shù)；① (表2-8) 沖裁時的沖壓力為沖裁力、卸料力、頂件力之和，這些力在選擇壓力機時是否考慮進去，應根據(jù)

27、不同的模具結構]區(qū)別對待。 考慮彈性卸料裝置卸料力較小，一般用于材料厚度小于1.5的沖裁件。本次模具設計的沖裁件厚度為1.2，沖裁力也不是很大，故采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模。 2） (二)、材料的周長和面積 周長： 面積： 圖6 面積計算 （三）、材料的經(jīng)濟利用 在沖壓生產(chǎn)中，沖裁件在板、條等材料上的布置方法成為排樣。排樣是否合理直接影響到材料的經(jīng)濟利用。工件材料08F的軋制薄鋼板，其尺寸為1500 排樣方法： 采用直排的方法，排列簡圖及搭邊值見下圖 圖7 材料的排樣 板料，長度方向上 可以剪成9塊條料，條料

28、邊距為1.8。每塊條料上排各工件。因此，整個板料上共各工件。 評價排樣經(jīng)濟性、和理性的指標是材料的利用率，其計算公式如下： ① （P33） 式中： ——沖裁件面積； ——材料上沖件總數(shù)； ——板料長度； ——板料寬度； 要提高材料的利用率，就必須減少廢料的面積，沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料可分為結構廢料和工藝廢料。 結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料，成為結構廢料，它決定于工件的形狀，一般不能改變。 工藝廢料 工件之間和工件于條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去得料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料，

29、稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。 材料的利用率： 也就是說工藝廢料為14% 這是結構廢料，是由工件自身的形狀結9構決定的，是不可避免的。 （四）、壓力中心的計算 為了保證壓力機和模具正常地工作，必須使沖模的壓力中心于壓力機滑塊中心線向重合。否則在沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪斜，引起凸凹模間隙不均和導向零件加速磨損，造成刃口和其它零件的損壞，甚至還會引起壓力機導軌磨損，影響壓力機精度。 形狀簡單而對稱的工件，如圓形、正多邊形，其沖裁時的壓力中心與工件的幾何中心重合。形狀復雜的工件，多凸模沖孔模及連續(xù)模的壓力中心則用解析法或作圖發(fā)來確定。本

30、次模具設計工件形狀不規(guī)則，所以采用解析法來確定沖模的壓力中心。 計算步驟： ⑴ 按比例畫出凸模工作部分剖面的輪廓圖； ⑵ 在輪廓內(nèi)外任意距離處，選定坐標軸和； ⑶ 將輪廓線分成若干基本線段，計算各基本線段的長度（途中沖裁力與沖裁線長度成正比，故沖裁線段的長短，即可代表沖裁力的大?。?； ⑷計算基本線段的中心位置到軸的距離及到軸的距離； ⑸根據(jù)“對同一軸線的分力之和的力矩等于各分力矩之和”的原理，可按下式求出沖模壓力中心到軸和軸的距離 到軸的距離： ② （P48） 到軸的距離： 將工件分成41段，軸在上，軸在的中心，各段的 長度為：

31、 直線的中心在線段的中心點，圓弧的中心重心按下式 計算： 式中： ——重心到圓心的距離； ——弦長； ——弧長； ——圓弧半徑； 于是求得各圓弧的重心如下： 均為 圓弧，其值相同， 為的圓弧，其中 各線段的重心如下 式（2-1）② （P48）

32、 式（2-2） 2)、計算每個小凸模的壓力中心 各線段的長度為： 各線段的重心如下: 于是: 各線段的長度為： 各線段中心如下： 于是: 各線段的長度為： 各線段的重心為： 于是: 計算各凸模的沖裁周邊長度： 所以每個沖孔凸模的壓力中心為： 所以每個沖孔凸模的壓力中心分別為： 2.4 選擇沖壓設備 (一) 常用壓力機的分類 壓力機的種類很多,按照不同的觀點

33、可以把壓力機分成不同的類別.如:按驅動滑塊力的種類分機械的、液壓的、氣動的等；按滑塊個數(shù)可分為單動的、雙動的、三動的等；按驅動滑塊的機構的種類又可分為曲軸式、肘桿式、摩擦式；按機身結構形式可分為開式的、閉式的等等。另外還有許多種分類方法，一般按驅動滑塊力的種類而把壓力機分為機械壓力機、液壓機。 (二) 壓力機類型的選擇 壓力機類型的選擇，主要是根據(jù)沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量大小、制件的幾何形狀、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素來確定的。 開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命和沖件的質(zhì)量。但是它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點，故廣泛應用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產(chǎn)中。 閉

34、式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作,適于大中型沖壓件的生產(chǎn)。 雙動曲柄壓力機有兩個滑塊,壓邊可靠易調(diào)，適用于較復雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。 高速壓力機或多工位自動壓力幾適用于大批量生產(chǎn)。 液壓機沒有固定的行程,不會因為板材厚度超差而過載,全行程中壓力恒定,但是壓力機的速度低、生產(chǎn)效率低.適用于小批量,尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。 摩擦壓力機結構簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產(chǎn)中用來完成彎曲、成形等沖壓工件。 肘桿式精壓機剛度大、滑塊行程小，在行程末端停留時間長，適用于校正、校平和整形等類沖壓工序。 (三) 確定設備規(guī)格 (1) 壓力機的行程大小，應該能保證

35、成形零件的取出與毛坯的放進，例如拉伸所用壓力機的行程，至少應大于成品零件高度的兩倍以上。 (2) 壓力機工作臺面的尺寸應大于沖模的平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模時,工作臺的受力條件也是不利的。 (3) 所選壓力機的封閉高度應與沖模的封閉高度相適應。模具的閉合高度是指上模在最低的工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離.壓力機的閉合高度是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機,其連桿長短能調(diào)節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調(diào)節(jié)，故壓力機有最大閉合高度和最小閉合高度。 設計模具時，模具閉合高度的數(shù)值應滿足下式：

36、 無特殊情況應取上限值，即最好取在：,這是為了避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積過小而被壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床臺面上加墊板。 綜合上述，考慮到所設計的沖裁件尺寸不大，精度要求不是很高，所以選擇開式曲柄壓力機。其參數(shù)如下： 公稱壓力/ 250 固定行程/ 80 調(diào)節(jié)行程/ 80 行程次數(shù)/(次/) 100 最大閉合高度/ 250 閉合高度調(diào)節(jié)量/ 70 工作臺尺寸/ 左右 56

37、0 前后 200 工作臺孔尺寸/ 左右 260 前后 130 直徑 180 工作臺板厚度/ 70 模柄孔尺寸(直徑深度) 5070 第3章 模 具 設 計 沖壓工藝是通過沖壓模具來實現(xiàn)的，因此做好模具設計是沖壓工藝的一項關鍵的工作。模具設計主要是確定模具的類型、結構和模具零件的選用、設計與計算等

38、。 (一)、 沖模的分類 沖壓件的品種、式樣很多，導致沖模的類型多種多樣。 (1) 按工序性質(zhì)可分為落料模、沖孔模、切斷模、整修模、彎曲模、拉深模、成形模等。 (2) 按工序組合程度可分為單工序模、級進模和復合模。 但工序模：在一副模具中只完成一個工序。如落料模、沖孔模、彎曲模、拉深模等。 級進模：在一次行程中， 在一副模具的不同位置上完成不同的工序。因此對工件來說，要經(jīng)過幾個工位即幾個行程才能完成。而對模具來說，則每一次行程都能沖出一個制件。所以級進模生產(chǎn)率相當高。 復合模： 在一次行程中, 在一副模具的同一個位置上,能完成兩個以上工序。因此復合模沖壓出的制件的精度較高,生產(chǎn)率

39、也高。 (3) 按導向方式可分為無導向的開式模。有導向的導板模、導柱模等。 (4) 按卸料方式可分為剛性卸料模、彈性卸料模等。 (5) 按送料、出件及排除廢料的方式可分為手動模、半自動模、自動模等。 (6) 按凸、凹模的材料可分為硬質(zhì)合金模、鋅基合金模、薄板模、鋼帶模、聚氨酯橡膠模等。 (二) 、沖模零件的分類 凡屬模具，無論其結構形式如何，一般都是有固定和活動兩部分組成、固定部分是用壓鐵、螺栓等緊固件固定在壓力機的工作臺面上，稱為下模；活動部分一般固定在壓力機的滑塊上，稱為上模；上模隨著滑塊作上下往復運動，從而進行沖壓工作。 一套模具根據(jù)其復雜程度不同，一般都有數(shù)個、數(shù)十個甚至

40、更多的零件組成。但無論其復雜程度如何，或是哪一種結構形式,根據(jù)模具零件的作用又可以分成五個類型的零件。 1. 工作零件 是完成沖壓工作的零件,如凸模、凹模、凸凹模等。 2. 定位零件 這些零件的作用是保證送料時有良好的導向和控制送料的進距,如擋料銷、定距側刀、導正銷、定位板、導料板、側壓板等。 3. 卸料、推件零件 這些零件的作用是保證在沖壓工序完畢后將制件和廢料排除,以保證下一次沖壓工序的順利進行。如推件器、卸料板、廢料切刀等。 4. 導向零件 這些零件的作用是保證上模與下模相對運動時有精確的導向,使凸模凹模間有均勻的間隙,提高沖壓件的質(zhì)量。如導柱、導套、導板

41、等。 5. 安、固定零件 這些零件的作用是使上述四部分零件連接成“整體”保證各零件的相對位置,并使模具能安裝在壓力機上。如上模板、下模板、模柄、固定板、墊板、螺釘、圓柱銷等。 由此可見,在看模具圖時，特別是復雜模具，應從這五個方面去識別模具上的各個零件。因此本次模具設計就從這五個方面著手來設計。 3.1 工作零件 (一) 凹模的設計 (1) 凹摸的結構形式 常見的凹摸結構形式有整體式凹模和組合式凹模兩種形式。整體式凹模結構,其俯視外形按毛坯和工件形狀可做成矩形和圓形,用螺釘和銷釘直接固定在模板上。整體式凹摸的特點是制造簡單,適用于沖制中、小型工件。 (2) 凹模的孔口形

42、式 凹模的孔口形式通常有以下幾種.圖a中為直壁形,刃口強度高,刃磨后孔口尺寸不變,制造方便。一般適用于形狀復雜和精度要求較高的制件,對向上出件或出料的模具也采用此刃口形式。 圖 8 凹模刃口形式 圖b的 特點是不易積存廢料和制件,對洞口磨損及壓力小,但刃邊強度較差。且刃磨后尺寸稍有增大,不過由于它的磨損小,這種增大不會影響模具的壽命。一般適用與形狀較簡單、沖裁制件精度要求不高、制件或廢料向下落的情況。 圖c、 d與圖b相似,圖d適用于沖裁 較復雜的零件；圖用于沖裁薄料和凹模較薄的情況。圖e與圖a相似,適用于上出件或上料的模具。 圖f適用于沖裁0.5mm以下的薄料,且凹模不淬火

43、或淬火硬度不高(35~40HRC),采用這種形式可用手錘敲打斜面以調(diào)整間隙,直到試出滿意的沖裁件為止。 (3) 凹模外形和尺寸的確定 圓行凹模可由冷沖模國家標準或工廠標準中選用。非標準尺寸的凹模受力狀態(tài)比較復雜,目前還不能用理論計算方法確定,一般按經(jīng)驗公式概略地計算。 凹模高度 ① （P225） 凹模壁厚 式中b—沖壓件最大外形尺寸 K--系數(shù),考慮板材厚度的影響,其值可查表8-1①。 修磨量取 所以 由于計算出的沖模壓力中心是坐標為(7,12.1)使得工件在壓力中心兩側的長度尺寸分別為82mm,74mm,

44、而壓力中心必須在凹模中心,綜合考慮, 所以整個落料凹摸長度 查表1-299； ③ 取落料凹模尺寸 L=315mm； B=200mm 上述方法適用于確定普通工具鋼經(jīng)過正常熱處理，并在平面支撐下工作的凹模尺寸。沖裁件形狀簡單時，壁厚系數(shù)取最小值，性質(zhì)復雜取最大值。用于大批量生產(chǎn)下的凹模，其高度應該在計算結果中增加總的修磨量。 對于復合?；蚨嗳锌诎寄?，經(jīng)常遇到刃口間

45、相距很近的問題，此時凹模的強度是否足夠，證明這點用理論方法十分復雜,許多工廠根據(jù)生產(chǎn)實踐總結了一些模壁最小厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，只要凹模刃口間的距離不小于所列的側壁最小厚度，凹模就有相當?shù)氖褂脡勖?。本次設計的模具的模壁最小厚度2>1.8(模壁最小允許厚度)。 (二)凸模長度確定及其強度校核 1. 凸模長度計算 凸模的長度一般是根據(jù)結構上的需要確定的，凸模長度 ② （P22） 式中—固定板的厚度(取20mm) ___卸料板的厚度(取25mm) ___導料板的厚度(取10mm) --附加長度（取20mm，其中修磨量為8mm），它包括凸模的修 模量、

46、凸模進入凹模的深度及凸模固定板與卸料板的安全距離等。這一尺寸無特殊要求，可取10~20mm； 凸模長度確定后一般不做強度校核，只有當凸模特別細長時，才進行凸模的抗彎能力和承壓能力的校核。 1) 沖孔凸模 落料凸模長度: 2. 凸模的校核 1) 落料凸模的校核 壓應力校核 當凸模橫斷面小而沖裁力相當大時，必須對凸模進行抗壓強度計算，對于非圓形斷面的凸模 ② （P72） 式中 —凸模最狹窄處的截面積（mm）； --沖裁力(N)； --凸模材料的許用應力,碳素工具鋼淬火后的許用應力為淬火前的1.5~3倍。 式中 L—凸模最狹窄處的周長

47、(mm)； t--板料厚度(mm)； --板料抗拉強度(MPa)； 而滿足 因此該落料凸模滿足壓應力要求 落料凸模彎曲應力校核 沖裁力 凸模的最小面積 把凸模形狀等效為一個矩形 其軸慣矩 ② （P579 表10-18） ,滿足 ② （P73） 則落料凸模設計合理。 2) 沖孔凸模的校核 (分別為三個沖孔凸模的面積) 只要沖模3能滿足條件沖模1.2也能滿足 對于沖模3： 滿足 沖孔凸模強度足夠。 彎曲應力校核 對于無導向裝置的沖模，須滿足 式中

48、: ___允許的凸模最大自由長度； J____凸模做小橫斷面的軸慣矩； F_____沖裁力； 根據(jù)式 (*) ② (P581) 式中 已知 =8.95 將上述各式代入(*),則 ,滿足 所以，沖孔凸模的彎曲應力也滿足要求。即凸模設計合理。 （三）沖模刃口尺寸的計算 模具刃口尺寸精度等級是影響沖裁件尺寸精度等級的首要因素，模具的合理間隙值也是要靠模具刃口尺寸及其精度來保證。因此，在確定凸、凹模工作部分尺寸及其制造精度時，必須考慮到?jīng)_裁變形規(guī)律、沖裁件精度等級、

49、模具磨損和制造的特點。 實踐證明，落料件尺寸有凹模刃口尺寸決定；而沖孔件尺寸由凸模刃口尺寸決定.所以，當計算凸、凹模刃口尺寸時，應按落料和沖孔兩種情況分別考慮。再生產(chǎn)過程中凸、凹模刃口尺寸又因磨損而發(fā)生變化。凸模越磨越小，凹模越磨越大，結果使間隙越用越大。因此，當設計和制造模具時，去最小合理間隙。 (1) 落料時，先確定凹模工作部分尺寸，其大小應取接近于或等于工件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi),仍能沖出合格工件。凸模公稱尺寸應比凹模公稱尺寸小一個最小合理間隙值。 (2) 沖孔時，先確定凸模工作部分尺寸，其大小應取接近于或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi)

50、，仍能沖出合格工件。凹模公稱尺寸應比凸模公稱尺寸大一個最小合理間隙值。 (3) 對于落料件一般標注單向負公差.假定工件的公稱尺寸為D ，工件公差為，則工件尺寸就是D 。沖孔件的公差一般為單向正公差，假定沖孔件的公稱尺寸為d ，工件公差為，則沖孔件尺寸為。若公件尺寸標注由正負偏差，則應將正負偏差換算成上述要求的等價的正負公差，若工件沒有標注公差，則工件公差按國家標準非配合尺寸的IT14級來處理。 凸、凹模配合加工時尺寸與公差的確定 凸凹模加工方法有兩種，一種是分開加工法：一種是配合加工法；分開加工是指凸模與凹?？梢苑謩e按各自的圖紙加工之最后尺寸。此種方法是用于圓形或形狀簡單的工件.配合加工

51、法是指先加工凸模(或凹模),然后根據(jù)制造好的凸模(或凹模)的實際尺寸，配作凹模(或凸模),在凹模(或凸模)上繡出最小合理間隙值。其方法是把先加工好的凸模(或凹模)作為基準件，它的工作部分的尺寸作為基準尺寸，而與它配作的凹模(或凸模)只能在圖紙上標注相應部分的凸模公稱尺寸(或凹模公稱尺寸)，注明” 尺寸按凸模(或凹模)配做，每邊保證間隙” .這樣，基準件的制造公差(或)的大小，就不再受凸、凹模間隙大小的限制,使模具制造容易。一般基準件的制造公差(或)=；形狀簡單時按IT6級或IT7級公差制造。配合加工法在工廠中廣泛采用，適用于形狀復雜的沖裁件。 1. 落料 應以凹模為基準,然后配做凸模。模

52、具尺寸磨損后，刃口尺寸的變化有增大、減小、不變?nèi)N情況 (1) 凹模磨損后尺寸增加 計算這類尺寸時,先把工件圖尺寸化成D這是凹模尺寸按落料凹模公式計算，即 ④ （P35） (2) 凹模磨損后尺寸減小 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成 。這是凹模尺寸按沖孔凸模公式計算，即 (3) 凹模磨損后尺寸不變 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成的形式。這時凹模尺寸按下式計算，即 L = 或 L = 2. 沖孔 應以凸模為基準，然后配做凹模.沖孔凸模磨損后，刃口尺寸變化也有減小、增大、不變?nèi)N情況。因此，凸模尺寸也應根據(jù)這三種規(guī)律

53、分別計算。 (1) 凸模磨損后尺寸減小 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成 。這是凸模尺寸按沖孔凸模公式計算，即 （2）凸模磨損后尺寸增大 計算這類尺寸時，先把工件圖尺寸化成 。這是凸模尺寸按落料凹模公式計算，即 （3）凸模磨損后尺寸不變 計算這類尺寸時，與落料件計算方法相同，即 ,或 L = 沖孔凸模1尺寸及其制造精度 凸模磨損后尺寸減小的有：150.2， 140.2， ，40.1， 200.2， 220.2 工件尺寸/mm 凸模尺寸及公差/mm 150.2

54、化成15.2 140.2化成13.8 40.1化成3.9 200.2化成20.5 220.2化成21.8 凸模磨損后尺寸不變的是：70.14， 70.14 70.035 沖孔凸模2尺寸及其制造精度 凸模磨損后尺寸減小的有：140.2， 160.2， 200.2， 220.2 ， 40.1， 140.2化成13.8 160.2化成16.2 200.2化成20.5 2

55、20.2化成21.8 40.1化成3.9 凸模磨損后尺寸不變的是：60.14， 60.14 60.035 沖孔凸模3尺寸及其制造精度 凸模磨損后尺寸減小的有：80.14， 150.2， 200.2， 210.2 ， 40.1， 80.14化成7.86 150.2化成14.8 200.2化成20.5 210.2化成20.8 40.1化成3.9 凸模磨損后尺寸

56、不變的是：60.14， 60.14 60.035 查間隙表2.3 （P31） ④得： ， 沖孔凹模則按凸模的時及尺寸配做，每邊保證間隙0.035~0.5mm 落料凹磨的尺寸及制造精度 凹模磨損后尺寸增大的有： 90.14， 290.28， 180.2， 140.16， 80.12， 250.2， 1560.2 ， 90.14轉化為9.14 290.28轉化為29.28 180.2轉化為18.2 140.14轉化為14.16

57、 80.12轉化為8.12 250.2轉化為25.2 1560.2轉化為156.2 凹模磨損后尺寸減小的有： 140.14， 280.2 140.14轉化為13.86 280.2轉化為27.8 凹模磨損后尺寸不變的有：360.28， 280.2， 240.2， 50.14， 360.28 360.07 280.2 280.05 240.2 240.05 50.14 50.035 查間隙表2.3 （黑）P3

58、1頁，①得： ， 落料凸模則按凹模的時及尺寸配做，每邊保證間隙0.035~0.5mm 3.2 定位零件 定位部分零件的作用是使毛坯(條料或塊料)送料時有準確的位置,保證沖出合格制件,不致沖缺而造成浪費。 (一) 定位件 主要指定位板或定位銷，一般用于對單個毛坯的定位。 (二) 導料件 主要指導料板和側壓板，它對條料或帶料送料時起導正作用。 (三) 擋料件 其作用是給予條料或帶料送料時以確定的進距。主要有擋料銷、活動擋料銷、自動擋料銷、始用擋料銷和定距側刀等。 1. 固定擋料銷 結構簡單，常用的為圓頭形式。當擋料銷孔離凹模刃口太近時， 擋料銷可移離一個進距

59、，以免削弱凹模強度，也可以采用鉤形擋料銷。. 2. 活動擋料銷 這種擋料銷后端帶有彈簧或彈簧片， 擋料銷能自由活動,這種擋料銷常用在帶彈性卸料板的結構中，復合模中最常見。 3. 自動擋料銷 采用這種擋料銷送料時，無需將料抬起或后拉，只要沖裁后將料往前推，便能自動擋料，故能連續(xù)送料沖壓。 4. 始用擋料銷 有時又稱為臨時擋料銷，用于條料在級進模上沖壓時的首次定位。 級進模有數(shù)各工位， 數(shù)個工位時往往就需要用始用擋料銷。始用擋料銷的數(shù)目，視級進模的工位數(shù)而定。 5.定距側刀 這種裝置是以切去條料旁側少量材料而達到擋料的目的。 定距側刀擋料的缺點是浪費材料，只有在沖制窄

60、而長的制件(進距小于6~8mm)和某些少、無廢料排樣,而用別的擋料形式有困難時才用。沖壓厚度較薄(<0.5mm)的材料而采用級進模時，也經(jīng)常使用定距側刀。 在設計中采用的是固定擋料銷，因為它結構簡單，而且能滿足要求，且安裝方便?？紤]到此擋料銷在凹模上的安裝位置，所以，沒能采用活動擋料銷，因為活動擋料銷有彈簧裝置，需要在凹模上挖槽。 (四) 導正銷 導正銷多用于級進模中，裝在第二工位以后的凸模上。沖壓時它先插進已沖好的孔中，以保證內(nèi)孔與外形相對位置的精度，消除由于送料而引起的誤差。但對于薄料(t<0.3mm)，導正銷插入孔內(nèi)會使孔邊彎曲，不能起到正確的定料作用，此外孔的直徑太小

61、(d<1.5)mm時導正銷易折斷，也不宜采用，此時可考慮采用側刀。 此次模具設計0，采用了4個定位銷將導料板和凹模先固定，以免在安裝時板件錯位而引起誤差。對于上、下模座和固定板、墊板的固定也是分別采用兩個定位銷定位。本次設計的擋料件是兩塊導料板，它的作用是對條料送料時起著導正作用。導料板與條料的間隙為1mm。擋料件是兩個活動擋料銷，這種擋料銷常用在彈性卸料板的結構中，且能自由活動。因為距離凹模刃口太近，所以，其中的一個擋料銷移離了一個進距，這樣避免了削弱凹模的強度。 3.3壓料、卸料零件 （一） 推件裝置 推件由剛性和彈性兩種形式。一般說來彈性推件裝置在沖裁時 能壓住制

62、件，沖出的制件質(zhì)量較高，但彈性元件的壓力有限，當沖裁較厚材料是推件的力量不足或使結構龐大。剛性推件不起壓料作用，但推件力大。剛性推件要考慮不應過多地削弱上模板的強度，推件力應盡可能分不均勻。有時也做成剛、彈性結合的形式，能綜合兩者的優(yōu)點。 （二） 卸料裝置 卸料裝置也有剛性（即固定卸料板）和彈性卸料板兩種形式。 待添加的隱藏文字內(nèi)容1此外廢料切刀也是卸料的一種形式。 固定卸料板卸料力大，但無壓料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上時多采用。 彈性卸料板的卸料力小，但有壓料作用，沖裁質(zhì)量較好，多用于材料厚度小于1.5mm的沖裁薄料。彈性卸料裝置一般由卸料板、彈性元件（彈簧或橡

63、膠）和卸料螺釘組成。此結構可裝于上模，也可裝于下模。 本設計采用的是彈性卸料裝置。卸料板與落料凸模之間留有0.15mm的間隙。 (三)、壓邊圈 采用壓邊圈可以防止拉深件凸緣部分起皺，裝在雙動機上的拉深模，凸模裝在內(nèi)滑塊上，壓邊圈裝在外滑塊上。裝在單動機上的拉深模，倒裝形式結構可在下面裝彈頂器或者利用壓力機的氣墊，有較大的壓邊力和壓邊行程。本次設計中用不到壓邊圈。 （四）、彈簧和橡膠零件 彈簧和橡膠零件主要用于卸料、壓料或推件等。 模具用的彈簧形式很多，可分為圓鋼絲螺旋彈簧、方鋼絲螺旋彈簧和碟形彈簧等。圓鋼絲螺旋彈簧制造方便，應用最廣。方鋼絲（或矩形鋼絲）螺旋彈簧所產(chǎn)生的壓力比圓鋼

64、絲螺旋彈簧大得多，主要。用于卸料力或壓料力較大的模具。 在中、小工廠，沖模的彈性零件廣泛使用橡膠，其優(yōu)點是使用十分方便，價格便宜。但是橡膠和油接觸，容易被腐蝕損壞。近年來又有使用聚氨酯橡膠作彈性零件的，它比普通的橡膠的力量大，壽命也長，但價格較貴。 本次模具設計的卸料裝置，因其卸料力不大，而且沖裁件也不厚，故采用的是彈性卸料裝置。 1. 彈簧的選用 沖模中常用的圓柱螺旋彈簧是用或碳素彈簧鋼絲卷制而成的，熱處理硬度為，彈簧兩端拼緊并磨平。 卸料彈簧的選用原則及步驟： 1） 根據(jù)總卸料力估計擬用彈簧的個數(shù)，計算出每個彈簧 所承受的負荷。即 2） 根據(jù)大小，從標準中 （表

65、10-1）① 初選彈簧規(guī) 格，使所選用的彈簧的最大工作負荷大于值，即〉。 3） 根據(jù)所選某號彈簧的最大工作負荷和最大工作負荷下的總 變形量，做出該號彈簧的特性曲線。 4） 檢查彈簧最大允許壓縮量，如果滿足下列條件，則彈簧選得合適。即 ② （P560） 式中 ——彈簧預壓縮量； ——卸料板工作行程，一般取料厚+1mm； ——凸、凹模修磨量，一般取4~10mm。 如果，則必須重新選擇彈簧。 擬選用四個彈簧，則每個彈簧的負荷為： 查表10-1，并考慮到模具結構尺寸，初選彈簧參數(shù)為： 彈簧特性曲線

66、 檢查彈簧最大壓縮量是否滿足上述條件 故所選彈簧合適。 對于落料件采用頂件裝置，將其從凹模中頂出。頂件裝置是由頂件塊、頂桿、聚氨酯橡膠、壓板、雙頭螺柱、六角螺母等組成。之所以采用這種剛性推件裝置，是因為鋼性頂件裝置能滿足頂件的要求，而且頂件力大。不選擇用彈性卸料裝置，一方面是因為沒有合適的普通彈簧，另一方面是因為凹?？诘目臻g小，彈簧無法安裝。故采用剛性頂件裝置。 頂件塊是根據(jù)凹?？诘目臻g位置設計的； 頂桿采用帶肩頂桿，其材料是45鋼。需要熱處理。 兩塊壓板的厚度均為10mm。直徑均為80mm。其材料是45鋼。需要熱處理。 彈性元件選用的是聚氨酯橡膠。可以通過兩種方法來選擇聚氨酯橡膠，一種是計算，一種是查表。 聚氨酯橡膠的計算 聚氨酯橡膠可以作為卸料裝置、推件裝置與壓邊圈的彈性元件。使用時必須根據(jù)已知的橡膠元件尺寸、壓縮量計算其壓力及選擇合適的硬度。 聚氨酯橡膠的壓縮性能，通常采用形狀系數(shù)和彈性模量（即-曲線）來描述。形狀因素反映橡膠元件的形狀與尺寸因素聚氨酯橡膠受壓縮的彈性模量隨元件的