勾板沖裁模具設(shè)計(jì)

FILENAME勾板沖裁模具設(shè)計(jì)第6頁共14頁P(yáng)AGEPAGE6目錄1引言 22沖壓件工藝分析 23沖壓工藝方案的確定 24主要設(shè)計(jì)計(jì)算 34.1排樣方案的確定及其計(jì)算 34.2沖壓力的計(jì)算 44.3沖壓設(shè)備的選定 44.4模具壓力中心的確定 54.5沖裁間隙及模具工作部分尺寸的確定 75模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 85.1凹模的設(shè)計(jì) 85.2凸模的設(shè)計(jì) 95.3選擇標(biāo)準(zhǔn)模架 105.4其他結(jié)構(gòu)尺寸的確定 105.5模具閉和高度的計(jì)算 115.6繪制模具總裝圖 126模具的裝配 12致謝 13參考文獻(xiàn) 13勾板沖裁模具設(shè)計(jì)作者：孟闊指導(dǎo)老師：許偉（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院07機(jī)制合肥230036）摘要：板料沖壓是金屬塑性加工的一種基本方法，沖壓模具則是推行沖壓工藝必不可少的工藝設(shè)備。近年來，由于模具技術(shù)的迅速發(fā)展，模具設(shè)計(jì)與制造已成為一個(gè)行業(yè)，它的應(yīng)用也越來越廣泛。我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是勾板沖裁模的設(shè)計(jì)，首先我從工藝的合理性出發(fā)，分析勾板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和精度要求，確定最佳沖壓工藝方案；然后通過查閱沖壓模具設(shè)計(jì)的相關(guān)文獻(xiàn)，綜合考慮多方面的影響因素，包括載荷與壓力機(jī)的實(shí)際情況、模具的強(qiáng)度和使用壽命、加工過程的可操作性與安全性等，再經(jīng)過復(fù)雜嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に囉?jì)算，最終確定模具的結(jié)構(gòu)形式。最后用AUTOCAD繪制出模具總裝圖及各組成非標(biāo)準(zhǔn)零件圖,并用三維軟件CATIA繪制出三維造型，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。關(guān)鍵詞：勾板沖裁模沖孔落料圖1勾板零件圖零件名稱：勾板生產(chǎn)批量：大批量材料：Q235厚度：1.5mm1引言隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)冷沖壓技術(shù)的重視程度越來越高。生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品一致性好、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)得到社會(huì)各界越來越多的業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)同，模具設(shè)計(jì)制造已成為一個(gè)新興的熱門行業(yè)。本人本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是勾板沖裁模具的設(shè)計(jì)，這是對(duì)我以往所學(xué)專業(yè)知識(shí)、思維、創(chuàng)新以及動(dòng)手能力的一次綜合測(cè)試，整個(gè)設(shè)計(jì)過程我本著實(shí)事求是、嚴(yán)肅謹(jǐn)慎的態(tài)度認(rèn)真完成，力圖獲得使自己最大的收獲。設(shè)計(jì)說明書主要包括沖壓件工藝分析、沖壓工藝方案的確定、主要設(shè)計(jì)計(jì)算、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具的裝配五大部分。附帶設(shè)計(jì)圖形包括二維和三維圖形，意在準(zhǔn)確清晰的表達(dá)出模具的結(jié)構(gòu)，使人一目了然。本論文參考了大量的資料，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到CAD制圖均得到指導(dǎo)老師許偉的盡心輔導(dǎo)，并提出很多寶貴的意見，在此表示忠心的感謝！沖壓件工藝分析此工件形狀相對(duì)復(fù)雜，其輪廓由若干直線段和圓弧段組成，它的加工過程只有沖孔和落料兩個(gè)工序。材料是Q235鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。工件內(nèi)部有五個(gè)φ3mm的小孔，孔與孔之間、孔與邊緣之間的距離也都是滿足加工要求的，最小壁厚為3.5mm。工件的尺寸全部為自由公差，可看作IT14級(jí)，尺寸精度較低，普通沖裁就可以滿足加工要求。3沖壓工藝方案的確定該工件包括沖孔和落料兩個(gè)基本工序，可以有以下三種工藝方案：方案一：先落料，后沖孔。采用單工序模進(jìn)行加工。方案二：落料沖孔復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模進(jìn)行加工。方案三：沖孔落料級(jí)進(jìn)沖壓。采用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行加工。比較這三種工藝方案，方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩副模具，兩次分別進(jìn)行加工，生產(chǎn)效率太低，難以滿足大批量的生產(chǎn)要求；方案二只需一副模具，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可完成兩道工序，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，但是根據(jù)工件材料厚度1.5mm查得凸凹模需用最小壁厚為3.8mm，，而工件的最小壁厚為3.5mm＜3.8mm，還是不能滿足加工要求。方案三同樣只需一副模具，生產(chǎn)效率相對(duì)于方案二更高，操作方便，工件的精度也能滿足要求，且適合大批量生產(chǎn)。綜上所述，采用方案三作為最終的沖壓工藝方案最佳。4主要設(shè)計(jì)計(jì)算4.1排樣方案的確定及其計(jì)算勾板的形狀大致為角尺形，要提高材料利用率，應(yīng)盡量減少廢料，采用縱向單件斜排，如圖2所示。搭邊值通過查表，取工件與工件之間為2mm，工件與條料邊緣之間為2.5mm,兩相鄰工件之間的縱向距離取20mm，即條料進(jìn)距。選擇條料寬度為72mm，長度為1500mm，每個(gè)條料可沖裁出74個(gè)工件。圖2排樣圖條料寬度(單邊側(cè)刃定距)：B=D+2b+b=65+2×2.5+2=72mm,式中D為垂直于送料方向的工件的最大尺寸；b為工件與條料邊緣的搭邊值，b為側(cè)刃沖切料邊的寬度。兩導(dǎo)料板間距B=B+2C=72+2×0.5=73mm。每個(gè)沖裁件的面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料）：A=3.14×5×5÷2＋20×10＋29×12＋30×12＋6×6÷2-12×12÷2=932.5mm一個(gè)條料上總的材料利用率：η=nA/LB×100%=74×932.5÷1500÷72×100%=65.7%4.2沖壓力的計(jì)算該模具采用沖孔落料級(jí)進(jìn)模，選擇剛性卸料裝置和下出料方式。沖裁力F=KLt=1.3×224.25×1.5×350=153050.6N,式中L為沖裁件的周長,mm;t為材料厚度，mm;為材料抗剪強(qiáng)度，MPa;K為系數(shù)，常取K=1.3。項(xiàng)目分類項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果備注排樣單個(gè)沖裁件面積A/932.5mm2搭邊值查表取工件與工件之間a=2mm,工件與條料邊緣之間b=2.5mm每條料出件數(shù)n=74采用單邊側(cè)刃定距，條料與導(dǎo)料槽間隙2C=1mm條料規(guī)格B×L/72mm×1500mm步距S/20mm材料利用率ηη=nA/LB×100%65.7%沖壓力沖裁力FF=KLtτ153050.6NK=1.3，τ=350MPaL=224.25mm,t=1.5mm推件力FF=nKF33671.1NK=0.055n=h/t=6/1.5=4沖壓工藝總力∑F∑F=F+F186721.7N剛性卸料，下出件沖裁功WW=XFt/1000142.3JX=0.62推件力F=nKF=4×0.055×153050.6=33671.1N，式中n為同時(shí)卡在凹模中的工件(或廢料)數(shù)目，n=h/t=6/1.5=4,h為凹模刃口直壁高度，mm,t為料厚，mm;K為查表取值。沖壓工藝總力∑F=F+K=153050.6+33671.1=186721.7N沖裁功（平刃沖裁）W=XFt/1000=0.62×153050.6×1.5÷1000=142.3J表1排樣與沖壓力的相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)匯總4.3沖壓設(shè)備的選定經(jīng)過計(jì)算，選擇日本三井公司生產(chǎn)的BSTA-30高速壓力機(jī)可滿足使用要求，其主要技術(shù)參數(shù)如下：公稱壓力：300KN滑塊行程：40mm滑塊行程次數(shù)：120次·min最大封閉高度：22封閉高度調(diào)節(jié)量：45工作臺(tái)尺寸（前后×左右）：540mm×工作臺(tái)墊板厚度：60mm電動(dòng)機(jī)功率：5.5KW機(jī)器質(zhì)量：1t校驗(yàn)：壓力機(jī)的公稱壓力大于沖裁所需的工藝總力，且留有38%的余量。電動(dòng)機(jī)功率P=5.5KW﹥==4.5KW,式中n為滑塊行程次數(shù)，k為系數(shù)，取0.8，W為沖裁功。所以，所選壓力機(jī)滿足使用要求且操作安全。4.4模具壓力中心的確定沖壓力合力的作用點(diǎn)稱為壓力中心。為了保證壓力機(jī)和沖模正常平穩(wěn)地工作，必須使沖模的壓力中心通過模柄軸線與壓力機(jī)滑塊中心重合。圖3如圖4建立平面直角坐標(biāo)系，由于制件形狀相對(duì)復(fù)雜，可先將其分解為若干簡單的直線段及圓弧段，再進(jìn)行壓力中心的計(jì)算。沖裁直線段時(shí)，其壓力中心位于直線段的中點(diǎn)。沖裁圓弧段時(shí)，其壓力中心的位置按公式y(tǒng)=RS/b計(jì)算，式中b為弧長，其余符號(hào)含義如圖3所示。該級(jí)進(jìn)模總的壓力中心按公式X=LX/L,Y=LY/L計(jì)算。壓力中心具體數(shù)據(jù)見表2。圖4表2壓力中心數(shù)據(jù)表基本要素長度L/mm各基本要素壓力中心的坐標(biāo)值XYL1=15.7046.18L2=20-533L3=1-5.523L4=17-614.5L5=16.9700L6=3021-6L7=12360L8=24246L9=8.4899L10=11617.5L11=15.523L12=20533L13=9.4214.1457.14L14=9.4214.1432.14L15=9.4214.1422.14L16=9.4234.1414.14L17=9.4244.1414.14合計(jì)224.2512.5517.334.5沖裁間隙及模具工作部分尺寸的確定按照沖裁間隙選取的原則，因沖裁過程力能消耗較小，且沖裁件尺寸精度要求不高，為提高沖模壽命，宜選取Ⅲ類間隙（大間隙）。工件材料為Q235低碳鋼，材料厚度為1.5mm，查表得：其間隙值(單面)Z=0.066mm，Z=0.120。沖孔時(shí)，先確定凸模刃口尺寸，凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內(nèi)仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸按凸模刃口的基本尺寸加上一個(gè)最小合理間隙值來確定。落料時(shí)，先確定凹模刃口尺寸，凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內(nèi)仍能沖出合格制件，凸模刃口的基本尺寸則按凹模刃口基本尺寸減去一個(gè)最小合理間隙值來確定。4.5.1沖孔處凸凹模刃口尺寸計(jì)算沖圓孔結(jié)構(gòu)簡單，可采用凸凹模分開加工的方法，圖中孔尺寸未標(biāo)注公差，按IT14級(jí)公差處理，孔尺寸為φ3mm先求出凸模尺寸d=(d+)=(3+0.5×0.25)=3.125mm后求出凹模尺寸d=(d++2Z)=(3.125+2×0.066)=3.257mm備注：δ+δ=0.02+0.02=0.042(Z－Z)=2×（0.120－0.066）=0.108式中δ、δ分別為凸凹模的制造公差4.5.2外輪廓落料凸凹模刃口尺寸計(jì)算由于外輪廓形狀稍顯復(fù)雜，可采用配合加工的方法，同樣圖中未標(biāo)注公差的尺寸，按IT14級(jí)公差處理。先確定凹模刃口尺寸，凹模磨損后尺寸變大的有R5mm，17mm，16.968mm，30mm，12mm，24mm，11mm；凹模磨損后尺寸磨損后尺寸變大的尺寸AR5mm處，A=(5－0.75×0.3)=4.775mmA=（4.775－2×0.066）=4.643mm17mm處，A=（17－0.75×0.43）=16.677mmA=（16.677－2×0.066）=16.545mm16.968mm處，A=（16.968－0.75×0.43）=16.645mmA=（16.645－2×0.066）=16.513mm30mm處，A=（30－0.75×0.52）=29.610mmA=（29.610－2×0.066）=29.478mm12mm處，A=（12－0.75×0.43）=11.677mmA=（11.677－2×0.066）=11.545mm24mm處，A=（24－0.75×0.52）=23.610mmA=（23.610－2×0.066）=23.478mm、11mm處，A=（11－0.75×0.43）=10.677mmA=（10.677－2×0.066）=10.545mm②磨損后尺寸變小的尺寸B20mm處，B=（20+0.75×0.52）=20.390mmB=（20.390+2×0.066）=20.522mm8.484mm處，B=（8.484+0.75×0.36）=8.754mmB=（8.754+2×0.066）=8.886mm磨損后尺寸不變的尺寸C10.125mm處，C=10.01mmC=10.01mm5模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1凹模的設(shè)計(jì)①凹模的孔口形式。凹模的孔口采用直筒式孔口，其直壁部分的高度在前面已經(jīng)提及，取h=6mm，錐形部分的出料斜角，取β=2o。②凹模外形尺寸的確定凹模高度可根據(jù)沖裁力的大小按以下公式計(jì)算，即H=kk=1.37×1×=33.98mm式中，k為凹模沖裁輪廓長度修正系數(shù)，查表取值k=1.37；k為凹模材料修正系數(shù)，查表取值k=1。經(jīng)圓整，取H=34mm。凹模壁厚C=1.2H，取C=40mm。凹模寬度B=b+2C=65+2×40=145mm，b為沖裁件凹模長度（送料方向）L＞35.5+20+2×40=135.5mm，取最終確定凹模輪廓尺寸為145mm×140mm×③凹模的固定方式該凹模采用整體凹模，用螺釘和銷釘固定，螺釘規(guī)格為M8，銷釘規(guī)格為φ8，各有四個(gè)。凹模上螺孔到凹模外緣的距離一般取a=（1.7—2.0）d，這里取a=16mm，螺孔到凹?？?、螺孔到銷釘?shù)木嚯x一般取b＞2d，這里取b=24④凹模的強(qiáng)度校核凹模材料選為Cr12MoV，硬度60—64HRC。凹模在沖裁過程中受彎曲應(yīng)力：σ=1.5F/H2=1.5×153050.6÷342=198.6MPa＜[σ]=294MPa所以，凹模強(qiáng)度滿足要求，安全可靠。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖01所示。5.2凸模的設(shè)計(jì)5.2.1沖孔凸模的設(shè)計(jì)本例中沖件料厚為1.5mm，沖孔凸模為圓形凸模，凸模直徑為3.125mm，大于沖件料厚，凸模材料選為Cr12MoV，硬度為52—58HRC，凸模固定在凸模固定板中，采用掛耳固定，與之配合按H7∕m6。其承壓能力（壓應(yīng)力）σ===360.5MPa＜=2000MPa抗縱彎能力（最大允許長度）L===69.3mm可選用圓凸模尺寸為φ3.125mm×54mm。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖5.2.2落料凸模的設(shè)計(jì)結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計(jì)成直通式，同樣固定在凸模固定板中，采用掛耳固定，與之配合按H7∕m6，凸模材料選為Cr12MoV，硬度為52—58HRC。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖03所示。5.3選擇標(biāo)準(zhǔn)模架根據(jù)凹模外形尺寸，選擇相近規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)菍?dǎo)柱模架，沖壓時(shí)模架承載剛度大，受力平衡，上模座在導(dǎo)柱上運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，適合縱向送料。其凹模周界范圍為L=160mm，B=160mm，上模板厚度為45參照標(biāo)準(zhǔn)GB／T2861.1，選用φ28mm×180mm和φ32mm×180mm的導(dǎo)柱（A型）各一個(gè)，相應(yīng)的導(dǎo)套（A型）尺寸分別為φ28mm×110mm×43mm、φ32mm×110mm×43mm。5.4其他結(jié)構(gòu)尺寸的確定①凸模墊板：凸模墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力，以降低對(duì)模座的單位壓力，防止模座被壓出陷痕而損壞。在這里，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，凸模墊板的厚度取H=8mm，其外形尺寸與凸模固定板相同，材料選用45鋼。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖04所示。②凸模固定板：凸模固定板和沖裁凸模相連接部分的形狀應(yīng)盡量簡單，本例中做成矩形，其厚度以確保沖壓受力時(shí)能夠穩(wěn)定為原則。按實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此處厚度取H=16mm。凸模固定板的外形尺寸與凹模的外形尺寸相同，材料為45鋼。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖05所示。③剛性卸料板：卸料結(jié)構(gòu)是用于將條料、廢料從凸模上卸下的裝置，分剛性卸料裝置和彈性卸料裝置兩種。本例中，用于沖件料厚大于0.8mm且精度要求不高的場(chǎng)合，采用剛性卸料裝置卸料力大，卸料可靠。卸料板的厚度取H=14mm。卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為42—48HRC。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖06所示。④導(dǎo)料板：為了便于材料的送進(jìn)與導(dǎo)向，在卸料板與凹模之間有兩個(gè)導(dǎo)料板。兩導(dǎo)料板之間的距離即等于條料的寬度加上一定的間隙，在前面已提及，并計(jì)算求得準(zhǔn)確的結(jié)果，在此不再贅述。導(dǎo)料板的結(jié)構(gòu)形式可參閱JB／T7648.6—2008來選定，其外形尺寸與凹模的外形相當(dāng)。其厚度查閱資料，按板料厚度來選取，這里取H=4mm。導(dǎo)料板采用45鋼制造，熱處理硬度為28—32HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖07所示。⑤承料板：本例中所采用的導(dǎo)料板是分離式的，為使所送進(jìn)的條料能平穩(wěn)地被拖住，在導(dǎo)料板的送入端處，應(yīng)增設(shè)一承料板。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖08所示。⑥側(cè)刃：側(cè)刃用于控制條料送進(jìn)的步距和定位，本例中采用單邊側(cè)刃定距。工作時(shí)，每次行程在條料側(cè)邊切去一段等于步距大小的料，下次送料時(shí)以此空缺的后沿定位。此處定位精度要求不高，采用結(jié)構(gòu)簡單的長方形側(cè)刃。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖09所示。⑦導(dǎo)正銷：導(dǎo)正銷又稱導(dǎo)頭，其以尖圓頭一端先進(jìn)入零件預(yù)先沖出的定位孔中，以輔正送料中的誤差，起到精確定位的作用。本例中導(dǎo)正銷裝配在第二工位以后的落料凸模上，沖裁時(shí)與側(cè)刃相配合，插入前工位已沖好的孔中進(jìn)行精確定位。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖10所示。⑧模柄：模柄的作用是把上模部分與壓力機(jī)的滑塊相連接，并將作用力由壓力機(jī)傳給模具。此處選擇壓入式模柄，上模板與模柄之間的配合為H7∕m6。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖11所示。⑨凸模長度：以上尺寸都確定以后，凸模的長度尺寸便可隨之確定，同時(shí)要考慮凸模的修磨量及固定板與卸料板之間的安全距離等因素。凸模長度過短則凸模不能插入凹模刃口內(nèi)對(duì)條料進(jìn)行沖切，但若凸模過長又降低其工作時(shí)的穩(wěn)定性，其長度應(yīng)按公式L=H+H+H+H取值。式中H為附加長度，它包括凸模的修模量，凸模進(jìn)入凹模的深度，凸模固定板與卸料板的安全距離等，這里取H=20mm，則L=16mm+14mm+4mm+20mm=54mm。5.5模具閉合高度的計(jì)算沖模的閉合高度，是指沖模處于閉合狀態(tài)（工作行程最低點(diǎn)）時(shí)，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。沖模設(shè)計(jì)時(shí)，必須使沖模的閉合高度與壓力機(jī)的閉合高度相適應(yīng)，通常應(yīng)滿足下列關(guān)系式：H－5mm≥H≥H＋10mm式中，H為壓力機(jī)的最大閉合高度，H=220mm，H為壓力機(jī)的最小閉合高度，H=175mm，H為沖模的閉合高度。本例中，為沖裁模，不需考慮沖裁料厚（與料厚無關(guān)），但需考慮刃口進(jìn)入量：H=h+h+h+h+H－，式中h為上模板的厚度，h為下模板的厚度，h為凹模的厚度（即高度），h為凸模的厚度（即長度），H為凸模墊板的厚度，對(duì)于普通沖裁取=1mm。H=45mm+55mm+34mm+54mm+8mm經(jīng)檢驗(yàn)，215mm＞H=195mm＞185mm，滿足使用要求。5.6繪制模具總裝圖通過以上設(shè)計(jì)計(jì)算，模具各組成部分的結(jié)構(gòu)尺寸都已清晰，便可得到模具總裝圖。模具總裝圖主要用來表達(dá)模具的結(jié)構(gòu)、工作原理和零件的裝配關(guān)系。模具主要由上模板