模具設計制造課程設計

1、模具設計與制造課程設計說明書 姓 名：李玉恒 學 號：20091115 班 級：機械11班 指導教師：謝延敏 2013年3月8日1.沖壓件工藝性分析 沖壓工序：落料、拉深、沖孔 材料:為極軟的碳素鋼，強度、硬度很低，而韌性和塑性極高，具有良好的沖壓和拉深性能，適合沖裁和拉深。 結構：簡單對稱。 精度：全部為自由公差，工作厚度變化也沒有作要求，要求無嚴重劃傷，無沖壓毛刺，孔不允許變形，普通沖裁完全能滿足要求。圖（1）2. 沖壓工藝方案的確定 方案一：先落料，再拉深，最后沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：先采用單工序模落料，再拉深-沖孔復合沖壓，采用復合模生產(chǎn)。 方案三：先采用單工序模落料，再拉深

2、-沖孔級進沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 方案四：落料-拉深-沖孔復合沖壓，采用復合模生產(chǎn)。 方案五：拉深-沖孔-落料級進沖壓，采用級進模生產(chǎn)。 方案一模具結構簡單，但生產(chǎn)成本高而且效率低； 方案二、三同樣存在生產(chǎn)效率低的問題，題目要求為中等批量生產(chǎn)，所以仍然不可??； 方案四生產(chǎn)效率較高，安裝、調(diào)整較級進模容易，操作簡單，不存在累積定位誤差，工件精度也滿足要求； 方案五工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，但級進模結構復雜，制造難度大，價格與工位數(shù)成比例上升。 結論：采用方案四為佳。3. 各工序模具結構形式 （1）模具的基本結構形式模具的基本結構形式是由條料的送進與定位方式，壓料與卸料方式，導向方式及模具的正倒

3、裝關系所確定。條料送進方式采用手工送料，要注意操作安全問題。條料在方向上的定位主要是保證條料的送進步距，可通過條料上沖出的輪廓和擋料銷共同定位，如圖（）所示：條料在方向的定位是為了保證條料送進平直，它可用導尺或?qū)Я箱N定位，如圖（）所示：圖（）擋料銷定位圖（）導料銷卸料方式采用剛性卸料，即，通過卸料板固定在下模的凹模上以阻礙條料隨凸模上移的一種卸料方式，如圖（）模具的導向是指模具上下模間的導向，一般都是采用安裝在模架上的導柱導套進行導向的。該套模具采用正裝，即，凸模裝于上模，凹模裝于下模。因為正裝結構每次廢料都被打出，不存在積存廢料的問題，故凸凹模的壁厚可相對小些；另外，正裝結構在沖裁時可使板料

4、受到頂件板的反頂力，因而沖壓件較平整。圖（）剛性卸料 （2）模具的總體尺寸模具的總體尺寸主要指模具的平面輪廓尺寸，各模板厚度，模具閉合高度等，由于題目要求精度較高，中等批量生產(chǎn)，所以必須使用帶有模架的模具。而模架是由上下模座和導柱導套組成的標準結構，根據(jù)模架類型和模架大小直接從標準規(guī)范中選用。模具的平面輪廓尺寸是根據(jù)工序件輪廓或條料排樣圖上所有工序輪廓的最小包絡矩形來確定的。它主要包括模座和各模板的長寬尺寸。通常個模板在長寬方向的尺寸是一樣的，并以凹模板為基準來確定。 （3）模架選用 模架大小需根據(jù)凹模板（或凹模固定板）的外廓尺寸大小以及各模板厚度來確定。一般應保證模座的外形尺寸大于凹模板尺寸

5、4070mm，模座厚度一般為凹模板厚度的11.5倍，且模架的閉合高度應能滿足安裝各模板及成形的要求。所以，模架的選用要根據(jù)后面對凸凹模的尺寸計算過后才能確定。 （）凸，凹模的工作尺寸計算）沖裁工序的凸凹模尺寸計算凸凹模間隙的確定沖裁凸凹模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，如圖（）所示：圖（5）凸凹模間隙設定工件公差T2，查表可知，max=0.18mm，Zmin=0.14mm； 凸凹模刃口尺寸計算 對于落料工序，刃口尺寸應以凹模為基準，間隙取在凸模上；而對于沖孔工序，刃口尺寸應以凸模為基準，間隙取在凹模上。 凸凹模尺寸系數(shù)x和工件公差如表.1所示。表.1 凸凹模尺寸系數(shù)x材料厚度t/mm非圓形x值圓

6、形x值10.750.50.750.5工件公差/mm10.160.170.350.36<0.160.16>120.200.210.410.42<0.200.20>240.240.250.490.50<0.240.24>40.300.310.590.60<0.300.30 根據(jù)表.1，由于工件公差為IT12，取尺寸系數(shù)x=0.75； 材料厚度t為1.5mm，取孔和工件尺寸公差分別為0.1mm和0.15mm； 工件尺寸及公差分布情況如表.2所示。表.2 規(guī)則形狀（圓形，方形）沖裁時凸凹模的制造偏差/mm基本尺寸凸模偏差凹模偏差180.0200.020>

7、18300.0200.025>30800.0200.030>801600.0250.035>1201800.0300.040>1802600.0300.045>2603600.0350.050>3605000.0400.060>5000.0500.070 由表.1查出凸凹模制造公差： 落料部分：直徑為70.5mm，T=0.02mm，A=0.03mm 沖孔部分：直徑為3.2mm，T=0.02mm，A=0.02mm 為了保證間隙值，模具加工偏差和模具間隙之間還應該滿足下列條件：T+AZmax-Zmin 然而，經(jīng)過驗算，落料部分的模具偏差不滿足這個條件，所以

8、對落料部分的模具加工偏差取以下值：T=0.4(Zmax-Zmin)=0.016mmA=0.6(Zmax-Zmin)=0.024mm 落料部分： D凹=(D-x)0+A=(70.5-0.75×0.15)00.03=70.387500.024mm D凸=(D凹-Zmin)-T0=70.2475-0.0160 mm 沖孔部分： d凸=(d+x)-T0=(3.2+0.75×0.1)-0.020=3.275-0.020 mm d凹=(d凸+Zmin)0+A=3.4150+0.02 mm 落料凸模的整體設計 凸模長度已趨標準化，一般不需要計算，但當選用非標準尺寸時，凸模長度可由模具結構

9、確定。如圖（6）所示，除考慮凸模固定板厚度h1，卸料板厚度h2和導板厚度h3以外，還要考慮沖壓時凸模進入凹模的深度，凸模刃磨量和凸模固定板與卸料板之間的安全距離等因素需要增加的長度h（一般h取1520mm），所以凸模長度L為：L=h1+h2+h3+h。 沖孔凸模的設計 由于零件孔徑較小，采用圓形凸模結構和固定方式，用于小直徑?jīng)_孔，凸模做成階梯形，用以增加強度。凸模與固定板為過渡配合，固定板用螺釘，銷釘與上模板連在一起。圖（6） 凸模長度的確定 凹模結構形式和固定方法 圖（7）為凹模與下模座用螺釘和銷釘固定，系落料，沖孔和拉深等模具的凹模最常用的固定方法。圖（7） 凹模1 圖（8）為帶臺階凹模的

10、固定方法，適于沖小孔的凹模形式。圖（8） 凹模2 凹模外形尺寸的確定 凹模輪廓形狀和尺寸已趨標準化，一般可根據(jù)沖壓件形狀和尺寸選用；在生產(chǎn)中，凹模高度和壁厚尺寸常用經(jīng)驗公式確定。 復合模使用凸凹模的最小壁厚數(shù)值，如表.3所示：表.3 凸凹模的最小壁厚a材料厚度最小壁厚最小直徑材料厚度最小壁厚最小直徑材料厚度最小壁厚最小直徑材料厚度最小壁厚最小直徑0.41.4150.92.5182.15.0 254.59.3350.51.61.02.72.55.85.010.0400.61.81.23.22.756.3285.512.0450.72.01.53.8213.06.70.82.31.754.03.5

11、7.8322.04.94.08.5 由于材料厚度為1.5mm，經(jīng)查表可知最小壁厚a=3.8mm2）拉深工序的凸凹模尺寸計算 凸凹模間隙 拉深模的間隙是指凸，凹模橫向尺寸的差值，如圖（9）所示：圖（9） 拉深模工作的部分參數(shù) 單邊間隙用c來表示。拉深模間隙對拉深工序有較大的影響。間隙小，工件質(zhì)量較好，但拉深力大，工件易拉斷，模具磨損嚴重；間隙大，雖然拉深力減小，模具壽命提高了，但工件易起皺，側壁不直，回彈較大，質(zhì)量不能保證。 對于圓筒形拉深件模具，不用壓邊圈時，單邊間隙的取值見下式：C=（11.1）tmax式中 tmax材料厚度的最大值 由于零件厚度t=1.5mm，取c=1.5mm； 凸凹模圓角

12、半徑 凹?？趫A角半徑對拉深工序影響很大。rd過小時，毛坯被拉入凹模的阻力就大，拉深力也增加，易使工件產(chǎn)生劃痕，變薄甚至拉裂，還使模具壽命降低。rd過大時，會使壓邊圈下的毛坯懸空，使有效壓邊面積減小，易起皺。 在不起皺的情況下，凹模圓角半徑愈大愈好。一般可采用以下經(jīng)驗公式計算：rd=0.8（D-d）t式中 D毛坯或上道工序的拉深直徑； d本道工序的拉深直徑； t材料厚度。 因為D=m2d1=29.08125mm d=24mm t=1.5mm；故， rd=2.2mm 凸模的圓角半徑rp對拉深工序也有影響。當rp過小時，則角部彎曲變形大，危險斷面容易拉斷；當rp過大時，則毛坯底部的承載面積減小，懸空

13、部分加大，容易產(chǎn)生底部的局部變薄和內(nèi)皺。由于零件的內(nèi)圓角半徑為1.5mm，所以凸模的圓角半徑rp也取1.5mm。 凸凹模橫向尺寸 凸凹模的橫向尺寸計算，要根據(jù)尺寸的標注要求，模具的磨損趨勢和制造公差確定。拉深凸凹模橫向尺寸計算公式如表.4所示：表.4 拉深凸凹模橫向尺寸計算公式尺寸標注方式凹模尺寸Dd凸模尺寸dp注Dd=（D-0.75)+d0dp=（Dd-2c)0-pDd凹模尺寸dp凸模尺寸 D拉深件外形的基本尺寸 c凸凹模的單邊間隙 d凹模的制造公差 p凸模的制造公差 拉深件基本 尺寸D或d的公差 根據(jù)零件尺寸可知： D=25.5mm，=0.15mm，c=1.5mm，d=0.025mm，p=

14、0.025mm； 凹模尺寸Dd=（25.5-0.75×0.15）+0.0250=25.3875+0.0250 mm； 凸模尺寸dp=（25.3875-2×1.5）0-0.025=22.38750-0.025 mm。 凸模的結構形式 凸模的結構形式按其形狀可分為直通式和臺階式，按其組成方式可分為整體式和鑲拼式。當模具工作部分形狀較小時，為使凸模有足夠的強度，通常采用臺階式，因此在本零件的沖孔工序中，采用臺階式的凸模；而當工作部分形狀較大且較復雜時，為便于加工，通常采用直通式，因此對于落料工序，采用直通式凸模。 凸模的固定方式 對凸模的固定要滿足兩個基本的要求：一是穩(wěn)定可靠，二

15、是拆裝方便。當凸模較細小時，為保證其強度和剛度，通常需增加一保護套。 凸模長度計算 拉深凸模長度的計算參照沖裁凸模的長度計算方法，如圖（6）所示。 凹模的結構形式及固定方式 凹模的結構形式及固定形式，與前面沖裁凹模的選用類似。 3）壓料，卸料，出料及抬料裝置設計 沖孔工序：推料板厚度取20mm，固定板厚度取12mm,凸模修模量取6mm,凸模進入凹模深度取1mm,卸料板與固定板之間的安全距離為15mm。 落料工序：對于落料凸模的長度L為固定板厚度18mm,卸料板厚度8mm,拉深高度16mm，卸料板與固定板之間的安全高度26mm之和。4.主要設計計算（1） 毛坯尺寸計算 圖（10） 厚度為1.5m

16、m R=1.5mm， h=21.5mm， d1=19.5mm d2=24mm， d3=28.5mm， d4=55mm 毛坯直徑D=70.5mm 沖壓件相對高度：h/d2=0.75 凸緣的相對直徑：dF /d=d4/d2=55/24=2.29 由于2<2.29<2.5,通過查表可知，修邊余量=2.5mm （2）排樣及相關計算 根據(jù)沖壓件形狀特征，如果采用少廢料和無廢料排樣時，由于條料寬度的公差及條料導向與定位所產(chǎn)生的誤差，使工件的質(zhì)量和精度難以保證，所以采用有廢料直排的排樣方式。 經(jīng)過查表“沖裁金屬材料的最小搭邊值”可知，由于材料厚度為1.5mm，且毛坯為圓形狀，最小工藝搭邊值分別為

17、2mm和1.5mm，現(xiàn)取搭邊值都為2.5mm，如圖（11）所示：圖（11） 送料進距：s=D+a=70.5+2.5=73mm條料寬度：b=D+2a=70.5+2×2.5=75.5mm （3）成形次數(shù)的確定由于拉深件的材料變形程度較大，通常需經(jīng)過多次拉深才能成形。拉深件的變形程度可通過拉深系數(shù)來衡量，并據(jù)此可確定所需的拉深次數(shù)和各拉深工序的尺寸。通過查下表： 表.5凸緣的相對直徑：dF /d=d4/d2=55/24=2.29坯料的相對厚度：（t/D）×100=（1.5/70.5）×100=2.13通過查表可知，第一次拉深允許的最大相對高度h1/d1=0.37，而零件

18、的相對高度h/d2=0.75，由于h/d2>h1/d1，需多次拉深。如下表：表.6連續(xù)拉深時帶工藝切口的首次極限拉深系數(shù) 凸緣相對直徑 dF/d1坯料相對厚度（t/D）×100 >2 <21 <11.10.600.620.641.50.58 0.600.622.00.560.580.602.50.550.560.58表.7連續(xù)拉深時帶工藝切口的以后各次極限拉深系數(shù)拉深系數(shù) mn坯料相對厚度（t/D）×100 >2 <21 <1m20.750.760.78m30.78 0.790.80m40.800.810.82m50.820.840

19、.85 由于凸緣相對直徑為2.29，坯料的相對厚度為2.13，由表.7可知； 取m1=0.55，則：d1=m1D=38.775mm ，由表.3可知； 取m2=0.75，則：d2=m2d1=29.08125mm，同理； 取m3=0.78，則：d3=m3d2=22.683375mm<24mm 。 所以，坯料需經(jīng)過三次拉深成形。（4） 計算沖壓力初定設備在沖壓生產(chǎn)過程中，沖壓力包括：使材料產(chǎn)生塑性變形獲得相應工件形狀的各工序沖壓力，以及卸料力、推件力和頂件力等。由于首次拉深時，t/D=0.0213, 0.045（1-m1）=0.02025 t/D>0.045（1-m1）；第二次拉深時，t

20、/D=0.0213, 0.045（1/m2-1）=0.015 t/D>0.045（1/m2-1）第三次拉深時，t/D=0.0213, 0.045（1/m3-1）=0.013 t/D>0.045（1/m2-1） 綜上所述，滿足毛坯不起皺，可不需用壓邊圈。 沖壓力計算公式如表.8所示：表.8沖壓成形力計算公式工序類型計算公式說明沖裁平刃沖裁F=Ltb L沖裁輪廓總長（mm） t材料厚度（mm） b材料抗拉強度（MPa）拉深不帶壓邊圈F=1.25(D-d1)tb (第一拉深)F=1.3(di-1-di)tb (以后各次拉深 di拉深件的直徑（mm） t材料厚度（mm） b材料的強度極限（

21、MPa） F拉深力 D坯料直徑（mm）力類型計算公式說明卸料力推件力頂件力f=kF 卸料力、推件力、頂件力的計算方法都是一樣，只是系數(shù)k的取值不一樣。當為沖裁件時，F(xiàn)為沖裁力；當為拉深件時，F(xiàn)為拉深力壓邊力f=Ap A壓料板下的毛坯投影面積（mm） p單位壓邊力（MPa），需查表獲得按照表.8進行計算如下： 落料力：L=D=221.5mm ，t=1.5mm ，b=325MPa F落=Ltb=107.98KN 卸料力：系數(shù)如表.9 表.9料厚K卸K推K頂 鋼<0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.

22、062.56.50.030.040.0450.05>6.50.020.030.0250.03 由于料厚t=1.5mm，取K卸=0.0425， K推=0.055，K頂=0.06 故，卸料力F卸=K卸×F落=4.59KN； 拉深力：F1=1.25(D-d1)tb=1.25（70.5-38.775）×1.5×325=60.73KN F2=1.3(d1-d2)tb =1.3(38.775-29.08125)×1.5×325 =19.30KN F3=1.3(d2-d3)tb =1.3(29.08125-24)×1.5×325 =

23、10.12KN 故，F(xiàn)拉=F1+F2+F3=90.15KN 壓邊力：壓料板下的毛坯投影面積A=/4(d42-d22)=1923.44mm2 對于08號鋼，p取2.5N/mm2 故，F(xiàn)壓=Ap=4.81KN 沖孔力：與落料力同理，L=d=10.05mm，t=1.5mm，b=325MPa， F沖=3Ltb=14.70KN； 推件力：根據(jù)表.5， K推=0.055 故，推件力F推=K推×F沖=0.81KN綜上所述，總沖壓力為： F總=F落+F卸+F拉+F壓+F沖+F推=223.04KN 根據(jù)總沖壓力和零件尺寸，初定壓力機為J23-25開式可傾壓力機。.填寫沖壓工藝卡片 表. 沖壓工藝卡片

24、標記 產(chǎn)品名稱沖壓工藝規(guī)程卡零件名稱批量第 頁零件圖號中等批量共 2 頁 材料牌號及技術條件 08號鋼要求無嚴重劃傷，無沖壓毛刺，孔不允許變形毛坯形狀與尺寸圓形半徑D=70.5mm選用帶料 1.5270序號工序名稱 工序草圖工裝名稱及圖號設備檢驗要求 備 注1落料落料模250KN按草圖檢驗 2拉深拉深模250KN按草圖檢驗 3沖孔沖孔模250KN按草圖檢驗 原底 圖總號日期更改標記 編制校對 文件號姓名 底圖 總號簽字 簽字簽字 日期日期六、零件機械加工工藝方案6.1零件加工工藝性分析凸、凹模的斷面形狀和尺寸精度是選擇加工方法的主要依據(jù)。對于圓形斷面，一般采用車削加工，經(jīng)熱處理淬硬后再磨削達到

25、圖紙要求，圓角部分和某些表面還需進行研磨、拋光。凸、凹模的圓角半徑是十分重要的參數(shù)，凸模圓角半徑通常根據(jù)拉深件要求決定，可以一次加工而成；而凹模圓角的設計值不宜過大，要留有修模時由小變大的余地。因為拉深凸、凹模的工作表面和坯料之間產(chǎn)生一定的相對滑動，因此其表面粗糙度要求也較高，一般凹模工作表面粗糙精度Ra應達到，凹模圓角處Ra應達到；凸模工作表面粗糙精度Ra也應達到，凸模圓角處Ra值可以大一點，但一般也應達到。為此，凸、凹模工作表面一定要進行研磨、拋光。拉深凸、凹模工作條件屬于磨損型，凹模受徑向脹力和摩擦力，凸模受軸向壓力和摩擦力，所以凸、凹模材料應具有良好的耐磨性和抗粘附性，熱處理后一般凸模

26、應達到HRC，凹模應達到HRC。有時還需采用表面熱處理來提高其抗粘附性能力。拉深凸、凹模的淬硬處理有時還可以在試模后進行。在拉深工件中，特別是復雜零件的拉深，由于材料的回彈或變形不均勻，即使拉深模各個零件按設計圖樣加工得很精確，裝配也很好，但拉深出來的零件不一定符合要求。因此，裝配后的拉深模，有時要進行反復的沖和修整加工，直到?jīng)_出合格件后再對凸、凹模進行淬硬、研磨、拋光。由于拉深過程中，材料厚度的變化、回彈以及變形不均勻等因素的影響，復雜拉深件的坯料形狀和尺寸的計算值要與實際值之間往往存在誤差，需要在試模后才能最終確定。所以，模具設計與加工的順序一般是先拉深模后沖裁模。6.2零件加工工藝過程1

27、）落料凹模 圖6.1 落料凹模 圖6.2 拉深凸模落料凹模加工工藝過程工序號工序名稱工序內(nèi)容設備1備料將毛坯鍛成圓料2熱處理退火3車車外圓、端面、內(nèi)孔，留單面磨量車床4鉗工劃線5鉗工鉆攻和，鉆鉸，去毛刺鉆床6熱處理淬火，回火，保證7磨平面磨上下面見光，保證平行度公差要求平面磨床8磨內(nèi)孔磨內(nèi)孔，留研磨量0.01mm內(nèi)圓磨床9研磨研磨達到要求車床10檢驗2） 拉深凸模拉深凸模加工工藝過程工序號工序名稱工序內(nèi)容設備1備料將毛坯鍛成圓料2熱處理退火3車車兩端面，保持長度60mm,鉆中心孔車床4車車外圓、圓角、切槽、鉆軸向通氣孔（深50mm），留單面磨量車床5鉗工鉆徑向通氣孔（深）,去毛刺鉆床6熱處理淬

28、火、回火，保證7鉗工研中心孔車床8磨外圓磨及端面到尺寸，磨留研磨量0.01mm，保證同軸度公差要求外圓磨床9平磨磨尺寸的端面平面磨床10鉗工研磨達要求，拋光圓角車床11檢驗3） 模柄（A型） 圖6.3模柄（A型） 圖6.4 模柄（B型）模柄（A型）加工工藝過程工序號工序名稱工序內(nèi)容設備1備料將毛坯鍛成圓料2車車兩端面，保持長度95mm,留單面磨量車床3車車外圓、倒角、切槽，留單面磨量車床4磨外圓磨到尺寸，磨和，留研磨量0.01mm，保證公差要求外圓磨床5平磨研磨尺寸端面平面磨床6鉗工研磨達尺寸要求車床7檢驗4）模柄（B型）模柄（B型）加工工藝過程工序號工序名稱工序內(nèi)容設備1備料將毛坯鍛成圓料2車車兩端面，保持長度80mm,留單邊磨余量車床3車車外圓、倒角、切槽，留單面磨量車床4鉗工鉆通孔，留單面磨量，去毛刺5鉗工研中心孔6磨外圓磨到尺寸，磨和留研磨量0.01mm，保證公差要求外圓磨床7平磨研磨尺寸端面平面磨床8鉗工研磨達尺寸要求車床9檢驗5） 落料（首次）拉深凸凹模圖6.5 落料（首次）拉深凸凹模落料（首次）拉深凸凹模加工工藝過程工序號工序名稱工序內(nèi)容設備1備料將毛坯鍛成圓料2熱處理退火3車車外圓、端面、切槽、內(nèi)孔，和，留單面磨量車床4熱處理淬火，回火，保證硬度58-62HRC5鉗工研中心孔達