畢業(yè)設(shè)計（論文）“墊片”零件沖壓工藝及模具設(shè)計

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1、 JIU JIANG UNIVERSITY 課程設(shè)計 題 目 “墊片”零件沖壓工藝及模具設(shè)計 院 系 機械與材料工程學(xué)院 專 業(yè) 模具設(shè)計與制造 姓 名 XXX 年 級 XXX 指導(dǎo)教師 XX

2、X 2014年5月 目 錄 前 言………………………………………………………………………………1 第一章 概論 ……………………………………………………………………2 1.1 沖壓的概念和其加工特點……………………………………………………3 1.1.1 沖壓的概念……………………………………………………………………3 1.1.2 沖壓技術(shù)的加工特點…………………………………………………………3 1.2 沖壓技術(shù)和模具工業(yè)的重要地位……………………………

3、………………4 1.3 沖壓工序的分類………………………………………………………………5 1.4 沖壓模具技術(shù)的發(fā)展前景……………………………………………………5 第二章 沖裁件的工藝設(shè)計………………………………………………………6 2.1 沖裁件的工藝性分析…………………………………………………………6 2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性分析………………………………………………………………6 2.1.2 尺寸精度和粗糙度分析………………………………………………………7 2.1.3 沖裁件材料分析………………………………………………………………7 2.

4、1.4 生產(chǎn)批量分析…………………………………………………………………8 2.2 工藝方案的確定………………………………………………………………8 2.3 沖裁件的排樣與搭邊值的確定………………………………………………8 2.3.1 排樣方式的確定……………………………………………………………8 2.3.2 搭邊值與條料寬度的確定…………………………………………………9 2.3.3 材料利用率的計算…………………………………………………………11 2.4 沖裁力和壓力中心的計算……………………………………………………11 2.4.1 沖裁力的計算…………………

5、……………………………………………11 2.4.2 卸料力、推件力的計算………………………………………………………11 2.4.3 沖模壓力中心的確定………………………………………………………13 2.5 壓力機的選用…………………………………………………………………13 2.5.1 壓力機的分類………………………………………………………………13 2.5.2 壓力機類型的選擇…………………………………………………………13 第三章 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………14 3.1 沖模分類及其特點………………………………………………

6、……………14 3.1.1 沖裁模的分類………………………………………………………………14 3.1.2 沖裁模的特點分析…………………………………………………………14 3.2 沖裁模具的選擇………………………………………………………………15 3.3 沖模零部件分類及功能………………………………………………………15 3.4 凸、凹模刃口尺寸的計算……………………………………………………16 3.4.1 凸、凹模刃口尺寸計算的依據(jù)和計算原則…………………………………17 3.4.2 凸、凹模刃口尺寸的計算方法………………………………………………18 3

7、.5 沖模主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………21 3.5.1 工作零件……………………………………………………………………21 3.5.2 定位零件……………………………………………………………………24 3.5.3 卸料、推件零件………………………………………………………………25 3.5.4 模架及其零件………………………………………………………………25 3.5.5 其他支撐零件………………………………………………………………26 3.5.6 彈性元件（橡膠）的選用與計算……………………………………………26 結(jié)束語……

8、…………………………………………………………………………27 參考文獻……………………………………………………………………………29 謝辭…………………………………………………………………………………29 5/15/2014編 1 前言 冷沖壓工藝應(yīng)用范圍十分廣泛，具有效率高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、材料利用 率高、 操作簡易、適合批量生產(chǎn)及實現(xiàn)制造自動化；在國民經(jīng)濟的各個部門中， 幾乎都有沖壓加工產(chǎn)品。本設(shè)計主要對沖孔、落料的沖

9、壓工藝分析、數(shù)據(jù)的計算 及根據(jù)工件選取沖壓的L方法并進行對凸、凹模及其他輔助零件的設(shè)計，主要 是進行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等 工藝計算，力爭以最好的性價比設(shè)計了模具各零件的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，在此基礎(chǔ) 上確定模具的外形，完成了裝配圖和非標準的零件圖。最后確定壓力機類型及主 要參數(shù)。在設(shè)計過程中主要注重于設(shè)計的方法與需要注意的事項。 2 第一章 概論 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使 其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所

10、需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加 工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行變形加工，且主要采用板料來加工成所 需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方 法之一，隸屬于材料成型工程。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬） 批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模， 批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓 工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才 能得出沖壓件。與機械加工及塑件加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方 面還是

11、經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下。 (1)沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化和自動化。 (2)沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不壓件的表面 質(zhì)量，而模具的壽命一般較長，所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，具有“一模一 樣”的特征。 (3)沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表， 大到汽車縱梁、覆蓋件等，加工沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強度和剛 度均較高。 (4)沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需要其它加熱設(shè)備， 因為是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。 由于沖壓加工的零件種類繁

12、多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相 同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是各種各樣的。概括起來，可分為分離工 序和成形工序兩大類：分離工序是指將坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形 狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖壓件）的工序；成形工序是指使坯料在不破 壞的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉伸和成形四種 基本工序，每種基本工序還包括有多種單一工序。 3 在實際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若 用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多

13、采用集中 的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方 法不同。 復(fù)合沖壓—在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一個工位上同時完成兩 種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 級進沖壓—在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不 同工位上完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復(fù)合-級進—在一副沖模上包括復(fù)合和級進兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉伸模和 成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進模等。但不論何種 類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，

14、上模被固定在壓力機工作臺 或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓 力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生 分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與 出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循 環(huán)。 1.1 沖壓的概念和其加工特點 1.1.1 沖壓的概念 靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形 或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的成形加工方法。 1.1.2 沖壓技術(shù)的加工特點： 沖壓件與鑄件、鍛件

15、相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方 法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件。以提高其剛性。由于采用精 密模具，工件精度可達微米級，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔窩、凸 臺等。冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度 和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。 4 沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力 機（單工位或多工位的）上完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到 成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘 可生產(chǎn)數(shù)百件。 與機械加工

16、及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù) 方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下： (1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化。這是 因為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機的行程次數(shù)為每分鐘可 達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可 能得到一個沖件。 （2） 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓 件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模 一樣”的特征。 （3） 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表， 大到

17、汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強度和剛 度均較高。 （4） 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備， 因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。 由于沖壓具有如此優(yōu)越性，沖壓加工在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣 泛。例如，在宇航，航空，軍工，機械，農(nóng)機，電子，信息，鐵道，郵電，交通， 化工，醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產(chǎn)業(yè)界都用 到它，而且每個人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機，火車，汽車，拖拉機上 就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加 工出來的。據(jù)有關(guān)調(diào)

18、查統(tǒng)計，自行車，縫紉機，手表里有80%是沖壓件；電視機， 收錄機，攝像機里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及 不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖 壓件。 1.2 沖壓技術(shù)和模具工業(yè)的重要地位 5 沖壓模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。沖壓模 具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。沖壓模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質(zhì) 量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用沖壓模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠 大量生產(chǎn)的廉價的軋制鋼板或鋼帶為坯料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率 高、質(zhì)量好、重量。

19、輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，是其他加工 方法所不能比擬的。使用模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。 現(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。目 前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般 壓力機加工，一臺普通壓力機設(shè)備每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機 的生產(chǎn)率已達到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計，飛機、汽車、拖拉機、 電機、電器、儀器、儀表等產(chǎn)品，有60％左右的零件是用模具加工出來的；而 自行車、手表、洗衣機、電冰箱及電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品，有90％左右的零件是用 模具加工出來的；至于日用

20、五金、餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來 進行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要 地位逐漸為人們所共識。 1.3 沖壓工序的分類 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱 沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量 要求（表1）。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成 所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。 沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 1.4 沖壓模具技術(shù)的發(fā)展前景 在國家產(chǎn)

21、業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計 與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù) 已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍 有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模 6 方面，無論在設(shè)計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具， 具有設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。 雖然在設(shè)計制造方法和手段方面基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與 國外相比還存在一定的差距。 標志沖模技術(shù)先進

22、水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精 密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基 本達到國際水平。 但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功 能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備 的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越 多。NC、DNC技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進行傾角加工超精加工。這些都提 高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模具表面強化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲

23、 氮技術(shù)越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖 壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨 成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。 第二章 沖裁件的工藝設(shè)計 2.1 沖裁件的工藝性分析 2.1.1 結(jié)構(gòu)工藝性分析 7 名稱：墊片 批量：大批量 材料：10號鋼 厚度：0.5mm 該零件的外形規(guī)則結(jié)構(gòu)對稱，適用于普通沖壓加工，材料為10號鋼，厚度 t=0.5mm，零件無特殊要要求，按IT=14級選取。 2.1.2 尺寸精度和粗糙度分

24、析 其公差查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》P18頁得到如下圖： 由于t=0.5mm，所以近似粗糙度為6.3微米。 2.1.3 沖裁件材料分析 材料為10號鋼，厚度t=0.5mm，零件無特殊要要求，按IT=14級選取。 8 2.1.4 生產(chǎn)批量分析 該零件的外形規(guī)則結(jié)構(gòu)對稱，適用于普通沖壓加工，零件無特殊要要求，適 合大批量生產(chǎn)。 2.2 工藝方案的確定 該工件包括落料沖孔兩個基本工序，可有以下幾種方案： 方案一：先落料后沖孔，采用單工序模生產(chǎn)。 方案二：先沖孔后落料，采用級進模生產(chǎn)。 方案三：沖孔落料同時進行

25、，采用復(fù)合膜生產(chǎn) 各方案的特點比較如下： 方案一：結(jié)構(gòu)簡單制造方便，但需要兩道工序，兩幅模具，成本相對較高， 生產(chǎn)效率低，在第一道工序完成后進入第二道工序，必然會增加誤差，使工件精 度降低，達不到要求，故不選用。 方案二：級進模能滿足生產(chǎn)效率高的要求，但其難以保證內(nèi)部的相對精度， 故不選用。 方案三：復(fù)合膜適用于生產(chǎn)效率高，精度高，結(jié)構(gòu)形狀簡單的工件，其最窄 的距離為4，而工件厚度為t=0.5mm，能滿足a1.5t的要求。故選用此方案。 2.3 沖裁件的排樣與搭邊值的確定 2.3.1 排樣方式的確定 可采用以下兩種排樣方式 方案一：少廢料排

26、樣 方案二：無廢料排樣 9 由于該工件結(jié)構(gòu)比較簡單，無論采用一方案還是二方案都能滿足要求。相比 而言少廢料排樣材料利用率低，但無廢料排樣會加快模具的磨損，使模具壽命減 少，并直接影響工件的斷面質(zhì)量，所以采用少廢排樣即一方案。 2.3.2 搭邊值與條料寬度的確定 查沖壓模具與制造表搭邊值如下： 根據(jù)制件的厚度和排樣方法得到如下： 搭邊值工件間 mma21= ，沿邊mma2.1= 橫排 10 縱排 2 條料寬度的確定 采

27、用有側(cè)壓裝置，條料寬度公差查下表： 條料寬度偏差D（單位mm） 條 料寬度b 材料厚度 t ～ 1 1 ～2 2 ～3 3 ～5 ～50 50～ 100 100 ～150 150 ～220 220 ～300 -0. 4 -0. 5 -0. 6 -0. 7 -0. 8 -0. 5 -0. 6 -0. 7 -0. 8 -0. 9 -0. 7 -0. 8 -0. 9 -1. 0 -1. 1 -0 .9 -1 .0 -1 .

28、1 -1 .2 -1 .3 條料寬度： 11 mmaDB05.005.00max046)0.2242()2(--D-D-=+=+= 2.3.3 材料利用率的計算 條料的步距： mmaDs2.432.142=+=+= 一個步距內(nèi)材料利用率h為： %5.95%100==ABSh 2.4 沖裁力和壓力中心的計算 2.4.1 沖裁力的計算 通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設(shè)計模具的重要依 據(jù)之一。 平刃口沖裁模的沖裁力F一般按下式計算： bKLtFt= 式中 F——沖裁力

29、（N） L——沖裁周邊長度（mm） t——材料厚度（mm） b t ——材料抗剪強度（MPa）查表的 Mpab340260-=t K——系數(shù) 系數(shù)K是考慮到實際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、 板料力學(xué)性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數(shù)，一般取K=1.3 N8.348733405.0304623.1KLt=+==D）（落ptF 2.4.2 卸料力、推件力的計算 xF、 TF、DF——卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見下表 料 厚 K卸 K推 K頂 12 表2-8 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)注：卸料力系數(shù)K卸在沖

30、多孔、 大搭邊和輪廓復(fù)雜說取上限值。 卸料力 FKFxx= 推件力 FnKFTT= 頂件力 FKFDD= 式中 F——沖裁力（N）； n——同時梗塞在凹模內(nèi)的工件（或廢料）數(shù)；n=h/t h——凹模洞口的直壁高度（mm）; t——材料厚度（mm）； 卸料力 NFKFxx059.19188.34873055.0=== 推件力 1/==thn NFnKFTT0494.21978.34873063.01=== 頂件力 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)，總的沖壓力為 N428124.41778

31、FFTKFFFDx=+++=落 鋼 0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁、鋁合金、純銅、黃 銅 0.025~0.08 0.02~0.06 0.3~0.07 0.03~0.09 13 2.4.3 沖模壓力中心的確定

32、 模具壓力中心是諸沖壓合力作用點的位置，為了確保壓力機和模具正常工 作，應(yīng)使沖模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(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降 低了模具和壓力機的使用壽命。 模具的壓力中心，可按以下原則來確定 (1)對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁的幾何中心。 (2)工件形狀相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 (3)各分力對某坐標軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出 合力作用點的坐標位置0,0（x=0，y=0），即為所求模具的壓力中心。 n

33、nn LLL XLXLXLX +++ +++= 21 22110 n nn LLL XLXLXLY +++ +++= 21 22110 由于該零件是一個矩形圖形，屬于對稱中心零件，所以該零件的壓力中心在 圖形的幾何中心O處。如圖 2.5 壓力機的選用 2.5.1 壓力機的分類 常用壓力機有開式雙柱可傾壓力機、閉式單點壓力機、單柱固定臺壓力機、 開式雙柱固定臺壓力機等。 2.5.2 壓力機類型的選擇 14 壓力機公稱壓力的確定：對于沖裁工序，壓力機的公稱壓力應(yīng)大于或等于

34、沖 裁時總壓力的1.1-1.3倍，即 KNFP55~47)3.11.1(=- 根據(jù)冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)書p210頁初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機 J23-6.3。 第三章 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 沖模分類及其特點 3.1.1 沖裁模的分類 沖裁模是沖裁工序所用的模具。沖裁模的結(jié)構(gòu)型式很多，為研究方便，對沖 1．按工序性質(zhì)可分為落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模 2 3．按上、下模的導(dǎo)向方式可分為無導(dǎo)向的開式模和有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)柱 模、導(dǎo)筒模等。 4．按凸、凹模的材料可分為硬質(zhì)合金沖模

35、、鋼皮沖模、鋅基合金沖模、聚 5．按凸、凹模的結(jié)構(gòu)和布置方法可分為整體模和鑲拼模，正裝模和倒裝模。 6．按自動化程度可分為手工操作模、半自動模、自動模。 3.1.2 沖裁模的特點分析 模具沖裁模是將材料(原材料或半成品)分離成制件(沖壓件)。 主要特點有： 1)凸模、凹模刃口鋒利，并有足夠的強度和硬度。 2)凸模、凹模刃口之間的間隙，是影響制件(沖壓件)要工藝參數(shù)。 3)凡是對原材料進行沖裁的模具(例如落料模)，都存在一個怎樣提高原材料 利用率的問題，因此要認真仔細地進行排樣．并選取合理的搭邊值。 15 4)在沖裁過程中．沖裁力對

36、模具和壓力機是一種沖擊載荷，它不僅影響工作 環(huán)境(振動、噪聲)，而且對模具和壓力機會產(chǎn)生不良影響．在選用設(shè)備和設(shè)計模 具時應(yīng)充分注意。 5)沖裁模將原材料(或半成品)分離成制件和廢料兩部分，因此操作上存在放 取工件和排除廢料是否方便和安全等問題，要特別注意。 3.2 沖裁模具的選擇 大批量生產(chǎn)時，一般選用級進?；驈?fù)合模。由于復(fù)合膜適用于生產(chǎn)效率高， 精度高，結(jié)構(gòu)形狀簡單的工件，其最窄的距離為4，而工件厚度為t=0.5mm，能 滿足a1.5t的要求，故采用復(fù)合模。 3.3 沖模零部件分類及功能 一般來說，沖模都是由固定部分和活動部分組成，固定部分用壓板、螺

37、栓緊 固在壓力機的工作臺上；活動部分固定在壓力機的滑塊上。通常緊固部分為下模， 活動部分為上模。上模隨著滑塊作上下往復(fù)運動，從而進行沖壓工作。 任何一 副沖模都是由各種不同的零件組成，也可以由幾十個甚至由上百個零件作成。但 無論它們的復(fù)雜程度如何，沖模上的零件都可以根據(jù)其作用分為五種類型。 1． 工作零件 工作零件是直接使被加工材料變形、分離，從而加工成工件，如凸模、凹模、 凸凹模等。 2． 定位零件 定位零件的作用是控制條料的送進方向和送進距離，確保條料在沖模中的正 確位置。定位零件有當(dāng)料銷、導(dǎo)正銷、導(dǎo)尺、定位銷、定位板、側(cè)壓板和側(cè)刃等。 3．

38、壓料、卸料和頂料零件 壓料、卸料與頂料零件包括沖裁模的卸料板、頂出器、廢料切刀、拉深模中 的壓邊圈等。這類零件的作用是保證在沖壓完畢后，將工件或廢料從模具中排出， 以使下次沖壓順利進行。而拉深模中的壓邊圈主要作用是防止板料毛坯發(fā)生失穩(wěn) 起皺。 4． 導(dǎo)向零件 16 導(dǎo)向零件的作用是保證上模對下模相對運動精確導(dǎo)向，使凸模和凹模之間保 持均勻的間隙，提高沖壓件的品質(zhì)。如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)筒即屬于這類零件。 5． 固定零件 固定零件包括上模板、下模板、模柄、凸模和凹模的固定板、墊板、限位器、 彈性元件、螺釘、銷釘?shù)?。這類零件的作用是使上述四類零件

39、連接和固定在一起， 構(gòu)成整體，保證各零件的相互位置，并使沖模能安裝在壓力機上。 3.4 凸、凹模刃口尺寸的計算 落料 如圖a為工件圖，圖b為沖裁該工件所用落料凹模刃口的輪廓圖，圖 中虛線表示凹模刃口磨損后尺寸的變化情況 落料時應(yīng)以凹模為基準件來配作凸模。從圖b中可以看出，凹模磨損后刃口 尺寸有變大、變小和不變?nèi)N情況： 1)凹模磨損后變大的尺寸（圖中A1和A2），按一般落料凹模尺寸公式計算， 系數(shù)x課本44頁表3-5得0.5代入公式得： 15.0 000max169.41)62.05.042()( 462.04+++=-=D-=DxA

40、A 10.0 000max278.11)43.05.012()( 443.04+++=-=D-=DxAA 2) 凹模磨損后變小的尺寸（圖中B1和B2），按一般沖孔凸模尺寸公式計算， 因它在凹模上相當(dāng)于沖孔凸模尺寸，系數(shù)x都為0.5，即： 17 0 15.0 0 09.0 0 min72.8)18.064.8()(41---=+=D+=DxBB 0 15.0 0 15.0 0 min69.29)31.038.29()(42---=+=D+=DxBB 3)凹模磨損后無變化的尺寸（圖中C），即： 04.082.5)18.064.5

41、()(836.082min=+=+=DDCC 凹模刃口尺寸按凸模實際尺寸配置，保證雙面間隙值為maxmin ZZ- 。 3.4.1 凸、凹模刃口尺寸計算的依據(jù)和計算原則 沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小， 凹模輪廓越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大。因此，確定凸、凹模刃口尺寸應(yīng)區(qū)分 落料和沖孔工序，并遵循如下原則： １．設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準，間隙取在凸模上， 即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以 凸模為基準，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取

42、得。 ２．根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設(shè)計落料模時，凹?；境叽鐟?yīng) 取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸?；境叽鐒t取接近或等 于工件孔的最大極限尺寸。這樣，凸、凹在磨損到一定程度時，仍能沖出合格的 零件。 模具磨損預(yù)留量與工件制造精度有關(guān)。用x、Δ表示，其中Δ為工件的公 差值，x為磨損系數(shù)， 其值在0.５～１之間，根據(jù)工件制造精度進行選?。? 工件精度IT10以上 X=1 工件精度IT11～IT13 X=0.75 工件精度IT14 X=0.5

43、 ３．不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（Zmin）。 ４．選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要 保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高 2～4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按ＩＴ６～ＩＴ７ 18 級來選取；對于形狀復(fù)雜的刃口制造偏差可按工件相應(yīng)部位公差值的1/4來選取； 對于刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差值可取工件相應(yīng)部位公差值的1/8并冠以 （）。 ５．工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按“入體”原則標 注為單向公差，所謂

44、“入體”原則是指標注工件尺寸公差時應(yīng)向材料實體方向單向 標注。但對于磨損后無變化的尺寸，一般標注雙向偏差。 3.4.2 凸、凹模刃口尺寸的計算方法 由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩類。 1．按凸模與凹模圖樣分別加工法 這種方法主要適用于圓形或簡單規(guī)則形狀的工件，因沖裁此類工件的凸、 凹模制造相對簡單，精度容易保證，所以采用分別加工，設(shè)計時，需在圖紙上分 別標注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。 沖模刃口與工件尺寸及公差分布情況如圖2.4.1所示。其計算公式如下： 圖2.4.1 沖模刃口與工件尺寸及公差

45、分布 (1）落料 設(shè)工件的尺寸為D-Δ ，根據(jù)計算原則，落料時以凹模為設(shè)計基準。首先確 19 定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸；將凹模尺 寸減小最小合理間隙值即得到凸模尺寸。 (2）沖孔 設(shè)沖孔尺寸為d+Δ ，根據(jù)計算原則，沖孔時以凸模為設(shè)計基準。首先確定 凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸；將凸模尺寸增 大最小合理間隙值即得到凸模尺寸。 (3）孔心距 孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸。 在同一工步中，在工件上沖出孔距為 L 兩個孔時，

46、，其凹模型孔中心距 可按下式確定。 20 足以下條件 由上可 見，凸、凹模分別加工法的優(yōu)點是，凸、凹模具有互換性，制造周期短，便于成 批制造。其缺點是，為了保證初始間隙在合理范圍內(nèi)，需要采用較小的凸、凹模 具制造公差才能滿足 + ≤ 的要求，所以模具制造成本相對較高。 2．凸模與凹模配作法 采用凸、凹模分開加工法時，為了保證凸、凹模間一定的間隙值，必 須嚴格限制沖模制造公差，因此，造成沖模制造困難。對于沖制薄材料（因Zmax 與Zmin的差值很小）的沖模，或沖制復(fù)雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模， 常常采用凸模與

47、凹模配作的加工方法。 配作法就是先按設(shè)計尺寸制出一個基準件（凸?；虬寄＃缓蟾鶕?jù)基準件 的實際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點是模具的間隙由 配制保證，工藝比較簡單，不必校核 + ≤ 的條件，并且還可放大基準件的制造 公差，使制造容易。設(shè)計時，基準件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細標注，而配作 件上只標注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸） 模實際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin”。 采用配作法，計算凸?；虬寄Ｈ锌诔叽?，首先是根據(jù)凸模或凹模磨損后輪 廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨

48、損過程中是變大，變小還是不變 21 這三種情況，然后分別按不同的公式計算。 (1）凸?；虬寄Ｄp后會增大的尺寸——第一類尺寸A 落料凹?；驔_孔凸模磨損后將會增大的尺寸，相當(dāng)于簡單形狀的落料凹模 尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.1）相同 第一類尺 寸： (2）凸 ?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸——第二類尺寸B 沖孔凸模或落料凹模磨損后將會減小的尺寸，相當(dāng)于簡單形狀的沖孔凸模尺寸， 所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.3）相同。 第二類尺寸： (3）凸?；虬寄? 磨損后會基本不

49、變的尺寸——第三類尺寸C 凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸，不必考慮磨損的影響，相當(dāng)于簡單 形狀的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.5）計 算。 第三類尺寸： 3.5 沖模主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.5.1 工作零件 落料凹模板尺寸 22 凹模厚度：ksH= （其計算結(jié)果大于或等于15mm）其中b——沖壓件 最大外形尺寸： k——系數(shù)，考慮板材厚度的影響，其值可查表3—15. mmksH8.164.042=== 考慮到推件塊的安裝空間和運動空間，凹模的實際厚度應(yīng)增加取

50、mmH20= 凹模壁厚： Hc)2~5.1(= （其計算結(jié)果大于或等于30~40mm） mmHc)6.33~2.25()2~5.1(== 實際取C=30mm 凹模長度： mmCsL)162~117()120~75(42)4~5.2(1=+=+= 取mmL150= 凹模寬度： mmCsB)162~117()120~75(42)4~5.2(1=+=+= 取B=150mm 所以，凹模輪廓尺寸為 mmmmmm20150150，為了保證螺 孔間、螺孔與銷釘孔之間的強度和模具的壽命，一般開的孔與孔之間的距離、銷 孔與螺紋孔之間的距離不應(yīng)小于5mm

51、，螺紋孔與凹模刃口間的距離取大于兩倍 孔徑值。 凹模結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 23 凸凹模的設(shè)計 凸凹模的內(nèi)、外緣均為刃口，內(nèi)、外緣之間的壁厚取決于沖裁件的尺寸，為 保證凸凹模的強度，凸凹模應(yīng)有一定的壁厚。 凸凹模總長L： mmhhhL71183122321=++=++= 其中1h為凸凹模固定板厚度，2h為橡膠安裝高度，3h為彈性卸料板厚度。 其結(jié)構(gòu)如圖所示: 24 ` 沖孔凸模的設(shè)計 因為凸摸為內(nèi)孔凸模，選用直通式凸模，與凸模固定板采用H7/m6配合。 凸模材料應(yīng)選Cr12，熱處理58~62HRC。凸模的長度

52、根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)確定， 長度根據(jù)磨損量及固定板、凹模的厚度等來決定的即： mmhhhL75202530321=++=++= 其中1h為凸模固定板厚度，2h為沖孔凸模固定板, 3h為落料凸模。 其結(jié)構(gòu)如圖所示： 3.5.2 定位零件 定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相對凸、凹模有正確的位置。 25 定位零件:定位零件是指保證條料或毛坯在模具中的位置正確的零件。包括導(dǎo)料 板（或?qū)Я箱N）、擋料

53、銷等。導(dǎo)料板對條料送進起導(dǎo)向作用，擋料銷限制條料送 進的位置。國家標準規(guī)定的固定擋料銷。 3.5.3 卸料、推件零件 卸料裝置一般是彈性的,其基本零件是卸料板、卸料螺釘和彈性元件（彈簧 或橡膠）組成，彈性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸，厚度取凹 模厚度的0.6～0.8倍。卸料螺釘一般采用標準的階梯形螺釘，其數(shù)量按卸料板形 狀與大小確定，卸料板為圓形時常用3～4個，為矩形時一般用4～6個。卸料螺 釘?shù)闹睆酱笮】蛇x 8～12mm，各卸料螺釘?shù)拈L度應(yīng)一致，以保證卸料板水平和 均勻卸料。彈性卸料裝置依靠彈簧或橡皮的彈力來卸料，卸較力不太大，但沖壓 時可兼起壓料的

54、作用。 3.5.4 模架及其零件 1、上下模座 模座分帶導(dǎo)柱和不帶導(dǎo)柱兩種，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)要求確定是否帶導(dǎo)柱的 模座。 本模具采用中間導(dǎo)柱、導(dǎo)套來保證模具上、下模的精確導(dǎo)向?；瑒訉?dǎo)柱、導(dǎo) 套都是圓柱形的，其加工方便，可采用車床加工，裝配容易。導(dǎo)柱的長度應(yīng)保證 上模座最底位置時（閉合狀態(tài)），導(dǎo)柱上端面與上模座頂面的距離17mm。而下 模座底面與導(dǎo)柱底面的距離為4mm。導(dǎo)柱的下部與下模座導(dǎo)柱孔采用H7/r6的 過盈配合,導(dǎo)套的外徑與上模座導(dǎo)套孔采用H7/r6的過盈配合。導(dǎo)套的長度，需要 保證沖壓時導(dǎo)柱一定要進入導(dǎo)套10mm以上。導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間采用H5/h5的間隙

55、配合，導(dǎo)柱與導(dǎo)套均采用T10A材料，熱處理硬度滲碳淬硬55~60HRC。 導(dǎo)柱的直徑、長度分別為： 導(dǎo)柱：d/mmL/mm分別為φ35230； 導(dǎo)套：d/mmL/mmDmm分別為φ3512548, 模座的的尺寸L/mmB/mm為315mm200mm。模座的厚度應(yīng)為凹模厚度的 1.5~2倍上模座的厚度為35，上墊板厚度取12，凸模固定板厚度取18，凸凹模 固定板取22mm,卸料板取18mm,下模座的厚度為35mm。 2、模柄 26 本模具采用帶臺階的壓入式模柄。查表2——35得到模柄尺寸如下 mmd30=mmH73=、mmh25=mmd112=

56、 3.5.5其他支撐零件 根據(jù)倒裝模形式特點：凹模板尺寸并查標準JB/T-6743.1-94，確定其他模具 模板尺寸列于下表中： 根據(jù)模具零件結(jié)構(gòu)尺寸，差表GB/T2855.5-90選取后側(cè)導(dǎo)柱125125標準 架一副。 3.5.6 彈性元件（橡膠）的選用與計算 （1）橡膠的形狀及數(shù)量 由于橡膠允許承受的載荷較大，安裝靈活方便，因而是沖裁模中常見的彈性 元件。假設(shè)數(shù)量為n=1 （2）確定橡膠的自由高度0H 工）（HH4~5.30= mmth5.40.531hh21=++=++=工作 其中：工作h卸料板工作行程

57、1h為凸凹模凹進卸料板的深度，取1mm 2h為凸凹模沖載后進入凹模的深度3mm t為材料厚度0.5mm mm10mm)5.55.4()10~5(5.4=+=+=+=修工作工hhH 其中：工H橡膠工作行程 序號 名稱 長寬高（mm） 材料 數(shù)量 1 上墊板 12512515 T8A 1 2 凸模固定板 12512514 45鋼 1 3 卸料板 12512510 45鋼 1 4 凸凹模固定板 12512514 45鋼 1 5 下墊板 1251256 T8A 1 27 修h為凸凹模修磨量，取5.

58、5mm 綜合上述，mm355.30==工HH （3）確定橡膠的預(yù)壓縮量預(yù)H 0H15%~%10）（預(yù)=H mm43511.0%150===HH預(yù) (4)橡膠的裝模高度約為： mm314-35-0===預(yù)安HHH 總裝配圖 28 結(jié)束語 在大學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，課程設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)。是我們步入社會與實際 工作的一次極好的演示，我十分有幸把課程設(shè)計和實際工作有機的結(jié)合起來。 經(jīng)過一學(xué)期對模具整體結(jié)構(gòu)和細節(jié)的學(xué)習(xí)與了解，為了更進一步的了解模具 制造和加工，利用所學(xué)模具知識設(shè)計一套簡

59、單的墊片沖孔落料復(fù)合模具，來鞏固 所學(xué)模具知識。 此次的課程設(shè)計是我們從大學(xué)畢業(yè)走向未來工作的重要一步，從最初的計 算、繪圖直到完成設(shè)計，期間查找資料、老師們的指導(dǎo)與同學(xué)的交流，每一個過 程都是對自己能力的一次檢驗和充實。不但是我更進一步理解和懂得了解以前學(xué) 到的知識而且還把以前課本上學(xué)到的知識連接在一起。系統(tǒng)的掌握了產(chǎn)品零件的 成型工藝分析，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法和步驟，非標準零件的設(shè)計基本方法。 使我更進一步地學(xué)習(xí)和鞏固了綜合應(yīng)用、模具課程設(shè)計以及相關(guān)的理論基礎(chǔ)和專 業(yè)知識。 此次課程設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，課程設(shè) 計收獲很多，提高自己的

60、繪圖能力。學(xué)會了正確運用技術(shù)標準和資料，培養(yǎng)了認 真負責(zé)、踏實細致的工作作風(fēng)和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，強化了質(zhì)量意識和時間觀念， 形成了從業(yè)的基本職業(yè)素質(zhì)。但是課程設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之 處，比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解。 29 參考文獻 1. 《沖壓工藝及模具設(shè)計》 徐新成主編 ——機械工業(yè)出版社 2011 2. 《冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)》 王芳主編 ——機械工業(yè)出版社 2011 3. 《沖壓模具設(shè)計手冊》 王孝培主編 ——機械工業(yè)出版社 2009 謝辭 這次實踐是自己大學(xué)所學(xué)的一次大的檢閱，使我明白自己知識還很淺薄。雖 然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)在工作中學(xué)習(xí)，努力使 自己成為一個對社會有所貢獻的人。