模具設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)

年4月19日模具設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。第一節(jié)引言零沖壓工藝規(guī)程是模具設(shè)計(jì)的依據(jù),而良好的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又是實(shí)現(xiàn)工藝過程的可靠保證,若沖壓工藝有所改動(dòng),往往會(huì)造成模具的返工,甚至報(bào)廢,沖裁同樣的零件,一般能夠采用幾種不同方法,工藝過程設(shè)計(jì)的中心就是依據(jù)技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理,生產(chǎn)上高效,使用上安全可靠的原則,使用上安全可靠的原則,使零件的生產(chǎn)在保證符合零件的各項(xiàng)技術(shù)要求的前提下達(dá)到最佳的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)計(jì)沖壓工藝過程要從分析產(chǎn)品的零件圖入手，分析零件圖包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面：（1）沖壓加工方法的經(jīng)濟(jì)性分析沖壓加工方法是一種先進(jìn)的工工藝方法，因其生產(chǎn)率高，材料利用率高，操作簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用，由于模具費(fèi)用高，生產(chǎn)批量的大小對(duì)沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。批量越大，沖壓加工的單件成本就越低，批量小時(shí)，，沖壓加工的優(yōu)越性就不明顯，這時(shí)采用其它方法制作該零件可能會(huì)更有效果。（2）沖壓件的工藝性分析沖壓件的工藝性是指該零件在沖壓加工中的難易程度，在技術(shù)方面，主要分析該零件的形狀特點(diǎn)，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求，良好的工藝性應(yīng)保證材料消耗少，工序數(shù)目少，模具結(jié)構(gòu)簡單，而且壽命長產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作簡單，方便等。不論沖壓件的幾何形狀和尺寸大小如何，其生產(chǎn)過程一般都是從原材料剪切下料開始，經(jīng)過各種沖壓工序和其它必要的輔助工序加工出圖紙所要求的零件。對(duì)于某些組合沖壓件或精度要求較高的沖壓件，還需要經(jīng)過切削焊接或鉚接等加工才能完成。圖1-1所示為零件圖，零件材料為T08A，厚度為1mm，公差等級(jí)IT4，屬于大批量生產(chǎn)。根據(jù)提供的零件圖，其數(shù)據(jù)如下：第二節(jié)制件的工藝分析影響沖裁件工藝性的因素很多，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面考慮，主要因素如下：1沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性，不同形狀和尺寸的沖壓件，有不同的工藝要求。2沖裁件的精度。3沖裁件的斷面質(zhì)量。4沖裁件的尺寸標(biāo)注。由零件圖可知，該零件是一個(gè)沖孔落料件，零件形狀簡單且軸對(duì)稱，尺寸小，屬于典型的板料沖壓件。公差等級(jí)IT4，屬于高精度制件。故需要精密沖裁，且為保證精度，采用復(fù)合模。第三節(jié)沖裁工藝方案的確定確定沖裁件的工藝方案根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，在沖裁部分工藝方案能夠有以下幾種：方案一：采用落料、沖孔的單工序模來進(jìn)行生產(chǎn)。其特點(diǎn)是：模具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，可是要用到兩道工序，需要兩副模具，在成本上是比較高的，而且生產(chǎn)率比較低，特別是在生產(chǎn)中難以保證零件的尺寸精度，一般只適用于生產(chǎn)小批量和精度要求的零件。因而單工序難以滿足該零件生產(chǎn)要求。方案二：采用落料、沖孔的復(fù)合模。復(fù)合模的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，沖裁件的內(nèi)孔與外緣的相對(duì)位置精度高，沖模的輪廓尺寸較小?？墒菑?fù)合模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，成本高。復(fù)合模主要用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。方案三：采用級(jí)進(jìn)模加工。級(jí)進(jìn)模比單工序模生產(chǎn)率高，減少了模具和設(shè)備的數(shù)量，工件精度較高，便于操作和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。對(duì)于特別復(fù)雜后孔邊距較小的沖壓件，用簡單模后復(fù)合模沖制有困難時(shí)，可用級(jí)進(jìn)模逐步?jīng)_出。可是級(jí)進(jìn)模輪廓尺寸較大，制造較復(fù)雜，成本較高，一般適用于大批量生產(chǎn)小型沖壓件。綜合以上的三個(gè)方案，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)以及該零件是大批量生產(chǎn)的，因此選用方案二的復(fù)合模為佳。2．選定方案的具體分析沖壓基本工序常見的沖壓工序有剪切、落料、切邊、彎曲、拉深、翻邊等，各工序有其不同的性質(zhì)特點(diǎn)和用途。針對(duì)本零件，平板上的型孔，因此只需沖孔和落料工序即可。沖壓次數(shù)及各沖壓順序針對(duì)本零件，只需進(jìn)行一次沖壓。沖壓順序的安排應(yīng)有利于發(fā)揮材料的塑性以減少工序數(shù)量，主要根據(jù)工序的變形特點(diǎn)和質(zhì)量要求安排，由題干中的IT4和大批量生產(chǎn)，選用復(fù)合模一步到位。（3）工序的組合方式一般，模具的選用主要取決于沖裁件的生產(chǎn)批量、尺寸大小和精度要求等因素。針對(duì)本零件，生產(chǎn)批量大，沖壓工序盡可能集中，選用復(fù)合模，且采用精密沖裁方法。第四節(jié)模具結(jié)構(gòu)形式的確定確定模具類型和結(jié)構(gòu)形式：復(fù)合模選擇工件定位方式：螺栓和定位銷進(jìn)行定位板料送進(jìn)方式：自動(dòng)操作4、出料方式：自然漏料5、選擇卸料方式壓料、卸料裝置根據(jù)沖裁件平整度要求和材料的厚薄來決定。一般而言，對(duì)于沖裁較硬、較厚且精度要求不高的工件，可選擇剛性卸料方式；對(duì)于沖裁料厚在1.5mm以下且要求沖裁件比較平整的制件，可選擇彈性卸料方式。針對(duì)本零件，選用第五節(jié)沖壓模設(shè)計(jì)沖裁件排樣設(shè)計(jì)排樣針對(duì)本零件特征，采用有廢料排樣，其排樣方式為直排。因有搭邊，可由搭邊來補(bǔ)償誤差，因而能保證沖裁件精度和質(zhì)量，沖模壽命也較高，但材料利用率有所下降。搭邊值的確定精沖模由于采用了齒圈壓板（即V形環(huán)壓邊），搭邊的寬度比普通沖裁大。由材料厚度t=1mm,圓件，查【1】P157表11-1得，工件間a1=3mm,沿邊a條料寬度的確定由【2】P35公式B=D+2a+△；B:條寬度的基本尺寸；D:工件在寬度方向的尺寸；a：側(cè)搭邊的最小值;:條料寬度的單向(負(fù)向)公差（按IT14，查【3】P17表1-8得，△=0.62條料的寬度：B=D+2a=40+2×2=44，即B=440-0.062.材料利用率材料利用率：η=S1/S0=∏*D2/(4*A*B)=∏*402/（4*44*43）=66.4%。A：送料步距，A=D+a1=40+3=43;S1:一個(gè)步距內(nèi)零件的實(shí)際面積S0:一個(gè)步距內(nèi)所需毛坯面積排樣圖見總裝圖(二）精沖力的計(jì)算由【4】P223公式得沖裁力沖裁力P=0.9Ltσb=0.9×172.9×1×325=50.6KNσb:材料的抗拉強(qiáng)度，σb≧325MPa；t：板材厚度（t=1）L：內(nèi)外剪切周邊長度總和（L=172.9）壓邊力壓邊力P1=（0.3-0.5）P反=（15.18-25.3）KN頂件反力P2=FP=1256×(20--70)=(25.2-87.92)KN F：精沖面積（F=1256㎜2）P反：單位反壓力，一般取20-70MPa;（3）卸料力卸料力P3=(0.1-0.15)P=（5.06-7.59）KN(4)推件力推件力P4=(0.1-0.15)P=（5.06-7.59）KN壓邊力和頂件反力需經(jīng)試沖確定，在滿足要求的情況下，選用最小值。(三)壓力中心的計(jì)算壓力中心即工件內(nèi)外形輪廓上沖裁力的合力中心。應(yīng)盡可能使沖裁力的壓力中心和壓力機(jī)滑塊的壓力中心一致，否則，兩個(gè)不重合力將產(chǎn)生一個(gè)附加力矩，影響導(dǎo)向精度和增加模具和壓力機(jī)的磨損。雖然新型的精沖壓力機(jī)的導(dǎo)軌都有承受一定偏心載荷的能力。可是，作為設(shè)計(jì)精沖模具的一項(xiàng)原則，仍應(yīng)考慮壓力中心的重合。沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：１．對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。２．工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。３．形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對(duì)某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的座標(biāo)位置O0(x0,y０)，即為所求模具的壓力中心。計(jì)算公式為：因沖裁力與沖裁周邊長度成正比，因此式中的各沖裁力P１、Ｐ２、Ｐ３……Pn，可分別用各沖裁周邊長度L１、Ｌ２、Ｌ３……Ln代替，即：根據(jù)以上原則，由零件的對(duì)稱性得，外圓形中心在圓心，而內(nèi)梯形孔的重心為x=0,y=2.7.故沖裁合力中心為x=0,y=1.35.（四）模具工作零件刃口尺寸及公差的計(jì)算1加工方法的確定模具制造有凸模和凹模分開加工和凸模和凹模配合加工兩種方法，凸模和凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸，此種方法適用于圓形和簡單的工件；凸模和凹模配合加工可使凸模和凹模具有互換性，便于模具成批制造，但需要較高的公差等級(jí)才能保證合理間隙，模具制造困難，加工成本高。因此此方法是與加工形狀復(fù)雜或薄板制件的模具。結(jié)合模具制造及工件的形狀特點(diǎn)，選用凸模和凹模配合加工的方法。2沖孔部分（由【1】P163公式）沖孔凸模1.1尺寸A凸模磨損后零件尺寸變小，AP=（Amax-△/4）0-δ=(6.004-0.004/4)=6.0030-0.002△:沖裁件公差（由IT4查【3】P17表1-8得，△=4um）；Amax:零件的上限尺寸；δ：模具的制造公差（δ=△/2=0.002）；1.2尺寸B凸模磨損后尺寸變小，BP=（Bmax-△/4）0-δ=(20.004-0.006/4)=20.0050-0.003△:沖裁件公差（由IT4查【3】P17表1-8得，△=6um）；Bmax:零件的上限尺寸；δ：模具的制造公差（δ=△/2=0.003）；3落料部分凹模磨損后零件尺寸變大Cd=（Cmin+△/4）+δ0=(39.993+0.007/4)=39.995+0.0040△:沖裁件公差（由IT4查【3】P17表1-8得，△=7um）；Cmax:零件的上限尺寸；δ：模具的制造公差（δ=△/4=0.004）；（五）有關(guān)模具的設(shè)計(jì)計(jì)算1．V形環(huán)尺寸V形環(huán)壓邊圈是在壓邊圈上圍繞沖裁形輪廓一定距離的凸起的V 形埂。V形環(huán)的作用是在沖裁先壓住材料，防止剪切區(qū)以外的材料在剪切過程中隨凸模流動(dòng)，使材料在沖裁過程中保持和沖裁方向垂直而不翹起。另外，V形環(huán)壓邊力還和沖裁力，反壓力結(jié)合在一起，在材料的剪切變形區(qū)形成三向不等壓應(yīng)力狀態(tài)以提高材料的塑性。t=1mm,查【1】P159表11-2得，a=1.3mm，h=2.確定沖孔凸模的允許最大自由長度：（由【2】P48公式）沖孔時(shí)的沖壓力F總沖=F孔+F推=50.6+7=57.6KN圓形凸模的最大自由長度根據(jù)GB2863.2—81的標(biāo)準(zhǔn)L的系列，選擇L=40mm.沖孔凸凹模采用Cr12MoV鋼制造，查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)》附表12，取，許用應(yīng)力。對(duì)沖孔凸模承壓能力進(jìn)行校核沖裁時(shí)凸模承受的壓力σP=F/A=50.6/2120.7=419.2MPa＜[σP]；F：沖裁力A：凸模的最小斷面面積（A=120.7mm2[σP]：凸模材料的許用壓應(yīng)力；3.確定落料凹模的高度和壁厚（由【2】P50公式）查【2】P50表2-9，取系數(shù)K=0.35，則落料凹模的厚度為：凹模厚度H=Kb=0.35×40=14,由于要求H≧14，因此凹模厚度至少取14mm，才能滿足強(qiáng)度要求，根據(jù)實(shí)際可加大凹模的厚度，可取H=凹模壁厚：C=（1.5-2）H=14×(1.5-2）=（21-28），取C=304.凸凹模由【2】P51表2-10得最小壁厚a=2.7，最小直徑D=18。第五節(jié)選定設(shè)備本工件在沖孔工序中，總的沖裁力為：，但要求壓力機(jī)的行程應(yīng)滿足：，因此在實(shí)際生產(chǎn)中選用63KN的固定臺(tái)開式壓力機(jī)。其主要規(guī)格為：標(biāo)稱壓力：63KN標(biāo)稱壓力行程：3.5mm滑塊行程：50mm最大封閉高度：170mm工作臺(tái)尺寸：315×200mm立柱間距離：150mm模柄孔尺寸：mm墊板厚度：30mm第六節(jié)有關(guān)模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于是采用精沖模，故可選用YMA型液壓模架。該模架精度高，剛性好，對(duì)壓力機(jī)沒有高的精度要求；該型液壓模架自成體系，使用靈活方便。由【】P602選具體參數(shù)，具體如下：1上模版和下模版根據(jù)選用的壓力，采用JD006-82的YMA型液壓模架。根據(jù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)JD021-82確定上模座厚度為90，根據(jù)JD022-82確定下模座厚度為90mm。2、凸模固定板、墊板由于沖孔后采用自然落料裝置，而且為了對(duì)凸模的固定，因此墊板厚度取8mm，凸模固定板根據(jù)凸模的徑向尺寸可取25mm。凸模固定板對(duì)凸模起著固定和加大凸模在沖壓時(shí)的強(qiáng)度，對(duì)凸模有著定位的作用。3、閉合高度磨具的閉合高度應(yīng)為上模座、下模座、凸模、凹模、墊板和固定板等的厚度總和，即H=90+90+55-5+40+8=168mm“-5”為凸模進(jìn)入凹模的深度，可根據(jù)實(shí)際做適當(dāng)調(diào)整。所選壓力機(jī)的閉合高度，。滿足4導(dǎo)柱、導(dǎo)套按JD027-82選d=60mm,其中導(dǎo)柱長度有280—320mm，選導(dǎo)柱長度L=280。按JD031-82選d=60mm的導(dǎo)套，考慮