沖孔、落料級進模沖壓工藝與模具設計

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1、 課 程 設 計 報 告 題目：沖孔、落料級進模 專業(yè)：07材料成型及控制工程 姓名：吳飛翔 導師：趙茂俞老師 時間： 2010.6.25 第一章 零件設計任務 1 第二章 沖裁件的工藝分析 2 2.1工件材料 2 2.2工件結(jié)構(gòu)形狀 2 2.3工件尺寸精度 2 第三章 沖裁工藝方案 3 第四章 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 5 4.1模具的類型的選擇 5 4.2卸料裝置 5 4.2.1．條料的卸除 5 4.2.2卸料方式 5 4.3定位裝置 5 4.3.1．送料形式 5 4.3.2．定位零件

2、： 5 4.4.模架類型及精度 6 4.4.1．模架 6 4.4.2.精度 6 第五章 沖壓工藝計算： 7 5.1．排樣 7 5.1.1．排樣方案分析 7 5.1．2．計算條料寬度 7 5.1.3．確定布距： 8 5.1.4．計算材料利用率 8 5．2．沖壓力計算 9 5.2.1．沖裁力計算 9 5.2.2．卸料力、頂件力的計算 10 5.3．壓力中心的計算 11 5.4．模具工作部分尺寸及公差 12 5.4.1．落料尺寸大小為 12 5.4.2．沖孔尺寸大小為 13 第六章 主要零部件設計 14 6.1．凹模的設計 14 6.1.1.落料凹模 14

3、6.1.2．沖孔凹模的設計 16 6.2．凸模的設計 17 6.2.1.沖孔圓形凸模： 17 6.2.2．腰孔的設計 18 6.2.3.落料凸模 18 6.2.4．凸模的校核： 19 6.3．卸料板的設計 20 6.4．固定板的設計 21 6.4.1. 凹模固定板: 21 6.4.2.凸模固定板: 22 6.5．模架以及其他零部件的選用 23 第7章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù) 24 7.1 校核模具閉合高度 24 7.2 沖壓設備的選定 24 第8章 設計并繪制模具總裝圖及選取標準件 25 第9章 結(jié)論 26 參考文獻 27 27

4、 第一章 零件設計任務 零件簡圖：如圖1-1 所示 材料：10號鋼 材料厚度：2mm 未標注尺寸按照IT10級處理. 第二章 沖裁件的工藝分析 2.1工件材料 由圖1-1分析知：10#鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性性、焊接性以及壓力加工性，主要用于制作沖擊件、緊固件，如墊片、墊圈等。適合沖裁加工。 2.2工件結(jié)構(gòu)形狀 工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，有四個圓孔，孔與邊緣之間的距離滿足要求，料厚為2mm滿足許用壁厚要求（孔與孔之間、孔與邊緣之間的壁厚），可以沖裁加工。 2.3工件尺寸精度 根據(jù)零件圖上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求較低，采用

5、IT14級精度，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，綜合評比適宜沖裁加工。 第三章 沖裁工藝方案 完成此工件需要沖孔、落料兩道工序。其加工工藝方案分為以下3種： 1.方案一：單工序模生產(chǎn)。先沖孔，后落料； 2.方案二：級進模生產(chǎn)。沖孔—落料級進沖壓； 3.方案三：復合模生產(chǎn)。沖孔—落料復合沖壓。 各模具結(jié)構(gòu)特點及比較如下表3-1： 表 3-1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點比較 模具種類比較項目 單工序模 （無導向）（有導向） 級進模 復合模 零件公差等級 低 一般 可達IT13～IT10級 可達I

6、T10～IT8級 零件特點 尺寸不受限制厚度不受限制 中小型尺寸厚度較厚 小零件厚度0.2～6mm可加工復雜零件，如寬度極小的異形件 形狀與尺寸受模具結(jié)構(gòu)與強度限制，尺寸可以較大，厚度可達3mm 生產(chǎn)效率 低 較低 工序間自動送料，可以自動排除制件，生產(chǎn)效率高 沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔?，必須手動或機械排除，生產(chǎn)效率較低 安全性 不安全，需采取安全措施 比較安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量和成本 低 比無導向的稍高 沖裁簡單的零件時，比復合模低 沖裁較復雜零件時，比級進模低 適用場合 料厚精度要求低的小批量沖件的生產(chǎn) 大批量小型沖壓件的生產(chǎn)

7、 形狀復雜，精度要求較高，平直度要求高的中小型制件的大批量生產(chǎn) 根據(jù)分析結(jié)合表分析： 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。 方案二只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，模具制造工作量和成本在沖裁簡單的零件時比復合模低。 方案三只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且工件最小壁厚大于凸凹模許用最小壁厚模具強度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對位置精度較高，板料的定位精度比方案二低，模具輪廓尺寸較小。 綜上對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。

8、 第四章 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 4.1模具的類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用級進模方式?jīng)_壓，所以模具類型為級進模。 4.2卸料裝置 4.2.1．條料的卸除 因采用級進模生產(chǎn)，故采用向下落料出件。 4.2.2卸料方式 考慮零件尺寸較大，厚度較高，采用固定卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率。 4.3定位裝置 4.3.1．送料形式 因選用的沖壓設備為開式壓力機且垂直于送料方向的凹模寬度B小于送料方向的凹模長度L故采用橫向手動送料方式，即由右向左（或由左向右）送料既能滿足生產(chǎn)要求，又可以降低生產(chǎn)成本，提高

9、經(jīng)濟效益。 4.3.2．定位零件： 零件尺寸較大，厚度較高，保證孔的精度及較好的定位，宜采用導料板導向，導正銷導正，為了提高材料利用率采用始用擋料銷和固定擋料銷。 4.4.模架類型及精度 4.4.1．模架 1．若采用中間導柱模架，則導柱對稱分布，受力平衡，滑動平穩(wěn)，但只能一方送料; 2. 若采用對角導柱模架，則受力平衡，滑動平穩(wěn)，可縱向或橫向送料; 3. 若采用后側(cè)導柱導柱模架，可三方送料，操作者視線不被阻擋，結(jié)構(gòu)比較緊湊的，但模具受力不平衡，滑動不平穩(wěn)。 綜上，結(jié)合本沖孔、落料級進模的特點，決定采用后側(cè)導柱模架。 4.4.2.精度 由于零件材料較厚，尺寸較大，

10、沖裁間隙較小，又是級進模因此采用導向平穩(wěn)的中間導柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級模架精度。 第五章 沖壓工藝計算： 5.1．排樣 5.1.1．排樣方案分析 方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。 方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。 方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。 通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)

11、量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。 5.1．2．計算條料寬度 根據(jù)零件形狀，查<<沖壓模具設計手冊>>工件之間搭邊值a=1.2mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=1.5mm, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負值—△ 公式（5-1） 式中： Dmax—條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a1---沖裁件之間的搭邊值； b1---側(cè)刃沖切得料邊定距寬度；（其值查表6）可得△=2.0mm。 △—板料剪裁下的偏差；（其值查表5）可得△=0.6mm。 B0△=75＋21

12、.5＋22.0 =82.00-0.60mm 故條料寬度為82.0mm。 5.1.3．確定布距： 送料步距S：條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距，每個步距可沖一個或多個零件。進距與排樣方式有關，是決定側(cè)刃長度的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關。 級進模送料步距S 公式（5-2） Dmax零件橫向最大尺寸，a1搭邊 S＝75＋1.5＝76.5mm 排樣圖如圖2所示。 5.1.4．計算材料利用率 一個步距內(nèi)的材料利用率 η＝Ａ/BS100%

13、 公式（5-3） 式中　 A—一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積； B—條料寬度； S—步距； 一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積 A=π37.52-π13.52-3π3.752-3(π30234/360-π26.25234/360) = 3807.73539mm2 所以一個步距內(nèi)的材料利用率 Η=Ａ／BS100% = 3807.73539／（76.582）100% =60.7% 考慮料頭 、尾料和邊角余料消耗，一張板材上的總利用率η總為 η總= nA1／LB100% 公式（5-4） 式中 n—一張板料上沖裁件的

14、總數(shù)目；A1—一個沖裁件的實際面積； L—板料長度；B—板料寬度。 查板材標準，宜選用850mm1700mm的鋼板，每張鋼板可剪裁為11張條料（82mm1700mm）,每張條料可以沖25個工件，所以每張鋼板的材料利用率 η總 = nA1/LB100% =253807.73539/821700100% =68.3% 根據(jù)計算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達68.3%，滿足要求。 5．2．沖壓力計算 5.2.1．沖裁力計算 用平刃沖裁時，其沖裁力Ｆ一般按下式計算：

15、 公式（5-5） 式中：F—沖裁力； L—沖裁周邊長度； t—材料厚度； τb—材料抗剪強度；10鋼τb的值查《《沖壓成型工藝與模具設計》》附錄表2為255-333Ｍpa,取τb=300Mpa Ｋ—系數(shù)；一般?。?1.3。 1、沖孔力計算 沖孔周長： L=π27+3π3.752+3π（26.25+33.75）34/360+276.5+212 =764.98mm 所以沖孔力 F=KLtτb=1.3764.982300 =596.69kN 2．落料力的計算 落料周長 落料沖裁力F2= KLtτb =1.3π752300=183.78kN。 5.2.2．卸料

16、力、頂件力的計算 一般按以下公式計算： 卸料力 公式（5-6） 頂件力 公式（5-7） （為卸料力系數(shù)，其值查表5-1可得） 所以總沖壓力 公式（5-8） 表5-1 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 0.06~0.075 0.045~0.055 0.0

17、4~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.063 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金 純銅，黃銅 0.025~0.08 0.02~0.06 0.03~0.07 0.03~0.09 由 ,即沖壓時工藝力的總和不能大于壓力機公稱壓力的50%-60%，取,則公稱壓力. 初選壓力機的公稱壓力為1600Kn,即JA21-160型壓力機。 5.3．壓力中心的計算 用解析計算法求出沖模壓力中心。 X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln)

18、 公式（5-9） Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln） 用解析法計算壓力中心時，先畫出凹模形口圖，如圖5-3所示。在圖中將XOY坐標系建立在建立在圖示對稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1~L5共 3組基本線段 (注：由于圖中3個圓弧形孔均以一個點為圓心的等分列陣排列，所以其幾何圖形為一組) ，用解析法求得該模具壓力中心的坐標。由以上計算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標原點O較小，為了便于模具的加工和裝配，模具壓力中心依然選在坐標原點。 圖5-3 5.4．模具工作部分尺寸及公差 5.4.1．落料尺寸大小為

19、 為保證沖出合格沖件。沖裁件精度IT10以上，X取1. 沖裁件精度IT11~IT13,X取0.75. 沖裁件精度IT14，X取0.5。由于本產(chǎn)品采用IT14級精度，所以X取0.5.查表知：Zmax =0.360，Zmin =0.246。 Φ750-0.62 查《沖壓成型工藝與模具設計》P45表3-5知： δp=0.04mm，δd=0.06mm 公式（5-10）

20、 公式（5-11） 5.4.2．沖孔尺寸大小為 1、圓形孔凸、凹?；境叽绲挠嬎? 公式（5-12） 公式（5-13） 2、腰孔凸、凹?；境叽绲挠嬎悖? 公式（5-14） 公式（5-15） 第六章 主要零部件設計 6.1．凹模的設計

21、 6.1.1.落料凹模 落料凹模如圖6-1 1、凹模厚度H的計算： 查表得K取1.25 公式（6-1） =32.66mm, 取H=33mm 圖 6-1 2、模長度和寬度 W>=1.2H 公式（6-2） =1.233=39.6mm L=B=D+2W

22、 公式（6-3） =74.69+239.6=153.89 取L=B=154mm 3、凹材料的選用:根據(jù)表8-3,材料選用45鋼。 4、凹模的固定方法 下圖是帶肩圓形凹模，直接裝入凹模固定板中，采用過渡配合（H7/m6）。零件圖6-2如下： 圖6-2 6.1.2．沖孔凹模的設計 設計同落料凹模 零件圖6-3如下 圖6-3 6.2．凸模的設計 6.2.1.沖孔圓形凸模： 1、沖孔圓形凸模： 沖孔圓形凸模的結(jié)構(gòu)圖6-4如下： 圖6-4 長

23、度： 沖孔凸模在凹模里面開孔，為便于凸模和固定板的加工,可通過這設計成鉚接方式與固定板固定.沖孔凸模由于相隔很近,不宜采用階梯結(jié)構(gòu),設計成鉚接方式.凸模的尺寸根據(jù)凸模固定板尺寸h1、卸料板尺寸h2、材料厚度h3和h，h一般取22mm。所以凸模的尺寸為 L=30+16+2+22=70mm. 公式（6-4） 凸模材料：參照《沖壓模具設計與制造簡明手冊》選用Cr12 2、沖孔凸模零件圖6-5如下 圖6-5 6.2.2．腰孔的設計 1、長度：有關計算同沖孔凸模 2、材料：參照《沖壓模具設計與制造簡明

24、手冊》選用Cr12 3、腰孔零件圖6-6如下圖： 6.2.3.落料凸模 1、長度：有關計算同沖孔凸模； 2、材料：參照《沖壓模具設計與制造簡明手冊》選用Cr12 3、落料凸模零件圖6-7如 圖6-6 圖6-7 6.2.4．凸模的校核： 考慮沖孔凸模的直徑很小，故需對最小凸模8.06進行強度和剛度校核： 1、剛度的校核： 根據(jù)凸模校核公式：L≤90d/ 公式（6-5） 可得： L ≤90d/= L：為凸模的允許最大工作尺寸，而設計中，凸模的工作尺寸為 22＜28.28,所以鋼度得以校核. 2、強度校核: 凸模的

25、最小直徑d應滿足: 公式（6-6） 所以8.06＞2.6,凸模強度得以校核. 參照ISO 8020-1986 B型圓形沖孔凸模。 6.3．卸料板的設計 卸料板采用Q235制造，卸料板輪廓尺寸與凹模固定板輪廓尺寸相同，厚度根據(jù)JB/T 8066.2-1995規(guī)定，選用315mm250mm14-17組模具參考，取其厚度為16mm。查《模具設計簡明手冊》P298典型卸料橫向送料組合得相應組合的零件尺寸: 兩圓柱銷銷孔之間的距離S1=175mm, 兩內(nèi)六角螺釘之間的橫向距離S=279mm, 兩內(nèi)六角螺釘之間的橫向距離S2=214mm.

26、 零件圖6-8如下 6.4．固定板的設計 6.4.1. 凹模固定板: 1、凹模固定板的厚度:其厚度與凹模的厚度尺寸一致，取33mm； 2、凹模固定板的外形尺寸：與卸料板的外形尺寸一致，根據(jù)核準選取板的規(guī)格為。 3、材料：選用Q235鋼 4、配合及連接件： 凹模與凹模固定板的配合為H7/n6,裝配可通過2個銷釘定位,6個螺釘與下模座連接固定,各形孔的位置尺寸與凹模的保持一致,頂部與模鉚接,因此必須倒角。 由以上可得凹模固定板的零件圖如圖6-9所示: 圖6-9 6.4.2.凸模固定板: 1、凸模固定板的厚度：其厚度與凸模的厚度尺寸一致，取30mm； 2、凸模固

27、定板的外形尺寸：與卸料板的外形尺寸一致，根據(jù)核準選取板的規(guī)格為。 3、材料：選用 Q235鋼； 4、配合及連接件：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凸模的保持一致,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6-10所示: 6.5．模架以及其他零部件的選用 該模具采用后側(cè)導柱模架。由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)。常用于橫向送料級進模送。以凹模輪廓尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。 上模座按GB/T 2855.2-1990規(guī)定，厚度取45mm,墊板厚度取10mm

28、,固定板厚度取30mm,卸料板厚度取16mm,下模座按GB/T 2855.2-1990規(guī)定，厚度取50mm，固定板厚度取33mm。根據(jù)上下模座選取導柱為Φ32h5mm170mm45mm,導套為Φ40H6 mm140 mm48mm。模具閉合高度H 公式（6-7） 上模座高度為45mm，墊板高度為10mm，凸模長度為70mm，凹模固定板高度為33mm，下模座高度為50mm，h1指凸模進入凹模的深度，這里取1mm。 第7章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù) 7.1 校核模具閉合高度 公式（7-

29、1） 式中 壓力機最大閉合高度； 壓力機最小閉合高度； 墊板厚度。 根據(jù)前面初選壓力機JA21—160，查《模具設計與制造簡明手冊》P49表1-81得： ，， 將以上數(shù)據(jù)帶入公式7-1，得200

30、最大裝模高度：300mm 工作臺尺寸（前后左右）：710mm1120mm 模柄孔尺寸：60mm80mm 第8章 設計并繪制模具總裝圖及選取標準件 按已確定的模具形式及參數(shù)，從冷沖模標準中選取標準件。繪制模具裝配圖，見圖8-1。 2-下模座，3-固定板，4、8-螺栓，5落料凹模，6-自動擋料銷，7-卸料板，9-拉簧，10-導套，11-上模座，12-圓柱銷，13-落料凸模，14-導正銷，15-螺釘，16-模柄，17-內(nèi)六角螺釘，18、20-沖孔凸模，19-墊板，23-凸模固定板，24-導柱，25-沖孔凹模。 第9章 結(jié)論 本次設計是在導師趙茂俞教授的悉

31、心指導下完成的。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！ 學生；吳飛翔 2010年6月于合肥學院 參考文獻 [1]馮炳堯，韓泰榮，蔣文森，丁戰(zhàn)生. 模具設計與制造建明手冊. 上海：上海科學技術出版社. 1998. [2]周玲. 沖模設計實例. 北京：化學工業(yè)出版社. 2007. [3]甘永立. 幾何量公差與檢測. 上海:上?？茖W技術出版社.2008. [4]侯洪生. 機械工程圖學. 北京:科學出版社. 2007. [5]李奇涵. 沖壓成型工藝與模具設計. 北京:科學出版社. 2009. [6]姜伯軍. 級進沖模設計與模具結(jié)構(gòu)實例 北京:機械工業(yè)出版社. 2008.