沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)

1、沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)單位：重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 部門：機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí)： 11級(jí)模具 302 班 姓名：羅少鐳 學(xué)號(hào)： 201110230215導(dǎo)師：洪奕托板生產(chǎn)枇量：大批量 材料;08Ft=2mm、八 、亠前言中國目前已經(jīng)成為了世界性的制造大國，在近 50 年內(nèi)中國 還將擔(dān)當(dāng)“世界工廠”的角色，制造業(yè)將是未來我國國民經(jīng)濟(jì)增 長的主要源泉，而沖壓技術(shù)則是現(xiàn)代制造業(yè)中一個(gè)重要的組成部 分。高科技和創(chuàng)新已經(jīng)成為了全世界的重要組成“元素” ，隨著 人類生活消費(fèi)水平的提高， 國家對(duì)模具的要求也提高了。 怎樣做 好一個(gè)完美的模具，并使它物盡其用都需要人類不斷試驗(yàn)和探 究，而沖壓模具是其必不可缺的不分。

2、但是，沖壓生產(chǎn)的技術(shù)含 量高，需要從業(yè)者具備較高的技術(shù)要求和水平。 因此，高素質(zhì)人 才才是沖壓技術(shù)的關(guān)鍵。同學(xué)么不僅要學(xué)習(xí)教材， 更需要進(jìn)行實(shí)地的動(dòng)手， 總結(jié)，整 理工作的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，將沖壓模具的各個(gè)領(lǐng)域都貫徹才是提高國 家地位的關(guān)鍵。編者2012 年 10 月目錄一、沖裁工藝設(shè)計(jì)11.零件的沖裁工藝性分析 .12沖裁工藝方案分析和優(yōu)化：.2二、沖裁工藝參數(shù)計(jì)算401沖裁排樣設(shè)計(jì)的方法和選擇 ：42沖壓力計(jì)算和沖裁設(shè)備確定：63.模具壓力中心確定：.7三、沖裁模具參數(shù)計(jì)算81沖裁模具間隙的選用和確定82沖裁模具刃口尺寸計(jì)算 ：.83.模具閉合高度確定 ：.11四、沖裁結(jié)構(gòu)分析，選取和確定 11

3、1. 模具結(jié)構(gòu)選取和確定的基本要求 .132. 沖裁的主要類型及使用生產(chǎn)范圍 .13五、沖裁模具零部件設(shè)計(jì)141. 模具零件的分類：142. 模具零部件的標(biāo)準(zhǔn)化:.143. 沖裁零件設(shè)計(jì).144. 模具總體尺寸及各主要零部件之間的關(guān)系.15零件的沖裁工藝性分析1. 零件的批量和材料批量：大批量生產(chǎn)，因此沖壓工藝性好。材料：零件的材料為 08F,查表可知08F的材料抗剪度為F230-310Pa。抗拉強(qiáng) 度為275-380。不僅滿足了其產(chǎn)品使用性能的技術(shù)要求，而且還應(yīng)該滿足 沖裁工藝對(duì)材料的基本要求。所以適合沖裁工藝。2零件的結(jié)構(gòu)尺寸：a. 由圖可知：此零件外形構(gòu)造簡單，其厚度 t=2mm，左右對(duì)

4、稱，有利于材料 的合理利用，以便節(jié)約材料，減少工序數(shù)目，提高模具壽命，降低沖壓件的 成本，適合沖裁工藝。b. 沖裁件的內(nèi)、外形轉(zhuǎn)角要盡量避免尖角，應(yīng)以圓弧過渡，以便于模具加工。 減少?zèng)_裁時(shí)尖角處的崩刃和過快磨損。減少熱處開裂。圖中的尖角要以圓弧 過渡代替。查表可知圓弧處的 r=0.25t=0.5mm。如下圖：呂導(dǎo)I GO l_7T?CO0 2Q 20.0.-8RR0, 5 /一 Wb h 余 其01O+S：ooo其余未注圓角均為R0.5托板生產(chǎn)批量：大批量材料：08Ft=2oc此工件無任何懸臂及凹槽，無需考慮避免過于窄長的凸出懸臂和凹槽。所以 此工件適合沖裁工。d. 沖孔時(shí)，因受凸模強(qiáng)度的限制

5、，孔的尺寸不應(yīng)太小。沖孔的最小尺寸取決于材料性能、凸模強(qiáng)度和模具結(jié)構(gòu)等。而圖中，孔的直徑d=10mm，查表可知d=10mm 1.5t。符合要求，適合沖裁。e. 由于此零件只有一個(gè)中心孔，因此無需考慮孔與孔之間的距離。不影響沖裁生產(chǎn)，適合沖裁工藝。3零件的精度與斷面分析：a 沖裁體的公差等級(jí)不高于IT11級(jí)，一般落料件公差等級(jí)最好低于IT10級(jí), 沖孔件公差等級(jí)最好低于 IT9 級(jí)。可以由表得知， t=2mm 的托板的沖壓生產(chǎn) 滿足產(chǎn)品的精度要求，故適合沖裁工藝。b沖裁件的斷面粗糙度及毛刺高度與材料塑性、材料厚度、沖裁間隙、刃口鋒 利程度、沖模結(jié)構(gòu)及凸、凹模工作部分表面粗糙值等因素有關(guān)。用普通沖

6、裁 厚度為mm以下的金屬板料時(shí)，其斷面粗糙度值 Ra 一般可在3.2-12.5卩m 由圖可知：此零件 t=2mm的金屬材料，Rmaxw 0.05mm,滿足沖壓件實(shí)際 尺寸的要求和公差精度等級(jí)。沖壓工藝方案分析及優(yōu)化1 在選擇沖壓工藝方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證沖裁件的質(zhì)量，還應(yīng)選擇成本較 合適的工件。必須遵守安全性原則。2 在滿足或遵循上面三個(gè)要求時(shí)，還需分析并確定沖壓工藝方案a 分析工件的基本特性及一般性： 08F 屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其特點(diǎn)： 材料的利用率高、成本低、組織不致密、力學(xué)性能低、質(zhì)量分?jǐn)?shù)低、塑 性好、主要是制作薄板，適合與制造此工件。b 分析得出沖壓工藝工序有： 1.落料， 2沖孔。單工序

7、模：主適用于較復(fù)雜的沖壓件，小批量也適用于單工序模，其精度只能達(dá)到一般水準(zhǔn)，但成本也相應(yīng)較低一些。復(fù)合模：適用于大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，精度高，但成本比單工序模稍稍高，不產(chǎn)生累積誤差，精度比單工序模高。連續(xù)模：精度比單工序模高比復(fù)合模低，成本在兩者之間。綜上所述：工件是大批量生產(chǎn)，塑性高，容易變形，所以用單工序模容易 產(chǎn)生累積誤差，誤差較大，不應(yīng)使用；如果用連續(xù)模，精度雖好，但此工 件需要沖孔、落料，如果用連續(xù)模加工，步驟多、麻煩，對(duì)設(shè)備的磨損也 較高，也不宜使用；如果采用復(fù)合磨具，大批量生產(chǎn)，材料也較便宜，不 會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差，精度高，成本歲高但能增加生產(chǎn)效率，所以我任務(wù)復(fù)合 模更適用于此工件

8、的沖壓加工。c 沖壓件屬于落料，一次即可沖成。順序：如果先沖孔，再落料，工件塑性高，所以容易變形，在落料的過程 中有可能使孔變形。所以不能先沖孔再落料，相反先落料再?zèng)_孔就能很好 的彌補(bǔ)這一問題。補(bǔ)充：單工序模：精度要求不高，生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)，會(huì)產(chǎn) 生累積誤差，從設(shè)備方面來說，要兩套設(shè)備，麻煩，消耗設(shè)備的壽命，而 且越麻煩的工序越容易發(fā)生安全事故，而且精度不高，有可能無法達(dá)到用 戶所理想的精度，用戶就無再次訂單的興趣；而連續(xù)模來說，雖然精度較 高，步驟稍短，雖然安全系數(shù)大大提高，但是如果我是一名用戶的話，我 肯定會(huì)選價(jià)格低，質(zhì)量優(yōu)秀的工件。所以復(fù)合模生產(chǎn)效率高工件的精度也 比連續(xù)模高

9、，成本起伏不大，安全系數(shù)也非常高，所以我更贊成復(fù)合模。我認(rèn)為無論是對(duì)于工廠還是用戶來說，工件的質(zhì)量和造件的速度才 是首選。如果一個(gè)工件質(zhì)量不是用戶的理想范圍的話，用戶自然不想要此 工件，相對(duì)來說工廠也不好銷售掉。其次是造件的速度，能在最短工序造 出來的工件，速度快，安全系數(shù)也高，所以綜上所述，還是復(fù)合模更適合 沖壓生產(chǎn)。沖裁排樣設(shè)計(jì)的方法和選擇：1.排樣設(shè)計(jì)的原則： 提高材料的利用率。對(duì)沖裁件來說，材料費(fèi)用常占沖裁件總成本的60% 以上，故材料利用率是一項(xiàng)很重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)； 使工人操作方便、安全，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度； 使模具結(jié)構(gòu)簡單，模具壽命較高； 排樣應(yīng)保證沖裁件的質(zhì)量。2. 提高材料利用率

10、的方法：沖裁所產(chǎn)生的廢料可分為兩類：一類是結(jié)構(gòu)廢 料，是由沖裁件的形狀特點(diǎn)產(chǎn)生的；另一類是由于沖裁件之間和沖裁件 與條料側(cè)邊之間的搭邊以及料頭、料尾和邊余料而產(chǎn)生的廢料成為工藝 廢料。要提高材料利用率，主要應(yīng)從減少工藝廢料著手。減少工藝廢料的有力措施是設(shè)計(jì)合理的排樣方案，選擇合適的板料規(guī)格和合理的裁板 法（減少料頭、料尾和邊余料），或利用廢料作小零件等。3. 排樣方法： 有廢料排樣：沿沖件全部外形沖裁，沖件與沖件之間、重建與條料之間 都存在搭邊廢料。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命 也高，但材料利用率低； 少廢料排樣：沿沖件部分外形切斷或沖裁，只在沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之

11、間留有搭邊。因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖 件質(zhì)量稍差，同時(shí)邊緣毛刺被凸模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單； 無廢料排樣：沖件與沖件之間或沖件與條料側(cè)邊之間均無搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。 沖件的質(zhì)量和模具壽命更差一些， 但材料 利用率最高。采用有廢料排樣，沖件的精度雖高，但材料利用率較低在滿足沖件質(zhì)量的 同時(shí)，無法更快更省的利用材料和設(shè)備，因此我認(rèn)為對(duì)于大批量生產(chǎn)沖件 的過程中不利于采用有廢料排樣。又由于此零件的形狀無法達(dá)到無廢料排 樣，而且無廢料排樣的質(zhì)量和精度都無法令用戶滿意的話會(huì)影響到工廠的 信譽(yù)，所以不利采用。所以我認(rèn)為最佳排樣方法是少廢料排樣

12、。4. 板料的選擇：長：500mm；寬300mm；厚度：2mm5. 條料寬度與導(dǎo)料板間距離的計(jì)算：因?yàn)榫纫_(dá)到 IT8，有事大批量生 產(chǎn)，所以選擇有測(cè)壓裝置。導(dǎo)入公式：B 0= (Dmax+2a)方法一：橫裁縱排B= ( Dmax+2a) =30+2x 2=34mm 每條板料數(shù)n=500/34 14條每條零件數(shù)n= (300-2) /60 4件每板零件數(shù)n=4x 14=56件方法二：縱裁橫排B= ( Dmax+2a) =58+2x 1.6=61.2mm 每條板料數(shù)n=500/61.2 8條每條零件數(shù)n= (300-2) /32 9件每板零件數(shù)n=8x 9=72件方法三：縱裁縱排B= ( Dm

13、ax+2a) =58+2x 2=62mm每條板料數(shù)n=500/62 8條每條零件數(shù)n= (300-2) /32 9件每板零件數(shù)n=8x 9=72件材料利用率：n =72 x 1326.46/150000X 100% 64%B= ( Dmax+2a) =30+2x 1.6=33.2mm每條板料數(shù)n=500/33.2 15條每條零件數(shù)n= (300-2) /60 4件每板零件數(shù)n=4x 15=60件材料利用率：n =60 x 1326.46/150000X 100% 53%雖然方案二與方案三的利用率相等，但由于剩料多的確實(shí)方案二，所以沖經(jīng)濟(jì)利益上和工作效率來說選取方案二更合適。計(jì)算各工序沖壓力：沖

14、裁力：F=kLtT又 v L=191.64mm, t=2mm, T=230 310令 T=300 F=1.3X 191.64X 2 X 300=149479.2NF卸=k卸F二由上可知：查表可得 k推=0.05令 n=5,則 F 推=74739.6NF 壓=F+F 卸 +F 推=231692.73N設(shè)備的屯位為：F壓/80%=289615.95N根據(jù)此力可以選用J23-40式雙柱可傾式壓力機(jī)。壓力中心確認(rèn)：由于此沖裁件左右對(duì)稱，厚度均勻，所以壓力中心在零 件的幾何中心。沖裁模具間隙的選用和確定：一般來說，當(dāng)時(shí)沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時(shí)，應(yīng)選取較小的間隙值，而當(dāng)沖裁件的質(zhì)量要求不高時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)?shù)丶?/p>

15、 大間隙值以利用提高沖模的使用壽命。沖裁間隙的確定：由此沖裁件工序分為沖孔個(gè)落料，根據(jù)前面可知落料的公差一般，沖孔的公差相對(duì)于落料要高些，故落料的初始間隙可由沖壓工藝及模具書中標(biāo)4.佃查得，沖孔的初始間隙可由沖壓工藝及模具書中表4.20 查得。即：落料：Zmin=0.22mm, Zmax=0.26mm;沖孔:Zmin=0.16mm， Zmax=0.20mm。沖裁模具刃口尺寸計(jì)算：根據(jù)尺寸計(jì)算原則可計(jì)算出模具刃口尺寸。1 由于選取的是復(fù)合模，則凸模和凹模配合加工。落料時(shí)，先做凹模，并 以它作為基準(zhǔn)配制凸模，保證最小合理間隙；沖孔是，先做凸模，并以 它作為基準(zhǔn)配制凹模，保證最小合理間隙。 落料的尺

16、寸計(jì)算：A類尺寸： 根據(jù)凹凸的磨損規(guī)律，凹模刃口磨損后，尺寸變大，其基本尺寸應(yīng)取等于工件的最小極限尺寸，凸模應(yīng)取最大極限尺寸。 確定模具公差：一般沖模精度較工件精度高23級(jí)。落料：T58=0- (-0.74) =0.74，T3o=0- (-0.52) =0.52，Tr8=0- (-0.22) =0.22查表可知x=0.5，根據(jù)公式:A 凹=(A-x )+0.250Ddi= (58-0.37)Dd2= (30-0.26)+0.180+0.130=57.63=29.74+0.18+0.13Dd3= (8-0.16)+0.0550=7.84+0.055T38=為自由公差，令其公差等級(jí)為Dd4= (3

17、8-0.28)+0.140=37.72+0.14098mmmmmmIT14級(jí)，公差為0.56mm=0 s 匸 c s80ostIIII+29.74ro：Jooo沖孔：基本尺寸為10+0.03,為了延長模具壽命，應(yīng)將其人口尺寸加工4.25可知其刃口0成為其工件的最大極限尺寸，由沖壓工藝及模具查表0公式為 B 凹=(B+xA) -0.25 z 查表 4.24可知 x=0.75.0 0mm根據(jù)公式：B= ( 10+0.75X 0.03)-0.0075=10.225 -0.00752凸模與凹模分開加工凹模刃口尺寸：+0.025+0.025D= (58-0.37) 0=57.630mm+0.020+0.

18、020D= (30-0.26) 0=29.740mm+0.017+0.017D= (8-0.16)0=7.840mm+0.020+0.020D= (38-0.28) 0=37.720mm凸模刃口尺寸：d=(D-x -Znnin)-凸可計(jì)算出d=57.41-0.017mmId=29.520-0.014 mmd=7.620.012mmd=37.500-0.017 mmR7.89si+0.030+ 凹沖孔：基本尺寸10,凹模刃口尺寸:d 凹=(d+xA +Zmin )+0.017=10.18250mm00,0075+0.017根據(jù)公式得：d 凹=(10+0.0225+0.16)。0 0凸模刃口尺寸：

19、d 凸=(d+xA) -s凸 =10.0225 一。*mm四. 分別加工的可行性判斷：由前面計(jì)算參數(shù)可知：凹凸模最大間隙為0.42mm, 最小間隙為0.29mm,艮卩Z max=0.42mm, Z min=0.29mm。要使分別加工的 可行性成立，需滿足Z max- Z min Zmax-Zmin ,即0.13玄0.04.所以不可用 分別加工。五. 模具閉合高度確定：模具的閉合高度需滿足：不要墊板時(shí)：Hmin+10mm 15mm) (K值可查書中表 4.37)凹模壁厚：C= (1.52) H ( C 30mm)即: H=0.42 X 58=24.36mm, C=2X 24.36=48.72mm

20、按上式計(jì)算的凹模外形尺寸，可以保證凹模有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般可不 再進(jìn)行強(qiáng)度校核。3. 復(fù)合模中凹凸模的最小壁厚：根據(jù)沖裁件的尺寸可決定凹凸模的內(nèi)、外緣之 間的壁厚。是為了保證凹凸模的強(qiáng)度。對(duì)內(nèi)孔不積聚廢料或工件的凹凸模， 沖裁硬材料，最小壁厚為：C=1.5t且C 0.7mm，即：C=1.5X 2=3mm 0.7mm4. 凹模的固定及主要技術(shù)要求：螺孔間、螺孔與銷孔間及螺孔、銷孔與凹模刃壁間的距離不能太近，否則含影響模具壽命。如下圖：沖裁模具卸料與出件裝置設(shè)計(jì)：1. 岡性卸料力大，卸料可靠。對(duì) t0.5mm，平直度要求不很高的沖裁件一般 使用較多而對(duì)薄料不太適合卸料板選定：在此根據(jù)前面設(shè)計(jì)應(yīng)

21、選用與導(dǎo)料板成一體的整體式卸料板，結(jié) 構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是裝配調(diào)整不方便。凸模與剛性卸料板的雙邊間隙取決于板料厚度，一般為0.20.5mm,板料薄時(shí)取小值，剛性卸料板的厚度一般取 520mm，根據(jù)卸料力大小額而定。當(dāng)學(xué)了板兼起凸模導(dǎo)板作用時(shí)，與凸模一般按H7/h6配合制造，但應(yīng)使它與凸模間隙小于凹凸模間隙，以保證凹凸模的正確配合。采用導(dǎo)板可以確定 各工作的相對(duì)位置，提高凸模的導(dǎo)向精度，并且能保護(hù)細(xì)長凸模不致折斷。 導(dǎo)板厚度一般取(0.81) H凹。2. 推件裝置：根據(jù)前面的設(shè)計(jì)確定了剛性推件裝置，當(dāng)模具回程時(shí)，壓力機(jī)上 上橫梁作用于打桿，將力依次傳遞到推板和推件塊，把模孔中的工件或廢料 推出。特點(diǎn)：

22、剛性推件裝置推件力大，工作可靠，故應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于沖裁板料較厚的沖裁模。沖裁模具定位零件設(shè)計(jì)：使用條料時(shí)，保證條料送進(jìn)的導(dǎo)向零件有導(dǎo)料板， 導(dǎo)料銷。保證條料送進(jìn)步距的零件有擋料銷，定距側(cè)刃等。根據(jù)前面設(shè)計(jì)，在此定位的導(dǎo)向零件為導(dǎo)料銷。為保證送料精度，使條料緊 靠一側(cè)送進(jìn)，采用彈簧壓塊式側(cè)壓裝置。如下圖：一#-一*L標(biāo)準(zhǔn)模架與導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)：1. 導(dǎo)柱、導(dǎo)套滑動(dòng)導(dǎo)向裝置：沖壓模具設(shè)置導(dǎo)向裝置可以提高模具精度，減少 壓力機(jī)對(duì)模具精度的不良影響，同時(shí)節(jié)省調(diào)整時(shí)間，提高工件精度和模具壽 命，因此，批量生產(chǎn)用沖壓模具廣泛采用導(dǎo)向裝置。2. 導(dǎo)柱、導(dǎo)套滾動(dòng)導(dǎo)向裝置：是一種無間隙導(dǎo)向，其導(dǎo)向精度高，

23、壽命長，在 高速壓力機(jī)工作的高速?zèng)_模、精密沖裁模，硬質(zhì)合金模和其他精密模具中有 廣泛應(yīng)用。根據(jù)前面設(shè)計(jì)，在此我選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套滾動(dòng)導(dǎo)向裝置，因?yàn)樗雀撸?壽命長，對(duì)于大批量生產(chǎn)是在適合不過了。3. 標(biāo)準(zhǔn)模架技術(shù)參數(shù)。a. 凹模周界。模架可以安裝凹模的最大尺寸為凹模周界。凹模周界LXB的大小是選用模架的主要技術(shù)參數(shù)。確定凹模尺寸，是在計(jì)算出凹模刃口尺寸的基礎(chǔ)上，再計(jì)算出凹模的壁厚，確定凹模外輪廓尺寸。即： L X B=94.2mmb. 最小閉合高度：根據(jù)前面設(shè)計(jì)最小閉合高度為Hmin=220mm。c. 最大行程S,最大行程S是指模架許可使用的最大沖壓行程。即：最小閉合高度 Hi( h+h2) =183.84mm其他支承和設(shè)計(jì)和選用：1.模柄：根據(jù)前面設(shè)計(jì)，在此選用凸緣式模柄，上模座的沉孔與土元為H7/h6配合，并用4個(gè)內(nèi)六角螺釘進(jìn)行固定。如下圖：jrJrjFjfFjFfL1r丄廠L2. 凸模、凹模固定板：凸模、凹模固定板主要用于小型凸模、凹?；虬纪?模等工作零件的固定。固定板的外形與凹模輪廓尺寸基本上一致，厚度 ?。?.60.8）H凹，材料可選用Q235或45岡嘰固定板與凸模、凹模為過 渡配合（H7/n6或H7/m6）,壓裝后將凸模斷面與固定板一起磨平。浮 動(dòng)凸模與固定板采