畢業(yè)設計（論文）鐵路貨車制動器背板沖壓模具設計

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1、 鐵路貨車制動器背板沖壓模具設計 專 業(yè) 班 級 姓 名 指導老師 一、零件設計任務 零件簡圖如圖1-1所示： 材料：Q235A 材料厚度:6mm 生產批量: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工件結構形狀 工件結構形狀較為，有8個圓孔和兩個矩形槽，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 根據零件圖上所注尺寸，有些孔的加工精度達到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。先脹形，再沖孔，最后落料； 2. 方案二：級進模生產。脹形-沖孔-落料級進

3、沖壓； 3. 方案三：復合模生產。脹形-沖孔-落料復合沖壓。 方案一模具結構簡單，但需三道工序，即需要落料模，脹形模，沖孔模三副模具，生產效率低，難以滿足該零件的年產量要求。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，且生產效率也高。盡管模具結構較方案一復雜，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，需在模具上設置導正銷導正，故其模具制造，安裝較復合模復雜，而且因為工件的外形尺寸比較大，采用級進模占據的空間太大。通過對上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產采用方案二為佳。考慮到零

4、件結構較為復雜,料比較厚，且有些孔的精度要求比較高，故擬采用兩副復合模完成工件的生產：一副落料-沖孔（加工精度要求較低的4*24）；一副精沖-脹形復合模具。 四、沖壓模具工藝與設計計算 4．1 落料-沖孔復合模的設計與計算 4.1.1 排樣圖的設計與計算 經過分析，兩副模具只有在使用第一幅復合模時需要排樣處理。 落料-沖孔復合模排樣分析： 在沖壓零件的成本中，材料費用約占60%以上，因此材料的經濟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濟利用，還影響到制件的質量、模具的結構與壽命、制件的生產率和模具的成本等技術、經

5、濟指標。因此，排樣時應考慮如下原則： １．提高材料利用率 (不影響制件使用性能前提下，還可適當改變制件形狀)。 ２．排樣方法使應操作方便，勞動強度小且安全。 ３．模具結構簡單、壽命高。 ４．保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。 根據零件實際情況，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 邊之間 ，都有工藝余料 (稱搭邊)存在。因留有搭邊，所以制件質量和模具壽命較高，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算 1、沖壓力的計算 計算沖壓力的目的是為了選用合適的壓力機、設計模具和檢驗模具的強度。壓力機的噸位必須大于所計算的沖壓力，以適應沖壓的需求。 對于沖裁模 ，其沖壓力

7、 一般可按下式計算： F＝KptLτ     式中τ—— 材料抗剪強度；L——沖壓周邊總長(mm)；      t——材料厚度(mm) 系數 Kp是考慮到沖壓模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(數值的變化或分布不均)、潤滑情況 、材料力學性能與厚度公差的變化等因素而設置的安全系數，一般取 1.3。 當查不到抗剪強度 τ時，可用抗拉強度σb代替τ，而取Kp＝1的近似計算法計算。當上模完成一次沖壓后，沖入凹模內的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內，模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。為了使沖壓工

8、作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的材料料刮下 ,將梗塞在凹模內的制件或廢料向下推出或向上頂出。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，要精確地計算是困難的。在實際生產中常采用經驗 公式計算： 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，其值為0.02～0.06(薄料取大值， 厚料取小值

9、)； K推——推料力系數，其值為0.03～0.07(薄料取大值， 厚料取小值)； K頂—— 頂件力系數，其值為0.04～0.08(薄料取大值， 厚料取小值)； n——梗塞在凹模內的制件或廢料數量(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 設計卸料裝置和彈頂裝置中彈性元件的依據。 沖壓力: ＝KptLτ=1.3*材料周邊的總長*材料厚度*Q235A鋼的抗剪強度=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.

10、03* 5325.138=159.754KN 頂件力：F頂＝K頂*F=0.04* 5325.138=213.006KN 總沖壓力= F+F卸+F推 = 5325.138+1106.503+159.754=6591.4KN 2、壓力中心計算 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置。為了確保壓力機和模具正常工作，應使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應通過模柄的軸心線。否則會使沖模和壓力機滑塊產生偏心載荷，使滑塊和導軌之間產生過大的磨損，模具導向零件加速磨損，降低模具和壓力機的使用壽命。沖模的壓力中心，可按下述原則來確定： （1）對

11、稱形狀的單個沖壓件，沖模的壓力中心就是沖壓件的幾何中心。 （2）工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 （3）形狀復雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計算法求出沖模 壓力中心 工件圖如下：此時工件基本為一對稱件。 由圖示此可知工件壓力中心坐標為X360，Y0。 4.1.3沖壓模刃口尺寸計算 ㈠、計算原則     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，是設計沖壓模主要任務之一。從生產實踐中可以發(fā)現： 

12、 （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凸模尺寸。 （2）在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。 （3）沖壓時，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需考慮下述原則：  ① 落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模時，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設計沖孔模時，以凸模為基準，間隙取在凹模上。 ② 考慮到沖壓中凸模、凹模的磨損，設計落料模時，凹?；?/p>

13、尺寸應取尺寸公差范圍的較小尺寸；設計沖孔模時，凸?；境叽鐒t應取工件孔尺寸公差范圍內的較大尺寸。這樣，在凸模、凹模磨損到一定程度的情況下，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，應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)，會使模具制造困難，增加成本，延長生產周期；如果對刃口精度要求過低(即制造公差過大)，則生產出來的制件可能不合格，會使模具的壽命降低。沖壓件的尺寸公差應按“入體”原則標注，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。   ㈡、刃口尺寸的計算

14、1． 落料部分： 落料應以凹模為基準件，然后配做凸模。工件落料部分的外形尺寸為=420mm、=648mm、=R160mm、=R50=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

15、≥0.50 ≥0.60 <0.16 <0.20 <0.24 <0.30 ≥0.16 ≥0.20 ≥0.24 ≥0.30 表4-1 由《沖壓工藝與模具設計》公式（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-

16、0.75*0.52）mm=24.61 mm 由《沖壓工藝與模具設計》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尺寸配制，保證雙面間隙值—=1.08—1.4mm。 2. 沖孔部分 由《沖壓工藝與模具設計》表2-5查得 =1.08mm；=1.4mm 工件沖孔部分的尺寸有=24。由《沖壓工藝與模具設計》表 2-10查得凸、凹模制造公差： , 由表4-1查得：=0.5 故 4.1.4主要零件設計 一、工作零件 （一

17、）凸、凹模固定形式 參照《沖壓工藝與模具設計》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，廢料向下落，參照《沖壓工藝與模具設計》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行校核： 由于本工件形狀特殊故只能按經驗公式概率的計算 由經驗公式 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

18、形尺寸 K—系數，考慮板厚的影響，其值可查《沖壓工藝與模具設計》表8-1 H=0.22×648=142.56mm 取H=144mm c=(1.5~2)×143=214.5~286mm 取c=200mm，考慮到凹模尺寸過大，而加工圓弧一側受力較少，故取圓弧側厚度為90mm，另一側取185mm。 (4) 凸模長度確定及其強度核算 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 —導尺的厚度（mm）本副模具沒有導尺 a—附加長

19、度，在本副模具中有特殊要求，取126mm 經計算取L=230mm 凸模長度確定后一般不需要作強度核算，只有當凸模特別細長時，才進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 凸凹模的尺寸應該根據與其配合的凸模，凹模尺寸進行確定。取凸凹?？偢叨葹?2mm、固定部分長度為680mm。 2、 壓料及卸料零件 (1) 推件裝置 參照《沖壓工藝與模具設計》圖8-26選用圖b形式的剛性推件。 （2） 卸料裝置 由上面計算可知卸料力較大，卸料量較大，參照《沖壓工藝與模具設計》圖8-29選用圖c形式的剛性卸料裝置，根據實際情況結構有所改動，具

20、體見裝配圖。 三、定位零件 （一）導料件 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《沖壓工藝與模具設計》圖8-20中圖b的活動擋料銷。 4、 固定與緊固零件 （1） 固定板 由經驗公式 ：凸模固定板 H=（1~1.5）D 取H=46mm （2） 模柄 參照《沖壓工藝與模具設計》圖8-32選用圖b形式的壓入式模柄 5、 導向零件 導柱和導套導向 根據零件要求，參照《沖壓工藝與模具設計》圖8-33選用圖a形式的布置形式，配合精度選H6/h5

21、 最終沖孔-落料復合模的大致裝配圖如下： 4.1.5沖床的選用 根據總沖壓力 F總=6591.4（KN）,模具閉合高度,沖床工作臺面尺寸等,并結合現有設備,選用沖床,并在工作臺面上備制墊塊。其主要工藝參數如下： 　　公稱壓力： KN 　　滑塊行程：mm 　　行程次數： 1 次 　　模具的閉合高度H：mm 　　連桿調節(jié)長度：mm 　　工作臺尺寸（前后×左右）： mm × mm 4.2 精沖-脹形復合模的設計和計算 4.2.1沖壓力與壓力中心計算 1、沖壓力的計算： 對于精沖部分，計算公式

22、：F＝KptLτ。 =KptLτ=1.3*材料周邊的總長*材料厚度*Q235A鋼的抗剪強度=1.3*832.52*6*350=2272.78KN 對于脹形部分： 對于脹形模具，沖壓加強肋的變形力可以用下列經驗公式計算 式中 F —變形力（N）；K—系數,可取0.7-1，當加強肋形狀 窄而深時取大值，寬而淺時取小值;L—加強助周長；t—毛坯厚度； —材料強度極限。 故：==0.8*380*6*400=729.6KN 總的沖壓力： ＝+2*=2272.78+729.6×2=3731.98KN 卸

23、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+111.9594+149.2792=3993.22KN 2. 壓力中心的計算： 工件圖如下：此時工件結構較為復雜。 經初步計算得：由圖示此可知工件壓力中心坐標為X420，Y25。 4.2.2沖壓模刃口尺寸計算 1. 沖孔部分 沖孔應以凸模為基準件，然后配做凹模。工件沖孔部分的尺寸有=54，=56，=60，=95。

24、 由《沖壓工藝與模具設計》表2-5查得 =1.08mm；=1.4mm 對于工件沖孔部分的尺寸，由《沖壓工藝與模具設計》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《沖壓工藝與模具設計》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《沖壓工藝與模具設計》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《沖壓工藝與模具設計》表 2-10查得凸、凹模制造公差： ,

25、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加強肋，加強肋能夠一次成形的條件是： 式中：——成形前的原始長度； ——成形后加強肋的曲線輪廓長度； ——材料伸長率。 故本工件脹形部分可以一次成形。 壓助模的結構如下圖所示。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、等于產品圖上的r數值。 故根據零件圖，取=45mm，=8mm，=10mm，==3mm。 4

26、.2.3主要零件設計 一、工作零件 （一）凸、凹模固定形式 參照《沖壓工藝與模具設計》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《沖壓工藝與模具設計》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-脹形復合模，凹模在同一零件上，故凹模校核一步完成： 由經驗公式 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

27、 K—系數，考慮板厚的影響，其值可查《沖壓工藝與模具設計》表8-1 H=0.22×154=33.88mm，考慮到定位需求，取H=100mm。 c=(1.5~2)×34=51~68mm ，實際尺寸略大于51mm即可。 (5) 凸模長度確定及其強度核算 凸模長度 L=+++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） —導尺的厚度（mm） a—附加長度，可取10~20mm 經計算取L=310mm 凸模長度確定后一般不需要作強度核算，只有當凸模特別細長時，才進行凸模的抗彎能力和承壓能

28、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《沖壓工藝與模具設計》圖8-26選用圖b形式的剛性推件。 （3） 卸料裝置 由于本副模具不會產生外圍廢料，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形狀與第一幅落料-沖孔復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 由經驗公式 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《沖壓工藝與模具設計》圖8-32選用圖b形式的壓入式模柄 6、 導向零件 導柱和導套導向 根據零件要求，參照《沖壓工藝與模具設計》圖8-33選用圖a形式的布置形式，配合精度選H6/h5