沖壓模具課程設(shè)計(jì)

1、前言沖壓是在室溫下,利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具在冷沖壓加工中,將材料(金屬或非金屬加工成零件(或半成品的一種特殊工藝裝備,稱為冷沖壓模具(俗稱冷沖模。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備,是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等,與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低,是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一,在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在飛行器鈑金件、高檔轎車(chē)和大中型汽車(chē)

2、覆蓋件模具及高精度沖模方面,無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面,都有較大差距。覆蓋件模具,具有設(shè)計(jì)和制造難度大,質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn),可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平,模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平,在模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步,但在制造質(zhì)量、精度、制造周期等方面,與國(guó)外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具,是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具,已基本達(dá)到國(guó)際水平。因此我們?cè)趯W(xué)習(xí)完飛機(jī)鈑金成形原理和工藝等模具相關(guān)基礎(chǔ)課程后,安排了模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì),以幫助我們掌握模具設(shè)計(jì)的過(guò)程

3、,為以后參加工作打下基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)內(nèi)容一、零件的工藝性分析 圖1 零件圖1零件的尺寸精度分析如圖1所示零件圖,該零件外形尺寸為R11,19;內(nèi)孔尺寸為R3,6,均未標(biāo)注公差,公差等級(jí)選用IT14級(jí),則用一般精度的模具即可滿足制件的精度要求。2零件結(jié)構(gòu)工藝性分析零件形狀簡(jiǎn)單,適合沖裁成形。3制件材料分析制件材料為45鋼,抗剪強(qiáng)度為432549Mpa,抗拉強(qiáng)度為540685Mpa,伸長(zhǎng)率為16%。適合沖壓成形。綜合以上分析,得到最終結(jié)論:該制件可以用沖壓生產(chǎn)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。但有幾點(diǎn)應(yīng)注意:1孔與零件左邊緣最近處僅為2mm,在設(shè)計(jì)模具是應(yīng)加以注意。2制件較小,從安全方面考慮,要采取適當(dāng)?shù)娜〖绞健?有一

4、定批量,應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇,保證一定的模具壽命。二、工藝方案的確定由零件圖可知,該制件需落料和沖孔兩種沖壓工藝,設(shè)計(jì)模具時(shí)可有以下三種方案:方案一:先落料,再?zèng)_孔,采用單工序模生產(chǎn)。方案二:沖孔、落料連續(xù)沖壓,采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。方案三:落料和沖孔復(fù)合沖壓,采用復(fù)合模生產(chǎn)。方案一采用單工序模生產(chǎn),模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工,生產(chǎn)效率較低,難以滿足零件年產(chǎn)20萬(wàn)件的需求,而且要考慮第二套模具中工序件的定位問(wèn)題,操作不便。方案二采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn),可有效地提高生產(chǎn)效率,但連續(xù)模制造和設(shè)計(jì)難度大,費(fèi)用高,用于生產(chǎn)該制件達(dá)不到經(jīng)濟(jì)性要求。方案三采用復(fù)合模生產(chǎn),亦有很高的生

5、產(chǎn)效率,復(fù)合模能在壓力機(jī)一次行程內(nèi),完成落料、沖孔兩道工序,所沖壓的工件精度較高,不受送料誤差影響,能較好的滿足該制件內(nèi)孔與外形同心的要求。通過(guò)對(duì)比,故采用方案三,比較適合該零件。三、模具結(jié)構(gòu)形式的確定(一模具類(lèi)型及卸料方式分析因制件材料較薄,為了保證制件的平整度,所以采用正裝式復(fù)合模,即凸凹模安裝在上模,這樣,從模柄中穿入導(dǎo)桿可以直接把嵌在凸凹模里的廢料從刃口中打下,卡在凸凹模凸模刃口上的材料可以用彈性卸料板卸料;沖孔凸模與落料凹模安裝于下模,用頂件器帶動(dòng)卸料板頂出制件。(二模具定位方式分析在模具設(shè)計(jì)中,拋棄了傳統(tǒng)的銷(xiāo)釘定位,而是把凸凹模和凹模分別在上、下模座定位,上、下模座的定位沉臺(tái)在制造

6、時(shí)是和導(dǎo)柱、導(dǎo)套固定在一起加工完成的,這樣保證了上、下模工作零件的同軸度,從而達(dá)到保證零件尺寸精度的目的。同時(shí)沒(méi)有使用銷(xiāo)釘,也使模具的維修方便了很多,即使多次拆卸也能保證零件的精度不變。四、工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算(一制件排樣與材料利用率計(jì)算采用單排直排有廢料排樣,如圖2所示。=1mm,則送料由文獻(xiàn)【1】表3-17查得制件間搭邊值a=0.8mm,側(cè)搭邊值a1步距L=19+0.8=19.8;條料寬度B=22+1+1=24;經(jīng)計(jì)算制件面積S=284.73mm2,一個(gè)步距的材料利用率為:=S/(BL ×100%=284.73/(24 ×19.8 ×100%=59.92% 圖2 排

7、樣圖由文獻(xiàn)【2】表4-1冷軋鋼板的尺寸,選板料規(guī)格為1200mm×600mm×1mm,剪裁條料時(shí)采用橫裁法,于是條料尺寸為24mm×600mm。每板條料數(shù)n1=1200/24=50(條;每條制件數(shù)n2=(600-0.8×2/19.8=30(件;每塊板制件數(shù)n3= n1×n2=50×30=1500(件材料總利用率,=1500×284.73/(1200×600=59.3(二沖壓力的計(jì)算沖裁力可按以下公式1計(jì)算:F=KLtkp式中:t材料厚度(mm; L沖裁件周長(zhǎng)(mm;kp-材料抗剪強(qiáng)度(Mpa。已知K=1.3, t=

8、1 mm;查文獻(xiàn)【2】表4-12得kp =432549,取kp=500;經(jīng)計(jì)算得外形周長(zhǎng)L1=67.57mm,內(nèi)孔周長(zhǎng)L2=30.85mm。所以落料沖裁力 F1= KL1tkp=1.3×67.57×500×1=43.92kN沖孔沖裁力 F2= KL2tkp=1.3×30.85×500×1=20.05 kN推件力和卸料力可用以下經(jīng)驗(yàn)公式 1進(jìn)行估算:F推件=nK推FF卸料=K卸F式中:F沖裁力;n為同時(shí)卡塞在凹模內(nèi)的零件數(shù),一般為35;K推推件力系數(shù);K卸卸料力系數(shù)。查文獻(xiàn)【1】表3-15得,K推=0.055,K卸=0.040.05,所

9、以F卸料=K卸F1=0.04×43.92=1.7568 kNF推件=nK推F2=5×0.055×20.05=5.51 kN由于該制件模具采用彈性卸料裝置,所以總沖壓力的計(jì)算公式為:F總= F1+F2+F卸料+F推件=43.92+20.05+1.7568+5.51=71.24 kN(三初選壓力機(jī)根據(jù)總壓力71.24 kN,查文獻(xiàn)【2】表4-33開(kāi)式壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù),初選壓力機(jī)型號(hào)規(guī)格為J23-10,其主要參數(shù)如下:公稱壓力:100 kN滑塊行程:45mm最大閉合高度:180mm最大裝模高度:145mm工作臺(tái)尺寸:370mm×240mm模柄孔尺寸:30m

10、m×55mm(四計(jì)算壓力中心該制件圖形較規(guī)則,上下對(duì)稱,故采用解析法求壓力中心較為方便。建立如下圖所示坐標(biāo)系。 設(shè)壓力中心為(x0,y0,因?yàn)樯舷聦?duì)稱,所以y0=0,只需求x0,又因?yàn)閮?nèi)孔為軸對(duì)稱圖形,所以只需考慮外形。經(jīng)計(jì)算得L1=15.1mm,L2=52.47mm,x2=3.165,x1=-8。根據(jù)合力矩定理得 所以,壓力中心為(0.72,0。 (五計(jì)算凸凹模刃口尺寸本制件形狀簡(jiǎn)單,可按分別加工方法制造凸、凹模,凸、凹模的制造公差 p 和p 必須滿足不等式 1:p +d Z max -Z min 。根據(jù)制件的材料和厚度,由文獻(xiàn)【3】表2-14 汽車(chē)、拖拉機(jī)等行業(yè)沖裁模初始雙邊間隙

11、值,查得 :Z max =0.140mm,Z min =0.100mm ;根據(jù)制件的基本尺寸和厚度,由文獻(xiàn)【3】表2-19 汽車(chē)、拖拉機(jī)等行業(yè)簡(jiǎn)單形狀制件凸、凹模的制造偏差,查得:落料部分:凸模-0.020mm,凹模+0.020 沖孔部分:凸模-0.020mm,凹模+0.020 驗(yàn)證制造偏差是否合格:p +d =0.02+0.02=0.04 Z max -Z min =0.140-0.100=0.04所以,p +d =Z max -Z min =0.04,合格,可以采用該公差值。由于零件圖未注公差,為了降低工作難度,所以在實(shí)際生產(chǎn)中按照IT14等級(jí)確定制件各尺寸公差,查文獻(xiàn)【3】附錄一 標(biāo)準(zhǔn)公

12、差數(shù)值和表2-17 磨損系數(shù)x 得:落料部分:尺寸R11,公差為0.43mm ,取x=0.5;尺寸19,公差為0.52mm ,取x=0.5;沖孔部分:尺寸R3 ,公差為0.25mm ,取x=0.5;尺寸6,公差為0.3mm ,取x=0.75。1落料 尺寸RD d =(D max -x =(11.215-0.5×0.43= D p =(D d - Z min =(11-0.100=尺寸 D d =(D max -x =(19.26-0.5×0.52= D p =(D d - Z min =(19-0.100=2沖孔 尺寸R d p =(d min +x =(2.875+0.5

13、×0.25= d d =(d p + Z min =(3+0.100=尺寸 d p =(d min +x =(5.85+0.75×0.3= d d =(d p + Z min =(6.075+0.100=五、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (一凹模設(shè)計(jì)因制件形狀簡(jiǎn)單,輪廓近似圓形,且總體尺寸不大,選用整體式圓形凹模較為合理。因制件精度較低,厚度較小,由文獻(xiàn)【2】表3-5 冷沖模工作零件的材料及熱處理要求,選用9Mn2V 為凹模材料。1確定凹模厚度H 值:由凹模厚度經(jīng)驗(yàn)公式4估算:H=K 1K 2式中,F 沖裁力,N ;K 1凹模材料修正系數(shù),合金鋼取1,碳素鋼取1.3;K 2凹模刃口周邊長(zhǎng)度

14、修正系數(shù)。本例中沖裁力F=43.92kN ;凹模材料為合金鋼,故K 1取1;凹模刃口周邊長(zhǎng)度為67.57mm ,查文獻(xiàn)【4】表3-34凹模刃口周邊長(zhǎng)度修正系數(shù),得K 2=1.12,所以H=K 1K 2=1×1.12×=19.06mm2確定凹模周界尺寸D :根據(jù)條料寬度B=24mm,材料厚度t=1mm,由文獻(xiàn)【4】表3-33,查得凹?？妆诤馽=22mm 。所以D=2R+2c=22+266mm由文獻(xiàn)【2】表5-45 圓形凹模板尺寸,可查到較為靠近凹模周界尺寸為63mm ×20mm,故凹模周界尺寸取為63mm×20mm。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 圖3 凹模(二其他

15、沖模零件設(shè)計(jì)據(jù)以上確定的凹模周界尺寸,查文獻(xiàn)【2】表5-5 復(fù)合模圓形厚凹模典型組合尺寸,可得其他沖模零件的數(shù)量、尺寸及主要參數(shù)。1卸料板標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm×8mm,結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。 圖4卸料板2凸凹模固定板標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)JB/T7643.5-1994,周界尺寸63mm×12mm,結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。 圖5凸凹模固定板3 頂件塊非標(biāo)準(zhǔn)件,尺寸根據(jù)凸、凹模尺寸確定,結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。 圖6頂件塊4凸凹模凸凹模采用直通式結(jié)構(gòu),固定部分簡(jiǎn)化為圓形,因采用彈壓卸料,所以凸凹模長(zhǎng)度按下式6計(jì)算L=h1+h2+t+h式中,h1凸凹模固定板厚度,mm;h2

16、卸料板厚度,mm;t材料厚度,mm;h增加長(zhǎng)度。它包括凸凹模修磨量、凸凹模進(jìn)入凹模的深度(0.51mm、凸凹模固定板與卸料板之間的安全距離等,一般取1020mm。本例中,h1=12mm,h2=8mm,t=1mm,h取14mm,所以凸凹模長(zhǎng)度L=h1+h2+t+h=12+8+1+14=35mm凸凹模結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。 圖7 凸凹模5凸模凸模亦采用直通式,固定部分簡(jiǎn)化成圓形,長(zhǎng)度L=19.5mm,其結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。 圖8 凸模(三選擇模架由凹模周界尺寸63mm×20mm及模架閉合高度110mm,查文獻(xiàn)【2】表5-8滑動(dòng)導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱模架規(guī)格,選用后側(cè)導(dǎo)柱模座,其主要參數(shù)如下:上模座 63

17、mm×63mm×25mm(GB/T2855.5-1990;下模座 63 mm×63mm×30mm(GB/T2855.6-1990;導(dǎo)柱 16mm×110mm×30mm(GB/T2861.2-1990;導(dǎo)套 16mm×50mm×23mm(GB/T2861.6-1990。模架具體結(jié)構(gòu)尺寸,參照文獻(xiàn)【5】表4-6后側(cè)導(dǎo)向模柱、表3-38導(dǎo)柱和表3-39導(dǎo)套設(shè)計(jì)。(四模柄設(shè)計(jì)本例采用凸緣模柄,尺寸與模柄孔配做。六、校核壓力機(jī)安裝尺寸模座外形尺寸為63mm×63mm,閉合高度為110mm,J23-10型壓力機(jī)工作臺(tái)

18、尺寸為370mm×240mm,最大閉合高度為180mm,故此壓力機(jī)能滿足要求。七、繪制裝配圖 圖9 裝配圖結(jié)束語(yǔ)鈑金沖壓成形課程設(shè)計(jì)是我們?cè)诖髮W(xué)期間的一門(mén)重要課程,是對(duì)我們將理論應(yīng)用于實(shí)踐能力的考核。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我加深了對(duì)沖壓成形的理解,掌握了模具設(shè)計(jì)的基本方法,很好地鞏固了以前所學(xué)的知識(shí),相信對(duì)我將來(lái)從事工作將有很大幫助。在本設(shè)計(jì)過(guò)程中,各位老師和同學(xué)們給予我大量的指導(dǎo)和幫助,在此表示衷心的感謝。由于個(gè)人水平有限,在設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和不足,還請(qǐng)老師批評(píng)指正。致謝經(jīng)過(guò)兩周的忙碌和工作,本次課程設(shè)計(jì)終于完成了,作為一個(gè)本科生的課程設(shè)計(jì),由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒(méi)有老師的督促指導(dǎo),以及一起工作的同學(xué)們的幫助,想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很難的。在