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課程設(shè)計（論文）
序號4沖壓件沖壓模具設(shè)計
27
27
摘 要
本課程設(shè)計重點是沖裁、基本工序及其模具的計算和設(shè)計，本課程設(shè)計在沖壓基本理論的基礎(chǔ)上，詳盡的針對沖裁模和彎曲模的設(shè)計原理、方法的應(yīng)用，還特別對沖裁、各類工藝及模具的設(shè)計計算。本文介紹的模具實例結(jié)構(gòu)簡單實用，使用方便可靠，首先根據(jù)工件圖算工件的展開尺寸，在根據(jù)展開尺寸算該零件的壓力中心，材料利用率，畫排樣圖。根據(jù)零件的幾何形狀要求和尺寸的分析，采用復(fù)合模沖壓，這樣有利于提高生產(chǎn)效率，模具設(shè)計和制造也相對于簡單。當(dāng)所有的參數(shù)計算完后，對模具的裝配方案，對主要零件的設(shè)計和裝配要求技術(shù)要求都進行了分析。
關(guān)鍵詞：沖裁；沖壓 ；設(shè)計
ABSTRACT
This graduation design is focused on the blanking, basic process and the calculation of the mold and the design, the graduation design on the basis of the basic theory of stamping, elaborate on the design of the blanking die and bending die principle, method of application, are particularly hedge cutting, the design and calculation of all kinds of technology and die. Examples in this paper, the mold structure is simple and practical, convenient and reliable use, first of all, according to a development size work-piece figure is in according to the size to calculate the pressure center of the parts, material utilization, painting row kind diagram. According to the requirements of the parts geometric shape and size analysis, adopting compound stamping die, so that to improve the production efficiency, mold design and manufacturing is relative to the simple. When all the parameters are calculated, the mould assembly scheme, the design of main parts and assembly technology requirements are analyzed.
Key words: blanking; Stamping; design
目錄
緒??論 1
1 序號4沖壓件的工藝分析 3
2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式 5
3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
3.1 模具類型的選擇 6
3.2定位方式的選擇 6
3.3卸料方式的選擇 6
3.4導(dǎo)向方式的選擇 6
4 模具設(shè)計工藝計算 6
4.1搭邊值的確定 6
4.2條料寬度的確定 7
4.3 排樣 8
4.4材料利用率的計算 8
5 沖裁力的計算 9
5.1計算沖裁力的公式 9
5.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力和總沖壓力 10
6 模具壓力中心與計算 12
7 沖裁模間隙的確定 12
8 刃口尺寸的計算 14
8.1刃口尺寸計算的基本原則 14
8.2刃口尺寸的計算 15
8.3計算凸、凹模刃口的尺寸 15
8.4沖裁刃口高度 17
9 主要零部件的設(shè)計 18
9.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
9.1.1凹模的設(shè)計 18
9.1.4內(nèi)孔凸模設(shè)計 19
9.2卸料部分的設(shè)計 20
9.3定位零件的設(shè)計 20
10 模具總裝圖 21
11 壓力機的選擇 22
總 結(jié) 23
致 謝 24
參考文獻 25
緒??論??
一.模具在加工工業(yè)中的地位??
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具以及汽車模具等各種模具。?
對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精確、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。??
模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難易程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應(yīng)盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機構(gòu)，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當(dāng)批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低制品的成本。??
現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設(shè)計起著重要的作用。高效的全自動設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為基礎(chǔ)的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了更高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展，首先要提高對模具設(shè)計的精確度。?
二.模具的發(fā)展趨勢?
近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占的比重越來越大。從模具設(shè)計和制造角度來看，模具的發(fā)展趨勢可分為以下幾個方面：??
（1）理論研究的深入發(fā)展?
在模具設(shè)計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計已經(jīng)從有經(jīng)驗設(shè)計階段逐漸向理論技術(shù)設(shè)計方面發(fā)展，使得產(chǎn)品不僅有了量的提升更有了質(zhì)的跨越。?
（2）高效率、自動化??
現(xiàn)代企業(yè)中大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本起了很大的作用。??
（3）大型、超小型及高精度??
由于產(chǎn)品應(yīng)用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導(dǎo)熱性優(yōu)異的制模材料。?更加注重模具的專業(yè)性。?
（4）革新模具制造工藝
大學(xué)期間的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，課程設(shè)計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加。換型不斷加快，使模具的需要不斷增加，而對模具的質(zhì)量要求越來越高。模具技術(shù)在國民經(jīng)濟中的作用越來越顯得更為重要。?
1 序號4沖壓件的工藝分析
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點。
圖2—1 零件圖
如圖2—1所示零件圖。
生產(chǎn)批量：大批量;
材料： Q235
該材料，經(jīng)退火及時效處理，具有較高的強度、硬度，適合做中等強度的零件。
尺寸精度：其他的形狀尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可安IT14級確定工件的公差。
表1.5部分標(biāo)準公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等級
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm /mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
1.54
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.50
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
1.57
1.40
工件結(jié)構(gòu)形狀：制件需要進行落料、沖孔、基本工序，尺寸較小。
結(jié)論：該制件可以進行沖裁
制件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證磨具的復(fù)雜程度和模具的壽命。
2 確定工藝方案及模具的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)制件的工藝分析，其基本工序有落料、沖孔基本工序，按其先后順序組合，可得如下幾種方案;
(1) 落料——沖孔；單工序模沖壓
(2) 沖孔——落料；連續(xù)模沖壓。
(3) 沖孔——落料；復(fù)合模沖壓。
方案（1）屬于單工序模沖裁工序沖裁模指在壓力機一次行程內(nèi)
完成一個沖壓工序的沖裁模。由于此制件生產(chǎn)批量大，尺寸又較這兩種方案生產(chǎn)效率較低，操作也不安全，勞動強度大，故不宜采用。
方案（2）屬于連續(xù)模，是指壓力機在一次行程中，依次在模具幾個不同的位置上同時完成多道沖壓工序的模具。于制件的結(jié)構(gòu)尺寸小，厚度小，連續(xù)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又因落料在前彎曲在后，必然使彎曲時產(chǎn)生很大的加工難度，因此，不宜采用該方案。
方案（3）屬于復(fù)合沖裁模，復(fù)合沖裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同時完成數(shù)道沖壓工序的模具。采用復(fù)合模沖裁，其模具結(jié)構(gòu)沒有連續(xù)模復(fù)雜，生產(chǎn)效率也很高，又降低的工人的勞動強度，所以此方案最為合適。
根據(jù)分析采用方案（4）復(fù)合沖裁。
3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 模具類型的選擇
???? ?由沖壓工藝分析可知，采用復(fù)合沖壓，所以模具類型為復(fù)合模。
3.2定位方式的選擇
? ?因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料銷，有側(cè)壓裝置。控制條料的送進步距采用導(dǎo)正銷定距。
3.3卸料方式的選擇
? 因為工件料厚為1.5mm，相對較薄，卸料力不大，故可采用彈性料裝置卸料。
3.4導(dǎo)向方式的選擇
? 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便安裝調(diào)整，該復(fù)合模采用對角導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。
4 模具設(shè)計工藝計算
4.1搭邊值的確定
排樣時零件之間以及零件與條料側(cè)邊之間留下的工藝余料，稱為搭邊。搭邊的作用是補償定位誤差，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，浪費材料。搭邊過小，沖裁時容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖件毛刺，有時還有拉入凸、凹模間隙中損壞模具刃口，降低模具壽命。或影響送料工作。
搭邊值通常由經(jīng)驗確定，表所列搭邊值為普通沖裁時經(jīng)驗數(shù)據(jù)之一。
表5—2 搭邊a和a1數(shù)值
表5.1搭邊值和側(cè)邊值
材料厚度t
手動送料
自動送料
圓形
非圓形
往復(fù)送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
該制件是矩形工件，根據(jù)尺寸從表4—2中查出：兩制件之間的搭邊值a1=1.5（mm）,側(cè)搭邊值a=1.5(mm)。
由于該制件的材料，所以兩制件之間的搭邊值為：
取a1=2(mm)
取a=2(mm)
4.2條料寬度的確定
計算條料寬度有三種情況需要考慮；
有側(cè)壓裝置時條料的寬度。
無側(cè)壓裝置時條料的寬度。
有定距側(cè)刃時條料的寬度。有定距側(cè)刃時條料的寬度。
有側(cè)壓裝置的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進。
條料寬度公式：
B=（D+2a） 公式（5—2）其中條料寬度偏差上偏差為0，下偏差為—△，見表4—3條料寬度偏差。
D ——條料寬度方向沖裁件的最大尺寸。
a——側(cè)搭邊值。
查表4—3條料寬度偏差為0.15
根據(jù)公式4 —1 B=（D+2a）
=（40+2×2）0-0.1
=440-0.1
表5—3 條料寬度公差(mm)
條料寬度
B/mm
材料厚度t/mm
～0.5
>0.5～1
>1～2
～20
0.05
0.08
0.10
>20～30
0.08
0.10
0.15
>30～50
0.10
0.15
0.20
4.3 排樣
根據(jù)材料經(jīng)濟利用程度，排樣方法可以分為有廢料、少廢料和無廢料排樣三種，根據(jù)制件在條料上的布置形式，排樣有可以分為直排、斜排、對排、混合排、多排等多重形式。
采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖程獲得多個制件，而且可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低沖裁力，但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差的影響，所以模具沖裁件的公差等級較低。同時，因模具單面受力（單邊切斷時），不但會加劇模具的磨損，降低模具的壽命，而且也直接影響到?jīng)_裁件的斷面質(zhì)量。
4.4材料利用率的計算
沖裁零件的面積為：通過畫三維圖測量得到S=267.36mm2
沖裁零件的周長為：L=193.03 mm
一個步距內(nèi)的材料利用率為：
n11=(nF/Bh)×100%
n為一個步距內(nèi)沖件的個數(shù)。
n11=(nF/Bh)×100%
=61.96%
圖5—3 排樣圖
5 沖裁力的計算
5.1計算沖裁力的公式
計算沖裁力是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，壓力機的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力F p一般可以按下式計算：
Fp=KptLτ 公式（6—1）
式中 τ——材料抗剪強度，見附表（MPa）；
L——沖裁周邊總長（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系數(shù)Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損，凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均），潤滑情況，材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因數(shù)而設(shè)置的安全系數(shù)Kp，一般取1~3。當(dāng)查不到抗剪強度r時，可以用抗拉強度σb代替τ，而取Kp=1的近似計算法計算。
根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學(xué)性能查出Q235的抗剪強度為280～310(MPa)，
取τ=300(MPa)
5.2 總沖裁力、卸料力、推料力、頂件力和總沖壓力
由于沖裁模具采用彈壓卸料裝置和自然落料方式?？偟臎_裁力包括
F——總沖壓力。
Fp——總沖裁力。
FQ——卸料力
FQ1——推料力。
FQ2——頂件力
根據(jù)常用金屬沖壓材料的力學(xué)性能查出Q235—Y的抗剪強度為280～310(MPa )
5.2.1 總沖裁力：
Fp=KptLτ
=1×1.5×193.03×300
=45.486(KN)
表6—5 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚t/mm
Kx
Kt
Kd
鋼
≤0.1
＞0.1~0.5
＞0.5~0.25
＞2.5~6.5
＞6.5
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
鋁、鋁合金
純銅，黃銅
0.025~0.08
0.02~0.06
0.03~0.07
0.03~0.09
對于表中的數(shù)據(jù)，后的材料取小直，薄材料取值。
5.2.2 卸料力FQ的計算
FQ=Kx Fp 公式(6—2)
K——卸料力系數(shù)。
查表6—5得KＸ＝0.025~0.08，取KＸ＝0.08
根據(jù)公式6—2 FQ=KＸ Fp
＝0.08×45.486
＝3.638(KN)
5.2.3推料力FQ1的計算
FQ1=KtFp 公式(6—3)
Kt——推料力系數(shù)。
查表6—5得Kt＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式6—3 FQ1=KtFp
=0.07×45.486
≈3.18(KN)
5.2.4頂件力FQ2的計算
FQ2=KdFp 公式(6—4)
Kd——頂件力系數(shù)。
查表6—5得Kd＝0.03~0.07, 取Kt=0.07
根據(jù)公式6—4 FQ2=KdFp
=0.07×45.486
≈3.18(KN)
5.2.6總的沖壓力的計算
根據(jù)模具結(jié)構(gòu)總的沖壓力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC
=108.03(KN)
根據(jù)總的沖壓力，初選壓力機為：開式雙柱可傾壓力機J23—25。
6 模具壓力中心與計算
模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命。
模具的壓力中心，可安以下原則來確定：
1、對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。
2、工件形狀 相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
3、各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標(biāo)位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
由于該零件是一個矩形圖形，屬于對稱中心零件，所以該零件的壓力中心在圖形的幾何中心O處。
7 沖裁模間隙的確定
設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，以保證沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度滿足產(chǎn)品的要求，所需沖裁力小、模具壽命高，但分別從質(zhì)量，沖裁力、模具壽命等方面的要求確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，只是彼此接近?？紤]到制造中的偏差及使用中的磨損、生產(chǎn)中通常只選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，只要間隙在這個范圍內(nèi)，就可以沖出良好的制件，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙Cmin，最大值稱為最大合理間隙Cmax?？紤]到模具在使用過程中的磨損使間隙增大，故設(shè)計與制造新模具時要采用最小合理間隙值Cmin。
沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴重，而降低了模具的壽命。較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，雖然提高了模具壽命而，但出現(xiàn)間隙不均勻。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。
由于硬呂與中碳剛的間隙取值是一樣的，所以硬呂材料的間隙值與中碳剛的間隙取值一樣。
根據(jù)實用間隙表 8—1 查得材料的最小雙面間隙2Cmin=0.126mm，最大雙面間隙2Cmax=0.180mm
表8—1 沖裁模初始用間隙2c(mm)
材料
厚度
08、10、35、
09Mn、Q235
16Mn
40、50
65Mn
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
2Cmin
2Cmax
小于0.5
極小間隙
0.5
0.6
0.7
1.5
0.9
1.0
1.5
1.5
1.75
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
.3.5
4.0
4.5
5.5
6.0
6.5
8.0
0.040
0.048
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