畢業(yè)設(shè)計（論文）14139零件的沖壓模具設(shè)計與工藝分析

1、 14139零件的沖壓模具設(shè)計與工藝分析系 院： 精 密 制 造 工 程 系 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 模 具 11c3 班 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2014年3月20日聲 明本人所呈交的 14139零件的沖壓模具設(shè)計與工藝分析，是我在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)著作下獨立進(jìn)行分析研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名： 日 期： 摘要 沖壓制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和日常生活中的方面得到廣泛應(yīng)用,特別是在機(jī)械業(yè)中更為突出。產(chǎn)品性能的提高要求高質(zhì)量的沖壓模具和沖壓性能，

2、成型工藝和制品的設(shè)計。這個主要沖孔，落料，彎曲，拉伸等。而沖壓模，占了總比例的的60以上。冷沖壓沖裁模主要用于金屬制品的成型，它是沖壓制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。沖壓模的基本組成是：上下模座、模具墊板、下模固定板、凹模鑲塊、抬料釘、導(dǎo)料板、導(dǎo)柱導(dǎo)套、卸料板彈釘、卸料板等。本文設(shè)計介紹了模具成型零件包括凸模、凹模及其他零件，如卸料板、固定板、墊板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等的設(shè)計和選用過程，重要零件的工藝參數(shù)的選擇與計算，沖裁機(jī)構(gòu)與送料擋料以及其它結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程，并著重對模具的設(shè)計部分作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞: 沖孔；落料；沖壓模具；工藝計算目錄引言錯誤！未定義書簽。一、沖裁件的簡介與發(fā)展趨勢錯誤！未定義書簽。

3、（一）簡介錯誤！未定義書簽。（二）發(fā)展趨勢錯誤！未定義書簽。二、沖裁件的材料與尺寸錯誤！未定義書簽。（一）沖裁件的材料錯誤！未定義書簽。（二）沖裁件的尺寸錯誤！未定義書簽。三、沖裁工藝的方案的確定與排樣確定錯誤！未定義書簽。（一）沖裁工藝方案的確定錯誤！未定義書簽。（二)排樣錯誤！未定義書簽。(三）排樣的確定錯誤！未定義書簽。 四、沖孔沖齒落料的設(shè)計與計算錯誤！未定義書簽。（一）沖孔沖裁間隙、沖壓力、刃口尺寸的計算錯誤！未定義書簽。 （二）沖齒沖裁間隙、沖壓力、刃口尺寸 的計算 . 五、模具的設(shè)計與組裝 （一）沖孔模具 （二）沖齒模具總結(jié)錯誤！未定義書簽。致謝錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯誤！未

4、定義書簽。引言模具制造工業(yè)的快速發(fā)展，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。如模具的cad技術(shù)，模具的激光快、聲波技術(shù)，模具的精密成型技術(shù)、精密加工技術(shù)等，這些幾乎覆蓋了我國的很多行業(yè)。模具設(shè)計水平，加工設(shè)備的,產(chǎn)品生產(chǎn)實力，模具質(zhì)量等直接影響創(chuàng)新和更新舊貨。影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。隨著人民生活水平的不斷提高，由模具生產(chǎn)的產(chǎn)品在咱們的日常生活中的使用越來越普遍，模具制造業(yè)由很大的發(fā)展空間。同時，世界制造業(yè)的轉(zhuǎn)移將給我國的模具制造業(yè)帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)并不斷優(yōu)化，使我國的模具制造技術(shù)不斷提升。本次設(shè)計以沖壓模具為中心，綜合了成型工藝分析，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和模具總的裝配等

5、一系列模具生產(chǎn)制造的全部過程。在設(shè)計該模具的同時總結(jié)了以往模具設(shè)計的基本步驟，如模具設(shè)計中常用的公式、數(shù)據(jù)、模具結(jié)構(gòu)及零部件。把以前學(xué)過的各種知識綜合應(yīng)用到本次設(shè)計當(dāng)中來，以做到活學(xué)活用，熟能生巧。一、沖裁件的簡介與發(fā)展趨勢 （一）簡介 根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模方面的成就在世界領(lǐng)先。沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。根據(jù)工序的組合程度的分類（1）復(fù)合模 只有一個工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。（2）單工序模 在壓

6、力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。（3）傳遞模 綜合了單工序模和級進(jìn)模的特點，利用機(jī)械手傳遞系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的模內(nèi)快速傳遞，可以大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，減低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，節(jié)儉材料成本，并且質(zhì)量穩(wěn)定可靠。（4）級進(jìn)模（也稱連續(xù)模） 在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。（二）發(fā)展趨勢國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模的設(shè)計與制造能力已達(dá)到較高水平，包括虛擬技術(shù)和信息工程等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。沖壓模共有7小類，并有一些按其服務(wù)對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是

7、汽車覆蓋件模具，多功能、精沖模和多工位級進(jìn)模。這些模具現(xiàn)在產(chǎn)需矛盾大，發(fā)展前景好。高強(qiáng)度板和不等厚板的沖壓模及大型多工位級進(jìn)模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進(jìn)模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進(jìn)模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度。二、14139沖裁件的材料與尺寸 圖1 14139的零件實物圖 圖2 14139的零件圖 （一）零件的材料如表1-1，零件的材料為20鋼，又名優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，標(biāo)準(zhǔn)：gb/t 699-1988，強(qiáng)度硬度不高。適合沖裁。從上面圖可以看出這個零件結(jié)構(gòu)簡單，上下、左右對稱，外形輪廓主要是由圓和圓弧組成的，最小的圓角為r1，

8、該零件厚度為1cm，也沒有什么角操作起來也不是很復(fù)雜，因此該零件的外形比較適合沖裁模具的加工。從經(jīng)濟(jì)效益上看適合大批量生產(chǎn)。 表1-1（二）尺寸精度表1-2 經(jīng)查表1-2圖中零件各個外形尺寸分別為 1320.5 3600.39 100.05 r100.14 49.100.39 三、沖裁工藝的方案確定與排樣確定（一）沖裁工藝的方案確定 方案一：采用先沖孔，再沖齒沖孔，最后再進(jìn)行落料，加工形式為級進(jìn)模生 產(chǎn)，需要三套模具。 方案二：采用先落料沖中間大孔孔，再沖一周小孔和中間齒形孔，加工形式為復(fù)合模加單工序模，需要兩套模具 方案三：采用先落料，再沖孔，最后再沖齒沖孔，加工形式為單工序模加工，需要三套

9、模具。沖裁的種類又可分為（1）單工序是在壓力機(jī)一次行程內(nèi)只完成一個沖壓工序的沖裁模。（2）復(fù)合沖裁是指壓力機(jī)在一次行程內(nèi)在模具的同一位置上完成兩個或兩個以上的沖壓工序的沖裁模。（3）級進(jìn)沖裁是指把沖壓件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在壓力機(jī)的一次形成過程中，材料在壓力機(jī)的不同位置。分別完成弓箭所要求的不同加工工序。復(fù)合模具的主要特點是生產(chǎn)效率高，零件的中間的孔與外圓的相對位置精度比較高，板料的定位比級進(jìn)模相對簡單且精度要求較低，還有就是模具整體尺寸相對較小。由于零件的生產(chǎn)是大批量生產(chǎn)，零件的尺寸稍大而且結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，制造難度有點大，所以為提高生產(chǎn)率，保證精度。根據(jù)上述方案進(jìn)行分析、比較，決

10、定采用方案二。其中復(fù)合模又分為倒裝式和倒正裝式。正裝式復(fù)合模的沖裁件的平整度相對較好，廢料很難在凸凹模內(nèi)積聚，壓力機(jī)回程時，廢料通過打桿從凸凹模內(nèi)推出，更適合沖裁一些比較薄的板料，以及壁厚較小、強(qiáng)度較差的凸凹模，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，退料過程會影響操作。倒裝式復(fù)合模與正裝式復(fù)合模最明顯的區(qū)別是凸凹模安裝在模具的下模，而落料凹模和沖孔凸模安裝在模具的上模，模具整體結(jié)構(gòu)比較簡單，加工相對容易，缺點就是不沖孔邊距離較小的沖裁件。這個零件結(jié)構(gòu)比較簡單，比較上述兩個模具的優(yōu)缺點，具體分析以后決定采用倒裝復(fù)合模。操作便捷。 （二）排樣排樣是指沖壓件在條料、帶料或板料上的布置方法，排樣是否合理，將直接影響到材料的利用

11、率、沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、沖模結(jié)構(gòu)與壽命等。因此，排樣是沖壓工藝中一項重要的、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。在批量生產(chǎn)中，材料費(fèi)用約占沖壓件成本的60%以上。因此，合理的利用材料，提高材料的利用率，是排樣設(shè)計主要考慮的因素之一。毛坯可以簡單的描述為一個需要進(jìn)行沖孔或落料工藝的零件的外輪廓線，但毛坯件還需要拉深或者彎曲的話輪廓展開部分還需要留有自由切削區(qū)。材料的利用率是沖壓件的實際面積與所用板料面積的百分比，它是衡量材料合理利用的一項重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。為了簡化問題，以“無限長的條形”毛坯排樣為例，材料利用率可表示為：=na/bs*100%其中，s是進(jìn)距(沖壓式條料在模具上每次送進(jìn)的距離，其值為兩個對應(yīng)沖件間對

12、應(yīng)點的距離，mm）,b是條料的寬度，a是一個進(jìn)距內(nèi)沖裁件的實際面積，n是一個進(jìn)距內(nèi)沖裁件的數(shù)目。查沖壓模具及設(shè)備表4-18最小搭邊值，可得：兩工件之間的搭邊值a1=0.8mm，側(cè)邊搭邊值a=1mm。1. 材料利用率材料利用率通常以一個步距內(nèi)沖件的實際面積與所用毛坯面積的百分比來表示：=(a/bs)%100材料利用率（%）；a一個步距內(nèi)沖裁件的實際面積(mm2 )；s步距；b板料寬度(mm)。 值越大，說明廢料越少，材料利用率就越高。=(a/bs)%100=（3.14662 /134.9133.5）%100763條料寬度計算條料的寬度要分以下三種情況考慮：（1） 有側(cè)壓裝置時候條料的寬度（2）

13、無側(cè)壓裝置時候條料的寬度（3） 有定距側(cè)刃時條料的寬度本套模具適合（2）條料寬度計算方法：b0-=（dmax+2a）0-dmax條料寬度方向沖件的最大尺寸a側(cè)搭邊值 查教材沖壓模具及設(shè)備表4-18條料寬度的單向偏差 查教材沖壓模具及設(shè)備表4-19b=（132.5+21）0-0.7 =134.50-0.74 沖孔落料的設(shè)計與計算 （一）沖孔沖裁間隙、沖壓力、刃口尺寸的計算1.沖孔的沖裁間隙沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模刃口之間的尺寸之差。單邊間隙用c 表示，雙邊間隙用z表示。選取合理的沖裁間隙是我們設(shè)計一套模具所必須考慮的，合理間隙值的確定-間隙的選取要使沖裁達(dá)到較好的斷面質(zhì)量、較高的尺寸精度，

14、較小的沖裁力，較高的模具壽命。如果只是單純的分別從質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等各個方面計算并確定出來的合理間隙可能并不是同一個數(shù)值，它們可能只是彼此相近而已。(l)當(dāng)工件的斷面質(zhì)量沒有嚴(yán)格要求時，為了提高模具壽命和減小沖裁力，可以選擇較大間隙值。 (2)當(dāng)工件斷面質(zhì)量及制造公差要求較高時應(yīng)選擇較小間隙值。 (3)計算沖裁模刃口尺寸時，考慮到模具在使用過程中的磨損會使刃日間隙增大，應(yīng)當(dāng)按zmin值來計算。確定合理間隙的方法-計算法、經(jīng)驗法、查表法。結(jié)合實際，因為模具在使用過程中肯定會有磨損等因素的影響，從而會造成間隙值的增大的情況，所以我們設(shè)計和制造新的模具的時候最好采用最小合理間隙cmin。所以沖

15、裁間隙的確定是我們設(shè)計模具的核心，十分重要的參數(shù)。沖裁間隙其實就是指模具中凸、凹模刃口之間的間隙。沖裁間隙的數(shù)值等于凸、凹模刃口尺寸的差值。z=da-dt查沖壓模具及設(shè)備得20鋼的最小雙間隙2cmin=0.10mm 最大雙間隙2cmax=0.14mm2.沖壓力的計算在沖裁過程中，沖壓力是指沖裁力、卸料力、推件力和頂件力的總和。沖壓力的大小是選擇合適的壓力機(jī)、設(shè)計沖裁模和校核模具強(qiáng)度的重要依據(jù)。沖壓件的壓力中心計算 沖裁力fp=kltl沖件周邊長度mmt材料厚度mm材料抗剪強(qiáng)度mpa k考慮模具間隙的大小不一、刃口的磨損情況不同、材料的力學(xué)性能與厚度的波動等因素而引入的修正系數(shù)，一般取k=1.3

16、fp=klt=1.3（1323.14+363.14）1300206.345103n 卸料力 fx=kxfp 頂件力 fd=kdfp查教材沖壓模具及設(shè)備表4-22取kx=0.045n，kd=0.06nfx=0.045206.345103n9.29103nfd=0.06206.345103n12.38103n所以總沖壓力=沖裁力+卸料力+頂件力f總=fp+fx+fd=206.345103n+9.29103n+12.38103n=228.012103n3.刃口尺寸的計算 保證沖裁件尺寸精度還有一個重要因素，就是凸、凹模刃口尺寸及公差。凸、凹模刃口尺寸及其公差也是確定模具的合理間隙值的一個重要數(shù)據(jù)。所

17、以，能否計算確定出凸、凹模刃口尺寸及其公差，在模具設(shè)計中也是一項十分重要的任務(wù)。模具的加工方法其實也分為很多種，凸模與凹模的刃口部分尺寸的計算方法與制造公差的標(biāo)注也不同，一般情況下刃口尺寸的計算方法可以分為以下兩種情況。 分別是凸模與凹模分開加工的方法和凸模與凹模配合加工的方法兩種。就本零件來說，選用凸模與凹模配合加工方法是最合適的。在計算形狀稍微復(fù)雜的凸凹模工作部分的尺寸時，我們會發(fā)現(xiàn)凸模和凹模磨損后，在其中一個凸模或凹模上會同時存在三種全然不同磨損結(jié)果的尺寸，這時需要區(qū)別認(rèn)真對待。 在沖裁模中，落料尺寸為凹模為準(zhǔn)。沖孔尺寸以凸模為準(zhǔn)。凹模磨損向外擴(kuò)張。凸模磨損向內(nèi)收縮的特點。 零件外形輪廓

18、采用落料加工，落料時應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)來配作凸模。圖4-1圖4-1為落料凹模，其刃口孔型見上圖 其刃口孔型的特點是:優(yōu)點是刃口強(qiáng)度較好,刃口尺寸不會隨修磨刃口而增大,缺點是容易堆積廢料,孔壁磨損和壓力比較大,修磨時刃口磨去的尺寸較多，大批量生產(chǎn)時需要經(jīng)常更換。查教材沖壓模具及設(shè)備表4-14得對于尺寸為132的x=0.5落料凹模的計算尺寸如下d凹=（dmax-x）0+/4=（132.5-0.51）0+1/4=1320+0.25 查表得zmin=0.100 zmax=0.140,所以落料凸模的刃口尺寸應(yīng)該按照凹模實際刃口尺寸配作制作，保證雙面間隙值在0.10.14mm之間。中間的圓孔采用沖孔，沖孔時應(yīng)

19、以凸模為基準(zhǔn)來配作凹模。查沖壓模具及設(shè)備表4-14得對于尺寸為36的x=0.5沖孔凸模的計算尺寸如下d凸=（dmin+x）0-/4=（36+0.50.39）0-/4=36.1950-0.0975查表得zmin=0.100 zmax=0.140,故沖孔凹模刃口尺寸按凸模的實際刃口尺寸配作，保證雙面間隙值在0.10.14mm之間。4.壓力中心沖壓力合力的作用點叫做壓力中心，當(dāng)模具的壓力中心重合于壓力機(jī)滑塊的中心時，保證了壓力機(jī)和沖裁模具正常平穩(wěn)的工作。對于對稱形狀或形狀簡單的沖壓件來說，它的壓力中心一般在刃口輪廓圖形的幾何中心上。本模具為復(fù)合模，設(shè)壓力中心位于制件中心。（二）沖齒沖裁間隙、沖壓力、

20、刃口尺寸 的計算1.沖裁間隙其實就是指模具中凸、凹模刃口之間的間隙。沖裁間隙的數(shù)值等于凸、凹模刃口尺寸的差值。即 z=da-dt 根據(jù)上表查得20鋼的最小雙間隙2cmin=0.1mm 最大雙間隙2cmax=0.14mm2.沖齒沖壓力公式：fp=kltl沖件周邊長度mm t材料厚度mm 材料抗剪強(qiáng)度mpa k考慮模具間隙的不均勻、刃口的磨損、材料力學(xué)性能與厚度的波動等因素引入的修正系數(shù)，一般取k=1.310孔周長 l=d=10=31.4mm齒形孔周長 l=d=49.1=154.174mmfp=klt=1.3（1231.4+154.174）1300207.08103n卸料力 fx=kxfp推件力

21、ft=nktfp查教材沖壓模具及設(shè)備表4-22取kx=0.045，kt=0.055fx=0.045207.08103n9.31103nft=130.055207.08103n148.06103n所以總沖壓力=沖裁力+卸料力+推件力f總=fp+fx+ft=207.08103n+9.31103n+148.06103n=364.45103n3.沖齒刃口尺寸零件內(nèi)部形狀采用沖孔，沖孔時應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)來配作凹模。查沖壓模具及設(shè)備表4-14得對于尺寸為10的x=0.75沖孔凸模的計算尺寸如下d凸=（dmin+x）0-/4=（9.95+0.750.1）0-/4=10.0250-0.025查表得zmin=0.

22、100 zmax=0.140,故沖孔凹模刃口尺寸按凸模實際刃口尺寸配作，保證雙面間隙值0.100.14mm中間齒形輪廓凸模按電子檔割。4.壓力中心本套模具所成形部分前后左右對稱且結(jié)構(gòu)簡單，其壓力中心與沖件輪廓圖形的幾何中心重合。五、模具的設(shè)計與組裝（一）沖孔的設(shè)計與組裝（1）凹模的設(shè)計圖5-1材料為cr12mov(高碳高鉻冷作模具鋼)凹模的厚度h=k1k2（0.1f）13f沖裁力k1凹模材料的修 正系數(shù)，k1=1.3k2凹模刃口周邊長度修正系數(shù)，查教材表4-30得k2=1.25h=k1k2（0.1f）13=38所以h取45根據(jù)實際安裝需要，凹模尺寸為20020045凹模的刃口形式有兩種為直筒型

23、和錐形刃口。直筒型刃口適用于沖件或廢料與沖壓方向相反推出的沖裁模。對于凹模上的很多小孔，我們采用倒錐形刃口，為了方便其廢料的下落（2）凸凹模圖5-2（3）凸模固定板如圖5-2凸凹模設(shè)計圖。沖孔凹模與落料凸模尺寸按沖孔凸模與落料凹模實際尺寸配作.凸凹模是復(fù)合模中主要工作零件。保證雙面間隙0.5凸、凹模的結(jié)構(gòu)大致分為整體式和鑲拼式的兩種，如果采用整體式往往給加工鍛造和熱處理帶來困難，如果局部損壞會造成整個凹凸模報廢。所以一般采用鑲拼結(jié)構(gòu)的凹、凸模。根據(jù)實際需要厚度取45厚度=頂料板的厚度+彈簧預(yù)壓的厚度+零件的厚度+安全距它的內(nèi)外圓均為刃口，凹凸模的最小壁厚目前由經(jīng)驗決定，對于正裝復(fù)合模，材料為黑色金屬時最小壁厚是料厚的1.5倍，不小于0.7mm。在這里最小壁厚為1.5mm。lb=350260 最小閉合高度為220mm綜上所述，總零件圖5-3圖5-3（二）沖齒的設(shè)計與組裝1.凸模固定板凸模固定板的厚度為凹模厚度的60%到80%，所以厚度取25。固定板與凹模h7/m6配合，壓裝后應(yīng)將凸模端面與固定板一起磨平。外形尺寸按凸模實際尺寸制作，為200200mm。圖5-42.模架的選擇圖5-5 上模架 圖5-6 下模架綜上所述。如圖5-7、5-8所示：圖5-7 圖5-8總結(jié)三年的大學(xué)生活即將宣告結(jié)束，我也將離開蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。