彎墊板沖壓模具設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 說 明 書題目：彎墊板沖壓模具設(shè)計學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)：材料成型及控制工程 班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 目錄一、 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式二、 工藝計算三、 凸、凹模具零件設(shè)計四、 模具零部件設(shè)計五、 相關(guān)零件剛度、強度校核六、 壓力機的校核七、 參考文獻零件圖一、確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式（一）工藝方案的確定1、零件的工藝性分析該零件材料為10鋼，為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗剪強度為=260340MPa，抗拉強度為b=300440MPa，屈服強度為s=210MPa，伸長率為=29%，屈強比為s/b=0.480.7，材料綜合性能良好，適合沖壓工藝。大批量生產(chǎn)，板厚

2、為1.5mm，工件精度為IT8。有落料、沖孔、彎曲三個工序。2、工藝方案的確定（1）方案種類：該零件包括落料、沖孔、彎曲三個基本工序，可以有三種工藝方案：方案一：先沖孔，后落料，再彎曲。采用單工序模生產(chǎn)方案二：先沖孔落料，再彎曲。采用連續(xù)模和彎曲模生產(chǎn)方案三：先沖孔落料，再彎曲。采用復(fù)合模和彎曲模生產(chǎn)方案四：沖孔落料彎曲復(fù)合模生產(chǎn)（2）方案比較：方案一：結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工具三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，模具壽命低，沖壓精度差，操作也不安全，難以滿足中批量生產(chǎn)要求。方案二：連續(xù)模是一種多工位，效率高的加工方法。但連續(xù)模輪廓尺寸較大，采用此方案會加大模具尺寸，使加工難度提高，因而也排除此方案。

3、方案三：需要兩套模具，工件的精度及生產(chǎn)效率要求都能滿足，模具輪廓尺寸較小，模具的制造成本不高。方案四：只需一套模具，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工難度大，且維修不易。綜合考慮，故采用第三種方案最佳。（二）模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計1、模具類型根據(jù)零件的沖裁工藝方案，采用復(fù)合沖裁模，所以模具類型為落料-沖孔復(fù)合模、彎曲模。復(fù)合模的主要結(jié)構(gòu)特點是存在有雙重作用的結(jié)構(gòu)零件凸凹模。凸凹模裝在上模模稱為正裝式復(fù)合模，凸凹模裝在下模稱為倒裝式復(fù)合模。采用倒裝式復(fù)合模省去了頂出裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，因此采用倒裝式復(fù)合沖裁模。2、定位方式模具沖壓所使用的原料是條料，卸料采用彈性卸料裝置，導(dǎo)料采用導(dǎo)料銷，送進步距控制采用活

4、動擋料銷。3、卸料與出件方式采用彈性卸料的方式卸料，彈性卸料裝置依靠彈簧的彈力來卸料，卸料力不大，但沖壓時可兼起壓料作用，可以保證沖裁件表面的平面度。沖孔廢料直接從凸凹?？字新湎拢萍身敿K從凹模中頂出。4、模架的類型中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架適宜于縱向送料，對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架適宜橫向送料，四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具；而精密模具還須采用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。該模具采用后側(cè)導(dǎo)柱的模架，模架10080130150 I GB/T 2851.3，用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，送料與操作的方便。二、工藝計算（一）毛坯尺寸計算彎曲件毛坯展開長度的計算：一般將 rt0.5的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲，rt0.5的彎曲稱為無圓角半徑彎曲

5、。根據(jù)工件圖，rt =.，故零件是無圓角半徑彎曲。無圓角半徑彎曲的毛坯尺寸計算是依據(jù)彎曲前后材料體積不變原則確定的，并考慮彎曲時圓角變形區(qū)板厚變薄。計算公式如下：L（）（二）排樣的設(shè)計與計算沖裁件在條料上的布置方法稱為排樣。排樣設(shè)計包括選擇排樣方法、確定搭邊值、計算條料寬度和送料步距，計算材料利用率，畫排樣圖。、排樣方法的選擇根據(jù)對所給零件的分析，可采用直排有廢料排樣或無搭邊對排方式，但無搭邊對排方式模具過于復(fù)雜，且不能保證精度，而且兩種排樣方式材料利用率相差不大，故采用直排有廢料排樣方式，這樣可以保證沖件質(zhì)量，提高模具壽命?？梢匝a償送料誤差，以保證沖出合格工件。、計算沖裁面積沖裁面積A（）（

6、）.mm2側(cè)面搭邊1.mm, 工件間搭邊.mm、步距和條料寬度的計算步距H1.mm條料寬度B.mm、排樣圖（三）材料利用率的計算一個步距的材料利用率: (A/BH)100%(./（.）)100% .% （四）工藝力的計算、沖孔落料模（）沖裁工藝力的計算沖裁力是沖裁過程中凸模對材料的壓力。沖裁力是選用壓力機、模具設(shè)計以及強度校核的重要依據(jù)。沖裁力的計算公式：FKLt式中 F沖裁力（N）； L零件的剪切周長（mm）； t材料厚度（mm）； 材料抗剪切強度（MPa）； K系數(shù)。考慮到模具間隙值的波動及均勻性，刃口的磨損，材料力學(xué)性能及厚度的波動、潤滑情況等因素對沖裁力的值都有影響，一般取K1.3。K

7、1.3 ；t.mm ； MPa；落料力F1KL1t1.3.N沖孔力F2KL2t1.3.N沖裁力FF1F2N 卸料力F卸K卸F0.04N推件力F推K推F0.055N表3.1 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)料厚（mm）鋼0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03鋁 鋁合金紫銅 黃銅0.0250.080.020.060.030.070.030.09（）初選壓力機總的沖壓力F總F F卸F推.KN應(yīng)選取的壓力機公稱壓力為： 16

8、0kN 。因此可選擇壓力機型號為 J23-16。J23-16壓力機技術(shù)參數(shù)： 公稱壓力： 160kN 滑塊行程 ： 55mm 滑塊行程次數(shù)： 120/nmin-1 最大封閉高度： 220mm 封閉高度調(diào)節(jié)量： 45mm 工作臺尺寸（左右前后）： 450300mm 模柄孔尺寸（直徑深度）： 4060mm 傾斜角： 352、彎曲模(1)彎曲回彈角的確定此彎曲件為小圓角半徑彎曲，查文獻1表3-11， =1.5(2)L形彎曲件自由彎曲力L形彎曲件是在自由彎曲階段相當于彎曲U形件的一半，而且應(yīng)設(shè)置壓料裝置，所以可近似地取彎曲力為 F自=（FU+FQ）/2 （1-1）其中：FU為彎曲力 FQ為壓料力FU0

9、.7KBt2b/（r+t）式中FU為U形件沖壓行程結(jié)束時的自由彎曲力，（N）；B沖裁件寬度（mm）； t材料厚度（mm）； r沖裁件彎曲半徑（mm）；b材料抗拉強度（MPa）；K為安全系數(shù)。一般取系數(shù)K=1.3U形彎曲件彎曲力計算：FU0.71.3121.52370/（0.51.5）4545.45N對設(shè)置壓料裝置的彎曲模，其壓料力也要由壓力機滑塊承擔(dān)，F(xiàn)Q可近似取自由彎曲力的30%60%,即FQ=（0.30.6）FU。，這里取FQ=0.5FU。將數(shù)據(jù)代入，求得： FQ=2272.73N將FQ、FU代入式（1-1）得： F自=3409.09N(3) L形彎曲件校正彎曲力F校Ap式中F校 為校正彎

10、曲時的彎曲力，（N）；A為校正部分垂直投影面積，(mm2)；p為單位面積上的校正力，（MPa）；具體彎曲計算如下：A 209+0.5112369.97mm2F校100MPa369.97mm236997N=37kN(4)頂件力F頂（0.30.8）FU，取系數(shù)為0.5，則F頂=2272.73N(5)選擇沖壓設(shè)備由彎曲工藝可知，彎曲時的校正彎曲力與自由彎曲力、頂出力不是同時發(fā)生的，且校正彎曲力比自由彎曲力和頂出力大得多。因此，可按F校=37KN選擇沖壓設(shè)備，實際選用100kN壓力機，因此可選擇壓力機型號為 J23-10。壓力機J23-10，其主要技術(shù)參數(shù)為： 公稱壓力： 100kN 滑塊行程： 45

11、mm 滑塊行程次數(shù)： 145/nmin-1 最大閉合高度： 180mm閉合高度調(diào)節(jié)量： 35mm工作臺尺寸（左右前后）： 370240mm模柄孔尺寸（直徑深度）： 3055mm床身最大傾角： 35（五）沖模的壓力中心的確定計算公式為:X0 （L1X1L2X2LnXn）/（L1L2Ln）LiXi/Li y0（L1y1L2y2Lnyn）/（ L1L2Ln）Liyi/Li 式中: L1、L2、Ln為個凸模輪廓長。X0 0 （零件左右對稱）y0（2/31111215.592248630+1112+286）/（(12+6+11+6）+34）=2424.39/143.916.85mm壓力中心計算圖三、凸、

12、凹模具零件設(shè)計（一）落料沖孔復(fù)合模設(shè)計1、沖裁凸凹模間隙的確定沖裁模間隙是直接關(guān)系到?jīng)_裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命和力能消耗的重要工藝參數(shù)。沖裁模間隙數(shù)值，主要與材料的厚度、種類有關(guān)。但由于各種沖壓件對其斷面質(zhì)量和尺寸精度的要求不同，以及生產(chǎn)條件的差異，在生產(chǎn)實踐中就很難有一種統(tǒng)一的間隙數(shù)值，而應(yīng)區(qū)別情況，分別對待，在保證沖裁件斷面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，是模具壽命最高。查教材表2-3，可知： Zmax0.120mm ，Zmin0.090mmZmaxZmin=0.030mm 2、沖模的凸凹模刃口尺寸計算凸、凹模刃口尺寸的計算可以分為兩種：一是凸凹模分別加工，這種加工方法適用于圓形或簡單形狀

13、的沖裁件。采用凸、凹模分別加工法，為了保證合理間隙，必須滿足系類條件：PdZmaxZmin 。二是凸、凹模配合加工，對于形狀復(fù)雜或薄料的沖裁件的沖裁，一般采用配合加工。（1）對于落料，應(yīng)以凹模為基準件，工件形狀復(fù)雜，采用配合加工,系數(shù)x=1。各尺寸為A1：220.0165，A2：90.011，A3：120.0135，C1：80.011，C2：50.009A1d=Amax1x0 + =22.016510.0330 +0.008 = 21.98 0+0.008mmA2d=Amax2x0 + =9.01110.0220 +0.006 =8.990 +0.006 mmA3d=Amax3x0 + =12

14、.013510.0270 +0.007 =11.990 +0.007 mmC1d= Cmin1+0.5- + =( 7.989+0.50.022)0.003=80.003mmC2d= Cmin2+0.5- + = (4.991+0.50.018)0.002=50.002mm該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應(yīng)部分尺寸配制，保證雙面間隙值ZminZmax=0.090.12mm。（2）對于沖孔6，采用凸凹模分別加工：P0.02mm ，d0.02mm；工件公差0.018mm；磨損系數(shù)x0.75經(jīng)計算：Pd=0.04mm ZmaxZmin，可取P=0.4（ZmaxZmin）=0.012mm，d=0

15、.6（ZmaxZmin）=0.018mm。dp（d+x）-P 0（6+0.750.018）-0.012 06.01-0.012 0mmdd（dp+Zmin） 0+d=（6.01+0.09） 0+0.0186.10 0+0.018mm（3）對于沖孔12，采用凸凹模分別加工：P0.02mm ，d0.02mm；工件公差0.027mm；磨損系數(shù)x0.75經(jīng)計算：Pd=0.04mm ZmaxZmin，可取P=0.4（ZmaxZmin）=0.012mm，d=0.6（ZmaxZmin）=0.018mm。dp（d+x）-P 0（12+0.750.027）-0.012 012.02-0.012 0mmdd（dp

16、+Zmin） 0+d=（12.02+0.09） 0+0.01812.11 0+0.018mm（二）彎曲模工作部分尺寸計算1. 彎曲凸凹模的間隙確定：彎曲U形件時，凸凹模間隙c的大小，對彎曲件質(zhì)量有直接影響，過大的間隙將引起彈復(fù)角的增加，過小時，引起工件材料厚度的變薄，降低了模具試用壽命。對于鋼板，凸凹模合理間隙值：c（1.051.15）t，取系數(shù)為1.1，則c=1.11.5=1.65mm。2. 凸、凹模長度尺寸計算彎曲件長度尺寸標注在外側(cè)，應(yīng)以凹模為基準。工件彎曲長度L22mm，0.033mm，P0.02mm；Ld= （L-0.5）0+P（22+0.50.033）0+0.0222.020+0.

17、02mmLpLd-c22.02-1.6520.370-0.020mm3. 凸、凹模的圓角半徑凸模圓角半徑rpr0.5mm ；凹模圓角半徑rd(36)t，取rd=5t=51.5=7.5mm4. 彎曲凹模深度查文獻1表3-26，m=4mm則L0=16+4=20mm四、模具零部件設(shè)計（一）落料-沖孔復(fù)合模具1、 沖孔凸模設(shè)計沖孔部分的凸模刃口尺寸為圓形，為了便于凸模和固定板的加工，將沖孔凸模設(shè)計成臺階式。小端圓柱部分，是具有鋒利刃口的工作部分，采用臺肩式固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端（即刃口）淬硬至HRC 5862。2、 凹模設(shè)計凹模的結(jié)構(gòu)形式和固定方法：凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)，通過螺釘

18、、銷釘與固定板，上模座連接固定。凹模刃口的結(jié)構(gòu)形式：因沖件的批量較大，考慮凹模有磨損和保證沖件的質(zhì)量，凹模刃口采用直刃壁結(jié)構(gòu)，刃壁高度取10mm。凹模材料和技術(shù)要求：凹模的材料選用Cr12MoV。工件部分淬硬至HRC6064。外輪廓棱角要倒鈍。3、 凸凹模設(shè)計凸凹模采用固定板固定。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配作,內(nèi)形刃口尺寸按凸模尺寸配做，保證最小間隙為Zmin=0.09mm。凸凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC 5862。4、 定位零件定位零件的作用是使坯料或工件在模具上相對凸、凹模有正確的位置。 選用活動擋料銷一個。擋料銷的作用是擋住條料搭邊或沖件輪廓以限定條料送進的距離，活動擋料

19、銷固定在卸料板上，材料45號鋼，硬度為HRC 4348選用導(dǎo)料銷2個。導(dǎo)料銷的作用是保證條料送料的準確，在條料的送進方向上。5、 卸料及出件裝置卸料采用彈性卸料裝置，由，卸料板，卸料螺釘，彈性元件（這里是橡膠）組成。出件裝置由打桿、推件塊、連接推桿、頂件塊組成。6、 模柄模柄的作用是把上模固定在壓力機滑塊上，同時使模具中心通過滑塊的壓力中心，模柄的尺寸規(guī)格選用凸緣式模柄，B20JB/T7646.3。7、 模座標準模座根據(jù)模架類型及凹模周界尺寸選用，上模座：1008025mm；下模座：1008030mm；模座材料采用灰口鑄鐵，它具有較好的吸震性，采用牌號為HT200。8、 導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)柱選用A型

20、導(dǎo)柱，A20h6120GB2861.1-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.81.2，硬度HRC5862。導(dǎo)套選用A型導(dǎo)套，A20H76523GB2861.6-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.81.2，硬度HRC5862。（二）彎曲模1、 凸模凸模采用固定板固定。凸模材料采用Cr12MoV，凸模工作端淬硬至HRC 5862。2、 凹模凹模是由兩部分組成，用螺釘固定于下模座內(nèi)。凹模材料采用Cr12MoV，淬硬至HRC6064。3、 模柄模柄材料為Q235，采用凸緣式A3064 JB/T 7646.1。4、導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)柱選用A型導(dǎo)柱，A20h6130GB2861.1-8

21、1 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.81.2，硬度HRC5862。導(dǎo)套選用A型導(dǎo)套，A20H77028GB2861.6-81 。材料為20鋼，熱處理要求：滲碳深度為0.81.2，硬度HRC5862。五、相關(guān)零件剛度、強度校核(一)沖孔落料模1、沖孔凸模長度計算沖孔凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的， 其凸模長度用下列公式計算：L = h 1 + h 2 + h 3 + h式中 L 凸模長度， m mh 1 凸模固定板高度， m mh 2 推件塊高度， m mh 3 凸模進入凹模深度， m mh 附加高度， 一般取 1 5 2 0 m m凸模長度 L = 2 0 + 10+ 1.5

22、 + 15= 46.5 m m2、強度校核對于圓凸模，校核強度可以用最小直徑d的大小是否滿足式d4t/壓求得，t 沖裁材料厚度， 沖裁材料的抗剪強度， 取 300 M p a壓 凸模材料許用壓應(yīng)力，取 1000Mpa即d41.5300/1000=1.8mm滿足要求3、彎曲應(yīng)力校核對于圓形凸模（ 有導(dǎo)向裝置）L m a x270d2/F式中 L m a x 允許的凸模最大自由長度，F(xiàn) 沖模力, 凸模最小直徑，L m a x27062/33082=53.44mm所以長度適宜。(二)彎曲模1、凸模長度計算沖孔凸模長度一般是根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要而確定的， 其凸模長度用下列公式計算：L = h 1 + h

23、2 + h式中 L 凸模長度， m mh 1 凸模固定板高度， m mh 2 凸模進入凹模深度， m mh 附加高度，mm凸模長度 L = 8 + 18.5 +29 = 55.5 m m2、強度校核對于非圓凸模，校核強度可以用凸模刃口最小面積A的大小是否滿足式AF/壓求得， 壓 凸模材料許用壓應(yīng)力，取 1000Mpa即A=20.3722=448.14mm237000/1000=37mm2滿足要求3、彎曲應(yīng)力校核對于非圓形凸模（ 有導(dǎo)向裝置）L m a x1200（JF)式中 L m a x 允許的凸模最大自由長度，F(xiàn) 沖模力,J 凸模最小斷面慣性矩，J=ab3/12=2220.373/12=1

24、5495mm4L m a x1200(1549537000)=777mm所以長度適宜。六、壓力機的校核（一）沖孔落料模壓力機表6.1 開式壓力機J23-16的技術(shù)參數(shù)公稱壓力（KN）160滑塊行程（mm）55滑塊行程次數(shù)(n/min)120最大閉合高度(mm)220閉合高度調(diào)節(jié)量(mm)45工作臺尺寸(mm)前后300左右450模柄孔尺寸(mm)直徑40深度601、 公稱壓力根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為J23-16,它的壓力為160kN98.62kN, 故符合要求。2、 滑塊行程 滑塊行程應(yīng)保證坯料能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出.這里只是材料的厚度t=1.5mm,卸料板的厚度h=10mm,及凸模沖入凹模的最大深度1.5mm,即S1=1.5+10+1.5=