方形沖壓模具設(shè)計(jì)

1、方形沖壓模具設(shè)計(jì)中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 飛行器制造工程 姓 名： 齊 瑞 萍 學(xué) 號(hào)： 02 課程設(shè)計(jì)題目： 典型沖壓件沖壓模具設(shè) 指 導(dǎo) 教 師： 張 春 元 完成設(shè)計(jì)日期：2012年01月07日I目 錄1、 沖材件工藝性分析-4沖壓件材料工件結(jié)構(gòu)形狀尺寸精度2、 沖壓工藝方案的確定-53、 工藝計(jì)算-5計(jì)算沖壓力初選壓力機(jī)排樣設(shè)計(jì)及材料的利用率分析 模具壓力中心的確定4、 模具結(jié)構(gòu)形式的確定-9模具類型的選擇操作與定位方式卸料、出件方式確定送料方式確定導(dǎo)向方式5、 模具總體設(shè)計(jì)-10模具類型的選擇操作與定位方式卸料、出件方式確定送料方式確定導(dǎo)向方式

2、6、 模具刃口尺寸計(jì)算-137、 模具主要零部件的設(shè)計(jì)與選用-15落料凹模凹模具體設(shè)計(jì)沖孔凸模設(shè)計(jì)凸凹模的設(shè)計(jì)卸料部件的設(shè)計(jì)模架及其他零部件的選用8、校核模具閉合高度及壓力機(jī)有關(guān)參數(shù)-17校核模具閉合高度沖壓設(shè)備的選定參考文獻(xiàn) -181、沖裁件工藝性分析工件名稱：典型沖壓件工件簡圖：如圖1-1所示生產(chǎn)批量：年產(chǎn)量10萬件，為中批生產(chǎn)材料：Q235材料厚度：2mm圖 1-1沖壓件材料查沖壓手冊知：零件的材料Q235為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，強(qiáng)度一般，具有良好的塑性、焊接性以及壓力加工性，主要用于工程結(jié)構(gòu)和受力較小的機(jī)械零件，可以沖裁。工件結(jié)構(gòu)形狀該零件屬于較典型沖裁件，形狀簡單對稱，內(nèi)外形無尖角，孔與邊

3、緣之間的距離遠(yuǎn)大于凸凹模允許的最小壁厚，故可以考慮復(fù)合沖壓工序。4個(gè)M6的螺紋孔螺紋在沖裁完成后攻絲完成。產(chǎn)綱領(lǐng)為十萬件，屬中批生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料的選擇和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的模具壽命。尺寸精度查相關(guān)手冊，零件外形：75±屬于9級(jí)精度；零件內(nèi)形：螺紋間距75±屬于12級(jí)精度；零件圖上未注公差為IT13級(jí)，尺寸精度較低，普通沖裁完全可以滿足要求，模具按七、八級(jí)精度制造可達(dá)到尺寸精度要求。結(jié)論：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。2、沖裁工藝方案的確定該零件所需的沖壓工序?yàn)槁淞虾蜎_孔兩個(gè)基本工序，可以采用以下三種工藝方案：方案一：先沖孔，后落料；采用單工序模生產(chǎn)。方案二：沖孔

4、落料復(fù)合沖壓；復(fù)合模生產(chǎn)。方案三：沖孔落料級(jí)進(jìn)沖壓；級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。結(jié)合所學(xué)飛機(jī)鈑金成形沖壓模具設(shè)計(jì)知識(shí)分析知：方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，制造簡單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求。方案三只需一套模具，生產(chǎn)效率高，但零件的沖壓精度不宜保證，且模具輪廓尺寸較大，制造復(fù)雜，成本較高。方案二也只需一副模具，制件精度和生產(chǎn)效率都較高，且零件孔邊距大于凸凹模許用最小壁厚，模具強(qiáng)度也能滿足要求。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一三復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。通過對上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產(chǎn)以采用方案二為佳。3、工藝計(jì)算1、

5、計(jì)算沖壓力該模具采用倒裝式的復(fù)合沖裁模，擬選彈性卸料，剛性出件，沖壓力為沖裁力、卸料力、以及推薦力的總和，計(jì)算如下：1)、沖裁力的計(jì)算查書，用平刃沖裁時(shí)，其沖裁力P一般按下式計(jì)算：P=KLtb式中P沖裁力； L沖裁周邊長度；t材料厚度；b材料抗剪強(qiáng)度； K系數(shù)，系數(shù)是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻，刃口磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等原因的影響而給出修正系數(shù)，一般取K=。a.計(jì)算落料輪廓周長L L= 4b (公式5-4）式中 b落料件邊長； L=4x75=300(mm)查表取b =300Mpa所以P1=b=×300×2×300=234(KN)； b. 計(jì)

6、算沖孔力 P2=×4××5×2×300=（KN） 所以沖裁力P=P1+P2=234+=。2）、卸料力、推料力的計(jì)算查P93選擇錐形孔口凹模，由表315得：KT =，KX=取。卸料力PX PX=KXP （公式5-5）推料力PT PT =nKTP （公式5-6）n梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量；選取錐形孔口凹模，所以n=1。所以：PX=KXP=×283=(KN) （KX、KT為卸料力、推件力系數(shù)，其值查表5-3可得）PT=nKTP =1××283=(KN)所以總沖壓力PZ=P+PX+PT=+= (KN)2、初選壓力機(jī) 根

7、據(jù)總沖壓力的計(jì)算，初選壓力機(jī)J23-403、排樣設(shè)計(jì)及材料的利用率分析 1）、排樣方式的選擇方案一：有廢料排樣 沿沖件外形沖裁，在沖件周邊都留有搭邊。沖件尺寸完全由沖模來保證，因此沖件精度高，模具壽命高，但材料利用率低。方案二：少廢料排樣 因受剪切條料和定位誤差的影響，沖件質(zhì)量差，模具壽命較方案一低，但材料利用率稍高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。方案三：無廢料排樣 沖件的質(zhì)量和模具壽命更低一些，但材料利用率最高。通過上述三種方案的分析比較，綜合考慮模具壽命和沖件質(zhì)量，該沖件的排樣方式選擇方案一為佳?？紤]模具結(jié)構(gòu)和制造成本有廢料排樣的具體形式選擇直排最佳。故排樣方式為有廢料直排。2）、計(jì)算條料寬度搭邊的作用是

8、補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。搭邊過大，浪費(fèi)材料。搭邊過小，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖件毛刺，有時(shí)還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命?；蛴绊懰土瞎ぷ?。根據(jù)零件形狀，文獻(xiàn)一表3-17，搭邊值，取工件之間搭邊值a=, 工件與側(cè)邊之間搭邊值a1=, 條料是有板料裁剪下料而得，為保證送料順利，規(guī)定其上偏差為零，下偏差為負(fù)值B=【Dmax2（a+）+b0】-0 （公式5-1）式中 Dmax條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；a 沖裁件之間的搭邊值； 板料剪裁下的偏差（其值查表5-2）；查表3-18，b0=，=帶入數(shù)據(jù)得到條料寬B=3)、確定步距送料步距S

9、：條料在模具上每次送進(jìn)的距離稱為送料步距，每個(gè)步距可沖一個(gè)或多個(gè)零件。進(jìn)距與排樣方式有關(guān)，是決定擋料銷位置的依據(jù)。條料寬度的確定與模具的結(jié)構(gòu)有關(guān)。進(jìn)距確定的原則是，最小條料寬度要保證沖裁時(shí)工件周邊有足夠的搭邊值；最大條料寬度能在沖裁時(shí)順利的在導(dǎo)料板之間送進(jìn)條料，并有一定的間隙。送料步距S 75+277(mm)排樣圖如圖5-2所示。圖5-2 排樣4）、由文獻(xiàn)二表4-1，板料規(guī)格選用750mmx3000mmx2mm 5)、條料長度L=3000mm6）、每張板料可裁剪的條料數(shù)750/80=9條7）、每條條料可沖裁的零件數(shù)3000/80=378)、每快板料可沖裁的零件數(shù)37x9=333個(gè)9）、一條條料

10、的材料利用率37x75x75/3000x80=10）、一塊板料的材料利用率333x75x75/750x3000=沖裁件的實(shí)際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指標(biāo)。一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率n/BS×100% (公式5-2)式中A一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積；B條料寬度；S步距；=75x7577×80×100%=%4、模具壓力中心的確定模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合，否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的摩擦，模具導(dǎo)向零

11、件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。該零件為中心對稱圖形，其幾何中心即為壓力中心。4、 模具結(jié)構(gòu)形式的確定正裝式復(fù)合模和倒裝式結(jié)構(gòu)比較：正裝式復(fù)合模適用于沖制材質(zhì)較軟或板料較薄的平直度要求較高的沖裁件，還可以沖制孔邊距較小的沖裁件。倒裝式復(fù)合模不宜沖制孔邊距較小的沖裁件，但倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)簡單，又可以直接利用壓力機(jī)的打桿裝置進(jìn)行推件卸件可靠，便于操作，并為機(jī)械化出件提供了有利條件，所以應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)零件分析，制件的精度要求較低，孔邊距較大，為提高經(jīng)濟(jì)效益和簡化模具結(jié)構(gòu)，適宜 采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)。根據(jù)以上分析確定該制件的生產(chǎn)采用倒裝式復(fù)合模具生產(chǎn)較為合適。5、 模具總體設(shè)計(jì)模具類型的選擇

12、經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀較簡單，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料厚度，為保證沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實(shí)行工序集中的工藝方案，彈性卸料裝置，自然漏料的倒裝復(fù)合結(jié)構(gòu)方式。操作與定位方式操作方式零件的生產(chǎn)批量較大，但合理安排生產(chǎn)可用手工送料方式，提高經(jīng)濟(jì)效益。定位方式因?yàn)閷?dǎo)料銷和固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。且該模具采用的是條料，根據(jù)模具具體結(jié)構(gòu)兼顧經(jīng)濟(jì)效益，控制條料的送進(jìn)方向采用導(dǎo)料銷，控制送料步距，采用固定式導(dǎo)料銷 卸料、出件方式卸料方式彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用，沖件比較平整。卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇（）t,若彈壓卸料

13、板還要起對凸模導(dǎo)向作用時(shí)，二者的配合間隙應(yīng)小于沖裁間隙。常用作落料模、沖孔模。工件平直度較高，料厚為2mm相對較薄，卸料力不大，由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便，操作者可以看見條料在模具中的送進(jìn)動(dòng)態(tài)，且彈性卸料板對工件施加的是柔性力，不會(huì)損傷工件表面，故可采用彈性卸料。 出件方式因采用倒裝復(fù)合模生產(chǎn)，故采用下出件為佳。確定送料方式因選用的沖壓設(shè)備為開式壓力機(jī)，采用縱向送料方式，即由前向后送料。確定導(dǎo)向方式方案一：采用對角導(dǎo)柱模架。由于導(dǎo)柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上，所以上模座在導(dǎo)柱上滑動(dòng)平穩(wěn)。常用于橫向送料級(jí)進(jìn)模或縱向送料的落料模、復(fù)合模。方案二：采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。由于前面和左、右不受

14、限制，送料和操作比較方便。因?yàn)閷?dǎo)柱安裝在后側(cè)，工作時(shí)，偏心距會(huì)造成導(dǎo)套導(dǎo)柱單邊磨損，嚴(yán)重影響模具使用壽命，且不能使用浮動(dòng)模柄。方案三：四導(dǎo)柱模架。具有導(dǎo)向平穩(wěn)、導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件，以及大量生產(chǎn)用的自動(dòng)沖壓模架。方案四：中間導(dǎo)柱模架。導(dǎo)柱安裝在模具的對稱線上，導(dǎo)向平穩(wěn)、準(zhǔn)確。單只能一個(gè)方向送料。根據(jù)以上方案比較并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)形式和送料方式，為提高模具壽命和工件質(zhì)量，采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式，即方案一最佳。6、 模具刃口尺寸計(jì)算工作零件刃口尺寸計(jì)算落料凹、凸模刃口尺寸計(jì)算該制件外形為一正方形，相對簡單，適合采用分別加工制作。分別加工發(fā)的特點(diǎn)是需較

15、核是否滿足dpZmaxZmin的條件，初選偏差/4，校核若不滿足，則調(diào)整取p（Zmax-Zmin），d（Zmax-Zmin）查表3-3，Zmax= Zmin=落料凹模刃口磨損后，刃口尺寸只有一種變化，全部變大。其刃口尺寸一般按式5-7計(jì)算。Dd=（Dmax-x）0+d （式5-7）落料凸模刃口磨損后，刃口尺寸只有一種變化，全部變小。其刃口尺寸一般按式5-8計(jì)算。Dp=（Dmax-x-Zmin）0-p（式5-8）式中 Dmax垂直于送料方向的凹模刃口間的最大距離； x 凸凹模磨損系數(shù)； 刃口制造公差；1） 凸凹模刃口尺寸計(jì)算基本尺寸+，R2按IT13級(jí)將其轉(zhuǎn)化為R20 。由文獻(xiàn)一查表3-14得x

16、1=1，圓角R2：x2=p ； d；p2；d ；校核：1-pd=（ZmaxZmin）=；2-pd=（ZmaxZmin）=；均滿足pdZmaxZmin的條件。1- +Dd=（×1）0d=+(mm)D p =（×）p0 =將Dd、D p轉(zhuǎn)化為整數(shù)尺寸：Dd1= Dp1=（2×）0d=+(mm)D p =（2×）p0=所以Dd2、D p2 分別為：2） Dd2=+ D p=沖孔凸凹模刃口尺寸計(jì)算制件精度不高，為IT13級(jí)，孔徑的基本尺寸為5+ 偏差有文獻(xiàn)二表4-17查得，確定刃口間隙時(shí)主要考慮模具壽命，故應(yīng)該取較大間隙。分別制造，取p =d =/4=校核：1-

17、pd=>（ZmaxZmin）=；調(diào)整p（Zmax-Zmin）= d（Zmax-Zmin）= 所以取p=，d=查文獻(xiàn)一表3-14取x=沖孔凸模刃口尺寸 dP=（dmin+x）-p0 則dP =(5+ 沖孔凹模刃口尺寸 dd=（dmin+xZmin）d則dd（5+）=所以：dP dd、模具主要零部件的設(shè)計(jì)與選用落料凹模1）初定凹模外形尺寸落料凹模采用整體凹模，采用線切割機(jī)床加工，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。其外形尺寸按相關(guān)公式計(jì)算：凹模厚度H=Kb=×75=21(mm)，其中K由文獻(xiàn)二表3-21取得取凹模厚度H=20凹模壁厚 c=2

18、)H=(3040)mm取凹模壁厚c=40凹模寬度B=b2c=7540×2=155(mm)取凹模寬度B=160mm凹模長度L=b2c2=752×40=155(mm)取凹模長度L=160mm凹模整體輪廓尺寸L×B×H=160mm×160mm×20mm2）選擇典型組合查文獻(xiàn)二表5-4，選擇典型組合凹模：200×160×32mm凸凹模長度：56mm配合模架閉合高度：H=190225墊板：200×160×8mm固定板：200×160×18mm卸料板：200×160×

19、14mm螺釘：M12×70圓柱銷：12×70凹模具體設(shè)計(jì)1）型孔位置。從排樣圖上被沖切的位置獲得；2）型孔尺寸。由刃口尺寸計(jì)算獲得；3）刃口形式。采用錐形。4）銷孔。各螺孔、銷孔的大小、數(shù)量、位置均可以從典型標(biāo)準(zhǔn)組合中查得；5）材料及技術(shù)要求。材料選用45鋼，熱處理6064HRC，表面粗糙度如下圖所示；6）凹模零件圖。由設(shè)計(jì)結(jié)果繪成凹模零件圖，如下圖。 沖孔凸模設(shè)計(jì)1）凸模校核。凸模截面尺寸較大，可不進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核；2）凸模的結(jié)構(gòu)形式。圓形界面的凸模采用階梯式，查標(biāo)準(zhǔn)，采用固定板壓入式固定；3）凸模工作部分尺寸。由刃口尺寸計(jì)算獲得；4）凸模長度的計(jì)算。查標(biāo)準(zhǔn)，得凸模固定

20、板=20mm，空心墊板=16mm，凸模厚度計(jì)算得=25mm，則L=+=20+25+16=61mm。5）材料及技術(shù)要求。材料選用T10A，熱處理硬度5862HRC；6）凸模零件圖。由設(shè)計(jì)結(jié)果繪成凸模零件圖，如下圖。凸凹模的設(shè)計(jì)1）凸凹模的壁厚。凸凹模壁厚最小值（75-40）/2=,滿足倒裝式復(fù)合模的最小壁厚要求；2）凸凹模的結(jié)構(gòu)形式。采用直通式，形狀從排樣圖上被沖切的位置獲得。固定方法：采用螺釘、固定板固定法；3）凸凹模工作部分尺寸。由刃口尺寸計(jì)算獲得；4）凸凹模長度的計(jì)算。參考標(biāo)準(zhǔn)典型組合得固定板配合段=20mm，卸料板=14mm，彈性體元件安裝高度t=20mm，卸料板高出凸凹模1mm,得凸凹

21、模長度：L=+t1=53mm5）材料及技術(shù)要求。材料選用Cr12,熱處理硬度5862HRC，各表面粗糙度如下；6）凸凹模零件圖。由設(shè)計(jì)結(jié)果繪成凸凹模零件圖，如下圖。卸料部件的設(shè)計(jì)1）卸料板的設(shè)計(jì)卸料板采用45鋼制造，淬火硬度4045HRC，卸料板輪廓尺寸與落料凹模輪廓尺寸相同，厚度為15mm。2）卸料螺釘?shù)倪x用卸料板上設(shè)置4個(gè)卸料螺釘，公稱直徑為12mm,螺紋部分為M12×55mm,卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間，以保證卸料的正常運(yùn)動(dòng)。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料螺板超出凹模端面1mm,有誤差時(shí)通過在螺釘與卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。模架及其他零部件的選用以凹模輪廓尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。選一大一小兩組導(dǎo)套、導(dǎo)柱。導(dǎo)柱 d/mm×L/mm為32mm×2000mm；導(dǎo)套 d/mm×L/mm×D/mm 為3