沖壓模具課程設(shè)計(jì)--帶凸緣無(wú)底筒形件

1、精品文檔沖壓模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)學(xué)院：姓名：寒冰色手學(xué)號(hào)：專業(yè)： 11 機(jī)制.精品文檔目錄1 零件沖壓工藝分析 -031.1制件介紹 -031.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀分析 -032. 零件沖壓工藝方案的確定-033 沖模結(jié)構(gòu)的確定 -044. 零件沖壓工藝計(jì)算 -044.1 零件毛坯尺寸計(jì)算 -044.2排樣 -064.3拉深工序的拉深次數(shù)和拉深系數(shù)的確定-064.4沖裁力、拉深力的計(jì)算 -074.5拉深間隙的計(jì)算 -094.6拉深凸、凹模圓角半徑的計(jì)算-094.7計(jì)算模具刃口尺寸 -094.8計(jì)算模具 -105.選用標(biāo)準(zhǔn)模架 -125.1模架的類(lèi)型 -125.2模架的尺寸 -126.選用輔助結(jié)構(gòu)零件 -

2、136.1導(dǎo)向零件的選用 -136.2模柄的選用 -136.3卸料裝置 -146.4推件、頂件裝置 -146.5定位裝置 -147參考文獻(xiàn) -14.精品文檔1 零件沖壓工藝分析1.1制件介紹零件名稱：心子隔套材料： 08 鋼料厚： 1.0mm批量：大批量1.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀分析由圖 1 可知該零件為圓筒件經(jīng)過(guò)翻遍處理，翻邊處有過(guò)渡圓弧，且半徑為R=2.5mm 故非常適合用模具拉深或翻邊進(jìn)行處理，故要對(duì)毛坯進(jìn)行計(jì)算。單邊間隙、拉深凸凹模及拉深高度的確定應(yīng)符合制件要求。凹凸模的設(shè)計(jì)應(yīng)保證各工序間動(dòng)作穩(wěn)定。尺寸精度：零件圖上所有未注公差的尺寸，屬于自由尺寸，可按IT14 級(jí)確定工件尺寸的公差。2 零件

3、沖壓工藝方案的確定方案一：該零件屬于心子隔套， 即可以認(rèn)為是有凸緣筒形件去掉底部，即可用該規(guī)格的 40mm的無(wú)縫鋼管經(jīng)過(guò)翻遍處理即可獲得成品。方案二：經(jīng)過(guò)落料，拉深獲得筒形件經(jīng)過(guò)去底，再翻邊處理獲得成品。方案三 : 在落料時(shí)首先獲得預(yù)沖孔，經(jīng)過(guò)拉深獲得有凸緣圓筒，最后經(jīng)過(guò)內(nèi)孔上翻遍獲得成品。方案四：在落料時(shí)獲得預(yù)沖孔，直接對(duì)落料進(jìn)行翻邊處理獲得成品。通過(guò)分析可知方案一的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)模具的設(shè)計(jì)要求也很簡(jiǎn)單， 降低的設(shè)計(jì)要求和成本， 但無(wú)縫鋼管成本高， 該零件的產(chǎn)量為大批量生產(chǎn)，故使得生產(chǎn)成本.精品文檔上升，故方案一原則上是不可取的。方案二直接對(duì)落料拉深處理使得模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但相對(duì)于方案一而言需要

4、多次拉深，且需要將底部作為廢料處理，使得產(chǎn)品的廢料增多， 也使得對(duì)原料的需求量變大，所以方案二的經(jīng)濟(jì)性比方案一高但從環(huán)保性考慮方案二沒(méi)有方案一好。方案三在落料時(shí)獲得一個(gè)小的預(yù)沖孔， 然后經(jīng)過(guò)數(shù)次拉深處理獲得一個(gè)底部帶有小孔的筒形件最后經(jīng)過(guò)翻邊處理獲得成品。 此方案增加了材料的利用率， 減少了原料成本， 但增加了一道翻遍工序增加了生產(chǎn)成本， 且使得對(duì)模具設(shè)計(jì)要求增多了一個(gè)翻邊工藝。方案四同方案三相似， 省去了拉深這個(gè)工藝， 只需要對(duì)毛坯翻遍即可獲得成品，大大降低了生產(chǎn)成本和對(duì)模具的設(shè)計(jì)要求， 但只通過(guò)翻遍處理的零件可不可以達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求需要進(jìn)一步計(jì)算分析才知道。綜合以上分析得知， 方案四最經(jīng)

5、濟(jì)， 方案三可作為很好的備選項(xiàng)。 具體是取方案三或者是取方案四需通過(guò)下面計(jì)算來(lái)得證。3. 沖模結(jié)構(gòu)的確定3.1模具的結(jié)構(gòu)形式復(fù)合模可分為正裝式和倒裝式兩種形式。（1）正裝式的特點(diǎn)：工件和沖孔廢料都將落在凹模表面，必須清除后才能進(jìn)行下一次沖裁，造成操作不方便、不安全，但沖出的工件表面比較平直。（2）倒裝式的特點(diǎn)：沖孔廢料由沖孔凸模落入凹模洞口中，積聚到一定的數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，但工件表面平直度較差，凸凹模承受的張力較大。3.2模具結(jié)構(gòu)的選擇經(jīng)分析，若工件表面平直度較差， 影響零件的使用， 而工件和沖孔廢料在有氣源車(chē)間可以方便地清除。綜合比較兩種方式，決定采用正裝式復(fù)合模。4 零

6、件沖壓工藝計(jì)算4.1 零件毛坯尺寸計(jì)算（1） 確定零件的表面積計(jì)算。.精品文檔查得教材第 219 的表 9-1取極限翻邊系數(shù) mmin 0.65，由 D=39mm可得dD ?mmin 390.6525.35mm最后求的翻邊所達(dá)到的最大高度為：hD (1d ) 0.57r39 (10.65)0.57 38.535mm2D2而筒狀尺寸 H=38mm因而方案四不滿足設(shè)計(jì)要求，綜合以上考慮選擇方案三。環(huán)形尺寸計(jì)算：2222F4(d3d 2)4(60 45 ) 12371/4 的凹形球環(huán)：rd1 4 r )3 /2(39 +4×3)=634F2 (圓筒形：Fdh3935.54249.5因而 F

7、=6220.42所以得到毛坯不帶修邊余量的最小面積： F=6220.42+25.35 ×25.35/4 ×=6725.13所以得到毛坯不帶修邊余量的最小直徑：4DF92.54mm查書(shū)上 160 頁(yè)表 7-5 得修邊余量取 3.5mm。故求的毛坯直徑為：D毛坯D292.5423.599.54mm.精品文檔即毛坯尺寸 100mm,翻邊孔孔徑 23.5mm。4.2排樣1、制件的毛坯為簡(jiǎn)單的圓形件，而且尺寸比較小，考慮到操作方便，宜采用單排。 于 t=1.0mm, 查沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)附表7 軋制薄鋼板擬選用規(guī)格為： 1.0 ×500×600 的板料。2、單排查

8、教材 93 頁(yè)表 4-3 得工件間距離最小為1mm延邊距離最小為 1mm，進(jìn)而得排樣方式如圖所示，得到通過(guò)單排可以獲得28 件毛坯，材料利用率為73%3、雙排3. 雙排的工藝如圖所示，板料可以裁剪成兩個(gè)雙排板和一個(gè)單排板，該種情況可以獲得 28 塊雙排獲得的毛坯，和 7 塊單排獲得的毛坯?？偣搏@得 35 塊毛坯，材料利用率達(dá)到 91.6%。因此采用雙排板的方式加工毛坯件。4.3拉深工序的拉深次數(shù)和拉深系數(shù)的確定（1）判斷能否一次拉出板料相對(duì)厚度：t/D=1.0/100 ×100%=1.0%故由教材 155 頁(yè)表 7-1 得知采用壓邊圈，進(jìn)而查教材174 頁(yè)表 7-13 選取極限拉深系

9、數(shù) m=0.49由制件直徑 d=60mm板料直徑 D=100mm得總拉深系數(shù)：m d391000.39D.精品文檔由于總拉深系數(shù)小于查表得到的極限拉深系數(shù)， 故一次拉深達(dá)不到制件所需要的尺寸。所以需要進(jìn)行多次拉深。具體需拉深幾次，還需進(jìn)一步計(jì)算。查教材 166 頁(yè)表 7-8 知道第二次極限拉深系數(shù)為m=0.76d1m1 D0.49 100 49d 2m2 d10.76 49 37.24 40m1 0.5 ， m2 0.8故只需兩次拉深即可，調(diào)整后得到的拉深系數(shù)所以以后各次拉深工序的直徑為：d1m1 D50d 2m2 d140r1=R1=3.5,r2=R2=2.5以后各次拉深工序的圓角半徑為第一

10、次拉深深度為：0.25220.14h1d1 (Dd p ) 0.43(RpRd ) d1 ( RpRd ) 31.8同理得 h2=33.233.2+8.5=41.7>38故拉深后經(jīng)過(guò)翻邊工藝可以達(dá)到工藝要求。4.4沖裁力、拉深力的計(jì)算（ 1）落料工序取 10 鋼的強(qiáng)度極限 =400Mpa落料力：F=Lt =101×1×400=126920N 127kN由板料厚度為 1mm 故可采用剛性卸料板。P卸K卸 * P 127× 0.025 3.175 kN ；PK頂* P 127× 0.06 7.62 kN ；頂P1PP 卸 P頂 127+3.175+7.

11、62 137.795 kN 138kN 。式中：P 沖裁力， N；L沖裁件受剪切周邊長(zhǎng)度，LD3.1475235.5mm ；t 沖裁件的料厚；b 材料抗拉強(qiáng)度，查 1 第 27 頁(yè)表 1.10 ，取值為 400 MPa；P卸 卸料力， N；P頂 頂件力 ,N；K卸 卸料力系數(shù)，查 1 第 52 頁(yè)表 2.3 ，取值為 0.025 ；K頂 頂件力系數(shù)，查 1 第 52 頁(yè)表 2.3 ，取值為 0.06 ；P1 沖裁工序所需力之和。（2）沖孔工序.精品文檔P Ltb 25。 35×× 1×400 31.86 kN ；P推K推P 31.86 × 0.05 1.

12、6 kN ；P頂K頂P 31。 86×0.06 1.91 kN ；P2 PP推P頂 31.86+1.6+1.91 35.37 kN 。P推 推件力， N；K推 推件力系數(shù)，查表取值為0.05 ；P2 沖孔工序所需力之和。（ 2）拉深工序拉深力： p K 2 d1 t b1.11 491400 68348N 69kNPQFq （ 1002 -49 2）/4× 2.5 15 kN；P3PQP691584 kN 。PQ 壓邊力， N；F 在壓邊圈下坯料的投影面積，2mm；q 單位壓邊力，查表取值為2.5 MPa；P3 拉深工序所需力之和。（ 4）翻邊工序計(jì)算P4 1.1(Dd )

13、 s 1.1(40 25.35)245 12.4kN（ 5）計(jì)算完成零件沖壓所需的力，并選擇壓力機(jī)P總 P1P2P3P4 =269.77kN初選壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力：pwp1.8 p總1.8 269.77 485kN初選公稱壓力為 600kN 的 JH21 系列開(kāi)式固定臺(tái)壓力機(jī)（型號(hào)為JH21-60）。其最大裝模高度為 300mm，裝模高度調(diào)節(jié)量為 70mm，工作臺(tái)孔尺寸為 150mm，主電機(jī)功率為 5.5 kW 。.精品文檔4.5拉深間隙的計(jì)算由表 7-19 查的凸凹模單邊間隙Z1=1.1t=1.1mmZ2=1.05t=1.05mm根據(jù)凸凹模直徑大小查表得通氣孔直徑為5mm4.6拉深凸、凹模圓角

14、半徑的計(jì)算一般來(lái)說(shuō)，大的 r凹 可以降低極限拉深系數(shù)， 而且可以提高拉深件的質(zhì)量， 所以 r凹盡可能大些但 r 凹 太大會(huì)削弱壓邊圈的作用，所以r 凹 由下式確定：r凹 0.8 （DD 凹）t 0.8 (100 40) 1 6.19取 r凹 6.2 。式中：D 坯料直徑， mm；D凹 凹模直徑，由于拉深件外徑為40 mm,此處取值為 40 mm。（2）凸模圓角半徑的計(jì)算r凸 對(duì)拉深件的變形影響，不像 r凹 那樣顯著，但 r凸 過(guò)大或過(guò)小同樣對(duì)防止起皺和拉裂及降低極限拉深系數(shù)不利。 r 凸 的取值應(yīng)比 r凹 略小，可按下式進(jìn)行計(jì)算：r凸 0.8r 凹 0.8 ×6.2 4.96 （mm

15、）取凹模圓角 :r凹=5mm對(duì)于制件可一次拉深成形的拉深模，r凹 、 r凸 應(yīng)取與零件圖上標(biāo)注的制件圓角半徑相等的數(shù)值，但如果零件圖上所標(biāo)注的圓角半徑小于r凹 、 r凸 的合理值，則 r凹 、 r凸 仍需取合理值，待拉深后再用整形的方法使圓角半徑達(dá)到圖樣要求。4.7計(jì)算模具刃口尺寸（1）落料模刃口尺寸查表可得Z min 0.05 mm, Z max =0.1 mmZ max - Z min 0.50-0.36 0.05 mm凹 +0.03 mm， 凸 -0.02 mm由此可得凹凸0.05mm0.14mm故能滿足分別加工的要求。查表可得磨損系數(shù)X0.5 ，落料件基本尺寸為75 mm，取精度為IT

16、13 ，則其公差0.46mm，上偏差和下偏差分別為0.23mm和-0.23mm。由此可得D 落凹 （ D maxX ） （1000.5 0.46）0.03100 0.03(mm)凹000D落凸（ D落凹000(mm)Z min ） 凸（1000.36）0.0299.640.02（2）拉深模工作部分尺寸計(jì)算對(duì)于制件一次拉深成形的拉深模， 其凸模和凹模的尺寸公差應(yīng)按制件的要求.精品文檔確定。此工件要求的是外形尺寸，設(shè)計(jì)凸、凹模時(shí)，應(yīng)以凹模尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。由此可得D拉凹 D0.140.1mm(mm)D拉凸 DZ39.9mm(mm)4.8計(jì)算模具（ 1）凹模a. 凹模壁厚查6 第 630 頁(yè)表 1

17、45，由落料件的直徑為 100，料厚為 t 1mm，可取凹模壁厚為 40。b. 凹模厚度查6 第 631 頁(yè)圖 1415，凹模厚度 h 可根據(jù)沖裁力選取。由沖裁力為 267kN，可得凹模厚度為 h 28mm。c. 刃壁高度查6 第 630 頁(yè)刃壁高度的計(jì)算方法，垂直于凹模平面的刃壁，其高度 h0 可按下列規(guī)則計(jì)算：沖件料厚 t 3 mm， h0 3 mm；.精品文檔沖件料厚 t>3 mm, h0 =t 。由零件料厚為 t 1 mm,可得刃壁高度 h0 3 mm。（2）上凸凹模上凸凹模的結(jié)構(gòu)是落料凸模和拉深凹模，其長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)落料凸模的要求計(jì)算，壁厚根據(jù)落料凸模和刃口尺寸和拉深凹模直徑計(jì)算。

18、此處落料凸模采用有固定卸料板的凸模，長(zhǎng)度可按下公式計(jì)算：LH1H2Y式中：L上凸凹模的長(zhǎng)度， mm；H1上凸模固定版的厚度，mm；H2卸料板的厚度，mm。Y 附加長(zhǎng)度， 包括凸模刃口的修磨量、 凸模進(jìn)入凹模的深度、 凸模固定版與卸料板的安全距離。在此固定版厚度取值為 H1 25 mm。對(duì)于卸料板，查沖模設(shè)計(jì)手冊(cè) ，根據(jù)其料厚 t 2.5 ，卸料板寬度與凹模外徑相當(dāng)，取其寬度為 B 155，則卸料板厚度取值為 H214 mm。附加長(zhǎng)度取值為Y26。則上凸凹模的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)125142665mm。上凸凹模做拉深凹模的部分壁厚為.精品文檔D落凸D 拉凹 (74.6439.96) / 217.34mm

19、。這部分的高度取值為 20 mm，保證拉深件所需的深度 14mm，再附加一定的長(zhǎng)度。其余部分的壁厚取 13.34mm。上凸凹模的結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。5. 選用標(biāo)準(zhǔn)模架5.1模架的類(lèi)型模架包括上模座、 下模座、導(dǎo)柱和導(dǎo)套。 沖壓模具的全部零件都安裝在模架上，為縮短模架制造周期，降低成本，我國(guó)已制定出模架標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)模架導(dǎo)向用的導(dǎo)柱和導(dǎo)套間的配合性質(zhì)， 模架分為滑動(dòng)導(dǎo)向模架和滾動(dòng)導(dǎo)向模架兩大類(lèi)。 每類(lèi)模架中，由于導(dǎo)柱安裝位置和數(shù)量的不同，由有多種模架類(lèi)型，如：后側(cè)導(dǎo)柱式、中間導(dǎo)柱式、對(duì)角導(dǎo)柱式和四角導(dǎo)柱式。選擇模架結(jié)構(gòu)時(shí)， 要根據(jù)工件的受力變形特點(diǎn)、 坯料定位和出件方式、 板料送進(jìn)方向、導(dǎo)柱受力狀態(tài)

20、和操作是否方便等方面進(jìn)行綜合考慮。在此選用滑動(dòng)導(dǎo)向型的后側(cè)導(dǎo)柱式模架。5.2模架的尺寸選擇模架尺寸時(shí)要根據(jù)凹模的輪廓尺寸考慮， 一般在長(zhǎng)度及寬度上都應(yīng)比凹模大 3040mm，模版厚度一般等于凹模厚度的 11.5 倍。選擇模架時(shí)，還要考慮模架與壓力機(jī)的安裝關(guān)系， 例如模架與壓力機(jī)工作臺(tái)孔的關(guān)系， 模座的寬度應(yīng)比壓力機(jī)工作臺(tái)的孔徑每邊約大 40 50mm。在本設(shè)計(jì)中， 凹模采用圓形的結(jié)構(gòu)， 其工作部分基本尺寸為75 mm，壁厚為40mm，所以其外徑基本尺寸為155 mm，厚度為 h28 mm。模具的閉合高度H 應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度H max 與最小裝模高度H min 之間，其關(guān)系為：H ma

21、x 10H H min 5由上面壓力機(jī)的選擇可知道H max =300 mm， H min =H max 70=230 mm。所以H應(yīng)介于 225mm310mm之間。查指導(dǎo)書(shū)表選用的模架為、上模座、下模座分別為：模架： 250 ×250×（ 240285） GB/T2851.3上模座： 250×250×50GB/T2855.5下模座： 250×250×65GB/T2855.6由此可知其最大裝模高度為 285mm，最小裝模高度為 240mm，符合 H 的要求。下模座周界尺寸為 250×250，而凹模的外徑為 155mm，所以周

22、界尺寸符合要求。 下模座厚度為 65mm，而凹模的厚度為 28mm，也符合要求。工作臺(tái)孔尺寸為150mm，模座的寬度也比工作臺(tái)孔尺寸大，也符合要求。根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，可知其閉合高對(duì)為H 閉合 h1 h2 H 1'L1 t h3 h4 h5 h6.精品文檔式中：H閉合 模具的閉合高度， mm；h1上模座厚度， mm，由前可知 h1 50 mm；h2上墊板厚度， mm，此處選 h2 5 mm；H1' 凸模固定板厚度， mm，由前可知 H1' 25 mm；L1 上凸凹模長(zhǎng)度， mm，由前可知 L 65 mm；t 制件厚度， mm，此處 t 2.5 mm；h3下推板厚度， mm，

23、由前可知 h3 21 mm；h4下凸凹模固定板厚度， mm，由前可知 h4 25 mm；h5下墊板厚度， mm，選取 h5 5 mm；h6 下模座厚度， mm，由前可知 h6 =65 mm。綜上可得H 閉合 50+5+25+65+2.5+21+25+5+60263.5 mm，所以 H 閉合 介于 225mm和 310mm之間，符合設(shè)計(jì)要求。6. 選用輔助結(jié)構(gòu)零件6.1導(dǎo)向零件的選用導(dǎo)向裝置可提高模具精度、 壽命以及工件的質(zhì)量， 而且還能節(jié)省調(diào)試模具的時(shí)間，導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)的主意事項(xiàng)：（1）導(dǎo)柱與導(dǎo)套應(yīng)在凸模工作前或壓料板接觸到工件前充分閉合，且此時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)柱上端距上模座上平面有 1015 mm的間

24、隙；（2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套與上、下模板裝配后，應(yīng)保持導(dǎo)柱與下模座的下平面、導(dǎo)套上端與上模座的上平面均留 2 3 mm的間隙；（3）對(duì)于形狀對(duì)稱的工件，為避免合模安裝時(shí)引起的方向錯(cuò)誤，兩側(cè)導(dǎo)柱直徑或位置應(yīng)有所不同；（4）當(dāng)沖模有較大的側(cè)向壓力時(shí)，模座上應(yīng)裝設(shè)止推墊，避免導(dǎo)套、導(dǎo)柱承受側(cè)向壓力；（5）導(dǎo)套應(yīng)開(kāi)排氣孔以排除空氣。根據(jù)所選擇的模架，選用導(dǎo)柱的規(guī)格為： 35×230（ GB/T 2861.1 ），選用導(dǎo)套的規(guī)格為 35× 125×48（ GB/T 2861.6 ）。6.2模柄的選用根據(jù)壓力機(jī)模柄孔的尺寸：直徑 : 50 mm，深度 : 60 mm，選擇凸緣式模柄，查 2 第 437 頁(yè)表 15.20 ，可知其參數(shù)如下：d=50 ，極限偏差± 0.05 mm，d1=132 mm,總高度 L=91 mm，凸緣高 L1=23 mm，模柄倒角高度L2=5 mm，打桿孔 d2=15 mm，凸緣螺釘環(huán)繞直徑d3 =91 mm，凸緣固定螺釘沉孔的直徑d4=11 mm，沉孔臺(tái)階直徑 d5=18 mm，臺(tái)階高度 h=11 mm，材料為 Q