冷沖模止動件設計說明書

1、冷沖模課程設計（說明書）止動件冷沖模課業(yè)設計（復合模）系 部：專 業(yè)：班 級：編 輯主 編：指導教師：前 言冷沖模模具設計是為模具設計與制造專業(yè)學生在學完基礎理論課、技術基礎和專業(yè)課的基礎上，所設置的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的是：具體應用和鞏固本課程及有關修課的理論知識、生產知識，了解沖壓模模具設計的一般設計方法和步驟；培養(yǎng)設計能力，為以后進行設計工作打下基礎；結合生產和使用等條件，獨立地完成模具總體結構及其零部件的設計。熟練掌握徒手測繪的能力和AutoCAD和UGS NX繪圖軟件的應用能力，熟悉和運用參考文獻、設計手冊、了解有關國家（部頒）標準、規(guī)范等，加強對模具設計的認識，培養(yǎng)獨立分

2、析問題和解決問題的能力。由于個人設計水平有限，本設計定存在許多錯誤和不妥之處，請各位指導老師批評和雅正，懇請老師不吝賜教，同學提出寶貴的意見和建議，在此表示衷心的感謝！目 錄前言2目錄3第一章：引言41.1模具行業(yè)的狀41.2沖壓工藝介紹41.3沖壓工藝的種類41.4沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破5第二章止動件的設計72.1設計題目設計一止動件72.2沖壓件工藝分析82.3方案及模具結構類型92.4排樣設計102.5壓力計算112.6模具壓力中心計算122.7作零件刃口尺寸計算132.8沖孔刃口尺寸計算152.9其它模具零件結構尺寸162.10模具的零件設計與計算162.11沖床選用212.12模具

3、裝配及零件參考圖22設計總結30第一章 引 言1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現狀及市場前景 現代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求，市場需求量維持在600億至650億美元，同時，我國的模具產業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年，我國模具產業(yè)總產值保持13%的年增長率（據不完全統(tǒng)計，2004年國內模具進口總值達到600多億，同時，有近200個億的出口），到2005年模具產值預計為600億元，模具及模具標準件出口將從現在的每年9000多萬美元增長到2005年的2億美元左右。單就汽車產業(yè)而言，一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元，而當汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2003

4、年我國汽車產銷量均突破400萬輛，預計2004年產銷量各突破500萬輛，轎車產量將達到260萬輛。另外，電子和通訊產品對模具的需求也非常大，在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個模具生產廠點，從業(yè)人數約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產值已達245億元人民幣。工業(yè)總產值中企業(yè)自產自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。1.2 沖壓工藝介紹沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件

5、)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有6070%是板材，其中大部分是經過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中，也有大量沖壓件。沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達微米級，且重復精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺等。冷沖壓件一般不再經切削加工，或僅需要少量的切削

6、加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。沖壓是高效的生產方法，采用復合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機上完成多道沖壓工序，實現由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產。生產效率高，勞動條件好，生產成本低，一般每分鐘可生產數百件。1.3 沖壓工藝的種類沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產中，常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓

7、、矯正是幾種主要的沖壓工藝。沖壓用板料的表面和內在性能對沖壓成品的質量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。在實際生產中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質量和高的合格率。模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產準備時間。模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產)、復合模、多工位級進模(供大量生產)，以

8、及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產。沖壓設備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產率的自動沖壓生產線。在每分鐘生產數十、數百件沖壓件的情況下，在短暫時間內完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設備和質量事故。因此，沖壓中的安全生產是一個非常重要的問題。1.4 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一：機械化、自動化程度低

9、美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機，日本國內250條生產線有32%為多工位壓力機，而這種代表當今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應用卻為數不多；中小企業(yè)設備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重；封頭成形設備簡陋，手工操作比重大；精沖機價格昂貴，是普通壓力機的510倍，多數企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術在我國的推廣應用；液壓成形，尤其是內高壓成形，設備投資大，國內難以起步。突破點：加速技術改造要改變當前大部分還是手工上下料的落后局面，結合具體情況，采取新工藝，提高機械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應向單機連線自動化、機器人沖壓生產線，特別是大型多工位壓力機方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加

10、速沖壓生產線的技術改造，使盡早達到當今國際水平。而隨著微電子技術和通訊技術的發(fā)展使板材成形裝備自動化、柔性化有了技術基礎。應加速發(fā)展數字化柔性成形技術、液壓成形技術、高精度復合化成形技術以及適應新一代輕量化車身結構的型材彎曲成形技術及相關設備。同時改造國內舊設備，使其發(fā)揮新的生產能力。阻力二：生產集中度低許多汽車集團大而全，形成封閉內部配套，導致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復建設，難以滿足專業(yè)化分工生產，市場競爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅39.2%。突破點：走專業(yè)化道路迅速改變目前“大而

11、全”、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團中把沖壓零部件分離出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個大型的沖壓零部件制造供應中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做強，成為國際上有競爭實力的沖壓零部件供應商。阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套目前，我國汽車薄板只能滿足60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm以上)等都依賴進口。突破點：所用的材料應與行業(yè)協(xié)調發(fā)展汽車用鋼板的品種應更趨向合理，朝著高強、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展，并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料，擴大應用已勢在必行。阻力四：科技成果

12、轉化慢先進工藝推廣慢在我國，許多沖壓新技術起步并不晚，有些還達到了國際先進水平，但常常很難形成生產力。先進沖壓工藝應用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉化、推廣速度慢。技術開發(fā)費用投入少，導致企業(yè)對先進技術的掌握應用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術，對下一代輕量化汽車結構和用材所需的成形技術缺少研究與技術儲備。突破點：走產、學、研聯合之路我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產、學研聯合體，科研難以做大，成果不能盡快轉化為生產力。所以應圍繞大型開發(fā)和產業(yè)化項目，以高校和科研單位為技術支持，企業(yè)為應用基地，形成產品、設備、材

13、料、技術的企業(yè)聯合實體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產業(yè)化的良性循環(huán)。阻力五：大、精模具依賴進口當前，沖壓模具的材料、設計、制作均滿足不了國內汽車發(fā)展的需要，而且標準化程度尚低，大約為40%45%，而國際上一般在70%左右。突破點：提升信息化、標準化水平必須用信息化技術改造模具企業(yè)，發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術，特別是成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術(CAE)。加速我國模具標準化進程，提高精度和互換率。力爭2005年模具標準件使用覆蓋率達到60%，2010年達到70%以上基本滿足市場需求。阻力六：專業(yè)人才缺乏業(yè)內掌握先進設計分析技術和數字化技術的高素質人才遠遠不能滿足沖

14、壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進行工程設計，掌握設計權、投資權，我方沖壓技術人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。突破點：提高行業(yè)人員素質這是一項迫在眉睫的任務，又是一項長期而系統(tǒng)的任務。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才，大批熟悉國內外市場、具有現代管理知識和能力的企業(yè)家，大批掌握先進技術、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計劃、分層次地培養(yǎng)。第二章 止動件的設計2.1設計題目設計一止動件，零件圖如下:圖1所示沖裁件，材料為材料為Q235A,厚度為2mm，大批量生產。試制定工件沖壓工藝規(guī)程、設計其模具

15、、編制模具零件的加工工藝規(guī)程.零件名稱:止動件生產批量:大批材料: Q235At=2mm（圖1）產品零件圖2.2沖壓件工藝分析：沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適應性，即沖裁件的結構形狀、尺寸大小、精度等級等是否符合沖裁加工的工藝要求。良好的結構工藝性應保證材料消耗少、工序數目少、模具結構簡單而壽命高、產品質量穩(wěn)定、操作簡單等。1、材料性能：制件成型材料是Q235A，具有良好的塑性；2、沖裁件的形狀和尺寸：制件形狀簡單，結構對稱。對于所沖孔23mm,按表1-2查得，一般沖孔?？蓻_壓的最小孔徑d1.5t。該沖裁件厚度t=2mm，因而23mm孔符合工藝要求。一般情況，沖裁件的外形不能有尖角，應

16、采用R>0.5t的圓角過渡。本沖裁件t=2mm，圓角為R2，故該沖裁件符合要求。3、沖裁件的尺寸精度：該止動件圖上所有未注公差尺寸，屬自由尺寸，可按IT14級精度等級確定工件的公差?？走吘喑叽?4mm的公差為0.21mm,屬IT12級精度等級。查標準公差數值表可得各尺寸公差為：止動件外形：150 mm ,60 mm, 90 mm,R80 mm , R2 mm;止動件內形：23 mm;孔離中心的距離：45 mm.4、尺寸標注分析零件的尺寸標注情況，符合要求。綜上所述：該制件適合沖裁，可以利用普通沖裁得到。2.3方案及模具結構類型1、工藝方案分析該沖裁件包括落料、沖孔兩個基本工序，可以采用以

17、下3種工藝方案：方案、先落料，再沖孔，采用單工序模生產。該方案模具結構簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，沖壓式存在累積送料誤差，生產效率低，難以滿足大批量生產的需要。方案、落料沖孔復合沖壓，采用復合模生產。該方案只要一副模具，生產精度高，但需人工卸料取件，制件結構簡單，模具制造難度不大。方案、沖孔落料連續(xù)沖壓，采用級進模生產。該方案也只要一副模具，生產效率高，但送料精度影響制件精度，需采用導正銷定位或側刃定距，模具結構較復雜。2、模具結構類型的選定綜上所述，由于該沖裁件結構簡單，為了提高生產效率，應因采用復合沖裁或級進沖裁方式。由于孔邊距尺寸34 有公差要求，為了更好地保證此尺

18、寸精度，最后確定選用復合模沖裁方式進行生產。2.4排樣設計合理的排樣是提高材料利用率、降低成本、保證沖裁件質量及模具壽命的有效措施。1、材料利用率排樣時，在保證制件質量的前提下，主要考慮如何提高材料的利用率（沖裁件的實際面積A=7836.59 mm²）一個歩距的材料利用率為：=A/Bs×100%=(7836.59/154×82)×100%=62.06%查板材標準冷軋鋼板的尺寸，選用750×3000mm的鋼板，采用橫排，每張鋼板可剪裁為2、排樣方式該沖壓件的月生產批量為3000件,屬于中等批量生產類型,因此不考慮多排或一模多件的方案。排樣方式采用

19、直排。這種排樣屬于有廢料排樣，模具沿工件全部外形進行沖裁，工件周邊都留有搭邊。這種排樣能保證沖裁件的質量，沖裁模壽命也長，但材料利用率低。3、搭邊經查表模具設計師（冷沖模）2-2,確定沖裁金屬材料的搭邊值：兩工件間搭邊距：a=1.5mm，實際?。篴=2mm；側面搭邊距：a1=1.8mm，實際取：a1=2mm；條料寬度：B=（D+2a1）=（150+2X2）=154mm;歩距：S=80+2=82mm。確定后排樣圖如圖2所示：（圖2）排樣圖2.5壓力計算、沖裁力的計算F沖=F落料力 + F沖孔力F落料力=1.3FoLtb=387.11X2X450348.4 kNF沖孔力=1.3FoLtb=23X2

20、X45065.02 kN F總沖孔力=2 F沖孔力=2X65.02=130.04KnF沖=F落料力+F總沖孔力=348.4+130.4=478.44 kN、卸料力和推件力的計算卸料力：17.4 kN推件力：28.6 kN其中，n同時卡在凸模洞口的件數，n=h/t,h為凹模刃口直壁高度，這里為8mm：t為料厚。N=h/y=8/2=42.6模具壓力中心的計算F總=F沖+Fx+Ft=478.44+17.4+28.6=524.44 kN壓力中心繪出工件形狀，把沖裁周邊分成基本線段，并選定坐標系xOy,如圖3所示。（圖3）由于沖件X方向對稱，故壓力中心x0=0mm;Y0=L1y1+L2y2+L3y3+.

21、+L8y8/L1+L2+L3+.L8=60x30+150x0+60x30+23.5x60+113x73.2+23.5x60+61.55x29+61.55x29/60+150+60+23.5+113+23.5+61.55+61.5533mm其中： L1=60mm, y1=30mmL2=150mm, y2=0mm L3=60mm, y3= 30mm L4=23.5 mm y4=60mm L5= 113 mm y5=73.2mm L6=23.5 mm y6=60mm L7=61.55 mm y7=29mmL8=61.55 mm y8=29mm計算時，忽略邊緣R2的圓角。由以上計算可知，沖壓件中心的坐

22、標為（0，33）2.7作零件刃口尺寸計算落料部分以落料凹模為基準計算，落料凸模按間隙值配制;沖孔部分明中孔凸模為基準計算，沖孔凹模按間隙值配制。既以落料凹模、沖孔凸模為基準，凸凹模按間隙值配制。刃口尺寸計算：對于孔23的凸凹模的制造公差由表2-12查得凹=0.025mm, 凸=0.020mm由于凹凸ZmaxZmin，故采用凸模與凹模配合加工方法。因數由2表2-13查得，X0.5D= (d+x)=（23+0.5×0.4）=23.2mm R=1/2d=5.1mm d=(23+0.4×0.5+0.132)=10.3 mm R=1/2d=5.15mm 沖孔：d=（23.2+0.13

23、2） =23.332mm落料：D=（125-0.2）=29.87mm 落料凹模板尺寸:凹模厚度: H=Kb(15mm)K值由表2-16查得：K=0.2，則H=O. 2 ×150=30 mm ，實取32mm.凹棋邊壁厚:W1=1.2Hd=1.2×32=38.4mm , 實取45mm凹棋板邊長: L=b+2W=150+2×45=240mm取凹模板寬B=80=2×45=170mm故確定凹棋板外形為:240×170×32mm。、凸凹模尺寸:凸凹模長度:L=hl+h2+h=16+10+24=50 (mm)其中:h1:凸凹模固定板滾度h2:一彈性

24、卸料板厚度h附加長度(包括凸模進入凹棋深度，彈性元件安裝高度等)凸凹模內外刃口間壁厚校核:根據沖裁件結構凸凹模內外刃口最小壁厚為24-9=15mm,據強度要求查表得，該壁厚為4.9 mm即可，故該凸凹模側壁強度足夠. 沖孔凸模尺寸:凸模長度:L凸=h1+h2+h3=14+12+14=40mm其中:hl凸模固定板厚 h2空心墊板厚h3凹模板厚凸模強度校核:該凸模不屬于細長桿，強度足夠.2.8沖孔刃口尺寸計算對于R80的凸凹模的制造公差由2表2-12查得凹=0.040mm, 凸=0.030mm由于凹凸ZmaxZmin，故采用凸模與凹模配合加工方法。因數由2表2-13查得，X0.5則d凸(d+X)(

25、10+0.5×0.52) mm 10.18 mm D凹按凸模尺寸配制，其雙面間隙為0.04 0.06mm. 其工作部分結構尺寸如圖4、5圖5 沖孔刃口尺寸圖4落料力刃口尺寸2.9其它模具零件結構尺寸根據倒裝復合模形式特點: 凹模板尺寸并查標準JB/T-6743.1-94，確定其它模具模板尺寸列于表1：序號名稱長×寬×厚（mm）材料數量1上墊板250×160×10T8A12凸模固定板250×160×3045鋼13空心墊板250×160×3045鋼14卸料板250×160×2545鋼15凸

26、凹模固定板250×160×3045鋼16下墊板250×160×10T8A12.10模具的零件設計與計算2.10.1凸模的外形尺寸計算沖裁時所受的應力，有平均應力和刃口的接觸應力k兩種因為孔徑d=30mm，材料厚度t=0.5mmdt, 凸模強度按1式k 式中：T沖件材料的厚度（mm），t=0.5mm；d凸模或沖孔直徑（mm），d=30mm；沖件材料抗剪強度（Mpa），310Mpa；k凸模刃口的接觸應力(Mpa)；k凸模刃口的許用接觸應力Mpa。k=625Mpa1800Mpa凸模在中心軸向心壓力的作用下，保持穩(wěn)定（不產生彎曲）的最大長度與導向方式有關。卸料板

27、導向凸模 最大允許長度Lmax按1下式計算： Lmax=式中：Lmax凸模最大允許長度（mm）；E凸模材料彈性模量，對于鋼材可取E21000Mpa；其余符號見前式：Lmax=2373.9mm圖6凸模因為彈性卸料板，其具體長度如圖6 凹模尺寸結構凹模的外形尺寸常用下列經驗公式確定凹模的厚度確定見1式：HKb 凹模壁厚（指凹模刃口與外緣的距離）的確定式1 (1) 沖30小凹模C(1.52)H (2) 沖147大凹模C(23)H式中：b凹模孔的最大寬度（mm）；K因數,按1表 得：K30=0.3，K147=0.15 ； H凹模厚度； C凹模壁厚；則(1)30凹模厚度：H0.3×30=9mm

28、 壁厚：C=1.5×9=13.5mm(2)14凹模厚度：H0.15×147=9mm 壁厚：C=2×22.05=44.1mm(3)凸凹模最小壁厚：m=1.5t=1.5×0.5=0.75mm圖730凹模的刃壁形式凹模的結構形式1沖裁凹模的刃壁形式：(1) 30凹模見圖7，定結構 形式見圖8參考1表得：h=35mma=5303-11(2)沖裁147凹模見圖9圖8 147凹模的刃壁形式圖9凹模的固定結構形式2.10.3卸料設計與計算卸料板結構形式采用1B110圖：無導向彈壓卸料板,廣泛應用于薄材料和零件要求平整的落料沖孔復合模，卸料效果好，操作簡單。圖10卸料板

29、 卸料螺釘卸料螺釘結構形式采用標準卸料螺釘結構，凸模刃磨后須在卸料螺釘頭下加墊圈調節(jié)。卸料螺釘尺寸關系為保持裝配后卸料板的平行度，同一付模具中各卸料螺釘的長度L及孔深見如下圖11，各尺寸關系如下圖11卸料螺釘尺寸關系1卸料螺釘 2凸模H=(卸料板行程)+(模具刃磨量)+h1+(510mm) 模具刃磨量5mm，h1=6則H21+5+6+840mmd1d+(0.30.5)mm 160.416.4mme0.51.0mm取e1.0mm2.11沖床選用2.11.1沖壓設備的選擇依據：1、所選壓力機的公稱壓力必須大于總沖壓力，即F壓F總2、壓力機的行程大小應適當。由于壓力機的行程影響到模具的張開高度，因此對于沖裁，彎曲等模具，其行程不于過大，以免發(fā)生凸模與導板分離或滾珠導向裝置脫開的不良后果。對于拉深模，壓力機的行程至少應大于成品零件