機腳的沖孔落料復合模具設計【沖壓模具】

機腳的沖孔落料復合模設計摘要本文分析了機腳的成形工藝特點，其中包括了利用對工件的工藝分析、沖裁力的計算、模具設計的難點，確定復合模的排樣方案和模具總體結(jié)構(gòu)。該倒裝式復合模有落料沖孔一個工位，詳細介紹了凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料裝置等零部件的設計和制造，以及壓力機的選擇。關鍵詞：凸模 凹模 凸凹模 倒裝式復合模 前言任何事物都有一個從出生到成熟的成長過程。一個全面的畢業(yè)設計是一個合格大學生對大學學習生活的總結(jié)和靈活運用。它是結(jié)合自身能力在單位實實習之后的情況下，把理論和實際相結(jié)合的一次飛躍。所以說它不僅僅是一份畢業(yè)答卷，同時還是對知識的系統(tǒng)、深入的認識和學習過程。它不僅表現(xiàn)從事實際工作時的基本能力和基本技能，更重要的是如何把理論應用在實際工作當中。復合模：只有一個工位，在壓力機的一次行程中能完成兩道或兩道以上的沖壓工藝。復合模廣泛應用于大批量生產(chǎn)，尤其適合于制造形狀復雜，對精度和表面質(zhì)量要求較高的零件。而復合模按照安裝位置不同，復合模有正裝式和倒裝式兩種。從兩種復合模的結(jié)構(gòu)分析中可以看出，兩者都有優(yōu)缺點。正裝式復合模適用于沖裁材質(zhì)較軟或板料較薄的、平直度要求較高的沖裁件。而倒裝式復合模不宜沖裁孔邊距離較小的沖裁件，但它結(jié)構(gòu)簡單，又可以直接利用壓力機的打桿裝置進行推件，卸料可靠，便于操作。而本次畢業(yè)設計的零件結(jié)構(gòu)簡單，沖裁孔邊距離不是較小的沖裁件，所以我將設計一副倒裝復合沖壓模，因為倒裝模具有許多的優(yōu)點，比如說：制件精度高，由于是在沖床的一次行程內(nèi)，完成數(shù)道沖壓工序。因而不存在累積定位誤差。使沖出的制件內(nèi)外形相對位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。生產(chǎn)效率高,模具結(jié)構(gòu)緊湊，面積較小。采用打料桿將工件或廢料從凹?？字写蛳拢蚨ぜ驈U料不在凹?？變?nèi)積聚，可減少工件可廢料對孔的漲力。從而可減少凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸縮小，節(jié)約模具材料。由于實踐經(jīng)驗的欠缺和知識的極限性，該模具的實際工作情況及可用性還有待于實踐的檢驗。 目錄1 產(chǎn)品的分析 .62 沖裁工藝的確定 .62.1 工藝方案的確定 .62.2 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 .73 排樣及工藝的計算 .83.1 排樣的設計 .84 沖壓力的計算 .94.1 沖裁力 .94.2 頂件力 .104.3 卸料力 .104.4 總壓力的計算及壓力機的選擇 .104.5 壓力中心的確定 .115 凸模、凹模尺寸的計算 .115.1 凸模、凹?；境叽绲挠嬎?.116 工件零件的結(jié)構(gòu)設計 .146.1 凹模外形尺寸 .146.2 凸凹模固定板的厚度 .146.3 凸模的尺寸 .156.4 卸料彈簧的設計 .156.5 凸凹模的計算 .166.6 卸料部件的設計 .167 模架及其他零部件的選用 .177.1 模架的選用 .177.2 導柱導套的選用 .177.3 模柄的選擇 .187.4 螺釘?shù)倪x擇 .187.5 定位零件的設計 .187.6 推件裝置 .198 模具的總裝備圖 .20總結(jié)參考文獻致謝第 0 頁 共 23 頁1 產(chǎn)品的分析上圖為機腳，其外表面粗糙度要求光滑，要求壁厚 2mm，表面不得有皺折、裂紋、銹蝕等缺陷，最大毛刺 0.15，未注尺寸公差按±0.25，未注角度公差按±0.5 °。（1）材料：10 號鋼的特點：塑性、韌性很好，易冷熱加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好，焊接性能優(yōu)良，無回火脆性，淬透性和淬硬性較差。制造要求受力不大、韌性高的零件，可用作冷軋、冷沖、冷彎等工藝成形。（2）該沖壓件為機架類零件，為大批量生產(chǎn)，外形尺寸較大，內(nèi)側(cè)有 4 個通孔。3 個直徑為 20 的孔，一個直徑為 76 的孔。三個角各倒了半徑為 15 的圓弧。（3）由上圖可知，要生產(chǎn)出該零件要落料，沖孔兩道工序來完成。第 1 頁 共 23 頁2 沖裁工藝的確定2.1 工藝方案的確定該工件包括沖孔落料兩個基本工序可以有以下三種方案方案一 先落料后沖孔 需要兩套模具采用單工序模生產(chǎn)方案二 沖孔落料復合沖壓采用復合模生產(chǎn)需要一套模具方案三 沖孔落料級進模生產(chǎn)需要一套模具三種方案的比較見下表模具種類比較項目單工序模 復合模 連續(xù)模沖件精度 較低 高 一般生產(chǎn) 較低 較高 高生產(chǎn)批量 適合大中小批量 適合大批量 適合大批量模具復雜程度 較易 較復雜 復雜模具成本 較低 較高 高模具制作精度 較低 較高 高模具制造周期 較快 較長 長模具外形尺寸 較小 中等 較大沖壓設備能力 較小 中等 較大工作條件 一般 較好 好由于這樣一個工件按單工序模具來加工則需兩個工序即需要兩套模具兩臺設備模具，制造費用大，生產(chǎn)效率低，而且不容易保證尺寸精度，操作不方便，也不夠安全，所以方案一不合理。若采用級進模具來加工則模具制造難度加大，工件的尺寸也不容易保證，生產(chǎn)效率也不高，所以方案三也不合理。而采用復合模來加工則需要一套模具設備，成本不是很高，制造難度也不大，容易保證尺寸的精度，操作也方便，安全性好，生產(chǎn)效率高，所以綜合考慮對以上三種模具特點的比較后，方案二比較合理，所以采用方案二的復合模來加工。第 2 頁 共 23 頁2.2 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇確定沖壓工藝方案后，應通過分析比較，選擇合理的模具結(jié)構(gòu)形式。使其滿足以要求：（1）能夠沖出符合技術要求的工件；（2）能提高生產(chǎn)效率；（3）模具制造和維修方便。3 排樣及工藝的計算3.1 排樣的設計零件外形為三角形，可以采用直排、直對排或斜對排；考慮到零件為大批生產(chǎn)，如果采用直排或斜對排，則模具尺寸和結(jié)構(gòu)就會相應增大，從而增加模具生產(chǎn)成本，所以本設計決定采用直對排結(jié)構(gòu)。如圖所示查模具設計與制造表 1-8 確定搭邊值：兩工件間的搭邊: =1.8mm；工件側(cè)1a邊的搭邊=2.0mm。步距的計算公式為 （1-3）1aDA式中 D平行于送料方向的沖裁力寬度；沖裁件之間的搭邊值。1a第 3 頁 共 23 頁步距為： m2.3168.25.14）（aDA條料的計算公式為 （1-4）0 ）（ B式中 D沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸；a沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊；板料剪裁時的下偏差（見表 1-9） 。條料寬度： ；m7.16227.15)a2( 00.0 ）（ B材料利用率的計算公式 （1-6）%12ABSS式中 一個步距內(nèi)零件的實際面積；1S一個步距內(nèi)所需的毛坯面積；0A送料的步距；B條料的寬度。則一個步距內(nèi)材料的利用率： 。所以一個步距內(nèi)材料的利用率64%10ABS為 64%。選用 530mm×1000mm 的鋼板，鋼板可剪裁 3 張 163mm×1000mm 的條料，每張可沖 7個工件，所以材料總的利用為 （1-7）10n20LS式中 n條料（或整個板料）上實際沖裁的零件數(shù)；L條料（或板料）長度；B條料（或板料）寬度；一個零件的實際面積。2S因此一張板料上的材料利用率為 。%6510n20LBS第 4 頁 共 23 頁4 沖壓力的計算4.1 沖裁力沖裁力的計算公式為 （1-8）tKLF式中 F沖裁力，KN；L沖裁件的周長， mm；462t板料厚度，2mm；材料的抗剪強度，查表得 330 ；aMPK系數(shù)，它是考慮到刃口鈍化、間隙不均勻、材料力學性能與厚度波動等因素而增加的安全系數(shù)，系數(shù)常取 。3.1K所以 NLF9602463.1t4.2 頂件力頂件力的計算公式為 （1-13）FK頂推 式中 F沖裁力，KN；推件力系數(shù)，查表 1-13 可知 。頂K06.頂所以 。N76.23906.頂頂4.3 卸料力卸料力的計算公式為 （1-11）FK卸卸 式中 F沖裁力，KN；卸料力系數(shù)，查表 1-13 可知 。卸K05.卸所以 KN8.193605.卸卸第 5 頁 共 23 頁4.4 總壓力的計算及壓力機的選擇采用彈性卸料裝置和下出件模具時： （1-14）則總沖壓力 F 總頂卸總 F為： ；所以計算的沖壓工藝總力為KNF56.4398.176.239卸頂總439.56KN，而在沖裁時的壓力機的噸位應比計算時的沖壓力大 30%左右，所以，因此由表 1-15 可知初選壓力機為 J23-63，其主要技術參57KN%1306.49數(shù)如下所示。公稱壓力：630KN；滑塊行程：130mm；壓力機工作臺面尺寸：480×710mm；滑塊模柄孔尺寸：50×70mm；壓力機最大閉合高度：360mm；連杠調(diào)節(jié)量：80mm。4.5 壓力中心的確定形狀對稱的沖裁件，其沖裁壓力中心位于輪廓的幾何中心上，如下圖所示：第 6 頁 共 23 頁5 凸模、凹模尺寸的計算5.1 凸模、凹模基本尺寸的計算外形 3 124mm、3 R15mm、6 R0.5mm 由落料獲得， 20 mm 和 76313.0mm 由沖孔同時獲得。由表 1-19 可得： =0.246mm； =0.360mm；25.0 minZmaxZ0.360-0.246=0.114mm；由表 1-21 可得： 20 mm，取minaxZ .=0.5；76 mm，取 =0.5 ；3 124mm，取 =0.5；3 R15mm，取25.0=0.5；6 R0.5mm，取 =0.5。凸模和凹模的制造偏差可由表 1-22 得，也可按凸模和凹模的制造精度等級確定。由表 1-4 可知凸、凹模分別按 IT10 和 IT11 級加工制造，則有以下結(jié)論。凸模和凹模分別加工時的尺寸的計算落料（1-22）凹 ）（凹 0maxD（1-23）0minmaxin 凸）（）（ 凹凸 ZZ沖孔（1-24）0min)(d凸凸 （1-25）凹）（）（ 凸凹 0mininidZZ式中 落料凹模和凸模的基本尺寸。凸凹 、 D沖孔凹模和凸模的基本尺寸。凸凹 、 d落料件的最大極限尺寸。max沖孔件的最小極限尺寸。in第 7 頁 共 23 頁沖裁件的公差。磨損系數(shù)，其值應在 0.51，與沖裁件精度有關，可直接按沖裁件的公差值由表 1-21 查取或按沖裁的公差等級選取：當工件公差為 IT10 以上時，取 =1；當工件公差為 IT13IT11 時，取 =0.75；當工件公差為 IT14 以下時，取 =0.5。凹模和凸模的制造偏差，凸模偏差取負向（相當于基準軸的公差帶位凸凹 、 置） ，凹模偏差取正向（相當于基準孔的公差帶位置） ，一般可按零件公差的1/31/4 來選取，對于規(guī)則形狀（如圓形件、方形件等）的零件，由于其制造簡單、精度容易保證，制造公差可按 IT8IT6 級選取，或可查表 1-22。對于采用分別加工的凸模和凹模應保證下述關系：（1-27）minaxZ凸凹 也就是說，新制造的模具應該保證 ，如下圖所示。否則模maxinZ凸凹 具的初始間隙已超過了允許的變動范圍 ，會影響模具的使用壽命。axmin Z落料：落外形尺寸 3×124 時：；）（）（ ）（ 凹凹 m25.145.01240.0max D。）（）（凸凹凸 6.)( 03.3.in Z落圓角 R15 時： ；）（）（ ）（ 凹凹 25.10.0max 第 8 頁 共 23 頁。）（）（凸凹凸 m01.5246.051)( 2.0.0min ZD落倒圓角 R0.5 時： ；）（）（ ）（ 凹凹 m25.0.0.max D。）（）（凸凹凸 .)( 02.02.0min 校核：<0.114（滿足間隙公差條件）7.3.4.inax Z凸凹所以 ；）（凹 25.140.D）（凸 m01.23.D<0.114（滿足間隙公差條件）4.minax凸凹所以 ；）（凹 .02. ）（凸 .502.<0.114（滿足間隙公差條件）.minaxZ凸凹 所以 ；）（凹 25.00.D）（凸 m01.2.D沖孔：沖 3×20 孔時： ；）（）（ ）（ 凸凸 m13.206.05d 20.0min 。）（）（）（ 凹凸凹 47.246.1320d 2.5.0minZ沖 76 孔時： ；）（）（ ）（ 凸凸 5.02.02.in 。）（）（）（ 凹凸凹 m96.573.003.0min 校核：（滿足間隙公差條件）14.5.2.inax Z凸凹所以 ；）（凸 13.20d20.）（凹 4760d2.（滿足間隙公差條件）.3.minax凸凹所以 ；）（凸 5.7602. ）（凹 m903.第 9 頁 共 23 頁6 工件零件的結(jié)構(gòu)設計6.1 凹模外形尺寸凹模厚度 （15mm ） （1-34） ；凹模壁厚 （3040mm）bKH H）（ 25.1c（1-35） 。式中 b沖裁件的最大外形尺寸；K凹模厚度系數(shù)，考慮板料厚度的影響，查表 1-26 得 K=0.2。因此凹模厚度為 ；凹模壁厚為m8.241.0H。取凹模厚度 H=25mm，凹模壁厚 c=45mm。凹模寬692378.425.1c）（度 ；由矩形和圓形凹模的外形尺寸，由（GB2858-5bB81）可知凹模長度 L 取 250mm（送料方向） 。故求得凹模輪廓尺寸為 250mm×214mm×25mm。由于直壁式凹模洞口適用于沖件形狀簡單、材料較薄的復合模，因此在選用凹模洞口時選用直壁式凹模洞口。6.2 凸凹模固定板的厚度凹模固定板厚度 h 一般取凹模的 0.60.8 倍確定，即 h=（0.60.8）H=（0.60.8）×30 取 h=20mm。卸料板的工作行程為： ，式中 th21卸 1h凸凹模凹進卸料板的厚度，2mm； 凸凹模沖裁后進入凹模的深度，2mm；t材2h料的厚度。因此 。導料板厚度查表 3-21 得 。m62h卸 m636.3 凸模的尺寸凸模長度 （1-32）YH321L式中 凸模固定板厚度； 1卸料板的厚度；2導料板的厚度；3H第 10 頁 共 23 頁Y附加的長度，包括凸模刃口的修磨量、凸模進入凹模的深度（0.51mm） 、凸模固定板與卸料板的安全距離 A 等，其中 A 取 1520mm； 。210Y因此凸模長度 。m532160L6.4 卸料彈簧的設計根據(jù)卸料力和模具安裝彈簧的空間大小，初選彈簧數(shù)量為 6 個。因此彈簧的預壓力公式為： ，式中 卸料力，19.8KN；n彈簧數(shù)量，6 個。因此n/0F。彈簧的極限壓力要大于預壓力，一般取預壓力的 1.52 倍，KNF3.6/8.190這里取 1.5 倍，所以極限壓力為： 。預選彈簧在預壓力作用下的KNF5.132預壓縮量公式為 。所選彈簧必須滿足最大許可壓縮量m6.05320H；校核彈簧最大允許壓縮量是否大于實際工作總壓縮量，即 2，式中 為預壓縮量； 卸料板的工作行程， 0 0 H6mm； 工作零件刃磨量，取 5mm。因此 。根據(jù)預H m6.156.02壓力選擇彈簧規(guī)格，查彈簧規(guī)格表可得彈簧的參數(shù)為 12.5mm×20mm×25mm。6.5 凸凹模的計算制件外形簡單，考慮加工和強度，把凸凹模設計成臺階式。其長度為（6-4）YHL卸式中 Y凸凹模的修模量；H卸料彈簧的自由高度；卸料板的厚度。卸因此 。查表 1-27 可知凸凹模的最小壁厚為 4.9mm。凸凹模m413065L的結(jié)構(gòu)圖如下圖可知：第 11 頁 共 23 頁6.6 卸料部件的設計6.6.1 卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設置 6 個卸料螺釘，公稱直徑為 12mm,螺紋部分為 M10×10mm,卸料螺釘尾部應留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運動。卸料螺釘擰緊后，應使卸料螺板超出凹模端面 1mm，有誤差時通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。7 模架及其他零部件的選用7.1 模架的選用以凹模的輪廓尺寸為依據(jù)，選取后側(cè)導柱模架倒裝復合模。上下模座的材料選用 HT200 鋼，選用矩形模座，取值 280mm。厚度為凹模厚度的 11.5 倍。上模座選GB2851.7-81 外形尺寸 250×250×45；下模座選 GB2851.7-81 形尺寸250×250×55；上模墊板厚度 取 10mm。墊H該模具的閉合度為 （1-39）2h下 模墊上 模閉 HL第 12 頁 共 23 頁式中 L凸模長度，L=61mm；H凹模厚度，H=25mm；凸模沖裁后進入凹模的深度， =2mm。2h2h因此 。m1945261045閉可見該模具閉合高度小于所選壓力機 J23-63 的最大裝模高度（360mm） ，故可以使用。7.2 導柱導套的選用對于生產(chǎn)批量大，要求模具壽命高，工件精度較高的沖模，一般采用導套和導柱來保證上、下模精確導向。這次的設計精度要求不是很高，所以選用滑動導柱、導套配合。導柱和導套有國標標準。為了提高效率，所以按國家標準查表選用 B 型導柱（GB/T669-1999）和 A 型導套的結(jié)構(gòu)如下圖所示：導柱直徑 d 根據(jù)下模座導柱安裝孔直徑確定，導柱長度 L 應保證在模具最小閉合高度時，導柱上端面與上模座上平面的距離應為 1015mm，下模座下平面與導柱下端面的距離應為 23mm。所以導柱的長度公式為： （1-40）（）（ 15032HL式中 H模具的閉合高度。因此導柱的長度為 。m8194）（）（導套內(nèi)徑 d 根據(jù)導柱外徑確定，導套外徑 D 根據(jù)上模座導套安裝孔直徑確定，導套的裝配長度 H 應小于上模座厚度 3mm 以上，根據(jù) G/T2861.1-90 可知導柱：d×L=28mm×180mm，導套：d×L×D=28mm×110mm×43mm。第 13 頁 共 23 頁7.3 模柄的選擇根據(jù)壓力機模柄孔尺寸 60mm×75mm，選擇壓入式模柄，其模柄規(guī)格為A60×95（GB/T285-90） 。7.4 螺釘?shù)倪x擇選用螺釘為 M15，其長度尺寸根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來決定。7.5 定位零件的設計沖模的定位零件用以控制條料的正確送進以及單個毛坯的正確位置，對于條料，控制正確送進就是要控制送料的方向以及送料的步距。條料的送料方向一般是靠導料板或者導料銷一側(cè)導向送進，以免送偏了。用導料銷控制送料方向時，一般要用兩個導料銷，導料銷的結(jié)構(gòu)與擋料銷的相同。因為活動擋料銷裝在卸料板上時是可以伸縮的，同時，活動的擋料銷常常是用于倒裝復合模中的，所以在這選擇活動的擋料銷。如下圖所示：第 14 頁 共 23 頁7.6 推件裝置因為剛性推件裝置是常常用于倒裝復合模的，所以這里使用推件裝置。在模柄的中心位置有沖孔凸模，因此選用有推桿推件，如下圖所示：第 15 頁 共 23 頁8 模具的總裝備圖1上模座 2導柱 3彈簧 4卸料板 5活動擋料銷 6導套 7上模座 8凸模固定板 9推件塊 10連接推桿 11推桿 12打桿 13模柄 14沖孔凸模 15墊板 16落料凹模 17凸凹模 18固定板 19導料銷 20彈簧 21卸料螺釘?shù)?16 頁 共 23 頁總結(jié)經(jīng)過幾個星期的畢業(yè)設計，不僅僅給了我一次獨立思考的機會，同時，也給了我對所學習的知識進行一次的總結(jié)。在這段忙碌的日子里，在遇到不懂得地方時查閱了相關的資料，詢問了指導老師，也和同學在一起討論過，慢慢地把一些難關給攻破了；同時也慢慢對沖壓和復合模有了一些了解，這一段時間雖然很短暫，但是在這段時間的收獲還是很多的。在這次畢業(yè)設計過程中不僅對大量書籍和參考文獻進行了綜合比較論證通過推算各種數(shù)據(jù)、繪制裝配草圖，使我的專業(yè)基礎知識有了進一步得到鞏固和積累，這些專業(yè)知識包括機械加工工藝學的理論知識、機械制圖知識以及 CAD 繪圖知識等。使我的綜合運用能力有了明顯的提高，同時也培養(yǎng)了我的創(chuàng)新思維，懂得了治學嚴謹，持之以恒的道理。同時這次的畢業(yè)設計很好地鍛煉了我的獨立思考問題、分析問題、解決問題的能力。關鍵是掌握了獨立思考問題的方法，在指導老師的指導下熟悉了獨立進行項目設計的全過程以及設計過程中如何解決碰到的難題。在設計過程中經(jīng)常會碰到書本上推薦的理論數(shù)據(jù)與實際應用不符合，這時候就必須理論聯(lián)系實際綜合考慮實際的應用性進行合理的選擇，此收獲雖有勤奮學習的功勞，但更多的卻與指導老師平時對我們的嚴格要求有著密不可分的聯(lián)系。他常常在關鍵時刻給我們以方向性的指導。第 17 頁 共 23 頁參考文獻1模具標準應用手冊，主編 許發(fā)樾，北京：機械工業(yè)出版社，1980；2模具設計與制造，主編 李奇，人民郵電出版社，2012；3模具專業(yè)畢業(yè)設計手冊，主編 魏春雷，天津大學出版社，2010 ；4沖壓模具設計與制造技術指南，主編 李名望，化學工業(yè)出版社，2008；5沖模結(jié)構(gòu)設計要領與范例，主編 周大雋，機械工業(yè)出版社；2005；6實用模具設計簡明手冊，主編 鄧明，機械工業(yè)出版社；2006。第 18 頁 共 23 頁致謝畢業(yè)設計已經(jīng)接近了尾聲，這意味著大學生活就快要結(jié)束了，在學校的生活一晃而過，回首以前過去的歲月，心中還是有點充實的感覺，當我把這篇畢業(yè)設計論文寫完的時候，心中也有一種心中的大石頭被推開了一樣。首先，我要特別感謝我的指導老師和我的同學，在做畢業(yè)設計的時候遇到難題我就和同學一起討論；當每次檢查設計進度時是指導老師一次次指出問題的所在；當遇到一些討論不出來的問題時，是指導老師一次一次給我們解惑。 其次，還要感謝這三年以來教我知識的老師們，如果沒有他們的悉心教導，畢業(yè)設計也不會如此順利地完成，所以在這次的設計當中他們也有很大的功勞。這次的畢業(yè)設計，對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設計思路；訓練綜合運用機械設計和有關以前所學知識的理論；結(jié)合生產(chǎn)實際和解決工程實際問題的能力；鞏固、加深和擴展有關機械設計方面的知識等方面有重要的作用。畢業(yè)設計的完成，也意味著新的生活就要開始了，希望以后的生活都是美好的。簽名：