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目錄
1．零件的工藝分析 - 1 -
2．確定工藝方案 - 1 -
3．排樣方式及材料利用率 - 2 -
4．沖裁力計(jì)算 - 3 -
5．壓力中心的計(jì)算 - 4 -
6 . 凸凹模刃口尺寸 - 5 -
7．主要零件的尺寸計(jì)算 - 7 -
8. 模架及導(dǎo)套、導(dǎo)柱的選用 - 10 -
9 . 沖壓設(shè)備的選擇 - 12 -
10．主要零部件的設(shè)計(jì) - 13 -
11．模具結(jié)構(gòu)形式 - 14 -
12. 模具的裝配 - 15 -
13．小結(jié) - 17 -
14．參考文獻(xiàn) - 18 -
附圖：
附圖 1.沖孔落料級(jí)進(jìn)模裝配圖
附圖 2.沖孔小凸模零件圖
附圖 3.沖孔大凸模零件圖
附圖 4.落料凸模零件圖
附圖 5.凹模零件圖
附圖 6.凸模固定板零件圖
附圖 7.卸料板零件圖
附圖 8.墊板零件圖
- 18 -
車門墊板的沖壓模具設(shè)計(jì)
1．零件的工藝分析
如圖1所示工件為客車車門墊板。每輛車數(shù)量為6個(gè)，材料為Q235，厚度t=4mm。
圖1 車門墊板
零件尺寸公差無(wú)特殊要求，按IT4級(jí)選取，利用普通沖裁方式可達(dá)到圖樣要求。由于該件外形簡(jiǎn)單，形狀規(guī)則，材料為Q235鋼板，有一定的伸長(zhǎng)率和強(qiáng)度，韌性及鑄造性均好，適于沖裁加工，查文獻(xiàn)[4]表2-3得：σb=450Mpa。
2．確定工藝方案
方案一： 落料-沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案二： 先落料，后沖孔。采用單工序模生產(chǎn)。
方案三： 沖孔-落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
零件屬于大批生產(chǎn)，工藝性較好，但不宜采用方案一復(fù)合模。因?yàn)樽钫嶢的距離為6.5mm（圖1），查文獻(xiàn)【2】表6-1得復(fù)合模的凸凹模最小壁厚需要 （2.0-2.5）×t =（8-9）mm，所以不能采用復(fù)合模。如果采用方案二模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序兩副模具，則效率太低，而且質(zhì)量不易保證。方案三只需一副模具，生產(chǎn)效率高，沖壓精度較差，但由于零件的沖壓精度稍差級(jí)進(jìn)模也能滿足。通過對(duì)上述三種方案的分析比較，因此確定零件的工藝方案三為沖孔—落料級(jí)進(jìn)模較好，并考慮凹模刃口強(qiáng)度，其中間還需留一空步，排樣如圖2所示。
3．排樣方式及材料利用率
由文獻(xiàn)【3】表3-57查得搭邊數(shù)值：a=4.5，a1=4.0
由文獻(xiàn)【3】表3-58查得K=0.9
進(jìn)距 s=B+K×a1=40+4.0×0.9=43.6mm
條料寬度 b=L+2a×K=375+2×4.5=383mm
圖2 排樣圖
板料規(guī)格擬選用4×1400×3500
采用橫裁：
裁板條數(shù)n1=L/b=3500/383=9條 余53mm
每條個(gè)數(shù)n2=(B-a1)/s=(1400-3.6)/43.6=32條 余4.8mm
每板總個(gè)數(shù)n總=n1×n2=9×32=288個(gè)
材料利用率η總=(n總A/LB)×100%
=(288×10585)/(3500×1400)×100%
=62.22%
采用縱裁：
裁板條數(shù)n1=B/b=1400/383=3條 余251mm
每條個(gè)數(shù)n2=(L-a1)/s=(3500-4)/43.6=80條 余12mm
每板總個(gè)數(shù)n總=n1×n2=3×80=240個(gè)
材料利用率η總=(n總A/LB)×100%
=(204×10585)/(3500×1400)×100%
=44.07%
由此可見，采用橫裁有較高的材料利用率和較高的剪裁生產(chǎn)率，考慮到剪裁剩余量，將搭邊值a由4.05增大到5，a1由3.6增大到4。所以最終剪裁方式為385×1400的條料，具體排樣圖如圖2。
4．沖裁力計(jì)算
沖孔力： F孔=Ltσb=494×4×450N=889200N
落料力： F落=Ltσb=（40+375）×2×4×450N=1494000N
沖裁力： F沖=F孔+F落=889200N+1494000N=2383200N
L——沖裁周邊長(zhǎng)度
沖孔及落料部分的卸料力
查文獻(xiàn)【1】表3-14得 KX=0.04 KT=0.45
F卸=(F孔+F落)KX=(889200+1494000)×0.04N=95328N
沖孔及落料部分的推料力
F推=n(F孔+F落)KT=2×(889200+1494000)×0.45N=2144880N
n——同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)
總沖壓力
F總=F沖+F卸+F推=2383200N+95328N+2144880N=4623408N
5．壓力中心的計(jì)算
X0=(375×187.5+214×95.5+20×215+132×247.5+5×281
+25×330+98×305.5)/(375+214+20+132+5+25+98)
=192.4
根據(jù)料寬385mm，則X0取192。
Y0=(375×71.5+214×12.5+280×12.5)/(375+214+280)
=37.96
則Y0取38，具體分布見圖３。
圖3 壓力中心分析圖
6 . 凸凹模刃口尺寸
查文獻(xiàn)【1】表3-5，查得凸凹模初始間隙：
Zmin=0.64mm, Zmax=0.88mm
由于沖孔落料部位形狀簡(jiǎn)單規(guī)則且尺寸性質(zhì)相同，因此凸凹模刃口尺寸采用分開加工。
沖孔尺寸：dp=(d+X△)0-δp dd=(dp+Zmin)0+δd=(d+X△+Zmin)0+δd
落料尺寸：Dd=(D-X△)0+δd Dp=(Dd-Zmin)0-δp =(D-X△-Zmin)0-δp
① 小沖孔
工件小孔尺寸： 寬22mm，長(zhǎng)850+1 mm（見圖1）
以凸模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)
由文獻(xiàn)【2】表2-14查得，
尺寸為22mm時(shí) δp=0.02mm δd=0.025mm
尺寸為85mm時(shí) δp=0.025mm δd=0.035mm
查文獻(xiàn)【1】表16-3得：
尺寸22的IT14級(jí)公差 △=0.52mm
查文獻(xiàn)【1】表3-7，磨損系數(shù)均為 x=0.5
dp1 =(22+0.5×0.52)0-0.025mm=22.260-0.025mm
dp2 =(85+0.5×1)0-0.035mm=85.50-0.035mm，
dd1=(22+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=22.90+0.025mm
dd2=(85+0.5×1+0.64)0+0.035mm=86.140+0.035mm
②大沖孔
工件大孔尺寸: 寬20mm、49mm,長(zhǎng)25mm、1150+1mm(見圖1)
由文獻(xiàn)【2】表2-14查得，
尺寸為20mm、25mm時(shí) δp=0.02mm δd=0.025mm
尺寸為49mm時(shí) δp=0.02mm δd=0.03mm
尺寸為115mm時(shí) δp=0.025mm δd=0.035mm
查文獻(xiàn)【1】表16-3得：
尺寸20的IT14級(jí)公差 △1=0.52mm
尺寸26的IT14級(jí)公差 △2=0.52mm
尺寸49的IT14級(jí)公差 △3=0.62mm
查文獻(xiàn)【1】表3-7，磨損系數(shù)均為 x=0.5
dp1 =(20+0.5×0.52)0-0.02mm=20.260-0.02mm
dp2 =(26+0.5×0.52)0-0.02mm=25.260-0.02mm
dp3 =(49+0.5×0.62)0-0.02mm=49.310-0.02mm
dp4 =(115+0.5×1)0-0.025mm=115.50-0.025mm
dd1=(20+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=20.90+0.025mm
dd2=(26+0.5×0.52+0.64)0+0.025mm=25.90+0.025mm
dd3=(49+0.5×0.62+0.64)0+0.03mm=49.950+0.03mm
dd4=(115+0.5×1+0.64)0+0.035mm=116.140+0.035mm
③落料
工件外形尺寸： 長(zhǎng)375mm，寬400-0.5mm(見圖1)
以凹模設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)：
由文獻(xiàn)【2】表2-24查得：
尺寸為375mm時(shí) δp=0.04mm δd=0.06mm
尺寸為40mm時(shí) δp=0.02mm δd=0.03mm
由文獻(xiàn)【3】表16-3得：
尺寸375、40的IT14級(jí)公差分別為 △1=1.4mm, △2=0.5mm
查文獻(xiàn)【1】表3-7，磨損系數(shù)均為 x=0.5
Dd1=(375-0.5×1.4)0+0.06mm=374.30+0.06mm
Dd2=(40-0.5×0.5)0+0.03mm=39.750+0.03mm
Dp1=(375-0.5×1.4-0.64)0-0.04mm=373.660-0.04mm
Dp2=(40-0.5×0.5-0.64)0-0.02mm=39.110-0.02mm
7．主要零件的尺寸計(jì)算
（1）凹模外形尺寸
厚度： H=K×b
K——系數(shù)
b——凹模刃口的最大尺寸
由文獻(xiàn)【4】表3-33得： K=0.3
H=115×0.3=34.5mm
該件上還需沖一個(gè)較小的孔，且均在同一凹模上進(jìn)行，所以凹模厚度應(yīng)適當(dāng)增加故選： H=40mm
壁厚： C=（1.5-2）H
C=80mm
凹模長(zhǎng)： L=（115+78+85）+2×C=438mm
凹模寬： B=（40+10+65）+2×C=275mm
故凹模外型尺寸為：500mm×315mm×40mm
（2）凸模固定板
凸模固定板的外形與尺寸通常與凹模板相同，厚度為凹模板厚度的0.6～0.8倍。
H1=(0.6～0.8)H=24mm～32mm 取整數(shù)30mm
固定凸模的型孔決定與凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于用螺釘固定的直通式凸模，要求型孔按凸模實(shí)際尺寸配作成M7/h6。我們選擇的尺寸為500mm×315mm×30mm。
（3）墊板的采用與厚度
墊板作用是承受凸?；虬寄５膲毫?，防止過大的沖壓力在上下模板上壓出凹坑，影響模具正常工作。是否采用墊板，以承壓面較小的凸模進(jìn)行計(jì)算，沖小矩形孔的凸模承壓面的尺寸為22×85，其承壓應(yīng)力
σ=F/A=[(22+85)×2×4×450]/(85×22)MPa=205.99MPa
查文獻(xiàn)【6】表2-46 表2-47得：
鑄鐵模板的σb=90～140Mpa，工件材料σb=400 Mpa
即工件材料σb＞模板的σb
因此須采用墊板，墊板厚度取10mm。選擇外形尺寸為500mm×315mm×10mm的標(biāo)準(zhǔn)件，材料為45號(hào)鋼。
（4）卸料橡皮的自由高度
由于橡皮允許承受的負(fù)荷較大，而且安裝調(diào)整比較靈活方便，因而它適用于彈性卸料元件，由于零件加工F沖較大，因而選用橡皮。
為保證橡皮不因過早失去彈性而被損壞，其允許最大壓縮量應(yīng)不超過其自由高度的10%-15%，即： h預(yù)=（0.10-0.15）h自由
故工作行程：
h工作= h總- h預(yù)=（0.25-0.30）h自由
所以橡皮的高度：h自由= h工作/(0.25-0.30)
根據(jù)工件材料厚度為4mm，沖裁時(shí)凸模進(jìn)入凹模深度取5mm，考慮模具維修時(shí)刃磨留量2mm，再考慮開啟時(shí)卸料板高出凸模1mm，則總的工作行程h工件=12mm
橡皮的自由高度
h自由=h工件/(0.25～0.3)=40～48mm
取 h自由=45mm
模具在組裝時(shí)橡皮的預(yù)壓量為
H預(yù)=(10%～15%)/h自由=4.5～6.75mm
取 h預(yù)=6mm
由此可算出模具中安裝橡皮的空間高度尺寸為39mm。
（5）卸料板厚度
卸料板厚度一般情況下取10～15mm，考慮到板料較薄，這里取卸料板的厚度為10mm。
（6）凸模長(zhǎng)度
凸模固定板高度：h1=30mm
卸料板高度：h2=10mm
材料高度：h3=4mm
附加高度：h=34mm
凸模長(zhǎng)度：L=h1+h2+h3+h
=30mm+10mm+4mm+34mm
=78mm
8. 模架及導(dǎo)套、導(dǎo)柱的選用
該沖孔 、落料級(jí)進(jìn)模為橫向送料，零件精度較低，加工批量較大，因此選用材料HT200的鑄鐵滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)菍?dǎo)柱模架，根據(jù)凹模周界尺寸為500mm×315mm選用。
根據(jù)文獻(xiàn)【2】表10-53得：
模架允許使用閉合高度范圍：（245-290）mm
閉合高度：H模=250mm
模架根據(jù)文獻(xiàn)【3】表16-54 表16-53得：
500×315×（24-290）I GB/T2851.1-1990 如圖4所示
根據(jù)文獻(xiàn)【3】表16-55得：
模座厚度： H上=60mm
H下=75mm
根據(jù)文獻(xiàn)【2】表10-22
導(dǎo)柱選材料20鋼：GB/T2861.1 1×45×260
GB/T2861.1 1×50×260
導(dǎo)套選材料20鋼：GB/T2861.6 1×45×150×58
GB/T2861.6 1×50×150×58
圖4 鑄鐵滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)菍?dǎo)柱模架
9 . 沖壓設(shè)備的選擇
根據(jù)： F總沖=4623.408 KN
為使壓力機(jī)能正常工作，則沖壓設(shè)備的F壓比計(jì)算的沖壓力大30%左右。所以F壓> F總沖(1+0.3)
F壓>6010.42 KN
該零件尺寸精度較低，尺寸較大，因此選用操作空間大，操作方便，容易安裝機(jī)械化的附屬設(shè)備和成本低廉的壓力機(jī)，所以根據(jù)文獻(xiàn)【3】表4-6選閉合雙點(diǎn)壓力機(jī)J36-630B
公稱力/KN : 6300
公稱力行程/mm : 26
滑塊行程長(zhǎng)度/mm： 500
滑塊行程次數(shù)/（n/min）： 9
最大裝模高度/mm： 810
裝模高度調(diào)節(jié)量/mm： 340
工作臺(tái)尺寸（前后×左右）/mm： 1500×3450
滑塊底面尺寸（前后×左右）/mm： 1270×3450
主電動(dòng)機(jī)功率/mm： 75
10．主要零部件的設(shè)計(jì)
本模具是采用手工送料的級(jí)進(jìn)模，落料凸模面積較大可直接用螺釘固定，沖孔凸模則須用固定板固定，凹?？芍苯佑寐葆斉c圓柱銷固定。卸料裝置采用彈性的，導(dǎo)向裝置采用導(dǎo)柱導(dǎo)套。板料的定位和導(dǎo)向采用定位銷和導(dǎo)料銷。詳見圖5。
模具國(guó)標(biāo)規(guī)定了兩種卸料螺釘，即圓柱頭卸料螺釘（GB2867.5-81）與圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘（GB2867.6-81），均具有如下特點(diǎn)：螺紋長(zhǎng)度雖短但與光桿段有臺(tái)階，可保證旋入彈壓卸料板后不易松動(dòng)；螺釘長(zhǎng)度是指光桿段長(zhǎng)度且有公差要求，便于保證彈壓卸料板工作平面與凹模面平行；螺釘材料為35號(hào)鋼且要求熱處理硬度為28～38HRC，以便保證螺釘有足夠的強(qiáng)度，能夠承受卸料過程中反復(fù)作用的拉應(yīng)力。
沖模上的緊固件包括連接螺釘和定位銷釘。受力較大的連接螺釘一般都采用內(nèi)六角螺釘，其特點(diǎn)是用35號(hào)鋼制造，并淬火達(dá)28～38HRC，因此可承受較大的拉應(yīng)力。受力不大的小螺釘可以采用普通圓柱頭螺釘，但一般不用半球頭螺釘或沉頭螺釘。前者一字槽容易擰環(huán)，后者裝配時(shí)不便調(diào)整。
定位銷釘采用普通圓柱銷，可以承受一定的切應(yīng)力。該模具中的標(biāo)準(zhǔn)件為：
螺釘????????????? ?GB/T 70—76
圓柱銷????????????GB/T 119—2000
擋料銷 JB/T 7649.9
模柄是連接上模和壓力機(jī)的零件，這里采用的具體規(guī)格是A60×96JB7646.3-94。由四個(gè)螺釘固定到上模座上。
11．模具結(jié)構(gòu)形式
該零件的生產(chǎn)批量不是很大，合理安排生產(chǎn)采用手工送料方式能夠達(dá)到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式；為了便于操作，提高生產(chǎn)率，采用彈性卸料方式，凸模與卸料板推下的出件方式。考慮零件厚度較后，模架類型及精度，采用對(duì)角導(dǎo)柱模架。
根據(jù)模具總裝圖的繪制原則，繪制的車門墊板沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)如圖5所示。采用順裝式級(jí)進(jìn)模，上模主要有凸模9、11、12固定板3橡皮14卸料板16等組成，下模主要有凹模18組成。
工作過程：將剪裁好的板料15送入模具中，由定位銷定位。沖壓時(shí)，上模降下，卸料板16先壓住板料15，上模繼續(xù)下降閉合，沖孔凸模11、12沖出孔，落料凸模9，沖出零件，廢料被凸模11、12推出，零件由凸模9推出；沖完后磨具開啟，上模上升，卸料板16把板料15從凸模9、11、12上卸下；繼續(xù)送進(jìn)板料進(jìn)行下一次沖壓。沖下的廢料和零件落在落料槽中，隔一段時(shí)間由工人用推桿從落料槽中推出。
1-導(dǎo)套 2-上模座 3-凸模固定板 4-墊板 5、21-圓柱銷
6、17-內(nèi)六角螺釘 7、10-螺釘 8-模柄 9-落料凸模
11-沖孔小凸模 12-沖孔大凸模 13-卸料螺釘 14-卸料橡皮
15-料板? 16-卸料板 18-凹模 19-下模座 20-定位銷 22-導(dǎo)柱
圖5 車門墊板沖孔、落料級(jí)進(jìn)模
12. 模具的裝配
（1）導(dǎo)柱導(dǎo)套的裝配
導(dǎo)柱導(dǎo)套和模座的配合都為過盈配合，一般都用壓力機(jī)將導(dǎo)柱導(dǎo)套分別壓入下模座和上模座。裝好后檢查導(dǎo)柱對(duì)下模座底平面，導(dǎo)套對(duì)上模座上平面的垂直度,其誤差應(yīng)在要求的范圍內(nèi)。
（2）凸模的裝配
凸模用固定板將其裝在模座上的，凸模與固定板是采用過渡配合，裝配時(shí)是在壓力機(jī)上將凸模壓入固定板的，檢查其垂直度后,將凸模尾部與凸模上平面一起磨平并將凸模端面磨平。凸模、固定板、墊板和上模座安裝在一起，用圓柱銷定位，螺栓固定。
（3）裝配下模
先將下模座和凹模疊加起來(lái)，然后用圓柱銷定位，最后用螺釘固定。
（4）裝配上模
把上模座、墊板、固定板、橡膠和卸料板按順序疊加起來(lái)，然后用圓柱銷定位，然后用卸料螺釘把卸料板、橡膠與上模座連接。然后再安裝模柄。
（5）試沖與調(diào)整
裝機(jī)試沖并根據(jù)試沖結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
13．小結(jié)
本文對(duì)車門墊板零件的沖壓模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)形式。主要論述了沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括確定模具的結(jié)構(gòu)型式，計(jì)算了模具閉合高度和壓力中心，凸、凹模間隙和刃口尺寸的確定，模具主要零件的選擇和設(shè)計(jì)，并對(duì)沖壓設(shè)備進(jìn)行了選取。其中著重闡述了凸、凹模的設(shè)計(jì)過程，最后繪制了模具的凸、凹模零件圖和車門墊板級(jí)進(jìn)模裝配圖（附圖）。
14．參考文獻(xiàn)
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[2] 曹立文主編．新編實(shí)用沖壓模具設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：人民郵電出版社 ，2007
[3]薛啟翔主編．冷沖壓實(shí)用技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[4]中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)組編．冷沖模設(shè)計(jì)及制造．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
[5]《沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)》組編．沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)．機(jī)械工業(yè)出版社，1988
[6]張海星編 . 冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì). 浙江大學(xué)出版社，2006