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1、
鐵路貨車制動(dòng)器背板沖壓模具設(shè)計(jì)
專 業(yè)
班 級
姓 名
指導(dǎo)老師
一、零件設(shè)計(jì)任務(wù)
零件簡圖如圖1-1所示：
材料：Q235A
材料厚度:6mm
生產(chǎn)批量:中批量
未注公差:按IT14級確定.
圖1-1
2、 零件的工藝性分析
2.1工件材料
由圖1-1分析可知：Q2
2、35A韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性。適合沖裁加工。
2.2工件結(jié)構(gòu)形狀
工件結(jié)構(gòu)形狀較為，有8個(gè)圓孔和兩個(gè)矩形槽，由圖1-1看出孔邊距C＝26mm＞1﹣1.5t滿足要求?？梢詻_裁加工。
2.3工件尺寸精度
根據(jù)零件圖上所注尺寸，有些孔的加工精度達(dá)到IT9，精度較高，需采用光潔沖裁。其余均可采用普通沖裁。
綜合以上分析：該零件沖裁工藝性較好，適宜沖裁加工。
3、 沖裁工藝方案
完成此工件需要沖孔，落料，脹形三道工序。其加工工藝方案分為以下三種：
1. 方案一：單工序模生產(chǎn)。先脹形，再?zèng)_孔，最后落料；
2. 方案二：級進(jìn)模生產(chǎn)。脹形-沖孔-落料級進(jìn)
3、沖壓；
3. 方案三：復(fù)合模生產(chǎn)。脹形-沖孔-落料復(fù)合沖壓。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需三道工序，即需要落料模，脹形模，沖孔模三副模具，生產(chǎn)效率低，難以滿足該零件的年產(chǎn)量要求。方安二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產(chǎn)效率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。方案三也只需一副模具，生產(chǎn)效率也很高，但零件的沖壓精度稍差。欲保證沖壓件的形位精度，需在模具上設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，故其模具制造，安裝較復(fù)合模復(fù)雜，而且因?yàn)楣ぜ耐庑纬叽绫容^大，采用級進(jìn)模占據(jù)的空間太大。通過對上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳?？紤]到零
4、件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,料比較厚，且有些孔的精度要求比較高，故擬采用兩副復(fù)合模完成工件的生產(chǎn)：一副落料-沖孔（加工精度要求較低的4*24）；一副精沖-脹形復(fù)合模具。
四、沖壓模具工藝與設(shè)計(jì)計(jì)算
4．1 落料-沖孔復(fù)合模的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1.1 排樣圖的設(shè)計(jì)與計(jì)算
經(jīng)過分析，兩副模具只有在使用第一幅復(fù)合模時(shí)需要排樣處理。
落料-沖孔復(fù)合模排樣分析：
在沖壓零件的成本中，材料費(fèi)用約占60%以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用具有非常重要的意義。沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。排樣合理與否不但影響材料的經(jīng)濟(jì)利用，還影響到制件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)與壽命、制件的生產(chǎn)率和模具的成本等技術(shù)、經(jīng)
5、濟(jì)指標(biāo)。因此，排樣時(shí)應(yīng)考慮如下原則：
１．提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變制件形狀)。
２．排樣方法使應(yīng)操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小且安全。
３．模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命高。
４．保證制件質(zhì)量和制件對板料纖維方向的要求。
根據(jù)零件實(shí)際情況，采用有廢料排樣法：如，沿制件的全部外形輪廓沖壓，在制件之間及制件與條料側(cè) 邊之間 ，都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率降低。該沖裁件材料厚度較厚，尺寸大，近似方形，因此可采用直排比較合理。
表 1搭邊a和a1數(shù)值(低碳鋼)
查表1得：
兩工件間的搭邊:a1=0.6
6、t=3.6mm
工件邊緣搭邊：a=0.7t=4.2mm
步距為：648+3.6=651.6mm
條料寬度B=（D+2a）(mm)
式中：
B——條料寬度的基本尺寸(mm)；
D——條料寬度方向零件輪廓的最大尺寸，由圖1-1知D=420(mm)；a——側(cè)面搭邊，查表4.2(mm)；
條料寬度B=(420+4.2*2) =428.4mm
確定后排樣圖如下圖：
4.1.2沖壓力與壓力中心計(jì)算
1、沖壓力的計(jì)算
計(jì)算沖壓力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖壓力，以適應(yīng)沖壓的需求。
對于沖裁模 ，其沖壓力 一般
7、可按下式計(jì)算：
F＝KptLτ
式中τ—— 材料抗剪強(qiáng)度；L——沖壓周邊總長(mm)；
t——材料厚度(mm)
系數(shù) Kp是考慮到?jīng)_壓模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(dòng)(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素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取 1.3。 當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度 τ時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度σb代替τ，而取Kp＝1的近似計(jì)算法計(jì)算。當(dāng)上模完成一次沖壓后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。為了使沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料料刮下 ,將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出
8、或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力 ；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推件力。影響卸料力、推件力 的因素很多，要精確地計(jì)算是困難的。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算：
卸料力： F卸=K卸*F
推件力： F推＝K推*F
頂件力： F頂＝K頂*F
式中 F——沖壓力(N)；
K卸——卸料力系數(shù)，其值為0.02～0.06(薄料取大值， 厚料取小值)；
K推——推料力系數(shù)，其值為0.03～0.07(薄料取大值， 厚料取小值
9、)；
K頂—— 頂件力系數(shù)，其值為0.04～0.08(薄料取大值， 厚料取小值)；
n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n＝h/t);
h——直刃口部分的高(mm)；t——材料厚度(mm)。
卸料力和 頂件力還是 設(shè)計(jì)卸料裝置和彈頂裝置中彈性元件的依據(jù)。
沖壓力:
＝KptLτ=1.3*材料周邊的總長*材料厚度*Q235A鋼的抗剪強(qiáng)度=1.3*1950.6*6*350=5325.138KN
卸料力：F卸=K卸*F=0.02*5325.138=106.503KN
推件力：F推＝K推*F=0.03* 5325.138=159.754KN
頂件力：F頂＝K頂*F=0.0
10、4* 5325.138=213.006KN
總沖壓力= F+F卸+F推 = 5325.138+1106.503+159.754=6591.4KN
2、壓力中心計(jì)算
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)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過模柄的軸心線。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)生過大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：
（1）對稱形狀的單個(gè)沖壓件，沖模的壓力中心就是沖壓件的幾何中心。
（2）工件形狀相同且分
11、布位置對稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
（3）形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模
壓力中心
工件圖如下：此時(shí)工件基本為一對稱件。
由圖示此可知工件壓力中心坐標(biāo)為X360，Y0。
4.1.3沖壓模刃口尺寸計(jì)算
㈠、計(jì)算原則
沖壓件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及其制造公差，是設(shè)計(jì)沖壓模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
（1）由于凸模、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于
12、凸模尺寸。
（2）在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。
（3）沖壓時(shí)，凸模、凹模要與沖壓件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結(jié)果使間隙越來越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)需考慮下述原則：
① 落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
② 考慮到?jīng)_壓中凸模、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取尺寸公差范圍的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模基本尺寸則應(yīng)取工件孔尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一
13、定程度的情況下，仍能沖出合格制件。凸模、凹模間隙則取最小合理間隙值。
③ 確定沖模刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的公差要求。如果對刃口精度要求過高( 即制造公差過小)，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長生產(chǎn)周期；如果對刃口精度要求過低(即制造公差過大)，則生產(chǎn)出來的制件可能不合格，會(huì)使模具的壽命降低。沖壓件的尺寸公差應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注，落料件上偏差為零，下偏差為負(fù)；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。
㈡、刃口尺寸的計(jì)算
1． 落料部分：
落料應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，然后配做凸模。工件落料部分的外形尺寸為=420mm、=648mm、=R160mm、=R50=
14、R25，凹模磨損后，尺寸、、、、變大。
由表4-1查得：=0.5，=0.5，=0.5，=0.5，=0.75.
系數(shù)x
材料厚度t(㎜)
非 圓 形
圓 形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差Δ
< 1
1~2
2~4
> 4
≤0.16
≤0.20
≤0.24
≤0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.44
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
<0.16
<0.20
<0.24
<0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
表4-1
由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》公
15、式（2-11）得
=（420-0.5*1.55）mm=419.23 mm
=（648-0.5*2）mm=647 mm
=（160-0.5*1）mm=159.50 mm
=（50-0.5*0.62）mm=49.69 mm
=（25-0.75*0.52）mm=24.61 mm
由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2-5查得
=1.08；=1.4
該零件落料部分的凸模刃口尺寸按上述凹模的相應(yīng)尺寸配制，保證雙面間隙值—=1.
16、08—1.4mm。
2. 沖孔部分
由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2-5查得
=1.08mm；=1.4mm
工件沖孔部分的尺寸有=24。由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2-10查得凸、凹模制造公差：
,
由表4-1查得：=0.5
故
4.1.4主要零件設(shè)計(jì)
一、工作零件
（一）凸、凹模固定形式
參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-1凸模、凹模的固定形式，選用圖h的連接形式，直接用螺釘和銷直接固定在模板上。
（2） 凹模刃口形式
由于零件形狀較簡單，沖壓制件精度要求不是很高，廢
17、料向下落，參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-3，選用圖b形式的刃口形式。
（3） 凹模外形和尺寸的確定
由于沖孔尺寸較落料部分小得多，故本副模具只需要對落料部分的凹模進(jìn)行校核：
由于本工件形狀特殊故只能按經(jīng)驗(yàn)公式概率的計(jì)算
由經(jīng)驗(yàn)公式 凹模高度 Ｈ＝Ｋｂ（≥15mm）
凹模壁厚 c(1.5~2)H (≥30~40mm)
式中 b—沖壓件最大外形尺寸
K—系數(shù)，考慮板厚的影響，其值可查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表8-1
H=0.22648=142.56mm 取H=144mm
c=(1.5~2)143=214.5~286mm 取c
18、=200mm，考慮到凹模尺寸過大，而加工圓弧一側(cè)受力較少，故取圓弧側(cè)厚度為90mm，另一側(cè)取185mm。
(4) 凸模長度確定及其強(qiáng)度核算
對于沖孔部分，凸模長度 L=+++a
式中 —固定板的厚度（mm）本副模具中為46mm，
—固定卸料板的厚度（mm）本副模具中為58mm
—導(dǎo)尺的厚度（mm）本副模具沒有導(dǎo)尺
a—附加長度，在本副模具中有特殊要求，取126mm
經(jīng)計(jì)算取L=230mm
凸模長度確定后一般不需要作強(qiáng)度核算，只有當(dāng)凸模特別細(xì)長時(shí)，才進(jìn)行凸模的抗彎能力和承壓能力的校核。此處不需要校核。
（5） 凸凹模外形尺寸的確定
凸
19、凹模的尺寸應(yīng)該根據(jù)與其配合的凸模，凹模尺寸進(jìn)行確定。取凸凹模總高度為92mm、固定部分長度為680mm。
2、 壓料及卸料零件
(1) 推件裝置
參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-26選用圖b形式的剛性推件。
（2） 卸料裝置
由上面計(jì)算可知卸料力較大，卸料量較大，參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-29選用圖c形式的剛性卸料裝置，根據(jù)實(shí)際情況結(jié)構(gòu)有所改動(dòng)，具體見裝配圖。
三、定位零件
（一）導(dǎo)料件
由于本副模具采用的是剛性卸料板，且工件外形尺寸較大，故擬采用固定銷的導(dǎo)料方式，具體見裝配圖。
（2） 擋料件
為便于與卸料板的配合，選擇《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-20中圖b的活
20、動(dòng)擋料銷。
4、 固定與緊固零件
（1） 固定板
由經(jīng)驗(yàn)公式 ：凸模固定板 H=（1~1.5）D 取H=46mm
（2） 模柄
參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-32選用圖b形式的壓入式模柄
5、 導(dǎo)向零件
導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)向
根據(jù)零件要求，參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-33選用圖a形式的布置形式，配合精度選H6/h5
最終沖孔-落料復(fù)合模的大致裝配圖如下：
4.1.5沖床的選用
根據(jù)總沖壓力 F總=6591.4（KN）,模具閉合高度,沖床工作臺(tái)面尺寸等,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,選用沖床,并在工作臺(tái)
21、面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下：
公稱壓力： KN
滑塊行程：mm
行程次數(shù)： 1 次
模具的閉合高度H：mm
連桿調(diào)節(jié)長度：mm
工作臺(tái)尺寸（前后左右）： mm mm
4.2 精沖-脹形復(fù)合模的設(shè)計(jì)和計(jì)算
4.2.1沖壓力與壓力中心計(jì)算
1、沖壓力的計(jì)算：
對于精沖部分，計(jì)算公式：F＝KptLτ。
=KptLτ=1.3*材料周邊的總長*材料厚度*Q235A鋼的抗剪強(qiáng)度=1.3*832.52*6*350=2272.78KN
對于脹形部分：
對于脹形模具，沖壓加強(qiáng)肋的變形力可以用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
式中 F —變形力（N
22、）；K—系數(shù),可取0.7-1，當(dāng)加強(qiáng)肋形狀 窄而深時(shí)取大值，寬而淺時(shí)取小值;L—加強(qiáng)助周長；t—毛坯厚度； —材料強(qiáng)度極限。
故：==0.8*380*6*400=729.6KN
總的沖壓力：
＝+2*=2272.78+729.62=3731.98KN
卸料力：F卸=K卸*F=0.02*3731.98=74.6396KN
推件力：F推＝K推*F=0.03* 3731.98=111.9594KN
頂件力：F頂＝K頂*F=0.04* 3731.98=149.2792KN
總沖壓力= F+F卸+F推 = 3731.98+111.
23、9594+149.2792=3993.22KN
2. 壓力中心的計(jì)算：
工件圖如下：此時(shí)工件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
經(jīng)初步計(jì)算得：由圖示此可知工件壓力中心坐標(biāo)為X420，Y25。
4.2.2沖壓模刃口尺寸計(jì)算
1. 沖孔部分
沖孔應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，然后配做凹模。工件沖孔部分的尺寸有=54，=56，=60，=95。
由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2-5查得
=1.08mm；=1.4mm
對于工件沖孔部分的尺寸，由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表2-10查得凸、凹模制造公差：
,
由表4-1查得：=0.75
故
對于工件沖孔部分的尺寸，由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2-10查得
24、凸、凹模制造公差：
,
由表4-1查得：=0.75
故
對于工件沖孔部分的尺寸，由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2-10查得凸、凹模制造公差：
,
由表4-1查得：=0.75
故
對于工件沖孔部分的尺寸，由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 2-10查得凸、凹模制造公差：
,
由表4-1查得：=0.75
故
2. 脹形部分
本工件中脹形成型部分為兩個(gè)加強(qiáng)肋，加強(qiáng)肋能夠一次成形的條件是：
式中：——成形前的原始長度；
——成形后加強(qiáng)肋的曲線輪廓長度；
25、 ——材料伸長率。
故本工件脹形部分可以一次成形。
壓助模的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中，凸模上部寬度和凸模高度，分別取零件上凸肋的上口寬度和高度；凹模深度= （0.5~2）+；凹、凸模圓角半徑、等于產(chǎn)品圖上的r數(shù)值。
故根據(jù)零件圖，取=45mm，=8mm，=10mm，==3mm。
4.2.3主要零件設(shè)計(jì)
一、工作零件
（一）凸、凹模固定形式
參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-1凸模、凹模的固定形式，選用圖h的連接形式，直接用螺釘和銷直接固定在模板上。
(二)凹模刃口形式
由于零件形狀較簡單，沖壓制件精度要求比較高，廢料向下落，參照《沖壓工藝與模具
26、設(shè)計(jì)》圖8-3，選用圖a形式的刃口形式。
（4） 凹模外形和尺寸的確定
本副模具為一副精沖-脹形復(fù)合模，凹模在同一零件上，故凹模校核一步完成：
由經(jīng)驗(yàn)公式 凹模高度 Ｈ＝Ｋｂ（≥15mm）
凹模壁厚 c(1.5~2)H (≥30~40mm)
式中 b—沖壓件最大外形尺寸
K—系數(shù)，考慮板厚的影響，其值可查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表8-1
H=0.22154=33.88mm，考慮到定位需求，取H=100mm。
c=(1.5~2)34=51~68mm ，實(shí)際尺寸略大于51mm即可。
(5) 凸模長度確定及其強(qiáng)度核算
凸模長度 L=
27、+++a
式中 —固定板的厚度（mm）本副模具為150mm
—固定卸料板的厚度（mm）
—導(dǎo)尺的厚度（mm）
a—附加長度，可取10~20mm
經(jīng)計(jì)算取L=310mm
凸模長度確定后一般不需要作強(qiáng)度核算，只有當(dāng)凸模特別細(xì)長時(shí)，才進(jìn)行凸模的抗彎能力和承壓能力的校核。此處不需要校核。
3、 壓料及卸料零件
(2) 推件裝置
參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-26選用圖b形式的剛性推件。
（3） 卸料裝置
由于本副模具不會(huì)產(chǎn)生外圍廢料，故不需要卸料裝置
三、定位零件
由于本副模具是生產(chǎn)該零件的第二道工序，故不需要考慮排樣的問題，至于定位，可以在凹模的表面銑一個(gè)形狀與第一幅落料-沖孔復(fù)合模加工完成的半成品一樣的凹槽，再將半成品放入其中便可完成加工工件的定位。
5、 固定與緊固零件
（3） 固定板
由經(jīng)驗(yàn)公式 凹模固定板 H=（0.6~0.8）
凸模固定板 H=（1~1.5）D 取H=150mm
（4） 模柄
參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-32選用圖b形式的壓入式模柄
6、 導(dǎo)向零件
導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)向
根據(jù)零件要求，參照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》圖8-33選用圖a形式的布置形式，配合精度選H6/h5
畢業(yè)設(shè)計(jì)論文鐵路貨車制動(dòng)器背板沖壓模具設(shè)計(jì)
