沖孔、落料級(jí)進(jìn)模沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題目：沖孔、落料級(jí)進(jìn)模專業(yè)：07材料成型及控制工程姓名：吳飛翔導(dǎo)師：趙茂俞老師時(shí)間： 2010.6.25第一章 零件設(shè)計(jì)任務(wù)1第二章 沖裁件的工藝分析22.1工件材料22.2工件結(jié)構(gòu)形狀22.3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54.1模具的類型的選擇54.2卸料裝置54.2.1條料的卸除54.2.2卸料方式54.3定位裝置54.3.1送料形式54.3.2定位零件：54.4.模架類型及精度64.4.1模架64.4.2.精度6第五章 沖壓工藝計(jì)算：75.1排樣75.1.1排樣方案分析75.12計(jì)算條料寬度75.1.3確定布距：85.1.4計(jì)算材料

2、利用率852沖壓力計(jì)算95.2.1沖裁力計(jì)算95.2.2卸料力、頂件力的計(jì)算105.3壓力中心的計(jì)算115.4模具工作部分尺寸及公差125.4.1落料尺寸大小為125.4.2沖孔尺寸大小為13第六章 主要零部件設(shè)計(jì)146.1凹模的設(shè)計(jì)146.1.1.落料凹模146.1.2沖孔凹模的設(shè)計(jì)166.2凸模的設(shè)計(jì)176.2.1.沖孔圓形凸模：176.2.2腰孔的設(shè)計(jì)186.2.3.落料凸模186.2.4凸模的校核：196.3卸料板的設(shè)計(jì)206.4固定板的設(shè)計(jì)216.4.1. 凹模固定板:216.4.2.凸模固定板:226.5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(jī)有關(guān)參數(shù)247.1

3、 校核模具閉合高度247.2 沖壓設(shè)備的選定24第8章 設(shè)計(jì)并繪制模具總裝圖及選取標(biāo)準(zhǔn)件25第9章 結(jié)論26參考文獻(xiàn)27第一章 零件設(shè)計(jì)任務(wù)零件簡(jiǎn)圖：如圖1-1 所示材料：10號(hào)鋼材料厚度：2mm未標(biāo)注尺寸按照it10級(jí)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(duì)簡(jiǎn)單，有四個(gè)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

4、寸，工件要求不高，尺寸精度要求較低，采用it14級(jí)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(píng)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：?jiǎn)喂ば蚰Ｉa(chǎn)。先沖孔，后落料；2.方案二：級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。沖孔落料級(jí)進(jìn)沖壓；3.方案三：復(fù)合模生產(chǎn)。沖孔落料復(fù)合沖壓。各模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及比較如下表3-1：表 3-1 各類模具結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)比較模具種類比較項(xiàng)目單工序模（無導(dǎo)向）（有導(dǎo)向）級(jí)進(jìn)模復(fù)合模零件公差等級(jí)低一般可達(dá)it13it10級(jí)可達(dá)it10it8級(jí)零件特點(diǎn)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0.26

5、mm可加工復(fù)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(qiáng)度限制，尺寸可以較大，厚度可達(dá)3mm生產(chǎn)效率低較低工序間自動(dòng)送料，可以自動(dòng)排除制件，生產(chǎn)效率高沖件被頂?shù)侥＞吖ぷ鞅砻嫔?，必須手?dòng)或機(jī)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(dǎo)向的稍高沖裁簡(jiǎn)單的零件時(shí)，比復(fù)合模低沖裁較復(fù)雜零件時(shí)，比級(jí)進(jìn)模低適用場(chǎng)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)形狀復(fù)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(jiǎn)單，制造周期短，制造簡(jiǎn)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

6、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(jiǎn)單的零件時(shí)比復(fù)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(qiáng)度也能滿足要求。沖裁件的內(nèi)孔與邊緣的相對(duì)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(duì)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。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(jí)進(jìn)模方式?jīng)_壓，所以模具類型為級(jí)進(jìn)模。4.2卸料裝置4.2.1條料的卸除因采用級(jí)進(jìn)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

7、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(shè)備為開式壓力機(jī)且垂直于送料方向的凹模寬度b小于送料方向的凹模長(zhǎng)度l故采用橫向手動(dòng)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，提高經(jīng)濟(jì)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(dǎo)料板導(dǎo)向，導(dǎo)正銷導(dǎo)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(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對(duì)稱分布，受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，但只能一方送料;2. 若采用對(duì)角導(dǎo)柱模架，則受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，可縱向或橫向送料;3. 若采用后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)

8、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(dòng)不平穩(wěn)。綜上，結(jié)合本沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的特點(diǎn)，決定采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。4.4.2.精度由于零件材料較厚，尺寸較大，沖裁間隙較小，又是級(jí)進(jìn)模因此采用導(dǎo)向平穩(wěn)的中間導(dǎo)柱模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用級(jí)模架精度。第五章 沖壓工藝計(jì)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?gòu)U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(jiǎn)單。

9、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)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳。考慮模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。5.12計(jì)算條料寬度根據(jù)零件形狀，查工件之間搭邊值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(fù)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

10、21.522.0=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(jìn)的距離稱為送料步距，每個(gè)步距可沖一個(gè)或多個(gè)零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān)，是決定側(cè)刃長(zhǎng)度的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。級(jí)進(jìn)模送料步距s 公式（5-2）dmax零件橫向最大尺寸，a1搭邊s751.576.5mm排樣圖如圖2所示。5.1.4計(jì)算材料利用率一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率 /bs100% 公式（5-3）式中 a一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積；b條料寬度；s步距；一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積a=37.52-13.52-33.752-3(30234/360-26.25234/360

11、)= 3807.73539mm2所以一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率=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總為總= na1lb100% 公式（5-4）式中 n一張板料上沖裁件的總數(shù)目；a1一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積；l板料長(zhǎng)度；b板料寬度。查板材標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)工件，所以每張鋼板的材料利用率總 = na1/lb100% =253807.73539/821700100%=68.3%根據(jù)計(jì)算結(jié)果知道選用直排材料利用率可達(dá)68.3

12、%，滿足要求。52沖壓力計(jì)算5.2.1沖裁力計(jì)算用平刃沖裁時(shí)，其沖裁力一般按下式計(jì)算： 公式（5-5）式中：f沖裁力；l沖裁周邊長(zhǎng)度；t材料厚度；b材料抗剪強(qiáng)度；10鋼b的值查沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)附錄表2為255-333pa,取b=300mpa系數(shù)；一般取=1.3。1、沖孔力計(jì)算沖孔周長(zhǎng)：l=27+33.752+3（26.25+33.75）34/360+276.5+212 =764.98mm所以沖孔力f=kltb=1.3764.982300=596.69kn2落料力的計(jì)算落料周長(zhǎng)落料沖裁力f2= kltb =1.3752300=183.78kn。5.2.2卸料力、頂件力的計(jì)算一般按以下公式計(jì)

13、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/mmkxktkd鋼0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0500.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅，黃銅0.0250.080.020.060.030.070.030.09由 ,即沖壓時(shí)工藝力的總和不能大于壓力機(jī)公稱壓力的50%-60%，取,則公稱壓力. 初選壓力機(jī)的公稱壓力為1600kn

14、,即ja21-160型壓力機(jī)。5.3壓力中心的計(jì)算用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。x0=（l1x1l2x2lnxn）/(l1l2ln) 公式（5-9）y0=（l1y1l2y2lnyn ）/（l1l2ln）用解析法計(jì)算壓力中心時(shí)，先畫出凹模形口圖，如圖5-3所示。在圖中將xoy坐標(biāo)系建立在建立在圖示對(duì)稱中心線上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成l1l5共 3組基本線段 (注：由于圖中3個(gè)圓弧形孔均以一個(gè)點(diǎn)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(biāo)。由以上計(jì)算結(jié)果可以看出，該工件沖裁力不大，壓力中心偏移坐標(biāo)原點(diǎn)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

15、標(biāo)原點(diǎn)。圖5-35.4模具工作部分尺寸及公差5.4.1落料尺寸大小為 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it11it13,x取0.75. 沖裁件精度it14，x取0.5。由于本產(chǎn)品采用it14級(jí)精度，所以x取0.5.查表知：zmax =0.360，zmin =0.246。750-0.62 查沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)p45表3-5知：p=0.04mm，d=0.06mm 公式（5-10） 公式（5-11）5.4.2沖孔尺寸大小為1、圓形孔凸、凹?；境叽绲挠?jì)算 公式（5-12） 公式（5-13）2、腰孔凸、凹?；境叽绲挠?jì)算： 公式（5-14） 公式（5-15）第六章

16、主要零部件設(shè)計(jì)6.1凹模的設(shè)計(jì)6.1.1.落料凹模落料凹模如圖6-11、凹模厚度h的計(jì)算：查表得k取1.25 公式（6-1） =32.66mm, 取h=33mm 圖 6-1 2、模長(zhǎng)度和寬度w=1.2h 公式（6-2）=1.233=39.6mm l=b=d+2w 公式（6-3）=74.69+239.6=153.89 取l=b=154mm3、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6-26.1.2沖孔凹模的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)同落料凹模零件圖6-3如下圖6-36.2凸模的設(shè)計(jì)6.2.1.沖孔圓形凸

17、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(zhǎng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)選用cr122、沖孔凸模零件圖6-5如下圖6-56.2.2腰孔的設(shè)計(jì)1、長(zhǎng)度：有關(guān)計(jì)算同沖孔凸模2、材料：參照沖壓模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)選用cr123、腰孔零件圖6-6如下圖：6.2.3.落料凸

18、模1、長(zhǎng)度：有關(guān)計(jì)算同沖孔凸模；2、材料：參照沖壓模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)選用cr123、落料凸模零件圖6-7如 圖6-6圖6-76.2.4凸模的校核：考慮沖孔凸模的直徑很小，故需對(duì)最小凸模8.06進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核：1、剛度的校核：根據(jù)凸模校核公式：l90d/ 公式（6-5）可得：l90d/= l：為凸模的允許最大工作尺寸，而設(shè)計(jì)中，凸模的工作尺寸為2228.28,所以鋼度得以校核.2、強(qiáng)度校核:凸模的最小直徑d應(yīng)滿足: 公式（6-6）所以8.062.6,凸模強(qiáng)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(shè)計(jì)卸料板采用q235制造，卸料板輪廓尺寸與凹模固定板輪廓

19、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(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)p298典型卸料橫向送料組合得相應(yīng)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. 零件圖6-8如下6.4固定板的設(shè)計(jì)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(zhǔn)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

20、通過2個(gè)銷釘定位,6個(gè)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6-96.4.2.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、凸模固定板的外形尺寸：與卸料板的外形尺寸一致，根據(jù)核準(zhǔn)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(gè)銷釘定位,6個(gè)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

21、用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對(duì)稱的對(duì)角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級(jí)進(jìn)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,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(dǎo)柱為32h5mm170mm45mm,導(dǎo)套為40h6 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(zhǎng)度為70mm，凹模固定板高度為33mm，下模座高度為50mm，h1指凸模進(jìn)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(jī)有關(guān)參數(shù)7.1 校核模具閉合高度 公式（7-1）式中 壓力機(jī)最大閉合高度； 壓力機(jī)最小閉合高度； 墊板厚度。根據(jù)前面初選壓力機(jī)ja21160，查模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)p49表1-81得： ，將以上數(shù)據(jù)帶入公式7-1，得200h315.經(jīng)計(jì)算該模具閉合高度h=210mm，在200mm315mm內(nèi)，且開式壓力機(jī)ja21-160最大裝模高度300mm,大于模具閉合高度210mm ,可以使用。7.2 沖壓設(shè)備的選定通過較核，選擇開式雙柱可傾式壓力機(jī)j21-160能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如