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第 1 頁 共 40 頁 XX 學院 畢業(yè)設計 論文 題 目 壓圈沖壓復合模具的設計 姓 名 學 號 系 部 機電工程系 專 業(yè) 模具設計與制造 指導教師 職 稱 摘 要 第 2 頁 共 40 頁 摘 要 本文通過設計壓圈該零件的沖裁模 首先對沖壓件進行工藝性分析 對沖壓模具總體結 構設計 畫裝配圖 沖壓是利用安裝在沖壓設備 主要是壓力機 上的模具對材料施加壓力 使其產生分 離或塑性變形 從而獲得所需零件 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冷變形加工 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技術 關鍵字 沖壓 凸模 凹模 模架 凸凹模 摘 要 第 3 頁 共 40 頁 Abstract In this paper through the design of bending plate of this part of the blanking die First of all on the technical analysis of the stamping parts the overall structure of the stamping die design drawing the assembly drawing Stamping is installed in the use of stamping equipment mainly Press on the mold to exert pressure on the material to produce plastic deformation or separation to obtain the necessary parts commonly known as stamping or punching a pressure processing method Stamping is usually at room temperature cold deformation processing of materials and mainly used to process sheet metal parts as required also called cold stamping or sheet metal stamping Stamping is one of the main methods of pressure processing or plastic materials processing belonging to the technology of material forming Engineering Keywords stamping convex die mold punch and die 目錄 第 4 頁 共 40 頁 目錄 前 言 6 第 1 章 壓圈的工藝分析 7 第 2 章 零件的工藝性分析 8 1 1 沖裁件的精度與粗糙度 8 1 2 確定工藝方案 9 第 3 章 沖壓模具總體結構設計 10 3 1 模具類型 10 3 2 導向與定位方式 10 3 3 卸料與出件方式 10 3 4 模架類型及精度 10 第 4 章 沖壓模具工藝與設計計算 11 4 1 排樣設計與計算 11 4 2 搭邊值的確定 11 4 3 進距與條料寬度計算 12 4 4 材料利用率的計算 14 第 5 章 計算沖壓力與壓力機的初選 16 5 1 沖裁力 Fp 的計算 16 5 2 卸料力 Fq1 的計算 16 5 3 頂件力 Fq2 的計算 17 5 4 總的沖壓力 F 的計算 17 5 5 壓力機的初選 17 第 6 章 模具壓力中心的確定 19 第 7 章 沖裁模間隙的確定 20 7 1 沖裁間隙 Z 20 7 2 沖裁間隙分析 20 第 8 章 凹 凸模刃口尺寸的計算 22 8 1 刃口尺寸計算的基本原則 22 目錄 第 5 頁 共 40 頁 8 2 刃口尺寸的計算 22 第 9 章 主要零部件的設計 26 9 1 工作零件的設計與計算 26 9 2 橡膠的選用 32 9 3 模架及其零件的設計 33 第 10 章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù) 36 第 11 章 模具總裝圖與凸 凹模零件圖 36 結論 38 參考文獻 39 致謝 40 壓圖沖壓復合模具設計 第 6 頁 共 40 頁 前 言 模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分 又是高新技術產業(yè)化的重要 領域 模具在機械 電子 輕工 汽車 紡織 航空 航天等工業(yè)領域里 日 益成為使用最廣泛的主要工藝裝備 它承擔了這些工業(yè)領域中 60 90 的產品 的零件 組件和部件的生產加工 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上 僅以汽車 摩托車行業(yè)的模 具市場為例 汽車 摩托車行業(yè)是模具最大的市場 在工業(yè)發(fā)達的國家 這一 市場占整個模具市場一半左右 汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一 汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件 經濟型轎車和重型汽車 汽車模具作為發(fā)展重點 已在汽車工業(yè)產業(yè)政策中得到了明確 汽車基本車型不斷增加 一個型號的汽 車所需模具達幾千副 價值上億元 為了適應市場的需求 汽車將 不斷換型 汽車換型時約有 80 的模具需要更換 中國摩托車產量位居世界第 一 據統(tǒng)計 中國摩托車共有 14 種排量 80 多個車型 1000 多個型號 單輛摩托車約有零件 2000 種 共計 5000 多個 其中一半以上需要模具生產 一個型號的摩托車生 產需 1000 副模具 總價值為 1000 多萬元 其他行業(yè) 如電子及通訊 家電建 筑等 也存在巨大的模具市場 壓圖沖壓復合模具設計 第 7 頁 共 40 頁 第 1 章 壓圈的工藝分析 沖壓件圖如下圖所示 沖壓技術要求 1 材料 A3 鋼 2 材料厚度 2mm 3 生產批量 大批量 壓圖沖壓復合模具設計 第 8 頁 共 40 頁 第 2 章 零件的工藝性分析 該零件材料為 A3 鋼結構簡單 抗剪強度為 300mpa 形狀對稱 有落料 沖孔 2 個工序具有良好的沖壓性能 適合沖裁 工件結構相對簡單 有 1 個 20mm 的孔 孔與孔 孔與邊緣之間的的距離也滿足要求 最小壁厚為 9mm 1 1 沖裁件的精度與粗糙度 沖裁件的經濟公差等級不高于 IT11 級 一般落料公差等級最好低于 IT10 級 沖孔 件公差等級最好低于 IT9 級 工件的尺寸全部為自由公差 可看作 IT14 級 尺 寸精度較底 普通沖裁完全能滿足要求 零件圖上所注公差經查標準公差表 1 2 為 IT14 級 尺寸精度較低 普通沖 裁完全可以滿足要求 根據以上分析 該零件沖裁工藝性較好 適宜沖裁加工 查公差表得各尺 寸公差 零件外形 42 mm062 零件內形 20 mm 22 mm 4 mm 50 0 5 0 3 表 1 2 部分標準公差值 GB T1800 3 1998 公差等級 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 基本尺寸 m mm 3 6 8 12 18 30 48 75 0 12 0 18 0 30 0 48 6 10 9 15 22 36 58 90 0 15 0 22 0 36 0 58 10 18 11 18 27 43 70 110 0 18 0 27 0 43 0 70 18 30 13 21 33 52 84 130 0 21 0 33 0 52 0 84 30 50 16 25 39 62 100 160 0 25 0 39 0 62 1 00 50 80 19 30 46 74 120 190 0 30 0 46 0 74 1 20 80 120 22 35 54 87 140 220 0 35 0 54 0 87 1 40 壓圖沖壓復合模具設計 第 9 頁 共 40 頁 1 2 確定工藝方案 該沖裁件包括落料和沖孔兩個基本工序 可采用的沖裁方案有單工序沖裁 復合沖 裁和級進沖裁三種 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁 復合沖裁和級進沖裁 復合沖裁是在壓力機的一次行程中 在模具的同一位置同時完成兩個或兩 個以上的工序 級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序 排列成一定順序 組成 級進模 在壓力機的一次行程中 模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的 工序 除最初幾次沖程外 每次沖程都可完成一個沖裁件 該工件包括落料 沖孔兩個基本工序 可以有以下五種工藝方案 方案一 先落料 后沖孔 采用單工序模生產 方案二 落料 沖孔復合沖壓 采用倒裝復合模 單工序模生產 方案三 沖孔 切斷級進沖壓 采用級進模生產 方案一結構簡單 但需 2 道工序 2 副模具才能完成 生產效率也低 如 此則浪費了人力 物力 財力 從經濟性的角度來考慮不妥當 難以滿足大批 量的生產要求 方案二采用倒裝復合模生產 與方案一相比 倒裝復合模具把凸凹模放在 下模 雖然模具結構較方案二簡單 可沖工件的孔邊距也較大 但是工件的平 整性較方案一差 也是一次成型實現(xiàn) 方案三采用沖孔切斷級進模具生產 也只需要一副模具 制造精度高 先 沖孔后 切斷 但是其模具結構復雜 生產周期長 成本高 通過上述三種方案的分析比較 該工件的沖壓生產采用方案二為佳 壓圖沖壓復合模具設計 第 10 頁 共 40 頁 第 3 章 沖壓模具總體結構設計 3 1 模具類型 根據零件的沖裁工藝方案 采用復合沖裁模 3 2 導向與定位方式 導向形式 滑動導柱導套導向 定位方式 板料定位靠導料銷和彈簧彈頂?shù)幕顒訐趿箱N完成 因為該模具采用 的是條料 控制條料的送進方向采用的是導料板 無側壓裝置 控制條料的送 進步距采用擋料銷定距 3 3 卸料與出件方式 沖孔凸模與凸凹模沖孔 沖孔廢料直接落料 利用推件塊將制件頂出 3 4 模架類型及精度 該模具采用后側導柱模架 以凹模周界尺寸為依據 選擇模架規(guī)格 壓圖沖壓復合模具設計 第 11 頁 共 40 頁 第 4 章 沖壓模具工藝與設計計算 4 1 排樣設計與計算 沖裁件在板料 帶料或條料上的布置方法稱為排樣 排樣的意義在于減小 材料消耗 提高生產率和延長模具壽命 排樣是否合理將影響到材料的合理利 用 沖件質量 生產率 模具結構與壽命 根據材料經濟利用程度 排樣方法可以分為有搭邊 少搭邊和無搭邊排樣 三種 根據制件在條料上的布置形式 排樣有可以分為直排 斜排 對排 混 合排 多排等多重形式 因此有下列三種方案 方案一 有搭邊排樣 沿沖件外形沖裁 在沖件周邊都留有搭邊 沖件尺 寸完全由沖模來保證 因此沖件精度高 模具壽命高 但材料利用率低 方案二 少搭邊排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響 沖件質量差 模 具壽命較方案一低 但材料利用率稍高 沖模結構簡單 方案三 無搭邊排樣 沖件的質量和模具壽命更低一些 但材料利用率最 高 通過上述三種方案的分析比較 綜合考慮模具壽命和沖件質量 該沖件的 排樣方式選擇方案一為佳 考慮模具結構和制造成本有廢料排樣的具體形式選 擇直排最佳 如圖 5 1 所示 4 2 搭邊值的確定 排樣時零件之間以及零件與條料側邊之間留下的工藝余料 稱為搭邊 搭邊的作用是補償定位誤差 保持條料有一定的剛度 保證零件質量和送 料方便 搭邊過大 浪費材料 搭邊過小 沖裁時容易翹曲或被拉斷 不僅會 增大沖件毛刺 有時還會拉入凸 凹模間隙中損壞模具刃口 降低模具壽命 或影響送料工作 搭邊值是廢料 所以應盡量取小 但過小的搭邊值容易擠進 凹模 增加刃口磨損 根據制件厚度與制件的排樣方法查表 5 1 得 兩制件之間搭邊值 a1 2mm 側搭邊值 a 2 5mm 表 5 1 搭邊值和側邊值 壓圖沖壓復合模具設計 第 12 頁 共 40 頁 手動送料 圓形 非圓形 往復送料 自動送料材料厚 度 t a a1 a a1 a a1 a a1 1 以下 1 5 1 5 2 1 5 3 2 1 2 2 1 5 2 5 2 3 5 2 5 3 2 2 3 2 5 2 3 2 5 4 3 5 3 4 3 2 5 3 5 3 5 4 4 3 4 5 4 3 5 4 6 5 5 4 5 6 5 4 6 5 7 6 2 0 5 4 3 進距與條料寬度計算 一 送料進距 A 條料在模具上每次送進的距離稱為送料進距 每個進距可沖出一個或多個 零件 A D a1 5 1 式中 D 平行于送料方向的沖裁件寬度 a1 沖裁件之間搭邊值 模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式 還是采用從右往左的橫向 送料方式 這主要取決于凹模的周界尺寸 就本模具而言 采用縱向送料方式 圖 5 1 排樣圖 壓圖沖壓復合模具設計 第 13 頁 共 40 頁 二 條料寬度 B 計算 排樣方式和搭邊值確定以后 條料的寬度也就可以設計出 計算條料寬度 有三種情況需要考慮 1 有側壓裝置時條料的寬度 2 無側壓裝置時條料的寬度 3 有定距側刃時條料的寬度 有側壓裝置的模具 能使條料始終沿著導料板送進 圖 5 2 有側壓裝置時條料的寬度確定 本設計采用的是有側壓裝置的模具 所謂條料寬度 是指工件最大極限尺寸加上側搭邊值 因條料是由板料剪 裁下料而得 為保證送料順利 規(guī)定其上偏差為零 下偏差為負值 其計 算公式如下 B D 2a 5 2 0 式中 B 條料寬度基本尺寸 D 條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸 a 側搭邊值 查表 5 1 條料下料剪切公差 表 5 2 剪切公差 及條料與導料板之間隙 C mm 條料寬度 mm 1 1 2 2 3 3 5條料厚度 mm C C C C 50 0 4 0 1 0 5 0 2 0 7 0 4 0 9 0 6 50 100 0 5 0 1 0 6 0 2 0 8 0 4 1 0 0 6 壓圖沖壓復合模具設計 第 14 頁 共 40 頁 100 150 0 0 2 0 7 0 3 0 9 0 5 1 1 0 7 150 220 0 7 0 2 0 8 0 3 1 0 0 5 1 2 0 7 根據零件圖查表 5 2 確定剪料公差及條料與導板之間的間隙 0 6 根據公式 5 2 B D 2a c 0 42 2 2 5 6 0 47 06 4 4 材料利用率的計算 一 計算沖壓件面積 周長 因為該工件圖由多段圓弧組成 計算周長需要準確的找到各段圓弧的長度 計算面積也需要準確的找到切點 諸多因素采用人工計算時計算量較大 因此 采用三維輔助軟件可快速準確的計算出面積 周長 如圖 5 3 圖 5 3 沖壓件的周長和面積 取面積 F 1063 01mm2 周長 L 199 16mm 二 計算材料利用率 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率 材料利用率通常以一個進距內制件的實際面積與所用毛坯面積的百分率 壓圖沖壓復合模具設計 第 15 頁 共 40 頁 表示 nF AB 100 5 3 式中 材料利用率 n 沖裁件的數(shù)目 F 沖裁件的實際面積 mm2 包括工件面積與廢料面積 B 板料寬度 mm A 送料進距 根據公式 5 3 1063 01 44 47 100 51 由此可之 值越大 材料的利用率就越高 廢料越少 因此 要提高材 料利用率 就要合理排樣 減少工藝廢料 壓圖沖壓復合模具設計 第 16 頁 共 40 頁 第 5 章 計算沖壓力與壓力機的初選 計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機 設計模具和檢驗模具的強度 壓力 機的噸位必須大于所計算的沖裁力 以適宜沖裁的要求 普通平刃沖裁模 其 沖裁力 一般可以按下式計算 PF Fp Kp Lt Lt 6 1 式中 材料抗剪強度 MPa L 沖裁周邊總長 mm t 材料厚度 mm 系數(shù) Kp 是考慮到沖裁模刃口的磨損 凸模與凹模間隙之波動 取 Kp 1 3 5 1 沖裁力 Fp 的計算 據圖 5 3 可得一個零件內外周邊之和 L 199 16mm 查碳素結構鋼的力學性能表知 A3F 的抗剪強度 216Mpa 304Mpa 取 260Mpa 制件厚度 t 1mm 則 根據公式 6 1 Fp Kp Lt 1 3 2 199 16 260 137 KN 5 2 卸料力 Fq1 的計算 Fq1 KxFp 6 2 式中 Kx 卸料力系數(shù) 查表 6 1 取 Kx 0 05 根據公式 6 2 Fq1 KxFp 0 05 137 KN 6 85 KN 表 6 1 卸料力 推件力和頂件力系數(shù) 料厚 t mm Kx kt Kd 壓圖沖壓復合模具設計 第 17 頁 共 40 頁 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 A3 0 06 0 05 0 03 5 3 頂件力 Fq2 的計算 Fq2 KdFp 6 3 式中 Kd 頂件力系數(shù) 查表 6 1 得 Kd 0 06 根據公式 6 3 Fq2 KdFp 0 06 137 KN 8 22 KN 5 4 總的沖壓力 F 的計算 根據模具結構總的沖壓力 F FP Fq1 Fq2 137 6 85 8 22 152 KN 選用的壓力機公稱壓力 P 1 1 1 3 F 取系數(shù)為 1 3 則 P 1 3F 1 3x152 KN 197 7 KN 5 5 壓力機的初選 沖裁時 壓力機的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和 沖壓設備屬鍛壓機械 常見的冷沖壓設備有機械壓力機 表 6 2 部分常用開式壓力機的主要技術參數(shù) 型號 技術參數(shù) 單 位 J23 4 J23 6 3 J23 10 J23 16 J23 25 J23 63 J23 100 滑塊公稱 壓力 KN 40 63 100 160 250 630 1000 滑塊行程 次 200 160 135 115 100 70 70 壓圖沖壓復合模具設計 第 18 頁 共 40 頁 次數(shù) m m 最大閉合 高度 m m 160 170 180 220 250 360 360 閉合高度 調節(jié)量 m m 35 40 50 60 70 90 90 立柱間距 m m 100 150 180 220 260 250 250 左 右 m m 100 140 170 200 300 300滑塊 地面 尺寸 前 后 m m 90 120 150 180 340 340 直 徑 m m 30 50模柄 孔尺 寸 深 度 m m 50 70 墊塊厚度 m m 35 40 50 60 70 80 90 最大傾斜 角 45 35 30 左 右 m m 280 315 360 450 560 630 710工作 臺尺 寸 前 后 m m 180 200 240 300 360 420 480 根據沖壓力的計算和壓力中心的計算 選擇開式壓力機的型號為 J23 25 壓圖沖壓復合模具設計 第 19 頁 共 40 頁 第 6 章 模具壓力中心的確定 模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置 為了確保壓力機和模具正常 工作 應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 力機滑塊產生偏心載荷 使滑塊和導軌間產生過大磨損 模具導向零件加速磨 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件的幾何中心 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 其中 分別為各沖裁周邊長度 1L23NL 由于該零件屬于對稱結構 故其壓力中心在其中心位置 按比例畫出零件形狀 選定坐標系 XOY 計算出零件壓力中心為 0 0 09 壓圖沖壓復合模具設計 第 20 頁 共 40 頁 第 7 章 沖裁模間隙的確定 7 1 沖裁間隙 Z 指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸 DA 與凸模刃口橫向尺寸 DT 的差值 如圖 8 1 是設計模具的重要工藝參數(shù) 圖 8 1 沖裁間隙 7 2 沖裁間隙分析 一 間隙對沖裁件尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值 差值越小 則精度越高 這個差值包括兩方面的偏差 一是沖裁件相對于凸?；虬寄５钠?差 二是模具本身的制造偏差 二 間隙值的確定 凸 凹模間隙對沖裁件質量 沖裁工藝力 模具壽命都有很大的影響 設 計模具時一定要選擇合理的間隙 以保證沖裁件的斷面質量 尺寸精度滿足產 品的要求 所需沖裁力小 模具壽命高 但分別從質量 沖裁力 模具壽命等 方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值 只是彼此接近 考慮到模具制 造中的偏差及使用中的磨損 生產中通常只選擇一個適當?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙 只要間隙在這個范圍內 就可以沖出良好的制件 這個范圍的最小值稱為最小 合理間隙 Zmin 最大值稱為最大合理間隙 Zmax 考慮到模具在使用過程中的磨 損使間隙增大 故設計與制造新模具時要采用最小合理間隙值 Zmin 確定合理間隙的方法有經驗法 理論確定法和查表法 對于尺寸精度 斷面垂直度要求高的制件應選用較小的間隙值 對于垂直 度與尺寸精度要求不高的制件 應以降沖裁力 提高模具壽命為主 可采用較 壓圖沖壓復合模具設計 第 21 頁 共 40 頁 大的間隙值 由于理論法在生產中使用不方便 所以常采用查表法來確定間隙 值 根據間隙表 8 1 查得材料 A3F 的最小雙面間隙 Zmin 0 246mm 最大雙面間 隙 Zmax 0 360mm 表 8 1 部分較大間隙的沖裁模具初始雙面間隙 A3 10 35 0 9Mn2 A3F 40 50 16Mn 65Mn材料厚 度 m Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 Z 最小 Z 最大 小于 0 5 較小間隙 0 5 0 04 0 060 0 040 0 060 0 040 0 060 0 040 0 060 0 8 0 072 0 104 0 072 0 104 0 072 0 104 0 064 0 092 1 0 0 100 0 140 0 100 0 140 0 100 0 140 0 90 0 126 1 2 0 126 0 180 0 132 0 180 0 132 0 180 1 5 0 132 0 240 0 170 0 240 0 170 0 240 2 0 0 246 0 360 0 260 0 380 0 260 0 380 2 5 0 360 0 500 0 380 0 540 0 380 0 540 3 0 0 460 0 640 0 480 0 660 0 480 0 660 4 0 0 640 0 880 注 A3 鋼沖裁皮革 石棉和紙板時 取間隙的 25 壓圖沖壓復合模具設計 第 22 頁 共 40 頁 第 8 章 凹 凸模刃口尺寸的計算 8 1 刃口尺寸計算的基本原則 沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度 模具的合理間隙也 要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證 正確確定模具刃口尺寸及制造公差 是 設計沖裁模關鍵環(huán)節(jié) 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則 1 落料件尺寸由凹模尺寸決定 沖孔尺寸由凸模尺寸決定 故設計落料模 時 以凹模為基準 間隙取在凸模上 設計沖孔模時 以凸模尺寸為基準 間 隙取在凹模上 2 考慮到沖裁中凸 凹模的磨損 設計落料凹模時 凹模基本尺寸應取尺 寸公差范圍的較小尺寸 設計沖孔模時 凹?；境叽鐟」ぜ壮叽绻罘?圍的較大尺寸 3 確定沖模刃口制造公差時 如果對刃口精度要求過高 增加成本 如果 對刃口精度要求過低 會使模具的壽命降低 若工件沒有標注公差 則對于非 圓形工件按國家 非配合尺寸的公差數(shù)值 IT14 級處理 沖?？砂?IT11 級制造 對于圓形工件按 IT6 IT7 級制造 沖壓件的尺寸公差應按 入體 原則標注單項 公差 落料件上偏差為零 下偏差為負 沖孔件上偏差為正 下偏差為零 8 2 刃口尺寸的計算 根據模具的加工方法不同 凸 凹模刃口尺寸的計算方法分為兩種情況 凸模與凹模分開加工和凸模與凹模配合加工 對于該制件應該選用凸模與凹模 分開加工方法 凸模與凹模分開加工是指凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸 要分別標注 凸模與凹模刃口尺寸與制造公差 為了保證初始間隙值小于最大合理間隙 Zmax 必須滿足下列條件 minmaxpd Z 或者 inmaxd6 0 minax4 0 一 沖孔凸 凹模計算 壓圖沖壓復合模具設計 第 23 頁 共 40 頁 設沖孔尺寸為 根據以上原則 沖孔時以凸模設計為基準 首先確定凸d 0 模刃口尺寸 使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸 再增大凹模 尺寸以保證最小合理間隙 Zmin 凸模制造偏差取負偏差 凹模取正偏差 其計 算公式為 凸模 dp d x 0 p 凹模 dd Z min 0 d d X Z min 0 d 在同一工步中沖出制件兩個以上孔時 凹模型孔中心距 Ld 按下式確定 Ld Lmin 0 5 0 125 式中 dd 沖孔凹?；境叽?mm dp 沖孔凸?；境叽?mm d 沖孔件孔的最小極限尺寸 mm Ld 同一工步中凹?？拙嗷境叽?mm Lmin 制件孔距最小極限尺寸 mm 沖孔件孔徑公差 mm Zmin 凸 凹模最小初始雙面間隙 mm X 磨損系數(shù) 是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶 的中間尺寸 與工件制造精度有關 可查表 9 1 取值 當工件精度 IT10 以上 取 x 1 當工件精度 IT11 IT13 取 x 0 75 當工件精度 IT14 則取 x 0 5 表 9 1 磨損系數(shù) X 非圓形 圓形 1 0 75 0 5 0 75 0 5 料厚 t mm 工件公差 mm 1 1 2 2 4 4 0 16 0 20 0 24 0 30 0 17 0 35 0 21 0 41 0 25 0 49 0 31 0 59 0 36 0 42 0 50 0 60 0 16 0 20 0 24 0 30 0 16 0 20 0 24 0 30 根據圖 1 1 和表 9 1 查得磨損系數(shù) X 取 0 5 即 X 0 5 設凸 凹模分別按 IT6 和 IT7 級加工制造 所以 凸模 dp d X 0 p 壓圖沖壓復合模具設計 第 24 頁 共 40 頁 20 0 5 0 52 01 20 26 01 凹模 dd dp Zmin d 0 20 26 0 246 18 20 446 0 校核 p d 0 011 0 018 0 029mm 表 8 1 得 Zmax 0 246 Z min 0 360 p d Z max Z min 二 落料凸 凹模計算 凹模 Dd D X d 0 凸模 Dp Dd Z min D X Z min P 0P 式中 Dd 落料凹模基本尺寸 mm Dp 落料凸?；境叽?mm D 落料件最大極限尺寸 mm 落料件外徑公差 mm Zmin 凸 凹模最小初始雙面間隙 mm X 磨損系數(shù) 是為了使沖裁件的實際尺寸盡量接近沖裁件公差帶 的中間尺寸 與工件制造精度有關 表 9 1 取 X 0 5 由公差表 1 2 查得 42 mm mm 設凸 凹模分別按 IT6 和 IT7 級加工 062 所以凹模 42 Dd4 D4 X 062 d 0 42 0 5 0 62 30 41 69 mm 03 凸模 壓圖沖壓復合模具設計 第 25 頁 共 40 頁 42 Dp4 Dd4 Zmin 062 0P 41 69 0 246 019 41 444 mm 0 校核因為 0 018 0 011 0 029mm1p 2d 0 013 0 021 0 034mm2 0 016 0 025 0 041mm3p 3d 0 019 0 030 0 049mm44 Zmax Z min 0 24 0 132 0 1A3mm Zmax Z min 是凸 凹模最大初始雙面間隙 查表 8 1 得 Zmax 0 24 Z min 0 132 滿足 Z max Z min p d 壓圖沖壓復合模具設計 第 26 頁 共 40 頁 第 9 章 主要零部件的設計 9 1 工作零件的設計與計算 一 凹模的結構設計和外形尺寸計算 1 凹模的結構設計 凹模 在沖壓過程中與凸模配合直接對沖壓制件進行分離或成形的工作零 件 凹模洞口的類型如圖 10 1 所示 其中 a b c 型為直筒式刃口凹模 其特 點是制造方便 刃口強度高 本設計選用 c 型筒口 圖 10 1 凹模類型 2 外形尺寸計算 凹模結構分為整體式和鑲拼式兩大類 本設計凹模采用整體式凹模 凹模厚度 H Kb 15mm 10 1 凹模壁厚 C 1 5 2 H 30mm 10 2 凹模外形尺寸 B b 2C 10 3 式中 b 沖裁件的最大外形尺寸 mm K 系數(shù) 考慮板料厚度的影響 見表 10 1 H 凹模厚度 C 凹模壁厚 B 凹模外形最大尺寸 壓圖沖壓復合模具設計 第 27 頁 共 40 頁 表 10 1 系數(shù) K 的數(shù)值 厚度 t mm b mm 0 5 1 2 3 3 50 0 3 0 35 0 42 0 5 0 6 50 100 0 2 0 22 0 28 0 35 0 42 100 200 0 15 0 18 0 2 0 24 0 3 200 0 1 0 12 0 15 0 18 0 22 根據圖 1 1 查表 10 1 取 K 0 25 又 b 75mm 則由公式 10 1 和公式 10 2 得 凹模厚度 H Kb 0 25 107 26 75mm 凹模壁厚 C 1 5 2 H 1 5 2 26 75 40 125 53 5mm 根據表 10 2 取凹模厚度 H 30mm 取凹模壁厚 C 45mm 根據公式 10 2 B b 2C 107 2 45 197mm L b 2C 30 2 45 120mm 查表 10 2 選取凹模外形尺寸 L B 200mm 125mm 表 10 2 矩形和圓形凹模的外形尺寸 JB T 6743 1 1994 矩形凹模的長度和寬度 L B 矩形和圓形凹模厚度 H 63 50 63 63 10 12 14 16 18 20 80 63 80 80 100 63 100 80 100 100 125 80 12 14 16 18 20 22 125 100 125 125 140 80 140 80 14 16 18 20 22 25 140 125 140 140 160 100 160 125 16 0 140 200 100 80mm 80mm 16 18 20 22 25 28 壓圖沖壓復合模具設計 第 28 頁 共 40 頁 160 160 200 140 200 160 250 125 25 0 140 16 20 22 25 28 32 凹模輪廓尺寸為 200mm 125mm 40mm 二 沖孔凸模的結構設計和外形尺寸計算 1 凸模的結構設計 因為零件異行 采用線切割方法進行加工 所以采用整體直通式凸模 如 圖 10 3 與凸模固定板采用 H7 m6 配合 按凸模的標準結構形式與尺寸規(guī)格 選取 2 凸模外形尺寸計算 凸模長度尺寸應根據模具的具體結構確定 因為該模具采用的是倒裝式復 合模 采用的是彈壓卸料上出件方式 其總長按相關公式計算 L H1 H2 H t 式中 H1 凸模固定板厚度 得 H1 0 8 H 凹 0 8 40 32mm H2 卸料板厚度查表 10 4 t 材料的厚度 H 沖裁件厚度和凸模進入凸凹模一般 4 10mm 則 L 32 20 6 5 1 5 60mm 凸模強度校核 該凸模不屬于細長桿 強度足夠 圖 10 3 沖孔凸模尺寸 3 凸模材料的選用 模具刃口要求有較高的耐磨性 并能承受沖裁時的沖擊力 因此應有高的 硬度與適當?shù)捻g性 形狀復雜且壽命要求較高的凸模選用 Cr12 Cr12MoV 等制 造 該凸模材料應選 Cr12MoV 熱處理 58 62HRC 壓圖沖壓復合模具設計 第 29 頁 共 40 頁 三 凸凹模的設計和外形尺寸計算 1 凸凹模的結構設計 凸凹模是復合沖裁中的主要零件 他的內外邊緣均為刃口 內外邊緣之間 的壁厚取決于沖裁件的尺寸 從強度方面考慮 其壁厚應受最小限制 當模具 為正裝結構時 內孔不積存廢料 脹力小 最小壁厚可以小些 當模具為倒裝 結構時 若內孔為直筒形刃口形式 且采用下出料方式 則內孔積存廢料 脹 力大 故最小壁厚應大些 凸凹模的最小壁厚值 倒裝復合模的凸凹模最小壁 厚見表 10 3 表 10 3 倒裝復合模凸凹模的最小壁厚 材料厚度 mm 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 5 最小壁厚 a 2 7 3 2 3 6 4 0 4 4 4 9 5 2 5 8 由于選用的是倒裝式復合模 所以查表得 最小壁厚 a 3 8 2 凸凹模的外形尺寸計算 其長度 可按下式計算 L L h1 h2 h 10 4 式中 h1 凸凹模固定板厚度 得 h1 0 6 H 凹 0 6 40 24mm h2 卸料板厚度 查表 10 4 取 15mm h 附加長度 包括凸模進入凹模深度 彈性元件安裝高度 根據公式 10 4 L h1 h2 h 24 15 10 49mm 表 10 4 卸料板厚度 卸料板寬度沖件厚度 tmm 50 50 80 80 125 125 200 200 0 8 6 6 8 10 12 0 8 1 5 6 8 10 12 14 1 5 3 8 10 12 14 16 壓圖沖壓復合模具設計 第 30 頁 共 40 頁 四 工作零件材料的選用 由于沖模為冷沖模 所以材料要有良好的耐磨性 高強度 足夠的韌性 良好的抗疲勞性 良好的抗粘結能力 可段性 可切削性 可磨削性 熱處理 工藝性等 由上要求在該模具中沖孔凸模 凸凹模和凹模板的材料選用 Cr12MoV 鋼 Cr12MoV 剛具有較好的淬透性 很高的耐磨性 有較高的沖擊 韌度 淬火 回火工藝見表 10 5 表 10 5 Cr12MoV 鋼的淬火 回火工藝 低淬低回工藝 中淬中回工藝 高淬高回工藝 鋼號 淬火 溫度 淬火 硬度 HRC 回火 溫度 淬火 溫度 淬火 硬度 HRC 回火 溫度 淬火溫 度 淬火 硬度 HRC 回火 溫度 Cr12M OV 950 1000 62 64 200 1030 63 6 4 400 1A30 1100 40 6 0 500 520 五 卸料部分的設計 設計卸料零件的目的 是將沖裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的制件或廢料 卸掉 常用的卸料方式有 剛性卸料 彈壓卸料板 本設計采用彈壓卸料裝置 采用彈壓卸料裝置有一定的裝配要求 在模具開啟狀態(tài) 卸料板應高出模具工 作零件刃口 0 3mm 0 5mm 以便順利卸料 本模具的卸料板僅有卸料作用 卸料板的邊界尺寸與凹模的邊界尺寸相同 取 250mm 140mm 卸料板的厚度按表 10 4 選擇 卸料板厚度為 20mm 卸料 板采用 45 鋼制造 熱處理淬火硬度 43 48HRC 卸料板上設置 4 個卸料螺釘 公稱直徑為 10mm 螺紋部分為 M8 5 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 六 定位零件的設計 沖模的定位裝置零件是用來保證材料的進料正確及在沖模中保持位置的正 確性 定位零件的種類很多 主要有導料板 導料銷 擋料銷 側刃 導正銷 和定位板等 由沖壓工藝分析可知 該模具的定位零件是采用的是固定擋料銷送進定距 和固定導料銷送進定位如簡圖 10 3 所示 壓圖沖壓復合模具設計 第 31 頁 共 40 頁 1 擋料銷的設計 常見的擋料銷有三種形式 固定擋料銷 活動擋料銷和始用擋料銷 在此選用 A 型擋料銷 作為該模具中的擋料銷和導料銷 其結構形式和尺 寸規(guī)格如圖 10 4 和表 10 5 選取該模具的擋料銷和導料銷的直徑 d 8 的 A 型固定擋料銷 m 活動擋料銷 固定擋料銷 圖 10 4 擋料銷 表 10 5 定擋料銷尺寸規(guī)格表 mm d h11 d1 m6 基本尺 寸 極限偏差 基本尺 寸 極限偏差 h L 6 0 0 075 3 0 0A3 0 002 3 8 8 2 10 10 0 0 090 4 0 012 0 004 3 13 16 8 3 13 20 0 0 110 10 0 015 0 006 16 25 0 0 130 12 0 018 0 007 4 20 本模具的設計選用固定擋料銷 JB T7649 10 1994 材料 45 熱處理硬度 43 48HRC 壓圖沖壓復合模具設計 第 32 頁 共 40 頁 圖 10 5 擋料銷固定方式 擋料銷按圖 a 方式固定 其尺寸可按下式計算 S1 A Dp 2 D 2 0 1 10 5 A D p D 2 0 1 式中 A 步距 mm Dp 落料凸模直徑 mm D 擋料銷頭部直徑 mm 根據公式 10 5 S1 32 12 8 2 0 1 30 1mm 2 導料銷的設計 條料的送料方向是條料靠著一側的導料板 沿著設計的送料方向導向送進 本設計采用導料銷導向 本設計選用固定式 設計時導料銷應選兩個且位于條 料的同側 從右向左送料時 導料銷應裝在后側 從前向后送料時 導料銷應 裝在左側 綜上 定位零件采用一個固定擋料銷和單邊兩個導料銷定位 固定擋料銷 和導料銷固定在卸料板上 導料銷材料采用 45 鋼制造 熱處理硬度 43 48HRC 七 推件裝置的設計 推件和頂件的目的 是將制件從凹模中推出來 凹模在上模 或頂出 凹 模在下模 推件裝置可分為彈性推件裝置和剛性推件裝置兩種 彈性推件裝置 一般裝在下模 具有壓料作用 沖件質量好 但推件力較小 常用于正裝式復合 模或沖裁薄板料的落料模中 剛性推件裝置一般裝在上模 利用壓力機的推件 力 因此 推件力大 推件可靠 但不具有壓料作用 常用于倒裝式復合模中 綜上 本設計選用剛性推件裝置 的基本零件有推件塊 推桿 推板 連接推 壓圖沖壓復合模具設計 第 33 頁 共 40 頁 桿和打桿 這些零件從標準中選取 9 2 橡膠的選用 彈性裝置主要有彈簧和橡膠兩種 因為該模具為復合模具 所以采用橡膠 作為卸料板的彈性元件 根據模具安裝空間 安裝四個圓筒形合成橡膠 設卸 料螺釘直徑為 8mm 橡膠上螺釘孔直徑為 10mm 則 一 橡膠高度的計算 橡膠的自由高度 由下式得 mHh42350 2 830 25 自 10 6 式中 H 自 橡膠的自由高度 m h 卸料板的工作行程 H 凹?；虬纪鼓５娜心チ?mm 一般取 4 10mm 則橡膠高度取42mm 二 橡膠直徑的計算 10 7 12306 4 52mpPAx 10 8 AdD 41 32104 32 式中 px 橡膠的壓力 可取等于或大于卸料力 N p 與橡膠壓縮量的單位壓力 查表 10 6 得 1 06 aMP A 橡膠截面面積 2m d 橡膠上螺釘孔直徑 mm D 橡膠的直徑 因為在此模具中采用的是彈壓卸料板 所以橡膠在模具中的個數(shù)為四個 直徑為 41 的圓筒形橡膠 m 因為0 5 0 976 1 5 所以選橡膠符合要求 421 橡膠的安裝高度 Hd 42 0 1 42 37 8mm 取 38mm 壓圖沖壓復合模具設計 第 34 頁 共 40 頁 表 10 6 橡膠壓縮量與單位壓力關系 壓縮量 10 15 20 25 30 35 聚氨酯橡膠 1 1 2 5 4 2 5 6單位壓力 MPap合成橡膠 0 26 0 5 0 74 1 06 1 52 2 1 9 3 模架及其零件的設計 常用的導柱導套式模架 是由上 下模座和導向零件組成 模架是整副模 具的骨架 模具的全部零件都固定在它的上面 并承受沖壓過程的全部載荷 模具上模座和下模座分別與沖壓設備的滑塊和工作臺固定 上 下模間的精確 位置 由導柱 導套的導向來實現(xiàn) 本設計選用后側導柱模架如圖 10 6 后側 導柱模架 由于前面和左 右不受限制 送料和操作比較方便 因導柱安裝在 后側 工作時 偏心距會造成導柱導套單邊磨損 并且不能使用浮動模柄結構 圖 10 6 模架 一 模架的選用 以凹模周界尺寸為依據 根據標準 GB T2851 1 1990 選擇模架規(guī)格為 80mm 80mm 40mm GB T2855 1 1990 二 導柱 導套的選用 導柱與導套的結構 尺寸一般都是直接由標準中選取 在選用時導柱的長 度應保證沖模在最底工作位置時 導柱上端面與上模座頂面的距離不小于 10 15 mm 在最高工作位置時 導柱上端面與導套的下端面的距離不小于 10 20 mm 導柱和導套的配合精度由表 10 7 查出選擇 II 級 根據標準 GB T2851 1 1990 知模架的閉合高度 Hmin 160mm H max 190mm 壓圖沖壓復合模具設計 第 35 頁 共 40 頁 導柱 d mm L mm 為 25mm 150mm 導套 d mm L mm D mm 為 25mm 85mm 33mm 表 10 7 導柱 導套配合間隙 模架精度等級 I 級 II 級配合形式 導柱直徑 配合間隙值 配合后的過盈 量 18 0 010 0 015 18 30 0 011 0 017 30 50 0 014 0 021 滑動配合 50 80 0 016 0 025 滾動配合 18 35 0 01 0 02 三 上 下模座的選用 根據模架的規(guī)格選擇對應的上 下模座如下 上模座 80mm 80mm 35mm GB T2855 1 1990 下模座 80mm 80mm 40mm GB T2855 2 1990 四 模柄的選用 根據上模座的厚度可選擇材料 A3FA 型 40 x85 凸緣式模柄 JB T7646 3 1994 五 螺釘 銷釘?shù)倪x用 本模具設計 6 8 的定位銷實現(xiàn)各零件連接時的初定位 然后用 M10 的 螺釘實現(xiàn)連接的精定位 材料采用 45 鋼 壓圖沖壓復合模具設計 第 36 頁 共 40 頁 第 10 章 校核模具閉合高度及壓力機有關參數(shù) 根據凹模外形尺寸 80mm 80mm 參照模架 GB T2851 1 1990 選取凹模周 界 80mm 80mm 的后側導柱模架 80mm 80mm 160 190 模具的閉合高度與壓力機的裝模高度關系 Hmax H1 5 H 模 Hmin H1 10 已知 Hmax 250mm H 1 70mm H min 180mm 模具閉合高度應為 175 H 模 120 閉合高度 H 模 為上模座 下模座 墊板 凸模 凹模厚度的總和 即 H 模 35 40 10 49 30 1 163mm 因為 175 H 模 163 120 滿足裝模高度要求 第 11 章 模具總裝圖與凸 凹模零件圖 根據已確定的零件結構及參數(shù) 按照制圖標準繪制非標準件零件圖 本次 的所有的零部件圖采用 CAD2007 繪制 通過以上的設計 可得到模具總裝圖 模具的上模部分由上模座 上模墊 板 凸模 凸模固定板 及凹模板等組成 由推件塊將凹模內的制件推出 上 模座 上模墊板 凸模固定板及凹模用 4 個 M10 螺釘固定 下模部分由下模座 壓圖沖壓復合模具設計 第 37 頁 共 40 頁 凸凹模固定板 凸凹模 卸料板等組成 卸料方式是采用的彈性卸料板卸料 下模座與凸凹模固定板用 4 個 M10 螺釘固定 卸料板由 4 個 M8 螺釘與下模部 分的其他零件連接 橡膠的中心線與卸料螺釘孔中心線重合 壓圖沖壓復合模具設計 第 38 頁 共 40 頁 結論 本文闡述了壓圈沖壓模具設計的全過程 在畢業(yè)設計過程中 我遵循沖壓工藝 的基本理論和沖壓模具的設計步驟 利用 CAD2007 設計軟件 進行了沖壓的倒裝復 合模具的設計 完成的具體工作如下 1 收集相關資料 確定材料及類型 2 計算相關參數(shù) 3 繪制零件圖 以 CAD2007 為工具 進行沖壓件的模具設計 大大提高了模具設計的效率 充 分體現(xiàn)了 CAD 的靈活和高效 計算機技術為機械設計領域帶來了新的理念和方法 促進了沖壓模具設計和制 造手段的進步 我相信 將計算機三維設計運用于沖壓模具的設計和制造是模具設 計制造技術發(fā)展的必然 充分利用計算機技術進行模具 CAD CAM 系統(tǒng)的研究具有 十分重要的理論和實踐意義 這次的畢業(yè)設計融入了我大學三年的全部知識 比如有 機械制圖 機械制 造基礎 冷沖壓模具設計 CAD CAM 等重要課程 讓我把這些課程完 美的結合在一起 壓圖沖壓復合模具設計 第 39 頁 共 40 頁 參考文獻 1 解汝升 沖壓模具設計與制造技術 北京 中國標準出版社 1997 2 許發(fā)樾 實用模具設計與制造手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2001 2 3 姜奎華 沖壓工藝與模具設計 北京 機械工業(yè)出版社 2003 6 4 陳錫棟 周小玉 實用模具技術手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2001 7 5 廖念釗等 互換性與技術測量 北京 中國計量出版社 2001 6 牟林 胡建華 沖壓工藝與模具設計 北京 中國林業(yè)出版社 北京大學出版社 2006 8 7 付宏生 冷沖壓成形工藝與模具設計制造 北京 化學工業(yè)出版社 2005 3 8 郝海濱 沖壓模具簡明設計手冊 北京 化學工業(yè)出版社 2004 11 9 馬正元等 沖壓工藝與模具設計 北京 機械工業(yè)出版社 1998 5 10 許發(fā)樾 沖模設計應用實例 北京 機械工業(yè)出版社 1999 6 11 Wilson F W Die design handbook McGraw 1990 6 12 王同海 孫勝等 實用沖壓設計技術 北京 機械工業(yè)出版社 1995 4 13 王芳 冷沖壓模具設計指導 北京 機械工業(yè)出版社 1999 10 14 李名望 沖壓工藝與模具設計 北京 人民郵電出版社 1999 10 壓圖沖壓復合模具設計 第 40 頁 共 40 頁 致謝 首先 我們應感謝在設計過程中老師的精心指導 在此要向老師致以最崇敬的 感謝 老師總是在百忙之中抽出時間來為我們解答設計過程中的疑問 在審方案階 段 老師總是不厭其煩地給我們細心講解 以消除我們的盲點 在這里 我們要一 并感謝機械教研室的其他老師 以及那些在無意間幫助過我們的老師和同學 謝謝 你們 幾個月心血此時凝聚在這本厚厚的設計書中 我頗感激動 它是我這幾個月在 畢業(yè)設計中共同協(xié)作 努力克服困難的見證 它記錄了我這幾個月的生活 也見證 了我大學的最后時光 這次設計是我第一次進行全面和系統(tǒng)的設計 難免會有疏漏 和不足之處 可能存在計算不夠準確 圖紙質量不高等問題 還有許多細節(jié)未做到 及時處理 請各位老師指正 以幫助我不斷提高 不斷進步 我們相信通過這次全 面系統(tǒng)的設計以及在這個過程中各位老師的不斷點撥 在今后的工作中我們一定會 做到更好