典型沖壓件沖壓模具設計

1、中北大學課 程 設 計 說 明 書學生姓名： 學 號： 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 題 目： 典型沖壓件沖壓模具設計 綜合成績 指導教師： 2011年 1月 13日 目 錄一 沖材件工藝性分析41.1沖壓件材料41.2工件結(jié)構(gòu)形狀41.3尺寸精度5二 沖壓工藝方案的確定5三 工藝計算53.1計算沖壓力53.2初選壓力機53.3排樣設計及材料的利用率分析6 3.4模具壓力中心的確定7四 模具結(jié)構(gòu)形式的確定94.1模具類型的選擇94.2操作與定位方式94.3卸料、出件方式94.4確定送料方式94.5確定導向方式9五 模具總體設計95.1模具類型的選擇95.2操作與定位方式105.3卸料、出件

2、方式105.4確定送料方式105.5確定導向方式10六 模具刃口尺寸計算11七 模具主要零部件的設計與選用137.1落料凹模137.2凹模具體設計137.3沖孔凸模設計147.4凸凹模的設計157.5卸料部件的設計167.6模架及其他零部件的選用17八、校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù)178.1校核模具閉合高度178.2沖壓設備的選定17九、參考文獻 18一、沖裁件工藝性分析工件名稱：典型沖壓件工件簡圖：如圖1-1所示生產(chǎn)批量：年產(chǎn)量10萬件為一般批量材料：q235材料厚度：2mm圖 1-11.1沖壓件材料查沖壓手冊知：q235為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，強度一般，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，

3、主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機械零件，可以沖裁。1.2工件結(jié)構(gòu)形狀工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，尺寸不大，成中心對稱，內(nèi)外形無尖角，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，適合沖裁加工。沖裁件除有一個40的大孔外，還有4個直徑為6的通孔，考慮到孔的孔徑較小且數(shù)量多，從模具設計制造和操作安全等方面出發(fā)，4個孔可先不沖出，待制件完成沖裁后通過機加完成。生產(chǎn)綱領為十萬件，屬一般批量，應重視模具材料的選擇和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的模具壽命。1.3尺寸精度零件圖上未注公差為it13級，尺寸精度較低，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，適宜沖裁加工。二、沖裁工藝方案的確定本制件所需的沖壓工序為落料和

4、沖孔兩個基本工序，可以有一下三種工藝方案：方案一：先沖孔，后落料；單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔落料復合沖壓；復合模生產(chǎn)。方案三：沖孔落料級進沖壓；級進模生產(chǎn)。結(jié)合所學模具設計知識分析知：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。方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，操作方便，精度也能滿足要求，但模具輪廓尺寸較大，制造復雜，成本較高。方案二也只需一副模具，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三低，模具輪廓尺寸較小，制造比方案三簡單。通過對

5、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。三、工藝計算1、計算沖壓力采用彈性卸料裝置和倒裝式的復合沖裁模，沖壓力為沖裁力、卸料力、以及推薦力的總和。1)、沖裁力的計算用平刃沖裁時，其沖裁力f一般按下式計算：f=ltb式中f沖裁力； l沖裁周邊長度；t材料厚度；b材料抗剪強度； k系數(shù)，系數(shù)是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻，刃口磨損、板料力學性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般取=1.3。計算沖裁件輪廓周長l l= 4b (公式5-4）式中 b沖裁件邊長； l=4x75=300(mm)查表2-1取b=450mpa所以f=ltb=300×2×

6、450=270(kn)2）、卸料力、推料力的計算卸料力fx fx=kxf （公式5-5）推料力ft ft =nktf （公式5-6）n梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n=h/t)；h直刃口部分的高(mm)；t 材料厚度(mm)fx=kxf=0.045×270000=12.15(kn) （kx、kt為卸料力、推件力系數(shù)，其值查表5-3可得）ft=nktf =5×0.055×270000 =74.25(kn)所以總沖壓力fz=f+fx+ft=270+12.15+74.25=356.4(kn)2、初選壓力機根據(jù)沖壓力計算結(jié)果擬選壓力機規(guī)格為j92k25型壓力機。表5-3

7、卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚t/mmkxktkd鋼0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅，黃銅0.0250.080.020.060.030.070.030.093、排樣設計及材料的利用率分析 1）、排樣方式的選擇方案一：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

8、，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)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。2）、計算條料寬度搭邊的作用是補償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表4所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。根據(jù)零件形狀，查表4工件之間搭邊值a

9、=2.8mm, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=3mm, 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，小偏差為負值b=（dmax2a）-0 （公式5-1）式中 dmax條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；a 沖裁件之間的搭邊值； 板料剪裁下的偏差（其值查表5-2）；b=（75.12×3）=81.60-0.5(mm)所以條料寬度在81.181.6mm表5-1 搭邊值和側(cè)邊值的數(shù)值材料厚度t圓件及r2t圓角矩形邊長l50矩形邊長l50或圓角 r2 工件間a1側(cè)邊a 工件間a側(cè)邊a1工件間a1側(cè)邊a0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02

10、.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.51.01.21.51.81.92.01.62.01.21.52.02.22.02.2表5-2 剪裁下的下偏差（mm）條料厚度(mm)條料寬度(mm)50501001002002000.50.50.71.00.51.01.01.031.01.01.01.541.01.01.02.03)、確定步距送料步距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，是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關。進距確定的原則是，最小條料寬度要

11、保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時順利的在導料板之間送進條料，并有一定的間隙。送料步距s 75+378(mm)排樣圖如圖5-2所示。圖5-2 排樣4）、板料規(guī)格選用1500mmx2600mmx2mm 5)、條料長度l=1500mm6）、每張板料可裁剪的條料數(shù)2600/81=32條，余8mm7）、每條條料可沖裁的零件數(shù)1500/81=188)、每快板料可沖裁的零件數(shù)32x18=576個9）、一條條料的材料利用率18x75x75/1500x81=83.3310）、一塊板料的材料利用率576x75x75/1500x2600=83.08沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料

12、的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標。一個步距內(nèi)的材料利用率/bs×100% (公式5-2)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；=75x7578×81×100%=89.03%4、模具壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合，否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。該零件為中心對稱圖形，其幾何中心即為壓力中心。四、 模具結(jié)構(gòu)形式的確定正裝式復合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較：正裝式復

13、合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。倒裝式復合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復合模結(jié)構(gòu)簡單，又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件卸件可靠，便于操作，并為機械化出件提供了有利條件，所以應用十分廣泛。根據(jù)零件分析，制件的精度要求較低，孔邊距較大，為提高經(jīng)濟效益和簡化模具結(jié)構(gòu)，適宜 采用倒裝復合模生產(chǎn)。根據(jù)以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用倒裝式復合模具生產(chǎn)五 模具總體設計5.1模具類型的選擇經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置，自然

14、漏料的倒裝復合結(jié)構(gòu)方式。5.2操作與定位方式5.2.1操作方式零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟效益。5.2.2定位方式因為導料銷和固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟效益，控制條料的送進方向采用導料銷，控制送料步距，采用固定式導料銷 5.3卸料、出件方式5.3.1卸料方式彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（0.10.2）t,若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時，二者的配合間隙應小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。工件平直度較高，料厚為

15、2mm相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 5.3.2出件方式因采用倒裝復合模生產(chǎn)，故采用下出件為佳。5.4確定送料方式因選用的沖壓設備為開式壓力機，采用縱向送料方式，即由前向后送料。5.5確定導向方式方案一：采用對角導柱模架。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或縱向送料的落料模、復合模。方案二：采用后側(cè)導柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比較方便。因為導柱安裝在后側(cè)，工作時，偏心距會造成導套導柱單邊

16、磨損，嚴重影響模具使用壽命，且不能使用浮動模柄。方案三：四導柱模架。具有導向平穩(wěn)、導向準確可靠、剛性好等優(yōu)點。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動沖壓模架。方案四：中間導柱模架。導柱安裝在模具的對稱線上，導向平穩(wěn)、準確。單只能一個方向送料。根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用后側(cè)導柱的導向方式，即方案一最佳。六 模具刃口尺寸計算6.4工作零件刃口尺寸計算6.4.1落料凹、凸模刃口尺寸計算該制件外形為一正方形，相對簡單，適合采用分別加工制作。分別加工發(fā)的特點是需較核是否滿足dpzmaxzmin的條件。落料凹模刃口磨損后，刃口尺

17、寸只有一種變化，全部變大。其刃口尺寸一般按式5-7計算。aa=（amax-x）0+d （式5-7）落料凸模刃口磨損后，刃口尺寸只有一種變化，全部變小。其刃口尺寸一般按式5-8計算。ba=（bmin+x）p0 （式5-8）式中 amax垂直于送料方向的凹模刃口間的最大距離；bmin垂直于送料方向的凸模刃口間的最小距離； x 凸凹模磨損系數(shù)； 刃口制造公差；1） 凸凹模刃口尺寸計算基本尺寸75-0.1+0.1，r5按it13級將其轉(zhuǎn)化為r50-0.22。查表5-4得x1=1；x2=0.5p-0.017 ； d0.025；p2-0.012；d0.017 ；校核：1-pd=0.042mm2x（zmax

18、zmin）；2-pd=0.029mm2x（zmaxzmin）；均滿足pd2x（zmaxzmin）n的條件。1- 75-0.1+0.1dd=（75.10.2×1）0d=74.90+0.025(mm)d p =（75.10.2×1-0.246x2）p0 =74.508-0.0170(mm)將dd、d p轉(zhuǎn)化為整數(shù)尺寸：dd1=74.90-0.020 dd2=74.510-0.022-r50-0.22dd=（50.5×0.22）0d=4.890+0.017(mm)d p =（50.5×0.220.246x2）p0=4.398-0.0120(mm)將dd2、d

19、p2轉(zhuǎn)化為整數(shù)尺寸：dd2=4.89+0.0200 d p=4.400-0.012） 沖孔凸凹模刃口尺寸計算制件精度不高，為it13級，孔徑的基本尺寸為400-0.039確定刃口間隙時主要考慮模具壽命，故應該取較大間隙。查表得：zmax=0.360mm zmin=0.246mm p-0.014 ； d0.02；所以z= zmin=0.246mm校核：1-pd=0.034mm2x（zmaxzmin）；沖孔凸模刃口尺寸 dp=（bmin+x）p0 則dp =(39.961+05x0.039) -0.014039.98-0.0140沖孔凹模刃口尺寸 dd=（bmin+xzmin2）d則dd（39.9

20、61+05x0.039+0.236x2）=40.4700.02將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)尺寸：dp39.98-0.0140 dd40.4700.02表5-4 系數(shù)x料厚t(mm)非圓形圓形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30表5-5 規(guī)則形狀沖裁時凸、凹模制造偏差（mm)基本尺寸凸模偏差dt凹模偏差da180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030801200.0

21、250.0351201800.0300.0401802600.0300.0452603600.0350.0503605000.0400.0605000.0500.070七、模具主要零部件的設計與選用7.1落料凹模1）確定凹模外形尺寸落料凹模采用整體凹模，采用線切割機床加工，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其外形尺寸按相關公式計算：凹模厚度h=kl=0.38×75=21(mm)取凹模厚度h=25mm凹模壁厚 c=(1.52)h=(3850)mm 取凹模壁厚c=42mm凹模寬度b=l2c=7542×2=159(mm)取凹模寬度b=1

22、60mm凹模長度l=l2s2=752×42=159(mm)取凹模長度l=160mm凹模整體輪廓尺寸l×b×h=160mm×160mm×25mm2）選擇典型組合凸模外形尺寸為160mm×160mm×25mm，故選典型組合為：160x160x180220(gb2873.2-81)7.2凹模具體設計1）型孔位置。從排樣圖上被沖切的位置獲得；2）型孔尺寸。由刃口尺寸計算獲得；3）刃口形式。采用直筒式，反面擴孔，直壁高度查表1-26取10mm；4）銷孔。各螺孔、銷孔的大小、數(shù)量、位置均可以從典型標準組合gb2873.2中查得；5）材料

23、及技術(shù)要求。材料選用crwmn，熱處理6064hrc，表面粗糙度如下圖所示；6）凹模零件圖。由設計結(jié)果繪成凹模零件圖，如下圖。7.3沖孔凸模設計1）凸模校核。凸模截面尺寸較大，可不進行強度、剛度校核；2）凸模的結(jié)構(gòu)形式。圓形界面的凸模采用階梯式，查標準gb2873.2，采用固定板壓入式固定；3）凸模工作部分尺寸。由刃口尺寸計算獲得；4）凸模長度的計算。查標準gb2873.2，得凸模固定板=20mm，空心墊板=16mm，凸模厚度計算得=25mm，則l=+=20+25+16=61mm。5）材料及技術(shù)要求。材料選用t10a，熱處理硬度5862hrc；6）凸模零件圖。由設計結(jié)果繪成凹模零件圖，如下圖。

24、7.4凸凹模的設計1）凸凹模的壁厚。凸凹模壁厚最小值（75-40）/2=17.5mm,滿足倒裝式復合模的最小壁厚要求；2）凸凹模的結(jié)構(gòu)形式。采用直通式，形狀從排樣圖上被沖切的位置獲得。固定方法：采用螺釘、固定板固定法；3）凸凹模工作部分尺寸。由刃口尺寸計算獲得；4）凸凹模長度的計算。參考標準典型組合gb2873.2得固定板配合段=20mm，卸料板=14mm，彈性體元件安裝高度t=20mm，卸料板高出凸凹模1mm,得凸凹模長度：l=+t1=53mm5）材料及技術(shù)要求。材料選用cr12,熱處理硬度5862hrc，各表面粗糙度如下；6）凸凹模零件圖。由設計結(jié)果繪成凹凹模零件圖，如下圖。7.5卸料部件的設計1）卸料板的設計卸料板采用45鋼制造，淬火硬度4045hrc，卸料板輪廓尺寸與落料凹模輪廓尺寸相同，厚度為15mm。2）卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設置4個卸料螺釘，公稱直徑為12mm,螺紋部分為m12×55mm,卸料螺釘尾部應留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運動。卸料螺釘擰緊后，應使卸料螺板超出凹模端面1mm,有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。7.6模架及其他零部件的選用以凹模輪廓尺寸為依據(jù)，